2896 基于SolidWorks車床夾具虛擬設(shè)計

2896 基于SolidWorks車床夾具虛擬設(shè)計,基于,solidworks,車床,夾具,虛擬,設(shè)計 爆炸視圖開合螺母工件圖裝配圖過渡盤平衡塊夾具體鉸鏈壓板擺動 V 型快塔里木大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院 班級 機械設(shè)計 12-1學(xué)生姓名 張戰(zhàn)軍 學(xué)號 8011208103課題名稱 基于 solidworks 車床夾具設(shè)計起止時間 2011 年 3 月 2 日——2012 年 6 月 10 日（共 14 周）指導(dǎo)教師 職稱課題內(nèi)容采用計算機輔助設(shè)計的方法，對車床夾具進行三維建模，對夾具設(shè)計的原理步驟，各種定位元件的分析有深刻的了解。對 solidworks 的各項功能有個深刻的認識和應(yīng)用。合理選擇標(biāo)準鍵的類型和型號，正確計算零件的工作能力，確定其尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)和材料，并考慮制造工藝、使用、維護、經(jīng)濟和安全等問題，培養(yǎng)機械設(shè)計能力。擬定工作進度（以周為單位）第 1-2 周 查閱相關(guān)文獻，撰寫開題報告。第 3-4 周 走訪周邊專家、進行調(diào)查，比較分析，決定最優(yōu)設(shè)計方案。第 5-6 周 根據(jù)工作要求，查閱相關(guān)手冊，對機器總體設(shè)計、布局。第 7-10 周 運用 AutoCAD、Soildwork 等軟件，設(shè)計零件圖，裝配圖，進行數(shù)據(jù)處理。第 11-12 周 對實體圖進行仿真。第 13-14 周 完成設(shè)計說明書。參考文獻[1]吳拓.《現(xiàn)代機床夾具設(shè)計》.第二版.化學(xué)工業(yè)出版社,2011.[2]吳拓.《機床夾具設(shè)計》.第一版.機械工業(yè)出版社,2007.[3]大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.《機械制圖》.第六版.高等教育出版社,2007.[4]鄒青.《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》.第一版.機械工業(yè)出版社,1991.[5]胡仁喜,康士廷,路純紅等.《SolidWorks 2008 中文版標(biāo)準實例教程》.第三版.機械工業(yè)出版社, 2009.[6]吳宗澤,羅圣國.《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》.第三版.高等教育出版社,2009.[7]大連理工大學(xué)工程圖教研室.《畫法幾何學(xué)》.第六版.高等教育出版社,2007.[8]王忠.《機械工程材料》.第一版.清華大學(xué)出版社,2008 .[9]江洪,酈祥林等.《SolidWorks2009 基礎(chǔ)教程》.第三版.機械工業(yè)出版社,2009.[10]董玉紅,張立勛.《機械控制工程基礎(chǔ)》.第二版.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2009.[11]吳恒文.《機械加工工藝基礎(chǔ)》.第一版.高等教育出版社,2009.[12]韓進紅.《互換性與技術(shù)測量》.第一版.第三版.高等教育出版社,2009.[13]陳日曜.《金屬切削原理》.第二版.機械工業(yè)出版社,2009.任務(wù)下達人（簽字）年 月 日任務(wù)接受人意見任務(wù)接受人簽名 張戰(zhàn)軍 2012 年 1 月 1 日前 言夾具是機械制造廠里使用的一種工藝裝備，分為機床夾具、焊接夾具、裝配夾具及檢驗夾具等。各種金屬切削機床上用于裝夾工件的工藝裝備，稱機床夾具，如車床上使用的三爪自定心卡盤、銑床上使用的平口虎鉗等。對工件進行機械加工時，為了保證加工要求，首先要使工件相對于刀具及機床有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動。為此，在進行機械加工前，先要將工件裝夾好。工件的裝夾方法有兩種：一種是工件直接裝夾在機床的工作臺或花盤上；另一種是工件裝夾在夾具上。采用第一種方法裝夾工件時，一般要先按圖樣要求在工件表面劃線，劃出加工表面的尺寸和位置，裝夾時用劃針或百分表找正后再夾緊。這種方法無需專用裝備，但效率低，一般用語單件和小批生產(chǎn)。批量較大時，大多用夾具裝夾工件。用夾具裝夾工件有下列優(yōu)點：（1）能穩(wěn)定地保證工件的加工精度，用夾具裝夾工件時，工件相對于刀具及機床的位置精度由夾具保證，不受工人技術(shù)水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。（2）能提高勞動生產(chǎn)率，使用夾具裝夾工件方便、快速，工件不需要劃線找正，可顯著的減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率；工件在夾具中裝夾后提高了工件的剛性，因此可加大切削用量，提高勞動生產(chǎn)率；可使用多件、多工位裝夾工件的夾具，并可使用高效夾緊機構(gòu)，進一步提高勞動生產(chǎn)率。（3）能擴大機床的使用范圍。