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機(jī)械系畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
200 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
材 料
系 、 部： 機(jī)械工程系
學(xué)生姓名： 肖 鑫
指導(dǎo)教師： 隆 文 革
職 稱： 副 教 授
專 業(yè)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)制0505
學(xué) 號(hào)： 202050516
2008年5月
材料清單
1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書
2、指導(dǎo)教師評(píng)閱表
3、答辯及最終成績(jī)?cè)u(píng)定表
4、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
5、附錄材料
200 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書
系： 專業(yè)：
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
課題名稱
內(nèi)容及任務(wù)
擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)
進(jìn)度安排
起止日期
工作內(nèi)容
備注
主要參考資料
教研室
意見
年 月 日
系主管領(lǐng)導(dǎo)意見
年 月 日
湖南工學(xué)院200 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱表
系：
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
班 級(jí)
專 業(yè)
指導(dǎo)教師姓名
課題名稱
評(píng)語(yǔ)：（包括以下方面，①學(xué)習(xí)態(tài)度、工作量完成情況、材料的完整性和規(guī)范性；②檢索和利用文獻(xiàn)能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；③學(xué)術(shù)水平或設(shè)計(jì)水平、綜合運(yùn)用知識(shí)能力和創(chuàng)新能力；）
是否同意參加答辯：
是□ 否□
指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)
分值：
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
湖南工學(xué)院200 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯及最終成績(jī)
評(píng) 定 表
系（公章）：
學(xué)生姓名
學(xué)號(hào)
班級(jí)
答辯
日期
課題名稱
指導(dǎo)
教師
成 績(jī) 評(píng) 定
分值
評(píng) 定
小計(jì)
教師1
教師2
教師3
教師4
教師5
課題介紹
思路清晰，語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確，實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計(jì)（論文）有應(yīng)用價(jià)值。
30
答辯
表現(xiàn)
思維敏捷,回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問題回答準(zhǔn)確大、深入,知識(shí)面寬。
必
答
題
40
自
由
提
問
30
合 計(jì)
100
答 辯 評(píng) 分
分值：
答辯小組長(zhǎng)簽名：
答辯成績(jī)a：
×40％＝
指導(dǎo)教師評(píng)分
分值：
指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)b：
×60％＝
最終評(píng)定成績(jī)：
分?jǐn)?shù)： 等級(jí)：
答辯委員會(huì)主任簽名：
年 月 日
說(shuō)明：最終評(píng)定成績(jī)＝a+b，兩個(gè)成績(jī)的百分比由各系自己確定，但應(yīng)控制在給定標(biāo)準(zhǔn)的10％左右。
200 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
題 目
加工液壓泵上體三個(gè)階梯孔的機(jī)床專用夾具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)研究
系 、 部： 機(jī)械工程系
學(xué)生姓名： 肖 鑫
指導(dǎo)教師： 隆文革 職稱 副教授
專 業(yè)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)制0505
完成時(shí)間： 2008年5月
摘 要
機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是制造系統(tǒng)的重要組成部分，隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)方式已成為企業(yè)中產(chǎn)品快速上市的瓶頸，企業(yè)迫切需要提高夾具設(shè)計(jì)的效率。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造正是為了適應(yīng)這一要求而產(chǎn)生的，在此背景下，開發(fā)了實(shí)用性強(qiáng)的 CAD系統(tǒng)，主要進(jìn)行了下面幾個(gè)方面的研究：
1、 介紹了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD的發(fā)展概況和研究現(xiàn)狀。
2、 現(xiàn)代技術(shù)把CAD 技術(shù)引入到夾具設(shè)計(jì)中，形成了計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)（Computer Aided Fixture Design CAFD）方法，研制了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。研究了參數(shù)化、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
3、 CAD技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)特點(diǎn)是從零件的CAD建模發(fā)展到面向產(chǎn)品的CAD建模。產(chǎn)品為滿足用戶多樣化的要求,常常需要改動(dòng)一個(gè)或幾個(gè)主要參數(shù),也就是所謂的系列化、多樣化的設(shè)計(jì)。
4、 20世紀(jì)90年代以來(lái)，CAD技術(shù)基礎(chǔ)理論主要以PTC的Pro/Engineer為代表的參數(shù)化造型理論和以SDRC的I-DEAS為代表的變量化造型理論形成了基于特征的實(shí)體建模技術(shù),為建立產(chǎn)品信息模型奠定了基礎(chǔ)。
5、 利用Pro/E等三維繪圖軟件繪制了大量的夾具標(biāo)準(zhǔn)件圖，并建立Pro/E系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形庫(kù)。
關(guān)鍵詞：CAD，建模，Pro/E, 數(shù)據(jù)庫(kù)，圖形庫(kù)
Abstract
The design of machine tool of clamping apparatus is to make systematic important composition part, along with advanced production technical development and the competition of market aggravate , the traditional design way of clamping apparatus has become the product in enterprise the bottleneck that appears on the market fast , enterprise urgent needs raise the efficiency of the design of clamping apparatus. It is produced that CAD and production are just to meet this requirement, under this background, have developed the CAD system with strong practicality , have carried out the research of some following aspects mainly:
1 , Have introduced CAD systematic CAD develop general situation and research present situation.
2, Modern technology leads into CAD technology , have formed the computer supplementary design( Computer Aided Fixture Design CAFD) method of clamping apparatus in the design of clamping apparatus, have developed corresponding software system. Have studied that parameter melts , product data management, database and network technology.
3, The another characteristic of CAD technical development is to build mould development to CAD that faces product from CAD of element to build mould. Pr-oduct is the requirement of satisfaction user variation, need to often change a or some major parameters , is also the design of so called seriation and variat-ion.
4 , 20 century 90 decade since, CAD technical basic theory is major modelling theory melts with the parameter with Pro/Engineer of PTC of representative and the variable with I-DEAS of SDRC as representative melts modelling theory has formed the entity based on feature to build mould technology, to establish product information model, have established foundation.
5 Using Pro/E etc. three-dimensional draw software has drawn the plenty of pictures of clamping apparatus of standard component, and establish graph storehouse and the database of the system of Pro/E.
