渦輪減速器箱體加工工藝及夾具設(shè)計【蝸輪減速箱體】

渦輪減速器箱體加工工藝及夾具設(shè)計【蝸輪減速箱體】,蝸輪減速箱體,渦輪減速器箱體加工工藝及夾具設(shè)計【蝸輪減速箱體】,渦輪,減速器,箱體,加工,工藝,夾具,設(shè)計,蝸輪,減速 新穎的夾具設(shè)計和基于虛擬現(xiàn)實的裝配系統(tǒng) 彭高亮 劉文建 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械電子工程學(xué)院 中國.哈爾濱150001.pg17782@hit.edu.cn 摘要—模塊化的裝配是工業(yè)制造中很重要的一個方面，這篇論文討論的是桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對模塊化裝配設(shè)計的作用。對于虛擬環(huán)境設(shè)計，論文提出了設(shè)計方法，這種方法可以幫助設(shè)計師，使他們的設(shè)計可行有效。論文在層次數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，提出了組合夾具裝配的方法。在這些結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在虛擬環(huán)境中，用戶可以在設(shè)計和裝配過程中操縱虛擬模型。此外，人們正在討論如何實施在加工仿真生產(chǎn)經(jīng)行檢測，最后，案例研究證明了該系統(tǒng)的功能。與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)相比，論文中還為模塊化裝配提出了一個合理的便攜式解決方案設(shè)計。 指數(shù)計算—組合夾具，桌面虛擬現(xiàn)實，裝配設(shè)計，加工模擬結(jié)果一覽表 Ⅰ.介 紹 模塊化裝配是工業(yè)制造的一個重要方面，準(zhǔn)確的設(shè)計夾具對確保產(chǎn)品質(zhì)量，精度，準(zhǔn)確性，以及完成部分加工是非常重要的。組合夾具是在安全，準(zhǔn)確位置，為交匯處和高標(biāo)準(zhǔn)組件提供支持的一種系統(tǒng)，并支持整個加工過程中的工件【1】。一般來講，夾具設(shè)計者通過經(jīng)驗或反復(fù)試驗的方法就能確定夾具計劃是不是合適。隨著計算機技術(shù)，計算機輔助設(shè)計的出現(xiàn)，計算機已在組合夾具設(shè)計領(lǐng)域普遍應(yīng)用。 一般情況下，與夾具設(shè)計相關(guān)的活動，即裝配刨，夾具元件設(shè)計，夾具布局設(shè)計，是在機床發(fā)展的下游才會去考慮。這些古老的做法對銜接設(shè)計和制造都是很不利的。例如，很少有系統(tǒng)能合并機械檢測的一系列功能。這就導(dǎo)致了在夾具設(shè)計和制造之間產(chǎn)生了一個缺口，這個缺口使得人們不能在設(shè)計階段【2】考慮刀具路徑。因此，在制造設(shè)計中，人們重新設(shè)計也無法避免刀具被夾具元件妨礙的問題。所以，為了把機系列夾具領(lǐng)入柔性制造的舞臺，更系統(tǒng)，更自然的設(shè)計環(huán)境是人們必須去研究的。 一個綜合的，立體的，互動的環(huán)境通常由計算機來實現(xiàn)。在數(shù)十年之內(nèi)【4】，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)都是能起到很大作用的人機接口。在制造業(yè)中，虛擬現(xiàn)實也有很大的應(yīng)用潛力，它可以在實際生產(chǎn)之前解決很多問題，從而避免出現(xiàn)一些代價高昂的錯誤。在過去的十年，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進步，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不同的工程中的應(yīng)用提供了推動作用，例如產(chǎn)品設(shè)計【5】，裝配【6】，加工仿真【7】，培訓(xùn)【8】。本文的目的要闡述如何建立一個基于虛擬現(xiàn)實的模塊化夾具設(shè)計系統(tǒng)（VMJFDS）。第一步就是為模塊化設(shè)計裝置制定一個綜合的，擬真的環(huán)境。這種應(yīng)用程序在運用了自然和啟發(fā)性的方式，這種方式在設(shè)計夾具方面是有優(yōu)勢的，它可以在使用條件，縮短交貨時間，提高夾具生產(chǎn)力和經(jīng)濟性等諸多方面形成良好的匹配。 Ⅱ.擬議系統(tǒng)的概敘 擬議的桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系是基于系統(tǒng)功能要求的模塊，由圖1所示。在系統(tǒng)水平上，有3個擬議模塊的設(shè)計，即圖形界面（GUI），虛擬環(huán)境（VE）和文獻數(shù)據(jù)庫模塊。對于任何一個模塊，某種功能要求由一組對象來實現(xiàn)。在這篇論文中，詳細(xì)的對象設(shè)計和實施都省略了。相反，這三個模塊的概簡要說明如下： 1） 圖形界面（GUI）：大體上說圖形用戶界面是一個友好界面，它用于整合虛擬環(huán)境，組合夾具設(shè)計。 2） 虛擬環(huán)境（VE）：虛擬環(huán)境用三維模型把組合夾具系統(tǒng)、虛擬環(huán)境及其組成部分的導(dǎo)航和操作步驟顯示給用戶，如圖所示1，虛擬環(huán)境模塊包括兩部分，即裝配設(shè)計環(huán)境和加工仿真環(huán)境。