设计说明书毕业论文-气门摇臂机械工艺与夹具设计

1、I摘 要由于在加工气门摇臂时出现影响性因素使加工过程不能正常进行，所以合适的专用夹具需要应运而生。在此过程中需要考虑的因素就是气门摇臂自身存在的问题，即弯曲程度和加工孔的相对位置。这两个因素足以限制夹具对孔的加工，不利于加工工艺的制订。而在经过对气门摇臂自身属性的分析，结合后续加工工艺的制订。所以，设计两套夹具用于零件固定。根据对设计的分析可以清楚地看出，专用夹具的设计可以充分满足加工需求。不仅可以实现零件的夹紧，也可以保证加工位置的相对精度要求。本设计在开始时，首先会对零件及其工艺进行相应的研究及分析。同时，简单讲解论述有关夹具存在的价值及其基本信息。而技术的研究路线上，经工艺的研究与分析等

2、过程确定加工参数等。其中，就需采取最优方案以满足基本需要。设计夹具的过程，表述了其设计准则。以及其需要完成什么样的动作要求，和该去怎样设计动作步骤。简单点说，就是对夹具的动作设计做出说明。此次毕设是学生生涯中一次难忘且深刻的过程，且融合了综合知识的精华。在老师指导和纠正下，完成了一个未来工作的经验过程。关键词：气门摇臂；专用夹具；位置精度IVAbstractDue to the influencing factors in the processing of flange, the processing process can not be carried out normally, so t

3、he appropriate special fixture needs to come into being. The factors to be considered in this process are the problems of the flange itself, that is, the degree of bending and the relative position of the machined hole. These two factors are enough to limit the machining of holes by fixtures, which

4、is not conducive to the formulation of machining process. After analyzing the properties of the flange itself, combined with the formulation of subsequent processing technology. Therefore, two sets of fixtures are designed for part fixation. According to the analysis of the design, it can be clearly

5、 seen that the design of special fixture can fully meet the processing requirements. It can not only realize the clamping of parts, but also ensure the relative accuracy requirements of machining position.At the beginning of this design, the corresponding research and analysis will be carried out on

6、 the parts and their processes. At the same time, briefly explain and discuss the value and basic information of the fixture. On the research route of technology, the processing parameters are determined through the process of process research and analysis. Among them, it is necessary to adopt the o

7、ptimal scheme to meet the basic needs. The process of designing fixture and its design criteria are expressed. And what kind of action requirements it needs to complete, and how to design action steps. Simply put, it is to explain the action design of the fixture. The completion of this assignment i

8、s an unforgettable and profound process in the students life and integrates the essence of comprehensive knowledge. Under the guidance and correction of teachers, it is a process of blending the experience of future work.Key words: flange; Special fixture; Position accuracy目 录 TOC h z t 标题 1,2,标题 2,

9、3,标题 3,4,标题,1 HYPERLINK l _Toc104461471 摘 要 PAGEREF _Toc104461471 h I HYPERLINK l _Toc104461472 Abstract PAGEREF _Toc104461472 h II HYPERLINK l _Toc104461473 第1章 绪 论 PAGEREF _Toc104461473 h 1 HYPERLINK l _Toc104461474 1.1研究背景 PAGEREF _Toc104461474 h 1 HYPERLINK l _Toc104461475 1.2国内外研究现状 PAGEREF _To

10、c104461475 h 2 HYPERLINK l _Toc104461476 1.3研究意义 PAGEREF _Toc104461476 h 3 HYPERLINK l _Toc104461477 第2章 零件的分析 PAGEREF _Toc104461477 h 5 HYPERLINK l _Toc104461478 2.1零件的作用 PAGEREF _Toc104461478 h 5 HYPERLINK l _Toc104461479 2.2零件的工艺分析 PAGEREF _Toc104461479 h 5 HYPERLINK l _Toc104461480 2.3本章小结 PAGER

11、EF _Toc104461480 h 6 HYPERLINK l _Toc104461481 第3章 确定毛坯图 PAGEREF _Toc104461481 h 7 HYPERLINK l _Toc104461482 3.1毛配图具体参数 PAGEREF _Toc104461482 h 7 HYPERLINK l _Toc104461483 3.2本章小结 PAGEREF _Toc104461483 h 7 HYPERLINK l _Toc104461484 第4章 工艺规程设计 PAGEREF _Toc104461484 h 8 HYPERLINK l _Toc104461485 4.1定位

12、基准 PAGEREF _Toc104461485 h 8 HYPERLINK l _Toc104461486 4.2制订工艺路线 PAGEREF _Toc104461486 h 8 HYPERLINK l _Toc104461487 4.3选择加工设备及刀、量、夹具 PAGEREF _Toc104461487 h 9 HYPERLINK l _Toc104461488 4.4加工工序设计 PAGEREF _Toc104461488 h 11 HYPERLINK l _Toc104461489 4.5本章小结 PAGEREF _Toc104461489 h 18 HYPERLINK l _Toc

