1、 安徽机电职业技术学院 毕业设计说明书 CA6140 车床法兰盘 加工专用夹具设计与三维建模 系 （部） 数控工程系 专 业 计算机辅助设计与制造 班 级 计 辅 3072 姓 名 王 蓉 学 号 1402073067 指导教师 张国政 2009 2010 学年第一学期 摘 要 法兰盘 一般常称的法兰盘是指专用于连接管道的连接件 夹具 在普通 机床 上对工件进行加工时为了保证加工农面相对其它表面的尺寸和位置精度，首先需要使工件在 机床 上占有准确的位 t ，并在加工过程中能承受各种 力的作用而始终保持这一准确位且不变。前者称为工件的定位，后者称为工件的夹紧，这一整个过程统称为工件的装夹在 机床
2、 上装夹工件所使用的工艺装备称为 机床 夹具 (简称夹具 )。 . 三维模型 三维模型经常用 三维建模工具 这种专门的 软件 生成，但是也可以用其它方法生成。作为 点 和其它信息集合的数据，三维模型可以手工生成，也可以按照一定的 算法 生成。 三维模型广泛用任何使用 三维图形 的地方。实际上，它们的应用早于 个人电脑 上三维图形的流行。许多 计算机游戏 使用预先渲染的三维模型图像作为sprite 用于实时计算机渲染。 现在，三维模型已经用于各种不同的领域。在医疗行业使用它们制作器官的精确模型；电影行业将它们用于活动的人物、物体以及现实 电影 ； 视频游戏产业将它们作为 计算机与视频游戏 中的资
3、源；在科学领域将它们作为化合物的精确模型；建筑业将它们用来展示提议的建筑物或者风景表现；工程界将它们用于设计新设备、交通工具、结构以及其它应用 领域；在最近几十年， 地球科学 领域开始构建三维地质模型 。 目 录 目录 3第一章 序言 4 本课题研究现状 .4 本课题研究内容 .5 本课题研究意义 .6 第二章 工装夹具简述 7 2.1 夹具的种类 .7 2.2 夹具的组成 .8 2.3 夹具设计的步骤 .9第三章 CAD/CAM 应用技术（ Pro/Engineer） 简介 10 3.1 CAD/CAM简介 .10 3.2 Pro/Engineer 简介 .12第四章 法兰盘工装夹具设计、建
4、模过程 15 4.1 Pro/Engineer建模功能简介 .15 4.2 法兰盘 Pro/Engineer建模过程 . 16 4.3 法兰盘加工专用夹具 Pro/Engineer 建模过程 .19第五章 法兰盘工装夹具装配过程 27 5.1 Pro/Engineer装配功能简介 .27 5.2 法兰盘加工专用夹具装配 .28第六章 毕业设计总结 33 第一章 序 言 机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。 1机床夹具的现状 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85左
5、右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新 5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（ FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： 1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； 2）能装夹一组具有相似性特征的工件； 3）能适用于精密加工的高精度机床夹具； 4）能适用于各种现代化制造技术
6、的新型机床夹具； 5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率； 6）提高 机床夹具的标准化程度。 2现代机床夹具的发展方向 现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。 （ 1）标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准： GB/T2148T2259 91 以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 （ 2）精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于
7、精密分度的 多齿盘，其分度精度可达 0.1“；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为 5 m。 （ 3）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高 5 倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为 9000r/min 的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数 控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换
