〔大学论文〕PROE在车床夹具虚拟造型设计中的研究　.pdf

机电控制工程系毕业设计（论文） 第 1 页 共 39 页 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题目： pro/e 在车床夹具虚拟造型设计中的研究 作者： 系 （部） ：机电控制工程系 专业班级： 指导教师： 职称： 年月日 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 2 页 共 39 页 摘摘 要要 夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备，分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检 验夹具等。各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称机床夹具，如车床上使用 的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。 对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有 正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加 工前，先要将工件装夹好。工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作 台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图 样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再 夹紧。这种方法无需专用装备，但效率低，一般用语单件和小批生产。批量较大时， 大 多用夹具装夹工件。用夹具装夹工件有下列优点： （1） 能稳定地保证工件的加工精度，用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位 置精度由夹具保证， 不受工人技术水平的影响， 使一批工件的加工精度趋于一致。 （2） 能提高劳动生产率，使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显 著的减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性， 因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具， 并可使用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。 （3） 能扩大机床的使用范围。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 3 页 共 39 页 目目录录 第一章第一章 绪论绪论1 11 引言 1 12 制造业信息化的发展 1 13 proe 软件模块简介1 14 本论文的研究目的、意义 3 第二章第二章 平面图纸及计算过程平面图纸及计算过程4 21 明确设计任务与收集设计资料 4 22 拟定夹具结构方案与绘制夹具草图 5 221 确定工件的定位方案，设计定位装置5 222 夹具类型的确定6 223 确定工件的夹紧方案及设计夹紧装置7 224 夹具与机床的连接方式及安装基面11 225 夹具的平衡12 226 对夹具总体结构的要求13 227 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求13 23 夹具的精度分析14 第三章第三章 成型设计及装配成型设计及装配17 31 过渡盘的三维造型设计 17 32 开合螺母的三维造型设计 18 33 夹具体的三维造型设计 21 34 总装配图与分解图 24 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 4 页 共 39 页 总结总结25 参考文献参考文献26 附件附件27 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 5 页 共 39 页 第一章第一章绪绪论论 1.11.1 引言引言 夹具作为制造企业中重要的基础工艺装备，广泛应用于加工、检测和装配等制造 过程中。作为生产准备的重要组成部分，夹具设计的效率直接影响到制造的生产准备 时间和产品成本。一般来说，夹具设计过程不仅需要大量的有关零件设计、工艺和加 工的数据，同时还需要设计人员具有很丰富的领域知识和设计经验。 1.21.2 制造业信息化的发展制造业信息化的发展 随着计算机技术的飞速发展，实现快速生产准备的计算机辅助夹具设计（cafd） 技术成为国际上竞相研究的热点，它已经越来越多的取代传统的手工夹具设计。与传 统的夹具设计相比，计算机辅助夹具设计有着无可比拟的优越性： 1、设计者从繁琐的劳动中解放出来，提高了设计的效率和设计质量，使设计者把 更多的注意力放在创新性开发上面； 2、可以把夹具设计人员的经验和智慧存入计算机，构成专家系统，有利于夹具设 计技术的继承和发展； 3、由于计算机辅助夹具设计采用了统一的系统程序，可以获得相对统 一的设计与优化结果，有利于实现夹具设计的“三化” ，即通用化、标准 化、系列化。 1.31.3 proeproe 软件模块简介软件模块简介 pro/e 的最新版本为 pro/ewildfire3.0，它可运行于 windows/nt 和 unix 平台上， 共有六大主模块： （1）工业设计(caid)模块 工业设计模块主要用于对产品进行几何设计，以前，在零件未制造出时，是无法观 看零件形状的，只能通过二维平面图进行想象。