13、104461490 第5章 夹具设计 PAGEREF _Toc104461490 h 19 HYPERLINK l _Toc104461491 5.1原始数据 PAGEREF _Toc104461491 h 19 HYPERLINK l _Toc104461492 5.1.1确定设计方案 PAGEREF _Toc104461492 h 19 HYPERLINK l _Toc104461493 5.1.2计算夹紧力并确定螺杆直径 PAGEREF _Toc104461493 h 20 HYPERLINK l _Toc104461494 5.1.3定位精度分析 PAGEREF _Toc1044614

14、94 h 20 HYPERLINK l _Toc104461495 5.1.4.操作说明 PAGEREF _Toc104461495 h 20 HYPERLINK l _Toc104461496 5.1.5.工件在夹具体上的精度分析 PAGEREF _Toc104461496 h 20 HYPERLINK l _Toc104461497 5.2原始数据（工序9） PAGEREF _Toc104461497 h 21 HYPERLINK l _Toc104461498 5.2.1确定设计方案 PAGEREF _Toc104461498 h 21 HYPERLINK l _Toc104461499

15、 5.2.2.计算夹紧力并确定螺杆直径 PAGEREF _Toc104461499 h 22 HYPERLINK l _Toc104461500 5.2.3.定位精度分析 PAGEREF _Toc104461500 h 22 HYPERLINK l _Toc104461501 5.2.4.操作说明 PAGEREF _Toc104461501 h 23 HYPERLINK l _Toc104461502 5.2.5.工件在夹具体上的精度分析 PAGEREF _Toc104461502 h 23 HYPERLINK l _Toc104461503 5.3本章小结 PAGEREF _Toc10446

16、1503 h 23 HYPERLINK l _Toc104461504 第6章 有限元分析 PAGEREF _Toc104461504 h 24 HYPERLINK l _Toc104461505 6.1静力分析理论 PAGEREF _Toc104461505 h 24 HYPERLINK l _Toc104461506 6.2有限元分析 PAGEREF _Toc104461506 h 26 HYPERLINK l _Toc104461507 6.3本章小结 PAGEREF _Toc104461507 h 33 HYPERLINK l _Toc104461508 总 结 PAGEREF _To

17、c104461508 h 34 HYPERLINK l _Toc104461509 参考文献 PAGEREF _Toc104461509 h 35 HYPERLINK l _Toc104461510 致 谢 PAGEREF _Toc104461510 h 372：工件尺寸精度IT7级；位置度0.01mm；同轴度0.01mm；表面粗糙度Ra0.8。由于此零件需要加工五个面，所以至少需要确保三个孔与之呈90，并保证其在同一条中心线上。图2-1 零件图2.3本章小结本章对于气门摇臂夹具的工作原理进行说明，通过对零件的参数零件尺寸为60200.0438，使用45#钢的确定，并确定技术指标：工件尺寸精度

18、IT7级；位置度0.01mm；同轴度0.01mm；表面粗糙度Ra0.8，并完成了结构设计第3章 确定毛坯图3.1毛配图具体参数由上述资料可知，其材料属性是45钢。由此可知，其毛坯选用铸件的形式 REF _Ref104476192 r h * MERGEFORMAT 3。根据加工需求，其需大批量生产。计算可知使用砂型机器加工出毛坯，且放置型芯。经查得，其加工余量等级为铸钢CT8-10级。其加工余量如表所示：表3-1加工余量加工表面基本尺寸(mm)加工余量等级加工余量数值说明26上平面20G3端面，单侧加工（上）26下平面20G3端面，单侧加工（上）SR13下平面20G3端面，单侧加工（上）中心孔

19、44H7H32孔降一级，双侧加工中心孔端面38G32端面，双侧加工铸件主要尺寸的公差：表3-2铸件尺寸公差零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CT206262.6203232.4446382.6386442.83.2本章小结确定毛配图材料，采用铸件的形式，用砂型机器加工出毛坯，确定加工余量和铸件尺寸公差。第4章 工艺规程设计4.1 定位基准在挑选满足加工需求的粗基准的时候，需要充分满足两个要求。第一，在确保每个需要加工的表面都有足够的余量时，尽可能地使要加工的关键面余量保持平均。第二，确保可以精准的完成定位和准确的夹紧工件。根据以上两点，粗基准挑选44孔和26上平面。44孔和其上端面，既是装配基准又是设

20、计基准。选其为精基准，符合基准重合原则。销定位既可以满足面定位，也可以满足孔定位。这样的话，就完全符合基准统一的原则。这样定位相对来说，稳定性会更好一点。而其夹紧的方式在符合要求的情况下，操作方式也较为简单。4.2 制订工艺路线工艺路线 REF _Ref104476224 r h * MERGEFORMAT 41：在工序进行前，需要提前铸造出符合加工的毛坯。在加工完符合工序的毛坯后，在对其进行退火处理。然后，再对其抛丸处理，对其表面进行清洁处理。最后在正式加工前，再将其涂上底漆。1、粗铣26和SR13下平面。2、粗铣26上平面。3、刮端面，粗镗中心孔。4、调质处理HRC28-32。5、半精镗中

