加工液壓泵上體三個階梯孔的機床專用夾具計算機輔助設計研究

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1、 畢業(yè)設計（論文） 材 料 系 、 部： 機械工程系 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 專 業(yè)： 機械制造及其自動化 班 級： 學 號： 2008年5月 材料清單 1、畢業(yè)設計（論文）課題任務書 2、指導教師評閱表 3、答辯及最終成績評定表 4、畢業(yè)設計說明書 5、附錄材料 200

2、 屆畢業(yè)設計（論文）課題任務書 系： 專業(yè)： 指導教師 學生姓名 課題名稱 內容及任務 擬達到的要求或技術指標 進度安排 起止日期 工作內容 備注

3、 主要參考資料 教研室 意見 年 月 日 系主管領導意見 年 月 日 湖南工學院200 屆畢業(yè)設計（論文）指導教師評閱表 系： 學生姓名 學 號 班 級 專 業(yè) 指導教師姓名 課題名稱 評語：（包括以下方面，①學習態(tài)度、工作量完成情況、材料的完整性和規(guī)范性；②檢索和利用文獻能力、計算

4、機應用能力；③學術水平或設計水平、綜合運用知識能力和創(chuàng)新能力；） 是否同意參加答辯： 是□ 否□ 指導教師評定成績 分值： 指導教師簽字： 年 月 日 湖南工學院200 屆畢業(yè)設計（論文）答辯及最終成績 評 定 表 系（公章）： 學生姓名 學號

5、班級 答辯 日期 課題名稱 指導 教師 成 績 評 定 分值 評 定 小計 教師1 教師2 教師3 教師4 教師5 課題介紹 思路清晰，語言表達準確，概念清楚，論點正確，實驗方法科學，分析歸納合理，結論嚴謹，設計（論文）有應用價值。 30 答辯 表現(xiàn) 思維敏捷,回答問題有理論根據，基本概念清楚，主要問題回答準確大、深入,知識面寬。 必 答 題 40 自 由 提 問 30 合 計 100 答 辯 評 分 分值：

6、 答辯小組長簽名： 答辯成績a： 40％＝ 指導教師評分 分值： 指導教師評定成績b： 60％＝ 最終評定成績： 分數： 等級： 答辯委員會主任簽名： 年 月 日 說明：最終評定成績＝a+b，兩個成績的百分比由各系自己確定，但應控制在給定標準的10％左右。 200 屆畢業(yè)設計說明書 題 目 加工液壓泵上體三個階梯孔

7、的機床專用夾具計算機輔助設計研究 系 、 部： 機械工程系 學生姓名： 肖 鑫 指導教師： 隆文革 職稱 副教授 專 業(yè)： 機械制造及其自動化 班 級： 機制0505 完成時間： 2008年5月 摘 要 機床夾具設計是制造系統(tǒng)的重要組成部分，隨著先進制造技術的發(fā)展和市場競爭的加劇，傳統(tǒng)的夾具設計方式已成為企業(yè)中產品快速上市的瓶頸，企業(yè)迫切需要提高夾具設計的效率。計算機輔助設計與制造正是為了適應這一要求而產生的，在此背景下，開發(fā)了實用性強的 CA

8、D系統(tǒng)，主要進行了下面幾個方面的研究： 1、 介紹了計算機輔助設計系統(tǒng)CAD的發(fā)展概況和研究現(xiàn)狀。 2、 現(xiàn)代技術把CAD 技術引入到夾具設計中，形成了計算機輔助夾具設計（Computer Aided Fixture Design CAFD）方法，研制了相應的軟件系統(tǒng)。研究了參數化、產品數據管理、數據庫及網絡技術。 3、 CAD技術發(fā)展的另一個特點是從零件的CAD建模發(fā)展到面向產品的CAD建模。產品為滿足用戶多樣化的要求,常常需要改動一個或幾個主要參數,也就是所謂的系列化、多樣化的設計。 4、 20世紀90年代以來，CAD技術基礎理論主要以PTC的Pro/Engineer為代表的參數化

9、造型理論和以SDRC的I-DEAS為代表的變量化造型理論形成了基于特征的實體建模技術,為建立產品信息模型奠定了基礎。 5、 利用Pro/E等三維繪圖軟件繪制了大量的夾具標準件圖，并建立Pro/E系統(tǒng)的數據庫和圖形庫。 關鍵詞：CAD，建模，Pro/E, 數據庫，圖形庫 Abstract The design of machine tool of clamping apparatus is to make systematic important composition part, along with advanced production technic

10、al development and the competition of market aggravate , the traditional design way of clamping apparatus has become the product in enterprise the bottleneck that appears on the market fast , enterprise urgent needs raise the efficiency of the design of clamping apparatus. It is produced that CAD an

11、d production are just to meet this requirement, under this background, have developed the CAD system with strong practicality , have carried out the research of some following aspects mainly: 1 , Have introduced CAD systemati

12、c CAD develop general situation and research present situation. 2, Modern technology leads into CAD technology , have formed the computer supplementary design( Computer Aided Fixture Design CAFD) method of clamping apparatus in the design

13、of clamping apparatus, have developed corresponding software system. Have studied that parameter melts , product data management, database and network technology. 3, The another characteristic of CAD technical development is to build mould development to CA

14、D that faces product from CAD of element to build mould. Pr-oduct is the requirement of satisfaction user variation, need to often change a or some major parameters , is also the design of so called seriation and variat-ion.