现在，用 3ds 可以生成实体模型，但用 3ds 生成的模型在工程实际中是“中看不中用” 。用 pro/e 生成的实体建模，不仅中看， 而且相当管用。事实上，pro/e 后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生 成的数据。 包括： pro/3dpaint(3d 建模)、 pro/animate(动画模拟)、 pro/designer(概念设计)、 pro/networkanimator(网络动画合成)、pro/perspecta-sketch（图片转三维模型） 、 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 6 页 共 39 页 pro/photorender(图片渲染)几个子模块。 （2）机械设计(cad)模块 机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。 在 实际中存在大量形状不规则的物体表面，如图 1 中的摩托车轮轱，这些称为自由曲面。 随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用 pro/e 生成曲面仅需 2 步3 步操作。pro/e 生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。 由于生成曲面的方法较多，因此 pro/e 可以迅速建立任何复杂曲面。 它既能作为高性能系统独立使用，又能与其它实体建模模块结合起来使用，它支持 gb、 ansi、iso 和 jis 等标准。包括：pro/assembly（实体装配） 、pro/cabling（电路设计）、 pro/piping（弯管铺设） 、pro/report（应用数据图形显示） 、pro/scan-tools（物理模 型数字化） 、pro/surface（曲面设计） 、pro/welding（焊接设计） （3）功能仿真(cae)模块 功能仿真(cae)模块主要进行有限元分析。我们中国有句古话： “画虎画皮难画骨， 知人知面不知心” 。主要是讲事物内在特征很难把握。机械零件的内部变化情况是难以 知晓的。有限元仿真使我们有了一双慧眼，能“看到”零件内部的受力状态。利用该功 能，在满足零件受力要求的基础上，便可充分优化零件的设计。著名的可口可乐公司， 利用有限元仿真，分析其饮料瓶，结果使瓶体质量减轻了近 20，而其功能丝毫不受影 响，仅此一项就取得了极大的经济效益。 包括：pro/fempost（有限元分析） 、pro/mechanica customloads（自定义载荷输入）、 pro/mechanica equations（第三方仿真程序连接） 、pro/mechanica motion（指定环境 下的装配体运动分析） 、pro/mechanica thermal（热分析） 、pro/mechanica tire model （车轮动力仿真） 、pro/mechanica vibration（震动分析） 、pro/mesh （有限元网格划 分） 。 （4）制造(cam)模块 在机械行业中用到的 cam 制造模块中的功能是 nc machining(数控加工)。说到数 控功能，就不能不提八十年代著名的“东芝事件” 。当时，苏联从日本东芝公司引进了 一套五座标数控系统及数控软件 cammax，加工出高精度、低噪声的潜艇推进器，从而使 西方的反潜系统完全失效，损失惨重。东芝公司因违反“巴统”协议，擅自出口高技术， 受到了严厉的制裁。在这一事件中出尽风头的 cammax 软件就是一种数控模块。 pro/es 的数控模块包括：pro/casting（铸造模具设计） 、pro/mfg（电加工） 、 pro/moldesign（塑料模具设计） 、pro/nc-check（nc 仿真） 、pro/ncpost（cnc 程序生 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 7 页 共 39 页 成） 、pro/sheetmetal（钣金设计） 。 （5）数据管理(pdm)模块 pro/e 的数据管理模块就像一位保健医生， 它在计算机上对产品性能进行测试仿真， 找出造成产品各种故障的原因，帮助你对症下药，排除产品故障，改进产品设计。它就 像 pro/e 家庭的一个大管家，将触角伸到每一个任务模块。并自动跟踪你创建的数据， 这些数据包括你存贮在模型文件或库中零件的数据。这个管家通过一定的机制，保证了 所有数据的安全及存取方便。 （6）数据交换(geometry translator)模块 在实际中还存在一些别的 cad 系统，如 ug、euclid、cimatrton、mdt 等，由于 它们门户有别，所以自己的数据都难以被对方所识别。但在实际工作中，往往需要接受 别的 cad 数据。这时几何数据交换模块就会发挥作用。 pro/e 中几何数据交换模块有好几个， 如： pro/cat （pro/e 和catia的数据交换） 、 pro/cdt （二维工程图接口） 、pro/data for pdgs（pro/e 和福特汽车设计软件的接口） 、 pro/develop（pro/e 软件开发） 、pro/draw（二维数据库数据输入） 、pro/interface（工 业标准数据交换格式扩充） 、pro/interface for step（step/iso10303 数据和 pro/e 交换） 、pro/legacy（线架/曲面维护） 、pro/libraryaccess（pro/e 模型数据库进入）、 pro/polt（hpgl/postscripta 数据输出） 1.41.4 本论文的研究目的、意义本论文的研究目的、意义 多年来， 机械制造过程中把设计蓝图比喻成工程师的语言， 对于机床专用夹具而言， 也总是利用众多视图的不同投影来描绘， 采用标注各种线条和符号绘图， 不仅费时费力， 而且一旦理解有误或形体表现，将会影响产品的制造和质量。 