0319-加強(qiáng)板零件的數(shù)控加工工藝及組合夾具設(shè)計(jì),加強(qiáng),零件,數(shù)控,加工,工藝,組合,夾具,設(shè)計(jì) 中國(guó).北京.2006.10.9-15 2006年電氣和電子工程師協(xié)會(huì)/型鋼的會(huì)議錄 討論智能機(jī)器人和操作系統(tǒng)的國(guó)際會(huì)議 新穎的夾具設(shè)計(jì)和基于虛擬現(xiàn)實(shí)的裝配系統(tǒng) 彭高亮 劉文建 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院 中國(guó).哈爾濱150001.pg17782@hit.edu.cn 摘要—模塊化的裝配是工業(yè)制造中很重要的一個(gè)方面，這篇論文討論的是桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)模塊化裝配設(shè)計(jì)的作用。對(duì)于虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)，論文提出了設(shè)計(jì)方法，這種方法可以幫助設(shè)計(jì)師，使他們的設(shè)計(jì)可行有效。論文在層次數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，提出了組合夾具裝配的方法。在這些結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在虛擬環(huán)境中，用戶可以在設(shè)計(jì)和裝配過程中操縱虛擬模型。此外，人們正在討論如何實(shí)施在加工仿真生產(chǎn)經(jīng)行檢測(cè)，最后，案例研究證明了該系統(tǒng)的功能。與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相比，論文中還為模塊化裝配提出了一個(gè)合理的便攜式解決方案設(shè)計(jì)。 指數(shù)計(jì)算—組合夾具，桌面虛擬現(xiàn)實(shí)，裝配設(shè)計(jì)，加工模擬結(jié)果一覽表 Ⅰ.介 紹 模塊化裝配是工業(yè)制造的一個(gè)重要方面，準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)夾具對(duì)確保產(chǎn)品質(zhì)量，精度，準(zhǔn)確性，以及完成部分加工是非常重要的。組合夾具是在安全，準(zhǔn)確位置，為交匯處和高標(biāo)準(zhǔn)組件提供支持的一種系統(tǒng)，并支持整個(gè)加工過程中的工件【1】。一般來講，夾具設(shè)計(jì)者通過經(jīng)驗(yàn)或反復(fù)試驗(yàn)的方法就能確定夾具計(jì)劃是不是合適。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)已在組合夾具設(shè)計(jì)領(lǐng)域普遍應(yīng)用。 一般情況下，與夾具設(shè)計(jì)相關(guān)的活動(dòng)，即裝配刨，夾具元件設(shè)計(jì)，夾具布局設(shè)計(jì)，是在機(jī)床發(fā)展的下游才會(huì)去考慮。這些古老的做法對(duì)銜接設(shè)計(jì)和制造都是很不利的。例如，很少有系統(tǒng)能合并機(jī)械檢測(cè)的一系列功能。這就導(dǎo)致了在夾具設(shè)計(jì)和制造之間產(chǎn)生了一個(gè)缺口，這個(gè)缺口使得人們不能在設(shè)計(jì)階段【2】考慮刀具路徑。因此，在制造設(shè)計(jì)中，人們重新設(shè)計(jì)也無法避免刀具被夾具元件妨礙的問題。所以，為了把機(jī)系列夾具領(lǐng)入柔性制造的舞臺(tái)，更系統(tǒng)，更自然的設(shè)計(jì)環(huán)境是人們必須去研究的。 一個(gè)綜合的，立體的，互動(dòng)的環(huán)境通常由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在數(shù)十年之內(nèi)【4】，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都是能起到很大作用的人機(jī)接口。在制造業(yè)中，虛擬現(xiàn)實(shí)也有很大的應(yīng)用潛力，它可以在實(shí)際生產(chǎn)之前解決很多問題，從而避免出現(xiàn)一些代價(jià)高昂的錯(cuò)誤。在過去的十年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不同的工程中的應(yīng)用提供了推動(dòng)作用，例如產(chǎn)品設(shè)計(jì)【5】，裝配【6】，加工仿真【7】，培訓(xùn)【8】。本文的目的要闡述如何建立一個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的模塊化夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)（VMJFDS）。第一步就是為模塊化設(shè)計(jì)裝置制定一個(gè)綜合的，擬真的環(huán)境。這種應(yīng)用程序在運(yùn)用了自然和啟發(fā)性的方式，這種方式在設(shè)計(jì)夾具方面是有優(yōu)勢(shì)的，它可以在使用條件，縮短交貨時(shí)間，提高夾具生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)性等諸多方面形成良好的匹配。 Ⅱ.擬議系統(tǒng)的概敘 擬議的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系是基于系統(tǒng)功能要求的模塊，由圖1所示。在系統(tǒng)水平上，有3個(gè)擬議模塊的設(shè)計(jì)，即圖形界面（GUI），虛擬環(huán)境（VE）和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫模塊。對(duì)于任何一個(gè)模塊，某種功能要求由一組對(duì)象來實(shí)現(xiàn)。在這篇論文中，詳細(xì)的對(duì)象設(shè)計(jì)和實(shí)施都省略了。相反，這三個(gè)模塊的概簡(jiǎn)要說明如下： 1） 圖形界面（GUI）：大體上說圖形用戶界面是一個(gè)友好界面，它用于整合虛擬環(huán)境，組合夾具設(shè)計(jì)。 2） 虛擬環(huán)境（VE）：虛擬環(huán)境用三維模型把組合夾具系統(tǒng)、虛擬環(huán)境及其組成部分的導(dǎo)航和操作步驟顯示給用戶，如圖所示1，虛擬環(huán)境模塊包括兩部分，即裝配設(shè)計(jì)環(huán)境和加工仿真環(huán)境。用戶選擇適當(dāng)?shù)脑?，把這些元件寫在裝配設(shè)計(jì)方面的辦公區(qū)域內(nèi)，然后，用執(zhí)導(dǎo)系統(tǒng)把最終的夾具系統(tǒng)建立起來，人們就能把選中的元件逐個(gè)的組合起來。 圖1，概述基于組合夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的桌面虛擬現(xiàn)實(shí) 3） 數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫存放著所有模型的環(huán)境和夾具模塊元件以及該領(lǐng)域的知識(shí)和一些典型的例子。如圖1所示，顯示了5個(gè)數(shù)據(jù)庫，其中知識(shí)和規(guī)則單元是該系統(tǒng)最重要的地方，它管轄著所有夾具設(shè)計(jì)的原則。 Ⅲ. 程序化組合夾具設(shè)計(jì) 在本節(jié)中，作者提出了在虛擬環(huán)境中有啟發(fā)性的組合夾具設(shè)計(jì)程序。除了三維技術(shù)的深入，用戶擁有和真實(shí)世界一樣的操作感覺，這個(gè)過程還有情報(bào)功能。在設(shè)計(jì)過程中，采用智能推理的方法把一些典型的案件和建議提供給用戶作參考，如實(shí)例推理（CBR）和常規(guī)推理（RBR）。此外，相關(guān)知識(shí)和規(guī)則作為幫助頁面展現(xiàn)給用戶，用戶就可以在設(shè)計(jì)過程中輕松瀏覽了。 概述組合夾具設(shè)計(jì)過程總結(jié)，如圖2。虛擬環(huán)境之后就是草簽和工件加載，第一步是夾具規(guī)劃。在這個(gè)步驟中，首先用戶決定了夾具計(jì)劃，即指定交互夾具要面臨的工件。 為了幫助用戶成功決策，一些有用的個(gè)案，以及他們的夾具計(jì)劃將通過自動(dòng)推理檢索方法提供給用戶。一旦選定了要使用的夾具，用戶到就能指定的夾具點(diǎn)。在這這項(xiàng)任務(wù)中，計(jì)算機(jī)還給出了一些建議和規(guī)則。 夾具規(guī)劃后，下一步就是夾具元件選擇、設(shè)計(jì)階段。