【正文】 1 緒 論 課題的背景及意義 機械建設(shè)目前越來越受到國家的重視，國家也加大了大型工業(yè)機械的投入，結(jié)構(gòu)件加工方式有很多種，目前的被大量使用的方式仍然是數(shù)控加工，在數(shù)控加工的方式中，銑削方式是的使用量最大，數(shù)控機床夾具在數(shù)控加工中擁有較大的使用頻率，所以，目前在加工行業(yè)，數(shù)機床夾得發(fā)展隨著市場的發(fā)展也快速的發(fā)展起來，但是機床夾的發(fā)展仍然處在開始階段，仍然存在較多的問題。 不僅僅數(shù)控機床得到了大力發(fā)展，高速切削的加工方式也同樣得到了大力的發(fā)展，目前許多制造企業(yè)在進行結(jié)構(gòu)產(chǎn)品加工的時候就是采用這種方式進行的，西飛公司是高速切削技術(shù)的代表公司，在許多大型的結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)上，西飛公司都是采用高速切削的方式進行的，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，目前的技術(shù)水平以及設(shè)計理念已經(jīng)達到了前所未有的是水平，以前不能夠想象的復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件現(xiàn)在也能夠通過技術(shù)進行生產(chǎn)，像是飛機制造這樣的對工件的精度具有極高要求的行業(yè)，也同樣能夠通過現(xiàn)在的數(shù)控機床高速切削的方式進行生產(chǎn)。這些技術(shù)的發(fā)展離不開數(shù)控機床的夾具的發(fā)展，在 某種程度上，數(shù)控機床家具的發(fā)展，影響著整個數(shù)控行業(yè)的發(fā)展，目前在我國的整機廠中，夾具存在著以下幾方面的問題 1 夾具專門化程度太高 我國的飛機制造業(yè)的專用夾具數(shù)量相當(dāng)大，為了能夠保障制造精密的飛機零件，制作人員不得不將夾具專門化，但是大量的專門夾具還不能夠全部適合機床的底座，因為機床的特殊性，不能夠為特殊的夾具設(shè)計專門的底座，因此，大量的機床底座也就隨著大量的夾具大量增加，這樣大量的夾具和機床底座會降低生產(chǎn)效率。每次生產(chǎn)不同的機件都需要變換機床底座和夾具，時間利用率非常低。 2 沒有完善的計算機輔助系統(tǒng)進行幫 助變換系統(tǒng)進行輔助 之前實用家居都是通過相關(guān)的專業(yè)人員進行手工的拼裝，但是這種方式需要投入大量的人力和物力，并且生產(chǎn)率還并不是很高。相關(guān)人員的專業(yè)程度基本上決定了裝配數(shù)量的多少盒裝配的快慢，這樣就不能夠保障生產(chǎn)平穩(wěn)進行，由于沒有一套整體的系統(tǒng)的上產(chǎn)流程，就會造成生產(chǎn)的不一致，生產(chǎn)管理麻煩，管理起來會十分的麻煩，甚至造成生產(chǎn)混亂，在夾具進行一次生產(chǎn)之后，一些不常用的夾具就會被長期放置，進行再生產(chǎn)的過程中，一些不常用的工具就會因為不容易找到重新制作，這種方式大大增加了制造成本 3 夾具依然采用人工的方式安 裝工作 所謂家具的自動化程度，主要從兩個方面進行衡量，首先在夾具的加緊動作分析，也就是夾具對工件的加緊這個過程，現(xiàn)在大部分的加緊動作還需要人工的方式進行加緊。另一方面，是指轉(zhuǎn)換夾具方面的工作以及夾具的拼裝等等工作。如果還是采用現(xiàn)在的作業(yè)方式，夾具的轉(zhuǎn)換時間已經(jīng)遠遠超過了生產(chǎn)工件的時間，現(xiàn)在夾具與機床的分離的生產(chǎn)方式依然是主要的生產(chǎn)形勢，這樣就會為夾具的自動化發(fā)展帶來一定的困難，夾具不能夠精確地進行定位，夾具之間不能夠協(xié)調(diào)工作 [3]。 現(xiàn)代社會的科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達，計算機的應(yīng)用促進了夾具的自動化發(fā)展 進程， CAD、 CAM技術(shù)的應(yīng)用更是錦上添花，傳統(tǒng)的夾具生產(chǎn)方式的弊端越來越明顯，夾具的數(shù)據(jù)被大量的錄入到計算機世界，但是目前還仍然缺乏一套完整的，能夠協(xié)調(diào)各個夾具之間的應(yīng)用的應(yīng)用系統(tǒng)，這也就使得目前的管理工作紛繁復(fù)雜，無從下手，同時數(shù)據(jù)的安全性和完整性也得不到保證 [4]。 