基于ProE的车床夹具设计与仿真.doc

摘要本课题以车床夹具的设计过程为学习平台，通过查找和收集相关材料和数据，翻阅和学习相关材料，借助于pro/e这个三维设计软件，在学习中设计，在设计中学习。本课题着重研究了零件的加工工艺，车床夹具的外形结构，车床夹具的装夹和拆卸以及车床夹具的关键尺寸。本课题主要的设计项目是，利用参数化设计夹具的相关零件，利用约束关系和条件关系装配和分析夹具体，用工程图表达夹具零件的内部结构，通过夹具的运动仿真来模拟装夹过程。本课题以设计出精度高、效率高、使用方便、结构精简的夹具为设计目标。关键词:车床夹具,实体建模,工程图,装配图,运动仿真1Basedonthepro/elathefixturedesignAbstractLathefixtureofthesubjecttothedesignprocessforthelearningplatform.Throughthesearchandcollectionofrelatedmaterialsanddatarelatedtoreadingandlearningmaterials,throughtheuseofpro/eofthethree-dimensionaldesignsoftware,inthestudydesign,inthedesignoflearning.Focusedonthesubjectmachiningprocess,theshapelathefixturestructure,latheclampingfixtureandthedemolitionofthekeysizelathefixture.Themaindesignissueistheuseofparametricdesignofthefixture-relatedparts,therelationshipbetweentheuseofconstraintsandconditionsoftheassemblyandanalysisoftherelationshipbetweenaspecificfolder,usingengineeringdrawingstoexpresstheinternalstructureoffixturecomponents,Simulationofthemovementthroughthefixturetosimulatetheprocessofclamping.Thisissueinordertodesignhigh-precision,highefficiency,easytouse,streamlinedstructureforthedesignofthetargetfixture.Keywords：lathefixtures,solidmodeling,engineeringdrawings,assemblydrawings,motionsimulation2目录1绪论.32设计任务.33设计理念.43.1概念设计.43.2本课题研究的零件及其工艺设计.64夹具的实体建模.84.1在被加工零件各个工序中，本课题所涉及的相关工序中的关键尺寸.84.2工序二和工序三的夹具设计过程.94.3工序五中夹具体的参数化设计.124.4工序六中的夹具体设计.144.5夹具中的相关附件的设计过程.155.夹具的装配过程及其爆炸图.165.1工序二和工序三中的夹具体的装配过程及其爆炸图.175.2夹具的爆炸图.236工程图.257动态机构设计与仿真.267.1进入机构模块.267.2给各个仿真元件添加伺服电机.277.3定义分析.307.4运行结果回放及捕获.307.5对动画进行录像剪辑.318结束语.31致谢.31参考文献.3231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,I-DEAS,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。2设计任务机床夹具作为一种重要的加工工具，其种类和型号比较繁多，传统的开发过程繁琐、效率低下、绘图量大，Pro/E作为一款高效快捷的CAD/CAM软件，克服了以上的不足之处，大大提高设计人员的开发速度，本文将着重就Pro/E的实体建模、虚拟装配、机构仿真等功能通过对机床夹具的开发来进行深入和全面的研究。设计的具体要求为：（1）实现零件的参数化设计。（2）零件和部件的装配。（3）工程图样的生成。（4）运动仿真。43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。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。本文将分别采用此俩种方法进行机床夹具的设计。3.1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。3.1.1机床夹具的分类及功能分析机床夹具的一般可按专门化程度、使用的机床和夹紧动力源进行分类。（1）按专门化程度分类：<1>通用夹具通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三抓自定心卡盘和四抓卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等都是通用夹具。这类夹具一般由专业化工厂生产，作为机床附件提供给用户，其特点是适应性广，但生产效率低，主要适用于但见小批量生产中。<2>专用夹具专用夹具是专为某一工件的某道工序而专门设计生产的夹5具，其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制作周期较长，制造费用也较高。当产品变更时，夹具将无法使用，只使用与产品固定且批量较大的生产中。<3>通用可调夹具和成组夹具其特点事夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。成组夹具适用于相似零件的成组加工，与通用可调夹具相比，加工对象的针对性明确。<4>组合夹具组合夹具是指按零件的将要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具，其特点是灵活多变、通用性强、制造周期短、元件可反复使用，特别适用于新产品的是试制和单件小批生产。<5>随行夹具随行夹具是一种在自动线上使用的夹具，与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。（2）按适用的机床分类按所适用的机床不同，夹具可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮夹具和其它机床夹具等。（3）按夹紧动力源分类根据夹具所采用的夹紧动力源不同，夹具可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。（4）机床夹具的功用<1>稳定保证工件的加工精度用夹具装夹工件时，工件相对与刀具及机床的位置精度有夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。<2>减少辅助工时，提高劳动生产效率使用夹具装夹工件无需划线找正，可显著减少辅助工时，方便快捷；可提供工件的刚性，使用较大的切削用量；可实现多件、多工位同时装夹，可采用高效夹紧机构，提高劳动生产率。<3>扩大机床的使用范围，实现一机多能根据加工机床的成形运动，辅以不同类型的夹具，可扩大机床的工艺范围。综上所述，机床夹具使机械加工工艺系统的一个重要组成部分。3.1.2机床夹具的组成<1>定位元件（定位装置）定位元件与工件的定位基面相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置。<2>夹紧元件（夹紧装置）夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，使工件在加工过程中保持在夹具中的既定位置。<3>对刀与导引元件用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件称为导引元件。6<4>夹具体夹具体是用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。<5>其它元件及装置有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，他们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢3.2本课题研究的零件及其工艺设计图1本课题所研究的加工零件该产品是汽车空调零件，名称是喷气嘴，由3A21铝型材加工而成。该零件加工工序如下：工序一：锯床下料，保证总长尺寸为39mm。工序二：在车床上车光一端面。工序三：在车床上车光另一端面，保证总长为38mm,上下偏差是正负0.1mm.工序四：在铣床上铣出台阶面，分别保证距两端面的尺寸为16mm和23mm.工序五：在车床上钻出直径为10mm深度为33.5mm的平面上的孔。工序六：在车床上钻出M8的螺纹基准孔。要保证该孔的中心线与工序五中孔的中心线距离为18mm，上下偏差为正负0.1mm.工序七：在铣床上钻出弧面上直径为10mm的孔，保证孔中心线与各边距离，并保证该孔与工序五中的孔相通。工序八：在车床上镗工序五中的孔，保证孔深为12mm,所镗孔直径为15.45mm，上下偏差为正0.12和0.05。工序九：在攻丝机上加工M8螺纹3.2.1本课题所涉及的加工工序及夹具工序二：在车床上车光一端面工序三：在车床上车光另一端面，保证总长为38mm,上下偏差是正负0.1mm.7图2工序二和工序三中的夹具工序五：在车床上钻出直径为10mm深度为33.5mm的平面上的孔。图3工序五中的夹具工序六：在车床上钻出M8的螺纹基准孔。要保证该孔的中心线与工序五中孔的中心线距离为18mm，上下偏差为正负0.1mm.图4工序六中的夹具84夹具的实体建模4.1在被加工零件各个工序中，本课题所涉及的相关工序中的关键尺寸图5被加工零件的总宽为38mm图6被加工零件中工序五和工序六所加工的两个孔的中心距为18mm