基于PROE的铣床夹具的设计.doc

目录1绪论错误!未定义书签。2用PRO/ENGINEER进行夹具实体设计的总体思路23对工件的实体设计错误!未定义书签。3.1工件圆柱孔的实体建模.33.2拨叉架的实体建模.43.3槽的实体建模.54设计本道工序所用的专用夹具64.1Pro/E的标准件库.64.2标准件库的功能目标分析.64.3铣床夹具的基本要求.74.4铣床夹具的设计特点.74.5选择定位基准确定定位元件.84.6确定夹紧装置.84.7夹具体与定位键94.8夹具体的实体设计94.9夹具体的主体结构设计104.10夹具体的螺纹孔、定位销孔的设计.104.11夹具体主要定位装置的结构设计.115装配.115.1装配方法.115.2装配设计思路.126工程图.157结束语20致谢21参考文献221绪论随着计算机在制造业中的广泛应用,Pro/ENGINEER成为缩短辅助设计时间、提高劳动效率、降低生产成本的重要工具。夹具在机械加工中占有很重要的地位。而夹具又具有专有性，因此夹具的设计就有很多变化，设计任务多，工作效率低。机床夹具Pro/ENGINEER系统是制造工艺技术信息系统的重要组成部分,在机械制造业中占十分重要的地位。Pro/E软件是美国PTC公司在1989年推出的产品,是一个用于产品三维模型设计、加工、分析及绘图的CAD/CAE/CAM软件系统。该软件以使用方便、参数化特征造型和系统的全相关性而著称。PTC的系列软件实现了工业设计和机械设计上的多项功能,包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管2理等,提供了最全面、紧密的集成产品开发环境,已成为我国的一个主CAD/CAM应用软，该软件具有如下特点:(1)参数化实体造型。参数化功能使设计人员对设计修改变得方便易行。(2)单一数据库的全相关性。Pro/E采用单一数据库,产品的三维模型与二维工程图相互关联,开发过程中任何地方的更改会导致其它相关的相应自动修改,使产品设计、模具设计、加工制造环节数据一致。(3)基于特征的实体建模。Pro/E采用基于特征的实体建模技术，零件由各个特征经叠加、相交等操作而成，保证了设计的简易与灵活性。本文阐述的Pro/ENGINEER实体设计适于零件和工装设计，通常是指该软件有强大的造型功能进行铣床夹具设计。该夹具用途是在铣床上加工肢体类工件孔和孔系的一种工艺装备,主要目的是保证孔和孔系的位置精度。铣床夹具设计在计算机集成制造系统中起着重要作用，目前夹具自动化设计水平较低，寻求组合夹具装夹设计的自动规划方法成为当前业界必须攻克的难题，夹具构形设计主要有两大类：第一类采用基于规则的方法，将已有的设计经验转化成设计规则，利用过去的经验解决类似问题。例如Trappey教授的启发式搜索方法。第二类采用几何分析的方法，通过求解方程组等途径枚举出所有候选装夹方案，然后根据形封闭和力封闭原则确定装夹方案，例如,Goldberg教授的“完备”的枚举算法。另外，人工智能和专家系统也广泛应用到组合夹具的设计中。然而现有的研究成果本身都存在难以克服的缺陷，基于规则的方法没有求出夹具元件的全部可行装夹位置集合，不可避免地采用可调夹具元件，不能设计出最优的装夹方案；采用枚举方法的算法效率低，而且只适用平面定位基准。并且这些方法大都对规划设计的结果缺少合理的评价规则。然而把Pro/ENGINEER实体设计软件用于铣床夹具设计，一改过去二维设计的传统模式，采用直观的三维模型表达方式，能清楚地描绘更复杂的夹具结构，并能在夹具概念设计和功能设计的同时，并行地进行优化分析和可制造性分析。2用Pro/ENGINEER进行夹具实体设计的总体思路本课题的目标就是利用Pro/ENGINEER实体设计软件将这副铣床夹具设计出来。用Pro/ENGINEER进行夹具实体设计的总体思路是：首先对工件进行实体设计，再逐个地对夹具中的组成元件进行实体设计,最后将其装置装配到夹具体上。其次对组成夹具的各元件进行实体设计是本课题最基本的工作，也是最繁琐的工作，笔者在设计过程中努力探索出简单的设计思路，应用高效率的实体设计工具来简化设计步骤，达到设计目的。第三自顶向下的装配，将产品的主框架作为主组件，并将产品分解为组件和子组件，然后标识主组件元件及其关键特征，最后了解组件内部及组件之间的关系，并绘制产品的装配工程图。下面仅以设计形状较为复杂的被加工工件即拨叉和夹具体为例来说明笔者的设计思路。3对工件的实体设计图1为拨叉零件。根据工艺规程，在铣槽之前该零件的其它各表面均已加工好。材料：HT200图1拨叉本工序要求是：槽宽16H11mm,槽深8mm。除要保证各孔尺寸精度以外，还需要满足以下技术要求：（1）槽的中心平面与25H7孔轴线的垂直度误差为0.08mm。（2）槽侧面与E面的距离110.2mm。(3)槽底面与B面平行。结合图1零件的结构，用Pro/ENGINEER实体设计软件设计出拨叉零件，用Pro/ENGINEER实体设计软件最终设计出的拨叉零件如图4所示，我们可以将被加工工件分解为三大实体部分即由圆孔，拨叉架和被加工的槽形成。由于只知道零件图形的工序尺寸，所以实体图形的形成有一定的难度。需要不断的修改尺寸，这样也体现Pro/ENGINEER实体设计软件见图的强大之处，修改尺寸很方便。