车床组合夹具的设计开题报告.doc

毕业设计(论文)开题报告题目：车床组合夹具的设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号导师2012年12月20日1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）题目背景:机械制造离不开金属切削机床，而机床夹具则是保证机械加工质量、提高生产效率、减轻劳动强度、降低对工人技术的过高要求、实现生产过程自动化不可或缺的重要工艺装备之一。机床夹具被广泛用于制造业中，大量专用机床夹具的使用为大批量生产提供了必要条件。夹具是工艺装备的主要组合部分,在机械制造中占有重要地位。目前,单件、小批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中,要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性,以缩短生产准备时间、降低生产成本,所以,按单一品种设计专用夹具的方法已不能满足生产发展的要求,而组合夹具正是适应这一生产模式的柔性工装设备。它对缩短工艺装备的设计、制造周期,以及产品换型后对原有工装夹具延续使用起到至关重要的作用。国外为了适应这种生产模式,也把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段,并将其作为机械制造业的主要发展。研究意义：组合夹具是一种先进的工艺装备，它是由一套预先制造好的各种不同的形状、不同规格、不同尺寸、具有互换性、高耐磨性和高精度的标准元件组成，其结构灵活多变，适应性广，元件可长期循环使用。组合夹具的元件精度高、耐磨，并且实现了完全互换，元件精度一般为IT6-IT7级。用组合夹具加工的工件，位置精度一般可达IT8-IT9级，若精心调整，可以达到IT7级。由于组合夹具有很多优点，又特别适用于新产品试制和多品种小批量生产，所以近年来发展迅速应用较广。组合夹具的主要缺点是体积较大，刚度较差，一次投资多，成本高，这使组合夹具的推广应用受到一定限制。随着机械制造业的飞速发展，产品的更新换代越来越快，传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代，机械制造系统欲适应这种变化需具备较高的柔性。国外己把柔性制造系统(FMS)作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展方向。柔性化的着眼点主要在机床和工装两个方面，组合夹具是工装柔性化的重点。组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备，它是由一套预先制造好的各种不同形状、不同规格、不同尺寸、具有完全互换性的标准元件和组合件，按工件的加工要求组装而成的夹具。它可以拆卸、清洗，并可重新组装成新的夹具，其应用非常普遍，尤其适合于多品种、中小批量的生产。由于组合夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%-20%，可以认为组合夹具就是柔性夹具的代名词。一个优良的组合夹具必须满足下列基本要求：（1）保证工件的加工精度，稳定加工质量保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还要进行定位误差分析，还要注意夹具中其它零部件的结构对加工精度的影响，确保组合夹具能满足工件的加工精度要求。（2）提高生产效率，降低成本组合夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。（3）良好的强度、刚度和结构工艺性能组合夹具的结构应力简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等，有利于提高组合夹具的制造精度。（4）操作性能好组合夹具的操作方便、省力、安全可靠。在客观条件允许及又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。（5）经济性好组合夹具应尽量采用标准件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低组合夹具的成本。因此，设计时应根据生产纲领对组合夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高组合夹具在生产中的经济效益。（6）扩大机床的使用范围使用组合夹具可以改变原机床的用途和使用范围，实现一机多能。（7）排屑顺畅组合夹具中积集切削会影响到工件的定位精度，切削的热量使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。清理切削将曾加辅助时间，降低生产率。因此组合夹具设计中要给予排屑问题充分的重视。国外的研究现状:夹具的设计包括三个步骤:设备规划、夹具规划和夹具结构设计。目前,Joneja以及Ferreira等人在进行CAPP方面的研究中对设备规划有详细论述。