21、心孔，刮端面。6、精铣26上平面。7、精镗44的孔并倒角。8、钻、攻M14孔、钻、扩、粗铰、精铰14。9、钻3、攻M4的螺纹。10、钻3、攻M4的螺纹。11、对加工出的工件检验相应的尺寸等要求。12、入库。工艺路线 REF _Ref104476241 r h * MERGEFORMAT 52在工序进行前，需要提前铸造出符合加工的毛坯。在正式加工前，再对其进行热处理，使之更适合加工。1、钻左端3孔。2、钻右端3孔。3、锪平5，攻M4螺纹孔。4、钻M14螺纹底孔。5、钻14孔。6、铣60上端平面，铣60下端平面。7、车粗镗44孔。8、铣14孔两端平面11。9、铣14孔端面。10、去毛刺11、终检1

22、2、对加工出的工件检验相应的尺寸等要求。工艺路线一和工艺路线二的加工步骤，存在明显的不同。其中主要的不同就在于，两者的步骤中颠倒了加工顺序。一个先加工孔，再加工面。另一个是先加工面，再加工孔。而其他工序，相对来说是没什么变化的。在对两种方案进行综合对比后可知，加工顺序的改变对工件的加工有着明显的改变。根据效率和精度的要求限制，综合对比后，选择工艺路线一为本次加工工件的加工方案。4.3选择加工设备及刀、量、夹具以通用机床为主、辅以少量专用机床和组合机床加工。人工装卸 REF _Ref104476265 r h * MERGEFORMAT 6。第一道工序：粗铣26和SR13下平面。使用X52K型号

23、的立式铣床去完成其加工工序所设计的步骤。为了保证此步骤的技术要求，故选用28立铣刀来加工。使用游标卡尺0-125/0.02去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用百分表去测量未加工时的工件和加工后的工件。第二道工序：粗铣26上平面。使用X52K型号的立式铣床去完成其加工工序所设计的步骤。为了保证此步骤的技术要求，故选用28立铣刀来加工。使用游标卡尺0-125/0.02去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用百分表去测量未加工时的工件和加工后的工件。第三道工序：刮平端面，粗镗中心孔 REF _Ref104476317 r h * MERGEFORMAT 7。使用T611型号的铣镗床去完成其加工工

24、序所设计的步骤。为了保证此步骤的技术要求，故选用20mmYT5镗刀来加工。使用游标卡尺0-125/0.02去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用百分表去测量未加工时的工件和加工后的工件。第四道工序：半精镗中心孔，刮端面。使用T611型号的铣镗床去完成其加工工序所设计的步骤。为了保证此步骤的技术要求，故选用20mmYT5镗刀来加工。使用游标卡尺0-125/0.02去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用百分表去测量未加工时的工件和加工后的工件。第五道工序：精铣26上平面。使用X52K型号的立式铣床去完成其加工工序所设计的步骤。为了保证此步骤的技术要求，故选用28立铣刀来加工。使用专用检具去测量

25、未加工时的工件和加工后的工件。使用游标卡尺0-125/0.02mm。去测量未加工时的工件和加工后的工件。第六道工序：精镗44孔，并倒角 REF _Ref104476335 r h * MERGEFORMAT 8。使用T611型号的铣镗床去完成其加工工序所设计的步骤。为了保证此步骤的技术要求，故选用20mmYT5镗刀来加工。使用游标卡尺0-125/0.02去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用百分表去测量未加工时的工件和加工后的工件。第七道工序：钻、攻M141.5-6H孔。使用Z3025型号的钻床去完成其加工工序所设计的步骤。为了保证此步骤的技术要求，故选用莫式锥柄麻花钻12来加工。然后，使用

26、机用丝锥M14攻丝。使用游标卡尺0-125/0.02去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用塞尺去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用游标深度尺去测量未加工时的工件和加工后的工件。钻、扩、铰14H7。使用Z3025型号的钻床去完成其加工工序所设计的步骤。为了保证此步骤的技术要求，故选用莫式锥柄麻花钻13、13.85、铰刀13.95来加工。使用游标卡尺去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用游标深度尺去测量未加工时的工件和加工后的工件。第八道工序：钻M4-6H深88孔并攻丝。使用Z3025型号的法钻床去完成其加工工序所设计的步骤。为了保证此步骤的技术要求，故选用莫式锥柄麻花钻3来加工。然后，使

