基于Solidworks建模设计铣圆缺胎具夹具完整版新.docx
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基于Solidworks建模设计铣圆缺胎具夹具完整版新
铣圆缺胎具夹具设计说书
题目：
基于Solidworks建模设计铣圆缺胎具夹具
前言
机械制造毕业设计是在完整个机械专业课程，并进行了毕业实习
的基础上进行的一个最后环节，是对所学专业知识的整合。
《铣圆缺胎具设计》是毕业设计的题目之一，这次设计使我们能综合运用机械制造专业课程中的基本理论，并与生产实习的实践相结合，独立分析解决设计中遇到的困难，此次设计一个中等复杂的夹具结构及运用机械设计的基本原理和方法，拟订铣圆缺胎具夹具设计方案。
完成其结构设计的能力，其设计过程基于课程设计、熟练和运用有关设计手册、图表等技术资料。
也是编写技术文等基本技能的一次实践机会，为今后从事的工作打下良好的基础。
设计是为了满足某一特定要求而进行的创新过程。
通过此次毕业设计，掌握设计的基本理论和方法是所有受工程教育的学生都应具备的能力，但这次设计由于时间和经验的不足，各自能力有限，在设计中有漏洞和不足，希望老师多加指教！
目录
绪论
01.夹具的现状及发展方向
02.现代夹具的发展方向及对其提出的新要求
第一部分铣圆缺胎具夹具设计 …………../６
1.1.各零件的选材及结构尺寸 …………………./６
1.2.计算 ………………/１３
第二部分Solideworks建模 …………../１６
2.1solidworks简介 ……………/１６
2.2主要零部件建模 ……………/１７
2.3零件的装配 ……………/１９
2.4动画 ……………../２２
第三部分结束语 …………../２４
参考文献……
绪论
1、夹具的现状及发展方向
夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段，第一个阶段表现为夹具与人的结合。
工业发展初期，机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一中辅助工具。
第二个阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐渐发展齐全。
夹具的定位、夹紧、导向等元件的结构依然日趋完善逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一。
第三个阶段即随着世界科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高这一阶段主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。
2、现代夹具的发展方向及对其提出的新要求
现代夹具的发展方向边县为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面。
要求：
1.迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。
2.能装夹一组具有相似特征的工件
3.适用于精密加工的高精度机床
4.适用于各种现代化制造技术的新型机床。
5.采用一液压泵站等为动力资源的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。
本次夹具设计是对所学专业知识及理论与实践相结合，锻炼独立思考、解决问题的能力。
掌握设计基本理论和方法，充分利用和熟练相关手册、图表等技术资料，铣圆缺胎具夹具是在对工件进行机械加工时，为了保证加工要求首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。
为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好此夹具能稳定地保证工件的加工精度、提高劳动生产率、能扩大机床的使用范围，降低成本。
次夹具为专用夹具，可用于工件批量生产。
夹具由六部分组成：
1.定位装置
2.夹紧装置
3.对刀块
4.连接元件
5.夹具体
6.其他装置或元件
夹具的高精度及单件（或小批生产）的结构工艺属性是影响总装夹方法的主要因素之一。
注意到这点，可使所设计的夹具在满足设计给定条件的同时取得较好的综合效益。
第一部分铣圆缺胎具夹具设计
设计的夹具装夹方案：
芯轴防转、销定位、压板压紧。
夹具总体布局如图所示：
《一》各零件的选材及结构尺寸
机械常用材料有铁碳合金、有色合金、非金属材料和各种复合材料。
刚和铸铁都是铁碳合金应用最广。
从机械理论出发，无论设计什么选材就是设计过程中的一个重要部分，因为选材的合理与否，直接影响零件和工具的使用寿命和成本。
