1、毕 业 设 计 说 明 书 第 1 页 1绪论1.1 课题研究的目的和意义1.1.1 目的机 床 夹 具 是 机 床 上 用 以 装 夹 工 件 （ 和 引 导 刀 具 ） 的 一 种 装 置 。 其 作 用 是 将 工 件定 位 ， 以 使 工 件 获 得 相 对 于 机 床 和 刀 具 的 正 确 位 置 ， 并 把 工 件 可 靠 地 夹 紧 。 机 床 夹具 的 设 计 包 括 生 产 任 务 及 工 作 过 程 分 析 、 工 件 的 定 位 、 工 件 的 夹 紧 、 刀 具 导 向 与 夹具 的 对 定 、 夹 具 连 接 元 件 和 夹 具 体 的 设 计 、 夹 具 图 样
2、设 计 、 夹 具 精 度 校 核 、 各 类 专用 夹 具 的 设 计 。 其 中 机 床 夹 具 按 使 用 的 机 床 分 类 由 于 各 类 机 床 自 身 工 作 特 点 和 结 构形 式 各 不 相 同 ， 对 所 用 夹 具 的 结 构 也 相 应 地 提 出 了 不 同 的 要 求 。 按 所 使 用 的 机 床 不同 ， 夹 具 又 可 分 为 ： 车 床 夹 具 、 铣 床 夹 具 、 钻 床 夹 具 、 镗 床 夹 具 、 磨 床 夹 具 、 齿 轮机 床 夹 具 和 其 他 机 床 夹 具 等 。 我 所 设 计 的 夹 具 是 车 床 夹 具 在 车 床 上 用 来
3、加 工 工 件 内 、外 回 转 面 及 端 面 的 夹 具 称 为 车 床 夹 具 。 车 床 夹 具 多 数 安 装 在 主 轴 上 ； 少 数 安 装 在 床鞍 或 床 身 上 。 由 于 设 计 的 零 件 比 较 的 多 ， 所 以 需 要 每 次 掉 零 件 ， 然 后 打 开 装 配 图 ，这 样 的 工 作 比 较 的 繁 重 ， 比 较 的 浪 费 时 间 。 为 了 更 好 地 利 用 这 些 东 西 ， 所 以 我 们 借助 于 计 算 机 辅 助 设 计 来 ， 以 及 通 过 编 写 程 序 来 达 到 调 用 这 些 零 件 ， 调 用 装 配 图 ， 这样 就 提
4、 高 了 效 率 ， 为 一 个 企 业 的 生 存 提 供 了 竞 争 的 条 件 。1.1.2 意 义车 床 夹 具 是 车 床 上 的 主 要 的 夹 具 零 件 ， 通 过 对 他 的 参 数 化 设 计 ， 来 熟 练 的 掌 握proe 的 参 数 化 设 计 过 程 ， 以 及 对 vc+语 言 的 过 程 。 通 过 程 序 的 编 写 可 以 达 到 改 变零 件 的 尺 寸 来 改 变 装 配 图 的 尺 寸 ， 然 后 对 一 些 标 准 的 零 件 需 要 建 立 一 些 数 据 库 ， 数据 库 的 作 用 是 把 一 些 零 件 的 主 要 尺 寸 储 存 起 来
5、， 以 便 调 用 。 主 要 的 作 用 是 通 过proe 的 开 发 工 具 protoolkit 结 合 着 vs2005+sql2000 来 达 到 多 零 件 的 参 数 化 设 计和 参 数 化 调 用 ， 通 过 对 话 框 的 形 式 对 其 进 行 改 变 。1.2 本 课 题 在 国 内 的 研 究 和 发 展 现 状1.2.1 国 内 cad 的 应 用 现 状如果让我们调查一下国内企业中CAD 的应用，会得出如下结论，很多所谓CAD应用很好的企业，也只是做到用手工出图转变为计算机出图的现状，当然计算机出图是有毕 业 设 计 说 明 书 第 2 页 很多优点的，漂亮、规
6、范、修改容易、存档方便等。但是如果我们只是停留在这个阶段，就失去了CAD 的作用，因为CAD 是辅助设计，不是辅助绘图。既然是设计就不但想到产品的机械模型，还应想到产品的结构分析、运动机构分析和生产加工处理等，只有这样才能真正发挥CAD 的作用。如果真正做到这一点，单凭二维设计是不够的，虽然传统的制图方法是通过二维视图来描述三维实体，但这种描述做不到进一步的结构分析、运动机构分析和数控加工，不能真正做到生产的自动化，更有甚者，二维视图的描述经常出现二意性和理解错误，因为人们只是按着一些规定在想象三维的模样，限于这种描述方法的缺陷，必须找到更先进的、更合理的三维设计手段，使CAD、CAM、CAE
7、以及PDM容为一体。当然这个目标要有一个过程，但现在我们必须明确。其实，很早就有了先进的解决办法，那就是采用在图形工作站上使用三维CAD 软件，只所以采用工作站是因为当时的微机还不能胜任这项工作，也确实有很多企业看到这种先机，于是不论系统是多么昂贵，不惜血本买进大量的工作站系统，事隔几年，一些企业叫苦不迭，因为血本并未带回效益。但回过头来看，我们发现，这种思想是对的，只是这个想法未变成现实，因为买来的工作站系统在闲置，一个静止的机器怎能去创造效益呢？ 究其原因有很多，但最主要的原因是工作站上的系统软件和CAD软件使用起来太复杂，并不能使每个设计人员都能掌握，因此，一旦熟悉操作、使用的（经过培训
