毕业设计（论文）翻转式钻床夹具的设计与虚拟制造

摘 要本文主要介绍翻转式钻床夹具的设计与虚拟制造。通过CATIA和CAXA制造工程师软件完成对翻转式钻床夹具的设计与虚拟制造。设计的重点是选定零件翻转式钻床夹具，通过CATIA三维实体设计软件对翻转式钻床夹具进行绘制设计，然后将各零件进行装配，最后生成动画，完成顶帖座的设计，以及利用CAXA制造工程师对夹具进行虚拟制造。因此本文要全面的多方位的介绍CATIA三维实体设计和CAXA制造工程师软件，并详细的记录CATIA三维实体设计软件对各个零件的设计与绘制的过程，还要展示CATIA三维实体设计软件对各个零件进行的最后的动画的虚拟装配过程，还要展示CAXA制造工程师对夹具的虚拟制造。另外对于为何选择CATIA三维实体设计软件来进行设计，而不选择其他类似的绘图软件精心设计进行必要的说明和简单的对比。之后形成完整的设计。翻转式钻床夹具设计与虚拟制造是本设计的重中之重，而翻转式钻长夹具的虚拟制造又是另一重点。关键词：翻转式钻床，CATIA，CAXA制造工程师，虚拟设计制造，夹具 AbstractThis paper mainly introduces the tilting drilling fixture design and virtual manufacturing. Through the CATIA software CAXA and manufacturing engineers to tilting drilling fixture design and virtual manufacturing.The focal point of design is selected parts of tilting drilling fixture, through the CATIA software design of three-dimensional tilting drilling fixture design, and then draw the part assembly, finally completed, DingTie generated animation design, and the movement by using CAXA manufacturing engineers to fixture on virtual manufacturing. This paper introduces the multidimensional should fully 3d entity CATIA software CAXA design and manufacturing engineers, and detailed records of CATIA software design of each part of the design and drawing process and display CATIA software to design various parts of the virtual assembly process, the animation will display manufacturing engineers to fixture of CAXA virtual manufacturing. Another choice for why CATIA software to design and choose not to carry on the design, and other similar drawing software designed to explain and simple contrast. After forming a complete design.Tilting drilling fixture design and the design of virtual manufacturing is the priority and tilting drill long fixture of virtual manufacturing is another key.Keywords: Tilting drilling machine， CATIA ，CAXA manufacturing engineers， Virtual design manufacture， Fixture1目 录引言1：机床夹具的发展概括2：钻床夹具的概括第一章：设计任务第二章：翻转式钻床夹具的总体设计1：翻转式钻床夹具的设计2：夹具的工作原理与结构设计3：夹具的使用方法4：夹具与翻转式钻床的固定第三章：翻转式钻床夹具零件的具体设计1：夹具零件的设计2：夹具体的设计3.2.1夹具体机构分析设计3.2.2夹具体的制造3.2.3夹具体的固定3：定位销的设计3.3.1定位销的设计3.3.2定位销加工时的问题及解决方法4：钻模板以及钻套的设计3.4.1钻模板的设计3.4.2钻套的设计3.4.3钻模板与夹具的连接固定第四章：夹具的二维视图第五章：翻转式钻床夹具的三维设计1：翻转式钻床夹具的零件三维视图2：翻转式钻床夹具装配图的设计描述3:CATIA设计零件的实例4翻转式钻床夹具的装配第六章：翻转式钻床夹具零件的制造1：制造工程师实体及毛胚的确定2：刀具轨迹的拾取3：轨迹仿真和加工代码的生成第七章：计算机辅助设计/计算机辅助制造的概括1：CAD/CAM技术发展2：CATIA V5软件特点3：AutoCAD软件的特点4：CAXA制造工程师的特点5：虚拟设计6：虚拟制造7：CATIA V5、AutoCAD、CAXA软件工程师及虚拟设计制造的研究的目的、意义及国内外发概况第八章：CATIA 软件的简介1：CATIA软件的发展2：CATIA软件基本操作界面第九章：CAXA制造工程师简介1:CAXA制造工程师的发展2:CAXA制造工程师的安装与基本界面3:CAXA制造工程师的加工概述4：利用CAXA制造工程师CAD/CAM系统进行自动编程的基本步骤9.4.1加工工艺的确定9.4.2加工模型建9.4.3刀具轨迹生成9.4.4后置代码生9.4.5加工代码输出引言1：机床夹具的发展概括机床夹具的现状：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。