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1、 湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目：连接支架工艺及夹具设计 专 业：机械设计制造及其自动化 学 号：2010962919 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2014年5月20日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）任务书全套图纸，加153893706论文（设计）题目： 连接支架工艺及夹具设计 学号： 2010962919 姓名： 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 系主任： 一、主要内容及基本要求 主要内容：了解机械制造和机械加工工艺及夹具的发展，进行详细的连接支架工艺性分析，明确连接支架的工艺规程设计，进行夹具的设计与分析。 基本要求：在满足经济性与实用性的前提下完成连接支架的工艺
2、规程，选用合适的夹具对零件进行定位。 二、重点研究的问题 连接支架的工艺规程; 夹具的设计与分析。 三、进度安排序号 各阶段完成的内容 完成时间1 熟悉课题、调研、收集资料、撰写开题报告 第1-2周2 方案设计 第3-5周3 总体设计、设计计算第6-7周4 绘装配图及主要零件图第8-10周5 撰写说明书、翻译资料、准备答辩第11-13周678四、应收集的资料及主要参考文献 1 王光斗，王春福.机床夹具设计手册M.上海：上海科学技术出版社，2000 . 2 孟少农主编. 机械加工工艺手册 M.北京：机械工业出版社， 1992. 3 赵如福主编.机械加工工艺人员手册（第三版）M .上海：上海科学技
3、术出版社 ,1990 4 王启平主编. 机床夹具设计. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 ，1996. 5 关慧贞，冯辛安机械制造装备设计(第 3 版)M北京:机械工业出版社，2009. 6 王先逵机械制造工艺学（ 第 2 版）M 北京：机械工业出版社,2006 . 7 陆建中，孙家宁金属切削原理与刀具（第 5 版）M北京:机械工业出版社,2011. 8 刘晋春，白基成，郭永丰特种加工（第五版）M 北京: 机械工业出版社,2008 9 李益民机械制造工艺设计简明手册M . 北京 :机械工业出版社 ,1994. 10徐学林互换性与测量技术基础（第 2 版）M 长沙:湖南大学出版社,2009. 11
4、张琳，乐精华. 耐蚀阀门用蒙乃尔合金J .兰州 :兰州高压阀门厂 ,2002. 12 机械设计手册编委会 . 机械设计手册 M. 北京：机械工业出版社 ,2004. 13 李鑫 重视工艺迎接挑战 J.甘肃 白银 :白银公司动力厂 ,2003. 14 陈家元. 机械制造工艺发展现状与未来发展趋势 J.安徽 六安:安徽省地质矿产勘查局三一三地质队,2012. 15 陈国新，雷先明.对我国机械工艺的几点讨论J.湖南 邵阳:邵阳高等专科学校机械工程系, 2001. 16 国家质量技术监督局. 中华人民共和国国家标准技术制图S.北京：1999. 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2010962
5、919 姓名 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目：连接支架工艺及夹具设计 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统
6、一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价 本设计选题综合性较强，符合机械专业培养目标和要求；题目难度适中，与工业生产实际结合紧密。该生具有较强的查阅文献和综合归纳资料的能力，综合应用本科所学知识能力较强；计算机应用能力较好，英文水平及应用不错。 论文立论正确，论述比较充分，整体结构尚可；设计与计算科学，技术用语准确，图纸完备，引文规范。论文文字通顺，该设计具有一定的实际应用价值。同意参加答辩。评阅人： 2014年 月 日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2010
7、962919 姓名： 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 47 页 图 表 18 张论文（设计）题目： 连接支架工艺及夹具设计 内容提要： 从1949 年以来，我国机械制造业有了很大的发展，已经成为工业中具有相当规模、产品门类比较齐全和一定技术基础的产业部门之一，其机械加工和夹具也有很大的发但是与工业发达国家相比，我们这方面的水平还存在着较大的差距，主要表现在机械产品质量不够高，机械加工设备科技含量不够高，加工工艺过程不合理，夹具和先进设备的配合应用也比较少，造成加工工人劳动强度大，加工出来的产品也不能达到国际高水的要求。 现在，德国、日本等制造水平最先进发达国家都把制造技