计算机辅助夹具设计(CAFD)就夹具方面也作了一些工作:ChouYC,ChandruV等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法；DeMeterEC提出的利用机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法；MarkusA等人提出的针对棱柱形工件进行组合夹具设计的基于规则的系统。目前,关于工件夹具的自动化配置方面的工作,自动夹具结构设计(AFCD)中很少提及。TrappeyAJC等人提出了一个二维组合夹具元件的配置算法。几乎所有的AFCD研究者都承认,在一个成功的AFCD系统中,工件的几何形状是一个关键因素。NnajiB,AlladinS等人也对具有复杂几何形状的工件进行尝试研究。然而其结果也仅仅适用于特定的几何体,比如多边形棱柱。Brost和Goldberg提出了一个“完整”的算法用来分析多边形工件的组合夹具设计。并开发出一个组合夹具设计系统,针对一个任意存在的工件,能自动产生所有可行的夹具设计。并且采用力球分析的方法对产生的方案进行优化。以后的许多研究者大多借鉴了Brost和Goldberg的算法。组合夹具在动力学方面的研究也取得了一定的进步,YuandGoldberg的夹具加载规划方案是把夹具的加载问题看作基于传感器的集成问题并给了一个规划算法。Cai等提出了一种指导夹具设计的方法,此方法是缩小由于工件表面与夹具安装误差所带来的定位误差。Hockenberger与DeMter提出的模式是在工件加工期间工件的静态分析,这种方法是一种定性分析并且是在抓紧或夹紧物体的最坏的情况下的偏差,这种情况是由于在单位扭球的干涉扭矩。国内的研究现状:我国于80年代末开始对组合夹具元件的设计与管理进行了研究和开发,在总结和吸取我国应用和发展槽系夹具经验的基础上,根据现代机械加工特征及夹具的发展趋势,研制了新一代孔系组合夹具系统。此系统发挥了槽系平移可调性和孔的旋转可调性的优势,可直接组装获得任何直线尺寸和角度尺寸。此系统把大中小三个系列的元件有机融为一体,可在一块多夹具基础板上,既能组装单个大工件夹具,又能组装多个中小零件夹具,有利于装夹具基础板长期固定在机床工作台上,此系统还设有孔系和槽系过渡元件,便于实现孔、槽系夹具元件混合使用。北京工商大学麻建东和刘璇开发的组合夹具元件库,元件库模块的核心程序用ObjectARXSDK2.02工具包开发,界面程序用AUTOCAD提供的对话框控制语言DCL(DialogControlLanguage)语言开发,在VC+6.0下编译和联接,生成的ARX可执行程序在AUTOCADR14下直接加载运行。元件库可为使用者提供7类组合夹具元件三维图形的浏览以及交互设计功能,并生成三维组合夹具构形图,在CAD环境中可进行修改或删除山东工业大学的徐志刚在“广义映射原理”的指导下,开发了支持“top-down”风范的夹具设计软件自动化系统。吴玉光博士在这个领域取得了较大的突破。提出孔系基础板组合夹具设计的系统方法。该方法利用连杆机构原理自动确定由直线和圆弧组成定位边界的零件的全部候选定位方案。并提出定位销可见锥概念和定位销转动支点的概念,进行定位方案的装卸方便性分析。进一步提出瞬心三角形和同向边的概念,对工件进行可夹紧性分析,确定工件边界的可夹紧范围。其理论水平在国内外相关领域内开拓了新的局面。2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施主要内容：设计一种车床的组合夹具，加工零件为三通接头，对其进行车孔。同时，设计出来的车床组合夹具可以经过简单拆卸、调整，能够加工同一系列不同大小的三通接头。拟采用的研究方案：定位装置采用两个大小不一的定位块，组合成类似于V形块，夹紧装置采用挡铁和三个长螺钉的组合装置。由于加工的工件为90度的三通接头，因此，要进行所有管内内孔的加工，一次加工是无法完成，需要两次装夹两次加工过程。而这样的设计方案减少了夹紧元件的频繁拆换，节省了时间。研究方法：1）绘制零件图，认真分析、研究零件图及其加工工艺，根据要求选用孔系组合夹具。2）确定切削用量及参数要求，进行组合夹具的定位、夹紧、支承、基础板部件设计。3）绘制组合夹具装配图、绘制组合夹具重要部件的零件图3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作课题研究的重点：夹具设计本质上是一种经验设计，且夹具分类比较多，夹具参数比较复杂，夹具设计和工件形状、加工条件、加工工艺等很多因素有关。组合夹具的设计主要是针对所要加工的零件进行夹紧、定位等部件的设计，使之能适应系列化零件的合理装夹。课题研究的难点：a、异型零件的工艺分析，对零件的工艺分析要求对该零件有相当熟悉的了解，由于条件有限使得对零件不熟悉，可能导致工艺分析不到位。b、组合夹具的设计，目前组合夹具的设计跟个人的经验有直接关系，所以本课题的设计可能不够成熟。前期已经开展的工作：查阅有关组合夹具资料，了解国内外组合夹具的发展及其新技术，积极与导师进行交流，确定研究方案及其研究方法。4.完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）（1）分析题目，做好开题报告，准备好开题答辩。