在這個(gè)階段，用戶可以選擇合適的夾具元件和組裝成夾具需要的特殊部分。根據(jù)該夾具點(diǎn)的空間信息與基本夾具和工件的關(guān)系，一些典型的夾具元件的選擇和建議可以自動(dòng)提交給用戶，這些都將有助于為用戶服務(wù)。經(jīng)過規(guī)劃和夾具元件選擇這個(gè)設(shè)計(jì)階段后，下一階段就是把選擇的夾具元件連接到基板上經(jīng)行交互裝配設(shè)計(jì)。 當(dāng)外形裝配完成，在加工范圍內(nèi)對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢查和評(píng)估。在這種環(huán)境中執(zhí)行的任務(wù)包括裝配規(guī)劃，加工仿真和夾具評(píng)價(jià)。裝配規(guī)劃是用于獲得最佳的裝配順序和得到裝配各組件準(zhǔn)確的路徑。加工仿真負(fù)責(zé)制造時(shí)的交互檢測(cè)。夾具評(píng)價(jià)是將檢查和評(píng)估設(shè)計(jì)的結(jié)果。最后，整個(gè)設(shè)計(jì)過程是在很自然的方式下進(jìn)行，這都得益于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。此外，展示的內(nèi)容和知識(shí)可以告訴用戶怎樣才能選擇最好的設(shè)計(jì)決策。 Ⅳ. 組合夾具建模 a. 組合夾具結(jié)構(gòu)分析 夾具元件組合起來的一個(gè)功能是為了在基板和工件【11】之間創(chuàng)造連接點(diǎn)。一般來說，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的基本特征，組合夾具結(jié)構(gòu)可分為3個(gè)功能單元，即定位裝置，夾緊裝置，和支持單位。許多夾具元件可能由一個(gè)或多個(gè)元件組成，其中只有一個(gè)元件作為一個(gè)定位器，支持器或夾鉗。組合夾具裝配的主要任務(wù)是選擇的支持，定位，夾緊及附件生成夾具，使他們能夠?qū)⒐ぜB接到基板。 通過分析模塊化裝置的實(shí)際應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)，模塊化裝置通過選擇合適的夾具元件構(gòu)造成夾具，然后把這些夾具安裝到基板上。因此，這些夾具可視為組合夾具系統(tǒng)的部件。此外，組合夾具系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)圖3中表現(xiàn)出來。 圖 2，擬議組合夾具系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) b.在虛擬現(xiàn)實(shí)中，用分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型代表組合夾具 相應(yīng)的虛擬環(huán)境可能含有數(shù)以百萬計(jì)的幾何多邊形圖元，這是很正常的。在過去的幾年中，若干個(gè)模型計(jì)劃，例如作為BSP樹[10]和八叉樹，已提議組成多邊形模型。然而，模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，相互作用的影響,現(xiàn)場(chǎng)也是動(dòng)態(tài)變化。例如，在設(shè)計(jì)過程中，部分模塊可能改變其空間位置，方向和裝配關(guān)系。 圖3.模塊化夾具系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu) 這表明一個(gè)靜態(tài)的畫面，如BSP樹，是不夠的。此外，上述模型只能在系統(tǒng)組件的水平上表現(xiàn)夾具布局結(jié)構(gòu)。然而，關(guān)于夾具元件之間的裝配關(guān)系，是指裝配特征之間的嚙合關(guān)系，這些都不會(huì)去關(guān)注。在本節(jié)中，為了描繪組合夾具系統(tǒng)，我們提出一個(gè)層次化結(jié)構(gòu)和基于約束的數(shù)據(jù)模型，實(shí)時(shí)可視化和精確的3D操縱的虛擬環(huán)境。 圖4所示，在高級(jí)別的元件模型用于涉及交互式裝配的拆散操作。它證明了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鏈接組件之間的關(guān)系。以高級(jí)別模型為代表的信息可分為兩種類型，即組件對(duì)象和裝配關(guān)系。組件對(duì)象可以是一個(gè)組件或一個(gè)部分。一個(gè)組件包括各個(gè)部分之間的零件和他們的組裝的關(guān)系。 圖. 4層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的虛擬環(huán)境 中層基礎(chǔ)模型特征的是建立功能和限制功能。在一般的情況下，在裝配中，裝配關(guān)系往往被視為交配關(guān)系。因此，基礎(chǔ)特征模型用來描述裝配關(guān)系，在裝配操作中，為精確的空間關(guān)系提供必要的信息。在這個(gè)模型中，只考慮兩個(gè)不同元件之間的特征關(guān)系。下面專題討論，在夾具元件模塊化建模在一個(gè)元素之間的功能關(guān)系。 低級(jí)別的多邊形基礎(chǔ)模型對(duì)應(yīng)以上兩個(gè)級(jí)別的模型：實(shí)時(shí)可視化和層次模型。它描述了以一個(gè)相互聯(lián)系的三角曲面網(wǎng)格作為整個(gè)表面，更多關(guān)于如何將一個(gè)元素組織成多邊形，將在下一節(jié)討論，。 C.夾具元件模塊化建模 眾所周知，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，夾具元件模塊化建模只是表示為多邊形的數(shù)目。將CAD系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換到VR系統(tǒng)中，拓?fù)潢P(guān)系和參數(shù)信息中的結(jié)果將會(huì)丟失。為了避免這些問題出現(xiàn)，本節(jié)我們將討論夾具元件建模的計(jì)劃。 夾具元件模塊化是以標(biāo)準(zhǔn)尺寸為依據(jù)預(yù)先制造的部件。計(jì)劃夾具設(shè)計(jì)完之后，接下來的任務(wù)是選擇合適標(biāo)準(zhǔn)的元件，裝配這些元件以形成一個(gè)可行的夾具系統(tǒng)。因此，在建議的制度下，需要考慮夾具元件裝配功能。 在這篇論文中，裝配特征是作為一個(gè)夾具的屬性，這個(gè)屬性提供相關(guān)的確切信息來保證夾具的模塊化設(shè)計(jì)和組裝/拆卸。以下八個(gè)功能被定義為組合夾具元件的裝配特征：支持面，被支持面，定位孔，擴(kuò)孔孔，螺紋孔，固定槽，和螺栓。除了類型和尺寸等特征信息外，其他參數(shù)，如相對(duì)位置，元素在局部坐標(biāo)系統(tǒng)中的定位特征等，在夾具元件的數(shù)據(jù)庫中都用幾何模型記錄下來。當(dāng)一個(gè)元件和另一個(gè)元件組裝起來時(shí)候的，檢索出來的交配功能信息可以決定兩個(gè)元件的空間關(guān)系。更多關(guān)于裝配特征及其交配關(guān)系的資料進(jìn)行了討論參考詳情[11]。 D.在虛擬環(huán)境中以約束為基礎(chǔ)的夾具裝配 1）夾具元件之間的裝配關(guān)系 交配關(guān)系是在裝配現(xiàn)場(chǎng)組裝是被定義的。根據(jù)上一節(jié)總結(jié)的裝配特征，交配夾具元件有五種關(guān)系類型。即依賴關(guān)系，擬合關(guān)系，螺紋嚙合，交叉關(guān)系，和 T型槽配合關(guān)系，如圖 5所示?；谶@些交配關(guān)系，我們可以推斷，任何兩個(gè)元件夾具可能的裝配關(guān)系。 2）裝配關(guān)系的推理 一般來說，兩個(gè)組裝零件的裝配關(guān)系是代表著它們的組裝交配功能。上面的部分，我們定義了夾具元件之間五個(gè)基本交配關(guān)系。因此，通過可能出現(xiàn)的裝配關(guān)系決定啟用那種可能的交配特征。為了在下一階段的裝配，把這些可能的夾具裝配關(guān)系存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中（ARDB）。 然而，當(dāng)夾具復(fù)雜，復(fù)合夾具元件的數(shù)量多時(shí)，要花費(fèi)很多時(shí)間來推斷和處理這些可能的裝配關(guān)系。為了避免這種情況，首先我們要確定可能的組裝元件對(duì)。但是為了避免推理夾具和底板的之間的裝配關(guān)系，我們絕對(duì)不能將他們組裝在一起。在這個(gè)階段，人們利用一些規(guī)則來尋找可能的元件組裝對(duì)。組裝的推理算法類似于在文獻(xiàn)[12]中討論的。因此，詳細(xì)的算法描述在這篇論文中被忽略了。 