某汽車制動(dòng)鉗體銑夾具的三維設(shè)計(jì)及干涉檢查

1、56某汽車制動(dòng)鉗體銑夾具的三維設(shè)計(jì)及干涉檢查 1 緒論1.1 引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，大型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件的不斷開發(fā)與優(yōu)化的深入，人們將此技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)相互結(jié)合、相互滲透而產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造（cad/cam）這門綜合性應(yīng)用的數(shù)字化技術(shù)。也因此，它具有了知識(shí)密集、學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的核心，它實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)和制造過程中的自動(dòng)化和信息化。隨著當(dāng)今社會(huì)市場(chǎng)化的競(jìng)爭(zhēng)加深，越來(lái)越多的制造類企業(yè)將數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)運(yùn)用于自身產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)過程中，以次來(lái)降低生產(chǎn)成本與生產(chǎn)時(shí)間，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，這樣的設(shè)計(jì)制造技術(shù)從另一方

2、面反映了一個(gè)國(guó)家在現(xiàn)代制造業(yè)領(lǐng)域上的發(fā)展與其創(chuàng)新的淺能，使中國(guó)從生產(chǎn)大國(guó)轉(zhuǎn)向?yàn)橹圃齑髧?guó)。夾具是機(jī)械制造過程中用來(lái)固定加工對(duì)象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測(cè)的裝置，它又稱卡具。從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來(lái)迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。夾具在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，對(duì)縮短研制周期有著重要的作用。舉調(diào)查，以我國(guó)目前的機(jī)械制造業(yè)水平，在機(jī)械工藝設(shè)備設(shè)計(jì)周期中70%80%的時(shí)間用于夾具的設(shè)計(jì)和制造，所以?shī)A具的設(shè)計(jì)與制造對(duì)于機(jī)械制造生產(chǎn)企業(yè)而言，有著重大的影響。傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)方法，在方案論證、材料選用、定位與布局、強(qiáng)度驗(yàn)算、編制技術(shù)文件以及圖紙繪制等一系列的過程中都是由設(shè)計(jì)

3、人員手工計(jì)算繪制。這樣不僅需要較多的人力和較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)周期外，其計(jì)算精度與設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高也受到了很大的限制。在現(xiàn)代制造業(yè)系統(tǒng)看來(lái)，夾具是保證產(chǎn)品精度、提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)企業(yè)全面的質(zhì)量管理和提高生產(chǎn)效率的重要手段，能否快速設(shè)計(jì)并制造出合格的夾具已經(jīng)成為制造系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵。因此，提高機(jī)床夾具的cad/cam的水平，無(wú)疑占有很重要的地位。機(jī)床夾具cad/cam技術(shù)成為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展中重要的應(yīng)用領(lǐng)域。1.2 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的概念與發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的概念與優(yōu)勢(shì)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)就是根據(jù)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的需求，在強(qiáng)調(diào)柔性和快速的前提下，于80年代提出的，并隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是信息技術(shù)的迅

4、速發(fā)展，在90年代得到人們的極大重視，獲得迅速發(fā)展的。它是指利用計(jì)算機(jī)軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)全過程的技術(shù)，即在網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)輔助下通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，全面模擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、裝配、制造等過程。數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)能力、縮短產(chǎn)品研制周期、降低開發(fā)成本、實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)目標(biāo)和企業(yè)間的協(xié)作，使企業(yè)能在最短時(shí)間內(nèi)組織全球范圍的設(shè)計(jì)和制造資源開發(fā)出新產(chǎn)品，大大提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家不斷地建立虛擬制造企業(yè)，一個(gè)快速響應(yīng)市場(chǎng)的、充分利用現(xiàn)有資源的、沒有圍墻的、超越空間約束的、靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的，卻是統(tǒng)一指揮的、互惠互利的、實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)實(shí)體。應(yīng)當(dāng)指出的是，數(shù)字化

5、設(shè)計(jì)制造技術(shù)是一種軟件技術(shù)，它填補(bǔ)了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程管理之間的鴻溝，以在計(jì)算機(jī)上制造數(shù)字化產(chǎn)品為目的。1.2.2 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)可歸納為：精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、數(shù)字化、智能化、清潔化、集成化及管理創(chuàng)新等。而數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及應(yīng)用，以及用戶的不同需求，cad、cae、capp、cam、pdm（c4p）等技術(shù)本身也在不斷發(fā)展，集成技術(shù)也在向前推進(jìn)，其發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方向。（1）利用基于網(wǎng)絡(luò)的cad/cae/capp/cam/pdm（c4p）集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全

6、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造。在cad/cam應(yīng)用過程中，利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理pdm技術(shù)實(shí)現(xiàn)并行工程，可以極大地提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量。企業(yè)通過pdm可以進(jìn)行產(chǎn)品功能配置，利用系列件、標(biāo)準(zhǔn)件、借用件、外購(gòu)件以減少重復(fù)設(shè)計(jì)。在pdm環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造，通過cad/cae/capp/cam等模塊的集成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品無(wú)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和全數(shù)字化制造。（2）是cad/cae/capp/cam/pdm技術(shù)與企業(yè)資源計(jì)劃、供應(yīng)鏈管理、客戶關(guān)系管理相結(jié)合，形成制造企業(yè)信息化的總體構(gòu)架。cad/cae/capp/cam/pdm技術(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝和制造過程及其管理的數(shù)字化；企業(yè)資源計(jì)劃erp是以實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)、供、銷、人

7、、財(cái)、物的管理為目標(biāo)；供應(yīng)鏈管理scm用于實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部與上游企業(yè)之間的物流管理；客戶關(guān)系管理crm可以幫助企業(yè)建立、挖掘和改善與客戶之間的關(guān)系。上述技術(shù)的集成，可以整合企業(yè)的管理，建立從企業(yè)的供應(yīng)決策到企業(yè)內(nèi)部技術(shù)、工藝、制造和管理部門，再到用戶之間的信息集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與外界的信息流、物流和資金流的順暢傳遞，從而有效地提高企業(yè)的市場(chǎng)反應(yīng)速度和產(chǎn)品開發(fā)速度，確保企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)。（3）是虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造、虛擬企業(yè)、動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟、敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)制造以及制造全球化，將成為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)發(fā)展的重要方向。虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造技術(shù)以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提，形成虛擬的環(huán)境、虛擬設(shè)計(jì)與制造過程、

8、虛擬的產(chǎn)品、虛擬的企業(yè)，從而大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的一次成功率。特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，企業(yè)通過國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)和內(nèi)部網(wǎng)，組建動(dòng)態(tài)聯(lián)盟企業(yè)，進(jìn)行異地設(shè)計(jì)、異地制造，然后在最接近用戶的生產(chǎn)基地制造成產(chǎn)品。（4）是以提高對(duì)市場(chǎng)快速反應(yīng)能力為目標(biāo)的制造技術(shù)將得到超速發(fā)展和應(yīng)用。瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)促使交貨期成為競(jìng)爭(zhēng)力諸多因素中的首要因素。為此，許多與此有關(guān)的新觀念、新技術(shù)在21世紀(jì)將得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用。其中有代表性的是：并行工程技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)、快速原型成形技術(shù)、快速資源重組技術(shù)、大規(guī)模遠(yuǎn)程定制技術(shù)、客戶化生產(chǎn)方式等。（5）工藝、設(shè)備和工廠的柔性可重構(gòu)性將成為企業(yè)裝備的顯著特點(diǎn)。

