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長(zhǎng)江大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
題 目 名 稱(chēng) 500mm浮頭式換熱器浮動(dòng)管板工藝夾具設(shè)計(jì)
院 （系） 機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 裝備10901班
學(xué) 生 姓 名 陳 翔
指 導(dǎo) 教 師 眭 滿(mǎn) 倉(cāng)
輔 導(dǎo) 教 師 眭 滿(mǎn) 倉(cāng)
開(kāi)題報(bào)告日期 2013年4月19日
500mm浮頭式換熱器浮動(dòng)管板工藝夾具設(shè)計(jì)
學(xué) 生： 陳翔 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
指導(dǎo)老師：眭滿(mǎn)倉(cāng) 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
1 題目來(lái)源
生產(chǎn)實(shí)踐。
2 研究目的和意義
夾具設(shè)計(jì)是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)中的重要活動(dòng) ,計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)以及裝夾自動(dòng)規(guī)劃已成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design ,CAD）/計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing,CAM） 集成的重要組成部分 ,在柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中起十分關(guān)鍵的作用。近年來(lái) ,國(guó)內(nèi)外在夾具自動(dòng)設(shè)計(jì)以及柔性?shī)A具設(shè)計(jì)領(lǐng)域進(jìn)行了不少研究 ,取得了一些富有成效的成果 ,如文獻(xiàn)[1]提出了一個(gè)適用于棱柱形零件定位方法的枚舉算法;文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]提出了定位方案的幾何分析和精度夾緊可及性分析方法;文獻(xiàn)[4]根據(jù)工件的幾何與拓?fù)湫螤罱⒘舜_定工件定位面和定位點(diǎn)的規(guī)則;文獻(xiàn)[5]提出了一系列對(duì)夾具設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)規(guī)則 ,研制了夾具構(gòu)型設(shè)計(jì)的專(zhuān)用軟件;文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[7]提出了利用連桿曲線(xiàn)求交原理和擴(kuò)展的 3 - 2 - 1 規(guī)則 ,確定工件全部定位方案的方法;此外 ,人工智能[8 - 9]和專(zhuān)家系統(tǒng)也廣泛應(yīng)用到組合夾具的設(shè)計(jì)中，然而 ,目前的研究大部分集中在定位方案的規(guī)劃與設(shè)計(jì)方法上 ,對(duì)組合夾具夾緊方案自動(dòng)規(guī)劃方法的研究則涉及較少。
成組夾具技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）和柔性制造系統(tǒng)等方面的技術(shù)基礎(chǔ).為進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展 ,許多學(xué)者和專(zhuān)家正在積極從事成組夾具技術(shù)基本理論及其應(yīng)用方面的研究工作.零件分類(lèi)編碼系統(tǒng)、零件分類(lèi)成組方法和計(jì)算機(jī)輔助編碼、分類(lèi)、工藝設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理軟件等系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā) ,將是今后成組夾具技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)課題.成組夾具技術(shù)作為一門(mén)綜合性的生產(chǎn)技術(shù)科學(xué) ,已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)和集成制造系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ).可以相信 ,隨著它的應(yīng)用推廣和科研工作的持續(xù)開(kāi)展 ,成組夾具技術(shù)必將對(duì)我國(guó)制造業(yè)水平的提高發(fā)揮重要的作用.
