減速器轉子軸套加工工藝和夾具設計【數(shù)控加工】【三維PROE工件圖】（含全套CAD圖紙）
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附錄1 外文翻譯
基于事例推理的夾具設計研究與應用
摘要:根據基于事例的設計方法,提出采用工序件的特征信息和夾具的結構特征信息來描述夾具的相似性,并建立了包括這2方面主要特征信息為基礎的事例索引碼,設計了事例庫的結構形式,創(chuàng)建了層次化的事例組織方式;同時,提出了基于知識引導的夾具事例檢索算法,以及事例的修改和采用同族事例碼進行相似事例的存貯,形成了基于事例推理的夾具設計.所開發(fā)的原型系統(tǒng)在型號工程夾具設計等項目的設計過程中得到了應用,并取得了令人滿意的使用效果.
關鍵詞: 基于事例的推理 夾具設計 CAD
夾具是以確定工件安全定位準確為目的的裝置，并在加工過程中保持工件與刀具或機床的位置一致不變。因為夾具的結構依賴于產品的特點和在企業(yè)規(guī)劃中加工工序的地位,所以它的設計是制造過程中的瓶頸,制約著效率的提高. 夾具設計是一個復雜的過程,需要有從大量的設計論文中了解質量知識的經驗，這些設計論文包括工件的結構設計、涉及加工工藝，和加工環(huán)境。當用這些擅長繪制詳細設計圖的傳統(tǒng)的CAD工具（如Unigraphics、CATIA、Pro/E)時,這仍然是一項非常耗時的工作，但是利用以往的設計經驗和資源也不能提供一些益處,而這正是提高效率的關鍵因素. 基于事例推理 (CBR) 的方法適應以往個案解決的辦法,建立一個新問題的方法,主要有以下四步驟:檢索、利用、修改,并保留.這是一個比用專業(yè)系統(tǒng)模仿人類思維有用的使用方法，因為提出一個類似的情況,和采用一些修改,似乎不言自明,而且比人類更直觀.所以支持不同事例的設計工具已經在諸多領域中發(fā)展起來，如在注射成型及設計、建筑設計、模具設計投死, 規(guī)劃過程中,還有夾具設計. 孫用六個數(shù)字組成代碼參數(shù),包括工件的形狀、機械部分、軸襯,第一定位裝置,第二定位裝置和夾緊裝置. 但這個系統(tǒng)不能用于除鉆床夾具外的其他夾具類型,不能解決儲存需要保留的同一參數(shù)代碼的問題,這在CBR中是非常重要的.
1事例參數(shù)和事例圖書館的建立
1.1事例參數(shù)
事例參數(shù)應該由工件的所有的特征組成，來區(qū)別不同的夾具. 使用他們能夠使操作方便. 因為零件的形狀是多種多樣的, 在生產企業(yè)中制造的技術要求也不斷發(fā)展,許多特征作被用做事例參數(shù)將會使搜索速度降低,其主要特征是不重要的,因為分配給每個特征的比重必須減少. 另一方面,事例參數(shù)包含所有的特征是困難的。
因此,考慮到實際和快速設計的需求,事例參數(shù)要包含工件的主要特征和夾具的結構。事例參數(shù)代碼由16位數(shù)組成：13位數(shù)是事例特征 3位數(shù)是事例識別數(shù)字。
前13位數(shù)代表13個特征。 每個數(shù)字與特征的一個屬性相一致,這可能是"*"、"？"、"1"、"2"，…，"A"、"B",…，"Z"，…，等其中的一個。其中，"*"是指任何一個,"?"代表不確定,"0"代表沒有。
系統(tǒng)規(guī)定:夾具的類型，工件的形狀，位置模式不能是"*"和"?"。在設計系統(tǒng)時,三個項目的屬性信息沒有這些選擇,這就意味著必須選擇確定的屬性。
最后三位數(shù)是事例識別號碼,如果事例特征的13位數(shù)是一樣的,這三個數(shù)字就用來區(qū)別他們。
該系統(tǒng)還規(guī)定:"000"是用于修正的一個典型事例,其他事例"001"、"002"、…,這些是用于設計師查找參考事例的. 如果其中一個偶爾需要改變成典型事例,首先它必須要求改成"000",前面的自動變成參考事例.
