基于PROE的手柄机械加工工艺及工装设计

西南大学本科毕业论文（设计）1基于PRO/E的手柄机械加工工艺及工装设计张三西南大学工程技术学院，重庆400716摘要：本文主要介绍了手柄零件的工艺分析，指出手柄零件的形状特点及主要加工表面，按照零件图上的技术要求，分析零件的加工工艺，主要的设计内容包括手柄零件的毛坯图，零件图，手柄钻夹具装配图及装配图上的部分零件图，一份工艺过程卡片和4张工序卡。按照零件图上的技术要求，逐步确定各个表面的加工方法，设计出手柄零件的机械加工工艺规程，然后是机械加工工序设计，最后是机床夹具的结构设计，同时利用proe绘出设计出来的毛坯、夹具及其各零部件的三维图。关键词：手柄；工艺规程；加工工序；夹具设计西南大学本科毕业论文（设计）2BasedonthehandlePro/Emachiningprocessplanningandprocessequipmentdesign***CollegeofEngineeringandTechnology,SouthwestUniversity,Chongqing400716,ChinaAbstract：Thispapermainlyintroducesthehandle,andpointsoutthattheanalysisofthetechnologyofpartsofthehandlepartsprocessingsurfaceshapefeaturesandmain,accordingtothetechnicalrequirementsindetaildrawing,analyzestheprocessingofthispart,thedesignofthemaincontentincludestheblankfigure,handlepartspartdrawings,handledrillfixtureontheassemblydrawingsanddetaildrawings,apartprocesscardand4zhangprocesscard.Accordingtothetechnicalrequirementsindetaildrawing,graduallydeterminevarioussurfaceprocessingmethods,designthehandlemachiningprocessplanning,andthenismechanicalprocessingprocessdesign,thelastisthemachinetool'sfixturestructuraldesign,andusingproedrawdesigntheblank,fixtureandoutofpartsofthree-dimensionaldiagram.KeyWords：handle；process；mechanicalprocessingprocess；fixturedesign西南大学本科毕业论文（设计）30文献综述0.1机械制造业机械制造指从事各种动力机械、农业机械、冶金矿山机械、化工机械、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等生产的行业。机械制造业为整个国民经济提供技术装备,其发展水平是国家工业化程度的主要标志之一。机械制造业是每个国家技术进步和社会发展的支柱产业之一，它已经历了几个世纪的发展，完成了三种模式的演变，即：从早期的手工作坊式的单件小批量生产模式，到后期的机械自动化的大批量生产模式，再到现代计算机控制的柔性化多品种的成批大量生产模式。近年来，随着计算机、微电子、信息处理、自动控制等现代技术与机械制造的交叉渗透与融汇，让古老的机械制造业重新焕发了生机，产生了许多新的制造技术和装备。例如特种加工（激光束加工、等离子体加工、超声加工、快速成形技术等）的出现是近代物理、化学和机械工艺学的产物；数控机床则是典型的机电融合的机电一体化产品；CAD/CAM/CAPP是计算机科学和机械制造交叉融合的结果。