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【GY092】基于UG的车床夹具虚拟设计及运动仿真【UG】[KT+RW+FY]【2A0】【机械工艺夹具类毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】
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编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 相关资料 题目： 基于 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： ） 2013年 5月 25日 目 录 一、毕业设计（论文）开题报告 二、毕业设计（论文）外文资料翻 译及原文 三、学生 “毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开题报告 题目 ： 基于 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 （ 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 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 12 月 2 日 ： 收集资料，撰写开题报告、文献综述； 2012 年 12 月 3 日 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 3 月 1 日 ： 完成工艺规程设计； 2013 年 3 月 4 日 3 月 22 日 ： 完成夹具的全部零件图； 2013 年 3 月 25 日 4 月 5 日 ： 完成夹具的总装图 及运动仿真 ； 2013 年 4 月 8 日 4 月 19 日 ： 完成夹具设计的说明书； 2013 年 4 月 22 日 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 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 成夹具的所以零件图、组装图，以及夹具的三维图形； 基于 一步进行爆炸及运动仿真。 特色或创新之处 使用 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 基础知识； 使用 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 英文原文 of of a 11167, P. R. 10009, P. R. to of in of a of D in D of of is In by be of in be of in a be 3D n of of an to of a is to of in a of is D in D is D of a is 1. of as 2 of is in of 2 3D of he of is of a ; is of is be in to of is by by of in of as To in of of a is D in to of of be a of in of of on of as a It is of of is on of 3 , as . of of is in in . up as . is it is or in In as of is be in is In as of is as of of is on by In is in so it is 5is of to be of is by of of up in a as to 5 , it is in is of of he of to be of of As is , of is by of D We as of as In of E, of of of g/1 3 5 5be on as of by as is a is in a In we : 0. in a 60 r/a “is “in In to of of a is as in 6,7 of is to of in of we of be to as as by of of of in , Y, Z be E. of of as of to be in of of at . of a is . 0 , of mm in . by we is on as a it of n to a to be to as . to is is on of to is In of of is in a of an of to is 10 so it be is on to a a 0 105kg is in of to of of is . of of ew ld 0. to of of in E is in D is on D of of is In we by of in of in 1 Y, , 2004( 2 H, Q, E in (7) : 17 18, 22, 2006 ( 3 ( 1) : 52 59, 2008 4 J, G, E ( 7) : 17 18, 22, 2006( 5 H, H. 2006( is a in is in is a is in is a is in 中文译文 基于三维设计的浮动式制动卡钳的车床夹具的研制 1 潘金坤 1，左万里 2，路东升 2 1 南京工程学院机械工程学院，南京 211167，中华人民共和国 2 南京工业大学机械与动力工程学院，南京 210009，中华人民共和国 摘要：根据制动卡钳在生产过程中的技术要求，本文研究的是一个基于三维设计的浮动式制动卡钳的专用夹具。根据专用夹具的三维建模和运动仿真的开发过程和验证数据显示，三维设计过程可以在原型建模之前方便的预测夹具的组装干涉和准确添加在铅砖的质量。通过这种方式，可以消除由摆动引起的车床夹具的不平衡和改 善在缸孔与机床主轴的跳动公差精度，因此制动卡钳的缸孔加工质量可以很大程度的被保证。 关键字：三维设计；制动卡钳；车床夹具 1 绪言 汽车的浮动盘式制动器卡钳的生产 ,由于其结构的复杂性 ,需要专用夹具来安装和夹紧制动卡钳。制动器是汽车涉及行驶安全性的关键部件，随着汽车工业的发展，车速越来越高，载荷越来越大，而对制动器的尺寸要求越来越小。这意味着制动器部件单位面积所承受的载荷及吸收的能量会大大增加，因而对制动器性能的要求也越来越高。