加工液压泵上体三个阶梯孔的机床专用夹具计算机辅助设计研究.doc

1、摘 要机床夹具设计是制造系统的重要组成部分，随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧，传统的夹具设计方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈，企业迫切需要提高夹具设计的效率。计算机辅助设计与制造正是为了适应这一要求而产生的，在此背景下，开发了实用性强的 CAD系统，主要进行了下面几个方面的研究：1、 介绍了计算机辅助设计系统CAD的发展概况和研究现状。2、 现代技术把CAD 技术引入到夹具设计中，形成了计算机辅助夹具设计（Computer Aided Fixture Design CAFD）方法，研制了相应的软件系统。研究了参数化、产品数据管理、数据库及网络技术。3、 CAD技术发展的另一个特点是从零

2、件的CAD建模发展到面向产品的CAD建模。产品为满足用户多样化的要求,常常需要改动一个或几个主要参数,也就是所谓的系列化、多样化的设计。4、 20世纪90年代以来，CAD技术基础理论主要以PTC的Pro/Engineer为代表的参数化造型理论和以SDRC的I-DEAS为代表的变量化造型理论形成了基于特征的实体建模技术,为建立产品信息模型奠定了基础。5、 利用Pro/E等三维绘图软件绘制了大量的夹具标准件图，并建立Pro/E系统的数据库和图形库。关键词：CAD，建模，Pro/E, 数据库，图形库Abstract The design of machine tool of clamping app

3、aratus is to make systematic important composition part, along with advanced production technical development and the competition of market aggravate , the traditional design way of clamping apparatus has become the product in enterprise the bottleneck that appears on the market fast , enterprise ur

4、gent needs raise the efficiency of the design of clamping apparatus. It is produced that CAD and production are just to meet this requirement, under this background, have developed the CAD system with strong practicality , have carried out the research of some following aspects mainly: 1 , Have intr

5、oduced CAD systematic CAD develop general situation and research present situation. 2, Modern technology leads into CAD technology , have formed the computer supplementary design( Computer Aided Fixture Design CAFD) method of clamping apparatus in the design of clamping apparatus, have developed cor

6、responding software system. Have studied that parameter melts , product data management, database and network technology. 3, The another characteristic of CAD technical development is to build mould development to CAD that faces product from CAD of element to build mould. Pr-oduct is the requirement

7、 of satisfaction user variation, need to often change a or some major parameters , is also the design of so called seriation and variat-ion. 4 , 20 century 90 decade since, CAD technical basic theory is major modelling theory melts with the parameter with Pro/Engineer of PTC of representative and th

8、e variable with I-DEAS of SDRC as representative melts modelling theory has formed the entity based on feature to build mould technology, to establish product information model, have established foundation. 5 Using Pro/E etc. three-dimensional draw software has drawn the plenty of pictures of clampi

9、ng apparatus of standard component, and establish graph storehouse and the database of the system of Pro/E. Keyword: CAD builds mould, Pro/E, database, graph storehouse目 录第一章 绪论.4 1.1CAD技术的发展. . .4 1.2计算机辅助夹具设计的研究状况.4 1.3 Pro/Engineer软件的介绍.51.4本课题的目的与意义.5第二章 机床夹具设计计算过程及平面图纸绘制.6 2.1设计题目.6 2.2题目分析及工件加

10、工工艺分析.6 2.3设计计算过程及平面图纸绘制.6 2.3.1明确设计任务与收集设计资料.6 2.3.2拟定夹具结构方案与绘制夹具草图.7 2.4夹具的精度分析.14第三章 机床夹具零件的创建过程.17 3.1机床夹具的设计方法.173.2 Pro/E软件的一般造型过程.19 3.2.1 Pro/E软件创建夹具零件图形库.19 3.2.2 Pro/E软件应用到夹具设计中的主要步骤.20 3.3夹具零件的具体创建实例.20第四章 夹具的装配方法.24 4.1在Pro/E中夹具的装配方法步骤.24 4.2 夹具的具体装配过程.254.3爆炸图的生成.28第五章 总结与展望.29参考文献.30第一