15、 4 , 20 century 90 decade since, CAD technical basic theory is major modelling theory melts with the parameter with Pro/Engineer of PTC of representative and the variable with I-DEAS of SDRC as representative melts modelling theory has formed the entity based on feature to build mould technology, t

16、o establish product information model, have established foundation. 5 Using Pro/E etc. three-dimensional draw software has drawn the plenty of pictures of clamping apparatus of standard component, and establish graph storehouse and the database of the system of Pro/E.

17、 Keyword: CAD builds mould, Pro/E, database, graph storehouse 目 錄 第一章 緒論........................................................................................................4 1.1CAD技術的發(fā)展..................................... ..........................

18、........... ...................4 1.2計算機輔助夾具設計的研究狀況.................................................................4 1.3 Pro/Engineer軟件的介紹...........................................................................5 1.4本課題的目的與意義..................................................................

19、...................5 第二章 機床夾具設計計算過程及平面圖紙繪制................…….........6 2.1設計題目………………………………………………………………..........6 2.2題目分析及工件加工工藝分析……………………………………………..6 2.3設計計算過程及平面圖紙繪制………………………………………….….6 2.3.1明確設計任務與收集設計資料………………………………………...6 2.3.2擬定夾具結構方案與繪制夾具草圖……………………………….…..7 2.4夾具的精度分析………

20、………………………………………………….…14 第三章 機床夾具零件的創(chuàng)建過程…………………………………..….…17 3.1機床夾具的設計方法…………………………………………………….…17 3.2 Pro/E軟件的一般造型過程…………………………………….…………..19 3.2.1 Pro/E軟件創(chuàng)建夾具零件圖形庫……………………………………...19 3.2.2 Pro/E軟件應用到夾具設計中的主要步驟…………………………...20 3.3夾具零件的具體創(chuàng)建實例………………………………………………….20 第四章 夾具的裝配方法……………………………

21、………………………..24 4.1在Pro/E中夾具的裝配方法步驟…………………………………………..24 4.2 夾具的具體裝配過程……………………………………………………….25 4.3爆炸圖的生成……………………………………………………………….28 第五章 總結與展望……………………………………………..……………..29 參考文獻………………………………………………………………..………...30 第一章 緒 論 1.1CAD技術的發(fā)展 CAD（計算機輔助設計，Computer Aided Design）是指工程技術人員以

22、計算機為工具，用各自的專業(yè)知識，對產品進行總體設計、繪圖、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱。計算機輔助設計是人和計算機相結合，各盡所長的一種新的設計方法。在設計過程中，人是設計的主題，要進行創(chuàng)造性的思維，擬定工作原理、構思設計方案等。計算機作為輔助工具，協(xié)助人來完成設計中大部分事務性的工作，諸如計算、繪圖、查找數據資料、生成技術文件等。一個好的計算機輔助設計系統(tǒng)既能充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性作用，又能充分利用計算機的高速分析計算和大量存儲數據的能力，找到人和計算機最佳結合點。CAD為設計提供了有力的支持，是制造業(yè)的支撐技術，CAD技術的發(fā)展和應用水平是衡量一個國家的工業(yè)現(xiàn)代化、科學技術發(fā)展水平的重要

23、標志之一。 CAD 技術起步于20世紀50年代，40多年來CAD技術的發(fā)展經歷了以下幾個發(fā)展階段： 1、60 年代，CAD 的主要技術特征是交互式二維繪圖和三維線框模型。利用解析幾何的方法定義了有關圖素（如點、線、圓等），用來繪制或顯示直線、圓弧組成的圖形。 2、70 年代，CAD 的主要技術特征是自由曲線曲面生長算法和表面造型理論，雖然表面造型技術可以解決 CAM 表面加工的問題，但不能表達形體的質量、重心等特征，不利于實施 CAE 方法。 3、80 年代，CAD 的主要技術特征是實體造型（Solid Modeling）理論和幾何建模（Geometric Modeling）方法。實體

24、建模的邊界表示法（B－Rep）和構造實體幾何表示法（CGS）在軟件開發(fā)上得到應用。 4、90 年代以來，CAD 技術基礎理論主要是以 PTC 的 Pro/Engineer 為代表的參數化造型理論和以 SDRC 公司的 I－DEAS 為代表的變量化造型理論，形成了基于特征的實體建模技術，為建立產品信息模型奠定了基礎。 計算機輔助造型技術經過幾十年的探索，已經發(fā)展到特征造型和參數化、變量化設計階段，推動了工業(yè)自動化進程，促進了現(xiàn)代制造技術的發(fā)展。 1.2計算機輔助夾具設計(CAFD)的研究狀況 近年來，國內外許多制造企業(yè)已經在新產品開發(fā)過程中通過引入先進的科技手段如 CAD、CAPP、

25、CAM 及生產計劃管理系統(tǒng)等，來解決產品開發(fā)周期、質量和成本問題，并取得了一定的效果。人們將 CAD 技術引入到夾具設計中，形成了計算機輔助夾具設計（Computer Aided Fixture Design CAFD）方法，研制了相應的軟件系統(tǒng)。在系統(tǒng)中建立了夾具元件庫，在計算機屏幕上顯示工件的三維視圖，用戶交互地從夾具元件庫中提取相應的夾具元件，在屏幕上形成夾具裝配圖，提高了設計和質量。 計算機輔助夾具設計（ComputerAided Fixture Design）是改變傳統(tǒng)夾具設計作為計算機輔助夾具設計技術的一個應用方面，CAFD 和計算機輔助工藝設計(CAPP)共同組成了 CAD 和