为了合理选材，就应该了解材料的特性、适用条件和价格等要素，还应掌握选材的原则、步骤和方法，以便根据零件和工具的具体情况合理的选材。
当然材料的选择也与零件的尺寸、结构有关。
1.定位元件
1）可调支承螺钉
在工件定位过程中，通过调节支承钉的高度来加工相同形状而尺寸不等的工件。
一般选择材料为45钢，热处理要求：
头部淬火后回火HRC38～42，L≤50mm,整体淬火后回火HRC33～38。
由于该设计可调支承用于中、小型工件。
可调整支承的高度按需要调整好后，必须用螺母锁紧，以免高度发生变化而影响加工质量。
由于可调支承常用于毛坯的形状、大小及相互位置的定位及其它需要作调整的场合，生产中，为兼顾各种加工面余量均匀，确保加工面相对于毛面的位置正确，使误差复映逐渐减小，长在一批工件加工前或某些中间工序，采用划线并借助划出线调整可调支承使工件趋于理想的安装位置。
根据加工零件的尺寸确定该支承的尺寸如图所示：
其中支承钉上的通孔用于调整高度。
2）定位销（GB2203—80A/GB2204—80A）
常用于工件以圆孔内表面作为定位基面时，一般定位销选择材料：
D≤16mm选T7A，D＞16mm选钢20。
热处理要求：
淬火后回火HRC53～58，渗碳深0.8～1.2，淬火HRC53～58。
A型为圆柱销，B型为菱形销，当定位销直径D为3～10mm时，为避免使用中折断，或热处理时淬裂，通常把根部倒成圆角R。
夹具体上应有沉孔，使定位销的圆角部分沉入孔内而不影响定位。
大批大量生产时，为了方便定位销的更换，采用可换式定位销。
为便于工件装入，定位销的头部有15°倒角。
在该设计中定位销是标准件，该夹具用的定位销具体尺寸见图示。
3）定位件
该定位件是专为铣圆缺胎具设计，其结构和尺寸由被加工零件决定。
本次设计定位件尺寸及结构如图所示：
该定位件为铸件，材料选择为：
钢20，热处理及要求：
渗碳深0.8～1.2mm，淬火后回火HRC60～64。
2.压紧元件
1）螺钉（GB2160—80/GB2163—80）
其主要用于紧固元件与夹具体的连接，一般选用材料为钢45，其热处理要求：
淬火后回火HRC38～42。
在设计中螺钉也是标准件，具体尺寸见图示。
2）压板
该设计中采用的是螺旋压板机构，在夹紧机构中，结构型式变化最多的是螺旋压板机构。
其为移动回转压板，螺旋钩型压板机构，特点是结构紧凑，使用方便。
当钩形压板妨碍工件装卸时。
采用自动回转压板即可避免了用手转动钩形压板的麻烦。
钩型压板回转的行程和升程公式计算：
S=π
φ/360,
h=s/tgβ=π
φ/360tgβ
h=Kdk=πφ/360tgβ
一般压板选择的材料：
钢45，热处理要求：
淬火后回火HRC43～42。
其设计结构尺寸如图所示：
3）螺母.其为标准件，根据需要选择合适的尺寸，见图示。
3.其它专用元件
1）对刀块（GB2240—80/GB2243—80）
该元件为标准件，一般选用材料为20钢，其热处理及要求：
渗碳深0.8～1.2mm,淬火后回火HRC60～64，其结构和尺寸如图所示：
2）塞尺（GB2244—80/GB2245—80）
其材料一般选用T7A，热处理及要求：
淬火后回火HRC60～64。
基本尺寸见图示。
3）底座
底座是承受相对较大压力，形状和尺寸要求保持不变，尺寸有大有小，结构一般不是很复杂的零件。
对其要求：
1.有适当的精度和尺寸稳定性
2.有足够的强度和刚度
3.结构工艺性好
4.排屑方便
5.在机床上安装稳定可靠
（1）工作条件、失效形式及性能要求
底座是用来支承其他零部件，工作时和机架承受较大压力。
主要失效是通过弹性变形、过量塑性变形。
根据分析可知道，底座的使用性能是：
具有较高的刚度和抗压压强，以防止弹性变形和塑性变形。
（2）选材及热处理
根据铣床的床身和底座的性能要求就要考虑到尺寸的大小、结构等特点。
在这里整体结构尺寸较小，所以底座尺寸也不是很大，受力也不大，用灰铸铁（HT200、HT150）砂型铸造成型，工艺性好，效率高。
灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性很低而抗压强度和硬度变化不大，要提高这些性能有效的途径是细化石墨。
其方法是孕育处理，即在浇注时向铁水中加入少量孕育剂（常用硅铁和硅钙合金），来细化组织中的片状石墨。
灰铸铁有钢不及的性能，如:
铸造性能好、切削加工性能良好、减摩性好和减震性好，所以底座选择灰铸铁就更优化了。
经上述分析，在此选用HT150。
其用途是用于受力不大的铸件，如底座等。
抗拉强度达150Mpa。
（3）结构和尺寸
从整体尺寸考虑，底座基本尺寸应不宜大于200mm。
否则就会浪费材料和增加重量，经济性就不好。
设计尺寸为L=188mm,B=90mm,H=22mm.
