三爪卡盘毕业设计.pdf

南通航运职业技术学院 毕业设计（论文） 班级 专业机械制造与自动化 题目三爪卡盘结构设计 学生姓名 指导教师 20201010 年年1 1 月月6 6 日日 三爪卡盘结构设计 - 1 - 目录目录 目录. 1 摘要. 3 导言. 4 第一章概述.7 1.1 卡盘的特点.7 1.1.1 卡盘的定义.7 1.1.2 卡盘的分类.7 1.2 三爪卡盘的基本组成和工作原理.7 1.3 三爪卡盘在生产中应注意的问题.7 第二章设计方案.9 2.1 设计要求.9 2.2 锥齿轮的设计.9 2.2.1 大锥齿轮的设计、建模步骤.9 2.3 卡盘的设计、建模步骤.27 2.3.1 用方程生成阿基米德螺线.27 2.3.2 生成完整的卡盘.28 2.3.3.最终卡盘的结构.30 2.4 卡爪的设计、建模步骤.31 2.4.1 卡爪 1 的设计与建模.31 2.4.2 卡爪 2 的设计与建模.35 三爪卡盘结构设计 - 2 - 2.4.3 卡爪 3 的设计与建模.37 第三章卡爪的工程图.41 3.1 工程图.41 3.2 创建工程图.41 3.2.1 卡爪 1 的工程图.41 3.2.2 卡爪 2 的工程图.41 3.2.3 卡爪 3 的工程图.42 论文总结.44 致谢.44 参考文献.45 三爪卡盘结构设计 - 3 - 摘要摘要 以 Pro/E 软件来进行三爪卡盘的结构设计，将自己以前学到的知识结合起 来，把理论和实际相结合，从中学到更多的知识，在遇到难题时又能培养自己的 个人能力，包括怎样看待问题，分析问题，最终把问题处理好。反过来又可以从 中吸取教训，避免在以后的工作，学习当中遇到类似问题而少走弯路。 在对三爪卡盘的结构设计前要通过通过查阅资料、实地研究、整理资料、综 合运用对比分析等一系列研究方法进行整合， 结合实际情况制定切合实际的设计 方案。然后通过所学知识综合应用 PROE 的各项功能创建三爪卡盘模型，最后进 入组件，把所创建的三爪卡盘各部分装配起来，再进行运动仿真。 设计结果三个卡爪同步前进或者后退，以保证圆形工件与卡盘中心线同轴， 提供三爪卡盘个部件的机构图 设计结果是三爪卡盘各部件的设计思路，尺寸参数，实体图等等，能够进行 仿真运动，三爪卡盘能够进行生产，能够加紧的圆柱形的直径不小于 100mm 的工 件。 通过对三爪卡盘的的结构设计丰富了我的知识面，锻炼和培养了个人能力， 使得在以后的工作、学习当中能更好发展，以适应社会发展要求。 关键词：关键词：三爪卡盘；尺寸参数；结构造型 三爪卡盘结构设计 - 4 - 导言导言 1.毕业设计目的 设计一个三爪卡盘，使之能够夹紧直径不小于 100mm 的圆柱形工件；三个卡 爪同步前进或者后退，能够保证圆柱形工件与卡盘中心线同轴，并通过理论计算 验证或做动作仿真；并对可能出现同轴度误差的因素做出必要分析；提供三爪卡 盘部件的机构图。 2论文写作动机 应用 PRO/E 软件设计出三爪卡盘的实体。 对于设计的三爪卡盘的各部分画法做出分析， 例如锥齿轮在 PRO/E 软件中如 何生成，卡盘和卡爪如何生成，并对三爪卡盘进行实际的分析。 3.技术背景 1985 年，PTC 公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988 年，V1.0 的 Pro/ENGINEER 诞生了。经过 10 余年的发展，Pro/ENGINEER 已经成 为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了 Pro/ENGINEER proewildfire6.0。 PTC 的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型 装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER 还提供了 目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。 Pro/ENGINEER 作为美国 PTC 公司开发的一个大型 CAD/CAE/CAM 软件，目前 广泛的应用在工业产品造型设计、模具设计、有限元分析、机械仿真和加工制造 等方面， 是当今最优秀的三维设计软件之一并受到世界范围内广大用户的普遍欢 迎。PRO/E 内容丰富、功能强大，随着生产加工自动化水平的不断提高，在我国 设计加工领域里的应用越来越广泛。 