基于CAXA的弹簧下座铣扁夹具的建模.docx
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基于CAXA的弹簧下座铣扁夹具的建模
毕业设计(论文)
班级
专业机械制造与自动化(数控)
题目基于CAXA的弹簧下座铣扁夹具的建模
学生姓名
指导教师
2012年5月30
摘要
科学技术和社会生产的不断发展,对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。
机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。
他不仅能够提高品质质量和生产率,降低生产成本,还能改善工人的劳动条件。
为了适应机械工业这种发展趋势,因此对机械制造中的重要工艺装备——机床夹具,在设计、制造、结构型式上就提出更高的要求。
文章总结分析了机械CAD/CAM、数控技术与CAXA软件的综合应用与拓展,通过对调节弹簧下座铣扁夹具的设计,来达到对机械设计的全方面了解,让我们充分学习识图绘图编程与加工等一系列等机械设计的规程与操作。
此设计将数控加工技术、机械制造工艺、CAM以及CAXA等相关专业知识系统地结合起来,使加工程序更加简洁,加工过程更加精确,加工工艺更加精密。
让我们了解到在生产过程中不仅仅是合理的编辑程序可以提高数控车床的加工效率,而且选择合理的加工工序也是可以事半功倍。
比如说选择合理的夹具,提高工件的装夹效率。
在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用各种不同的,用以固定加工对象,使之占有正确位置,以便接受施工的一种工艺装备,统称为夹具。
因此,无论是在机械加工,装配,检验,还是在焊接、热处理、热工艺中,以及运输工作中都大量采用夹具。
他在保证产品优质,高产,成本低,充分发挥现有设备的潜力,一边工人掌握复杂或者精密零件加工技术,以减轻繁重的体力劳动的诸方面起着巨大作用。
因此机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。
本次毕业设计是为了让我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论,并结合生产实习中学到的实践知识,独立的分析和解决工艺问题,具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和放法,拟定夹具设计方案,完成夹具结构设计的能力,也能熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践。
关键词:
机械设计与制造;零件加工工艺;工装夹具设计;加工工序
第一章·概述········································································1
1.1CAXA系列软件的介绍····························································1
1.2CAXA实体造型的应用技巧························································1
1.3对加工零件进行工艺分析及加工参数的选择·········································1
第二章·夹具的分析与介绍
2.1夹具的定义···································································1
2.2夹具的分类···································································1
2.3夹具的作用····································································1
第三章·调节弹簧下座铣扁夹具的结构···········································1
3.1课题设计内容·································································1
3.2弹簧下座铣扁夹具的设计结构示意图···········································
3.3夹具中每部分的CAXA实体图及其作用·······································
3.3.1定位键··································································
