基于proe铣床夹具的数字化设计--论.doc

泰山学院本科毕业论文（设计）开题报告 题 目_基于Pro/E铣床夹具的数字化设计 院（系、部）_建筑与机械工程系_年 级_2010级_专 业_机械设计制造及其自动化 姓 名_李小冉_学 号_2009170045_ 指导教师签字 学生签字 年 月 日题目来源指导教师推荐 自选 其它题目类别基础研究 应用研究 其它开题报告内容包括调研资料的准备，选题依据、目的、要求；进度安排；完成任务所需条件、主要参考文献与资料情况等，字数15002500字。（可根据内容适当调整版面）一、 本课题的研究目的、依据、要求、特点 本课题毕业设计是带有研究性质的专题研究分析、设计报告，是完成教学任务、培养合格人才的一个重要实践性教学环节。可以培养学生的开发和设计能力，提高综合运用所学基础理论和专业知识进行一次全面、系统地回顾和总结，通过对具体题目的分析，使理论与实践相结合，巩固和发展所学理论知识，掌握正确的思维方法和基本技能，提高学生独立思考能力和团队协作的工作作风，提高学生利用计算机解决实际问题的能力及计算机实际操作水平。针对地区中小企业铣床夹具设计数字化程度不高这一现状，采用国际上功能强大的三维软件参与设计、装配、分析和编程等，利用其高级的程序功能，完成系列化夹具的设计，提高夹具乃至零件设计的效率，提高设计质量，减少废品及重复率；同时利用软件数控加工仿真功能进行干涉和过切检查，节约加工成本。相信在中小企业具有较好的应用前景。利用Pro/E的高级程序语言参与夹具的造型、组装和数控加工，使设计数据库具有通用性、易用性、提高自动化程度等特点。二、 本课题的主要研究内容1. 数字化设计理论2. 铣床旋转式夹具设计理论及方法3. 基于Pro/E铣床夹具的三维设计4. 利用Pro/E软件进行零件装配、动画仿真5. 利用Pro/E软件对主要零件进行分析、自动化设计及数控编程6. 输出夹具装配图和零件图三、 文献综述制造业是国民经济的基础，随着以计算机技术为主导的现代科学技术的发展，产品更新换代的加快，商品求的多样化等使制造业面临着巨大的挑战。全国各地及周边地区的快速发展需要越来越多的实用型应用型人才。机床夹具是制造系统的重要组成部分,随着先进制造技术的发展,传统的夹具设计手段已远远不能满足生产需求,必须开发满足设计需要的计算机辅助夹具设计系统,从而简化设计过程,克服传统夹具设计存在的设计周期长，设计效率低等问题，降低了设计人员的劳动强度，提高了夹具设计的质量，从而能够大幅度缩短产品开发周期，利用软件数控加工仿真功能进行干涉和过切检查，可节约加工成本同时也可以控制加工时间。提高企业的市场竞争力。近几年来，机械加工业大量采用数控机床取代传统的普通机床进行机械加工，普通机械逐渐被数控机械所代替。数控机床综合了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制、电机与拖动，电子和电力、精密测量、气液压及现代机械制造技术等多种先进技术的机电一体化产品，是数控机床的心脏。具有高精度，高效率，柔性自动化等特点决定了今后发展数控机床是我国机械制造业技术改造的必由之路，是工厂自动化的基础。数控机床在各个机械制造企业已成为大、中型企业的主要技术装备。Pro/E是美国PTC公司推出的CAD/CAM/CAE一体化软件,该软件集机械设计、数控编程、加工制造、机构分析、有限元分析和关系数据库管理等功能于一体,是目前国际上专业设计人员使用最为广泛、功能强大的新一代产品造型和动态仿真软件。在国内一些军工企业和江浙、广东一代的中小型企业及民营企业中应用较为广泛，但在山东境内尤其是中小城市中的许多企业还未得到普及应用。即使有所应用的，也仅仅局限于Pro/E的造型功能和装配功能等，及一些特定的模块，很少使用其程序功能来控制特征。主要研究方法包括夹具设计技术、Pro/E软件造型、装配、自动化设计、分析等多种模块功能及其编程技术等。此课题设计是继专业基础课程如机械制造工艺学、理论力学、材料力学、机械设计、公差与技术测量、夹具设计等之后，并在一定生产实习的基础上进行的一个教学环节，要求我们综合运用所学知识，根据零件的结构特点和产品的加工要求，利用Pro/E软件的程序模块或自行利用 C语言编程，在Pro/E环境下对所设计的铣床夹具进行了三维仿真的实体造型、虚拟装配和参数化设计，以增强专用铣床夹具的设计功能，使得专用夹具通用化，以适应系列产品加工的需要。进而将夹具设计的信息建成数据库，以备需要时调用和修改，最终实现夹具的设计、装配一体化研究。同时利用加工制造中的机床、夹具、刀具、加工方式和加工参数来进行产品的制造规划，利用加工仿真功能，可以进行干涉和过切检查，节约加工成本。Pro/ENGINEER 加工能生成工序单，也控制了加工时间。该研究课题主要是针对周边地区的中小企业机加工行业中夹具设计方面，并推广到系列产品设计。