采用计算机辅助设计方法，零件的造型如同车间中加工零件的过程一样，设计完 成以后，零件就“加工”出来了，这样不需要很强的空间想象力就可以设计出产品的 真实三维模型，经过虚拟装配，可清楚地检验出产品结构的合理性.空间布置是否干 涉等问题。造型结束后，将设计模型投影到二维图纸空间，就可自动生成工程图纸的 三视图.轴侧图.剖视图等，大大方便了设计过程，形象直观易于接受，从而达到更快 地设计机械产品。 本课题在探讨机床专用夹具的基本知识和基本理论的同时，研究如何利用计算机 图形学采用计算机辅助设计专用夹具以及如何对专用夹具进行可视化设计，形成专用 夹具计算机辅助设计系统。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 8 页 共 39 页 第二章第二章平平 面面 图图 纸纸 及及 设设 计计 过过 程程 图2-1所示为一开合螺母车削工序图， 工件的燕尾面和两个120 +0.019mm孔已经加工， 两孔距离为 380.1mm，400 +0.027mm 孔经过粗加工。本道工序为精镗40 0 +0.027mm 孔及车 端面。加工要求是： （1） 400 +0.027mm 孔轴线至燕尾面 c 的距离为 450.05 mm； （2） 400 +0.027mm 孔轴线与 c 面的平行度为 0.05 mm； （3） 加工孔轴线与120 +0.019mm 孔的距离为 80.05 mm。 （4） 400 +0.027mm 的孔轴线对两 b 面的对称面的垂直度为 0.05mm 试设计本道工序所用的专用夹具。 图 2-1开合螺母车削工序图 2 21 1 明确设计任务与收集设计资料明确设计任务与收集设计资料 1) 工件的结构特点及材料 开合螺母由上下两个半螺母组成，装在溜板箱体后壁的燕尾形导轨中，可上下移 动。上下半螺母的背面各装有一个圆销，其伸出端分别嵌在槽盘的两条曲线槽中。扳动 手柄，经轴使槽盘逆时针转动时，曲线槽迫使两圆销互相靠近，带动上下半螺母合拢， 与丝杠啮合，刀架便由丝杠螺母经溜板箱传动进给。槽盘顺时针转动时，曲线槽通过迫 使圆销使两半螺母相互分离，与丝杠脱开啮合，刀架便停止进给。开合螺母的材料为 45 钢 2) 确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 9 页 共 39 页 刀具、量具等 表 2-1:加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及机床 （1）加工表面：400 +0.027mm 孔和两个端面 （2）加工要求：a.400 +0.027mm 孔轴线至燕尾面 c 的距离为 450.05 mm； b.400 +0.027mm 孔轴线与 c 面的平行度为 0.05 mm； c.加工孔轴线与120 +0.019mm 孔的距离为 80.05 mm （3）加工余量：精镗400 +0.027mm 孔的工序余量为 0.5mm； 车端面的工序余量为 1 mm。 （4）定位基准：主要加工表面400 +0.027mm 孔的定位基准为燕尾底面 c 和 120 +0.019mm 孔轴心线 （5）夹紧表面：燕尾面 b 和 c （6）所需机床：c620 车床 2 22 2 拟定夹具结构方案与绘制夹具草图拟定夹具结构方案与绘制夹具草图 2 22 21 1 确定工件的定位方案，设计定位装置。确定工件的定位方案，设计定位装置。 定位就是使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置。它的基本任务 有以下三项： （1）从理论上讲就是如何使同一批工件在夹具中占据正确的位置。 （2）选择或设计合理的定位方案及定位装置。 （3）保证有足够的定位精度。即工件在夹具中虽有一定的误差，但仍能保证工件 的加工误差。 它的基本原理是六点定位规则， 即用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的 规则。但实际中还存在着过定位和欠定位。其中欠定位保证不了加工精度，所以是绝不 允许发生的，而过定位由于夹具上的定位元件同时重复限制了工件的一个或几个自由 度，将造成工件定位不稳定，降低了加工精度；使工件或定位元件产生变形，甚至无法 安装和加工，故应尽量避免采用。 根据本工序的加工要求， 不仅要镗孔， 还要加工两个平面， 因此工件必须完全定位， 即六点定位原则。按照加工要求，工件的定位方案分析如下： （1）400 +0.027mm 孔轴线至燕尾面 c 的距离为 450.05 mm；40 0 +0.027mm 孔轴线与 c 面的平 行度为 0.05 mm。 加工400 +0.027mm 孔的工序基准为燕尾底面 c，根据基准重合原理，应以燕尾底面 c 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 10 页 共 39 页 为定位基准， 则限位基准为固定支承板 8 和活动支承板 10 上与燕尾底面 c 接触的平面。 燕尾底面 c 限制 z 转动、y 移动、x 移动三个自由度；燕尾面 b 限制 z 转动、x 移动二个 自由度。即工件用燕尾面 b 和 c 在固定支承板 8 和活动支承板 10 上定位（两板高度相 等） ，限制了 z 转动、z 移动、y 转动、x 转动、x 移动五个自由度。 （2）加工孔轴线与120 +0.019mm 孔的距离为 80.05 mm。 