26、 CAM 的橋梁。計算機輔助夾具設計系統(tǒng)的研制和開發(fā)是直接從零件 CAD/CAPP 集成環(huán)境中獲取夾具設計信息，包括 CAD 系統(tǒng)輸出的零件幾何信息和 CAPP 系統(tǒng)輸出的零件加工信息，然后將讀取的幾何信息和工程信息作為夾具設計的已知條件進行夾具的計算機輔助設計與分析，以其高速、準備、自動化的特點實現(xiàn)夾具的自動設計，提高夾具設計效率和質量，縮短產品開發(fā)周期和降低產品生產成本。計算機輔助夾具設計方法的發(fā)展總趨勢應該是具有更多的通用性、智能化和與 CAD、CAPP、CAM 的集成，計算機輔助設計中的新理論、新方法的發(fā)展和應用將進一步推動 CAFD 在實用化的方向取得更大的成就。 1.3Pro

27、/Engineer軟件的介紹 在夾具設計中,采用CAD技術 并盡可能使用標準件是提高夾具設計效率的措施之一.這樣,夾具三維標準元件庫以及標準件庫與CAD系統(tǒng)的接口在夾具CAD系統(tǒng)中顯得尤為重要.設計人員在原有基礎上進行變形設計時就能夠充分利用夾具三維標準元件庫的資源,避免不必要的重復勞動.本次畢業(yè)設計采用美國PTC公司開發(fā)的CAD/CAM軟件Pro/E為平臺,建立夾具三維標準元件庫(簡稱標準件庫),以適應新夾具的設計與開發(fā). 這在多數的CAD軟件中過度曲線部分由于加工方式不同而形狀各異，很難精確的表現(xiàn)出來。由于CAD技術的發(fā)展，出現(xiàn)了Pro/Engineer等大型優(yōu)秀的CAD軟件，

28、其主要功能在于可進行強大的參數設計，使得復雜的實體造型成為可能。鑒于上述原因，采用Pro/E進行精確的三維建模。 Pro/E是一套設計至生產自動化的機械軟件，是新一代產品造型系統(tǒng)，是一個參數化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數據庫功能。由于它能快捷地實現(xiàn)三維實體建模，并能方便地得到任何實體的幾何參數，轉動慣量任意截面的截面力學性能。Pro/E有以下的特點： （1） 參數化設計和特征性能 Pro/Engineer是采用參數化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。 （2） 單一

29、數據庫 Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層的數據庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數據庫上。所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個用戶在為一件產品造型而工作，不管它是哪個部門的。換言之在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程祥圖有改變，NC（數控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數據結構與工程設計的完整結合，使得一件產品的設計結合起來。這一優(yōu)點使得設計更加優(yōu)化，成品質量更高。 1.4本課題的目的與意義 本課題在學習機床專用夾具的基本知識和基

30、本理論的同時，研究如何利用計算機來使用CAD、Proe等繪圖軟件來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。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)獨立設計機械產品的能力和利用機械設計自動化程序的能力。 第二章 機床夾具設計計算過程及平面圖紙繪制 2.1設計題目： 如圖2-1所示，加工液壓泵上體的三個階梯孔，中批生產，根據工藝規(guī)程，在加工階梯孔之前，工件的頂面與底面、兩個φ8H7孔和兩個φ8mm孔均已加工好。本工序的

31、加工要求有：三個階梯孔的距離為250.1mm,三孔軸線與底面的垂直度，中間階梯孔與四小孔的位置度試設計所需的車床夾具 液壓泵上體零件 2.2 題目分析及工件加工工藝分析 1）基本概念： 在工件加工的工序圖中，用來確定本工序加工表面位置的基準，稱為工序基準。 當工件以回轉面（圓柱面、圓錐面、球面等）與定位元件接觸（或配合）時，工件上的回轉面稱為定位基面，其軸線稱為定位基準。 與此對應，心軸的圓柱面稱為限位基面，心軸的軸線稱為限位基準。 2）題目分析及工件加工工藝分析： 本課題要求設計一加工液壓泵上體階梯孔的專用夾具，工件的結構形狀復雜， 根據工藝規(guī)程，在加工階梯孔之前，工件

32、的頂面與底面、兩個φ8H7孔和兩個φ8mm孔均已加工好。本工序的加工要求有：三個階梯孔的距離為250.1mm,三孔軸線與底面的直度，中間階梯孔與四小孔的位置度。后兩項未注公差，加工要求低。壁薄剛性差。加工孔￠30時精度要求高，表面光潔度也有較高的要求，故工藝規(guī)程中分:鉆，擴，鉸三個工步進行加工，依靠設計的夾具來保證加工表面的下列位置精度。 ①：孔相對兩端表面的對稱度不超過0.15。 ②：孔相對套筒軸心線的對稱度誤差不超過0.15。 2.3設計計算過程及平面圖紙繪制 2.3.1明確設計任務與收集設計資料 1）工件的結構特點 階梯孔 2） 本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基

33、準和夾緊表面及所用的機床、刀具、量具等 （1）加工表面：φ21，φ18，φ17.5，φ22.5，φ13.5孔。 （2）加工要求： a. 三個階梯孔的距離為250.1mm； b. 四小孔的位置要求分別為870.05；480.05。 c. 階梯孔要保持較高的同軸度。 （3）加工余量：8mm （4）定位基準：主要加工表面階梯孔的定位基準為滑盤上表面。 （5）夾緊表面：工件的上表面。 （6）需機床：CA6140車床 2.3.2擬定夾具結構方案與繪制夾具草圖 1）確定工件的定位方案，設計定位裝置。 根據本工序的加工要求，不僅要鉆，擴，鉸孔，還要在車床主軸的旋轉中保證安全性，因此工

