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基于UG的车床夹具虚拟设计及运动仿真【带UG三维】【11张图纸】【优秀】

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基于ug 车床 夹具 虚拟 设计 运动仿真 三维图纸
资源描述:

基于UG的车床夹具虚拟设计及运动仿真

43页 14000字数+说明书+任务书+开题报告+11张CAD图纸【详情如下】

UG三维图.rar

V型块.dwg

任务书.doc

圆盘-A3.dwg

基于UG的车床夹具虚拟设计及运动仿真开题报告.doc

基于UG的车床夹具虚拟设计及运动仿真论文.doc

基础立板-A3.dwg

夹具1装配图-A3.dwg

夹具2支撑体-A0.dwg

夹具2装配图-A0.dwg

夹紧压板-A4.dwg

工艺流程及工序.doc

毛坯图.dwg

相关资料.doc

计划周记进度检查表.xls

零件图-A4.dwg

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摘  要

   根据任务书的要求,本次任务主要是针对十字头零件的加工设计两套专用的车床夹具,完成相应的加工要求。主要内容包括:加工零件的分析、分析其结构、各部分相关尺寸、加工工艺过程及工序、零件图的绘制、加工各面、孔等内容。具体任务是针对车Φ85外圆和挖Φ24槽设计两套专用车床夹具,确定其定位、夹紧方案和误差、切削力的计算。在此之前,首先要拟定一套高效的加工方案,进行工序及工步的确定,进而根据所选定的方案完善相应的计算和加工工艺卡片,再由所需要求,设计出夹具的尺寸,根据查找的资料,实现理论的设计。在得到理论设计的尺寸和方案之后,利用UG进行三维建模,并对所画的各部件做装配、爆炸及运动仿真等工作,最后,将所有零部件及装配图生产工程图。通过UG的虚拟设计,来说明各部分零件之间的结构和装配关系,同时为了清楚的表示出组装夹具的内部联系,还需要绘制出相应的剖视图,以加深对设计内容的理解和直观感觉。在最后的运动仿真,分析可得到所设计的夹具符合零件要求。

关键词:车床夹具;UG;虚拟设计;运动仿真


目  录

摘  要III

AbstractIV

目  录V

1绪论1

1.1 本课题研究的目的和意义1

1.2 国内外研究现状,发展动态1

1.3 本课题的主要内容2

2 零件的分析及工艺规程设计4

2.1 零件的功用4

2.2 零件的工艺分析4

2.3 确定毛坯的制造形式5

2.4 基面的选择5

2.5 制定工艺路线5

2.6 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定5

2.7 确定切削用量及基本工时6

3 夹具设计15

3.1 车Φ85外圆的夹具设计15

3.1.1 问题的提出15

3.1.2 定位方式和定位基准的选择15

3.1.3 切削力及夹紧力计算15

3.1.4 定位误差分析16

3.1.5 夹具设计及操作简要说明16

3.2 挖Φ24槽的夹具设计18

3.2.1 问题的提出18

3.2.2 定位方式和定位基准的选择18

3.2.3 切削力及夹紧力计算18

3.2.4 定位误差分析19

3.2.5 夹具设计及操作简要说明19

4 运动仿真25

4.1 UG的简介25

4.2 运动仿真26

4.2.1 专用车床夹具1的运动仿真27

4.2.2 专用车床夹具2的运动仿真30

5 结论与展望32

5.1 结论32

5.2 不足之处及展望32

致  谢33

参考文献34

附  录35


1绪论

1.1 本课题研究的目的和意义

   在现代生产制造中,机床夹具是一种不可或缺的工艺设备,它直接影响着零件的加工精度、生产率和产品的制造成本等,所以机床夹具设计是一项重要的技术工作,它是各机械制造企业新产品投产、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作,也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识,在机械制造以及生产技术中占有极其重要的地位[1]。

   有些零件可以在相应的机床上做粗、精加工,但是在生产中发现,车床可以加工的不仅仅是盘类、轴类零件等对称的零件,它还可以加工一些有特殊要求的孔槽,根据实际需要,利用现有资源,设计组合夹具,减少机床时间,提高经济效益。

1.2 国内外研究现状,发展动态

   夹具最早出现在1787年,至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期,机械制造的精度较低,夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具;第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展,夹具的门类才逐步发展齐全,逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一;第三阶段,即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高,夹具与机床有了紧密结合。

   在我国,组合机床发展已有28年的历史,其科研和生产都具有相当的基础,应用也已深入到很多行业,是当前机械制造业实现产品更新,进行技术改造,提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。 国内传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机电、气压和液压控制运行的,生产的零件批量比较大,大多是:大中型箱体类和轴类零件,随着机械工业的迅速发展,现在用它来加工连杆和板件也不少,主要是完成哪些加工呢?在加工孔方面:钻、扩、铰,都是可以的,同时镗孔以及加工螺纹也比较方便,我们还可以用它来车端面和凸台,在孔内镗各种形状的槽,以及铣削平面和成形面等。综以上所说,组合机床功能广泛,所以被广泛用于机械、轻工等方面。组合机床种类比较多,像单面的、双面的、三面的、卧式的、立式的等。随着人们对机械行业的不断研究探索,柔性组合机床得到大家的喜爱,它的主轴箱是多位的、可换的,上面的编码也是随着夹具和刀具的变动自行更改,这大大提高了生产效率。随着人们生活水平提高,需求也越来越广泛,技术也越来越好,最近几年,组合机床加工中心,机床上面的辅佐机械比如:清洗机、装配机、输送线等在这个行业中被使用的很多。

   组合机床和自动线的技术是比较综合的,它是根据用户特殊要求设计的,设计的过程中要注意以下问题:加工工艺的选择,刀具的计算,测量,控制,诊断问题及监控,清洗装配的设计,装配和试漏技术等。我国重工业发展较慢,起点较低,技术要求高的机床很多都是从国外购买的,这其实变相的提高了我们的生产成本。所以我们自己要不断研究发现,研制新产品,争取将我们的机床更多的“柔性”化,满足用户的需求。   (1)能够比较效率地装备新产品的投产,以缩短生产准备的时间,有效地降低生产成本;

   (2)能装夹一套具有相似特性的工件;

   (3)能适用于较高精密加工的高精度机床夹具;

   (4)能适用于现代化制造多元化的新型机床夹具;

   (5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,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[3]。

1.3 本课题的主要内容

   (1)了解国内外研究现状和发展动态;

   (2)对零件进行分析和确定加工工艺规程;

   (3)对车Φ85外圆进行夹具的定位选择、切削力、夹紧力的计算和并用UG进行三维建模及装配,爆炸;

   (4)对挖Φ24槽进行夹具的定位选择、切削力、夹紧力的计算和并用UG进行三维建模并生成工程图及装配,爆炸;