Pro/E 软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟产品装配和工程图生 成等设计功能，而且在设计过程中可以进行有限元分析、机构运动分析和仿真模 拟等，提高了设计的可靠性。Pro/E 软件的主要特点是提供了一个基于过程的虚 拟产品开发设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从 而优化了企业的产品设计与制造。另外， Pro/E 提供了二次开发设计环境及与 其他 CAD 软件进行数据交换的接口，能够使多种 CAD 软件配合工作，实现优势互 补，从而提高产品设计的效率。 Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决的相 关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不 必安装所有模块。 Pro/E 的基于特征方式， 能够将设计至生产全过程集成到一起， 实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 Pro/E 软件作为高端的三维设计软件，用该软件进行产品设计，无论设计中 三爪卡盘结构设计 - 5 - 的哪部分进行了变更，这些变更都会传播到所有后续信息中。Pro/E 软件能够 仿真和分析虚拟样机及优化设计，无需制造昂贵的实物样机，即可以虚拟方式模 拟实际的作用力和运动情况，并分析产品在这些情况下的可能出现的问题。在设 计阶段中及早洞察产品性能，从而改进产品性能，设计更好的产品，同时节省时 间和成本。另外 Pro/E 软件支持与多种 CAD 工具(包括相关数据交换)和业界标 准数据格式兼容利用， 与 PTC 的其他产品一起能形成团队成员之间有效地共享数 字化产品数据环境，基于产品研发体系，优化数字化产品价值链，改善企业业务 流程。 Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣 金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 1 参数化设计和特征功能 Pro/Engineer 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， 您可以随意勾画草图，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/Engineer 是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的 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在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。例如， 一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何 变动，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，使得一件产品的设计结合起来。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/Engineer 是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包 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棚完整工程 图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转） 。Pro/Engineer 是 一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的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 段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方 式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指 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，其也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。