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/t2148t225991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）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夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。（3）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5m。（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。2：钻床夹具的概括钻床夹具的特点1） 保证工件的加工精度专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸，公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。2）提高生产效率专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应，应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的高效夹紧装置，以缩短辅助时间，以提高生产效率。3） 工艺性好专用夹具的结构简单，合理，便于加工，装配，检验和维修。专用夹具的生产属于批量生产4） 使用性好专用夹具的操作应简单，省力，安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑机构。5） 经济型好除考虑专用夹具本身结构简单，标准化程度高，成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。钻床夹具的设计要点1、钻套钻套的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜。根据使用二点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式（1） 固定钻套 固定钻套直接被压在钻模板上，其位置精度要求较高，但磨损后不易更换，钻模板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，赢采用有肩钻套。（2） 可换钻套 在成批生产、大量生产中，为便于更换钻套，采用可换钻套（3） 快换钻套 在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个工步加工，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套。更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。（4） 专用钻套 在一些特殊场合，可以根据具体要求自行设计钻套2、钻模板常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式（1） 固定式钻模板 固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。（2） 铰链式钻模板 铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。1.翻转。装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形夹紧螺钉。2.固紧。采用铰链式钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。（3） 悬挂式钻模板 悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用。确定各表面加工方案在选择各表面的及孔的加工方法时，需综合考虑以下因素（1）要考虑各表面的精度和质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工（2）根据生产类型来选择，在大批量生产中可使用专用的高效率的设备；在单件小批量生产中则使用常用设备和一般加工方法。（3）要考虑被加工材料的性质（4）要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有的加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。