   (5)对车Φ85外圆和挖Φ24槽的专用夹具,用UG进行运动仿真;

   (6)对所做的设计进行总结,并讨论其不足之处和对未来的展望。


内容简介:
无锡太湖学院信 机系 机械工程及自动化 专业毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题:1、题目基于UG的车床夹具虚拟设计及运动仿真 2、专题 二、课题来源及选题依据 课题来源于生产实际。 现代生产制造中,机床夹具是一种不可或缺的工艺设备,它直接影响着零件的加工精度、生产率和产品的制造成本等,所以机床夹具设计是一项重要的技术工作,在机械制造以及生产技术中占有极其重要的地位。 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,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,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。 三、本设计(论文或其他)应达到的要求:根据提供的毕业设计资料理解设计要求,查阅相关中外资料。 确定车床组合夹具结构及定位、夹紧方案。 对车床组合夹具进行三维建模,生成工程图,完成爆炸图及装夹工件的动作演示。 完成车床组合夹具加工工序和工艺方案及绘制工序图。 阅读和翻译英文文献。 撰写毕业设计论文。 四、接受任务学生: 机械97 班 姓名 李珊珊 五、开始及完成日期:自2012年11月12日 至2013年5月25日六、设计(论文)指导(或顾问):指导教师签名 签名 签名教研室主任学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名2012年11月12日无锡太湖学院毕业设计(论文)开题报告题目:基于UG的车床夹具虚拟设计及运动仿真 信机 系 机械工程及自动化 专业学 号: 0923801 学生姓名: 李珊珊 指导教师: 彭勇 (职称:副教授 ) (职称: )2012年11月25日 课题来源工程生产实际科学依据(包括课题的科学意义;国内外研究概况、水平和发展趋势;应用前景等)(1)课题科学意义在现代生产制造中,机床夹具是一种不可或缺的工艺设备,它直接影响着零件的加工精度、生产率和产品的制造成本等,所以机床夹具设计是一项重要的技术工作,它是各机械制造企业新产品投产、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作,也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识,在机械制造以及生产技术中占有极其重要的地位。(2)国内外研究状况、水平和发展趋势夹具最早出现在1787年,至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期,机械制造的精度较低,夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具;第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展,夹具的门类才逐步发展齐全,逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一;第三阶段,即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高,夹具与机床有了紧密结合。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,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主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。研究内容 根据提供的毕业设计资料理解设计要求,查阅相关中外资料。 确定车床组合夹具结构及定位、夹紧方案。 对车床组合夹具进行三维建模,生成工程图,完成爆炸图及装夹工件的动作演示。 完成车床组合夹具加工工序和工艺方案及绘制工序图。 阅读和翻译英文文献。 撰写毕业设计论文。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析(1)研究方法借阅相关书籍杂志,充分利用图书馆及网络资源。(2)技术路线 收集资料,设计尺寸,做定位、夹紧设计,三维建模,运动仿真。(3)实验方案 明确设计要求,认真调查研究,收集设计资料,确定夹具的结构方案,根据设计要求作出三维建模及工程图,做运动仿真。(4)可行性分析 大学里,我学习了机械制图、机械制造工艺学、机床夹具设计等等,熟悉UG软件。在设计中,结合自己所学的知识以及老师的指导,根据要求,合理选择加工工艺,设计出合适的车床夹具,绘制出零件图及装配图。研究计划及预期成果研究计划:2012年11月12日-2012年12月2日:收集资料,撰写开题报告、文献综述;2012年12月3日-2013年1月20日:完成零件三维造型及图纸转化,确定工艺总体方案;2013年1月21日-2013年3月1日:完成工艺规程设计;2013年3月4日-2013年3月22日:完成夹具的全部零件图;2013年3月25日-2013年4月5日:完成夹具的总装图及运动仿真;2013年4月8日-2013年4月19日:完成夹具设计的说明书;2013年4月22日-2013年4月26日:详细审阅设计计算、说明书及图纸并修改;2013年4月29日-2013年5月25日: 递交毕业设计资料,准备答辩材料,并进行答辩。预期成果:设计中各个部件的选择需要具体分析和理论计算,方案拟定正确;设计计算根据来源可靠,计算数据准确无误,定位夹紧元件选用正确规范;机械结构图纸绘制要求视图完整、符合最新国家标准,图面整洁、质量高(图纸绘制要求采用计算机绘图);用UG完成夹具的所以零件图、组装图,以及夹具的三维图形;基于UG进一步进行爆炸及运动仿真。特色或创新之处使用UG运动仿真,效果明显,方便改变参量,能够直观判断设计结果。已具备的条件和尚需解决的问题 可以利用图书馆及网络资源,已学过UG的基础知识; 使用UG的运动仿真有待加强。指导教师意见 指导教师签名:年 月 日教研室(学科组、研究所)意见 教研室主任签名: 年 月 日系意见 主管领导签名: 年 月 日编编 号号无锡太湖学院毕毕业业设设计计(论论文文)题目:题目:基于基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运的车床夹具虚拟设计及运动动 仿真仿真 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业学 号: 学生姓名: 指导教师: (职称:副教授 ) (职称: )2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计(论文)无锡太湖学院本科毕业设计(论文)诚诚 信信 承承 诺诺 书书本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文) 基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果,其内容除了在毕业设计(论文)中特别加以标注引用,表示致谢的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级: 机械 97 学 号: 0923801 作者姓名: 2013 年 5 月 25 日I摘摘 要要根据任务书的要求,本次任务主要是针对十字头零件的加工设计两套专用的车床夹具,完成相应的加工要求。主要内容包括:加工零件的分析、分析其结构、各部分相关尺寸、加工工艺过程及工序、零件图的绘制、加工各面、孔等内容。具体任务是针对车85 外圆和挖 24 槽设计两套专用车床夹具,确定其定位、夹紧方案和误差、切削力的计算。在此之前,首先要拟定一套高效的加工方案,进行工序及工步的确定,进而根据所选定的方案完善相应的计算和加工工艺卡片,再由所需要求,设计出夹具的尺寸,根据查找的资料,实现理论的设计。