事例索引碼的結構如圖1所示。
1—夾具類型； 6—工件重量； 11—夾緊模型；
2—工件形狀； 7—工件剛度； 12—夾具體；
3—工件材料； 8—加工內容； 13—其他；
4—批 量； 9—過程所有物； 14到16—事例識別碼；
5—工件比例； 10—定位模型；
圖1 事例索引碼的結構
1.2事例庫
事例庫由許多預定義的事例組成。事例的描述是基于事例推理的最重要的問題之一。所以由索引碼復合。
1.3 事例的層次化
夾具的結構相似被認為是整個夾具，成分和內容相似。所以，整個夾具事例庫，成分事例庫，夾具的成分事例庫形成相同。整個夾具的設計資料通常是由工件資料和工件加工資料組成,這就意味著夾具的設計應滿足特別功能的需求.全部夾具事例是由功能成分組成，它是用功能成分的名字和數(shù)字來進行描述的。成分事例代表成員（成分功能和其他結構成分，主要驅動參數(shù)，數(shù)字，和它們的約束關系）。成分事例（夾具的最低層）是功能成分和和其他成分的結構。在現(xiàn)代夾具設計中有很多參數(shù)化準件和普通非標準件。所以成分事例圖書館應記錄特殊參數(shù)和保持它們的方法。
2事例修改的策略
在基于事例的夾具設計中，最重要的是相似點的修改，這樣能有助于獲得最相似的事例，以及縮短適應時間。根據夾具設計的需求，事例修改的策略使最接近的事例方法和知識指導結合起來。首先在深度上查找，然后在寬度上；知識指導策略意味著在來自客觀事物根源的知識規(guī)則上查找，這就要首先查找固定類型，然后查找工件的形狀，第三查找定位方法。例如，如果事例索引碼包括夾具類型的磨削夾具，就只查找所有的磨削夾具，然后查找工件形狀的盒子，第三查找一個平面兩個銷的定位方法。如果沒有合適的，就查找深度標點，然后回到最上層，然后再找所有與寬度相關的事例。
修改方法：
1） 根據夾具事例庫的事例索引信息，查找有關事例庫。
2） 將事例索引碼與事例庫的每個事例碼匹配，然后計算相似尺寸的價值。
3） 整理相似尺寸的次序，最大的架子是最類似的事例。
兩個事例之間的相似點是基于兩個事例特征之間的相似點。相似點尺寸的計算依靠特征的類型。相似點的價值可以通過數(shù)字化的價值來計算，例如比較重量分別是50kg 和 20kg的工件。非數(shù)字化的價值也能計算，例如，現(xiàn)在前13位索引碼都是非數(shù)字化的價值。一個夾具的相似尺寸的計算公式如下：
其中S表示通用夾具的相似尺寸，n表示索引特性數(shù)，表示每個特性的重量，表示事例庫中特性和相關夾具的特性的相似尺寸。同時， ，數(shù)值計算如下：
其中表示第i個特征的索引特性值，表示事例庫中第j個事例的第i個特征的特性值。
所以有兩種方法選擇相似夾具。一個方法是建立數(shù)值。如果通用事例的相似尺寸值比給定的數(shù)值小，這些事例就不能選來作相似事例。事例庫最初建立的時候，只有一些事例，數(shù)值可以建小一點。如果有大量的相似事例，數(shù)值就應該建的大一些。另外一個方法是只建立相似事例的數(shù)字（例如10），這是類型單里相似尺寸的最大值。
3 事例的修改和存儲
3.1事例的修改
夾具設計中相似事例的修改包括以下三個階段：
1） 成分的替代
2） 保持形式不變，調整成分的特性
3） 模型重新設計
如果夾具的成分是普通的物品，它們能通過使用工具被修改，代替以及刪除，這些已經被設計好了。
3.2事例的存儲
在將一個新的事例保存到事例庫之前，設計者必須考慮保存是否有價值。如果這個事例不能增加系統(tǒng)的知識，就沒有必要把它保存到事例庫里。如果它有價值的話，設計者在保存之前必須分析一下，看看這個事例是否作為標準事例或參考事例被存儲了。一個標準事例是一個描述同族事例主要特征的標準。一個同族事例是有事例庫中索引碼前13位相同而最后三位不同的那些事例組成的。一個標準事例的最后三位通常是“000”。一個參考事例屬于同族標準事例，最后三位用不同數(shù)字區(qū)分。
從被解釋的概念中，可采用以下方法：
1）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族一致，和一個存在的標準事例的前13位數(shù)相同，那么這個事例就不能存儲因為已經這種標準事例了?；蛘咧荒茏鳛橐粋€參考事例保存（最后三位不是“000”，而且和其它的不一樣）在事例庫中。
2）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族一致，并且被認為代替這個事例族要比以前的標準事例好，那么這個標準事例就被這個新的事例代替，以前的標準事例作為一個參考事例保存。
3）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族不一致，一個新的事例族將會自動產生，并作為標準事例保存到事例庫中。
4夾具設計中基于事例推理的過程
根據夾具設計的特性，夾具設計的基本信息，例如夾具的名字，零件，生產和設計者等等，必須先輸入。然后，輸入或設計工件的模型。輸入有關工件的細節(jié)信息，建立事例索引碼，然后CBR開始依靠相似尺寸查找相似事例，選出最相似的事例。如果需要的話，事例要滿足通用性設計，再存儲到事例庫中。程序流程圖如圖2所示
圖2 基于事例推理的夾具設計流程圖
5基于事例推理的夾具設計說明
這是一個工件如圖3所示。材料是45鋼，底座，形狀為塊狀，生產批量為中批等。需要設計成一個用來旋轉孔的旋轉夾具。
圖3 需要設計夾具的一個工件
（最大尺寸80mmx49mmx22mm）
工件的特征值，屬性值，事例索引碼和重量在表1中列出。