3）基于約束的夾具裝配 進(jìn)行裝配關(guān)系推理的之后，所有被選擇的可能的裝配關(guān)系都建立在ARDB中，并被保存起來。在這些關(guān)系的基礎(chǔ)上，人們可以把單個(gè)零件組裝成夾具系統(tǒng)。這部分是討論關(guān)于在虛擬環(huán)境中互動(dòng)裝配的操作。單一的裝配過程如圖5所示，并介紹了兩個(gè)簡(jiǎn)單的部件裝配如圖6所示。 一般來說，裝配操作過程分為三個(gè)步驟，即裝配關(guān)系的認(rèn)識(shí)， 約束的分析和應(yīng)用，基于約束的議案。 首先，技師選擇一個(gè)元件，將它移動(dòng)給組裝組件。在移動(dòng)過程中，一旦推理組裝和組裝組件的被檢測(cè)到，推斷特征就能選中了。如果這兩個(gè)特征是在ARDB數(shù)據(jù)庫中的儲(chǔ)存的裝配關(guān)系之一，他們將突出顯示，并等待用戶確認(rèn)。一旦被用戶確認(rèn)，這種被確認(rèn)的裝配關(guān)系將運(yùn)用約束理論來分析和解決問題，這是為了平移調(diào)整組裝元件的方向，以滿足這兩個(gè)組件的位置關(guān)系，以及應(yīng)用新的約束來組裝元件。當(dāng)應(yīng)用了新的約束，對(duì)裝配元件的運(yùn)動(dòng)將被映射到一個(gè)約束空間。這樣做的目的，可以通過3D移動(dòng)數(shù)據(jù)，把物體的輸入裝置轉(zhuǎn)換成允許的移動(dòng)。基于約束的運(yùn)動(dòng)不但保證了組件的可獲得確切位置，而且還保證了在將來的運(yùn)動(dòng)中，現(xiàn)有的約束不會(huì)受到侵犯。繼續(xù)運(yùn)用確認(rèn)和約束的裝配關(guān)系，這種裝配元件將能到達(dá)最終的位置。 Ⅴ.加工仿真 a. 制造的相互影響 在加工過程中，與夾具有關(guān)的有多種類型的制造交互作用都有可能發(fā)生。這些相互作用可以分為兩大類別如下圖所示，即靜態(tài)的相互作用和動(dòng)態(tài)的相互作用。 1）靜態(tài)的相互作用是指夾具部件之間的干擾、夾具組件和機(jī)器工具之間的干涉、在工件安裝中夾具元件和機(jī)械加工工件之間的干擾. 2）動(dòng)態(tài)交互是指參考夾具的相互作用，它發(fā)生在一個(gè)單一的工具和操作時(shí)的夾具用在切割過程中操作可能會(huì)發(fā)生碰撞。 一般來說，加工過程和刀具路徑等方面是沒有考慮在夾具設(shè)計(jì)階段的。因此，這些相互作用可能常常發(fā)生在實(shí)際制造過程中。所以，機(jī)械師們必須花很多時(shí)間去查明和解決這些相互作用, 它往往導(dǎo)致夾具系統(tǒng)修改或重新設(shè)計(jì)，這是繁瑣和昂貴工程。 b. 干擾檢測(cè) 但是目前的商業(yè)軟件，如VERICUT軟件，在實(shí)際加工 工件之前，這些軟件可以模擬數(shù)控加工來檢測(cè)刀具路徑錯(cuò)誤和低效率的運(yùn)動(dòng)。在部分編程階段，它可用于避免一些錯(cuò)誤，如損壞燈具，打斷刀具，或撞毀機(jī)器等. 然而，這些軟件價(jià)格昂貴，而且面向數(shù)控編程，不適合的夾具設(shè)計(jì)。在夾具的設(shè)計(jì)階段，應(yīng)確保避免相關(guān)的夾具之間的相互作用。在這個(gè) 系統(tǒng)中，當(dāng)夾具配置齊全后，加工仿真模塊是提交給用戶 識(shí)別，讓用戶來解決他們之間的相互作用。在加工仿真環(huán)境中，提供了機(jī)床的三維數(shù)字模型。人們可在工作臺(tái)上組裝工件和安裝夾具組件，正如加工工程師做的實(shí)際的網(wǎng)站上一樣。在安裝過程，組件和夾具工件移動(dòng)到它們的裝配位置。干擾檢查模塊被執(zhí)行。如果發(fā)生干擾，推斷的對(duì)象將被顯現(xiàn)。它 可以調(diào)整裝配順序或裝配路徑這樣可避免的干擾。但是，如果不能避免干擾，用戶就必須更改元件或夾具單元。 安裝后的工件，刀具的運(yùn)動(dòng)是在CAM系統(tǒng)中，根據(jù)模擬生成的刀具路徑。對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，穩(wěn)固，動(dòng)態(tài)，優(yōu)越的三維圖形允許刀具運(yùn)動(dòng)在屏幕上可視化的表現(xiàn)出來。因此，模擬刀具路徑允許用戶關(guān)閉檢查，如果發(fā)生的干擾，并提供干擾信息。 Ⅵ.建議制度的執(zhí)行情況與個(gè)案研究 A. 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)接口 為了裝備最后的部分，夾具設(shè)計(jì)工程師用一個(gè)自然界面來實(shí)現(xiàn)更有效的設(shè)計(jì)。在圖形用戶界面參考了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件，通過隱藏窗口的大多數(shù)內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的。在圖形用戶界面（圖7）包括虛擬現(xiàn)實(shí)顯示一個(gè)主窗口，一個(gè)右手組成工具欄和狀態(tài)欄底部的輸出按鈕。系統(tǒng)和用戶之間的交互鼠標(biāo)和鍵盤輸入通過實(shí)現(xiàn)。該工具欄為開發(fā)的系統(tǒng)提供的所有的功能。 圖七.圖形用戶界面組合夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng) B　研究案例 在模塊化夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用一個(gè)個(gè)例完美的闡述。工件加工過程如圖 6。面銑刀在頂面執(zhí)行，隨后就完成了來那個(gè)臺(tái)階孔。為了工件步驟和指導(dǎo)步驟，用戶設(shè)計(jì)了這是一個(gè)模塊化的夾具系統(tǒng)。該夾具規(guī)劃模塊已應(yīng)用于一個(gè)可行的設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)模塊中，定位，夾緊和支持的面，以及定位，支持和夾緊點(diǎn)，則取決于相應(yīng)的的知識(shí)基礎(chǔ)和夾具啟發(fā)式規(guī)則。 在此之后，用戶在元素存放區(qū)探索并選擇適當(dāng)?shù)膴A具元件完成夾具上各點(diǎn)的空間要求。當(dāng)完成后，用戶移動(dòng)到裝配設(shè)計(jì)區(qū)域，把選定的元素放在在書桌上，如圖所示 8（a）。下一個(gè)的任務(wù)是選定元件來完成夾具結(jié)構(gòu)分布。在虛擬環(huán)境中，用戶可以自然的方式裝配夾具元件。如圖所示圖。 8（b）項(xiàng)，例如模塊化的夾具系統(tǒng)的最后配置，工件的形成。 當(dāng)夾具配置完成后，下一階段是加工推理的模擬檢測(cè)。如圖9（a）和圖9（b）項(xiàng)所示，夾具系統(tǒng)的構(gòu)建安裝在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床并且模擬了刀具路徑執(zhí)行情況。 Ⅶ.結(jié)論 對(duì)于組合夾具的設(shè)計(jì)制造，我們已經(jīng)提出并制定了桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境 。提供了該建議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，即裝配設(shè)計(jì)環(huán)境和加工仿真環(huán)境的設(shè)計(jì)。通過分析組合夾具結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模塊，以及XML提出了基礎(chǔ)夾具元件。從而準(zhǔn)確在虛擬現(xiàn)實(shí)模型中操作，實(shí)現(xiàn)組合夾具設(shè)計(jì)和裝配。此外，還要總結(jié)夾具元件之間的裝配關(guān)系和描述在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的裝配操作過程的。加工制造業(yè)的模擬檢查中，使用該方法。最后一個(gè)案例研究的提出，用來說明我們的集成系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn) 【1】 候江亮，特拉皮猶太委員會(huì)，“計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)”，詮釋。39（16），2001年，第3703 – 3725頁。 