400 +0.027mm 孔轴心线的另一定位元件是活动菱形销 9，根据基准重合原理，应以 120 +0.019mm 孔轴心线为定位基准，则限位基准为12 0 +0.019mm 孔轴心线，即12 0 +0.019mm 孔与 活动菱形销 9 配合，限制 y 向转动自由度。 表 2-2:工件的定位及应限制的自由度： 定位元件定位元件限位基准限位基准定位基准定位基准 限制限制 自由度自由度 支承板 8、10支承板 8、10 的平面 燕尾底面 cz 转动、y 移动、x 转动 燕尾面 by 转动、x 移动 活动菱形销 9活动菱形销 9 的轴心线 120 +0.019mm 孔轴心线 z 移动 工件装卸时，可从上方推开活动支承板 10 将工件插入，靠弹簧力使工件靠紧固定支承 板 8，并略推移工件使活动菱形销 9 弹入定位孔120 +0.019mm 内。 2 22 22 2 夹具类型的确定夹具类型的确定 由于开合螺母以燕尾面 c 为主要定位基准，且在车床上加工，而工件的形状与尺 寸决定了它不适宜于采用心轴类、卡盘类或花盘类夹具，只能采用角铁式车床加工。 夹具体呈角铁状的车床夹具称为角铁式车床夹具，其结构不对称，用于加工壳体、 支承座、杠杆、接头等零件上的回转面和端面。具体适用于以下两种情况： （1）工件的主要定位基准是平面，要求被加工表面的轴线对定位基准面保持一定的位 置关系（平行或成一定角度） 。这时夹具的平面定位元件必须相应地设置在与车床主轴 轴线相平行或成一定角度的位置上。 （2）工件定位基准虽然不是与被加工表面的轴线平行或成一定角度的平面，但由于 工件外形的限制， 不适于采用卡盘式夹具， 而必须采用半圆孔或 v 形块定位件的情况。 考虑车床夹具的特点和工件的加工表面，本工序应有两次安装，当孔和一个端面加 工完毕后，应松开压板，将工件回转 180 度，重新定位夹紧，再加工另一端面。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 11 页 共 39 页 2 22 23 3 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。 （1）确定夹紧装置 车床夹具的夹紧装置必须安全可靠。夹紧力的方向和作用点应按以下要求进行选 择： a.主要夹紧力应朝向主要定位基准，作用点应靠近支承面的几何中心； b.夹紧力的方向应有利于减少夹紧力， 尽量垂直于工件的主要定位基面， 尽量和切削力、 重力方向一致； c.夹紧力的方向和作用点应施于工件刚性较好的方向和部位； d.夹紧力的作用点应适当靠近加工表面。 由于车削时工件和夹具一起随主轴作旋转运动，故在加工过程中，工件除受切削扭 矩的作用外，整个夹具还受到离心力的作用，转速越高离心力越大，会降低夹紧机构产 生的夹紧力。此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向来说是变化的。 因 此，夹紧机构所产生的夹紧力必须足够，自锁性能要好，以防止工件在加工过程中脱离 定位元件的工作表面。 对于角铁式夹具，夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。这里有两种夹紧方 案。 图 a）图 b） 图 2-2夹紧方案的选择 如果采用图 a）所示的施力方式其夹紧装置比较简单，但可能会引起角铁悬伸部分 的变形和夹具体的弯曲变形，离心力、切削力也会助长这种变形。 如果改用图 b）所示回转式螺旋摆动压板机构显然较好，因为角铁刚性好，压板的 变形不影响加工精度。所以根据工件形状特点，采用带摆动 v 形块 3 的回转式螺旋压板 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 12 页 共 39 页 机构夹紧。 （2）夹紧力计算与分析 螺旋夹紧机构中计算各种螺旋副所产生夹紧力大小的通用公式为： w w0 0=ql/=ql/ r r tg tg1 1+ +r r2 2tg(a+tg(a+ 2 2) ) n n 式中： 2 2螺旋副的当量摩擦角； 1 1螺杆端部与工件间的摩擦角； a a螺纹升角； r r2 2螺纹中径的一半； r r 螺杆端部与工件间的当量摩擦半径； 查表得： q=35nl=140mm a =2 。30 2=6 。34 r2=5.43mmf= tg1=0.1 r = （d3-d3 0）/3（d 2-d2 0）=22.3mm 代入上式求得：w0= 5800 n 螺旋压板夹紧机构是利用杠杆原理来实现夹紧作用。其好处是：增大夹紧力，改变 夹紧力作用方向，增大夹紧行程。它可以绕水平轴翻转，增力显著，夹紧时既省力又迅 速可靠。 夹紧受力分析如下： 图 2-3夹紧受力分析 由杠杆原理知： wa =w0b 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 13 页 共 39 页 当 a=1/2b 时， w =2 w0=11600 n 由此可见，该夹紧机构所产生的夹紧力比作用力大一倍。 （3）螺旋夹紧机构各元件材料、热处理要求和结构尺寸确定。 螺旋夹紧机构各元件均已标准化，可参阅机械零件手册确定。 1.带肩六角螺纹（gb/t2148-91） 图 2-4带肩六角螺纹 技术要求： 材料：45 钢； 热处理：hrc35-40； 细牙螺纹的支承面对螺纹轴线的垂直度按 gb1184-80形状和位置公差规定的 9 级公 差。 2.铰链压板（gb/t2188-91） 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 14 页 共 39 页 图 2-5 铰链压板 技术要求： 材料：45 钢 ; 热处理：淬火、回火 hrc35-40。 