在得到理论设计的尺寸和方案之后,利用 UG 进行三维建模,并对所画的各部件做装配、爆炸及运动仿真等工作,最后,将所有零部件及装配图生产工程图。通过 UG 的虚拟设计,来说明各部分零件之间的结构和装配关系,同时为了清楚的表示出组装夹具的内部联系,还需要绘制出相应的剖视图,以加深对设计内容的理解和直观感觉。在最后的运动仿真,分析可得到所设计的夹具符合零件要求。关键词:关键词:车床夹具;UG;虚拟设计;运动仿真IIAbstractAccording to the requirements of specifications, the main task is to design two special lathe fixtures for machining crosshead part, to complete the corresponding processing requirements. The important tasks are analysis of processing parts, analysis of its structure and the partial correlation dimension, process technology and process, drawing of spare parts, machining of the part of spaces and holes, and so on. The particular tasks are to design two special lathe fixtures for turning the circle of 85 and 24, to make sure the scheme of positioning and clamping, and to calculate the error and cutting force. First of all is to achieve high speed and efficient processing scheme, to determine the working procedure and step, then according to the selected scheme to complete the corresponding counting and processing cards, according to the requirements to design the size of fixtures, to realize the theory design. When we obtain the size of the theory design and the scheme, we use UG to create three-dimensional modeling and assemble all parts and explode all parts and motion simulation, and so on. All parts and assembly draws production engineering drawings. We illustrate the structure and assembly relation between the parts by the virtual design of UG. At the same time, we use it to clear out the internal relations of assembly fixture and need to draw the sectional view of the corresponding to readers, which give the most intuitive feel for readers at a glance. After the motion simulation, the fixtures which I design can meet requirements of parts.Key words: turning machine fixture; UG; virtual design; motion simulation目目 录录摘 要.IIIABSTRACT.IV目 录 .V1 绪论.11.1 本课题研究的目的和意义.11.2 国内外研究现状,发展动态.11.3 本课题的主要内容.22 零件的分析及工艺规程设计.42.1 零件的功用.42.2 零件的工艺分析.42.3 确定毛坯的制造形式.52.4 基面的选择.52.5 制定工艺路线.52.6 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.52.7 确定切削用量及基本工时.63 夹具设计.153.1 车 85 外圆的夹具设计.153.1.1 问题的提出.153.1.2 定位方式和定位基准的选择.153.1.3 切削力及夹紧力计算.153.1.4 定位误差分析.163.1.5 夹具设计及操作简要说明.163.2 挖 24 槽的夹具设计.183.2.1 问题的提出.183.2.2 定位方式和定位基准的选择.183.2.3 切削力及夹紧力计算.183.2.4 定位误差分析.193.2.5 夹具设计及操作简要说明.194 运动仿真.254.1 UG 的简介.254.2 运动仿真.264.2.1 专用车床夹具 1 的运动仿真.274.2.2 专用车床夹具 2 的运动仿真.305 结论与展望.325.1 结论.325.2 不足之处及展望.32致 谢.33I参考文献.34附 录.35无锡太湖学院学士学位论文01 绪论绪论1.1 本课题研究的目的和意义本课题研究的目的和意义在现代生产制造中,机床夹具是一种不可或缺的工艺设备,它直接影响着零件的加工精度、生产率和产品的制造成本等,所以机床夹具设计是一项重要的技术工作,它是各机械制造企业新产品投产、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作,也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识,在机械制造以及生产技术中占有极其重要的地位1。有些零件可以在相应的机床上做粗、精加工,但是在生产中发现,车床可以加工的不仅仅是盘类、轴类零件等对称的零件,它还可以加工一些有特殊要求的孔槽,根据实际需要,利用现有资源,设计组合夹具,减少机床时间,提高经济效益。1.2 国内外研究现状,发展动态国内外研究现状,发展动态夹具最早出现在 1787 年,至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期,机械制造的精度较低,夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具;第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展,夹具的门类才逐步发展齐全,逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一;第三阶段,即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高,夹具与机床有了紧密结合。在我国,组合机床发展已有 28 年的历史,其科研和生产都具有相当的基础,应用也已深入到很多行业,是当前机械制造业实现产品更新,进行技术改造,提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。 国内传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机电、气压和液压控制运行的,生产的零件批量比较大,大多是:大中型箱体类和轴类零件,随着机械工业的迅速发展,现在用它来加工连杆和板件也不少,主要是完成哪些加工呢?在加工孔方面:钻、扩、铰,都是可以的,同时镗孔以及加工螺纹也比较方便,我们还可以用它来车端面和凸台,在孔内镗各种形状的槽,以及铣削平面和成形面等。综以上所说,组合机床功能广泛,所以被广泛用于机械、轻工等方面。