8、术视为当代科技发展为，活跃的领域和国际间科技竞争的主战场，制定了一系列振兴计划、建立世界级制造技术中心，纷纷把先进制造技术列为国家关键技术和优先发展领域。我国在近几年也迅速崛起，更加视制造技术的发展。 机械加工工艺及夹具随着制造技术的发展发展迅猛。机械加工工艺以各个工厂的具体情况不同，其加工的规程也有很大的不同。现在国际先进的机械加工工艺及夹具设计已突破已往死板模式，随着情况的不同具有更加合理的工艺过程。也使产品的质量大大提高。这篇论文在经济性与实用性的前提下，详细指出了连接支架的工艺规程，与相应的夹具设计与分析，还对机械制造和机械加工工艺及夹具的现状提出了意见看法及对未来的展望。指导教师评语
9、 李滔同学的毕业设计题目为连接支架工艺及夹具设计，设计原理基本正确，结构设计基本合理。但完成图纸质量较好，所完成的毕业设计说明书条理清楚,设计基本正确，文字基本流畅。整个毕业设计工作量饱满。 同意其参加答辩，建议成绩评定为良好。指导教师： 年 月 日答辩简要情况及评语答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任： 年 月 日 目 录摘要 1第1章 绪论3 1.1 简介 3 1.2 机械制造和机械加工工艺及夹具的发展 3第2章 零件图分析5 2.1 零件材料分析 5 2.2 零件工艺性分析 6 2.2.1 外圆 7 2.2.2 内孔 7 2.2.3 其他重要加工部分 8 2.2.4 倒
10、角等 9 2.3 零件总体分析 9第3章 工艺规程设计10 3.1 设计要求11 3.2 工艺顺序的安排11 3.3 加工计划13 3.4 主要加工部分余量计算14 3.5 基准的选择17 3.5.1 设计基准 17 3.5.2 定位基准的选择 17 3.5.2.1 粗基准的选择 17 3.5.2.2 精基准的选择 17第4章 夹具设计与分析194.1 现代机床夹具设计的要求19 4.2 连接支架工艺中对夹具的要求 194.3 工艺中典型专用夹具设计分析 20 4.3.1 60号工序磨工夹具 20 4.3.1.1 定位要求20 4.3.1.2 定位元件的设计21 4.3.1.3 夹紧元件的设计
11、21 4.3. 1.4 定位误差分析 21 4.3 .2 90 号工序数控夹具22 4.3. 2.1 定位要求 22 4.3. 2.2 定位元件的设计23 4.3. 2.3 夹紧元件的设计 23 4.3. 2.4 定位误差分析 23 4.3 .3 110 /12 0 号工序数控铣工 /电火花夹具 23 4.3. 3.1 定位要求24 4.3. 3.2 定位元件的设计24 4.3. 3.3 夹紧元件的设计25 4.3. 3.4 定位误差分析25结论 26参考文献28致谢 29附录30 外文文献 30 中文翻译 40 摘 要 简要回顾国内外机械工艺和夹具发展历程， 讨论国内外机械制造和工艺水平的人
12、差异，展望现在全球机械工艺和夹具的发展 趋势。分析零件“连接支架”的机械加工工艺性和一些重要加工面的加工要求， 对该零件进行工艺规程方面设计和制订，包括基准的选择，工件加工工艺顺序的安排， 工艺尺寸链的计算，加工余量的计算和一些其它加工参数的确定。 针对工艺规程的相关工序设计专用夹具，由夹具的定位方式来确定夹紧元件和定位元件， 对夹具的定位误差来进行分析。介绍同学们在毕业设计中经历的过程和遇到的困难，阐述在“ 连接支架”的机械工艺和相关夹具设计中我们所学到的知识和提升的能力。 重点为对零件“ 连接 支架”工艺规程及其相关的夹具的设计。关键词：机械加工工艺，夹具，机械制造 ABSTRACT A
13、brief review of the mechanical process and fixture development both at home and abroad, discussed the domestic and foreign machinery manufacture and process level difference, looking now global development trend of the mechanical process and fixture. Analysis of the parts bracket mechanical processi