论文在介绍了Pro/E、铣床夹具的概念、发展、组成以及国内外应用现状后，运用Pro/E对夹具的总体设计和各组成部分的设计，并着重阐述了设计研究过程中的各项所需的关键技术在对国内外众多夹具设计系统进行仔细的分析研究之后，本课题确定以专用夹具为对象，以铣床夹具为主要研究内容，研究利用Pro/E软件的虚拟造型设计有效地设计适合国内企业现状的具有先进性和实用性的铣床夹具。该项目完成后，有望提高夹具设计、加工的效率和质量，避免夹具设计、加工的重复性。推广到产品，可以提高系列产品更新换代的速度，节约成本。使用程序可完成零件的自动化设计、加工，且操作简便，提高了设计、加工效率，当零件的几何形状变化时，即可以通过简单的问答式的方式实现产品的设计、加工要求。故应用前景非常广阔。四、 拟解决的关键问题1. 熟练使用Pro/E软件2. 使用Pro/E软件绘制模具零件的三维造型3. 夹具的装配动画仿真4. 若干零件的自动化设计及分析5. Pro/E软件的数控编程及数控加工仿真6. 夹具装配图的绘制五、 研究思路和方向1. 查阅相关文献、书籍，尽量多的了解铣床夹具的理论和Pro/E软件的相关知识2. 充分利用计算机资源，如网上查阅相关资料，加深对课题的理解；利用计算机会绘图软件绘制装配图3. 到现场实地考察，了解现场实际情况，使设计、加工能真正满足生产要求。六、 本课题的进度安排1. 2011.03.01-2011.03.14 参观实习，资料收集2. 2011.03.15-2011.03.29 熟悉Pro/E软件的基本操作，确定相关参数3. 2011.03.30-2011.04.07 利用Pro/E软件绘制零件的三维造型、零件装配、动画仿真4. 2011.04.08-2011.05.21 对主要零件进行分析、自动化设计及数控编程5. 2011.05.22-2011.05.31 绘制装配图、零件图，书写、整理文档，图纸，准备毕业答辩七、 参考文献1 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0设计基础.参数空间主编 吴栋华, 任国栋, 袁铁军编著. 南京-南京大学出版社 20072 Pro/ENGINEER野火版3.0三维设计.钟日铭等编著. 北京-机械工业出版社 20063 Pro/ENGINEER野火3.0中文版动态机构设计与仿真.林清安编著. 北京-电子工业出版社 20074 Pro/Mechanism Wildfire 3.0/4.0机构/运动分析.二代龙震工作室编著. 北京-电子工业出版社 20085 Pro/Engineer Wildfire 3.0实例分析与提高.海欣主编 于志伟, 吴光中, 李明编著. 北京-电子工业出版社 20076 Pro/ENGINEER Wildfire结构分析.张继春等编著. 北京-机械工业出版社 2004.47 夹具设计.傅承基著. 湖南-湖南科技出版社 19858 机械制造工艺与机床夹具.刘守勇主编. 机械工业出版社 2000.59 数控加工工艺及编程/刘万菊主编. 机械工业出版社 200710 数控加工技术/王令其, 张思弟主编. 机械工业出版社 200711 Pro/ENGINEER野火版3.0数控加工全程详解/孙江宏编著. 电子工业出版社 200712 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版数控加工从入门到精通/肖黎明, 胡仁喜, 刘昌丽等编著. 机械工业出版社 200813 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版数控加工实例精解/张武军, 徐海军主编. 机械工业出版社 2008评委评语及其建议： 评委签字：院（系、部）盖章： 年 月 日泰 山 学 院 本科毕业论文（设计）基于Pro/E铣床夹具的数字化设计李小冉2008170045专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 申请学士学位所属学科 工科 指导教师姓名、职称 年 月 日摘要摘 要由于铣床夹具的结构复杂且精度要求较高，而且铣床夹具的传统设计效率低，在传统的设计中，原有的集合模型是设计者利用固定的尺寸值得到的，零件结构形状不能灵活的改变，一旦零件尺寸发生变化，必须重新绘制其对应的几何模型，以至于工程师们不得不花费大量的时间进行几乎相同的公式计算，这样在铣床夹具设计的相似性设计上消耗了大量的人力物力。铣床夹具的数字化设计是提高设计精度及效率的有效途径。本论文正是针对上述问题，利用Pro/E软件的建模功能建立三维模型；然后应用Pro/E软件的运动仿真、参数化设计和数控加工功能，使得铣床夹具的设计直观、快捷、高效。该技术在机械工程、化工设备、汽车制造等很多领域有很强的实用性和推广价值。