3.3.2螺钉····································································
3.3.3夹具体··································································
3.3.4压板····································································
3.3.5套筒····································································
3.3.6垫圈····································································
3.3.7销······································································
3.3.8垫块····································································
3.4夹具中定位键的具体分析·····················································
结论·············································································3
参考文献·············································································4
第一章·概述
1.1CAXA系列软件的介绍
目前,CAXA系列CAD/CAM/CAPP软件产品已经包含了从二维绘图设计、三维实体设计、工艺规程设计及数控车线切割、雕刻、数控铣、加工中心等设备的自动编程20多个系列软件产品,覆盖了制造业信息化设计、工艺、制造和管理四大领域,拥有自主知识产权的CAD、CAPP、CAM、DNC、PDM、MPM等PLM软件产品和解决方案,覆盖了制造业信息化设计、工艺、制造和管理四大领域。
CAXA在为制造业企业提供高性价比的数字信息化解决方案的同时,专注于提高软件产品的方便性、实用性、适应性。
CAXA系列软件都具有丰富的数据接口,软件之间的图形可实现相互转换,也可与当前其它CAD/CAM软件交换数据。
其中CAXA制造工程师不但有精确特征实体造型、强大的NURBS自由曲面造型和曲面实体复合造型技术,还可以为零件提供两轴至五轴的数控加工功能、加工工艺控制、加工轨迹仿真和通用后置处理模块,可生成各类数控机床G代码。
具有粗加工、代码反读、自动换刀及刀具库管理等功能。
同时能够提供加工工艺数据统计表,便于生产组织和管理;良好的加工工艺控制和代码优化功能,使轨迹更加合理、代码效率更高。
该软件还有以下特点:
①提供2~5轴零件加工的精确刀具路径,支持高速加工;②能直接在线架、实体和曲面上生成刀路轨迹;③提供多种粗加工、精加工、补加工及槽和孔的数控加工方式;④提供完整的刀具库和加工参数库,独有的知识加工可以大幅度提高编程效率,一天就学会编程;⑤拥的强大的后置处理,能为多种机床提供G代码文件;⑥新增编程助手自动代码、手工编写的代码、宏程序代码的轨迹仿真,能够有效验证代码的正确性;⑦可生成刀具、夹具及部件装配图和刀具路径图、输出各种工艺信息表。
1.2CAXA实体造型应用技巧
1.草图
实体能否生成的决定性因素是草图是否封闭。
草图没有封闭的原因有“草图存在开口”和“草图重合”。
当“草图存在开口”时,可采用“曲线过渡”中的“尖角”选取未闭合曲线;当“草图重合”时,删除重合图素。
使用技巧如下。
零件模型在进行设计、加工时,草图中的轮廓线需经常使用,此时可以先进入草图中选择软件的“复制”功能,将草图中的轮廓线复制,然后退出草图,选择“粘贴”,这样可以方便、快捷地提取模型轮廓。
2.基准平面
基准面可以是特征树中已有的坐标平面,也可以是实体中生成的某个平面,还可以是通过某特征构造出的面。
使用技巧如下。
在斜面上建立草图,并使草图X坐标轴线与斜面底边平行。
所以在设置的基准面进行草图绘制时,能直接使用“直线”中的“正交线”、“水平线”与“铅垂线”,一般情况下在使用“椭圆”、“矩形”时也不用旋转,使绘图更加方便。
3.筋板
用于在指定位置增加加强筋。
使用技巧是:
加固方向应指向实体,草图形状可以不封闭。
在圆锥、圆柱等曲面上做筋板时,由于筋板位于弧面上,草图在生成筋板的时候,其拉伸方向脱离原实体图素,从而筋板无法生成,因此需要视情况增加辅助图素。
