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开题报告
长 沙 学 院
本科毕业设计(论文)开题报告
(08届)
系 部:
机电工程系
专业:
机械设计制造及自动化
学生姓名:
柳青
班级:
一班
学号2004011131
指导教师姓名:
许焰
职称讲师
2007年11月20日
题目:
数控钻床的通用夹具的设计
1.结合课题任务情况,根据所查阅的文献资料,撰写1000字以上的文献综述。
1.1数控钻床的简介
数控技术的广泛应用,数控设备的普遍推广,给传统制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来深刻的变化。
工艺一旦确定、工件程序一旦输入完成,设备将按程序依次加工完成,使机加工产品的生产变得更加容易,加工精度更加提高,同一性更好,从而降低了工人的劳动强度。
然而,传统加工中工人的加工经验、加工技巧变得很难施展,特别是对于不同零件的加工,有些就必须借助于一些通用的夹具来完成。
一般来说很少有数控钻床这种设备,因为一般我们所用的数控钻、铣设备是一体的,统称数控铣床(把钻削看作铣削的一部分)。
数控铣床主要用三坐标两轴联动的方式来加工零件单坐标方向的钻削加工,则为单轴运动。
众所周知,数控钻床是数字控制的以钻削为主的孔加工机床功能主要包括:
孔加工循环、插补、刀具补偿、工件坐标系设定、宏程序等;数控铣床主要用于平面轮廓加工、曲面加工、箱体类、行腔类以及各种孔加工。
无论何种设备使用常用的机床夹具,通常只能进行与刀具水平或垂直面的加工,对于与刀具成一定角度孔的加工就显得无能为力,要想在数控设备上完成上述加工就必须在夹具上作文章。
1.2机床夹具的概念
在机械制造的各个加工工艺过程中,为了加工出符合规定技术要求的表面,并提高生产效率,必须在加工前将工件装夹在正确的位置。
把为了使工件处于正确位置所使用的工艺装备,称为夹具。
工件的装夹包括定位和夹紧两个过程。
工件在夹具中定位的任务是:
使同一工序中的所有工件都能在夹具中占据正确的位置。
一批工件在夹具上定位时,各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致,但各个工件的位置变动量必须控制在加工要求所允许的范围之内。
将工件定位后的位置固定下来,称为夹紧。
工件夹紧的任务是:
使工件在切削力、离心力、惯性力和重力的作用下不离开已经占据的正确位置,以保证机械加工的正常进行。
机床的夹具的种类很多,其中,使用范围最广的是通用夹具,如车床上用的三爪卡盘和铣床上用的平口虎钳等。
这类夹具的规格尺寸已标准化了,由专业厂进行生产。
而用于批量生产,专门用于为某加工工序服务的专用夹具,则必须由各制造厂自行设计制造。
1.3夹具的组成与分类
夹具是现代机械加工行业中不可缺少的重要工艺装备之一。
它是在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。
使用夹具可以提高工件的加工精度并保证零件的互换性,提高劳动生产率,同时可以降低劳动强度,改善工人的劳动条件,使用夹具还可以扩大现有机床的应用范围,充分利用现有的设备资源。
1.3.1夹具的组成
机床夹具的基本组成部分,主要有:
1定位装置
定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。
它与工件的定位基准相接触,用于确定工件在夹具中的正确位置从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。
下图1.1定位套
图1.1定位套
2夹紧装置
夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢,保证工件在加工过程中受到外力作用时不离开已经占据的正确位置。
夹紧装置的由动力装置、夹紧元件、中间传力机构组成。
在众多的夹紧机构中以斜楔、螺旋、偏心以及由它们组合而成的夹紧机构应用最为普遍。
图1.2为典型的夹紧装置
图1.2典型的夹紧装置
3夹具体
夹具上的所有组成部分,需要通过一个基础件使其联接成为一个整体,这个基础件称为夹具体。
它通常是夹具上体积最大和结构最复杂的零件。
夹具体毛坯的类型有铸造夹具体、焊接夹具体、装配夹具体、锻造夹具体和型材夹具体。
夹具体是夹具的基础件,设计时应保证具有良好的强度和刚度,并在结构上能保持较好的尺寸稳定性,在制造上,既要考虑毛坯的工艺性,也要考虑加工和装配的工艺性。
4其它装置或元件