关键词：Pro/E，铣床夹具，数字化设计IAbstractABSTRACTDue to the complicated structure and milling fixture higher accuracy, and milling machine fixture in low efficiency, the traditional design of traditional design, the original collection model is the size of the designer using fixed parts structure, worth the change, flexible shape cannot change once parts size, must redraw its corresponding geometric model that engineers have to spend a lot of time on the formula is almost the same, and in the milling machine for fixture design similarity design consumes vast quantities of manpower. Milling fixture digital design is to improve the design precision and efficiency in an effective way.This thesis is in view of the above questions, Pro/E software using 3d model; modeling functions. Then apply the Pro/E motion simulation software, parameterized design and NC machining function makes milling fixture design direct-viewing, fast and efficient. This technology in mechanical engineering, chemical equipment, automobile manufacture and so on many domains have strong practicability and popularize value. Key words: Pro/E, milling fixture, digital designII目录目录1. 引言12. 设计理念22.1 夹具概念设计22.1.1 专用夹具及其设计概述22.1.2 夹具的发展概况及现状32.1.3 夹具的分类及组成32.1.4 现代夹具的发展方向62.2 数字化制造简介72.2.1 数字化是制造技术创新的手段72.2.2 Pro/E软件的数字化造型功能93. 铣床夹具的造型及动画仿真123.1 铣床夹具零件的三维造型123.2 铣床夹具的装配173.3 铣床夹具的动画仿真204. 利用Pro/E进行夹具若干零件特征的自动化设计234.1 铣床夹具分度盘的自动化设计235. 利用Pro/E进行夹具若干零件的数控加工275.1 Pro/E NC简介275.2 定位键的数控加工276. 结论和展望336.1 本设计研究总结336.2 前景展望33参考文献34致 谢351.引言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。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，开发出来第三代机CAD/CAECAM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。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. 设计理念2.1 夹具概念设计3,42.1.1 专用夹具及其设计概述1. 明确设计任务与收集设计资料2拟定夹具结构方案与绘制夹具草图1) 确定工件的定位方案，设计定位装置。 2) 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。3) 确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。4) 确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。5) 确定和设计其它装置及元件的结构型式，如分度装置、预定位装置及吊装元件等。 6)确定夹具体的结构型式及夹具在机床上的安装方式。7) 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。 3进行必要的分析计算工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。4审查方案与改进设计夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。5绘制夹具装配总图夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用1：1。