【正文】 夾緊力的大小估算： 計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。所謂聯(lián)動夾緊機構就是由一個原始作用力來完成若干個夾緊動作的機構稱為聯(lián)動夾緊機構。如果用手動夾緊，工件裝卸所花時間較多，不能適應大批生產的要求，若用氣動夾緊，則夾具體積太大，不便安裝在銑床工作臺上。鉸鏈壓板的兩個弧形面的曲率半徑應大于工件的最大半徑。 （ 4） 夾緊裝置的自動化程度和復雜程度應與工件的產量和批量相適應。既要使工件在加工過程中不產生移動和振動，又不使工件產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，工件應能保持在既定位置，即在夾緊力的作用下，工件不應離開定位支承。 （ 3）熱處理 夾緊機構設計 在機械加工過程中，工件將受到切削力、離心力、慣性力等外力的作用。 圖 23 機電控制工程系畢業(yè)設計 第 17 頁共 49 頁 圖 23為夾具設計時所應用到的 V型塊，其技術要求： （ 1）銑邊倒鈍。V 形塊。由于 未注公差，加工要求低，而對稱度 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度不等，要同時進給完畢，需將兩個止推銷沿工件軸線方向錯開適當?shù)木嚯x。 機電控制工程系畢業(yè)設計 第 15 頁共 49 頁 銑油槽時限制的自由度 定位元件 定位基準 限制自由度 數(shù)目 方法 平面 外圓柱面 Z,X 位置和旋轉自由度 4 不完全定位 止推銷 端面 Y 位置自由度 1 銑鍵槽時限制的自由度 定位 元件 定位基準 限制自由度 數(shù)目 方法 平面 外圓柱面 Z,X 位置和旋轉自由度 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．應使工件定位方便，夾緊可靠，便于操作，夾具結構簡單。 4．遵守基準統(tǒng)一原則，以減小設計和制造夾具的時間和費用。而且應選用誤差較小、較光潔、余量小的表面或與加工面有直接關系的表面，以利于保證加工要求。 2．盡量用精基準作為定位基準 ，以保證有足夠的定位精度。為了減小基準不符誤差，應減小定位尺寸的組成環(huán)節(jié)及各環(huán)節(jié)的公差。 定位基準的選擇 工件的 定位是通過定位基面進行的，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，故從夾具設計角度出發(fā)提出如下選機電控制工程系畢業(yè)設計 第 14 頁共 49 頁 擇原則： （標定加工面位置的面、線、點）重合，以避免產生基準不符誤差Δ B。如因某些結構上的原因，無法避免過定位時，應采取必要的相應措施，以減小由于過定位所造成的影響。同時，在夾緊情況下，重復限制同一自由度的定位支承間所產生的矛盾、干涉和沖突必將造成工件或定位元件的變形，其結果都將破壞工件定位的要求，從而嚴重影響工件的定位精度。 兩個或兩個以上定位支承點重復限制同一個自由度，這 種重復定位的現(xiàn)象叫做過定位。因此，欠定位的結果，將導致出現(xiàn)應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系中，通過定位元件限制工件的六個自由度。一個物體在空間坐標系中具有六個自由度。 由所設計的題目知 若先銑鍵槽后銑油槽，按加工要求，銑鍵槽時應限制五個自由度，銑油槽時應限制六個自工件定位的實質，就是要使工件在夾具中占有某個確定的位置。因此，在設計夾具時，一般機電控制工程系畢業(yè)設計 第 13 頁共 49 頁 情況下應避免出現(xiàn)過定位現(xiàn)象。出現(xiàn)過定位時，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，不允許出現(xiàn) 欠定位這樣的原則性錯誤。 欠定位是指工件實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，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。分析使可將具體的定位元件抽象化，轉化為相應的定位支承點，用這些定位支承點來限制工件的自由度。即沿三個相互垂直的坐標軸的移動自由度，以及繞這三個坐標軸的轉動自由度。這一確定的位置可以通過定位支承限制相應的自由度來獲得。它對保證工件的加工質量，提高加工效率，降低生產成本、改善勞動條件、擴大機床使用范圍、縮短新產 品試制周期等方面有著極明顯的經(jīng)濟效益。 機電控制工程系畢業(yè)設計 第 12 頁共 49 頁 分析題目 在機械加工中，為完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗工序等，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 。鍵槽長度 60177。槽側面對φ 軸線的對稱度為 ，平行度為 。 （ 4）夾緊裝置設計，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算等； （ 5）對刀，引導裝置以及夾具體的設計，其它特定要求涉及的相關元件與裝置的確定，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計繪制，并制定夾具的制造工藝 機電控制工程系畢業(yè)設計 第 11 頁共 49 頁 第二章 設計課題的分析計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，試設計大批生產時所用的銑床夾具。 