11、章 绪 论1.1CAD技术的发展CAD（计算机辅助设计，Computer Aided Design）是指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识，对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。计算机辅助设计是人和计算机相结合，各尽所长的一种新的设计方法。在设计过程中，人是设计的主题，要进行创造性的思维，拟定工作原理、构思设计方案等。计算机作为辅助工具，协助人来完成设计中大部分事务性的工作，诸如计算、绘图、查找数据资料、生成技术文件等。一个好的计算机辅助设计系统既能充分发挥人的创造性作用，又能充分利用计算机的高速分析计算和大量存储数据的能力，找到人和计算机最佳结合点。CAD为

12、设计提供了有力的支持，是制造业的支撑技术，CAD技术的发展和应用水平是衡量一个国家的工业现代化、科学技术发展水平的重要标志之一。CAD 技术起步于20世纪50年代，40多年来CAD技术的发展经历了以下几个发展阶段：1、60 年代，CAD 的主要技术特征是交互式二维绘图和三维线框模型。利用解析几何的方法定义了有关图素（如点、线、圆等），用来绘制或显示直线、圆弧组成的图形。2、70 年代，CAD 的主要技术特征是自由曲线曲面生长算法和表面造型理论，虽然表面造型技术可以解决 CAM 表面加工的问题，但不能表达形体的质量、重心等特征，不利于实施 CAE 方法。3、80 年代，CAD 的主要技术特征是实

13、体造型（Solid Modeling）理论和几何建模（Geometric Modeling）方法。实体建模的边界表示法（BRep）和构造实体几何表示法（CGS）在软件开发上得到应用。4、90 年代以来，CAD 技术基础理论主要是以 PTC 的 Pro/Engineer 为代表的参数化造型理论和以 SDRC 公司的 IDEAS 为代表的变量化造型理论，形成了基于特征的实体建模技术，为建立产品信息模型奠定了基础。计算机辅助造型技术经过几十年的探索，已经发展到特征造型和参数化、变量化设计阶段，推动了工业自动化进程，促进了现代制造技术的发展。1.2计算机辅助夹具设计(CAFD)的研究状况近年来，国内外

14、许多制造企业已经在新产品开发过程中通过引入先进的科技手段如 CAD、CAPP、CAM 及生产计划管理系统等，来解决产品开发周期、质量和成本问题，并取得了一定的效果。人们将 CAD 技术引入到夹具设计中，形成了计算机辅助夹具设计（Computer Aided Fixture Design CAFD）方法，研制了相应的软件系统。在系统中建立了夹具元件库，在计算机屏幕上显示工件的三维视图，用户交互地从夹具元件库中提取相应的夹具元件，在屏幕上形成夹具装配图，提高了设计和质量。计算机辅助夹具设计（ComputerAided Fixture Design）是改变传统夹具设计作为计算机辅助夹具设计技术的一个

15、应用方面，CAFD 和计算机辅助工艺设计(CAPP)共同组成了 CAD 和 CAM 的桥梁。计算机辅助夹具设计系统的研制和开发是直接从零件 CAD/CAPP 集成环境中获取夹具设计信息，包括 CAD 系统输出的零件几何信息和 CAPP 系统输出的零件加工信息，然后将读取的几何信息和工程信息作为夹具设计的已知条件进行夹具的计算机辅助设计与分析，以其高速、准备、自动化的特点实现夹具的自动设计，提高夹具设计效率和质量，缩短产品开发周期和降低产品生产成本。计算机辅助夹具设计方法的发展总趋势应该是具有更多的通用性、智能化和与 CAD、CAPP、CAM 的集成，计算机辅助设计中的新理论、新方法的发展和应用

16、将进一步推动 CAFD 在实用化的方向取得更大的成就。1.3Pro/Engineer软件的介绍 在夹具设计中,采用CAD技术 并尽可能使用标准件是提高夹具设计效率的措施之一.这样,夹具三维标准元件库以及标准件库与CAD系统的接口在夹具CAD系统中显得尤为重要.设计人员在原有基础上进行变形设计时就能够充分利用夹具三维标准元件库的资源,避免不必要的重复劳动.本次毕业设计采用美国PTC公司开发的CAD/CAM软件Pro/E为平台,建立夹具三维标准元件库(简称标准件库),以适应新夹具的设计与开发.这在多数的CAD软件中过度曲线部分由于加工方式不同而形状各异，很难精确的表现出来。由于CAD技术的发展，出