对行驶的汽车进行制动时，将摩擦部件 (摩擦片 )压到车辆的转动部件（制动盘）上，摩擦使 转动部件减速或停止运动，因此发热是动摩擦的必然结果。根据制动卡钳在加工中的技术要求，本文研究一个基于三维设计的浮动制动卡钳的专用夹具和它的模型的虚拟装配。通过三维设计软件的机构仿真功能，分析车床夹具的平衡性 1。结果显示这个设计过程可以方便的预测一些影响技术设备质量的因素，例如在样机里的装配干涉和车床夹具的加工稳定性 2。这个设计过程不仅可以避免在传统设计里的设计误差，还可以提高产品的设计质量。 2 专用车床夹具的三维设计 专用夹具的制造对象是浮动盘式制动器的制动卡钳，如图 1 所示；其加工表面是制动器的缸 孔。这个图显示 :当缸孔被加工时 ,它的轴必须符合机器主轴的旋转轴。由于制动卡钳的不规则形状结构，夹具的不平衡质量引起的摆动和工件会影响缸孔实际加工中的加工精度和圆度，和一些形状公差的精度要求例如两缸孔之间的平行度。为了避免制动卡钳的车床夹具在设计过程中的这些问题，在本文研究了专用夹具的三维设计。 根据制动卡钳的形状结构特点和车床夹具的夹紧要求，在整个加工过程中，缸孔应该在车床夹具夹紧后来完成。法兰需要机器主轴的安装孔和夹具两边的中心定位孔作为中介来连接机器主轴和夹具。确保卡钳机体加工缸孔的轴的定位和在夹具的夹 紧和机器旋转主轴的相互配合 3，如图 2 所示。 在本文中，专用夹具的其他部分的建模过程不进行详细描述，请参考文献 4。然后这些零件组装成两个部分，上部分和下部分，如图 3 和图 4 所示。在装配时，整个夹具分两个部分。这样在装配过程中避免零件被少装或安装错误。在下部分，作为法兰的基准由螺栓来实现平衡的固定。在夹具生产过程中，柜台平衡会被平衡调节。在正常工作状态下，根据浮钳盘式制动器工作原理，在静力的某一平衡状态下，制动钳受力如下 :（ 1）制动盘反作用力通过内侧摩擦 , 活塞和制动液介质作用在制动钳体的油缸侧壁。（ 2）制动盘反作用力通过外侧摩擦块对钳体产生一个推力。（ 3）与支架相接螺栓孔处有来自支架对钳体的作用力。 在上部分，作为夹具的基准，用七个螺栓来固定定位板。然后，作为基准的定位板，上半部分由两个螺纹钉定在定位板上，和压紧板通过螺栓被夹紧。在夹具里，压紧板是直接接触工件的，所以它收到巨大的压力。因此，材料选择 45要淬火和回火的热处理。在初始装配中，配合块不需要固定在夹具上，配合块的质量在运动仿真的结果中可以得到。 在上部分和下部分装配完成后，他们由螺栓和螺母组成了一个新的单元 1，如图 5 所示。由于采用层次 化装配 5，在实际生产过程中它是合理的，部分管理是简单的，可以有效的缩短设计周期。 3 专用车床夹具的运动学平衡性分析 每个零件的质量需要在专用夹具的运动仿真过程特性之前确定。如图 6 所示，每个零件的材料和密度是由菜单栏里的 机构 /质量属性 来确定的，如表 1 所示，零件的体积和质量是由三维设计软件计算的。我们选择碳素钢作为其他标准零件的材料，如螺栓和螺母，其密度是 里的定义质量的过程，也要注意单位转换。 建立组件单元，然后，组件单元 1 将通过 “ 连接 销连接 ” 安装在主轴上作为机器主轴的基准，如图 7 所示。在进入力学模型后，重力是一个设定的默认值。在矢量列表中，我们设置 X:他： 0。添加一个电动机，它的转速是 360 r/然后建立在外部负载列表里的动态式和打开重力的设置为运行。直到那时，运动学仿真过程才可以运行。为了减少缸孔的摆动，专用夹具的平衡是本文的关键分析 6,7。平衡性分析的目的是夹具和工件在机床的旋转主轴的整体重心。因此，我们首先要确定夹具和工件的整体质心。然后整体和主轴之间的距离就可以得到。整体和主轴之间的距离应该趋向于零，尽可能调 整配合块的质量。 质心的具体三个方向因子的 X,Y,Z 可以通过 的测量功能得到。因为设置机床的旋转主轴为 Z 轴，质心相对于旋转中心的距离只需要质心在 X 或 Y 方向的最大值来确定。没有配合块的夹具虚拟运动的测量结果如图 8 所示。当夹具转动 90 ，质心的最大偏差距离在 X 方向是 有这样做，我们可以知道质心不在轴上；作为它不能满足平衡要求的条件。 表 1 夹具主要零件材料与密度 编号 零件名称 材料 密度 (g/1 平衡块 法兰盘 夹具体 配重块 铅 定位板 45 压板 45为了满足平衡条件的配合块需要添加调整质心，如图 4 所示。在添加配合块后，回归分析，然后重新测量。结果是质心依然不在轴上，但质心相对于轴的距离缩短了。对于配合块的厚度增加，修改，测量是一次又一次的执行仿真过程。通过大量的测试，得到质心相对于轴的理想距离。这个值是 10如图 9 所示，因此它可以被认为是质心在轴上和满足平衡需求的结果。 根据配合块的运动仿真结果，一个铅砖的厚度是 30积是 105满足平衡性要求的专用槽夹具。在新的设计与旧的设计之间的跳动公差的测量数据的比较如表 2 所示。 表 2 跳动公差测量数据 测量次数 新设计 旧设计 1 0. 动器在车辆安全性方面起着 相当重要的作用，直接影响到这些车辆的正常行驶，因而制动器总成及其零部件的安全可靠性倍受关注 。 运用 术对某浮钳式盘式制动器的关键零件进行了有限元分析，分析结果表明制动钳体等关键零件满足设计强度要求 。 当制动时，活塞在液压力的作用下推动内摩擦块沿着导向销轴向移动，以一定的压力压向制动盘，同时制动钳钳体也在液压反向力作用下将外制动盘以一定压力压向制动盘，这时摩擦衬片便于制动盘间产生摩擦力，从而达到制动的目的 。 在制动过程中，当受力的平衡状态下，制动钳钳体受力为：（ 1）制动盘反作用力通过内侧摩擦块，活塞 和制动液作用在钳体的油缸侧壁 。 （ 2）制动盘反作用力通过外侧摩擦块对钳体产生一个推力 。 （ 3）与支架相接螺栓孔处又来自支架对钳体的作用力 。 制动器支架的受力情况为： 制动盘与摩擦衬块间的摩擦力 通过制动底板传到支架的一侧，来自与支架滑槽相触的是制动底板对滑槽的压力，而压力的大小取决与摩擦片圆周摩擦力的大小； 支架固定处来自转向节的反作用力； 与钳体相接处来自钳体的反作用力 。 通过对该浮钳盘式制动器的关键零件进行受力分析，这些作用力将作为载荷边界条件添加到有限元分析模型中 。 在 件建立该型号浮钳盘式制动器 三维模型后，通过软件集成技术将模型导入到 成的有限元前处理模块 “ 中自动划分网格 4。 网格划分前，需要简化模型，可以减少分析求解所需要的时间 。 为了能准确地反应各零件的应力 、 应变及位移的规律，采用 10 节点四面体单元作为划分网格类型 。 完成网格划分后，可在属性编辑器评价和修改网格属性以改进网格，这
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