34、件必須完全定位，即六點定位原則。按照加工和基準重合原則要求，工件的定位方案分析如下： （1）加工階梯孔的工序基準為分度滑盤的上表面，限位基準也為分度滑盤的上表面.根據基準重合原理，分度滑盤的上表面應為定位基準。分度滑盤的上表面限制Z、Y、X三個自由度；而短圓柱銷限制Y、X二個自由度，而削邊削限制了Z一個自由度。 即工件用一個平面和一個圓柱銷和一個削邊銷來定位，即一面兩孔定位，限制了、Z、Y、X、X、Y、Z六個自由度。 下面列表說明工件的定位： 表2—1： 定位元件所限制的自由度 定位元件 限位基準 定位基準 限制自由度 平面 滑盤的表面 滑盤的表面

35、 Z、X、Y 圓柱銷 圓柱銷的中心線 φ8mm孔軸心線 Y 、X 削邊銷 削邊銷的中心線 削邊銷孔的中心線 Z 根據加工要求和基準重合原則，應以底面和兩個φ8H7孔定位，定位元件采用“一面兩銷”，定位孔與定位銷的主要尺寸見圖2－2所示。 1）兩定位孔的中心距L及兩定位銷中心距l(xiāng)。因 L=mm=99.36mm Lmax=mm=99.43mm Lmin=mm=99.29mm 所以 L=99.360.07mm 取l0=99.360.02 2) 取圓柱銷直徑為φ8g6=φ 3)查表1-3的菱形銷尺寸b=3mm 4

36、)菱形銷的直徑。由式知 由式 =0.07mm 所以 菱形銷的直徑的公差取IT6為0.009，得菱形銷的直徑為φ 圖2－2一面兩銷定位簡圖 2）夾具類型的確定 由于滑盤的上表面為主要定位基準，且在車床上加工，而工件的形狀與尺寸決定了它不適宜于采用心軸類、卡盤類或角鐵式花盤類夾具，只能采用花盤類車床加工。 花盤類車床夾具上的夾具體是一個大圓盤（俗稱花盤），在花盤的端面上固定著定位、夾緊元件及其他的輔助元件，夾具的結構不對稱。 3）確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置。 （1）確定夾緊裝置 車床夾具的夾緊裝置必

37、須安全可靠。夾緊力的方向和作用點應按以下要求進行選擇： a) 主要夾緊力應朝向主要定位基準，作用點應靠近支承面的幾 何中心； b) 夾緊力的方向應有利于減少夾緊力，盡量垂直于工件的主要定位基面，盡量和切削力、重力方向一致； c) 緊力的方向和作用點應施于工件剛性較好的方向和部位； d) 緊力的作用點應適當靠近加工表面。 由于車削時工件和夾具一起隨主軸作旋轉運動，故在加工過程中，工件除受切削扭矩的作用外，整個夾具還受到離心力的作用，轉速越高離心力越大，會降低夾緊機構產生的夾緊力。此外，工件定位基準的位置相對于切削力和重力的方向來說是變化的。因此，夾緊機構所產生的夾緊力必須足夠，自鎖性

38、能要好，以防止工件在加工過程中脫離定位元件的工作表面。所以我們采用螺旋夾緊機構。不但因為螺旋夾緊機構結構簡單，容易制造，而且，由于纏繞在螺釘表面的螺旋線很長，，升角又小，所以螺旋夾緊機構的自鎖性能好，夾緊力和夾緊行程都很大，是手動夾緊中用的最多的一種夾緊機構?？紤]到單個螺旋夾緊機構有諸多缺點，如：1）機構中的螺釘頭直接與洞見表面接觸，螺釘轉動時，可能損傷工件表面，或帶動工件旋轉。2）夾緊動作慢，工件裝卸費時。我們這里用螺旋壓板機構。 （2）夾緊力分析 螺旋壓板夾緊機構是利用杠桿原理來實現(xiàn)夾緊作用。其好處是：增大夾緊力，改變夾緊力作用方向，增大夾緊行程。它可以繞水平軸翻轉，增力顯著，夾緊時既

39、省力又迅速可靠。夾緊受力分析如下： 圖2－3 夾緊力受力分析圖 由杠桿原理知： Wa =Qb 當a=1/2b時， W =2Q 由此可見，該夾緊機構所產生的夾緊力比作用力大一倍。 （3）螺旋夾緊機構各元件材料、熱處理要求和結構尺寸確定 螺旋夾緊機構各元件均已標準化，可參閱《機械零件手冊》確定。 a) 帶肩六角螺紋（GB/T2148-91） 圖2－4帶肩六角螺母 技術要求： ⒈材料：45鋼； ⒉熱處理：HRC35-40； ⒊細牙螺紋的支承面對螺紋軸線的垂直度按GB1184-80《形狀和位置公差》規(guī)定的9級

40、公差。 b) 鉤形壓板（GB/T2188-91） 圖2－5 鉤形壓板 技術要求： 1.材料：45鋼 ; 2.熱處理：淬火、回火HRC35-40。 c) 活節(jié)螺栓（GB/T798-88） 圖2－6活節(jié)螺栓 技術要求： 1．材料：鋼 2．表面處理：a.不經處理；b.鍍鋅鈍化； 3．螺紋公差：8g 4）夾具與機床的連接方式，設計連接元件及安裝基面 車床夾具與機床主軸的連接精度對夾具的回轉精度有決定性的影響。因此，要求夾具的回轉軸線與車床主軸軸線有盡可能高的同軸度。 對于徑向尺寸較大的夾具，一般通過過渡盤與車床主軸軸頸聯(lián)接。專用夾具以其定位止口按H7/h