用夹具安装工件时,—般都用调整法加工。
如为了调整刀具的位置,在夹具上设有确定刀具(如铣刀等)位置或引导刀具(孔加工用刀具)方向的元件。
此外按照加工要求,有些夹具上还设有其它装置,如分度装置、连接元件等。
图1.3钻床夹具
1—快换钻套2—导向套3—钻模板4—开口垫圈5—螺母6—定位销7—夹具体
1.3.2夹具的分类
根据资料显示,目前用得多的夹具根据其结构原理可知,由于受到机床在方向上给的压力,或者是通过某种钉紧装置来保证夹具自身的固定。
1)按专门化程度分类:
1通用夹具
通用夹具是指已经标准化的,在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。
例如,车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘,铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。
这类夹具一般由专业工厂生产,常作为机床附件提供给用户。
其特点是适应性广,生产效率低,主要适用于单件、小批量的生产中。
图1.4为一通用夹具实例
图1.4手动双齿条门式滑柱钻模
2专用夹具
专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。
其特点是结构紧凑,操作迅速、方便、省力,可以保证较高的加工精度和生产效率,但设计制造周期较长、制造费用也较高。
当产品变更时,夹具将由于无法再使用而报废。
只适用于产品固定且批量较大的生产中。
图1.5扩、铰拖拉机变速箱前后端面及侧平面上孔的回转式钻模
3通用可调夹具和成组夹具
其特点是夹具的部分元件可以更换,部分装置可以调整,以适应不同零件的加工。
用于相似零件的成组加工所用的夹具,称为成组夹具。
通用可调夹具与成组夹具相比,加工对象不很明确,适用范围更广一些。
下图为几个万能钻的成组钻模中的几个,夹紧工件的三爪卡盘,安装在回转台上。
当工件以内孔定位时,则取下三爪卡盘,在锥套中装入定位心轴。
图1.6成组钻模
4组合夹具
组合夹具是指按零件的加工要求,由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。
由专业厂家制造,其特点是灵活多变,万能性强,制造周期短、元件能反复使用,特别适用于新产品的试制和单件小批生产。
5随行夹具
随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。
该夹具既要起到装夹工件的作用,又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位,进行不同工序的加工。
2)按使用的机床分类
由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同,对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。
按所使用的机床不同,夹具又可分为:
车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。
3)按夹紧动力源分类
根据夹具所采用的夹紧动力源不同,可分为:
手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。
通用夹具又可分为通用夹具,调节式通用夹具与调整式通用夹具。
本设计主要是针对数控钻床通用夹具来进行的,具体那一种通用夹具,在后面的分析中给出。
1.4机床夹具的功用
(1)能稳定地保证工件的加工精度。
用夹具装夹工件时,工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证,不受工人技术水平的影响,使一批工件的加工精度趋于一致。
(2)能减少辅助工时,提高劳动生产率。
使用夹具装夹工件方便、快速,工件不需要划线找正,可显著地减少辅助工时;工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性,可加大切削用量;可使用多件、多工位装夹工件的夹具,并可采用高效夹紧机构,进一步提高劳动生产率。
(3)能扩大机床的使用范围,实现一机多能。
根据加工机床的成形运动,附以不同类型的夹具,即可扩大机床原有的工艺范围。
例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模,就可以进行箱体零件的镗孔加工。
(4)改善工人劳动条件。