表1 工件的事例索引碼和重量
特征名稱 特性值 索引碼 重量
夾具類型 車床夾具 1 100
工件形狀 塊狀 9 90
工件材料 中碳鋼 3 70
批量 中批 2 60
工件比例 小 5 60
工件重量 輕 5 60
工件剛度 硬度強 1 60
加工內容 孔 3 80
程序要求 完成加工 3 70
定位方法 三個平面 1 100
夾緊方法 不確定 ？ 90
夾具體 復合 4 80
其他 沒有 0 60
通過查找和計算相似點，最相似的事例的事例索引碼是19325513321402000，細節(jié)信息在表2中列出。
表2 最相似事例的事例索引碼
特征名稱 特性值 索引碼
夾具類型 車床夾具 1
工件形狀 塊狀 9
工件材料 中碳鋼 3
批量 中批 2
工件比例 小 5
工件重量 輕 5
工件剛度 硬度強 1
加工內容 孔 3
程序要求 完成加工 3
定位方法 三個平面 1
夾緊方法 不確定 ？
夾具體 復合 4
其他 沒有 0
相似點的計算如下：
所以夾具的相似尺寸值是0.806，這是在事例庫中用于設計的最相似的事例，最相似的事例的結構如圖4所示
圖4 最相似的夾具
當成分替代，修改定位模型和夾緊模型，以及調節(jié)相關尺寸之后，新的夾具被設計出來，圖形如圖6所示
圖5 需要設計的新夾具
因為在事例庫中沒有相似夾具，新夾具被儲存到事例庫中。事例索引碼是19325523311402000。
6 結論
基于事例推理，作為一個問題解決的方法，是一個比模仿人類思想的專業(yè)系統(tǒng)更有效的方法，已經在很多難獲取知識的領域里得到發(fā)展?；谑吕评淼膬?yōu)點如下：它和人類的思想很相似；一個事例庫通過保存新事例獲得自學能力，它比有慣例庫更快更容易，它可以更好的傳遞和解釋新的知識，這和慣例庫有很大的不同?；谑吕评碇刑岢龅囊粋€夾具設計的框架已經被實行了，使用的是支持基礎數(shù)據的VC++，UG電腦繪圖軟件。這個框架也已經和普通成分庫和典型夾具庫結合起來。這個發(fā)展的標準系統(tǒng)，用于航空項目，幫助夾具設計者提高設計效率和重新使用先前的設計資源。
9
畢業(yè)設計（論文）任務書
一、學生姓名：崔嚴 學號：11413101
二、題目：轉子軸套的加工夾具設計[注：三維只要畫 工件圖的三維 PROE就可以]
三、專題題目：
四、題目來源： “真實” 、“自擬” □
五、結業(yè)方式： “設計” 、“論文” □
六、主要內容：
1、根據給定的轉子軸套進行三維建模，并利用三維軟件和所學知識，做出零件模具的三維圖；
2、根據零件圖進行夾具設計，做出零件夾具的三維圖和二維圖；
3. 根據已給出的零件圖編制加工工藝，寫出工藝卡片；
七、主要(技術)要求：
1、繪制三維零件圖或者裝配圖；
2、詳細零件圖(2張2號圖或4張3號圖)；
3、按照工序，編制工藝卡片，并配有相應的加工尺寸圖；
4、根據工藝卡片進行數(shù)控編程；
5、完成畢業(yè)論文2萬字左右。
八、日程安排：
2013下半學年第10周:與導師見面，分配畢設題目
第 11、12周:了解畢業(yè)題目要求，根據需要做的內容查資料
第 13、14周:查詢相關文獻，撰寫文獻綜述和選題報告
第 15、16周:向老師提交開題報告，指導后進行修改，進行選題答辯
2014上半學年第 2周：提交英文翻譯，完善文獻綜述部分資料
第 3周：分析零件圖，繪制三維圖；
第4周：根據三維圖，制作零件模具的三維圖；
第5、6周：設計零件模具的二維圖；
第7、9周：CAD繪制模具圖，并進行尺寸和粗糙度標注；
第10、11周：根據已完成的模具圖編制工藝卡片；
第12周：選擇工序，編制數(shù)控加工程序；
第13、14周：撰寫、整理論文，打印裝訂，CAD出圖，準備答辯；
第15周：答辯。
九、主要參考文獻和書目：
[1] 孫波.畢業(yè)設計寶典[M].西安：西安電子科技大學出版社，2008
[2] 賈振元，王福吉.機械制造技術基礎[M].北京：科學出版社，2011
[3] 關慧貞，馮辛安. 機械制造裝備設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013
[4] 鄒青，呼詠.機械制造技術基礎課程設計指導教程[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2011
[5] 呂廣優(yōu).淺談機械加工工藝編制的基本方法[J].有色金屬加工，2013（1）
指導教師簽字： 年 月 日
學 生 簽 字： 年 月 日
系負責人章： 年 月 日
北京科技大學天津學院本科生畢業(yè)設計（論文）
目 錄
1文獻綜述 3
1.1本課題國外研究進展 3
1.2本課題國內研究進展 5
2課題背景及研究意義 6
2.1課題背景 6
2.2研究意義 7
3研究方法、內容及預期目的 9
3.1研究方法及內容 9
3.1.1 CAD技術概述 9
3.2完成工作 10
4.1夾具設計方案 10
4.2夾緊方案及元件確定 11
5進度安排 14
參考文獻 15
指導教師意見 16
前 言
機床夾具是我國國民經濟的基礎工業(yè)，是制造業(yè)的重要基礎工藝裝備，隨著社會的不斷進步、經濟的不斷發(fā)展，各種各樣的商品被不斷生產出來，其中大多數(shù)商品的生產都依賴于模具的多樣化。國民經濟的五大支柱產業(yè)機械、電子、汽車、石化、建筑業(yè)的發(fā)展也要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應。?