（5）此外，还要考虑一些其他因素，如加工表面的物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等第一章：设计任务本任务主要是设计翻转式钻床杠杆臂的夹具，对杠杆臂进行相互垂直两空的加工，要对杠杆臂进行固定定位，提高加工精度。杠杆臂专用夹具设计，方便加工以及装卸，提高工作效率。被加工零件的分析:杠杆壁（如图1.1所示），杠杆臂左右两端底面作为与夹具接触定位固定的面（如图1.1所示），在杠杆上钻的两个相互垂直的10mm、13mm的孔（如图1.1所示）。与夹具体接触面，需定位固定。与夹具体接触面，需定位固定。垂直孔10mm水平孔13mm图1.1被加工零件杠杆臂及需要加工的孔杠杆臂在安装到夹具上时应对左右两端底面进行定位固定，因不同零件左右两端底面垂直距离存在一定的误差，所以应设计能够上下移动的平面对零件两端底面进行定位固定；在钻水平孔时，杠杆臂承受向里的力，所以应对杠杆臂进行防止前后运动的固定；在钻垂直孔时，杠杆臂承受向下的力，所以应对杠杆臂进行防治下移的固定。第二章：翻转式钻床夹具的总体设计1：翻转式钻床夹具的设计2.1翻转式钻床夹具总装图2：夹具的工作原理与结构设计2.2.1定位方案与定位元件：为了满足杠杆臂的需要，使杠杆臂左右两端底面定位固定，因不同零件存在一定的误差，应使杠杆臂被加工两孔轴线与钻模板轴线的重合，所以将钻模板固定，又因零件要求为垂直距离，所以设计右端平面固定，左端设置螺旋辅助支撑2进行左右两端垂直距离的调整定位。使其孔轴线与钻模板轴线重合。（如图2.2所示）2.2.2夹紧机构：防止钻孔时零件晃动，应对杠杆臂的两端底面以及前后移动进行定位固定，所以在右端设计定位销7、开口垫圈6、夹紧螺母5对零件零件进行固定；（如图2.2所示）定位销7通过垫圈16和六角螺母15固定于夹具体上。2.2.3其他辅助设备：考虑到零件加工存在误差，所以设计螺旋辅助支撑2可以上下升降，使所有零件都能使左右两端面同时得到固定，为防止误差使加工时上下颠簸，设置锁紧螺母1对螺旋辅助支撑进行锁紧，防止钻孔时辅助支撑受力太大而下降影响加工。设计可调支撑钉11为防止钻孔时零件前后移动，影响加工精度；设计锁紧螺母10，方便了可调支撑钉11的前后移动，提高了定位固定的精度。设计定位体17为了使零件右端底面固定精度更高。（如图2.2所示）夹紧螺母5左底面固定开口垫圈6右底面固定定位体17螺旋辅助支撑2锁紧螺母1定位销7六角螺母15垫圈16锁紧螺母10可调支撑钉112.2定位零件、固定零件和其他辅助零件3：夹具的使用方法被加工零件放在夹具体上时以右端底面与夹具体接触面重合为基准，将被加工零件右端底面放在平面上，调整螺旋辅助支撑2使零件左右底面同时接触夹具，拧紧锁紧螺母1是螺旋辅助支撑固定；调整可调支撑钉11使被加工零件的垂直孔轴线与钻套轴线重合，拧紧定位销7使零件固定于夹具体上。4：夹具与翻转式钻床的固定夹具加紧杠杆臂后，加工的时候将承受向下、向内的力以及钻孔时的旋转力，夹具将会受力而产生直线以及旋转运动，所以夹具固定在钻床上应受到约束，是夹具加紧零件加工时，不因受力而产生位移，影响加工精度，所以对家具的下面以及左面进行固定。第三章：翻转式钻床夹具零件的具体设计1：夹具零件的设计为了节省零件的加工时间，减少家具的成本，在同样的情况下采用了国标零件，减少因为专用零件的开发要花费很多时间以及成本，螺母、垫圈、螺钉、锁紧螺母等零件采用国标零件2：夹具体的设计夹具体是整个夹具的结构基础，它与翻转钻床连接，支撑整个夹具，所以夹具体的设计应符合与钻床连接要求也要符合支撑整个夹具体以及加工时承受的力的机械性能要求。3.2.1夹具体机构分析设计夹具体体型比较大，为了减轻其重量，方便在钻床上装卸，所以我将夹具体的后面以及下面个减去一个方形空间。为了提高夹具体对零件定位的精度，在夹具体上左右两面各设一个突台，提高定位固定精度。3.2.2夹具体的制造夹具体是铸造件，铸造完成后要进行时效处理，满足加工强度要求，要对表面进行去除氧化层处理，保证表面粗糙度，满足定位精度。3.2.3夹具体的固定夹具下端固定于钻床上，通过凹槽直接防御钻床上，方便与装卸，并能满足加工时对夹具的约束。3：定位销的设计3.3.1定位销的设计定位销的作用是固定被加工零件的右端，时期在被加工时能够固定不动，提高加工精度。定位销应先让自己固定于夹具体上，然后将零件放在夹具体上进行定位固定，因而定位销属于一个细长轴，所以定位销要具有足够的强度和韧性，一面在加工时承受不了冲击力而折断，影响加工。所以定位销的材料选择为20号钢，并进行渗碳处理，渗碳深度为0.81.2mm，达到HRC为5560。3.3.2定位销加工时的问题及解决方法定位销的加工：由于细长轴本身刚性差（L/d值愈大，刚性愈差），在车削过程中会出现以下问题：1、工件受切削力、自重和旋转时离心力的作用，会产生弯曲、振动，严重影响其圆柱度和表面粗糙度。2、在切削过程中，工件受热伸长产生弯曲变形，；车削就很难进行，严重时会使工件在顶尖间卡住。因此，车细长轴是一种难度较大的加工工艺。虽然车细长轴的难度较大，但它也有一定的规律性，主要抓住中心架和跟刀架的使用、解决工件热变形伸长以及合理选择车刀几何形状等三个关键技术，问题就迎刃而解了。细长轴的加工比较困难，在加工时可能会产生热变形，对加工时的固定也是很困难，下面将介绍加工时的方法：一：在车削细长轴时，可使用中心架来增加工件刚性。一般车削细长轴使用中心架的方法有：1、中心架直接支承在工件中间 当工件可以分段车削时，中心架支承在工件中间，这样支承，L/d值减少了一半，细长轴车削时的刚性可增加好几倍。