Keyword: CAD builds mould, Pro/E, database, graph storehouse
目 錄
第一章 緒論........................................................................................................4
1.1CAD技術(shù)的發(fā)展..................................... ..................................... ...................4
1.2計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)的研究狀況.................................................................4
1.3 Pro/Engineer軟件的介紹...........................................................................5
1.4本課題的目的與意義.....................................................................................5
第二章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)計(jì)算過程及平面圖紙繪制................…….........6
2.1設(shè)計(jì)題目………………………………………………………………..........6
2.2題目分析及工件加工工藝分析……………………………………………..6
2.3設(shè)計(jì)計(jì)算過程及平面圖紙繪制………………………………………….….6
2.3.1明確設(shè)計(jì)任務(wù)與收集設(shè)計(jì)資料………………………………………...6
2.3.2擬定夾具結(jié)構(gòu)方案與繪制夾具草圖……………………………….…..7
2.4夾具的精度分析………………………………………………………….…14
第三章 機(jī)床夾具零件的創(chuàng)建過程…………………………………..….…17
3.1機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)方法…………………………………………………….…17
3.2 Pro/E軟件的一般造型過程…………………………………….…………..19
3.2.1 Pro/E軟件創(chuàng)建夾具零件圖形庫(kù)……………………………………...19
3.2.2 Pro/E軟件應(yīng)用到夾具設(shè)計(jì)中的主要步驟…………………………...20
3.3夾具零件的具體創(chuàng)建實(shí)例………………………………………………….20
第四章 夾具的裝配方法……………………………………………………..24
4.1在Pro/E中夾具的裝配方法步驟…………………………………………..24
4.2 夾具的具體裝配過程……………………………………………………….25
4.3爆炸圖的生成……………………………………………………………….28
第五章 總結(jié)與展望……………………………………………..……………..29
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………..………...30
第一章 緒 論
1.1CAD技術(shù)的發(fā)展
CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，Computer Aided Design）是指工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具，用各自的專業(yè)知識(shí)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是人和計(jì)算機(jī)相結(jié)合，各盡所長(zhǎng)的一種新的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)過程中，人是設(shè)計(jì)的主題，要進(jìn)行創(chuàng)造性的思維，擬定工作原理、構(gòu)思設(shè)計(jì)方案等。計(jì)算機(jī)作為輔助工具，協(xié)助人來(lái)完成設(shè)計(jì)中大部分事務(wù)性的工作，諸如計(jì)算、繪圖、查找數(shù)據(jù)資料、生成技術(shù)文件等。一個(gè)好的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)既能充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性作用，又能充分利用計(jì)算機(jī)的高速分析計(jì)算和大量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，找到人和計(jì)算機(jī)最佳結(jié)合點(diǎn)。CAD為設(shè)計(jì)提供了有力的支持，是制造業(yè)的支撐技術(shù)，CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平是衡量一個(gè)國(guó)家的工業(yè)現(xiàn)代化、科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。
CAD 技術(shù)起步于20世紀(jì)50年代，40多年來(lái)CAD技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段：
1、60 年代，CAD 的主要技術(shù)特征是交互式二維繪圖和三維線框模型。利用解析幾何的方法定義了有關(guān)圖素（如點(diǎn)、線、圓等），用來(lái)繪制或顯示直線、圓弧組成的圖形。
2、70 年代，CAD 的主要技術(shù)特征是自由曲線曲面生長(zhǎng)算法和表面造型理論，雖然表面造型技術(shù)可以解決 CAM 表面加工的問題，但不能表達(dá)形體的質(zhì)量、重心等特征，不利于實(shí)施 CAE 方法。
3、80 年代，CAD 的主要技術(shù)特征是實(shí)體造型（Solid Modeling）理論和幾何建模（Geometric Modeling）方法。實(shí)體建模的邊界表示法（B－Rep）和構(gòu)造實(shí)體幾何表示法（CGS）在軟件開發(fā)上得到應(yīng)用。
4、90 年代以來(lái)，CAD 技術(shù)基礎(chǔ)理論主要是以 PTC 的 Pro/Engineer 為代表的參數(shù)化造型理論和以 SDRC 公司的 I－DEAS 為代表的變量化造型理論，形成了基于特征的實(shí)體建模技術(shù)，為建立產(chǎn)品信息模型奠定了基礎(chǔ)。
計(jì)算機(jī)輔助造型技術(shù)經(jīng)過幾十年的探索，已經(jīng)發(fā)展到特征造型和參數(shù)化、變量化設(shè)計(jì)階段，推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程，促進(jìn)了現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展。
1.2計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)(CAFD)的研究狀況
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多制造企業(yè)已經(jīng)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中通過引入先進(jìn)的科技手段如 CAD、CAPP、CAM 及生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)等，來(lái)解決產(chǎn)品開發(fā)周期、質(zhì)量和成本問題，并取得了一定的效果。人們將 CAD 技術(shù)引入到夾具設(shè)計(jì)中，形成了計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)（Computer Aided Fixture Design CAFD）方法，研制了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。在系統(tǒng)中建立了夾具元件庫(kù)，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示工件的三維視圖，用戶交互地從夾具元件庫(kù)中提取相應(yīng)的夾具元件，在屏幕上形成夾具裝配圖，提高了設(shè)計(jì)和質(zhì)量。
計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)（ComputerAided Fixture Design）是改變傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)作為計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用方面，CAFD 和計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(CAPP)共同組成了 CAD 和 CAM 的橋梁。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研制和開發(fā)是直接從零件 CAD/CAPP 集成環(huán)境中獲取夾具設(shè)計(jì)信息，包括 CAD 系統(tǒng)輸出的零件幾何信息和 CAPP 系統(tǒng)輸出的零件加工信息，然后將讀取的幾何信息和工程信息作為夾具設(shè)計(jì)的已知條件進(jìn)行夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析，以其高速、準(zhǔn)備、自動(dòng)化的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)夾具的自動(dòng)設(shè)計(jì)，提高夾具設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)方法的發(fā)展總趨勢(shì)應(yīng)該是具有更多的通用性、智能化和與 CAD、CAPP、CAM 的集成，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的新理論、新方法的發(fā)展和應(yīng)用將進(jìn)一步推動(dòng) CAFD 在實(shí)用化的方向取得更大的成就。
1.3Pro/Engineer軟件的介紹
在夾具設(shè)計(jì)中,采用CAD技術(shù) 并盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)件是提高夾具設(shè)計(jì)效率的措施之一.這樣,夾具三維標(biāo)準(zhǔn)元件庫(kù)以及標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)與CAD系統(tǒng)的接口在夾具CAD系統(tǒng)中顯得尤為重要.設(shè)計(jì)人員在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行變形設(shè)計(jì)時(shí)就能夠充分利用夾具三維標(biāo)準(zhǔn)元件庫(kù)的資源,避免不必要的重復(fù)勞動(dòng).本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用美國(guó)PTC公司開發(fā)的CAD/CAM軟件Pro/E為平臺(tái),建立夾具三維標(biāo)準(zhǔn)元件庫(kù)(簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)),以適應(yīng)新夾具的設(shè)計(jì)與開發(fā).
