機械自動化本科畢業(yè)論文基于ProE的鉆床夾具的設(shè)計

PAGEPAGE24目錄1緒論 12設(shè)計任務(wù) 13設(shè)計理念 23.1概念設(shè)計 23.1.1夾具的分類 23.1.2夾具的功用 43.1.3夾具的組成 43.2選擇夾具的類型 53.3確定夾具的零件 54實體建模 54.1底座的設(shè)計 54.2鉆套的設(shè)計 64.3螺旋夾緊定位機構(gòu)的設(shè)計 104.3.1支承塊的設(shè)計 104.3.2V形壓頭的設(shè)計 114.3.3套筒和螺旋推進機構(gòu)的設(shè)計 125夾具的裝配 166工程圖 177裝配仿真 187.1進入機構(gòu)模塊 187.2定義伺服電動機 197.3結(jié)果回放及捕獲 228結(jié)束語 23致謝 23參考文獻 24

1緒論當前三維設(shè)計技術(shù)已經(jīng)達到了一個很高的境界,它能為產(chǎn)品開發(fā)人員提供更先進的設(shè)計方法和設(shè)計手段,具有形象生動、直觀明了、快速響應(yīng)等設(shè)計特點,其開發(fā)過程很符合設(shè)計人員的設(shè)計思維[1]。三維開發(fā)平臺的出現(xiàn)和完善,為增強企業(yè)的開發(fā)能力、提高設(shè)計效率和產(chǎn)品質(zhì)量,提供了強有力的技術(shù)支持。三維開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用和推廣,可謂是傳統(tǒng)的機械設(shè)計的一次革命;三維立體設(shè)計逐步替代傳統(tǒng)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(shè)計軟件[2]。這些軟件的一個共是它們都具性就備了尺寸參數(shù)驅(qū)動技術(shù)以及虛擬裝配技術(shù);尤其是高端的3D設(shè)計軟件還具備了智能化、集成化、并行化、模塊化、相關(guān)性等特點，這些技術(shù)一般都能滿足用戶設(shè)計的各項諸如設(shè)計、計算分析、制造、虛擬裝配、干涉檢查、有限元分析、動分析等高級CAD的需求[4]。Pro/Engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC）的產(chǎn)品。PTC公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念，開發(fā)出來的第三代機CAD/CAE/CAM產(chǎn)品Pro/Engineer軟件能將設(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時進行同一產(chǎn)品的設(shè)計制造工作，即實現(xiàn)所謂的并行工程[3]。Pro/Engineer采用技術(shù)指標化設(shè)計、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)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(tǒng)用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設(shè)計思想與習慣。整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型。2設(shè)計任務(wù)夾具作為一種重要的機械元件，其規(guī)格和型號比較繁多，傳統(tǒng)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(shè)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(gòu)仿真等功能通過夾具的設(shè)計進行深入和全面的研究。設(shè)計的具體要求為：(1)實現(xiàn)零件設(shè)計。(2)零件和部件的裝配。(3)工程圖樣的生成。(4)運動仿真。3設(shè)計理念使用Pro/E軟件進行虛擬產(chǎn)品設(shè)計總的來說有倆種設(shè)計方法，它們分別是由底向上的產(chǎn)品設(shè)計和自頂向下的產(chǎn)品設(shè)計。由底向上的的產(chǎn)品設(shè)計就是先設(shè)計好產(chǎn)品的各個零部件，然后再把各個零部件逐一裝配成完整產(chǎn)品的設(shè)計方法。由底向上的設(shè)計方法是一種比較簡單、低級的方法，其設(shè)計思路比較清楚，設(shè)計原理也容易被廣大用戶接受，但是其設(shè)計理念還不夠先進，設(shè)計方法不夠靈活，還不能完全適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計的基本要求。