機床夾具常用計算計算機輔助設計含開題報告及文獻綜述、任務書

機床夾具常用計算計算機輔助設計含開題報告及文獻綜述、任務書,機床,夾具,常用,經(jīng)常使用,計算,計算機輔助設計,開題,報告,講演,呈文,文獻,綜述,任務書 一、選題依據(jù) 1．論文（設計）題目 2．研究領域  機床夾具常用計算計算機輔助設計計算機輔助設計與制造 機械設計 3．論文（設計）工作的理論意義和應用價值 機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。 機床夾具按所使用的機床不同，夾具可分為：車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具和其他機床夾具等。根據(jù)夾具所采用的夾緊動力源不同，又可分為：手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等。 機床夾具由定位元件，夾緊裝置，對刀、引導元件或裝置，連接元件，夾具體等組成。任何夾具都必須有定位元件和夾緊裝置，它們是保證工件加工精度的關鍵，目的是使工件定準、夾牢。 機床夾具作用是（1）能穩(wěn)定地保證工件的加工精度：用夾具裝夾工件時，工件相對于刀具及機床的位置精度由夾具保證，不受工人技術水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。（2）能減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率：使用夾具裝夾工件方便、快速，工件不需要劃線找正，可顯著地減少輔助工時；工件在夾具中裝夾后提高了工件的剛性，可加大切削用量；可使用多件、多工位裝夾工件的夾具，并可采用高效夾緊機構，進一步提高勞動生產(chǎn)率。（3）能擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多能： 根據(jù)加工機床的成形運動 ，附以不同類型的夾具，即可擴大機床原有的工藝范圍。例如在車床的溜板上或搖臂鉆床工作臺上裝上鏜模，就可以進行箱體零件的鏜孔加工。 機床夾具設計中常用的計算有（1）夾具定位尺寸計算：a.V 形塊的設計 b.一面兩孔為基準的定位誤差計算等（2）夾具定位精度計算：a.常見定位形式的定位誤差計算 b.鉆模的鉆孔精度計算等（3）夾緊力的計算（4）夾緊機構所需夾緊力的作用力計算（5）各種加工方法的切削力計算（6）氣液缸傳動的計算（7）液壓缸傳動的計算等 計算機輔助設計是 20 世紀 50 年代末發(fā)展起來的綜合性計算機應用技術。它是以計算機為工具，處理產(chǎn)品設計過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成產(chǎn)品設計過程的技術。 現(xiàn)使用計算機輔助設計，可以使機床夾具計算能夠快速進行。只要輸入或者選擇相關的參數(shù)，就能夠得到有關數(shù)據(jù)。目前全國范圍內機床夾具計算計算機輔助設計已經(jīng)有了大量的設計論文，但仍需努力。 4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢 夾具最早出現(xiàn)在 18 世紀后期。隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。 （1）標準化 機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148~T2259－91 以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。 （2）精密化 隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1"； 用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為 5μm。 （3）高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高 5 倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉速為 9000r/min 的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。 （4）柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結構為可拆結構， 發(fā)展可調夾具結構，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。 計算機輔助設計是人和計算機相結合，各盡所長的新型設計方法。在設計過程中， 人可以進行創(chuàng)造性的思維活動，完成設計方案構思、工件原理擬定等，并將設計思想、設計方法經(jīng)過綜合、分析、轉換成計算機可以處理的數(shù)學模型和解析這些模型的程序。在程序運行過程中，人可以評價設計結果，控制設計過程；計算機則可以發(fā)揮其分析計算和存儲信息的能力，完成信息管理、繪圖、模擬、優(yōu)化和其他數(shù)值分析任務。一個好的計算機輔助設計系統(tǒng)既能充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性作用，又能充分利用計算機的高速分析計算。 夾具是一種工藝化程度很高的裝備，用現(xiàn)代科技來進行相應的設計開發(fā)可以提高生產(chǎn)效率，滿足不同的工藝要求，減少人力資源的浪費。計算機輔助夾具設計技術的復雜性和應用性決定了該項技術潛在巨大的市場價值。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 （1）夾具定位精度的有關計算 （2）夾具定位尺寸的有關計算 （3）各種加緊裝置夾緊力分析計算 主要機床夾具常用計算，借助于 vb 編程，實現(xiàn)人機結合的理念。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） 首先對夾具的概念進行了解，再對機床夾具進行設計，從定為誤差分析到確保加工精度，然后計算出夾緊力情定夾緊點位數(shù)等細節(jié)計算。最后再給出氣壓傳動裝置、液壓傳動裝置等方面的計算，具體如下： 1． 緒論 1.1 研究背景及意義 1.2 國內外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.3 論文研究內容 1.4 論文研究技術路線 2.夾具定位尺寸的計算： 2.1 V 形塊的計算 2.2 以一面兩孔為定位基準，夾具上兩定位銷的尺寸及定位誤差計算 2.3 定位銷高度計算 2.4 小錐度高度的計算 2.5 齒輪按漸開線齒形定位時，定位滾柱（或鋼球）直徑及其外公切圓直徑計算： a.直齒圓柱齒輪 b.斜齒圓柱齒輪 c.直齒圓錐齒輪 2.6 彈簧夾頭結構尺寸的計算 3.夾具定位精度的計算： 3.1 常見定位形式的定位誤差計算 3.2 鉆模的鉆孔精度計算 4.各種典型夾緊形式所需夾緊力的計算： 4.1 計算時應考慮的計算系數(shù)： a.摩擦系數(shù) b.安全系數(shù) 5.各種典型夾緊機構所需作用力的計算： 5.1 螺旋夾緊機構 5.2 圓偏心夾緊機構 6.各種復合夾緊機構所需作用力的計算 7.液性塑料薄壁套筒的有關計算 8.各種加工方法的切削力計算 9.氣液缸傳動的計算 10.液壓缸傳動的計算 11.夾具設計中零件尺寸鏈的換算 12.結論 3.本論文（設計）預期取得的成果 （1）根據(jù)課題要求對機床夾具，夾具計算及計算機輔助進行分析，設計與研究。 （2）通過用 VB 的文本框，條件語句，循環(huán)語句，源代碼等對機床夾具常用計算開發(fā)軟件。實現(xiàn)只要輸入或者選擇相關的參數(shù)，就能夠得到有關數(shù)據(jù)來計算夾具。 （3）翻譯相關外文資料。 （4）完成畢業(yè)論文。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 1、夾具定位精度的有關計算 1）常見定位形式的定位誤差計算 2）鉆模的鉆孔精度計算 3）用定位銷定位的分度裝置的分度概率精度 2、夾具定位尺寸的有關計算 1）V 形塊的計算 2）定位銷的高度的計算 3）小錐度心軸尺寸的計算 3、各種夾緊裝置夾緊力分析計算 1）典型夾緊方式所需夾緊力計算。 2）斜楔加緊機構、偏心加緊機構、螺旋夾緊機構、定心夾緊機構夾緊力計 算。 4、氣壓傳動裝置計算。 5、液壓傳動裝置計算。 6、采用 Visual Basic 語言來進行夾具計算常用參數(shù)的設計。 