【2】 A.Senthi l庫馬爾，J.Y.H.Fuh，T.S.Kow，“一個(gè)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)和對(duì)無干擾的組合夾具設(shè)計(jì)”，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)32（2000）第583-596頁。 【3】 JRDai，AYCNee，JY H FUH 和A Senthil Kumar,“模塊化設(shè)計(jì)和組裝夾具的自動(dòng)化方法”，代理機(jī)械工程師，1997年第211卷，第509 – 521頁。 【4】 Burdea GC，Coiffet P，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。威利，新澤西州， 2003。 【5】 Kan H.Y, Duffy 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Crawford，“幾何約束裝配建模”，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，28（9），1996，第707 - 722頁。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 加強(qiáng)板零件的加工工藝及夾具設(shè)計(jì) II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求： 給定肋板零件圖一張，要求： 1．建立三維模型； 2．編制數(shù)控加工工藝； 3．編制數(shù)控加工程序； 4．設(shè)計(jì)肋板鉆孔用組合夾具；出組合夾具裝配圖一張； III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間： 1. 查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報(bào)告。 第1周—第2周 2．建立零件的三維CAD實(shí)體模型。 第3周—第5周 3．編制零件數(shù)控加工工藝與數(shù)控加工程序； 第6周—第10周 4. 設(shè)計(jì)夾具一套； 第11周—第13周 5. 整理內(nèi)容，書寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯。 第14周—第17周 Ⅳ 、主 要參考資料： [1]J Sylvain Laporte，Jean-Yves K’Nevez，Olivier Cahuc ，et al. Phenomenological model for drilling operation, Int J Adv Manuf Technol (2009) 40:1–11 [2] 成斌．箱體類零件鉆鏜組合機(jī)床夾具CAD系統(tǒng)工具技術(shù) 2005，39（11） 54~56 [3] 韓虎，曾慶良，王成龍等．虛擬樣機(jī)技術(shù)在變速箱設(shè)計(jì)中的研究與應(yīng)用．煤礦機(jī) 械2005(12):27~28 [4] 孫大涌．先進(jìn)制造技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 (12)：31～44 [5] Weifang Chen, Peihuang Lou, Zhenghua Shen．Case-based Reasoning and Intelligent Variation Approach in Fixture Design．Second International Symposium on Intelligent Information Technology Application 1.引 言 數(shù)控的定義是：用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法。數(shù)控技術(shù)水平的高低和數(shù)控設(shè)備的擁有量是衡量國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。 數(shù)控加工集傳統(tǒng)的機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代控制、傳感檢測(cè)、信息處理、光電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展依據(jù)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（CAD），輔助制造（CAM），輔助工程分析（CAE）發(fā)展的。UG是集成CAD、CAM、CAE、一體化的三維參數(shù)化軟件。它已成為世界上最優(yōu)秀的公司廣泛使用的軟件系統(tǒng)之一。以其先進(jìn)的理論基礎(chǔ)，強(qiáng)大的工程背景，完善的功能和專業(yè)化的服務(wù)越來越受到中國(guó)用戶的青睞，成為中國(guó)高檔CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的產(chǎn)品。UG的功能覆蓋了整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程，即覆蓋了從概念設(shè)計(jì)，功能過程，分析到制造的工程在航空、航天、機(jī)械、模具和家用電器等方面應(yīng)用廣泛。 組合夾具是在零部件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的工藝裝備。它由一套預(yù)先制好的、有各種不同形狀、不同規(guī)格尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化元件和組合件所組成。這些元件相互配合部分尺寸精度高、硬度高和耐磨性好，并且有完全的互換性。利用這些元件，根據(jù)被加工工件的工藝要求，可以很快地組裝出機(jī)械加工及檢驗(yàn)、裝配等各工種用途的夾具。夾具使用完畢后，可以方便地拆開元件，將元件清洗干凈后存放入庫，待以后組裝新夾具時(shí)使用。組合夾具可循環(huán)使用，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，提高生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。在機(jī)床、船舶制造、紡織機(jī)械、化工機(jī)械、輕工機(jī)械、儀器儀表、醫(yī)療器械以及航空電訊儀表、汽車制造行業(yè)的機(jī)械加工和冷沖模沖壓加工中可以廣泛使用組合夾具。在多品種、小批量生產(chǎn)及新產(chǎn)品試制中，使用組合夾具經(jīng)濟(jì)效果更為顯著。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，通過UG建立零件的三維實(shí)體模型，編制數(shù)控加工工藝規(guī)程，并由UG生成所需要的數(shù)控加工程序。利用仿真軟件中進(jìn)行零件數(shù)控加工仿真，檢查是否有錯(cuò)，然后投入實(shí)際生產(chǎn)中。在組合夾具部分，則通過對(duì)零件鉆孔定位的工藝分析，選擇組合元件，然后進(jìn)行組合夾具拼裝。從而，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書所規(guī)定的設(shè)計(jì)內(nèi)容。 限于個(gè)人水平，此次設(shè)計(jì)難免存在不足之處，敬請(qǐng)老師指教。 2.鉆孔用組合夾具拼裝設(shè)計(jì) 2.1組合夾具的特性 組合夾具由一套預(yù)先準(zhǔn)備好的各種不同形狀，不同尺寸規(guī)格和不同規(guī)格型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)元件與組合件所組成，可根據(jù)工件和工序要求裝配成各種機(jī)床夾具。在夾具用完后，將夾具拆開，經(jīng)過清洗、油封后保存起來，需要時(shí)再重新組裝成其他夾具。 1.從生產(chǎn)類型來看，組合夾具的特點(diǎn)決定了他是適用于產(chǎn)品變化較大的生產(chǎn)。如新產(chǎn)品試制，單件小批量和臨時(shí)突擊生產(chǎn)任務(wù)等。對(duì)于成批生產(chǎn)類型的車間，也可以利用組合夾具以外補(bǔ)充專用夾具數(shù)量之不足。 2.從加工的工種來看，組合夾具可以用在鉆、車、鏜、銑、刨、磨、檢驗(yàn)等工種，其中以鉆夾具的用量最大。 3.從加工工件的幾何形狀和尺寸來看，組合夾具一般可以滿足各種不同幾何形狀工件的要求。目前我國(guó)已大量采用中型系列的組合夾具元件。由中型系列元件組裝的組合夾具一般適用于加工長(zhǎng)度在30~500毫米和重量在50公斤以內(nèi)的工件。小型系列元件和大型系列元件的組合夾具也已開始推廣使用。 4.從加工精度看，由于組合夾具元件的配合尺寸精度一般為二級(jí)，因此在通常的組裝技術(shù)水平下，采用組合夾具加工工件，起加工面的尺寸精度可到三級(jí)。 