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机 上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印机。Pro/Engineer 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，这都是通过标准数据 三爪卡盘结构设计 - 6 - 交换格式来实现， 用户更可配上 Pro/Engineer 软件的其它模块或自行利用 C 语 言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分 的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括 ANSI， ISO， DIN 或 JIS 标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维 和三维图形输出。Pro/Engineer 功能如下： 1 特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等） ； 2 参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等） ； 3 通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等） 的关系来进行设计。 4 支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，Pro PROGRAM 的各种能用零件设计的程序化方法等)。 5 贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的 每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 ProENGINEER 的基本功能。 三爪卡盘结构设计 - 7 - 第一章概述第一章概述 1.11.1 卡盘简介卡盘简介 1.1.1 卡盘的定义卡盘的定义 “卡盘”是机床上用来夹紧工件的机械装置。主要用于车刀对旋转的工件进 行车削加工的机床的夹紧功能。卡盘具有结构简单、安装方便；装夹迅速，适用 范围广；精度高，使用寿命长安全性和可靠性高等特点。 1.1.2 卡盘的分类卡盘的分类 从卡盘爪数上面可以分为：两爪卡盘，三爪卡盘，四爪卡盘，六爪卡盘和特 殊卡盘。从使用动力上可以分为：手动卡盘，气动卡盘，液压卡盘，电动卡盘和 机械卡盘。从结构上面还可以分为：中空型和中实型。 四爪卡盘是用四个丝杠分别带动四爪， 因此常见的四爪卡盘没有自动定心的 作用。但可以通过调整四爪位置，装夹各种矩形的、不规则的工件。 1.21.2 三爪卡盘的基本组成和工作原理三爪卡盘的基本组成和工作原理 三爪卡盘是车床上应用最广的通用夹具 ，适合于安装短棒料或盘类零件， 三爪卡盘能自动定心，但定心准确度并不太高，约为 0.050.15mm。 用伏打扳手旋转锥齿轮， 锥齿轮带动平面矩形螺纹， 然后带动三爪向心运动， 因为平面矩形螺纹的螺距相等，所以三爪运动距离相等，有自动定心的作用。 三爪卡盘是由一个大锥齿轮，三个小锥齿轮，三个卡爪组成。三个小锥齿轮 和大锥齿轮啮合，大锥齿轮的背面有平面螺纹结构，三个卡爪等分安装在平面螺 纹上。当用扳手扳动小锥齿轮时，大锥齿轮便转动，它背面的平面螺纹就使三个 卡爪同时向中心靠近或退出。 1.31.3 三爪卡盘在生产中应注意的问题三爪卡盘在生产中应注意的问题 三爪卡盘夹持工件能自动定心 , 使定位和夹紧同时完成，但夹紧力较小， 适合于装夹圆形、六角形的工件毛胚、棒料及车过外圆的零件。用己加工过的表 面做装夹面时，应包层铜皮，以免损伤己加工表面。 三爪卡盘使用一段时间以后，大锥齿轮就会有残留的铁削影响其装夹零件。 三爪卡盘结构设计 - 8 - 要定期清理卡爪背锥齿轮内部和大锥齿轮。按卡爪背锥齿轮的大小顺序依次安 装，必须同时装夹到一起才能使用。 三爪卡盘的结构特点及使用时的注意事项。装夹工件时选用合理，可靠的装 夹基准且找正夹牢装，装夹时使用套管。 三爪卡盘结构设计 - 9 - 第二章设计方案第二章设计方案 2.12.1 设计要求设计要求 （1）三爪卡盘能够加紧的圆柱形工件的直径不小于 100mm。 （2）三个卡爪必须同步前进或者后退，以保证圆柱形工件与卡盘中心线同 轴。该部分内容需通过理论计算验证或者运动仿真证明。 （3）对有可能出现同轴度误差的因素做出必要的分析。 （4）提供三爪卡盘个部件的机构图。 2.22.2 锥齿轮的设计锥齿轮的设计 2.2.1 大锥齿轮的设计、建模步骤大锥齿轮的设计、建模步骤 1.新建文件 单击“常用”工具栏中的“新建”工具，或单击主菜单中的“文件” “新建”命令，弹出“新建”对话框。接受系统默认的“零件类型， “实体”子 类型，在“名称”文本框中输入 zhuichilun，取消对复选框“使用缺省模板” 的勾选，再单击“确定”按钮，在弹出的“新文件选项”对话框选择公制模板为 mmns-part-solid，然后单击“确定”按钮，进入设计环境。 12 添加尺寸关系 （1）添加尺寸参数，添加过程同斜齿轮。单击主菜单中的“工具”“参 图 1 三爪卡盘结构设计 - 10 - 数”命令，弹出“参数”对话框。单击（添加）按钮，依次添加齿轮设计参 数及初值，如图图 1 和图 2 所示，添加完毕，单击“确定”按钮。 图 2 （2） 添加尺寸关系式， 添加过程同斜齿轮。 单击主菜单中的 “工具” “关 图 3 三爪卡盘结构设计 - 11 - 系”命令，添加直圆锥齿轮的关系式，如图图 3 所示。上步创建的未知参数，可 根据本步创建的关系运算得到，添加完毕单击“确定”按钮。 3.创建锥齿轮几何曲线 （1）创建基准平面 DTM1。单击“特征”工具栏的（基准平面）工具， 或单击主菜单中的“插入” “模型基准” “平面”命令，弹出“基准平面” 对话框。在工作区选取 TOP 基准平面作为放置参照， “偏距” “平移”中输入 数值，单击“确定”按钮，生成 DTM1 基准平面。注意添加关系式，平移距离等 于“=D/（2*TAN(DELTA)） ”. (2)创建基准轴 A-1。单击“特征”工具栏中的（基准轴）工具，在工作 区按住键盘“Ctrl”键，选取 RIGHT、FRONT 基准平面作为放置参照，选择基准 轴的约束类型为“穿过”两个相交平面，单击“确定”按钮，完成 A-1 基准轴的 创建。 （3）创建基准点 PNTO.单击“特征”工具栏中的（基准点）工具，在工 作区按住键盘“Ctrl”键，选取上步创建的 A-1 基准轴和 DTM1 基准平面作为放 置参照，单击“确定”按钮，完成 PNTO 基准点的创建。 （4）草绘齿廓曲线。单击“特征”工具栏中的（草绘）工具，选取 FRONT 基准平面作为草绘平面， 接受系统自动捕捉到的与其垂直的 RIGHT 基准平面作为 草绘方向参照平面。单击“草绘”按钮，进入二维草绘环境。单击“草绘器”工 具栏中的（直线）工具，再单击（动态剪切）工具，修剪外形，如图图 4 图 4 三爪卡盘结构设计 - 12 - 所示。草绘完成后，单击“确定”按钮。注意添加关系式： D1=90， D2=DA/2, D3=DELTA, D4=DF/2, D5=B, D6=D/2, D7=DA/2。 4.创建大端齿轮基本圆 （1）创建基准轴 DTM2。单击“特征”工具栏的工具，在工作区按住键盘 “Ctrl” 键， 选取 FRONT 基准平面和曲线参照 1 作为放置参照， 约束类型为 DTM2 基准平面和 FRONT 基准平面的“法向”垂直， “穿过”参照曲线 1，完毕单击“确 定”按钮，生成下图图 5 所示的基准平面。 图 5 （2）创建基准点 PNT1.单击“特征”工具栏中的（基准点）工具，或 单击主菜单中的“插入”“模型基准” “点” “点”命令，弹出“基准 点”对话框，创建基准点。在工作区按住键盘“Ctrl”键，选取图 4 的曲线参照 1 和参照 2 作为放置参照，完毕单击“确定”按钮，生成 PNT1 基准点，如图 6 所示。 三爪卡盘结构设计 - 13 - 图 6 （3）草绘大端齿轮基本圆截面。单击“特征”工具栏中的（草绘）工 具，选取 DTM2 基准平面作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入二维草绘环境。 单击“草绘器”工具栏中的（圆）工具，任意草绘 4 个同心圆，圆心为 PNT1 点。然后单击（直线）工具，过点 PNT1 绘制一条直线，如图图 7 所示，草绘 图 7 三爪卡盘结构设计 - 14 - 完成，单击（确定）按钮，退出草绘环境。注意添加关系式： D9=D/(COS(DELTA), D10= DA/(COS(DELTA), D11= DB/(COS(DELTA), D12= DF/(COS(DELTA). 