在工件装上中心架之前，必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽，表面粗糙度及圆柱度误差要小，否则会影响工件的精度。车削时，中心架的支承爪与工件接触处应经常加润滑油。为了使支承爪与工件保持良好的接触，也可以在中心架支承爪与工件之间加一层砂布或研磨剂，进行研磨抱合。2、用过渡套筒支承车细长轴用上述方法车削支承承中心架的沟槽是比较困难的。为了解决这个问题，可加用过渡套筒的处表面接触，过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用这些螺钉夹住毛坯工件，并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合，即可车削。二：使用跟刀架支承车细长轴跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪，跟刀架可以跟随车刀移动，抵消径向切削时可以增加工件的刚度，减少变形。从而提高细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。从跟刀架的设计原理来看，只需两只支承爪就可以了因车刀给工件的切削抗力Fr，使工件贴住在跟刀架的两个支承爪上。但是实际使用时，工件本身有一个向下重力，以及工件不可避免的弯曲，因此，当车削时，工件往往因离心力瞬时离开支承爪、接触支承爪而产生振动。如果采用三只支承爪的跟刀架支承工件一面由车刀抵住，使工件上下、左右都不能移动，车削时稳定，不易产生振动。因此车细找轴时一个非常关键的问题是要应用三个爪跟刀架。三：减少工件的热变形主要可采取以下措施：1、使用弹性回转顶尖 用弹性回转顶尖加工细长轴，可有较地补偿工件的热变形伸长，工件不易弯曲，车削可顺利进行。2、加注充分的切削液 车削细长轴时，不论是低速切削还是高速切削，为了减少工件的温升而引起热变形，必须加注切液充分冷却。使用切削液还可以防止跟刀架支承爪拉毛工件，提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。3、刀具保持锐利 以减少车刀与工件的摩擦发热。四：合理选择车刀几何形状车削细长轴时，由于工件刚性差，车刀的几何形状对工件的振动有明显的影响。选择时主要考虑以下几点：1、由于细长轴刚生差，为减少细长轴弯曲，要求径向切削力越小越好，而刀具的主偏角是影响径向切削力的主要因素，在不影响刀具强度情况下，应尽量增大车刀主偏角。车刀的主偏角取kr=8093。2、为减少切削烟力和切削热，应该选择较大的前角，取r0=1530。3、车刀前面应该磨有R11.53的断屑槽，使切削顺利卷曲折断。4、选择正刃倾角，取入=3使切削屑流向待加工表面，并使卷屑效果良好。5、切削刃表面粗糙度要求在Ra0.4以下，并要经常保持锋利。6、为了减少径向切削力，应选择较小的刀尖圆弧半径（re0.3mm）。倒棱的宽度也应选得较小，取倒棱宽br1=0.5f。五：车削细长轴的车刀1、刀片材料为YT15硬质合金。2、切削用量：粗车时，切削速度vc=5060m/min；进给量f=0.30.4mm/r；切削深度ap=1.52mm。精车时，切削速度vc=60100m/min；进给量 f=0.080.12mm/r ；切削深度ap=0.51mm.。3、采用乳化液作切削液。4、适用范围：适用于车削光杠、丝杆等细长轴。4：钻模板以及钻套的设计4.1钻模板的设计钻模板结构形式的选择：在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易。常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式1）固定式钻模板 固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。2）铰链式钻模板 铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。1.翻转。装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形夹紧螺钉。2.固紧。采用铰链式钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。3）悬挂式钻模板 悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用。钻模板上安装钻套的底孔与定位元件间的位置精度直接影响工件孔的位置精度，因此至关重要。在上述各钻模板结构中，以固定式钻模板钻套底孔的位置精度最高，而以悬挂式钻模板钻套底孔的位置精度为最低。杠杆臂的夹具属于专用夹具，进行小批量生产，考虑到夹具的加工成本，所以选择固定式钻模板。为了减少成本又可以进行装卸，我将通过螺钉将它与夹具体固定（如图4.1所示）。固定钻模板与夹具体，我选择国标零件圆锥销14（6X30）和螺钉9（M8X25）。在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在1030mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。此外，钻模板一般不宜承受夹紧力。因为钻模板13的钻套在顶部，所以将钻模板13的厚度设计为21mm。因为钻模板4的钻套位于靠右端，所以讲钻模板4厚度定位17mm。