9、先進(jìn)的制造工藝、智能化軟件和柔性的自動(dòng)化設(shè)備、柔性的發(fā)展戰(zhàn)略構(gòu)成未來(lái)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的軟、硬件資源；個(gè)性化需求和不確定的市場(chǎng)環(huán)境，要求克服設(shè)備資源沉淀造成的成本升高風(fēng)險(xiǎn)，制造資源的柔性和可重構(gòu)性將成為21世紀(jì)企業(yè)裝備的顯著特點(diǎn)。將數(shù)字化技術(shù)用于制造過程，可大大提高制造過程的柔性和加工過程的集成性，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)過程的質(zhì)量和效率，增強(qiáng)工業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?，F(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)要求有效地組織多學(xué)科的產(chǎn)品開發(fā)隊(duì)伍，充分利用各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和工具并充分考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的全過程，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)出滿足用戶需要的產(chǎn)品。1.2.3 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用概況由于我國(guó)計(jì)算機(jī)軟

10、件行業(yè)發(fā)展滯后，同時(shí)又受到cad/cam軟件及仿真軟件、建模技術(shù)的限制，阻礙了數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展。這一問題應(yīng)該引起我國(guó)機(jī)械行業(yè)的重視，應(yīng)該積極為發(fā)展我國(guó)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，進(jìn)而健康迅速地推進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造一個(gè)良好的外部條件。 近幾年來(lái)，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)已經(jīng)引起我國(guó)科技工作者的關(guān)注，開展了一些研究工作，并著手進(jìn)行了一些探索性、應(yīng)用性的示范工作。機(jī)械科學(xué)研究院計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用中心最近的調(diào)查表明，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)已有34家科研機(jī)構(gòu)、高等院校和企業(yè)正在開展數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)方面的研究、開發(fā)及初步的示范應(yīng)用工作，更令人感到高興的是有4家企業(yè)勇于投身這種新的探索。主要在5個(gè)方面開

11、展了不同深度和廣度的工作：產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)；加工工藝模擬；加工過程、裝配過程的仿真；虛擬軸機(jī)床和虛擬量?jī)x的研制和開發(fā)；虛擬企業(yè)?？偟膩?lái)看，我國(guó)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的研究剛剛起步，多數(shù)是在原先的cad/cam及仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。系統(tǒng)的、全面的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的研究尚未開展。目前仍停留在國(guó)外理論的消化與國(guó)內(nèi)環(huán)境的結(jié)合上?？梢灶A(yù)言，只要我們努力創(chuàng)造一個(gè)較好的基礎(chǔ)，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)在我國(guó)企業(yè)的實(shí)用化，并進(jìn)而擴(kuò)大應(yīng)用已為期不遠(yuǎn)。1.3 cad技術(shù)的基本概念及發(fā)展過程1.3.1 cad技術(shù)的基本概念計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作 ，簡(jiǎn)稱cad。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，計(jì)

12、算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲(chǔ)和制圖等項(xiàng)工作。在設(shè)計(jì)中通常要用計(jì)算機(jī)對(duì)不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計(jì)信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計(jì)人員通常用草圖開始設(shè)計(jì)，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計(jì)算機(jī)完成；由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以快速做出圖形顯示出來(lái)，使設(shè)計(jì)人員及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)做出判斷和修改；利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。cad 能夠減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)周期和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。1.3.2 cad技術(shù)的發(fā)展過程cad技術(shù)開始于上實(shí)際50年代，經(jīng)歷了50

13、年代到60年代的形成期，70年代的發(fā)展期和80年代的興旺期，到現(xiàn)在已經(jīng)在二維繪圖、三維幾何造型等方面取得了巨大的成就，并達(dá)到普及應(yīng)用的地步。cad技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了四個(gè)階段，它們是：（1）曲面造型系統(tǒng)cad系統(tǒng)在20世界50年代到60年代期間只有極為簡(jiǎn)單的線框式系，它只能表達(dá)基本的幾何信息，不能有效地表達(dá)幾何體數(shù)據(jù)間的拓補(bǔ)關(guān)系。進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，在飛機(jī)和汽車工業(yè)的發(fā)展中遇到了大量的自由曲面的問題，早期的cad系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)制造的要求。因此，基于自由曲面的三維造型系統(tǒng)catit應(yīng)運(yùn)而生。它的誕生標(biāo)志了第一次cad技術(shù)革命的到來(lái)。（2）實(shí)體造型技術(shù)有了曲面的造型系統(tǒng)后，cam的問題基

14、本上可以解決，但表面模型技術(shù)只能表達(dá)形體的表面信息，難以準(zhǔn)確表達(dá)零件的其他特性，如質(zhì)量、重心、慣性矩等。為了解決這一問題，sdrc公司在1979年發(fā)布了世界上第一個(gè)完全基于實(shí)體造型技術(shù)的cad/cae軟件：i-deas。實(shí)體造型技術(shù)能夠精確地表達(dá)零件的全部屬性，有助于統(tǒng)一cad、cae、cam的模型表達(dá)，給設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便。實(shí)體造型技術(shù)的普及應(yīng)用標(biāo)志了第二次cad技術(shù)革命的到來(lái)。（3）參數(shù)化技術(shù)參數(shù)化實(shí)體造型方法具有以下的特點(diǎn)：基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)。它體現(xiàn)了在許多通用件、零部件設(shè)計(jì)上存在的簡(jiǎn)便易行的優(yōu)勢(shì)。它在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用主導(dǎo)了cad發(fā)展史上的第三次技術(shù)革命

15、。（4）變量化技術(shù)參數(shù)化的造型系統(tǒng)在技術(shù)上并沒有完全解決好所有的問題，它們基本上都是在原有模型技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部、小塊的修改，而變量化技術(shù)既保持了參數(shù)化技術(shù)的原有優(yōu)點(diǎn)，又克服了它的不足之處，為cad技術(shù)的發(fā)展提供了更大的空間和機(jī)遇。變量化技術(shù)的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)了cad發(fā)展的第四次技術(shù)革命。1.3.3現(xiàn)代cad技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)cad技術(shù)本身已經(jīng)具備相當(dāng)完善的功能了。通過一些的輔助功能，目前cad在建模的同時(shí)，能夠按照設(shè)計(jì)意圖做出一些更高級(jí)的分析與處理。對(duì)于cad技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)中：（1）cad軟件中加入pdm功能具有pdm功能的cad軟件正在逐漸為用戶所認(rèn)識(shí)和接受。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)協(xié)同是未來(lái)c

16、ad的主要發(fā)展方向之一。設(shè)計(jì)協(xié)同的虛擬會(huì)議可促進(jìn)設(shè)計(jì)人員之間自由討 論、發(fā)表見解，團(tuán)隊(duì)能夠把想法立體化，并立即見到在產(chǎn)品所有方面的結(jié)果。通過消除通訊瓶頸，設(shè)計(jì)協(xié)同功能能解決在工程師、供應(yīng)商與客戶間對(duì)關(guān)鍵產(chǎn)品設(shè)計(jì)問 題的協(xié)調(diào)工作。當(dāng)團(tuán)隊(duì)成員正工作在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方方面面，而且是位于不同國(guó)家、城市或設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)時(shí)，設(shè)計(jì)協(xié)同使異地?cái)?shù)據(jù)共享成為可能，即使位于同一辦公樓的團(tuán) 隊(duì)也能從實(shí)時(shí)共享與檢查設(shè)計(jì)改變中獲益。 （2）plm環(huán)境中的cad在plm解決方案中，cad功能是其中必不可少的一個(gè)有機(jī)組成部分，簡(jiǎn)稱為plm3d。在plm環(huán)境中的cad功能與獨(dú)立運(yùn)行的cad軟件在使用的定 位上有一定的層次上的差異。獨(dú)立的