14、ng and some important machining surface processing requirements, to design and develop the parts for process planning, including the selection of reference, the arrangement of the workpiece processing order, the calculation of process dimension chain, the calculation of machining allowance and the d
15、etermination of some other processing parameters. In view of the special fixture related process design procedure, by positioning way to determine the clamping fixture components and positioning components, for the fixture positioning error for analysis. Introduce the students experience in the grad
16、uation design process and the difficulty, in the mechanical process of bracket and related the knowledge we have learned in the design of fixture and the ability to improve. The key for the parts bracket process and related rules of fixture design.Keywords: mechanical processing, fixture, machinery
17、manufacturing 第 1 章 绪论 1.1 简介 机械加工工艺及相关夹具设计方面是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学个课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练。从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国“四化”建设打下一个良好的基础，既可很好地考查我们大学四年对所学知识的掌握情况，又可让我们在毕业设计中将所学知识用到实践中使我们学的更深更多。 机械制造产品加工工艺包括
18、零件的加工和装配，它的指导思想是在保证产品质量的前提下达到经型（包括经济效益和理论）和高生产率 1 。其研究的重点为工艺过程，同时也包括零件加工工艺过程和装配工艺过程工艺是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程。各种机械的制造方法和过程的总称为机械制造工艺。它是实际生产中最活跃的因素，它是构思和想法，同时又是实在的手段和方法，并落实在由刀具、夹具、机床、工件所构成的工艺系统中，所以它包含和涉及的范围非常广，需要多门相关学科知识的支持，同时工艺又和实际生产联系密切。而夹具是机床上装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。因此，夹具的设计
19、是机械加工工艺中必不可少的一部分。 在国民经济的各条战线上广泛的使用着大量的机械、机床、工具、仪器、仪表等方面工艺装备。这些工艺装备的制造过程总称为机械制造，生产这些工艺装备的工业即是机械制造业。机械 制造业的主要任务就是围绕各种工程材料的加工的技术，研究其工艺 ，并设计和制造各种工艺装备。 1.2 机械制造和机械加工工艺及夹具的发展 从 1949 年以来，我们国家的机械制造业有了很大的发展，已经成为工业中具有相当规模、产品门类比较齐全和一定技术基础的产业部门之一，其机械加工和夹具也有 很大的发展，但是与工业发达国家相比，我们这方面的水平还存在着较大的差距 ，主要表现在机械产品质量不够高，机械
20、加工设备科技含量不够高 ，加工工艺过程不合理，夹具和先进设备的配合应用也比较少，造成加工工人劳动强度大，加工出来的产品也不能达到国际高水平要求。 现在，德国、日本 韩国等制造水平最先进发达国家都把制造技术视为当代科技发展为活跃的领域和国际间科技竞争的主战场，制定了一系列振兴计划、建立世界级制造技术中心，纷纷把先进制造技术列为国家关键技术和优先发展领域。我国在近几年也迅速崛起，更加视制造技术的发展。机械加工工艺及夹具随着制造技术的发展发展迅猛。机械加工工艺以各个工厂的具体情况不同，其加工的规程也有很大的不同。现在国际先进的机械加工工艺及夹具设计已突破已往死板模式，随着情况的不 同具有更加合理的工