這在多數(shù)的CAD軟件中過度曲線部分由于加工方式不同而形狀各異，很難精確的表現(xiàn)出來(lái)。由于CAD技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了Pro/Engineer等大型優(yōu)秀的CAD軟件，其主要功能在于可進(jìn)行強(qiáng)大的參數(shù)設(shè)計(jì)，使得復(fù)雜的實(shí)體造型成為可能。鑒于上述原因，采用Pro/E進(jìn)行精確的三維建模。
Pro/E是一套設(shè)計(jì)至生產(chǎn)自動(dòng)化的機(jī)械軟件，是新一代產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能。由于它能快捷地實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體建模，并能方便地得到任何實(shí)體的幾何參數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量任意截面的截面力學(xué)性能。Pro/E有以下的特點(diǎn)：
（1） 參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征性能
Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。
（2） 單一數(shù)據(jù)庫(kù)
Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管它是哪個(gè)部門的。換言之在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程祥圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。這一優(yōu)點(diǎn)使得設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，成品質(zhì)量更高。
1.4本課題的目的與意義
本課題在學(xué)習(xí)機(jī)床專用夾具的基本知識(shí)和基本理論的同時(shí)，研究如何利用計(jì)算機(jī)來(lái)使用CAD、Proe等繪圖軟件來(lái)設(shè)計(jì)專用夾具以及如何對(duì)專用夾具進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，形成專用夾具的三維爆炸視圖。本課題對(duì)學(xué)習(xí)和鞏固機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)具有極大的幫助，通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，能切實(shí)掌握設(shè)計(jì)制造專用夾具的基本理論和方法，全面熟悉機(jī)械制造工藝方面的知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的能力和利用機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化程序的能力。
第二章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)計(jì)算過程及平面圖紙繪制
2.1設(shè)計(jì)題目：
如圖2-1所示，加工液壓泵上體的三個(gè)階梯孔，中批生產(chǎn)，根據(jù)工藝規(guī)程，在加工階梯孔之前，工件的頂面與底面、兩個(gè)φ8H7孔和兩個(gè)φ8mm孔均已加工好。本工序的加工要求有：三個(gè)階梯孔的距離為25±0.1mm,三孔軸線與底面的垂直度，中間階梯孔與四小孔的位置度試設(shè)計(jì)所需的車床夾具
液壓泵上體零件
2.2 題目分析及工件加工工藝分析
1）基本概念：
在工件加工的工序圖中，用來(lái)確定本工序加工表面位置的基準(zhǔn)，稱為工序基準(zhǔn)。
當(dāng)工件以回轉(zhuǎn)面（圓柱面、圓錐面、球面等）與定位元件接觸（或配合）時(shí)，工件上的回轉(zhuǎn)面稱為定位基面，其軸線稱為定位基準(zhǔn)。
與此對(duì)應(yīng)，心軸的圓柱面稱為限位基面，心軸的軸線稱為限位基準(zhǔn)。
2）題目分析及工件加工工藝分析：
本課題要求設(shè)計(jì)一加工液壓泵上體階梯孔的專用夾具，工件的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，
根據(jù)工藝規(guī)程，在加工階梯孔之前，工件的頂面與底面、兩個(gè)φ8H7孔和兩個(gè)φ8mm孔均已加工好。本工序的加工要求有：三個(gè)階梯孔的距離為25±0.1mm,三孔軸線與底面的直度，中間階梯孔與四小孔的位置度。后兩項(xiàng)未注公差，加工要求低。壁薄剛性差。加工孔￠30時(shí)精度要求高，表面光潔度也有較高的要求，故工藝規(guī)程中分:鉆，擴(kuò)，鉸三個(gè)工步進(jìn)行加工，依靠設(shè)計(jì)的夾具來(lái)保證加工表面的下列位置精度。
①：孔相對(duì)兩端表面的對(duì)稱度不超過0.15。
②：孔相對(duì)套筒軸心線的對(duì)稱度誤差不超過0.15。
2.3設(shè)計(jì)計(jì)算過程及平面圖紙繪制
2.3.1明確設(shè)計(jì)任務(wù)與收集設(shè)計(jì)資料
1）工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
階梯孔
2） 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
（1）加工表面：φ21，φ18，φ17.5，φ22.5，φ13.5孔。
（2）加工要求：
a. 三個(gè)階梯孔的距離為25±0.1mm；
b. 四小孔的位置要求分別為87±0.05；48±0.05。
c. 階梯孔要保持較高的同軸度。
（3）加工余量：8mm
（4）定位基準(zhǔn)：主要加工表面階梯孔的定位基準(zhǔn)為滑盤上表面。
（5）夾緊表面：工件的上表面。
（6）需機(jī)床：CA6140車床
2.3.2擬定夾具結(jié)構(gòu)方案與繪制夾具草圖
1）確定工件的定位方案，設(shè)計(jì)定位裝置。
根據(jù)本工序的加工要求，不僅要鉆，擴(kuò)，鉸孔，還要在車床主軸的旋轉(zhuǎn)中保證安全性，因此工件必須完全定位，即六點(diǎn)定位原則。按照加工和基準(zhǔn)重合原則要求，工件的定位方案分析如下：
（1）加工階梯孔的工序基準(zhǔn)為分度滑盤的上表面，限位基準(zhǔn)也為分度滑盤的上表面.根據(jù)基準(zhǔn)重合原理，分度滑盤的上表面應(yīng)為定位基準(zhǔn)。分度滑盤的上表面限制Z、Y、X三個(gè)自由度；而短圓柱銷限制Y、X二個(gè)自由度，而削邊削限制了Z一個(gè)自由度。 即工件用一個(gè)平面和一個(gè)圓柱銷和一個(gè)削邊銷來(lái)定位，即一面兩孔定位，限制了、Z、Y、X、X、Y、Z六個(gè)自由度。