17、cad軟件強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，具有pdm功能的cad軟件強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的共享，而plm中的cad功能則強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品全生命周期 內(nèi)的數(shù)據(jù)的管理，以及基于這些數(shù)據(jù)而工作的各地、各企業(yè)、各部門、各工作組之間的協(xié)同。在plm的中性cad數(shù)字化模裝中，利用jt格式，可實(shí)現(xiàn)多cad數(shù)據(jù)來(lái)源的虛擬產(chǎn)品的整機(jī)大裝配，以及對(duì)零部件廠商的協(xié)作管理，還可以以plm3d來(lái)作為數(shù)字化工廠布置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也可以作為后期產(chǎn)品維護(hù)/維修的仿真數(shù)據(jù)。1.4目前cad技術(shù)使用狀況1.4.1國(guó)外使用cad技術(shù)狀況就目前而言，我國(guó)所使用的大多數(shù)cad/cam軟件均出自國(guó)外軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)。由此可見，在機(jī)械領(lǐng)域相對(duì)發(fā)達(dá)的國(guó)家，其cad技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)相

18、當(dāng)完善。從產(chǎn)品的概念規(guī)劃、設(shè)計(jì)及后期制造，全部使用了cad技術(shù)，更有甚者已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化設(shè)計(jì)（美國(guó)空軍第四代隱形戰(zhàn)斗機(jī)f22，其設(shè)計(jì)過程中完全達(dá)到了無(wú)紙化、cad設(shè)計(jì)的過程）另外，cad技術(shù)也幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的分析提供了進(jìn)一步的幫助。眾所周知，f117作為第一代隱形飛機(jī)，其原理就是在機(jī)身表面進(jìn)行幾何規(guī)劃處理，在水平及垂直方向上各按一定角度斜切一刀以達(dá)到反射雷達(dá)波的作用，作為代價(jià)使其犧牲了飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性與武器彈藥的載重力。然后，f117的后續(xù)機(jī)型f22，無(wú)論其隱身能力還是空中機(jī)動(dòng)能力，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過了f117，究其原因，f22機(jī)身的反雷達(dá)曲線，就是依靠cad技術(shù)經(jīng)過上百臺(tái)計(jì)算機(jī)長(zhǎng)時(shí)間計(jì)算的

19、出的。這樣的曲線不僅保證了飛機(jī)隱身性能的要求，同時(shí)也賦予了f22優(yōu)良的空中機(jī)動(dòng)能力，使其成為領(lǐng)先世界幾個(gè)數(shù)量等級(jí)的超時(shí)代戰(zhàn)斗機(jī)。所以說，cad技術(shù)的應(yīng)用，在某些方面，它確實(shí)影響了一個(gè)國(guó)家整體工業(yè)水平的發(fā)展。國(guó)外也確實(shí)在此基礎(chǔ)上，提升了機(jī)械制造業(yè)的能力。1.4.2我國(guó)cad技術(shù)使用及應(yīng)用狀況反觀我國(guó)目前cad技術(shù)使用狀況，存在著許多不敬人意的地方。首先，由于cad技術(shù)被發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷，我國(guó)沒有真真意義上投入實(shí)際生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)cad技術(shù)軟件。大多數(shù)機(jī)構(gòu)都是以仿照國(guó)外主流cad軟件為目標(biāo)，進(jìn)行所謂的二次開發(fā)，但是應(yīng)用范圍卻相當(dāng)窄，只是停留在高校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用。而更高級(jí)的cam/cax，則無(wú)從說起。其次，對(duì)

20、于軟件在實(shí)際生產(chǎn)過程中起到的作用，我國(guó)還遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)國(guó)家。作為機(jī)械制造業(yè)，我國(guó)在人才儲(chǔ)備方面明顯不如發(fā)達(dá)國(guó)家，仍然依靠老一輩人才為骨干技術(shù)人員。由于cad技術(shù)的發(fā)展是依靠現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)而來(lái)，作為年紀(jì)較大人員來(lái)說，能夠熟練使用計(jì)算機(jī)的就已經(jīng)稀少，而對(duì)cad軟件有著較強(qiáng)使用能力的，可謂少之又少。因此，在實(shí)際過程中，cad技術(shù)的應(yīng)用在我國(guó)還有待著進(jìn)一步深入。最后一點(diǎn)，關(guān)于cad技術(shù)中附帶功能的使用，我國(guó)與世界的差距沒有前者大。在國(guó)內(nèi)不少企業(yè)，比如廣東地區(qū)的許多民營(yíng)企業(yè)，由于他們對(duì)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)品的效果關(guān)注提高，其設(shè)計(jì)過程中開始注重產(chǎn)品的壽命、外觀、材料節(jié)省等，有限元分析已經(jīng)成為他們?cè)O(shè)計(jì)過

21、程中“必經(jīng)之路”。無(wú)論是cosmosworks還是ugs中分析應(yīng)用，在我國(guó)的應(yīng)用面積呈擴(kuò)大趨勢(shì)。中國(guó)目前依然為一個(gè)生產(chǎn)大國(guó)，許多發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛在中國(guó)落戶，投資建工廠。一方面，是我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)水平較過去有了質(zhì)的飛躍，另一方面，主要的原因是我國(guó)密集型勞動(dòng)力的廉價(jià)，國(guó)外企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本而來(lái)。中國(guó)要將自己從生產(chǎn)大國(guó)走向制造、創(chuàng)造大國(guó)，其cad技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，是必不可少的。1.5 本課題研究背景及相關(guān)意義此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,將主要對(duì)上海delphi工廠內(nèi)的j200前制動(dòng)鉗工裝夾具體進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。夾具的設(shè)計(jì)在本工廠內(nèi)過去主要按照傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)方法，即依靠手工計(jì)算、手工繪制圖紙并手工檢查實(shí)體間任何問題。其

22、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，工作繁重，同時(shí)在某些分析方面又存在比較嚴(yán)重的問題，無(wú)法對(duì)零件及夾具體本身進(jìn)行有效的fea（有限元分析）分析。過去夾具的設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，使得廠內(nèi)工裝工藝設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)間也變得較長(zhǎng)，而導(dǎo)致產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期往往都拖延很長(zhǎng)時(shí)間才能上市，減少了企業(yè)本身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文所設(shè)計(jì)制動(dòng)鉗夾具，其規(guī)劃時(shí)間僅僅為3個(gè)月時(shí)間，其中包含了工裝夾具體布局規(guī)劃、定位設(shè)計(jì)、夾具部分零件設(shè)計(jì)以及后續(xù)的刀具安排及加工工藝規(guī)劃，利用計(jì)算機(jī)的特殊功能，可以大大減少整個(gè)夾具設(shè)計(jì)過程中成本與時(shí)間。對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械輔助設(shè)計(jì)來(lái)說，能夠有效的將多種軟件合并使用，并結(jié)合設(shè)計(jì)人員的智慧，才能夠?qū)⒏淖儌鹘y(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中所面對(duì)的問題，為我國(guó)的制造業(yè)做出