41、6或H7/js6裝配在過渡盤的凸緣上，然后用螺釘緊固。過渡盤與主軸配合的表面形狀取決于主軸前端的結構。 如下圖所示的過渡盤，其上有一個定位圓孔按H7/h6或H7/js6和主軸的軸頸相配合，并有螺紋和主軸連接。為了安全起見，還可以用壓塊把過渡盤壓緊在主軸上，這樣可防止停車和倒車時，不致因慣性作用而可能松開。這種連接方式的安裝精度受到配合精度的限制，為了提高安裝精度，在車床上安裝夾具時，可按找正圓校正夾具與車床主軸的同軸度。 圖2－7過度盤與車床主軸的連接示意圖 圖2－8 過渡盤 尺寸要求：D1=210 D=285 H1=2

42、8 H2=23 5）夾具的平衡 由于加工時夾具隨同主軸旋轉，如果夾具的重心不在主軸旋轉軸線上就會產生離心力，這樣不僅加劇機床主軸和軸承的磨損，而且會產生振動，影響加工質量和刀具壽命且不安全。所以對于角鐵式夾具，要有平衡要求，平衡的方法是設置平衡塊。平衡塊重心的位置應可以調節(jié)，可在平衡塊上（或夾具體上）開徑向槽或環(huán)形槽，以使夾具裝配時調整其位置。 6）對夾具總體結構的要求 ⑴結構要緊湊. ⑵車床夾具的夾具體應制成圓形，夾具上（包括工件在內）的各元件不應伸出夾具體的輪廓之外，當夾具上有不規(guī)則的突出部分，或有切削液飛濺及切屑纏繞時，應加設防護罩。 ⑶夾具的結構應便于工件在夾具上安裝

43、和測量，切屑能順利排出或清理 7）分渡裝置的設計 工件一次裝夾后，能按一定的規(guī)律依次改變工件加工位置的裝置，稱為分渡裝置。分渡裝置廣泛應用于各類機床夾具上。 分渡裝置分為兩類，一類是直線分渡裝置；另一類是回轉分渡裝置。分渡裝置一般有以下幾個部分組成： a. 轉動或移動部分。它實現(xiàn)工件的轉位或移位。 b. 固定部分。它是分渡位置的基體，常與夾具體連成一體。 c. 對定機構。它是保證工件正確的分渡位置，并完成插銷和拔銷動作。 d. 鎖緊機構。它將轉動或移動部分與固定部分緊固在一起，起減小加工是的振動和保護對定機構的作用。 1）移動部分的設計 由于要加工的工件是

44、成直線分布的階梯孔，為了保證加工時的精度及操作的方便，這里采用移動式分渡裝置。 圖2—5 分度滑塊 2) 固定部分的設計 固定部分不但要保證與分渡裝置的配合，而且要保證移動部分，對定部分和鎖緊部分的配合精度。 圖2—6 固定元件 3）對定部分的設計 對定機構保證工件正確的分渡位置，并完成插銷和拔銷的動作。我們這里采用手拉式圓柱銷對定機構。這類機構操作方便，制造較容易，并且在對定銷插入分渡盤時能將灰塵和污物推出，不需要嚴格的防塵措施。對定銷和分渡盤之間常采用H7/g6配合。 圖2—7 對定塊 在與分渡盤的連接上主要采用螺栓連接。 圖2—8 螺栓 對定銷和

45、手柄主要采用螺釘連接。 4）鎖緊部分的設計 鎖緊部分的設計主要考慮到分渡裝置的移動靈活，裝卸方便。我們這里主要采用T型螺栓 為保持夾具回轉運動時平衡，在分渡裝置的另一端設置了平衡塊，平衡塊和分渡裝置的配合上主要采用槽的形式，在最大限度上保證夾具在主軸的旋轉過程中的平衡。 2.4夾具的精度分析 工件在車床夾具上加工時，加工誤差的大小受工件在夾具在夾具上的定位誤差△D、夾具誤差△J、夾具在主軸上的安裝誤差△A和加工方法誤差△G的影響。 以下對尺寸250.1mm的精度問題作一分析。 1）定位誤差△D 一批工件逐個在夾具上定位時，由于工件及定位元件存在公差，使各個工件所占據的位置不完全

46、一致，加工后形成加工尺寸的不一致，為加工誤差。這種只與工件定位有關的加工誤差，稱為定位誤差△D。 造成定位誤差的原因有兩個： 一．是定位基準與工序基準不重合，由此產生基準不重合誤差△B?；鶞什恢睾险`差△B是一批工件逐個在夾具上定位時，定位基準與工序基準不重合而造成的加工誤差，其大小為定位尺寸的公差δS在加工尺寸方向上的投影.二，是定位基準與限位基準不重合，由此產生基準位移誤差△Y?；鶞饰灰普`差△Y是一批工件逐個在夾具上定位時，定位基準相對于限位基準的最大變化范圍δi在加工尺寸方向上的投影。 定位誤差△D常用合成法進行計算。 由于定位基準與工序基準不重合以及定位基準與限位基準不重合是造成

47、定位誤差的原因，因此，定位誤差應是基準不重合誤差△B與基準位移誤差△Y的合成。計算時，可先算出△B和△Y，然后將兩者合成而得△D。 本工序中的主要加工要求是三孔的孔距尺寸250.1mm。此尺寸主要受分渡誤差和加工方法誤差的影響，故只要計算這兩部分的誤差即可。 （1）分度誤差△，按公式，直線分渡的分渡誤差 △= 式中 2——兩相鄰對定套的距離尺寸誤差。因對定套的距離為250.02mm，所以=0.02。 X1 ——對定銷和對定套的最大配合間隙。因兩者的配合尺寸是φ10，φ10H7為φmm，φ10g6為φ,所以(0.015+0.014)mm=0.029; X2 ——對定