17、现了Pro/Engineer等大型优秀的CAD软件，其主要功能在于可进行强大的参数设计，使得复杂的实体造型成为可能。鉴于上述原因，采用Pro/E进行精确的三维建模。 Pro/E是一套设计至生产自动化的机械软件，是新一代产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。由于它能快捷地实现三维实体建模，并能方便地得到任何实体的几何参数，转动惯量任意截面的截面力学性能。Pro/E有以下的特点：（1） 参数化设计和特征性能Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角，可以随意勾画草

18、图，轻易改变模型。（2） 单一数据库Pro/Engineer是建立在统一基层的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个用户在为一件产品造型而工作，不管它是哪个部门的。换言之在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程祥图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点使得设计更加优化，成品质量更高。1.4本课题的目的与意义本课题在学习机床专用夹具

19、的基本知识和基本理论的同时，研究如何利用计算机来使用CAD、Proe等绘图软件来设计专用夹具以及如何对专用夹具进行可视化设计，形成专用夹具的三维爆炸视图。本课题对学习和巩固机床夹具设计的专业知识具有极大的帮助，通过设计实践，能切实掌握设计制造专用夹具的基本理论和方法，全面熟悉机械制造工艺方面的知识，培养独立设计机械产品的能力和利用机械设计自动化程序的能力。第二章 机床夹具设计计算过程及平面图纸绘制2.1设计题目：如图2-1所示，加工液压泵上体的三个阶梯孔，中批生产，根据工艺规程，在加工阶梯孔之前，工件的顶面与底面、两个8H7孔和两个8mm孔均已加工好。本工序的加工要求有：三个阶梯孔的距离为25

20、0.1mm,三孔轴线与底面的垂直度，中间阶梯孔与四小孔的位置度试设计所需的车床夹具液压泵上体零件2.2 题目分析及工件加工工艺分析1）基本概念：在工件加工的工序图中，用来确定本工序加工表面位置的基准，称为工序基准。当工件以回转面（圆柱面、圆锥面、球面等）与定位元件接触（或配合）时，工件上的回转面称为定位基面，其轴线称为定位基准。与此对应，心轴的圆柱面称为限位基面，心轴的轴线称为限位基准。2）题目分析及工件加工工艺分析：本课题要求设计一加工液压泵上体阶梯孔的专用夹具，工件的结构形状复杂，根据工艺规程，在加工阶梯孔之前，工件的顶面与底面、两个8H7孔和两个8mm孔均已加工好。本工序的加工要求有：三

21、个阶梯孔的距离为250.1mm,三孔轴线与底面的直度，中间阶梯孔与四小孔的位置度。后两项未注公差，加工要求低。壁薄刚性差。加工孔30时精度要求高，表面光洁度也有较高的要求，故工艺规程中分:钻，扩，铰三个工步进行加工，依靠设计的夹具来保证加工表面的下列位置精度。：孔相对两端表面的对称度不超过0.15。：孔相对套筒轴心线的对称度误差不超过0.15。2.3设计计算过程及平面图纸绘制2.3.1明确设计任务与收集设计资料1）工件的结构特点阶梯孔2） 本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等（1）加工表面：21，18，17.5，22.5，13.5孔。（2）加工要求

22、：a. 三个阶梯孔的距离为250.1mm；b. 四小孔的位置要求分别为870.05；480.05。c. 阶梯孔要保持较高的同轴度。（3）加工余量：8mm（4）定位基准：主要加工表面阶梯孔的定位基准为滑盘上表面。（5）夹紧表面：工件的上表面。（6）需机床：CA6140车床2.3.2拟定夹具结构方案与绘制夹具草图1）确定工件的定位方案，设计定位装置。根据本工序的加工要求，不仅要钻，扩，铰孔，还要在车床主轴的旋转中保证安全性，因此工件必须完全定位，即六点定位原则。按照加工和基准重合原则要求，工件的定位方案分析如下：（1）加工阶梯孔的工序基准为分度滑盘的上表面，限位基准也为分度滑盘的上表面.根据基准重