23、一份微薄的貢獻(xiàn)。2制動(dòng)鉗零件加工工藝設(shè)計(jì)2.1制動(dòng)鉗零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分類制動(dòng)鉗，作為汽車內(nèi)制動(dòng)總成系統(tǒng)中的一部分，具有非常重要的作用，其質(zhì)量的好壞直接影響了汽車在高速運(yùn)行中當(dāng)駕駛?cè)藛T踩下剎車后能否對(duì)汽車提供有效的制動(dòng)力，屬于關(guān)鍵的零件。目前主流的中高檔轎車前后剎車都采用了鉗（制動(dòng)鉗）盤（制動(dòng)盤）式剎車系統(tǒng)。圖2.1所示了鉗盤式剎車部件中的三個(gè)重要組成：制動(dòng)鉗、制動(dòng)盤和油路系統(tǒng)。圖2.1 鉗盤式制動(dòng)剎車系統(tǒng)三維虛擬圖2.1.1零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)整個(gè)零件可以被劃分為主要2個(gè)部分：（1）制動(dòng)鉗前端活塞孔。當(dāng)汽車正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)油沒有任何壓力，處于靜止流動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)的制動(dòng)片不受油壓作用靜止不動(dòng)，依靠彈簧的作用

24、力，遠(yuǎn)離制動(dòng)盤；當(dāng)路面情況發(fā)生變化，駕駛員踩下剎車后，從汽車油缸總成處壓送而來(lái)的機(jī)油進(jìn)入到制動(dòng)鉗活塞孔內(nèi)后，機(jī)油推動(dòng)其內(nèi)的活塞；在活塞的另一端，連接有制動(dòng)片，通過連桿機(jī)構(gòu)將鉗口處的2片制動(dòng)片一起向中間靠攏并咬合住連接在車輪上高速旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)盤，通過降低制動(dòng)盤起到降低車速的作用。（2）制動(dòng)鉗的安裝面。因?yàn)橹苿?dòng)盤是安裝在汽車車輪上并高速旋轉(zhuǎn)的，而制動(dòng)片則安裝于制動(dòng)鉗上并需要在關(guān)鍵時(shí)刻咬合制動(dòng)盤的。這樣就必須做到在正常情況下制動(dòng)片絕對(duì)不能觸碰到制動(dòng)盤；在需要工作的情況下制動(dòng)片又一點(diǎn)要完全的咬合制動(dòng)盤。因此，對(duì)于制動(dòng)鉗鉗口的k基準(zhǔn)面與安裝面之間就有了一定的平行度；鉗口因?yàn)樾枰惭b制動(dòng)片、盤，也因此有了一

25、定的尺寸要求。2.1.2制動(dòng)鉗零件的分類制動(dòng)鉗零件分類的標(biāo)準(zhǔn)很多，本文根據(jù)實(shí)際零件的使用情況與要求，按功能和其工作原理將制動(dòng)鉗分為前制動(dòng)鉗與后制動(dòng)鉗兩大類。其中，前制動(dòng)鉗因?yàn)槠涔ぷ髦兄苿?dòng)功率高的原因?qū)α慵馁|(zhì)量、尺寸有特殊要求，而后制動(dòng)鉗的形狀往往比較復(fù)雜。本次論文的主要設(shè)計(jì)對(duì)象為前制動(dòng)鉗。圖2.2 j200前制動(dòng)鉗三維成品模型展示圖2.2制動(dòng)鉗零件尺寸分析2.2.1制動(dòng)鉗零件分析汽車剎車系統(tǒng)按類型分，主要分為鼓式剎車和盤式剎車兩種。 鼓式剎車?yán)弥苿?dòng)蹄片擠壓制動(dòng)鼓產(chǎn)生制動(dòng)力來(lái)剎車的，多用于小型貨車和低檔汽車，由于其制動(dòng)力較弱、濕水后容易引起瞬間剎車失靈、熱衰減快等原因，已瀕臨淘汰，屬于落后技

26、術(shù)。 目前的主流剎車系統(tǒng)是盤式剎車。盤式剎車系統(tǒng)又分為實(shí)心盤式剎車和通風(fēng)盤式剎車。原理都一樣，都是利用剎車油泵產(chǎn)生的壓力，帶動(dòng)剎車卡鉗擠壓剎車盤產(chǎn)生制動(dòng)力。主要特點(diǎn)是熱衰減比較小、剎車靈敏，配合abs系統(tǒng)能有效防止車輪抱死，剎車力量強(qiáng)勁。有此可見，在盤式制動(dòng)器內(nèi)，對(duì)剎車盤和剎車片起到有效物理作用的是制動(dòng)鉗，其鉗產(chǎn)品的質(zhì)量好壞直接影響了汽車的制動(dòng)效果，為行車安全帶來(lái)可靠的保證。內(nèi)部代號(hào)為j200前制動(dòng)鉗是使用于上海通用旗下的新凱越汽車。材料為球墨鑄鐵，在最后工件加工成型時(shí)對(duì)其進(jìn)行表面處理，以防止發(fā)生銹蝕。從零件的三維模型圖上看，零件的結(jié)構(gòu)并不是非常復(fù)雜，主要為活塞孔與鉗體安裝面。圖2.3是j20

27、0前制動(dòng)鉗夾具三視圖及軸向視圖。圖2.3 j200前制動(dòng)鉗模型2.2.2工件加工尺寸分析制動(dòng)鉗部件加工區(qū)域可分為3個(gè)大部分：鉗口、活塞孔、安裝面。本文先以活塞孔為對(duì)象詳細(xì)說明。在工件的前端，其毛坯為一個(gè)半圓方形臺(tái)階，其厚度為5mm，左側(cè)外帶一個(gè)厚8mm、高13mm的小臺(tái)階。圖2.4 鉗件頂部毛坯圖示（俯視）圖2.5 鉗件頂部毛坯圖示（側(cè)向）圖2.6 鉗件頂部加工圖示（俯視）圖2.7 鉗件頂部加工圖示（側(cè)視）查看工件的機(jī)加工圖，在原該位置處有一個(gè)25的圓平面，中心處需要一m10x1.5的螺紋通孔以及安裝時(shí)的17.5mm、深0.7mm的沉頭孔。在旁邊的臺(tái)階上則需要銑出一個(gè)寬8mm的槽。圖2.8 鉗

28、件毛坯（活塞孔） 對(duì)于活塞孔，查看工件及毛坯的剖面圖，其加工的內(nèi)容為孔直徑的放大（由毛坯的50mm加工到54mm）以及孔口的倒角、防塵槽的加工。圖2.9 鉗件活塞孔機(jī)加工形狀另外就是鉗口的加工。從尺寸上來(lái)看，鉗口的加工內(nèi)容只有一個(gè)：將工件鉗口兩側(cè)的毛坯各銑削掉1.5mm，從原來(lái)的60mm擴(kuò)展到63mm。圖2.10 鉗件鉗口處加工示意圖最后剩余的便是制動(dòng)鉗安裝平面的加工。之前的文字說明就已經(jīng)表示了工件加工完成后的k基準(zhǔn)面與安裝平面之間有一定的平行度要求。從k基準(zhǔn)面起將安裝平面加工到離k基準(zhǔn)面16mm并且平行度小于0.05mm；然后加工耳孔的另一側(cè)，使得整個(gè)耳孔的厚度為12mm。圖2.11 鉗件安

29、裝面加工示意圖2.3加工工藝說明2.3.1工藝規(guī)劃當(dāng)工件裝夾到夾具上并隨臺(tái)面（table）轉(zhuǎn)入到加工區(qū)域（machining area）內(nèi)時(shí)，此時(shí)的工件端部正好正對(duì)于主軸，利用這一過程，我們決定先將此端面上的25平面刮出來(lái)，并一次加工到位。刀具號(hào)為t9，由于毛坯尺寸的原因，我們確定g01走刀量為12mm，使用六刃合金立銑刀。下一步，因?yàn)樵撈矫嫔习丛O(shè)計(jì)要求有一個(gè)m10x1.5的螺紋孔，所以，在完成上一步刮平面之后，我們使用8.1的鉆頭先鉆出一個(gè)通孔（該型號(hào)鉆頭可用于安裝平面8.1孔的加工）。因?yàn)樵谶x用刀具時(shí)盡量選擇廠內(nèi)已經(jīng)有的刀具。在該平面上，還剩余一個(gè)17.5沉頭孔以及m10x1.5螺紋孔未加