機床夾具在制造業(yè)中所具有的重要地位，使得機床夾具的制造能力和技術水平已成為衡量國家制造業(yè)水平和創(chuàng)新能力的重要標志。近年來隨著機床夾具制造能力的不斷提高，使得機床夾具有著高精度、長壽命、高生產率、型腔形狀和機床夾具結構復雜的特點。如今機床夾具的生產方式廣乏采用CAD/CAM/CAE技術，采用高速切削加工技術，快速成型技術和快速制模技術的一系列的先進技術。機床夾具未來的加工也向著粗加工向高速加工發(fā)展，成型表面的加工向精密、自動化發(fā)展，光整加工向自動化發(fā)展，快速成型加工技術的發(fā)展，機床夾具CAD/CAM/CAE正向集成化、三維化、智能化和網絡化發(fā)展，機床夾具的標準化程度將不斷提高。但我國機床夾具的發(fā)展存在著一些不足：發(fā)展不平衡，工藝裝備落后，組織協(xié)調能力差，供需矛盾短期難以緩解，大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力弱，創(chuàng)新能力明顯不足，以上的這些缺點嚴重阻礙了我國機床夾具的發(fā)展，以上缺點成為我國當前機床夾具工業(yè)首要解決的問題。?
四年學習的結束，使自己對機床夾具的認識有了清晰的了解。這次設計的題目是轉子軸套的加工夾具設計，通過pro/E進行造型分析，最后用Auto/CAD軟件對主要的零部件與裝配圖進行繪制，雖然對機床夾具的結構有一些感性的認識和理性的認識，也進行過實踐和相應的課程設計，但這次設計是對四年學習的一個總結，由于缺乏真正的實踐經驗，使這次畢業(yè)設計的過程中遇到了很多困難，但是通過老師的指導和詳細的查閱資料，以及和同學們的討論，解決了不少的問題。相信這次設計能夠符合設計的要求，完成設計的任務。由于自身知識的不夠完善，在設計的過程中存在著一些不足和不完善的地方，懇請老師指正。
1文獻綜述
在制造業(yè)尤其是機械制造業(yè)的產品生產過程中，按照特定工藝,不論其生產規(guī)模如何，都需要種類繁多的工藝裝備,而制造業(yè)產品的質量、生產率、成本以及柔性化無不受工藝裝備的制約。
夾具和模具是最復雜和隨產品不同而專用化程度最高的工藝裝備。隨著科學技術的迅速發(fā)展，機械制造業(yè)由傳統(tǒng)的機械制造加工轉變?yōu)楝F(xiàn)代化的柔性制造系統(tǒng)中數(shù)控加工，機械制造業(yè)發(fā)生了巨大的變化，其主要特征表現(xiàn)在產品的生產制造由傳統(tǒng)的單一化、大批量類型向個性化、多品種、復雜性高的中小批量類型方向發(fā)展。但無論是傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造，最終都是保證產品零件的加工表面相對其他表面的尺寸精度、形位精度等，加工前所要考慮的裝夾問題。
1.1本課題國外研究進展
早期的機床夾具,如車床的雞心夾頭和卡盤、刨床的虎鉗,是和機床同時誕生和發(fā)展起來的。由于他們是與機床配套供應用戶，一般也稱為機床附件,是通用機床夾具的鼻祖。現(xiàn)代的專用夾具是伴隨著大批大量生產的發(fā)展而發(fā)展出現(xiàn)的，特別是和汽車工業(yè)的發(fā)展密切相關。專用夾具的使用，一方面縮短了工序時間,降低了加工成本；另一方面，夾具本身的設計制造工時、材料消耗等又增加了工件的成本。因此,在何種生產條件下使用哪種類型的夾具才是經濟合理的,也就是夾具的經濟性，一直都是夾具結構發(fā)展和設計的一個主要問題。
早在 20 世紀七 70 年代，前蘇聯(lián)科學家已經開始嘗試著把 CAD 技術和夾具設計技術進行融合，但由于軟硬件的原因，該技術的發(fā)展受到了較大的阻礙。
到了 20 世紀 80 年代，歐美專家也對此方面進行了有效的研究。比較有代表性的包括： 80 年代初，法國科學家 Latombe 和 Ingrand 做出了關于自動化夾具設計推理方面的研究。
80 年代初期，由科學家 Markus 和 Miller 等人對半自動化夾具設計方法方面的研究，雖然該研究設計的系統(tǒng)是半自動化的，但其研究的內容卻包括交互確定夾具的夾緊點，定位部位和輔助支撐部位等功能。