2.論文（設計）進度計劃 第 1 周：安排設計任務，布置設計要求 第 2 周：分析設計題目，了解設計內容，復習相關專業(yè)知識 第 3 周：查找設計資料，查找設計文獻 第 4 周：撰寫開題報告，修改開題報告，開題答辯 第 5 周：軟件總體方案設計，主界面設計 第 6 周：夾具定位精度的有關計算模塊設計 第 7 周：夾具定位精度的有關計算模塊設計 第 8 周：夾具定位尺寸的有關計算模塊設計 第 9 周：夾具定位尺寸的有關計算模塊設計 第 10 周：斜楔加緊機構、偏心加緊機構夾緊力模塊設計 第 11 周：螺旋夾緊機構、定心夾緊機構夾緊力模塊設計 第 12 周：氣壓傳動裝置計算模塊設計 第 13 周：液壓傳動裝置計算模塊設計 第 14 周：程序運行與調試 第 15 周：撰寫設計說明書和外文翻譯 第 16 周：修改設計說明書，準備答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1]劉讓賢.基于圖形法的機床夾具定位誤差計算[J].裝備制造技術，2007（5）. 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修改生成合乎要求的夾具。文獻三和文獻四描述的是基于知識的系統(tǒng)，主要是搜集人類夾具專家的知識整理成知識庫中的各種規(guī)則，然后通過專家系統(tǒng)推理機得到各種決策。這種系統(tǒng)主要解決定位、夾緊方法的選擇，位置的確定。有的系統(tǒng)己搜集了上千條規(guī)則，但因工件的多樣性和夾具設計的復雜性，只能設計一些簡單的夾具。 （3）第三代能生成夾具結構的商品化夾具設計系統(tǒng)，如文獻五中描述的美國吳士脫理工學院容亦鳴教授和清華大學朱耀祥、羅振璧教授合作開發(fā)的孔系數(shù)數(shù)控組合夾具設計系統(tǒng)，國內有中國航空工業(yè)總公司保定向陽機械廠用 AUTOCAD 開發(fā)的組合夾具設計系統(tǒng)，建有元件庫，交互式生成組合夾具。 1.2 計算機輔助夾具設計發(fā)展方向 計算機技術的發(fā)展為夾具設計提供了有利的工具。計算機輔助夾具設計系統(tǒng)已經(jīng)從對二維繪圖軟件的二次開發(fā)發(fā)展到實現(xiàn)與三維繪圖軟件的集成設計，使夾具的結構表達更清晰。三維繪圖軟件成為計算機輔助夾具設計的有利工具。 歸納目前計算機輔助夾具設計系統(tǒng)的發(fā)展方向主要包括以下幾個方面： （1）集成化 計算機輔助夾具設計是生產(chǎn)準備的重要部分。確定該工序所使用的夾具，給出夾具的裝配圖和零件圖是連接 CAD 與 CAM 的橋梁。集成化的計算機輔助夾具設計應首先實現(xiàn)與 CAPP 的集成。集成化是計算機輔助夾具設計系統(tǒng)發(fā)展的必然方向，是企業(yè)信息集成的必然要求。 （2）標準化 標準化是提高計算機輔助夾具設計系統(tǒng)適應性和促進集成的基礎。功能模塊標準化將有利于實現(xiàn)計算機輔助夾具設計系統(tǒng)與 CAD 的集成。 （3）并行化 以往的計算機輔助夾具設計總是在 CAPP 制定完所有工序之后才開始進行，并行化則強調計算機輔助夾具設計與 CAPP 并行實現(xiàn)。計算機輔助夾具設計并行化的發(fā)展將更加提高夾具設計效率，縮短生產(chǎn)準備周期。 （4）智能化 人工智能技術在計算機輔助夾具設計系統(tǒng)中的最初的主要應用是專家系統(tǒng)。但是，專家系統(tǒng)在知識獲取、推理方法等方面還存在一些問題。各種技術的綜合應用，如模糊數(shù)學與神經(jīng)網(wǎng)絡的結合，將更進一步推進計算機輔助夾具設計智能化的發(fā)展。 如何使計算機輔助夾具設計系統(tǒng)更加實用是當前研究者們最為關注的問題。計算機輔助夾具設計系統(tǒng)將繼續(xù)朝著集成化、標準化、并行化和智能化的方向發(fā)展，同時各方向間相互交叉、互相促進是計算機輔助夾具設計系統(tǒng)發(fā)展的必然方向。 1.3 機床夾具零件庫設計現(xiàn)狀 各種二次開發(fā)的系統(tǒng)如模具 CAD、夾具 CAD、組合夾具 CAD 等大多是基于 AutoCAD 平臺開發(fā)的二維工程數(shù)據(jù)庫。基于 AutoCAD 的機床夾具零部件庫開發(fā)已有一定成果。