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長江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目 名 稱 500mm浮頭式換熱器浮動管板工藝夾具設(shè)計 院 （系） 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級 裝備10901班 學(xué) 生 姓 名 陳 翔 指 導(dǎo) 教 師 眭 滿 倉 輔 導(dǎo) 教 師 眭 滿 倉 開題報告日期 2013年4月19日 500mm浮頭式換熱器浮動管板工藝夾具設(shè)計 學(xué) 生： 陳翔 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 指導(dǎo)老師：眭滿倉 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 1 題目來源 生產(chǎn)實踐。 2 研究目的和意義 夾具設(shè)計是產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)中的重要活動 ,計算機輔助夾具設(shè)計以及裝夾自動規(guī)劃已成為計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design ,CAD）/計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing,CAM） 集成的重要組成部分 ,在柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)中起十分關(guān)鍵的作用。近年來 ,國內(nèi)外在夾具自動設(shè)計以及柔性夾具設(shè)計領(lǐng)域進行了不少研究 ,取得了一些富有成效的成果 ,如文獻[1]提出了一個適用于棱柱形零件定位方法的枚舉算法;文獻[2]和文獻[3]提出了定位方案的幾何分析和精度夾緊可及性分析方法;文獻[4]根據(jù)工件的幾何與拓?fù)湫螤罱⒘舜_定工件定位面和定位點的規(guī)則;文獻[5]提出了一系列對夾具設(shè)計方案的評價規(guī)則 ,研制了夾具構(gòu)型設(shè)計的專用軟件;文獻[6]和文獻[7]提出了利用連桿曲線求交原理和擴展的 3 - 2 - 1 規(guī)則 ,確定工件全部定位方案的方法;此外 ,人工智能[8 - 9]和專家系統(tǒng)也廣泛應(yīng)用到組合夾具的設(shè)計中，然而 ,目前的研究大部分集中在定位方案的規(guī)劃與設(shè)計方法上 ,對組合夾具夾緊方案自動規(guī)劃方法的研究則涉及較少。 成組夾具技術(shù)是計算機輔助設(shè)計、計算機輔助工藝過程設(shè)計、計算機輔助制造（CAM）和柔性制造系統(tǒng)等方面的技術(shù)基礎(chǔ).為進一步推動我國機械制造業(yè)的發(fā)展 ,許多學(xué)者和專家正在積極從事成組夾具技術(shù)基本理論及其應(yīng)用方面的研究工作.零件分類編碼系統(tǒng)、零件分類成組方法和計算機輔助編碼、分類、工藝設(shè)計、零件設(shè)計、生產(chǎn)管理軟件等系統(tǒng)的研究開發(fā) ,將是今后成組夾具技術(shù)研究開發(fā)的重點課題.成組夾具技術(shù)作為一門綜合性的生產(chǎn)技術(shù)科學(xué) ,已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)和集成制造系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ).可以相信 ,隨著它的應(yīng)用推廣和科研工作的持續(xù)開展 ,成組夾具技術(shù)必將對我國制造業(yè)水平的提高發(fā)揮重要的作用. 3 閱讀的主要參考文獻及資料名稱 [1] 　BROST R C, GOLDBERG K Y1A complete algorithm for designing planar fixtures using modular components[J ]1IEEE Transaction on Robotics and Automation ,1996 ,12 1 :31 -461 [2] 　WU Y, RONG Y, MA W, et al1Automated modular fixture planning:geometric analysis[J ]1Robotics and Computer Integrated Manufacturing ,1998 ,14 1 :1 - 151 [3] 　WU Y, RONG Y, MA W, et al1Automated modular fixture planning: accuracy , clamping , and accessibility analysis[J].Robotics and Computer - Integrated Manufacturing,1998 ,14 1 :17 - 261 [4] 　CECIL J. 