组合机床种类比较多,像单面的、双面的、三面的、卧式的、立式的等。随着人们对机械行业的不断研究探索,柔性组合机床得到大家的喜爱,它的主轴箱是多位的、可换的,上面的编码也是随着夹具和刀具的变动自行更改,这大大提高了生产效率。随着人们生活水平提高,需求也越来越广泛,技术也越来越好,最近几年,组合机床加工中心,机床上面的辅佐机械比如:清洗机、装配机、输送线等在这个行业中被使用的很多。组合机床和自动线的技术是比较综合的,它是根据用户特殊要求设计的,设计的过程中要注意以下问题:加工工艺的选择,刀具的计算,测量,控制,诊断问题及监控,清洗装配的设计,装配和试漏技术等。我国重工业发展较慢,起点较低,技术要求高的机床很多都是从国外购买的,这其实变相的提高了我们的生产成本。所以我们自己要不断研究发现,研制新产品,争取将我们的机床更多的“柔性”化,满足用户的需求。 我们可以从第 21 届日本国际博览会上看出,来自世界各地 10 多个国家和地区的基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真1500 多家机床制造商和团体展示的先进机床中,复合、多功能、多轴化的控制设备以及超高速和精度较高的装备非常受到大家的欢迎。想要提高机床的速度,关键在于提高主轴转速和进给速度,这次的博览会展示的加工中心,其主轴转速可以达到1000020000r/min;最高的进给速度,可以达到 2060m/min;复合、多功能、多轴化控制装配可以提高零件的一体化程度,加工形状的种类也得到提高。多功能于一身大大提高了生产的效率,减少了搬运移动的成本,促进了大生产的发展。更为重要的信息化的应用和推广使得现代机床的自动化程度飞快提高,工人们可以通过电脑或者手机对机床的程序进行远程控制和修改,对正在加工的零件的动态了解的很清楚,可以及时有效地更改加工程序,并且对所有的运算直接电脑进行,相当的方便。同时通过网络对远程设备进行维修和检查,在发现问题之后,在网上交流问题,在线解决并很快的提供售后服务2。 组合夹具的工艺装备是标准化的、系列化的,通用程度比较高的,它是由一套预先制好的各种形状不同、规格不同、尺寸不同,具有完全互换性的标准元件组装而成的夹具。它的结构形式可以根据零件的加工要求进行更改,也就是因为它的通用性强、可重复利用率较高的特点,可以满足各种零件的加工需求。使用完毕之后,我们可以对其拆卸、清洗,元部件又可以组合成新的组合夹具,这样免去了高成本的专用夹具的储备,同时也节约了制造零件的工时,降低了生产成本,具有较好的经济效益。所以在现代多品种的制造行业中,组合夹具的应用特别广泛。 据专家分析表明,现在的中、小批多品种生产的工件种类占总数的 85%左右,现代人们的需求要求制造产品经常更新换代。但是,很多大企业已经习惯于大量的传统专用夹具,一般具有中等生产能力的企业。大概有数千甚至万套的专用夹具,种类之繁多,在生产和加工中造成很多的不便;还有一种情况是,在多产品生产的企业中,每隔几年就要更新一大半的夹具,而这些被淘汰的夹具磨损量很小,完全可以继续使用,就被这样浪费了,这是一个资源的重大浪费。所以,近年来,包括数控加工中心,成组技术,柔性制造系统等加工技术的应用对机床夹具提出了以下几个要求:(1)能够比较效率地装备新产品的投产,以缩短生产准备的时间,有效地降低生产成本;(2)能装夹一套具有相似特性的工件;(3)能适用于较高精密加工的高精度机床夹具;(4)能适用于现代化制造多元化的新型机床夹具;(5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,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3。1.3 本课题的主要内容本课题的主要内容(1)了解国内外研究现状和发展动态;(2)对零件进行分析和确定加工工艺规程;(3)对车 85 外圆进行夹具的定位选择、切削力、夹紧力的计算和并用 UG 进行三维建模及装配,爆炸;无锡太湖学院学士学位论文2(4)对挖 24 槽进行夹具的定位选择、切削力、夹紧力的计算和并用 UG 进行三维建模并生成工程图及装配,爆炸;(5)对车 85 外圆和挖 24 槽的专用夹具,用 UG 进行运动仿真;(6)对所做的设计进行总结,并讨论其不足之处和对未来的展望。基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真32 零件的分析零件的分析及工艺规程设计及工艺规程设计2.1 零件的功用零件的功用十字头零件是机械中常见的一种零件,它的应用广泛。虽由于它们功用的不同,该类零件的结构和尺寸存在着一定的差异,但结构上仍有共同特点:零件的主要表面为精度要求较高的孔,零件由内孔、外圆、端面等构成。其中,中心孔是连接液压缸的活塞轴,上下两孔是穿导向轴。2.2 零件的工艺分析零件的工艺分析由零件图 2.1 可知,该零件形状较为复杂、外形尺寸不大,可以采用铸造毛坯。由于该零件的两个 20 孔要求较高,它的表面质量直接影响工作状态,所以对其尺寸要求较高,一般为 IT5-IT7,粗糙度为,加工时两 20 孔的同轴度应该控制在 0.01mm,8 . 0aR所以要由粗加工半精加工精加工来达到要求。85 外圆的尺寸它直接影响孔在空间的位置,加工时可以将其加工精度降低,通过装配来提高精度。而 65 与 55 的内孔要求低,可以通过粗加工得到。零件图如图 2.1 所示。图 2.1 零件图无锡太湖学院学士学位论文42.3 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式考虑到十字头工作时的作用,要求材料要有很高的强度,并且该零件结构较为复杂,故选用铸造毛坯材料为 HT200,硬度 190210HB,生产类型为大批量。2.4 基面的选择基面的选择精基准的选择:根据精基准选择原则,选择十字头底面与 85 外圆作定位基准,因为 85 外圆柱面 ,及底面是装配结合面,且十字头底面又是空间位置的设计基准,故选择十字头底面与外圆作定位基准,符合基准重合原则且装夹误差小。粗基准的选择:根据粗基准选择原则,以十字头上端面和十字头支撑外圆定位加工出精基准,并且粗基准只能使用一次。2.5 制定工艺路线制定工艺路线零件的全部加工表面应安排在一个合理的加工顺序中加工,机械加工工序安排原则为基面先行,先面后孔,先主后次,先粗后精。这样可以用加工好的平面定位再来加工孔,因为孔的精度要求较高,加工难度大,先加工好平面,再以平面为精基准加工孔,这样即能为孔的加工提供稳定可靠的精基准,同时可以使孔的加工余量较为均匀。加工阶段分为:粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段。加工工艺路线如表 2-1 所示:表 2-1 加工工艺路线工序号工序内容工序 1铸造、清理工序 2热处理:时效工序 3粗车 85 外圆工序 4粗铣上顶面工序 5粗,精铣底平面工序 6钻、攻 4M6 螺纹孔工序 7扩 20 孔工序 8铣十字头工序 9粗镗 65 内孔工序 10粗镗、精镗 2-20 内孔工序 11挖 2-24 环槽工序 12精车 85 外圆工序 13去毛刺工序 14终检2.6 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据金属加工工艺及工装设计表 1-10 查得毛坯加工余量为 2,毛坯尺寸偏差查得为1.4。零件毛坯图如图 2.2 所示。基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真5图 2.2 零件毛坯图2.7 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时切削用量是指切削速度、进给量(或进给速度)和背吃刀量(切削深度),三者cvffvpa又称为切削用量三要素。基本工时是机动时间和辅助时间的和。其中,机动时间为切削工件的时间,TbTaT而辅助工时是为保证基本工艺过程的实现,必须进行的各种辅助性操作所消耗的时间,如机械加工工序中装卸工件、进退刀、测量、自检、转换刀架、开停车等。工序 1:铸造、清理工序 2:热处理:时效工序 3:粗车 85 外圆工件材料为 HT200 铸造,机床选用 CA6140,刀具为 90硬质合金车刀。