3摆动 v 形块（gb2208-80） 图 2-6 摆动 v 形块 技术要求： 材料：20 钢; 热处理：淬火 hrc60-64, 渗碳深 0.81.2mm; 锐边倒钝。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 15 页 共 39 页 4活节螺栓（gb/t798-88） 图 2-7 活节螺栓 技术要求： 材料：钢 表面处理：a.不经处理；b.镀锌钝化； 螺纹公差：8g 2 22 24 4 夹具与机床的连接方式及安装基面。夹具与机床的连接方式及安装基面。 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 具的回转轴线与车床主轴轴线有尽可能高的同轴度。 对于径向尺寸较大的夹具，一般通过过渡盘与车床主轴轴颈联接。专用夹具以其定 位止口按 h7/h6 或 h7/js6 装配在过渡盘的凸缘上，然后用螺钉紧固。过渡盘与主轴配 合的表面形状取决于主轴前端的结构。 如图 2-8 所示的过渡盘，其上有一个定位圆孔按 h7/h6 或 h7/js6 和主轴的轴颈相 配合，并有螺纹和主轴连接。为了安全起见，还可以用压块把过渡盘压紧在主轴上， 这 样可防止停车和倒车时，不致因惯性作用而可能松开。这种连接方式的安装精度受到配 合精度的限制，为了提高安装精度，在车床上安装夹具时，可按找正圆校正夹具与车床 主轴的同轴度 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 16 页 共 39 页 主轴 过度盘 专用夹具 压快 m 图 2-8过 渡 盘 2 22 25 5 夹具的平衡夹具的平衡 由于加工时夹具随同主轴旋转， 如果夹具的重心不在主轴旋转轴线上就会产生离心 力，这样不仅加剧机床主轴和轴承的磨损，而且会产生振动，影响加工质量和刀具寿命 且不安全。所以对于角铁式夹具，要有平衡要求，平衡的方法是设置平衡块。平衡块重 心的位置应可以调节，可在平衡块上（或夹具体上）开径向槽或环形槽，以使夹具装配 时调整其位置。 图 2-9 平 衡 块 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 17 页 共 39 页 2 22 26 6 对夹具总体结构的要求对夹具总体结构的要求 结构要紧凑，悬伸量要短，使重心尽可能靠近主轴。车床夹具的悬伸长度过大， 会 加剧主轴轴承的磨损，同时引起振动，影响加工质量。因此，夹具的悬伸长度 l 与轮廓 直径 d 之比应控制如下： a. 直径小于 150mm 的夹具，l/d2.5； b. 直径在 150300mm 之间的夹具，l/d0.9； c. 直径大于 300mm 的夹具，l/d0.6。 车床夹具的夹具体应制成圆形，夹具上（包括工件在内）的各元件不应伸出夹具体 的轮廓之外，当夹具上有不规则的突出部分，或有切削液飞溅及切屑缠绕时，应加设防 护罩。 夹具的结构应便于工件在夹具上安装和测量，切屑能顺利排出或清理。 2 22 27 7 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。 h7 角铁式车床夹具 .11-螺栓 2-压板 3-摆动v形快 4-过度盘 5-夹具体 6-平衡快 7-盖板 8-固定支撑板 9-活动菱形销 10-活动支撑板 图 2-10 角铁式车床夹具 图 2-10 为加工图 2-1 开合螺母400+0.027mm 孔的专用夹具。由角铁式 的专用夹具和过渡盘两部分组成，专用夹具以夹具体 5 上定位止口和过渡 盘 4 的凸缘相配合并加以紧固，形成一个夹具整体。在装配时应使夹具体 止口的轴线（代表专用夹具的回转轴线）和过渡盘的定位圆孔同轴。为保 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 18 页 共 39 页 持夹具回转运动时平衡，在角铁的另一端设置了平衡块。 2 23 3 夹具的精度分析夹具的精度分析 工件在车床夹具上加工时，加工误差的大小受工件在夹具在夹具上的定位误差d、 夹具误差j、夹具在主轴上的安装误差a和加工方法误差g的影响。 以下对尺寸 450.05mm 的精度问题作一分析。 1）定位误差d 一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件及定位元件存在公差，使各个工件所占据 的位置不完全一致，加工后形成加工尺寸的不一致，为加工误差。这种只与工件定位有 关的加工误差，称为定位误差d。 造成定位误差的原因有两个： 一是定位基准与工序基准不重合， 由此产生基准不重合误差b。 基准不重合误差 b是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准与工序基准不重合而造成的加工误差，其 大小为定位尺寸的公差s在加工尺寸方向上的投影。 二是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准位移误差y。基准位移误差y是 一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准相对于限位基准的最大变化范围i在加工尺 寸方向上的投影。 定位误差d常用合成法进行计算。 由于定位基准与工序基准不重合以及定位基准与限位基准不重合是造成定位误差 的原因，因此，定位误差应是基准不重合误差b b与基准位移误差y y的合成。计算时， 可先算出b b和y y，然后将两者合成而得d d。 由于 c 面既是工序基准，又是定位基准，基准不重合误差b b为零。 工件在夹具上定位时，定位基准与限位基准（支承板 8、10 平面）是重合的，基准 位移误差y y也为零。 因此，尺寸 450.05mm 的定位误差d d等于零。 