23、合原理，分度滑盘的上表面应为定位基准。分度滑盘的上表面限制Z、Y、X三个自由度；而短圆柱销限制Y、X二个自由度，而削边削限制了Z一个自由度。即工件用一个平面和一个圆柱销和一个削边销来定位，即一面两孔定位，限制了、Z、Y、X、X、Y、Z六个自由度。下面列表说明工件的定位：表21： 定位元件所限制的自由度定位元件限位基准定位基准限制自由度 平面滑盘的表面滑盘的表面Z、X、Y圆柱销圆柱销的中心线8mm孔轴心线Y 、X 削边销削边销的中心线削边销孔的中心线Z根据加工要求和基准重合原则，应以底面和两个8H7孔定位，定位元件采用“一面两销”，定位孔与定位销的主要尺寸见图22所示。1）两定位孔的中心距L及两

24、定位销中心距l。因L=mm=99.36mmLmax=mm=99.43mmLmin=mm=99.29mm所以 L=99.360.07mm 取l0=99.360.022) 取圆柱销直径为8g6=3)查表1-3的菱形销尺寸b=3mm4)菱形销的直径。由式知由式 =0.07mm所以 菱形销的直径的公差取IT6为0.009，得菱形销的直径为 图22一面两销定位简图2）夹具类型的确定由于滑盘的上表面为主要定位基准，且在车床上加工，而工件的形状与尺寸决定了它不适宜于采用心轴类、卡盘类或角铁式花盘类夹具，只能采用花盘类车床加工。花盘类车床夹具上的夹具体是一个大圆盘（俗称花盘），在花盘的端面上固定着定位、夹紧元

25、件及其他的辅助元件，夹具的结构不对称。3）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。（1）确定夹紧装置车床夹具的夹紧装置必须安全可靠。夹紧力的方向和作用点应按以下要求进行选择：a) 主要夹紧力应朝向主要定位基准，作用点应靠近支承面的几何中心；b) 夹紧力的方向应有利于减少夹紧力，尽量垂直于工件的主要定位基面，尽量和切削力、重力方向一致；c) 紧力的方向和作用点应施于工件刚性较好的方向和部位；d) 紧力的作用点应适当靠近加工表面。由于车削时工件和夹具一起随主轴作旋转运动，故在加工过程中，工件除受切削扭矩的作用外，整个夹具还受到离心力的作用，转速越高离心力越大，会降低夹紧机构产生的夹紧力。此外，工件定位基

26、准的位置相对于切削力和重力的方向来说是变化的。因此，夹紧机构所产生的夹紧力必须足够，自锁性能要好，以防止工件在加工过程中脱离定位元件的工作表面。所以我们采用螺旋夹紧机构。不但因为螺旋夹紧机构结构简单，容易制造，而且，由于缠绕在螺钉表面的螺旋线很长，升角又小，所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都很大，是手动夹紧中用的最多的一种夹紧机构。考虑到单个螺旋夹紧机构有诸多缺点，如：1）机构中的螺钉头直接与洞见表面接触，螺钉转动时，可能损伤工件表面，或带动工件旋转。2）夹紧动作慢，工件装卸费时。我们这里用螺旋压板机构。（2）夹紧力分析螺旋压板夹紧机构是利用杠杆原理来实现夹紧作用。其好处是：增大

27、夹紧力，改变夹紧力作用方向，增大夹紧行程。它可以绕水平轴翻转，增力显著，夹紧时既省力又迅速可靠。夹紧受力分析如下：图23 夹紧力受力分析图由杠杆原理知： Wa =Qb当a=1/2b时，W =2Q 由此可见，该夹紧机构所产生的夹紧力比作用力大一倍。（3）螺旋夹紧机构各元件材料、热处理要求和结构尺寸确定螺旋夹紧机构各元件均已标准化，可参阅机械零件手册确定。a) 带肩六角螺纹（GB/T2148-91） 图24带肩六角螺母技术要求：材料：45钢；热处理：HRC35-40；细牙螺纹的支承面对螺纹轴线的垂直度按GB1184-80形状和位置公差规定的9级公差。b) 钩形压板（GB/T2188-91）图25