主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。夹具总图的绘制次序如下：1)用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。2)依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。3)标注必要的尺寸、公差和技术要求。 4)编制夹具明细表及标题栏。6.绘制夹具零件图夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。2.1.2 夹具的发展概况及现状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1。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。2.1.3 夹具的分类及组成1. 夹具的分类随着机械制造业的发展，机床夹具的种类也在不断的增加，出现了许多的新型的夹具，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图2-1所示：图2-1 铣床夹具的分类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 它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 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。 上述六个组成部分，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2-2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。图2-2 机床夹具组成示意图2.1.4 现代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间题，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。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。2.2 数字化制造简介2.2.1 数字化是制造技术创新的手段人类技术文明史进入了信息时代，计算机软硬件的飞速发展给信息的普及、应用提供了技术手段。面对21世纪的制造技术创新，数字化是主要手段。数字化的核心是离散化，如何将自然界的连续物理现象、模糊的不确定现象，以及人的经验与技能等离散化，进而实现数字化，是技术创新成败、优劣的关键问题。继计算几何、计算力学问世之后，计算切削工学、计算制造、数字化制造、新型材料零件数字化设计与制造等陆续被提出，明显地看出数字化是技术创新的重要手段。为了充分发挥计算机辅助技术在技术创新中的作用，需要对领域主导知识进一步实现数字化处理。例如：制造过程的物理量（力、热、声、振动、速度、误差等）的数字化模型，它们是伴随制造过程的几何量而产生的，如何将两者的数字化量及相互关系融合到计算机系统中，尚有大量工作要做；利用社会学、心理学、人体机构与行为科学等，更好的发挥人在企业中的作用，利用计算机仿真与人机界面技术模拟企业环境，研究人的最佳工作状态，重视人们的满足感与舒适感，这些都有大量数字化问题。计算机网络为数字化信息的传递、为实现“光速贸易”提供了技术手段。重要的是数字化全部信息，不仅要数字化技术信息，也要数字化评估信息，以便在信息冗余的当今能选择到有用的信息，还要数字化滤掉干扰信息和伪假信息，保证数字化信息畅通无误。计算机网络也为实现全球化制造、给予网络的制造提供了物理保证，这不仅有利于参与市场竞争，促进设备资源的共享，更有利于快速获得制造技术信息，激发创新灵感，是实现数字化制造的重要保证。为了改善数字化在技术创新中的作用，要求计算机工具尽可能早地进入工程过程中，以允许更广泛地探讨和多方案地信息化选择；要求人机界面向自然化接口过渡，以加快信息的流畅交换；要求计算机在实现自复位工程辅助作用时，由被动变成主动，即计算机能主动向操作人员建议有关方案并传送相关信息。随着电子技术、信息技术和计算机技术的发展，推动了制造技术向更深层次的发展，自20世纪50年代以来，NC（Numerical Control）、CNC（Computer Numerical Control）、DNC（Distributed Numerical Control）、FMC、CAD（Computer Aided Design）、CAM（Computer Aided Manufacturing）、CAPP（Computer Aided Press Planning）等新的制造技术相继出现。在机械制造领域中，全球化经济的形成对产品的质量、产品更新换代的速度以及产品的生产周期都提出了越来越高的要求。这也要求必须采用先进的设计制造技术才能符合时代的要求。