基于PROE的立式鉆床夾具的設(shè)計論文

1、目 錄1. 緒論12. 設(shè)計任務(wù)23. 零件分析23.1零件的作用23.2 零件的總加工工藝33.3 目標(biāo)工藝的具體工藝過程44. 30mm孔加工夾具的設(shè)計54.1. 30mm孔加工夾具定位分析和基準(zhǔn)選擇54.2 定位誤差分析64.3鉆套、襯套設(shè)計64.4. 30mm夾具爆炸圖及其明細(xì)85. 10.5mm孔加工夾具設(shè)計95.1 10.5mm孔加工夾具定位分析和基準(zhǔn)選擇95.2 定位定位誤差分析105.3鉆套、襯套設(shè)計115.4 10.5mm夾具爆炸圖及其明細(xì)126. 自頂向下的設(shè)計思路136.1 自頂向下設(shè)計具體過程136.2 自頂向下建模優(yōu)缺點157. 運動仿真167.1 進(jìn)入pro-e機(jī)構(gòu)

2、模塊167.2 編輯定義運動軸167.3 電機(jī)參數(shù)設(shè)定177.4 伺服電機(jī)定義總運動187.5 設(shè)定各伺服電機(jī)運動時間187.6 運行模擬197.7 運行結(jié)果的動畫保存198. 結(jié)論209. 致謝2010 . 參考文獻(xiàn)211. 緒論虛擬制造技術(shù)是以計算機(jī)三維建模和仿真技術(shù)為基礎(chǔ), 以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為支撐的全新的技術(shù), 是 cad/cam/cae 等技術(shù)的發(fā)展, 通過對產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)過程統(tǒng)一建模, 在計算機(jī)上實現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計、加工和裝配、檢驗、使用的整個生命周期的模擬和仿真。這樣, 可以在產(chǎn)品的設(shè)計階段就模擬出產(chǎn)品及其性能和制造過程, 以此來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和制造過程, 優(yōu)化生產(chǎn)管理和資源規(guī)劃,

3、 以達(dá)到產(chǎn)品開發(fā)周期和成本的最小化, 產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的最優(yōu)化和生產(chǎn)效率最高化。機(jī)床夾具是制造系統(tǒng)的重要組成部分，隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的夾具設(shè)計手段已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)需求，必須開發(fā)滿足設(shè)計需要的計算機(jī)輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)，從而簡化設(shè)計過程，提高設(shè)計效率和質(zhì)量，減少設(shè)計人員的重復(fù)勞動。pro/engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)技術(shù)公司(parametric technology corporation，簡稱ptc)的產(chǎn)品。該軟件是最早開發(fā)、最早商品化的三維造型軟件，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)的概念改變了機(jī)械cad/cae/cam的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械c

4、ad/cae/cam領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。利用該概念開發(fā)出來的第三代機(jī)械cad/ cae/ cam產(chǎn)品pro/e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(jìn)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。該軟件不但可以進(jìn)行實體造型、曲面造型、裝配造型、鈑金造型、二維工程圖轉(zhuǎn)換，而且可以進(jìn)行動態(tài)模擬仿真、動力分析、流體分析、有限元分析、nc加工程序自動生成、電子電路設(shè)計、模具設(shè)計、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等 。pro/e軟件提供了實體造型、曲面造型、鈑金造型、大型裝配體的管理、強(qiáng)大的二維工程圖轉(zhuǎn)換功能、數(shù)控加工程序自動轉(zhuǎn)換功能、動態(tài)仿真、各種模具設(shè)計與分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、電子設(shè)計、分析計算等功能，其功

5、能強(qiáng)大幾乎無所不包，是工程師強(qiáng)有力的助手，有了他，不但減少勞動強(qiáng)度，提高工作效率，降低開發(fā)成本，而且以前不能做的許多工作，都可以在這上面完成，因此得到了廣大設(shè)計人員的鐘愛和傾心。2.設(shè)計任務(wù)以pro/engineer wildfire3.0為夾具設(shè)計的設(shè)計平臺，根據(jù)設(shè)計參數(shù)實現(xiàn)夾具的零件設(shè)計，零件和部件的裝配，力學(xué)分析，工程圖樣的生成，進(jìn)行運動仿真。(1)研究零件加工工藝過程(2)設(shè)計鉆床工藝專用夾具（3）確定夾具具體參數(shù)，（4）學(xué)習(xí)利用pro/e進(jìn)行零組件設(shè)計、仿真和工程圖生成的內(nèi)容。（5）利用pro/e軟件進(jìn)行動作模擬并進(jìn)行力學(xué)分析。（6）完成論文書寫。目標(biāo)零件：后鋼板彈簧吊耳目標(biāo)工藝工程