2.2 組合夾具的元件及其作用 組合夾具的元件按用途的不同分為八大類，即：基礎(chǔ)件、支承件、定位件、導(dǎo)向件、壓緊件、緊固件、其他件和合件。 1. 基礎(chǔ)件主要作夾具體用，也是各類元件安裝的基礎(chǔ)，通過定位鍵和槽用螺栓可定位和安裝其他元件。如圖4-1 圖4-1 基礎(chǔ)件 2. 支承元件 包括各種墊片，墊板，支承，角鐵墊板，菱形板，V形鐵等。支承件是組合夾具的骨架，主要作用不同高度的支承和個(gè)種定位支承平面。在一般情況下，支承件和基礎(chǔ)件共同組成夾具的夾具體。在組裝小型夾具時(shí)，有些支承件也可作為基礎(chǔ)件用，使組裝的夾具比較輕便。支承元件的尺寸精度和表面光潔度都很高，因此各面與其他元件連接后可保證定位、導(dǎo)向等精度。如圖4-2 圖4-2 支承件 3. 定位元件 有定位鍵、定位銷、定位盤、各種定位支座、定位支承、鏜孔支承、對(duì)位軸及各種頂尖等。定位元件主要用在組裝時(shí)確定各元件之間或元件與工件之間的相對(duì)位置，從而保證組裝夾具的組裝精度。此外還能增加元件之間的連接強(qiáng)度和整個(gè)夾具的剛度。 定位鍵在組合夾具組裝中用量很大，他有直鍵和T形鍵兩種，在中型系列元件中它的配合尺寸B=12 -0.012 毫米。主要用于確定組裝中各元件間的相互位置，并能承受外力。定位鍵材料為T8A，淬火硬度HRC48~54，，略低于鍵槽硬度，起保護(hù)其他元件上的定位槽的作用。 定位銷和定位盤有圓形和菱形的，主要用于工件的內(nèi)孔定位。它與工件孔的配合為D/db。如圖4-3 圖4-3 定位件 4. 導(dǎo)向元件，它包括各種結(jié)構(gòu)和規(guī)格的鉆模板、鉆套和導(dǎo)向支承等。 導(dǎo)向元件主要用來確定孔加工時(shí)刀具與工件的相對(duì)位置，在加工時(shí)起引導(dǎo)刀具的作用。有時(shí)也可起定位作用。圖4-4 鉆模板是組裝鉆夾具的主要元件，一種鉆模板的定位孔偏于一端，組裝成懸臂式，適用于加工較小孔徑的工件。定位孔在中間的稱為中孔鉆模板，適用于組裝成橋式鉆模，這樣增強(qiáng)了剛性，可加工孔徑較大的工件 圖4-4 導(dǎo)向件 3. 壓緊元件，它包括各種壓板，用來夾緊工件。組合夾具的各種壓板的主要面都經(jīng)過磨光，因此也常用它作為定位擋板、連接板和其他作用。 圖4-5 圖4-5 壓緊件 6. 緊固元件，它包括各種螺栓、螺釘、螺母和墊圈等。組合夾具使用的螺栓和螺母，一般要求強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、體積小，因此所用的材料和加工質(zhì)量都比標(biāo)準(zhǔn)的螺栓、螺母要好。圖4-6 圖4-6 緊固件 7. 輔助件，它是在組合夾具的元件中，難以列入上述幾類元件的，統(tǒng)并入輔助件。其中包括連接板、回轉(zhuǎn)壓板、浮動(dòng)塊、各種支承釘、支承帽、支承環(huán)、二爪支承、三爪支承。 8. 組合件，它是指由幾個(gè)元件組成的單獨(dú)部件，在使用過程中以獨(dú)立部件參加組裝。組合件有用途廣、結(jié)構(gòu)合理、使用方便的特點(diǎn)，因此它與基礎(chǔ)件、支承件等并列為組合夾具的重要元件。其可分為：定位組合件（頂尖座，可調(diào)V形塊、可調(diào)定位盤）、導(dǎo)向組合件（折合板）、分度組合件（端面齒分度臺(tái)）、支承組合件（可調(diào)角度支承、可調(diào)支承）和夾緊組合件（側(cè)支釘、浮動(dòng)壓頭等）。 2.3 加強(qiáng)板零件鉆孔組合夾具總體設(shè)計(jì). 該零件鉆4-9孔的組合夾具元件，是在粗銑零件后精銑零件前鉆孔用，此時(shí)零件有10毫米的壁厚具有一定的強(qiáng)度和厚度。 根據(jù)零件的特點(diǎn)及六點(diǎn)定位原則，采用一底面、側(cè)面及螺釘螺母定位。 夾緊采用螺母夾緊，由于鉆削力垂直向下，實(shí)際受力并不大。 根據(jù)組合夾具特點(diǎn)綜合考慮 該組合夾具是由底板、側(cè)板、鉆模板、支承板、鉆模板、鉆套、壓板及螺栓和螺母組成。 2.3.1組合夾具的元件選擇 以下零件都為在組合夾具元件手冊(cè)中查得： 底板Z111105（L=370，B=320，H=120） 鉆模板支承板251005（L=110，B=60，H=45） 后支承板FZ120006（L=300，B=45，H=135） 壓板2GD500005（L=100，B=45，H=20） 導(dǎo)向方案設(shè)計(jì) 由于零件的生產(chǎn)類型為小批量生產(chǎn)，因此選用固定鉆套，根據(jù)“夾具手冊(cè)”表2.5-7，鉆套至工件表面的距離按（1~1.5）d= 1~15mm選取，考慮本工序加工的鉆頭較細(xì)，防止將鉆頭撇斷，應(yīng)有足夠的排削空間，鉆套至工件表面的距離為5mm。根據(jù)《夾具手冊(cè)》表2.5-5，鉆套與鉆模板的配合選H7/h6.根據(jù)《組合夾具手冊(cè)》400000號(hào)，因此鉆模板為：d=18,D=10,H=20 螺母是600001（D=10，H=14） 鉆套是400000（D=10，d=18,H=20） 2.3.2組合夾具的拼裝方案設(shè)計(jì) 把組合夾具的元件和組合件，按一定的步驟和要求組裝成加工所需的夾具，這就是組裝工作。組裝工作是夾具設(shè)計(jì)和裝配統(tǒng)一的過程。組裝工作中，要求夾具有較大的剛度，但也要力求夾具結(jié)構(gòu)緊湊，輕巧靈活。正確的組裝過程可按下列步驟進(jìn)行： 1.組裝步驟 1） 組裝前的準(zhǔn)備 在組裝前必須熟悉組裝工作的原始依據(jù)，即了解工件的加工要求，工件的形狀、尺寸、公差和其他技術(shù)要求，加工工藝以及使用的機(jī)床、刀具等情況。在熟悉情況的過程中，最好有工件的實(shí)物，這樣更便于弄清楚工件毛坯的情況，便于考慮工件的定位、夾緊、裝卸方便性等。 2） 確定組裝方案 按工件的定位原理和夾緊的基本要求，在熟悉資料的過程中，經(jīng)過分析研究，確定工件的定位面及其夾緊部位， 選擇定位元件、夾緊元件以及相適應(yīng)的支承元件，基礎(chǔ)板等（包括特殊情況下設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單的專用件）。從而初步確定夾具的結(jié)構(gòu)形式?？紤]組裝方案時(shí)，應(yīng)注意矛盾的特殊性，如銑、刨夾具要求剛度好，平磨夾具和鏜孔夾具要求有較高的精度。 3） 試裝 試裝就是把前面設(shè)想的夾具結(jié)構(gòu)方案先組裝一下，擺一個(gè)“樣子”，對(duì)有些主要元件的精度，如等高度、平行度等須進(jìn)行測(cè)量和挑選，但各元件之間暫不緊固。試裝的目的是檢驗(yàn)夾具的結(jié)構(gòu)方案是否合理，從而對(duì)前面設(shè)想的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行修改和補(bǔ)充，以免在正式組裝時(shí)造成大的返工。 4） 連接 經(jīng)過試裝肯定了夾具的結(jié)構(gòu)方案后，即可進(jìn)行元件的連接和調(diào)整工作。首先擦洗元件，裝上定位鍵。然后按一定的順序（一般由下到上，由內(nèi)到外）把各元件用螺釘和螺母連接起來。在連接的同時(shí)要進(jìn)行有關(guān)的尺寸調(diào)整。連接和調(diào)整要交替進(jìn)行。調(diào)整工作是：正確選擇測(cè)量基面，合理使用量具，準(zhǔn)確測(cè)量元件間的相關(guān)尺寸。夾具的尺寸公差一般取工件圖紙相應(yīng)尺寸公差的（+）-1/3~（+）-1/5。夾具在實(shí)際調(diào)整中，一般可以調(diào)整到 毫米范圍以內(nèi)。在調(diào)整精度較高的夾具中要注意解決積累誤差的問題，一般采用調(diào)整墊片和選擇元件的方法即可解決。 組合夾具的尺寸調(diào)整工作是十分重要的，調(diào)整的精度直接影響工件精度，必須給以重現(xiàn)。 5） 檢驗(yàn) 夾具元件全部緊固以后，要進(jìn)行一次仔細(xì)的檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的內(nèi)容與試裝中提到的相同，最后檢驗(yàn)零星元件是否配齊。 檢驗(yàn)夾具的總裝精度時(shí)，要注意測(cè)量基準(zhǔn)的選擇，以積累誤差最小為原則，即測(cè)量基準(zhǔn)盡可能與定位基準(zhǔn)重合，測(cè)量同一方向上的幾個(gè)尺寸時(shí)要利用統(tǒng)一的測(cè)量基準(zhǔn)。夾具總裝的檢驗(yàn)項(xiàng)目，根據(jù)工件加工的精度要求而定，除有關(guān)尺寸精度外，一般為不同心度，不平行度，不垂直度等的相互位置精度。 