计算机技术和机械设计制造技术相结合、渗透，就产生了计算机辅助设计与辅助制造（Computer Aided Design and Manufacturing）技术，简称CAD/CAM5。数字化改变了社会，改变了制造，改变了制造技术。从手工业使用图板到计算机二维绘图和NC加工，从三维设计到数字样机，由数字化工艺过程设计到数字化制造、虚拟制造，从CAD应用到数字化企业（Digital Enterprise）的发展，是传统的制造发生了质的改革。数字化程度已经成为衡量设计制造技术水平的重要标志。实践表明，数字化技术是缩短产品研制周期、降低研制成本、提高产品质量的有效途径，是建立现代产品快速研制系统的基础6。2.2.2 Pro/E软件的数字化造型功能7Pro/Engineer操作软件（以下简称Pro/E）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品，从它刚一面世，就以其先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型而深受用户的欢迎。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。此外，Pro/E一开始就建立在工作站上，使系统独立于硬件，便于移植；该系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。Pro/E整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型，能将整个设计至生产过程集中在一起，他一共有20多个模块供用户选择，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。给予以上原因，Pro/E在最近几年已经成为三维机械设计领域里最富有魅力的系统。Pro/E系统主要功能如下：1.参数化设计和特征功能 Pro/E是采用参数化设计的、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，可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。2.单一数据库 Pro/E是建立在统一基层的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户都在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反映在整个设计过程中的相关环节上。例如，一旦工程样图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何改变，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得每一件产品的设计过程紧密结合起来。这一优点使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。Pro/E软件功能包括参数化功能定义，实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型、完整工程图产生及不同视图。Pro/E是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同设计专用功能来实现，其中包括:筋(ribs) ,槽(slots)、倒角(chamfers)、和抽空(shells)等。采用这种手段建立形体，更自然、更直观。其他优势如下:1) 无可匹敌的几何创建功能提供了优良的产品差异性和可制造性； 2) 完全集成的应用程序可让您在一个应用程序中完成从概念设计到制造的所有工作； 3) 自动将设计变更传播到所有下游交付件的能力可让您满怀信心地进行设计； 4) 完整的虚拟仿真功能可让您提升产品性能和超越产品质量目标； 5) 自动生成相关的刀具设计、装配指令和机器代码，最大限度地提高生产效率。总之，Pro/E系统的参数化功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不像其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其他相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不但可以在屏幕上显示，还可以传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/E还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这些都是通过标准数据交换格式来实现的，用户更可以配上Pro/E软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的设计功能。3. 铣床夹具的造型及动画仿真3.1 铣床夹具零件的三维造型1. 