8、）技术人员流失，系统马上进入瘫痪，再培养人员是几年以后的事情，转眼到了系统该更新的时候了。是否是我们的设计人员水平低呢？不是，我们的设计水平是够的，是我们的CAD系统太复杂了，不可能在有限的时间内让技术人员既精通本专业，又精通另外的计算机专业。所以必须使系统软件和CAD 软件的使用更简单更容易，只有这样CAD 才能真正得到普及，这也是CAD产业发展、普及的一个方面。1.2.2 分析目前，虽然制造业的厂家均已完成“甩图板”工作，在产品设计中应用二维CAD图形绘制工具-AutoCAD 或是基于AutoCAD 平台的二次开发软件，实现计算机制图并做一些技术文档的编制工作。但是，随着软件应用时间的增长
9、，企业各部门都保存有大量的DWG 格式的产品图纸文件。在设计过程中，由于二维CAD 软件存在局限性，不能完整地表达产品的设计信息。所以，要达到真正意义上的计算机辅助设计，则必须毕 业 设 计 说 明 书 第 3 页 要使用三维CAD 软件，完成诸如零部件的装配干涉检查，有限元分析，机构的运动仿真，数控加工代码的生成。只有运用三维CAD 设计软件，才能在产品设计初始阶段全面了解产品的外观、性能，从而避免产品设计中出现的低级错误.1.3 我国制造业的发展形势目前,随着CAD/CAM/CAPP技术的逢勃发展,计算机越来越成为人们从事机械设计与制造的重要手段。计算机辅助产品造型是所有上述工作的基础。因
10、为只有精确的产品造型,才能对产品的装配与干涉进行检验。基于上述可以总结出我国CAD/CAE/CAM 的发展趋势:1. 新产品使用基于特征建模的三维造型来进行设计；2. 在计算机上完成产品整机的总装配，进行干涉检查和动力学分析；3. 重要零件在计算机上进行有限元刚度、强度分析、模态分析、产品的形状优化设计；4. 建立各单位自己的三维常用零件库，尽量避免重复劳动，提高设计效率；5. 对于有数控加工工序的零部件自动生成加工代码。1.4 关键的问题及解决的思路：1.4.1 关键问题完成本课题关键的就是做好各个零件的参数化设计，包括夹具体、过度盘、压板等。在这个课题中，我是通过pro/e 软件来完成各个
11、零件的三维图形的设计，然后通过Visual C+语言和pro/toolkit 接口，将完成的三维图形做成一个插件的形式插入到pro/e的菜单栏中，然后再通过输入参数的方式对其做设计变更。1.4.2 我的思路用 pro/e 软件对车床夹具进行建模设计的关键还在于正确地建立各个零件的参数，编程确定合乎要求的参数关系式，搞清各个零件变化的每一步骤的目的。掌握了这种经编程并输入参数关系式进行设计的方法即参数化设计方法。就能迅速地对不同参数的零件进行建模，极大地提高工效。毕 业 设 计 说 明 书 第 4 页 2 系统开发环境与开发策略2.1 系统开发环境2.1.1 Pro/toolkit 接口Pro/
12、E 安装盘提供的Pro/Toolkit 工具包主要提供了创建用户应用程序所需函数库文件、头文件、用户指南和示例程序。其中头文件位Pro/Toolkitincludes 目录,库文件位于Pro/Toolkiti486-NTobj目录,这两种类型的文件是用VC开发Pro/E应用程序必不可少的支持文件。在Windows 环境下,可采用各种C 语言为编程语言。我们以WindowsXP为平台,VC+6.0为开发环境,通过Pro/Toolkit接口,来实现对Pro/E的二次开发。2.1.2 关于Pro/engineer 系统Pro/Engineer 系统是美国参数技术公司（ Parametric Tech
13、nology Corporation,简称PTC）的产品。PTC 公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM 产品，Pro/Engineer 软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程（Concurrent engineering）.Pro/Engineer 系统主要特点如下：1 真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关的地方。2 具有真正管理并发进