用戶選擇適當(dāng)?shù)脑?，把這些元件寫在裝配設(shè)計方面的辦公區(qū)域內(nèi)，然后，用執(zhí)導(dǎo)系統(tǒng)把最終的夾具系統(tǒng)建立起來，人們就能把選中的元件逐個的組合起來。 圖1，概述基于組合夾具設(shè)計系統(tǒng)的桌面虛擬現(xiàn)實 3） 數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫存放著所有模型的環(huán)境和夾具模塊元件以及該領(lǐng)域的知識和一些典型的例子。如圖1所示，顯示了5個數(shù)據(jù)庫，其中知識和規(guī)則單元是該系統(tǒng)最重要的地方，它管轄著所有夾具設(shè)計的原則。 Ⅲ. 程序化組合夾具設(shè)計 在本節(jié)中，作者提出了在虛擬環(huán)境中有啟發(fā)性的組合夾具設(shè)計程序。除了三維技術(shù)的深入，用戶擁有和真實世界一樣的操作感覺，這個過程還有情報功能。在設(shè)計過程中，采用智能推理的方法把一些典型的案件和建議提供給用戶作參考，如實例推理（CBR）和常規(guī)推理（RBR）。此外，相關(guān)知識和規(guī)則作為幫助頁面展現(xiàn)給用戶，用戶就可以在設(shè)計過程中輕松瀏覽了。 概述組合夾具設(shè)計過程總結(jié)，如圖2。虛擬環(huán)境之后就是草簽和工件加載，第一步是夾具規(guī)劃。在這個步驟中，首先用戶決定了夾具計劃，即指定交互夾具要面臨的工件。 為了幫助用戶成功決策，一些有用的個案，以及他們的夾具計劃將通過自動推理檢索方法提供給用戶。一旦選定了要使用的夾具，用戶到就能指定的夾具點。在這這項任務(wù)中，計算機還給出了一些建議和規(guī)則。 夾具規(guī)劃后，下一步就是夾具元件選擇、設(shè)計階段。在這個階段，用戶可以選擇合適的夾具元件和組裝成夾具需要的特殊部分。根據(jù)該夾具點的空間信息與基本夾具和工件的關(guān)系，一些典型的夾具元件的選擇和建議可以自動提交給用戶，這些都將有助于為用戶服務(wù)。經(jīng)過規(guī)劃和夾具元件選擇這個設(shè)計階段后，下一階段就是把選擇的夾具元件連接到基板上經(jīng)行交互裝配設(shè)計。 當(dāng)外形裝配完成，在加工范圍內(nèi)對結(jié)果進行檢查和評估。在這種環(huán)境中執(zhí)行的任務(wù)包括裝配規(guī)劃，加工仿真和夾具評價。裝配規(guī)劃是用于獲得最佳的裝配順序和得到裝配各組件準(zhǔn)確的路徑。加工仿真負(fù)責(zé)制造時的交互檢測。夾具評價是將檢查和評估設(shè)計的結(jié)果。最后，整個設(shè)計過程是在很自然的方式下進行，這都得益于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。此外，展示的內(nèi)容和知識可以告訴用戶怎樣才能選擇最好的設(shè)計決策。 Ⅳ. 組合夾具建模 a. 組合夾具結(jié)構(gòu)分析 夾具元件組合起來的一個功能是為了在基板和工件【11】之間創(chuàng)造連接點。一般來說，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的基本特征，組合夾具結(jié)構(gòu)可分為3個功能單元，即定位裝置，夾緊裝置，和支持單位。許多夾具元件可能由一個或多個元件組成，其中只有一個元件作為一個定位器，支持器或夾鉗。組合夾具裝配的主要任務(wù)是選擇的支持，定位，夾緊及附件生成夾具，使他們能夠?qū)⒐ぜB接到基板。 通過分析模塊化裝置的實際應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)，模塊化裝置通過選擇合適的夾具元件構(gòu)造成夾具，然后把這些夾具安裝到基板上。因此，這些夾具可視為組合夾具系統(tǒng)的部件。此外，組合夾具系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)圖3中表現(xiàn)出來。 圖 2，擬議組合夾具系統(tǒng)程序設(shè)計 b.在虛擬現(xiàn)實中，用分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型代表組合夾具 相應(yīng)的虛擬環(huán)境可能含有數(shù)以百萬計的幾何多邊形圖元，這是很正常的。在過去的幾年中，若干個模型計劃，例如作為BSP樹[10]和八叉樹，已提議組成多邊形模型。然而，模塊化設(shè)計的應(yīng)用，相互作用的影響,現(xiàn)場也是動態(tài)變化。例如，在設(shè)計過程中，部分模塊可能改變其空間位置，方向和裝配關(guān)系。 圖3.模塊化夾具系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu) 這表明一個靜態(tài)的畫面，如BSP樹，是不夠的。此外，上述模型只能在系統(tǒng)組件的水平上表現(xiàn)夾具布局結(jié)構(gòu)。然而，關(guān)于夾具元件之間的裝配關(guān)系，是指裝配特征之間的嚙合關(guān)系，這些都不會去關(guān)注。在本節(jié)中，為了描繪組合夾具系統(tǒng)，我們提出一個層次化結(jié)構(gòu)和基于約束的數(shù)據(jù)模型，實時可視化和精確的3D操縱的虛擬環(huán)境。 