93年，由科學家NEE等人研發(fā)的用于孔隙組合夾具的基于特征的夾具設計系統(tǒng)。 到了八十年代中期，基于成組技術及基于知識的夾具設計系統(tǒng)的研發(fā)成為了夾具設計系統(tǒng)的新方向。由 Hou Jl 和 P.M.Grippo 等人研發(fā)的槽系組合夾具設計系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于成組技術和知識庫進行了交互式夾具設計。由 Davishi 與 Gill 等人研發(fā)的關于知識表達的夾具設計系統(tǒng)。由 Sakurai 等人研發(fā)的運用算法和知識來確定夾具裝夾順序和夾具結構的夾具設計系統(tǒng)。 由 Cou 等人研發(fā)的基于零件穩(wěn)定性及夾具設計全約束的夾具設計系統(tǒng)，該系統(tǒng)重點研究夾具夾緊過程中的穩(wěn)定性和全約束。
九十年代以后，隨著以上技術的發(fā)展，夾具設計系統(tǒng)在九十年代開始向著多源化的方向發(fā)展。 1990 年由 Pham 等人開發(fā)的夾具 CAD 系統(tǒng)。 90 年代初，由 Y.Rong.等研發(fā)的側重于夾具設計精度、剛性及校驗等方面的功能比較全面的夾具設計系統(tǒng)。 90 年代初由 Lazaroa 等人研發(fā)的基于零件庫的，能自動生成組合夾具的夾具設計系統(tǒng)；該系統(tǒng)還在夾具加工構成中精度方面的內容進行了研究。 90 年代后期由美國 W.MA 和 Z.lei 等人研發(fā)的夾具設計系統(tǒng)，該系統(tǒng)在夾具設計完成后可以自動生成夾具轉配圖。 1995 年，由 Rong 等人從裝夾方案到夾具結構設計，對夾具設計系統(tǒng)進行比較全面深入的研究，研發(fā)出了基于孔系組合夾具的自動夾具設計系統(tǒng)。
2000 年由 Kulankara 等人從夾具布局方面進行了研究，并由此開發(fā)出了一種基于遺傳算法的關于夾具布局方面的優(yōu)化技術，這種技術可以減少因加工時產生的切削力和夾緊力所引起的加工變形。 2004年-2005年由Satyanarayana等人與Amaral等人分別用有限元的方法對零件彈性變形和作用力的預測以及夾具設計優(yōu)化等方面進行了有效的研究 2005 年由 Song 等人在定位方法確定的基礎上，進一步研究了非確定定位方案，用數(shù)學的算法來驗證零件的約束狀態(tài)，并用這種方法確定零件的約束狀態(tài)，并基于該方法指出工件的非約束運動，也可基于該方法檢測出過約束及非必要的定位，利用這種方法可以使設計者改善已有的定位方案。
2004年-2005年由Satyanarayana等人與Amaral等人分別用有限元的方法對零件彈性變形和作用力的預測以及夾具設計優(yōu)化等方面進行了有效的研究 2005 年由 Song 等人在定位方法確定的基礎上，進一步研究了非確定定位方案，用數(shù)學的算法來驗證零件的約束狀態(tài)，并用這種方法確定零件的約束狀態(tài)，并基于該方法指出工件的非約束運動，也可基于該方法檢測出過約束及非必要的定位，利用這種方法可以使設計者改善已有的定位方案。
1.2本課題國內研究進展
我國的夾具輔助設計系統(tǒng)始于二十世紀八十年代，由中國航空技術進出口公司設計的一款二維計算機輔助組裝軟件開啟了我國 CAFD 技術的先河。我國對計算機輔助夾具系統(tǒng)的研究主要集中在國內大學及科研院所，比較著名的包括西北工業(yè)大學、中國工程物理研究院、哈爾濱工業(yè)大學、南京航空航天大學等，其成果包括曾翠華等人研究的基于 ADAMS 的交互式夾具設計系統(tǒng)。萬洪強等人設計的基于 Solidworks夾具設計系統(tǒng)，吳祿甚等人設計的基于 NX 軟件的夾具設計系統(tǒng)等等。這些系統(tǒng)極大的滿足了市場的需求，但不可避免的存在這樣或那樣的不足，雖然早在 20 世紀 70 年代就開始出現(xiàn)了研究工作，20 世紀 80 年代以后夾具設計理論的研究和 CAD 系統(tǒng)的開發(fā)變成國際上制造研究的一個熱點。但是由于當時計算機硬件和軟件比較落后，其發(fā)展受到很大的阻礙，離真能用于生產實際的商品化軟件尚有不小的距離。隨著柔性制造系統(tǒng)（FMS）的應用，計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的興起，對實用化夾具設計軟件提出了更為迫切的需求。
