杠杆臂翻转式钻两面孔夹具及工艺设计(DOC)
更新时间:2024-07-01 17:03:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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摘 要
根据设计要求首先确定了杠杆臂的基本设计思路,通过对该零件作用分析,形位公差分析、加工工艺、工序设计完成零件的工艺制造思路。而后确定了定位基准的选择,和夹紧方式的确定,最后经过反复比对后使用Solidworks三维造型软件进行了初步的草图绘制,确定夹具的外形尺寸,然后设计钻模板和钻套等,为了简化设计减少非标零件的设计和制造成本,选用了较多的螺钉螺母等非标零件。
本次夹具设计过程中夹具采用进行紧凑的设计方案,这样较为节省材料和成本,但是夹具的安装定位显得比较细致,空间利用率较高。为了方便的放入和取出工件而不对周边产生操作影响和降低生产效率,采用了钻模板的翻转设计模式,左侧的钻模板在非工作时可以方便的拉起,让工件可以顺利放入,安装完毕后翻下钻模板。
【关键字】杠杆臂,工艺,钻夹具 ,夹紧,定位
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Abstract
According to the requirements of design, first determine the basic design ideas of the lever arm effect, through the parts analysis, tolerance analysis, processing technology, process design complete parts manufacturing method. Then determine the location datum selection, determination and clamping way, finally after repeated comparison using Solidworks 3D modeling software made preliminary sketches, determine the size of the fixture, and then the drilling template design and drilling and so on, in order to simplify the design and reduce the cost of design and manufacture non-standard parts, adopts more screws nuts and non-standard parts.
Clamp the jig design process was used to design compact, such relatively save materials and cost, but the installation of fixture is meticulous, high space utilization rate. In order to facilitate loading and unloading workpiece without surrounding operation effect and reduce the efficiency of production, using a flip design pattern drill template, drilling template left can easily pull in the non working, let the workpiece can be smoothly into, installed after drilling template.
[keyword] lever arm, process, fixture, clamping, positioning
目 录
第一章 绪论 ………………………………………………………………………………1 1.1机床夹具介绍……………………………………………………………….............….1 1.2现代夹具发展方向 …………………………………………………………........….…2
1.3研究目标和任务……………………………...............................................................…2 1.4研究方向和方法…………………………………………………………………...........3 第二章 零件分析 …………………………………………………………………………3 2.1 零件作用………………………………………………………………......................……3 2.2零件的工艺分析………………………………………………………..................………3 第三章 工艺规程设计 ……………………………………………………………………4 3.1确定毛坯的制造形式………………………………………………………...................…4 3.2基面的选择…………………………………………………………………...................…4 3.3制定工艺路线 ………………………………………………………….....................……4