圖4所示，在高級別的元件模型用于涉及交互式裝配的拆散操作。它證明了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鏈接組件之間的關(guān)系。以高級別模型為代表的信息可分為兩種類型，即組件對象和裝配關(guān)系。組件對象可以是一個組件或一個部分。一個組件包括各個部分之間的零件和他們的組裝的關(guān)系。 圖. 4層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的虛擬環(huán)境 中層基礎(chǔ)模型特征的是建立功能和限制功能。在一般的情況下，在裝配中，裝配關(guān)系往往被視為交配關(guān)系。因此，基礎(chǔ)特征模型用來描述裝配關(guān)系，在裝配操作中，為精確的空間關(guān)系提供必要的信息。在這個模型中，只考慮兩個不同元件之間的特征關(guān)系。下面專題討論，在夾具元件模塊化建模在一個元素之間的功能關(guān)系。 低級別的多邊形基礎(chǔ)模型對應(yīng)以上兩個級別的模型：實時可視化和層次模型。它描述了以一個相互聯(lián)系的三角曲面網(wǎng)格作為整個表面，更多關(guān)于如何將一個元素組織成多邊形，將在下一節(jié)討論，。 C.夾具元件模塊化建模 眾所周知，在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，夾具元件模塊化建模只是表示為多邊形的數(shù)目。將CAD系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換到VR系統(tǒng)中，拓?fù)潢P(guān)系和參數(shù)信息中的結(jié)果將會丟失。為了避免這些問題出現(xiàn)，本節(jié)我們將討論夾具元件建模的計劃。 夾具元件模塊化是以標(biāo)準(zhǔn)尺寸為依據(jù)預(yù)先制造的部件。計劃夾具設(shè)計完之后，接下來的任務(wù)是選擇合適標(biāo)準(zhǔn)的元件，裝配這些元件以形成一個可行的夾具系統(tǒng)。因此，在建議的制度下，需要考慮夾具元件裝配功能。 在這篇論文中，裝配特征是作為一個夾具的屬性，這個屬性提供相關(guān)的確切信息來保證夾具的模塊化設(shè)計和組裝/拆卸。以下八個功能被定義為組合夾具元件的裝配特征：支持面，被支持面，定位孔，擴孔孔，螺紋孔，固定槽，和螺栓。除了類型和尺寸等特征信息外，其他參數(shù)，如相對位置，元素在局部坐標(biāo)系統(tǒng)中的定位特征等，在夾具元件的數(shù)據(jù)庫中都用幾何模型記錄下來。當(dāng)一個元件和另一個元件組裝起來時候的，檢索出來的交配功能信息可以決定兩個元件的空間關(guān)系。更多關(guān)于裝配特征及其交配關(guān)系的資料進行了討論參考詳情[11]。 D.在虛擬環(huán)境中以約束為基礎(chǔ)的夾具裝配 1）夾具元件之間的裝配關(guān)系 交配關(guān)系是在裝配現(xiàn)場組裝是被定義的。根據(jù)上一節(jié)總結(jié)的裝配特征，交配夾具元件有五種關(guān)系類型。即依賴關(guān)系，擬合關(guān)系，螺紋嚙合，交叉關(guān)系，和 T型槽配合關(guān)系，如圖 5所示。基于這些交配關(guān)系，我們可以推斷，任何兩個元件夾具可能的裝配關(guān)系。 2）裝配關(guān)系的推理 一般來說，兩個組裝零件的裝配關(guān)系是代表著它們的組裝交配功能。上面的部分，我們定義了夾具元件之間五個基本交配關(guān)系。因此，通過可能出現(xiàn)的裝配關(guān)系決定啟用那種可能的交配特征。為了在下一階段的裝配，把這些可能的夾具裝配關(guān)系存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中（ARDB）。 然而，當(dāng)夾具復(fù)雜，復(fù)合夾具元件的數(shù)量多時，要花費很多時間來推斷和處理這些可能的裝配關(guān)系。為了避免這種情況，首先我們要確定可能的組裝元件對。但是為了避免推理夾具和底板的之間的裝配關(guān)系，我們絕對不能將他們組裝在一起。在這個階段，人們利用一些規(guī)則來尋找可能的元件組裝對。組裝的推理算法類似于在文獻[12]中討論的。因此，詳細(xì)的算法描述在這篇論文中被忽略了。 3）基于約束的夾具裝配 進行裝配關(guān)系推理的之后，所有被選擇的可能的裝配關(guān)系都建立在ARDB中，并被保存起來。在這些關(guān)系的基礎(chǔ)上，人們可以把單個零件組裝成夾具系統(tǒng)。這部分是討論關(guān)于在虛擬環(huán)境中互動裝配的操作。單一的裝配過程如圖5所示，并介紹了兩個簡單的部件裝配如圖6所示。 一般來說，裝配操作過程分為三個步驟，即裝配關(guān)系的認(rèn)識， 約束的分析和應(yīng)用，基于約束的議案。 首先，技師選擇一個元件，將它移動給組裝組件。在移動過程中，一旦推理組裝和組裝組件的被檢測到，推斷特征就能選中了。如果這兩個特征是在ARDB數(shù)據(jù)庫中的儲存的裝配關(guān)系之一，他們將突出顯示，并等待用戶確認(rèn)。一旦被用戶確認(rèn)，這種被確認(rèn)的裝配關(guān)系將運用約束理論來分析和解決問題，這是為了平移調(diào)整組裝元件的方向，以滿足這兩個組件的位置關(guān)系，以及應(yīng)用新的約束來組裝元件。