8、夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。 （ 4）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展 的主要方向。 作为机床夹具，首先要满足机械加工时对工件的装夹要求。同时，数控加工的夹具还有它本身的特点。这些特点是： (1) 数控加工适用于多品种、中
9、小批量生产，为能装夹不同尺寸、不同形状的多品种工件，数控加工的夹具应具有柔性，经过适当调整即可夹持多种形状和尺寸的工件。 (2) 传统的专用夹具具有定位、夹紧、导向和对刀四种功能，而数控机床上一般都配备有接触试测头、刀具预调仪及对刀部件等设备，可以由机床解决对刀问题。数控机床上由程序控制的准确的定位精度，可实现夹具中的刀具导向功能。因此数控加工中的夹具一般不需 要导向和对刀功能，只要求具有定位和夹紧功能，就能满足使用要求，这样可简化夹具的结构。 (3) 为适应数控加工的高效率，数控加工夹具应尽可能使用气动、液压、电动等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。 (4) 夹具本身应有足够的刚度，以适
10、应大切削用量切削。数控加工具有工序集中的特点，在工件的一次装夹中既要进行切削力很大的粗加工，又要进行达到工件最终精度要求的精加工，因此夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力的要求。 (5) 为适应数控多方面加工，要避免夹具结构包括夹具上的组件对刀具运动轨迹的干涉，夹具结构不要妨碍 刀具对工件各部位的多面加工。 (6) 夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切屑积留。如工件的定位面偏小，可考虑增设工艺凸台或辅助基准。 (7) 对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形，如使夹紧点靠近支承点，避免把夹紧力作用在工件的中空区域等。当粗加工和精加工同在一个工序内完成时，如果上述措
11、施不能把工件变形控制在加工精度要求的范围内，应在精加工前使程序暂停，让操作者在粗加工后精加工前变换夹紧力（适当减小），以减小夹紧变形对加工精度的影响。 第二章 工装夹具简述 2.1 夹具 的种类 用以正确迅速地装夹工件的装置，称为夹具。夹具对保证加工精度、提高生产率、扩大机床使用范围和减轻劳动量有很大关系。 一、 夹具的种类 夹具按其用途不同，一般可分为以下三类： （ 1） 万能通用夹具。 通用夹具是指已经标准化了的，不需特殊调整，就可以加工不同类型和不同尺寸工件的夹具。如机用平口虎钳、三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、万能分度头、回转（圆形）工作台和电磁吸盘等。有很大的通用性，能较好地适应加工工
12、序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。通用夹具适应性强，不 需自行设计，由专门工厂成批或大量生产，通用夹具对充分发挥机床的技术性能和扩大机床的使用范围，有着重要作用。但通用夹具加工工件效率较低，一般适用于单件小批量生产。 （ 2） 专用性夹具 。 专用夹具是指专门为加工某一零件的某道工序而设计和制造的夹具。专用夹具即可保证加工精度，又可提高生产率，但无通用性，夹具的设计、制造和维修需要投资，成本较高，主要用于成批及大量生产，单件小批量生产中很少使用。为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂
13、自行设计。常用的有车床夹具、铣床夹具 、钻模 (引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具 )、镗模 (引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具 )和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。 （ 3） 可调整夹具。 可以更换或调整元件的专用夹具。包括成组可调整夹具和组合夹具等型式，他适用于成批生产。其主要特点是当加工对象变更时，只需稍加调整或更换个别元件即可。 （ 4） 组合夹具。 由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。 此外，还可按夹紧力源的不同就爱那个夹具分为手动夹具、气动夹具、电动夹具和液压夹具等 。手动夹具主要适用于单件小
14、批量生产，在成批和大量生产中，广泛采用气动、电动和液压夹具。 2.2 夹具的组成 虽然夹具种类繁多，用途不同，结构也各异，但其主要组成部分可以概括为以下几个部分： （ 1）定位元件。 夹具上直接与工件定位基准接触，用来确定工件在夹具中正确位置的零件，称为定位零件。夹具中常用的定位零件有：平面定位用的支承钉和支承板，外圆定位用的 V 型架和定位套筒，内孔定位用的心轴和定位销等。 （ 2）夹紧机构。 工件定位后，将其夹紧一承受切削力等作用的机构，常用的有：螺钉压板、偏心压板、液压、气动、 电动等夹紧机构。 （ 3）导向元件 用以正确确定刀具与工件之间的相对位置的元件。常用的导向元件有钻套、导向套、
