畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于ProE的法蘭座鉆模設(shè)計(jì)

1、 基于proe的法蘭座鉆模設(shè)計(jì)王 海 東摘 要：本課題以車(chē)床夾具的設(shè)計(jì)過(guò)程為學(xué)習(xí)平臺(tái)，通過(guò)查找和收集相關(guān)材料和數(shù)據(jù)，翻閱和學(xué)習(xí)相關(guān)材料，借助于pro/e這個(gè)三維設(shè)計(jì)軟件，在學(xué)習(xí)中設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)。本課題著重研究了零件的加工工藝，車(chē)床夾具的外形結(jié)構(gòu)，車(chē)床夾具的裝夾和拆卸以及車(chē)床夾具的關(guān)鍵尺寸。本課題主要的設(shè)計(jì)項(xiàng)目是，利用參數(shù)化設(shè)計(jì)夾具的相關(guān)零件，利用約束關(guān)系和條件關(guān)系裝配和分析夾具體，用工程圖表達(dá)夾具零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過(guò)夾具的運(yùn)動(dòng)仿真來(lái)模擬裝夾過(guò)程。本課題以設(shè)計(jì)出精度高、效率高、使用方便、結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)的夾具為設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)鍵詞: 車(chē)床夾具, 實(shí)體建模, 工程圖, 裝配圖, 運(yùn)動(dòng)仿真based on

2、the pro/e lathe fixture design（electronic & information engineering department, supervisor: xxx）abstract: based on the pro/e lathe fixture design abstract lathe fixture of the subject to the design process for the learning platform. through the search and collection of related materials and data rel

3、ated to reading and learning materials, through the use of pro/e of the three-dimensional design software, in the study design, in the design of learning. focused on the subject machining process, the shape lathe fixture structure, lathe clamping fixture and the demolition of the key size lathe fixt

4、ure. the main design issue is the use of parametric design of the fixture-related parts, the relationship between the use of constraints and conditions of the assembly and analysis of the relationship between a specific folder, using engineering drawings to express the internal structure of fixture

5、components, simulation of the movement through the fixture to simulate the process of clamping. this issue in order to design high-precision, high efficiency, easy to use, streamlined structure for the design of the target fixture. key words： lathe fixtures, solid modeling, engineering drawings, ass

6、embly drawings, motion simulation.1 引言當(dāng)前三維設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)很高的境界，它能為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供更為先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段和研究方法，形象生動(dòng)又具有較強(qiáng)的直觀性，適應(yīng)了現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)的需要，其人性化的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程很適合涉及人員的思維方式。這種三維方式的開(kāi)發(fā)平臺(tái)的不斷發(fā)展,為提高設(shè)計(jì)效率和增強(qiáng)企業(yè)的開(kāi)發(fā)能力、產(chǎn)品質(zhì)量,有了很好的技術(shù)支撐。三維開(kāi)發(fā)技術(shù)也可以說(shuō)是對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)的一次偉大的革命; 二維平面的設(shè)計(jì)已經(jīng)逐步的被三維立體設(shè)計(jì)所替代，這也是一種必然的趨勢(shì)。當(dāng)前在市面上可以看到各種這也的軟件 ,這包括高端的 i - deas, pro /enginee

7、r, ug, cati a以及中端的solidedge，solidworks等3d的設(shè)計(jì)軟件。尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和虛擬裝配技術(shù)是這些軟件的一個(gè)普遍共性;特別是高端的3d系列的設(shè)計(jì)軟件不僅有模塊化、智能化、并行化、集成化、相關(guān)性等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠能滿足多數(shù)用戶各項(xiàng)設(shè)計(jì)的需求，例如計(jì)算分析、設(shè)計(jì)、虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)分析、干涉檢查、制造和有限元分析等高級(jí)的cad需求。pro/engineer系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（ptc）的產(chǎn)品。ptc公司提出的一系列的參數(shù)化、基于特征、單一數(shù)據(jù)庫(kù)和全相關(guān)概念，這種新開(kāi)發(fā)的cad/cae/cam第三代機(jī)產(chǎn)品pro/engineer軟件幾乎能將設(shè)計(jì)到生產(chǎn)全過(guò)程都系統(tǒng)的集成到一

