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基于PROE的拉床夹具设计.doc

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基于PROE的拉床夹具设计.doc

www.88doc88.comwww.yanziedu.com目录1绪论.......................................................................22设计理念...................................................................22.1概念设计................................................................................................................32.1.1夹具的分类......................................................................................................32.1.2夹具的组成......................................................................................................52.1.3现代车床夹具的发展方向.................................................................................63夹具的设计.................................................................73.1工件加工要求分析...................................................................................................73.2确定夹具类型.........................................................................................................73.3拟定定位方案和夹紧元件........................................................................................73.4夹紧元件的设计......................................................................................................83.5导引方案和导引元件的设计.....................................................................................83.6夹具整体的设计......................................................................................................84实体建模...................................................................84.1法兰盘的建模.........................................................................................................84.2导套的建模...........................................................................................................124.3定位块的建模........................................................................................................134.4定位销的建模........................................................................................................134.5挡板的建模...........................................................................................................145夹具体的装配..............................................................146结束语....................................................................18致谢........................................................................18参考文献....................................................................19www.88doc88.comwww.yanziedu.com1绪论当前三维设计技术已经达到了一个很高的境界,它能为产品开发人员提供更先进的设计方法和设计手段,具有形象生动、直观明了、快速响应等设计特点,其开发过程很符合设计人员的设计思维1。