1基于SolidWorks車床夾具虛擬設(shè)計1緒論1.1 引言夾具作為制造企業(yè)中重要的基礎(chǔ)工藝裝備，廣泛應(yīng)用于加工、檢測和裝配等制造過程中。作為生產(chǎn)準備的重要組成部分，夾具設(shè)計的效率直接影響到制造的生產(chǎn)準備時間和產(chǎn)品成本。一般來說，夾具設(shè)計過程不僅需要大量的有關(guān)零件設(shè)計、工藝和加工的數(shù)據(jù)，同時還需要設(shè)計人員具有很豐富的領(lǐng)域知識和設(shè)計經(jīng)驗。1.2 制造業(yè)信息化的發(fā)展隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，實現(xiàn)快速生產(chǎn)準備的計算機輔助夾具設(shè)計（CAFD）技術(shù)成為國際上競相研究的熱點，它已經(jīng)越來越多的取代傳統(tǒng)的手工夾具設(shè)計。與傳統(tǒng)的夾具設(shè)計相比，計算機輔助夾具設(shè)計有著無可比擬的優(yōu)越性：1、設(shè)計者從繁瑣的勞動中解放出來，提高了設(shè)計的效率和設(shè)計質(zhì)量，使設(shè)計者把更多的注意力放在創(chuàng)新性開發(fā)上面；2、可以把夾具設(shè)計人員的經(jīng)驗和智慧存入計算機，構(gòu)成專家系統(tǒng)，有利于夾具設(shè)計技術(shù)的繼承和發(fā)展；3、由于計算機輔助夾具設(shè)計采用了統(tǒng)一的系統(tǒng)程序，可以獲得相對統(tǒng)一的設(shè)計與優(yōu)化結(jié)果，有利于實現(xiàn)夾具設(shè)計的“三化” ，即通用化、標(biāo)準化、系列化。1.3 Solidworks2010 版介紹Solidworks 軟件功能強大，組件繁多。Solidworks 功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點，使得 SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。對于熟悉微軟的Windows 系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用 SolidWorks 來搞設(shè)計了。SolidWorks 獨有的拖拽功能使用戶在比較短的時間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計。SolidWorks 資源管理器是同 Windows 資源管理器一樣的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理 CAD 文件。使用 SolidWorks ，用戶能在比較短的時間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場。在目前市場上所見到的三維 CAD 解決方案中，SolidWorks 是設(shè)計過程比較簡便而方便的軟件之一。美國著名咨詢公司 Daratech 所評論：“在基于 Windows 平臺的三維 CAD 軟件中，SolidWorks 是最著名的品牌，是市場快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者。 ” 在強大的設(shè)計功能和易學(xué)易用的操作（包括 Windows 風(fēng)格的拖/放、點/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用 SolidWorks ，整個產(chǎn)品設(shè)計是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計、裝配設(shè)計和工程圖之間的是全相關(guān)的。SolidWorks2010 提供的大量新功能可提高設(shè)計師和工程師的工作效率。例如，正在申請專利的快速尺寸標(biāo)注功能可顯示新的尺寸放置替代方案，并整齊勻稱地重新布置現(xiàn)有尺寸，從而為所選尺寸騰出空間。配置發(fā)布器使用戶可方便地將界面發(fā)布到 3D ContentCentral® 服務(wù)，從而可容易地配置替代模型。正在申請專利的靈巧鼠標(biāo)手勢在簡化手部動作方面作出了空前的改進。SolidWorks 2010 還提供了大大加強的參考平面創(chuàng)建方法丶鈑金功能丶焊接性能丶組件鏡像功能和直接編輯工具。使用 PhotoView 360，初學(xué)者也能象高手那樣設(shè)計照片級圖像渲染效果。 SolidWorks 2010 相對 solidworks2009 版本新增改進功能超 300 項，主要包括如下方面： 草圖與特征，邊焊縫及高級梁殼模型，裝配體與配置，SolidWorks Enterprise PDM 2010 新增功能，Motion，3DVIA Composer 2010 新功能，工程圖。SolidWorks 2010 大幅改善了工程圖繪制功能,尺寸標(biāo)注的操作將更為簡潔。這包括對多段文字可通過拖拽進行合并、多尺寸標(biāo)注自動實現(xiàn)等間距布局、零件明細表和公差尺寸標(biāo)注的靈活編輯等。在裝配圖中，新版本提供了零部件詳細信息的可視化功能，重量、材質(zhì)、是否外購件、價格等參數(shù)還可直接導(dǎo)入 Excel 進行輸出。