8、塊，有利于所有用戶同時(shí)能夠進(jìn)行某一產(chǎn)品的各種的設(shè)計(jì)和制造工作，著就是所謂的并行工程。 pro/engineer采用基于特征的技術(shù)指標(biāo)化的設(shè)計(jì)實(shí)體模型化的系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員可以采用智能化的基于特征的功能去生成模型，如殼、腔、圓角及倒角，在這里設(shè)計(jì)者可隨意勾畫(huà)出草圖，很方便的改變模型。就pro/engineer系統(tǒng)的用戶界面而言簡(jiǎn)潔并且概念清晰，很適合工程人員的與設(shè)計(jì)習(xí)慣和設(shè)計(jì)思想。這種建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)上的整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)具有完整性的統(tǒng)一的模型。本設(shè)計(jì)區(qū)別于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件pro/e進(jìn)行了機(jī)械系統(tǒng)建模，對(duì)鉆模機(jī)構(gòu)裝配現(xiàn)代化的數(shù)字技術(shù)，進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)，有著功能足夠強(qiáng)大的虛擬設(shè)計(jì)手段和數(shù)

9、字化平臺(tái)。本文將以現(xiàn)有傳統(tǒng)機(jī)械理論研究和國(guó)內(nèi)外鉆鉆床夾具資料為基礎(chǔ)，運(yùn)用虛擬制造技術(shù)開(kāi)發(fā)的各種先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其整個(gè)虛擬開(kāi)發(fā)過(guò)程。2 機(jī)床夾具系統(tǒng)概述2.1機(jī)床夾具的組成由于各種專(zhuān)用夾具裝夾的工件是各不相同的，所以?shī)A具結(jié)構(gòu)也各種各樣。盡管新的夾具層出不窮，但是他們的工作原理基本相似。我們?cè)谡J(rèn)識(shí)一定的數(shù)量的夾具之后，加以概括，找出他們的內(nèi)在聯(lián)系和共性，以便于尚未研究過(guò)的各種夾具進(jìn)行研究。由此可以得出一般夾具共有的如下組成元件和裝置。圖 1 機(jī)床夾具組成示意圖定位元件和裝置 它的作用是確定工件在夾具中的加工位置。夾緊裝置 這種裝置包括夾緊元件或組合和動(dòng)力源。其作用是將工件壓緊夾牢，保證工件的定位在加

10、工中不因受外力而產(chǎn)生位移，同時(shí)防止或減少振動(dòng)。確定夾具位置的元件 其作用是確定夾具在機(jī)床上的餓安裝位置，從而保證工件與機(jī)床之間的正確加工位置。對(duì)刀導(dǎo)向裝置 用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工的餓元件稱(chēng)為對(duì)刀導(dǎo)向元件。其他裝置 有些夾具還設(shè)有分度裝置、上下料裝置、工件頂出裝置等。夾具體 他是夾具的基本件和骨架，上述各類(lèi)元件或裝置都安裝在夾具體上，使之成為一個(gè)夾具整體。他們的基面一般都和機(jī)床工作臺(tái)或花盤(pán)相聯(lián)結(jié)。上述六個(gè)組成部分，并非每套機(jī)床夾具都必須全部具備。但是一般說(shuō)來(lái)，定位裝置、夾緊裝置和夾具體則是夾具的基本部分。機(jī)床夾具的組成部分與工件、機(jī)床、刀具之間的聯(lián)系，可以從下圖看出，該圖為正確設(shè)計(jì)夾

11、具提供了思考問(wèn)題的線索：例如定位、夾緊裝置直接與工件有關(guān)，故在設(shè)計(jì)時(shí)必須掌握與工件形狀、尺寸、技術(shù)要求等有關(guān)資料；在設(shè)計(jì)對(duì)刀導(dǎo)相元件時(shí)，應(yīng)考慮加工所用刀具的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和尺寸等；設(shè)計(jì)確認(rèn)夾具在機(jī)床上位置的元件時(shí)，則應(yīng)依據(jù)機(jī)床工作臺(tái)或主軸端部的結(jié)構(gòu)形式和尺寸等。2.2機(jī)床夾具的分類(lèi)隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，機(jī)床夾具的種類(lèi)也在不斷的增加，出現(xiàn)了許多的新穎的夾具，如果想要對(duì)所有的夾具加以分析，那是不可能的。為了便于研究各種夾具的特性，找出規(guī)律性的東西，從而運(yùn)用這些規(guī)律有必要將夾具加以分類(lèi)如下： 1）按應(yīng)用分類(lèi)：通用夾具、專(zhuān)用夾具、通用可調(diào)與成組夾具、組合夾具。 2）按使用機(jī)床分類(lèi)：磨床夾具、車(chē)床夾具、鉆床