3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定………………………….................……5 3.5确定切削用量………………………………………………………………..................…5 3.6确定基本工时……………………………………………………………....................…12 第四章 夹具设计…………………………………………………………………………17 4.1 夹具的工作原理与结构设计……………………………………………....................…18 4.1.1 夹具的安装和使用…………………………………………………........................…19 4.1.2 夹具的安装和使用…………………………………………………........................…19 4.1.3 夹具的安装和使用…………………………………………………........................…19 4.2 夹具的安装和使用………………………………………………………....................…19 4.3翻转式夹具与钻床的固定……………………………………………....................……20 4.4 定位误差分析……………………………………………………………....................…21 4.5 夹紧力计算…………………………………………………...................................……21 第五章 翻转式钻床夹具零件的具体设计 ……………………………..………………22 5.1钻床夹具的零件 …………………………………....………………...............…………22 5.2 夹具零件的设计……………………………………………………...................………23
5.3 夹具体的设计…………………………………………...................……………………24 第六章 总 结 ……………………………………………………………………………24 参考文献 ……………………………………………………………………………………25
第一章 绪论
1.1机床夹具介绍
夹具从1787年至今经过了在工业发展初期。夹具仅作为加工工艺过程中的辅助工具;到后期机床、汽车、飞机等制造业大力发展后,成为主要工艺装备;直到目前近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高,夹具与机床的紧密结合的一路发展历程看来,夹具在工业生产中的重要地位。
现代生产要求企业制造激烈竞争夹具的应用五花八门,近年来年柔性制造系统(FMS)、数控机床(NC),加工中心(MC)和成组加工(GT)的应用使大批量生产的水平大幅提升。
目前主流的夹具设计要求
1.缩短夹具的制造周期快速适用于新产品设计 2.提高夹具的通用性特征 3.向高精度机床等应用进行发展 4.适用于各种现代化制造技术的新型技术 5.气压液压等原动力的改进应用来提高装夹效率
1.2现代夹具的发展发向
现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面: 1.精密化
机械产品精度要求快速提高,夹具的精度要求也应该同步提高。精密化夹具的结构类型很多,比如应用于精密分度的多齿盘的精密夹具。
2.高效化
高效化夹具有自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具,该类夹具的应用将繁重的体力重复劳动力释放出来,节约了人力成本。例如高速卡盘则可保证卡爪在高速状态下依然可以能正常夹紧工件,大幅度提高加工的效率。
3.柔性化
夹具的柔性化通过调组合方式适应工艺可变因素。工艺的可变因素主要有:工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等,具有柔性化特征的新型夹具种类主要有:组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数控夹具等,在较长时间内,夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。
1
每齿进给量af:取af?0.08mm/Z 铣削速度V:取V?0.32m/s 机床主轴转速n:
n?1000V1000?0.32?60??61r/min 取n?75r/min ?d3.14?100实际铣削速度v:v??dn1000?3.14?100?75?0.4m/s
1000?60进给量Vf:Vf?afZn?0.15?12?75/60?2.25mm/s 工作台每分进给量fm: fm?Vf?2.25mm/s?135mm/min
工序3:粗精铣宽度为42mm的大端侧面 (1)粗铣宽度为42mm的侧面 加工条件:
工件材料: QT500,铸造。 机床:X52K立式铣床。
