減速器箱體的加工工藝規(guī)程及其夾具設(shè)計【含CAD圖紙、說明書、工藝工序卡】
畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)外 文 參 考 資 料 及 譯 文譯文題目:A Novel Modular Fixture Design and Assembly System 新穎的夾具設(shè)計和基于虛擬現(xiàn)實的裝配系統(tǒng) 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 專 業(yè): 所在學(xué)院: 指導(dǎo)教師: 職 稱: 年 月 日新穎的夾具設(shè)計和基于虛擬現(xiàn)實的裝配系統(tǒng)摘要模塊化的裝配是工業(yè)制造中很重要的一個方面,這篇論文討論的是桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對模塊化裝配設(shè)計的作用。對于虛擬環(huán)境設(shè)計,論文提出了設(shè)計方法,這種方法可以幫助設(shè)計師,使他們的設(shè)計可行有效。論文在層次數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上,提出了組合夾具裝配的方法。在這些結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,在虛擬環(huán)境中,用戶可以在設(shè)計和裝配過程中操縱虛擬模型。此外,人們正在討論如何實施在加工仿真生產(chǎn)經(jīng)行檢測,最后,案例研究證明了該系統(tǒng)的功能。與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)相比,論文中還為模塊化裝配提出了一個合理的便攜式解決方案設(shè)計。關(guān)鍵詞:指數(shù)計算組合夾具,桌面虛擬現(xiàn)實,裝配設(shè)計,加工模擬結(jié)果一覽表1 介 紹模塊化裝配是工業(yè)制造的一個重要方面,準(zhǔn)確的設(shè)計夾具對確保產(chǎn)品質(zhì)量,精度,準(zhǔn)確性,以及完成部分加工是非常重要的。組合夾具是在安全,準(zhǔn)確位置,為交匯處和高標(biāo)準(zhǔn)組件提供支持的一種系統(tǒng),并支持整個加工過程中的工件 【1】 。一般來講,夾具設(shè)計者通過經(jīng)驗或反復(fù)試驗的方法就能確定夾具計劃是不是合適。隨著計算機技術(shù),計算機輔助設(shè)計的出現(xiàn),計算機已在組合夾具設(shè)計領(lǐng)域普遍應(yīng)用。一般情況下,與夾具設(shè)計相關(guān)的活動,即裝配刨,夾具元件設(shè)計,夾具布局設(shè)計,是在機床發(fā)展的下游才會去考慮。這些古老的做法對銜接設(shè)計和制造都是很不利的。例如,很少有系統(tǒng)能合并機械檢測的一系列功能。這就導(dǎo)致了在夾具設(shè)計和制造之間產(chǎn)生了一個缺口,這個缺口使得人們不能在設(shè)計階段 【2】 考慮刀具路徑。因此,在制造設(shè)計中,人們重新設(shè)計也無法避免刀具被夾具元件妨礙的問題。所以,為了把機系列夾具領(lǐng)入柔性制造的舞臺,更系統(tǒng),更自然的設(shè)計環(huán)境是人們必須去研究的。一個綜合的,立體的,互動的環(huán)境通常由計算機來實現(xiàn)。在數(shù)十年之內(nèi) 【4】 ,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)都是能起到很大作用的人機接口。在制造業(yè)中,虛擬現(xiàn)實也有很大的應(yīng)用潛力,它可以在實際生產(chǎn)之前解決很多問題,從而避免出現(xiàn)一些代價高昂的錯誤。在過去的十年,虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進步,為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不同的工程中的應(yīng)用提供了推動作用,例如產(chǎn)品設(shè)計 【5】 ,裝配 【6】 ,加工仿真 【7】 ,培訓(xùn) 【8】 。本文的目的要闡述如何建立一個基于虛擬現(xiàn)實的模塊化夾具設(shè)計系統(tǒng)(VMJFDS) 。第一步就是為模塊化設(shè)計裝置制定一個綜合的,擬真的環(huán)境。這種應(yīng)用程序在運用了自然和啟發(fā)性的方式,這種方式在設(shè)計夾具方面是有優(yōu)勢的,它可以在使用條件,縮短交貨時間,提高夾具生產(chǎn)力和經(jīng)濟性等諸多方面形成良好的匹配。2 擬議系統(tǒng)的概敘擬議的桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系是基于系統(tǒng)功能要求的模塊,由圖 1 所示。在系統(tǒng)水平上,有 3 個擬議模塊的設(shè)計,即圖形界面(GUI) ,虛擬環(huán)境(VE)和文獻數(shù)據(jù)庫模塊。對于任何一個模塊,某種功能要求由一組對象來實現(xiàn)。在這篇論文中,詳細的對象設(shè)計和實施都省略了。相反,這三個模塊的概簡要說明如下:1) 圖形界面(GUI):大體上說圖形用戶界面是一個友好界面,它用于整合虛擬環(huán)境,組合夾具設(shè)計。2) 虛擬環(huán)境(VE):虛擬環(huán)境用三維模型把組合夾具系統(tǒng)、虛擬環(huán)境及其組成部分的導(dǎo)航和操作步驟顯示給用戶,如圖所示 1,虛擬環(huán)境模塊包括兩部分,即裝配設(shè)計環(huán)境和加工仿真環(huán)境。