所以，在認識到傳統(tǒng)的夾具的弊端之后，如何解決夾具的自動化發(fā)展問題，就是本篇文章的主旨所在 主要技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 三維 CAD 技術(shù) 的發(fā)展現(xiàn)狀 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動了 CAD 技術(shù)的發(fā)展，再結(jié)合了以前的 CAD 技術(shù)的基礎(chǔ)之上，目前 的三維 CAD 技術(shù)得到了大力的發(fā)展。三維 CAD 技術(shù)的發(fā)展促進了工業(yè)的大發(fā)展，為了能夠快速的占領(lǐng)本行業(yè)的市場，各行業(yè)利用三維 CAC 技術(shù)來進行快速的打印，從產(chǎn)品的設(shè)計，到產(chǎn)品的研發(fā)，最后再到產(chǎn)品的生產(chǎn)完成，都會用到 CAD 技術(shù)，其中主流的包括模型裝配分析，產(chǎn)品信息管理，以及在設(shè)計階段的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計等等主流的技術(shù)。這一系列的技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)品的設(shè)計理念的先進與否，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞等等都能夠通過 CAD 技術(shù)進行評估， CAD 技術(shù)不僅僅對于產(chǎn)品有比較大多作用，在企業(yè)的運作方面， CAD 技術(shù)同樣能夠提高企業(yè)的管理效率， CAD 在制造業(yè) 上的發(fā)展速度非常驚人，截止目前為止， 8 成的產(chǎn)品的生產(chǎn)都會應(yīng)用到CAD 技術(shù) CAD 技術(shù)是未來發(fā)展的決定性力量，三維 CAD 技術(shù)是目前為止利用率最高，并且在短時期內(nèi)不可能被超越的技術(shù)，數(shù)字化的社會， CAD 技術(shù)越來越受到重視，我國正在積極開展相關(guān)的產(chǎn)業(yè)的研發(fā)，力求使 CAD 技術(shù)能夠朝著更加先進的方向發(fā)展，在生產(chǎn)加工方面，將 CAD技術(shù)應(yīng)用到各個環(huán)節(jié)，包括在設(shè)計過程中的并行工程的利用，在加工過程的數(shù)字控制的利用，并且最終將這些技術(shù)過程整合成為一個整體，保障各個環(huán)節(jié)之間能夠平衡的發(fā)展，無縫連接。 為了能夠?qū)?CAD 技術(shù)充分的 利用，同時不會使得 CAD 顯得十分繁瑣，企業(yè)應(yīng)該積極投入力量進行 CAD 產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化設(shè)計。在未來社會， CAD 技術(shù)會得到更加全面的發(fā)展，隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的二維 CAD 技術(shù)會逐漸被取代。 虛擬裝配技術(shù) 虛擬裝配技術(shù)目前的發(fā)展水平還有限，還不能夠滿足現(xiàn)在的需求，未來的虛擬技術(shù)會得到很大的發(fā)展，主要面向以下的幾個方面。 1 將 CAD 的接口標(biāo)準(zhǔn)化，將現(xiàn)在的 CAD 主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，主要輸為了能夠同現(xiàn)在的系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接，這樣就能夠?qū)⑻摂M系統(tǒng)同 CAD 盡心無縫連接，將 CAD 的信息傳送給系統(tǒng)。 2 進行網(wǎng)絡(luò)虛擬裝配是進行工件的加工的不可缺少的環(huán)節(jié)，進行工件的裝配包括了很多的環(huán)節(jié)，其中有工藝設(shè)計，校驗等等環(huán)節(jié)，在眾多環(huán)節(jié)中，都需要工作人員進行參與，網(wǎng)絡(luò)虛擬裝配的存在就是為了給這些工作準(zhǔn)備裝配的環(huán)境 3 體統(tǒng)框架需要面對大多數(shù)的使用接口 虛擬系統(tǒng)的開發(fā)是應(yīng)用到虛擬環(huán)境的，這些環(huán)境包括現(xiàn)實中的數(shù)據(jù)庫，以及實現(xiàn)用戶交互的用戶界面等等方式，虛擬系統(tǒng)需要進行同用戶進行互相的信息交換，來彼此進行了解，最終進行整套系統(tǒng)的完善開發(fā)最終實現(xiàn)系統(tǒng)的運行。 