宋武杰1.docx
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宋武杰1
学校代码10857
学号20093121518
分类号
密级公开
毕业设计（论文）
单向夹紧器
——上滑块的设计与加工
学历层次
大专
教学系名称
机电工程系
专业名称
机电一体化
学生姓名
宋武杰
指导教师
谭琳琳
2011年12月11日
毕业设计（论文）任务书
Ⅰ、毕业论文题目
单向夹紧器——上滑块的设计与加工
Ⅱ、毕业设计（论文）选题意义及要求
1）通过一些相关资料看到了单向夹紧器的模型图，并对其做出了相应工艺分析等。
2）运用CAD软件以及相应的制图知识，绘制出了上滑块二维图形。
3）运用MasterCAM软件绘制出相应上滑块三维图形。
4）自行编程，然后使用加工中心加工出实体。
5）整个过程让我熟悉巩固了部分数控软件的应用。
Ⅲ、毕业设计（论文）工作内容和进度安排
1）按照所看到单向夹紧器的模型图，通过多次设计和检验，最后定出相应符合尺寸。
仿照所定尺寸和模型图运用数控软件设计出二维和三维图形。
此工作用二周课时。
2）按照图纸进行一定工艺分析，使用加工中心完成实体加工。
此工作用一周课时。
3）根据设计与加工的过程完成论文。
此工作用四到五周课时。
Ⅳ、主要参考资料
[1]王洪主编.数控加工程序编制.北京：
机械工业出版社，2003.6
[2]刘跃南主编.机床计算机数控及其应用.北京：
机械工业出版社，2001.6
机电工程教学系机电一体化专业0931215班
学生姓名（学号）宋武杰20093121518
毕业设计（论文）时间:
自2011年9月1日至2011年11月20日
答辩时间:
2011年12月1日成绩
指导教师:
谭琳琳
摘要
单向夹紧器是利用人力作用使螺杆前后做直线运动为原理的简单机械机构，使用起来比较方便，可用于工业等场所。
本设计是用于较小工件、零件等机加工时常用的像平口钳一类的夹紧器装置，我们所做的是其缩小版，它可以将螺旋运动转换为直线运动，实现使用较小的人力去固定和夹紧物体，从而达到减轻人类劳动、提高劳动生产效率。
其工作原理是通过人力作用，将动力转导到螺旋副，使螺杆前后作直线运动达到固定和夹紧作用。
所设计的单向夹紧器是以零件的设计计算与校核为主要内容的设计，包括设计计算与校核及其它零部件的选择确定，本文就是以单向夹紧器中上滑块的设计与加工为主体，运用AutoCAD软件画出所设计的单向夹紧器的装配图及其上滑块的零件图。
最后利用MasterCAM对这个工件进行了实体造型，并对其加工工艺进行了分析，最后，完成了零件的加工程序编制，并在数控加工中心上制作出了这个上滑块工件。
通过本次毕业设计课题的制作加工，综合应用了AutoCAD,MasterCAM，从而提升了使用AutoCAD、MasterCAM的能力，并在操作方面得到了加强。
关键词：
AutoCAD软件；MasterCAM软件；数控加工；上滑块
Abstract
One-waygripofahumanroleistheboltsandexercisemadestraightfortheprincipleofamechanical,moreconvenienttouseandcanbeusedinindustry.thisdesignisforsmallwork-pieces,andcalculatemachiningpartsofalevelofsuchasaclampingdevice,wearedoingisthereduction,itwillbethemovementconvertedtoastraightline,tousesmallerhumanfixandgripobjects,andtoalleviatehumanlabourandraiselaborproductivity.Itsworkingmechanismbyhumanactionandtoreporttothedeputy,boltsandstraightandreachedforagripping.Thedesignoftheone-waygriponthepartofthedesigncalculationswithnuclearasdesign,includingthedesigncalculationswiththenuclearandotherpartsoftheselectandconfirmthatthisisaone-waygriponslidersinthedesignandmachiningtotheuseofsoftwaredesignedautocadoutoftheone-waybetweentheassemblydrawingupofitsparts.Mastercamtheuseoftheworkoftheentity,andprocessingwasanalysedandfinally,accomplishedthepartsoftheprocessingprogramming,andprocessingcenterinCNCouttheworkontheslider.