28、钩形压板技术要求：1.材料：45钢 ; 2.热处理：淬火、回火HRC35-40。c) 活节螺栓（GB/T798-88）图26活节螺栓技术要求：1材料：钢2表面处理：a.不经处理；b.镀锌钝化；3螺纹公差：8g4）夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的回转精度有决定性的影响。因此，要求夹具的回转轴线与车床主轴轴线有尽可能高的同轴度。对于径向尺寸较大的夹具，一般通过过渡盘与车床主轴轴颈联接。专用夹具以其定位止口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上，然后用螺钉紧固。过渡盘与主轴配合的表面形状取决于主轴前端的结构。如下图所示的过渡盘，其上有一个定位圆

29、孔按H7/h6或H7/js6和主轴的轴颈相配合，并有螺纹和主轴连接。为了安全起见，还可以用压块把过渡盘压紧在主轴上，这样可防止停车和倒车时，不致因惯性作用而可能松开。这种连接方式的安装精度受到配合精度的限制，为了提高安装精度，在车床上安装夹具时，可按找正圆校正夹具与车床主轴的同轴度。图27过度盘与车床主轴的连接示意图 图28 过渡盘尺寸要求：D1=210 D=285 H1=28 H2=235）夹具的平衡由于加工时夹具随同主轴旋转，如果夹具的重心不在主轴旋转轴线上就会产生离心力，这样不仅加剧机床主轴和轴承的磨损，而且会产生振动，影响加工质量和刀具寿命且不安全。所以对于角铁式夹具，要有平衡要求，平

30、衡的方法是设置平衡块。平衡块重心的位置应可以调节，可在平衡块上（或夹具体上）开径向槽或环形槽，以使夹具装配时调整其位置。6）对夹具总体结构的要求结构要紧凑.车床夹具的夹具体应制成圆形，夹具上（包括工件在内）的各元件不应伸出夹具体的轮廓之外，当夹具上有不规则的突出部分，或有切削液飞溅及切屑缠绕时，应加设防护罩。夹具的结构应便于工件在夹具上安装和测量，切屑能顺利排出或清理7）分渡装置的设计 工件一次装夹后，能按一定的规律依次改变工件加工位置的装置，称为分渡装置。分渡装置广泛应用于各类机床夹具上。 分渡装置分为两类，一类是直线分渡装置；另一类是回转分渡装置。分渡装置一般有以下几个部分组成：a. 转动

31、或移动部分。它实现工件的转位或移位。b. 固定部分。它是分渡位置的基体，常与夹具体连成一体。c. 对定机构。它是保证工件正确的分渡位置，并完成插销和拔销动作。d. 锁紧机构。它将转动或移动部分与固定部分紧固在一起，起减小加工是的振动和保护对定机构的作用。1）移动部分的设计 由于要加工的工件是成直线分布的阶梯孔，为了保证加工时的精度及操作的方便，这里采用移动式分渡装置。图25 分度滑块2) 固定部分的设计固定部分不但要保证与分渡装置的配合，而且要保证移动部分，对定部分和锁紧部分的配合精度。图26 固定元件3）对定部分的设计对定机构保证工件正确的分渡位置，并完成插销和拔销的动作。我们这里采用手拉式

32、圆柱销对定机构。这类机构操作方便，制造较容易，并且在对定销插入分渡盘时能将灰尘和污物推出，不需要严格的防尘措施。对定销和分渡盘之间常采用H7/g6配合。图27 对定块在与分渡盘的连接上主要采用螺栓连接。图28 螺栓对定销和手柄主要采用螺钉连接。4）锁紧部分的设计锁紧部分的设计主要考虑到分渡装置的移动灵活，装卸方便。我们这里主要采用T型螺栓为保持夹具回转运动时平衡，在分渡装置的另一端设置了平衡块，平衡块和分渡装置的配合上主要采用槽的形式，在最大限度上保证夹具在主轴的旋转过程中的平衡。2.4夹具的精度分析工件在车床夹具上加工时，加工误差的大小受工件在夹具在夹具上的定位误差D、夹具误差J、夹具在主轴