12、夾具、銑床夾具、鏜床夾具以及其他的機(jī)床夾具。3）按夾緊動(dòng)力源的分類(lèi)：液壓夾具、氣動(dòng)夾具、手動(dòng)夾具、電磁夾具、真空夾具和電動(dòng)夾具等。通用夾具 是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的、可用于一定范圍內(nèi)加工不同工件的夾具。如三爪自定心或四爪單動(dòng)卡盤(pán)、機(jī)用虎鉗、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、萬(wàn)能分度頭、磁力工作臺(tái)等。這類(lèi)夾具以作為機(jī)床附件，可以充分發(fā)揮機(jī)床技術(shù)性能和擴(kuò)大工藝范圍。不論何種生產(chǎn)類(lèi)型，都被廣泛利用。專(zhuān)用夾具 在使用夾具裝夾工件時(shí)，有找正和不找正之分。在使用專(zhuān)為工件的某道工序時(shí)，一般能夠直接裝夾工件而無(wú)須劃線和找正，他成為機(jī)床的一種附加裝備，在加工中起到機(jī)床、工件、刀具之間的橋梁作用，我們稱(chēng)之為專(zhuān)用夾具。專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)和制造是機(jī)械

13、加工中的一項(xiàng)重要的技術(shù)準(zhǔn)備工作。通用可調(diào)與成組夾具 這兩類(lèi)夾具結(jié)構(gòu)相似。其共同點(diǎn)是：在加工完一種工件后，經(jīng)過(guò)調(diào)整或更換個(gè)別元件，即可加工形狀相似、尺寸相近或加工工藝相似的多種工件。在當(dāng)前多品種小批量生產(chǎn)條件下，這兩類(lèi)夾具是改革工藝裝備設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展方向。組合夾具 是指按某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先準(zhǔn)備好的通用的標(biāo)準(zhǔn)元件和部件組合成的夾具。這種夾具用完后可以拆御存放，還可多次反復(fù)使用，具有組裝迅速，周期短的特點(diǎn)，故特別適用于多品種小批生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制1。2.3機(jī)床夾具在機(jī)械加工中的應(yīng)用2.3.1保證加工精度采用夾具安裝，可以準(zhǔn)確地確定機(jī)床、工件與刀具三者之間的具體位置，工件的位置精度

14、不受工人技術(shù)水平的影響，由夾具保證，其加工精度較高并且較穩(wěn)定。2.3.2降低成本提高生產(chǎn)率用夾具裝夾工件，顯著地減少了輔助工時(shí)，不需要找正便能使工件快速地定位和夾緊，；它提高了工件的剛性，因此可加大切削用量；采用高效夾緊機(jī)構(gòu)，可以使用多件、多工位夾具裝夾工件，勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高主要是依靠這些因素。此外采用夾具之后，廢品率大大下降，產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，明顯地降低了生產(chǎn)成本，還可以安排技術(shù)等級(jí)較低的工人。2.3.3機(jī)床的工藝范圍的擴(kuò)大專(zhuān)用夾具不僅可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍和改變?cè)瓩C(jī)床的用途，還可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。比如在搖臂鉆床或車(chē)床上安裝鏜模夾具后，就很方便的對(duì)箱體孔系進(jìn)行鏜削的加工；通過(guò)這一工具還可將車(chē)床

15、改為拉床使用，最大限度的發(fā)揮了通用機(jī)床的作用。2.3.4減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度用夾具裝夾工件方便、快速，當(dāng)采用了氣動(dòng)、液壓等夾緊裝置時(shí)，可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度3工件的定位3.1工件定位的基本原理3.1.1六點(diǎn)定則一尚未定位的工件，其空間位置是不確定的。如圖2所示，將工件放在空間直角坐標(biāo)系中，工件存在六個(gè)方向的自由度。三個(gè)移動(dòng)自由度：、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度：、圖2用合理分布的六個(gè)支承點(diǎn)限制工件六個(gè)自由度的法則，稱(chēng)為六點(diǎn)定則，如圖3所示。圖3 在工件定位時(shí)，起定位支承點(diǎn)作用是定位元件，定位元件是能限制工件一個(gè)或幾個(gè)自由度并具有一定幾何形狀的獨(dú)立元件。3.1.2限制工件自由度與加工要求的關(guān)系工件定位時(shí)，應(yīng)該限制