(1) 切削用量根据金属加工工艺及工装设计表 4-58 确定进给量,rmmf/5 . 0mmap2,则理论转速smvc/167. 1 (2.1)min/345.262/372. 48514. 3167. 110001000rsrdvn根据金属加工工艺及工装设计表 4-43 查得 CA6140 车床的标准转速,所以实际切削速度min/320rns无锡太湖学院学士学位论文6 (2.2)smmdnvc/42. 1min/4 .8510003208514. 31000(2) 基本工时T被切削层长度由毛坯可知为,刀具切入长度取,刀具切出长度取mml89mml51,走刀次数 1 次,则机动时间mml32 (2.3)min61. 05 . 0320893521nflllTb根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min26. 1aT工序 4:粗铣上顶面工件材料为 HT200 铸造,机床选用 X62W,机床功率 7.5KW。(1) 切削用量根据金属加工工艺及工装设计表 4-76 选取刀具为硬质合金端铣刀,材料 YG8,齿数,查金属加工工艺及工装设计表 4-75 得mmD634zrmmf/2 . 0。齿/2 . 0 mmfz根据金属加工工艺及工装设计表 4-79 查得, ,由式mmap5 . 3min/90mvc(2.1)可得理论转速min/2 .3378514. 39010001000rdvn按机床标准选取,所以由式(2.2)可得实际切削速度min/375rn min/08.10010003758514. 31000mdnvc工作台每分钟进给量 (2.4)37542 . 0znffzmmin/300mm(2) 基本工时T被切削层长度由毛坯可知为,刀具切入长度取,刀具切出长度取mml85mml51,走刀次数 1 次,由式(2.3)可得机动时间mml32min31. 0300853521mbflllT根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min26. 2aT工序 5:粗,精铣底平面(一)粗铣底平面基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真7工件材料为 HT200 铸造,机床选用 X62W,机床功率 7.5KW。(1) 切削用量根据金属加工工艺及工装设计表 4-76 选取刀具为硬质合金端铣刀,材料 YG8,齿数,查金属加工工艺及工装设计表 4-75 得mmD634zrmmf/2 . 0。齿/2 . 0 mmfz根据金属加工工艺及工装设计表 4-79 查得, ,由式mmap5 . 2min/90mvc(2.1)可得理论转速min/2 .3378514. 39010001000rdvn按机床标准选取,所以由式(2.2)可得实际切削速度min/375rn min/08.10010003758514. 31000mdnvc由式(2.4)可得工作台每分钟进给量37542 . 0znffzmmin/300mm(2) 基本工时T被切削层长度由毛坯可知为,刀具切入长度取,刀具切出长度取mml85mml51,走刀次数 1 次,则由式(2.3)可得机动时间mml32min31. 0300853521mbflllT根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min26. 2aT(二)精铣底平面工件材料为 HT200 铸造,机床选用 X62W,机床功率 7.5KW。(1) 切削用量根据金属加工工艺及工装设计表 4-76 选取刀具为硬质合金端铣刀,材料 YG8,齿数,查金属加工工艺及工装设计表 4-75 得mmD634zrmmf/15. 0。齿/2 . 0 mmfz根据金属加工工艺及工装设计表 4-79 查得, ,由式mmap1min/105mvc(2.1)可得理论转速min/4 .3938514. 310510001000rdvn按机床标准选取,所以由式(2.2)可得实际切削速度min/475rn 无锡太湖学院学士学位论文8min/78.12610004758514. 31000mdnvc由式(2.4)可得工作台每分钟进给量47542 . 0znffzmmin/380mm(2) 基本工时T被切削层长度由毛坯可知为,刀具切入长度取,刀具切出长度取mml85mml51,走刀次数 1 次,则由式(2.3)可得机动时间mml32min24. 0380853521mbflllT根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min26. 2aT工序 6:钻、攻 4M6 螺纹孔工步一:钻孔至 5工件材料为 HT200 铸造,机床选用 Z3040,刀具为硬质合金 YG8 直径为 5 钻头。(1) 切削用量根据金属加工工艺及工装设计表 4-65 查得进给量,表 4-66 查得rmmf/25. 0,由式(2.1)可得理论转速min/21/35. 0msmvcmin/58.1337514. 32110001000rdvn根据金属加工工艺及工装设计表 4-41 查得 Z3040 钻床的标准转速,min/1250rn 所以由式(2.2)可得实际切削速度min/625.1910001250514. 31000mdnvc(2) 基本工时T被切削层长度为,刀具切入长度取,刀具切出长度取,走mml15mml51mml32刀次数 1 次,则由式(2.3)可得机动时间min0736. 025. 01250153521nflllTb根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min55. 1aT工步二:攻 M6 螺纹孔工件材料为 HT200 铸造,机床选用 Z3040,刀具为硬质合金 YG8,M6 丝锥。(1) 切削用量根据金属加工工艺及工装设计表 4-65 查得进给量,表 4-66 查得rmmf/25. 0基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真9,由式(2.1)可得理论转速min/21/35. 0msmvcmin/58.1337514. 32110001000rdvn根据金属加工工艺及工装设计表 4-41 查得 Z3040 钻床的标准转速,min/1250rn 所以由式(2.2)可得实际切削速度min/625.1910001250514. 31000mdnvc(2) 基本工时T被切削层长度为,刀具切入长度取,刀具切出长度取,mml10mml51mml32走刀次数 1 次,则由式(2.3)可得机动时间min0576. 025. 01250103521nflllTb根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min55. 1aT工序 7:扩 20 孔利用钻头将 16mm 孔扩大至 20mm 孔.(1) 切削用量根据金属加工工艺及工装设计表 4-67 查得,,rmmf/9 . 0mmap1,由式(2.1)可得理论转速min/20mvcmin/47.3182014. 32010001000rdvn根据金属加工工艺及工装设计表 4-41 查得 Z3040 钻床的标准转速,min/320rn 所以由式(2.2)可得实际切削速度10003202014. 31000dnvcmin/096.20m(2) 基本工时T被切削层长度为,刀具切入长度取,刀具切出长度取,mml85mml51mml32走刀次数 1 次,则由式(2.3)可得机动时间min097. 09 . 0320203521nflllTb根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min3 . 1aT工序 8:铣十字头工件材料为 HT200 铸造,机床选用 X62W,机床功率 7.5KW。(1) 切削用量无锡太湖学院学士学位论文10根据金属加工工艺及工装设计表 4-76 选取刀具为硬质合金立铣刀,材料 YG8,齿数,查金属加工工艺及工装设计表 4-78 得mmD254zrmmf/2 . 0。齿/12. 0mmfz根据金属加工工艺及工装设计表 4-79 查得, ,由式mmap2min/90mvc(2.1)可得理论转速min/49.11462514. 