钻模板13钻模板材料的选择：钻模板在满足刚性要求的情况下减轻其重量，所以对材料的选择进行了对比。45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工,模具中常用来做45号钢管模板,梢子,导柱等。45号钢广泛的应用于机械制造行业，二它的机械性能要求完全满足钻模板的要求，所以选择45号钢作为钻模板的材料。螺钉9圆锥销14夹具体8钻模板4圆锥销14螺钉9夹具体8图4.1钻模板与夹具体的固定4.2钻套的设计钻套结构形式的选择：钻套的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜。根据使用二点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式1）固定钻套 固定钻套直接被压在钻模板上，其位置精度要求较高，但磨损后不易更换，钻模板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，应采用有肩钻套。2）可换钻套 在成批生产、大量生产中，为便于更换钻套，采用可换钻套3）快换钻套 在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个工步加工，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套。更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。4）专用钻套 在一些特殊场合，可以根据具体要求自行设计钻套跟据钻套的选择原则，杠杆臂的加工属于小批量生产，所以选择固定钻套。又因为右端垂直孔孔径大，钻模板薄，应采用有肩钻套（如图4.2所示） 无肩钻套3左端钻垂直孔的钻模板4右端钻垂直孔的钻模板13有肩钻套12钻套的选择：由于钻套属于国标规定零件，按照杠杆臂钻孔的大小要求，选择国标内的钻套：无肩钻套3（10G7）和右肩钻套12（B13F7X32）。4.3钻模板与夹具的连接固定钻模板支撑钻套，对钻套进行定位固定，所以在加工时钻模板将承受力而产生运动，影响加工，所以应对其进行固定。因为螺钉固定会有空隙产生误差，影响加工精度，所以在应用螺钉的固定的基础上，再加上圆锥销进行定位固定，是钻模板与夹具体紧密结合，以免加工时螺钉松动产生误差，影响加工。第四章：夹具的二维视图一：螺旋辅助支撑2图4.1螺旋辅助支撑2二：钻模板4图4.2钻模板4三：定位销7图4.3定位销7四：夹具体8图4.4夹具体8五：钻模板13图4.5钻模板13第五章：翻转式钻床夹具的三维设计1：翻转式钻床夹具的零件三维视图一：螺旋辅助支撑2图5.1螺旋辅助支撑2二：钻套3图5.2钻套3三：钻模板4图5.3钻模板4四：定位销7图5.4定位销7五：夹具体8图5.5夹具体8六：螺钉9图5.6螺钉9七：可调支撑钉11图5.7可调支撑钉11八：钻套12图5.8钻套12九：钻模板13图5.9钻模板132：翻转式钻床夹具装配图的设计描述由若干零部件组成的装配单元称为装配体。不同层次零件的装配存在先后顺序约束，下层零件的装配优先于上层零件的装配，不同子装配体的零件可以并行装配。产品结构上的层次特性隐含了部分装配顺序信息，因此，采用等级模型更能够体现问题的本质而且可以将整个产品的装配问题简化为对子装配体的分析和求解，降低了问题求解复杂度。如图5.10所示翻转式钻床夹具的总装三维图。5.10夹具总装三维图3:CATIA设计零件的实例下面我就以翻转式钻床夹具的钻模板4为例，叙述一下完成三维实体设计的全过程。1.利用CATIA强大的零件草图的参数化设计，做出零件的草图（如图5.11所示）图5.11钻模板草图2.利用特征工具中的拉伸功能对草图平面进行拉纵向拉伸（如图5.12所示）图5.12拉伸钻模板3.在拉伸面上继续画草图（如图5.13所示）图5.13草图二4.利用特征中的拉伸切除功能对已形成的实体进行一定深度的切除（如图5.14所示）图5.14拉伸切除5.拉伸切除以后定位板成型（如图5.15所示）5.15钻模板成型4：翻转式钻床夹具的装配（1）装配体模型由若干零部件组成的装配单元称为装配体。不同层次零件的装配存在先后顺序约束，下层零件的装配优先于上层零件的装配，不同子装配体的零件可以并行装配。产品结构上的层次特性隐含了部分装配顺序信息，因此，采用等级模型更能够体现问题的本质而且可以将整个产品的装配问题简化为对子装配体的分析和求解，降低了问题求解复杂度。（2）装配约束关系类型 装配模型除了描述每个零件的信息之外，更重要的是描述零件间的相互关系。装配体中零部件之间存在的装配关系主要包括产品零部件之间的几何关系和连接关系。采用面向对象的方法描述产品装配关系，即通过类的继承逐步细化描述内容。如图9.12所示为装配约束关系的类继承关系。其中，几何约束主要分为以下四类:1)位置约束关系，描述了产品中两个零件或部件的几何元素间的相对位置关绻，如贴合、对齐、插入等;2)连接约束关系，描述了产品零部件几何元素间的直接连接或间接连接关系，连接体之间具有连接介质或连接力。如螺栓连接、键连接、焊接连接等。3)配合关系，描述了产品零部件之间配合关系的类型、代码和精度;4)运动关系，描述了产品零部件之间相对运动和传动关系，如绕轴的旋转等；位置约束关系从工程设计角度可分为以下几类:1)贴合关系:要求装配体零部件的两个接触表面的法向矢量方向相反，包括平面平面接触、平面曲面接触、曲面面而接触。