6、：30mm孔加工工藝和10.5mm孔加工工藝 3. 零件分析本章主要進(jìn)行彈簧吊耳零件的作用結(jié)構(gòu)介紹和總體加工工藝的論述。3.1零件的作用后鋼板彈簧吊耳的主要作用是載重后，使鋼板能夠得到延伸，伸展，能有正常的緩沖作用。因此汽車后鋼板彈簧吊耳零件的加工質(zhì)量會影響汽車的工作精度、使用性能和壽命。汽車后鋼板彈簧吊耳主要作用是減震功能、阻尼緩沖部分功能、導(dǎo)向功能。如圖1所示的工程圖和圖2的三維建模圖。圖1 后鋼板彈簧吊耳工程圖圖1 后鋼板彈簧吊耳零件圖1圖2 后鋼板彈簧吊耳三維建模圖3.2 零件的總加工工藝如表1 所示的是彈簧吊耳零件毛胚到成品的總加工工藝過程。此次兩夾具的目標(biāo)工藝是工序5和工序6。表

7、1 工藝方案表2工序1：銑兩外圓端面工序2：鉆，擴(kuò)，鉸孔，倒角工序3：銑孔的內(nèi)側(cè)面工序4：銑孔的外側(cè)面工序5：鉆，擴(kuò)，鉸孔，倒角工序6：鉆，擴(kuò)孔工序7：銑寬度為4的開口槽工序8：終檢3.3 目標(biāo)工藝的具體工藝過程如圖3所示的是兩種夾具工藝目標(biāo)的兩種孔的位置。、圖 3 工藝孔的三維展示 （1）.加工孔 其表面粗糙度要求較高為，其加工方式可以分為鉆，擴(kuò)，鉸三步，根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊表2.3-48，確定工序尺寸及余量為：鉆孔： 擴(kuò)孔： 2z=1.8鉸孔： 2z=0.2（2）加工孔其表面粗糙度要求較高為，其加工方式可以分為鉆，擴(kuò)，兩步，根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊表2.3-48，確定工序尺寸及余量為：鉆孔：

8、擴(kuò)孔： 2z=1.84. 30mm孔加工夾具的設(shè)計這章主要針對30mm孔加工工藝進(jìn)行夾具的設(shè)計，進(jìn)行了夾具定位分析，定位誤差分析，鉆套、襯套的設(shè)計及夾具爆炸圖的展示。4.1 30mm孔加工夾具定位分析和基準(zhǔn)選擇本夾具主要用來鉆、擴(kuò)、鉸兩個工藝孔。這兩個工藝孔均有尺寸精度要求為，表面粗糙度要求，表面粗糙度為，與端面垂直。并用于以后加工中的定位。其加工質(zhì)量直接影響以后各工序的加工精度。本道工序為后鋼板彈簧吊耳加工的第五道工序，本道工序加工時主要應(yīng)考慮如何保證其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強(qiáng)度。由零件圖可知，兩工藝孔位于零件孔內(nèi)外側(cè)面上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度

9、要求并應(yīng)與側(cè)面垂直。為了保證所鉆、鉸的孔與側(cè)面垂直并保證兩工藝孔能在后續(xù)的孔加工工序中使孔的加工余量均勻。根據(jù)基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。在選擇兩工藝孔的加工定位基準(zhǔn)時，應(yīng)盡量選擇上一道工序即粗、精銑頂面工序的定位基準(zhǔn)，以及設(shè)計基準(zhǔn)作為其定位基準(zhǔn)。因此加工工藝孔的定位基準(zhǔn)應(yīng)選擇外圓端面（圖示2）和與之配合的心軸（圖示1）為主要定位基準(zhǔn)限制工件的五個自由度，用一個定位銷（圖示3）限制工件的另一個自由度。采用螺母夾緊5。圖4 定位分析圖 4.2 定位誤差分析本工序選用的工件以圓孔在間隙心軸上定位，心軸為垂直放置，由于定位副間存在徑向間隙，因此必將引起徑向基準(zhǔn)位移誤差。不過這時的徑向定位誤差不再只是單向

10、的了，而是在水平面內(nèi)任意方向上都有可能發(fā)生，其最大值也比心軸水平放置時大一倍。見下圖。 （1）式中 定位副間的最小配合間隙（mm）； 工件圓孔直徑公差（mm）； 心軸外圓直徑公差（mm）。圖5 心軸垂直放置時定位分析圖4.3鉆套、襯套設(shè)計工藝孔的加工需鉆、擴(kuò)、鉸三次切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。根據(jù)工藝要求：工藝孔分鉆、擴(kuò)、鉸三個工步完成加工。即先用的麻花鉆鉆孔，根據(jù)gb114184的規(guī)定鉆頭上偏差為零，鉆套孔徑為。再用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔，根據(jù)gb114184的規(guī)定擴(kuò)孔鉆的尺寸為，鉆套尺寸為。最后用的標(biāo)準(zhǔn)鉸刀鉸孔，根據(jù)gb114184的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)鉸