由于底座要固定在铣床上，由于宽度较大，底座两边中心处设计耳座以便于固定在铣床上。
其结构及尺寸如图所示：
3）弹簧的选择
弹簧材料的应用具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性和良好的热处理性能。
在此设计中采用的是螺旋弹簧，螺旋弹簧是用弹簧丝卷制成的，由于制造简便，所以应用广泛。
在选择弹簧材料时，应考虑到弹簧的使用条件、功用及其重要的作用。
根据弹簧在此设计中的这些要求，所以选择材料为：
65Mn。
其切变模量G：
当d=0.5～4时，81400～78500，d＞4时，78500。
弹性模量E：
d=0.5～4时，203000～201000，d＞4时，19600。
使用温度范围：
-40～120℃，根据设计的需要，该设计的弹簧选择见图示。
二计算
1.定位误差
其尺寸见图所示：
1）定位基准与限位基准不重合，
△Y=（σD+σd0）/2=0.01+0.02=0.03mm
2）工序基准与定位基准重合
△B=0
所以△D=△Y+△B=0.03mm
2.夹紧力
FJ=FQ/（1+3LF/H）
式中：
FQ——作用力（N）；
H——压板的高度（mm）；
L——压板轴线至夹紧点的距离（mm）；
F——摩擦因数，一般取f=0.1～0.15。
3.螺纹联接
螺栓联接拧紧联接能增强联接的刚性、紧密性和放松能力。
对于受拉螺栓联接，还可提高螺栓的疲劳强度。
拧紧螺母时，需要克服螺纹副的螺纹力矩T1和螺母的承压面力矩T2，因此拧紧力矩T=T1+T2。
螺栓所受的螺纹力矩T1与头部的承压面力矩T3和夹持力矩T4相平衡，即T1=T3+T4。
在螺栓强度计算中，螺栓螺纹部分危险截面的面积要用计算直径dc=d1-H/6
式中d1——螺纹小径；H——螺纹牙形的三角形高度，对于普通螺纹，H≈0.866p；d1、p值查手册
受拉松螺栓联接能承变载荷。
1.螺纹副耐磨性计算：
磨损多发生在螺母，把螺纹牙展直后相当于一根悬臂梁。
耐磨性的计算在于限制螺纹副的压强。
设轴向压力为F，相悬合螺纹圈数z=H’/p，此处H’是螺母旋合长度，p为螺距。
则验算计算式为：
F/πd2hz=Fp/πd2hH’≤[P]
式中d2——螺纹中径；h——螺纹工作高度，梯形和矩形螺纹h=0.5p，[p]——许用压强，见参考书表6.5
2.螺纹牙强度的计算
螺纹牙的剪切和弯曲破坏多发生在螺母。
牙的剪切和弯曲强度条件分为：
F/πdt1z≤【τ】；3Fh/πdt2∧2z≤【σbs】
式中d—螺母螺纹大径；t1—螺纹牙底宽度，梯形螺纹t1=0.634p，矩形螺纹t1=0.5p，【σbs】和【τ】—螺纹牙的许用弯曲应力和切应力，见参考书表6.6。
3.螺杆稳定性计算
螺杆手压时的稳定性验算式为：
Fcr/F≥2.5～4
Fcr=π∧2EI/（βl）∧2
式中Fcr——螺杆的稳定性临界载荷；E—-—螺杆材料的弹性模数；I——螺杆危险截面的轴惯性矩，I=πd1∧4/64；β——长度系数，与两端支座形式有关：
两端铰支，或一端固定、一端移动时为1；一端固定、一端自由，或一端铰支、一端移动时为2；两端固定时为1/2.