2）夹具误差j 因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造 成的加工误差，称为夹具误差j。 夹具误差j主要包含定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差j1；定位元件相 对于对刀或导向元件（包括导向元件之间）的尺寸或位置误差j2；导向元件相对于安 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 19 页 共 39 页 装基准的尺寸或位置误差j3。以上几项共同组成夹具误差j。 图 2-10 中，夹具误差j为限位基面（支承板 8、10 的平面）与止口轴线间的距离 误差，即夹具总图上尺寸 450.05mm 的公差 0.04mm，以及限位基面相对于安装基面 d、 c 的平行度和垂直度误差 0.01mm（两者公差兼容） 。 3）夹具的安装误差a 因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差， 称为夹具的安装误差a。 产生夹 具的安装误差的因素有： 夹具定位元件对夹具体安装基面的相互位置误差。 夹具安装基面本身的制造误差及其与机床卡面间的间隙所产生的连接误差。 a a= =x x1max 1max + +x x2max 2max 式中 x x1max 1max 过渡盘与主轴间的最大配合间隙； x x2max 2max 过渡盘与夹具体间的最大配合间隙。 设过渡盘与车床主轴间的配合尺寸为92h7/js6，查表：92h7 为920 +0.035mm， 92js6 为920.011mm，因此 x1max= （0.035+0.011）mm = 0.046mm 过渡盘与夹具体间的配合尺寸为160h7/js6，查表：160h7 为1600 +0.040mm， 160js6 为1600.0125mm，因此 x2max= （0.040+0.0125）mm = 0.0525mm 故 a a= =（0.046 2 + 0.0525 2）0.5 =0.0698mm 4）加工方法误差g 因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形 等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差g。 车床夹具的加工方法误差，如车床主轴上安装夹具基准（圆柱面轴线、圆锥面轴线 或圆锥孔轴线）与主轴回转轴线间的误差、主轴的径向跳动、车床溜板进给方向与主轴 轴线的平行度或垂直度等。它的大小取决于机床的制造精度、夹具的悬伸长度和离心力 的大小等因素。一般取 g g=k/3=0.1/3=0.033mm 5）总加工误差 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 20 页 共 39 页 工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独 立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是 = =（d d+ +j j+ +a a+ +g g） 0.50.5 k k 既工件的总加工误差应不大于工件的加工尺寸公差k k。 为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早损废，在分析计算工件加工 精度时，需留出一定的精度储备量 jc。因此将上式改写为 j jc c= =k k- -0 0 当 j jc c0 0 时，夹具能满足工件的加工要求。j jc c值的大小还表示了夹具使用寿命的长 短和夹具总图上各项公差值j j确定得是否合理。 图 1-2 夹具的总加工误差为 = =（ 2 2 d d+ + 2 2 j j+ + 2 2 a a+ + 2 2 g g） ） 0.50.5 = =（0+0.04 2+0.012+0.0462+0.05252+0.0332）0.5 =0.088mm 精度储备jc=（0.1-0.088）mm=0.012mm 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 21 页 共 39 页 第三章第三章虚拟造型设计及装配虚拟造型设计及装配 3 31 1 过渡盘的三维造型设计过渡盘的三维造型设计 1.使用旋转方法创建基础实体特征。 （1）在菜单栏选取（文件）/（新建）选项，新建文件 prt0001。 （2）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（实体）/（加材 料）选项，在（实体选项）菜单中选取（旋转）和（实体）选项，然后选取 （完成）选项。在（属性）菜单中选取（单侧）选项，然后选取（完成）选 项。 （3） 系统提示选取或创建一个草绘平面， 选取标准基准平面 front 作为草绘平面。 在（方向）菜单中选取（正向）选项，在（草绘视图）菜单中选取（缺省） 选项。 （4）选取系统缺省放置参照和尺寸参照后，进入草绘模式，使用样条曲线工具绘制 草绘剖面，完成后退出草绘模式。 （5）在（rev to）菜单中选取（360）选项，然后在菜单中选去（完成）选项。 （6）单击模型对话框下部的确定按钮，生成实体特征。 2.在基础实体上创建切减材料实体特征。 在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（实体）/（切减材料） 选 项，在（实体选项）菜单中选取（拉伸）和（实体）选项，然后选取（完成）选项。 在 （属性）菜单中选取（单侧）选项，然后选取（完成）选项 （1） 系统提示选取或创建一个草绘平面， 选取标准基准平面 right 作为草绘平面。 