计算机集成制造、并行工程、敏捷制造、虚拟制造等先进制造模式正深刻影响和引导制造技术的应用于发展，将成为21世纪制造技术的主要发展方向。近年来，随着机械制造工业的迅猛发展，基于全球化发展的环境，我国机械制造工程技术水平也得到了显著的提高，一个自立的机械工业体系已基本形成。但与发达国家相比较，我们还存在着相当明显的差距。如果定义出口额与进口额之比为竞争力，发达国家机械产品名义竞争力一般为1，而我国2000年为0.466,2003年为0.376,2005年为0.28。可以看出我国的机械制造业还处于一个相对落后的阶段，未来的发展之路还是任重而道远。0.2机械加工工艺规程任何零件的机械加工工艺过程都可以是各种各样的。将其中最合理的机械加工工艺过程的各项内容编写成文件并经审批后用来指导生产，这种文件就称为机械加工工艺规程，简称工艺规程。一个合理的工艺规程，应该有利于可靠地保证零件的加工质量，有利于提高生产效率，有利于取得好的经济效益。为了更好实现这些目的，制定工艺规程时必须遵行西南大学本科毕业论文（设计）4以下原则：1.工艺规程应保证加工质量，达到图纸所要求的各项技术要求。2.在保证质量的基础上，应使工艺过程具有较高的生产率和较好的经济性。一般在制定工艺规程时，应根据零件产量和现有设备条件，综合考虑加工质量、生产率、经济性要求，经过反复分析比较，确定最优或最合适的工艺过程。西南大学本科毕业论文（设计）51引言工艺规程和工艺装备的设计是对大学本科所学知识的综合及应用，在这样的设计中需要应用到多门课程的知识并要将它们融合起来做综合的分析和比较。本文通过对手柄零件的结构分析和工艺分析，对手柄零件的机械加工工艺规程设计、机械加工工序设计和夹具设计三大部分进行了具体设计说明。其中，机械加工工艺规程设计部分包括生产类型的确定，零件结构工艺性和技术要求的分析，毛坯选择，加工余量的确定，工艺路线的安排，机床、夹具、刀具的选择。机械加工工序设计部分包括切削用量的确定，工序余量的计算，工时的计算等。夹具设计部分包括夹具总体方案的确定，各类夹具元件的选用，夹具动作原理及操作说明方法等。2零件分析2.1零件的生产纲领及生产类型生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。在毕业设计题目中，手柄的生产纲领为5000件/年。生产类型是企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。不同生产类型的零件的加工工艺有很大的不同。产量大、产品固定时，有条件采用各种高生产率的专用机床和专用工装，因而劳动生产率高、成本低。但在产量小、产品品种多时，就不宜采用专用设备和工装，因为调整时间长，机床利用率低、折旧率高，成本反而增加。因此，在制定工艺规程时，首先应根据零件的生产纲领确定其相应的生产类型。生产类型的划分主要取决于生产纲领，但也要考虑产品本身的大小和结构的复杂程度。本次设计的零件为手柄，轮廓尺寸小，属于轻型零件。因此，按生产纲领与生产类型的关系确定，该零件的生产类型属于中批生产。2.2零件的作用如图1-1所示为手柄零件图。从该零件图可以判断出图示典型的杆类零件，而且为连杆类。手柄一头通过φ38mm孔连接，另一头通过φ22mm孔其它部件连接，即该手柄的作用是实现运动和动力的传递。西南大学本科毕业论文（设计）6图1-1手柄零件图Fig.1-1handlepartsdrawing2.3零件的工艺分析如图1-1所示为手柄零件图。从该零件图可以判断出图示典型的杆类零件，而且为连杆类。因此，其主要的要素应该包括两侧面，大、小头孔。另外，还有其他的辅助要素：小头的槽和大头的径向孔以及杆身部分的锻造结构。由此，该零件的主要技术要求如下：（1）两侧面主要要保证其表面粗糙度Ra为6.3m，并要求有一定的对中性；（2）大头孔直径为838H,与侧面垂直度0.08，其表面粗糙度Ra为3.2m；（3）小头孔直径为922H，与大头孔中心距为128±0.2，其表面粗糙度Ra为西南大学本科毕业论文（设计）73.2m；（4）小头孔槽槽宽为910H，槽长控制与大头孔中心距离为85，其表面粗糙度Ra为6.3m；（5）大头径向孔直径为4，通过两孔中心连线及两侧面对称面；（6）杆身部分的锻造结构主要保证其壁厚为8mm，并要求有一定的对中性。