下面列表說(shuō)明工件的定位：
表2—1： 定位元件所限制的自由度
定位元件
限位基準(zhǔn)
定位基準(zhǔn)
限制自由度
平面
滑盤的表面
滑盤的表面
Z、X、Y
圓柱銷
圓柱銷的中心線
φ8mm孔軸心線
Y 、X
削邊銷
削邊銷的中心線
削邊銷孔的中心線
Z
根據(jù)加工要求和基準(zhǔn)重合原則，應(yīng)以底面和兩個(gè)φ8H7孔定位，定位元件采用“一面兩銷”，定位孔與定位銷的主要尺寸見圖2－2所示。
1）兩定位孔的中心距L及兩定位銷中心距l(xiāng)。因
L=mm=99.36mm
Lmax=mm=99.43mm
Lmin=mm=99.29mm
所以 L=99.36±0.07mm
取l0=99.36±0.02
2) 取圓柱銷直徑為φ8g6=φ
3)查表1-3的菱形銷尺寸b=3mm
4)菱形銷的直徑。由式知
由式
=0.07mm
所以
菱形銷的直徑的公差取IT6為0.009，得菱形銷的直徑為φ
圖2－2一面兩銷定位簡(jiǎn)圖
2）夾具類型的確定
由于滑盤的上表面為主要定位基準(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、卡盤類或角鐵式花盤類夾具，只能采用花盤類車床加工。
花盤類車床夾具上的夾具體是一個(gè)大圓盤（俗稱花盤），在花盤的端面上固定著定位、夾緊元件及其他的輔助元件，夾具的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱。
3）確定工件的夾緊方案，設(shè)計(jì)夾緊裝置。
（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(diǎn)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(diǎn)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) 緊力的方向和作用點(diǎn)應(yīng)施于工件剛性較好的方向和部位；
d) 緊力的作用點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)靠近加工表面。
由于車削時(shí)工件和夾具一起隨主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故在加工過程中，工件除受切削扭矩的作用外，整個(gè)夾具還受到離心力的作用，轉(zhuǎn)速越高離心力越大，會(huì)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(duì)于切削力和重力的方向來(lái)說(shuō)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。所以我們采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。不但因?yàn)槁菪龏A緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，而且，由于纏繞在螺釘表面的螺旋線很長(zhǎng)，，升角又小，所以螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的自鎖性能好，夾緊力和夾緊行程都很大，是手動(dòng)夾緊中用的最多的一種夾緊機(jī)構(gòu)。考慮到單個(gè)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)有諸多缺點(diǎn)，如：1）機(jī)構(gòu)中的螺釘頭直接與洞見表面接觸，螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可能損傷工件表面，或帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。2）夾緊動(dòng)作慢，工件裝卸費(fèi)時(shí)。我們這里用螺旋壓板機(jī)構(gòu)。
（2）夾緊力分析
螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)是利用杠桿原理來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊作用。其好處是：增大夾緊力，改變夾緊力作用方向，增大夾緊行程。它可以繞水平軸翻轉(zhuǎn)，增力顯著，夾緊時(shí)既省力又迅速可靠。夾緊受力分析如下：
圖2－3 夾緊力受力分析圖
由杠桿原理知：
W·a =Q·b
當(dāng)a=1/2b時(shí)，
W =2Q
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）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(cè)》確定。
a) 帶肩六角螺紋（GB/T2148-91）
圖2－4帶肩六角螺母
技術(shù)要求：
⒈材料：45鋼；
⒉熱處理：HRC35-40；
⒊細(xì)牙螺紋的支承面對(duì)螺紋軸線的垂直度按GB1184-80《形狀和位置公差》規(guī)定的9級(jí)公差。
b) 鉤形壓板（GB/T2188-91）
圖2－5 鉤形壓板
技術(shù)要求：
1.材料：45鋼 ;
2.熱處理：淬火、回火HRC35-40。
c) 活節(jié)螺栓（GB/T798-88）
圖2－6活節(jié)螺栓
技術(shù)要求：
1．材料：鋼
2．表面處理：a.不經(jīng)處理；b.鍍鋅鈍化；
3．螺紋公差：8g
4）夾具與機(jī)床的連接方式，設(shè)計(jì)連接元件及安裝基面
車床夾具與機(jī)床主軸的連接精度對(duì)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(duì)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)。
如下圖所示的過渡盤，其上有一個(gè)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(shí)，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(shí)，可按找正圓校正夾具與車床主軸的同軸度。
圖2－7過度盤與車床主軸的連接示意圖
圖2－8 過渡盤
尺寸要求：D1=210 D=285 H1=28 H2=23
5）夾具的平衡
由于加工時(shí)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(huì)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(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工質(zhì)量和刀具壽命且不安全。所以對(duì)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(shí)調(diào)整其位置。
6）對(duì)夾具總體結(jié)構(gòu)的要求
⑴結(jié)構(gòu)要緊湊.
