机械产品设计与3D打印

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1、,机械产品创新设计与3D打印（机工版）, 机床夹具的设计案例,课程 框架,3,01.,02.,03.,目录,04. 05.,甲方现提供一批毛坯原料，希望加工商按照要求利用毛坯进行加工 一批符合外观要求的零件，加工商应该怎样才能将毛坯固定在设备上进 行加工处理？,图2.3-1：毛坯,图2.3-2：案例工件,一课程引入,二,机床夹具的设计思路,机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是 将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地 夹紧。因此简单来说设计夹具的目的就是为了将工件摆放在正确位置上。但 由于不同工件有相应的特异性，因此传统的通用夹具无法满足定位

2、夹紧的需 求，这个时候就需要设计出一套只供工件使用的专用夹具，来实现工件的定 位夹紧。夹具就是在这样的背景下才会被设计出来。,图2.3-3：专用夹具,二,机床夹具的设计思路,在设计夹具前首先要对工件进行分析，了解工件的外观、作用、加工精 度、加工要求，根据工件进行专用夹具的分析。最主要的是用于什么工艺， 如何根据工件确定夹紧位置和何如进行定位。同时还要明确该工件用途是什 么，怎么进行加工，这样才能设计出一套符合加工要求同时还能体现出作用 的夹具。,图2.3-4：案例工件的专用夹具,实践与训练 不同的工件有不同的差异性，根据工作要求设计出专用夹具。 要求：（1）机床夹具的作用； 机床夹具的设计思

3、路； 学生填写项目单卡。,二,机床夹具的设计思路,夹具要满足夹紧和定位这两个基本 功能，因此每个夹具都会有夹紧装置和 定位装置。 夹紧装置主要用于对工件的夹紧， 保持工件能够固定在夹具上，换一种说 法就是限制了工件的自由度。 夹紧装置一般分为主要夹紧和辅助 夹紧两种，大部分的主要夹紧体为可动 的，用于锁紧工件；而辅助夹紧体则是 固定在底座上的，与主要夹紧体配合使 用。 在设计夹具时基本上都是先设计夹 紧装置，先确定工件的夹紧方式。确认 夹具接下来的整体设计流程。,三机床夹具的设计流程,1、夹紧装置,图2.3-5：夹紧装置,定位装置的主要作用是限制工件Z 方向上的自由度，同时起到了支承工件 的作

4、用。 定位装置的分类也可以分为主要定位体 和辅助定位体。主要定位体都是定位工件的 主要移动方向，如Z方向；而辅助定位体则 是定位工件可能会发生偏移的方向，比如在 加工时刀具触碰工件产生的位置偏移。 定位装置与夹紧装置的配合使用，可以 完全地限制工件的自由度。,三机床夹具的设计流程,2、定位装置,图2.3-6：定位装置,机床夹具的设计流程,在夹具中，有一种比较特殊的装置，叫 做限位体。它是根据工件的要求进行设计的， 目的是进一步限制工件的自由度。 一般的夹具只有包含夹紧装置和定位装 置，但是由于某些工件外观的特殊性，这些 基础装置有可能保证不了工件在进行加工时 的相对平衡状态，为了消除这种情况的

5、发生， 就会设计出限位体，进一步进行夹紧定位。 限位体可以是夹紧装置，也可以是定位 装置，更有可能夹紧和定位共同实现。,三,3、限位体,图2.3-7：限位装置,三机床夹具的设计流程,4、底座 底座的作用是整套夹具的支承装置，在设计好夹具的基本部件后，才进行底座的设计。底座 会根据部件的位置、形状和大小产生变化，因此需要先将主要部件设计出来，进行预组装操作， 才能根据组装效果确定底座的大小和形状，进而设计出合适的底座。,图2.3-8：限位装置,实践与训练 根据工件的要求分析出机床夹具的主要结构和设计思路。 思考：（1）机床夹具的组成结构； 机床夹具的设计思路； 学生填写项目单卡。,机床夹具的设计

6、流程,三,定位装置的接触面：定位装置的接触面的形状有三种：一种是平面接触；一种是球面接触；一 种是齿状接触，不同的接触方式用于不同的加工面。平面适合精加工过的面；球面适合粗加工的面； 齿状适合工件的侧面接触或者顶面接触。 夹紧头的接触面：夹紧头的接触面同样也分为平面接触和刃面接触；平面接触就如图中的接触 方式；而刃面接触是接触面为一条线状的。同样平面接触适合精加工过的面，刃面接触适合粗加工的 面。 倒角：在整套夹具中一定会存在直角位，这样的直角位在实际使用过程中，有引发安全问题和 增大加工难度，因此需要进行倒斜角或者倒圆角的操作。,四机床夹具的细节处理,图2.3-9：定位接触面,图2.3-10

7、：夹紧接触面,图2.3-11：直角位倒角,课程总结 在设计前夹具前首先要对需要夹持的工件进行分析； 根据分析结果得出夹具的设计思路； 明确夹具的组成结构再进行设计； 注意设计时的细节处理。,五,课程总结、课后作业及5S管理,课程总结、课后作业及5S管理,对工件进行分析，得出分析结果； 整理好设计思路，并列出夹具的组成部分； 根据设计流程设计出夹具。,课后作业,五,课程总结、课后作业及5S管理,5S管理 所使用计算机已按要求关机断电； 已整理工作台面，桌椅放置整齐； 已清扫所在场所，无废纸垃圾； 门窗已按要求锁好，熄灯； 已填写物品使用记录。,五,THANK YOU 感谢各位观看,FDM原理与F