48、銷與導向孔的最大配合間隙。因兩者的配合尺寸是φ14，φ14H7為φmm，φ14g6為φmm,所以X2=(0.018+0.017)mm=0.035mm; e—— 對定銷的對定部分與導向部分的同軸度。設e=0.01mm,因此 △= （1） 加工方法誤差△G 取加工尺寸公差的1/3，加工尺寸公差=0.2mm,所以△G=0.2/3mm=0.066mm. 總加工誤差△和精度儲備Jc的見下表。 表2—1 液壓泵上體鏜三孔夾具的加工誤差 由計算結果可知，該夾具能保證加工精度，并有一定的精度儲備。

49、 總的裝配效果圖如下 圖2—9夾具總裝配圖 第三章 機床夾具零件的創(chuàng)建 3.1機床夾具的設計方法 機床夾具是機械加工設備的重要組成部分 ,其設計質量的優(yōu)劣直接影響著產品性能。 如果被加工零件的批量較小 ,采用通用機床來加工 ,這時使用通用夾具(如卡盤、花盤、臺虎鉗等) 來夾持工件 ,通用夾具一般設計比較簡單 ,有的可直接在市場上購買或已是機床的固定配置。 如果被加工件批量較大 ,通用機床就不能適應。通用機床一般是適用于中小批量加工 ,用它來加工工件雖然不需對加工設備進行設計和

50、投資 ,但加工效率較低 ,對加工操作人員的操作技能要求較高 ,精度難以保證。為了提高加工效率和制件精度 ,降低對操作人員的要求 ,一般是使用多軸加工的專用機床加工(如加工柴油機箱體所使用的組合機床) ,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 ,這兩種方法都涉及到專用夾具的設計問題。 為構建一個能支持產品快速制造的生產準備系統(tǒng),夾具設計要從全局自動化的高度進行變革。計算機輔助夾具設計技術就是在這種應用要求下產生的一種先進制造技術,它利用計算機輔助人工進行夾具設計。 近年來，國內外許多制造企業(yè)已經在新產品開發(fā)過程中通過引入先進的科技手段如 CAD、CAPP、CAM 及生產計

51、劃管理系統(tǒng)等，來解決產品開發(fā)周期、質量和成本問題，并取得了一定的效果。但是由于企業(yè)首先考慮解決新產品的設計和加工設備問題，而造成生產準備工作的重頭部分，即工裝的設計與準備技術落后于產品的設計技術，致使先進的柔性加工系統(tǒng)等不能發(fā)揮其柔性，影響產品的快速響應。夾具是一種能夠使工件按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝置,它廣泛的應用在零件的加工、檢測和裝配工藝過程中。它的主要作用是：保證工件的加工質量，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。據統(tǒng)計,在整個生產過程中,生產準備時間要占整個產品制造周期的 50%--70%,而其中,夾具設計與制造占生產準備時間的70%左右,所以夾具的設計與制造

52、對產品的開發(fā)周期有較大的影響。 早期的夾具設計主要靠工藝人員的經驗，需要的時間長，可靠性差，質量低。 盡管人們認識到夾具在生產中的重要性，但夾具設計和裝配手段仍舊未從計算機 輔助工程中得到更多的受益，它仍是制約生產高度自動化的“瓶頸”。經過幾年新技術的實踐，制造行業(yè)已經領會到要縮短產品的生產周期，必須以有效的方式充分挖掘生產準備各個環(huán)節(jié)的潛力，構建一個能支持快速產品制造的生產準備系統(tǒng)。夾具準備技術作為制約企業(yè)快速相應的一個關鍵環(huán)節(jié)，也應從全局自動化的高度變革現(xiàn)有的落后準備技術。因此，人們將 CAD 技術引入到夾具設計中，形成了計算機輔助夾具設計（Computer Aided Fixtur

53、e Design CAFD）方法，研制了相應的軟件系統(tǒng)。在系統(tǒng)中建立了夾具元件庫，在計算機屏幕上顯示工件的三維視圖，用戶交互地從夾具元件庫中提取相應的夾具元件，在屏幕上形成夾具裝配圖，提高了設計和質量。 隨著計算機科學與技術的發(fā)展，于二十世紀 70 年代末才出現(xiàn)的一種新技術。近十年以來，計算機輔助夾具設計技術已經引起了國內、外學術界的重視，對此進行了大量的研究工作，并取得了一定的成就。CAFD 即計算機夾具設計是上個世紀 70 年代末期出現(xiàn)并開始發(fā)展的一門新技術。傳統(tǒng)的夾具設計方法在資料檢索、分析計算、繪圖、編制技術文件等方面都是由人工完成的，需要較多的人力和較長的設計周期，設計精度

54、和質量受到限制，甚至出現(xiàn)不必要的錯誤。作為計算機輔助夾具設計技術的一個應用方面，CAFD 和計算機輔助工藝設計(CAPP)共同組成了 CAD 和 CAM 的橋梁。計算機輔助夾具設計系統(tǒng)的研制和開發(fā)是直接從零件 CAD/CAPP 集成環(huán)境中獲取夾具設計信息，包括 CAD 系統(tǒng)輸出的零件幾何信息和 CAPP 系統(tǒng)輸出的零件加工信息，然后將讀取的幾何信息和工程信息作為夾具設計的已知條件進行夾具的計算機輔助設計與分析，以其高速、準備、自動化的特點實現(xiàn)夾具的自動設計，提高夾具設計效率和質量，縮短產品開發(fā)周期和降低產品生產成本。 輔助夾具設計系統(tǒng)其設計流程一般被分為四個階段：1）工件裝夾規(guī)劃，2）夾具方