27、用机用丝锥M4攻丝。使用螺纹塞规去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用游标卡尺去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用游标深度尺去测量未加工时的工件和加工后的工件。第九道工序：钻M4-6H深99孔并攻丝。使用Z3025型号的钻床去完成其加工工序所设计的步骤。为了保证此步骤的技术要求，故选用莫式锥柄麻花钻3来加工。然后，使用机用丝锥M4攻丝。使用螺纹塞规去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用游标卡尺去测量未加工时的工件和加工后的工件。使用游标深度尺去测量未加工时的工件和加工后的工件。4.4加工工序设计步骤十由文献可知 REF _Ref104476415 r h * MERGEFORMAT 9

28、铣26和SR13的下平面工序尺寸为X=23,设计尺寸X1=20,粗加工公差取IT=11，其公差T=0.13.所以X2=230.065步骤20、60粗、精铣26上平面 REF _Ref104476431 r h * MERGEFORMAT 10。总加工余量为3mm，Z精为1mm，故粗加工余量为Z粗3-1=2mm。设计尺寸X1=20则精铣上平面的工序尺寸为21mm。粗加工公差取IT=11，其公差T=0.13.所以X2=210.065电机功率为7.5KW。每齿进给量fz=0.2mm/z。每转进给量f=0.5mm/r, ap=1mm,粗铣ap=2mm.主轴转速为150r/min,且铣刀直径为28故切削

29、速度为： （4-1）主轴转速为300r/min，且铣刀的直径为28，则切削速度：= （4-2）校核机床功率：切削功率Pm=167.910-5ap0.9fz0.74取Z=8N=150/60=2.5r/sae=26mmap=2mm fz=0.2mm/zKpm=1 Pm=167.910-520.90.20.742682.51=0.5KW （4-3）查文献得机床功率为7.5KW，若取效率为0.85则7.50.85=6.3750.5KW工时:1.基本时间 表4-1辅助时间操作内容每次时间次数时间装夹工件0.0510.05主轴停、开0.0140.04打开或关闭切削液0.0240.06纵向快速移动工作台靠近

30、0.0320.06离开0.0220.04横向快速移动工作台靠近0.0420.08离开0.0320.06升降工作台0.0220.04转动夹具0.0310.03转动工件0.110.1测量0.1810.18卸工件0.0310.03清屑0.0310.033.作业时间 （4-4）4.布置工作地时间Tfw查文献1表6.3-36得K=15.9% （4-5） （4-6）5.休息与生理时间T （4-7）6.准备与终结时间取部分时间为中等件33移动床鞍1min保证定位0.3使用夹具10试刀7由题目知生产量为6000件则： （4-8）7.单件时间： （4-9）8.单件计算时间Tc （4-10）工序30、50、70粗

31、镗、半精镗、精镗44孔。查文献得 REF _Ref104476463 r h * MERGEFORMAT 11得粗镗以后孔的直径为42，半精镗后的直径为43.7，精镗后的直径为44H7。已知Z总=44-38=6mm，故Z粗=42-38=4mm，Z半精=43.7-42=1.7，Z精=44-43.7=0.3粗镗、半精镗、精镗工序的余量和工序尺寸及公差列表如下：表4-2工序的余量和工序尺寸及公差加工表面加工方法余量精度等级工序尺寸及公差44粗镗4H11420+0.1644半精镗1.7H943.70+0.062 QUOTE 0+0.062 44精镗0.3H7420+0.025 QUOTE 0+0.02

32、5 有公式知： （4-11）查文献得 REF _Ref104476478 r h * MERGEFORMAT 12：Fz=9.8160apXFzfYFzVnFzKFz取CFz=180，XFz =1，YFz=0.75，nFz =0，KFz =1则：（4-12） （4-13）取机床效率为0.85，则5.20.85=4.420.85KW，则功率满足。查文献得 REF _Ref104476495 r h * MERGEFORMAT 13V=1.2m/s=72m/min,取f=0.12mm/r （4-14）精镗孔时，因余量为0.3，故ap=0.3查文献得 REF _Ref104476511 r h *

33、MERGEFORMAT 14V=1.5m/s=90m/min,取f=0.1mm/rN=1000v/d=901000/3.1444=651r/min工时Tj=(l+l1+l2+l3)i/fnl1=ap/tgkr+(23)l2=35 l3=5，已知l=38mm粗镗孔： (4-4)半精镗： （4-5） 精镗： (4-6)1.辅助时间估算为Tf=0.1工序80钻、攻M14：查文献得 REF _Ref104476527 r h * MERGEFORMAT 15f=0.4mm/rv=0.33m/s=19.8m/min因一次钻出，故其钻削余量为Z钻=12/2=6mm (4-7)查文献得实际转速为500r/m

34、in则实际切削速度为 (4-8)校核：故机床的刚度足够。2.钻、扩、铰14查文献得 f=0.4mm/rv=0.33m/s=19.8m/min钻削余量为 (4-9)查文献得 REF _Ref104476543 r h * MERGEFORMAT 16实际转速为500r/min则实际切削速度为 (4-10)校核：故机床的刚度足够。扩孔的切削速度为（1/21/3）V钻，则V扩=1/220.41=10.2m/min，取f=0.3mm/r可得转速N=1000v/D=100010.2/3.1413.85=234.5r/min取N=250r/min。查文献得铰孔的进给量取f=0.3mm/r查文献得切削速度为