8、DM机器,机械产品创新设计与3D打印（机工版）,课程 框架,课程引入,课程总结，布置作业,激学导思,讲授新知,教学巩固,教学提升,教学延伸,课程总结 及5S整理,5分钟,15分钟,15分钟,30分钟,15分钟,10分钟,实践训练交流讨论 FDM打印原理 实践训练评价反馈 FDM工艺应用,3D打印概念,课程引入,课程总结、课后作业及5S管理,一,二,三,四,五,目录,3D打印概念,FDM打印原理,FDM工艺应用,（1）能够根据产品参数选择FDM工艺。 能力目标,知识目标,（1）掌握3D打印概念； （2）掌握FDM原理。,素质目标,（1）具有严谨求实的精神； （2）具有个人实践创新能力； （3）具

9、备5S职业素养。,课程 目标,一,课程引入,小明最近在设计制作一款多孔位排插产品，需使用3D打印制造样品进行 验证，但是小明对3D打印方面的技术完全不了解，需要你进行技术指导。 指导小明了解3D打印技术，如何选择、应用3D打印技术。,图14.1.1-1：多孔位排插,二3D打印概念,3D打印技术，也叫增材制造技术；它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末 状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。常在模 具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造， 已经有使用这种技术打印而成的零部件。,图14.1.1-2：3D打印的珠宝模型,实践与训练,针对训练单卡“训

10、练一”，查阅3D打印的相关资料。 要求：（1）列举目前常见的3D打印技术； 列举3D打印与2D打印的异同点； 填写项目单卡。,二,3D打印概念,三,FDM打印原理,表14.1.1-1：FDM简介,图14.1.1-3：FDM原理图,实践与训练,针对训练单卡“训练二”请根据老师讲解的内容，小组讨论 FDM打印的优缺点 要求：（1）列举FDM打印的优缺点； （2）填写项目单卡,三,FDM打印原理,四FDM工艺应用,由于熔融沉积成型工艺(FDM)的设备价格相对较低，对环境无特殊要求，材料 环保且价格低，所以在3D打印领域，被广泛应用。FDM打印工艺广泛应用于教 学，医疗，产品研发验证，创意设计等多个领

11、域。,图14.1.1-5：医疗模型,图14.1.1-6：创意设计,图14.1.1-4：教学模型,五,课程总结、课后作业及5S管理,课程总结 （1）3D打印技术又名增材制造技术，它是以数模为基础，逐层 叠加的方式制造物体； FDM打印的原理是将熔化的丝材依照预定轨迹逐层叠加； FDM打印广泛用于各种模型打印中；,五,课程总结、课后作业及5S管理,课后作业 了解更多的3D打印工艺； 简单描述FDM的原理； 列举3D打印与2D打印的异同点；,机械产品创新设计与3D打印（机工版） 认识拓扑设计,演示者 2020-09-04 07:40:49 - 更多免费教程和模板请访问 ：,课程 框架,课程引入,拓扑

12、设计概念,实践训练交流讨论 拓扑设计的应用 实践训练评价反馈 拓扑设计的边界条件,课程总结，布置作业,激学导思,讲授新知,教学巩固,教学提升,教学延伸,课程总结 及5S整理,5分钟,15分钟,15分钟,30分钟,15分钟,10分钟,课程引入,拓扑设计概念,拓扑设计的应用,拓扑设计的边界条件,课程总结、课后作业及5S管理,一,二,三,四,五,目录,能力目标,（1）能够根据需求选择拓扑设计； （2）能够分析模型的边界条件,知识目标,（1）了解拓扑设计的概念； （2）了解拓扑设计的应用领域； （3）了解点阵结构的概念。,素质目标,（1）具有严谨求实精神； （2）具有自主学习的能力； （3）具备5S职

13、业素养。,课程 目标,一,课程引入,某公司为了减低成本，需对汽车脚踏板进行优化设计，使其质量更轻，并 保证结构稳定。,图6-1：传统汽车脚踏板,二,拓扑设计概念,表6-1：拓扑设计简介,二,如右图所示，该零件为汽车脚踏板， 通过拓扑设计，该零件制造成本降 低，外形更独特，且结构保持稳定。,图6-2：拓扑结构优化,拓扑设计概念,针对训练单卡“训练一”，分析生活中哪些零件可以进行拓扑优化。 思考生活中，哪些零件是有拓扑优化； 将相应的问题填写倒项目单卡中；,实践与训练,二,拓扑设计概念,三,拓扑设计的应用,拓扑设计主要是解决零件成本控制，重量控制，缩短设计周期。在航天航空，汽车制造， 产品优化等都

14、有应用。,图6-3：拓扑设计应用,四拓扑设计的边界条件,零件在进行拓扑设计之前，需要对零件的边界条件进行分析： 分析零件材料特性； 分析零件静态受力情况； 分析零件优化区域划分。,图6-4：边界条件分析,四,拓扑设计的边界条件,表6-2：拓扑设计的边界条件,实践与训练,针对训练单卡“训练二”，对模型6.1.1-5进行边界条件分析。 分析材料特性； 受力分析； 划分区域 将相应的问题填写到项目单卡上。,图6-5 支架,四,拓扑设计的边界条件,四,拓扑设计的边界条件,图6-7：拓扑+点阵结构设计,图6-6：点阵结构设计,表6-3：点阵结构简介,实践与训练,针对训练单卡“训练三”，对点阵结构进行分析。 用什么工艺可以加工出点阵结构的零件。 点阵结构与拓扑结构有什么区别。,四,拓扑设计的边界条件,课程总结