用戶選擇適當(dāng)?shù)脑?,把這些元件寫在裝配設(shè)計方面的辦公區(qū)域內(nèi),然后,用執(zhí)導(dǎo)系統(tǒng)把最終的夾具系統(tǒng)建立起來,人們就能把選中的元件逐個的組合起來。圖 1,概述基于組合夾具設(shè)計系統(tǒng)的桌面虛擬現(xiàn)實3) 數(shù)據(jù)庫:數(shù)據(jù)庫存放著所有模型的環(huán)境和夾具模塊元件以及該領(lǐng)域的知識和一些典型的例子。如圖 1 所示,顯示了 5 個數(shù)據(jù)庫,其中知識和規(guī)則單元是該系統(tǒng)最重要的地方,它管轄著所有夾具設(shè)計的原則。3 程序化組合夾具設(shè)計在本節(jié)中,作者提出了在虛擬環(huán)境中有啟發(fā)性的組合夾具設(shè)計程序。除了三維技術(shù)的深入,用戶擁有和真實世界一樣的操作感覺,這個過程還有情報功能。在設(shè)計過程中,采用智能推理的方法把一些典型的案件和建議提供給用戶作參考,如實例推理(CBR)和常規(guī)推理(RBR) 。此外,相關(guān)知識和規(guī)則作為幫助頁面展現(xiàn)給用戶,用戶就可以在設(shè)計過程中輕松瀏覽了。概述組合夾具設(shè)計過程總結(jié),如圖 2。虛擬環(huán)境之后就是草簽和工件加載,第一步是夾具規(guī)劃。在這個步驟中,首先用戶決定了夾具計劃,即指定交互夾具要面臨的工件。為了幫助用戶成功決策,一些有用的個案,以及他們的夾具計劃將通過自動推理檢索方法提供給用戶。一旦選定了要使用的夾具,用戶到就能指定的夾具點。在這這項任務(wù)中,計算機還給出了一些建議和規(guī)則。夾具規(guī)劃后,下一步就是夾具元件選擇、設(shè)計階段。在這個階段,用戶可以選擇合適的夾具元件和組裝成夾具需要的特殊部分。根據(jù)該夾具點的空間信息與基本夾具和工件的關(guān)系,一些典型的夾具元件的選擇和建議可以自動提交給用戶,這些都將有助于為用戶服務(wù)。經(jīng)過規(guī)劃和夾具元件選擇這個設(shè)計階段后,下一階段就是把選擇的夾具元件連接到基板上經(jīng)行交互裝配設(shè)計。當(dāng)外形裝配完成,在加工范圍內(nèi)對結(jié)果進行檢查和評估。在這種環(huán)境中執(zhí)行的任務(wù)包括裝配規(guī)劃,加工仿真和夾具評價。裝配規(guī)劃是用于獲得最佳的裝配順序和得到裝配各組件準(zhǔn)確的路徑。加工仿真負責(zé)制造時的交互檢測。夾具評價是將檢查和評估設(shè)計的結(jié)果。最后,整個設(shè)計過程是在很自然的方式下進行,這都得益于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。此外,展示的內(nèi)容和知識可以告訴用戶怎樣才能選擇最好的設(shè)計決策。4 組合夾具建模4.1 組合夾具結(jié)構(gòu)分析夾具元件組合起來的一個功能是為了在基板和工件 【11】 之間創(chuàng)造連接點。一般來說,根據(jù)其結(jié)構(gòu)的基本特征,組合夾具結(jié)構(gòu)可分為 3 個功能單元,即定位裝置,夾緊裝置,和支持單位。許多夾具元件可能由一個或多個元件組成,其中只有一個元件作為一個定位器,支持器或夾鉗。組合夾具裝配的主要任務(wù)是選擇的支持,定位,夾緊及附件生成夾具,使他們能夠?qū)⒐ぜB接到基板。通過分析模塊化裝置的實際應(yīng)用,人們發(fā)現(xiàn),模塊化裝置通過選擇合適的夾具元件構(gòu)造成夾具,然后把這些夾具安裝到基板上。因此,這些夾具可視為組合夾具系統(tǒng)的部件。此外,組合夾具系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)圖 3 中表現(xiàn)出來。圖 2,擬議組合夾具系統(tǒng)程序設(shè)計4.2 在虛擬現(xiàn)實中,用分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型代表組合夾具相應(yīng)的虛擬環(huán)境可能含有數(shù)以百萬計的幾何多邊形圖元,這是很正常的。在過去的幾年中,若干個模型計劃,例如作為 BSP 樹 10和八叉樹,已提議組成多邊形模型。然而,模塊化設(shè)計的應(yīng)用,相互作用的影響,現(xiàn)場也是動態(tài)變化。例如,在設(shè)計過程中,部分模塊可能改變其空間位置,方向和裝配關(guān)系。圖 3.模塊化夾具系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)這表明一個靜態(tài)的畫面,如 BSP 樹,是不夠的。此外,上述模型只能在系統(tǒng)組件的水平上表現(xiàn)夾具布局結(jié)構(gòu)。然而,關(guān)于夾具元件之間的裝配關(guān)系,是指裝配特征之間的嚙合關(guān)系,這些都不會去關(guān)注。在本節(jié)中,為了描繪組合夾具系統(tǒng),我們提出一個層次化結(jié)構(gòu)和基于約束的數(shù)據(jù)模型,實時可視化和精確的 3D 操縱的虛擬環(huán)境。 圖 4 所示,在高級別的元件模型用于涉及交互式裝配的拆散操作。它證明了拓撲結(jié)構(gòu)和鏈接組件之間的關(guān)系。以高級別模型為代表的信息可分為兩種類型,即組件對象和裝配關(guān)系。組件對象可以是一個組件或一個部分。一個組件包括各個部分之間的零件和他們的組裝的關(guān)系。圖. 4 層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的虛擬環(huán)境中層基礎(chǔ)模型特征的是建立功能和限制功能。在一般的情況下,在裝配中,裝配關(guān)系往往被視為交配關(guān)系。