16、的自由度數(shù)目，主要由工件加工要求確定，一般講，工件定位所需限制自由度的數(shù)目6個(gè)。各定位元件限制的自由度原則上不允許重復(fù)或干涉。如圖4所示在工件上銑通槽，為保證槽底面與工件底面的平行度和尺寸兩項(xiàng)加工要求，必須限制、三個(gè)自由度；為保證槽側(cè)面與前后側(cè)面的平行度和尺寸兩項(xiàng)加工要求，必須限制、兩個(gè)自由度，共計(jì)五個(gè)自由度。圖43.1.3重復(fù)定位重復(fù)定位分兩種情：不可用重復(fù)定位和可用重復(fù)定位。當(dāng)工件的一個(gè)或幾個(gè)自由度被重復(fù)限制時(shí)，對(duì)加工產(chǎn)生有害影響的重復(fù)定位，稱(chēng)為不可用重復(fù)定位。 當(dāng)工件的一個(gè)或幾個(gè)自由度被重復(fù)限制時(shí)，仍能滿足加工要求，即不但不產(chǎn)生有害影響，反而可增加裝夾剛度的定位，稱(chēng)為可用重復(fù)定位。如圖5

17、所示的插齒常用夾具，工件3以內(nèi)孔在心軸1上定位，限制工件四個(gè)自由度；又以端面在支承凸臺(tái)2上定位，限制工件三個(gè)自由度，其中，、被子重復(fù)限制了。當(dāng)齒坯孔與端面的垂直度較高時(shí)可能是可用重復(fù)定位。其判斷條件是：齒坯孔與端面的垂直度誤差小于孔與定位軸的最小間隙和允許的定位副彈性變形量時(shí)，為可用重復(fù)定位，否則為不可用重復(fù)定位。 不可用重復(fù)定位 可用重復(fù)定位圖53.2 定位副及對(duì)定位元件的基本要求3.2.1足夠的精度定位元件的精度將直接影響工件的加工精度。因此，限位基面應(yīng)有足夠的精度，以適應(yīng)工件的加工要求。3.2.2定位元件不僅限制工件的自由度，還有支承工件，承受夾緊力和切削力的作用，因此，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和

18、剛度，以免使用中變形或損壞。3.2.3耐磨性好定位元件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力簡(jiǎn)單、合理，便于制造、裝配和維修。3.2.4工藝性好定位元件工作表面的形狀應(yīng)有利于清理切削。否則，會(huì)因切削而影響定位精度，切削還會(huì)損壞定位基準(zhǔn)表面。4 工件的夾緊4.1夾緊裝置的組成夾緊裝置的種類(lèi)繁多，它主要由以下三部分組成：（1）力源裝置 產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。所產(chǎn)生的力稱(chēng)為原始力，如氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)等，對(duì)于手動(dòng)夾緊來(lái)說(shuō)，力源來(lái)自人力。（2）中間傳力機(jī)構(gòu) 其是一種處于夾緊原件和力源之間的主要的傳遞力機(jī)構(gòu)，其在實(shí)現(xiàn)這一傳遞力的過(guò)程中，既可以改變作用力的方向，還可以它能夠改變作用力的方向和大小，起增力作用；并且能夠夾緊實(shí)現(xiàn)自鎖，這就

19、保證了力源提供的原始力即便消失后，他依然可以靠地夾緊工件，因此這對(duì)手動(dòng)夾緊尤為重要。（3）夾緊元件 夾緊裝置的最終執(zhí)行件，與工件直接接觸完成夾緊作用， 4. 2夾緊裝置的基本要求就夾緊裝置具體組成而言并非一成不變，須根據(jù)工件的加工要求、安裝方法和生產(chǎn)規(guī)模等條件來(lái)確定。但無(wú)論其組成如何，都必須滿足以下基本要求：（1）夾緊時(shí)應(yīng)保持工件定位后所占據(jù)的正確位置。（2）夾緊力大小要適當(dāng)。夾緊機(jī)構(gòu)既要保證工件在加工過(guò)程中不產(chǎn)生松動(dòng)或振動(dòng)。同時(shí)，又不得產(chǎn)生過(guò)大的夾緊變形和表面損傷。（3）夾緊機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化程度和復(fù)雜程度應(yīng)和工件的生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，并有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化元件。（4）夾緊動(dòng)作要迅速、

20、可靠，且操作要方便、省力、安全。5 鉆用夾具設(shè)計(jì)步驟5.1選用鉆床型號(hào)選用z33系列滑座式搖臂鉆床5.2加工工件分析圖2-1該零件的材料為45.該材料具有較高的強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性及減震性，適用于承受較大應(yīng)力、要求耐磨的零件。 該零件主要加工面為12 孔和17.5 孔。12 孔和17.5孔內(nèi)表面的粗糙度都為25，加工精度要求不高，可在加工這些孔的時(shí)候應(yīng)該在一次裝夾下完成。由參考文獻(xiàn)有關(guān)面和孔的加工的經(jīng)濟(jì)精度及機(jī)床能達(dá)到的位置精度可知上述技術(shù)要求是可以達(dá)到的，零件的結(jié)構(gòu)工藝性也是可行的。5.3確定夾具的結(jié)構(gòu)方案5.3.1確定工件的定位方案工件在空間具有六個(gè)自由度，即沿x、y、z三個(gè)直角坐標(biāo)軸方向