2.4 組合夾具的誤差分析及計(jì)算 2.4.1導(dǎo)向誤差計(jì)算 根據(jù)《夾具手冊(cè)》表1.7-8，導(dǎo)向誤差為： b---------工件鉆孔深度，b=7.5 h----------鉆套與工件之間的距離，h=5 d1-----------鉆頭最小直徑，d1= 8.984 d-------------鉆套最大直徑，d= 10.028 k--------------配合間隙的概率系數(shù)，k=0.5 m-------------固定鉆套安裝偏心的概率系數(shù)，m=0.4 F--------------概率系數(shù)，F(xiàn)=0.8 P---------------鉆頭偏斜的概率系數(shù)，p=0.35 將數(shù)字代入公式中，可得數(shù) 2.4.2 定位元件的誤差分析 一面兩孔定位中的一個(gè)圓拄銷和一個(gè)菱形銷的定位誤差分析： 公式中-------------工件上與圓柱銷的孔的最大直徑，=16.1 -------------工件上與菱形銷的孔的最大直徑，=16.1 ---------------家具上圓柱銷最小直徑，=15.97 ---------------夾具上菱形銷最小直徑，=15.97 L-------------------兩孔（兩銷）中心距 將以上個(gè)參數(shù)代入 符合公差要求 各作用力的計(jì)算 2.4.3 鉆削力 D------------鉆頭直徑，D=9 s-------------每分鐘進(jìn)給量，s=20 Kp---------- 修正系數(shù)，Kp=0.25~0.45 將參數(shù)代入 Px=10026N 單個(gè)螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力計(jì)算 -------------原始作用力，Q=45 L--------------作用力臂，L=120 -------------螺桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦系數(shù)半徑，=7.78 --------------螺桿端部與工件間的摩擦角, =15 ------------螺紋中徑的一半，- ------------螺紋升角， 將以上參數(shù)代入公式中： 由于切削力與螺紋力不在一個(gè)方向上，且切削力在夾緊力方向上也無分量，螺紋力只是保證螺母在軸向上不跑出來。在這里只需要做定性的分析計(jì)算。 3.加強(qiáng)板零件的數(shù)控加工 3.1加強(qiáng)板零件的建模過程 3.1.1加強(qiáng)板零件實(shí)體模型的建立與編輯 3.1.1.1 實(shí)體模型的概念 1. 物體分類選擇：根據(jù)不同幾何體的類型來選擇目標(biāo)。 2. 定義點(diǎn)：使用點(diǎn)構(gòu)造器定義所有的點(diǎn)，如原點(diǎn)、起點(diǎn)和終點(diǎn)等。 3. 定義矢量：使用矢量構(gòu)造器定義各種方向和參考食糧，如拉伸方向。 4. 目標(biāo)實(shí)體：建立基本體素和掃描特征時(shí)用于附著新建特征的實(shí)體。 5. 工具實(shí)體：被目標(biāo)實(shí)體合并的實(shí)體。 圖2-1 操作特征 3.1.1.2 實(shí)體模型術(shù)語 1. 特征： 2. 集合。指所有的實(shí)體、體和基本體素。 3. 實(shí)體：指封閉成實(shí)體的一系列面和邊的 4. 片體：指不封閉成體積的一系列表面的集合，是厚度為0的實(shí)體。 5. 體：實(shí)體和片體的總稱。 6. 面：實(shí)體外部由邊圍城的一個(gè)區(qū)域。 7. 截面線：定義掃描特征截面的曲線。 8. 導(dǎo)向線：定義掃描特征掃描路徑的曲線。 3.1.1.3 實(shí)體模型的優(yōu)點(diǎn) 1. 采用尺寸驅(qū)動(dòng)方式編輯模型（參數(shù)化控制設(shè)計(jì)），設(shè)計(jì)修改更加方便。 2. 可提高創(chuàng)新能力，能夠用于概念設(shè)計(jì)。 3. 可以對(duì)模型進(jìn)行著色顯示，模型顯示效果更好。 4. 可減少建模的操作步驟，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。 5.采用主模型技術(shù)驅(qū)動(dòng)后續(xù)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，如工程制圖、加工和分析等。主模型編輯后，其他相關(guān)應(yīng)用自動(dòng)更新，如工程制圖和導(dǎo)軌路徑等，可避免重復(fù)設(shè)計(jì)的浪費(fèi)，可以計(jì)算實(shí)體的質(zhì)量及進(jìn)行干涉分析。 3.2 .1實(shí)體模型基本體素 基本體素包括圓柱體、長(zhǎng)方體、球體、圓錐體和管道種簡(jiǎn)單的實(shí)體模型。從建模合理性和參數(shù)化要求出發(fā)，在一個(gè)部件中基本體素一般作為第一個(gè)特征出現(xiàn)，避免使用兩個(gè)以上的基本體素。例如，在實(shí)體上打孔命令，不要使用減去圓柱體方法。一跟階梯軸應(yīng)該采用在一個(gè)圓柱體上建立多個(gè)凸臺(tái)的方法，而不要使用多個(gè)圓柱體相加的方法，否則因體素特征間不相關(guān)，會(huì)造成后續(xù)編輯修改的困難和問題。 3.2.1.1圓柱體 圓柱體功能主要是通過用戶設(shè)定的創(chuàng)建方式和圓柱參數(shù)來創(chuàng)建圓柱特征，起各具參數(shù)與選取的創(chuàng)建方式有關(guān)。 3.2.1.2長(zhǎng)方體 長(zhǎng)方體主要用于創(chuàng)建正方體和長(zhǎng)方體形式的實(shí)體特征，其各邊的邊長(zhǎng)通過給定具體參數(shù)來確定。 3.2.1.3球體 球體主要用于通過用戶設(shè)定的創(chuàng)建方式來創(chuàng)建球體形式的實(shí)體特征，其各具體參數(shù)與選擇的創(chuàng)建方式有關(guān)。 3.3.1 掃描特征 掃描特征是截面幾何體沿導(dǎo)向線或一定的方向掃描而成，包括拉伸、旋轉(zhuǎn)和沿導(dǎo)向線掃描三種方式。掃描特征可以使用偏置，掃描結(jié)果可以是實(shí)體或片體，取決于截面幾何體的類型和Modeling Preferences的參數(shù)設(shè)置。 拉伸為實(shí)體必須滿足以下三個(gè)條件： （1） 參數(shù)預(yù)設(shè)置Modeling Preferences中的Boby Type設(shè)置為Solid （2） 拉伸的截面線必須封閉。 （3） 拉伸的截面線在同一平面內(nèi)。 3.3.1.1拉伸體 圖2-3 拉伸體是將截面輪廓線沿直線運(yùn)動(dòng)而生成的實(shí)體，用戶在操作中定義的拉伸對(duì)象就是拉伸的截面輪廓線。在選擇拉伸對(duì)象時(shí)，可以選取實(shí)體表面、邊、曲線、片體表面或草圖對(duì)象。 3.4.1基準(zhǔn)軸 基準(zhǔn)軸主要用于建立特征的輔助軸線、參考方向等?；鶞?zhǔn)軸包括固定基準(zhǔn)軸和相對(duì)基準(zhǔn)軸，相對(duì)基準(zhǔn)軸依賴于其他幾何體，并且與定義基準(zhǔn)軸的幾何體相關(guān)聯(lián)?；鶞?zhǔn)軸對(duì)話框與基準(zhǔn)平面相似。 3.5.1布爾操作 布爾操作用于將兩個(gè)或多個(gè)實(shí)體（或片體）組合成一個(gè)體，布爾操作包括相加、相減、相交三種類型執(zhí)行布爾操作至少存在兩個(gè)實(shí)體或片體，組合的體必須相交。操作時(shí)需要選擇一個(gè)目標(biāo)體和多個(gè)工具體，組合后所在的層由目標(biāo)體決定。 布爾操作隱含在許多特征中，如建立孔，凸臺(tái)和型腔等特征均包括布爾操作。另外，一些特征在建立的最后需要指定布爾操作方式。 3.6.1成型特征 圖2-8 3.6.1.1成型特征用于模型的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì) 1）. 特征的放置平面 大多數(shù)成型特征需要定義一個(gè)平面或基準(zhǔn)平面來確定特征在實(shí)體上放置的位置，如果需要在實(shí)體的非平面上建立成型特征，可以使用基準(zhǔn)平面作為特征的放置平面 2）. 水平平參考 有些特征需要使用水平參考來確定特征坐標(biāo)的X軸方向，可以選擇邊、面、基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)平面作為水平參考，水平參考定義了特征的長(zhǎng)度方向。 3）. 定位特征 定位是指成型特征相對(duì)于實(shí)體或基準(zhǔn)面的位置，使用定位尺寸控制特征的位置。定位可以在建立特征時(shí)建立，也可以在特征建立后使用編輯方法定位。定位尺寸與實(shí)體模型相關(guān)聯(lián)，編輯定位尺寸使用或者打開模型導(dǎo)航器，將鼠標(biāo)指向欲編輯的特征，單擊MB3從彈出菜單中選擇Edit Positioning，則彈出如圖對(duì)話框。 （1）水平定位 水平定位用于確定特征的定位基準(zhǔn)與目標(biāo)邊的最小距離，該方法首先需要選擇定位的水平參考，水平參考確定了特征坐標(biāo)的X軸方向，該定位尺寸將平行于水平參考。 （2）垂直定位 如下圖 定位尺寸垂直于水平參考，一般與Horirzontal配合使用，作為特征定位的第二個(gè)定位尺寸，此時(shí)只需要選擇目標(biāo)邊，該目標(biāo)邊必須垂直于水平定位的目標(biāo)邊， （3）平行定位 如下圖 定位尺寸平行于所選兩點(diǎn)的連線。 （4）正交定位 用特征上某條邊或點(diǎn)與目標(biāo)邊的垂直距離作為定位尺寸。 （5）平行間距定位 該方法使特征上某條邊與實(shí)體上目標(biāo)邊平行，并間隔一定距離來定位。 （6） 角度定位 該方法使特征上某條邊與實(shí)體上的目標(biāo)邊成角度。 （7）點(diǎn)到點(diǎn)定位 如下圖 特征上某點(diǎn)與目標(biāo)實(shí)體的點(diǎn)重合的定位方法 （8） 線到線定位 特征的邊與目標(biāo)邊重合（間距為0）。 （9） 定位 特征上某點(diǎn)與目標(biāo)邊重合的定位方法。 3.6.1.2 孔 孔是最常用的特征之一，它包括三種類型的孔特征： l 簡(jiǎn)單孔 l 臺(tái)階孔 l 埋頭孔 1.操作步驟 （1）選擇孔的類型。 （2）選擇放置孔的平面。 （3）選擇通孔平面。 （4）輸入孔參數(shù) （5）在實(shí)體上定位孔 2. 簡(jiǎn)單孔 簡(jiǎn)單孔對(duì)話框的參數(shù)及含義如圖，如果選擇通孔面，則孔深和頂端角參數(shù)變灰，表示對(duì)于通孔沒有該兩個(gè)參數(shù)。 3. 臺(tái)階孔 圖2-12 臺(tái)階孔對(duì)話框的參數(shù)及含義如圖，如果選擇通孔面，則孔深和頂端角參數(shù)變灰，表示對(duì)于通孔沒有該兩個(gè)參數(shù)。 4. 埋頭孔 圖2-13 埋頭孔對(duì)話框的參數(shù)及含義如圖，如果選擇通孔面，則孔深和頂端角參數(shù)變灰，表示對(duì)于通孔沒有該兩個(gè)參數(shù)。 3.7 .1操作特征 圖2-16 操作特征用于對(duì)實(shí)體進(jìn)行各種精細(xì)加工，如 3.7.1.1邊倒圓 該選項(xiàng)根據(jù)指定的半徑對(duì)實(shí)體或片體的邊進(jìn)行倒圓角，沿邊的長(zhǎng)度方向可以建立定半徑圓角或變半徑圓角。如果對(duì)片體的邊倒圓角，兩個(gè)片體必須先縫合。 邊倒圓采用滾動(dòng)球方式進(jìn)行倒圓，即倒圓時(shí)采用一圓球沿著所選擇邊滾動(dòng)，并且與邊的兩個(gè)則面保持相切，對(duì)于凸邊圓角的結(jié)果是減去材料，對(duì)于凹邊則添加材料。選擇Insert→Feature→Operation→Edge Blend。 1.選項(xiàng)說明 （1） 加相切邊：該選項(xiàng)是一開關(guān)，打開該開關(guān)，選擇了倒圓角的邊后，系統(tǒng)自動(dòng)判斷并選擇所有與該邊相切的邊同時(shí)進(jìn)行倒角。 （2）圓角所有的引用特征：如果圓角一個(gè)引用特征的邊，打開該開關(guān)，則所有的引用特征相同的邊全部倒圓角。 （3）選點(diǎn)方式：選點(diǎn)方式用于變半徑倒圓角，選擇圓角邊上的點(diǎn)后，在變半徑值列表框中出現(xiàn)所選擇的點(diǎn)和半徑值。 （4）重新選擇邊：該選項(xiàng)用于將一邊上所選擇的點(diǎn)移到另外一條邊上，操作方法是先在列表框中選擇一個(gè)點(diǎn)，然后單擊Respecify Edge按鈕，再用光標(biāo)選擇另外一條邊，使用該選項(xiàng)必須在前面選擇兩條以上的邊界時(shí)才用。 編輯點(diǎn)：該選項(xiàng)用于編輯所選擇點(diǎn)的位置，該選項(xiàng)必須在選擇了點(diǎn)后才激活。 變半徑：變半徑輸入文本框用于輸入所選擇點(diǎn)的半徑值，該選項(xiàng)必須在選擇了點(diǎn)后才激活。 （5）刪除點(diǎn)：刪除所選擇的點(diǎn)。 （6）公差：用于指定變半徑圓角的公差，默認(rèn)值采用Modeling Preference. 3.7.1.2 修剪實(shí)體 用實(shí)體的表面、基準(zhǔn)面、片體或其他幾何體切割一個(gè)或多個(gè)實(shí)體。 1.基本操作步驟 （1）選擇一個(gè)或多個(gè)需要修剪的目標(biāo)實(shí)體，單擊OK按鈕。 （2）選擇表面、基準(zhǔn)面、片體或其他幾何體。 2. 定義修剪幾何體 當(dāng)選擇了目標(biāo)幾何體后，出現(xiàn)定義修剪幾何體對(duì)話框，此時(shí)可以選擇表面、基準(zhǔn)面、片體來修剪所選擇的實(shí)體。也可以在沒有修剪的情況下使用該對(duì)話框直接定義修剪幾何體，修剪幾何體必須與目標(biāo)體相交。 3.8.1 草圖 草圖是位于指定平面上的曲線和點(diǎn)的集合，當(dāng)我們要對(duì)構(gòu)成特征的曲線輪廓進(jìn)行參數(shù)化控制時(shí)，使用草圖將會(huì)非常方便。草圖曲線與非草圖曲線的區(qū)別在于：繪制草圖曲線時(shí)設(shè)計(jì)者可以按照自己的思想隨意地繪制曲線輪廓，然后再對(duì)草圖曲線施加約束和定位，從而精確地控制它們的尺寸、形狀和位置，以滿足設(shè)計(jì)要求。建立的草圖可用建模工具進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)及沿導(dǎo)線掃描等操作，生成與草圖相關(guān)聯(lián)的實(shí)體模型，修改草圖時(shí)，關(guān)聯(lián)的實(shí)體模 型會(huì)自動(dòng)改變。 以下便是創(chuàng)建過程： 1） 創(chuàng)建零件的輪廓曲線 2） 拉伸實(shí)體 3） 對(duì)實(shí)體挖 4） 拉伸實(shí)體 5）對(duì)實(shí)體邊倒圓 6）對(duì)實(shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算 6） 對(duì)實(shí)體打孔 3.2零件的數(shù)控加工工藝基準(zhǔn) 以φ12H8的工藝孔為整個(gè)前期粗加工的工藝基準(zhǔn)，擴(kuò)絞φ12H8至φ16H8為后期精加工的工藝基準(zhǔn)孔。 在對(duì)零件上的兩孔進(jìn)行數(shù)控銑時(shí)是以A，B坐右端頭為工藝基準(zhǔn)，確定兩φ16的孔位置的。 在對(duì)端面的銑削過程時(shí)是以端面A為基準(zhǔn)，保證端面B的平行度和平面度。 3.3數(shù)控加工方案的確定 根據(jù)各加工表面的精度要求和表面粗糙度要求，該零件的加工表面為A，B端面，和鉆兩個(gè)φ9 的孔，和中心凸臺(tái)，肋條。 1. 按圖示尺寸下料，保證尺寸390×250×90，檢驗(yàn)。 2. 銑上下兩底平面，保證尺寸390，平面度0.1，平行度0.1，檢驗(yàn)。 3. 按圖示尺寸鉆鉸工藝孔2－φ12H8，保證圖示尺寸，檢驗(yàn)。 4. 按圖設(shè)置G54，銑補(bǔ)塊與零件連接處, 粗銑底面凹槽,檢驗(yàn)。 5. 零件翻面，按圖設(shè)置G54，銑補(bǔ)塊與零件連接處, 粗銑缺口處, 粗銑零件內(nèi)腔,檢驗(yàn)。 6. 各銑去上下兩平面2mm，保證尺寸80以及平面度、平行度，檢驗(yàn)。 7. 擴(kuò)鉸工藝孔2－φ12H8至2－φ16H8 ,檢驗(yàn)。 8. 按圖設(shè)置G54,精銑零件輪廓, 精銑凹槽,檢驗(yàn)。 9. 零件翻面，按圖設(shè)置G54,精銑零件輪廓外壁, 精銑缺口, 精銑內(nèi)腔底面和內(nèi)壁, 精銑凸臺(tái)高, 精銑筋高, 銑薄零件與補(bǔ)塊連接處,檢驗(yàn)。 10. 去工藝補(bǔ)塊，打光零件表面，未注圓角導(dǎo)R1，鉆2-φ9孔，檢驗(yàn)。 以上方案可以很好的滿足零件的加工精度和提高零件的強(qiáng)度，并且可以大大地提高生產(chǎn)效率。 3.4 加強(qiáng)板零件的UG數(shù)控加工程序的生成 數(shù)控加工程序是由UG自動(dòng)生成的，在對(duì)本零件進(jìn)行中用的加工程序做如下的介紹 加工工序 所用程序名 1) 粗銑零件A面 CXLJ01 2) 粗銑零件B面 CXLJ02 3) 精銑A面左右端頭 XDT01 4) 鉆 ZK 5) 精銑B面左右端頭 XDT02 6) 精銑零件外形， JXLK01 JXLK02 7）精銑A面各個(gè)小框輪廓與底面 JXAM JXAKL 8）精銑A面凸臺(tái)高，以及各筋高，保證圖示尺寸。 XJGA 9）精銑三個(gè)腰形孔和的圓 XYXK XY 10）精銑A面各個(gè)小框輪廓與底面 JXBM JXBLK 11）精銑A面凸臺(tái)高，以及各筋高，保證圖示尺寸 XJGB 12）銑補(bǔ)塊與零件連接處 XBK 由于以上程序太大，特選JXAM程序來做代表打?。