55、案設計，3）夾具結構設計，4）夾具性能評價。裝夾規(guī)劃是決定工件在加工中所需的安裝次數，每次安裝中工件的方位和待加工的表面。夾具方案設計是根據待加工工件的幾何形狀及加工工藝信息，確定工件的定位形式，工件表面上的定位、夾緊點的個數和位置。夾具結構設計是選擇夾具元件，確定夾具元件的尺寸參數，完成夾具元件的布局和組裝。夾具性能分析是對已設計完成的夾具進行有關性能的評價和估算，如夾具精度、剛度和穩(wěn)定性分析，工件在加工過程中的變形分析等。 在現(xiàn)代機械裝備設計系統(tǒng)在建立產品模型時，應該綜合自下而上和自上而下的設計方法。前者先設計零件，然后搭積木式地進行裝配設計；后者首先進行總體的原則設計，然后將總體原則貫

56、穿到所有的子裝配或者部件中。自上而下的設計非常適合復雜的大型裝配，具有很多優(yōu)點： 圖3－1 自上而下的設計模式 （1）自上而下的設計可以首先確定各個子裝配或零件的空間位置和體積、全局性的關鍵參數，這些參數將被裝配中的子裝配和零件所引用。這樣，當總體參數在隨后的設計中逐漸確定并發(fā)生改變時，各個零件和子裝配將隨之改變，更能發(fā)揮參數化設計的優(yōu)越性。 （2）自上而下的設計使各個裝配部件之間的關系變得更加密切。像軸與孔的配合，裝配后配鉆的孔，如果各自分別設計，既費時，又容易發(fā)生錯誤。通過自上而下的設計，一個零件上的尺寸發(fā)生變化，對應的零件也將自動更新。

57、 自上而下的設計方法有利于不同的設計人員共同設計。在設計方案確定以后，所有承擔設計任務的小組和個人可以依據總裝設計迅速開展工作，可以大大加快設計進程，做到高效、快捷和方便。 自上而下的設計步驟： 1）確定設計目標。確定諸如產品的設計目的、如何滿足功能要求、必要的子裝配、子裝配與其他裝配的關系、哪些設計將可能變動、有無可參考的設計等。 定義大致的裝配結構。把裝配的各個子裝配勾畫出來，至少包括子裝配的名稱，形成裝配樹。每個子裝配可能來自一個已有的設計，或者僅僅是一個空部件，不過隨后就可以細化每個子裝配。這些結構是產品總設計師設計并維護的，其結果將公布給所有其他參加設計的人員。 2）設計骨

58、架模型。每個子裝配都有一個骨架模型，在三維設計空間用它來確定裝配的空間位置和大小，部件與部件之間的關系以及簡單的機構運動模型。骨田困模型包含整個裝配的重要的設計參數。這些參數可以被各個部件引用，所以骨架模型是裝配設計的核心。將設計意圖貫穿到裝配結構中。將設計參數從上層裝配逐漸傳遞到下層的部件中。 3）部件設計。當獲得所需要的設計信息以后，就可以著手具體的部件設計。部件設計可以在裝配中直接進行，也可以裝配已經預先完成的部件造型。自上而下的設計中，相關的設計信息可在不同的裝配部件之間傳遞。 從產品實體模型建立的角度來講，自上而下的設計技術是建立產品零件結構、裝配結構和裝配模型的約束模型，即建立

59、零件間的聯(lián)接關系，并在零件設計后自動繼承裝配關系，具有規(guī)定的相關性，自上而下的設計技術的特征造型后 CAD 技術發(fā)展的又一突破。許多優(yōu)秀的商業(yè) CAD 系統(tǒng)開發(fā)了支持自上而下設計模式的模塊，大大增強了對產品設計的支持。 3.2 Pro/E軟件的一般造型過程 3.2.1 創(chuàng)建夾具零件圖形庫 隨著機械設計自動化的不斷發(fā)展，CAD/CAE/CAM一體化軟件，Pro/E 軟件便是其中之一。Pro/E 軟件能將機械設計與生產的全過程集成在一起，它通過一種獨特的參數化的以及面向零件的3D實體模型的設計制造技術，改變了傳統(tǒng)的設計理念，為我們提 供了一條更直觀、更有效、更快捷的設計途徑。在機械制

60、造中。利用 Pro/E可以創(chuàng)建實體零件模型及組裝造型，它具有運動模擬功能、工具設計功能、高級數控加工功能等，在此，就 Pro/E 在計算機輔助夾具設計中的應用作一個探討。 應用 Pro/E 軟件進行夾具具體設計，需要創(chuàng)建一個夾具零件圖形庫，這樣，在夾具設計中就無需重復煩瑣地創(chuàng)建標準件模型，可以直接在標準件庫中選取零件，非?？旖莸貙崿F(xiàn)夾具的模擬裝配。 Pro/E 系統(tǒng)本身有一個數量龐大的特征庫：Pro/LIBRARY 其中包括少部分組合夾具標準件，由于各種不同規(guī)格尺寸的組合夾具標準件數量非常多，一般情況下組合夾具組裝站只配置其中一部分標準件，且不同廠家生產的標準件規(guī)格略有不同，若能根據組裝站實