35、V=0.3m/s=18m/min由此可以算出转速N=1000v/D=100018/3.1413.95=411r/min按机床的实际转速取N=400r/min，则实际切削速度为基本时间钻、攻M14：Tj=l/fn=l1+l+l2/fnl1=D/2(tgkr+12)n=500f=0.4l=20l2=14l2=2d=12l1=12/2tg118+21.5=1.8 (4-11)Tj=20+1.8+2/0.4500=0.119攻丝0.119Tj总=0.1192=0.238钻、扩、铰14：钻盲孔时l2=0 (4-12)查文献得 REF _Ref104476562 r h * MERGEFORMAT 19扩

36、孔和铰孔的计算公式为： (4-13)扩盲孔和铰盲孔时L2=0扩13.85孔：l1=13.85-13/2ctg60+1.5=1.7L=12l2=0将以上数据及前面已选定的f和n代入公式，得 (4-14)粗铰13.95孔：l1=13.95-13.85/2ctg45+1.5=1.55L=12l2=0将以上数据及前面已选定的f和n代入公式 REF _Ref104476581 r h * MERGEFORMAT 18，得 (4-15)粗铰、精铰2tj=20.11=0.22min总机动时间tj总也就是基本事件Tb为： （4-16）表4-3辅助时间操作内容每次时间次数时间主轴变速0.02510.025变速进

37、给量0.02560.15升降钻杆0.015120.18装卸套筒刀具0.0620.12卡尺测量0.160.6塞规测量0.2510.25开停车0.01560.09主轴运转0.0260.12清屑0.0410.04Tf=1.5753.作业时间 （4-17）4.布置工作地时间Tfw得K=3% （4-18） 5.休息与生理时间Tx （4-19）6.准备与终结时间可知产量为6000件则Te/n=(33+1+0.3+10+7)/6000=0.008min7.时间TdTd=Tj+Tf+Tfw+Tx=4.133+0.122=4.38min8计算时间TcTc=Td+Te/n=4.38+0.008=4.389min工

38、序90/100f=0.7v=0.36m/s=21.6m/minN=1000v/D=100021.6/3.143=2293r/min实际转速为2500r/min则实际切削速度为V=Dn/1000=3.1432500/1000=23.55m/min校核：Ff=9.8142.7d0f0.8Km=9.8142.730.751=942.5N7847N (4-20)M=9.810.021d02f0.8Km =9.810.021330.75=1.4N.m (4-21)故机床的刚度足够。钻长88孔：Tj=l/fn=l1+l+l2/fnl1=D/2(tgkr+12)n=450f=0.7l=88l2=14l2=2

39、d=3l1=3/2tg118/2+15=0.44Tj=0.44+88+2/0.72500=0.05攻丝0.05钻长99孔：Tj=l/fn=l1+l+l2/fnl1=D/2(tgkr+12)n=450f=0.7l=99l2=14l2=2d=3l1=3/2tg118/2+1.5=0.44Tj=0.44+99+2/0.72500=0.06攻丝0.06Tj总=0.052=0.1Tj总=0.062=0.12辅助时间估算为Tf=0.8253.作业时间： （4-22）4.布置工作地时间Tfw （4-23）5.休息与生理时间TxTx=TBK=0.036.准备与终结时间生产量为6000件则： （4-24）7.时

40、间： （4-24）8.计算时间Tc （4-25）锪孔5估算0.014.5本章小结本章介绍了确定定位基准并制定了工艺路线，选择加工设备及刀、量、夹具及加工工序。第5章 夹具设计5.1原始数据本次为工序8设计夹具：钻、攻M141.5-6H孔,Ra3.2；同时钻、扩、粗铰、精铰14H7，Ra0.8。使用气门摇臂钻床去完成其加工工序所设计的步骤。5.1.1确定设计方案1）定位与夹紧图5-1夹具零件本步骤所加工的孔是垂直于44H7的两个孔，M141.5-6H通孔，14H7，以44H70+0.025的孔和440+0.025的端面及M141.5-6H下端面定位 REF _Ref104476607 r h *

41、 MERGEFORMAT 20。而工件在加工时将440+0.025所在的面用螺栓固定在支撑板上，实现其夹紧定位。这种方式相对于其他定位形式而言，显得操作简单。通常情况下，夹具的定位大部分依靠螺栓固定夹紧。而所夹对象一般是夹具体安装在夹具上的面，和其上存在的加工孔来定位。工件经过44H70+0.025的孔和440+0.025的面的固定，限制了其五个自由度。所以为了使得工件能够顺利固定夹紧，需要再限制其剩余自由度。解决的方法如下：以现有夹紧方案为基础，再在其上增加件来限制剩余自由度。通俗的方法就是再加一个支撑板，以M141.5-6H所在的面去完成定位。这样的话，它就可以作为辅助工件的形式去实现支撑