夹具体及非标准件的造型本节研究的是铣八方专用夹具，需要利用Pro/E的三维实体建模技术将每个非标准件的绘制出来。夹具中除定位、夹紧、对刀、导向和连接元件等大量应用各种标准件, 通常还使用少量非标准专用件, 其中最主要的零件是夹具体。此铣八方专用夹具所涉及的零件有夹具体、芯轴、轴套、衬套、齿轮轴、调整螺母、防护套、螺母、分度盘、上卡块、下卡块、螺栓、定位销、空心轴、铜套、螺堵、定位螺钉等非标准专用件，其余的如螺钉、垫片、销、柱销、拉杆、手把等标准件直接从标准库中调取。单个零件的三维实体造型所运用到的Pro/E的基础实体特征有：拉伸特征、旋转特征、扫描特征、混合特征、孔特征、可特征、倒圆角特征、倒角特征、拔模特征、特征复制等。下面介绍生成简单三维实体所用的拉伸、旋转、扫描和混合等基本操作方法和技巧。拉伸特征是将一个用草图描述的轮廓或横断面沿垂直于横截面方向延伸一段距离后所生成的特征。草图、拉伸方向和拉伸长度是拉伸特征的 3 要素。旋转特征是草图轮廓或横断面，绕旋转中心线转动扫过的轨迹所形成的特征。其中，草图轮廓、旋转中心线和旋转角度构成了旋转特征的 3 要素。扫描特征是由一组草图轮廓或横断面，沿某一路径扫掠所形成的特征。扫描路径和扫描轮廓是扫描特征的必备要素。混合特征是一组空间轮廓按一定的顺序，在轮廓之间进行过渡生成的特征。混合特征的生成必须具备两个或两个以上的轮廓，其中轮廓可以是草图也可以是其它特征的面，甚至可以是一个点。简单三维实体的建模方法一般可以归纳为：1）由基本体素产生标准几何体特征(方块、圆柱、圆管、圆锥、球等特征)；2）由满足约束条件的截面轮廓二维草图经过拉伸/旋转生成三维特征；3）沿路径配置的二维几何图形经扫描/蒙掠生成曲面实体特征；4）结合以上3种方法，利用三维实体特征间的布尔运算(交/并/差)生成新的实体。建模中参数的约束有两种形式：一是几何约束，包括相互平行、相互垂直、相互同心、相互共线和等长等，几何约束是确定要素之间的几何关系，这种约束关系（具有参数化性）在后面的设计中是保持不变的；二是尺寸约束，包括长、宽、高、角度、半径，距离等，这种约束用于确定要素之间的尺寸大小和相对距离8。但在实际建模过程中，简单特征可能通过以上任一种方法完成；但对复杂特征，常规的特征操作已难以满足设计的要求，这时可以采用参数和关系式等辅助工具和环形折弯、唇、螺旋扫描等高级特征功能。尽管机械产品的结构形式千差万别，用途和工作原理也各不相同；但在计算机上进行三维实体建模还是有一些规律可循，特别是复杂三维实体的建模方法。复杂三维实体的建模过程一般为：零件结构分析特征分解基准体系分析创建基本特征创建附加特征。以下分别是夹具体、分度盘、定位销、齿轮轴、芯轴、锥套、拉杆、螺母的单个零件造型9,10。 图3-1 夹具体 图3-2 分度盘 图3-3 定位销 图3-4 齿轮轴 图3-5 芯轴 图3-6 锥套 图3-7 拉杆 图3-8 螺母2. 夹具的总体结构造型本夹具综合考虑铣床夹具设计中所涉及的问题及各种注意事项，结合夹具的设计要求进行总体结构设计，图3-9和图3-10是夹具结构的示意图，其主要零件为分度盘。图3-9 铣八方夹具主视图图3-10 铣八方夹具左视图铣八方夹具整体结构示意图（图3-9、图3-10）1.分度盘 2.手把2 3.拉杆 4.锥套 5.定位销 6.手把 7.夹具体 8.下卡块 9.芯轴 10.上卡块 11.手把 12.螺栓 13.定位螺钉 14.柱销 15.螺钉二 16.齿轮轴 17.螺钉图3-11为分度盘的平面图，2个6的通孔是用来与锥套定位的，其定位可以保证分度盘与锥套的轴中心线重合从而保证两者的同轴度；M12的通孔用来安装手把，以便转动分度盘；两个沉孔可用螺钉将分度盘与锥套固定；而8个锥孔则是用于铣八方的关键结构，每个锥孔代表要加工的一个平面，当加工完一个平面时，只需转动分度盘使定位销嵌入下一个锥孔，依次加工，直至加工完工件的八个平面。图3-11 分度盘示意图由铣八方夹具的整体结构示意图可以看到，在加工完一个面时，通过调整将锥套处于松动状态，通过6转动齿轮轴16，经由齿轮轴16与定位销5的啮合部分带动定位销5压入盲孔中并拧紧螺钉17（将定位销固定在盲孔内），同时转动分度盘使下一个锥孔对准定位销5，在反向拧动手把11，在盲孔中弹簧的作用力下将定位销潜入锥孔，使工件处于新的加工位置。同时依次拧紧调整螺母、螺母（使拉杆处于拉紧状态）；再次拧动手把11，在螺栓12的作用下拉近上卡块10与下卡块8的距离；最后将定位螺钉13拧紧。此夹具中运用到锥度芯轴定位，其原理为利用锥套的弹性变形，当锥套在受到轴向力（当拧动螺母带动拉杆使芯轴受到径向力，同时有锥度的芯轴也受到轴向力的作用）的作用时，其与径向为4号锥度夹角的斜边产生变形使其外径变大，内孔变小，同时消除了铜套内孔与锥套外径、锥套内孔与芯轴的间隙，形成无间隙配合，从而消除了夹具体的定位误差。使用时，由于锥套的内外径与铜套、芯轴有间隙，安装方便：拆卸时，只需松开螺母，锥套在没有轴向力的作用时，可自动回弹到原尺寸，这样即可轻松取出零件。这种定位芯轴由于消除了定位误差，其定位可靠，用于加工中能够严格保证零件的同轴度要求。