3D 建模工具中增加了盆腔中段平面和相切平面的草圖繪制功能，簡化了高復(fù)雜度模型設(shè)計。裝配環(huán)境下允許進行零部件的精確鏡面復(fù)制、運動干涉檢查和參數(shù)化應(yīng)力分析。隨上一版本推出的 SpeedPak 技術(shù)也得到進一步增強，該功能可在保持圖形完整細節(jié)與關(guān)聯(lián)性的同時降低計算機內(nèi)存使用率，從而無需調(diào)用大量內(nèi)存便可高效地創(chuàng)建和使用大型裝配體及工程圖。此外，對直接導(dǎo)入的實體模型進行編輯是一個非常重要的新特性，這將大幅2減少調(diào)用舊有設(shè)計時的工作量。用戶界面看起來使用了 Instant3D 技術(shù)的標(biāo)尺，直接拖拽即可修改。編輯工具將修改產(chǎn)生的新特征記錄于特征樹中，因此能輕而易舉地將導(dǎo)入模型恢復(fù)成原始狀態(tài)。 不同于針對 CAD 的增強功能，在 SolidWorks 2010 中還新增一個用于評估設(shè)計對環(huán)境影響的工具，這是同類軟件所沒有的。該工具的研發(fā)代號為“Sage” ，以 PE International 公司的一款環(huán)境影響量化工具 GaBi 為基礎(chǔ)。GaBi 用于量化材料、工藝、產(chǎn)品和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的環(huán)境性能，包含十萬多種影響模式，它能從溫室氣體、能源、最顯著的環(huán)境影響、生命周期成本和社會影響等多個不同角度評估可持續(xù)性。 “Sage”以一個儀表板的形式出現(xiàn)在用戶界面底部。出于降低不良環(huán)境影響的考慮，設(shè)計師和工程師可在“Sage”中創(chuàng)建“基準”設(shè)計，然后將每個新設(shè)計與其相比較。當(dāng)設(shè)計師選擇不同的材料、工藝或設(shè)計方法時，儀表板上反映出的影響會隨之改變。例如，設(shè)計目標(biāo)碳排放量為 100 噸，分析結(jié)果可能顯示 50%源于選材，40%源于制造工藝，10%源于報廢后的處理。如果采用影響較小的材料，就可以減少碳排放量。 “Sage”軟件還可生成各種報告，供深入分析使用。就像設(shè)計驗證工具 Simulation 一樣，深度集成的“Sage”將幫助工程師在設(shè)計過程中對環(huán)保指標(biāo)做出考量，這能大幅減少因環(huán)保不達標(biāo)而導(dǎo)致的返工。CEO Jeff Ray 曾表示，SolidWorks 會持續(xù)在綠色環(huán)保方面的投入，SolidWorks 2010 無疑將是標(biāo)志性的一步，這也是對去年創(chuàng)新日活動的主題“綠色設(shè)計激發(fā)未來”的延續(xù)。1.4 本論文的研究目的、意義多年來，機械制造過程中把設(shè)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(biāo)注各種線條和符號繪圖，不僅費時費力，而且一旦理解有誤或形體表現(xiàn)，將會影響產(chǎn)品的制造和質(zhì)量。采用計算機輔助設(shè)計方法，零件的造型如同車間中加工零件的過程一樣，設(shè)計完成以后，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(shè)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(jié)構(gòu)的合理性.空間布置是否干涉等問題。造型結(jié)束后，將設(shè)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(cè)圖.剖視圖等，大大方便了設(shè)計過程，形象直觀易于接受，從而達到更快地設(shè)計機械產(chǎn)品。本課題在探討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(xué)采用計算機輔助設(shè)計專用夾具以及如何對專用夾具進行可視化設(shè)計，形成專用夾具計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)。2 收集資料和確定方案 圖 2-1 所示為一開合螺母車削工序圖，工件的燕尾面和兩個 φ12 0+0.019mm 孔已經(jīng)加工，兩孔距離為 38±0.1mm，φ40 0+0.027mm 孔經(jīng)過粗加工。本道工序為精鏜 φ40 0+0.027mm 孔及車端面。加工要求是：(1)φ40 0+0.027mm 孔軸線至燕尾面 C 的距離為 45±0.05 mm；(2)φ40 0+0.027mm 孔軸線與 C 面的平行度為 0.05 mm；(3)加工孔軸線與 φ12 0+0.019mm 孔的距離為 8±0.05 mm。(4)φ40 0+0.027mm 的孔軸線對兩 B 面的對稱面的垂直度為 0.05mm試設(shè)計本道工序所用的專用夾具。圖 2-1 開合螺母車削工序圖2．1 明確設(shè)計任務(wù)與收集設(shè)計資料2.1.1 工件的結(jié)構(gòu)特點及材料開合螺母由上下兩個半螺母組成，裝在溜板箱體后壁的燕尾形導(dǎo)軌中，可上下移動。上下半3螺母的背面各裝有一個圓銷，其伸出端分別嵌在槽盤的兩條曲線槽中。