3确定毛坯3.1确定毛坯的制造方式零件材料为45钢，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小，形状较简单，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为中批生产，故本零件毛坯选择锻件。选择模锻加工工艺有如下几点优势：①生产率较高，对工人技术水平要求不高。模锻时，金属变形是在模膛内进行变形，故能较快获得所需形状。②锻件的形状和尺寸较精确，表面质量较好，机械加工余量和锻造公差较小，允许零件上有不经加工的黑皮毛面，故节省加工工时，材料利用率高。③可以锻制形状较复杂的模锻件，一般外形都不必简化，不用余块，可省工省料。④操作简单，易于实现机械化生产，工人劳动强度较小。从零件材料及力学性能要求，零件的结构形状与大小，生产类型，现有生产条件，充分利用新工艺、新材料等多方面综合考虑选择模锻加工工艺中的锤上模锻。3.2锤上模锻工艺规程制订锤上模锻生产的的工艺规程包括绘制锻件图、计算坯料重量和尺寸、确定模锻工序、锻模模膛设计、选择模锻设备、坯料的加热、模锻件的修整工序(切飞边、冲孔、校正、热处理)等。3.2.1模锻锻件图的绘制模锻锻件图是根据零件图绘制的，是供设计和制造锻模、计算坯料以及成品检验用的技术文件。绘制模锻锻件图时，应考虑以下几个问题：西南大学本科毕业论文（设计）8（1）确定分模面位置分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面。制定模锻锻件图时必须首先确定分模面，分模面位置选择是否合理，关系到锻件成形、锻件出模、模具加工、工步安排和材料利用率等一系列问题。根据分模面的选择原则：保证顺利出模；保证能及时发现错模；保证金属易于充满模膛；保证减少余块，节约金属材料；保证锻模制造简单。所以，该锻件的分模面选在锻件上下两侧面的中部，以便发现上下错模，分模应尽可能呈直线状。（2）确定加工余量和锻件公差模锻时金属坯料是在锻模内成形的，因此模锻件的精度和表面质量都较好，其加工余量和锻造公差比自由锻锻件小得多。加工余量一般为1～4mm，锻造公差一般取±0.3～3mm。模锻件也要规定锻造公差，以防锻件由于上、下模没有闭合，金属没有完全充满模膛，上、下模发生错模，以及模膛磨损和变形所产生的误差。对于重量约为15N，材质系数为M1，锻件复杂系数为S1，锻件尺寸为26mm的手柄零件。查参考文献[7]表10-14得，锻造公差取）（4.16.0；查参考文献[7]表10-16得，厚度方向余量为1.5～2.0mm，取为2.0mm；查参考文献[7]表10-17得，内孔直径加工余量为2.0mm。故毛坯尺寸为30）（4.16.0，内孔为34。（3）确定冲孔连皮锻件在模锻时不能锻出透孔，只能锻出盲孔，即中间有一层金属，称为冲孔连皮。对于孔径d＞25mm的带孔模锻件上的孔应锻出，但应留出冲孔连皮，模锻后再进行冲孔，将冲孔连皮冲去。冲孔连皮不宜太薄，以免损坏锻模。冲孔连皮的厚度与孔径d有关：当孔径为φ30～φ80mm时，冲孔连皮的厚度为4～8mm(孔径小取下限，孔径大取上限)，但当d＜25mm时，则因锻模的冲孔部分太弱，易折断，一般不锻出，由于小头孔直径为φ22mm，所以选择不锻出。（4）模锻斜度为了便于金属坯料充满模膛，并从模膛中取出锻件，模锻件的侧面即平行于锤击方向的表面必须具有一定斜度，这个斜度称为模锻斜度。模锻斜度一般为5°～15°。模锻斜度增加了金属消耗和机械加工量，故应尽量取小一些。查参考文献[2]表2-9得，取外模锻斜度为5°。内模锻斜度比外模锻斜度大2°～5°，这是因为内壁在锻件冷却后容易被夹紧，使锻件很难取出。故内模锻斜度为7°。（5）模锻圆角半径在模锻件上所有面与面的交接处，都必须采用圆角过渡。这样可以增大锻件强度；模锻时金属易于流动而充满模膛；避免锻模内尖角处产生裂西南大学本科毕业论文（设计）9纹。减