14、程、实现并行工程的能力。3 具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图。4 容易使用，可以极大地提高设计效率。而且，Pro/Engineer 系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。另外，Pro/Engineer建立在工作站上，系统独立于硬件，便于移植。Proe/Engineer(简称Pro/E)之所以得到广泛应用,不仅是因为它成熟的参数化技术,更重要的是它具有开放的体系结构和优秀的二次开发工具。Pro/E允许用户和开发者对其进行扩充和修改。此次设计以Pro/E为支撑平台,应用Pro/Toolkit工具包和visual
15、 毕 业 设 计 说 明 书 第 5 页 studio 来开发,将用户应用程序编译成可执行文件(.exe文件)或动态链接库文件(.dll文件),在Pro/e环境下加载运行.这样既利用了Pro/E强大的开发功能,又利用了编程效率高的优势。2.2 开发策略目前，对于系统的开发方法主要有三种:1 完全自主版权的开发;2 基于/软件平台的开发;3 基于某个通用软件的开发.其中第一种方法一切从底层做起,开发周期最长,适于大型系统的开发;第二种方法开发周期较短,但开发平台价格昂贵,适合大中型系统的开发;第三种方法开发周期最短,开发成本最低,且灵活多变,适合中小型系统的开发。本次设计采用了第三种方法，即利用
16、美国公司开发的/三维设计软件，再结合Pro/toolkit 接口以及V C+语言对用于夹具的零件进行参数化设计。Pro/Toolkit 应用程序共有2 种工作方式:同步模式包括两种(SynchronousMode)和异步模式(Asyn-chronousMode)。同步模式分为DLL模式和多进程模式(Multi-processMode)。DLL模式是指运用动态链接库将Pro/Toolkit 应用程序集成到Pro/E 中,在该模式下,Pro/Toolkit 应用程序与Pro/E 之间的信息交换是通过直接的函数调用来实现。多进程模式是指Pro/Toolkit代码经过编译和连接后生成一个.EXE文件,
17、作为Pro/E的一个子程序来运行。异步模式可以开发出独立于Pro/E 系统环境的应用程序,有自己独立的程序界面。一般来说在没有特殊的要求下采用同步模式中的DLL 模式,这种方法实现了Pro/E 与应用程序之间的无缝集成。基本作法是用交互方式创建三维模型,再利用Pro/E的参数功能建立设计参数,然后由Pro/Toolkit 应用程序检索出模型的设计参数,并提供参数的编辑功能和根据新的设计参数再生三维模型的功能。其过程如图2-1 所示：毕 业 设 计 说 明 书 第 6 页 图2-1 实现参数化设计的设计流程图3 主要零部件的参数设计与计算3.1车床夹具设计要点本设计由于零件的特殊性，需采用角铁式
18、车床夹具。角铁式车床夹具的结构特点是具有类似角铁的夹具体。它常用于加工壳体、支座，接头类零件上的圆柱面及端面。当被加工工件的主要定位基准是平面，被加工面的轴线对主要位基准面保持一定的位置关系（平行或成一定的角度）时，相应地夹具上的平面定位件设在与车床主轴轴线相平行或成一定角度的位置上。1. 定位装置的设计要求在车床上加工回转面时 要求工件被加工面的轴线与车床主轴的旋转轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置，必须保证这一点。因此，对于轴套类和盘类工件，要求夹具定位元件工作表面的对称中心线与夹具的回转轴线重合。对于壳体、接头或支座等工件，被加工的回转面轴线与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时
19、，应以夹具轴线为基准确定定位元件工作表面的位置。2夹紧装置的设计要求在车削过程中，由于工件和夹具随主轴旋转，除工件受切削扭矩的作用外，整个夹具还受到离心力的作用。此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向是变化的。因此，夹紧机构必须产生足够的夹紧力，自锁性能要可靠。对于角铁式夹具，还应注意施力方式，防止引起夹具变形。3夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的回转精度有决定性的影响。因此，要求夹具的回转轴线与主轴轴线应具有尽可能高的同轴度。心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。有的心根据径向尺寸的大小，其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式；
