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1、毕业设计说明书 第 37 页 1绪论1.1 课题研究的目的和意义1.1.1 目的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。机床夹具的设计包括生产任务及工作过程分析、工件的定位、工件的夹紧、刀具导向与夹具的对定、夹具连接元件和夹具体的设计、夹具图样设计、夹具精度校核、各类专用夹具的设计。其中机床夹具按使用的机床分类由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹
2、具等。我所设计的夹具是车床夹具在车床上用来加工工件内、外回转面及端面的夹具称为车床夹具。车床夹具多数安装在主轴上；少数安装在床鞍或床身上。由于设计的零件比较的多，所以需要每次掉零件，然后打开装配图，这样的工作比较的繁重，比较的浪费时间。为了更好地利用这些东西，所以我们借助于计算机辅助设计来，以及通过编写程序来达到调用这些零件，调用装配图，这样就提高了效率，为一个企业的生存提供了竞争的条件。1.1.2 意义车床夹具是车床上的主要的夹具零件，通过对他的参数化设计，来熟练的掌握proe的参数化设计过程，以及对vc+语言的过程。通过程序的编写可以达到改变零件的尺寸来改变装配图的尺寸，然后对一些标准的零
3、件需要建立一些数据库，数据库的作用是把一些零件的主要尺寸储存起来，以便调用。主要的作用是通过proe的开发工具protoolkit结合着vs2005+sql2000来达到多零件的参数化设计和参数化调用，通过对话框的形式对其进行改变。1.2 本课题在国内的研究和发展现状1.2.1 国内cad的应用现状如果让我们调查一下国内企业中CAD 的应用，会得出如下结论，很多所谓CAD应用很好的企业，也只是做到用手工出图转变为计算机出图的现状，当然计算机出图是有很多优点的，漂亮、规范、修改容易、存档方便等。但是如果我们只是停留在这个阶段，就失去了CAD 的作用，因为CAD 是辅助设计，不是辅助绘图。既然是设
4、计就不但想到产品的机械模型，还应想到产品的结构分析、运动机构分析和生产加工处理等，只有这样才能真正发挥CAD 的作用。如果真正做到这一点，单凭二维设计是不够的，虽然传统的制图方法是通过二维视图来描述三维实体，但这种描述做不到进一步的结构分析、运动机构分析和数控加工，不能真正做到生产的自动化，更有甚者，二维视图的描述经常出现二意性和理解错误，因为人们只是按着一些规定在想象三维的模样，限于这种描述方法的缺陷，必须找到更先进的、更合理的三维设计手段，使CAD、CAM、CAE以及PDM容为一体。当然这个目标要有一个过程，但现在我们必须明确。其实，很早就有了先进的解决办法，那就是采用在图形工作站上使用三
5、维CAD 软件，只所以采用工作站是因为当时的微机还不能胜任这项工作，也确实有很多企业看到这种先机，于是不论系统是多么昂贵，不惜血本买进大量的工作站系统，事隔几年，一些企业叫苦不迭，因为血本并未带回效益。但回过头来看，我们发现，这种思想是对的，只是这个想法未变成现实，因为买来的工作站系统在闲置，一个静止的机器怎能去创造效益呢？ 究其原因有很多，但最主要的原因是工作站上的系统软件和CAD软件使用起来太复杂，并不能使每个设计人员都能掌握，因此，一旦熟悉操作、使用的（经过培训）技术人员流失，系统马上进入瘫痪，再培养人员是几年以后的事情，转眼到了系统该更新的时候了。是否是我们的设计人员水平低呢？不是，我
6、们的设计水平是够的，是我们的CAD系统太复杂了，不可能在有限的时间内让技术人员既精通本专业，又精通另外的计算机专业。所以必须使系统软件和CAD 软件的使用更简单更容易，只有这样CAD 才能真正得到普及，这也是CAD产业发展、普及的一个方面。1.2.2 分析目前，虽然制造业的厂家均已完成“甩图板”工作，在产品设计中应用二维CAD图形绘制工具-AutoCAD 或是基于AutoCAD 平台的二次开发软件，实现计算机制图并做一些技术文档的编制工作。但是，随着软件应用时间的增长，企业各部门都保存有大量的DWG 格式的产品图纸文件。在设计过程中，由于二维CAD 软件存在局限性，不能完整地表达产品的设计信息
7、。所以，要达到真正意义上的计算机辅助设计，则必须要使用三维CAD 软件，完成诸如零部件的装配干涉检查，有限元分析，机构的运动仿真，数控加工代码的生成。只有运用三维CAD 设计软件，才能在产品设计初始阶段全面了解产品的外观、性能，从而避免产品设计中出现的低级错误.1.3 我国制造业的发展形势目前,随着CAD/CAM/CAPP技术的逢勃发展,计算机越来越成为人们从事机械设计与制造的重要手段。计算机辅助产品造型是所有上述工作的基础。因为只有精确的产品造型,才能对产品的装配与干涉进行检验。基于上述可以总结出我国CAD/CAE/CAM 的发展趋势:1. 新产品使用基于特征建模的三维造型来进行设计；2.