11、刀尺寸為故鉆套孔徑尺寸為。（1）快換鉆套選用如圖6和圖7所示。圖 6 快換鉆套三維視圖 圖7 快換鉆套工程圖鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表2：表2 鉸工藝孔鉆套數(shù)據(jù)表dhd公稱尺寸允差303040-0.010-0.027534615523.531.5（2）襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖8和圖9所示： 圖 8 固定襯套工程圖 圖9 固定襯套三維視圖其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表3：表 3 固定襯套數(shù)據(jù)表dhdc 公稱尺寸允差公稱尺寸允差40+0.02304246+0.035+0.01810.64.4. 30mm夾具爆炸圖及其明細(xì)30mm夾具完成后的爆炸圖如圖10所示。其中藍(lán)色為所要加工的彈簧吊耳零件體。圖10 30m

12、m夾具爆炸視圖下表4為30mm夾具的裝配零件明細(xì)：表 4 30mm夾具裝配圖明細(xì) 5. 10.5mm孔加工夾具設(shè)計這章主要針對10.5mm孔加工工藝進(jìn)行夾具的設(shè)計，進(jìn)行了夾具定位分析，定位誤差分析，鉆套、襯套的設(shè)計及夾具爆炸圖的展示。5.1 10.5mm孔加工夾具定位分析和基準(zhǔn)選擇本夾具主要用來鉆、擴(kuò)、兩個工藝孔。這兩個工藝孔均有表面粗糙度要求，表面粗糙度為，與圓垂直。本到工序為后鋼板彈簧吊耳加工的第六道工序，本道工序加工時主要應(yīng)考慮如何保證其表面粗糙度要求，以及如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強(qiáng)度。由零件圖可知，兩工藝孔位于零件孔上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并應(yīng)與端面垂直。為了保證所鉆、

13、擴(kuò)的孔與側(cè)面垂直，根據(jù)基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。在選擇兩工藝孔的加工定位基準(zhǔn)時，應(yīng)盡量選擇上一道工序即鉆擴(kuò)鉸工序的定位基準(zhǔn)，以及設(shè)計基準(zhǔn)作為其定位基準(zhǔn)。因此加工工藝孔的定位基準(zhǔn)應(yīng)選擇孔端面（圖示1）為主要定位基面以限制工件的三個自由度，以孔配和的圓柱銷（圖示2）限制工件的兩個自由度，以孔配和的削邊銷（圖示3）限制工件的一個自由度，既采用一面兩銷定位。再用一個螺旋夾緊機(jī)構(gòu)從孔的另一端面進(jìn)行夾緊8。圖 11定位分析5.2 定位定位誤差分析本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為：（1）、移動時基準(zhǔn)位移誤差 （2） = = (2)、轉(zhuǎn)角誤差 （3）其中： （4） 5.3鉆套、襯套設(shè)計工藝孔

14、的加工需鉆、擴(kuò)、兩次切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。根據(jù)工藝要求：工藝孔分鉆、擴(kuò)、兩個工步完成加工。即先用的麻花鉆鉆孔，根據(jù)gb114184的規(guī)定鉆頭上偏差為零，故鉆套孔徑為。再用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔，根據(jù)的規(guī)定擴(kuò)孔鉆的尺寸為，鉆套尺寸為。（1）快換鉆套如圖12和圖13所示結(jié)構(gòu)： 圖12 快換鉆套工程圖 圖13 快換鉆套三維圖擴(kuò)工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表：表 5 擴(kuò)工藝孔鉆套數(shù)據(jù)表dhd公稱尺寸允差10.51616-0.006-0.01826221241016.5（2）襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示：圖 14 固定鉆套工程圖 圖15 快換鉆套三維圖其結(jié)

15、構(gòu)參數(shù)如下表：表6 固定襯套數(shù)據(jù)表dhdc公稱尺寸允差公稱尺寸允差16+0.01901622+0.039+0.02510.65.4 10.5mm夾具爆炸圖及其明細(xì)30mm夾具完成后的爆炸圖如圖10所示。其中沒有標(biāo)示彈簧吊耳零件。圖16 10.5mm夾具爆炸圖下表展示了10.5mm孔加工夾具組成零件的材料，部分尺寸明細(xì)。表 7 10.5mm裝配體明細(xì)6. 自頂向下的設(shè)計思路11自頂向下設(shè)計思路是pro-e軟件的精華，本章介紹了夾具建模過程中運用到的自頂向下的方法。6.1 自頂向下設(shè)計具體過程（1）創(chuàng)建組件，在組件中插入先建好的彈簧吊耳零件圖，圖17所示。 圖17 彈簧吊耳零件插入圖（2）在組件狀