4.曲面生成实体
CAXA软件曲面生成实体功能有:
曲面加厚增料、曲面加厚除料和曲面裁剪除料。
使用技巧如下。
(1)应用“曲面加厚增料”、“闭合曲面填充”时,若系统提示曲面生成失败,此时,在零件允许的范围内,通过改变“精度”可顺利完成模型。
(2)应用“曲面加厚除料”时,实体应至少有一部分大于曲面。
若曲面完全大于实体,系统会提示特征操作失败。
(3)应用“曲面裁剪除料”时,曲面必须大于或等于实体,否则系统会提示特征操作失败。
5.放样增料、除料
根据多个封闭草图轮廓,按照操作中拾取轮廓顺序,排列拾取生成或移出成一个实体。
拾取轮廓时,要注意左下方的提示,拾取轮廓使其位置与方向均对应一致(必要时可重新进入草图,采用“曲线打断”与“曲线组合”来更改轮廓位置),拾取不同的边、不同的位置及方向,会产生不同的结果。
6.导动增料、除料
将某一封闭截面曲线或轮廓线沿着另外一条轨迹线运动生成一个特征实体。
使用技巧如下。
(1)导动方向选择要正确。
(2)导动线起点必须在截面曲线或轮廓线所在平面上。
7.过渡与倒角
在过渡和倒角时必须特别注意实体边界过渡、倒角的顺序,先进行不相关联轮廓过渡、倒角,再进行相关联轮廓过渡、倒角。
1.3对加工零件进行工艺分析及加工参数的选择
基于CAXA制造工程师的技术支持,在数控机床上进行零件加工工艺分析及加工参数的选择过程,首先完成工件模型造型设计,利用曲线、曲面和实体造型功能,进行三维加工数据的建模,用于表达工件。
生成满足数控加工的三维数据模型,实现复杂零件的三维实体造型设计。
然后对加工环境进行设计工作,即在完成工艺方案设计的前提下,在计算机上完成数控机床参数设置,刀具元件建库、刀具组装,毛坯的建立,目的是建立一个三维工件的加工环境。
最后安排合理工艺并选择适当的刀具和确定其切削参数,合理安排工艺考虑零件形状和加工精度,防止零件变形,提高加工质量。
使用先粗后精,先面后孔等工艺方案;刀具的使用尽可能的少换刀,同一把刀具完成该刀具能加工的所有内容后再换刀,减少空行程和换刀次数,提高工作效率。
第二章·夹具的分析与介绍
2.1夹具的定义
机械制造过程中用来固定加工对象,使之占有正确的位置,以接受施工或检测的装置。
又称卡具。
从广义上说,在工艺过程中的任何工序,用来迅速、方便、安全地安装工件的装置,都可称为夹具。
例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。
其中机床夹具最为常见,常简称为夹具。
在机床上加工工件时,为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求,加工前必须将工件装好(定位)、夹牢(夹紧)。
夹具通常由定位元件(确定工件在夹具中的正确位置)、夹紧装置、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置(使工件在一次安装中能完成数个工位的加工,有回转分度装置和直线移动分度装置两类)、连接元件以及夹具体(夹具底座)等组成。
2.2夹具的分类
(1)按夹具使用特点分类
①万能通用夹具。
如机用虎钳、卡盘、吸盘、分度头和回转工作台等,有很大的通用性,能较好地适应加工工序和加工对象的变换,其结构已定型,尺寸、规格已系列化,其中大多数已成为机床的一种标准附件。
②专用性夹具。
为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造,服务对象专一,针对性很强,一般由产品制造厂自行设计。
常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模(引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具)、镗模(引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具)和随行夹具(用于组合机床自动线上的移动式夹具)。
③可调夹具。
可以更换或调整元件的专用夹具。
④组合夹具。
由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具,适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。
机床夹具是机床上用以装夹工件(和引导刀具)的一种装置。
其作用是将工件定位,以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置,并把工件可靠地夹紧。
⑤自动线夹具动线夹具一般分为两种:
一种为固定式夹具,它与专用夹具相似;另一种为随行夹具,使用中夹具随着工件一起运动,并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。
(2)按夹具使用的机床分类
①车床夹具
在车床上用来加工工件内、外回转面及端面的夹具称为车床夹具。
车床夹具多数安装在主轴上;少数安装在床鞍或床身上。
以下为车床夹具的几种典型结构:
三爪自定心卡盘。
三爪自定心卡盘是一种常用的自动定心夹具,适用于装夹轴类、盘套类零件。
由于随着主轴转速的提高,卡盘的夹紧力迅速衰减,传统的机械式三爪卡盘已不能满足数控车床加工的需要。
目前,国内外均研制了采用不同原理、不同动力源的具有夹持精度高、磨损小、夹紧力大而稳定、动平衡好的高速动力卡盘,其中有些动力卡盘的工作转速可达10000r/min以上。
对于薄壁工件的加工,三爪卡盘容易引起工件的变形,而六爪自定心卡盘则具有优势,特别适合于各种柄类刃具磨削加工时的夹持。
四爪单动卡盘。
适用于外形不规则、非圆柱体、有偏心及位置精度要求高的零件。
实际上,三爪、四爪卡盘在数控铣削加工中也很常见,卡盘结构更加简单,便于固定在工作台上。
心轴。
常用心轴有圆柱心轴、圆锥心轴和花键心轴。
圆柱心轴主要用于套筒和盘类零件的装丸圆锥心轴(小锥度心轴)的定心精度高,但工件的轴向位移误差较大,多用于以孔为定位基准的工件:
花键心轴用于以花键孔定位的工件。
②铣床夹具
均安装在铣床工作台上,随机床工作台作进给运动。
主要由定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件、对刀元件组成。
铣削加工时,切削力较大,又是断续切削,振动较大,因此铣床夹具的夹紧力要求较大,夹具刚度、强度要求都比较高。
以下为加紧机构的几种类型:
斜楔夹紧机构。
采用斜楔作为传山元件或夹紧元件的夹紧机构,称为斜楔夹紧机构。
欲在工件上钻一个女8F8的孔,工件放入夹具后,用锤轻轻敲击楔块4的大端,使楔块水平移动,对工件3产生夹紧力和对夹具体5产生正压力,从而把工件夹紧,加工完毕后用锤击斜楔小端即可车床松开工件。
斜楔夹紧机构能改变夹紧力的方向,且结构简单、可靠、增力作用显著,常与汽缸、油缸等联用实现自动夹紧;缺点足行程较小。
为增大夹紧行程,在实际应用中常故成双角楔块。
设计中,选择楔角既要考虑自锁,又要考虑夹紧行程。
螺旋夹紧机构。
采用螺旋直接夹紧或采用螺旋与其他元件组合实现夹紧的机构,称为螺旋夹紧机构。
螺旋夹紧机构包括螺钉夹紧和螺帽夹紧两类单螺旋夹紧机构。
在螺钉头摆动压块,以增大接触面积,防止已加工表面受到伤害。
此外,螺旋夹紧机构还可与压板结合,形成复合夹紧机构。
螺旋夹紧机构具有结构简单、增力比较大、自锁性好、夹紧行程不受限制和制造方便等优点,很适用于手动夹紧,因而在机床夹具中得到泛的应用。
缺点是夹紧动作赞时、效率低,因此在机动夹紧机构中应用较少。
偏心夹紧机构。
是由偏心夹紧元件直接夹紧车床工件或与其他元件组合快速夹紧工件的机构,称为偏心夹紧机构。
偏心夹紧元件有圆偏心和曲线偏心两种形式,曲线偏心制造困难,因此产中多用圆偏心夹紧机构。
圆偏心夹紧机构动作迅速、效率高,而且结构简单、制造容易,在夹具中应用广泛。
缺点是夹紧行程小,白锁性能不稳定,仅适用于夹紧表面形状规矩、尺寸变化小和加工十五振动的场合。
除此之外还有钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具等。
(3)按夹具动力源来分类
按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。
为减轻劳动强度和确保安全生产,手动夹具应有扩力机构与自锁性能。
常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。
2.3夹具的作用
(1)缩短辅助时间,提高劳动生产率
夹具的使用一般包括两个过程:
其一是夹具本身在机床上的安装和调整,这个过程主要是依靠夹具自身的定向键、对刀块来快速实现,或者通过找正、试切等方法来实现,但速度稍慢;其二是被加工工件在夹具中的安装,这个过程由于采用了专用的定位装置(如V形块等),因此能迅速实现。
(2)确保并稳定加工精度,保证产品质量
加工过程中,工件与刀具的相对位置容易得到保证,并且不受各种主观因素的影响,因而工件的加工精度稳定可靠。
(3)降低对操作工人的技术要求和工人的劳动强度
由于多数专用夹具的夹紧装置只需工人操纵按钮、手柄即可实现对工件的夹紧,这在很大程度上减少了工人找正和调整工件的时间与难度,或者根本不需要找正和调整,所以,这些专用夹具的使用降低了对工人的技术要求并减轻了工人的劳动强度。
(4)机床的加工范围得到扩大
很多专用夹具不仅能装夹某一种或一类工件还能装夹不同类的工件,并且有的夹具本身还可在不同类的机床上使用,这些都扩大了机床的加工范围。
