后钢板弹簧吊耳毕业设计.doc

镇江高等职业技术学校毕 业 设 计 (论 文) 后钢板弹簧吊耳系 名： 机电工程系 专业班级： 0726班 学生姓名： 许 丰 学 号： 072803343 指导教师姓名： 朱和军 指导教师职称： 讲师 2012年6月目 录1. 绪论42. 设计任务53. 零件分析53.1零件的作用53.2 零件的总加工工艺73.3 目标工艺的具体工艺过程84. 30mm孔加工夹具的设计94.1. 30mm孔加工夹具定位分析和基准选择104.2 定位误差分析104.3钻套、衬套设计114.4. 30mm夹具爆炸图及其明细145. 10.5mm孔加工夹具设计145.1 10.5mm孔加工夹具定位分析和基准选择145.2 定位定位误差分析155.3钻套、衬套设计165.4 10.5mm夹具爆炸图及其明细176. 自顶向下的设计思路186.1 自顶向下设计具体过程186.2 自顶向下建模优缺点207. 运动仿真217.1 进入pro-e机构模块217.2 编辑定义运动轴217.3 电机参数设定227.4 伺服电机定义总运动237.5 设定各伺服电机运动时间237.6 运行模拟247.7 运行结果的动画保存248. 结论259. 致谢2510 . 参考文献26绪 论 机械的加工工艺及夹具设计是在完成了学校的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。我们把多年来在夹具设计中遇到的一些小问题归纳如下：清根问题在设计端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。端面和定位外圆分为两体时无此问题,。夹具要不要清根，应根据工件的结构而定。如果零件定位内孔孔口倒角较小或无倒角,则必须清根,如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位，则不需要清根，而且交界处可以倒为圆角r。端面与外圆定位时，与上述相同。让刀问题在设计圆盘类刀具(如铣刀、砂轮等)加工的夹具时，会存在让刀问题。设计这类夹具时，应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后，铣刀或砂轮的退刀位置，其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小，留出超过刀具半径的尺寸位置即可。更换问题在设计加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本,提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。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，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。虚拟制造技术是以计算机三维建模和仿真技术为基础, 以虚拟现实技术为支撑的全新的技术, 是 cad/cam/cae 等技术的发展, 通过对产品的设计、生产过程统一建模, 在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用的整个生命周期的模拟和仿真。这样, 可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程, 以此来优化产品的设计质量和制造过程, 优化生产管理和资源规划, 以达到产品开发周期和成本的最小化, 产品设计质量的最优化和生产效率最高化。机床夹具是制造系统的重要组成部分，随着先进制造技术的发展，传统的夹具设计手段已远远不能满足生产需求，必须开发满足设计需要的计算机辅助夹具设计系统，从而简化设计过程，提高设计效率和质量，减少设计人员的重复劳动。pro/engineer系统是美国参数技术公司(parametric technology corporation，简称ptc)的产品。该软件是最早开发、最早商品化的三维造型软件，ptc公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械cad/cae/cam的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械cad/cae/cam领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械cad/ cae/ cam产品pro/e软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。该软件不但可以进行实体造型、曲面造型、装配造型、钣金造型、二维工程图转换，而且可以进行动态模拟仿真、动力分析、流体分析、有限元分析、nc加工程序自动生成、电子电路设计、模具设计、产品数据管理等 。