在（方向）菜单中选取（正向）选项，在（草绘视图）菜单中选取（缺省）选项。 （2）选取系统缺省放置参照和尺寸参照后，进入草绘模式，使用样条曲线工具绘制 草绘剖面，在草绘平面上绘制 3 个为 12 的相对圆，完成后退出草绘模式。 （3）在（方向）菜单上选取（正向）选项。 （4）在（指定到）菜单中选取（穿过所有）选项。 （5）单击模型对话框上的确定按钮，成功完成切减拉伸实体特征的增加。 3.最后生成的实体如下图所示。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 22 页 共 39 页 图 3-1 过渡盘 3 32 2 开合螺母的三维造型设计开合螺母的三维造型设计 1.使用旋转方法创建基础实体特征。 （1）在菜单栏选取（文件）/（新建）选项，新建文件 prt0002。 （2）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（实体）/（加材料） 选项，在（实体选项）菜单中选取（旋转）和（实体）选项，然后选取（完成）选项。 在（属性）菜单中选取（单侧）选项，然后选取（完成）选项。 （3）系统提示选取或创建一个草绘平面，选取标准基准平面 front 作为草绘平面。 在（方向）菜单中选取（正向）选项，在（草绘视图）菜单中选取（缺省）选项。 （4）选取系统缺省放置参照和尺寸参照后，进入草绘模式，使用样条曲线工具绘制草 绘剖面，草绘一个长宽分别为 90，5 的矩形，完成后退出草绘模式。 （5）在（rev to）菜单中选取（360）选项，然后在菜单中选去（完成）选项。 （6）单击模型对话框下部的确定按钮，生成实体特征。 2.在实体顶角加入倒角特征。 （1）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（倒角）选项， 在 （倒角）菜单中选取（边）选项，然 后在（布置）菜单中选取（夹角 x d） 选 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 23 页 共 39 页 项。 （2）系统提示给 d 输入倒角尺寸，输入“2.00” 。系统继续提示输入角度尺寸值，输入 “45.0” ；接着系统提示选取参照曲面，实体端面边线，并在（获得选取）菜单中选取 （完成选取）选项。最后在（特征参考）菜单中选取（完成参考）选项。 （3）单击模型对话框上的确定按钮，成功完成对圆柱体的倒角。 3.在已创建实体上添加拉伸实体特征。 （1）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（实体）/（加材料） 选项，在（实体选项）菜单中选取（拉伸）和（实体）选项，然后选取（完成）选项。 在（属性）菜单中选取（双侧）选项，然后选取（完成）选项。 （2）系统提示选取或创建一个草绘平面，选取标准基准平面 right 作为草绘平面。 在（方向）菜单中选取（正向）选项，在（草绘视图）菜单中选取（缺省）选项。 （3）选取系统缺省放置参照和尺寸参照后，进入草绘模式，使用样条曲线工具绘制草 绘剖面，完成后退出草绘模式。 （4）在（指定到）菜单中选取（盲孔）选项，然后选取（完成）选项。系统提示输入 深度值，输入“80.0” ，并确定。 （5）单击模型对话框上的确定按钮，成功完成拉伸实体特征的增加。 4.在实体特征上添加切减材料的拉伸实体特征。 （1）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建） （拉伸）和（实体） 选 项，然后选取（完成）选项。在（属性）菜单中选取（双侧）选项，然后选取（完成） 选项。 （2）系统提示选取或创建一个草绘平面，选取标准基准平面 top 作为草绘平面。在 （方向）菜单中选取（正向）选项，在（草绘视图）菜单中选取（缺省）选项。 （3）选取系统缺省放置参照和尺寸参照后，进入草绘模式，使用样条曲线工具绘制草 绘剖面，完成后退出草绘模式。 （4）在（指定到）菜单中选取（穿过所有）选项，然后选取（完成）选项。 （5）单击模型对话框上的确定按钮，成功完成切减拉伸实体特征的增加。 5.在实体上添加创建筋特征。 （1）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（筋）选项，系统 提示选取或创建一个草绘平面，选取标准平面 right 作为草绘平面。 （2）在草绘平面内绘制草绘剖面，完成后退出草绘模式。 （3）保持箭头指向的方向作为材料的填充方向，在（方向）菜单中选取（正向）选项， 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 24 页 共 39 页 接着系统提示输入带厚度，输入筋的厚度值“20.00” ，成功创建筋特征。 6.在实体上创建倒圆角特征。 7.在实体上创建圆孔特征。 （1）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（实体）/（孔）选 项。 （孔类型）分组框中选中草绘按钮，进入草绘模式。 （2）绘制圆孔草绘剖面，完成后退出草绘模式。 （3）系统提示选取平面，圆柱，圆锥或点作为孔放置的主参照选取实体的底平面。在 （孔放置）分组框中的（放置 类型）下拉框中选取（线性） 。 （4）分别指定两个线性尺寸。单击线性参照按钮，选取平面 right，在右侧输入参照尺 寸“0.00” 。再单击线性参照按钮，选取平面 top，在右侧输入“8.00” 。 （5）单击（孔）对话框下部的确定按钮，生成圆孔特征 1。 （6）用同样方法创建圆孔特征 2。 8.最后生成的实体如下图所示。 图 3-2 开合螺母 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 25 页 共 39 页 3 33 3 夹具体的三维造型设计夹具体的三维造型设计 1.