Throughthisgraduationdesignelaboratesonthesubjectforprocessingandcomprehensiveusemastercamautocad,andtherebyelevateuseautocad,Mastercampower,andinoperatingareashasbeenstrengthened.
Keywords：
Autocadsoftware；MasterCAMsoftware；CNCprocessing；Slideblock
目录
摘要I
AbstractII
目录III
第1章绪论1
1.1背景及意义1
1.2单向夹紧器的概述1
1.3本论文的主要工作任务3
第2章上滑块的设计4
2.1零件图绘制4
2.1.1所用软件介绍4
2.1.2上滑块的二维设计5
2.2实体造型6
2.2.1所用软件简介7
2.2.2上滑块的三维设计8
第3章上滑块的加工11
3.1加工前的准备11
3.2加工工艺分析11
3.2.1加工难点分析11
3.2.2加工方案确定12
3.2.3加工工艺卡片13
3.3加工程序14
3.4加工过程注意事项23
3.5作品展示24
第4章总结25
致谢26
参考文献27
第1章绪论
1.1背景及意义
机械是人类生产和生活的基本工具要素之一，是人类物质文明最重要的一个组成部分。
机械作业担负着向国民经济各部门，包括工业，农业和社会生活各个方面提供各种性能先进、使用安全可靠的技术装备任务，在国家现代化建设中占有举足轻重的地位。
随着机械化生产规模的日益扩大，除机械制造部门外，在动力、采矿、冶金、石油、化工、轻纺、食品等许多生产部门工作的工程技术人员，都会经常接触各种类型的机械。
单向夹紧器是利用人力作用使螺杆前后做直线运动为原理的简单机械机构，使用起来比较方便，可用于科研、化工、工业等场所。
我认为在生产中装夹定位是加工出合格产品的先决条件，这其中的重中之重就是夹具设计的合理性。
在机床上使用合理的夹具有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于降低工人劳动强度，保证安全生产；有利于扩大机床工艺范围，实现“一机多用”。
通过这次设计也让我对夹具有了一定的了解，知道了装配之间的关系，多学到了很多不知道的知识，扩宽了自己的知识面。
1.2单向夹紧器的概述
单向夹紧器是利用人力作用使螺杆前后做直线运动为原理的简单机械机构，使用起来比较方便，可用于工业等场所。
本设计是用于较小工件、零件等机加工时常用的像平口钳一类的夹紧器装置，它可以将螺旋运动转换为直线运动，实现使用较小的人力去固定和夹紧物体，从而达到减轻人类劳动、提高劳动生产效率。
其工作原理是通过人力作用，将动力转导到螺旋副，使螺杆前后作直线运动达到固定和夹紧作用。
单向夹紧器也属于机床夹具，机床夹具为机床的一种附加装置，安装工件后使之获得相对机床成刀具的正确位置，并把工件可靠的夹紧。
随着现代科学技术的进步，社会生产力的发展，机床夹具已由一种简单的辅助工具发展成为门类齐全的重要机械加工工艺装配。
主要表现为高精度、高效率、柔性化和标准化等几方面。
1.高精度
随着各类产品制造精度日益提高，对机床及其夹具的精度要求也越来越高，为适应高精度产品的加工需要，各类高精度向前发展，高精度成为近代机床夹具发展的一个重要方向。
2.高效率
高效率切削加工主要体现在高切速，大用量，重负荷三个方面。
而高效率夹具除了适应加工的夹紧要求外，还表现在工件安装的自动化程度及准确性和灵活性，以尽量减少装夹辅助时间，减少工人的劳动强度。
近代夹具，尤其是应用各类自动作业线上的夹具，基本上都采用气动、液动、电动和机动等动力夹具使工件的装夹快速准确，可以实现远程控制。
另外，多件装夹夹具和复合工位夹具也都有相同的发展，在高效生产中发挥很大的作用。
3.柔化性
夹具的柔化性是指夹具依靠其自身的结构灵活性进行简单的组装调整，即可适应生产加工不同情况需要，是夹具对生产条件的一种自适应能力。
随着数控机床、加工中心（MC）及柔性制造系统（FMS）等高精度、高机动性自动化机床，以及以它们为核心的作业线、自动线的不断的发展，对机床的配套夹具要求也越来越高，夹具与机床间的关系越来越密切，现代夹具将逐渐与机床融为一体，夹具与机床的适应性发展、极大的提高了机床的功能大为改善。