pro/e软件提供了实体造型、曲面造型、钣金造型、大型装配体的管理、强大的二维工程图转换功能、数控加工程序自动转换功能、动态仿真、各种模具设计与分析、产品数据管理、电子设计、分析计算等功能，其功能强大几乎无所不包，是工程师强有力的助手，有了他，不但减少劳动强度，提高工作效率，降低开发成本，而且以前不能做的许多工作，都可以在这上面完成，因此得到了广大设计人员的钟爱和倾心。2.设计任务以pro/engineer wildfire3.0为夹具设计的设计平台，根据设计参数实现夹具的零件设计，零件和部件的装配，力学分析，工程图样的生成，进行运动仿真。(1)研究零件加工工艺过程(2)设计钻床工艺专用夹具（3）确定夹具具体参数，（4）学习利用pro/e进行零组件设计、仿真和工程图生成的内容。（5）利用pro/e软件进行动作模拟并进行力学分析。（6）完成论文书写。目标零件：后钢板弹簧吊耳目标工艺工程：30mm孔加工工艺和10.5mm孔加工工艺3. 零件分析本章主要进行弹簧吊耳零件的作用结构介绍和总体加工工艺的论述。3.1零件的作用后钢板弹簧吊耳的主要作用是载重后，使钢板能够得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作用。因此汽车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量会影响汽车的工作精度、使用性能和寿命。汽车后钢板弹簧吊耳主要作用是减震功能、阻尼缓冲部分功能、导向功能。如图1所示的工程图和图2的三维建模图。图1 后钢板弹簧吊耳工程图图2 后钢板弹簧吊耳三维建模图3.2 零件的总加工工艺由后钢板弹簧吊耳零件图知可将其分为两组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：（1）以 两外圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：。 两外圆端面的铣削，加工 的孔，其中 两外圆端面表面粗糙度要求为 ，的孔表面粗糙度要求为（2）以 孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：2个 的孔，2个 的孔、2个 孔的内外两侧面的铣削，宽度为4 的开口槽的铣削，2个在 同一中心线上数值为 的同轴度要求。其中2个 的孔表面粗糙度要求为 ，2个 的孔表面粗糙度要求为 ，2个孔的内侧面表面粗糙度要求为 ，2个 孔的外侧面表面粗糙度要求为 ，宽度为4 的开口槽的表面粗糙度要求为 。2.2工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于该零件来说，加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。该类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工零件的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。后钢板弹簧吊耳的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。由于后钢板弹簧吊耳的生产量很大。怎样满足后钢板弹簧吊耳生产率要求也是过程中的主要考虑因素。2.3后钢板弹簧吊耳加工定位基准的选择2.3.1 确定毛坯的制造形式零件材料为q235。由于生量已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型，这对提高生产效率，保证加工质量也是有利的。2.3.2粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。为了满足上述要求，基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准，先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面，再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。 本章主要是对后钢板弹簧吊耳的加工工艺进行设计。先要明确零件的作用，本次设计的后钢板弹簧吊耳的主要作用就是载重后，使钢板能够得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作用。确定了零件的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸后，就可以对零件的工艺路线进行分析，制定出几套工艺方案，然后对这几套方案进行分析比较，选择最优方案，最后进行时间定额计算及生产安排。优良的加工工艺是能否生产出合格，优质零件的必要前提，所以对加工工艺的设计十分重要，设计时要反复比较，选择最优方案。如表1 所示的是弹簧吊耳零件毛胚到成品的总加工工艺过程。