装载机动臂镗孔加工工装设计.doc

1、 广西 科技大学 普通本科 毕业设计（论文）说明书 课题名称 装载机动臂镗孔 加工工装设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日 摘要 动臂是装载机上的一个重要组成部分，与装载机的前车架、摇臂、动臂提升缸、铲斗相连组成工作装置。在实际生产中，由于动臂的种类已经发展出一定的尺寸系列，而且装载机做为大型工程机械总生产量很高，但是分到每一个尺寸系列的生产量不一定很高。为此，专门为某一类型的动臂设计专用夹具，根据现有动臂的种类来 看成本上就显得很高而且夹具会很多难以管理。本设计从企业现有的散工装出发，散工装虽然具有很高的制造柔性，但是加工后的动臂

2、难以保证质量。现在原有夹具基础上通过对动臂系列的尺寸进行分析，借鉴相关的动臂工装设计，观察各个尺寸的主要差异，设计夹具的调整范围，保证夹具的柔性能够满足企业的需求。然后分析动臂的加工工艺，将夹紧装置整体固定化。确定出夹具的整体结构方案，通过对定位误差、切削力、夹紧力进行计算分析，校验夹具方案的定位误差和夹紧力是否在可承受的范围。 关键词 ：动臂；夹具设计 ABSTRACT The boom is a key part of the loader, and the front frame of a loader, rocker arm, a movable arm lifting cylinde

3、r, a bucket is connected with the composition of the working device. In actual production, due to the type of boom has developed a certain size series, and the loader as a large-scale construction machinery production is very high, but the production of each size series is not necessarily very high.

4、 To this end, specifically for a certain type of boom design fixture, according to the existing types of movable arm of the cost is very high and the fixture will be a lot of difficult to manage. This design from the enterprise existing casual workers loaded starting and casual workers installed alt

5、hough has the very high manufacturing flexibility, but after processing, the boom is difficult to guarantee the quality. Through the analysis of the size of the movable arm series, drawing on the relevant dynamic arm tooling design, the main differences between the various sizes, the design of the f

6、ixture to adjust the scope to ensure that the flexible fixture can meet the needs of enterprises. Then, the processing technology of the movable arm is analyzed, and the whole of the clamping device is fixed. Determine the overall structure of the fixture scheme, through the positioning error, cutti

7、ng force, clamping force calculation and analysis, calibration fixture positioning error and clamping force is in the range of tolerance. Key word ： Loader boom fixture design 目录 1. 绪论 . 1 1.1 课题来源 . 1 1.1.1 装载机的发展趋势 . 1 1.1.2 课题研究的意义 . 1 1.2 动臂夹具的国内外发展趋势 . 2 1.2.1 动臂夹具的国内发展趋势 . 2 1.2.2 动臂夹具的国外发展趋势

8、. 3 1.3 设计目的 . 3 2 动臂零件的分析 . 5 2.1 动臂简述 . 5 2.2 动臂孔加工工艺分析 . 6 2.3 动臂加工中重要的参数分析 . 8 3 动臂夹具概述 . 9 3.1 夹具简述 . 9 3.2 动臂夹具的组成 . 9 4 动臂夹具整体方案的设计 . 10 4.1 动臂夹具的设计要求 . 10 4.1.1 夹具的整体要求 . 10 4.1.2 夹具体的设计要求 . 10 4.2 动臂整体方案的选定 . 10 5 动臂夹具设计 . 12 5.1 夹具的定位原理 . 12 5.2 夹具的定位元件选取 . 12 5.3 侧面定位装置的设计 . 12 5.4 中间定位装置

9、的设计 . 14 5.4.1 定位心轴的设计 . 14 5.4.2 中间定位装置的设计 . 15 5.5 定位误差的分析 . 17 5.6 夹紧装置的设计要求 . 18 5.7 端部夹紧装置的设计 . 19 5.7.1 104 端部夹紧装置的设计 . 19 5.7.2 75 端部夹紧装置的设计 . 19 5.8 侧面定位的夹紧装置设计 . 20 5.9 中间定位装置上的夹紧装置的设计 . 21 5.10 夹紧装置的夹紧力校验 . 22 结束语 . 27 致谢 . 28 参考文献 . 29 1 1. 绪论 1.1 课题来源 1.1.1 装载机的发展趋势 我国装载机行业通过改革开放的几十年发展，逐