具有自动回转、反转功能的高效能夹具的普及应用，已使得有些中、小批量产品的生产效率逐渐近于专业化的大批量生产水平。
4.标准化
机床夹具的标准化，是夹具标准化、系列化、通用化的体现，是促使现代夹具发展的十分重要的一项技术措施。
1.3本论文的主要工作任务
1、搜集和整理与夹具中单向夹紧器的相关知识；
2、对单向夹紧器各零部件进行尺寸的设定；
3、完成零件的图纸绘制及实体造型；
4、分析零件的加工工艺；
5、编写零件的加工程序；
6、完成零件的加工和经验。
第2章上滑块的设计
2.1零件图绘制
本工件的二维设计是通过AutoCAD软件来实现的，论文以下部分是简介所用软件及设计步骤。
2.1.1所用软件介绍
AutoCAD是由美国Autodesk公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完美，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。
AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。
它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。
在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。
AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320×200到2048×1024的各种图形显示设备40多种，以及数字仪和鼠标器30多种，绘图仪和打印机数十种，这就为AutoCAD的普及创造了条件。
CAD（ComputerAidedDrafting）诞生于60年代，是美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施的昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。
AutoCAD软件具有如下特点：
（1）具有完善的图形绘制功能。
（2）有强大的图形编辑功能。
（3）可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。
（4）可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。
（5）支持多种硬件设备。
（6）支持多种操作平台
（7）具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完善。
2.1.2上滑块的二维设计
在一本关于夹具的书上看到该夹具的模型图，通过对其进行一定的分析，画出它的草图，并定好了相应的基本尺寸。
打开AutoCAD制图软件，对它设置图框并创建在画图中将要使用到的图层如图2-1。
图2-1建立图层
根据形状设定出的尺寸，按照我们所学的AutoCAD制图知识对其进行绘图，画出该图的轮廓，然后对所画的图形进行标注，再按照零件的材料性能和加工工艺写出技术要求、列出标题栏，绘出一副完整的零件图，绘制零件图步骤如下：
1）通过所学的AutoCAD的知识首先建立绘制零件图所需要的图层；
2）绘制出零件图的轮廓；
3）标注所绘制零件图的尺寸和技术要求、列出标题栏；
4）零件图如图2-2所示，最终零件图和装配图见附录A；
图2-2零件图
2.2实体造型
本工件的三维设计是通过MasterCAM软件来实现的，论文以下是简介所用软件及设计步骤。
2.2.1所用软件简介
MasterCAM是美国专业从事计算机数控程序设计专业化的公司CNCSoftwareINC研制出来的一套计算机辅助制造系统软件。
它将CAD和CAM这两大功能综合在一起，是我国目前十分流行的CAD/CAM系统软件。
MasterCAM是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型MasterCAM提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。
MasterCAM具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。