使用旋转方法创建基础实体特征。 （1）在菜单栏选取（文件）/（新建）选项，新建文件 prt0003。 （2）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（实体）/（加材料） 选项，在（实体选项）菜单中选取（旋转）和（实体）选项，然后选取（完成）选项。 在（属性）菜单中选取（单侧）选项，然后选取（完成）选项。 （3）系统提示选取或创建一个草绘平面，选取标准基准平面 front 作为草绘平面。 在（方向）菜单中选取（正向）选项，在（草绘视图）菜单中选取（缺省）选项。 （4）选取系统缺省放置参照和尺寸参照后，进入草绘模式，使用样条曲线工具绘制草 绘剖面，完成后退出草绘模式。 （5）在（rev to）菜单中选取（360）选项，然后在菜单中选去（完成）选项。 （6）单击模型对话框下部的确定按钮，生成实体特征。 2.在已创建实体上添加拉伸实体特征。 （1）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（实体）/（加材料） 选项，在（实体选项）菜单中选取（拉伸）和（实体）选项，然后选取（完成）选项。 在（属性）菜单中选取（单侧）选项，然后选取（完成）选项。 （2）系统提示选取或创建一个草绘平面，选取实体新生成的在（草绘视图）菜单中 选取（缺省）选项。 （3）选取系统缺省放置参照和尺寸参照后，进入草绘模式，使用样条曲线工具绘制草 绘剖面，草绘一个长和宽分别为 145，25 的矩形，完成后退出草绘模式。 （4）在（指定到）菜单中选取（盲孔）选项，然后选取（完成）选项。系统提示输入 深度值，输入“137.0” ，并确定。 （5）单击模型对话框上的确定按钮，成功完成拉伸实体特征的增加。 3.在实体特征上添加切减材料的拉伸实体特征。 （1）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（实体）/（切减材 料）选项，在（实体选项）菜单中选取（拉伸）和（实体）选项，然后选取（完成） 选 项。在（属性）菜单中选取（双侧）选项，然后选取（完成）选项。 （2）系统提示选取或创建一个草绘平面，选取特征#2 的曲面 top 作为草绘平面。在 （方向）菜单中选取（正向）选项，在（草绘视图）菜单中选取（缺省）选项。 （3）选取系统缺省放置参照和尺寸参照后，进入草绘模式，使用样条曲线工具绘制草 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 26 页 共 39 页 绘剖面，完成后退出草绘模式。 （4）在（指定到）菜单中选取（盲孔）选项，然后选取（完成）选项。系统提示输入 深度值，输入“60.0” ，并确定。特征的增加。 （5）用同样方法添加其它切减材料的拉伸实体特征。 4.在实体上创建圆角特征。 （1）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（倒圆角）选项。 在 （倒圆角类型）菜单选取（简单）选项，然后选取（完成）选项；在（倒圆角组属性） 菜单中选取（常数）和（边链） ，然后选取（完成）选项；在链菜单中选取（相切链） 选项。 （2）系统提示从链选取一边，完成是选取“完成” ，选取实体 1 的边线，在（链）菜单 中选取（完成）选项。 （3）系统提示输入圆角半径，输入数值“ 3.00” ，最后在模型对话框中单击确定， 完成倒圆角特征。 （4）同样方法创建实体上其它圆角特征。 5.在实体上创建圆孔特征。 （1）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（实体）/（孔）选 项。 （2）在（孔类型）分组框中，选中直孔按钮。 （3）在（孔放置）分组框中，单击主参照按钮，根据系统提示选取伸出面作为主参照。 在（孔放置类型）中选取（线性）选项。在线性参照 1 中选取伸出面，在右边的距离中 输入“52.00”，在线性参照 2 中选取 top 面，在右边的距离中输入“55.00” 。 （4）在（孔尺寸）分组框中的（直径）编辑框中输入孔直径“12.00” 。在（深度一） 下拉框中，选取（穿过所有）选项。在（深度二）下拉框中，选取（无）选项。完成设 置后确定，即可生成特定的孔特征。 （5）用同样方法创建实体上其它孔特征。 6.在实体上添加创建筋特征。 （1）插入新的基准平面作为草绘平面。在菜单栏依次选取（插入）/（基准）/（平面） 选项。在（基准平面）菜单中选取（偏距）选项，然后根据系统提示选取 top 基准面作 为新建基准面的偏距基准，设定偏距数值为“30.00” 。新建基准平面 dmt2。 （2）在（菜单管理器）中依次选取（零件）/（特征）/（创建）/（筋）选项，系统提 示选取或创建一个草绘平面，选取基准平面 dmt2 作为草绘平面。 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 27 页 共 39 页 （3）在草绘平面内绘制草绘剖面，完成后退出草绘模式。 （4）保持箭头指向的方向作为材料的填充方向，在（方向）菜单中选取（正向）选项， 接着系统提示输入带厚度，输入筋的厚度值“15.00” ，成功创建筋特征。 （5）用同样方法创建实体上其它筋特征。 7.最后生成的实体如下图所示。 图 3-3 夹具体 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 28 页 共 39 页 3 34 4 总装配图。总装配图。 图 3-4 装配图 分解图分解图 图 3-5 分解图 机电控制工程系毕业设计（论文） 第 29 页 共 39 页 总结总结