10、渐发展壮大，逐渐成为一些地区的支柱型产业，为我们国家的经济发展提供很大的 动力。 在中国经济进行产业结构转型的大背景下，工程机械的未来需求短期不会下降，但随着社会的发展趋势，机械制造趋向于满足顾客多元化的需求的发展方式。根据这一发展趋势的需求，需要企业能够以客户的需求为导向来设计产品。这样，不仅使产品的更新速率更快，而且使技术的发展方向更加多样。随着新的材料的发现发明，以及一些新的功能加入，都将会促进产品的更新和换代。这样需要装载机企业能够将装载机多用途化、微型化以满足客户的需求；不断优化、创新的结构设计，以扩大装载机的种类来开拓市场；将计算机技术与装载机进行融合，以进一步促进装 载机的智能化

11、。 1.1.2 课题研究的意义 装载机动臂是装载机的组成中的一个大型结构件，它的重量大、体积大、结构不规则，在机械加工的过程中，搬运、移动、加工都存在很大问题。在经过对企业现场的现有装载机动臂机加工的工装和之前柳工的技术人员之前设计的一些工装的观察。以及在企业的技术人员的指导下，通过观察现场动臂的机加工过程，我了解到企业现有工装存在的问题：由于装载机动臂在加工的工程中，存在有焊接加工变形和零件尺寸、质量大的问题，导致动臂孔系加工完后动臂孔系的配合尺寸、相对孔系的同轴度及孔系相对动臂板面的垂直度难以 满足设计要求；而且，现场工人正在使用的机加工工装是散工装，它的定位、压紧和顶紧的部件是散件组合，

12、虽然这样的散件提高工装的机械制造柔性，但它不符合企业所要求的高效和规范，也不能满足企业对于质量的追求；在加工现场，还停放着工厂技术人员先前设计的另一套动臂机加工工装，它的定位、压紧和顶紧装置均固定于一块底板上，针对企业的某几种型号动臂生产效率高，而且能满足图纸的设计要求，而且由于它的定位、压紧和顶紧部件全是固定件，便于企业的管理和维护，但它的缺点就是对于特定的几种动臂型号之外的动臂加工，会给工人的装夹造成很大的困 难，甚至有些型号的动臂不能进行装夹。 2 图 1 现在正在使用的动臂加工工装 图 2 动臂工装方案之一 1.2 动臂夹具的国内外发展趋势 1.2.1 动臂夹具的国内发展趋势 3 通过

13、互联网查阅相关的动臂夹具设计的实用专利，可以发现，大部分的公司在为同样的动臂设计方案时，通常采用的都是利用液压装置进行装夹，在进行不同动臂加工的时候，通过液压装置实现动臂加工位置的调整。通过分析归类动臂尺寸系列，为不同动臂在加工过程中进行调整加工。也有通过用组合夹具来增加加工动臂的范围，将相关的定位装置和夹紧装置设计成灵活的模块化，在不同 动臂加工时，进行组合。 1.2.2 动臂夹具的国外发展趋势 通过查看图书馆相关的书籍资料和浏览图书馆提供的和机械相关的大型数据库，如中国的知网和万方平台及一些外文数据库。随着科技的进步，尤其是新的技术出现时，在追求高精度、高效率的思想指引下，必定会促进制造技