當(dāng)應(yīng)用了新的約束，對裝配元件的運動將被映射到一個約束空間。這樣做的目的，可以通過3D移動數(shù)據(jù)，把物體的輸入裝置轉(zhuǎn)換成允許的移動?；诩s束的運動不但保證了組件的可獲得確切位置，而且還保證了在將來的運動中，現(xiàn)有的約束不會受到侵犯。繼續(xù)運用確認(rèn)和約束的裝配關(guān)系，這種裝配元件將能到達(dá)最終的位置。 Ⅴ.加工仿真 a. 制造的相互影響 在加工過程中，與夾具有關(guān)的有多種類型的制造交互作用都有可能發(fā)生。這些相互作用可以分為兩大類別如下圖所示，即靜態(tài)的相互作用和動態(tài)的相互作用。 1）靜態(tài)的相互作用是指夾具部件之間的干擾、夾具組件和機器工具之間的干涉、在工件安裝中夾具元件和機械加工工件之間的干擾. 2）動態(tài)交互是指參考夾具的相互作用，它發(fā)生在一個單一的工具和操作時的夾具用在切割過程中操作可能會發(fā)生碰撞。 一般來說，加工過程和刀具路徑等方面是沒有考慮在夾具設(shè)計階段的。因此，這些相互作用可能常常發(fā)生在實際制造過程中。所以，機械師們必須花很多時間去查明和解決這些相互作用, 它往往導(dǎo)致夾具系統(tǒng)修改或重新設(shè)計，這是繁瑣和昂貴工程。 b. 干擾檢測 但是目前的商業(yè)軟件，如VERICUT軟件，在實際加工 工件之前，這些軟件可以模擬數(shù)控加工來檢測刀具路徑錯誤和低效率的運動。在部分編程階段，它可用于避免一些錯誤，如損壞燈具，打斷刀具，或撞毀機器等. 然而，這些軟件價格昂貴，而且面向數(shù)控編程，不適合的夾具設(shè)計。在夾具的設(shè)計階段，應(yīng)確保避免相關(guān)的夾具之間的相互作用。在這個 系統(tǒng)中，當(dāng)夾具配置齊全后，加工仿真模塊是提交給用戶 識別，讓用戶來解決他們之間的相互作用。在加工仿真環(huán)境中，提供了機床的三維數(shù)字模型。人們可在工作臺上組裝工件和安裝夾具組件，正如加工工程師做的實際的網(wǎng)站上一樣。在安裝過程，組件和夾具工件移動到它們的裝配位置。干擾檢查模塊被執(zhí)行。如果發(fā)生干擾，推斷的對象將被顯現(xiàn)。它 可以調(diào)整裝配順序或裝配路徑這樣可避免的干擾。但是，如果不能避免干擾，用戶就必須更改元件或夾具單元。 安裝后的工件，刀具的運動是在CAM系統(tǒng)中，根據(jù)模擬生成的刀具路徑。對于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，穩(wěn)固，動態(tài)，優(yōu)越的三維圖形允許刀具運動在屏幕上可視化的表現(xiàn)出來。因此，模擬刀具路徑允許用戶關(guān)閉檢查，如果發(fā)生的干擾，并提供干擾信息。 Ⅵ.建議制度的執(zhí)行情況與個案研究 A. 桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)接口 為了裝備最后的部分，夾具設(shè)計工程師用一個自然界面來實現(xiàn)更有效的設(shè)計。在圖形用戶界面參考了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)軟件，通過隱藏窗口的大多數(shù)內(nèi)容來實現(xiàn)設(shè)計的。在圖形用戶界面（圖7）包括虛擬現(xiàn)實顯示一個主窗口，一個右手組成工具欄和狀態(tài)欄底部的輸出按鈕。系統(tǒng)和用戶之間的交互鼠標(biāo)和鍵盤輸入通過實現(xiàn)。該工具欄為開發(fā)的系統(tǒng)提供的所有的功能。 圖七.圖形用戶界面組合夾具設(shè)計系統(tǒng) B　研究案例 在模塊化夾具設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)用一個個例完美的闡述。工件加工過程如圖 6。面銑刀在頂面執(zhí)行，隨后就完成了來那個臺階孔。為了工件步驟和指導(dǎo)步驟，用戶設(shè)計了這是一個模塊化的夾具系統(tǒng)。該夾具規(guī)劃模塊已應(yīng)用于一個可行的設(shè)計方案。在這個模塊中，定位，夾緊和支持的面，以及定位，支持和夾緊點，則取決于相應(yīng)的的知識基礎(chǔ)和夾具啟發(fā)式規(guī)則。 在此之后，用戶在元素存放區(qū)探索并選擇適當(dāng)?shù)膴A具元件完成夾具上各點的空間要求。當(dāng)完成后，用戶移動到裝配設(shè)計區(qū)域，把選定的元素放在在書桌上，如圖所示 8（a）。下一個的任務(wù)是選定元件來完成夾具結(jié)構(gòu)分布。在虛擬環(huán)境中，用戶可以自然的方式裝配夾具元件。如圖所示圖。 8（b）項，例如模塊化的夾具系統(tǒng)的最后配置，工件的形成。 當(dāng)夾具配置完成后，下一階段是加工推理的模擬檢測。如圖9（a）和圖9（b）項所示，夾具系統(tǒng)的構(gòu)建安裝在一臺數(shù)控機床并且模擬了刀具路徑執(zhí)行情況。 Ⅶ.結(jié)論 對于組合夾具的設(shè)計制造，我們已經(jīng)提出并制定了桌面虛擬現(xiàn)實的環(huán)境 。提供了該建議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和虛擬現(xiàn)實環(huán)境，即裝配設(shè)計環(huán)境和加工仿真環(huán)境的設(shè)計。