【正文】 夾緊力的大小估算： 計(jì)算夾緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng)。所謂聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)就是由一個(gè)原始作用力來完成若干個(gè)夾緊動(dòng)作的機(jī)構(gòu)稱為聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。如果用手動(dòng)夾緊，工件裝卸所花時(shí)間較多，不能適應(yīng)大批生產(chǎn)的要求，若用氣動(dòng)夾緊，則夾具體積太大，不便安裝在銑床工作臺(tái)上。鉸鏈壓板的兩個(gè)弧形面的曲率半徑應(yīng)大于工件的最大半徑。 （ 4） 夾緊裝置的自動(dòng)化程度和復(fù)雜程度應(yīng)與工件的產(chǎn)量和批量相適應(yīng)。既要使工件在加工過程中不產(chǎn)生移動(dòng)和振動(dòng)，又不使工件產(chǎn)生不允許的變形和損傷。 夾緊裝置的基本要求 （ 1） 在夾緊過程中，工件應(yīng)能保持在既定位置，即在夾緊力的作用下，工件不應(yīng)離開定位支承。 （ 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。 圖 23 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁共 49 頁 圖 23為夾具設(shè)計(jì)時(shí)所應(yīng)用到的 V型塊，其技術(shù)要求： （ 1）銑邊倒鈍。V 形塊。由于 未注公差，加工要求低，而對(duì)稱度 的公差較小，故選用方案 2較好，從承受切削力的角度看，方案2 也較可靠。由于鍵槽和油槽的長(zhǎng)度不等，要同時(shí)進(jìn)給完畢，需將兩個(gè)止推銷沿工件軸線方向錯(cuò)開適當(dāng)?shù)木嚯x。 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁共 49 頁 銑油槽時(shí)限制的自由度 定位元件 定位基準(zhǔn) 限制自由度 數(shù)目 方法 平面 外圓柱面 Z,X 位置和旋轉(zhuǎn)自由度 4 不完全定位 止推銷 端面 Y 位置自由度 1 銑鍵槽時(shí)限制的自由度 定位 元件 定位基準(zhǔn) 限制自由度 數(shù)目 方法 平面 外圓柱面 Z,X 位置和旋轉(zhuǎn)自由度 4 完全定位 短銷 鍵槽 X， Z 位置自由度 2 方案 2：工件以Ф 外圓在 V形塊上定位，端面加止推銷，如圖 22b 所示。圖 12所示為頂尖套銑雙槽的兩種定位方案。 5．應(yīng)使工件定位方便，夾緊可靠，便于操作，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 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(shí)間和費(fèi)用。而且應(yīng)選用誤差較小、較光潔、余量小的表面或與加工面有直接關(guān)系的表面，以利于保證加工要求。 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。為了減小基準(zhǔn)不符誤差，應(yīng)減小定位尺寸的組成環(huán)節(jié)及各環(huán)節(jié)的公差。 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。如因某些結(jié)構(gòu)上的原因，無法避免過定位時(shí)，應(yīng)采取必要的相應(yīng)措施，以減小由于過定位所造成的影響。同時(shí)，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。 兩個(gè)或兩個(gè)以上定位支承點(diǎn)重復(fù)限制同一個(gè)自由度，這 種重復(fù)定位的現(xiàn)象叫做過定位。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。應(yīng)該采用完全定位還是不完全定位，主要由該工序的加工要求來決定。 工件的六個(gè)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，要使工件在夾具中占有確定的位置，就是要在空間直角坐標(biāo)系中，通過定位元件限制工件的六個(gè)自由度。一個(gè)物體在空間坐標(biāo)系中具有六個(gè)自由度。 由所設(shè)計(jì)的題目知 若先銑鍵槽后銑油槽，按加工要求，銑鍵槽時(shí)應(yīng)限制五個(gè)自由度，銑油槽時(shí)應(yīng)限制六個(gè)自工件定位的實(shí)質(zhì)，就是要使工件在夾具中占有某個(gè)確定的位置。因此，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，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。出現(xiàn)過定位時(shí)，將使工件位置不確定。所以，在確定工件在夾具中的定位方案時(shí)，不允許出現(xiàn) 欠定位這樣的原則性錯(cuò)誤。 欠定位是指工件實(shí)際所限制的自由度數(shù)目，少于按該工序加工要求所必須限制的自由度數(shù)目。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(shí)，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(shí)稱為不完全定位。分析使可將具體的定位元件抽象化，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的定位支承點(diǎn)，用這些定位支承點(diǎn)來限制工件的自由度。即沿三個(gè)相互垂直的坐標(biāo)軸的移動(dòng)自由度，以及繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。這一確定的位置可以通過定位支承限制相應(yīng)的自由度來獲得。它對(duì)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(dòng)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。 機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁共 49 頁 分析題目 在機(jī)械加工中，為完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗(yàn)工序等，首先要將工件固定，使之占有確定的位置，這種保證一批工件占有確定位置的裝置統(tǒng)稱為夾具。 。 3 mm,圓心在軸的圓柱面上 。鍵槽長(zhǎng)度 60177。槽側(cè)面對(duì)φ 軸線的對(duì)稱度為 ，平行度為 。 （ 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(duì)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(shí)所用的銑床夾具。 課題研究的內(nèi)容 本課題的研究?jī)?nèi)容是圍繞如何充分利用己有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和資源，提高夾具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，主要進(jìn)行了以下幾方面的研究 : （ 1）在收集整理有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)參考資料和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，分析產(chǎn)品零件的加工特征和加工車間的機(jī)床裝備的情況并提取零件的特征信息，確定零件的加工方案； （ 2）切削力計(jì)算，根據(jù)零件的加工方案計(jì)算相關(guān)的切削力； （ 3）定位裝置設(shè)計(jì)，其中包括定位方案的確定，定位元件的選擇以及定位誤差的計(jì)算等。 本課題在學(xué)習(xí)機(jī)床專用夾具的基本知識(shí)和基本理論的同時(shí)，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(duì)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。