【正文】 西安航空職業(yè)技術學院畢 業(yè) 設 計（論 文）論文題目：銑床專用夾具的設計與分析 所屬系部： 航空制造工程系指導老師： 崔彥斌 職 稱：高級工程師學生姓名： 楊維新 班級、學號:08102104 專 業(yè)：計算機輔助設計與制造西安航空職業(yè)技術學院制2011年 3 月 1 日西安航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）任務書題目：銑床專用夾具的設計與分析任務與要求：，填寫機械加工工藝卡片和工序卡片 ，制定零件機械加工工藝時間： 2011 年 11 月 1 日 至 2011 年 3 月 1 日 共 8 周所屬系部：航空制造工程系學生姓名： 楊維新 學 號：08102104專業(yè)： 計算機輔助設計與制造指導單位或教研室：計算機輔助設計制造教研室指導教師： 崔彥斌 職 稱：高級工程師西安航空職業(yè)技術學院制2011年 3 月 1 日畢業(yè)設計(論文)進度計劃表日 期工 作 內 容執(zhí) 行 情 況指導教師簽 字看圖識零件并進行分析良好分析零件初步擬定工藝路線良好查閱文獻資料良好確定工藝路線并著手設計良好2010．分析夾具并著手設計良好2010．CAD繪制零件和夾具圖良好2010．整理畢業(yè)設計及說明書良好2010．12．檢查該設計準備答辯良好教師對進度計劃實施情況總評 　　　　　　　　　　　　　　　　　 簽名 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年 月 日 本表作評定學生平時成績的依據(jù)之一。目錄一． 緒論………………………………………………… 1……………………………… 1……………………………………… 3………… 5……………………………… 6二． 設計課題的分析計算過程及平面圖繪制………… 8 ………………………………………… 9…………………………………… 9…………………………………… 14…………………………………… 16………………………………… 1公差和技術要求………… 18…………………………………… 21三、 銑床夾具三維造型設計……………………………25四、論文總結……………………………………………34五、謝辭…………………………………………………35六、主要參考資料………………………………………36七、附錄…………………………………………………37八、附文…………………………………………………48 摘要 計算機輔助夾具設計(CAFD)作為CIMS集成中的一個重要環(huán)節(jié)，克服傳統(tǒng)夾具設計存在的設計周期長，設計效率低等問題，降低了設計人員的勞動強度，提高了夾具設計的質量，從而能夠大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高企業(yè)的市場競爭力。論文在回顧了夾具的概念、發(fā)展、組成以及國內外應用現(xiàn)狀后，詳細介紹了夾具的總體設計和各組成部分的設計，并著重闡述了設計研究過程中的各項所需的關鍵技術在對國內外眾多夾具設計系統(tǒng)進行仔細的分析研究之后，本課題確定以專用夾具為對象，以銑床夾具為主要開發(fā)內容，設計一種適合國內企業(yè)現(xiàn)狀的具有先進性和實用性的銑床夾具。運用了大量的軟件對夾具進行輔助設計，基于Autocad強大的二維繪圖能力，對夾具進行完整的三視圖繪制，著名的3D CAD/CAM系統(tǒng)Pro/E由于具有參數(shù)化設計特性，在全世界范圍內受到廣泛應用。在Pro/E環(huán)境下對所設計的銑床夾具進行了三維仿真的實體造型和虛擬裝配關鍵詞：三維造型設計。Pro/e模塊。AUTOCAD；計算機輔助夾具設計(CAFD) 第一章 緒論 本世紀的一個重大變革是全球市場的統(tǒng)一，它使市場競爭更加激烈，產(chǎn)品更新更快，但是有限的資源加上消費者對復雜產(chǎn)品的需求日益增加，使你合很難保持市場分額。在這種背景下，CAD(計算機輔助設計)/CAM(計算機輔助制造)/CAE（計算機輔助測量）技術得到迅速普及和極大發(fā)展。海灣戰(zhàn)爭結束當年，美國評出的最具影響的十大技術中，CAD/CAM/CAE技術便榜上有名。在為數(shù)眾多的CAD/CAM/CAE軟件中， 主流軟件包種類繁多，PRO/E，UG，CIMATRON，MDT，I－DEAS，MASTERCAM都是個中極品，但PRO/E工業(yè)解決方案地位顯赫，它是美國PTC公司的拳頭產(chǎn)品，技術領先，在機械、電子、航空、航天、郵電、兵工、紡織等各行各業(yè)都有應用，是CAD/CAM/CAE領域少有的頂尖“人物”。 PRO/ENGINEER軟件包的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境在支持并行工作，它通過一系列完全相關的模塊表述產(chǎn)品的外形、裝配及其他功能。PRO/E能夠讓多個部門同時致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對大型項目的裝配體管理、功能仿真、制造、數(shù)據(jù)管理等。其中PRO/E V2000I更增加了行為建模技術使其成為把夢想變?yōu)楝F(xiàn)實的杰出工具。 