在國內，從事CAFD方面研究最早，成果最大，唯一開發(fā)出具有夾具規(guī)劃功能和結構生成功能的準商品化軟件的，是北京機械工業(yè)學院的朱耀祥教授以及后來與之合作的美國吳士托工學院的融亦鳴(Y Rong)教授。朱耀祥教授主編的《組合夾具組裝、應用、理論》可謂是組合夾具領域的經典文獻;融亦鳴、朱耀祥等合編的《計算機輔助夾具設計》及更早期間出版的該書的英文版則是CAFD方面的經典,代表了最成熟的研究成果；從20世紀60年代開始,朱耀祥就從槽系組合夾具到孔系組合夾具進的理論和生產應用行了研究和開發(fā)，促進了我國組合夾具應用和行業(yè)的發(fā)展;結合我國七五計劃“數(shù)控機床CAD”攻關項目，開始了以微機為平臺的槽系組合夾具CAD軟件的研究開發(fā)工作。
2課題背景及研究意義
2.1課題背景
夾具作為一種特殊的產品,需要豐富的設計經驗，設計人員的經驗與技能將直接影響著設計結果。而現(xiàn)有的一些通用CAD軟件只能完成一些諸如繪圖,三維建模等方面的工作，計算機對輔助設計人員進行夾具設計非常有限，設計的自動化程度也很低,要實現(xiàn)夾具設計的智能化，所開發(fā)的夾具設計系統(tǒng)必須能夠繼承夾具設計人員優(yōu)秀的設計知識、經驗與技能。運用知識工程可以將這些設計經驗進行綜合，提煉,改進和組合，以形成智能化的設計系統(tǒng)。
夾具的快速設計與制造,已經成為產品快速變換和制造系統(tǒng)新建成或重構后運行的
瓶頸，嚴重地影響制造系統(tǒng)的設計建造周期、系統(tǒng)生產率、質量和成本。目前國內外主
要研究和開發(fā)的是基于CAD技術的柔性夾具的設計和各種相關的分析和校核。它們不
同于組合夾具的CAFD之處是不僅能用于標準的組合夾具中，而且也能用于通/專用夾
具的CAFD中。這些夾具設計方法在汽車、摩托車、縫紉機和計算機行業(yè)中將會得到廣
泛應用。
通過對計算機輔助夾具設計系統(tǒng)的研究、相關企業(yè)的調研以及計算機輔助夾具設計類文獻的查閱，論文課題擬定在以下幾個方面作出研究：
1）夾具設計需要大量的理論知識進行指導
機床夾具的概念設計、結構（構形）設計、以及性能評估中都需要大量的理論知識進行指導，在機械加工中影響零件加工精度的機床夾具定位方案設計的定位誤差分析更加依靠這些理論知識，特別是利用計算機技術的強大邏輯運算能力和管理能力對定位誤差分析也需要大量理論知識指導。為此，本課題研究的定位方案設計與定位原理及其算法的研究需要大量理論知識的指導。
2）夾具設計是一個高度依賴經驗的設計問題
設計師在構思新工件的夾具設計方案時，往往是根據個人的設計或者制造經驗來設計夾具。對于夾具設計的定位誤差分析是其核心要素也是設計中的難點問題，人類對其擁有大量的寶貴經驗。為此，本課題的研究對其定位方案資源庫建立和定位誤差檢驗分析需要歸納、整合大量的經驗知識資源。
3）運用計算機技術建立機床夾具定位方案資源庫及其定位誤差校驗系統(tǒng)
計算機輔助夾具設計（CAFD）克服了傳統(tǒng)夾具設計的缺點，減少了設計人員勞動。由于計算機技術的強大功能的應用，現(xiàn)代機床夾具的設計也越來越依賴于計算機輔助設計技術，對于機床夾具定位方案資源庫的建立和夾具設計定位誤差的分析校驗將建立在理論與經驗知識的基礎上，利用計算機技術建立資源庫并開發(fā)相應的定位誤差校驗系統(tǒng)，從而實現(xiàn)良好的人機交互方式，進一步完善計算機輔助夾具設計系統(tǒng)。
4、實現(xiàn)完善的計算機輔助夾具設計系統(tǒng)還需要長時間的研究 計算機輔助夾具設計經歷的時間較短，還有很多的問題還待進一步研究和實現(xiàn)，文章只是對機床夾具設計中定位方案設計、定位合理性、定位準確性、定位誤差分析校驗以及定位方案質量評價的研究作出了一定的探索與研究，并開發(fā)了定位誤差校驗系統(tǒng)，旨在完善了計算機輔助夾具設計系統(tǒng)的一部分內容，還有大量的微觀和宏觀上的知識研究仍需要更長一段時間去探索與實現(xiàn)。
根據以上幾個方面的分析，文章將從傳統(tǒng)的機床夾具設計經驗知識和現(xiàn)代機床夾具設計方法知識，并結合 CAFD 技術的發(fā)展，進行夾具定位方案的定位規(guī)劃設計、夾具定位誤差原理分析和定位誤差算法研究，從而建立夾具定位方案資源庫與定位誤差校驗系統(tǒng)的開發(fā)，并對未來計算機輔助夾具設計系統(tǒng)進行展望和探討。
2.2研究意義