刀具:硬质合金三面刃圆盘铣刀(面铣刀),材料:YT15,D?100mm ,齿数Z?8。 因其单边余量:Z=1mm 所以铣削深度ap:ap=1mm
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进给量Vf:Vf?afZn?0.12?8?300/60?4.8mm/s 工作台每分进给量fm:fm?Vf?4.8mm/s?288mm/min
a?:a??30mm
被切削层长度l:由毛坯尺寸可知l?30mm, 刀具切入长度l1:
l1?0.5(D?D2?a?2)?(1~3) (式2-2)
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?0.5(100?1002?302)?(1~3)?5.3mm 刀具切出长度l2:取l2?2mm 走刀次数为1
(2)精铣宽度为42mm的侧面 加工条件:
工件材料: QT500,铸造。 机床: X52K立式铣床。
刀具:高速钢三面刃圆盘铣刀(面铣刀):YT15,D?100mm ,齿数12。 精铣该平面的单边余量:Z=0.5mm 铣削深度ap:ap=0.5mm
每齿进给量af:取af?0.08mm/Z 铣削速度V: 取V?0.32m/s 机床主轴转速n,由式(2.1)有:
n?1000V1000?0.32?60??61r/min ?d3.14?100取 n?75r/min
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刀具切入长度l1:精铣时l1?D?100mm 刀具切出长度l2:取l2?2mm 走刀次数为1次
工序7,钻?20孔
工件材料为QT500。孔的直径为?22+0.28,公差为H7,表面粗糙度Ra1.6?m。加工机床为Z535立式钻床,加工工序为钻、扩、铰,加工刀具分别为:钻孔——Φ20mm标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——Φ21.8mm标准高速钢扩孔钻;铰孔——Φ22+0.28mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。
(1)确定钻削用量
8
1)确定进给量f:f表?0.47~0.57mm/r,由于孔深度比l/d0?30/22?1.36,
klf?0.9,故f表?(0.47~0.57)?0.9?0.42~0.51mm/r。查Z535立式钻床说明书,取
f?0.43mm/r。
钻头强度所允许是进给量f'?1.75mm/r。由于机床进给机构允许的轴向力,允许的进给量f\?1.8mm/r。 Fmax?15690N(由机床说明书查出)
由于所选进给量f远小于f'及f\,故所选f可用。
2)确定切削速度v、轴向力F、转矩T及切削功率Pm 由插入法得:
v表?17m/min,F表?4732N T表?51.69N?M,Pm表?1.25kW
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结论进行修正。
kMv?0.88,klv?0.75,故
v'表?17m/mi?n0.?880.?75m11.2 2(/min) 此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)
3)校验机床功率 切削功率Pm为
'P?P(n/n)kMM mm表?1.25kW?(195/246)?1.06?1.05kW
机床有效功率
P'E?PE??4.5kW?0.81?3.65kW?Pm
故选择的钻削用量可用。即
d0 =20,f?0.43mm/r,n?195r/min,v?14m/min
相应地
9
轴向力F?5016N,扭转T?54.8N?m,切削功率Pm?1.05kW
工序7,扩孔至?21.8 (1)确定切削用量
1)确定进给量f 取f=0.57mm/r。
2)确定切削速度v及n 取v表?25m/min。修正系数:
kmv?0.88,kapv?1.02(根据apRap?24.7?22/1.5?0.9) 2故 v'表?25m/mi?n0.?881.?02m11. 22/minn'?1000v'表(/?d0)
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工序7:铰孔至?22+0.28,粗糙度为1.6um
1)确定进给量f f表?1.3~2.,按该表注4,进给量取小值。查Z535m6m说明书,取f?1.6mm/r。
2)确定切削速度v及n 取v表?8.2m/min,得修正系数kMv?0.88,
kapv?0.99
(根据apRap?25?24.7/0.125?1.2) 2故 v'表?8.2m/m?in0.?88?0.99m7. 14/minn'?1000v'表/(?d0)
?1000?7.14(m/min)/(??25mm)?91.5r/min
查Z535说明书,取n?100r/min,实际铰孔速度
v??d0n?10?3