14、术的革新，而与此同时也需要夹具跟着一起发展以适应新的制造加工的要求。在现代机床的发展趋向标准化、精密化、高效化、柔性化的发展下，在未来越来越趋于用人工智能来控制制造加工的各个过程（运输、搬运、装夹工件、机器加工）。以来减小劳动力的使用，减少人为的操作和测量 误差，以提高要加工的产品的加工质量和加工效率。在这里，便有了能够配有自动物料运输系统、自动控制的机械手、自动完成加工的制造系统和自动监控反馈系统的智能机械制造系统的设想。在这里有了智能的机械制造系统，传统夹具没有与智能制造系统配合的能力，这样就需要与之进行配合的智能夹具，能够自动调节夹紧力的大小，减小工件在加工的变形；能够监测加工进行的情况

15、，为调整切削参数提供依据；能够自动应对突发情况，避免事故。 在这里，需要我们观察学习一些先进制造知识和思想，这些先进制造技术不仅要求我们去学习机械相关的知识，还需学习电子 、光学、信息技术、材料科学等相关的知识。然后把这些所学的知识、思想和企业的实际生产状况结合起来，通过科学的比较分析，把所学的先进的设计思想融入到企业的生产之中。在现在进行的毕业设计中，虽然以上的设计思路和方向和本人所进行的设计并没有多大的连系，但是正是这些新思想新知识开阔我们的思想，相信未来会在我们的实际工作中会给我们提供一个意想不到的设计思路。 1.3 设计目的 现在，根据企业的需要，在现有的工装的基础上进行重新设计。设计

16、出一种能保证加工效率高、加工精度能满足设计要求及能具备一定加工柔性的工装夹具。使其能满 足以下的设计要求： 加工范围： 50 80 系列的动臂； 加工后满足动臂孔系平行度 0.2； 提高加工效率控制节拍 30 分 /台； 4 能在双面镗床上使用。 通过这些设计要求，我开始寻找与夹具设计相关的书籍、文献和一些具体的夹具设计和分析的案例，通过向这些参考资料的学习，以了解夹具设计的定位装置的选择、定位误差的检验、夹紧装置和辅助装置的选择与设计和夹紧力的检验等方面的相关知识，以及夹具结构设计中应该避免的一些结构。通过使用 CERO2.0 建立夹具在夹持工件时的模型，分析其主要的干涉面，确定方案；然后用

17、 AutoCAD画出夹具的装配图。 5 2 动臂零件的分析 2.1 动臂简述 动臂是装载机上的一大组成部分，与前车架、后车架一样是装载机上的一大型结构件，所以动臂的加工后的精度对后续的装配有着重大的影响。 通过对装载机动臂的产品图进行观察，和对企业相关技术人员进行咨询请教。可以知道，虽然装载机的动臂随着装载机的不断更新换代，形状产生许多改变，但是基本的设计结构并没有发生很大的改变。基本的结构还是横梁、动臂板和圆搭，正是它们的尺寸有一系列的变化，需要我们在动臂加工时需要夹具或工装具 有一定的柔性。 以下为要加工的动臂主视图简图： 图 3 动臂的组成图示 6 图 4 动臂系列简图 2.2 动臂孔加

18、工工艺分析 . 装载机动臂由横梁、动臂板、圆搭等零件拼搭焊接而成，由于焊接变形大，动臂板上的孔系和圆搭的内孔留有 2mm 左右的加工余量，留给动臂焊接完成后的镗孔精加工，以便满足图纸上的设计要求。 在动臂装配图中可以看到，要加工的孔系材料有：动臂板为 Q345，圆搭为Q235。主要的加工面为 2- 75、 2- 87、 2- 104(大部分的动臂系列要加工的尺寸均为这三个尺寸，少数系列要加工的尺寸有所不 同，但这个可以对于本夹具设计影响不大，可以暂不考虑，均按上述尺寸分析 )，它们之间有一定的位置要求。 2- 75 精度等级 H8，基孔制，表面粗糙度 Ra3.2um。这两个孔的同轴度为 0.15mm，该孔的轴线与动臂中心面的垂直度为 0.15mm，与 2- 104 的轴线的平行度为 0.2mm。 2- 87 精度等级 H8,表面粗糙度 Ra3.2um。这两个孔的同轴度为 0.15mm，