PRO/E的最新版本為PRO/，它可運行于Windows/NT和UNIX平臺上，共有六大主模塊：（1）工業(yè)設計(CAID)模塊 工業(yè)設計模塊主要用于對產(chǎn)品進行幾何設計，以前，在零件未制造出時，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進行想象?，F(xiàn)在，用3DS可以生成實體模型，但用3DS生成的模型在工程實際中是“中看不中用”。用PRO/E生成的實體建模，不僅中看，而且相當管用。事實上，PRO/E后階段的各個工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實體建模所生成的數(shù)據(jù)。包括： PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(動畫模擬)、 PRO/DESIGNER(概念設計)、PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡動畫合成)、PRO/PERSPECTASKETCH（圖片轉三維模型）、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個子模塊。（2）機械設計(CAD)模塊 機械設計模塊是一個高效的三維機械設計工具，它可繪制任意復雜形狀的零件。在實際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如圖1中的摩托車輪轱，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對曲面產(chǎn)品的需求將會大大增加。用 PRO/E生成曲面僅需2步～3步操作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋轉、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點陣等。由于生成曲面的方法較多，因此PRO/E可以迅速建立任何復雜曲面。它既能作為高性能系統(tǒng)獨立使用，又能與其它實體建模模塊結合起來使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標準。包括：PRO/ASSEMBLY（實體裝配）、PRO/CABLING（電路設計）、PRO/PIPING（彎管鋪設）、PRO/REPORT（應用數(shù)據(jù)圖形顯示）、PRO/SCANTOOLS（物理模型數(shù)字化）、PRO/SURFACE（曲面設計）、PRO/WELDING（焊接設計）（3） 功能仿真(CAE)模塊 功能仿真(CAE)模塊主要進行有限元分析。我們中國有句古話：“畫虎畫皮難畫骨，知人知面不知心”。主要是講事物內在特征很難把握。機械零件的內部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到”零件內部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎上，便可充分優(yōu)化零件的設計。著名的可口可樂公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結果使瓶體質量減輕了近20％，而其功能絲毫不受影響，僅此一項就取得了極大的經(jīng)濟效益。包括：PRO/FEM~POST（有限元分析）、PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定義載荷輸入）、PRO/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序連接）、PRO/MECHANICA MOTION（指定環(huán)境下的裝配體運動分析）、PRO/MECHANICA THERMAL（熱分析）、PRO/MECHANICA TIRE MODEL（車輪動力仿真）、PRO/MECHANICA VIBRATION（震動分析）、PRO/MESH （有限元網(wǎng)格劃分）。（4） 制造(CAM)模塊 在機械行業(yè)中用到的 CAM制造模塊中的功能是NC Machining(數(shù)控加工)。說到數(shù)控功能，就不能不提八十年代著名的“東芝事件”。當時，蘇聯(lián)從日本東芝公司引進了一套五座標數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控軟件CAMMAX，加工出高精度、低噪聲的潛艇推進器，從而使西方的反潛系統(tǒng)完全失效，損失慘重。東芝公司因違反“巴統(tǒng)”協(xié)議，擅自出口高技術，受到了嚴厲的制裁。在這一事件中出盡風頭的CAMMAX軟件就是一種數(shù)控模塊。PRO/ES的數(shù)控模塊包括：PRO/CASTING（鑄造模具設計）、PRO/MFG（電加工）、PRO/MOLDESIGN（塑料模具設計）、PRO/NCCHECK（NC仿真）、PRO/NCPOST（CNC程序生成）、PRO/SHEETMETAL（鈑金設計）。（5） 數(shù)據(jù)管理(PDM)模塊 PRO/E的數(shù)據(jù)管理模塊就像一位保健醫(yī)生，它在計算機上對產(chǎn)品性能進行測試仿真，找出造成產(chǎn)品各種故障的原因，幫助你對癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改進產(chǎn)品設計。