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(shí)，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(cè)量，切屑能順利排出或清理
7）分渡裝置的設(shè)計(jì)
工件一次裝夾后，能按一定的規(guī)律依次改變工件加工位置的裝置，稱為分渡裝置。分渡裝置廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床夾具上。
分渡裝置分為兩類，一類是直線分渡裝置；另一類是回轉(zhuǎn)分渡裝置。分渡裝置一般有以下幾個(gè)部分組成：
a. 轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)部分。它實(shí)現(xiàn)工件的轉(zhuǎn)位或移位。
b. 固定部分。它是分渡位置的基體，常與夾具體連成一體。
c. 對(duì)定機(jī)構(gòu)。它是保證工件正確的分渡位置，并完成插銷和拔銷動(dòng)作。
d. 鎖緊機(jī)構(gòu)。它將轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)部分與固定部分緊固在一起，起減小加工是的振動(dòng)和保護(hù)對(duì)定機(jī)構(gòu)的作用。
1）移動(dòng)部分的設(shè)計(jì)
由于要加工的工件是成直線分布的階梯孔，為了保證加工時(shí)的精度及操作的方便，這里采用移動(dòng)式分渡裝置。
圖2—5 分度滑塊
2) 固定部分的設(shè)計(jì)
固定部分不但要保證與分渡裝置的配合，而且要保證移動(dòng)部分，對(duì)定部分和鎖緊部分的配合精度。
圖2—6 固定元件
3）對(duì)定部分的設(shè)計(jì)
對(duì)定機(jī)構(gòu)保證工件正確的分渡位置，并完成插銷和拔銷的動(dòng)作。我們這里采用手拉式圓柱銷對(duì)定機(jī)構(gòu)。這類機(jī)構(gòu)操作方便，制造較容易，并且在對(duì)定銷插入分渡盤時(shí)能將灰塵和污物推出，不需要嚴(yán)格的防塵措施。對(duì)定銷和分渡盤之間常采用H7/g6配合。
圖2—7 對(duì)定塊
在與分渡盤的連接上主要采用螺栓連接。
圖2—8 螺栓
對(duì)定銷和手柄主要采用螺釘連接。
4）鎖緊部分的設(shè)計(jì)
鎖緊部分的設(shè)計(jì)主要考慮到分渡裝置的移動(dòng)靈活，裝卸方便。我們這里主要采用T型螺栓
為保持夾具回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡，在分渡裝置的另一端設(shè)置了平衡塊，平衡塊和分渡裝置的配合上主要采用槽的形式，在最大限度上保證夾具在主軸的旋轉(zhuǎn)過程中的平衡。
2.4夾具的精度分析
工件在車床夾具上加工時(shí)，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(duì)尺寸25±0.1mm的精度問題作一分析。
1）定位誤差△D
一批工件逐個(gè)在夾具上定位時(shí)，由于工件及定位元件存在公差，使各個(gè)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(gè)：
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(gè)在夾具上定位時(shí)，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δS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(gè)在夾具上定位時(shí)，定位基準(zhǔn)相對(duì)于限位基準(zhǔn)的最大變化范圍δi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(jì)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(jì)算時(shí)，可先算出△B和△Y，然后將兩者合成而得△D。
本工序中的主要加工要求是三孔的孔距尺寸25±0.1mm。此尺寸主要受分渡誤差和加工方法誤差的影響，故只要計(jì)算這兩部分的誤差即可。
（1）分度誤差△，按公式，直線分渡的分渡誤差
△=
式中 2——兩相鄰對(duì)定套的距離尺寸誤差。因?qū)Χㄌ椎木嚯x為25±0.02mm，所以=0.02。
X1 ——對(duì)定銷和對(duì)定套的最大配合間隙。因兩者的配合尺寸是φ10，φ10H7為φmm，φ10g6為φ,所以(0.015+0.014)mm=0.029;
X2 ——對(duì)定銷與導(dǎo)向孔的最大配合間隙。因兩者的配合尺寸是φ14，φ14H7為φmm，φ14g6為φmm,所以X2=(0.018+0.017)mm=0.035mm;
e—— 對(duì)定銷的對(duì)定部分與導(dǎo)向部分的同軸度。設(shè)e=0.01mm,因此
△=
（1） 加工方法誤差△G 取加工尺寸公差的1/3，加工尺寸公差=0.2mm,所以△G=0.2/3mm=0.066mm.
總加工誤差△和精度儲(chǔ)備Jc的見下表。
表2—1 液壓泵上體鏜三孔夾具的加工誤差
由計(jì)算結(jié)果可知，該夾具能保證加工精度，并有一定的精度儲(chǔ)備。
總的裝配效果圖如下
圖2—9夾具總裝配圖
第三章 機(jī)床夾具零件的創(chuàng)建
3.1機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)方法
機(jī)床夾具是機(jī)械加工設(shè)備的重要組成部分 ,其設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著產(chǎn)品性能。
如果被加工零件的批量較小 ,采用通用機(jī)床來(lái)加工 ,這時(shí)使用通用夾具(如卡盤、花盤、臺(tái)虎鉗等) 來(lái)夾持工件 ,通用夾具一般設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單 ,有的可直接在市場(chǎng)上購(gòu)買或已是機(jī)床的固定配置。
如果被加工件批量較大 ,通用機(jī)床就不能適應(yīng)。通用機(jī)床一般是適用于中小批量加工 ,用它來(lái)加工工件雖然不需對(duì)加工設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和投資 ,但加工效率較低 ,對(duì)加工操作人員的操作技能要求較高 ,精度難以保證。為了提高加工效率和制件精度 ,降低對(duì)操作人員的要求 ,一般是使用多軸加工的專用機(jī)床加工(如加工柴油機(jī)箱體所使用的組合機(jī)床) ,這種機(jī)床包含相應(yīng)夾具 ,或者設(shè)計(jì)專用夾具與通用機(jī)床配合使用 ,這兩種方法都涉及到專用夾具的設(shè)計(jì)問題。