21、的移動(dòng)自由度和繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度 。因此，要完全確定工件的位置，就必須消除這六個(gè)自由度，通常用六個(gè)支承點(diǎn)（即定位元件）來(lái)限制工件的六個(gè)自由度，其中每一個(gè)支承點(diǎn)限制相應(yīng)的一個(gè)自由度。夾具正是根據(jù)六點(diǎn)定位原理來(lái)限制零件的自由度，固定零件。從對(duì)工件的結(jié)構(gòu)分析，零件的底面放置在支撐板上，定位比較穩(wěn)定，可靠，容易實(shí)現(xiàn)。這樣就限制了三個(gè)自由度。在支撐板上加上心軸及定位銷(xiāo)與工件的90h8孔和20孔配合，則限制了2個(gè)自由度。零件上端面用螺母夾緊，則六個(gè)自由度全被限制，零件被固定。定位方案如圖5-1所示。圖5-15.3.2確定分度方法由于3-12斜孔及3-17.5徑向孔對(duì)3-20孔對(duì)稱(chēng)度要求不高（未注公

22、差），設(shè)計(jì)一般精度的分度裝置即可。工件已端面和90內(nèi)圓在夾具體上定位，由兩塊壓板壓緊。夾具體上的定位銷(xiāo)插入工件的20定位孔中，以確定加工位置。由于工件的20定位孔與12斜孔及17.5徑向孔的孔數(shù)相等。分度時(shí)，將工件的20定位孔插入夾具體上的定位銷(xiāo)中，擰緊壓緊螺母，鉆孔。加工完成后，松開(kāi)壓緊螺母，將工件的下一個(gè)20定位孔插入夾具體上的定位銷(xiāo)中，從而完成一次分度。此分度裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，能滿足加工要求。圖5-25.3.3確定夾具的夾緊方案為便于快速裝卸工件，工件的夾緊通過(guò)螺母、開(kāi)口墊圈和雙頭螺栓實(shí)現(xiàn)。零件的夾緊過(guò)程：旋轉(zhuǎn)鉆模板，放入零件，并用螺母夾緊，進(jìn)行零件的加工。零件加工完以后，松螺母，

23、再次旋轉(zhuǎn)鉆模板，取出零件，這樣周而復(fù)始的進(jìn)行零件的加工。夾緊方案如圖5-3所示。圖5-35.4繪制夾具總裝配圖利用pro/e軟件可以方便、快捷的建立起零件的虛擬模型，并完成夾具的虛擬裝配與運(yùn)動(dòng)仿真。圖5-4 斜孔鉆模圖5-5 徑向孔鉆模5.5繪制夾具零件圖5.5.1斜孔鉆模夾具體的建模選擇平面進(jìn)行【草繪】，完成后利用【拉伸】等命令進(jìn)行夾具體的建立。其中夾具體的筋板需要建立新的平面進(jìn)行繪制，繪制時(shí)需要用到左側(cè)工具欄中的【基準(zhǔn)平面工具】來(lái)建立新的基準(zhǔn)面，然后利用【筋工具】來(lái)完成筋板的繪制，繪制過(guò)程如下圖所示。圖5-6 夾具體主體骨架圖5-7 斜孔夾具體5.5.2徑向孔鉆模夾具體的建模選擇平面進(jìn)行【草繪】，完成后利用【拉伸】等命令進(jìn)行夾具體的建立。其中夾具體的筋板需要建立新的平面進(jìn)行繪制，繪制時(shí)需要用到左側(cè)工具欄中的【基準(zhǔn)平面工具】來(lái)建立新的基準(zhǔn)面，然后利用【筋工具】來(lái)完成筋板的繪制，繪制過(guò)程如下圖所示。圖5-8 夾具體主體骨架圖5-9 徑向孔夾具體5.5.3鉆模板的建模 實(shí)體生成操作步驟如上，利用左側(cè)工具欄【孔工具】來(lái)生成螺紋孔和銷(xiāo)孔，結(jié)果如下圖所示。5.5.4心軸的建模 心軸建模采用多次【拉伸】來(lái)完成建模，其結(jié)果如下圖所示。5.5.5標(biāo)注零件編號(hào)及編制零件明細(xì)表6 結(jié)論這次寫(xiě)畢業(yè)論文給我提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，