4 檢驗分析裝配質(zhì)量。 在進行虛擬裝配的過程中，能夠利用相 關(guān)的技術(shù)來進行零件的擺放位置，零件的尺寸等等是否符合要求，裝配工藝是否能夠滿足最終的需求能夠通過裝配路徑的分析，以及通過仿真評估等等方式來進行判定，這樣做的目的是為了最終設(shè)計產(chǎn)品，生產(chǎn)產(chǎn)品，提供可以參考的意見和建議，在之后的生產(chǎn)過程中加以改進 PDM 技術(shù)研究現(xiàn)狀 管理技術(shù)：也稱作 PDM 技術(shù)，這種技術(shù)的產(chǎn)生是有一定的背景的，在現(xiàn)在社會，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，目前大部分企業(yè)渴望能夠減低自己的管理成本，來實現(xiàn)企業(yè)的盈利。 PDM 技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下的四個階段，第一階段， 1980 年之后，管理的對象上還很單 一，只有圖紙文檔等等一些簡單的文件。在 80 年代末期，管理對象開始逐漸多元化，工程更改單以及材料清單的加入使管理對象開始逐漸多元化，這一階段的發(fā)展促進了 PDM 的發(fā)展， PDM的價值開始逐漸顯示出來。緊接著，第三階段開始出現(xiàn)，在之后的 20 年， PDM 開始著手實現(xiàn)功能的標(biāo)準(zhǔn)化以及交互界面的標(biāo)準(zhǔn)化，這一舉措使得各大 PDM 系統(tǒng)開發(fā)商從中看到了希望，對這項技術(shù)開始投入更多的關(guān)注，這一階段是 PDM 生長的催化劑，直接促進了其發(fā)展。在 2022 之后到現(xiàn)在這些年的時間里，是 PDM 發(fā)展的最后一階段，也就是第四階段，這樣一階段的 PDM 開 始與現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，主要的領(lǐng)域挪到了 web 技術(shù)和分布式的開發(fā)等等的研究方面， Teamcenter 是一款管理軟件，這款軟件是目前市面上利用最多的一款管理軟件，是由西門子公司開發(fā)。這款軟件的主要功能是進行產(chǎn)品的生命周期管理。實現(xiàn)生命周期管理主要依靠兩方面的功能。其一對產(chǎn)品的生命周一進行統(tǒng)一化管理的方式，其二，對不同的行業(yè)，管理系統(tǒng)進行即開即用的方式。 Teamcenter 的管理方式促進了產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，加快了產(chǎn)品面世的時間，這就能夠允許企業(yè)擁有更多的時間進行相關(guān)工作，為企業(yè)占領(lǐng)跟多的市場份額，獲得更多的 利潤。保障了企業(yè)能夠?qū)⒏偁幷哌h遠地甩在身后，其他企業(yè)想要加入市場是一件十分困難的事情，因為那將是一件費時費力同時風(fēng)險十分大的決定。 Teamcenter 的管理方式能夠滿足大部分的功能，企業(yè)科技進行重復(fù)利用，這樣在某些方面節(jié)約了企業(yè)的成本 論文主要研究內(nèi)容及方法 研究的主要內(nèi)容 本文主要的研究對象是夾具，在研究中，主要面臨的是實際工作中的夾具，對加工中心類別的夾具進行建模，在建模的基礎(chǔ)上，在進行裝配的仿真。這一系列的工作都是建立在 PDM軟件的基礎(chǔ)之上，用 PDM 進行數(shù)據(jù)的處理工作，這樣，能夠最終將理論用于實現(xiàn)咋航天行業(yè)的零件制造方面，為航空航天行業(yè)的零件制造和評價提供有力的理論依據(jù)。 我們主要進行以下幾個方向的研究 1 主要針對加工中心一類夾具，進行三維建模 2 對具體的夾具進行三維裝配。 3 運用 Ansys 來進行夾具在夾緊時的工件變形分析 4 最終實現(xiàn)加工中心中的夾具的集中管理 研究方案 研究路線 Nx 建模 NX 是 CA 公司推出的一款軟件，這款軟件將 CAD/CAM/CAE 三種方式集成于一體，這款軟件是一款三維參數(shù)化軟件，目前這款軟件在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，包括像是日用消費品，在交通方面，在機械方面，以及在電子方面等等方面都有大規(guī)模的應(yīng)用。