文獻六中對機床夾具零件庫的組成描述為如下幾個功能模塊：零部件庫應用程序、零部件數(shù)據(jù)庫、圖片庫。圖片庫應用于存放不同種類夾具的工程圖，供預覽用?！傲悴考?shù)據(jù)庫”是將機床夾具零部件國家標準 GB2148-GB2269-80 中的所有零部件的尺寸數(shù)據(jù)輸入計算機中，建立起多個數(shù)據(jù)文件，構成數(shù)據(jù)庫，其中每種類型夾具不同規(guī)格的尺寸構成一個數(shù)據(jù)文件，供應用程序在 AutoCAD 中生成工程圖。一些優(yōu)秀的三維 CAD 軟件如 UG、Solid Edge 等都未提供機床夾具零部件庫。 目前，進行簡單開發(fā)的一些零部件庫，如文獻七描述的大部分是基于 CAD 開發(fā)的三維圖形庫，或者說以塊的形式存儲的圖形文件，一般也是針對專門的系統(tǒng)，可移植性不強。而且，這些圖形庫存在一些問題：（1）不同系統(tǒng)開發(fā)的零部件庫由于對零部件沒有統(tǒng)一的描述格式，不能進行信息的交換，造成了資源的極大浪費；（2） 包括的信息不完整，多數(shù)只描述零件的幾何特性，而不包括材料、性能等級等技術信息；（3）在建庫方法上，多采用建立圖庫的方法，即把預先定義好的圖形放入庫中， 需要時重新調用。由于機床夾具零部件的數(shù)量、種類、規(guī)格非常多，而且許多尺寸不是標準尺寸或固定值，全部做成圖形要造成極大的資源浪費，而且有些零件也不可能全部做成圖形，比如鉆套的內孔尺寸、定位銷的外圓柱面定位尺寸等，它們是由工件的加工要求確定的，可能是整數(shù)，也可能是幾位小數(shù)，建立鉆套及定位銷模型時不可能預知這一尺寸，所以，我們需要尋求一種對這一信息的統(tǒng)一描述，包括盡可能多的信息，減少不必要的浪費。 目前，文獻八和九中描述的基于UG 的夾具零部件庫及其系統(tǒng)的研究和開發(fā)較多。譬如基于 UG 和 Oracle 的夾具參數(shù)化零部件庫及其系統(tǒng)的研究和開發(fā)，在系統(tǒng)中，機床夾具零部件的各參數(shù)的數(shù)據(jù)存放在服務器中。夾具零部件按樹狀結構進行管理，安裝于客戶機中，用 C++語言及 UG/OPEN API 提供的類庫，編制夾具零部件參數(shù)化繪圖程序，通過接口程序讀取服務器數(shù)據(jù)庫中的字段值，這些值作為尺寸參數(shù)傳遞給繪圖程序庫中的繪圖程序，在 UG 環(huán)境中進行繪圖，實現(xiàn)機床夾具零部件的三維和二維參數(shù)化設計。這種圖樣是基于特征的圖樣，不僅包含了三維幾何信息，也包含了其二維工程圖。它們不僅可以進行三維可視化夾具裝配建模，進行夾具設計相關檢查（裝配干涉檢查、運動干涉檢查），還可以針對零部件，輸出二維工程圖（這些圖所針對的零部件雖然是標準的、常用的，由于批量較小，一般市場難以購得，廠家可能要自行組織生產(chǎn)，故要出其工程圖）。三維零部件庫的建立，離不開種類豐富的標準件模型。三維建模方式可分為靜態(tài)建模、編程動態(tài)建模和造型動態(tài)建模三種。 1）靜態(tài)建模，就是建立完全的三維標準件模型，逐個輸入計算機中的標準零件庫中，然后按照要求調用零件。由于每種標準件其實就是一個系列，如果把各個尺寸的零件逐一輸入，工作量巨大不說，并且出現(xiàn)存儲量占用龐大，管理困難，調用速度慢等一系列問題。例如一個簡單的螺栓，徑向尺寸多達十幾種規(guī)格，再與長度尺寸相乘其規(guī)格總數(shù)將達幾十種，一一建模也十分可觀。由此可說明靜態(tài)建模是沒有實際意義和應用價值的。 2）編程動態(tài)建模，就是利用二次開發(fā)工具通過編程來實現(xiàn)三維標準件建模，對于每一系列的標準件，采用一個獨立的子程序來實現(xiàn)，通過預留的接口來實現(xiàn)參數(shù)化。這樣的好處是不必建立三維實體模型庫，標準件實例化是在程序運行時自動形成裝配用的零件圖形文件，大大節(jié)省了硬盤空間。缺點是編程工作量龐大，有些復雜零件建 模困難，容易出錯。 3）造型動態(tài)建模，就是采用參數(shù)化方法建立三維標準件模型，由于相同系列標準件具有相同的拓撲結構和不同的尺寸參數(shù)，對同一系列的標準件就可以使用同一三維實體模型。