造型結(jié)束后，將設(shè)計(jì)模型投影到二維圖紙空間，就可自動(dòng)生成工程圖紙的三視圖，軸側(cè)圖、剖視圖等，大大方便了設(shè)計(jì)工程，形象直觀易于接受 ，更易培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁共 49 頁 機(jī)械產(chǎn)品的能力。 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(duì)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(hào)繪圖，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且一旦理解有誤或形體表現(xiàn)錯(cuò)誤，將會(huì)影響產(chǎn)品的制造和質(zhì)量。有的系統(tǒng)已搜集了上千條規(guī)則，但因工件的多樣性和夾具設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，只能設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的夾具。 (2) 第二代 CAFD 是基于成組技術(shù)和基于知識(shí)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(shí)的 CAFD 系統(tǒng)，主要是搜集人類夾具專家的知識(shí)整理成知識(shí)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。 20世紀(jì) 80年代歐美學(xué)者投入這一工作， 80 年代中期以后我國(guó)也開始進(jìn)行研究。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。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(jiǎn)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(duì)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(shí)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?；\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。工件的變化可在小范圍，即在相似形狀和尺寸變動(dòng)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。刀具是標(biāo)準(zhǔn)化的，隨時(shí)可以從市場(chǎng)上購買。 計(jì)算機(jī)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(jī)床和加工中心組成柔性制造單元。 大批量生產(chǎn)使用以上夾具會(huì)使生產(chǎn)效率降低，對(duì)操作人員的操作技能要求提高，生產(chǎn)成本提高。從夾具設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)中收集和表達(dá)這些知識(shí)是開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì) (CAFD)系統(tǒng)的關(guān)鍵。 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 對(duì)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(tái)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(dòng)或半自動(dòng)夾緊裝置，切屑容易排除 )，操作簡(jiǎn)單并安全 (如對(duì)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 )。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(dòng)和旋轉(zhuǎn)在內(nèi)的六個(gè)自由度，用夾緊來抵消切削力，以保證工件牢固定位。這時(shí)幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會(huì)發(fā)揮作用。 （ 6） 數(shù)據(jù)交換 (Geometry Translator)模塊 在實(shí)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(duì)方所識(shí)別。這個(gè)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。它就機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁共 49 頁 像 PRO/E 家庭的一個(gè)大管家，將觸角伸到每一個(gè)任務(wù)模塊。 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)）。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。說到數(shù)控功能，就不能不提八十年 代著名的“東芝事件”。 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(yùn)動(dòng)分析）、 PRO/MECHANICA THERMAL（熱分析）、 PRO/MECHANICA TIRE MODEL（車輪動(dòng)力仿真）、 PRO/MECHANICA VIBRATION（震動(dòng)分析）、 PRO/MESH （有限元網(wǎng)格劃分）。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)。機(jī)械零件的內(nèi)部變化情況是難以知曉的。我們中國(guó)有句古話：“畫虎畫皮難畫骨，知人知面不知心”。 它既能作為高性能系統(tǒng)獨(dú)立使用，又能與其它實(shí)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)。 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。機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁共 49 頁 隨著人們生活水平的提高，對(duì)曲面產(chǎn)品的需求將會(huì)大大增加。 （ 2）機(jī)械設(shè)計(jì) (CAD)模塊 機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)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。事實(shí)上， PRO/E 后階段的各個(gè)工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實(shí)體建模所生成的數(shù)據(jù)?，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”。其中 PRO/E V2021I 更增加了行為建模技術(shù)使其成為把夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的杰出工具。 PRO/E 能夠讓多個(gè)部門同時(shí)致力于單一的產(chǎn)品模型。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(gè)中極品，但 PRO/E 工業(yè)解決方案地位顯赫，它是美國(guó) PTC公司的拳頭產(chǎn)品，技術(shù)領(lǐng)先，在機(jī)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”。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(cè)量）技術(shù)得到迅速普及和極大發(fā)展。Pro/e 模塊 。 運(yùn)用了大量的軟件對(duì)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(duì)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。機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁共 49 頁 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 銑床專用夾具三維造型虛擬設(shè)計(jì)分析 作 者： 系 （部）：