通過分析組合夾具結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模塊，以及XML提出了基礎(chǔ)夾具元件。從而準(zhǔn)確在虛擬現(xiàn)實模型中操作，實現(xiàn)組合夾具設(shè)計和裝配。此外，還要總結(jié)夾具元件之間的裝配關(guān)系和描述在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的裝配操作過程的。加工制造業(yè)的模擬檢查中，使用該方法。最后一個案例研究的提出，用來說明我們的集成系統(tǒng)。 參考文獻 【1】 候江亮，特拉皮猶太委員會，“計算機輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)”，詮釋。39（16），2001年，第3703 – 3725頁。 【2】 A.Senthi 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Crawford，“幾何約束裝配建?！保嬎銠C輔助設(shè)計，28（9），1996，第707 - 722頁。 任務(wù)書 課題名稱 蝸輪減速箱體的工藝分析及夾具設(shè)計 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師(簽字) 教研室主任(簽字) 院 長(簽字) 年 月 日 一、課題的主要內(nèi)容和基本要求 對所加工產(chǎn)品進行認(rèn)真的結(jié)構(gòu)和加工工藝分析，擬定不少于兩條加工工藝路線，繪制工藝圖，并編制數(shù)控加工程序；設(shè)計兩套加工過程中用的夾具，最后撰寫設(shè)計說明書。 要求繪制加工工藝圖和夾具設(shè)計圖若干張，圖紙折合0號圖紙不少于4張，設(shè)計說明書不少于2萬字，相關(guān)外文翻譯3000漢字，最后將圖紙、說明書等設(shè)計資料刻盤。 二、進度計劃與應(yīng)完成的工作 1、第1周收集設(shè)計所需資料及文獻，進行外文翻譯，文獻中不少于2篇外文文獻。 2、第4周進行畢業(yè)實習(xí)，了解課題研究的對象及生產(chǎn)、科研的實際，寫出實習(xí)報告。 3、第5周整理設(shè)計資料，寫出開題報告。 4、第6周繪制三維工件圖，分析其結(jié)構(gòu)，確定工藝方案。 5、第7-13周進行設(shè)計、繪圖和技術(shù)分析，編制加工工藝路線，進行夾具設(shè)計，編制數(shù)控加工程序。 6、第14周撰寫設(shè)計說明書。 7、第19周教師評閱及答辯。 三、主要參考文獻、資料 1、華楚生。機械制造工藝。重慶大學(xué)出版社. 2、機械工藝人員手冊，夾具設(shè)計手冊 4、劉兆甲、王樹魁、張文明主編 數(shù)控銑工實際操作手冊 遼寧科技 5、夾具設(shè)計（任何人編寫的都可以） 四、完成期限 2014年5月26日 報告 課題名稱 蝸輪減速箱體的工藝分析及夾具設(shè)計 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師(簽字) 教研室主任(簽字) 院 長(簽字) 2014年 4月 26日 論文題目 蝸輪減速箱體的工藝分析及夾具設(shè)計 論 文 類 型 基礎(chǔ)理論 選 題 來 源 指導(dǎo)教師科研項目 國家項目 應(yīng)用研究 部省(市)項目 開發(fā)研究 學(xué)校項目 生產(chǎn)單位 自 擬 1 課題來源 本課題為基于蝸輪減速箱體的工藝分析及夾具設(shè)計的設(shè)計課題，是實際應(yīng)用型課題。 2 課題研究的目的和意義 2.1課題研究的主要目的 蝸輪減速箱體的工藝分析及夾具設(shè)計是根據(jù)平面四桿機構(gòu)中雙搖桿機構(gòu)的機械原理來設(shè)計，其基本結(jié)構(gòu)是由連桿、機架及兩連架桿等四構(gòu)件組成的有利于保證工件的加工精度、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量；有利于提高勞動生產(chǎn)率和降低成本；有利于改善工人勞動條件，保證安全生產(chǎn)；有利于擴大機床工藝范圍，實現(xiàn)“一機多用”，其設(shè)計簡單，制作方便，夾緊迅速，定位精準(zhǔn)，維修便捷，夾緊力穩(wěn)定、裝夾快速靈活、安全可靠、操作方便、工作效率高，大大降低各種零部件加工、夾緊、固定、操作過程的時間，直接改善產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。 2.2 課題研究的主要意義 箱體零件是機器或部件的基礎(chǔ)零件,它把有關(guān)零件聯(lián)結(jié)成一個整體,使這些零件保持正確的相對位置,彼此能協(xié)調(diào)地工作。箱體零件的毛坯通常采用鑄鐵件。因為灰鑄鐵具有較好的耐磨性,減震性以及良好的鑄造性能和切削性能,價格也比較便宜。 毛坯的鑄造方法,取決于生產(chǎn)類型和毛坯尺寸。在單件小批生產(chǎn)中,多采用木模手工造型;在大批量生產(chǎn)中廣泛采用金屬模機器造型,毛坯的精度較高。 減速器是一種動力傳達(dá)機構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器。將電機的回轉(zhuǎn)速降低到需要的回轉(zhuǎn)速，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機構(gòu)。 