這種方法主要應(yīng)用于一些已經(jīng)比較成熟的產(chǎn)品的設(shè)計過程，可以獲得比較高的設(shè)計效率[5]。由頂向下的裝配設(shè)計與由底向上的設(shè)計方法正好相反。設(shè)計時，首先從整體上勾畫出產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)關(guān)系或創(chuàng)建裝配體的二維零件布局關(guān)系圖，然后再根據(jù)這些關(guān)系或布局逐一設(shè)計出產(chǎn)品的零件模型。在現(xiàn)實的虛擬產(chǎn)品設(shè)計中，往往都是先設(shè)計出整個產(chǎn)品的外在概念和功能概念后，逐步對產(chǎn)品進行設(shè)計上的細化直至單個零件[5]。由頂向下的產(chǎn)品設(shè)計方法因其設(shè)計方法靈活和修改容易等優(yōu)點，深受設(shè)計者喜愛。同時這種設(shè)計方法對設(shè)計者的要求較高，設(shè)計者不僅要熟練掌握Pro/E的各種應(yīng)用技巧，而且要對產(chǎn)品有完整的構(gòu)思。3.1概念設(shè)計概念設(shè)計是根據(jù)產(chǎn)品的功能和尺寸要求，進行產(chǎn)品功能創(chuàng)造、功能分解以及功能和子功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計；進行滿足功能和結(jié)構(gòu)要求的工作原理求解和進行實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的工作原理載體方案的構(gòu)思和系統(tǒng)化設(shè)計。概念設(shè)計的過程是一個發(fā)散思維和創(chuàng)新設(shè)計的過程，是一個求解實現(xiàn)功能的，滿足各種技術(shù)和經(jīng)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。3.1.1夾具的分類夾具的分類按專門化程度分類：（1）通用夾具用夾具是指已經(jīng)標準化的，在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。這類夾具一般由專業(yè)工廠生產(chǎn)，作為機床附件提供給用戶，其特點是適應(yīng)性廣，但生產(chǎn)效率低，主要適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。（2）專用夾具專用夾具是指專為某一工件的某道工序而專門設(shè)計的夾具，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速、方便、省力，可以保證較高的加工精度和生產(chǎn)效率，但設(shè)計制造周期較長、制造費用也較高。當產(chǎn)品變更時，夾具將無法再使用，只適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。（3）通用可調(diào)夾具和組成夾具其特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適應(yīng)不同零件的加工。組成夾具適用于相似零件的成組加工，與通用可調(diào)夾具相比，加工對象的針對性明確。（4）組合夾具組合夾具是指按零件的加工要求，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(fù)使用，特別適用于新產(chǎn)品的試制和單件小批生產(chǎn)。（5）隨行夾具隨行夾具是一種在自動線上適用的夾具、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。按使用的機床分類：按所使用的機床不同，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、齒輪機床夾具和其他機床夾具等。按夾緊動力源分類：根據(jù)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【17】。3.1.2夾具的功用（1）穩(wěn)定保證工件的加工精度用夾具裝夾工件時，工件相對于刀具及機床的位置精度由夾具保證，不受人工技術(shù)水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。（2）減少輔助工時，提高來動效率使用夾具裝夾工件無需劃線找正，可以顯著的減少輔助工時，方便快捷；可提高工件剛性，使用較大的切削用量；可實現(xiàn)多件，多工位同時裝夾，可采用高效夾緊機構(gòu)，提高勞動生產(chǎn)率。