扳動手柄，經(jīng)軸使槽盤逆時針轉(zhuǎn)動時，曲線槽迫使兩圓銷互相靠近，帶動上下半螺母合攏，與絲杠嚙合，刀架便由絲杠螺母經(jīng)溜板箱傳動進給。槽盤順時針轉(zhuǎn)動時，曲線槽通過迫使圓銷使兩半螺母相互分離，與絲杠脫開嚙合，刀架便停止進給。開合螺母的材料為 45 鋼。2.1.2 確定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基準和夾緊表面及所用的機床、刀具、量具等。表 2-1 加工要求加工表面 加工要求 加工余量 定位基準 夾緊表面 所需機床φ40 0+0.027mm 孔和兩個端面a.φ40 0+0.027mm孔軸線至燕尾面C 的距離為45±0.05 mm；b.φ40 0+0.027mm孔軸線與 C 面的平行度為0.05mm；c.加工孔軸線與φ12 0+0.019mm 孔的距離為8±0.05 mm精鏜φ40 0+0.027mm 孔的工序余量為0.5mm；車端面的工序余量為 1mm。主要加工表面φ40 0+0.027mm 孔的定位基準為燕尾底面 C 和φ12 0+0.019mm 孔軸心線燕尾面 B 和 C C620 車床2．2 確定工件的定位方案，設(shè)計定位裝置。定位就是使同一工序中的一批工件都能在夾具中占據(jù)正確的位置。它的基本任務(wù)有以下三項：（1）從理論上講就是如何使同一批工件在夾具中占據(jù)正確的位置。（2）選擇或設(shè)計合理的定位方案及定位裝置。（3）保證有足夠的定位精度。即工件在夾具中雖有一定的誤差，但仍能保證工件的加工誤差。它的基本原理是六點定位規(guī)則，即用合理分布的六個支承點限制工件六個自由度的規(guī)則。但實際中還存在著過定位和欠定位。其中欠定位保證不了加工精度，所以是絕不允許發(fā)生的，而過定位由于夾具上的定位元件同時重復(fù)限制了工件的一個或幾個自由度，將造成工件定位不穩(wěn)定，降低了加工精度；使工件或定位元件產(chǎn)生變形，甚至無法安裝和加工，故應(yīng)盡量避免采用。根據(jù)本工序的加工要求，不僅要鏜孔，還要加工兩個平面，因此工件必須完全定位，即六點定位原則。按照加工要求，工件的定位方案分析如下：（1）φ40 0+0.027mm 孔軸線至燕尾面 C 的距離為 45±0.05 mm；40 0+0.027mm 孔軸線與 C 面的平行度為 0.05 mm。加工 φ40 0+0.027mm 孔的工序基準為燕尾底面 C，根據(jù)基準重合原理，應(yīng)以燕尾底面 C 為定位基準，則限位基準為固定支承板 8 和活動支承板 10 上與燕尾底面 C 接觸的平面。燕尾底面 C 限制 Z轉(zhuǎn)動、Y 移動、X 移動三個自由度；燕尾面 B 限制 Z 轉(zhuǎn)動、X 移動二個自由度。即工件用燕尾面 B和 C 在固定支承板 8 和活動支承板 10 上定位（兩板高度相等） ，限制了 Z 轉(zhuǎn)動、Z 移動、Y 轉(zhuǎn)動、X 轉(zhuǎn)動、X 移動五個自由度。（2）加工孔軸線與 φ12 0+0.019mm 孔的距離為 8±0.05 mm。φ40 0+0.027mm 孔軸心線的另一定位元件是活動菱形銷 9，根據(jù)基準重合原理，應(yīng)以φ12 0+0.019mm 孔軸心線為定位基準，則限位基準為 φ12 0+0.019mm 孔軸心線，即 φ12 0+0.019mm 孔與活動菱形銷 9 配合，限制 Y 向轉(zhuǎn)動自由度。表 2-2 工件的定位及應(yīng)限制的自由度定位元件 限位基準 定位基準 限制自由度支承板 8、10活動菱形銷 9支承板 8、10 的平面活動菱形銷 9 的軸心線燕尾底面 C燕尾面 Bφ12 0+0.019mm 孔軸心線Z 轉(zhuǎn)動、Y 移動、X 轉(zhuǎn)動、Y 轉(zhuǎn)動、X 移動、Z 移動工件裝卸時，可從上方推開活動支承板 10 將工件插入，靠彈簧力使工件靠緊固定支承板 8，并略推移工件使活動菱形銷 9 彈入定位孔 φ12 0+0.019mm 內(nèi)。3 草圖繪制和和計算43.1 夾具類型的確定由于開合螺母以燕尾面 C 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、卡盤類或花盤類夾具，只能采用角鐵式車床加工。夾具體呈角鐵狀的車床夾具稱為角鐵式車床夾具，其結(jié)構(gòu)不對稱，用于加工殼體、支承座、杠桿、接頭等零件上的回轉(zhuǎn)面和端面。具體適用于以下兩種情況：（1）工件的主要定位基準是平面，要求被加工表面的軸線對定位基準面保持一定的位置關(guān)系（平行或成一定角度） 。這時夾具的平面定位元件必須相應(yīng)地設(shè)置在與車床主軸軸線相平行或成一定角度的位置上。 （2）工件定位基準雖然不是與被加工表面的軸線平行或成一定角度的平面，但由于工件外形的限制，不適于采用卡盤式夾具，而必須采用半圓孔或 V 形塊定位件的情況?？紤]車床夾具的特點和工件的加工表面，本工序應(yīng)有兩次安裝，當(dāng)孔和一個端面加工完畢后，應(yīng)松開壓板，將工件回轉(zhuǎn) 180 度，重新定位夾緊，再加工另一端面。3.2 確定工件的夾緊方案，設(shè)計夾緊裝置。3.2.1 確定夾緊裝置車床夾具的夾緊裝置必須安全可靠。夾緊力的方向和作用點應(yīng)按以下要求進行選擇：a.主要夾緊力應(yīng)朝向主要定位基準，作用點應(yīng)靠近支承面的幾何中心；b.