5 计算机辅助工装设计

第五章计算机辅助工装设计江苏科技大学现代制造技术研究所张胜文计算机辅助工装设计•第一节概述•第二节计算机辅助机床夹具设计•第三节计算机辅助制造中的刀具系统气动虎钳液压夹具返回1、工装设计自动化的重要性•在机械加工中，由机床、刀具、夹具、工件四要素组成的工艺系统，是一个相互联系、相互影响的整体，对机械加工的效果起着决定性的作用。其中夹具和刀具是这个系统中重要的因素。•传统的刀具、夹具等工艺装备的设计方法，在资料检索、分析计算、绘图、编制技术文件等方面都是由人工方式完成，这不仅需要较多的人力和较长的设计周期，而且计算精度和设计质量的提高也受到影响。第一节概述•计算机技术在工艺装备设计与制造中的应用，不仅可以大大缩短设计周期、提高设计质量和效率，而且节省许多人力，使得工装设计人员从繁忙的劳动中解放出来去从事更有创造性的活动，把工装设计工作提高到新水平。•本章将重点介绍机床夹具计算机辅助设计方法，使读者获得工艺装备自动化设计的基本概念并了解其主要步骤。下一页2、计算机辅助工装设计的范围计算机辅助工装设计的范围下一页由图可以看出，当待加工零件的定位夹紧方法确定之后，就要准备夹具。通常应尽量采用通用夹具，或者从夹具图形(数据)库中调出标准夹具元件的图形，设计拼装出夹具装配图，选用标准夹具元件快速组装成夹具，以满足工件装夹的需要。•因此，要求工艺装备的准备系统能够像一个“流动工具柜”那样，及时供应加工所需的夹具、刀具。这就是在工装设计中采用计算机辅助设计技术的主要出发点。第二节计算机辅助夹具设计1、计算机辅助夹具设计的范畴（1）计算机辅助夹具设计过程从夹具设计的设计阶段来考虑，可以分为功能设计、结构设计、结构分析、性能评价，夹具图生成等阶段，如图7—2所示。•在功能设计阶段，要考虑工件的定位方案、夹紧方案、对刀方案、夹具与机床的关系等功能是否满足加工要求；•结构设计阶段是要具体设计定位元件、夹紧元件和装置、对刀元件以及夹具体等总体结构。•结构分析阶段主要进行一些必要的工程分析，如利用有限元法分析结构刚度，夹具在进行夹紧时使工件产生的变形，在切削时由于切削力对定位、夹紧等的变形而造成对加工精度的影响；又如定位精度的分析，夹紧力的计算校核等。•性能评价阶段是指对夹具设计的技术经济分析。•夹具图生成阶段是指输出夹具装配图、非标准零件图和标准元件明细表等。（2）计算机辅助夹具设计内容1)计算机辅助专用夹具设计内容•计算机辅助夹具设计是在计算机、数据库、网络的支持环境下进行的，对于专用夹具，其设计内容有以下几部分。①定位方案设计夹具的定位方式是根据工艺过程设计来选定的，定位方式的具体实现则在夹具设计中完成。若在工艺过程中制定的定位方式在夹具设计时不能实现，则可以反馈给工艺过程设计，另行制定定位方式，夹具设计不能自行决定。•V形块•V形块是用得最广泛的外圆表面定位元件。②夹紧方案设计包括夹紧力的布局、夹紧力的大小、夹紧元件和装置的选择等。一般由夹具设计本身决定，但夹紧力的来源，如气动、液动、电动、手动等方式的决策应考虑生产资源状况，夹紧力的布局不能只考虑结构实现的方便、工件的变形，同时应考虑是否妨碍工件的加工。③对刀、导向等其他元件设计•对刀元件、导向元件是确定刀具相对于夹具的位置，连接元件是确定夹具相对于机床的位置，它们最终都要保证刀具相对于工件的位置，以达到零件形状和尺寸要求。④夹具体和夹具总体设计将所有的元件和装置都装在夹具体上，形成一个完整的独立的夹具。⑤夹具图和元件表的输出夹具设计的最终结果应输出夹具装配图、非标准零件图和标准元件明细表，以便购买、生产制造。2)计算机辅助组合夹具设计内容•当前，在计算机辅助夹具设计中，组合夹具设计的比重越来越大。因为组合夹具是利用一套标准元件组合而成，夹具使用完毕后，可以拆卸、清洗，重新组装新的夹具，因此设计快捷，生产效率高。计算机辅助组合夹具设计内容如下：①定位方案设计及定位件的选择；②夹紧方案设计及夹紧件的选择；③导向件、辅助件的选择④基础件、辅助件的选择及夹具总体的设计⑤夹具装配图的绘制和元件明细表的编制⑥夹具的组装按夹具装配图和元件明细表配置元件，由技工进行组装。⑦生产加工检验和调试。组合夹具成组夹具KH1KH2KH3KH4成组夹具KH1KH2KH3KH4零件工序简图43φDLLφD43φD43LφDL34φDL43φDL34•组合夹具的元件通常分为基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧件、紧固体、辅助件和组合件八类。•计算机辅助组合夹具设计中，元件的选择十分重要，设计过程是一个元件合理选择的过程。•同时，设计和组装是结合在一起的，有时设计过程包含了组装过程。2．机床夹具计算机辅助制造工作•通常应首先考虑通用夹具，如通用夹具不能满足要求，则要设计专用夹具。•在专用夹具设计过程中，应尽量选用标准夹具元件，这样不仅可以减少夹具设计的工作量，同时可以加快夹具制造进程。•为了缩短夹具生产制造周期，在进行计算机辅助夹具设计时，应同时进行计算机辅助夹具元件工艺过程设计和计算机辅助夹具制造等工作。•组合夹具的元件通常分为基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧件、紧固体、辅助件和组合件八类。•计算机辅助组合夹具设计中，元件的选择十分重要，设计过程是一个元件合理选择的过程。•同时，设计和组装是结合在一起的，有时设计过程包含了组装过程。第三节计算机辅助制造中的刀具系统•刀具是机械制造系统中不可缺少的组成部分，在自动化加工中，刀具准备工作非常复杂，往往成为加工中的关键问题，直接影响加工质量、生产率和经济性。•刀具系统由需求、设计、制造、使用、管理等部分组成，属于生产准备工作范畴。a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀图2-48车刀的结构谢谢大家！