【正文】 AD；計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì) (CAFD) 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁共 49 頁 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(fèi)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。 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(jì)和各組成部分的設(shè)計(jì)，并著重闡述了設(shè)計(jì)研究過程中的各項(xiàng)所需的關(guān)鍵技術(shù)在對國內(nèi)外眾多夾具設(shè)計(jì)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(jì)一種適合國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀的具有先進(jìn)性和實(shí)用性的銑床夾具。 運(yùn)用了大量的軟件對夾具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，基于 Autocad強(qiáng)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(jì)特性，在全世界范圍內(nèi)受到廣泛應(yīng)用。在這種背景下， CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) )/CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造 )/CAE（計(jì)算機(jī)輔助測量）技術(shù)得到迅速普及和極大發(fā)展。 PRO/E 能夠讓多個部門同時致力于單一的產(chǎn)品模型?，F(xiàn)在，用 3DS 可以生成實(shí)體模型，但用3DS生成的模型在工程實(shí)際中是“中看不中用”。 （ 2）機(jī)械設(shè)計(jì) (CAD)模塊 機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。 PRO/E 生成曲面的方法有：拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點(diǎn)陣等。我們中國有句古話：“畫虎畫皮難畫骨，知人知面不知心”。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(jì)。說到數(shù)控功能，就不能不提八十年 代著名的“東芝事件”。 PRO/ES 的數(shù)控模塊包括： PRO/CASTING（鑄造模具設(shè)計(jì)）、 PRO/MFG（電加工）、PRO/MOLDESIGN（塑料模具設(shè)計(jì)）、 PRO/NCCHECK（ NC 仿真）、 PRO/NCPOST（ CNC 程序生成）、 PRO/SHEETMETAL（鈑金設(shè)計(jì)）。這個管家通過一定的機(jī)制，保證了所有數(shù)據(jù)的安全及存取方便。這時幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會發(fā)揮作用。 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 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(jī)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 )。 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。刀具是標(biāo)準(zhǔn)化的，隨時可以從市場上購買?；\統(tǒng)的說是指與NC 機(jī)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。準(zhǔn)確的說， CAPP 和 CAFD 共同構(gòu)成 CAD 和 CAM的接口，而二者彼此之間又是相互獨(dú)立的。 (2) 第二代 CAFD 是基于成組技術(shù)和基于知識的變異式和生成式系統(tǒng)，基于 GT 的 CAFD系統(tǒng)主要用零件及夾具分類編碼系統(tǒng)進(jìn)行檢索，修改生成合乎要 求的夾具 :基于知識的 CAFD 系統(tǒng)，主要是搜集人類夾具專家的知識整理成知識庫中的各種規(guī)則，然后通過專家系統(tǒng)推理機(jī)得到 各種決策。 1. 4. 1 課題的意義 多年來，機(jī)械制造過程總把設(shè)計(jì)藍(lán)圖比喻成工程師的語言，對于 機(jī)床專用夾具而言，也總是利用眾多視圖的不同投影來描繪，采用標(biāo)注各種線型和符號繪圖，不僅費(fèi)時費(fèi)力，而且一旦理解有誤或形體表現(xiàn)錯誤，將會影響產(chǎn)品的制造和質(zhì)量。 本課題在學(xué)習(xí)機(jī)床專用夾具的基本知識和基本理論的同時，研究如何利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)采用三維造型方式設(shè)計(jì)專用夾具以及如何對專用夾具進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，形成專用夾具的三維爆炸視圖。 （ 4）夾緊裝置設(shè)計(jì)，其中包括夾緊力方案的確定，夾緊元件的選擇以及夾緊力計(jì)算等； （ 5）對刀，引導(dǎo)裝置以及夾具體的設(shè)計(jì)，其它特定要求涉及的相關(guān)元件與裝置的確定，例如分度裝置，定向鍵等； （ 6）完成夾具總體布局和裝配圖的設(shè)計(jì)繪制，并制定夾具的制造工藝 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁共 49 頁 第二章 設(shè)計(jì)課題的分析計(jì)算過程及平面圖繪制 如圖 21 所示，要求銑一車床尾座頂尖套上的鍵槽和油槽，試設(shè)計(jì)大批生產(chǎn)時所用的銑床夾具。鍵槽長度 60177。 。它對保證工件的加工質(zhì)量，提高加工效率，降低生產(chǎn)成本、改善勞動條件、擴(kuò)大機(jī)床使用范圍、縮短新產(chǎn) 品試制周期等方面有著極明顯的經(jīng)濟(jì)效益。即沿三個相互垂直的坐標(biāo)軸的移動自由度，以及繞這三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度。如果根據(jù)該工序加工要求只需限制部分自由度，而其他自由度無需限制時，工件雖然不占有確定的唯一位置，但不影響該工序的加工要求，此時稱為不完全定位。所以，在確定工件在夾具中的定位方案時，不允許出現(xiàn) 欠定位這樣的原則性錯誤。因此，在設(shè)計(jì)夾具時，一般機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁共 49 頁 情況下應(yīng)避免出現(xiàn)過定位現(xiàn)象。一個物體在空間坐標(biāo)系中具有六個自由度。 工件的六個自由度全部被限制而在空間占有完全確定的唯一位置，稱為完全定位。因此，欠定位的結(jié)果，將導(dǎo)致出現(xiàn)應(yīng)該限制的自由度而未予限制的不合理現(xiàn)象，從而無法保證該工序所規(guī)定的加工要求。同時，在夾緊情況下，重復(fù)限制同一自由度的定位支承間所產(chǎn)生的矛盾、干涉和沖突必將造成工件或定位元件的變形，其結(jié)果都將破壞工件定位的要求，從而嚴(yán)重影響工件的定位精度。 定位基準(zhǔn)的選擇 工件的 定位是通過定位基面進(jìn)行的，因此這些基面的幾何形狀、尺寸及表面狀況在很大程度上決定著定位方法及所用定位元件的選擇，故從夾具設(shè)計(jì)角度出發(fā)提出如下選機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁共 49 頁 擇原則： （標(biāo)定加工面位置的面、線、點(diǎn)）重合，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不符誤差Δ B。 2．盡量用精基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn) ，以保證有足夠的定位精度。 4．遵守基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，以減小設(shè)計(jì)和制造夾具的時間和費(fèi)用。圖 12所示為頂尖套銑雙槽的兩種定位方案。由于鍵槽和油槽的長度不等，要同時進(jìn)給完畢，需將兩個止推銷沿工件軸線方向錯開適當(dāng)?shù)木嚯x。V 形塊。 （ 3）熱處理 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在機(jī)械加工過程中，工件將受到切削力、離心力、慣性力等外力的作用。既要使工件在加工過程中不產(chǎn)生移動和振動，又不使工件產(chǎn)生不允許的變形和損傷。鉸鏈壓板的兩個弧形面的曲率半徑應(yīng)大于工件的最大半徑。所謂聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)就是由一個原始作用力來完成若干個夾緊動作的機(jī)構(gòu)稱為聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)。為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值 WＫ =K*W WＫ —— 實(shí)際所需夾緊力（ N） W—— 在一定條件下由靜力平衡計(jì)算出的理論 夾緊力（ N） K—— 安全系數(shù) K=K0K1K2K3 通常情況下，取 K= 當(dāng)夾緊力與切削力方向相反時取 K=。 常用的塞尺有平塞尺和圓塞尺兩種。本課題鍵槽銑刀需要兩個方向?qū)Φ?，故?yīng)采用側(cè)裝直角對刀塊。因此，只需設(shè)置一個對刀塊即能滿足鍵槽和油槽的加工要求。 在選擇夾具體的毛坯結(jié)構(gòu)使，應(yīng)以結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。 圖 26 26 為所應(yīng)用到的夾具體底座 為了保證槽的對稱度要求，夾具體底面應(yīng)設(shè)置定位鍵，兩定位鍵的側(cè)面應(yīng)與 V 形塊的對稱面平行。 （ 2）影響工件定位精度的尺寸和公差 SD為兩組 V形塊的設(shè)計(jì)心軸直徑Φ 、 兩止推銷的距離 112177。 、 61177。 、 177。 