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Acta Aeronautica et AstronauticSinica ,2001 ,22 2 :130 - 134 in Chinese . [鄭聯(lián)語,谷 強 汪叔淳 裝夾規(guī)劃中確定工件定位基準(zhǔn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)決策機制[J].航空學(xué)報,2001 ,22 2 :130 - 134. ] [9] 　DUAN Guolin , LIN Jianping, ZHANG Mandun ,et al. Computer aided 3D modular fixture configuration design systewith intelligence[J ]. China Mechanical Engineering ,2003 ,18 :684 - 686 in Chinese . [段國林,林建平,張滿囤,等. 組合夾具計算機三維智能組裝系統(tǒng)[J ]1 中國機械工程,2003 ,18 :684 - 686. ] [10]融亦鳴 朱耀祥 羅振璧 計算機輔助夾具設(shè)計 北京 機械工業(yè)出版社 2002 [11] Xiong Caihua Li Youfu Rong Y K et al. Qualitative analysis and quantitative evaluation of fixturing[J] . Robotics and Computer Integrated Manufacturing 2002 18 335-342. [12]苗恩銘 費業(yè)泰 夾具設(shè)計中溫度影響分析 機械研究與應(yīng)用[J] . 2003 16 （3） 41-46. [13]陳薇 沈曉紅 劉璇 夾具規(guī)劃設(shè)計中的映射研究 北京工商大學(xué)學(xué)報 自然科學(xué)版[J] . 2002 20（1） 41-43. [14]康秀梅 朱耀祥 夾具三維定位誤差的計算機輔助分析 制造技術(shù)與機[J]2003 （11） 59-64. [15]融亦鳴 李杰 馬衛(wèi)東 自動夾具設(shè)計裝夾表面影響性分析 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報[J] . 2000（5） 4 1-13. 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[17]吳玉光 ,高曙明 ,陳子辰. 組合夾具設(shè)計的幾何原理[J]機械工程學(xué)報 ,2001, 5 . 4 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向 夾具是工藝裝備的主要組合部分 ,在機械制造中占有重要地位。夾具對保證產(chǎn)品質(zhì)量 ,提高生產(chǎn)率 ,減輕勞動強度 ,擴大機床使用范圍 ,縮短產(chǎn)品試制周期等都具有重要意義。 目前 ,單件、小批量生產(chǎn)正逐漸成為現(xiàn)代機械制造業(yè)新的生產(chǎn)模式。在這種模式中 ,要求加工機床和夾具裝備具有更好的柔性 ,以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間、降低生產(chǎn)成本 ,所以 ,按單一品種設(shè)計專用夾具的方法已不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求 ,而組合夾具正是適應(yīng)這一生產(chǎn)模式的柔性工裝設(shè)備。它對縮短工藝裝備的設(shè)計、制造周期 ,以及產(chǎn)品換型后對原有工裝夾具延續(xù)使用起到至關(guān)重要的作用。國外為了適應(yīng)這種生產(chǎn)模式 ,也把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段 ,并將其 作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展。 孔系組合夾具與槽系組合夾具相比，具有夾具元件定位精度.整體組裝剛性好.組裝時間短以及夾具元件加工工藝性好等優(yōu)點。是目前CNC系統(tǒng)中最具發(fā)展前途的組合夾具，夾具設(shè)計包括定位方案設(shè)計夾緊.近年來 組合夾具的研究得到了廣泛關(guān)注，許多學(xué)者采用不同的方法提方案設(shè)計，定位質(zhì)量評價等許多環(huán)節(jié)出了多種組合夾具的定位方案并對定位方案的定位質(zhì)量評價進行相關(guān)的研究[10]融亦鳴等； 提出的夾具設(shè)計方案評價規(guī)則，可以對定位精度，夾緊穩(wěn)定性和干涉檢查等進行分析[11]熊蔡華等；利用形封閉理論對夾具的質(zhì)量進行分析[12]苗恩銘等；認(rèn)為溫度對夾具設(shè)計有影響，主張夾具設(shè)計的基本原則應(yīng)根據(jù)具體情況給予一定[13]陳薇等；對夾具規(guī)劃設(shè)計中的映射進行研究，給出了制造特征與夾具特征間特征映射的具體實現(xiàn)方的調(diào)整法[14]康秀梅等；提出夾具三維定位誤差的計算機輔助分析方法，運用矩陣計算工件的定位誤差，建立了加工精度的數(shù)學(xué)模型[15]融亦鳴等；對自動夾具設(shè)計的裝夾表面影響性進行分析，建立了裝夾表面影響性模型。 