4.螺纹副自锁条件
自锁条件为￠＜ρv，当量摩擦系数见参考书表6.7。
5.螺杆强度计算
螺杆受有压力（或拉力）F和扭矩T，根据第四强度理论，起强度条件为：
√（4F/πd1∧2）∧2+3（T/0.2d1∧3）∧2≤【σ】
钢螺杆的许用拉（压）应力【σ】见参考书表6.6
第二部分Solidworks建模
此部分是对上面零件用该软件将每个零件建模，画出三维图。
2.1solidworks简介
Solidworks是非常优秀的三维机械设计软件，它能很容易、简单的就能把一个零件的三维图做好，不用人做像CAD那样的更多工作。
2.1.1solidworks用户界面
启动和退出软件的简单步骤是：
（1）打开软件桌面很简单，和其他程序都是一样的，不是双击就是单击开始——程序——软件名称。
（2）单击菜单“文件”——“新建文件”——“零件”——“确定”这样就新建起了零件的操作界面。
其中包括绘图区、特征管理区、菜单栏、工具栏以及状态栏等区域。
（3）单击菜单“文件”——“退出”或者右上角关闭的图标或用Alt+F4键就可以退出solidworks。
2.1.1solidworks的使用重点和特点
使用重点：
1、要懂得怎样调绘图工具。
2、熟悉各种快捷键可以使我们节约很多的画图时间。
3、也是最重要的就是要懂得怎样准确的添加基准面，能准确的添加基准面就可以建很复杂的三维模。
特点：
solidworks不仅能很简单的建三维模还可以直接把它转换成工程图，标准件也不要画，它有专门的工具库Toolbox，Fint插件，里面有各种标准件。
它能很简单的对工件进行各种特征，如拉伸、拉伸切除、特别是有扫描和扫面切除、放样，这三个特征的作用相当的大，它用来画弹簧和画螺钉的螺纹是最好的了。
还可以利用来设计很多看似简单，但建模很麻烦的零件。
当然还有其它特征命令。
2.2.主要零部件建模
2.2.1.底座的建模
运行Solidworks软件——新建文件——单击零件——选择基面为前视面——草图绘制——绘制设计尺寸及轮廓——特征拉伸凸台——草图3绘制轮廓尺寸拉伸——草图4绘制圆——特征拉伸切除，给定深度完全贯穿——草图5绘制耳座轮廓尺寸——特征拉伸切除，给定深度完全贯穿——草图6选择后视面，绘制设计尺寸——特征拉伸切除，给定深度——孔的绘制，单击插入——特征——孔——向导——选择孔的规格，标准：
ISO，类型：
螺纹孔，大小、终止条件给定深度、螺纹线给定深度等按设计尺寸给定——选择位置——单击“√”则孔就自动生成了。
其图：
2.2.2.定位件的建模
打开Solidworks软件——新建文件——零件——选择前视面为基准面——草图1绘制定位板尺寸——特征拉伸凸台，给定设计尺寸——草图2选择后视面为基面绘制设计尺寸圆——特征拉伸凸台——前视面为基面绘制给定尺寸圆——拉伸凸台到给定尺寸——绘制中心圆到给定尺寸——特征拉伸切除，给定深度完全贯穿——建立基面1——单击剖面视图绘制长方形给定尺寸——移动到准确位置，确定——特征旋转切除拉伸——在定位板前视面绘制缺口设计尺寸轮廓——特征拉伸切除——孔的绘制，单击插入——特征——孔——向导——选择孔的规格，标准：
ISO，类型：
螺纹孔，大小、终止条件给定深度、螺纹线给定深度等按设计尺寸给定——选择位置——单击“√”则孔就自动生成了。
其图：
2.3零件的装配
零件的装配是在，整个零件设计中很重要的一部１９在机械设计中，大多数的零件都不是由单一的零件组成，而是需要很多零件装配而成。
例如：
简单的螺栓与螺母紧固件等。
在solidworks中可以生成由许多零件部件组成的复杂装配体。
