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仅供个人参考不得用于商业用途湖南大学毕业设计（论文）开题报告题目套筒的工艺分析与夹具设计学生姓名李行学号5专业机械设计制造及其自动化班级2011指导教师杨军评阅教师完成日期2013年3月12日仅供个人参考不得用于商业用途套筒的工艺分析与夹具设计学生：李行指导老师：杨军教学单位：湖南大学远程与继续教育学院Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse1课题来源本课题来源于生产实际，探讨机械加工中一般性基础问题。课题涉及知识面较广，且设计要求较高，对学生的设计能力，特别是思考能力是一个很好的锻炼。课题研究内容包括机械工程学科的力学，材料学，机械原理，机械设计，公差与互换性，机械制造工艺等知识，特别涉及机构的应用与创新是本课题的主要靓点。使学生能得到全面的锻炼。课题要求学生具备较强的机构设计能力和创新能力，对学生是一个挑战。课题为典型的机械设计类课题，涉及机械知识全面，与机械专业方向结合紧密。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse2研究的目的与意义2.1研究的目的Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse随着世界经济的迅猛发展和科学技术的腾飞，市场不断国际化全球化，各行各业的竞争日益激烈。企业要想在残酷的竞争中生存下来谋求发展，就要想方设法提高竞争力。缩短新产品的研发和开发时间，提高产品的设计质量，降低研发成本，进行创新性设计，只有这样，才能满足市场不断变化的需求。在现代企业的机械生产中，如何保证零件加工质量，提高生产效率，降低生产成本，是企业不断追求的目标。随着市场竞争的日趋激烈，对机械零件的技术性和经济性提出了更高的要求，而良好的技术经济性很大程度取决于机械加工工艺的制定。套筒零件是机械产品中最常见的一种零件，其生产工艺比较特殊，改造后的套筒零件可达到较高的精度，同时夹具结构简单，操作方便快捷，能重复仅供个人参考不得用于商业用途使用，大大降低了成本。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse2.2研究的意义零件的加工工艺编制，在机械加工中占有非常重要的地位，零件工艺编制得合不合理，这直接关系到零件最终能否达到质量要求；夹具的设计也是不可缺少的一部分，它关系到能否提高其加工效率的问题。因此这两者在机械加工行业中是至关重要的环节。机械加工工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状，尺寸，相对位置和性质使其成为零件的全过程。机械加工工艺过程的基本单位是工序，工序又由安装，工位，工步及走刀组成。规定产品或零件制造过程和操作方法的工艺文件，称为工艺规程。机械加工工艺规程的主要作用如下：1.机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据，根据它来组织原料和毛坯的供应，进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进行生产成本核算等。2.机械加工工艺规程也是组织生产，进行计划调度的依据，有了它就可以指定进度计划，实现优质高产和低消耗。3.机械加工工艺规程是新建工厂的基本技术文件，根据它和生产纲领，才能确定所需机床的种类和数量，工厂的面积，机床的平面布置，各部门的安排。机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片是两个主要的工艺文件，对于检验工序还有检验工序卡片，自动，半自动机床完成的工序，还有机床调整卡片。机械加工工艺过程卡片是说明零件加工工艺过程的工艺文件。机械加工工序卡片是每个工序制定时，用于直接指导生产，用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。在机床上加工工件时，为了保证加工精度，必须正确安装工件，使其对机床切削成形运动和刀具占有正确位置，还必须对“定位”。为了不因受切削力、惯性力、重力等外力作用而破坏工件已定的正确位置，还必须对其施加一定的夹紧力，这一过程称为“夹紧”。定位和夹紧全过程称为“安装”。在机床上用来完成工件安装任务的重要工艺装备，就是各类夹具中应用最为广泛的“机床夹具”。机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广的通用夹具，规格尺寸多已标准仅供个人参考不得用于商业用途化，且有专业厂生产。而广泛用于批量生产，专为某工件加工工序服务的专用夹具，则需各制造厂根据工件加工工艺自行设计制造。因此，专用夹具的设计是一项重要生产准备工作，每一个从事机械加工工艺的工装设计人员，都应掌握有关夹具设计的基础知识。套筒零件是一种常用零件，研究套筒零件的加工工艺和夹具生产技术，可以改进套筒零件的生产方法，提高工厂的生产效率，降低生产成本，提高零件精度，对实际生产具有重要意义。3国内外的研究现状和发展趋势3.1国内外的研究现状套筒零件的加工工艺根据其功能，结构形状，材料和热处理以及尺寸大小的不同而异。就其结构形状来划分，大体可以分为短套筒和长套筒两大类。它们在加工过程中，其装夹方式和加工方法都有很大的差别。1）套筒零件的功用与结构特点套筒零件在产品中通常起支撑或导向作用，由于功用不同，在结构和尺寸上有着很大的差异，但在结构上仍有共同的特点：零件的主要表面为同轴度要求较高的内外旋转表面，零件壁的厚度薄且受力容易变形。其主要技术要求为：外圆表面直径精度，通常取IT7~8；内孔直径精度，通常取IT7；内外圆的同轴度；孔轴线与端面的垂直度及表面粗糙度等。2）生产加工现状由于套筒零件壁薄，受到径向力容易变形。为了解决这些问题，常采用以下两种装夹方式：（1）用外圆定位装夹；（2）用已加工内孔定位。在生产过程中一般采用均匀径向力夹紧或轴向力夹紧的方式。常用的夹具有软爪，心轴，弹簧夹头，液性塑料夹具等。这些夹具都是根据不同的套筒零件专门设计出来的专用夹具，一旦零件结构，尺寸改变或者停产，这些夹具将成为报废品，从而造成极大的浪费，增加生产成本，这对企业来说是要尽量避免出现的。