它就像PRO/E家庭的一個大管家，將觸角伸到每一個任務模塊。并自動跟蹤你創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括你存貯在模型文件或庫中零件的數(shù)據(jù)。這個管家通過一定的機制，保證了所有數(shù)據(jù)的安全及存取方便。它包括：PRO/PDM（數(shù)據(jù)管理）、PRO/REVIEW（模型圖紙評估）。（6） 數(shù)據(jù)交換(Geometry Translator)模塊 在實際中還存在一些別的CAD系統(tǒng)，如UGⅡ、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它們門戶有別，所以自己的數(shù)據(jù)都難以被對方所識別。但在實際工作中，往往需要接受別的CAD數(shù)據(jù)。這時幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會發(fā)揮作用。PRO/E中幾何數(shù)據(jù)交換模塊有好幾個，如：PRO/CAT（PRO/E和CATIA的數(shù)據(jù)交換）、PRO/CDT（二維工程圖接口）、PRO/DATA FOR PDGS（PRO/E和福特汽車設計軟件的接口）、PRO/DEVELOP（PRO/E軟件開發(fā)）、PRO/DRAW（二維數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸入）、PRO/INTERFACE（工業(yè)標準數(shù)據(jù)交換格式擴充）、PRO/INTERFACE FOR STEP（STEP/ISO10303數(shù)據(jù)和PRO/E交換）、PRO/LEGACY（線架/曲面維護）、PRO/LIBRARYACCESS（PRO/E模型數(shù)據(jù)庫進入）、PRO/POLT（HPGL/POSTSCRIPTA數(shù)據(jù)輸出）夾具廣泛用于各種制造工序中，用以將工件定位并牢固地夾持在一定的位置，以便按照產(chǎn)品設計規(guī)定完成要求的制造過程。為了將工件可靠定位，經(jīng)常用定位件和支撐件與工件表面相接觸，以限制工件包括移動和旋轉在內的六個自由度，用夾緊來抵消切削力，以保證工件牢固定位。傳統(tǒng)夾具以專用夾具為代表主要有四種功能:定位、夾緊、導向和對刀。 對夾具的基本要求就是將工件定位并牢固的夾持在一定位置，并在機床工作臺上有一定的方位，其次，還要滿足其他要求，如保證夾具的生產(chǎn)率(容易裝卸工件，采用自動或半自動夾緊裝置，切屑容易排除)，操作簡單并安全(如對貴重工件采用防誤功能的元件)，有效降低成本(考慮夾具材料和制造過程，優(yōu)先選用標準件)。因此，夾具設計是一個復雜的過程，在傳統(tǒng)夾具設計中，這些基本原理應用于具體夾具設計中主要取決于設計者的經(jīng)驗。從夾具設計人員的經(jīng)驗中收集和表達這些知識是開發(fā)計算機輔助夾具設計(CAFD)系統(tǒng)的關鍵。 單件小批生產(chǎn)一般選用通用夾具、可調整夾具和組合夾具等，使用這類夾具時的調整和測量需要依賴經(jīng)驗，而且需花費大量時間。 大批量生產(chǎn)使用以上夾具會使生產(chǎn)效率降低，對操作人員的操作技能要求提高，生產(chǎn)成本提高。為了提高加工效率和制件精度，降低對操作人員的要求，一般使用多軸加工的專用機床加工，這種機床包含相應夾具或者設計專用夾具與通用機床配合使用，這兩種方法都涉及專用夾具的設計問題。 計算機輔助制造技術的發(fā)展，制造業(yè)越來越多的使用數(shù)控機床和加工中心組成柔性制造單元。在使用CNC機床修改產(chǎn)品設計時，只要變更NC程序，加工工藝就能隨之變化，而NC程序借助于計算機輔助編程系統(tǒng)只要花一天或數(shù)個小時就能完成修改。刀具是標準化的，隨時可以從市場上購買。如果還使用現(xiàn)有的夾具或不用柔性夾具，F(xiàn)MS就不能實現(xiàn)真正的柔性，所以在FMS和計算機集成制造系統(tǒng)中迫切需要能適用產(chǎn)品變化的柔性夾具一般來說，柔性夾具是指用同一夾具系統(tǒng)裝夾定位在形狀與尺寸上有所變化的多種工件。工件的變化可在小范圍，即在相似形狀和尺寸變動不大的范圍內，也可在大范圍，即零件形狀完全不同，尺寸變化也很大。所以柔性的概念是模糊的?；\統(tǒng)的說是指與NC機床、加工中心配合使用的、具有加工多種不同工件能力的夾具。自20世紀80年代后柔性夾具的研究開發(fā)主要沿原理和結構均有創(chuàng)新和傳統(tǒng)夾具創(chuàng)新兩大方向發(fā)展。下表11為當前研究和應用的柔性夾具的工作原理和分類的簡表表11中原理和結構均有創(chuàng)新的柔性夾具如相變和偽相變式、適應性夾具、模塊化程序控制式、仿生抓夾式等正處于研究階段，有許多問題尚未解決，如相變升降溫度引起工件變形對精度的影響，偽相變材料夾緊力不大，適應性夾具適應范圍小，模塊化程序控制式夾具結構太復雜，成本過高，而柔性有限，不容易在生產(chǎn)中普及，因此，到目前為止，尚沒有找到結構上、經(jīng)濟上、實用上能與傳統(tǒng)夾具中己具柔性的一些夾具相匹敵的新型夾具。表11現(xiàn)代柔性夾具的工作原理及分類表表11┌──────────┬──────────┬──────────┐│分類 │柔性工作原理 │子分類 │├───