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?3mm?100r/m?in1?0 ???25m7.8 /min各工序实际切削用量 , 根据以上计算,各工序切削用量如下: 钻孔:d0 =?20mm,f?0.43mm/r,n?195r/min,v?14m/min 扩孔:d0 =?21.8mm,f?0.57mm/r,n?275r/min,v?21.3m/min 铰孔:d0 =?22+0.28mm,f?1.6mm/r,n?100r/min,v?7.8m/min
工序7: 工步3 钻Ф13+0.12孔
孔的直径为?13mm,,表面粗糙度Ra=12.5um。加工机床为Z535立式钻床,钻孔——Φ12.7mm标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——Φ13+0.12mm标准高速钢扩孔钻。选择各工序切削用量。
(1)确定钻削用量 1)确定进给量f
f表?0.47~0.57mm/r,由于孔深度比l/d0?30/22?1.36,klf?0.9,故
f表?(0.47~0.57)?0.9?0.42~0.51mm/r。查Z535立式钻床说明书,取f?0.43mm/r。钻头强度所允许是进给量f'?1.75mm/r。由于机床进给机构允许的轴向力,允许的进给量f\?1.8mm/r。 Fmax?15690N(由机床说明书查出)
由于所选进给量f远小于f'及f\,故所选f可用。
2)确定切削速度v、轴向力F、转矩T及切削功率Pm 由插入法得:
v表?17m/min,F表?4732N T表?51.69N?M,Pm表?1.25kW
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结论进行修正。
kMv?0.88,klv?0.75,故
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F?4732N?1.06?5016(N)
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T?51.69N?m?1.06?54.8N?m
3)校验机床功率 切削功率Pm为
P(n/n')kMM m?Pm表?1.25kW?(195/246)?1.06?1.05kW
机床有效功率
P'E?PE??4.5kW?0.81?3.65kW?Pm
故选择的钻削用量可用。即
钻头直径do=12.7mm,f?0.43mm/r,n?195r/min,v?14m/min 相应地
F?5016N,T?54.8N?m,Pm?1.05kW
(2)确定扩孔切削用量
1)确定进给量f 根据Z535机床说明书,取f=0.57mm/r。 2)确定切削速度v及n 取v表?25m/min。修正系数:
kmv?0.88,kapv?1.02(根据apRap?24.7?22/1.5?0.9) 2故 v'表?25m/mi?n0.?881.?02m11. 22/minn'?1000v'表(/?d0)
?1000?11m.2m2?286r/min/?m?in/(mm24
故取n?275r/min。实际切削速度为
v??d0n?10?3
???24.m7m?27r5/m?i?3n10
?21.m3/min3.6 确定基本工时
(1)粗铣、精铣尺寸25下底面 加工条件:
12
工件材料:QT500铸铁,?b?200MPa 机床:X525K机床
刀具: 此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)
机动时间tj1:tj1=
l?l1?l244?7?2==0.184min
288fm可查得铣削的辅助时间tf1?0.41 精铣的切削工时
被切削层长度l:由毛坯尺寸可知 l=40mm 刀具切入长度l1:精铣时l1=7mm 刀具切出长度l2:取l2?2mm 走刀次数为1 机动时间tj2:tj2=
l?l1?l240?7?2?0.184min =
135fm可查得铣削的辅助时间tf2?0.41
总铣削工时t=tj1+tf1+tj2+tf2时=0.184+0.41+0.184+0.41=0.188min
(2)钻孔 加工条件:
工件材料:QT500铸铁,?b?200MPa 机床:Z535立式钻床
刀具:钻孔——标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——标准高速钢扩孔钻;铰孔——标准高速铰刀
钻孔工时:切入3mm、切出1mm,进给量f?0.43mm/r,机床主轴转速n?195r/min, 铰孔:d0?25mm,f?1.6mm/r,n?100r/min,v?7.8m/min
t1=(30+3+1)/0.43×195=0.41min
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可查得钻削的辅助时间tf1?1.77
扩孔工时:切入3mm、切出1mm,进给量f?0.57mm/r,机床主轴转速n?275r/min
t2=(30+3+1)/0.57×275=0.22min
可查得钻削的辅助时间tf2?1.77
铰孔工时:切入3mm、切出1mm,进给量f?1.6mm/r,机床主轴转速n?100r/min
t3=(30+3+1)/1.6×100=0.21min
可查得钻削的辅助时间tf3?1.77
(3)粗精铣宽度为42mm面 工件材料:QT500,金属模铸造
加工要求:粗铣宽度42mm的下平台,精铣宽度为30mm的下平台达到粗糙度3.2。 机床:X52K立式铣床 刀具:高速钢镶齿式面铣刀 计算切削工时