30、工，對(duì)于螺紋孔，制動(dòng)鉗活塞孔內(nèi)的底平面還未被加工，而本身刮17.5刀具的與該螺紋孔的第二次擴(kuò)孔刀為同一把復(fù)合擴(kuò)刀。所以，17.5沉頭孔先不加工。然后，旋轉(zhuǎn)臺(tái)面180度，將工件的另一側(cè)對(duì)準(zhǔn)機(jī)床主軸。利用160的盤式銑刀，通過插補(bǔ)的方式，對(duì)工件鉗口進(jìn)行加工。對(duì)于鉗口的加工方案，主要分為兩種：（1）因?yàn)榧庸す?jié)拍的限制，我們計(jì)劃使用一把160mm直徑、厚63mm的盤式銑刀，對(duì)該r131的圓弧走一次插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。通過對(duì)工程樣件的檢查發(fā)現(xiàn)，由于是一次成型加工，刀具在工件左右兩側(cè)加工r131圓弧的時(shí)候，屬于3面同時(shí)加工。此時(shí)，加工產(chǎn)生的切削力非常大，而夾具的剛性卻無(wú)法承受如此大的切削力，部分夾具零件在此刻發(fā)生了

31、塑性變形，使得被加工的工件發(fā)生震動(dòng)，在切削表面留下波紋形的切削痕跡。而且，對(duì)于大吃刀量的加工與機(jī)床自身的功率有著一定的關(guān)系，hm500型加工中心所提供的主軸功率對(duì)于該工步并不是很可靠。（2）同前一種方案相同，第二種方案我們依然使用160的盤式銑刀，不同之處在于刀具的厚度不再是63mm這樣的一次成型銑刀，厚度改為24mm。對(duì)于之前所說的加工節(jié)拍，為了能夠在銑刀沿r131的圓弧面走3次插補(bǔ)而在規(guī)定加工時(shí)間內(nèi)，我們將毛坯的鉗口60mm預(yù)先在其他的銑床上加工掉兩側(cè)各0.5mm。對(duì)于這樣的選擇，雖然在成本方面，工廠不得不為此添加2到3臺(tái)的銑床，但是綜合起來(lái)考慮，這一步的加工工序與本身加工中心的加工算是同

32、時(shí)工序，在加工節(jié)拍上完全可以相互重疊而不拖進(jìn)度，同時(shí)這也可以使得工件加工時(shí)所受的應(yīng)力相對(duì)于之前的方案來(lái)比要小的多。在銑床上，我們?cè)O(shè)定工件鉗口兩側(cè)對(duì)稱加工各0.5mm。為什么不在此工序上一次性加工出鉗口的63mm距離？就如之前所說，制動(dòng)鉗的作用是將安裝在車輪上制動(dòng)盤與安裝在制動(dòng)鉗上的制動(dòng)片整合到一起。盤與片兩者之間又存在著一定的相對(duì)位置關(guān)系，而這個(gè)相對(duì)位置取決于制動(dòng)鉗與汽車車架的安裝，換而言之，就是制動(dòng)鉗上的8.1平面與k基準(zhǔn)面之間有一個(gè)平行度要求。在機(jī)械加工工藝課程內(nèi)我們知道，工件兩次裝夾，其位置度無(wú)論如何都會(huì)有一定的誤差。如在銑床上將工件一次成型加工到63mm，雖然這個(gè)尺寸可以得到保障，然而

33、安裝平面與k基準(zhǔn)面之間的平行度就無(wú)法保證；若將鉗口尾部直接加工掉1.5mm ,那么在加工中心上再次加工k基準(zhǔn)面時(shí)，就無(wú)法保證鉗口的63mm。所以，綜合考慮上述方案，我們目暫時(shí)確定以兩道工序加工工件鉗口的63mm。鉗口之后，開始加工活塞孔。工件后部的r20mm圓弧屬于工藝限制下的結(jié)構(gòu)，它是為了能夠使得刀具下到鉗口并加工活塞內(nèi)孔所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)，用于刀具進(jìn)出工件避開碰撞工件的。對(duì)于鑄件，其r20mm的尺寸很難得到加工時(shí)的精度要求，也就無(wú)法保證不碰到刀具、刀柄。為此，在活塞孔開始加工之前，對(duì)該圓弧進(jìn)行下必要的處理，使得在后續(xù)的加工中，不碰到刀具、刀柄。同樣的道理，工件活塞內(nèi)孔的毛坯雖然為50mm，但是鑄

34、件的原因，使得其材料的分布并不是很均勻?？紤]到后續(xù)加工的53.3mm刀具不會(huì)因?yàn)榧庸ちΣ痪鶆蚨档捅旧淼毒叩膭偠?，我們先?duì)其內(nèi)孔進(jìn)行擴(kuò)孔。在節(jié)拍的限制之下，我們將這兩步的加工整合起來(lái)，放到同一把刀具上加工。之后，使用t3、53.3mm的鏜刀，先對(duì)孔進(jìn)行粗加工，按照?qǐng)D紙要求，在軸向上加工到底孔厚度為8.5mm；使用t4刀具，對(duì)活塞孔口進(jìn)行粗加工；然后使用t5、54mm的鉸刀，對(duì)活塞孔進(jìn)行徑向上的精加工以及t6的孔口倒角精加工；完成后，使用t7、t8成型槽刀，用插補(bǔ)程序加工出需要的防塵槽?；钊准庸ね瓿珊螅?0mm的立銑刀，加工出制動(dòng)鉗安裝平面。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的原因，其安裝面靠?jī)?nèi)側(cè)方向必須為平面，所以

35、加工時(shí)，只能使用銑刀以走直線的方式沿設(shè)計(jì)平面銑出安裝平面。對(duì)于工件，這一方向上的內(nèi)容至此已經(jīng)全部完成，回轉(zhuǎn)臺(tái)面180度。根據(jù)10x1.5螺紋孔的國(guó)標(biāo)，其對(duì)應(yīng)的小徑孔為8.5mm。因此，使用直徑8.5mm的鉆頭對(duì)螺紋孔進(jìn)行鏜孔；在刀具的第二臺(tái)階安裝有17.5mm的刀片以方便在加工完鏜孔后加工沉頭孔。再對(duì)上一步完成的孔進(jìn)行攻絲，絲錐為m10x1.5mm。使用立銑刀，加工出旁邊的8mm槽。最后，使用合金式復(fù)合鉆孔刀。先鉆出8.1的安裝孔，然后使用刀片的端面刮出23mm的螺栓安裝面。完成整個(gè)加工。2.3.2 刀具選用說明及原則就一般來(lái)說，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，尤其是對(duì)于現(xiàn)代制造業(yè)中的機(jī)加工而言，因?yàn)楫a(chǎn)品本