最后单击“常用工具栏中”（再生模型）工具。 5.创建小端齿轮基本圆 （1）创建基准平面 DTM6。单击“特征”工具栏中的（基准平面）工具， 或单击主菜单中的“ 插入”“模型基准” “平面”命令，弹出“基准平面” 对话框。在工作区按住键盘“Ctrl”键，选取 FRONT 基准平面和和图 4 所示曲线 的参照 3 作为防止参照， 选择约束类型为：DTM6 基准平面和 FRONT 基准平面 “法 向”垂直， “穿过”参照曲线完毕单击“确定”按钮，生成如图图 8 所示的 DTM6 基准平面。 图 8 （2）创建基准点 PNT2.单击“特征”工具栏中的（基准点）工具，或单 击主菜单中的“插入”“模型基准” “点” “点”命令，弹出“基准点” 对话框。在工作区按住键盘“Ctrl”键，选取如图图 4 所示的曲线参照 2 和参照 3 作为放置参照，单击“确定”按钮，生成 PNT2 基准点，如图图 9 所示。 三爪卡盘结构设计 - 15 - 图 9 （3）草绘小端齿轮基本圆截面。单击“特征”工具栏中的（草绘）工 具，选取 DTM2 基准平面作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入二维草绘环境。 单击“草绘器”工具栏中的（圆）工具，任意草绘 4 个同心圆，圆心为 PNT2 点。然后单击（直线）工具，绘制一条直线，如图图 10 所示。草绘完成后， 单击（确定）按钮。注意添加关系式： 图 10 三爪卡盘结构设计 - 16 - D14=(D-2*B*SIN(DELTA)/COS(DELTA), D15=(DA-2*BA*SIN(DELTA_A)/COS(DELTA), D16=(DB-2*BB*SIN(DELTA_B)/COS(DELTA), D17=(DF-2*BF*SIN(DELTA_F)/COS(DELTA)。 最后单击“常用”工具栏中的（再生模型）工具。 6 创建齿轮大端渐开线特性 （1）创建坐标系 CS0。单击“特征”工具栏中的（坐标系）工具，或单 击主菜单中的“插入”“模型基准” “坐标系”命令，弹出“坐标系”对 话框，以此作为定向根据。选择参照 1 作为 X 轴的正向，选择参照 2 作为 Y 轴的 正向，完毕单击“确定”按钮，生成 CS0 坐标系，如图图 11 所示。 图 11 （2）创建坐标系 CS1。单击“特征”工具栏中（坐标系）工具，或单击 主菜单中的“插入”“模型基准”“坐标系”命令，弹出“坐标系”对话框。 在工作区或模型树中选取上步创建的 CS0 坐标系作为放置参照，单击“定向”标 签，设置参数如图图 12 所示，完毕单击“确定”按钮。注意添加关系，在工作 区选取 CS0 和 CS1 两坐标系夹角，在“关系”对话框中输入关系式 D19=360*COS(DELTA)/(4*Z)+180*TAN(ALPHA)/PI-ALPHA。 最后单击“常用”工具栏中的（再生模型）工具。 三爪卡盘结构设计 - 17 - 图 12 （3）创建渐开线。单击“特征”工具栏中的（基准曲线）工具，或单 击主菜单中的“插入” “模型基准”“曲线”命令，弹出“曲线选项”菜 单，单击“从方程”“完成”命令。此时系统提示选择坐标系，在工作区或模 型树种选取 CS0 坐标系，再单击“确定”按钮。系统弹出“设置坐标系类型”菜 单，选择“笛卡尔”坐标系，弹出“记事本”对话框。在记事本点划线下方，输 入渐开线方程： r=D11/2 theta=t*60 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0 图 13 三爪卡盘结构设计 - 18 - 输入完毕保存，返回到“基准曲线”对话框，单击“确定”按钮，生成如 图图 13 所示的渐开线 1. 7.创建齿轮小端渐开线特征 （1）创建坐标系 CS1.单击“特征”工具栏的（坐标系）工具，或单击 主菜单中的“插入”“模型基准”“坐标系”命令，弹出“坐标系”对话框。 在工作区选取 PNT2 基准点作为放置参照，单击“定向”标签，点选“参照选取” 单选钮，以次作为定向根据。选择参照 1 作为 X 轴的正向，选择参照 2 作为 Y 轴 的正向，完毕单击“确定”按钮，生成 CS1 坐标系，如图图 14 所示。 图 14 （2）创建坐标系 CS3。单击“特征”工具栏中的（坐标系）工具，或单 击主菜单中的“插入”“模型基准”“曲线”命令， ，弹出“坐标系”对话 框。 