装配体的零件可以包括独立的零件和其他装配体，称为子装配体。
对于大多数的操作，两种零部件的绘图方式是相同的。
本部分是针对不同类型的零件讲述相应的装配方法。
零件的装配也是有难易的区分的，每个零件有它的装配顺序，不是随便的，否则将把整个装配变得更难。
数字装配零件虽然是不同的，因为它可以不用把零件分顺序装配，只要你把零件调入装配过程就可以装配，但是我们为了让它与手工的装配一致，所以在装配时零件的调入就有一定的顺序了。
在装配时，还要必须考虑一些尺寸的配合，在尺寸标注时就要表现出来。
在本设计中遇到销与孔的配合公差，大多的销连接配合是过盈配合，因为销只起连接作用，过盈配合才能更好的起到紧固的作用。
因为销是选的标准件所以一般采用基轴制配合。
具体的配合尺寸见图纸，若是数字装配就不会考虑任何的配合，因为无论怎样就可以装配。
所以在数字装配时它的自由度就不可以完全的限制，否则就不能完成动画。
装配体的操作
2.３.1装配体文件的新建
装配体界面的进入与零件的建模是基本是一样的，只不过在出现“新建solidworks文件”对话框时，在模板内是选择“装配体”单击【确定】，进入装配体界面。
2.３.2零部件的插入
单击“插入零部件”图标按钮，出现“插入零部件”属性管理器，单击【浏览】按钮，出现“打开”对话框，找到想插入的零部件文件，然后单击【打开】按钮，在图形区域中单击鼠标，确定其插入位置，即可插入零部件。
如果所插入的零件是第一个零件，则该零件会被固定。
此时指针会变成带有装配体形状的箭头。
一般固定零部件放置在原点，将鼠标移到原点单击插入零件。
特征管理器中的零件前面自动加有“固定”表明其已定位。
2.３.3移动零部件和旋转零部件
单击“移动零部件”图标按钮，出现“移动零部件”属性管理器，指针变成带有箭头的加号，在图形区域中选择一个或多个零部件。
从移动清单中，选择一项目来移动零部件，完成后单击“√”。
单击“旋转零部件”图标按钮，出现“旋转零部件”属性管理器，鼠标指针变成相应的旋转图标，在图形区域中选择一个或多个零部件。
从旋转清单中选择一项目来旋转零部件，选择完成后，单击√。
2.３.4配合
配合是装配中很重要的一部分。
它将确定整个整个装配体是否有效。
也就是用它来对零部件自由度的约束。
（一）标准配合
单击“配合”图标按钮，出现“配合”属性管理器，选择零部件上所需的配合实体。
所选三维实体被列在要配合的实体中。
有效的配合关系如下表：
（二）对齐条件
配合关系中的对齐条件为：
（1）对齐：
以所选面的法向或轴向量，指向相同方向来放置零部件。
（2）反向对齐：
以所选面的法向或轴向量，指向相反的方向来放置零部件。
2.３.5干涉检查
在一个复杂的装配体中，如果想用视觉来检查零部件之间是否有干涉的情况，是件很困难的事。
利用干涉体积检查功能和运动碰撞检查功能，可以很方便的地在零部件之间干涉检查，并且能看到所检查到的干涉体积和零部件之间是否发生碰撞。
这个特征是用来检查在装配是否正确的一种方法。
2.４动画
爆炸动画也是数字化设计的一个部分，它能直观的看出，正确的装配过程和装配体的拆卸过程。
虽然这样，但是这个过程是很简单的。
这个过程也是出于制造目的，经常需要分离装配体的零件，以形象地分析它们之间的相互关系。
装配体的爆炸视图，也可以分离其中的零部件，以便查看装配体。
装配体爆炸后，不能给装配体添加配合。
（一）爆炸动画
要创建动画，又要用到一个新的solidwoeks插件，那就是Animator，它是这个软件用来专门做动画用的，还包括仿真的动画。
应用是再说明。