3 閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱(chēng)
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4 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向
夾具是工藝裝備的主要組合部分 ,在機(jī)械制造中占有重要地位。夾具對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量 ,提高生產(chǎn)率 ,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 ,擴(kuò)大機(jī)床使用范圍 ,縮短產(chǎn)品試制周期等都具有重要意義。
目前 ,單件、小批量生產(chǎn)正逐漸成為現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)新的生產(chǎn)模式。在這種模式中 ,要求加工機(jī)床和夾具裝備具有更好的柔性 ,以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間、降低生產(chǎn)成本 ,所以 ,按單一品種設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具的方法已不能滿(mǎn)足生產(chǎn)發(fā)展的要求 ,而組合夾具正是適應(yīng)這一生產(chǎn)模式的柔性工裝設(shè)備。它對(duì)縮短工藝裝備的設(shè)計(jì)、制造周期 ,以及產(chǎn)品換型后對(duì)原有工裝夾具延續(xù)使用起到至關(guān)重要的作用。國(guó)外為了適應(yīng)這種生產(chǎn)模式 ,也把柔性制造系統(tǒng)作為開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的有效手段 ,并將其
作為機(jī)械制造業(yè)的主要發(fā)展。
孔系組合夾具與槽系組合夾具相比，具有夾具元件定位精度.整體組裝剛性好.組裝時(shí)間短以及夾具元件加工工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。是目前CNC系統(tǒng)中最具發(fā)展前途的組合夾具，夾具設(shè)計(jì)包括定位方案設(shè)計(jì)夾緊.近年來(lái) 組合夾具的研究得到了廣泛關(guān)注，許多學(xué)者采用不同的方法提方案設(shè)計(jì)，定位質(zhì)量評(píng)價(jià)等許多環(huán)節(jié)出了多種組合夾具的定位方案并對(duì)定位方案的定位質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行相關(guān)的研究[10]融亦鳴等； 提出的夾具設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)規(guī)則，可以對(duì)定位精度，夾緊穩(wěn)定性和干涉檢查等進(jìn)行分析[11]熊蔡華等；利用形封閉理論對(duì)夾具的質(zhì)量進(jìn)行分析[12]苗恩銘等；認(rèn)為溫度對(duì)夾具設(shè)計(jì)有影響，主張夾具設(shè)計(jì)的基本原則應(yīng)根據(jù)具體情況給予一定[13]陳薇等；對(duì)夾具規(guī)劃設(shè)計(jì)中的映射進(jìn)行研究，給出了制造特征與夾具特征間特征映射的具體實(shí)現(xiàn)方的調(diào)整法[14]康秀梅等；提出夾具三維定位誤差的計(jì)算機(jī)輔助分析方法，運(yùn)用矩陣計(jì)算工件的定位誤差，建立了加工精度的數(shù)學(xué)模型[15]融亦鳴等；對(duì)自動(dòng)夾具設(shè)計(jì)的裝夾表面影響性進(jìn)行分析，建立了裝夾表面影響性模型。
國(guó)外的研究現(xiàn)狀
夾具的設(shè)計(jì)包括三個(gè)步驟:設(shè)備規(guī)劃、夾具規(guī)劃和夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前 ,Joneja 以及 Ferreira 等人在進(jìn)行 CAPP方面的研究中對(duì)設(shè)備規(guī)劃有詳細(xì)論述。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì) CAFD 就夾具方面也作了一些工作:ChouYC,ChandruV 等人提出的自動(dòng)夾具定位和夾緊的一種方法;DeMeterEC 提出的利用機(jī)械杠桿原理進(jìn)行定位和夾緊位置選擇的一種算法;MarkusA 等人提出的針對(duì)棱柱形工件進(jìn)行組合夾具設(shè)計(jì)的基于規(guī)則的系統(tǒng)。目前 ,關(guān)于工件夾具的自動(dòng)化配置方面的工作 ,自動(dòng)夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) AFCD 中很少提及。TrappeyAJC 等人提出了一個(gè)二維組合夾具元件的配置算法。幾乎所有的AFCD 研究者都承認(rèn) ,在一個(gè)成功的AFCD系統(tǒng)中 ,工件的幾何形狀是一個(gè)關(guān)鍵因素NnajiB,AlladinS 等人也對(duì)具有復(fù)雜幾何形狀的工件進(jìn)行嘗試研究。然而其結(jié)果也僅僅適用于特定的幾何體 ,比如多邊形棱柱
國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀
我國(guó)于 80 年代末開(kāi)始對(duì)組合夾具元件的設(shè)計(jì)與管理進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā) ,在總結(jié)和吸取我國(guó)應(yīng)用和發(fā)展槽系夾具經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 ,根據(jù)現(xiàn)代機(jī)械加工特征及夾具的發(fā)展趨勢(shì) ,研制了新一代孔系組合夾具系統(tǒng)。此系統(tǒng)發(fā)揮了槽系平移可調(diào)性和孔的旋轉(zhuǎn)可調(diào)性的優(yōu)勢(shì) ,可直接組裝獲得任何直線(xiàn)尺寸和角度尺寸。此系統(tǒng)把大中小三個(gè)系列的元件有機(jī)融為一體 ,可在一塊多夾具基礎(chǔ)板上 ,既能組裝單個(gè)大工件夾具 ,又能組裝多個(gè)中小零件夾具 ,有利于裝夾具基礎(chǔ)板長(zhǎng)期固定在機(jī)床工作臺(tái)上 ,此系統(tǒng)還設(shè)有孔系和槽系過(guò)渡元件 ,便于實(shí)現(xiàn)孔、槽系夾具元件混合使用。
吳玉光博士在這個(gè)領(lǐng)域取得了較大的突破提出孔系基礎(chǔ)板組合夾具設(shè)計(jì)[17]的系統(tǒng)方法。該方法利用連桿機(jī)構(gòu)原理自動(dòng)確定由直線(xiàn)和圓弧組成定位邊界的零件的全部候選定位方案。并提出定位銷(xiāo)可見(jiàn)錐概念和定位銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)的概念 ,進(jìn)行定位方案的裝卸方便性分析。進(jìn)一步提出瞬心三角形和同向邊的概念對(duì)工件進(jìn)行可夾緊性分析 ,確定工件邊界的可夾緊范圍。其理論水平在國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)開(kāi)拓了新的局面。
5 主要研究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路。
1.專(zhuān)用夾具有以下幾方面組成：
1）定位裝置。這種裝置包括定位元件及其組合，其作用是確定工件在夾具中的位置，即通過(guò)它使工件加工時(shí)相對(duì)于刀具及切削成形運(yùn)動(dòng)處于正確的位置，如支承釘、支承板、V形塊、定位銷(xiāo)等。
2）夾緊裝置。它的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在定位時(shí)所占據(jù)的位置在加工過(guò)程中不因受重力、慣性力以及切削力等外來(lái)作用而產(chǎn)生位移，同時(shí)防止或減小振動(dòng)。它通常是一種機(jī)構(gòu)，包括夾緊元件（如夾爪、壓板等），增力及傳動(dòng)裝置（如杠桿、螺紋傳動(dòng)副、斜、凸輪等）以及動(dòng)力裝置（如氣缸、油缸）等。
3）對(duì)刀－引導(dǎo)裝置。它的作用是確定夾緊相對(duì)于刀具的位置，或引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工，如刀塊、鉆套、鏜套等。
4）其它元件及裝置。如定向件、操作件以及根據(jù)夾具特殊功用需要設(shè)置的一些裝置，如分度裝置、工件頂出裝置、上下料裝置等。
5）夾具體。用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個(gè)整體的基礎(chǔ)件，并與機(jī)床有關(guān)部位連接，以確定夾具對(duì)于機(jī)床的位置。
2.設(shè)計(jì)的基本要求：
1）保證工件的加工精度
2）夾具總體方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)
3）操作方便，工作安全，能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度
4）便于排削
5）有良好的結(jié)構(gòu)工藝性
3.設(shè)計(jì)的一般步驟：
1）研究原始資料。認(rèn)真研究任務(wù)書(shū)中提出的設(shè)計(jì)要求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)并收集下列資料：
（1）零件工作圖、毛坯圖和工藝規(guī)程等技術(shù)文件。了解該工序的加工技術(shù)要求，定位和夾緊方案，毛坯情況。加工中使用的機(jī)床、刀具、檢驗(yàn)量具、加工余量和切削用量等。
（2）了解生產(chǎn)批量和對(duì)夾具的需用情況，以確定所采用夾具結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。
（3）了解機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)、規(guī)格、安裝夾具的有關(guān)連接部分的尺寸等。
（4）了解刀具的主要結(jié)構(gòu)尺寸、制造精度、主要技術(shù)條件等。
（5）收集有關(guān)夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)標(biāo)、部標(biāo)、企標(biāo)、廠(chǎng)標(biāo)），典型夾具結(jié)構(gòu)、夾具設(shè)計(jì)資料等。
（6）了解制造、使用夾具的情況。
2）確定夾具的結(jié)構(gòu)方案
（1）確定工件的定位方案。工件在夾具中的定位應(yīng)符合定位原理，合理設(shè)置定位元件，進(jìn)行定位誤差的分析計(jì)算，定位誤差應(yīng)小于工序公差的三分之一。
（2）確定刀具的對(duì)刀或引導(dǎo)方式。根據(jù)加工表面的具體情況，合理地選擇與確定刀具的對(duì)刀或引導(dǎo)。