MasterCAM提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。
MasterCAM还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。
MasterCAM的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。
可靠的刀具路径校验功能MasterCAM可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。
MasterCAM提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统，我厂采用的是FANUC系统，机床为四轴联动卧式铣床。
根据机床的实际结构，我们编制了专门的后置处理文件，绳槽曲面加工刀具路径NCI文件经后置处理后生成加工程序。
使用MasterCAM实现DNC加工,DNC（直接数控）是指用一台计算机直接控制多台数控机床，其技术是实现CAD/CAM的关键技术之一。
由于本工件较大，处理的数据多，所生成的程序长，数控机床的磁泡存储器已不能满足程序量的要求，这样就必须采用DNC加工方式，利用RS-232串行接口，将计算机和数控机床连接起来。
利用MasterCAM的Communic功能进行通讯，而不必考虑机床的内存不足问题,经大量的实践，用MasterCAM软件编制复杂零件的加工程序极为方便，而且能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程中的实际情况。
2.2.2上滑块的三维设计
上滑块的三维设计如下：
1）通过利用所学的MasterCAM软件在俯视图平面画出一个30×60mm的矩形，使其为封闭的线轮廓，并通过CAM软件中的挤出功能挤出高为50mm的实体，如图2-3所示。
图2-3轮廓的实体生成
2）以实体的最高平面为基准，用画矩形命令画出一个10×60mm和一个30×10mm的两矩形，找好基准点，再用修剪命令修剪到所要图形，定好并使其成为封闭的轮廓，用CAM挤出功能中的切割实体向下切除5mm。
再在这个基础之上用画直线命令定好五个孔的圆心点，最后用画圆命令画出所要五个圆，然后也通过挤出实体中的切割实体功能向下切除10mm，结果如图2-4所示。
图2-4实体的切割
3）在CAM软件中的前视图平面先用画直线命令定好矩形所在的位置，然后用画矩形命令画出60×10mm的矩形，再在前视图用平移命令把该矩形复制平移在它的对侧，最后通过CAM软件的挤出实体中的切割实体功能建立出实体（注意在视图的平面），如图2-5所示。
图2-5实体的切割
4）在CAM软件中的右视图平面用画直线和画圆命令，按要求画出所需图形，使之成为封闭的轮廓线，再通过CAM软件的挤出实体中的切割实体功能建立出实体，如图2-6所示。
图2-6实体的切割
5）在CAM软件中的右视图平面用画圆命令画一直径为18的圆，再通过用平移命令，平移到所需位置，（平移时注意在前视图平移）最后通过CAM软件的挤出实体中的切割实体建立出最终实体，如图2-7所示。
图2-7最终实体
6）单向夹紧器的设计是四位同学完成的，本组最终完成的装配如2-8图所示。
图2-8装配实体图
第3章上滑块的加工
3.1加工前的准备
1）机床：
VMC-850加工中心，南通机床厂生产。
2）材料：
硬铝。
3）刀具：
Φ20立铣刀、Φ16键槽铣刀、Φ6键槽铣刀、Φ3中心钻、Φ4钻头、Φ14.2钻头、M16丝锥。
4）量具：
0-125mm游标卡尺。
5）夹具：
平口钳。
6）辅具：
等高平行垫铁，锤子，锯条，寻边器，钩刀。
表3-1工、夹、量具单
序号
名称
规格
数量
备注
1
立铣刀/mm
直径20
1
2
中心钻
直径3
1
3
钻头/mm
直径4直径14.2
2
4
键铣刀/mm
直径16直径6
2
5
丝锥/mm
直径M16
1
6
夹具/mm
平口钳
1
7
材料/mm
60*70*60
1
8
刀柄
以上刀具的相关刀柄
7
9
游标卡尺
0~1500.02
1
3.2加工工艺分析
本工件结构相对较复杂，因为有五个不同的面需要编程加工，所以在加工每个面之前都需要重新装夹一次，才能完成加工制作，但必须保证各面的精度，即各面之间的平行度和垂直度，使用垫铁时，要保证垫铁的等高和平行，还有在每次重新装夹时对刀使用寻边器，需要细心对刀。