通過以上對計算機輔助夾具設計的背景、發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及關中區(qū)域制造業(yè)企業(yè)的具體情況的研究思路指導下提出了本文重點的研究內容如下：(1)基于實例和基于知識的夾具設計方法研究。重點研究夾具實例的表示問題，夾具設計實例的檢索與相似度計算算法，夾具實例的修改等技術；研究夾具設計知識的表示方法，夾具設計的推理機制以及基于知識的夾具方案自動選取技術。(2)基于實例和知識的混合推理機制研究及其在夾具設計中的實現(xiàn)。重點研究夾具設計的混合推理模型以及混合推理過程的實現(xiàn)問題。研究基于知識的推理技術在夾具實例檢索過程中的應用。設計實現(xiàn)基于實例和知識的夾具設計系統(tǒng)。
1）進一步了解國內外夾具的發(fā)展
2）聯(lián)系課本及所學知識，掌握計算機輔助夾具的結構及運行機理
3）鍛煉查閱文獻、整理數(shù)據與分析及擬定設計方案的能力
4）熟練掌握操作CAD和Inveror等繪圖常用軟件的能力
5）熟悉零件的工藝性、機器裝配和安全技術方面的知識
6）培養(yǎng)分析和解決問題的實際能力，對知識的綜合運用能力等
3研究方法、內容及預期目的
3.1研究方法及內容
由于國內外投入和研究的夾具很多，根據國內外的研究成果進一步了解所選夾具的各項性能，并繪制相關零、部件圖。本次作業(yè)從所給題目要求和所查資料中選出適合的零件為轉子軸承軸套，也即，之后的研究內容將圍繞轉子軸承的加工和夾具的加工設計展開。
具體研究內容：
1）對實際零件進行測繪，畫出零件圖，進行尺寸和粗糙度標注；
2）根據零件圖進行三維建模，并利用三維軟件和所學知識，做出零件模具的三維圖；
3）根據已給出的零件圖設計相應加工夾具，并編制加工工藝，寫出工藝卡片；
4）將其中一道工序進行數(shù)控編程，寫出數(shù)控加工程序。
3.1.1 CAD技術概述
CAD（ComputerAidedDesign）的含義是指計算機輔助設計，是計算機技術的一個重要的應用領域，它是利用計算機軟、硬件系統(tǒng)輔助設計者對產品進行設計、修改及顯示、輸出的一種設計方法。AutoCAD則是美國Autodesk公司推出的，在國內外很受歡迎的微機平臺CAD軟件包。
CAD技術產生于本世紀50年代后期，其發(fā)展與工業(yè)實際應用和需求密切相關，隨著實際應用和CAD技術的廣泛應用，新的需求又不斷出現(xiàn)，一些計算機應用的新技術和一些新的算法在CAD中不斷出現(xiàn)和發(fā)展。隨著國際經濟的飛速發(fā)展，世界銷售市場對產品需求量的不斷增加，使產品制造企業(yè)在生產中更多地采用先進設計技術、自動設備去提高勞動生產率。
CAD技術包括設計和分析兩個方面。設計是指構造零件的幾何形狀、選擇零件的材料，為保證整個設計的統(tǒng)一性而對零件提出的功能要求和技術要求等。分析是指運用數(shù)學建模技術，如有限元、優(yōu)化設計技術等；從理論上對產品性能進行模擬、分析和測試，以保證產品設計的可靠性。總之，一個好的計算機輔助設計系統(tǒng)既能充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性作用，又能充分利用計算機的高速分析計算能力。
3.2完成工作
（1）完成三維零件圖；
（2）A1零件圖2張，毛坯圖1張；
（3）完成加工工藝分析，工藝尺寸計算，定位誤差計算，切削用量等計算，并按照工序，編制工藝卡片；
4.1夾具設計方案
4.1.1定位基準的選擇
4.1.2定位方案的確定
夾具參數(shù)的選擇，在加工中的夾具參數(shù)確定時，要和工件的質量相適應，從加工中的主軸運行轉速、切削的進給量、背吃刀量、切削力，一般是切削加工速度和質量適當，而切削力較小為佳，以免劇烈的切削力對工件和夾具造成加大的傷害，而又會造成加工中的表面質量的不均勻，影響加工質量。在夾具的參數(shù)選擇時，必須要和加工零件的表面尺寸相適應，如果夾具加持力過小，則零件容易松動，加工中的跳動情況比較嚴重，易出現(xiàn)質量問題，如果夾持力過大，又有可能對零件表面形成傷害，導致零件的破損或應力集中等情況，影響使用性能。夾具的參數(shù)要考慮零件材料的強度和塑性等因素，在保證加工穩(wěn)定的情況下，要盡量減少對加工零件表面的影響。此外，加工的夾具的制造中，其參數(shù)還與夾具使用的材料、力學性能相關，在保證可使用的情況下，即夾具符合耐用性和精度的情況，盡少夾具的成本預算，以節(jié)約生產成本，保證加工的經濟效益。