因此,基礎(chǔ)特征模型用來描述裝配關(guān)系,在裝配操作中,為精確的空間關(guān)系提供必要的信息。在這個模型中,只考慮兩個不同元件之間的特征關(guān)系。下面專題討論,在夾具元件模塊化建模在一個元素之間的功能關(guān)系。低級別的多邊形基礎(chǔ)模型對應(yīng)以上兩個級別的模型:實時可視化和層次模型。它描述了以一個相互聯(lián)系的三角曲面網(wǎng)格作為整個表面,更多關(guān)于如何將一個元素組織成多邊形,將在下一節(jié)討論, 。4.3 夾具元件模塊化建模 眾所周知,在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,夾具元件模塊化建模只是表示為多邊形的數(shù)目。將CAD 系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換到 VR 系統(tǒng)中,拓撲關(guān)系和參數(shù)信息中的結(jié)果將會丟失。為了避免這些問題出現(xiàn),本節(jié)我們將討論夾具元件建模的計劃。夾具元件模塊化是以標(biāo)準(zhǔn)尺寸為依據(jù)預(yù)先制造的部件。計劃夾具設(shè)計完之后,接下來的任務(wù)是選擇合適標(biāo)準(zhǔn)的元件,裝配這些元件以形成一個可行的夾具系統(tǒng)。因此,在建議的制度下,需要考慮夾具元件裝配功能。在這篇論文中,裝配特征是作為一個夾具的屬性,這個屬性提供相關(guān)的確切信息來保證夾具的模塊化設(shè)計和組裝/拆卸。以下八個功能被定義為組合夾具元件的裝配特征:支持面,被支持面,定位孔,擴孔孔,螺紋孔,固定槽,和螺栓。除了類型和尺寸等特征信息外,其他參數(shù),如相對位置,元素在局部坐標(biāo)系統(tǒng)中的定位特征等,在夾具元件的數(shù)據(jù)庫中都用幾何模型記錄下來。當(dāng)一個元件和另一個元件組裝起來時候的,檢索出來的交配功能信息可以決定兩個元件的空間關(guān)系。更多關(guān)于裝配特征及其交配關(guān)系的資料進行了討論參考詳情 11。4.4 在虛擬環(huán)境中以約束為基礎(chǔ)的夾具裝配 1)夾具元件之間的裝配關(guān)系交配關(guān)系是在裝配現(xiàn)場組裝是被定義的。根據(jù)上一節(jié)總結(jié)的裝配特征,交配夾具元件有五種關(guān)系類型。即依賴關(guān)系,擬合關(guān)系,螺紋嚙合,交叉關(guān)系,和 T 型槽配合關(guān)系,如圖 5 所示?;谶@些交配關(guān)系,我們可以推斷,任何兩個元件夾具可能的裝配關(guān)系。2)裝配關(guān)系的推理一般來說,兩個組裝零件的裝配關(guān)系是代表著它們的組裝交配功能。上面的部分,我們定義了夾具元件之間五個基本交配關(guān)系。因此,通過可能出現(xiàn)的裝配關(guān)系決定啟用那種可能的交配特征。為了在下一階段的裝配,把這些可能的夾具裝配關(guān)系存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中(ARDB) 。然而,當(dāng)夾具復(fù)雜,復(fù)合夾具元件的數(shù)量多時,要花費很多時間來推斷和處理這些可能的裝配關(guān)系。為了避免這種情況,首先我們要確定可能的組裝元件對。但是為了避免推理夾具和底板的之間的裝配關(guān)系,我們絕對不能將他們組裝在一起。在這個階段,人們利用一些規(guī)則來尋找可能的元件組裝對。組裝的推理算法類似于在文獻12中討論的。因此,詳細的算法描述在這篇論文中被忽略了。3)基于約束的夾具裝配進行裝配關(guān)系推理的之后,所有被選擇的可能的裝配關(guān)系都建立在 ARDB 中,并被保存起來。在這些關(guān)系的基礎(chǔ)上,人們可以把單個零件組裝成夾具系統(tǒng)。這部分是討論關(guān)于在虛擬環(huán)境中互動裝配的操作。單一的裝配過程如圖 5 所示,并介紹了兩個簡單的部件裝配如圖 6 所示。一般來說,裝配操作過程分為三個步驟,即裝配關(guān)系的認識,約束的分析和應(yīng)用,基于約束的議案。首先,技師選擇一個元件,將它移動給組裝組件。在移動過程中,一旦推理組裝和組裝組件的被檢測到,推斷特征就能選中了。如果這兩個特征是在 ARDB 數(shù)據(jù)庫中的儲存的裝配關(guān)系之一,他們將突出顯示,并等待用戶確認。一旦被用戶確認,這種被確認的裝配關(guān)系將運用約束理論來分析和解決問題,這是為了平移調(diào)整組裝元件的方向,以滿足這兩個組件的位置關(guān)系,以及應(yīng)用新的約束來組裝元件。當(dāng)應(yīng)用了新的約束,對裝配元件的運動將被映射到一個約束空間。這樣做的目的,可以通過 3D 移動數(shù)據(jù),把物體的輸入裝置轉(zhuǎn)換成允許的移動。基于約束的運動不但保證了組件的可獲得確切位置,而且還保證了在將來的運動中,現(xiàn)有的約束不會受到侵犯。繼續(xù)運用確認和約束的裝配關(guān)系,這種裝配元件將能到達最終的位置。5 加工仿真a. 制造的相互影響在加工過程中,與夾具有關(guān)的有多種類型的制造交互作用都有可能發(fā)生。這些相互作用可以分為兩大類別如下圖所示,即靜態(tài)的相互作用和動態(tài)的相互作用。1)靜態(tài)的相互作用是指夾具部件之間的干擾、夾具組件和機器工具之間的干涉、在工件安裝中夾具元件和機械加工工件之間的干擾.2)動態(tài)交互是指參考夾具的相互作用,它發(fā)生在一個單一的工具和操作時的夾具用在切割過程中操作可能會發(fā)生碰撞。一般來說,加工過程和刀具路徑等方面是沒有考慮在夾具設(shè)計階段的。因此,這些相互作用可能常常發(fā)生在實際制造過程中。