1.在工具栏中单击“打开”弹出“打开文件”对话框，找到刚才装配时保存的“装配体”，单击打开，进入装配界面。
单击工具栏的“爆炸视图”图标，弹出“爆炸视图”属性管理器，图形区域单击你要爆炸的零部件，再选择爆炸方向，距离，先点击应用，看是否达到理想的结果，是就点击完成。
（二）仿真动画
仿真是对所设计的机械，进行一个模拟的工作过程，让人们一看就知道机器的工作原理和过程。
本次的设计就是要把整个冲压过程表来。
示出即工件放到座装在芯棒上，然后架上面，凸模冲下来接触到摇板，拉簧被拉伸，就进行第一次冲压。
此过程就要去掉一些在装配时的配合。
而且要设计一些距离的控制，如一定要设计凸模到座架或芯棒的距离，在仿真时就要用到。
具体就是在键入创建动画界面时，用鼠标右键单击出现放置键码，然后双击生成的关键点，输入凸模冲压工件时的与座架的距离，这样就编辑了凸模的一个仿真过程。
还有的要有一个角度，在装配时，用配合把他设计一个角度，如：
摇板与座架的面在配合时有一个角度，在仿真时。
双击关键点，要输入的角度应该就是0°，因为在设计是就考虑到了，要刚好摇板处于平行时就能刚好把工件冲压好，这也是考虑到拉簧的最大拉伸量。
其他的也是这样的道理，只不过有些要约束的自由度和有一些不要求约束的自由度不好把握。
仿真是这个软件的又一个特点。
本次设计的各个零件用该软件的建模、装配、动画其步骤和上述方法一致。
第三部分结束语
通过本次毕业设计，使自己对三年来专业知识的整合，在设计中，遇到了许多的困难和发现自己的许多不足，对专业知识掌握的不够丰富，对以前所学的有很多遗忘，本次毕业设计是在学完教学大纲要求的课程以及通过生产参观实习的基础上设计，使自己能过清楚的知道需要满足什么样的要求。
在设计过程中，不只是对专业只是的综合，也学习了如何运用绘图软件，通过设计分析，再运用软件将设计中的零件以及装配按照要求绘出，
对软件的不熟悉，但是通过自己的一步步操作和参考资料，大致能够掌握其使用方法，也锻炼了自己自学的能力。
在其设计中，运用到Solidworks、SDHX、CAXA、Word等软件，让自己更多的学习和了解以前很少学习和运用的新知识。
在这次设计学习中遇到了从未经历过的地震，其灾难性让人心痛和后怕，看到悲惨的一幕幕，但是相信能挺住，灾难永远被团结战胜，四川经历如此大的灾难和困难都能挺住，所以在学习中遇到的困难就不是什么困难了都能克服，这也是依次很好的学习和锻炼自我的机会，为即将踏入社会打下一定的基础，在次感谢老师的指导，时时的提醒和鼓励我，感谢帮助我的同学和老师。
由于这次设计时间的仓促和自己的经验不足，在设计中有许多的不足和漏洞请老师指出，在以后的学习和工作中自己就少走弯路。
毕业设计就这样结束了。
那就意味着我马上我就要将学到的东西用到实际生活中了。
可是学到的东西是远远不够的，也可以说只是以点皮毛而已，不过幸好在设计过程中，让我知道怎样去查阅各种我想要的资料。
所以，以后要不断的努力学习来补充自己。
参考文献：
《机床夹具设计》蔡光耀主编机械工业出版社1992
《机床夹具设计》陈宁平主编—2版：
—北京：
机械工业出版社，2000.5
《机械设计》邱宣怀主编—4版.—北京：
高等教育出版社，1997
《金属切削机床夹具设计手册》浦林祥主编—2版.北京.机械工业出版社,1995
江洪，李仲兴.SolidWorks2006基础教程—2版.北京.机械工业出版社.2006.1
江洪，陆利锋.SolidWorks动画演示与远动分析实例解析.北京.机械工业出版社.2005.8
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