39010001000rdvn按机床标准选取,所以由式(2.2)可得实际切削速度min/1180rn min/63.92100011802514. 31000mdnvc由式(2.4)可得工作台每分钟进给量min/944118042 . 0mmznffzm(2) 基本工时T被切削层长度为,刀具切入长度取,刀具切出长度取,mml70mml51mml32走刀次数 1 次,则由式(2.3)可得机动时间min066. 01180703521mbflllT根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min27. 2aT工序 9:粗镗 65 内孔工件材料为 HT200 铸造,机床选用 T618。(1) 切削用量:根据金属加工工艺及工装设计表 4-71 选取刀具为硬质合金圆形镗刀,镗杆长度700, ,表 4-72,由式(2.1)可得理论转速mmrmmf/5 . 0mmap5 . 2min/60mvcmin/97.2936514. 36010001000rdvn按机床标准选取,所以由式(2.2)可得实际切削速度min/320rn min/312.6510003206514. 31000mdnvc(2) 基本工时T被切削层长度为,刀具切入长度取,刀具切出长度取,mml65mml51mml32走刀次数 1 次,则由式(2.3)可得机动时间min456. 05 . 0320653521nflllTb基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真11根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min55. 1aT工序 10:粗镗、半精镗、精镗 2-20 内孔(一)粗镗 20 内孔工件材料为 HT200 铸造,机床选用 T618。(1) 切削用量根据金属加工工艺及工装设计表 4-71 选取刀具为硬质合金圆形镗刀,镗杆长度400, ,表 4-72,由式(2.1)可得理论转速mmrmmf/5 . 0mmap2min/60mvcmin/414.9552014. 36010001000rdvn按机床标准选取,所以由式(2.2)可得实际切削速度min/950rn min/66.5910009502014. 31000mdnvc(2) 基本工时T被切削层长度为,刀具切入长度取,刀具切出长度取,mml20mml51mml32走刀次数 1 次,则由式(2.3)可得机动时间min0589. 05 . 0950203521nflllTb根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min34. 1aT(二)精镗 20 内孔工件材料为 HT200 铸造,机床选用 T618。(1) 切削用量根据金属加工工艺及工装设计表 4-73 选取刀具为硬质合金圆形镗刀,镗杆长度400, ,由式(2.1)可得理论转速mmrmmf/05. 0mmap15. 0min/120mvcmin/82.19102014. 312010001000rdvn按机床标准选取,所以由式(2.2)可得实际切削速度min/1200rn min/36.75100012002014. 31000mdnvc(2) 基本工时T被切削层长度为,刀具切入长度取,刀具切出长度取,mml20mml51mml32走刀次数 1 次,则由式(2.3)可得机动时间min0589. 05 . 0950203521nflllTb无锡太湖学院学士学位论文12根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min34. 1aT工序 11:挖 2-24 环槽工件材料为 HT200 铸造,机床选用 CA6140,刀具为 30硬质合金车刀。(1) 切削用量根据金属加工工艺及工装设计表 4-58 确定进给量,rmmf/4 . 0mmap2,由式(2.1)可得理论转速smvc/1 . 1min/796.875/596.142414. 31 . 110001000rsrdvn根据金属加工工艺及工装设计表 4-43 查得 CA6140 车床的标准转速,所以由式(2.2)可得实际切削速度min/900rn smrdnvc/13. 1min/824.6710009002414. 31000(2) 基本工时T被切削层长度由毛坯可知为,刀具切入长度取,刀具切出长度取mml24mml51,走刀次数 1 次,则由式(2.3)可得机动时间mml32min88. 04 . 0900243521nflllTb根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间min8 . 0aT工序 12:精车 85 外圆工件材料为 HT200 铸造,机床选用 CA6140,刀具为 90硬质合金车刀。(1) 切削用量根据金属加工工艺及工装设计表 4-54 确定进给量,rmmf/2 . 0mmap15. 0,由式(2.1)可得理论转速smvc/7 . 1min/16.382/37. 68514. 37 . 110001000rsrdvn根据金属加工工艺及工装设计表 4-43 查得 CA6140 车床的标准转速,所以由式(2.2)可得实际切削速度min/400rn smrdnvc/78. 1min/76.10610004008514. 31000(2) 基本工时T被切削层长度由毛坯可知为,刀具切入长度取,刀具切出长度取mml85mml51,走刀次数 1 次,则由式(2.3)可得机动时间mml32基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真13min516. 02 . 0900853521nflllTb根据金属加工工艺及工装设计表 4-106,得辅助时间。min26. 1aT工序 13:去毛刺工序 14:终检以上的工艺卡片及工序卡详见附录。无锡太湖学院学士学位论文143 夹具设计夹具设计3.1 车车 85 外圆的夹具设计外圆的夹具设计3.1.1 问题的提出问题的提出夹具的种类很多,有通用夹具,专用夹具和组合夹具等,本夹具是用来车削粗车和精车轴的外圆,由于本零件比较特殊,为了使定位误差为零 ,我们设计基准为轴顶尖位置,作为主要的基准,在刀具方面我们选用硬质合金 90车刀进行加工。3.1.2 定位方式和定位基准的选择定位方式和定位基准的选择工件上的加工为车削轴的外圆,故应按完全定位设计夹具,限制 6 个自由度,并力求遵守基准重合原则,以减少定位误差对加工精度的影响,所以根据轴本身的加工特点来选择定位的方式,选择用主轴圆柱轴定位,用尾座顶尖两边夹紧,来实现定位加工。3.1.3 切削力及夹紧力计算切削力及夹紧力计算计算夹紧力时,通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在车削加工过程中切削力为圆周切削分力,因此,在计算夹紧力时可以不计算径向切削分力和轴向切削分力。为保证夹紧可靠,应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件加工时所需要的夹紧力,即 (3.1)WWKKFF式中为实际所需夹紧力(N):WKF 为理论夹紧力(N):WF 为安全系数。K (3.2)ffFfFfFFFZcYXpFWKvfaCF根据金属加工工艺及工装设计表 5-61 可知,为 46;fFC为 1.0;fFX 为 0.4;fFY 为 0;fFZ 为修正系数 1.5。fFK又从上节可知,所以由公式(3.2)得,理论rmmf/5 . 0mmap2smvc/167. 1夹紧力NFW584.104安全系数按下式计算K基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真15 (3.3)43210KKKKKK 根据机床夹具及应用表 4-1 可知式中为基本安全系数 1.5;0K 为加工性质系数 1.2;1K 为刀具钝化系数 1.15;2K 为切削特点系数 1.0;3K 为夹紧力稳定系数 1.3。4K所以由公式(3.3)得691. 