16、態(tài)下創(chuàng)建新零件。選擇瀑布式菜單中的【元件】，彈出【創(chuàng)建】，如圖18. 圖 18組件中創(chuàng)建新零件（3）點擊圖18中的【創(chuàng)建】創(chuàng)建特征，彈出如圖19的創(chuàng)建選項，選擇【創(chuàng)建特征】。彈出如圖20的元件創(chuàng)建對話框，選擇【實體】。 圖 19創(chuàng)建特征 圖20 命名新建的零件（4）在模型樹中激活新的零件進(jìn)行自頂向下的建模設(shè)計，圖21所示。 圖21 模型樹激活零件建模6.2 自頂向下建模優(yōu)缺點（1）優(yōu)點：可以參照吊耳零件進(jìn)行夾具的設(shè)計建模，建模速度更快。由于在組件中創(chuàng)建其他零件，基本不需要裝配，沒有設(shè)計中的配合誤差。圖22所展示的是在創(chuàng)建夾具零件時參照彈簧吊耳進(jìn)行的設(shè)計。圖 22 自頂向下中的零件參照（2）缺點

17、：父子關(guān)系復(fù)雜，不利于修改。7. 運動仿真13 運動仿真是pro-e的又一強(qiáng)大模塊，不僅可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)運行仿真，還能進(jìn)行裝配仿真，速度分析等等。這章主要闡述了裝配仿真。7.1 進(jìn)入pro-e機(jī)構(gòu)模塊在裝配組件狀態(tài)點擊下拉菜單的【應(yīng)用程序】，彈出如圖23的菜單，選擇【機(jī)構(gòu)】，進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊。 圖23 機(jī)構(gòu)模塊的進(jìn)入注：能夠進(jìn)行機(jī)構(gòu)模擬的連接首先應(yīng)該在裝配中進(jìn)行連接裝配7.2 編輯定義運動軸如圖24操作進(jìn)入圖25的伺服電機(jī)的編輯界面。圖24 編輯定義伺服電動機(jī)圖 25定義界面7.3 電機(jī)參數(shù)設(shè)定選擇圖25所示的【輪廓】按鈕，進(jìn)入圖26的伺服電機(jī)定義界面，定義電機(jī)的運動參數(shù)。圖 26 電機(jī)參數(shù)的設(shè)定7.

18、4 伺服電機(jī)定義總運動所有電機(jī)參數(shù)設(shè)定完畢，選擇機(jī)構(gòu)中的【分析定義】按鈕，進(jìn)入圖27的界面，進(jìn)行運動總定義。圖 27 伺服電機(jī)定義總運動7.5 設(shè)定各伺服電機(jī)運動時間選擇圖27的【電動機(jī)】按鈕，進(jìn)入圖28的分析定義界面，進(jìn)行各個電機(jī)運動時間設(shè)定。圖 28 設(shè)定伺服電機(jī)運動時間7.6 運行模擬單擊圖28中的【運行】按鈕可以查看運行情況，單擊【確定】按鈕，在分析對話框中顯示pump_emluation，分析結(jié)果的名稱。單擊【運行】按鈕可以將運行結(jié)果存入結(jié)果集，單擊【取消】按鈕退出。7.7 運行結(jié)果的動畫保存（1）單擊按鈕，系統(tǒng)將彈出【回放】對話框，在此對話框中單擊按鈕，系統(tǒng)將彈出如圖所示的動畫對話

19、框，單擊按鈕彈出圖30的動畫對話框，可以將仿真結(jié)果制作成動畫進(jìn)行播放。如圖29. 圖29 回放對話框 圖30 動畫對話框（2）單擊圖30中的按鈕，系統(tǒng)將彈出圖示31的【捕獲】對話框，單擊【確定】按鈕可以將動畫保存為mpeg格式。圖31捕獲對話框（3）單擊捕獲對話框中的【確定】按鈕，就可以開始mpeg格式動畫的制作。8. 結(jié)論pro-e的父子關(guān)系是把雙刃劍，自頂向下的設(shè)計思路就是基于父子關(guān)系。巧妙的應(yīng)用父子關(guān)系去解決實際問題是今后學(xué)習(xí)的方向。如何運用好父子關(guān)系進(jìn)行更快，更好的建模設(shè)計，是我要努力的。9. 致謝首先，畢業(yè)設(shè)計得到了指導(dǎo)老師的熱心指導(dǎo)和幫助，指導(dǎo)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)計過程中指導(dǎo)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。10 . 參考文獻(xiàn)1 趙家齊，機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000。2 陳明等，機(jī)械制造工藝學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，2005。3 王啟年，機(jī)床夾具設(shè)計，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996。4 李旦等，機(jī)床專用夾具圖冊，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005。5 淘濟(jì)賢等，機(jī)床夾具設(shè)計，北京