雖然沒有曲面造型的約束加工中心夾具用起來比較方便，但是在裝配環(huán)節(jié)，對設(shè)計的尺寸以及安裝過程中的定位要求較高，同傳統(tǒng)的安裝工件方式不同，在進行草圖的構(gòu)思階段， NX 就開始進行嚴格的約束，這樣能夠保障建模參數(shù)的穩(wěn)定性。減少在建模過程中的大部分失誤，保障 參數(shù)關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)確性，在 NX 中，還有一項比較實用的功能，就是分類圖層功能，這項功能發(fā)揮著非常重要的作用，能夠保障建模草圖參數(shù)和裝配過程有效化管理同時實現(xiàn) 2）三維可視化裝配 三維建模擁有自己的優(yōu)勢，三維建模產(chǎn)生的計算機數(shù)據(jù)會比少，并且裝配方便，所以我們咋你這個階段依然采用的是三維建模，我們要咋裝配之前進行各個夾具和元件的精確建模，保證在裝配環(huán)節(jié)能夠順利的完成，對于不同的夾具，我們要進行歸類擺放，這樣能夠在想用時能夠及時找到，最后，我們根據(jù)各自夾具的特點調(diào)整裝配順序完成裝配，這里采用的裝配方式有很多，可以采用自頂 向下，或者自底向上的方式，當(dāng)然也可以采用混和裝配的裝配方式。 3）裝配動畫及裝夾仿真 夾具的主要任務(wù)是進行工件的加緊，夾具能否滿足要求，質(zhì)量是否合格，主要是根據(jù)夾具對元件的加緊程度，夾具與夾件之間的結(jié)構(gòu)特點等等來進行評估。 我們在接下來的環(huán)節(jié)中進行對夾具的三維模型進行裝配仿真，在進行真正的運用之前，需要進行運動仿真，我們分別用不同方式的里作用于夾件，來模擬在實際中的運動，這樣做能夠很快檢測出三維模型設(shè)計的合理性，以及夾具的可裝配性。 4）裝夾工件變形分析 目前的生產(chǎn)方式大多是工序集中性，這樣的生產(chǎn)方式能夠保障生產(chǎn)效率十分的高。但是這種生產(chǎn)方式會帶來一些附加的問題。我們進行工件的加工過程中，通常會在一次夾緊之后完成對工件的所有加工操作，這樣，就要求我們進行工件夾緊時要一次完成，直至加工工件完成之后，不會發(fā)生工件松動的情況?？紤]到加工車間的工時昂貴，以及加工的切削力很大等等特點，現(xiàn)在我們就采用動力夾緊的方式進行工件的加緊工作，目前的大多數(shù)加工中心能夠滿足動力夾緊的要求，這種方式相對于人工夾緊來說能夠節(jié)省夾緊時間，加緊力度較大，不容易松動。同時這種夾緊方式便于進行 控制。我們在氣壓以及動涯夾緊的情況下進行變形分析，分析夾件的變形程度，為最終的實現(xiàn)裝夾提供可靠數(shù)據(jù)來源。 5） PDM 數(shù)據(jù)管理 PDM 是近年來比較流行的數(shù)據(jù)管理手段，目前的 PDM 軟件能夠管理大部分的有用數(shù)據(jù)， 西門子公司 開發(fā)的 Teamcenter 是目前比較流行的一款軟件，這款軟件能夠滿足大部分的用戶需求，在處理問題的寬度和廣度上都是非常好的。從 NX 文件的導(dǎo)入，到中間進行的重用庫，以及高級搜索，一直到文件的輸出等等眾多環(huán)節(jié)，又能夠在 NX 管理模塊中得到實現(xiàn)。 采用的技術(shù)平臺 現(xiàn)在主流的技術(shù)平臺主要有以下幾 種。 Teamcenter、 、 Unigraphics 三維設(shè)計軟件 這三款。 論文章節(jié)安排 本文主要從六個主要部分入手，來進行論述。 第一部分，這一部分主要交代寫作的背景和意義，論述了本篇論文研究意義，論述了我研究的課題對于現(xiàn)在的社會的作用，強調(diào)了夾具在目前生產(chǎn)中的作用，對課題的研究方向進行規(guī)劃，闡述課題的重點研究對象，以及本文涉及的技術(shù)的未來發(fā)展方向。在本章最后，歸納了研究的主要方式方法，以及對文章進行總體的安排 第二部分主要對 PDM 技術(shù)進行介紹，簡述了 PDM 技術(shù)的現(xiàn)狀， 闡述了 PDM 的基本原理，同時也對未來的 PDM 技術(shù)進行分析預(yù)測。同時也提出了目前的 PDM 技術(shù)存在的缺陷和產(chǎn)生缺陷的原因。最后舉出具體例子來闡述 PDM 工作原理和內(nèi)容。 第三章主要是進行夾具的分析。在這部分，我們選取了具體的加工中心夾具進行具體分析，從多個方面對夾具進行介紹和分析，我們選取了具體的夾具進行仿真模，對仿真夾具進行三維仿真裝配，而且我們不僅僅停留在理論上，還具體的進行實踐，采用干涉分析，裝配序列動畫生成，以及可視化注釋等等方式方法來進行演示實驗。來為我們的論文提供有力的證據(jù) 第四章 主要是介紹加工中心。針對具 體的工件，我們運用所學(xué)的靜力學(xué)知識，用 analyze 所謂分析手段，針對加工中心