42、。也就是说，这样就可以防止工件在加工时出现转动。同时，为了使需要定位的面能够与工件的接触严丝合缝，还需再增加一个可调支撑钉。而其所安装的位置，就在14H7的下方。等一切准备就绪后，使用螺母将其固定夹紧。经过综合对比分析可知，综上所述解决方法不仅操作方便，而且不会对后续加工产生干涉，尤其针对钻孔的步骤。2）导向方案通常情况下，为了能够腾出一定的排屑空间，会特别针对引导的刀具进行设计。而针对多个工序的加工，所以其上的钻套也就需要具备可以快速更换的能力。3）钻模类型选择经过对工件所述的要求分析可知，需要使用快换钻模。其加工孔的位置为M141.5-6H通孔，14H7。其具备加工精度高的特点，故而满足本

43、次加工。5.1.2计算夹紧力并确定螺杆直径因夹紧力与切削方向相反，故而其关系为F夹=KF，取K=3。由计算得F=2413N，所以F夹=2413N3=7239N376800N故其满足强度要求，且使用M24的螺栓。5.1.3定位精度分析 M141.5-6H通孔和14H7孔在装夹时，需要直接完成加工。这样的话，钻模就可以确保定位位置得精度要求。所以为了更好的完成心轴与孔的合理装配，其间隙为0.044mm。此外钻套轴线与定位面的垂直度为0.1，平面度为0.05mm,垂直度为0.008mm。夹具定位孔与卧轴转台定位销的配合为110H7/g6。5.1.4.操作说明首先，在固定工件前，需要在其安装孔位置放进

44、芯轴。其次人工去完成压板的旋转，使之摆放到合适的位置上。继而，通过小幅度的旋转去拧紧螺栓，使之能够完好的夹紧工件。这时，可以通过微调螺旋支撑，去进一步的完成夹紧。然后，在工件的自由度全部限制后，就可以去完成钻孔的步骤了。最后，钻孔步骤结束后，将工件上固定的件全部松开即可。5.1.5.工件在夹具体上的精度分析影响加工精度的因素 在进行机加工时，由于夹具的介入，整个加工体系就会出现一些问题。比如说影响工件精度，其相关的原因由很多种，且互相不衔接。在定位时可能会导致误差的产生，在对刀时也容易使得误差出现等等。这些都是由于刀具没有与工件维持在一个正确的位置上，才会使得残次品一次次的出现。故而，在进行大

45、批量的加工生产时，一定要多次抽查样品。这样做可以极大地减少剩余产品的损失，以防频频出现废品。5.2原始数据（工序9）本次为工序8设计夹具：先钻2-3.2、攻2-M40.7-6H长88的螺纹。使用气门摇臂钻床去完成其加工工序所设计的步骤。设计方案本第一个夹具方案设计基本相同。5.2.1确定设计方案1）定位与夹紧图5-2装夹图本步骤所加工的孔是2-3.2和M40.7-6H的孔，以44H70+0.025的孔和440+0.025的端面及M141.5-6H下端面定位。同时，旋转一定的角度。而工件在加工时将440+0.025所在的面用螺栓固定在支撑板上，实现其夹紧定位。这种方式相对于其他定位形式而言，显得

46、操作简单。通常情况下，夹具的定位大部分依靠螺栓固定夹紧。而所夹对象一般是夹具体安装在夹具上的面，和其上存在的加工孔来定位。工件经过44H70+0.025的孔和440+0.025的面的固定，限制了其五个自由度。所以为了使得工件能够顺利固定夹紧，需要再限制其剩余自由度。解决的方法如下：以现有夹紧方案为基础，再在其上增加件来限制剩余自由度。通俗的方法就是再加一个支撑板，以M141.5-6H所在的面去完成定位。这样的话，它就可以作为辅助工件的形式去实现支撑。也就是说，这样就可以防止工件在加工时出现转动。同时，为了使需要定位的面能够与工件的接触严丝合缝，还需再增加一个可调支撑钉。而其所安装的位置，就在1

47、4H7的下方。等一切准备就绪后，使用螺母将其固定夹紧。经过综合对比分析可知，综上所述解决方法不仅操作方便，而且不会对后续加工产生干涉，尤其针对钻孔的步骤。为不影响钻孔，心轴上的对应位置上需钻出4孔。2）导向方案通常情况下，为了能够腾出一定的排屑空间，会特别针对引导的刀具进行设计。而针对多个工序的加工，所以其上的钻套也就需要具备可以快速更换的能力。3）钻模类型选择经过对工件所述的要求分析可知，需要使用快换钻模。其加工孔的位置为3.2和M40.7-6H。其具备加工精度高的特点，故而满足本次加工。5.2.2.计算夹紧力并确定螺杆直径因夹紧力与切削方向相反，故而其关系为F夹=KF，取K=3。由计算得F