36、身的換代更新時(shí)間變得越來(lái)越快，每次都需要針對(duì)不同的產(chǎn)品增加或購(gòu)買不同的刀具，所以刀具（刀柄、刀桿、刀片）已經(jīng)是整個(gè)生產(chǎn)過程中一項(xiàng)重要的消耗項(xiàng)目。如何能夠合理并且最優(yōu)化的使用刀具成為了各制造業(yè)企業(yè)降低公司成本的一個(gè)重要因素，使之滿足日常的柔性制造系統(tǒng)的要求。本次j200前制動(dòng)鉗的加工工藝方案便是基于這樣的思想指導(dǎo)下，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝規(guī)劃并選用刀具的。比如說，在加工制動(dòng)鉗前端的m10x1.5螺紋孔，首先需要使用直徑為8.5mm的鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，而該孔所在的平面又必須加工出一個(gè)直徑為17.5mm的沉頭孔。因此，對(duì)于該工序，設(shè)計(jì)人員完全有理由使用一把復(fù)合擴(kuò)孔銑刀將這兩個(gè)工序合并為一次加工，即節(jié)省加工時(shí)間，

37、也減少了刀具的數(shù)量。圖2.12 復(fù)合擴(kuò)孔銑刀前端加工部位示意圖2.3.3加工中心工步說明卡、刀具選用卡序號(hào)段號(hào)工步內(nèi)容刀號(hào)刀具規(guī)格刀具名稱nr/minvm/minsmm/min1n100銑螺孔平面1-25平面，深12t925六刃合金立銑200鉆低面孔1-8.1 穿t138.18.1合金鉆頭340086.526803n300插補(bǔ)銑r1310.05內(nèi)圓弧面t1160三面刃銑刀3181602454n400鏜活塞孔地面1-50并孔口倒角，修r(nóng)20圓弧t250/40復(fù)合擴(kuò)孔刀500785605n500粗鏜活塞孔至1-53.3，深48t353.3雙刃鏜刀900150.82166n

38、600粗?jǐn)U活塞孔至1-65.2和57及倒角，深10t465.257復(fù)合擴(kuò)孔刀40071.8647n700鉸活塞孔至1-54，深48t554復(fù)合鉸刀236401608n800鉸活塞孔至1-66和57.6及倒角,深10t66657.6復(fù)合鉸刀3005442009n900插補(bǔ)銑防塵槽t750成型槽刀45070.730010n1000插補(bǔ)銑防塵槽t850成型槽刀45070.730011n110012n1200銑安裝孔2-8.1t925六刃過中心合金立銑刀1500117.890013n1300臺(tái)面回轉(zhuǎn)180度14n1400锪1-17平面并擴(kuò)螺紋孔至8.5，深14t11178.5復(fù)合擴(kuò)刀300080.11

39、96015n1500攻絲m10x1.5t14m10x1.5絲錐70022105016n1600銑安裝孔至2-8.1并帶倒角，深14t138.1合金復(fù)合鉆320081.4464017n1700銑1-8槽 深14t128.四刃過中心合金立銑刀200050.27480補(bǔ)充說明:t1、7、8要輸入刀具半徑補(bǔ)償3制動(dòng)鉗工裝夾具方案設(shè)計(jì)3.1制動(dòng)鉗零件工裝夾具設(shè)計(jì)流程3.1.1制動(dòng)鉗零件工裝夾具設(shè)計(jì)目前對(duì)制動(dòng)鉗這一類的零件工裝夾具并沒有一個(gè)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)規(guī)定，在本文中，根據(jù)夾具的實(shí)際設(shè)計(jì)過程，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，將工裝夾具的設(shè)計(jì)過程分為兩個(gè)階段：概念、優(yōu)化設(shè)計(jì)階段和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段。為了

40、減少夾具的設(shè)計(jì)和試制成本，所以本文將工裝夾具的概念設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)相結(jié)合在一起，以更好的發(fā)揮數(shù)字化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。所謂的概念設(shè)計(jì)，對(duì)于任何一樣產(chǎn)品而言，它都處于設(shè)計(jì)周期中最初階段，同時(shí)也正是這個(gè)階段決定了產(chǎn)品的最終經(jīng)濟(jì)效果，從源頭上控制整個(gè)產(chǎn)品線的生產(chǎn)成本。對(duì)于工裝夾具，其概念設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：根據(jù)零件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形狀和加工要求，分析具體的設(shè)計(jì)要求，從而確定整個(gè)工裝夾具的種類、結(jié)構(gòu)和布置方案。在概念設(shè)計(jì)階段完成之后，是優(yōu)化設(shè)計(jì)階段?？紤]到夾具對(duì)刀具的影響，根據(jù)制定的工藝方案，把握整個(gè)制動(dòng)鉗鑄造件的空間形狀，以及加工位置和空間大小。合理設(shè)計(jì)工裝夾具的定位點(diǎn)的布置位置和大致結(jié)構(gòu)，分析工裝夾具的結(jié)構(gòu)和布置方

41、案，比如說，查看零件定位點(diǎn)和支撐點(diǎn)是否合理有效以及是否有刀具干涉等問題，并以此得到反饋信息對(duì)夾具的布局和結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)的修改，最后得到符合設(shè)計(jì)要求的工裝夾具具體方案。在完成概念設(shè)計(jì)階段之后是工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，是對(duì)真?zhèn)€夾具的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行具體、詳細(xì)地分解，明確夾具各個(gè)組成部分的種類和構(gòu)成，以及完成夾具的每個(gè)組件組成部分以及定位基準(zhǔn)的確定，最后繪制出工裝夾具工件圖。3.1.2制動(dòng)鉗零件工裝夾具的設(shè)計(jì)流程傳統(tǒng)的機(jī)床夾具設(shè)計(jì)采用通常以二維平面整體設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，由裝配圖拆畫零件圖，然后通過人工校對(duì)方法驗(yàn)證零件圖的正確性，再由二維零件圖虛擬想象出空間三維模型的基礎(chǔ)上，編制機(jī)械加工工藝規(guī)程，加工出合格的零件

42、實(shí)物，最后再由零件裝配出滿足要求的產(chǎn)品。與此同時(shí)，在一般夾具的設(shè)計(jì)工程中，工裝設(shè)計(jì)人員常采用類比法進(jìn)行結(jié)構(gòu)校核，通常能滿足要求，就不需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算與分析；但是，對(duì)于柔性?shī)A具的設(shè)計(jì)，由于fms加工零件結(jié)構(gòu)精度不一樣，fms對(duì)夾具設(shè)計(jì)提出的要求也就不一樣了，再加上柔性?shī)A具自身的特點(diǎn)等，夾具基礎(chǔ)件有可能做成專用件，如孔槽相間的基礎(chǔ)板，既可以是平板式的，又可以是整體立碑式的，還可以是組合碑式的，此時(shí)，如果不加分析就把基礎(chǔ)板制造出來(lái)，不僅達(dá)不到fms對(duì)夾具提出的要求，而且會(huì)造成極大的浪費(fèi)和損失，導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)遲緩。隨著計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展和各種cad/cam/cae軟件的出現(xiàn)，現(xiàn)代夾具

43、設(shè)計(jì)的方法發(fā)生了很大的變化，圖3.2是基于零件數(shù)模以及solidworks、cosmos works等cad/cae/cam軟件上的汽車零部件工裝夾具的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)流程圖。本設(shè)計(jì)流程的特點(diǎn)是采用主模型原理，建立統(tǒng)一的工裝夾具分析模型，從概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化以及右面的環(huán)節(jié)都采用唯一的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)能夠在虛擬環(huán)境狀態(tài)下構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析，以提前解決那些將在時(shí)間、成本、質(zhì)量等方面產(chǎn)生的問題。在設(shè)計(jì)制動(dòng)鉗類零件工裝夾具的過程中的定位夾具時(shí)，采用了自上而下的設(shè)計(jì)方案，從開始就建立高度抽象的模型進(jìn)行目標(biāo)驗(yàn)證，隨著設(shè)計(jì)由概念到實(shí)施的進(jìn)展，抽象模型不斷被具體化，同時(shí)在設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)逐層次進(jìn)