套筒零件加工中的主要工艺问题：一般套筒零件在机械加工中的主要问题是保证内外圆的相互位置精度（即保证内，外圆表面的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求）和防止变形。1）保证相互位置精度要保证内外圆表面间的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求，通常可采用下列三种工艺方案：（1）在一次安装中加工内外圆表面和端面。（2）全部加工分在几次安装中进行，先加工孔，然后以孔为定位基准加工外圆表面。（3）全部建工分在几次安装中进行，先加工外圆，然后以外圆表面为定位基准加工内孔。仅供个人参考不得用于商业用途2）防止变形的方法薄壁套筒在加工过程中，往往由于夹紧力，切削力和切削热的影响而引起变形，致使加工精度降低。需要热处理的薄壁套筒，如果热处理工序安排不当，也会造成不可校正的变形。防止薄壁套筒的变形，可以采取以下措施：（1）减小夹紧力对变形的影响；（2）减小切削力对变形的影响；（3）减小热变形引起的误差。3.2未来发展趋势加工工艺未来的发展趋势：1.采用模拟技术，优化工艺设计成形、改性与加工是机械制造工艺的主要工序，是将原材料（主要是金属材料）制造加工成毛坯或零部件的过程。这些工艺过程特别是热加工过程是极其复杂的高温、动态、瞬时过程，其间发生一系列复杂的物理、化学、冶金变化，这些变化不仅不能直接观察，间接测试也十分困难，因而多年来，热加工工艺设计只能凭“经验”。近年来，应用计算机技术及现代测试技术形成的热加工工艺模拟及优化设计技术风靡全球，成为热加工各个学科最为热门的研究热点和跨世纪的技术前沿。应用模拟技术，可以虚拟显示材料热加工（铸造、锻压、焊接、热处理、注塑等）的工艺过程，预测工艺结果（组织性能质量），并通过不同参数比较以优化工艺设计，确保大件一次制造成功；确保成批件一次试模成功。模拟技术同样已开始应用于机械加工、特种加工及装配过程，并已向拟实制造成形的方向发展，成为分散网络化制造、数字化制造及制造全球化的技术基础。2.成形精度向近无余量方向发展毛坯和零件的成形是机械制造的第一道工序。金属毛坯和零件的成形一般有铸造、锻造、冲压、焊接和轧材下料五类方法。随着毛坯精密成形工艺的发展，零件成形的型成形的形状尺寸精度正从近净成形（NearNetShapeForming）向净成形（NetShapeForming）即近无余量成形方向发展。“毛坯”与“零件”的界限越来越小。有的毛坯成形后，已接近或达到零件的最终形状和尺寸，磨削后即可装配。主要方法有多种形式的精铸、精锻、精冲、冷温挤压、精密焊接及切割。如在汽车生产中，“接近零余量的敏捷及精密冲压系统”及“智能电阻焊系统”正在研究开发中。3.成形质量向近无“缺陷”方向发展毛坯和零件成形质量高低的一另一指标是缺陷的多少、大小和危害程度。由于热加工过程十分复杂，因素多变，所以很难避免缺陷的产生。近年来热加工界提出了“向近无“缺陷”方向发展”的目标，这个“缺陷”是指不致引起早期失仅供个人参考不得用于商业用途效的临界缺陷概念。采取的主要措施有：采用先进工艺，净化熔融金属薄板，增大合金组织的致密度，为得到健全的铸件、锻件奠定基础；采用模拟技术，优化工艺设计，实现一次成形及试模成功；加强工艺过程监控及无损检测，及时发现超标零件；通过零件安全可靠性能研究及评估，确定临界缺陷量值等。4.机械加工向超精密、超高速方向发展超精密加工技术目前已进入纳米加工时代，加工精度达0.025μm，表面粗糙度达0.0045μm。精切削加工技术由目前的红处波段向加工可见光波段或不可见紫外线和X射线波段趋近；超精加工机床向多功能模块化方向发展；超精加工材料由金属扩大到非金属。夹具设计未来的发展趋势：夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具、卡盘技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。(1)高精随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对卡盘的制造精度要求更高。高精度卡盘的定位孔距精度高达±5μm，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler（戴美乐）公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接卡盘平台，其等高误差为±0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5μm以内；夹具重复安装的定位精度高达±5μm；卡盘的重复定位精度高达2～5μm[12]。机床卡盘的精度已提高到微米级，世界知名的卡盘制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，卡盘有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。(2)高效为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具卡盘产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁卡盘，加紧和松开工件只用1～2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床卡盘的安装与校正。采用美国Jergens（杰金斯）公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将卡盘定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换卡盘，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。(3)模块、组合仅供个人参考不得用于商业用途夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具[13]。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。(4)通用、经济夹具的通用性直接影响