48、=2413N，所以F夹=2413N3=7239N参考第一次夹具，此次使用M24的螺栓。5.2.3.定位精度分析3.2和M40.7-6H孔在装夹时，需要直接完成加工。这样的话，钻模就可以确保定位位置得精度要求。所以为了更好的完成心轴与孔的合理装配，所以最大配合间隙为0.044mm。衬套与夹具体配合为H7/g6,而刀具与导套内孔配合为F8/h6。此外钻套轴线与定位面的垂直度为0.1，定位面的平面度为0.05mm,定位面与夹具安装面的垂直度为0.008mm。夹具定位孔与卧轴转台定位销的配合为110H7/g6。5.2.4.操作说明首先，在固定工件前，需要在其安装孔位置放进芯轴。其次人工去完成压板的旋转

49、，使之摆放到合适的位置上。继而，通过小幅度的旋转去拧紧螺栓，使之能够完好的夹紧工件。然后，在工件的自由度全部限制后，就可以去完成钻孔的步骤了。最后，钻孔步骤结束后，将工件上固定的螺栓全部松开即可。5.2.5.工件在夹具体上的精度分析影响加工精度的因素。在进行机加工时，由于夹具的介入，整个加工体系就会出现一些问题。比如说影响工件精度，其相关的原因由很多种，且互相不衔接。在定位时可能会导致误差的产生，在对刀时也容易使得误差出现等等。这些都是由于刀具没有与工件维持在一个正确的位置上，才会使得残次品一次次的出现。故而，在进行大批量的加工生产时，一定要多次抽查样品。这样做可以极大地减少剩余产品的损失，以

50、防频频出现废品。5.3本章小结确定设计方案定位和夹紧，计算夹紧力并确定螺杆直径，为了确保精度，3.2和M40.7-6H孔在装夹时，需要直接完成加工。 第6章 有限元分析 6.1静力分析理论线性静力分析主要基于弹性力学以及理论力学相关理论，其中有连续性、均匀性、各向同性、弹性以及小变形性等假设。在弹性力学中，可已通过平衡方程、物理方程以及几何方程来对弹性体任意位置的应力、位移以及应变进行描述 REF _Ref104476859 r h * MERGEFORMAT 17。（1）平衡方程由于弹性体在收到外力后依然平衡，由弹性力学可得三个方向的平衡方程&xx+xyy+xyz+px=0&xyx+yy+y

51、zz+py=0&xzx+yzy+zz+pz=0 (6-1)几何方程几何方程主要是对应变与位移之间的关系进行描述，可用矩阵形式表达为：=&x&y&z&xy&yz&zx=&ux&y&wz&uy+x&z+wy&wx+uz&x 0 0&0 x 0&0 0 x&y x 0&0 z y&z 0 x&u&v&w (6-2)（2）物理方程物理方程与材料物理特性有关，主要有六个，其形式为：&x=1Exyz&y=1Eyzx&z=1Ezxy&xy=1Gxy&yz=1Gyz&yz=1Gzx (6-3)其中E表示弹性模量，G为切变弹性模量，为泊松比，三个变量间存在以下关系： (6-4)由式（3-2）中的前三个方程式可求

52、解出x、y、z，其余三个方程式可以求解出xy、yz、zx，结合上式可将物理方程转换为矩阵形式：=D (6-5)其中，D=E11+12&1 1 1 0 0 0&1 1 1 0 0 0&1 1 1 0 0 0&0 0 0 1-221- 0 0&0 0 0 0 1-221- 0&0 0 0 0 0 1-221- (6-6)称为弹性矩阵，弹性矩阵主要与E与有关 REF _Ref104476873 r h * MERGEFORMAT 23。静力分析是结构有限元分析的基础。静力学分析主要研究静止或者匀速状态下的结构响应，不考虑惯性和阻尼效应，以及与时间有关载荷的影响。通过静力学分析，可以得到结构的刚度、强

53、度、稳定性、约束反力等技术指标。但是静力分析并不是只能用于纯粹静力载荷条件，还可以加载惯性载荷为定值的载荷，同时，也可以计算作用时间较长的准静态问题，包括模拟诸如大变形、大应变、接触、塑性、超弹、蠕变等分线性行为。对于模型受到外界作用而产生应力的情况，通常使用强度理论对其是否出现损伤来进行判断。通常情况下，模型受到载荷式会产生脆性或者塑性损伤。对于单向应力下的结构而言，可以通过进行拉伸压缩试验，结合其强度或者屈服极限来进行状态的判断。对于二向应力下的结构来说，模型内损伤位置的第一主应力与第二主应力的绝对值都大于零。若材料的应力中存在两个或三个不为零的分量，这些分量将会有不同比例的多个组合形式，