所以,機械師們必須花很多時間去查明和解決這些相互作用, 它往往導(dǎo)致夾具系統(tǒng)修改或重新設(shè)計,這是繁瑣和昂貴工程。b. 干擾檢測但是目前的商業(yè)軟件,如 VERICUT 軟件,在實際加工工件之前,這些軟件可以模擬數(shù)控加工來檢測刀具路徑錯誤和低效率的運動。在部分編程階段,它可用于避免一些錯誤,如損壞燈具,打斷刀具,或撞毀機器等. 然而,這些軟件價格昂貴,而且面向數(shù)控編程,不適合的夾具設(shè)計。在夾具的設(shè)計階段,應(yīng)確保避免相關(guān)的夾具之間的相互作用。在這個系統(tǒng)中,當(dāng)夾具配置齊全后,加工仿真模塊是提交給用戶識別,讓用戶來解決他們之間的相互作用。在加工仿真環(huán)境中,提供了機床的三維數(shù)字模型。人們可在工作臺上組裝工件和安裝夾具組件,正如加工工程師做的實際的網(wǎng)站上一樣。在安裝過程,組件和夾具工件移動到它們的裝配位置。干擾檢查模塊被執(zhí)行。如果發(fā)生干擾,推斷的對象將被顯現(xiàn)。它可以調(diào)整裝配順序或裝配路徑這樣可避免的干擾。但是,如果不能避免干擾,用戶就必須更改元件或夾具單元。安裝后的工件,刀具的運動是在 CAM 系統(tǒng)中,根據(jù)模擬生成的刀具路徑。對于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),穩(wěn)固,動態(tài),優(yōu)越的三維圖形允許刀具運動在屏幕上可視化的表現(xiàn)出來。因此,模擬刀具路徑允許用戶關(guān)閉檢查,如果發(fā)生的干擾,并提供干擾信息。6 建議制度的執(zhí)行情況與個案研究A. 桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)接口為了裝備最后的部分,夾具設(shè)計工程師用一個自然界面來實現(xiàn)更有效的設(shè)計。在圖形用戶界面參考了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)軟件,通過隱藏窗口的大多數(shù)內(nèi)容來實現(xiàn)設(shè)計的。在圖形用戶界面(圖 7)包括虛擬現(xiàn)實顯示一個主窗口,一個右手組成工具欄和狀態(tài)欄底部的輸出按鈕。系統(tǒng)和用戶之間的交互鼠標(biāo)和鍵盤輸入通過實現(xiàn)。該工具欄為開發(fā)的系統(tǒng)提供的所有的功能。圖七.圖形用戶界面組合夾具設(shè)計系統(tǒng)B 研究案例在模塊化夾具設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)用一個個例完美的闡述。工件加工過程如圖 6。面銑刀在頂面執(zhí)行,隨后就完成了來那個臺階孔。為了工件步驟和指導(dǎo)步驟,用戶設(shè)計了這是一個模塊化的夾具系統(tǒng)。該夾具規(guī)劃模塊已應(yīng)用于一個可行的設(shè)計方案。在這個模塊中,定位,夾緊和支持的面,以及定位,支持和夾緊點,則取決于相應(yīng)的的知識基礎(chǔ)和夾具啟發(fā)式規(guī)則。在此之后,用戶在元素存放區(qū)探索并選擇適當(dāng)?shù)膴A具元件完成夾具上各點的空間要求。當(dāng)完成后,用戶移動到裝配設(shè)計區(qū)域,把選定的元素放在在書桌上,如圖所示 8(a) 。下一個的任務(wù)是選定元件來完成夾具結(jié)構(gòu)分布。在虛擬環(huán)境中,用戶可以自然的方式裝配夾具元件。如圖所示圖。 8(b)項,例如模塊化的夾具系統(tǒng)的最后配置,工件的形成。當(dāng)夾具配置完成后,下一階段是加工推理的模擬檢測。如圖 9(a)和圖 9(b)項所示,夾具系統(tǒng)的構(gòu)建安裝在一臺數(shù)控機床并且模擬了刀具路徑執(zhí)行情況。7 結(jié)論對于組合夾具的設(shè)計制造,我們已經(jīng)提出并制定了桌面虛擬現(xiàn)實的環(huán)境 。提供了該建議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和虛擬現(xiàn)實環(huán)境,即裝配設(shè)計環(huán)境和加工仿真環(huán)境的設(shè)計。通過分析組合夾具結(jié)構(gòu),層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模塊,以及 XML 提出了基礎(chǔ)夾具元件。從而準(zhǔn)確在虛擬現(xiàn)實模型中操作,實現(xiàn)組合夾具設(shè)計和裝配。此外,還要總結(jié)夾具元件之間的裝配關(guān)系和描述在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的裝配操作過程的。加工制造業(yè)的模擬檢查中,使用該方法。最后一個案例研究的提出,用來說明我們的集成系統(tǒng)。參考文獻2、候江亮,特拉皮猶太委員會, “計算機輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)” ,詮釋。39(16) ,2001 年,第 3703 3725 頁。3、A.Senthi l 庫馬爾,J.Y.H.Fuh,T.S.Kow, 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,到德國的包豪斯設(shè)計革命以及美國的廣泛傳播與推廣,工業(yè)設(shè)計經(jīng)過了醞釀,探索,形成,發(fā)展百余年的歷史滄桑。時至今日,工業(yè)設(shè)計已成為一門獨立的專業(yè)學(xué)科,并且有一套完整的研究體系。