采用夹具后,工件的装卸显然比不用夹具方便、省力、安全。
使用专用夹具安装工件,定位方便、迅速,夹紧可采用增力、机动等装置,因此可以减轻工人劳动强度。
还可以设计保护装置,确保操作者安全。
(5)流水线生产中,便于平衡生产节拍,工艺过程中,当某些工序所需工序时间特别长时,可以采用多工位或高效夹具,以提高生产效率,使生产节拍能够比较平衡。
1.5夹具的现状与发展形式
随着数控机床加工技术的发展,对夹具提出了“柔性化”的新要求,即需要柔性夹具来适应NC机床、加工中心的新发展。
柔性是指工艺装备与工艺路线能适应于生产各种产品的需要,并能迅速更换工艺更换产品的需要,使生产力推向市场的时间缩为最短,使工厂机制能灵活转向。
柔性夹具是指工件的形状和尺寸有一定变化后,夹具还能适应继续使用的应变能力。
数控机床是随着电子技术、计算技术、自动控制、精密测量、机床结构设计与工艺的发展,综合应用这些新的技术成就而出现的精密、自动化的新型机床。
数控机床实现了产品高速自动化,缩短了生产准备时间,提高了产品加工精度和质量,实现了普通控制方法难以实现的复杂形面的加工。
要想提高数控机床的利用率,充分发挥它的生产能力,就必须提高它的工艺准备水平,尤其是缩短机床夹具的生产准备周期。
传统的机床夹具以及专用夹具都不适合于数控机床,必须采用准备时间短的柔性夹具。
国内外工厂的生产实践都证明了这一点。
在数控机床上,每道加工工序都需要配备机床夹具,只有这样才能保证工件在规定的坐标位置上的准确定位。
与传统的通用夹具相比,具有相当柔性化的通用夹具更能适应当今机械产业突飞猛进的发展,适应越来越完善成熟的数控机床。
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2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。
2.1选题依据
由于市场的竞争越来越激烈,产品推向市场的周期越来越短,产品更新换代的速度越来越快,因此必须在最短的时间内设计并制造出高效的夹具,以使自己的产品迅速占领市场。
如果每个工件都使用一套专用夹具的话,特别是在小批量生产的情况时,夹具的设计、制造周期相对较长,不但产品的生产周期长,而且零件的制造成本也会大幅度提高,这样就使自己在竞争中处于不利的地位。
根据目前夹具在数控设备中的发展形式与趋向,我们可以明确的发现夹具正朝着柔性化的方向发展。
一般来说数控机床对柔性夹具的要求如下。
1.保证工件在规定的坐标位置上准确定位数控机床根据规定的程序完成工件的加工,机床、夹具、刀具和工件之间具有严格的相互坐标位置,也就是说,工件相对于数控机床的坐标原点具有严格的坐标位置。
为此数控机床柔性夹具应在机床上实现完全定位,其定位元件相对于机床的坐标原点应具有准确和稳定可靠的坐标位置。
对于数控铣床(或数控钻床、镗床)一般采用机床工作台的T形槽的定位部分,作为相对于Y轴线的基准;而取工作台的定心孔,作为相对于X轴线的基准,若工作台无定心孔,可在T形槽的垂直方向上安装横向板,取后者作为相对于X轴线的基准。
2.应具有较高的刚度和精度因为数控机床的刚度和精度比普通机床高,因此与其配合使用的柔性夹具也要求比普通机床上使用的柔性夹具有更高的刚度和精度,以便在粗加工时能使用大切削用量,以充分发挥数控机床的生产能力;在精加工时能更好的保证工件定位基准和加工表面的位置精度。
3.一次定位能加工多个表面数控机床能够在工件的一次安装中,加工工件的4~5个表面,效率高。
为能发挥机床的高效性能,数控机床柔性夹具应能允许刀具接近尽可能多的被加工表面,甚至全部的被加工表面。
此外,为减少数控机床的停机时间,最好是在机床加工工件的时间内,卸取已加工好的工件,并安装新的待加工的工件。
为此,数控机床柔性夹具常组成多位夹具。
为减少机床,夹具,工件系统的调整时间,数控机床柔性夹具除本身能迅速完成重新调整外,还应当能够减少所需要的刀具更换次数和调整刀具的时间。
基与这种设计理念,我可以确定本次设计在大体上的方向,即万能钻铣的方向。
综合考虑上述因素设计了一种模块式的万能型铣钻夹具,它几乎可以用于夹紧各种尺寸和形状的工件,加工质量高并且成本较低。
2.2主要研究内容、研究思路及方案
本次设计的研究内容关键在于夹具的可靠性与可行性,成品需满足降低生产成本,提高工作效率和操作简单快捷等要求。
本次课题题目为数控钻床通用夹具设计,本夹具可用于加工盘、盖类工件的等分孔或不等分孔,用途广泛。