課題研究的內容 本課題的研究內容是圍繞如何充分利用己有的設計經(jīng)驗和資源，提高夾具設計的質量和效率，主要進行了以下幾方面的研究 : （ 1）在收集整理有關產品設計參考資料和技術標準的基礎上，分析產品零件的加工特征和加工車間的機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）切削力計算，根據(jù)零件的加工方案計算相關的切削力； （ 3）定位裝置設計，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算等。 本課題在學習機床專用夾具的基本知識和基本理論的同時，研究如何利用計算機圖形學采用三維造型方式設計專用夾具以及如何對專用夾具進行可視化設計，形成專用夾具的三維爆炸視圖。造型結束后，將設計模型投影到二維圖紙空間，就可自動生成工程圖紙的三視圖，軸側圖、剖視圖等，大大方便了設計工程，形象直觀易于接受 ，更易培養(yǎng)學生獨立設計機電控制工程系畢業(yè)設計 第 10 頁共 49 頁 機械產品的能力。 1. 4. 1 課題的意義 多年來，機械制造過程總把設計藍圖比喻成工程師的語言，對于 機床專用夾具而言，也總是利用眾多視圖的不同投影來描繪，采用標注各種線型和符號繪圖，不僅費時費力，而且一旦理解有誤或形體表現(xiàn)錯誤，將會影響產品的制造和質量。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計的復雜性，只能設計一些簡單的夾具。 (2) 第二代 CAFD 是基于成組技術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)推理機得到 各種決策。 20世紀 80年代歐美學者投入這一工作， 80 年代中期以后我國也開始進行研究。準確的說， CAPP 和 CAFD 共同構成 CAD 和 CAM的接口，而二者彼此之間又是相互獨立的。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。籠統(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。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。刀具是標準化的，隨時可以從市場上購買。 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。 大批量生產使用以上夾具會使生產效率降低，對操作人員的操作技能要求提高，生產成本提高。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。 夾具設計的基本要求 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 )。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。這時幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會發(fā)揮作用。 （ 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。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。它就機電控制工程系畢業(yè)設計 第 6 頁共 49 頁 像 PRO/E 家庭的一個大管家，將觸角伸到每一個任務模塊。 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）。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。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）。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。機械零件的內部變化情況是難以知曉的。我們中國有句古話：“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。 PRO/E 生成曲面的方法有：拉伸、旋轉、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點陣等。機電控制工程系畢業(yè)設計 第 5 頁共 49 頁 隨著人們生活水平的提高，對曲面產品的需求將會大大增加。 （ 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。事實上， PRO/E 后階段的各個工作數(shù)據(jù)的產生都要依賴于實體建模所生成的數(shù)據(jù)?，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”。其中 PRO/E V2021I 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 能夠讓多個部門同時致力于單一的產品模型。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”。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。Pro/e 模塊 。 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。機電控制工程系畢業(yè)設計 第 1 頁共 49 頁 畢業(yè)設計（論文） 題 目： 銑床專用夾具三維造型虛擬設計分析 作 者： 系 （部）：