【正文】 專業(yè)班級： 年 月 日 機電控制工程系畢業(yè)設計 第 2 頁共 49 頁 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 ………………………… … ?? 17 、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 機電控制工程系畢業(yè)設計 第 3 頁共 49 頁 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(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(nèi)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(nèi)容，設計一種適合國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀的具有先進性和實用性的銑床夾具。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 。AUTOCAD；計算機輔助夾具設計 (CAFD) 機電控制工程系畢業(yè)設計 第 4 頁共 49 頁 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。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。 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。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。 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。用 PRO/E 生成的實體建模，不僅中看，而且相當管用。 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(zhuǎn)三維模型）、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染 )幾個子模塊。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。用 PRO/E 生成曲面僅需 2步～ 3 步操作。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。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。主要是講事物內(nèi)在特征很難把握。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)。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(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)濟效益。 （ 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 )。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。在這一事件中出盡風頭的 CAMMAX 軟件就是一種數(shù)控模塊。 （ 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。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)。 它包括： PRO/PDM（數(shù)據(jù)管理）、 PRO/REVIEW（模型圖紙評估）。但在實際工作中，往往需要接受別的 CAD 數(shù)據(jù)。 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） 夾具的一般概念 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。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。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機電控制工程系畢業(yè)設計 第 7 頁共 49 頁 于設計者的經(jīng)驗。 機床夾具的分類 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。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。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。如果還使用現(xiàn)有的夾具或不用柔性夾具， FMS 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 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。所以柔性的概念是模糊的。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。表 11現(xiàn)代柔性夾具的工作原理及分類表 機電控制工程系畢業(yè)設計 第 8 頁共 49 頁 表 11 ┌──────────┬──────────┬──────────┐ │分類 │柔性工作原理 │子分類 │ ├──────────┼──────────┼──────────┤ │組合夾具 │標準元件的機械裝配 │槽系組合夾具 │ │ │ │孔系組合夾具 │ ├──────────┼──────────┼──────────┤ │可調(diào)整夾具 │在通用或?qū)Ｓ脢A具基礎│通用可調(diào)夾具 │ │ │上更換元件和調(diào)節(jié)元件│專用可調(diào)夾具 │ │ │ 的位置 │ │ ├──────────┼──────────┼──────────┤ │模塊化程序控制式夾具│用伺服控制機構變動元│雙轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)式 │ │ │ 件的位置 │可移動拇指式 │ ├──────────┼───── ─────┼──────────┤ │適應性夾具 │將定位元件或夾緊元件│渦輪葉片式 │ │ │分解為更小的元素以適│彎曲長軸式 │ │ │ 應工件的連續(xù)變化 │ │ ├──────────┼──────────┼──────────┤ │相變材料夾具 │材料物理性質(zhì)的變化 │ 真相變材料夾具 │ │ │ │偽相變材料流態(tài)床夾具│ ├──────────┼──────────┼──────────┤ │防生抓夾式夾具 │形狀記憶合金 │用于機器人終端器也可│ │ │ │ 用于夾具 │ └──────────┴──────────┴──────────┘ 1. 3 國內(nèi)外計算機輔助夾具設計發(fā)展現(xiàn)狀 CADICAM 系統(tǒng)中， 計算機輔助夾具設計 (CAFD)以其本身特點是相對獨立的一部分，并和其他部分尤其是 CAPP 緊密連接，廣義的說， CAFD 是新興的計算機輔助工藝裝備 CAT 機電控制工程系畢業(yè)設計 第 9 頁共 49 頁 (Computer Aided Tooling)范疇。 前蘇聯(lián)學者在 20世紀 70 年代開始了夾具 CAD的研究工作，由于計算機硬件和軟件的落后，進一步發(fā)展受到很大的阻礙。到現(xiàn)在大約經(jīng)歷了三代 : （ 1）第一代是交互式夾具 CAD 系統(tǒng)，該系統(tǒng)應用 CAD 軟件建立夾具元件庫，菜單驅(qū)動的夾具裝配程序，借規(guī)定的坐標系統(tǒng)和 XY 平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動角度來執(zhí)行夾具裝配操作，實際操作時費時較多，但在工業(yè)上有實用價值。這種系統(tǒng)主要解決定位、夾緊方法的選擇，位置的確定。 〔 3〕第三代能生成夾具結構的商品化夾具設計系統(tǒng)，如美國吳士脫理工學院容亦鳴教授和清華大學朱耀祥、羅振璧教授合作開發(fā)的孔系數(shù)控組合夾具設計系統(tǒng) :國內(nèi)有中國航空工業(yè)總公司保定向陽機械廠用 AUTOCAD 開發(fā)的組合夾具設計系統(tǒng)，建有元件庫，交互式生成組合夾具。 采用三維實體造型的設計方法，零件的造型如同車間中加工零件的過程一樣，設計完以后，零件就“加工”出來了，這樣不需要很強的空間想象力就可以設計出產(chǎn)品的真實三維模型，經(jīng)過虛擬裝配，可清楚地檢驗出產(chǎn)品結構的合理性、空間布置是否干涉等問題。 機床夾具設計以培養(yǎng)夾具設計能力為主線，貫穿機械設計制造工藝的整個過程，通過學習夾具設計的基本原理、原則和方法，典型夾具的分析與設計，來培養(yǎng)獨立設計機械產(chǎn)品的能力。 本課題對學習和鞏固機床夾具設計的專業(yè)知識具有極大的幫助，通過設計實踐，能切實掌握設計制造專用夾具的基本理論和方法，全面熟悉機械制造工藝方面的 知識，培養(yǎng)機械產(chǎn)品的獨立設計能力和利用機械設計自動化程序的能力。定位方案和定位元件的選擇 包括定位元件的結構，形狀，尺寸及布置形式等，主要決定于工件的加工要求，工件定位基準和外力的作用狀況等因素。 圖 21 根據(jù)工藝規(guī)程，在銑雙槽之前，其它表面均已加工好，本工序的加工要求是： 12H11。槽深控制尺寸 。 。油槽長度 170mm。 夾具設計的基本要求： 提高機械加工的勞動生產(chǎn)率和降低工件的制造成本 ，操作方便、安全 ，使設計的夾具便于制造、裝配、檢驗、調(diào)整與維修。本課題所研究的對象主要限于銑床夾具。 定位裝置設計 工件定位