20、毕 业 设 计 说 明 书 第 7 页 (1) 对于径向尺寸 D140mm，或 D(23)d 的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧。这种连接方式定心精度较高。 (2) 对于径向尺寸较大的夹具。一般通过过渡盘与车床主轴头端连接。过渡盘的使用，使夹具省去了与特定机床的联接部分，从而增加了通用性，即通过同规格的过渡盘可用于别的机床。同时也便于用百分表在夹具校正环或定位面上找正的办法来减少其安装误差。因而在设计圆盘式车床夹具时，就应对定位面与校正面间的同轴度以及定位面对安装平面的垂直度误差提出严格要求。4总体结构设计要求车床夹具一般是在悬臂的状态下工作，为保证加工的稳定性，夹具的
21、结构应力求紧凑、轻便，悬伸长度要短，使重心尽可能靠近主轴。由于加工时夹具随同主轴旋转，如果夹具的总体结构不平衡，则在离心力的作用下将造成振动，影响工件的加工精度和表面粗糙度，加剧机床主轴和轴承的磨损。因此，车床夹具除了控制悬伸长度外，结构上还应基本平衡。角铁式车床夹具的定位装置及其它元件总是安装在主轴轴线的一边，不平衡现象最严重，所以在确定其结构时，特别要注意对它进行平衡。平衡的方法有两种：设置配重块或加工减重孔。为保证安全，夹具上的各种元件一般不允许突出夹具体圆形轮廓之外。此外，还应注意切屑缠绕和切削液飞溅等问题，必要时应设置防护罩。3.2车床夹具的安装误差夹具的安装误差值与下列因素有关：1
22、 夹具定位元件与本体安装基面的相互位置误差。2 夹具安装基面本身的制造误差以及与安装面的连接误差。(1).对于心轴。夹具的安装误差就是心轴工作表面轴线与中心孔或者心轴锥柄轴线间的同轴度误差。(2).对于其它车床专用夹具，一般使用过渡盘与主轴轴颈连接。当过渡盘是与夹具分离的机床附件时，产生夹具安装误差的因素是：定位元件与夹具体止口轴线间的同轴度误差，或者相互位置尺寸误差；夹具体止口与过渡盘凸缘间的配合间隙，过渡盘毕 业 设 计 说 明 书 第 8 页 定位孔与主轴轴颈间的配合间隙。3.3 主要零件的设计3.3.1.夹具体的设计根据零件的加工要求以及零件的尺寸要求对夹具体进行了设计。如图 3-1
23、图3-1 夹具体的零件图夹具体中间的 d 孔为工艺孔，作为组装夹具时尺寸的测量工艺孔，也可作为夹具安装到车轴主轴时找正夹具中心与机床主轴回转轴线同轴度的找正孔。这个工艺孔是角铁式夹具上很重要的一个结构要素。夹具与机床主轴的连接是通过过渡盘实现的。角铁式夹具体用螺钉与过渡盘联接，过渡盘与机床主轴前端部连接。过渡盘一般均为车床的附件随车床一起提供，如没有过渡盘则应根据车床主轴端部结构自行设计。更多毕业设计资料（含 CAD 图纸)，请加 QQ971920800 咨询4 各个零件的造型和参数化设计4.1 夹具体的三维造型4.1.1非标准件的设计毕 业 设 计 说 明 书 第 9 页 A.夹具体的三维设
24、计根据零件的尺寸及各个部件之间的配合关系，以及角铁式夹具的规定，对其进行三维化参数设计jiajuti.prt，并最终组装成装配图asm.0003.asm。建立三维模型如图4-1：图4-1 夹具体三维图和二维图 由于夹具体不是标准件，不必要对其进行建立数据库，要对其进行参数设计，利用proe中的参数和关系对其进行约束，为夹具体设置六个参数，分别是顶圆到中心的距离l1，大外圆的直径l2，下底圆的直径l3，肋板的长度l4，高度l5，肋板到中心线的距离l6，肋板上的小圆之间的距离是l7，支撑钉圆到中心的距离是l8，螺栓圆到中心的距离为l9，根据proe中参数关系设置一下关系d4=L1，d3=L2，d8
25、=L3，d9=L4，d11=L5，d12=L6，d79=L9，d6=L8，d27=L7。在建立参数之间关系的时候，我是根据零件的外径来定夹具体的大外径的，根据工件外径的尺毕 业 设 计 说 明 书 第 10 页 寸与大外径l2的5倍关系，以及底圆l3与零件的外径尺寸的2倍关系，然后根据定位零件的v形块来定l7，以及肋板的长度l4和高度l5，根据v形块的宽度来定l6，l8也是根据零件内径的关系来确定的，还有根据平衡块的位置在什么地方合适来定l1这个尺寸。B. 利用同样的方法对过度盘，平衡块，连接快，上v块进行三维化设计。其三维模型如图4-2、4-3、4-4、4-5所示：图4-2 过度盘三维图和二维图并对过度盘进行参数设计，分别是大圆直径w1，凸缘圆直径w2，螺栓圆的到中心的距离ll，连接孔到底圆的距离ww。大圆的直径是根据夹具体的外圆确定的，凸缘圆直径是根据夹具体的底圆确定的以及ll也是根据夹具体的大小来确定的，ww是根据连接快的螺纹孔到过度盘的底圆距离的合适与否来确定的，过度盘的内圆直径是根据零