这种约束关系类型反映了装配自由度约束的程度;2)插入关系:描述广义孔和广义轴之间的配合关系，要求孔的轴线和轴的轴线重合，它允许两零件间的旋转自由度和沿着零件轴线的平移自由度;3)对齐关系:包含对齐和等距对齐，是指装配体零部件之间的重合关系，包括点对齐、线对齐、面对齐及局部坐标系对齐。面对齐是指两个表面相邻且在同一物理平面上；边对齐是指两条边重合在同一直线上；点对齐是指两个点重合；等距对齐是指两个面对齐且相邻边平行。4)定向关系:描述两元素之间的方向关系，可以是面与面之间、边与边之间的这种关系。连接约束关系按照连接方法可分为间接连接和直接连接。1)直接连接:通过连接力把两个零部件连接起来的一种约束关系，如过盈连接、弹性连接等;2)间接连接:通过中间连接件将两个零部件连接起来的一种约束关系，中间连接件被称为连接介质。螺纹连接、销连接、键连接、铆接等都是典型的间接连接。第六章：翻转式钻床夹具零件的制造通过数据接口传入实体造型；确定粗加工、半精加工和精加工方案；生成各加工步骤的刀具轨迹；刀具轨迹仿真；后置输出加工代码。本节以钻模板13为例对其数控加工群过程进行描述。1：制造工程师实体及毛胚的确定在CATIA实体中选取【文件】【输出】【零件】，在“输出文件”对话框中选取制造工程师可读取数据格式保存。本例中选取igs格式。在CAXA制造工程师中打开上述保存文件，如图6.1所示选取【加工】【定义毛胚】如图所示，选择参照模型，点取上方“参照模型”按钮。生成毛皮模型.6.1毛坯定义2：刀具轨迹的拾取6.2.1加工前准备工作（1）设定加工刀具 选择【应用】【轨迹生成】【刀具库管理】命令， 弹出刀具库管理对话框如图6.2所示。图6.2刀具库管理 增加铣刀。单击“增加铣刀”按钮，如图6.3在对话框中输入铣刀名称。图6.3增加铣刀一般都是以铣刀的直径和刀角半径来表示，刀具名称帽量和工厂中用刀的习惯一致。刀具名称一般表示形式为“D10，r3”，D代表刀具直径，r代表刀角半径。设定增加的铣刀的参数。在刀具库管理对话框中键入正确的数值，刀具定义即可完成。其中的刀刃长度和刃杆长度与仿真有关而与实际加工无关，在实际加工中要正确选择吃刀量和吃刀深度，以免刀具损坏。（2）后置设置用户可以增加当前使用的机床，给出机床名，定义适合自己机床的后置格式。绻统默认的格式为FANUC绻统的格式。 选择【应用】【后置处理】【后置设置】命令，弹出后置设置对话框。 增加机床设置。选择当前机床繻型，如图6.4所示。图6.4后置设置 后置处理设置。选择“后置处理设置”标签，根据当前的机床，设置各参数。7.2.2加工轨迹设置（1）设置“粗加工参数”。单击【应用】【轨迹生成】【等高粗加工】，在弹出的“粗加工参数表”中设置“粗加工参数”，如图6.5所示。图6.5 粗加工参数（2）设置粗加工“铣刀参数”。如图6.6所示。图6.6铣刀参数设置（3）设置粗加工“切削用量”参数。如图6.7所示。图6.7 切削用量（4）确认“进退刀方式”、“下刀方式”、“清根方式”绻统默认值。按“确定”退出参数设置。（5）按系统提示拾取加工轮廓。拾取设定加工范围的矩形后单击链搜索箭头；按系统提示“拾取加工曲面”，选中整个实体表面，系统将拾取到的所有曲面变红，然后按鼠标右键结束。（6）生成粗加工刀路轨迹。系统提示：“正在准备曲面请稍候”、“处理曲面”等，然后系统就会自动生成粗加工轨迹。（7）与上述步骤类似设置精加工参数得到轨迹3：轨迹仿真和加工代码的生成选择刀具轨迹单击【加工】【轨迹仿真】进入仿真轨迹界面，选择需要加工的轨迹，进行虚拟加工，加工成功后输出代码，单击【加工】【后置处理】【生成G代码】生成如下代码。(123.cut,2010.5.20,16:34:57.453)N10G90G54G00Z20.000N12S3000M03N14X0.000Y0.000Z20.000N16X82.500Y-36.649N18G01Z15.000F100N20G03X75.873Y-47.277I3375.748J-2112.406F800N22G01Y-50.449N24Z25.000F100N26G00Z50.000N28X82.500Y-30.351N30Z25.000N106G02X-70.905Y43.830I230.729J-72.160N978G03X-51.849Y-25.045I-0.839J0.578N980G03X-51.992Y-24.523I-1.018J0.000N982G01Z10.000F100N984G00Z20.000N986X0.000Y0.000N988M05N990M30最后对以上代码进行校验。第七章：计算机辅助设计/计算机辅助制造的概括1：CAD/CAM技术发展计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机技术在工程设计、制造等领域中具有重要影响的高新技术。 CAD/CAM技术的推广应用有助于电子信息技术改造传统产业，提高企业的活力、竞争能力、 市场应变能力和技术创新能力。CAD/CAM软件作为企业信息化基础应用软件，其发展过程和趋势是从单项技术的应用到各种技术的集成化应用，从单个企业向集团化发展，这不仅是 CAD/CAM技术和产品的趋势，同时也反映了制造业信息化技术的应用趋势。CAD/CAM技术和系统的发展及应用使传统的产品设计方法与生产模式发生了深刻变化，产生了陈套的经济和社会效益。我国的CAD/CAM工作从20世纪70年代开始以来，经过不断的发展和推广应用，带来了良好的经济效益和社会效益。