此次两夹具的目标工艺是工序5和工序6。表 1 工艺方案表2工序1：铣两外圆端面工序2：钻，扩，铰孔，倒角工序3：铣孔的内侧面工序4：铣孔的外侧面工序5：钻，扩，铰孔，倒角工序6：钻，扩孔工序7：铣宽度为4的开口槽工序8：终检3.3 目标工艺的具体工艺过程如图3所示的是两种夹具工艺目标的两种孔的位置。图 3 工艺孔的三维展示 （1）.加工孔 其表面粗糙度要求较高为，其加工方式可以分为钻，扩，铰三步，根据机械加工工艺手册表2.3-48，确定工序尺寸及余量为：钻孔： 扩孔： 2z=1.8铰孔： 2z=0.2（2）加工孔其表面粗糙度要求较高为，其加工方式可以分为钻，扩，两步，根据机械加工工艺手册表2.3-48，确定工序尺寸及余量为：钻孔： 扩孔： 2z=1.84. 30mm孔加工夹具的设计这章主要针对30mm孔加工工艺进行夹具的设计，进行了夹具定位分析，定位误差分析，钻套、衬套的设计及夹具爆炸图的展示。4.130mm孔加工夹具定位分析和基准选择本夹具主要用来钻、扩、铰两个工艺孔。这两个工艺孔均有尺寸精度要求为，表面粗糙度要求，表面粗糙度为，与端面垂直。并用于以后加工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本道工序为后钢板弹簧吊耳加工的第五道工序，本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。由零件图可知，两工艺孔位于零件孔内外侧面上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与侧面垂直。为了保证所钻、铰的孔与侧面垂直并保证两工艺孔能在后续的孔加工工序中使孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择外圆端面（图示2）和与之配合的心轴（图示1）为主要定位基准限制工件的五个自由度，用一个定位销（图示3）限制工件的另一个自由度。采用螺母夹紧5。图4 定位分析图 4.2 定位误差分析本工序选用的工件以圆孔在间隙心轴上定位，心轴为垂直放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。不过这时的径向定位误差不再只是单向的了，而是在水平面内任意方向上都有可能发生，其最大值也比心轴水平放置时大一倍。见下图。 （1）式中 定位副间的最小配合间隙（mm）； 工件圆孔直径公差（mm）； 心轴外圆直径公差（mm）。图5 心轴垂直放置时定位分析图4.3钻套、衬套设计工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔分钻、扩、铰三个工步完成加工。即先用的麻花钻钻孔，根据gb114184的规定钻头上偏差为零，钻套孔径为。再用标准扩孔钻扩孔，根据gb114184的规定扩孔钻的尺寸为，钻套尺寸为。最后用的标准铰刀铰孔，根据gb114184的规定标准铰刀尺寸为故钻套孔径尺寸为。（1）快换钻套选用如图6和图7所示。图 6 快换钻套三维视图 图7 快换钻套工程图铰工艺孔钻套结构参数如下表2：表2 铰工艺孔钻套数据表dhd公称尺寸允差303040-0.010-0.027534615523.531.5（2）衬套选用固定衬套其结构如图8和图9所示： 图 8 固定衬套工程图 图9 固定衬套三维视图其结构参数如下表3：表 3 固定衬套数据表dhdc 公称尺寸允差公称尺寸允差40+0.02304246+0.035+0.01810.64.4. 30mm夹具爆炸图及其明细30mm夹具完成后的爆炸图如图10所示。其中蓝色为所要加工的弹簧吊耳零件体。图10 30mm夹具爆炸视图下表4为30mm夹具的装配零件明细：表 4 30mm夹具装配图明细5. 10.5mm孔加工夹具设计这章主要针对10.5mm孔加工工艺进行夹具的设计，进行了夹具定位分析，定位误差分析，钻套、衬套的设计及夹具爆炸图的展示。5.1 10.5mm孔加工夹具定位分析和基准选择本夹具主要用来钻、扩、两个工艺孔。这两个工艺孔均有表面粗糙度要求，表面粗糙度为，与圆垂直。本到工序为后钢板弹簧吊耳加工的第六道工序，本道工序加工时主要应考虑如何保证其表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。由零件图可知，两工艺孔位于零件孔上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与端面垂直。为了保证所钻、扩的孔与侧面垂直，根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即钻扩铰工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择孔端面（图示1）为主要定位基面以限制工件的三个自由度，以孔配和的圆柱销（图示2）限制工件的两个自由度，以孔配和的削边销（图示3）限制工件的一个自由度，既采用一面两销定位。