1980 年國際工業(yè)設(shè)計協(xié)會理事會(ICSID)給工業(yè)作了明確定義:“就批量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品而言,憑借訓(xùn)練,技術(shù)知識,經(jīng)驗及視覺感受,而預(yù)示材料、結(jié)構(gòu)、構(gòu) 造、形態(tài)、色彩、表面加工,裝飾以新的品質(zhì)和規(guī)格,叫做工業(yè)設(shè)計。根據(jù)當(dāng)時的具體情況,工業(yè)設(shè)計師應(yīng)在上述工業(yè)產(chǎn)品全部側(cè)面或其中幾個方面進行工作,而且 需要工業(yè)設(shè)計師對包裝、宣傳、展示,市場開發(fā)等問題的解決付出自己的技術(shù)知識和經(jīng)驗以及視覺評價能力時,這也屬于工業(yè)設(shè)計的范疇” 。材料、結(jié)構(gòu)、 工藝是產(chǎn)品設(shè)計的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ),一方面,技術(shù)制約著設(shè)計;另一方面,技術(shù)也推動著設(shè)計。從設(shè)計美學(xué)的觀點看,技術(shù)不僅僅是物質(zhì)基礎(chǔ)還具有其本身的“功能” 作用,只要善于應(yīng)用材料的特性,予以相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式和適當(dāng)?shù)募庸すに?,就能夠?chuàng)造出實用,美觀,經(jīng)濟的產(chǎn)品,即在產(chǎn)品中發(fā)揮技術(shù)潛在的“功能” 。任何設(shè)計都是時代的產(chǎn)物,它的不同的面貌,不同的特征反映著不同歷史時期的科學(xué)技術(shù)水平。技術(shù)是產(chǎn)品形態(tài)發(fā)展的先導(dǎo),新材料,新工藝的出現(xiàn),必然給產(chǎn)品帶來 新的結(jié)構(gòu),新的形態(tài)和新的造型風(fēng)格。材料,加工工藝,結(jié)構(gòu),產(chǎn)品形象有機地聯(lián)系在一起的,某個環(huán)節(jié)的變革,便會引起整個機體的變化。2.2 國內(nèi)研究概況改革開放以來,隨著中國與世界的接軌,中國不斷的引進了西方先進的加工技術(shù),而且隨著世界科技的飛速發(fā)展,數(shù)控機床,加工中心,柔性制造單元,柔性制造系統(tǒng)等一系列高端設(shè)備得以廣泛的運用,使得我國的加工精度和加工方法也發(fā)生了革命性的改變。產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快,產(chǎn)品需求的多樣化,是制造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn),特別像蝸輪減速器箱體主要零件這種不規(guī)則零件就出現(xiàn)了重大問題,現(xiàn)階段蝸輪減速器箱體主要零件零件加工還打不到自動化加工,它的工藝好需要人工畫線的方法來保證,而零件的裝夾也是通過人工來完成的,所以現(xiàn)階段我國對蝸輪減速器箱體主要零件這種不規(guī)則零件的加工的效率還是比較低的階段。夾具方面人們也從過去傳統(tǒng)的夾具的裝夾,定位,刀具的引導(dǎo)定位為夾具的裝夾和定位,隨著數(shù)字化加工設(shè)備的擴大化,已經(jīng)將夾具的引導(dǎo)刀具功能完全替代,給今后的夾具的快速裝夾與定位提出了更高的要求。近年來,機械制造工藝有著飛速的發(fā)展。比如,應(yīng)用人工智能選擇零件的工藝規(guī)程。因為特種加工的微觀物理過程非常復(fù)雜,往往涉及電磁場、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電化學(xué)等諸多領(lǐng)域,其加工機理的理論研究極其困難,通常很難用簡單的解析式來表達。近年來,雖然各國學(xué)者采用各種理論對不同的特種加工技術(shù)進行了深入的研究,并取得了卓越的理論成就,但離定量的實際應(yīng)用尚有一定的距離。然而采用每一種特種加工方法所獲得的加工精度和表面 質(zhì)量與加工條件參數(shù)間都有其規(guī)律。因此,目前常采用研究傳統(tǒng)切削加工機理的實驗統(tǒng)計方 法來了解特種加工的工藝規(guī)律,以便實際應(yīng)用,但還缺乏系統(tǒng)性。受其限制,目前特種加工 的工藝參數(shù)只能憑經(jīng)驗選取,還難以實現(xiàn)最優(yōu)化和自動化,例如,電火花成形電極的沉入式 加工工藝,它在占電火花成形機床總數(shù) 95%以上的非數(shù)控電火花成形加工機床和較大尺寸的模具型腔加工中得到廣泛應(yīng)用。雖然已有學(xué)者對其 CAD、CAPP和 CAM 原理開展了一些研究,并取得了一些成果,但由于工藝數(shù)據(jù)的缺乏,仍未有成熟的商品化的 CAD/CAM 系統(tǒng)問世。通常 只能采用手工的方法或部分借助于CAD 造型、部分生成復(fù)雜電極的三維型面數(shù)據(jù)。隨著模糊 數(shù)學(xué)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及專家系統(tǒng)等多種人工智能技術(shù)的成熟發(fā)展,人們開始嘗試?yán)眠@一技術(shù) 來建立加工效果和加工條件之間的定量化的精度、效率、經(jīng)濟性等實驗?zāi)P?,并得到了初?的成果。因此,通過實驗建模,將典型加工實例和加工經(jīng)驗作為知識存儲起來,建立描述特 種加工工藝規(guī)律的可擴展性開放系統(tǒng)的條件已經(jīng)成熟。并為進一步開展特種加工加工工藝過程的計算機模擬,應(yīng)用人工智能選擇零件的工藝規(guī)程和虛擬加工奠定基礎(chǔ)。