工藝規(guī)程，是指導(dǎo)施工的技術(shù)文件.一般包括以下內(nèi)容：零件加工的工藝路線，各工序的具體加工內(nèi)容，切削用量、以及所采用的設(shè)備和工藝裝備等。 3 蝸輪減速箱體夾具的發(fā)展概況及特點 3.1 蝸輪減速箱體夾具的發(fā)展概況 夾具最早出現(xiàn)在18世紀(jì)后期。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。 國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3～4年就要更新50％～80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10％～20％左右，為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我們在短短幾年內(nèi)需更新大量的專用夾具，這樣即提高了加工的成本，也造成了材料的浪費，為了減少這種情況，我們可以采用數(shù)控機床的柔性化制造技術(shù)。 近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對機床夾具提出了如下新的要求： 1）能迅速方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本； 2）能裝夾一組具有相似性特征的工件； 3）能適用于精密加工的高精度機床夾具； 4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具； 5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率； 6）提高機床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。 機床夾具的現(xiàn)狀：機床夾具是在機械制造過程中，用來固定加工對象，使之占有正確的空間位置，用來加工或檢測并保證加工要求的機床附加裝置，簡稱為夾具。 3.2 蝸輪減速箱體夾具的特點 1）保證工件的加工精度 專用夾具應(yīng)有合理的定位方案，合適的尺寸，公差和技術(shù)要求，并進行必要的精度分析，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。 2）提高生產(chǎn)效率 專業(yè)夾具的復(fù)雜程度要與工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，應(yīng)根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小選用不同復(fù)雜程度的高效夾緊裝置，以縮短輔助時間，以提高生產(chǎn)效率。 3）工藝性好 專用夾具的結(jié)構(gòu)簡單，合理，便于加工，裝配，檢驗和維修。專用夾具的生產(chǎn)屬于小批量生產(chǎn)。 4）使用性好 專用夾具的操作應(yīng)簡單，省力，安全可靠，排屑應(yīng)方便，必要時可設(shè)置排屑機構(gòu)。 5）經(jīng)濟型好 除考慮專用夾具本身結(jié)構(gòu)簡單，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，成本低廉外，還應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對夾具方案進行必要的經(jīng)濟分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益。 4 課題研究的主要內(nèi)容及設(shè)計成果的應(yīng)用價值 4.1 課題研究的主要內(nèi)容 （1）確定整體畢業(yè)設(shè)計思路 （2）確定用什么夾具進行加工，分析材料、生產(chǎn)要求、工藝要求、使用要求等 （3）夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化，含零件圖及裝配圖 （4）夾具制造工藝，含工藝過程卡和工序卡 確定各表面加工方案，在選擇各表面孔的加工方法時，需綜合考慮以下因素： （1）要考慮各表面的精度和質(zhì)量要求，根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求，選擇加工方法及分幾次加工。 （2）根據(jù)生產(chǎn)類型來選擇，在大批量生產(chǎn)中可使用專用的高效率的設(shè)備；在單件小批量生產(chǎn)中則使用常用設(shè)備和一般加工方法。 （3）要考慮被加工材料的性質(zhì)。 （4）要考慮工廠或車間的實際情況，同時也應(yīng)考慮不斷改進現(xiàn)有的加工方法和設(shè)備，推廣新技術(shù)，提高工藝水平。 4.2 設(shè)計成果的應(yīng)用價值 工藝規(guī)程：零件加工的工藝路線，各工序的具體加工內(nèi)容，切削用量、以及所采用的設(shè)備和工藝裝備等。 箱體零件的毛坯通常采用鑄鐵件。因為灰鑄鐵具有較好的耐磨性,減震性以及良好的鑄造性能和切削性能,價格也比較便宜。 毛坯的鑄造方法,取決于生產(chǎn)類型和毛坯尺寸。在單件小批生產(chǎn)中,多采用木模手工造型;在大批量生產(chǎn)中廣泛采用金屬模機器造型,毛坯的精度較高。 