在见图过程中，保证所铣的槽与圆孔25的轴线的垂直度误差不大于0.084mm，由于尺寸不完整需要不断修改之前拉伸体外形来保证，在经过不断的修改后可以得到较为理想的制图方案。3.1工件实体建模显然，主实体部分的形状不能用Pro/ENGINEER提供的标准智能图素或高级智能图素直接造型而成3，本设计方案采用了设计环境中“拉伸特征”来生成零件的主体部分。（1）.选择“文件”“新建”命令。（2）.取消“使用缺省模板”的勾选，单击“确定”按钮。图2拉伸后实体（3）.在“新文件选项”对话框的模板列表中选择mmns-part-solid，单击“确定”按钮，回到“新建”对话框，单击“确定”按钮，即应用公制模板。（4）.选择“插入”“拉伸”命令。（5）.在“拉伸”属性面板中单击生成实体按钮。（6）.在“拉伸”面板中单击“放置”按钮，弹出“草绘”上滑面板，单击其中的“定义”按钮。（7）.弹出“草绘”对话框，指定基准平面TOP为草绘平面，参照为RIGHT，其他选项使用系统缺省值。（8）.单击“草绘”对话框“草绘”按钮，弹出绘图视角“参照”对话框，单击“关闭”按钮，接受系统缺省视角参照，并关闭对话框，进入草绘模式。（9）.绘制如图的草图，然后单击完成草图。（10）.输入拉伸高度80，单击完成特征的创建，如图2所示。3.2拨叉架的绘制采用设计环境中“拉伸特征”来生成拨叉架实体，由于图形比较简单可以用一次拉伸即可完成。（11）.单击“拉伸”按钮；（12）.在“拉伸”属性面板中单击生成实体；图3拨叉架（13）.在“拉伸”面板中单击“放置”按钮，弹出“草绘”上滑面板，单击其中的“定义”按钮。（14）.弹出“草绘”对话框，指定基准平面RIGHT为草绘平面，其他选项使用系统缺省值。（15）.单击“草绘”对话框“草绘”按钮，弹出绘图视角“参照”对话框，单击“关闭”按钮，接受系统缺省视角参照，并关闭对话框，进入草绘模式。（16）.绘制要拉伸的拨叉架的草图，然后单击完成草图。（17）.输入拉伸高度8，将拉伸类型选择“在各方向上以指定深度一半拉伸草绘平面的两侧”，单击完成特征，效果如图3所示。3.3生成要加工的槽，槽宽16mm，槽深8mm在绘制过程中，要注意保证保证所铣的槽与圆孔25的轴线的垂直度误差不大于0.08mm。（18）.单击“拉伸”按钮；（19）.在“拉伸”属性面板中单击生成实体；6图4零件实体（20）.在“拉伸”面板中单击“放置”按钮，弹出“草绘”上滑面板，单击其中的“定义”按钮。（21）.弹出“草绘”对话框，指定基准平面TOP为草绘平面，其他选项使用系统缺省值。（22）.单击“草绘”对话框“草绘”按钮，弹出绘图视角“参照”对话框，单击“关闭”按钮，接受系统缺省视角参照，并关闭对话框，进入草绘模式。（23）.绘制要剪切去的草图，然后单击完成草图。（24）.单击“去除材料”按钮，将拉伸类型选择“在各方向上以指定深度一半拉伸草绘平面的两侧”，单击完成特征，效果如图4所示。（25）.绘制拨叉下端的凸台的草图，单击“拉伸”命令。输入拉伸高度2mm。单击完成特征。（26）.单击“镜像”命令，选择上一步中所形成的实体。选择top面为参照。单击完成实体的镜像。4设计本道工序所用的专用夹具4.1Pro/E的标准件库对机械产品所使用的零部件分析表明，标准零部件的数量约占到60%左右,30%左右的零部件是通过变型设计得到的通用件，而根据客户特殊需求开发的零部件只有10%左右。标准零部件不仅数量多，而且在设计过程中需频繁查阅各种设计手册。据统计，标准零部件的选用及绘制约占全部设计时间的70%左右。在产品设计中，标准零部件的设计是一项费时费力且带有很大重复性的工作，难以应日趋激烈的市场竞争环境。另外，针对目前各三维CAD造型平台进行了许多标准件库方面的研究，但研究的重点基本都放在标准件的信息管理及其使用方面，研究的技术关键也仅在于标准件的信息存取以及零件的参数驱动；而对于标准件的装配、选择、复制、替换、数据匹配等与造型平台密切结合的工具集则研究的很少。但是在实际工程中，特别是在设计方案中使用大量的标准件并且有时还需要更改设计方案的时候，面向标准件的装配工具集合则显得尤其重要，此时设计人员将不再满足于仅仅参数驱动生成零件的传统标准件使用方式14。本文研究的主要目的是,基于Pro/E三维造型平台,根据Pro/E系统特有的参数化建模及装配原理,应用第三方开发工具包Pro/TOOLKIT开发出集成了装配工具的新型标准件库管理系统，使其最大程度地整合实际工程中常用的标准件及其信息，可以支持企业自定义标准以及由标准件衍变而来的通用件，并能加快装配过程。4.2标准件库的功能目标分析任何一个标准件库系统应该具备的基本功能是：用户根据自身需求找到所需标准件，选择标准件规格，再由这些规格及几何参数驱动三维造型系统生成标准件实体模型并进行装配。但本标准件库系统还具备以下重要功能：(1)提供标准件建库工具及建库向导，并支持企业自定义标准及通用件。(2)支持网络共享。允许多个用户同时利用该标准件库进行设计或相关资料的查询。(3)提供全面的标准件信息。用户从标准件库中可以得到的标准件信息应包含几何参数信息以及材料、热处理、表面处理、尺寸偏差等非几何信息及标准件的预览图。(4