少数大型企业已建立起完善的CAD/CAM系统，一些中小企业在保证产品质量、提高劳动生产率方面也取得了显著效益。以“甩图板”为目标实现绘图设计自动化成为推广应用CAD/CAM技术的突破口，使其在企业中得到广泛应用。但是CAD/CAM技术并不仅仅局限于绘图自动化，随着计算机技术、网络技术、CAD/CAM技术等的快速发幕，如何深化推广应用CAD/CAM技术并提高CAD/CAM应用的层次，成为人们特别关注的问题。尽管我国开展CAD/CAM技术应用工作并不晚，但是从整体上看，国内CAD/CAM技术应用的深度和广度与国外先进水平相比还存在很大差距。作为一种先进手段和工具，CAD/CAM技术提高了企业的设计和制造能力，但CAD/CAM技术并不能代替人的设计和制造行为、专业技术人员的创造能力和工作经验等。波音、福特等国外企业CAD/CAM技术的良好应用是利益于其应用经验积累和培养出的高素质技术队伍，而国内目前非常缺乏能够同时掌握计算机软、硬件技术又具有丰富专业知识的人才2：CATIA V5软件特点CATIA V5版本是IBM和达索系统公司长期以来在为数字化企业服务过程中不断探索的结晶。围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIA V5版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。CATIA V5版本具有： 1.重新构造的新一代体系结构 为确保CATIA产品系列的发展，CATIA V5新的体系结构突破传统的设计技术，采用了新一代的技术和标准，可快速地适应企业的业务发展需求，使客户具有更大的竞争优势。 2.支持不同应用层次的可扩充性 CATIA V5对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。允许任意配置的解决方案可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要。 3.与NT和UNIX硬件平台的独立性 CATIA V5是在Windows NT平台和UNIX平台上开发完成的，并在所有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。CATIA V5在Windows平台的应用可使设计师更加简便地同办公应用系统共享数据；而UNIX平台上NT风格的用户界面，可使用户在UNIX平台上高效地处理复杂的工作。 4.专用知识的捕捉和重复使用 CATIA V5结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉设计意图，定义产品的性能和变化。隐式的经验知识变成了显式的专用知识，提高了设计的自动化程度，降低了设计错误的风险。 5.给现存客户平稳升级 CATIA V4和V5具有兼容性，两个系统可并行使用。对于现有的CATIA V4用户，V5年引领他们迈向NT世界。对于新的CATIA V5客户，可充分利用CATIA V4成熟的后续应用产品，组成一个完整的产品开发环境。3：AutoCAD软件的特点AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD软件具有如下特点：(1)具有完善的图形绘制功能。(2)有强大的图形编辑功能。(3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。(4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。(5)支持多种硬件设备。(6)支持多种操作平台(7)具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完善.4：CAXA制造工程师的特点在目前的国内CAD/CAM市场上，商品化软件大部分为国外产品。CAXA制造工程师作为国产CAD/CAM软件在国内市场占据了宝贵的一席之地。作为863计划中CIMS目标产品的CAXA制造工程师，在10多年间经历了从工作站到PC、从DOS到Windows、从2000到XP直至2004长期积累与多次升级，已经发幕成具有强大的线架、曲面、实体混合3D造型功能，并针对多种格式3D 模型提供丰富灵活的加工策略、加工套路、轨迹优化、加工仿真、工艺表单、多轴加工、反向工程等，以强大后置处理与机床通信等功能的现代数字化设计/制造系统。 CAXA制造工程师不仅是是一款高效易学，具有很好工艺性的数控加工编程软件，而且还是一套Windows原创风格，全中文三维造型与曲面实体完美结合的CADCAM一体化系统。CAXA制造工程师为数控加工行业提供了从造型设计到加工代码生成、校验一体化的全面解决方案。CAXA制造工程师的功能特点：1实体曲面完美结合CAXA制造工程师从线框到曲面，提供了丰富的建模手段；采用精确的特征实体造型技术，可将设计信息用特征术语来描述，简便而准确；基于实体的“精确特征造型”技术，使曲面融合进实体中，形成统一的曲面实体复合造型模式。2优质高效的数控加工CAXA制造工程师将CAD模型与CAM加工技术无缝集成，可直接对曲面、实体模型进行一致的加工操作。支持轨迹参数化和批处理功能，明显提高工作效率。支持高速切削，大幅度提高加工效率和加工质量。通用的后置处理可向任何数控系统输出加工代码。3卓越的工艺性与“知识加工”可将某类零件的加工步骤、使用刀具、工艺参数等加工条件保存为规范化的模板，形成企业的标准工艺知识库，类似零件的加工即可通过调用“知识加工”模板来进行。