為構(gòu)建一個(gè)能支持產(chǎn)品快速制造的生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng),夾具設(shè)計(jì)要從全局自動(dòng)化的高度進(jìn)行變革。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)就是在這種應(yīng)用要求下產(chǎn)生的一種先進(jìn)制造技術(shù),它利用計(jì)算機(jī)輔助人工進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多制造企業(yè)已經(jīng)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中通過引入先進(jìn)的科技手段如 CAD、CAPP、CAM 及生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)等，來(lái)解決產(chǎn)品開發(fā)周期、質(zhì)量和成本問題，并取得了一定的效果。但是由于企業(yè)首先考慮解決新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和加工設(shè)備問題，而造成生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的重頭部分，即工裝的設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備技術(shù)落后于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)，致使先進(jìn)的柔性加工系統(tǒng)等不能發(fā)揮其柔性，影響產(chǎn)品的快速響應(yīng)。夾具是一種能夠使工件按一定的技術(shù)要求準(zhǔn)確定位和牢固夾緊的工藝裝置,它廣泛的應(yīng)用在零件的加工、檢測(cè)和裝配工藝過程中。它的主要作用是：保證工件的加工質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能。據(jù)統(tǒng)計(jì),在整個(gè)生產(chǎn)過程中,生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間要占整個(gè)產(chǎn)品制造周期的 50%--70%,而其中,夾具設(shè)計(jì)與制造占生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的70%左右,所以?shī)A具的設(shè)計(jì)與制造對(duì)產(chǎn)品的開發(fā)周期有較大的影響。
早期的夾具設(shè)計(jì)主要靠工藝人員的經(jīng)驗(yàn)，需要的時(shí)間長(zhǎng)，可靠性差，質(zhì)量低。
盡管人們認(rèn)識(shí)到夾具在生產(chǎn)中的重要性，但夾具設(shè)計(jì)和裝配手段仍舊未從計(jì)算機(jī)
輔助工程中得到更多的受益，它仍是制約生產(chǎn)高度自動(dòng)化的“瓶頸”。經(jīng)過幾年新技術(shù)的實(shí)踐，制造行業(yè)已經(jīng)領(lǐng)會(huì)到要縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，必須以有效的方式充分挖掘生產(chǎn)準(zhǔn)備各個(gè)環(huán)節(jié)的潛力，構(gòu)建一個(gè)能支持快速產(chǎn)品制造的生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng)。夾具準(zhǔn)備技術(shù)作為制約企業(yè)快速相應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也應(yīng)從全局自動(dòng)化的高度變革現(xiàn)有的落后準(zhǔn)備技術(shù)。因此，人們將 CAD 技術(shù)引入到夾具設(shè)計(jì)中，形成了計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)（Computer Aided Fixture Design CAFD）方法，研制了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。在系統(tǒng)中建立了夾具元件庫(kù)，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示工件的三維視圖，用戶交互地從夾具元件庫(kù)中提取相應(yīng)的夾具元件，在屏幕上形成夾具裝配圖，提高了設(shè)計(jì)和質(zhì)量。
隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，于二十世紀(jì) 70 年代末才出現(xiàn)的一種新技術(shù)。近十年以來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)、外學(xué)術(shù)界的重視，對(duì)此進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了一定的成就。CAFD 即計(jì)算機(jī)夾具設(shè)計(jì)是上個(gè)世紀(jì) 70 年代末期出現(xiàn)并開始發(fā)展的一門新技術(shù)。傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)方法在資料檢索、分析計(jì)算、繪圖、編制技術(shù)文件等方面都是由人工完成的，需要較多的人力和較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)周期，設(shè)計(jì)精度和質(zhì)量受到限制，甚至出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤。作為計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用方面，CAFD 和計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(CAPP)共同組成了 CAD 和 CAM 的橋梁。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研制和開發(fā)是直接從零件 CAD/CAPP 集成環(huán)境中獲取夾具設(shè)計(jì)信息，包括 CAD 系統(tǒng)輸出的零件幾何信息和 CAPP 系統(tǒng)輸出的零件加工信息，然后將讀取的幾何信息和工程信息作為夾具設(shè)計(jì)的已知條件進(jìn)行夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析，以其高速、準(zhǔn)備、自動(dòng)化的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)夾具的自動(dòng)設(shè)計(jì)，提高夾具設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。
輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)其設(shè)計(jì)流程一般被分為四個(gè)階段：1）工件裝夾規(guī)劃，2）夾具方案設(shè)計(jì)，3）夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，4）夾具性能評(píng)價(jià)。裝夾規(guī)劃是決定工件在加工中所需的安裝次數(shù)，每次安裝中工件的方位和待加工的表面。夾具方案設(shè)計(jì)是根據(jù)待加工工件的幾何形狀及加工工藝信息，確定工件的定位形式，工件表面上的定位、夾緊點(diǎn)的個(gè)數(shù)和位置。夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是選擇夾具元件，確定夾具元件的尺寸參數(shù)，完成夾具元件的布局和組裝。夾具性能分析是對(duì)已設(shè)計(jì)完成的夾具進(jìn)行有關(guān)性能的評(píng)價(jià)和估算，如夾具精度、剛度和穩(wěn)定性分析，工件在加工過程中的變形分析等。
在現(xiàn)代機(jī)械裝備設(shè)計(jì)系統(tǒng)在建立產(chǎn)品模型時(shí)，應(yīng)該綜合自下而上和自上而下的設(shè)計(jì)方法。前者先設(shè)計(jì)零件，然后搭積木式地進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)；后者首先進(jìn)行總體的原則設(shè)計(jì)，然后將總體原則貫穿到所有的子裝配或者部件中。自上而下的設(shè)計(jì)非常適合復(fù)雜的大型裝配，具有很多優(yōu)點(diǎn)：