不同的實際尺寸由存儲在數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)表來提供。特點一是現(xiàn)用現(xiàn)生成，執(zhí)行速度快，占用空間小。二是只通過修改參數(shù)表就可以修改標準，給標準件庫的維護和擴充帶來了極大的便利。它是一種非常可行的建庫方法。三是采用基于特征和約束的參數(shù)驅動方法來建立三維標準件庫，這種方法建立在對構成零件的基本特征體素及其相關約束進行自動識別和處理的基礎上。其思想是通過在幾何元素或特征間添加約束關系來定義標準件的產(chǎn)品模型，當需要生成某一規(guī)格的標準件時，可根據(jù)用戶給定的相關約束變量參數(shù)值，對已定義好的標準件模型的相應約束關系進行修改與求解，使其幾何元素和特征的幾何或拓撲信息發(fā)生改變，并引起相關圖形元素及關系的聯(lián)動，生成所需的零件。這種方法不用重復圖形的生成過程，程序代碼量較少，便于獲得系列化的零件圖形，而且可以對用戶開放。作為新一代 CAD/CAM/CAE 集成系統(tǒng)的關鍵技術之一，基于特征造型的參數(shù)驅動技術己經(jīng)成為三維造型中不可缺少的手段。利用 UG/OPEN API 和 C++A 進行圖形編程是基于 UG、比較適合的零部件庫程序編制方式，這是一種動態(tài)建模。對圖形程序采用樹狀管理模式，提出的基于客戶服務器的夾具零部件三維圖形庫模式，由于在運行之前沒有生成三維 part 文件，對標準或通用數(shù)據(jù)進行集中統(tǒng)一的管理，因而所占用的計算機資源少，便于管理，便于在網(wǎng)絡環(huán)境下進行夾具的協(xié)同設計。這種方法，對缺乏經(jīng)驗的設計者來說，缺少直觀性， 在中小企業(yè)難以推廣，相反，建立模型對無經(jīng)驗的設計者是有好處的。 2 課題的意義及內容 2.1 課題的意義 夾具的設計制造在機械制造生產(chǎn)準備工作中占有很重要的地位，它的設計與制造質量對保證產(chǎn)品質量有決定性的影響，其設計與制造的周期在整個生產(chǎn)準備中最長， 實際決定著整個生產(chǎn)準備周期。一般來說，夾具的生產(chǎn)屬于單件生產(chǎn)，減少設計周期是減少整個生產(chǎn)準備周期的關鍵。通過查閱文獻我們注意到夾具設計有以下的特點： 1）夾具設計中盡量采用標準件和常用件 設計人員在進行夾具設計時，盡量選用標準件或通用件進行設計，若每次設計人員都需要重新對這些零件進行造型，設計人員必然要做許多重復性的勞動。 2）夾具設計是一個高度倚賴經(jīng)驗的設計問題 設計師在構思新工件的夾具設計方案時，往往根據(jù)個人的設計制造經(jīng)驗將新工件的結構特征、制造特征與已有工件的結構特征和制造特征相比較，根據(jù)這些特征的相似性找出與新工件最為相似的工件及它的裝夾規(guī)劃方案和夾具元件，經(jīng)過調整來獲得新夾具的設計，很少是從頭做起的。 針對這兩個特點，著重研究并充分利用已有的夾具設計經(jīng)驗，將參數(shù)化技術應用到系統(tǒng)當中，以進一步縮短工裝設計周期，提高夾具的設計質量。并應用數(shù)據(jù)庫管理、計算機圖形學、成組技術，參數(shù)化技術為用戶提供一個良好的設計環(huán)境，將標準件、通用件以及以往的設計經(jīng)驗存儲在計算機中輔助設計人員進行夾具設計，將大大提高設計人員的效率，減輕他們的勞動強度，因此，本課題是具有先進性和實用價值的。 2.2 課題的研究內容 本課題的研究內容是圍繞如何充分利用已有的設計經(jīng)驗和資源，提高夾具設計的質量和效率，主要進行了以下幾方面的研究： （1）根據(jù)課題要求對機床夾具，夾具計算及計算機輔助進行分析，設計與研究。 （2）通過用 VB 的文本框，條件語句，循環(huán)語句，源代碼等對機床夾具常用計算開發(fā)軟件。實現(xiàn)只要輸入或者選擇相關的參數(shù)，就能夠得到有關數(shù)據(jù)來計算夾具。 （3）夾具輔助設計系統(tǒng)的應用實例。 指導教師評閱意見（對選題情況、研究內容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱） 審 核 簽字： 年 月 日 意 見 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日公章：