这样就保证了同类零件加工的一致性和规范化。同时，初学者更可以借助师傅积累的知识加工模板，实现快速入门和提高4Windows界面操作CAXA制造工程师基于微机平台，采用原创Windows菜单和交互，全中文界面，让您一见如故，轻松流畅地学习和操作。全面支持英文、简体和繁体中文Windows环境5丰富流行的数据接口CAXA制造工程师是一个开放的设计加工工具。它提供了丰富的数据接口，包括：直接读取市场上流行的三维CAD软件，如CATIA，ProENGINEER的数据接口；基于曲面的DXF和IGES标准图形接口，基于实体的STEP标准数据接口；Parasolid几何核心的xT、xB格式文件；ACIS几何核心的SAT格式文伟面向快速成型设备的STL以及面向Internet和虚拟现实的VRML等接13。这些接口保证了于世界流行的CAD软件进行双向数据交换，使企业可以跨平台和跨地域地与合作伙伴实现虚拟产品开发和生产。 6全面开放的2D、3D开发平台CAXA制造工程师充分考虑用户的个性化需求，提供了专业而易于使用的2D和3D开发平台，以实现产品的个性化和专业化。用户可以随心所欲地扩展制造工程师的功能，甚至可以开发出全新的CADCAM产品。7品质一流的刀具轨迹和加工质量 加工路径的优化处理使刀具轨迹更加光滑、流畅、均匀、合理，大大提高了加工走刀的流畅性，保证了工件表面的加工质量。5：虚拟设计虚拟设计是20世纪90年代发展起来的一个新的研究领域，是计算机图形学、人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计与制造等技术综合发展的产物。在机械行业有广泛的应用前景，如虚拟设计对传统设计方法的革命性影响已经逐渐显现出来。由于虚拟设计系统基本上不消耗资源和能量，也不生产实际产品，而是产品的设计、开发和加工过程和制造相比较，它具有高度集成、快速成型、分布合作等特征。虚拟设计技术不仅在科技界，而且在企业界引起了广泛关注，成为研究的焦点本设计主要介绍虚拟现实的硬件和软件环境、虚拟现实技术体系结构、虚拟现实建模技术、虚拟场景浏览、虚拟实验示例、虚拟原形、虚拟装置、虚拟制造、分布式虚拟现实等，内容新颖，具有系统性、先进性和实用性。6：虚拟制造随着经济的全球化和社会的信息化，市场竞争日益激烈，制造企业为了在竞争中求得生存与发幕，就应该以最快的上市速度、最好的质量、最低的成本和最优的服务满足不同顾客的需求。随着信息技术的迅速发展和企业市场竞争的需求，美国20 世纪80 年代后期提出了虚拟制造技术，并在20 世纪90 年代得到极大重视并得到迅速发展。虚拟制造 (Virtual Manufacturing简称VM）是实际制造过程在计算机上的映射，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制产品制造的本质过程，以增强制造过程中各级的决策和控制能力。它为工程师们提供了从产品概论的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互的环境，使得制造技术发展到了全方位预报的新阶段全新的研发模式：虚拟制造技术中，设计者采用三维方式，建立全关联的的数字模型。当需要绘图数据时，可以方便地从三维模型中抽取，实现三维数字无图纸设计，同时还要求进行产品总体的模型设计，而不仅限于设计单个部件或零件，设计者需要了解零件如何制造、装配，并应用于设计过程，各专业人员不再分开独立地工作，而是按照项目进行组织并同时开展工作，能够很好地解决设计过程中的同步问题7：CATIA V5、AutoCAD、CAXA软件工程师及虚拟设计制造的研究的目的、意义及国内外发概况计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）是用计算机系统协助产生、修改、分析和优化设计的技术。随着Internet/Intranet网络和并行、高性能计算及事务处理的普及，异地、协同、虚拟设计及实时仿真也得到了广泛应用。CAD迄今已有50年历史；经历了四次技术革命：60年代第一次CAD技术革命曲面造型系统; 60年代出现的三维CAD系统只是简单的线框式系统，它只能表达基本的几何信息，不能有效地表达几何数据间的拓扑关系，但CATIA的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得CAM技术的开发有了实现的基础。曲面造型系统CATIA为人类带来了第一次CAD技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似表达曲面的工作方式；70年代末到80年代初第二次CAD技术革命曲面造型技术，实体造型技术的普及应用标志着CAD发展史上的第二次技术革命； 80年代末第三次CAD技术革命参数化技术，参数化实体造型方法，这种算法主要有以下特点：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改；90年前后第四次CAD技术革命变量化技术，变量化技术既保持了参数化技术的原有优点，同时又克服了它的许多不足之处。它的成功应用，为CAD技术的发展提供了更大得空间和机遇；CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA 提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括:从大型的