44、行建模和驗(yàn)證。分析車身件外形，建立支撐件和定位銷確定夾具初步設(shè)計(jì)方案布局方案的確定及優(yōu)化、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)干涉輸出夾具數(shù)模不干涉solidworks中進(jìn)行裝備干涉試驗(yàn)刀具干涉模擬干涉結(jié)束輸入制動(dòng)鉗數(shù)模圖3.1 汽車制動(dòng)鉗工裝夾具設(shè)計(jì)流程圖3.2汽車制動(dòng)鉗工裝夾具布局設(shè)計(jì)在現(xiàn)代制造業(yè)企業(yè)中，對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量與實(shí)際工作效率有著越來(lái)越重要的地位。因?yàn)榱慵诠ぱb夾具上被機(jī)床加工成型的，所以?shī)A具在整個(gè)加工過程中起者重要的作用。這說明零件能夠合理正確地安裝于夾具且定位準(zhǔn)確是非常重要也是必要的；另一方面，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，零件的安裝與卸載都必將消耗一定的時(shí)間，它們占據(jù)了工廠生產(chǎn)節(jié)拍中的一部分時(shí)間。為了提高整個(gè)節(jié)

45、拍中有效的加工時(shí)間，就必須對(duì)零件工裝夾具進(jìn)行合理的布局與排放，使得一次裝夾，加工多個(gè)零件來(lái)提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，夾具布局方案的合理設(shè)計(jì)以及夾具的標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化設(shè)計(jì)以及快速化制造都是減少夾具種類和數(shù)量、縮短夾具設(shè)計(jì)加工時(shí)間及減少夾具設(shè)計(jì)和制造成本、提高加工質(zhì)量的一個(gè)非常重要的保證。3.2.1制動(dòng)鉗零件工裝夾具布局設(shè)計(jì)流程工裝夾具的布局設(shè)計(jì)的主要功能是確定主要定位點(diǎn)位置、數(shù)量和輔助定位點(diǎn)位置，并且在滿足加工精度的前提下，優(yōu)化夾具布局設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳的性價(jià)比。其主要流程圖3.2如圖所示。分析工件外形，建立支撐點(diǎn)初步確立分析模型分析工件具體結(jié)構(gòu)，確定主定位點(diǎn)，試定輔助支撐點(diǎn)把工件定位模型導(dǎo)入cosmos

46、進(jìn)行核算不合格合格確定夾具布局方案，設(shè)計(jì)、選擇夾具圖3.2 制動(dòng)鉗類零件工裝夾具布局設(shè)計(jì)流程圖3.2.2剛性零件常用的“3-2-1”定位原理一般來(lái)說對(duì)于剛性零件，通常我們采用“3-2-1”定位原理來(lái)固定工件，而不象薄板類零件所使用的近幾年所提出的“n-2-1”定位方式。所謂的“3-2-1”定位原理，即第一定位面上使用3個(gè)不在同一條直線的上點(diǎn)作為3個(gè)定位基準(zhǔn)點(diǎn)，以此來(lái)形成3點(diǎn)確定一面的方式定位。完成第一基準(zhǔn)面定位后，工件一般只剩下第一基準(zhǔn)面內(nèi)兩坐標(biāo)方向上的位移以及垂直于此面軸線方向上的旋轉(zhuǎn)。通過第二基準(zhǔn)面的2個(gè)定位點(diǎn)約束，此時(shí)的工件就剩下最后一個(gè)方向上的位移，利用第三定位點(diǎn)，整個(gè)工件便在空間上的

47、6個(gè)約束完全被固定。圖3.3 工件空間內(nèi)三方向定位：；藍(lán)色為第一面、紅色為第二面、綠色為第三面3.2.3工裝夾具工件定位點(diǎn)的有限元分析流程cosmos是srac（structural research & analysis corporation）推出的一套強(qiáng)大的有限元分析軟件。由于cosmos采用ffe (fast finite element)技術(shù)，使得復(fù)雜耗時(shí)的工程分析時(shí)間大大縮短。它功能強(qiáng)大，可對(duì)模型（零件或裝配體）進(jìn)行線性靜態(tài)應(yīng)力分析、非線性分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析、優(yōu)化分析、疲勞分析、掉落測(cè)試等的一整套解決方案。“3-2-1”定位原理廣泛應(yīng)用于剛性件，在此基礎(chǔ)上，本文利用有

48、fea有限元技術(shù)結(jié)合cosmos，對(duì)工件的“3-2-1”定位點(diǎn)的布置方案進(jìn)行結(jié)果分析與探討，為柔性件工裝夾具的設(shè)計(jì)提供了一種較為簡(jiǎn)單的使用方法。一般的有限元分析流程如下：1) 模型準(zhǔn)備2) 網(wǎng)格劃分3) 定義材料特性4) 施加載荷與邊界條件5) 檢查有限元模型6) 分析求解7) 模型后處理也可以在幾何模型上直接施加載荷和邊界條件，再劃分網(wǎng)格。3.2.4制動(dòng)鉗工裝夾具有限元模型分析對(duì)于定位點(diǎn)分布確定后，考慮到機(jī)床的液壓夾緊力大小，利用cosmos有限元工具對(duì)該定位方案合理性進(jìn)行必要的分析，并根據(jù)所得反饋數(shù)據(jù)改動(dòng)工件定位點(diǎn)位置分布以達(dá)到加工精度要求。 （1）建立制動(dòng)鉗零件、分析模型 將原始的stp

49、文件直接通過solidworks軟件讀取，得到j(luò)200前制動(dòng)鉗零件模型。注意在轉(zhuǎn)換的過程中選擇正確的選項(xiàng)以避免使得模型文件只是以曲面特征導(dǎo)入而影響后續(xù)的fea分析。（2）選擇零件的材料屬性 通過模型樹中的“材料選擇”，將“灰鑄鐵”屬性添加到模型屬性內(nèi)。材料的彈性模量e6.62e10n/m2, 密度7.2e4kg/m3，泊松比0.27。圖3.4 cosmos中對(duì)零件定義材料 （3）約束工件 按照實(shí)際加工的情況，工件將被固定于工裝夾具上。在cosmos選項(xiàng)中，建立3個(gè)固定面，分別約束工件x、y、z方向上移動(dòng)自由度以及各自軸上的旋轉(zhuǎn)自由度。圖3.5 cosmos中對(duì)工件進(jìn)行固定面約束 （4）添加壓力

50、 選擇x、y、z方向上3個(gè)不同平面上的受力點(diǎn)，并輸入相應(yīng)的力的大小。在輸入載荷類型的時(shí)候，必須確認(rèn)所選的是“力”，而不是“壓力”。圖3.6 cosmos中選擇對(duì)工件施力的類型 對(duì)于夾具夾緊力的計(jì)算，必須考慮到以下2個(gè)因素：一，夾具必須也是最起碼要求能夠克服工件自身因重力因素而不掉落；二，夾具必須能夠克服因?yàn)榈毒咔邢鞴ぜ瑢⒉牧蠌墓ぜ砻鎰冸x時(shí)產(chǎn)生的力，通過公式計(jì)算，因當(dāng)找出該工序刀具加工過程中受力最大的加工；三，夾具的夾緊力應(yīng)該是機(jī)床液壓油所能達(dá)到的范圍，并且須通過靜應(yīng)力分析，對(duì)工件及夾具本身不會(huì)造成應(yīng)力變形。從實(shí)際角度出發(fā)，本文根據(jù)工件自身的重力，并由刀具工藝規(guī)劃過程中計(jì)算出的刀具切削力，將

