基于PROE的車床夾具設計與仿真.doc

目錄1緒論.12設計任務.13設計理念.23.1概念設計.23.2本課題研究的零件及其工藝設計.44夾具的實體建模.64.1在被加工零件各個工序中，本課題所涉及的相關工序中的關鍵尺寸.64.2工序二和工序三的夾具設計過程.74.3工序五中夾具體的參數化設計.104.4工序六中的夾具體設計.124.5夾具中的相關附件的設計過程.135.夾具的裝配過程及其爆炸圖.145.1工序二和工序三中的夾具體的裝配過程及其爆炸圖.155.2夾具的爆炸圖.226工程圖.247動態(tài)機構設計與仿真.257.1進入機構模塊.257.2給各個仿真元件添加伺服電機.267.3定義分析.297.4運行結果回放及捕獲.297.5對動畫進行錄像剪輯.308結束語.30致謝.30參考文獻.3111緒論當前三維設計技術已經達到了一個很高的境界,它能為產品開發(fā)人員提供更先進的設計方法和設計手段,具有形象生動、直觀明了、快速響應等設計特點,其開發(fā)過程很符合設計人員的設計思維1。三維開發(fā)平臺的出現和完善,為增強企業(yè)的開發(fā)能力、提高設計效率和產品質量,提供了強有力的技術支持。三維開發(fā)技術的應用和推廣,可謂是傳統的機械設計的一次革命；三維立體設計逐步替代傳統的二維平面是必然的趨勢目前,市面上可供選擇的軟件有很多,主要包括高端的Pro/Engineer,I-DEAS,UG,CATIA和中端的Solidworks,SolidEdge等3D設計軟件2。這些軟件的一個共性就是它們都具備了尺寸參數驅動技術以及虛擬裝配技術；尤其是高端的3D設計軟件還具備了智能化、集成化、并行化、模塊化、相關性等特點，這些技術一般都能滿足用戶設計的各項諸如設計、計算分析、制造、虛擬裝配、干涉檢查、有限元分析、運動分析等高級CAD的需求4。Pro/Engineer系統是美國參數技術公司（PTC）的產品。PTC公司提出的單一數據庫、參數化、基于特征、全相關的概念，開發(fā)出來的第三代機CAD/CAE/CAM產品Pro/Engineer軟件能將設計至生產全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時進行同一產品的設計制造工作，即實現所謂的并行工程3。Pro/Engineer采用技術指標化設計、基于特征的實體模型化系統，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。Pro/Engineer系統用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設計思想與習慣。整個系統建立在統一的數據庫上，具有完整而統一的模型。2設計任務機床夾具作為一種重要的加工工具，其種類和型號比較繁多，傳統的開發(fā)過程繁瑣、效率低下、繪圖量大，Pro/E作為一款高效快捷的CAD/CAM軟件，克服了以上的不足之處，大大提高設計人員的開發(fā)速度，本文將著重就Pro/E的實體建模、虛擬裝配、機構仿真等功能通過對機床夾具的開發(fā)來進行深入和全面的研究。設計的具體要求為：（1）實現零件的參數化設計。（2）零件和部件的裝配。（3）工程圖樣的生成。（4）運動仿真。23設計理念使用Pro/E軟件進行虛擬產品設計總的來說有倆種設計方法，它們分別是由底向上的產品設計和自頂向下的產品設計。由底向上的的產品設計就是先設計好產品的各個零部件，然后再把各個零部件逐一裝配成完整產品的設計方法。由底向上的設計方法是一種比較簡單、低級的方法，其設計思路比較清楚，設計原理也容易被廣大用戶接受，但是其設計理念還不夠先進，設計方法不夠靈活，還不能完全適應現代設計的基本要求。這種方法主要應用于一些已經比較成熟的產品的設計過程，可以獲得比較高的設計效率5。由頂向下的裝配設計與由底向上的設計方法正好相反。設計時，首先從整體上勾畫出產品的整體結構關系或創(chuàng)建裝配體的二維零件布局關系圖，然后再根據這些關系或布局逐一設計出產品的零件模型。在現實的虛擬產品設計中，往往都是先設計出整個產品的外在概念和功能概念后，逐步對產品進行設計上的細化直至單個零件5。由頂向下的產品設計方法因其設計方法靈活和修改容易等優(yōu)點，深受設計者喜愛。同時這種設計方法對設計者的要求較高，設計者不僅要熟練掌握Pro/E的各種應用技巧，而且要對產品有完整的構思。本文將分別采用此倆種方法進行機床夾具的設計。3.1概念設計概念設計是根據夾具的功能和尺寸要求，進行產品功能創(chuàng)造、功能分解以及功能和子功能的結構設計；進行滿足功能和結構要求的工作原理求解和進行實現功能結構的工作原理載體方案的構思和系統化設計。