2K由公式(3.1)得NFWK435.281由于两端是顶尖装夹,左顶尖 1 直接装夹在机床主轴上,右顶尖 2 装夹在机床尾座上,所以加紧力是满足要求的。夹具总体图如图 3.1 所示。图 3.1 夹具总体图3.1.4 定位误差分析定位误差分析夹具的主要定位元件为两顶尖,不存在定位误差,这种定位方案可行。3.1.5 夹具设计及操作简要说明夹具设计及操作简要说明本夹具设计采用双顶尖,它的优点为定心准确,装夹稳定,易于确保同轴度的要求,所以根据金属加工工艺及工装设计表 4-43 可得主轴孔锥度为莫氏 6 号,外锥大径基本尺寸 D =63.348mm,而由零件图可知零件顶面的大孔为 65mm,而十字头为,3535所以顶尖 1 设计为大端为 75 的圆,小端为 35 的圆,来限制零件的 5 个自由度。而机床尾座孔锥度为莫氏 5 号,外锥大径基本尺寸 D=44.399mm,所以顶尖 2 设计为大端为无锡太湖学院学士学位论文165 小端为 10mm。用 UG 进行三维建模得如图 3.2 顶尖 1 和图 3.3 顶尖 2 所示,而装配图如图 3.4 所示。夹紧装置采用移动的顶尖来夹紧,采用装在尾座的顶尖来实现,当加工完后,可以将尾座向后移动,退后一段距离把工件取出。图 3.2 顶尖 1图 3.3 顶尖 2图 3.4 夹具 1 装配图基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真173.2 挖挖 24 槽的夹具设计槽的夹具设计3.2.1 问题的提出问题的提出原工艺可在镗床上进行径向孔内槽的粗、精加工,但是生产中发现,受镗床转速低及刀具手工刃磨、手工敲刀调整直径的影响,孔内槽尺寸控制困难,加工效率低,同轴度难以保证,稳定性很差。为此,根据实际需要,利用现有资源,设计了一套组合夹具,在车床上加工此零件的径向孔内槽。3.2.2 定位方式和定位基准的选择定位方式和定位基准的选择工件上的加工为挖 24 槽,故应按完全定位设计夹具,并力求遵守基准重合原则,以减少定位误差对加工精度的影响,所以根据轴本身的加工特点来选择定位的方式。以零件的底面为基准面,选择用一个短支承板限制两个自由度,一个限位支承钉限制一个自由度和一个大平面限制三个自由度来实现定位加工,用 V 型块和夹紧压板来实现夹紧。3.2.3 切削力及夹紧力计算切削力及夹紧力计算计算夹紧力时,通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在车削加工过程中切削力为圆周切削分力,因此,在计算夹紧力时可以不计算径向切削分力和轴向切削分力。为保证夹紧可靠,应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件加工时所需要的夹紧力,即根据金属加工工艺及工装设计表 5-61 可知,为 46;fFC为 1.0;fFX 为 0.4;fFY 为 0;fFZ 为修正系数 1.0。fFK又从上节可知,所以由公式(3.2)得理论夹紧rmmf/4 . 0mmap2smvc/1 . 1力为NFW769.63根据机床夹具及应用表 4-1 可知式中为基本安全系数 1.5;0K 为加工性质系数 1.2;1K 为刀具钝化系数 1.15;2K 为切削特点系数 1.0;3K无锡太湖学院学士学位论文18 为夹紧力稳定系数 1.3。4K所以由公式(3.3)得691. 2K由公式(3.1)得NFWK6 .171由于是由夹紧压板夹紧,有六角头螺栓夹紧。3.2.4 定位误差分析定位误差分析定位误差包括定位基准及工序基准,当工序基准与定位基准不重合时,产生的是d基准不重合误差,即;当定位副制造误差及其配合间隙引起的定位误差为基准位移误b差就,即。j由设计可知,工序基准与定位基准重合,此时,只有基准位移误差,故0b (3.4)3/063. 02sin2Tdjd符合要求。3.2.5 夹具设计及操作简要说明夹具设计及操作简要说明本设计为由连接压板将基础立板和基础横板组成弯板形式的夹具体,用于支承零件,承受零件的重量。根据零件大小,根据机床夹具设计手册表 3-10-3 选用二侧槽方形基础板规格为为基础板,而在基础立板上,添加一个短支承板和一个限位支60180180承钉,用 UG 三维建模出基础横板和基础立板,如图 3.5 和图 3.6 所示。图 3.5 基础横板基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真19图 3.6 基础立板根据机床夹具设计手册表 3-10-10 选用连接压板规格为,用 UG 三维1512030建模如图 3.7 所示。图 3.7 连接板根据机械工程标准手册螺纹与紧固卷表 8-32 里的紧定螺钉的机械性能和表 17-15 紧定螺钉的尺寸,选用螺纹规格 d=M10,公称长度 l=40mm、性能等级为 14H、表面氧无锡太湖学院学士学位论文20化的开槽长圆柱,螺钉为 GB/T75 M10 40。UG 三维建模如图 3.8 所示。图 3.8 紧定螺钉根据夹具结构设计手册表 1-11 的 V 型块再由零件实际需要,用 UG 三维建模出实体见图 3.9。图 3.9V 型块根据 V 型块和零件的尺寸自己设计出夹紧压板的尺寸,并用 UG 进行三维建模,见图 3.10。图 3.10 夹紧压板基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真21根据机械工程标准手册螺纹与紧固卷表 14-2,选用螺纹规格 d=M10、公称长度 l=95mm、性能等级为 8.8 级、表面氧化、A 级六角头螺栓。用 UG 三维建模如图 3.11所示。图 3.11 六角头螺栓根据机械工程标准手册螺纹与紧固卷表 22-1,选用 A 级平垫圈,用于支承面状态和增加承受预紧力,规格为 GB/T 97.2 10,用 UG 建模如图 3.12 所示。图 3.12 A 级平垫圈在基础立板和基础横板组成弯板支承零件,需要一个过渡圆盘来实现基础立板和机床的连接,用 UG 建模如图 3.13 所示。无锡太湖学院学士学位论文22图 3.13 过渡圆盘在建立了如上述模型后,进入 UG 的装配模块进行装配,基础横版与基础立板通过连接板用压紧螺钉连接,V 型块与基础立板通过压紧螺钉连接,零件由压紧板和 V 型块用六角头螺栓夹紧,用支承套定位来实现同轴度的要求,由上述定位可知,这套夹具限制了 6 个自由度。夹具装配图见图 3.14,爆炸图见 3.15。当加工好一边的时候,只需要松开六角头螺栓即可,因为有支承套定位,所以也节省了对正的时间,安装与拆卸方便。图 3.14 夹具 2 装配图基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真23图 3.15 夹具 2 爆炸图无锡太湖学院学士学位论文244 运动仿真运动仿真4.1 UG 的简介的简介UG 是 Unigraphics 的缩写,这是一个交互式 CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统,它的功能强大,可以轻松实现各种复杂实体及造型的三维建模。它在刚开始主要用于工作站,但随着 PC 硬件的发展和个人用户的快速增长,在 PC 上的应用取得了迅猛的增长,目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。UG 的开发始于 1969 年,它是基于 C 语言开发实现的。UG NX 是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用8。UGS 公司的 Unigraphics NX 为产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证的手段,并针对虚拟设计和工艺设计的需求,提供了经过实践验证得到的解决方案。它能够使企业通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全面的生命周期管理转型的目标。它提供了一套完整的集成解决方案,从流程开始一直到产品最终交付,包括了风格与样式、设计、仿真、加工和制造等各项功能。UG 的发展历史:1960 年,McDonnell Douglas Automation 公司成立。