51、兩者數(shù)值想加，得出的最大合力為：1400n，考慮到計(jì)算過程中給予參數(shù)一定的裕度，將最終夾緊力頂為 1600n、約160公斤夾緊力。圖3.7 cosmos中施加工件的受力（5）對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格化不同等級(jí)的網(wǎng)格有著不同的特性。網(wǎng)格越大，計(jì)算機(jī)的計(jì)算量少且時(shí)間短但本身計(jì)算結(jié)果精度不高；網(wǎng)格小則計(jì)算結(jié)果精度高，但處理時(shí)間長(zhǎng)且不適用于模型表面復(fù)雜的零件。在計(jì)算機(jī)可處理的情況下，本文將網(wǎng)格選擇到其范圍內(nèi)的最小值：3.3072mm。圖3.8 cosmos中細(xì)化網(wǎng)格以提高精度（1） 輸出結(jié)果j200 毛坯-cosmosxpressstudy.htm圖3.9 vonmises應(yīng)力分布圖圖3.10 合位移分布圖根據(jù)

52、輸出得到的結(jié)果圖，可得工件工裝時(shí)的最大的應(yīng)力為4.6e+004n/m2，遠(yuǎn)小于工件本身材料的屈服應(yīng)力5.0e+004n/ m2，換而言之，在實(shí)際的加工過程中，機(jī)床夾具對(duì)工件所產(chǎn)生的夾緊力并不會(huì)影響到工件，其加工精度可以保障。3.3制動(dòng)鉗工裝夾具的布局方案的初步確立 在經(jīng)過前一步的夾具定位點(diǎn)的確定后，根據(jù)工件的實(shí)際裝夾與操作，對(duì)該工裝夾具進(jìn)行一些必要的后續(xù)輔助設(shè)計(jì)： （1）對(duì)于工件，如何使其能夠正確的安放于夾具體上而不滑移或是摔落到地面上造成工件損毀，即機(jī)床夾具未工作的情況下預(yù)先對(duì)夾具提供一個(gè)有效的夾持裝置，附加預(yù)夾緊裝置。（2）考慮到整個(gè)流水線上的機(jī)床在不同的時(shí)間段內(nèi)將加工不同系列的制動(dòng)鉗類零

53、件。由于fms的原因，依靠操作人員的目視化檢查，難以保證有足夠高的正確率防止錯(cuò)誤的工件被安裝于夾具上。因此，需要在工裝夾具上設(shè)有相關(guān)的防錯(cuò)裝置以起到發(fā)現(xiàn)工件安裝錯(cuò)誤作用。4制動(dòng)鉗工裝夾具詳細(xì)設(shè)計(jì)4.1軟件選用說4.1.1設(shè)計(jì)環(huán)境說明solidworks是在windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)三維機(jī)械cad軟件。它采用了windows用戶界面，擁有強(qiáng)大、動(dòng)態(tài)激活的屬性管理器，以靈活的草圖繪制為基礎(chǔ)，輔助以特征建立能力以及裝配控制功能，并提供了自由、開放、功能完整的api開發(fā)工具接口。這些功能使solidworks實(shí)現(xiàn)了三維cad軟件一貫倡導(dǎo)的易用性、高效性和功能強(qiáng)大，完整地提供了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的解決方案。

54、目前，使用solidworks軟件進(jìn)行參數(shù)化建模的主要技術(shù)是：基于特征。將某些具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸存為可調(diào)參數(shù)，進(jìn)而形成實(shí)體，以次為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行更為復(fù)雜的幾何形體的構(gòu)造。全尺寸約束。將形狀和尺寸聯(lián)系起來(lái)考慮，通過尺寸約束來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何形狀的控制。尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。通過編輯尺寸數(shù)值來(lái)驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變，尺寸參數(shù)的修改將導(dǎo)致其他相關(guān)模塊中的相關(guān)尺寸的全盤更新。采用這種技術(shù)的理由在于它能夠徹底地克服了自由建模的無(wú)約束狀態(tài)，幾何形狀均以尺寸的形式而被牢牢地控制住。對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)來(lái)說，尺寸約束與尺寸驅(qū)動(dòng)決定了產(chǎn)品開發(fā)過程中產(chǎn)品建模對(duì)時(shí)間需求的減少，以及在后期因?qū)嶋H生產(chǎn)、加工與使用

55、過程中所碰到的問題而對(duì)對(duì)產(chǎn)品反復(fù)修改所帶來(lái)的方便性，設(shè)計(jì)人員只需修改相關(guān)的參數(shù)即可即時(shí)動(dòng)態(tài)化的將結(jié)果反饋在屏幕上，改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中因一個(gè)尺寸的改變而導(dǎo)致整個(gè)裝配布局的更新?；谝陨系脑颍疚脑O(shè)計(jì)過程中的模型建立選用solidworks來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.1.2參數(shù)化鍵模的實(shí)現(xiàn)目前參數(shù)化鍵模技術(shù)大致可以分為如下三種方法：（1）基于尺寸驅(qū)動(dòng)的參數(shù)化鍵?；诔叽珧?qū)動(dòng)的參數(shù)化鍵模通過對(duì)模型的集合尺寸進(jìn)行修改實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的修改。它是應(yīng)用最為廣泛的鍵模方法，也是最基本的方法。事實(shí)上，無(wú)論其余的方法利用什么來(lái)改變圖形，根本上都是通過幾何尺寸的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。比如，在solidworks中建立一個(gè)實(shí)體，在實(shí)體上標(biāo)明

56、尺寸，尺寸線可以看成一個(gè)有向線段，上面的尺寸數(shù)字就是參數(shù)名，其方向反映了幾何數(shù)據(jù)實(shí)體和參數(shù)間的關(guān)系，由用戶輸入的參數(shù)名找到對(duì)應(yīng)的實(shí)體，進(jìn)而根據(jù)參數(shù)值對(duì)實(shí)體進(jìn)行編輯修改。（2）基于約束驅(qū)動(dòng)的參數(shù)化鍵模在維持幾何約束關(guān)系不變的前提條件下，通過約束值的修改實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的變化，幾何約束驅(qū)動(dòng)本質(zhì)上是一個(gè)幾何實(shí)體約束滿足的過程，他通過一定的約束規(guī)劃和推理方法實(shí)現(xiàn)幾何實(shí)體的空間定位?；趲缀渭s束的參數(shù)化鍵模用幾何約束來(lái)表達(dá)產(chǎn)品模型的形狀特征，定義一組參數(shù)以控制設(shè)計(jì)結(jié)果，從而能夠通過調(diào)整參數(shù)來(lái)修改設(shè)計(jì)模型。產(chǎn)品模型的修改通過尺寸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，通過給定的幾組參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)了系列零件或標(biāo)準(zhǔn)件的自動(dòng)生成。約束的引入使對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)依賴關(guān)系的描述成為可能。（3）基于特征模型的參數(shù)化鍵?；谔卣鞯膮?shù)化鍵模綜合運(yùn)用參數(shù)化特征造型的變量幾何法和基于生成歷程法這兩種造型的變量幾何法實(shí)現(xiàn)特征的結(jié)構(gòu)和編輯?；谔卣鞯膮?shù)化鍵模是新興的cad鍵模方法，是cad/capp/cam的熱點(diǎn)研究方向。幾種方法各有利弊，基于尺寸驅(qū)動(dòng)的參數(shù)化鍵模沒有明確模型的