54、这也造成了具体试验的困难，无法通过实验法来进行确定。处于对工程问题的解决，研究人员对材料破坏进行了深入研究，提出了很多基于某种破坏试验的假说。这些假说都是对某种具体材料的破坏而言，并不能解释相关材料的破坏共性，后人能将这些假说成为强度理论。 静力分析中的载荷施加非常缓慢，并且在静力分析中不考虑阻尼和惯性力，其分析方程为 (6-7)其中，K是刚度矩阵，u是位移矢量，F是静力载荷由于静力分析忽略了动载荷、惯性力以及阻尼力的影响，当采用线弹性材料进行计算时，结构的整体变形将会很小，此时K为常量，所进行的分析为线性静力分析。6.2有限元分析三维模型如图所示图6-1 夹具三维图因为需要将三维模型导入an

55、sys workbench进行分析，所以需要对三维模型的格式进变换。在SolidWorks中执行文件另存为命令，选择x-t格式，进行文件转换。由于需要进行三种角度分析，因此后续分析需要调整装配关系后再次导入。之后进入ansys workbench界面，新建静力分析模块（static structural），如图所示图6-2 静力分析模块双击engineering data进入材料库 REF _Ref104476900 r h * MERGEFORMAT 22，对材料属性设置。Workbench中自带了大量的丰富的材料属性，可以根据需求进行材料的选择，并且支持对材料进行属性的修改以及自定义等操作

56、。分析所用材料属性如图所示图6-3 材料属性右击geometry，选择browse命令，找到三维模型所在路径，将模型导入到ansys workbench中，导入后的模型如图所示图6-4 材料属性三维图模型导入后，需要对模型进行网格划分，网格划分是有限元分析中必不可少的一步，通过网格划分可以将模型进行离散化，程序使用有限元算法对离散后的模型进行计算，得到单元节点的计算结果，最后形成整个模型的分析结果。通常来说，越小尺寸的网格所得到结果就越准确，但是过小的网格尺寸会带来巨大的计算量，严重浪费求解资源。因此，需要将重点位置的网格进行加密，在确保计算精度的前提下提高求解效率。对于装配体来说，将模型导入

57、到workbench后，软件会自动对其生成接触关系，从而减少操作者的操作。Workbench中的接触类型可分为绑定接触、摩擦接触、无摩擦接触、粗接触以及不分离等。Workbench中的网格划分过程是基于一个独立的平台，具体可分为适用于显示动力学的计算网格，适用于机械动力学的计算网格，适用于流体计算的网格，其中流体网格又可分为CFX网格以及Fluent网格。Workbench所进行的网格划分，使用的原理为“divide conquer”，也就是先分解后划分的原则。基于这项原则，可以在模型中各个位置使用不同的网格控制方式。Workbench中网格划分方法主要有四面体法（tetrahedrons）的

58、patch conforming法和patch independent法等。四面体网格主要是基于tgr1d算法和和ice cfd tera算法，四面体的划分特性决定了其在进行大型三模型的网格划分是的便利性。若使用扫略法（sweep）进行网格划分，系统会对模型进行六面体和棱柱型网格划分，但必须是相对规则的几何体才可以进行扫略划分。自动划分法（automatic）则会在四面体网格和扫略网格中进行自动转化，具体划分方式取决于模型的特征。由于本文所研究的模型特征较多，故本文使用自动控制的方式对结构进行网格划分，从图片结果可看出，当前网格看起来稀疏，不能满足分析的要求。因此需要对其进行网格的手动加密。网

59、格尺寸设置如图所示图6-5 自动网格划分单元节点数量如图所示 图6-7 单元节点数量之后，需要对模型添加边界条件，右击添加边界条件。首先添加底部的固定约束，如图所示图6-8 固定约束对受力面添加作用力，大小为1000N，如图所示图6-9 作用力1000N设定完成后，即可进行求解。右击Solution，插入总位移Total Deformation以及等效应力Equivalent Stress，点击Solve进行求解，求解完成后便可得到得到总位移云图以及等效应力图。结构等效应力云图如图所示：图6-10 结构效应力结构主应力云图如图所示 图6-11 结构主应力总位移云图如图所示图6-12 总位移云图

60、结构轴向位移如图所示图6-13 结构轴向位移从分析结果可看出，结构在当前载荷作用下，最大等效应力约为14.894MPa，主要产生于结构下部的过渡区域，以及载荷作用区域。结构最大总位移约为0.0045348mm，主要产生于载荷作用区域，并随着与载荷作用位置距离的增加而逐渐减少，这主要是由于结构底部被约束刚度较大，而载荷作用位置刚性相对较低而导致的。若所得变形图中可看到较为明显的变形扭曲，是由于在workbench界面进行了结果显示比例的放大，以便于对变形趋势进行观察。从位移结果可看出，在当前载荷下的刚度符合要求。6.3本章小结首先进行静力学分析，利用矩阵确定E和相关。静力分析是结构有限元分析的基