國外的研究現(xiàn)狀 夾具的設(shè)計包括三個步驟:設(shè)備規(guī)劃、夾具規(guī)劃和夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計。目前 ,Joneja 以及 Ferreira 等人在進行 CAPP方面的研究中對設(shè)備規(guī)劃有詳細論述。計算機輔助夾具設(shè)計 CAFD 就夾具方面也作了一些工作:ChouYC,ChandruV 等人提出的自動夾具定位和夾緊的一種方法;DeMeterEC 提出的利用機械杠桿原理進行定位和夾緊位置選擇的一種算法;MarkusA 等人提出的針對棱柱形工件進行組合夾具設(shè)計的基于規(guī)則的系統(tǒng)。目前 ,關(guān)于工件夾具的自動化配置方面的工作 ,自動夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計 AFCD 中很少提及。TrappeyAJC 等人提出了一個二維組合夾具元件的配置算法。幾乎所有的AFCD 研究者都承認(rèn) ,在一個成功的AFCD系統(tǒng)中 ,工件的幾何形狀是一個關(guān)鍵因素NnajiB,AlladinS 等人也對具有復(fù)雜幾何形狀的工件進行嘗試研究。然而其結(jié)果也僅僅適用于特定的幾何體 ,比如多邊形棱柱 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 我國于 80 年代末開始對組合夾具元件的設(shè)計與管理進行了研究和開發(fā) ,在總結(jié)和吸取我國應(yīng)用和發(fā)展槽系夾具經(jīng)驗的基礎(chǔ)上 ,根據(jù)現(xiàn)代機械加工特征及夾具的發(fā)展趨勢 ,研制了新一代孔系組合夾具系統(tǒng)。此系統(tǒng)發(fā)揮了槽系平移可調(diào)性和孔的旋轉(zhuǎn)可調(diào)性的優(yōu)勢 ,可直接組裝獲得任何直線尺寸和角度尺寸。此系統(tǒng)把大中小三個系列的元件有機融為一體 ,可在一塊多夾具基礎(chǔ)板上 ,既能組裝單個大工件夾具 ,又能組裝多個中小零件夾具 ,有利于裝夾具基礎(chǔ)板長期固定在機床工作臺上 ,此系統(tǒng)還設(shè)有孔系和槽系過渡元件 ,便于實現(xiàn)孔、槽系夾具元件混合使用。 吳玉光博士在這個領(lǐng)域取得了較大的突破提出孔系基礎(chǔ)板組合夾具設(shè)計[17]的系統(tǒng)方法。該方法利用連桿機構(gòu)原理自動確定由直線和圓弧組成定位邊界的零件的全部候選定位方案。并提出定位銷可見錐概念和定位銷轉(zhuǎn)動支點的概念 ,進行定位方案的裝卸方便性分析。進一步提出瞬心三角形和同向邊的概念對工件進行可夾緊性分析 ,確定工件邊界的可夾緊范圍。其理論水平在國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)開拓了新的局面。 5 主要研究內(nèi)容、需重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路。 1.專用夾具有以下幾方面組成： 1）定位裝置。這種裝置包括定位元件及其組合，其作用是確定工件在夾具中的位置，即通過它使工件加工時相對于刀具及切削成形運動處于正確的位置，如支承釘、支承板、V形塊、定位銷等。 2）夾緊裝置。它的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在定位時所占據(jù)的位置在加工過程中不因受重力、慣性力以及切削力等外來作用而產(chǎn)生位移，同時防止或減小振動。它通常是一種機構(gòu)，包括夾緊元件（如夾爪、壓板等），增力及傳動裝置（如杠桿、螺紋傳動副、斜、凸輪等）以及動力裝置（如氣缸、油缸）等。 3）對刀－引導(dǎo)裝置。它的作用是確定夾緊相對于刀具的位置，或引導(dǎo)刀具進行加工，如刀塊、鉆套、鏜套等。 4）其它元件及裝置。如定向件、操作件以及根據(jù)夾具特殊功用需要設(shè)置的一些裝置，如分度裝置、工件頂出裝置、上下料裝置等。 5）夾具體。用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎(chǔ)件，并與機床有關(guān)部位連接，以確定夾具對于機床的位置。 2.設(shè)計的基本要求： 1）保證工件的加工精度 2）夾具總體方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng) 3）操作方便，工作安全，能減輕工人勞動強度 4）便于排削 5）有良好的結(jié)構(gòu)工藝性 3.設(shè)計的一般步驟： 1）研究原始資料。認(rèn)真研究任務(wù)書中提出的設(shè)計要求，明確設(shè)計任務(wù)并收集下列資料： （1）零件工作圖、毛坯圖和工藝規(guī)程等技術(shù)文件。