工艺夹具毕业设计——”s”型无碳小车的夹具设计及加工工艺分析

摘要

　　根据第六届全国工程能力大赛"s"型无碳小车的命题要求，设计了将重力势能转化为动能的无碳小车，并使用转向机构达到自主绕桩的效果。该转向机构为曲柄摇杆机构，为实现不同桩距可调，在曲柄上设有不同孔距的螺纹孔，通过对加工工艺的分析，制作一种专用夹具，辅助CAM进行编程，并通过数控铣床加工，最终满足曲柄的加工精度和使用要求。

　　关键词：专用夹具； CAM编程； 加工工艺；

abstract

　　According to the proposition requirements of "s" type carbon free car in the sixth national engineering capacity competition, a carbon free car is designed to convert the gravitational potential energy into kinetic energy, and the steering mechanism is used to achieve the effect of self winding pile. The steering mechanism is a crank rocker mechanism. In order to realize the adjustable distance between piles, the crank is equipped with threaded holes with different distance between holes. Through the analysis of the processing technology, a special fixture is made to assist the CAM programming, and through the CNC milling machine processing, the processing accuracy and use requirements of the crank are finally met.

　　Keywords: special fixture; CAM programming; processing technology;

目录

　　1 小车曲柄结构设计-----------------------------------------------------------------1

　　2 小车曲柄加工--------------------------------------------------------------------2

　　2.1 加工工艺分析------------------------------------------------------------------3

　　2.2 毛坯选择分析------------------------------------------------------------------4

　　2.3 加工方法确定------------------------------------------------------------------5

　　2.4 定位基准的分析-----------------------------------------------------------------6

　　2.5 制作工艺卡------------------------------------------------------------------7

　　2.6 夹具设计------------------------------------------------------------------8

　　2.7 零件加工------------------------------------------------------------------9

　　3 结论----------------------------------------------------------------------10

　　文内图表
　　图1 曲柄
　　图2 零件尺寸
　　图3 工艺卡
　　图5 部分加工程序
　　图6 加工实物
　　图4 定位方式

　　参考文献----------------------------------------------------------------------11

　　1 小车曲柄结构设计

　　小车通过曲柄连杆机构实现转向，由于小车需要适应不同桩距的赛道，故小车的转向机构需要具有可调性，以保证小车轨迹可调。通过在曲柄上设计不同孔距的螺纹孔，从而改变曲柄连杆机构中曲柄的长度，以实现小车所绕S型轨迹的周期调整。曲柄设计如图1所示。

　　图1 曲柄 

　　2 小车曲柄加工

　　2.1 加工工艺分析

　　该零件为无碳小车的重要转向传动部件，与曲柄齿轮相连，通过曲柄齿轮与绕线轴上齿轮的配合转动产生转向力矩，同时螺纹孔与曲柄几何中心的位置尺寸需严格保证，以保证小车所绕轨迹周期长度的准确性。通过分析零件结构，其主要由φ38mm、φ8mm、φ6mm的圆柱面和M3螺纹孔组成，其中φ6mm和φ38mm的圆柱面加工尺寸为关键尺寸，因而对其形位公差和表面粗糙度要求较高。因此在工艺分析上应以这些尺寸为加工主线，其他为次要加工面。

　　2.2 毛坯选择分析

　　在机械制造中毛坯一般分为铸件、锻件、型材、焊接件等。型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。所加工的零件接近圆柱，所需精度较高，所以选择棒状型材。

　　在材料的选择上，选择2A12T4铝材，2A12T4暴露在空气中时可以在表面迅速形成致密的氧化膜，因为氧化膜的包裹，阻止了内部的铝继续与氧气接触，防止了继续铝的继续氧化，所以这种材料据有了优异的耐腐性蚀和耐磨性。

　　在毛坯的外形尺寸选择上，因为零件的设计尺寸，最大的外圆尺寸为Φ60,所以毛坯选用Φ65铝棒。

　　图2 零件尺寸  

　　2.3 加工方法确定

　　该零件柱面较多且加工主线均为圆柱面，尺寸精度要求高，因此应先采用先粗车再精车的加工方法加工各端面及圆柱面，如图2所示。再通过立式加工中心铣削外形、钻螺纹底孔并去重。最后对零件进行攻丝及去毛刺，从而完成零件加工。

　　2.4 定位基准的分析

　　定位基准的选择合理与否决定零件质量的好坏，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大影响，当用夹具安装工件时，定位基准的选择还会影响到夹具结构的复杂程度。在车削工序时采用前后顶尖定位。当进行铣削加工的时候，以φ38mm圆柱面端面为定位基准面。

　　2.5 制作工艺卡

　　根据加工方法确定、定位基准分析制作曲柄加工工艺卡，如图3所示。

　　图3 工艺卡  

　　2.6 夹具设计

　　图5 部分加工程序 

　　车削加工选用通用夹具三爪卡盘，在铣削工序时，其主要工步为对其φ50mm圆柱面及环形去重孔进行外形铣削并钻各螺纹底孔，而φ38mm及φ6mm圆柱面考虑到装夹深度和直径都不宜作为装夹面直接装夹于三爪卡盘上，因此特设计专用夹具如图4所示。外轮廓与去重加工采用一面两销的定位方式，其中"一面"为φ38mm圆柱面端面，"两销"为圆周孔两对称孔。装夹方式如图4所示。

　　图6 加工实物  

　　图4 定位方式  

　　2.7 零件加工

　　零件在铣削工序时，其外形较为复杂且精度较高，因而宜采用CAM软件进行自动编程。机床采用FANUC系统，编制零件的部分程序如图5所示。

　　基于以上程序加工出的零件如图6所示。

　　3 结论

　　通过对曲柄毛坯选择分析、加工工艺的分析，加工方法的确定，定位基准的分析，制定出了合理的工艺规程，并对其中某一工序进行了结构合理紧凑的夹具设计，编制出相应的数控加工程序，最终加工出了合格的零件，其工艺可为其他相关零件作为参考。

　　参考文献
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　　[5] 哈尔滨工业大学理论力学研究室。理论力学2[M]第八版。高等教育出版社，2016.
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