1976 年,收购了 Unigraphics CAD/CAE/CAM 系统的开发商United Computer 公司,UG 的雏形问世。1983 年,UG 上市。1986 年,Unigraphics 吸取了业界领先的、为实践所证实的实体建模核心Parasolid 的部份功能。1989 年,Unigraphics 宣布支持 UNIX 平台及开放系统的结构,并将一个新的与 STEP标准兼容的三维实体建模核心 Parasolid 引入 UG。1990 年,Unigraphics 作为 McDonnell Douglas(现在的波音飞机公司)的机械CAD/CAE/CAM 的标准。1991 年,Unigraphics 开始了从 CAD/CAE/CAM 大型机版本到工作站版本的转移。1993 年,Unigraphics 引入复合建模的概念,可以实体建模、曲线建模、框线建模、半参数化及参数化建模融为一体。1995 年,Unigraphics 首次发布了 Windows NT 版本。1996 年,Unigraphics 发布了能自动进行干涉检查的高级装配功能模块、最先进的CAM 模块以及具有 A 类曲线造型能力的工业造型模块:它在全球迅猛发展,占领了巨大的市场份额,已经成为高端及商业 CAD/CAE/CAM 应用开发的常用软件。1997 年,Unigraphics 新增了包括 WAVE(几何链接器)在内的一系列工业领先的新增功能。WEAV 这一功能可以定义、控制、评估产品模板,被认为是在未来几年中业界最有影响的新技术。基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真252000 年,Unigraphics 发布了新版本的 UG17,最新版本的,是 UGS 成为工业界第一个可以装载包含深层嵌入“基于工程知识”(KBE)语言的世界级 MCAD 软件产品的供应商。2001 年,Unigraphics 发布了新版本 UG18,新版本对旧版本的对话框进行了调整,使得在最少的对话框中能完成更多的工作,从而简化了设计。2002 年,Unigraphics 发布了 UG NX1.0.新版本继承了 UG18 的优点,改进和增加了许多功能,使其功能更强大,更完美。2003 年,Unigraphics 发布了新版本 UG NX2.0 。新版本基于最新的行业标准,它是一个全新支持 PLM 的体系结构。EDS 公司同其主要客户一起,设计了这样一个先进的体系结构,用于支持完整的产品工程。2004 年,Unigraphics 发布了新版本的 UG NX3.0,它为用户的产品设计与加工过程提供了数字化造型和验证手段, 。它针对用户的虚拟产品的设计和工艺设计的需要,提供经过实践验证的解决方案。2005 年,Unigraphics 发布了新版本的 UG NX4.0.它是崭新的 NX 体系结构,使得开发与应用更加简单和快捷。2007 年 04 月, UGS 公司发布了 NX5.0 NX 的下一代数字产品开发软件,帮助用户以更快的速度开发创新产品,实现更高的成本效益。2008 年 06 月,Siemens PLM Software 发布 NX6.0,建立在新的同步建模技术基础之上的 NX 6 将在市场上产生重大影响。同步建模技术的发布标志着 NX 的一个重要里程碑,并且向 MCAD 市场展示 Siemens 的郑重承诺。 NX 6 将为我们的重要客户提供极大的生产力提高。2009 年 10 月 西门子工业自动化业务部旗下机构、全球领先的产品生命周期管理(PLM)软件与服务提供商 Siemens PLM Software 宣布推出其旗舰数字化产品开发解决方案 NX 软件的最新版。NX 7.0 引入了“HD3D”(三维精确描述)功能,即一个开放、直观的可视化环境,有助于全球产品开发团队充分发掘 PLM 信息的价值,并显著提升其制定卓有成效的产品决策的能力。此外,NX 7.0 还新增了同步建模技术的增强功能。修复了很多 6.0 所存在的漏洞,稳定性方面较 6.0 有很大的提升。2010 年 5 月 20 日 Siemens PLM Software 在上海世博会发布了功能增强的 NX7 最新版本(NX 7.5) ,NX GC 工具箱将作为 NX 7 最新版本的一个应用模块与 NX 7 一起同步发布。NX GC 工具箱是为满足中国用户对 NX 特殊需求推出的本地化软件工具包。在符合国家标准(GB)基础上,NX GC 工具箱做了进一步完善和大量的增强工作。2011 年 09 月 - Siemens PLM Software 发布了 UG8.0。2012 年 10 月 - Siemens PLM Software 发布了 UG8.59。4.2 运动仿真运动仿真运动仿真是 UG/CAE(Computer Aided Engineering)模块中的重要部分,它能对各种二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力分析和设计仿真。通过 UG/Modeling 的功能可以建立一个三维实体模型,利用 UG/Motion 的功能可以给三维实体模型的各个部件无锡太湖学院学士学位论文26赋予一定的运动学性,再在各个部件之间设立一定的连接关系就可建立一个运动仿真模型。UG/Motion 的功能可以对运动机构进行大量的装配分析工作、运动合理性分析工作,例如干涉检查、轨迹包络等,得到大量运动机构的运动参数。通过对这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析就以验证该运动机构设计的合理性,并且可以利用图形输出各个部件的位移、坐标、加速度、速度和力的变化情况,对运动机构进行优化。运动仿真功能的实现步骤为:1建立一个运动分析场景;2进行运动模型的构建,包括设置每个零件的连杆特性,设置两个连杆间的运动副;3进行运动参数的设置,提交运动仿真模型数据,同时进行运动仿真动画的输出和运动过程的控制;4运动分析结果的数据输出和表格、变化曲线输出,人为的进行机构运动特性的分析10。4.2.1 专用车床夹具专用车床夹具 1 的运动仿真的运动仿真操作步骤如下:打开“夹具 1.prt”文件,如图 4.1 所示。图 4.1 打开文件示意图单击菜单栏【起始】【运动仿真】按钮,进入运动仿真模块。点击运动仿真工具栏区的连杆特性和运动副模块中的图标 (连杆),系统将会打开【连杆特性创建】对话框,如图 4.2 所示。图 4.2 连杆特性的建立在建立了一个运动场景和设置了连杆特性后,可以开始进行运动副创建的操作。点基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真27击连杆特性和运动副模块中的铰链连接(运动副)按钮后,将弹出一个对话框要求用户选择铰链连接的类型,如图 4.3 所示。图 4.3 运动副的建立在建立过连杆和运动副后,建立驱动,如图 4.4 所示。无锡太湖学院学士学位论文28图 4.4 驱动的建立进行运动参数的设置,提交运动仿真模型数据,同时进行运动仿真动画的输出和运动过程的控制,UG 的运动分析类型有两类:静态分析和动力学分析。在这个设计里,选用动力学分析,如图 4.5,设置时间与步数,点击确定,弹出如图 4.6 对话框,即可看动画运行。 图 4.5 参数设置 图 4.6 动画过程运动分析结果的图表输出,点击功能菜单区运动分析模块中的图表按钮,将弹出一个【运动时间和步骤设置】对话框,如图 4.7 所示,然后点击生成电子表格,如图 4.8所示。 图 4.7 运行时间步数 图 4.8 电子表格基于 UG 的车床夹具虚拟设计及运动仿真29点击运动分析,导出连接信息如图 4.9 所示。如表格可看出,速度和时间成正比,从而可知所设计的夹具符合要求。 (在图 4.9 里的日期 2008 年 4 月 28 日,是因所用 UG4.0 版本设置而得。 )图 4.9 连接信息4.2.2 专用车床夹具专用车床夹具 2 的运动仿真的运动仿真夹具 2 的运动仿真的设置与夹具 1 相同,将所有的零件生成一个连杆,在零件中心,用两点来做运动的矢量方向,如图 4.10 所示。运动副为旋转运动,然后,点击动画,即可实现运动仿真,运动所生成的速度与时间
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