15、对刀块等。 （ 4） 夹具体和其他部分 夹具体是夹具中的基准零件，用它来连接并固定夹具中个组成元件，使之成为一个整体，通过夹具体将夹具安装在机床上。 根据加工要求优势在夹具上还有分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、导向键、平衡铁等。 除虎钳、卡盘、分度头和回转工作台之类，还有一个更普遍的叫刀柄，一般说来，刀具夹具这个词同时出现时，大多这个夹具指的就 是刀柄！ 为保证加工零件的精度和提高生产率，设计制造夹具时，应保证整个夹具及其零件都要有足够的精度和刚性，并应做到结构紧凑、形状简单、装卸工件和清除切削方便等。 2.3 夹具设计的步骤 （ 1）
16、收集和研究相关资料 在编制零件机械加工工艺过程中，应提出相应的夹具的设计任务书，其中对定位基准、夹紧方案及有关要求应做说明。技术人员应根据夹具设计任务书进行夹具设计。设计前要认真收集研究下列资料：生产批量、零件图样工序图样、零件工艺规程、典型夹具结构图册和有关夹具零部件标准 等资料。 （ 2）确定夹具结构方案。 拟定夹具结构方案的主要工作包括： 根据工件定位原理，确定工件的定位方式、选择定位元件 ; 确定工件的夹紧方式，选择适宜的夹紧机构； 确定刀具的对准及导向方式，选取刀具的对准及导向元件； 确定其他元件或机构的结构型式，例如定向元件、分度机构等； 协调各元件、机构的布局，确定夹具体结构尺寸
17、和总体结构。 夹具结构会有几种不同方案可供选择，因而都要画出草图，并通过必要的计算（如定位误差及夹紧力计算等）和分析比较，从中选出较为合理的方案。 （ 3）绘制夹具总图。 绘图比例最好 选用 1： 1.总图的主视图应取操作者实际工作时的位置，以便于夹具装配机使用时参考。被加工工件在夹具中被视为“透明体”，所画的工件轮廓线与夹具上的任何线彼此独立，不相干涉。 绘制总图顺序是先用双点划线绘出工件爱你轮廓外形和抓哟表面的几个试图，并用网纹线表示加工余量。围绕工件的几个视图，依次绘出定位元件、夹紧机构、对刀机其他元件、机构，最后绘出夹具体机连接元件，把夹具的各组成元件和机构连成一体。 夹具总图上，还应
18、画出零件明细表和标题栏，并填写其上所规定的内容。 （ 4）确定并标注有关尺寸、配合及夹具技术 条件 夹具总图应标注下列内容： 工件与定位元件的联系尺寸，主要指工件定位表面与工件定位元件间的配合尺寸及公差等级。 夹具与刀具的联系尺寸，主要指用来确定夹具上对刀、导向元件位置的尺寸。 夹具与机床的联系尺寸，主要指用来确定夹具在机床上正确位置的尺寸。 夹具内部的配合尺寸，这些尺寸与机床、刀具、工件无关。 夹具的外轮廓尺寸，一般指夹具最大外形轮廓尺寸。若夹具上有可动部分，应包括可动部分处于极限位置所占的空间尺寸。 夹具上定位元件之间，对刀、导向元件之间的尺寸公差将直接对工件上相应的加工尺寸发生影响，他们
19、的公 差一般取工件加工尺寸公差的 1/3-1/5；定位元件与夹具体的配合尺寸公差，夹具机构各组成零件间的配合尺寸公差等，应根据其功用和装配要求，按一般的公差与配合原则确定。 技术条件。在夹具总图上主要是标注定位元件间或定位元件与夹具体底面间的位置精度要求，以及定位元件、连接元件、对刀元件、导向元件等元件之间的位置精度要求。 这些位置精度要求的数值应取工件相应技术要求所规定数值的 1/3-1/5。 （ 5）绘制夹具零件工作图，先绘制夹具体，然后按装配顺序逐个绘制全部非标准零件。 第三章 CAD/CAM 应用技术（ Pro/Engineer） 简介 3.1 CAD/CAM 简介 1.1 CAD/C
20、AM 的概念 CAD/CAM 是计算机辅助设计 /计算机辅助制造（ Computer Aided Design/Computer Aided Manufacture）的简称，是当今世界发展最快的技术之一。它不仅促使了生产模式的转变，同时也促进了市场的发展。目前， CAD/CAM技术已经在许多领域中得到应用，这里只讨论在制造业中的应用。 CAD 技术的概念 CAD 技术的概念如所示。由图可见，在计算机辅助下进行设计与传统的以人为核心的设计明显不同。根据产品开发计划和对产品功能的要求，不再仅仅是依靠设计者个人的知识和能力去设计，而是运用包括设计者本人和存储在计算机中的多种知识，在 CAD 系统和数据库的支持下进行工作。这种工作方式设计出的产品大大优于单个设计师凭个人脑力和能力设计出的产品；另外， CAD 输出的结果也不仅仅是装配图和零件图，还包括设计、制造过程中应用计算机所需的各种信息。 CAM 技术概念 CAM 技术主要是围绕着数控编程技术开始发展的。数控加工是CAD/CAM 发挥效益最直接、最明显的环节之一。 加 工对象的形状越复杂，加工精度越高，设计更改越频繁，数控加工的优越性越容易得到发挥。因此数控编程技术受到高度重视。然而从制造的全过程看，应用计算机作为辅助手段的不仅仅