33、上的安装误差A和加工方法误差G的影响。以下对尺寸250.1mm的精度问题作一分析。1）定位误差D一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件及定位元件存在公差，使各个工件所占据的位置不完全一致，加工后形成加工尺寸的不一致，为加工误差。这种只与工件定位有关的加工误差，称为定位误差D。造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差B。基准不重合误差B是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准与工序基准不重合而造成的加工误差，其大小为定位尺寸的公差S在加工尺寸方向上的投影.二，是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准位移误差Y。基准位移误差Y是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准

34、相对于限位基准的最大变化范围i在加工尺寸方向上的投影。定位误差D常用合成法进行计算。由于定位基准与工序基准不重合以及定位基准与限位基准不重合是造成定位误差的原因，因此，定位误差应是基准不重合误差B与基准位移误差Y的合成。计算时，可先算出B和Y，然后将两者合成而得D。本工序中的主要加工要求是三孔的孔距尺寸250.1mm。此尺寸主要受分渡误差和加工方法误差的影响，故只要计算这两部分的误差即可。（1）分度误差，按公式，直线分渡的分渡误差=式中 2两相邻对定套的距离尺寸误差。因对定套的距离为250.02mm，所以=0.02。X1 对定销和对定套的最大配合间隙。因两者的配合尺寸是10，10H7为mm，1

35、0g6为,所以(0.015+0.014)mm=0.029; X2 对定销与导向孔的最大配合间隙。因两者的配合尺寸是14，14H7为mm，14g6为mm,所以X2=(0.018+0.017)mm=0.035mm; e 对定销的对定部分与导向部分的同轴度。设e=0.01mm,因此 =（1） 加工方法误差G 取加工尺寸公差的1/3，加工尺寸公差=0.2mm,所以G=0.2/3mm=0.066mm.总加工误差和精度储备Jc的见下表。 表21 液压泵上体镗三孔夹具的加工误差 由计算结果可知，该夹具能保证加工精度，并有一定的精度储备。 总的装配效果图如下图29夹具总装配图第三章 机床夹具零件的创建3.1机

36、床夹具的设计方法机床夹具是机械加工设备的重要组成部分 ,其设计质量的优劣直接影响着产品性能。如果被加工零件的批量较小 ,采用通用机床来加工 ,这时使用通用夹具(如卡盘、花盘、台虎钳等) 来夹持工件 ,通用夹具一般设计比较简单 ,有的可直接在市场上购买或已是机床的固定配置。 如果被加工件批量较大 ,通用机床就不能适应。通用机床一般是适用于中小批量加工 ,用它来加工工件虽然不需对加工设备进行设计和投资 ,但加工效率较低 ,对加工操作人员的操作技能要求较高 ,精度难以保证。为了提高加工效率和制件精度 ,降低对操作人员的要求 ,一般是使用多轴加工的专用机床加工(如加工柴油机箱体所使用的组合机床) ,这

37、种机床包含相应夹具 ,或者设计专用夹具与通用机床配合使用 ,这两种方法都涉及到专用夹具的设计问题。为构建一个能支持产品快速制造的生产准备系统,夹具设计要从全局自动化的高度进行变革。计算机辅助夹具设计技术就是在这种应用要求下产生的一种先进制造技术,它利用计算机辅助人工进行夹具设计。近年来，国内外许多制造企业已经在新产品开发过程中通过引入先进的科技手段如 CAD、CAPP、CAM 及生产计划管理系统等，来解决产品开发周期、质量和成本问题，并取得了一定的效果。但是由于企业首先考虑解决新产品的设计和加工设备问题，而造成生产准备工作的重头部分，即工装的设计与准备技术落后于产品的设计技术，致使先进的柔性加

38、工系统等不能发挥其柔性，影响产品的快速响应。夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置,它广泛的应用在零件的加工、检测和装配工艺过程中。它的主要作用是：保证工件的加工质量，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。据统计,在整个生产过程中,生产准备时间要占整个产品制造周期的 50%-70%,而其中,夹具设计与制造占生产准备时间的70%左右,所以夹具的设计与制造对产品的开发周期有较大的影响。早期的夹具设计主要靠工艺人员的经验，需要的时间长，可靠性差，质量低。尽管人们认识到夹具在生产中的重要性，但夹具设计和装配手段仍旧未从计算机辅助工程中得到更多的受益，它仍是制约生产高度自