了解該工序的加工技術(shù)要求，定位和夾緊方案，毛坯情況。加工中使用的機床、刀具、檢驗量具、加工余量和切削用量等。 （2）了解生產(chǎn)批量和對夾具的需用情況，以確定所采用夾具結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟性。 （3）了解機床的主要技術(shù)參數(shù)、規(guī)格、安裝夾具的有關(guān)連接部分的尺寸等。 （4）了解刀具的主要結(jié)構(gòu)尺寸、制造精度、主要技術(shù)條件等。 （5）收集有關(guān)夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)（國標(biāo)、部標(biāo)、企標(biāo)、廠標(biāo)），典型夾具結(jié)構(gòu)、夾具設(shè)計資料等。 （6）了解制造、使用夾具的情況。 2）確定夾具的結(jié)構(gòu)方案 （1）確定工件的定位方案。工件在夾具中的定位應(yīng)符合定位原理，合理設(shè)置定位元件，進行定位誤差的分析計算，定位誤差應(yīng)小于工序公差的三分之一。 （2）確定刀具的對刀或引導(dǎo)方式。根據(jù)加工表面的具體情況，合理地選擇與確定刀具的對刀或引導(dǎo)。 （3）確定工件的夾緊方案。夾緊力的作用點和方向應(yīng)符合夾緊原則。進行夾緊力的分析和計算，以確定夾緊元件及傳動裝置的主要尺寸。 （4）確定夾具其它組成部分的結(jié)構(gòu)形式。 （5）確定夾具體的形式和夾具的總體結(jié)構(gòu)。 3）繪制夾具總裝配圖 夾具總圖應(yīng)按國家制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制。圖形大小盡量采用1：1比例，以具有良好的直觀性。工件過大時可用1：2或1：5的比例；過小時可用2：1的比例。主視圖應(yīng)選取面對操作者的工作位置。 繪制總裝配圖的順序是：先用紅色細實線或黑色雙點劃線，畫出工件的輪廓和主要表面。主要表面是指：定位基準(zhǔn)面、夾緊表面和被加工表面。被加工表面上的加工余量，可用網(wǎng)紋線或粗實線表示?？傃b配圖上所繪制的工件視為假想的透明體，因此它不影響夾具元件的繪制。然后按定位元件、對刀－引導(dǎo)元件、夾緊機構(gòu)、傳動裝置等順序，劃出各自的具體結(jié)構(gòu)，最后畫夾具體?？傃b配圖上的視圖配置和選擇，應(yīng)能完整地表達出整個夾具的各部分結(jié)構(gòu)。在夾具體的明顯處一個標(biāo)記，以表示在該處刻寫夾具編號。 4）標(biāo)注夾具總裝配圖上各部分尺寸和技術(shù)條件 5）標(biāo)注零件編號及編制零件明細表 在標(biāo)注零件編號時，標(biāo)準(zhǔn)件可直接標(biāo)出國家標(biāo)準(zhǔn)號。明細表要注明夾具名稱、編號、序號、零件名稱和材料、數(shù)量等。 6）繪制夾具零件圖 　　拆繪夾具零件圖的順序和繪制夾具總裝配圖的順序相同。主要繪制夾具上專用零件的工作圖。 6完成畢業(yè)設(shè)計(論文)所必須具備的工作條件及解決的方法 設(shè)計中需要參考大量的參考書，其中主要用到的書目如下： 《機械制造工藝學(xué)》 陳明主編 機械工業(yè)出版社 2005年8月 《機械零件性手冊》 蔡蘭主編 機械工業(yè)出版社 1994年4月 《機床夾具設(shè)計手冊》洛陽工學(xué)院主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1990年2月 《檢驗夾具設(shè)計》 謝誠主編 機械工業(yè)出版社 2000年12月 《實用機械加工工藝手冊》陳宏鈞 主編 機械工業(yè)出版社 1996年12月 同時要保證足夠的上機時間,要求上機時數(shù)不少于200小時 解決的方法：以上參考書在圖書館都能借到，在畢業(yè)設(shè)計的過程中認(rèn)真學(xué)習(xí)，加強實踐，勤于思考,有疑難問題及時向指導(dǎo)老師詢問. 7工作的主要階段，進度與時間安排 時間 工作內(nèi)容 工作安排 第五周 查閱資料,撰寫開題報告 閱讀參考文獻不少于5篇,開題報告不少于3000字 第六周 外文翻譯 翻譯與管板換熱器有關(guān)的外文文獻,不 少于3000字 第七周 設(shè)計論文準(zhǔn)備 零部件的理論設(shè)計計算 第八周 設(shè)計論文準(zhǔn)備 零部件的校核,并進行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 第九周 畫圖 二維圖、主要零部件圖 第十周 設(shè)計論文 換熱器管板加工工藝 第十一周 設(shè)計論文 夾具設(shè)計工藝 第十二周 撰寫論文 將前面做的進行整理成完整的論文 第十三周 修改論文 仔細查閱整個論文,按要求規(guī)范,修改整個論文 第十四周 論文答辯 溫習(xí)設(shè)計內(nèi)容,強化設(shè)計知識,積極準(zhǔn)備答辯 8指導(dǎo)教師審查意見 指導(dǎo)老師： 2013年4月19日 長江大學(xué)機械工程學(xué)院