圖3－1 自上而下的設(shè)計(jì)模式
（1）自上而下的設(shè)計(jì)可以首先確定各個(gè)子裝配或零件的空間位置和體積、全局性的關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)將被裝配中的子裝配和零件所引用。這樣，當(dāng)總體參數(shù)在隨后的設(shè)計(jì)中逐漸確定并發(fā)生改變時(shí)，各個(gè)零件和子裝配將隨之改變，更能發(fā)揮參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。
（2）自上而下的設(shè)計(jì)使各個(gè)裝配部件之間的關(guān)系變得更加密切。像軸與孔的配合，裝配后配鉆的孔，如果各自分別設(shè)計(jì)，既費(fèi)時(shí)，又容易發(fā)生錯(cuò)誤。通過自上而下的設(shè)計(jì)，一個(gè)零件上的尺寸發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的零件也將自動(dòng)更新。
自上而下的設(shè)計(jì)方法有利于不同的設(shè)計(jì)人員共同設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)方案確定以后，所有承擔(dān)設(shè)計(jì)任務(wù)的小組和個(gè)人可以依據(jù)總裝設(shè)計(jì)迅速開展工作，可以大大加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，做到高效、快捷和方便。
自上而下的設(shè)計(jì)步驟：
1）確定設(shè)計(jì)目標(biāo)。確定諸如產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目的、如何滿足功能要求、必要的子裝配、子裝配與其他裝配的關(guān)系、哪些設(shè)計(jì)將可能變動(dòng)、有無(wú)可參考的設(shè)計(jì)等。
定義大致的裝配結(jié)構(gòu)。把裝配的各個(gè)子裝配勾畫出來(lái)，至少包括子裝配的名稱，形成裝配樹。每個(gè)子裝配可能來(lái)自一個(gè)已有的設(shè)計(jì)，或者僅僅是一個(gè)空部件，不過隨后就可以細(xì)化每個(gè)子裝配。這些結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品總設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)并維護(hù)的，其結(jié)果將公布給所有其他參加設(shè)計(jì)的人員。
2）設(shè)計(jì)骨架模型。每個(gè)子裝配都有一個(gè)骨架模型，在三維設(shè)計(jì)空間用它來(lái)確定裝配的空間位置和大小，部件與部件之間的關(guān)系以及簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型。骨田困模型包含整個(gè)裝配的重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。這些參數(shù)可以被各個(gè)部件引用，所以骨架模型是裝配設(shè)計(jì)的核心。將設(shè)計(jì)意圖貫穿到裝配結(jié)構(gòu)中。將設(shè)計(jì)參數(shù)從上層裝配逐漸傳遞到下層的部件中。
3）部件設(shè)計(jì)。當(dāng)獲得所需要的設(shè)計(jì)信息以后，就可以著手具體的部件設(shè)計(jì)。部件設(shè)計(jì)可以在裝配中直接進(jìn)行，也可以裝配已經(jīng)預(yù)先完成的部件造型。自上而下的設(shè)計(jì)中，相關(guān)的設(shè)計(jì)信息可在不同的裝配部件之間傳遞。
從產(chǎn)品實(shí)體模型建立的角度來(lái)講，自上而下的設(shè)計(jì)技術(shù)是建立產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配模型的約束模型，即建立零件間的聯(lián)接關(guān)系，并在零件設(shè)計(jì)后自動(dòng)繼承裝配關(guān)系，具有規(guī)定的相關(guān)性，自上而下的設(shè)計(jì)技術(shù)的特征造型后 CAD 技術(shù)發(fā)展的又一突破。許多優(yōu)秀的商業(yè) CAD 系統(tǒng)開發(fā)了支持自上而下設(shè)計(jì)模式的模塊，大大增強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的支持。
3.2 Pro/E軟件的一般造型過程
3.2.1 創(chuàng)建夾具零件圖形庫(kù)
隨著機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，CAD/CAE/CAM一體化軟件，Pro/E 軟件便是其中之一。Pro/E 軟件能將機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的全過程集成在一起，它通過一種獨(dú)特的參數(shù)化的以及面向零件的3D實(shí)體模型的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，為我們提 供了一條更直觀、更有效、更快捷的設(shè)計(jì)途徑。在機(jī)械制造中。利用 Pro/E可以創(chuàng)建實(shí)體零件模型及組裝造型，它具有運(yùn)動(dòng)模擬功能、工具設(shè)計(jì)功能、高級(jí)數(shù)控加工功能等，在此，就 Pro/E 在計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作一個(gè)探討。
應(yīng)用 Pro/E 軟件進(jìn)行夾具具體設(shè)計(jì)，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)夾具零件圖形庫(kù)，這樣，在夾具設(shè)計(jì)中就無(wú)需重復(fù)煩瑣地創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件模型，可以直接在標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中選取零件，非?？旖莸貙?shí)現(xiàn)夾具的模擬裝配。 Pro/E 系統(tǒng)本身有一個(gè)數(shù)量龐大的特征庫(kù)：Pro/LIBRARY 其中包括少部分組合夾具標(biāo)準(zhǔn)件，由于各種不同規(guī)格尺寸的組合夾具標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量非常多，一般情況下組合夾具組裝站只配置其中一部分標(biāo)準(zhǔn)件，且不同廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格略有不同，若能根據(jù)組裝站實(shí)際配置的標(biāo)準(zhǔn)件重新創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)， 便可充分利用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行組合夾具的設(shè)計(jì)，且標(biāo)準(zhǔn)件的回取比較快捷。