概念設計的過程是一個發(fā)散思維和創(chuàng)新設計的過程，是一個求解實現功能的，滿足各種技術和經濟指標的，可能存在的各種方案并最終確定綜合最優(yōu)方案的過程7。3.1.1機床夾具的分類及功能分析機床夾具的一般可按專門化程度、使用的機床和夾緊動力源進行分類。（1）按專門化程度分類：通用夾具通用夾具是指已經標準化的，在一定范圍內可用于加工不同工件的夾具。例如，車床上三抓自定心卡盤和四抓卡盤，銑床上的平口鉗、分度頭和回轉工作臺等都是通用夾具。這類夾具一般由專業(yè)化工廠生產，作為機床附件提供給用戶，其特點是適應性廣，但生產效率低，主要適用于但見小批量生產中。專用夾具專用夾具是專為某一工件的某道工序而專門設計生產的夾3具，其特點是結構緊湊，操作迅速、方便、省力，可以保證較高的加工精度和生產效率，但設計制作周期較長，制造費用也較高。當產品變更時，夾具將無法使用，只使用與產品固定且批量較大的生產中。通用可調夾具和成組夾具其特點事夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調整，以適應不同零件的加工。成組夾具適用于相似零件的成組加工，與通用可調夾具相比，加工對象的針對性明確。組合夾具組合夾具是指按零件的將要求，由一套事先制造好的標準元件和部件組裝而成的夾具，其特點是靈活多變、通用性強、制造周期短、元件可反復使用，特別適用于新產品的是試制和單件小批生產。隨行夾具隨行夾具是一種在自動線上使用的夾具，與工件成為一體沿著自動線從一個工位移到下一個工位，進行不同工序的加工。（2）按適用的機床分類按所適用的機床不同，夾具可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪夾具和其它機床夾具等。（3）按夾緊動力源分類根據夾具所采用的夾緊動力源不同，夾具可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等。（4）機床夾具的功用穩(wěn)定保證工件的加工精度用夾具裝夾工件時，工件相對與刀具及機床的位置精度有夾具保證，不受工人技術水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。減少輔助工時，提高勞動生產效率使用夾具裝夾工件無需劃線找正，可顯著減少輔助工時，方便快捷；可提供工件的剛性，使用較大的切削用量；可實現多件、多工位同時裝夾，可采用高效夾緊機構，提高勞動生產率。擴大機床的使用范圍，實現一機多能根據加工機床的成形運動，輔以不同類型的夾具，可擴大機床的工藝范圍。綜上所述，機床夾具使機械加工工藝系統的一個重要組成部分。3.1.2機床夾具的組成定位元件（定位裝置）定位元件與工件的定位基面相接觸，用于確定工件在夾具中的正確位置。夾緊元件（夾緊裝置）夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，使工件在加工過程中保持在夾具中的既定位置。對刀與導引元件用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對刀元件，如對刀塊。用于確定刀具位置并導引刀具進行加工的元件稱為導引元件。4夾具體夾具體是用于連接或固定夾具上各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎件。它與機床有關部件進行連接、對定，使夾具相對機床具有確定的位置。其它元件及裝置有些夾具根據工件的加工要求，要有分度機構，銑床夾具還要有定位鍵等。以上這些組成部分，并不是對每種機床夾具都是缺一不可的，但是任何夾具都必須有定位元件和夾緊裝置，他們是保證工件加工精度的關鍵，目的是使工件定準、夾牢3.2本課題研究的零件及其工藝設計圖1本課題所研究的加工零件該產品是汽車空調零件，名稱是噴氣嘴，由3A21鋁型材加工而成。該零件加工工序如下：工序一：鋸床下料，保證總長尺寸為39mm。工序二：在車床上車光一端面。工序三：在車床上車光另一端面，保證總長為38mm,上下偏差是正負0.1mm.工序四：在銑床上銑出臺階面，分別保證距兩端面的尺寸為16mm和23mm.工序五：在車床上鉆出直徑為10mm深度為33.5mm的平面上的孔。工序六：在車床上鉆出M8的螺紋基準孔。要保證該孔的中心線與工序五中孔的中心線距離為18mm，上下偏差為正負0.1mm.工序七：在銑床上鉆出弧面上直徑為10mm的孔，保證孔中心線與各邊距離，并保證該孔與工序五中的孔相通。工序八：在車床上鏜工序五中的孔，保證孔深為12mm,所鏜孔直徑為15.45mm，上下偏差為正0.12和0.05。工序九：在攻絲機上加工M8螺紋3.2.1本課題所涉及的加工工序及夾具工序二：在車床上車光一端面工序三：在車床上車光另一端面，保證總長為38mm,上下偏差是正負0.1mm.5圖2工序二和工序三中的夾具工序