ǜ戒汢） 3.5 加強(qiáng)板零件的數(shù)控加工的加工方式及參數(shù)確定 加強(qiáng)板零件其主要加工方式是采用平面銑，除（CXLJ01/02）使用了型腔銑，由于型腔銑切削余量較大，且可以減少平面銑中的所耗的時(shí)間和程序量，但達(dá)到的效果一樣。另外還采用了固定軸銑（XJGA/XJGB）主要是切削曲面形狀，且最主要的是有效地消除其他刀具加工后的殘余，加工精度比前兩者都要高。 3.5.1切削用量及刀具的選擇 數(shù)控加工主要是考慮主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量及刀具的選擇。根據(jù)M6-6零件的加工工序所選擇的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量及刀具分別如下： 工序號(hào) 程序名 刀具 刀具參數(shù) 進(jìn)給量 主軸轉(zhuǎn)速 020 XBK01/02 20R3 直徑=20 進(jìn)刀1000mm/min 1000r/min 下半徑 =3 剪切1000 mm/min 長(zhǎng)度=75 退刀 1000 mm/min 刃口長(zhǎng)度 =50 橫越4000 mm/min CXC 20R3 直徑=20 進(jìn)刀1000mm/min 1000r/mi 下半徑 =3 剪切1000 mm/min 長(zhǎng)度=75 退刀 1000 mm/min 刃口長(zhǎng)度 =50 橫越4000 mm/min 025 XBK03/04 20R3 直徑=20 剪切1000 mm/min 1000r/min 下半徑 =3 長(zhǎng)度=75 橫越4000 mm/min 刃口長(zhǎng)度 =50 退刀 1000 mm/min CXQK 20R3 直徑=20 剪切1000 mm/min 1000r/min 下半徑 =3 長(zhǎng)度=75 橫越4000 mm/min 刃口長(zhǎng)度 =50 退刀 1000 mm/min CXQ01/02/03/04 20R3 直徑=20 剪切1000 mm/min 1000r/min 下半徑 =3 長(zhǎng)度=75 橫越4000 mm/min 刃口長(zhǎng)度 =50 退刀 1000 mm/min 040 JXBK01/02 20R3 直徑=20 剪切1000 mm/min 1000r/min 下半徑 =3 長(zhǎng)度=75 橫越4000 mm/min 刃口長(zhǎng)度 =50 退刀 1000 mm/min 045 JXBK03/04 20R3 直徑=20 1000r/min 下半徑 =3 剪切1000 mm/min 長(zhǎng)度=75 退刀 1000 mm/min 刃口長(zhǎng)度 =50 JXQK 16R3 直徑=16 剪切250 mm/min 1600r/min 下半徑 =3 長(zhǎng)度=75 刃口長(zhǎng)度 =50 JXQ01/02/03/04 16R3 直徑=20 1000r/min 下半徑 =3 剪切1000 mm/min 長(zhǎng)度=75 退刀1000r/min 刃口長(zhǎng)度 =50 XTTG 16R3 直徑=16 剪切1000 mm/min 1600r/min 下半徑 =3 退刀1000r/min 長(zhǎng)度=75 刃口長(zhǎng)度 =50 XJG01/02 16R3 直徑=16 退刀1000r/min 1000r/min 下半徑 =3 剪切250r/min 長(zhǎng)度=75 刃口長(zhǎng)度 =50 QBK01/02 16R0 直徑=16 退刀1000r/min 1000r/min 下半徑 =0 剪切250r/min 長(zhǎng)度=75 刃口長(zhǎng)度 =50 以上為數(shù)控加工所需要的主要程序的刀具，切削，轉(zhuǎn)速的參數(shù)值。 3.5.2數(shù)控加工坐標(biāo)選擇 粗銑時(shí)，以加強(qiáng)板零件的A、B兩平面安放機(jī)床工作臺(tái)上并以2-12H8為數(shù)控加工刀具的坐標(biāo)起點(diǎn)。 精銑時(shí)，以零件的A、B兩平面安放機(jī)床工作臺(tái)上并以2-16H8為數(shù)控加工刀具的坐標(biāo)起點(diǎn)。 3.6仿真加工軟件簡(jiǎn)介 VERICUT仿真軟件是通過UG生成的加工程序來進(jìn)行數(shù)控加工仿真的，可以檢驗(yàn)在數(shù)控加工過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，可以大大節(jié)約生產(chǎn)中的不必要的浪費(fèi)，即節(jié)約了時(shí)間有節(jié)約了成本。因此得到了各大型工廠在產(chǎn)品開發(fā)中的廣泛使用。 仿真加工過程如圖： 在對(duì)零件的仿真加工過程中沒出現(xiàn)任何錯(cuò)誤信息報(bào)告（如下），表明此零件的設(shè)計(jì)沒出現(xiàn)問題，可以合格使用了。 4．結(jié) 論 此次畢設(shè)過程，使我受益匪淺，在對(duì)加強(qiáng)板零件的建模及加工過程中，老師給了我很大的幫助，由于以前沒學(xué)過UG，所以也多學(xué)會(huì)了一種應(yīng)運(yùn)軟件。而且使我學(xué)會(huì)了應(yīng)運(yùn)各種途徑去查找資料，得到自己想要的答案，更使我懂的理論聯(lián)系實(shí)踐的重要性。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅使我鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)，也使我開闊了視野，接觸到了更為豐富的理論知識(shí)，也使我敢于、樂于與鉆研更高深的知識(shí)，為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 真?zhèn)€設(shè)計(jì)過程中涉及到組合夾具和數(shù)控加工兩大塊內(nèi)容。在組合夾具部分，則通過對(duì)零件鉆孔定位的工藝分析，選擇組合元件，然后進(jìn)行組合夾具拼裝。組合夾具的設(shè)計(jì)當(dāng)中，覆蓋了好大的知識(shí)面，從機(jī)加到工藝等，而且要靈活的利用所學(xué)的知識(shí)去建立整個(gè)獨(dú)立的裝夾過程，對(duì)于新手來說確實(shí)有點(diǎn)難度。然后通過UG建立零件的三維實(shí)體模型，編制數(shù)控加工工藝規(guī)程，并由UG生成所需要的數(shù)控加工程序。利用仿真軟件中進(jìn)行零件數(shù)控加工仿真，檢查是否有錯(cuò)，然后投入實(shí)際生產(chǎn)中。 總之，認(rèn)真的作完這次設(shè)計(jì)很大程度上提高了自己的能力，盡管可能有好多問題，但確實(shí)有種成就感。 5.參考文獻(xiàn) 1. 王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社，2000.7 2. 趙波.龔勉.蒲維達(dá).UG CAD 使用教程.清華大學(xué)出版社，2002.7 3. 謝國(guó)明.曾向陽.王學(xué)平.UG CAM使用教程.清華大學(xué)出版社，2002.7 4. 陸勁昆.初利寶.Unigraphics V18.0與三軸銑床加工.北京大學(xué)出版社，2002.6 5. 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Weifang Chen, Peihuang Lou, Zhenghua Shen．Case-based Reasoning and Intelligent Approach in Fixture Design．Second International Symposium on 致 謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，得到了眾多老師和同學(xué)的幫助，特別是老師的指導(dǎo)。正是由于他們的指導(dǎo)使我順利地完成了整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，依照老師的指導(dǎo)，我才能從拿到課題時(shí)的無從下手到使用各種有關(guān)技術(shù)資料從而解決設(shè)計(jì)中碰到的每一個(gè)問題，按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在設(shè)計(jì)中老師與我細(xì)致的分析解決問題，一遍一遍的跟我講述與課題相關(guān)的內(nèi)容，這讓我非常感動(dòng)。 假如沒有指導(dǎo)老師的指導(dǎo)的幫助，我就不能順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。為此對(duì)熊老師表示最深的謝意，愿熊老師在以后的工作中更加順利。 第20頁