再用一个螺旋夹紧机构从孔的另一端面进行夹紧8图 11定位分析5.2 定位定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为：（1）、移动时基准位移误差 （2） = = (2)、转角误差 （3）其中： （4） 5.3钻套、衬套设计工艺孔的加工需钻、扩、两次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔分钻、扩、两个工步完成加工。即先用的麻花钻钻孔，根据gb114184的规定钻头上偏差为零，故钻套孔径为。再用标准扩孔钻扩孔，根据的规定扩孔钻的尺寸为，钻套尺寸为。（1）快换钻套如图12和图13所示结构： 图12 快换钻套工程图 图13 快换钻套三维图扩工艺孔钻套结构参数如下表：表 5 扩工艺孔钻套数据表dhd公称尺寸允差10.51616-0.006-0.01826221241016.5（2）衬套选用固定衬套其结构如图所示：图 14 固定钻套工程图 图15 快换钻套三维图其结构参数如下表：表6 固定衬套数据表dhdc公称尺寸允差公称尺寸允差16+0.01901622+0.039+0.02510.65.4 10.5mm夹具爆炸图及其明细30mm夹具完成后的爆炸图如图10所示。其中没有标示弹簧吊耳零件。图16 10.5mm夹具爆炸图下表展示了10.5mm孔加工夹具组成零件的材料，部分尺寸明细。表 7 10.5mm装配体明细6. 自顶向下的设计思路11自顶向下设计思路是pro-e软件的精华，本章介绍了夹具建模过程中运用到的自顶向下的方法。6.1 自顶向下设计具体过程（1）创建组件，在组件中插入先建好的弹簧吊耳零件图，图17所示。 图17 弹簧吊耳零件插入图2）在组件状态下创建新零件。选择瀑布式菜单中的【元件】，弹出【创建】，如图18. 图 18组件中创建新零件（3）点击图18中的【创建】创建特征，弹出如图19的创建选项，选择【创建特征】。弹出如图20的元件创建对话框，选择【实体】。 图 19创建特征 图20 命名新建的零件4）在模型树中激活新的零件进行自顶向下的建模设计，图21所示。 图21 模型树激活零件建模6.2 自顶向下建模优缺点（1）优点：可以参照吊耳零件进行夹具的设计建模，建模速度更快。由于在组件中创建其他零件，基本不需要装配，没有设计中的配合误差。图22所展示的是在创建夹具零件时参照弹簧吊耳进行的设计。图 22 自顶向下中的零件参照（2）缺点：父子关系复杂，不利于修改。7. 运动仿真13 运动仿真是pro-e的又一强大模块，不仅可以进行机构运行仿真，还能进行装配仿真，速度分析等等。这章主要阐述了装配仿真。7.1 进入pro-e机构模块在装配组件状态点击下拉菜单的【应用程序】，弹出如图23的菜单，选择【机构】，进入机构模块。 图23 机构模块的进入注：能够进行机构模拟的连接首先应该在装配中进行连接装配7.2 编辑定义运动轴如图24操作进入图25的伺服电机的编辑界面。图24 编辑定义伺服电动机图 25定义界面7.3 电机参数设定选择图25所示的【轮廓】按钮，进入图26的伺服电机定义界面，定义电机的运动参数。图 26 电机参数的设定7.4 伺服电机定义总运动所有电机参数设定完毕，选择机构中的【分析定义】按钮，进入图27的界面，进行运动总定义。图 27 伺服电机定义总运动7.5 设定各伺服电机运动时间选择图27的【电动机】按钮，进入图28的分析定义界面，进行各个电机运动时间设定。图 28 设定伺服电机运动时间7.6 运行模拟单击图28中的【运行】按钮可以查看运行情况，单击【确定】按钮，在分析对话框中显示pump_emluation，分析结果的名称。单击【运行】按钮可以将运行结果存入结果集，单击【取消】按钮退出。7.7 运行结果的动画保存（1）单击按钮，系统将弹出【回放】对话框，在此对话框中单击按钮，系统将弹出如图所示的动画对话框，单击按钮弹出图30的动画对话框，可以将仿真结果制作成动画进行播放。如图29.图29 回放对话框 图30 动画对话框2）单击图30中的按钮，系统将弹出图示31的【捕获】对话框，单击【确定】按钮可以将动画保存为mpeg格式。图31捕获对话框（3）单击捕获对话框中的【确定】按钮，就可以开始mpeg格式动画的制作。8. 结论pro-e的父子关系是把双刃剑，自顶向下的设计思路就是基于父子关系。巧妙的应用父子关系去解决实际问题是今后学习的方向。如何运用好父子关系进行更快，更好的建模设计，是我要努力的。9. 致谢首先衷心感谢我的指导老师，从论文的选题、确定题目以及毕业设计的撰写都是在老师的悉心指导和关怀下完成的，在写论文的过程中，经常碰到这样那样的问题，有时候真的想放弃，想随便写一下算了。但是想到这是我作为在校生的最后一次作业了，我想给这份作业画上一个圆满的句号，所以不管多不好整我都要坚持，功夫不负有心人，现在看着自己完成的论文，真的挺开心自己的劳动成果啊！在最后我非常感谢本小组的同学们，有了他们的帮助才使得