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,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。
基于这种设计理念,可以确定如下的设计方案。
2.2.1定位装置
本设计夹具的定位装置采用了组合V型结构,而常规的夹具基本上采用的是整体的V型结构。
与整体的V型结构相比,组合的V型结构定位装置能够定位的工件尺寸明显加大,比如在定位圆形工件时,只需要调节两个组成V型块的定位元件之间的距离,就可实现对不同工件的定位,由于V型槽尺寸的限制,整体的V型结构只能用来定位一定尺寸(直径)范围的工件,如果工件尺寸变化较大的话,则必须使用其它尺寸的V型定位块,即必须更换定位块,这样就增加了夹具的成本和更换夹具的时间。
在定位矩形件时,由于两个独立的定位元件可以在夹具基体上任意移动,可以根据工件的尺寸来确定定位位置,因此定位的稳定性比较好。
采用的模块式结构扩大了夹具的应用范围。
2.2.2夹紧装置
夹具采用了气动夹紧系统,这种系统动作迅速、反应快,并且可以实现自动化控制,以便实现自动化生产。
可以通过增加气缸的数量的方式提高夹紧力,解决气动系统夹紧力不足的问题,比如可将现有的气缸向一侧移动,并在其对称的部位上加上另外一只气缸等。
此外由于夹紧气缸系统可以在Y向移动,因此可实现对一些异型件的夹紧。
2.2.3气压检查装置
在自动夹紧时,为了保证工件放置准确,可采用多种系统,本夹具采用的是机械支撑和气压检查系统,该系统由定位支撑部件、节流阀、压力开关和喷嘴等组成,其中喷嘴镶嵌在定位支撑部件中。
当工件放在定位支撑部件上时,工件的下表面就相当于一个挡板,这样就构成了一个简单的气流阻容系统,气源经过节流阀的节流孔进入内腔,并经喷嘴从喷嘴与工件之间的间隙溢出。
当喷嘴与工件之间的间隙很小时,也就是说当工件定位准确时,节流阀内腔压力升高,从而使压力开关发出相应的控制信号,以继续进行其他的操作。
反之,如果喷嘴与工件之间的间隙比较大时,比如定位支撑件上或者工件下有异物等,此时喷嘴处气阻远远小于节流孔处气阻,因此节流阀内腔的压力接近零,这时压力开关就不会发出工件放置到位信号,亦即系统无法继续工作。
使用这种方式确定定位时,必须定期将支撑部件清洗干净,以防止出现误操作。
由于定位系统部件的位置和夹紧系统的位置均可以进行无级调整,使用时比较灵活,因此可以用来夹紧各种尺寸的工件。
对于一些经常加工的工件可以通过刻槽或者其它的方法标注出其定位位置,这样既能够快速夹紧工件,又保证了加工的精度,使工件具有良好互换性。
除基体部分外,这种夹具的主要部分均采用了模块式设计。
这种结构的特点是各个模块的位置可以任意改变,可以随时改变现有模块或者根据需要添加新模块,在使用时就具有很高的灵活性,并且可以在很短的时间内在此夹具的基础上派生出很多特定结构的专用夹具。
比如可以将现有结构中的定位系统部件(模块)更换成专门用于某个特定工件的定位系统部件(模块)。
模块式结构的夹具可以拓宽夹具使用范围。
这种结构的另外一个特点是装夹区域的空间比较大,机械手可以从上面和侧面顺利地进入夹紧区域,自动装卸工件,从而实现操作过程自动化。
2.4设计成果预测
1),夹具定位图(1号图纸)
2),气压系统原理图(1号图纸)
3),夹具总装图(0号图纸)
4),夹具零件图(1号图纸)
5),夹具三维效果图
6),设计说明1份
3.工作进度及具体安排。
2007年11月底完成毕业设计的开题报告;
2007年底及寒假期间熟悉课题、调严、收集资料,熟练掌握
CAD和PRO-E等软件的使用。
2008年3月毕业实习、整理资料;
2008年4.1----4.15分析设计题目,了解原始数据和工作条
件,明确设计中和制订设计进度计划;
2008年4.16---5.10确定系统方案完成总装图
2008年5.11----5.25完成关键零件的设计整理规范设计图纸;
2008年5.25----6.2翻译科技文献;
2008年6.2---6.9整理设计说明书,查漏补缺,检查图纸和论文的格
式、规范等是否符合统一的要求,准备答辩。
4.指导教师意见(对课题方案的可行性、深度、广度及工作量的意见)。
指导教师:
年月日
教研室意见
教研室主任:
年月日
说明:
开题报告作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一,此报告应在指导师指导下,由学生填写,将作为毕业设计(论文)成绩考查的重要依据,经指导师审查后签署意见生效。
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