三维开发平台的出现和完善,为增强企业的开发能力、提高设计效率和产品质量,提供了强有力的技术支持。三维开发技术的应用和推广,可谓是传统的机械设计的一次革命三维立体设计逐步替代传统的二维平面是必然的趋势目前,市面上可供选择的软件有很多,主要包括高端的Pro/Engineer,IDEAS,UG,CATIA和中端的Solidworks,SolidEdge等3D设计软件2。这些软件的一个共性就是它们都具备了尺寸参数驱动技术以及虚拟装配技术尤其是高端的3D设计软件还具备了智能化、集成化、并行化、模块化、相关性等特点,这些技术一般都能满足用户设计的各项诸如设计、计算分析、制造、虚拟装配、干涉检查、有限元分析、运动分析等高级CAD的需求4。Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(PTC)的产品。PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念,开发出来的第三代机CAD/CAE/CAM产品Pro/Engineer软件能将设计至生产全过程集成到一起,让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作,即实现所谓的并行工程3。Pro/Engineer采用技术指标化设计、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、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。Pro/Engineer系统用户界面简洁,概念清晰,符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上,具有完整而统一的模型。夹具虽然是机床的附加装置,但是他在生产中起到的作用却很大,应用十分广泛。因此,我国广大机械工人和技术人员,历来把机床夹具的设计和改进,作为技术革新和改造的一个重要举措。夹具是机械加工不可缺少的部件,在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展6。2设计理念使用Pro/E软件进行虚拟产品设计总的来说有俩种设计方法,它们分别是由底向上的产品设计和自顶向下的产品设计。www.88doc88.comwww.yanziedu.com由底向上的的产品设计就是先设计好产品的各个零部件,然后再把各个零部件逐一装配成完整产品的设计方法。由底向上的设计方法是一种比较简单、低级的方法,其设计思路比较清楚,设计原理也容易被广大用户接受,但是其设计理念还不够先进,设计方法不够灵活,还不能完全适应现代设计的基本要求。这种方法主要应用于一些已经比较成熟的产品的设计过程,可以获得比较高的设计效率5。由顶向下的装配设计与由底向上的设计方法正好相反。设计时,首先从整体上勾画出产品的整体结构关系或创建装配体的二维零件布局关系图,然后再根据这些关系或布局逐一设计出产品的零件模型。在现实的虚拟产品设计中,往往都是先设计出整个产品的外在概念和功能概念后,逐步对产品进行设计上的细化直至单个零件5。由顶向下的产品设计方法因其设计方法灵活和修改容易等优点,深受设计者喜爱。同时这种设计方法对设计者的要求较高,设计者不仅要熟练掌握Pro/E的各种应用技巧,而且要对产品有完整的构思。本文将分别采用由底向上的设计方法。2.1概念设计概念设计是根据夹具的功能和尺寸要求,进行产品功能创造、功能分解以及功能和子功能的结构设计进行满足功能和结构要求的工作原理求解和进行实现功能结构的工作原理载体方案的构思和系统化设计。概念设计的过程是一个发散思维和创新设计的过程,是一个求解实现功能的,满足各种技术和经济指标的,可能存在的各种方案并最终确定综合最优方案的过程7。2.1.1夹具的分类安装在车床上的夹具多数情况下都是采用通用夹具,如三爪卡盘、四爪卡盘等。当加工一些特殊工件,采用通用夹具无法安装时,必须设计专用夹具。安装在机床上的夹具根据其安装的位置分为两个基本类型安装在车床主轴上的夹具和安装在车床床鞍上的夹具。www.88doc88.comwww.yanziedu.com随着机械制造业的发展,机床夹具的种类也在不断的增加,出现了许多的新颖的夹具,如果想要对所有的夹具加以分析,那是不可能的。为了便于研究各种夹具的特性,找出规律性的东西,从而运用这些规律有必要将夹具加以分类如下图11机床夹具的分类○1通用夹具是指已经标准化的、可用于一定范围内加工不同工件的夹具。如三爪自定心或四爪单动卡盘、机用虎钳、回转工作台、万能分度头、磁力工作台等。这类夹具以作为机床附件,可以充分发挥机床技术性能和扩大工艺范围。不论何种生产类型,都被广泛利用。○2专用夹具在使用夹具装夹工件时,有找正和不找正之分。在使用专为工件的某道工序时,一般能够直接装夹工件而无须划线和找正,他成为机床的一种附加装备,在加工中起到机床、工件、刀具之间的桥梁作用,我们称之为专用夹具。专用夹具的设计和制造是机械加工中的一项重要的技术准备工作。○3通用可调与成组夹具这两类夹具结构相似。其共同点是在加工完一种工件后,经过调整或更换个别元件,即可加工形状相似、尺寸相近或加工工艺相似的多种工件。在当前多品种小批量生产条件下,这两类夹具是改革工艺装备设计的一个发展方向。○4组合夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求,由一套事先准备好的通用的标准元件和部件www.88doc88.comwww.yanziedu.com组合成的夹具。