夾具不論在技術(shù)上具有無與倫比的優(yōu)勢，在節(jié)能環(huán)保及經(jīng)濟性上都堪稱完美，所以可以大力推廣，為我國的國民經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮出應(yīng)有的作用，并對本機的總體方案進行論證與擬定，從而對其進行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 5 研究的方法與路線 5.1 研究的方法 （1）文獻研究法，系統(tǒng)地查閱指定的物流搬運技術(shù)方面相關(guān)的文獻，做出相應(yīng)的學(xué)習(xí)心得，得出一般性結(jié)論并發(fā)現(xiàn)問題，尋找新思路； （2）統(tǒng)計分析研究法，學(xué)習(xí)兩軸自動發(fā)卡和機電一體化技術(shù)方面的有關(guān)課程知識，通過處理、分析、研究，找出研究對象的特征； （3）實驗法研究，通過三維模擬研究來證明； （4）行動研究法，理論與實踐相結(jié)合，從實踐中獲得成功。 5.2 研究的路線 擬定工藝路線是制定工藝過程的關(guān)鍵性的一步。在擬定時應(yīng)充分調(diào)查研究。多提幾個方案，加以分析比較確定一個最合理方案。 擬定工藝路線要考慮解決以下幾個問題 5.3 加工方法的選擇 在選擇各表面的加工方法時，要綜合考慮以下因素： 5.3.1 要考慮加工表面的精度和表面質(zhì)量要求，根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求，選擇加工方法及分幾次加工。 5.3.2 根據(jù)生產(chǎn)類型選擇，在大批量生產(chǎn)中可專用的高效率的設(shè)備。在單件小批量生產(chǎn)中則常用通用設(shè)備和一般的加工方法。如、柴油機連桿小頭孔的加工，在 小批量生產(chǎn)時，采用鉆、擴、鉸加工方法；而在大批量生產(chǎn)時采用拉削加工。 5.3.3 要考慮被加工材料的性質(zhì)，例如，淬火鋼必須采用磨削或電加工；而有色金屬由于磨削時容易堵塞砂輪，一般都采用精細(xì)車削，高速精銑等。 5.3.4 要考慮工廠或車間的實際情況，同時也應(yīng)考慮不斷改進現(xiàn)有加工方法和設(shè)備，推廣新技術(shù)，提高工藝水平。 此外，還要考慮一些其它因素，如加工表面物理機械性能的特殊要求，工件形狀和重量等。 5.4 加工階段的劃分 零件的加工質(zhì)量要求較高時，常把整個加工過程劃分為幾個階段： 5.4.1 粗加工階段 粗加工的目的是切去絕大部分多余的金屬，為以后的精加工創(chuàng)造較好的條件，并為半精加工，精加工提供定位基準(zhǔn)，粗加工時能及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，予以報廢或修補，以免浪費工時。 粗加工可采用功率大，剛性好，精度低的機床，選用大的切前用量，以提高生產(chǎn)率、粗加工時，切削力大，切削熱量多，所需夾緊力大，使得工件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和變形大，所以加工精度低，粗糙度值大。 5.4.2 半精加工階段 半精加工階段是完成一些次要面的加工并為主要表面的精加工做好準(zhǔn)備，保證合適的加工余量。 5.4.3 精加工階段 精加工階段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保證零件的形狀位置幾精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面達(dá)到圖紙要求。另外精加工工序安排在最后,可防止或減少工件精加工表面損傷。 5.4.4 光整加工階段 對某些要求特別高的需進行光整加工，主要用于改善表面質(zhì)量，對尺度精度改善很少。 此外，加工階段劃分后，還便于合理的安排熱處理工序.由于熱處理性質(zhì)的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之間. 5.5 工序的集中與分散 制訂工藝路線時，應(yīng)考慮工序的數(shù)目，采用工序集中或工序分散是其兩個不同的原則.所謂工序集中，就是以較少的工序完成零件的加工，反之為工序分散. 5.5.1 工序集中的特點 工序數(shù)目少，工件裝，夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應(yīng)減少了操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積，也簡化了生產(chǎn)管理，在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這些表面間的相互位置精度.使用設(shè)備少，大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機床，以提高生產(chǎn)率.但采用復(fù)雜的專用設(shè)備和工藝裝備，使成本增高，調(diào)整維修費事，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。 5.5.2 工序分散的特點 工序內(nèi)容簡單，有利選擇最合理的切削用量.便于采用通用設(shè)備.簡單的機床工藝裝備.生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量少，產(chǎn)品更換容易.對工人的技術(shù)要求水平不高.