21、艺过程。也使产品的质量大大提高。制定加工工艺虽可按情况合理制定，但也要满足其基本要求：在保证产品质量的前提下，尽可能提高劳动生产率和降低加工成本。并在充分利用本工厂现有生产条件的基础上，尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验。要保证操作者良好的劳动条件。但我国现阶段还是主要依赖工艺人员的经验来编制工艺，多半不规定工步和切削用量，工时定额也凭经验来确定，十分粗略，缺乏科学依据，难以进行合理的经济核算。 长期以来,加工工艺编制是由个工厂工艺人员凭经验进行的。如果由几位工艺员各自编制同一个零件的工艺规程，其方案一般各不相同，而且很可能都不是最佳方案。 这是因为工艺设计涉及的因素多因果关系错综复杂。 C
22、APP将是机械加工工艺的发展趋势，它不仅提高了工艺设计的质量，而且使工艺人员从繁琐重复的工作中摆脱出来，集中精力去考虑提高工艺水平和产品质量问题。我国现阶段还对此技术不够重视，使用条件也不够成熟，还须增加各方面 配套设备，提高技术水平。 在全球制技术水平不断提高的前提下，现代机床各种夹具的设计也随之快速相应的发展 。现代机床夹具发展的基本趋势2为： 1）高效化 高效化的夹具的主要功能是减少工件加工的加工时间和辅助工具的夹紧定位等时间，目的是提高劳动生产率，减轻操作者的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，使用电动虎钳在铣床上装夹工件，工作效率可提高约
23、 5 倍；使用高速三爪自定心卡盘在车床上装夹工件 ，可保证卡爪在试验转速为9000r/min 的超高速下仍能牢固地夹紧工件，这样可以使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、生产自动线部分配置相应的高效、高自动化程度夹具外，在数控机床上，尤其在多轴加工中心上出现了各种自动更换夹具的装置以及自动装夹工件的夹具 ，充分发挥了和提高了数控机床的效率 。 2）标准化 现代机床夹具的主要目的就在于提高生产效率 ，这样也就使其必须具有通用化和标准化的特性，而机床夹具的标准化与通用化是密切联系的两个方面。目前我国已有关于夹具零件及部件的国家标准 ：GB/T2148T225991 以及各类通用夹具、组合夹
24、具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，很大程度上缩短了生产准备周期 ，降低生产总成本。 3）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化类似 ，它们都是指机床夹具通过组合 、调整 等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：生产批量、工序特征、工件的尺寸和形状等。近年来出现的具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业中小批量生产、多品种的需要，提高夹具的柔性化程度，改变专用夹具本来的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要目标和方向。 4）精密化 机床夹具的制造和定位精度会直接影响到
25、零件的加工精度 ，而现在随着机械产品对精度的要求日益提高，必然也相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构有很多类型，例如多齿盘，在用于精密分度时，其分度精度可达0. 1；用于精密车削高精度三爪自定心卡盘，其定心精 为5m。这些精密化的夹具为以后零件加工的精度提供了重要保证。 第 2 章零件图分析 2.1零件材料分析 按零件图要求，连接支架采用Monel alloy K-500合金。这是一种性能好，造价的价格昂贵的进口不锈钢材料。 Monel合金是 Ni-Cu 系耐蚀合金，最早是由美国的国际镍公司 (International镍公 )开发的，其典型成分为 70Ni 和 30Cu，它是镍基耐蚀
26、合金应用最广泛的合金3 。Monel合金既具有较高的强度和韧性，又具有优良的抗还原酸及强碱介质和海水等腐蚀的性能。因此通常用于制造输送氢氟酸(HF)、盐水、中性介 质、碱盐及还原性 酸介质C23的设备。Monel合金也适用于干燥氯气、氯化氢气 、高温氯气(425 ) 及高温氯化氢(450)等介质 ,但不抗含硫介质和氧化性介质(如硝酸,含氧量高的介）的腐蚀，因为镍与硫和氧有剧烈反应，易形成Ni3S2和NIOC Monel 合金有两种类型：加工强化型，有 Monel 400、404、R405 等牌号；沉淀硬化型，有Monel K-500、502 等牌号，常用 Monel alloy K-400 和
