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(jī)械電氣化工程學(xué)院 班級 機(jī)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(jī)輔助設(shè)計的方法，對車床夾具進(jìn)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(rèn)識和應(yīng)用。合理選擇標(biāo)準(zhǔn)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(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問題，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計能力。擬定工作進(jìn)度（以周為單位）第 1-2 周 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫開題報告。第 3-4 周 走訪周邊專家、進(jìn)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(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理。第 11-12 周 對實體圖進(jìn)行仿真。第 13-14 周 完成設(shè)計說明書。參考文獻(xiàn)[1]吳拓.《現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計》.第二版.化學(xué)工業(yè)出版社,2011.[2]吳拓.《機(jī)床夾具設(shè)計》.第一版.機(jī)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(jī)械制圖》.第六版.高等教育出版社,2007.[4]鄒青.《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》.第一版.機(jī)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(zhǔn)實例教程》.第三版.機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.[6]吳宗澤,羅圣國.《機(jī)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(jī)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(jī)械工業(yè)出版社,2009.[10]董玉紅,張立勛.《機(jī)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(jī)械加工工藝基礎(chǔ)》.第一版.高等教育出版社,2009.[12]韓進(jìn)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(jī)械工業(yè)出版社,2009.任務(wù)下達(dá)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(jī)械制造廠里使用的一種工藝裝備，分為機(jī)床夾具、焊接夾具、裝配夾具及檢驗夾具等。各種金屬切削機(jī)床上用于裝夾工件的工藝裝備，稱機(jī)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(jìn)行機(jī)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(jī)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(jìn)行機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)，進(jìn)一步提高勞動生產(chǎn)率。（3）能擴(kuò)大機(jī)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(zhǔn)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(zhǔn)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(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，實現(xiàn)快速生產(chǎn)準(zhǔn)備的計算機(jī)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(jī)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(jī)，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(jī)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(zhǔn)化、系列化。1.3 Solidworks2010 版介紹Solidworks 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。Solidworks 功能強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)。SolidWorks 2010 還提供了大大加強(qiáng)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(jìn)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(jìn)行合并、多尺寸標(biāo)注自動實現(xiàn)等間距布局、零件明細(xì)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(xì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)一步增強(qiáng)，該功能可在保持圖形完整細(xì)節(jié)與關(guān)聯(lián)性的同時降低計算機(jī)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(jìn)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(qiáng)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(zhǔn)”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(dá)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(jī)械制造過程中把設(shè)計藍(lán)圖比喻成工程師的語言，對于機(jī)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(jī)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(qiáng)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(dá)到更快地設(shè)計機(jī)械產(chǎn)品。本課題在探討機(jī)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(jī)圖形學(xué)采用計算機(jī)輔助設(shè)計專用夾具以及如何對專用夾具進(jìn)行可視化設(shè)計，形成專用夾具計算機(jī)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(jìn)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(jìn)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(zhǔn)和夾緊表面及所用的機(jī)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(zhǔn) 夾緊表面 所需機(jī)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(zhǔn)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(zhǔn)為燕尾底面 C，根據(jù)基準(zhǔn)重合原理，應(yīng)以燕尾底面 C 為定位基準(zhǔn)，則限位基準(zhǔn)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(zhǔn)重合原理，應(yīng)以φ12 0+0.019mm 孔軸心線為定位基準(zhǔn)，則限位基準(zhǔn)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(zhǔn) 定位基準(zhǔn) 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(zhǔn)，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(zhǔn)是平面，要求被加工表面的軸線對定位基準(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)行選擇：a.主要夾緊力應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn)，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(jī)構(gòu)產(chǎn)生的夾緊力。此外，工件定位基準(zhǔn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)各元件均已標(biāo)準(zhǔn)化，可參閱《機(jī)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(xì)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(jī)床的連接方式及安裝基面車床夾具與機(jī)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(jī)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(hù)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(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，由此產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差△ B?；鶞?zhǔn)不重合誤差△ B是一批工件逐個在夾具上定位時，定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)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(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合，由此產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差△ Y?；鶞?zhǔn)位移誤差△ Y是一批工件逐個在夾具上定位時，定位基準(zhǔn)相對于限位基準(zhǔn)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(jìn)行計算。由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合以及定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合是造成定位誤差的原因，因此，定位誤差應(yīng)是基準(zhǔn)不重合誤差△ B與基準(zhǔn)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(zhǔn)，又是定位基準(zhǔn)，基準(zhǔn)不重合誤差△ B為零。工件在夾具上定位時，定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)（支承板 8、10 平面）是重合的，基準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(jī)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(jī)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(jī)床精度、刀具精度、刀具與機(jī)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(zhǔn)（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(jìn)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(jī)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(jī)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(zhǔn)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(jìn)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(qiáng)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(hù)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(hù)和擴(kuò)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(jìn)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(jī)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(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中, 對于標(biāo)準(zhǔn)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(jìn) 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(jìn)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(dá)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(rèn)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(zhǔn)件庫通過以上方法自制了一個夾具標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)件庫4.5 總結(jié)相對于二維軟件來說, 采用三維軟件進(jìn)行機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械制造等方面的知識，而且涉及到計算、繪圖、文字分析表達(dá)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(jī)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(xiàn)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(zhǔn)。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(rèn)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(xiàn)[1]吳拓.《現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計》.第二版.化學(xué)工業(yè)出版社,2011.[2]吳拓.《機(jī)床夾具設(shè)計》.第一版.機(jī)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(jī)械制圖》.第六版.高等教育出版社,2007.[4]鄒青.《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》.第一版.機(jī)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(zhǔn)實例教程》.第三版.機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.[6]吳宗澤,羅圣國.《機(jī)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(jī)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(jī)械工業(yè)出版社,2009.[10]董玉紅,張立勛.《機(jī)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(jī)械加工工藝基礎(chǔ)》.第一版.高等教育出版社,2009.[12]韓進(jìn)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(jī)械工業(yè)出版社,2009.14 12 屆畢業(yè)設(shè)計基于 SolidWorks 車床夾具虛擬設(shè)計設(shè)計說明書學(xué)生姓名 張戰(zhàn)軍 學(xué) 號 8011208103 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級 12-1 指導(dǎo)教師 丁羽 日 期 2012.6 塔里木大學(xué)教務(wù)處制