當(dāng)最小位移量使加工尺寸增大時 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁共 49 頁 h=H177。 當(dāng)工件以圓柱面在 V形塊上定位時 Imin=0。 ,鍵槽寬 12H11＝ 120+=177。 =+ 5)影響對刀精度的尺寸和公差Ｓ Ｔ ：塞尺的厚度尺寸５ h8=. 6)夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注下列技術(shù)要求：鍵槽銑刀與油槽銑刀的直徑相等。在這些因素中，有一項(xiàng)因素與機(jī)床夾具有關(guān)。 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁共 49 頁 使用夾具加工工件時，應(yīng)盡量減小與夾具有關(guān)的加工誤差，在保證工序加工要求情況下，留給加工過程中其他誤差因素的比例大一些。由于對稱度的工序基準(zhǔn)是Φ 軸線，定位基準(zhǔn)也是此軸線，故Δ Β =0。 本題的定位鍵在Ｔ形槽中有兩種位置，如圖 210所示。 （ 4）夾具誤差Δ J 因夾具上定位元件、對刀或?qū)蛟?、分度裝置及安裝基準(zhǔn)之間的位置不準(zhǔn)確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差。 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁共 49 頁 鍵槽側(cè)面對Φ 軸線的平行度的加工誤差 （ 1）定位誤差Δ D 由于兩 V 形塊 10一般在裝配后一起精加工 V形面，它們的相互位置誤差極小，可視為一長 V形塊，所以Δ D=0。前面的設(shè)計(jì)，確定了銑床夾具各主要構(gòu)件形狀和尺寸，為了驗(yàn)證零部件設(shè)計(jì)的正確性，我們運(yùn)用軟件 Pro/E進(jìn)行了三維實(shí)體造型，并且對主要部件實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)，大大提高設(shè)計(jì)速度。(3)基于特征模型的造型方法。因此它具有很好的交互性，用戶可以利用繪圖系統(tǒng)全部的交互功能修改圖形及其屬性，進(jìn)而控制參數(shù)化的過程 。設(shè)計(jì)人員可以針對零件上的任意特征直接進(jìn)行圖形化的編輯、修改，這就使得用戶對其三維產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更為直觀和實(shí)時。生成特征過程中，正確構(gòu)造特征樹至關(guān)重要，下面是底座的特征樹(括號內(nèi)是部分關(guān)鍵的枝或葉的值 )： 模型名 RIGHT TOP FRONT PRT_CSYS_DEF 伸出項(xiàng) 標(biāo)識 39 切剪 標(biāo)識 66 組 COPIED_GROUP 切剪 標(biāo)識 149 切剪 標(biāo)識 194 切剪 標(biāo)識 232 切剪 標(biāo)識 283 組 COPIED_GROUP_1 組 COPIED_GROUP_2 切剪 標(biāo)識 452 切剪 標(biāo)識 498 切剪 標(biāo)識 606 切剪 標(biāo)識 842 切剪 標(biāo)識 909 切剪 標(biāo)識 1047 切剪 標(biāo)識 1107 切剪 標(biāo)識 1169 伸出項(xiàng) 標(biāo)識 3527 伸出項(xiàng) 標(biāo)識 3574 伸出項(xiàng) 標(biāo)識 3619 切剪 標(biāo)識 3675 伸出項(xiàng) 標(biāo)識 3783 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁共 49 頁 倒圓角 標(biāo)識 4611 倒圓角 標(biāo)識 4822 倒圓角 標(biāo)識 4894 倒圓角 標(biāo)識 5316 倒圓角 標(biāo)識 5585 倒圓角 標(biāo)識 5869 倒圓角 標(biāo)識 5919 倒圓角 標(biāo)識 5973 倒圓角 標(biāo)識 6397 組 COPIED_GROUP_4 組 COPIED_GROUP_5 切剪 標(biāo)識 7880 切剪 標(biāo)識 7943 切剪 標(biāo)識 7983 切剪 標(biāo)識 8064 切剪 標(biāo)識 8163 倒圓角 標(biāo) 識 8245 倒圓角 標(biāo)識 8580 倒圓角 標(biāo)識 8689 倒圓角 標(biāo)識 8747 切剪 標(biāo)識 8922 切剪 標(biāo)識 8962 切剪 標(biāo)識 9096 伸出項(xiàng) 標(biāo)識 9155 切剪 標(biāo)識 9229 切剪 標(biāo)識 9266 切剪 標(biāo)識 9334 切剪 標(biāo)識 9379 切剪 標(biāo)識 9913 切 剪 標(biāo)識 9972 伸出項(xiàng) 標(biāo)識 10014 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁共 49 頁 伸出項(xiàng) 標(biāo)識 10116 切剪 標(biāo)識 10172 倒圓角 標(biāo)識 10212 倒圓角 標(biāo)識 10317 倒圓角 標(biāo)識 10398 倒圓角 標(biāo)識 10721 倒圓角 標(biāo)識 10810 倒圓角 標(biāo)識 10