圖形生成是夾具標(biāo)準(zhǔn)件圖形庫(kù)的主要任務(wù)，一般對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件等相似性強(qiáng)的圖形生成可采用變量法即參數(shù)法。對(duì)于原始模型的所有幾何特征，給定它的組成參數(shù)及其參數(shù)值的變化范圍，這些可變參數(shù)稱為變量，通過輸入這些變量值，便可得到所需形狀及尺寸。 組合夾具的標(biāo)準(zhǔn)件由基礎(chǔ)件、支承件、定位件、導(dǎo)向件、夾緊件、輔助件、組合件構(gòu)成，由于各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件在裝配時(shí)要彼此實(shí)現(xiàn)定位、聯(lián)接，所以各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件上都 設(shè)計(jì)有尺寸相同、間隔均勻的T形槽、長(zhǎng)方槽、螺紋孔等結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化煩瑣重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)件創(chuàng)建過程，建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)可分以下兩步：
(1) 創(chuàng)建用戶定義特征UDF把標(biāo)準(zhǔn)件上都具有的 T形槽、螺紋孔等特征建立UDF，一般根據(jù)組合夾具系列的不同，需創(chuàng)建的主要UDF。在創(chuàng)建各標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)只需把 UDF特征加載到基本幾何體上，便可非?？旖莸貏?chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件。在創(chuàng)建二側(cè)槽方形基礎(chǔ)板原始模型時(shí)將T形槽特征加載到正方形基本幾何體上。
(2) 創(chuàng)建簇表 Family table由于每一類標(biāo)準(zhǔn)件所含標(biāo)準(zhǔn)零件種類較多，如支承件有 A 形支承、長(zhǎng)方 支承、方形支承、小長(zhǎng)方支承，而每一種形狀的支承又有許多不同規(guī)格的尺寸，這些成千上萬(wàn)的標(biāo)準(zhǔn)件若機(jī)械式地一個(gè)個(gè)創(chuàng)建，非常費(fèi)時(shí)，而且沒有必要。通過創(chuàng) 建簇表，可根據(jù)一個(gè)原始模型重復(fù)開發(fā)多個(gè)零件。根據(jù)二側(cè)槽方形基礎(chǔ)板原始模型通過創(chuàng)建 簇表所開發(fā)的一組標(biāo)準(zhǔn)件。在創(chuàng)建簇表選擇合理的原始模型時(shí)應(yīng)注意以下兩個(gè)問題：
1) 原始模型及其衍變模型的大多數(shù)尺寸、特征、 參數(shù)應(yīng)該相同，對(duì)于組合夾具來(lái)說(shuō)往往選擇同類型標(biāo) 準(zhǔn)件中尺寸最大的標(biāo)準(zhǔn)件作為原始模型。創(chuàng) 建的中型組合夾具的二側(cè)槽方形基礎(chǔ)板簇表，其原始 模型為尺寸最大的 z101020，尺寸最大的方形 基礎(chǔ)板。
2) 一些情況下，當(dāng)尺寸最大的標(biāo)準(zhǔn)件不能包含同類型標(biāo)準(zhǔn)件的所有特征時(shí)，應(yīng)在尺寸最大的標(biāo)準(zhǔn)件基 礎(chǔ)上添加上未包含的特征才能作為原始模型。
3.2.2 Pro/E軟件應(yīng)用到夾具設(shè)計(jì)中的主要步驟
(1)創(chuàng)建工件模型 在標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)創(chuàng)建工作完成之 后，便可進(jìn)行組合夾具的設(shè)計(jì)。首先要分析工序圖，分 析工件的結(jié)構(gòu)形狀特征及本道工序的加工要求，同時(shí)要?jiǎng)?chuàng)建出工件三維實(shí)體模型，以便于進(jìn)行模擬裝配。
(2) 夾具的模擬裝配,根據(jù)零部件之間的裝 配關(guān)系和約束條件，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)組裝，并 進(jìn)行相應(yīng)檢驗(yàn)，從而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)不合理的設(shè) 計(jì)進(jìn)行修改。
在分析工序圖，初步確定了定位、夾緊及導(dǎo)向、對(duì)刀方案后，即可在標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中直接選取合適的定位、 夾緊、導(dǎo)向、對(duì)刀元件，同時(shí)要選擇合適的基礎(chǔ)板來(lái)支承這些元件，接下來(lái)便可進(jìn)行組合夾具的模擬裝配， 在模擬裝配時(shí)應(yīng)注意裝配的順序，首先在基礎(chǔ)夾具體 上安裝定位元件，工件實(shí)現(xiàn)定位后，再安裝夾緊元件及導(dǎo)向?qū)Φ对?通過組合夾具模擬裝配，利用Analysis命令可在 元件間檢查干涉現(xiàn)象，及時(shí)發(fā)現(xiàn)零部件在裝配體中的 靜態(tài)空間位置的相交性和零部件在夾具裝配過程中在空間上的幾何干涉性，從而及時(shí)糾正裝配設(shè)計(jì)中存在的問題。
(3) 創(chuàng)建裝配圖和明細(xì)表 Pro/E有大量的功能用于裝配圖的繪制。在三維空間實(shí)現(xiàn)了組合夾具模擬 裝配后，即可快捷地創(chuàng)建二維裝配圖和零件明細(xì)表，從而完成用Pro/E軟件進(jìn)行組合夾具設(shè)計(jì)的全過程。 根據(jù)組合夾具裝配圖和零件明細(xì)表配置標(biāo)準(zhǔn)件，由等級(jí)技工進(jìn)行組合夾具的裝配，在自動(dòng)化裝配中，可用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行組裝。整個(gè)設(shè)計(jì)和裝配過程非常快捷，適應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。
3.3夾具零件的具體創(chuàng)建實(shí)例
分度盤的創(chuàng)建
第1步：創(chuàng)建基礎(chǔ)實(shí)體特征。
1.在【菜單管理器】中依次選取【零件】/【特征】/【創(chuàng)建】，在【特征類】菜單中選取【實(shí)體】選項(xiàng)，在【實(shí)體】菜單選取【加材料】選項(xiàng)，在【實(shí)體選項(xiàng)】中選取【拉伸】和【實(shí)體】，然后選取完成。
2.選取標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)平面TOP作為草繪平面，在【方向】菜單上選取【正向】，接受系統(tǒng)缺省的特征生成方向，在【草繪視圖】菜單選取【缺省】選項(xiàng)，接受系統(tǒng)缺省的放置參照。接受系統(tǒng)提供的尺寸參照：FRONT和RIGHT基準(zhǔn)平面，關(guān)閉【參照】對(duì)話框，進(jìn)入草繪模式。
3.繪制一個(gè)直徑為285.0mm的圓，然后退出草繪模式。
4.設(shè)定特征的拉伸深度為28mm。
第2步：在實(shí)體特征上生成凸臺(tái)。
1.在【菜單管理器】中依次選取【零件】/【特征】/【創(chuàng)建】，在【特征類】菜單中選取【實(shí)體】選項(xiàng)，在【實(shí)體】菜單選取【加材料】選項(xiàng)，在【實(shí)體選項(xiàng)】中選取【拉伸】和【實(shí)體】，然后選取完成。
2.選取