粗铣宽度为42mm的下平台
进给量f=3mm/z,切削速度0.442m/s,切削深度1.9mm,走刀长度是2×25mm。机床主轴转速为37.5z/min。
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进给量f=3mm/z,切削速度0.442m/s,切削深度0.1mm,走刀长度是2×25mm。机床主轴转速为37.5z/min。
切削工时:t2=50/(37.5×3)=0.444min。 铣削的辅助时间tf2?0.41
(4)钻孔Φ13+0.12
工件材料:HT200,金属模铸造, 加工要求:粗糙度要求Ra?6.3?m, 机床:Z535立式钻床
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刀具:高速钢钻头Φ12.7, 计算基本工时
孔Φ12.7的内表面。进给量f=0.64mm/z,切削速度0.193m/s,切削深度是1.5mm,机床主轴转速为195r/min。走刀长度是36mm。 基本工时:
t1=2×36/(0.64×195)=0.58 min。
钻削的辅助时间tf1?1.77
用Φ13扩孔Φ12.7的内表面。进给量f=0.64mm/z,切削速度0.204m/s,切削深度是0.5mm,机床主轴转速为195r/min。走刀长度是36mm。 基本工时:
t2=2×36/(0.64×195)=0.58 min。
钻削的辅助时间tf2?1.77
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第四章 夹具设计
4.1.夹具的工作原理与结构设计
4.1.1定位方案与定位元件
本次杠杆臂的夹具设计要求是需要一次装夹后同时加工孔孔径分别为10和13,根据前面的分析可以发现这两个杠杆臂孔的孔位置分别在该零件的大小两个头端面上,并且孔的位置关系为垂直关系。
为了在一个夹具当中一次装夹后保证能够加工两个位置的垂直孔,本次夹具考虑采用夹具翻转的模式进行设计。夹具的两个安装定位面分别有相应的安装地脚孔。两个安装面采用垂直分别。
本次的定位方案采用尺寸25的下底面为定位大基准面,同时选取孔径为22的内孔作为主定位孔,利用定位芯轴进行定位。这样定位后限制了工件的轴向运动,但是不能限制工件的径向旋转运动,所以考虑利用R12侧面作为辅助定位。
图4-1 芯轴定位
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图4-2辅助定位
4.1.2夹紧机构
由于杠杆臂零件的主定位孔为孔径为22的内孔和其下底面,所以选择采用定位芯轴对其进行定心,然后利用垫片和螺母进行固定。在工件的小端采用辅助定位,利用工件小端的定位销钉进行固定。侧面通过顶紧座对其进行顶紧限制他的六个要素。 4.1.3夹具设计特点
本次夹具设计过程中夹具采用进行紧凑的设计方案,这样较为节省材料和成本,但是夹具的安装定位显得比较细致,空间利用率较高。为了方便的放入和取出工件而不对周边产生操作影响和降低生产效率,采用了钻模板的翻转设计模式,左侧的钻模板在非工作时可以方便的拉起,让工件可以顺利放入,安装完毕后翻下钻模板,可以工作。
图4-3翻转式钻模板
夹具的设计另一特点是翻转式的夹具体设计让工件在一次装夹后实现两个垂直孔一个工序两个工位顺利加工实现,为了保证夹具的顺利使用,可以考虑同时设计两套夹具进行轮换使用。
4.2 夹具的安装和使用
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1.本夹具的安装方法主要是:将各个待装配的零部件进行去毛倒钝后用轻柴油进行清洗,安装装配顺序以夹具体作为载体将各个零部件如两侧的钻模板、销轴、钻套、定位芯轴、垫片螺母、等进行安装定位,将装配好的零件检查完毕并调整后放到钻床的工作台面上,利用工作台面T型槽的定位螺母进行固定。
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图4-4钻孔10时夹具外形
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图4-5钻孔13时夹具工作外形
2.夹具的使用方法是:首选拉开铰链式的翻转钻模板,将工件按照主视图的模式从上而下的放入到夹具体,大端面的定位孔22穿过定位芯轴,并放入垫片和螺母进行预紧固定,侧面利用定位螺钉顶住工件小端侧面,这时放入铰链翻转钻模板,并放入对应的垫片和六角螺母进行固定。进行顶面10孔的钻削后清理钻屑后,将夹具翻转,用夹具体相邻的基面进行定位,并用螺钉固定。如此循环往复工作。
图4-6 翻转式钻模板
4.3 翻转式钻夹具与钻床的固定
在夹具装夹工件后,首选钻孔内孔孔径为10的上孔,则夹具体的尺寸112下底面
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进行定位,该面上有直径为6的U形定位槽可以与钻床工作台面的T形槽进行连接。钻孔完毕后夹具整体翻身,以夹具体的117上顶面进行定位,同理利用底面的U形槽进行定位装夹。
图4-7 夹具体
4.4定位误差分析
本次夹具的定位主要是依靠内孔22及其端面进行定位,其定位误差主要为: 定位芯轴与孔的配合0.05mm,铣/钻模与销的误差0.02mm,铣/钻套与衬套0.029mm 由公式e=(H/2+h+b)×△max/H