夾緊力的方向應(yīng)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.夾緊力的方向和作用點應(yīng)施于工件剛性較好的方向和部位；d.夾緊力的作用點應(yīng)適當(dāng)靠近加工表面。由于車削時工件和夾具一起隨主軸作旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速越高離心力越大，會降低夾緊機構(gòu)產(chǎn)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(gòu)所產(chǎn)生的夾緊力必須足夠，自鎖性能要好，以防止工件在加工過程中脫離定位元件的工作表面。對于角鐵式夾具，夾緊力的施力方式要注意防止引起夾具變形。這里有兩種夾緊方案。如果采用圖 a）所示的施力方式其夾緊裝置比較簡單，但可能會引起角鐵懸伸部分的變形和夾具體的彎曲變形，離心力、切削力也會助長這種變形。如果改用圖 b）所示回轉(zhuǎn)式螺旋擺動壓板機構(gòu)顯然較好，因為角鐵剛性好，壓板的變形不影響加工精度。所以根據(jù)工件形狀特點，采用帶擺動 V 形塊 3 的回轉(zhuǎn)式螺旋壓板機構(gòu)夾緊。圖 a） 圖 b）圖 3-1 夾緊方案的選擇3.2.2 夾緊力計算與分析螺旋夾緊機構(gòu)中計算各種螺旋副所產(chǎn)生夾緊力大小的通用公式為： NatgrtQLW)(/2'21'0 ???式中：ψ ‘2——螺旋副的當(dāng)量摩擦角；5ψ 1——螺桿端部與工件間的摩擦角；a——螺紋升角；r2——螺紋中徑的一半；r‘——螺桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑；查表得：Q=35N L=140mma =2。 30＇ ψ ‘2=6。 34＇r2=5.43mm f= tgψ 1=0.1r‘= （D 3-D30）/3（D 2-D20）=22.3mm代入上式求得： W 0= 5800 N螺旋壓板夾緊機構(gòu)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，增大加緊行程。它可以繞水平軸翻轉(zhuǎn)，增力顯著，夾緊時既省力又迅速可靠。夾緊受力分析如下：圖 3-2 夾緊受力分析由杠桿原理知：W·a =W0·b當(dāng) a=1/2b 時，W =2 W0=11600 N由此可見，該夾緊機構(gòu)所產(chǎn)生的夾緊力比作用力大一倍。3.2.3 螺旋夾緊機構(gòu)各元件材料、熱處理要求和結(jié)構(gòu)尺寸確定。螺旋夾緊機構(gòu)各元件均已標(biāo)準化，可參閱《機械零件手冊》確定。1)帶肩六角螺紋（GB/T2148-91）技術(shù)要求：材料：45 鋼；熱處理：HRC35-40；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 級公差。6圖 3-3 帶肩六角螺紋2)鉸鏈壓板（GB/T2188-91）技術(shù)要求：材料：45 鋼 ; 熱處理：淬火、回火 HRC35-40。圖 3-4 鉸鏈壓板3)擺動 V 形塊（GB2208-80）技術(shù)要求：材料：20 鋼;熱處理：淬火 HRC60-64, 滲碳深 0.8~1.2mm;銳邊倒鈍。7圖 3-5 擺動 V 形塊3.3 夾具與機床的連接方式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(zhuǎn)精度有決定性的影響。因此，要求夾具的回轉(zhuǎn)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/h6 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(jié)構(gòu)。如圖 3-6 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。 主 軸 過 度 盤 專 用 夾 具壓 快 M圖 3-6 過 渡 盤3.4 夾具的平衡由于加工時夾具隨同主軸旋轉(zhuǎn)，如果夾具的重心不在主軸旋轉(zhuǎn)軸線上就會產(chǎn)生離心力，這樣不僅加劇機床主軸和軸承的磨損，而且會產(chǎn)生振動，影響加工質(zhì)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(shè)置平衡塊。平衡塊重心的位置應(yīng)可以調(diào)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(diào)整其位置。8圖 3-7 平 衡 塊3.5 對夾具總體結(jié)構(gòu)的要求⑴結(jié)構(gòu)要緊湊，懸伸量要短，使重心盡可能靠近主軸。車床夾具的懸伸長度過大，會加劇主軸軸承的磨損，同時引起振動，影響加工質(zhì)量。因此，夾具的懸伸長度 L 與輪廓直徑 D 之比應(yīng)控制如下：a. 直徑小于 150mm 的夾具，L/D≤2.5；b. 直徑在 150~300mm 之間的夾具，L/D≤0.9；c. 直徑大于 300mm 的夾具，L/D≤0.6。⑵車床夾具的夾具體應(yīng)制成圓形，夾具上（包括工件在內(nèi)）的各元件不應(yīng)伸出夾具體的輪廓之外，當(dāng)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(yīng)加設(shè)防護罩。