同時,在機械加工過程中,夾具占有非常重要的地位,它可靠地保證了工件的加工精度,提高了加工效率,減輕了勞動的強度,夾具的設(shè)計過程中,應(yīng)深入生產(chǎn)實際, (對工件的圖紙,工藝文件,生產(chǎn)綱領(lǐng)等分析) ,精心調(diào)查研究,吸取國內(nèi)外的先進技術(shù),制訂出合理的設(shè)計方案。我們都知道減少停工檢修期是提高生產(chǎn)力、使生產(chǎn)能力利用系數(shù)最大化的一項重要因素。然而零件加工過程中的精確定位和裝夾的重復(fù)精度也是改進效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。譬如柔性加工中心的產(chǎn)生就是為了減少產(chǎn)品循環(huán)周期。目前中國制造業(yè)發(fā)展迅猛,以前的我國制造業(yè)普遍使用剛性專機加工各種各樣的零部件,導(dǎo)致改型和生產(chǎn)個零部件周期較長。隨著我國制造業(yè)發(fā)展和各種各種零件的需求與日俱增,加工設(shè)備和工藝也向著柔性化的方向轉(zhuǎn)變。加工裝備的柔性概念和需求主要體現(xiàn)在對設(shè)備快速性和適應(yīng)性的需求上,因此制造商不得不尋求柔性和產(chǎn)量之間的最佳組合。當(dāng)然,在滿足了柔性的條件下、也有著不同的解決方案,如:模塊化、可變換化、可重新配置化、在線兼容性等。不論采用哪種方案,使用高性能的液壓夾具都顯得尤為重要,現(xiàn)在,柔性專機、可重新配置的機床及專用加工中心的組合應(yīng)用,使得發(fā)動機零件的加工變得越來越柔性化,具體情況取決于每個加工項目的產(chǎn)量配額使用液壓夾具的主要優(yōu)勢是能節(jié)省夾緊和松卸工件時所花的大量的時間。有關(guān)統(tǒng)計資料表明液壓夾緊相比機械夾緊節(jié)省 90%95%的時間,縮小了生產(chǎn)循環(huán)周期,從而增加了產(chǎn)量也就意味著降低了成本。當(dāng)加工一長型鋁合金零件時,刀具通過時旋轉(zhuǎn)油缸可快速讓開,刀具通過后可快速復(fù)位。液壓夾具系統(tǒng)的第二項重要特點是可實現(xiàn)非常高的定位精度。關(guān)鍵在于夾緊力在定位和夾緊過程中保持恒定不變。從而確保了同一道工序下的加工質(zhì)量一致性。由于變形造成的廢品率將會微乎其微。夾具是機械加工不可缺少的部件,在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下,夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟的方向發(fā)展3 研究內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)、期刊、教材、廠家資料及國內(nèi)外相關(guān)文獻查閱。根據(jù)要求完成對蝸輪減速器箱體主要零件加工工藝和夾具設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計。完成設(shè)計圖紙的繪制并進行相關(guān)校核工作,完成設(shè)計說明書的編寫。3.1 減速器箱體主要零件加工工藝1、 制訂蝸輪減速器箱體主要零件加工工藝規(guī)程,關(guān)鍵是工序的劃分和定位基準(zhǔn)的選擇。在設(shè)計開始的過程中,我們必須要認真分析零件圖,了解其蝸輪減速器箱體主要零件零件的結(jié)構(gòu)特點和相關(guān)的技術(shù)要求,對蝸輪減速器箱體主要零件零件的每一個細節(jié),都應(yīng)仔細的分析,如蝸輪減速器箱體主要零件加工表面的平行度、粗糙度、垂直度,特別是要注意蝸輪減速器箱體主要零件零件各孔系自身精度(同蝸輪減速器箱體主要零件度、圓度、粗糙度等)和它們的相互位置精度(蝸輪減速器箱體主要零件線之間的平行度、垂直度以及蝸輪減速器箱體主要零件線與平面之間的平行度、垂直度等要求) ,蝸輪減速器箱體主要零件零件的尺寸是整個零件加工的關(guān)鍵,必須弄清蝸輪減速器箱體主要零件零件的每一個尺寸。繪制零件圖是一個重點,同時因為蝸輪減速器箱體主要零件零件比較復(fù)雜,所以也是一個難點。我們采用 autoCAD 軟件繪制零件圖,一方面增加我們對零件的了解認識,另一方面增加我們對 autoCAD 軟件的熟悉。工序的劃分確定加工順序和工序內(nèi)容,安排工序的集中和分散程度,劃分工序階段,這項工作與生產(chǎn)綱領(lǐng)有密切關(guān)系,具體可以根據(jù)生產(chǎn)類型、零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求和機床設(shè)備等。生產(chǎn)條件確定工藝過程的工序次數(shù);如批量小時可采用在通用機床上工序集中原則,批量大時即可按工序分散原則,組織流水線生產(chǎn),也可利用高生產(chǎn)率的通用設(shè)備,按工序集中原則組織生產(chǎn)。2、夾具設(shè)計可能遇到的問題:工件定位是否正確,定位精度是否滿足要求,工件夾緊牢固是否可靠等等。工件在夾具中的定位精度,主要與定位基準(zhǔn)是否與工序基準(zhǔn)重合、定位基準(zhǔn)與定位元件的配合狀況等因素有關(guān),可提高夾具的制造精度,減少配合間隙,就能提高夾具在機床上的定位精度,夾具中出現(xiàn)過定位時,可通過撤消多余定位元件,使多余定位元件失去限制重復(fù)自由度的能力,增加過定位元件與定位基準(zhǔn)的配合間隙等辦法來解決。夾緊必須可靠,但夾緊力不可過大,以免工件或夾具產(chǎn)生過大變形??刹捎枚帱c夾緊或在工件鋼性薄弱部位安放適當(dāng)?shù)妮o助支撐。