在工作区或模型树种选取上步创建的 CS2 坐标系作为放置参照， 单击 “定向” 标签，设置参数同图 12 所示，完毕单击“确定”按钮，生成坐标系 CS3，注意 添加关系，在工作区选取 CS2 和 CS3 两坐标系的夹角，在“关系”对话框中输入 关系 D20=360*COS(DELTA)/(4*Z)+180*TAN(ALPHA)/PI-ALPHA。 最后单击“常用”工具栏中的（再生模型）工具。 （3）创建渐开线 2.单击“特征”工具栏中的（基准曲线）工具，或单 三爪卡盘结构设计 - 19 - 击主菜单中的“插入”“模型基准”“曲线”命令，弹出“曲线选项”菜单， 选择“从方程”建立渐开线，然后单击“完成”命令，此时系统提示选择坐标系， 在工作区或模型树中选取坐标系 CS3，在单击“确定“按钮。系统弹出”设置坐 标系类型“菜单，选择”笛卡尔“坐标系，弹出”记事本“对话框。在记事本点 划线下方，输入渐开线方程： R=D16/2 theta=t*60 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0 输入完毕保存，返回到“基准曲线“对话框，单击”确定“按钮，生 成如图图 15 所示的渐开线 2。 图 15 8.创建渐开线镜像特征 （1）创建基准点 PNT3。单击“特征“工具，或单击主菜单中的”插入“” 模型基准” ”点”点”命令,弹出”基准点”对话框,在工作区按住键盘 键，选取分度圆和创建的渐开线 2 作为放置参照，单击“确定“按 钮，生成 PNT3 基准点，如图图 16 所示。 （2）创建基准轴 A2.单击”特征”工具栏中的(基准轴)工具,或单击 主菜单中的”插入”模型基准”轴”命令,弹出”基准轴”的对话框, 创建基准轴.在工作区按住键盘“Ctrl”键,选取 DTM2 基准平面和 PNT1 基准点 作为放置参照,选择基准轴的约束类型为基准轴 A2”穿过”基准点 PNT1, “法 三爪卡盘结构设计 - 20 - 向“DTM2 基准平面，完毕单击“确定”按钮，完成 A2 基准轴的创建。 图 16 （3）创建基准平面 DTM7，单击“特征”工具栏的（基准平面）工具， 或单击主菜单中的“插入“” “基准模型”“平面”命令，弹出“基准平面” 对话框。在工作区按住键盘“Ctrl”键，选取上步创建的 A2.基准轴和 PNT3 基准点作为放置参照，约束类型均为”穿过” ，完毕单击“确定”按钮， 生成如图图 17 所示的 DTM7 基准平面。 图 17 三爪卡盘结构设计 - 21 - （4）创建镜像基准平面 DTM8。单击“特征”工具栏中的（基准平面） 工具，或单击主菜单中的“插入“” “基准模型”“平面”命令，弹出“基 准平面”对话框在工作区按住键盘“Ctrl”键，选取上步创建的 A2.基准轴和 DTM4 基准平面作为放置参照， 在 “偏距” “旋转” 中输入 360*COS(DELTA)/(4*Z) 或者-3，单击“确定”按钮，完成镜像基准平面 DTM8 的创建，如图图 18 所示。注意添加关系式，在工作区选取两个基准平面的夹角，在“关系”对话框 中的输入关系式： D21=360*COS(DELTA)/(4*Z). 图 18 9.创建镜像渐开线特征 在模型树或在工作区中选取已创建的大小端渐开线 1，2，此时镜像操作被 激活，单击“特征”工具栏中的（镜像）工具，或单击主菜单中得“编辑” “镜像”命令，窗口下方弹出“镜像”特征操控板，选取 DTM8 基准平面作为镜 像平面，单击（确定）按钮，完成渐开线特征的镜像，如图图 19 所示。 10.创建第一个齿廓特征 （1）草绘扫描轨迹。单击“特征”工具栏中的（草绘）工具，或单击主菜 单中的”插入“”模型基准”“草绘”按钮，进入二维草绘环境。单击“草 绘器”工具栏中的（边）工具，在弹出的“类型”对话框中点选“单个”单选钮， 选择如图图 20 所示的参照线，最后单击（动态剪切）工具，修改扫描轨迹，完 毕单击（确定）按钮。 三爪卡盘结构设计 - 22 - 图 19 图 20 （2）草绘齿廓截面形状。单击“特征”工具栏中的（草绘）工具， 特征工具，弹出“草绘”对话框，选取 DTM2 基准平面作为草绘平面，单击“草 绘”确认，进入二维草绘环境。单击“草绘器”工具栏中的（边）工具，或单击 三爪卡盘结构设计 - 23 - 主菜单中的”草绘“”边”“使用”命令，在弹出“类型”对话框中点选“环” 单选钮，选取齿顶圆和齿根圆。然后再“类型”对话框中点选“单个”单选钮， 选取两条渐开线齿廓线。