△max=(0.052+0.022+0.0292)1/2 =0.06mm
e=0.06×30/32=0.05625 可见这种定位方案是可行的。
4.5夹紧力计算
翻转式钻孔夹具是在钻床上使用的,通过对工件的主定位可以发现夹紧主要是利用螺纹斜楔原理进行,依靠螺母与垫片锁紧。由计算公式
Fj=FsL/(d0tg(α+ψ1’)/2+r’tgψ2) (式4-1)
Fj-沿螺旋轴线作用的夹紧力 Fs-作用在六角螺母
L-作用力的力臂(mm)
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d0-螺纹中径(mm) α-螺纹升角(゜)
ψ1-螺纹副的当量摩擦(゜)
ψ2-螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角(゜) r’-螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径(゜)
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Fj =5×2000=10000N
第五章:翻转式钻夹具零件的具体设计
5.1钻床夹具的零件
钻床夹具首选要保证工件的加工精度的同时考虑提高生产效率,充分设计合理的工艺使得加工性和装夹定位性合理,从而让夹具有好的使用性能,这样才能发挥夹具大批量生产时节约成本的初衷。 1、钻套
钻套的作用是确定钻头,铰刀等刀具的轴线位置,防止刀具在加工过程中发生偏斜。根据使用二点,钻套可分为固定式,可换式,快换式等,主要的钻套模式有:固定钻套 、可换钻套、快换钻套、专用钻套。
跟据钻套的选择原则,杠杆臂的加工属于小批量生产,所以选择固定钻套。又因为右端垂直孔孔径大,钻模板薄,应采用有肩钻套
20
图5-1 固定式钻套与铰链钻模板
2、钻模板
常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式
本次选用的是铰链式钻模板:铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。1.翻转。装卸工件时,将钻模板往上翻;加工时将钻模板往下翻,并用菱形夹紧螺钉。2.固紧。采用铰链式钻模板,工件可以在夹具上方装入,装卸工件方便;但翻转钻模板费工费时,效率较低,且钻模板位置精度受铰链间隙影响,钻孔位置精度不高;它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。在侧面钻孔13时为了提高精度同时加工夹具整体的刚性所以选用的是固定式钻模板如图所示。
图5-2铰链式钻模板
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图5-3固定式钻模板
钻模板支撑钻套,对钻套进行定位固定,所以在加工时钻模板将承受力而产生运动,影响加工,所以应对其进行固定。因为螺钉固定会有空隙产生误差,影响加工精度,所以在应用螺钉的固定的基础上,再加上圆锥销进行定位固定,是钻模板与夹具体紧密结合,以免加工时螺钉松动产生误差,影响加工。
5.2 非标零件的选用
为了节省零件的加工时间,减少家具的成本,在同样的情况下采用了国标零件,减少因为专用零件的开发要花费很多时间以及成本,螺母、垫圈、螺钉、锁紧螺母等零件采用国标零件
5.3夹具体的设计
夹具体是整个夹具的结构基础,它与翻转钻床连接,支撑整个夹具,所以夹具体的设计应符合与钻床连接要求也要符合支撑整个夹具体以及加工时承受的力的机械性能要求。夹具体是铸造件,铸造完成后要进行时效处理,满足加工强度要求,要对表面进行去除氧化层处理,保证表面粗糙度,满足定位精度。
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第六章 总 结
毕业设计是一次综合性的大阅兵,从杠杆臂的制造过程进行了解到、零件加工工艺指定,确定装夹定位基准和夹紧方式直到最后的夹具设计完成了一系列的设计流程。这是对之前所学知识的一次梳理。这次毕业设计让我认识到实践出真知的真理。
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一个设计人员在设计过程中,不仅在理论上正确无误的设计,而且必须与生产相互结合,这样实际中各种问题都可以有效的得以考虑到避免后期出现因为设计与实际不符造成错误浪费人力物力。
我的毕业设计过程中考虑到零件的工艺性以及、材料、成本因素,选择了较多的标准件以减少非标零件的制造,减少设计和生产成本。毕业设计为我走向设计的道路开了一个好头以后我会把自己遇到的问题一一解决就像这次设计过程中克服困难一样。 设计过程中我也明确了自己的前进目标提高夹具设计的创新性,设计更好的优秀作品 ,夹具设计过程中需要增加导向元件和分度装置这样增加夹具的导向性。最后也应该熟悉机械设计过程中常用的各类标准与手册,让自己成为一名合格的设计师。
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参考文献
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