⑶夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于工件在夾具上安裝和測量，切屑能順利排出或清理。3.6 繪制夾具草圖，并標(biāo)注尺寸、公差及技術(shù)要求圖 3-8 角鐵式車床夾具圖 3-8 為加工圖 2-1 開合螺母 φ40 0+0.027mm 孔的專用夾具。由角鐵式的專用夾具和過渡盤兩部分組成，專用夾具以夾具體 5 上定位止口和過渡盤 4 的凸緣相配合并加以緊固，形成一個夾具整體。在裝配時應(yīng)使夾具體止口的軸線（代表專用夾具的回轉(zhuǎn)軸線）和過渡盤的定位圓孔同軸。為保持夾具回轉(zhuǎn)運動時平衡，在角鐵的另一端設(shè)置了平衡塊。3.7 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 45±0.05mm 的精度問題作一分析。1）定位誤差△ D9一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(jù)的位置不完全一致，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(guān)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(chǎn)生基準不重合誤差△ B。基準不重合誤差△ 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 δ S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(chǎn)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 δ i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定位誤差的原因，因此，定位誤差應(yīng)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。由于 C 面既是工序基準，又是定位基準，基準不重合誤差△ B為零。工件在夾具上定位時，定位基準與限位基準（支承板 8、10 平面）是重合的，基準位移誤差△ Y也為零。因此，尺寸 45±0.05mm 的定位誤差△ D等于零。2）夾具誤差△ J因夾具上定位元件、對刀或?qū)蛟?、分度裝置及安裝基準之間的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差△ J。夾具誤差△ J主要包含定位元件相對于安裝基準的尺寸或位置誤差△ J1；定位元件相對于對刀或?qū)蛟ò▽?dǎo)向元件之間）的尺寸或位置誤差△ J2；導(dǎo)向元件相對于安裝基準的尺寸或位置誤差△ J3。以上幾項共同組成夾具誤差△ J。圖 3-8 中，夾具誤差△ J為限位基面（支承板 8、10 的平面）與止口軸線間的距離誤差，即夾具總圖上尺寸 45±0.05mm 的公差 0.04mm，以及限位基面相對于安裝基面 D、C 的平行度和垂直度誤差 0.01mm（兩者公差兼容） 。3）夾具的安裝誤差△ A因夾具在機床上的安裝不精確而造成的加工誤差，稱為夾具的安裝誤差△ A。產(chǎn)生夾具的安裝誤差的因素有：⑴夾具定位元件對夾具體安裝基面的相互位置誤差。⑵夾具安裝基面本身的制造誤差及其與機床卡面間的間隙所產(chǎn)生的連接誤差?！?A = X1max + X2max式中 X1max——過渡盤與主軸間的最大配合間隙；X2max——過渡盤與夾具體間的最大配合間隙。設(shè)過渡盤與車床主軸間的配合尺寸為 φ92H7/js6，查表：φ92H7 為 φ92 0+0.035mm，φ92js6為 φ92±0.011mm，因此X1max = （0.035+0.011）mm = 0.046mm過渡盤與夾具體間的配合尺寸為 φ160H7/js6，查表：φ160H7 為 φ160 0+0.040mm，φ160js6為 φ160±0.0125mm，因此X2max = （0.040+0.0125）mm = 0.0525mm故△ A =（0.046 2 + 0.05252） 0.5 =0.0698mm4）加工方法誤差△ G因機床精度、刀具精度、刀具與機床的位置精度、工藝系統(tǒng)的受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，統(tǒng)稱為加工方法誤差△ G。車床夾具的加工方法誤差，如車床主軸上安裝夾具基準（圓柱面軸線、圓錐面軸線或圓錐孔軸線）與主軸回轉(zhuǎn)軸線間的誤差、主軸的徑向跳動、車床溜板進給方向與主軸軸線的平行度或垂直度等。它的大小取決于機床的制造精度、夾具的懸伸長度和離心力的大小等因素。一般取△ G =δ K/3=0.1/3=0.033mm5）總加工誤差∑△10工件在夾具中加工時，總加工誤差∑△為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立隨機變量，應(yīng)用概率法疊加。因此保證工件加工精度的條件是∑△=（△ D+△ J +△ A +△ G） 0.5≤δ K既工件的總加工誤差∑△應(yīng)不大于工件的加工尺寸公差 δ K。為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因磨損而過早損廢，在分析計算工件加工精度時，需留出一定的精度儲備量 JC。