夾具的設(shè)計必須要保證夾具的定位準(zhǔn)確和機構(gòu)合理,考慮夾具的定位誤差和安裝誤差。我們將通過對工件與夾具的認真分析,結(jié)合一些夾具的具體設(shè)計事例,查閱相關(guān)的夾具設(shè)計資料,聯(lián)系在工廠看到的一些蝸輪減速器箱體主要零件零件加工的夾具來解決這些問題.3.2 特色與創(chuàng)新目前夾具產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中,許多情況不容樂觀,如質(zhì)量差、工作效率低、資源消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重、對自然資源破壞力大、維修繁瑣需高技術(shù)人員等等。1)了解夾具的結(jié)構(gòu)、特點以及工作原理。 2)對夾具各部分的性能的提高有重大意義:盡可能好地滿足工藝要求、便于操作。具有合理的強度與剛度,使用可靠,具有很好的經(jīng)濟性,重量輕,制造維修方便。 3)培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計能力創(chuàng)新:對機械領(lǐng)域中的一些基本問題的探討。因此,這樣的設(shè)計不僅要加強自己的理解和知識,和他們的知識,拓寬。此外,該拉延工藝的設(shè)計,AutoCAD繪圖軟件的使用,并在同一時間,手繪,所有這些因素都使我們學(xué)到更多的知識,圖像識別和提高我們的繪圖能力。3.3 研究前景跟著零件的精度的進步,為了下降定位差錯,進步加工精度,對夾具的制作精度需求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達5m,夾具支承面的筆直度到達 0.01mm/300mm,平行度高達 0.01mm/500mm。德國 demmeler(戴美樂)公司制作的 4m 長、2m 寬的孔系列組合焊接夾具渠道,其等高差錯為0.03mm;精細平口鉗的平行度和筆直度在 5m 以內(nèi);夾具重復(fù)裝置的定位精度高達5m;瑞士 EROWA 柔性夾具的重復(fù)定位精度高達 25m。機床夾具的精度已進步到微米級,國際聞名的夾具制作公司都是精細機械制作公司。固然,為了習(xí)慣不一樣職業(yè)的需求和經(jīng)濟性,夾具有不一樣的類型,以及不一樣層次的精度規(guī)范供挑選。 高效為了提出產(chǎn)功率,雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)物越來越多。為了削減工件的裝置時刻,各種自動定心夾緊、精細平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等,疾速夾緊功用部件不斷地移風(fēng)易俗。新式的電控永磁夾具,趕緊和松開工件只用 12 秒,夾具布局簡化,為機床進行多工位、多面和多件加工發(fā)明了條件。為了縮短在機床上裝置與調(diào)整夾具的時刻,瑞典 3R 夾具僅用 1 分鐘,即可完結(jié)線切割機床夾具的裝置與校對。選用美國 Jergens(杰金斯)公司的球鎖裝夾體系,1 分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機床作業(yè)臺上,球鎖裝夾體系用于柔性出產(chǎn)線上替換夾具,起到縮短停機時刻,進步出產(chǎn)功率的效果。 模塊、組合夾具元件模塊化是完成組合化的根底。運用模塊化描繪的系列化、規(guī)范化夾具元件,疾速拼裝成各種夾具,已成為夾具技能開發(fā)的基點。省工、省時,節(jié)材、節(jié)能,體現(xiàn)在各種領(lǐng)先夾具體系的立異之中。模塊化描繪為夾具的計算機輔助描繪與拼裝打下根底,運用 CAD 技能,可樹立元件庫、典型夾具庫、規(guī)范和用戶運用檔案庫,進行夾具優(yōu)化描繪,為用戶三維實體拼裝夾具。模仿仿真的切削進程,既能為用戶供給正確、合理的夾具與元件配套方案,又能堆集運用經(jīng)歷,知道市場需求,不斷地改善和完善夾具體系。組合夾具分會與華中科技大學(xué)協(xié)作,正在著手創(chuàng)立夾具專業(yè)技能網(wǎng)站,為夾具職業(yè)供給信息溝通、夾具產(chǎn)物征詢與開發(fā)的公共渠道,爭奪完成夾具描繪與效勞的通用化、長途信息化和運營電子商務(wù)化。通用、經(jīng)濟夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。選用模塊、組合式的夾具體系,一次性出資比較大,只要夾具體系的可重組性、可重構(gòu)性及可擴大性功用強,運用規(guī)模廣,通用性好,夾具運用率高,回收出資快,才干體現(xiàn)出經(jīng)濟性好。德國demmeler(戴美樂)公司的孔系列組合焊接夾具,僅用種類、標(biāo)準(zhǔn)很少的配套元件,即能拼裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功用強,使得夾具的通用性好,元件少而精,配套的費用低,經(jīng)濟實用才有推廣運用的價值。 教授們主張組合夾具職業(yè)加強產(chǎn)、學(xué)、研協(xié)作的力度,加速用高新技能改造和晉升夾具技能水平的腳步,創(chuàng)立夾具專業(yè)技能網(wǎng)站,充分運用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡(luò)技能,與時俱進地立異和開展夾具技能。自動與國外夾具廠商聯(lián)絡(luò),爭奪合資與協(xié)作,引進技能,這是改造和開展我國組合夾具職業(yè)較為卓有成效的方法。 參考文獻1 于勇. 我國機械制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向J. 