61、際配置的標準件重新創(chuàng)建標準件庫， 便可充分利用現(xiàn)有標準件進行組合夾具的設計，且標準件的回取比較快捷。 圖形生成是夾具標準件圖形庫的主要任務，一般對于標準件等相似性強的圖形生成可采用變量法即參數法。對于原始模型的所有幾何特征，給定它的組成參數及其參數值的變化范圍，這些可變參數稱為變量，通過輸入這些變量值，便可得到所需形狀及尺寸。 組合夾具的標準件由基礎件、支承件、定位件、導向件、夾緊件、輔助件、組合件構成，由于各個標準件在裝配時要彼此實現(xiàn)定位、聯(lián)接，所以各個標準件上都 設計有尺寸相同、間隔均勻的T形槽、長方槽、螺紋孔等結構，為了簡化煩瑣重復的標準件創(chuàng)建過程，建立標準件庫可分以下兩步：

62、 (1) 創(chuàng)建用戶定義特征UDF把標準件上都具有的 T形槽、螺紋孔等特征建立UDF，一般根據組合夾具系列的不同，需創(chuàng)建的主要UDF。在創(chuàng)建各標準件時只需把 UDF特征加載到基本幾何體上，便可非?？旖莸貏?chuàng)建標準件。在創(chuàng)建二側槽方形基礎板原始模型時將T形槽特征加載到正方形基本幾何體上。 (2) 創(chuàng)建簇表 Family table由于每一類標準件所含標準零件種類較多，如支承件有 A 形支承、長方 支承、方形支承、小長方支承，而每一種形狀的支承又有許多不同規(guī)格的尺寸，這些成千上萬的標準件若機械式地一個個創(chuàng)建，非常費時，而且沒有必要。通過創(chuàng) 建簇表，可根據一個原始模型重復開發(fā)多個零件。根據

63、二側槽方形基礎板原始模型通過創(chuàng)建 簇表所開發(fā)的一組標準件。在創(chuàng)建簇表選擇合理的原始模型時應注意以下兩個問題： 1) 原始模型及其衍變模型的大多數尺寸、特征、 參數應該相同，對于組合夾具來說往往選擇同類型標 準件中尺寸最大的標準件作為原始模型。創(chuàng) 建的中型組合夾具的二側槽方形基礎板簇表，其原始 模型為尺寸最大的 z101020，尺寸最大的方形 基礎板。 2) 一些情況下，當尺寸最大的標準件不能包含同類型標準件的所有特征時，應在尺寸最大的標準件基 礎上添加上未包含的特征才能作為原始模型。 3.2.2 Pro/E軟件應用到夾具設計中的主要步驟 (1)創(chuàng)建工件模型 在標準件庫創(chuàng)建

64、工作完成之 后，便可進行組合夾具的設計。首先要分析工序圖，分 析工件的結構形狀特征及本道工序的加工要求，同時要創(chuàng)建出工件三維實體模型，以便于進行模擬裝配。 (2) 夾具的模擬裝配,根據零部件之間的裝 配關系和約束條件，在虛擬環(huán)境中進行設計組裝，并 進行相應檢驗，從而對設計進行分析，對不合理的設 計進行修改。 在分析工序圖，初步確定了定位、夾緊及導向、對刀方案后，即可在標準件庫中直接選取合適的定位、 夾緊、導向、對刀元件，同時要選擇合適的基礎板來支承這些元件，接下來便可進行組合夾具的模擬裝配， 在模擬裝配時應注意裝配的順序，首先在基礎夾具體 上安裝定位元件，工件實現(xiàn)定位后，再安裝夾緊元

65、件及導向對刀元件。 通過組合夾具模擬裝配，利用Analysis命令可在 元件間檢查干涉現(xiàn)象，及時發(fā)現(xiàn)零部件在裝配體中的 靜態(tài)空間位置的相交性和零部件在夾具裝配過程中在空間上的幾何干涉性，從而及時糾正裝配設計中存在的問題。 (3) 創(chuàng)建裝配圖和明細表 Pro/E有大量的功能用于裝配圖的繪制。在三維空間實現(xiàn)了組合夾具模擬 裝配后，即可快捷地創(chuàng)建二維裝配圖和零件明細表，從而完成用Pro/E軟件進行組合夾具設計的全過程。 根據組合夾具裝配圖和零件明細表配置標準件，由等級技工進行組合夾具的裝配，在自動化裝配中，可用工業(yè)機器人進行組裝。整個設計和裝配過程非?？旖荩m應了現(xiàn)代化生產的需要。 3.3夾

66、具零件的具體創(chuàng)建實例 分度盤的創(chuàng)建 第1步：創(chuàng)建基礎實體特征。 1.在【菜單管理器】中依次選取【零件】/【特征】/【創(chuàng)建】，在【特征類】菜單中選取【實體】選項，在【實體】菜單選取【加材料】選項，在【實體選項】中選取【拉伸】和【實體】，然后選取完成。 2.選取標準基準平面TOP作為草繪平面，在【方向】菜單上選取【正向】，接受系統(tǒng)缺省的特征生成方向，在【草繪視圖】菜單選取【缺省】選項，接受系統(tǒng)缺省的放置參照。接受系統(tǒng)提供的尺寸參照：FRONT和RIGHT基準平面，關閉【參照】對話框，進入草繪模式。 3.繪制一個直徑為285.0mm的圓，然后退出草繪模式。 4.設定特征的拉伸深度為28mm。 第2步：在實體特征上生成凸臺。 1.在【菜單管理器】中依次選取【零件】/【特征】/【創(chuàng)建】，在【特征類】菜單中選取【實體】選項，在【實體】菜單選取【加材料】選項，在【實體選項】中選取【拉伸】和【實體】，然后選取完成。 2.選取標準基準平面TOP作為草繪平面，在【方向】菜單上選取【正向】，接受系統(tǒng)缺省的特征生成方向，在【草繪視