因此將上式改寫為JC=δ K-∑△≥0當(dāng) JC≥0 時，夾具能滿足工件的加工要求。J C值的大小還表示了夾具使用壽命的長短和夾具總圖上各項公差值 δ J確定得是否合理。圖 1-2 夾具的總加工誤差為∑△=（△ 2D+△ 2J +△ 2A +△ 2G） 0.5=（0+0.04 2+0.012+0.0462+0.05252+0.0332） 0.5=0.088mm精度儲備 J C=（0.1-0.088）mm=0.012mm4 標(biāo)準件庫的建立4.1 參數(shù)化方法的種類目前采用 SolidWorks 平臺實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計的方法有兩大類。1 )基 SolidWorks 軟件進行二 次開發(fā)的方法,可用宏技術(shù),通過內(nèi)部編程操作 SolidWorks 對象,后用 VC /VB 等語言編程實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計; 也可用尺寸驅(qū)動技術(shù),采用外部編程操作 SolidWorks 對象,實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計。2 )靈活應(yīng)用 SolidWorks 軟件本身的強大功能, 實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計。這兩種參數(shù)化設(shè)計方法各有千秋。( 1 ) 軟件二次開發(fā)的方法對零件特征提取的要求較低, 使用方便、效率高, 對操作者水平要求不高;但是軟件開發(fā)工作量大,軟件修改維護不便。( 2 ) 采用 SolidWorks 軟件本身的功能實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計時, 對操作者的水平要求較高, 對零件特征提取要求高; 使用比較方便, 不需軟件開發(fā), 非常便于修改、維護和擴展。由于組合夾具元件的特征參數(shù)和參數(shù)系列比較明確, 經(jīng)常要按應(yīng)用情況進行局部修改, 所以采用 SolidWorks 軟件的方程式、系列零件表、配置技術(shù)實現(xiàn)機械產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計。4.2 基于方程式的參數(shù)化方案由于 SolidWorks 三維造型設(shè)計中沒有程序段的編輯與插入功能, 故在機械產(chǎn)品設(shè)計中, 對于標(biāo)準件和使用頻率較高、形狀相似、尺寸不同的系列零部件的制作, 往往因改許多尺寸導(dǎo)致麻煩。采 用 SolidWorks 內(nèi)設(shè)的方程式功能模塊可以初步解決這個問題。具體方法 可 按 如 下 步 驟 進 行 。 1 ) 單 擊 工 具 欄 上 的 “∑”或 工具、方程式。2 ) 單擊窗口右上角的添加。3 ) 在模型設(shè)計樹中, 雙擊包含第一個用于方程式中的尺寸特征 。4 ) 尺寸上單擊, 將其名稱粘貼到方 程 式 中 ( 尺 寸 名稱表示成尺寸名稱 M 特征或草圖名稱的格式) 。5 ) 鍵入或單擊計算按鈕的方法完成方程式, 或單擊其他的尺寸將其名稱粘貼進來。方程式會由左到右( 位于等號左側(cè)的尺寸會被右側(cè)的值所驅(qū)動) , 而且以其方程式清單中的順序一一解出。6 ) 單擊確定。該方程式會在方程式對話框中列出, 解出的數(shù)值在估計單元格出現(xiàn)。7 ) 單擊確定, 然后單擊編輯、重建模型更新模型( 所有的方程式會在整個幾何重建之前先全部求解出來) 。8 )方程式文件夾出現(xiàn) 在 Feature Manager 設(shè)計樹中 ,在該文件夾上單擊右鍵, 可以刪除或編輯已有的方程式或添加新的方程式到文件中。4.3 基于配置的參數(shù)化方案配置是 SolidWorks 軟件的重要功能, 實現(xiàn)配置的方法可有: 1) 通過壓縮或隱藏特征來設(shè)計結(jié)構(gòu)相近或相似的系列零件和裝配體方案, 并對它們分別命名, 快速實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)。2) 通過系列零件設(shè)計表來控制系列零件的尺寸值, 從而生成不同的配置, 實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計。4.3.1 基于特征的參數(shù)化方案圖 4-1 列出結(jié)構(gòu)相似的系列零件。采用 SolidWorks 配置功能, 可以通過壓縮或隱藏特征來控制零件孔的有無及高度的變化。設(shè)計時, 只需對圖 4-1(a)零件一次造型, 通過靈活使用配置功能, 不需再次造型就可實現(xiàn)圖 4-1(b)、圖 4-1(c)零件的設(shè)計, 從而實現(xiàn)圖 4-l 零件組的參數(shù)化設(shè)計。11a） b)C)圖 4-1 零件組的參數(shù)化設(shè)計4.3.2 基于系列零件表的參數(shù)化方案采用 SolidWorks 三維參數(shù)化設(shè)計時, 往往需要用到參數(shù)表, 是因它能取得很好效果。具體步驟如下: 1 )將要表達的模型參數(shù)做成 Microsoft Execel 文件并存盤。