為了保證工件被加工表面的技術要求，必須使工件相對刀具和機床的加工位置。在使用夾具的情況下，就要使機床、刀具、夾具和工件之間保持正確的加工位置。顯然，工件的定位是其中極為重要的一個環(huán)節(jié)。
要使工件完全定位，就必須限制工件在空間的六個自由度，此即為工件的“六個定位原則”。
在定位設計中，會遇到以下幾種情況：
（1） 完全定位：限制工件全部的六個自由度，稱為工件的“完全定位”
（2） 不完全定位：在對工件的加工精度沒有影響的情況下，允許少于六個的定位
稱“不完全定位”
（3）欠定位：工件的定位支承點數(shù)少于應限制的自由度數(shù)，這種工件定位點不足
的情況，稱為“欠定位”，欠定位在實際生產中是不允許的。
（4）過定位：工件的某一個自由度同時被兩個或多個定位支承點重復限制，這1種情況稱為“過定位”，也叫“重復定位”。
4.2夾緊方案及元件確定
4.2.1工件的夾緊設計
機械加工過程中，為保持工件定位時所確定加工位置，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力等作用下發(fā)生位移和振動，一般機床夾具應有一定的夾緊裝置，以將工作壓緊。因此，夾緊裝置的合理、可靠和安全性，對工件加工的技術和經濟效果有重大影響，故提出下列基本要求：
1） 夾緊過程中，不改變工件定位后占據的正確位置。
2） 夾緊力的大小要可靠和適當，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變、
振動小，又要使工件不產生過大的夾緊變形。
3） 夾緊裝置的自動化和復雜程度應與生產綱領相適應，在保證生產效率的前提
下，其結構要力求簡單，以便于制造和維修。
4}夾緊裝置的操作應當方便、安全、省力。
4.2.2鉆削時給進和轉矩的計算
4.2.3定位誤差分析
（1）定位元件尺寸及公差的確定。本夾具的主要定位元件為短圓柱銷（限制2個自由度）和一塊面板（限制3個自由度）。
（2）計算Φ10mm兩互相垂直孔中心線與Φ36外圓端面的最大誤差為0.1
4.2.4夾具設計及操作說明
專業(yè)夾具是指專為某一工件的某道工序而專門設計的夾具。其特點是結構緊湊，操作迅速、方便。省力，可以保證較高的加工精度和生產效率，但設計制造周期較長、制造費用也較高。當產品變更時，夾具將由于無法使用而報廢。只適用于產品固定且批量較大的生產中。
所述，在設計夾具時，為了提高勞動生產率和零件精度要求，在最后一道工序應用專用夾具。本工序由于要保證兩孔的中心線互相垂直。鉆孔時直接一次性鉆孔，而Φ36外圓壁厚為5mm，鉆削力不大軸向力不大，所以用機動夾緊即可。
夾具上裝有對刀塊，可使夾具在一批零件加工之前與塞尺配合使用很好地對刀：同時，夾具體低面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，以利于洗削加工
4.2.4專業(yè)夾具的標注有關尺寸及技術要求
4進度安排
2014下半學年第10周:與導師見面，分配畢設題目
第 11、12周:了解畢業(yè)題目要求，根據需要做的內容查資料
第 13、14周:查詢相關文獻，撰寫文獻綜述和選題報告
第 15、16周:向老師提交開題報告，指導后進行修改，進行選題答辯
2015上半學年第 2周：提交英文翻譯，完善文獻綜述部分資料
第 3周：分析零件圖，繪制三維圖；
第4周：根據三維圖，制作零件模具的三維圖；
第5、6周：設計零件模具的二維圖；
第7、9周：CAD繪制模具圖，并進行尺寸和粗糙度標注；
第10、11周：根據已完成的模具圖編制工藝卡片；
第12周：選擇工序，編制數(shù)控加工程序；
第13、14周：撰寫、整理論文，打印裝訂，CAD出圖，準備答辯；
第15周：答辯。
參考文獻
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指導教師意見
本論文選題合理，研究內容較為明確，研究思路清晰，具有一定的難度和深度。所擬定的研究內容、研究方法和技術路線符合本科畢業(yè)設計要求，工作量適中。開題報告結構較完整，論述層次清晰，結構較合理，技術路線正確，具有一定的研究基礎，能達到預期目的。
指導教師簽字：
年 月 日
17- -
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