山西焦煤科技 ,2010,(S1) :75-762 應(yīng)雷. 淺談我國機械制造業(yè)的困境和發(fā)展戰(zhàn)略對策J. 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Jigs and Fixture .America,SMEJ,2006畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)開 題 報 告2本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑):1)本課題要研究或解決的問題:根據(jù)不同的研究對象擬采用不同的研究手段(途徑) ,本課題包括兩方面內(nèi)容:制定工藝規(guī)程的研究途徑和可行性分析毛坯的選擇:根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和零件結(jié)構(gòu)選擇毛坯,毛坯的類型一般在零件圖上已有規(guī)定。對于鑄件和鍛件應(yīng)了解其分模面、澆口、冒口位置和拔模率,以便在選擇定位基準(zhǔn)和計算加工余量時有所考慮。如果毛坯是棒料或型材,則按其標(biāo)準(zhǔn)確定尺寸規(guī)格,并決定每批加工件數(shù)。毛坯的種類和其質(zhì)量對機械加工的質(zhì)量有密切的關(guān)系。同時對提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約材料、降低成本有很大的影響。擬訂工藝路線:表示零件的加工順序及加工方法,分出工序,安裝或工位及工步等。并選擇各工序所使用的機床型號、刀具、夾具及量具等。擬訂工藝路線從實際出發(fā),理論聯(lián)系實際和工人結(jié)合起來。常常需要提出幾個方案,進行分析比較后再確定。計算切削用量、加工余量及工時定額:查閱切削用量手冊等資料并進行計算確定。目前,對單件小批量生產(chǎn)不規(guī)定切削用量,而是由操作工人根據(jù)經(jīng)驗自行選定,但對于自動線和流水線,為保證生產(chǎn)的節(jié)拍,必須規(guī)定切削用量,并不能隨意改變。計算加工余量、工序尺寸及公差是要控制各工序的加工質(zhì)量以保證最終加工質(zhì)量。工時定額一般按各工廠的實際經(jīng)驗積累起來的統(tǒng)計資料來估算。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,工藝的改進,新工藝,新技術(shù)的不斷出現(xiàn),工時定額應(yīng)進行相應(yīng)的修改。對機械加工工藝規(guī)程基本要求可歸結(jié)為質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。雖然有時互相矛盾,但只要把它們處理好,就會成為一個統(tǒng)一體。在三個要求中,質(zhì)量是首要的。質(zhì)量表現(xiàn)在機械產(chǎn)品的各項技術(shù)性能指標(biāo),質(zhì)量不能保證,根本談不上數(shù)量;質(zhì)量和生產(chǎn)率之間是密切聯(lián)系的,在保證質(zhì)量的前提下,應(yīng)該不斷地最大限度地提高生產(chǎn)率,滿足生產(chǎn)量的要求。如果兩者矛盾,則生產(chǎn)率要服從于質(zhì)量,應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下解決生產(chǎn)率問題。在保證質(zhì)量的前提下,應(yīng)盡可能的節(jié)約耗費,減少投資,降低制造成本,這就是經(jīng)濟性。因此,蝸輪減速器箱體主要零件的工藝規(guī)程研究途徑應(yīng)該體現(xiàn)質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的統(tǒng)一,達到經(jīng)濟合理及可行的最優(yōu)方案。(1) 夾具設(shè)計的研究途徑和可行性分析(2) 蝸輪減速器箱體主要零件、銑、鉆等工序使用的專用夾具,此類夾具的特點是針對性強、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、生產(chǎn)率高。(3) 夾具設(shè)計最關(guān)鍵是要求對工件定位正確,且滿足定位精度要求。為了解決此問題,首先得了解影響定位精度的因素。然后采取措施解決具體的問題。如定位基準(zhǔn)與定位元件的配合狀況和影響定位精度,那么可以提高夾具的制造精度,減小配合間隙就能提高夾具在機床上的定位精度。(4) 除此之外,選擇夾具的類型與結(jié)構(gòu)型式必須與零件生產(chǎn)批量大小相適應(yīng),夾具結(jié)構(gòu)與零部件應(yīng)具有足夠的剛度和強度,從而保證夾具操作方便、夾緊可靠、使用安全、并有合理的裝卸空間。2)擬采用的研究手段(途徑): 1、搜集資料,了解并掌握蝸輪減速器箱體主要零件加工工藝結(jié)構(gòu)和工作原理。2、確定設(shè)計大體思路,撰寫開題報告,要求完成具體的設(shè)計內(nèi)容及計算。3、根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求,熟悉相關(guān)軟件 AutoCAD,確定設(shè)計方法及設(shè)計要點。按要求完成完整的設(shè)計計劃及預(yù)期達到的結(jié)果,進行相關(guān)設(shè)計及計算。4、對所設(shè)計夾具設(shè)計相關(guān)校核,準(zhǔn)備相關(guān)資料。5、對設(shè)計說明書初稿進行相關(guān)格式修改,對設(shè)計圖紙并進行修改。
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