（3）擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多能根據(jù)加工機床的成形運動，附以不同類型的夾具，可擴大機床的工藝范圍【17】。3.1.3夾具的組成（1）定位元件（定位裝置）定位元件與工件的定位基面相接處，用于確定工件在夾具中的正確位置。（2）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。（3）對刀與導(dǎo)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。用于確定刀具位置并導(dǎo)引刀具進行加工的元件稱為引導(dǎo)元件。（4）夾具體夾具體是用于聯(lián)接或固定夾具上使其成為一個整體的基礎(chǔ)件。它與機床有關(guān)部件進行聯(lián)接、對定，使夾具相對機床具有確定的位置。（5）其它元件及裝置有些夾具根據(jù)工件的加工要求，要有分度機構(gòu)，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(guān)鍵，目的是使工件定準，夾牢【17】。3.2選擇夾具的類型本文選擇的夾具是用于在立式鉆床上加工撥叉的Ф22孔的專用夾具。工件以Φ40外圓和一端面為定位基準，在V形塊和支承板上實現(xiàn)五點定位。采用快速螺旋夾緊機構(gòu)推動V形壓頭夾緊工件。3.3確定夾具的零件夾具夾具鉆套套筒V形壓頭螺旋推進器連接件底座螺栓銷圖1：夾具的結(jié)構(gòu)圖4實體建模4.1底座的設(shè)計由加工零件的大小設(shè)計底座的大小，基本確定整個夾具的尺寸。單擊【文件】→【新建】→【零件】，缺省模板選擇。選擇拉伸命令以FRONT面位基準面草繪底座，如圖2，拉伸高度為20圖2：底座草繪圖同上操作，拉伸出V形定位塊,如圖3圖3：底座4.2鉆套的設(shè)計運用自頂向下的設(shè)計思路設(shè)計鉆套單擊【文件】→【新建】→【組件】，缺省模板選擇。單擊調(diào)入底座，在缺省位置裝配元件，圖4。圖4放置元件確定后單擊創(chuàng)建元件鉆套。如圖5-6操作，圖5選擇【零件】，【實體】圖6選擇【創(chuàng)建特征】圖7：以底座的面為參考圖8鉆套的草繪如上操作，最后結(jié)果如圖9-10，襯套鉆套鉆模板襯套鉆套鉆模板圖9鉆套圖10鉆套和底座4.3螺旋夾緊定位機構(gòu)的設(shè)計4.3.1支承塊的設(shè)計如同鉆套的設(shè)計，在組件里面以底座為基準設(shè)計支承塊。如圖11-12圖11支承塊1圖12支承塊24.3.2V形壓頭的設(shè)計由于V形壓頭要與支承塊進行配合，故以支承塊為基準設(shè)計V形壓頭。圖13：以支承塊的面為基準面圖14：V形壓頭4.3.3套筒和螺旋推進機構(gòu)的設(shè)計如上，以支承塊和V形壓頭圖15螺旋推進機構(gòu)1套筒套筒圖16螺旋推進機構(gòu)2其中螺紋的設(shè)計方法為:單擊【插入】→【螺旋掃描】→【切口】，出現(xiàn)如圖17的窗口，確定；圖17：菜單管理器選擇基準面草繪掃引軌跡，如圖18，軌跡軌跡圖18：掃引軌跡確定后輸入螺距，之后如圖19繪制截面，圖19截面選擇正向.圖20材料側(cè)菜單管理器注意不要忘了繪制中心線，否則將無法進行螺旋掃描，如圖21中心線中心線圖21繪制中心線5夾具的裝配在Pro/E中，裝配是通過定義參與裝配的各個零件之間的裝配約束來實現(xiàn)的。簡而言之零件之間的裝配約束關(guān)系就是實際工作環(huán)境中零件之間的裝配關(guān)系在虛擬設(shè)計環(huán)境中的反映。因此合理的定義零件之間的裝配約束關(guān)系是產(chǎn)品虛擬裝配的關(guān)鍵，也是產(chǎn)品后續(xù)開發(fā)的關(guān)鍵[9]。Pro/E提供了匹配、對齊、插入、坐標系、相切、線上點、曲面上的點、曲面上的邊、自動9種約束方式。利用著9中約束方式可以對零件進行裝配，如果想讓某些零件裝配后可以模擬運動仿真，那么就要對這些零件進行連接裝配，Pro/E提供了剛性、銷釘、滑動軸、圓柱、平面、球、焊接、軸承、常規(guī)、6DOF10種連接類型。利用這些連接類型可以實現(xiàn)機構(gòu)之間的模擬運動仿真[8]。本例后面還要做機構(gòu)仿真，所以在此用連接方式裝配。為了仿真的方便，本文在裝配時采用圓柱連接裝配結(jié)果如圖22-23所示：圖22夾具裝配圖圖23裝配爆炸圖6工程圖Pro/E擁有強大的工程圖生成能力，它允許直接從實體零件按指定標準生成工程圖，并且能自動標注，添加各種注釋等。最為重要的是，工程圖與實體零件相關(guān)，在工程圖中修改的尺寸都會在模型中自動更新[12]。在Pro/E中建立工程圖需要先打開需要建立工程圖的三維模型，然后通過“新建”→“繪圖”→“確定”命令新建一張空白的工程圖紙，此時軟件會再打開一個新的窗口。