8、在计算机上完成产品整机的总装配，进行干涉检查和动力学分析；3. 重要零件在计算机上进行有限元刚度、强度分析、模态分析、产品的形状优化设计；4. 建立各单位自己的三维常用零件库，尽量避免重复劳动，提高设计效率；5. 对于有数控加工工序的零部件自动生成加工代码。1.4 关键的问题及解决的思路：1.4.1 关键问题完成本课题关键的就是做好各个零件的参数化设计，包括夹具体、过度盘、压板等。在这个课题中，我是通过pro/e 软件来完成各个零件的三维图形的设计，然后通过Visual C+语言和pro/toolkit 接口，将完成的三维图形做成一个插件的形式插入到pro/e的菜单栏中，然后再通过输入参数的方
9、式对其做设计变更。1.4.2 我的思路用 pro/e 软件对车床夹具进行建模设计的关键还在于正确地建立各个零件的参数，编程确定合乎要求的参数关系式，搞清各个零件变化的每一步骤的目的。掌握了这种经编程并输入参数关系式进行设计的方法即参数化设计方法。就能迅速地对不同参数的零件进行建模，极大地提高工效。2 系统开发环境与开发策略2.1 系统开发环境2.1.1 Pro/toolkit 接口Pro/E 安装盘提供的Pro/Toolkit 工具包主要提供了创建用户应用程序所需函数库文件、头文件、用户指南和示例程序。其中头文件位Pro/Toolkitincludes 目录,库文件位于Pro/Toolkiti
10、486-NTobj目录,这两种类型的文件是用VC开发Pro/E应用程序必不可少的支持文件。在Windows 环境下,可采用各种C 语言为编程语言。我们以WindowsXP为平台,VC+6.0为开发环境,通过Pro/Toolkit接口,来实现对Pro/E的二次开发。2.1.2 关于Pro/engineer 系统Pro/Engineer 系统是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation,简称PTC）的产品。PTC 公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE
11、/CAM领域的标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM 产品，Pro/Engineer 软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程（Concurrent engineering）.Pro/Engineer 系统主要特点如下：1 真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关的地方。2 具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力。3 具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图。4 容易使用，可以极大地提高设计效率。而且，Pro/Engineer 系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个
12、系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。另外，Pro/Engineer建立在工作站上，系统独立于硬件，便于移植。Proe/Engineer(简称Pro/E)之所以得到广泛应用,不仅是因为它成熟的参数化技术,更重要的是它具有开放的体系结构和优秀的二次开发工具。Pro/E允许用户和开发者对其进行扩充和修改。此次设计以Pro/E为支撑平台,应用Pro/Toolkit工具包和visual studio 来开发,将用户应用程序编译成可执行文件(.exe文件)或动态链接库文件(.dll文件),在Pro/e环境下加载运行.这样既利用了Pro/E强大的开发功能,又利用了编程效率高的优势。2.2 开发策
13、略目前，对于系统的开发方法主要有三种:1 完全自主版权的开发;2 基于/软件平台的开发;3 基于某个通用软件的开发.其中第一种方法一切从底层做起,开发周期最长,适于大型系统的开发;第二种方法开发周期较短,但开发平台价格昂贵,适合大中型系统的开发;第三种方法开发周期最短,开发成本最低,且灵活多变,适合中小型系统的开发。本次设计采用了第三种方法，即利用美国公司开发的/三维设计软件，再结合Pro/toolkit 接口以及V C+语言对用于夹具的零件进行参数化设计。Pro/Toolkit 应用程序共有2 种工作方式:同步模式包括两种(SynchronousMode)和异步模式(Asyn-chronou
14、sMode)。同步模式分为DLL模式和多进程模式(Multi-processMode)。DLL模式是指运用动态链接库将Pro/Toolkit 应用程序集成到Pro/E 中,在该模式下,Pro/Toolkit 应用程序与Pro/E 之间的信息交换是通过直接的函数调用来实现。多进程模式是指Pro/Toolkit代码经过编译和连接后生成一个.EXE文件,作为Pro/E的一个子程序来运行。异步模式可以开发出独立于Pro/E 系统环境的应用程序,有自己独立的程序界面。一般来说在没有特殊的要求下采用同步模式中的DLL 模式,这种方法实现了Pro/E 与应用程序之间的无缝集成。基本作法是用交互方式创建三维模
15、型,再利用Pro/E的参数功能建立设计参数,然后由Pro/Toolkit 应用程序检索出模型的设计参数,并提供参数的编辑功能和根据新的设计参数再生三维模型的功能。其过程如图2-1 所示： 图2-1 实现参数化设计的设计流程图3 主要零部件的参数设计与计算3.1车床夹具设计要点本设计由于零件的特殊性，需采用角铁式车床夹具。角铁式车床夹具的结构特点是具有类似角铁的夹具体。它常用于加工壳体、支座，接头类零件上的圆柱面及端面。当被加工工件的主要定位基准是平面，被加工面的轴线对主要位基准面保持一定的位置关系（平行或成一定的角度）时，相应地夹具上的平面定位件设在与车床主轴轴线相平行或成一定角度的位置上。1. 定位装置的设计要求在车床上加工回转面时 要求工件被加工面的轴线与车床主轴的旋转轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置，必须保证这一点。因此，对于轴套类和盘类工件，要求夹具定位元件工作表面的对称中心线与夹具的回转轴线重合。对于壳体、接头或支座等工件，被加工的回转面轴线与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，应以夹具轴线为基准确定定位元件工作表面的位置。2夹紧装置的设计要求在车削过程中，由于工件和夹具随主轴旋转，除工件受切削扭矩的作用外，整个夹具还受到离心力的作用。此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力
