基于ProE软件的三爪卡盘结构设计毕业论文.doc

三爪卡盘结构设计基于ProE软件的三爪卡盘结构设计毕业论文第一章概述1.1卡盘简介1.1.1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。1.2三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。1.3三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。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。第二章设计方案2.1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。2.2锥齿轮的设计2.2.1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。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。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10D14=(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。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158.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（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189.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。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=1D37=0.2*MD49=0.2*MENDIF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2212.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）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2313.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262.3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。2.3.1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=8r=360*t*nx=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292.3.2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，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所示结构图322.3.3.最终卡盘的结构如图图33所示图332.4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。2.4.1卡爪1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（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（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所示图42图43卡爪1的总体结构即为图44图442.4.2卡爪2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图49（6）卡爪2的总体结构如图图50所示图502.4.3卡爪3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所示图55（6）卡爪3的最终结构如图图56所示图56第三章卡爪的工程图3.1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，有些时候需要使用一组二维图形来表达一个复杂零件或装配组件，也就是使用工程图。3.2创建工程图3.2.1卡爪1的工程图卡爪1的工程图如图57所示图573.2.2卡爪2的工程图卡爪2的工程图如图图58所示图 583.2.3卡爪3的工程图卡爪3的工程图如图59图59装配图装配图如图60所示图60卡盘实体如下图图61所示图61论文总结通过两个月的毕业设计，使我学到了更多的知识，将我所学到的理论知识与实际结合起来，把自己的知识面扩大了许多。在设计当中我发现不是所有的理论知识在现实生活中都是对的，有时就是跟现实是冲突的。现实生活中也有书上讲不到的，有用的知识。有些要经过很长时间才能学会，有些会让人感到很多疑问，可是用起来却很好。