第三章·夹具的结构及原理
3.1课题设计内容
根据设计要求,利用CAXA制造工程师对图纸上面夹具结构的二维平面图进行三维实体仿真,绘制零部件图,通过CAXA制造工程师生成轨迹仿真加工,并生成代码。
3.2弹簧下座铣扁夹具的设计结构示意图
弹簧下座铣扁夹具CAD图
1定位键2螺钉3夹具体4压板5套筒6垫圈7销8垫块
3.3.夹具中每部分的CAXA实体图及其作用。
3.3.1定位键
作用:
铣床夹具以定位键和机床工作台T型槽相配合,每个夹具一般设置两个定位键,起到夹具在机床上的定向作用。
并用埋头螺订把定位键固定在夹具体的键槽内。
而在小型夹具中,可采用圆柱定位销来代替定位键。
3.3.2螺钉
作用:
专供固定机件相对位置用的一种螺钉。
使用时,把紧定螺钉旋入待固定的机件的螺孔中,以螺钉的末端紧压在另一机件的表面上,即使前一机件固定在后一机件上。
开槽和内六角紧定螺钉用于钉头不允许外露的机件上,方头紧定螺钉适用于钉头允许外露的机件上。
螺钉的压紧力以开槽螺钉最小,方头螺钉最大,内六角螺钉居中。
锥端螺钉适用于强度小的机件上;无尖锥端螺钉适用于压紧面上制有凹坑的机件上,以增加传递载荷的能力;平端螺钉(压紧面应是平面)和凹端螺钉,均适用于硬度较大或经常调整位置的机件上;长圆柱端螺钉适用于管形轴(薄壁件上,圆柱端进入管形轴的孔眼中,以传递较大的载荷,但使用时应有防止螺钉松脱的装置。
3.3.3夹具体
作用:
夹具体是夹具的基础,用来将夹具的各个部分联结成为一个整体的零件。
在夹具体上安装着夹具所有的零件和部件。
一般情况下,要组成一套夹具,定位、夹紧装置和夹具体是必备的,而导向装置和辅助装置则要看夹具的作用而定。
3.3.4压板
作用:
作为夹紧件来夹紧螺钉。
3.3.5套筒
作用:
在夹具中其定位作用,装夹工件时可以控制工件的自由度。
3.3.6垫圈
作用:
支撑平面,使受力均匀,垫圈切口部位的刀口阻止螺母自动反向旋转,从而达到防止螺母松动的作用。
3.3.7销
作用:
用来定位,传递动力和转矩,在安全装置中作被切断的保护件使用。
.
3.3.8垫块
作用:
可有效控制厚度、高强度,广泛应用余机械行业。
3.4夹具中定位键的具体分析
1.设计任务
按照给定的CAD图纸绘制出三维实体图仿真加工
2.2使用CAXA制造工程师绘制三维立体图
a.选取一个坐标系平面进入草图,绘制出零件图的外部轮廓,并进行拉伸增料
b.选取此轮廓的上表面进入草图绘制一个半径为3的圆进行拉伸除料得到零件图的大致外形
C.再将上图进行反转选取它此时的上表面进入草图绘制一个半径为5的圆
d.最后进一步的拉伸除料,那么一个完整的夹具中的定位键就绘制成了
结论
毕业设计不仅为我们的学习生涯画上了一个完美的句号,也为即将走上社会参加工作的我们开启了一道希望之门。
此次的毕业设计虽然花费了不少时间,但也让我从中学到了很多的东西。
在严老师的悉心辅导下我很顺利的完成自己的毕业设计,也让我感受到了知识的海洋是无穷无尽的。
比如说老师可以用很多种不同的方法将一个复杂的二维CAD平面图绘制成三维的CAXA实体造型。
在这过程中,老师的辅导又让我重温了一遍以前所学的知识,从中受益匪浅。
在此向老师表示我衷心的感谢和崇高敬意。
这片论文的每个实验细节和每个数据,都离不开您的细心指导。
六月必定是一个离别的时间,在各大高校的毕业风暴中我也是其中的一粒尘沙。
面临毕业之际,我更要借此机会向在这三年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的致谢,感谢他们三年来的辛勤培育。
不积跬步无以至千里,不积小穴无以成丘濠。
各位老师的认真负责、悉心教导,让我觉得无以回报。
正是因为有他们的悉心帮助和支持,我才能够很好的掌握和运用专业知识,并在设计中得意体现,顺利完成毕业论文。
我还要感谢我的母校,虽然我即将走上社会参加工作了,可能不再会是生活在其中的一员。
但这三年的时间它已经深深的印在了我的脑海中,听着那晨操的广播声,看着那迎风飘扬的五星红旗,我仿佛又回到了刚入学时的情形。
我感谢它让我在一个良好的学习环境中,一个温馨的大家庭里快乐的度过了我的大学时光。
不仅让我学到了很多有用的知识,也让我明白了做人的道理。
最后祝愿我的母校越来越辉煌,祝愿所有的老师身体健康、工作顺利!
参考文献
[1]陈明/刘钢/钟敬文.CAXA制造工程师--数控加工.北京航空航天大学出版社,2006-01ISBN:
7810775928.
[2]彭志强/杜文杰/高秀艳.CAXA制造工程师实用教程.化学工业出版社,2008-03.
[3]徐丹/严帅CAXA制造工程师实体教学.
指导教师评语
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