但需要設(shè)備和工人數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，工藝路線長，生產(chǎn)管理復(fù)雜.工序集中與工序分散各有特點，必須根據(jù)生產(chǎn)類型.加工要求和工廠的具體情況進行綜合分析決定采用那一種原則.一般情況下，單件小批生產(chǎn)中，為簡化生產(chǎn)管理，多將工序適當(dāng)集中.但由于不采用專用設(shè)備，工序集中程序受到限制.結(jié)構(gòu)簡單的專用機床和工夾具組織流水線生產(chǎn).由于近代計算機控制機床及加工中心的出現(xiàn)，使得工序集中的優(yōu)點更為突出，即使在單件小批生產(chǎn)中仍可將工序集中而不致花費過多的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量，從而可取的良好的經(jīng)濟效果。 5.6 加工順序的安排 零件的加工過程通常包括機械加工工序，熱處理工序，以及輔助工序.在安排加工順序時常遵循以下原則： 5.7 定位基準(zhǔn)的選擇 在制定工藝過程時，選擇定位基準(zhǔn)的主要目的是為了保證加工表面的位置精度。因此選擇定位基準(zhǔn)的總原則應(yīng)該是從有較高位置精度要求的表面中進行選擇。定位基準(zhǔn)的選擇包括粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇。 5.8 設(shè)計銑蝸桿端蓋的小端面夾具 設(shè)計任務(wù)：設(shè)計成批生產(chǎn)條件下,在立式銑床上銑蝸桿端蓋的小端面夾具 以大端面及其兩側(cè)面定位銑蝸桿端蓋的小端面。 原理：模型螺旋定心夾緊銑床夾具 設(shè)計方案的討論 工件定位方案及定位裝置 定位方案：一面兩銷定位 工件夾緊方案及夾緊裝置 夾緊方案及裝置：螺旋定心夾緊 5.9 夾具定位方案 工序圖只是給出了原理方案，此時應(yīng)仔細(xì)分析本工序的工序內(nèi)容及加工精度要求，按照六點定位原理和本工序的加工精度要求，確定具體的定位方案和定位元件，要擬定幾種具體方案進行比較，選擇或組合最佳方案. 根據(jù)工序圖給出的定位元件方案，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正確選擇定位元件或定位的組合.在機床夾具的使用過程中，工件的批量越大，定位元件的磨損越快，選用標(biāo)準(zhǔn)定位元件增加了夾具零件的互換性，方便機床夾具的維修和維護. 選用兩個支承板鉆使得模板支撐定位在夾具體上，用兩個支承板限制Z的移動，Y的轉(zhuǎn)動，X的轉(zhuǎn)動，X方向2個支承釘限制X方向的移動和Z的轉(zhuǎn)動，和一個Y方向的支承釘限制Y方向的移動，這樣六個自由度完全限制. 5.10 夾具選擇加緊機構(gòu) 夾緊力的方向： 夾緊力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的剛性方向，不能使工件有脫離定位表面的趨勢，防止工件在夾緊力的作用下產(chǎn)生變形. 夾緊力的作用點： 夾緊力的作用點應(yīng)選擇在定位元件支承點的作用范圍內(nèi)，以及工作剛度高的位置，確保工件定位準(zhǔn)確、不變形. 選擇夾緊機構(gòu)： 在確定夾緊力的方向、作用點的同時，要確定相應(yīng)的夾緊機構(gòu)，確定夾緊機構(gòu)要注意以下幾方面的問題： 夾緊機構(gòu)應(yīng)具備足夠的強度和夾緊力，確保工件夾緊牢固. 手動夾具夾緊機構(gòu)的操作力不應(yīng)過大，以減輕操作人員的勞動強度. 夾緊機構(gòu)的行程不宜過長，以提高夾具的工作效率. 根據(jù)所給工件的形狀、尺寸，選用螺栓，螺母與壓板來夾緊工件. 確定夾緊力的方向、作用點，以及夾緊元件或夾緊機構(gòu)，估算夾緊力大小，要選擇和設(shè)計動力源.夾緊方案也需反復(fù)分析比較，并最終確定最佳設(shè)計方案.兩種方案. 方案一使用螺旋夾緊機構(gòu)； 5.11 夾具選擇導(dǎo)向裝置 導(dǎo)向裝置是夾具保證加工精度的重要裝置，如鉆孔導(dǎo)向套、鏜套、對刀裝置、對定裝置等，這些裝置均已標(biāo)準(zhǔn)化，可按標(biāo)準(zhǔn)選擇，由于加工Φ15的孔需要鉆——擴——鉸工序，為提高加工效率，故選擇快換導(dǎo)向套加工工件. 4．畢業(yè)設(shè)計工作進度安排：（包括序號、起迄日期、工作內(nèi)容）： 畢業(yè)設(shè)計工作進度安排如下： 1、第1周收集設(shè)計所需資料及文獻，進行外文翻譯，文獻中不少于2篇外文文獻。 2、第4周進行畢業(yè)實習(xí)，了解課題研究的對象及生產(chǎn)、科研的實際，寫出實習(xí)報告。 3、第5周整理設(shè)計資料，寫出開題報告。 4、第6周繪制三維工件圖，分析其結(jié)構(gòu)，確定工藝方案。 5、第7-13周進行設(shè)計、繪圖和技術(shù)分析，編制加工工藝路線，進行夾具設(shè)計，編制數(shù)控加工程序。 6、第14周撰寫設(shè)計說明書。 7、第19周教師評閱及答辯。 三、主要參考文獻、資料 1、華楚生。機械制造工藝。重慶大學(xué)出版社. 2、機械工藝人員手冊，夾具設(shè)計手冊 4、劉兆甲、王樹魁、張文明主編 數(shù)控銑工實際操作手冊 遼寧科技 5、夾具設(shè)計（任何人編寫的都可以） 四、完成期限 2014年5月26日 指導(dǎo)教師簽字： 教研室/系 主任簽字： 年 月 日