27、 K-500，Monel alloy K-500 合金继承了 Monel alloy K-400 合金优良耐腐蚀性。通过在镍铜基内添加铝和钛，并在一定条件下加热使Ni3(Ti,Lv)粒子沉淀为晶体，又使其比Monel alloy K-400、合金有更大的强度和硬度。在各种酸、碱介质中，具有使用寿命长的优点，因而广泛应用与石油化工、核工业、国防工业等尖端工业上，作为其中的重要零件部件，另外还在其他高强度、高耐度高耐磨性的复杂环境条件下使。Monel alloy K-500合金产品的典型应用时链条和电缆船用紧件固件及弹簧；化学处理泵和阀门部件；手术刀和造纸业使用的刮刀；油井钻铤和仪器、泵轴、叶轮；
28、非磁性外壳；石油和天然气生产中石油的安全电梯和阀门；传感器和其他电子组件。 Monel alloy k-500 合金 化学成 分如表 1.1： 表 2.1 Monel alloy K-500 合金化学成分表4C Mn Si S Cu Fe Ni 其他 0.25 1.50 0.50 0.01 余 0.02 63.0-70 Al2.5-3.5 Ti0.35-0.85 2.2零件工艺性分析 根据零件图的要求，该零件内外圆及两端面都须较复杂的加工，且加工精度较高 。零件外形 如图 2.1 所示： 图 2.1 连接支架三维图 下面分析了零件主要的几个加工部位。2.2.1 外圆 1) 右端（ 左右均以零件
29、图为准，下同）76.2外圆加工面，加工面长120.6mm，公差0.025mm，精度要求较高，加工时还须考虑其定位误差，尽量一次装夹加工 多个待加工面 。此外圆轴线 作为多处加工部位的基准，必须保证此处精度。2) 该零件外圆切槽处较多，有4处槽。其中左端第一个为退刀槽槽宽2mm，是加工螺纹退刀所用，精度要求不高。第二处和第四处槽在零件图中有局部放大图，如图2.2。槽宽均有0.2mm公差要求槽壁有 010的斜度，且转折处均须分别倒圆弧角R0.8和R0.15，槽内各处粗糙度须达到 Ra0.8，另外第二处槽还须满足以A为基准的同轴度要求。这两处加工要求较多，编写加工工艺时须谨慎考虑。第三处 图 2.2
30、 4.8 毫米槽槽宽2 0. 20.1，此槽精度要求也比较高，槽宽有公差要求，须保证圆70.4，还要保证以 A 为 基准的同轴度要求，此外，外圆轴线也是作为 T 型槽的 基准，必须达到各精度要求。 3) 左端须加工出一个美制短牙梯型螺纹 33/8-8 STUB ACME，查资料得： 33/8-8 STUB ACME 参数5 d =85.725 d2 =84.772 d3 =83 .3 12 max p =3.175 a=29螺纹轴线须保证 A 为基准的同轴度要求，为满足螺纹的精度要求，可将其工序靠后设计。另外按照零件图指示，需要设计工序铣除不完全螺纹。2.2.2 内孔 两端内孔大小分别为60.
31、5, 40，两孔结合处为 120角 ，保证左端孔117mm 长和结合处 120角，间接保证右端孔的长度，所以须先加工左端较大孔再加工右端较小孔 。左端须加工72.5 内槽，加工出两对称110 、72.5 圆弧 。此处要特别注意，圆弧头尾处是直线而不是弧形，不能由铣床铣刀直接加工完成，又由于不 是完整圆弧，也不能由车床加工，所以必须采用特种加工。 右端要加工76.2 的台阶，此台阶精度较高，尺寸的公差为 0.025mm，同轴度公差为 0.05 ，此处应尽量与外圆 76.2处一次装夹加工。 图 2.4 T 形槽 图 2.3 内孔对称圆弧 2.2.3 其它重要加工部位：1) T 形槽，T 形槽的宽度
32、有 0.1 的公差要求。而且相对外圆轴线有对称度要求。为了加工T形槽，设计者在70.46外圆上设计了一个与T形槽等高的平面便于刀具进退 ，如图 2.4。2）在右端外圆上须加工三个8的通孔，三孔并不是均布的，角度分别为 105，135，120，零件图中对三个孔还有 0.05 的位置度要求，如图 2.5。3)在零件外圆最大处98.4，均布了三个宽6mm，深 4.45mm 的槽。4).在外圆98.4左边的台阶边沿上还要加工一个螺钉孔，螺钉孔螺纹为美制粗牙 内螺纹 1/4-20 UNC-2B 如图 2.6。螺纹参数为： 1/4-2 0 UNC-2B 参数6D= 6.35minD1= 4.9784D2
33、=5.5245D = 6.35minP = 1.27a=60 图 2.5 孔（非均布) 图 2.6 螺钉孔三维图 为了不影响内孔，零件设计者将此螺钉孔设计为平底，设计加工工艺和实际加工时应注意。这几个加工部位位置比较复杂,分别加工的话,定位和加工都比较困难，可以考虑使用特殊的设备和工装对其进行加工。2.2.4 倒角等 详见零件图，如图 2.7。2.3 零件总体分析该零件设计为大批量生产，采用材料为 Monel alloy K-500 合金进口不锈钢，零件图中对硬度无要求，无需热处理。零件总长 197 0.2mm ，外圆最大处 98.4 。粗糙度要求两槽内各处粗糙度 Ra0.8，其余 Ra3.2。螺纹加工处两处，一处为外螺纹，一处为螺钉孔。根据零件图2.7分析，该零件主要设计基准为0.075外圆轴线和左右端面 。