3.2.1加工难点分析
这个工件的加工难点主要就在于需要几次装夹，这样会影响各面的精度还会产生装配误差，就在装配上我们就遇到了很多问题，只要有一点点误差就不会达到理想的装配状态。
如果要是一次装夹就会省去很长时间，同时还减小了各个方面的误差，同时也会达到理想的装配状态。
3.2.2加工方案确定
1）先把工件的平面铣平，之后用Ф20的立铣刀铣外方，把刀补给大点，这样是给精加工留有相对余量，再后来就是精加工，把外方的精确度铣好。
2）铣上十字凹槽，这个要用Ф6的键槽铣刀，因为在后来还要有个Ф8的小圆要铣，所以用Ф6的刀是最合适的。
3）用中心钻点孔，这样是防止钻头在打孔时打不正，也叫引孔。
4）Ф4的钻头打那五个Ф4的孔，再用Ф6的键槽铣刀铣Ф8的孔，下刀时要慢并且分层铣削，这样这个面就加工完了。
5）加工两侧的凹槽，需要换面加工，并且每加工一面都要重新装夹对刀一次，这就用上寻边器了。
然后用Ф6的键槽铣刀铣削，这样也省去换刀的时间，铣削时相对要把两凹槽铣的偏大些，因为它要和一凸件组合，所以这样容易配合上。
6）再换面加工右侧20×25×10的方，这个也用Ф6的键槽铣刀，开始把刀补给大去除多余的余量，再精加工铣到其相应尺寸。
7）先用中心钻点孔，然后用Ф14.2的钻头打M16的底孔，孔相对打的稍微深些，多出钻头尖即可。
再用M16的丝锥攻丝到相应尺寸，注意：
攻丝时转速和进给一定要相符。
8）最后换面加工螺纹孔后Ф18的孔，也是先点孔，然后用Ф14.2钻头钻孔（打预孔），也相对打的稍微深些，再就是用Ф16的键槽铣刀铣削Ф18的孔，孔较深需分层铣削。
3.2.3加工工艺卡片
表3-2为零件加工工艺卡片，详细介绍了各加工工序的内容和参数用量。
表3-2加工工艺卡片
序号
选用刀具
加工内容
主轴转速S（r/min）
进给量F
（mm/min）
加工深度
（mm）
简图
1
Ф20立铣刀
铣外方
800
100
z-51
2
Ф6键槽铣刀
铣上十字凹槽
1200
100
z-5
3
中心钻
点孔
1500
150
z-1
4
Ф4钻头
打圆落刀孔和四个Ф4小孔
1200
120
z-5
5
Ф6键槽铣刀
铣Ф8圆
1200
100
Z-5
6
Ф6键槽铣刀
铣两侧凹槽
1200
100
Z-5
7
Ф20立铣刀
铣右侧20×25×10的方
800
100
Z-25
8
中心钻
点孔
1500
150
Z-1
9
Ф14.2钻头
打M16的底孔
1200
120
Z-35
10
M16丝锥
攻丝
100
200
Z-31
11
中心钻
点孔
1500
150
Z-1
12
Ф14.2钻头
打落刀孔
1200
120
Z-35
13
Ф16键槽铣刀
铣Ф18圆
1000
100
Z-30
3.3加工程序
铣外方；Ф20立铣刀
G40G80G15G69；
G90G54G00X65Y0；
G43H1Z50；
M03S800；
M08；
Z5；
G01Z-51F100；（分层铣削）
G41D1G01X30Y0；
Y-15；
X-30；
Y15；
X30；
Y0；
G40G01X65Y0；（取消刀补）
G00Z200；
M5；
M9；
M30；
铣上十字凹槽；Ф6键槽铣刀（坐标原点在Ф8圆心）
G40G80G15G69；
G90G54G00X50Y0；
G43H1Z50；
M03S1200；
M08；
Z5；
G01Z-5F100；（下刀）
G41D1G01X50Y5；
X-30；
Y-5；
X50；
Y0；
G40G01X55Y0；（取消刀补）
G00Z5；（抬刀）
X0Y25；
G41D1G01X-5Y25；
Y-25；
X5；
Y25；
X0；
G40G01X0Y30；（取消刀补）
G00Z200；（抬刀）
M5；
M9；
M30；
中心钻点孔；（在工件最顶端对刀）
G40G80G15G69；
G90G54G00X0Y0；
G43H1Z50；
M03S1500；
G98G81Z-6R5F150；
X0Y10；
X-15Y0；
X0Y-10；
X15Y0；
X25Y0；
G80；（取消钻孔固定循环）
G00Z200；
M5；
M30；
打孔；Ф4钻头（在工件最顶端对刀）
G40G80G15G69；
G9
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