单击（圆弧）工具，绘制圆弧使其和渐开线相切生 成齿根圆角。最后单击（动态剪切）工具，修剪齿廓外形，草绘完成，单 击“确定“按钮。 同理创建小端齿廓，选择 DTM3 基准平面。 （3）创建扫描混合特征。单击菜单中的“插入”“扫描混合”命令，弹 出“扫描混合”特征操控板，在操控板中单击“参照”按钮，弹出“参照”上滑 面板被激活，接受截面控制默认方式。再单击“剖面”按钮，在弹出的上滑面板 中，选择方式为“所选截面” ，单击“插入”按钮，在工作区依次选取上步创建 的 2 个齿廓截面。完毕单击（确定）按钮或鼠标中键，生成第一个齿廓， 如图图 21 所示。注意添加齿根圆角关系式，单击主菜单中的“工具”关系” 图 21 命令，弹出“关系”对话框。首先在工作区选取大端齿根圆角 d37 尺寸和小端齿 根圆角 d49 尺寸，在“关系”对话框中输入齿根圆角关系式： IF HAX=1 D37=0.2*M 三爪卡盘结构设计 - 24 - D49=0.2*M ENDIF 输入完毕，单击“确定”按钮，最后单击“常用“工具栏中的（再生模 型）工具。 11.创建第二个齿廓复制特征 创建过程和直齿轮复制特征创建相同。单击主菜单中的“编辑”“特征操 作”命令，弹出“特征”菜单管理器，依次单击“复制”移动”选取” ”独立” “完成”命令。系统提示选取需要复制的特征，选取上一步创建 的第一个齿作为复制对象，最后在“选取特征”菜单中单击”完成“命令。在随 后弹出的”移动特征“菜单中单击”旋转“”曲线、边轴“命令，选取基准轴 A2 作为复制参照。此时红色箭头指示特征移动方向，进行复制移动方向选择， 单击“正向”命令。确认移动方向。系统消息区提示“输入旋转角度” 。输入旋 转角度关系式 360/Z。输入完毕，单击右侧（确定）按钮， “组可变尺寸” 菜单中的“完成命令， ”组元组“对话框中的”确定“按钮和”特征“菜单中的” 完成“命令。完成齿廓的复制，如图图 22 所示。主意添加复制旋转角度关系， 添加旋转角度 D51=360/z。 图 22 12.创建其余齿廓阵列特征 创建过程和直齿轮的创建过程相同。选取上步的复制齿廓特征，此时阵列命 令被激活，单击“特征“工具栏中的（阵列）工具，窗口下方弹出”阵列“特 征操控版。在操控板中，旋转阵列方式为”尺寸“阵列，添加尺寸参照，选择上 步复制旋转角度作为 u 参照尺寸，输入阵列个数为 24 个，完毕单击（确定） 三爪卡盘结构设计 - 25 - 按钮或鼠标中键，生成如图图 23 所示的阵列特征。主意添加尺寸关系，在”关 系“对话框中输入关系式： D75=360/Z, P76=Z-1. 图 23 13.创建锥齿轮主体特征 单击“特征”工具栏中的（旋转）工具，或单击主菜单中的“插入”“旋 图 24 转”命令，窗口下方弹出“旋转”特征操控板。在操控板中选择旋转方式为“实 体”类型，旋转角度类型为 360。单击“位置”按钮，在弹出的“位置”上滑 三爪卡盘结构设计 - 26 - 面板中单击“定义”按钮，弹出“草绘”对话框。选取 FRONT 基准平面作为草绘 平面，草绘截面如图图 24 所示。草绘完成后，单击（确定）按钮，进入三 维实体模式。单击（确定）按钮，生成如图图 25 所示的旋转特征。主意添 加关系： D75=360/Z, P76=Z-1。 图 25 最后锥齿轮实体模型如下图图 26 所示 图 26 三爪卡盘结构设计 - 27 - 2.32.3 卡盘的设计、建模步骤卡盘的设计、建模步骤 单击“常用”工具栏中的“新建”工具，或单击主菜单中的“文件” “新建”命令，弹出“新建”对话框。接受系统默认的“零件类型， “实体”子 类型，在“名称”文本框中输入 kapan，取消对复选框“使用缺省模板”的勾选， 再单击“确定”按钮，在弹出的“新文件选项”对话框选择公制模板为 mmns-part-solid，然后单击“确定”按钮，进入设计环境。 2.3.12.3.1 用方程生成阿基米德螺线用方程生成阿基米德螺线 单击“曲线”命令，弹出菜单任务管理器，在任务管理器的曲线选项下 滑列表中选择“从方程” ，然后点击“完成”出现如图图 27 命令框。 图 27图 28 选取坐标原点， 弹出任务管理器， 选择笛卡尔如图图 28 所示， 弹出 “rel.ptd- 记事本” ，在记事本中输入如下方程式 n=8 r=360*t*n 三爪卡盘结构设计 - 28 - x=100*cos(r)+30*t*n*cos(r) y=100*sin(r)+30*t*n*sin(r) z=0 输入完成点击“确定” ，生成如下图图 29 所示的曲线 图 29 2.3.22.3.2 生成完整的卡盘生成完整的卡盘 点击“拉伸工具”“放置”“定义”选取 FRONT 平面点击“草 绘”进入草绘截面，点击“通过边创建图元” ， 选取上一步创建的阿基米德 螺线，在类型中点击“”关闭。