3.2 铣床夹具的装配在传统的机械设计工作中，设计师首先绘制装配图，然后根据装配图拆画零件图。Pro/E中装配体的设计是从组成装配体的单个零件的三维设计开始。完成了组成装配体的各个零件设计后，将设计的零件按设计要求的约束条件或连接方式装配在一起才能形成一个完整的产品或机构装置。装配是产品生命周期中的重要环节，是根据确定的精度标准和技术要求，将一组零散的零件通过合理的工艺流程及各种必要的方式联结组合起来，使之成为产品的过程；是影响产品性能、质量、开发周期和成本的主要因素之一11。在Pro/E的装配模式下选两个有装配关系的零件，以默认位置在装配环境里，利用Pro/E提供的约束形式（如匹配、共面、旋转曲面共轴及曲面相切等）进行装配。三维装配形象、直观，可实现“爆炸”和动画，用以指导装配现场操作，比较直观，易于理解。装配过程中要将某元件在空间内定位，必须限制其在X、Y、Z三个轴向的平移和旋转。元件的组装过程就是一个将元件用约束条件在空间限位的过程。不同的组装模型需要的约束条件不同，完成一个元件的完全定位需要同时满足几种约束条件。元件常用的多种约束类型分别是:自动、匹配、对齐、插入、坐标系、相切、线上点、曲面上的点、曲面上的线和缺省。创建元件同时要考虑到：从一个基本元件开始创建组件；将第一个零件或子组件装配在缺省组件基准上。然而第一个元件装配完成后，一般处于完全约束状态，因此第一个零件最好是固定件。以铣八方夹具为例，由于此夹具零部件较多，因此选取几个较为典型的零件来进行装配介绍。装配第一个零件创建组件的第一步是输入基准元件并自动将其零件坐标系对齐组件的坐标系。1.单击【文件】【新建】。“新建”对话框打开。2.在“类型”字段中选取【组件】并输入组件名称“zhuangpei”。不使用缺省模板。3.单击【确定】。在弹出的“新文件选项”对话框中选择公制模板mmns_asm_design，单击【确定】进入零件设计界面。4.单击【将原件添加到组件】命令，在弹出的“打开”对话框中选取“ti.part”文件。5.在“自动”约束集列表中单击【缺省】约束集，以将元件装配到缺省约束位置。此约束将零件坐标系与组件坐标系对齐并且此时会看到零件的Front、 Right和Top零件基准平面与它们各自的组件基准平面对齐，如图3-12所示。“状态”行指示基础元件已完全约束。6.接受并保存组件。并继续装配。图3-12 坐标系、基准平面约束对齐装配第二个零件：单击【将原件添加到组件】命令，在弹出的“打开”对话框中选取“dingweijian.part”文件；单击【放置】，在“约束类型”中选择【对齐】，在“偏移”中选择【重合】，然后选取两个零件的两个轴A_4 与A_59，如图3-13所示；单击【新建约束】【匹配】【重合】选取需要匹配的两个面F5和F12，如图3-14所示；接受并保存组件。图3-13 轴约束对齐图3-14 曲面约束匹配重合依次进行装配，装配过程中可对零件视图操作：按下CTRL和ALT键，并按下鼠标中键，可以转动刚调入的零件进行查看；按下CTRL和ALT键，并按下鼠标右键，可以移动刚调入的零件进行查看；选择构成约束的元素时，可按下鼠标右键进行不同元素的切换。应用上面的零件移动方法将零件移动到合适的位置，然后定义约束，则系统智能选择的约束类型更加合适，装配可能更合理。以下是完成装配后的模型，如图3-15、图3-16所示。 图3-15 夹具装配图一 图3-16 夹具装配图二3.3 铣床夹具的动画仿真12Pro/ E动画功能 (Animation)是Pro/ E的一种让组件运动起来的技术,用户可以在不设定运动副的情况下,通过运动性质的指定,仿造动画影片的制作过程,一步步快拍产生关键帧,最后连续播放这些关键帧制造影像。在动作过程中,及时发现设计不合理的结构、部件干涉的地方、动作不协调的部位,保证产品的装配关系、产品的运动间隙、产品理论尺寸的正确性,提高产品的设计质量,减少不必要的设计协调、设计反复时间,极大地缩短产品设计周期13。本夹具为静态机构，因此可通过动画的形式清晰地展示夹具的组装过程及各零件之间的相互配合。以下为铣八方夹具动画的制作过程。首先打开装配文件（重新用连接的方法装配），单击【应用程序】【动画】 按钮重命名为xibafangjiajv_donghua【关闭】 按钮【每个主体一个零件】ground【编辑】选择ti.prt【确定】 【拖动封装元件】调整好夹具零件位置（注意顺序）点击 【拍下当前配置的快照】重复以上步骤，依次抓取快照将最后一个零件拖出来并拍照 【创建新关键帧序列】以相反的顺序插入关键帧【工具】【时间域】修改一下时间【应用】【确定】 【启动动画】 【回放】【捕捉】【确定】即可得到夹具的装配动画。部分步骤如下图所示： 图3-17 创建主体零件 图3-18 定义动画时域 图3-19 拍下当前配置快照 图3-20 反序插入关键帧图3-21 设置好时间域后的状态4. 利用Pro/E进行夹具若干零件特征的自动化设计4.1 铣床夹具分度盘的自动化设计自动化设计是一种使用重要几何参数快速构造和修改几何模型的造型方法，采用参数化模型通过调整