这种夹具用完后可以拆御存放,还可多次反复使用,具有组装迅速,周期短的特点,故特别适用于多品种小批生产或新产品试制6。2.1.2夹具的组成由于各种专用夹具装夹的工件是各不相同的,所以夹具结构也各种各样。尽管新的夹具层出不穷,但是他们的工作原理基本相似。我们在认识一定的数量的夹具之后,加以概括,找出他们的内在联系和共性,以便于尚未研究过的各种夹具进行研究。由此可以得出一般夹具共有的如下组成元件和装置○1定位元件和装置他的作用是确定工件在夹具中的加工位置。○2夹紧装置这种装置包括夹紧元件或组合和动力源。其作用是将工件压紧夹牢,保证工件的定位在加工中不因受外力而产生位移,同时防止或减少振动。○3确定夹具位置的元件其作用是确定夹具在机床上的饿安装位置,从而保证工件与机床之间的正确加工位置。○4对刀导向装置用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的饿元件称为对刀导向元件。○5其他装置定位装置夹紧装置其他装置确定夹具位置元件夹具体对刀换向装置图12机床夹具组成示意图夹具刀具机床工件www.88doc88.comwww.yanziedu.com有些夹具还设有分度装置、上下料装置、工件顶出装置等。○6夹具体他是夹具的基本件和骨架,上述各类元件或装置都安装在夹具体上,使之成为一个夹具整体。他们的基面一般都和机床工作台或花盘相联结。上述个组成部分,并非每套机床夹具都必须全部具备。但是一般说来,定位装置、夹紧装置和夹具体则是夹具的基本部分。机床夹具的组成部分与工件、机床、刀具之间的联系,可以从图12看出,该图为正确设计夹具提供了思考问题的线索例如定位、夹紧装置直接与工件有关,故在设计时必须掌握与工件形状、尺寸、技术要求等有关资料在设计对刀导相元件时,应考虑加工所用刀具的类型、结构和尺寸等设计确认夹具在机床上位置的元件时,则应依据机床工作台或主轴端部的结构形式和尺寸等8。2.1.3现代车床夹具的发展方向随着机械工业的迅速发展,对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求,使多品种,中小批生产作为机械生产的主流,为了适应机械生产的这种发展趋势,必然对机床夹具提出更高的要求。它的发展方向主要表现为四化。○1标准化完善的标准化,不仅指现有夹具零部件(包括毛坯及半成品)的标准,而且应有各种类型夹具结构的标准(如果用可调夹具标准、组合夹具标准、自动线夹具标准等)。同时应对专用夹具零部件,实行统一的标准化、系列化,以便使用一部分的零部件,能在各类夹具实现通用化。无疑这三化是夹具发展的基础工作,有此基础,就有可能组织夹具零件、传动装置甚至整套的夹具的专业化定点生产,使原来单体生产的夹具,转变为专业化生产,以保证质量,降低成本,缩短生产周期。○2可调化、组合化当前机床发展的两个主要发展方面,一是要把专门用于某一特定工序的专用夹具,扩大其运用范围,使能用于同一类零件的加工,并实现快速调整二是要改变专用夹具当工件或工艺一有修改就得报废的问题,使夹具能够重复利用,实现组合化的原则,用少数元件能满足多中需要。特别是随着数控车床等的大量出现,如何使用可调化或组合化夹具来适应这种机床的需要,成为当前机床夹具的又一重要发展方向。○3精密化由于机械产品加工精度日益提高,高精度机床的大量涌现,势必要求机床夹具也相对精密。例如精密多齿分度盘、分度精度可以达到1.0高精度通用定心卡盘可达0.005mm的定心精度。○4高效自动化为了实现机械加工过程自动化,以改善劳动条件,提高生产率,降低加工成本,不仅是生产流水线、自动线的需要,而且对多品种、小www.88doc88.comwww.yanziedu.com中批量生产同样可以考虑采用合适的高效自动化夹具,以获得良好的效益6。3夹具的设计3.1工件加工要求分析本工序主要以拉刀完成,本工序的加工要求,在齿轮内孔上拉出一个键槽,槽宽为8049.0013.0mm,槽深为33.120.00mm,表面粗糙度为Ra3.2m。在本工序前,齿轮大圆153mm,小圆50mm,内孔30mm以及两端面均已加工完毕。本工序采用前面设计的拉刀在L610卧式拉床上加工。3.2确定夹具类型由于本工序是加工的齿轮的内孔键槽,因此适宜采用法兰盘、导套、定位销等组成的组合夹具。3.3拟定定位方案和夹紧元件设计以齿轮大圆153mm作为定位基准,再选孔端面作为定位基准,限制工件五个自由度。选取一个240mm的圆盘作为夹具的夹具体,使定位销能装配在上面对加工工件进行夹紧,并且在槽内开销孔和螺纹孔。大圆安装在拉床上,主要限制工件一个自由度X方向的平动自由度。根据尺寸特性选择定位元件如下○1导套根据齿轮的具体尺寸,设计一个外圆分别为45mm、90mm、30mm的台阶状的导套,导套总长140mm,并且使其30mm的端突出圆盘30mm,便于内孔定位工件(齿轮)。具体形状见夹具装配图。其中螺栓夹在圆盘上,再开一个沉头孔,主要用于装入一个销键,使得能够更好的定位,保证尺寸精度。可以限制工件4个自由度X、X、Z和Z。○2拉刀垫片设计3个热处理HRC5340的垫片,垫片上开一个和导套内孔相配合的销孔,用于定位,垫片详细尺寸见零件图。○3定位块在工件加工过程中,必须要使工件的位置能够固定,以防止各方向的旋转或移动,从而影响到加工,在定位块上设置6个螺栓孔和一个销孔。螺栓孔主要用于安装内六角螺栓来连接定位块与挡块、定位块与夹具体。其主要起到固定挡块和装配定位削的作用。○4挡块为了使设计的夹紧元件定位销能够固定在夹具体上,设计3个夹角为90的V形块。V形块两边长分别为30mm和58mm。在V形块的短边上开一个长度为7mm的槽,主要用于固定定位销。使定位销在夹紧工件(齿轮)时不

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