点击“偏移”工具， 选取偏移的曲线，接 受默认方向，输入偏移距离 15，点击，点击“确定” 。草绘完毕生成如图图 30 曲线 三爪卡盘结构设计 - 29 - ， 图 30 创建“两点线”选取两条曲线的端点，完毕点击。出现图 31 结构 图 31 在拉伸距离中输入数值 50，完毕点击。生成如图图 32 所示结构 三爪卡盘结构设计 - 30 - 图 32 2.3.3.2.3.3.最终卡盘的结构最终卡盘的结构 如图图 33 所示 图 33 三爪卡盘结构设计 - 31 - 2.42.4 卡爪的设计、建模步骤卡爪的设计、建模步骤 因为三爪卡盘是的三个卡爪不是同时装配到卡盘上去的， 所以三个卡爪的结 构式不完全相同的，但还是有相似之处。 2.4.12.4.1 卡爪卡爪 1 1 的设计与建模的设计与建模 因为卡爪与卡盘是要配合使用的，所以在阿基米德螺线的原理上建立卡爪， 并使用卡盘建模时候的数据，使卡盘能够与卡爪配套。 （1）草绘卡爪 1 的结构。单击“草绘”命令，弹出草绘对话框，选取 FRONT 面为草绘平面，点击“草绘” 进入草绘环境。草绘如图 34 结构 图 34 图 35 三爪卡盘结构设计 - 32 - （2）拉伸出卡爪的卡爪部分。点击（拉伸）命令，点击“设置”“定 义”弹出草绘对话框，选取 FRONT 平面作为拉伸面，点击草绘进入环境，点击 (投影)命令，选取上步创建的卡爪部分，然后，完成草绘。在左下方命 令行中输入要拉伸的长度 50，点击（确定） ，生成如图图 35 的结构 （3）创建卡爪上部分结构“1” 。点击（基准平面工具） ，选取 FRONT 面为基准平面， 输入偏距-平移距离 50， 如图 36， 点击确定， 创建基准平面 DTM1 如图 36 所示 图 36图 37 （4）草绘卡爪上部分的结构“1” 。单击“草绘”命令，弹出草绘对话 框，选取 DTM1 面为草绘平面，点击“草绘” 进入草绘环境。草绘如图 38 结 构，完毕点击“完成”退出草绘命令。 图 38 三爪卡盘结构设计 - 33 - （5）拉伸刚刚草绘出的平面，点击命令，选取 DTM1 平面，投影出上 步草绘出的结构，单击“完成” ，输入拉伸距离为 50，点完成拉伸，生 成如图 39 结构 图 39 （6）拉伸卡爪上部分结构“2” ，步骤同（3） 、 （4） ，选取基准平面为（4） 中的最上表面，草绘平面如图图 40 所示，并拉伸出实体如图图 41 所示 图 40图 41 （7）同理拉伸结构“3” ，步骤同（3） 、 （4） ，选取草绘基准平面为（5）中 创建结构的上表面，草绘图形如下图图 42 所示，拉伸出的结构如图 43 所示 三爪卡盘结构设计 - 34 - 图 42 图 43 卡爪 1 的总体结构即为图 44 图 44 三爪卡盘结构设计 - 35 - 2.4.22.4.2 卡爪卡爪 2 2 的设计与建模的设计与建模 （步骤与卡爪 1 相同） （1）草绘卡爪 2 的基本结构，如图 45 图 45 （2）拉伸出卡爪部分如图 46 图 46 （3）创建卡爪上部分“1”的结构如图 47 三爪卡盘结构设计 - 36 - 图 47 （4）拉伸出卡爪上部分 2 结构如图 48 图 48 （5）拉伸卡爪上部分 3 的结构图 49 三爪卡盘结构设计 - 37 - 图 49 （6）卡爪 2 的总体结构如图图 50 所示 图 50 2.4.32.4.3 卡爪卡爪 3 3 的设计与建模的设计与建模 （步骤与卡爪 1 相同） （1）草绘卡爪 3 轨迹如图 51 所示 三爪卡盘结构设计 - 38 - 图 51 （2）拉伸出卡爪结构如图 52 所示 图 52 （3）拉伸出卡爪上部分“1”的结构如图 53 所示 三爪卡盘结构设计 - 39 - 图 53 （4）拉伸上部分“2”结构如图 54 所示 图 54 （5）拉伸卡爪上部分“3”结构，如图 55 所示 三爪卡盘结构设计 - 40 - 图 55 （6）卡爪 3 的最终结构如图图 56 所示 图 56 三爪卡盘结构设计 - 41 - 第三章卡爪的工程图第三章卡爪的工程图 3.13.1 工程图工程图 表达复杂零件时最常用的方法是使用空间三维模型，这样简单而且直观。但 是在工程中，有些时候需要