【正文】 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）論文題目：銑床專用夾具的設(shè)計與分析 所屬系部： 航空制造工程系指導(dǎo)老師： 崔彥斌 職 稱：高級工程師學(xué)生姓名： 楊維新 班級、學(xué)號:08102104 專 業(yè)：計算機輔助設(shè)計與制造西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制2011年 3 月 1 日西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目：銑床專用夾具的設(shè)計與分析任務(wù)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(xué)生姓名： 楊維新 學(xué) 號：08102104專業(yè)： 計算機輔助設(shè)計與制造指導(dǎo)單位或教研室：計算機輔助設(shè)計制造教研室指導(dǎo)教師： 崔彥斌 職 稱：高級工程師西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制2011年 3 月 1 日畢業(yè)設(shè)計(論文)進(jìn)度計劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導(dǎo)教師簽 字看圖識零件并進(jìn)行分析良好分析零件初步擬定工藝路線良好查閱文獻(xiàn)資料良好確定工藝路線并著手設(shè)計良好2010．分析夾具并著手設(shè)計良好2010．CAD繪制零件和夾具圖良好2010．整理畢業(yè)設(shè)計及說明書良好2010．12．檢查該設(shè)計準(zhǔn)備答辯良好教師對進(jìn)度計劃實施情況總評 　　　　　　　　　　　　　　　　　 簽名 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年 月 日 本表作評定學(xué)生平時成績的依據(jù)之一。目錄一． 緒論………………………………………………… 1……………………………… 1……………………………………… 3………… 5……………………………… 6二． 設(shè)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(shù)要求………… 18…………………………………… 21三、 銑床夾具三維造型設(shè)計……………………………25四、論文總結(jié)……………………………………………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(shè)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(shè)計存在的設(shè)計周期長，設(shè)計效率低等問題，降低了設(shè)計人員的勞動強度，提高了夾具設(shè)計的質(zhì)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(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀后，詳細(xì)介紹了夾具的總體設(shè)計和各組成部分的設(shè)計，并著重闡述了設(shè)計研究過程中的各項所需的關(guān)鍵技術(shù)在對國內(nèi)外眾多夾具設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)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(nèi)容，設(shè)計一種適合國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀的具有先進(jìn)性和實用性的銑床夾具。運用了大量的軟件對夾具進(jìn)行輔助設(shè)計，基于Autocad強大的二維繪圖能力，對夾具進(jìn)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(shè)計特性，在全世界范圍內(nèi)受到廣泛應(yīng)用。在Pro/E環(huán)境下對所設(shè)計的銑床夾具進(jìn)行了三維仿真的實體造型和虛擬裝配關(guān)鍵詞：三維造型設(shè)計。Pro/e模塊。AUTOCAD；計算機輔助夾具設(shè)計(CAFD) 第一章 緒論 本世紀(jì)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(fù)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(shè)計)/CAM(計算機輔助制造)/CAE（計算機輔助測量）技術(shù)得到迅速普及和極大發(fā)展。海灣戰(zhàn)爭結(jié)束當(dāng)年，美國評出的最具影響的十大技術(shù)中，CAD/CAM/CAE技術(shù)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(shù)領(lǐng)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(yīng)用，是CAD/CAM/CAE領(lǐng)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(guān)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(shù)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(shè)計(CAID)模塊 工業(yè)設(shè)計模塊主要用于對產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)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(jìn)行想象。現(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(dāng)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(shè)計)、PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡(luò)動畫合成)、PRO/PERSPECTASKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型）、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個子模塊。（2）機械設(shè)計(CAD)模塊 機械設(shè)計模塊是一個高效的三維機械設(shè)計工具，它可繪制任意復(fù)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(zhuǎn)、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(fù)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(jié)合起來使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標(biāo)準(zhǔn)。包括：PRO/ASSEMBLY（實體裝配）、PRO/CABLING（電路設(shè)計）、PRO/PIPING（彎管鋪設(shè)）、PRO/REPORT（應(yīng)用數(shù)據(jù)圖形顯示）、PRO/SCANTOOLS（物理模型數(shù)字化）、PRO/SURFACE（曲面設(shè)計）、PRO/WELDING（焊接設(shè)計）（3） 功能仿真(CAE)模塊 功能仿真(CAE)模塊主要進(jìn)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(nèi)在特征很難把握。機械零件的內(nèi)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(nèi)部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎(chǔ)上，便可充分優(yōu)化零件的設(shè)計。著名的可口可樂公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結(jié)果使瓶體質(zhì)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(jì)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(dāng)時，蘇聯(lián)從日本東芝公司引進(jìn)了一套五座標(biāo)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(jìn)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(shù)，受到了嚴(yán)厲的制裁。在這一事件中出盡風(fēng)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(shè)計）、PRO/MFG（電加工）、PRO/MOLDESIGN（塑料模具設(shè)計）、PRO/NCCHECK（NC仿真）、PRO/NCPOST（CNC程序生成）、PRO/SHEETMETAL（鈑金設(shè)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(jìn)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(jìn)產(chǎn)品設(shè)計。它就像PRO/E家庭的一個大管家，將觸角伸到每一個任務(wù)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(hù)）、PRO/LIBRARYACCESS（PRO/E模型數(shù)據(jù)庫進(jìn)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(shè)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(zhuǎn)在內(nèi)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)件)。因此，夾具設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，在傳統(tǒng)夾具設(shè)計中，這些基本原理應(yīng)用于具體夾具設(shè)計中主要取決于設(shè)計者的經(jīng)驗。從夾具設(shè)計人員的經(jīng)驗中收集和表達(dá)這些知識是開發(fā)計算機輔助夾具設(shè)計(CAFD)系統(tǒng)的關(guān)鍵。 單件小批生產(chǎn)一般選用通用夾具、可調(diào)整夾具和組合夾具等，使用這類夾具時的調(diào)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(yīng)夾具或者設(shè)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(shè)計問題。 計算機輔助制造技術(shù)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)，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(jì)80年代后柔性夾具的研究開發(fā)主要沿原理和結(jié)構(gòu)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(dāng)前研究和應(yīng)用的柔性夾具的工作原理和分類的簡表表11中原理和結(jié)構(gòu)均有創(chuàng)新的柔性夾具如相變和偽相變式、適應(yīng)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(yīng)性夾具適應(yīng)范圍小，模塊化程序控制式夾具結(jié)構(gòu)太復(fù)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(jié)構(gòu)上、經(jīng)濟(jì)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 │├───