然后通過“插入”→“繪圖視圖”→“一般”命令打開“繪圖視圖”窗口，根據(jù)需要調(diào)整該視圖的顯示方式和其它信息建立第一個視圖，通常情況下為第一視圖。接下來就可以利用“投影”“詳圖”“輔助”“旋轉(zhuǎn)”等命令建立其它視圖了，并可以方便的建立剖視圖。在Pro/E的工程圖環(huán)境里建立好三視圖轉(zhuǎn)化可以把其轉(zhuǎn)化為AutoCAD格式的工程圖，以方便在AutoCAD中進行修改和尺寸。本文將不再贅訴具體操作過程，其結(jié)果如下圖24，圖24:裝配工程圖7裝配仿真MechanisamDesigneXtention(MDX，機構(gòu)設(shè)計擴展)是Pro/E包含的運動分析模塊，能夠?qū)υO(shè)計進行模擬仿真顯示、運動干涉檢測、運動軌跡、速度和加速度等。MDX所創(chuàng)建是運動機構(gòu)，可以導(dǎo)入Pro/MechanicaMotion模塊中進行進一步分析，也可以導(dǎo)入動畫（Animation）模塊中創(chuàng)建更完善的仿真動畫，與Pro/MechanicaMotion相比，MDX完全集成于Pro/E中，操作直觀簡便、易于掌握，但功能相對薄弱，因此更適用于不十分復(fù)雜的機構(gòu)運動分析[4]。7.1進入機構(gòu)模塊在【應(yīng)用程序】主菜單中選取【機構(gòu)】選項，進入機構(gòu)仿真界面，如圖25所示：圖25：機構(gòu)仿真界面7.2定義伺服電動機單擊左下側(cè)的【連接】→【接頭】，點開一個連接右鍵點擊平移軸，選擇伺服電機，出現(xiàn)如圖26所示圖26伺服電動機定義點擊輪廓，選擇速度、常數(shù)，在A處輸入速度10圖27定義伺服電動機的速度如此定義完所有需要的連接，點擊右側(cè)定義分析，如圖28，圖28分析定義設(shè)置完終止時間和最小間隔后，擊【電動機】，據(jù)裝配順序和時間間隔設(shè)置電動機，如圖29，單擊【運行】即可進行運動仿真圖29定義電動機的運動時間7.3結(jié)果回放及捕獲單擊，系統(tǒng)將彈出【回放】對話框，在此對話框中單擊系統(tǒng)將彈出如圖30的動畫對話框，單擊【捕獲】，選擇存放位置和修改名字后，確定就可以進行動畫錄制。圖30動畫菜單圖31捕獲菜單其最后仿真結(jié)果如圖32圖32仿真結(jié)果8結(jié)束語本文在夾具的實體建模過程中實現(xiàn)了自頂向下的設(shè)計，這為夾具的尺寸的修改和后續(xù)開發(fā)帶來了極大的便利。在建模過程中主要應(yīng)用到了【組件】和【在組件模式下創(chuàng)建元件】達到了自頂向下的設(shè)計目的。Pro/E是基于單一數(shù)據(jù)庫的大型設(shè)計軟件，元件與元件之間的關(guān)系構(gòu)成了Pro/E設(shè)計的靈魂，對Pro/E的高級設(shè)計起著重要的作用[15]。需要注意的是：由此產(chǎn)生了父子關(guān)系，其中以個元件的改變將會關(guān)系到別的相關(guān)元件，所以我們首先要在整體上先把握好設(shè)計思路！這是我們需要養(yǎng)成德好良好的設(shè)計習慣。致謝本次畢業(yè)設(shè)計得到了胡老師的熱心指導(dǎo)和幫助，胡老師具有豐富的實踐經(jīng)驗和較高的理論水平，在整個設(shè)計過程中胡老師在設(shè)計思路和設(shè)計方法上給予我以充分的指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝。同時對于大學四年來關(guān)心過、指導(dǎo)過、給予我以幫助的老師一并表示感謝。非常感謝學院領(lǐng)導(dǎo)老師給我提供了這次良好的深入學習的機會和寬松的環(huán)境條件。通過這次畢業(yè)設(shè)計，不但使我能夠?qū)⒋髮W期間所學的專業(yè)知識再次回顧學習，而且也使我學到了專業(yè)領(lǐng)域中一些前沿的知識。非常感謝在本次設(shè)計中曾給予我耐心指導(dǎo)和親切關(guān)懷的老師及幫助過我的同學，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢業(yè)設(shè)計過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學識和為人也深深地影響著我。在此，請允許我再次向曾直接給予我多次指導(dǎo)的胡師表示最忠誠的敬意！參考文獻[1]朱金波.Pro/ENGINEERWildfire3.0工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計完全掌握[M].北京：兵器工業(yè)出版社.2007.3[2]李翔鵬.Pro/ENGINEERWildfire3.0高級實例[M].北京：中國鐵道出版社.2006.12[