2 ) 單擊插入、對象。會出現(xiàn)對話框, 您可插入現(xiàn)有的對象或動態(tài)地生成并插入新對象。所出現(xiàn)的對話框根據(jù)您所使用的應(yīng)用程序而定。3 ) 這里單擊由文件創(chuàng)建 , 并單擊瀏覽。會出現(xiàn)瀏覽文件窗口。4 ) 選擇要插入的文件單擊打開, 便返回到上一窗口。5 ) 單擊確定。這時會在總裝圖的左上角出現(xiàn)一個用黑色線條繪制的表。將鼠標(biāo)移到該表上并按住左鍵就可把該表移到你認為適合的任何位置; 將鼠標(biāo)移到表的四角中的任一角便會出現(xiàn)一個雙向箭頭, 用左鍵按住此箭頭移動, 就可把表調(diào)整至任意大小。在使用該表時, 你只要放大該表或者用鼠標(biāo)左鍵雙擊該表, 就可看到或編輯參數(shù)表。4.4 自制夾具標(biāo)準件庫通過以上方法自制了一個夾具標(biāo)準件庫，其中包括襯套導(dǎo)套鏜套、過渡盤、鍵銷、螺釘螺柱、壓板壓塊。襯套導(dǎo)套鏜套包括：定位襯套 A、固定鉆套 A、可換鉆套、鏜套用襯套、壓入式螺紋襯套。過渡盤包括：C 型三爪卡盤用過渡盤、C 型四爪卡盤過渡盤、D 型三爪卡盤過渡盤、D 型四爪卡盤過渡盤。鍵銷包括:齒條式定位器銷套、定位插銷 A-1、固定式定位銷 A-1、可換定位銷 A-1、偏心定位銷、手柄式定位器定位銷-A。螺釘螺柱包括：固定手柄壓緊螺釘 A 型、螺釘、球面帶肩螺母 A、塑料夾具用六角螺釘、鎖緊螺釘、壓緊螺釘。壓板壓塊包括：U 型壓板 A 型、鉤形壓板（A） 、偏心輪用寬頭壓板、彎頭壓板 A 型。圖 4-2 夾具標(biāo)準件庫4.5 總結(jié)相對于二維軟件來說, 采用三維軟件進行機械產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計有許多優(yōu)點, 其中之一就是它能很好地體現(xiàn)出設(shè)計者的設(shè)計意圖, 擺脫了二維軟件純粹繪圖的作用, 是目前機械設(shè)計的發(fā)展方向。利用 SolidWorks 的參數(shù)化功能可以實現(xiàn)相似機械產(chǎn)品的快速設(shè)計, 大大減輕了設(shè)計人員的工作量。12致 謝畢業(yè)設(shè)計是我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)階段的最后一個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)我們綜合運用四年所學(xué)的理論專業(yè)知識，獨立解決本專業(yè)一般工程技術(shù)問題的能力，培養(yǎng)我們獨立創(chuàng)新設(shè)計的能力，樹立正確的設(shè)計思想和優(yōu)秀的工作作風(fēng)。畢業(yè)設(shè)計是把實際生產(chǎn)中的問題變?yōu)榱W(xué)、數(shù)學(xué)模型，然后加以求解，再設(shè)計出圖紙和技術(shù)文件及其運算過程。畢業(yè)設(shè)計不僅涉及到數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料、公差、機械制造等方面的知識，而且涉及到計算、繪圖、文字分析表達等方面的綜合實際能力。畢業(yè)設(shè)計有助于培養(yǎng)我們的工程技術(shù)能力，主要包括分析能力和設(shè)計能力，分析能力主要對課題、工藝技術(shù)等方面的分析，是自己能夠較熟練掌握四年來的專業(yè)知識，并得到一定的整體鍛煉的機會，并加以鞏固。畢業(yè)設(shè)計的目的主要是培養(yǎng)能力，它包括計算能力，繪圖能力和編寫設(shè)計說明書的能力，文獻檢索能力等方面。畢業(yè)設(shè)計任務(wù)大，對圖紙質(zhì)量要求高，視圖選擇、線型、公差和技術(shù)要求等均符合國家標(biāo)準。畢業(yè)設(shè)計對我們的要求較高，我們在設(shè)計過程中必須勤翻、參考各種資料書，認真、務(wù)實地把設(shè)計說明書、畢業(yè)設(shè)計所需圖紙、資料作好，作全。在此次畢業(yè)設(shè)計過程中，感謝我們的指導(dǎo)老師丁羽悉心的教導(dǎo)，是丁老師們精心地指導(dǎo)，我才能不斷鞏固和深化自己所學(xué)的基礎(chǔ)專業(yè)知識，使我能圓滿地完成畢業(yè)設(shè)計。也在此感謝幫助我的同學(xué)，使我遇到問題時能及時解決。13由于本人知識面較窄，又缺乏實踐經(jīng)驗，加上時間倉促，設(shè)計中難免出現(xiàn)錯誤或不足之處，還望各位老師批評指正，我將不勝感激。參考文獻[1]吳拓.《現(xiàn)代機床夾具設(shè)計》.第二版.化學(xué)工業(yè)出版社,2011.[2]吳拓.《機床夾具設(shè)計》.第一版.機械工業(yè)出版社,2007.[3]大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.《機械制圖》.第六版.高等教育出版社,2007.[4]鄒青.《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》.第一版.機械工業(yè)出版社,1991.[5]胡仁喜,康士廷,路純紅等.《SolidWorks 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