（3）確定工件的夾緊方案。夾緊力的作用點(diǎn)和方向應(yīng)符合夾緊原則。進(jìn)行夾緊力的分析和計(jì)算，以確定夾緊元件及傳動(dòng)裝置的主要尺寸。
（4）確定夾具其它組成部分的結(jié)構(gòu)形式。
（5）確定夾具體的形式和夾具的總體結(jié)構(gòu)。
3）繪制夾具總裝配圖
夾具總圖應(yīng)按國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制。圖形大小盡量采用1：1比例，以具有良好的直觀性。工件過(guò)大時(shí)可用1：2或1：5的比例；過(guò)小時(shí)可用2：1的比例。主視圖應(yīng)選取面對(duì)操作者的工作位置。
繪制總裝配圖的順序是：先用紅色細(xì)實(shí)線(xiàn)或黑色雙點(diǎn)劃線(xiàn)，畫(huà)出工件的輪廓和主要表面。主要表面是指：定位基準(zhǔn)面、夾緊表面和被加工表面。被加工表面上的加工余量，可用網(wǎng)紋線(xiàn)或粗實(shí)線(xiàn)表示?？傃b配圖上所繪制的工件視為假想的透明體，因此它不影響夾具元件的繪制。然后按定位元件、對(duì)刀－引導(dǎo)元件、夾緊機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置等順序，劃出各自的具體結(jié)構(gòu)，最后畫(huà)夾具體?？傃b配圖上的視圖配置和選擇，應(yīng)能完整地表達(dá)出整個(gè)夾具的各部分結(jié)構(gòu)。在夾具體的明顯處一個(gè)標(biāo)記，以表示在該處刻寫(xiě)夾具編號(hào)。
4）標(biāo)注夾具總裝配圖上各部分尺寸和技術(shù)條件
5）標(biāo)注零件編號(hào)及編制零件明細(xì)表
在標(biāo)注零件編號(hào)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)件可直接標(biāo)出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)號(hào)。明細(xì)表要注明夾具名稱(chēng)、編號(hào)、序號(hào)、零件名稱(chēng)和材料、數(shù)量等。
6）繪制夾具零件圖
拆繪夾具零件圖的順序和繪制夾具總裝配圖的順序相同。主要繪制夾具上專(zhuān)用零件的工作圖。
6完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所必須具備的工作條件及解決的方法
設(shè)計(jì)中需要參考大量的參考書(shū)，其中主要用到的書(shū)目如下：
《機(jī)械制造工藝學(xué)》 陳明主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2005年8月
《機(jī)械零件性手冊(cè)》 蔡蘭主編 機(jī)械工業(yè)出版社 1994年4月
《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》洛陽(yáng)工學(xué)院主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1990年2月
《檢驗(yàn)夾具設(shè)計(jì)》 謝誠(chéng)主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2000年12月
《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)》陳宏鈞 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 1996年12月
同時(shí)要保證足夠的上機(jī)時(shí)間,要求上機(jī)時(shí)數(shù)不少于200小時(shí)
解決的方法：以上參考書(shū)在圖書(shū)館都能借到，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中認(rèn)真學(xué)習(xí)，加強(qiáng)實(shí)踐，勤于思考,有疑難問(wèn)題及時(shí)向指導(dǎo)老師詢(xún)問(wèn).
7工作的主要階段，進(jìn)度與時(shí)間安排
時(shí)間
工作內(nèi)容
工作安排
第五周
查閱資料,撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告
閱讀參考文獻(xiàn)不少于5篇,開(kāi)題報(bào)告不少于3000字
第六周
外文翻譯
翻譯與管板換熱器有關(guān)的外文文獻(xiàn),不 少于3000字
第七周
設(shè)計(jì)論文準(zhǔn)備
零部件的理論設(shè)計(jì)計(jì)算
第八周
設(shè)計(jì)論文準(zhǔn)備
零部件的校核,并進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第九周
畫(huà)圖
二維圖、主要零部件圖
第十周
設(shè)計(jì)論文
換熱器管板加工工藝
第十一周
設(shè)計(jì)論文
夾具設(shè)計(jì)工藝
第十二周
撰寫(xiě)論文
將前面做的進(jìn)行整理成完整的論文
第十三周
修改論文
仔細(xì)查閱整個(gè)論文,按要求規(guī)范,修改整個(gè)論文
第十四周
論文答辯
溫習(xí)設(shè)計(jì)內(nèi)容,強(qiáng)化設(shè)計(jì)知識(shí),積極準(zhǔn)備答辯
8指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)
指導(dǎo)老師：
2013年4月19日
長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院