39、动化的“瓶颈”。经过几年新技术的实践，制造行业已经领会到要缩短产品的生产周期，必须以有效的方式充分挖掘生产准备各个环节的潜力，构建一个能支持快速产品制造的生产准备系统。夹具准备技术作为制约企业快速相应的一个关键环节，也应从全局自动化的高度变革现有的落后准备技术。因此，人们将 CAD 技术引入到夹具设计中，形成了计算机辅助夹具设计（Computer Aided Fixture Design CAFD）方法，研制了相应的软件系统。在系统中建立了夹具元件库，在计算机屏幕上显示工件的三维视图，用户交互地从夹具元件库中提取相应的夹具元件，在屏幕上形成夹具装配图，提高了设计和质量。 随着计算机科学与技术的

40、发展，于二十世纪 70 年代末才出现的一种新技术。近十年以来，计算机辅助夹具设计技术已经引起了国内、外学术界的重视，对此进行了大量的研究工作，并取得了一定的成就。CAFD 即计算机夹具设计是上个世纪 70 年代末期出现并开始发展的一门新技术。传统的夹具设计方法在资料检索、分析计算、绘图、编制技术文件等方面都是由人工完成的，需要较多的人力和较长的设计周期，设计精度和质量受到限制，甚至出现不必要的错误。作为计算机辅助夹具设计技术的一个应用方面，CAFD 和计算机辅助工艺设计(CAPP)共同组成了 CAD 和 CAM 的桥梁。计算机辅助夹具设计系统的研制和开发是直接从零件 CAD/CAPP 集成环境

41、中获取夹具设计信息，包括 CAD 系统输出的零件几何信息和 CAPP 系统输出的零件加工信息，然后将读取的几何信息和工程信息作为夹具设计的已知条件进行夹具的计算机辅助设计与分析，以其高速、准备、自动化的特点实现夹具的自动设计，提高夹具设计效率和质量，缩短产品开发周期和降低产品生产成本。辅助夹具设计系统其设计流程一般被分为四个阶段：1）工件装夹规划，2）夹具方案设计，3）夹具结构设计，4）夹具性能评价。装夹规划是决定工件在加工中所需的安装次数，每次安装中工件的方位和待加工的表面。夹具方案设计是根据待加工工件的几何形状及加工工艺信息，确定工件的定位形式，工件表面上的定位、夹紧点的个数和位置。夹具结

42、构设计是选择夹具元件，确定夹具元件的尺寸参数，完成夹具元件的布局和组装。夹具性能分析是对已设计完成的夹具进行有关性能的评价和估算，如夹具精度、刚度和稳定性分析，工件在加工过程中的变形分析等。在现代机械装备设计系统在建立产品模型时，应该综合自下而上和自上而下的设计方法。前者先设计零件，然后搭积木式地进行装配设计；后者首先进行总体的原则设计，然后将总体原则贯穿到所有的子装配或者部件中。自上而下的设计非常适合复杂的大型装配，具有很多优点： 图31 自上而下的设计模式（1）自上而下的设计可以首先确定各个子装配或零件的空间位置和体积、全局性的关键参数，这些参数将被装配中的子装配和零件所引用。这样，当总体参数在随后的设计中逐渐确定并发生改变时，各个零件和子装配将随之改变，更能发挥参数化设计的优越性。（2）自上而下的设计使各个装配部件之间的关系变得更加密切。像轴与孔的配合，装配后配钻的孔，如果各自分别设计，既费时，又容易发生错误。通过自上而下的设计，一个零件上的尺寸发生变化，对应的零件也将自动更新。自上而下的设计方法有利于不同的设计人员共同设计。在设计方案确定以后，所有承担设计任务的小组和个人可以依据总装设计迅速开展工作，可以大大加快设计进程，做到高效、快捷和方便。自上而下的设计步骤：1）确定设计目标。确定诸如产品的设计目的、如何满足功能要求、必要的子装配、子装配与其他装配的关系、哪些设计将可