基于proe的定位器设计

基于 Pro/E的定位器设计摘 要：本文通过 Pro/E软件对定位器进行造型设计，并且利用 CAD软件绘制了定位器的把手、定位轴、盖、套筒、支架等和装配图，完成了定位器相应零件结构分析及材料选择。关键词：定位器 零件设计 零件测绘 装配图一、前言1定位轴 2 支架 3 套筒 4 压簧 5 盖 6 螺钉 7 把手图 1 定位器装配示意图定位器是安装在仪器的机箱内壁上,工作时定 位 轴 的 一 端 插 入 被 固 定 零 件的 孔 中 ， 当 该 零 件 需 要 变 换 位 置 时 ， 首 先 拉 动 把 手 ， 将 定 位 轴 从 零 件 的 孔 中拉 出 ， 然 后 松 开 把 手 ， 此 时 压 簧 使 定 位 轴 回 复 原 位 ， 如 图 1 所 示 。二、定位器测绘定位器是由把手、定位轴、盖、套筒、支架等几部分组成1、测量的概念测量是指为确定被测量零件的量值而进行的实验过程，其实质就是将被测量与作为计量单位的标准量进行比较，从而确定两者比值的过程。测量包括测量对象、计量单位、测量方法、测量精度。2、测量的工具测量工具简称量具，是专门用来测量两件尺寸、检验零件形状或安装位置的工具。在零部件测绘中，常用的量具可分为：游标类量具：利用游标卡尺、深度游标卡尺、高度游标卡尺，可测量出定位轴的长度、套筒的长度、支架的长度和宽度等。螺旋式量具：利用外径千分尺、内径千分尺、公法线千分尺、深度千分尺，可测量出定位轴的外径、套筒外径与内径等。3、测量方法广义的测量方法是指测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条件的综合，但在实际工作中，测量方法一般是指获得测量结果的具体方式。.按实测量值是否为被测量值分类可分为：1直接测量。2间接测量。.按示值是否为被测量值的量值分类可分为：1.绝对测量。2相对测量。.按测量时被测表面与计量器具的侧头是否接触分类可分为：1接触测量。2非接触测量。.按工件上是否有多个被测量分类可分为；1单项测量。2.综合测量。.按测量在加工过程中所起的作用分类可分为：1 主动测量。2被动测量。此零件多用直接测量法直接测量。三、定位器的造型与分析定位器由把手、定位轴、盖、套筒、支架等零件组成，如图 2 所示。图 2 定位器的整体模型定位轴镶嵌在支架的孔中；在定位轴的外部套一个含有内螺纹的套筒；为了防止套筒随定位轴一起转动时脱落，在套筒顶部用盖旋紧，最后在盖的底端，放置一个含有螺纹定位的把手，用紧定螺钉的圆柱形端部伸进环形槽锁定。四、定位器组成零件造型及其创建过程图 3 定位轴模型定位轴零件工作情况分析定位轴是定位器的重要组成部分，并起到连接套筒、盖以及把手，并对他们进行固定。用其螺纹来对盖进行固定连接。一般都以轴的形式存在，使起整个零件都达到很好的连接效果。定位轴 Pro/E 造型如图 3 所示。1、新建零件在 Pro/E 主界面中选择新建文件，在“类型”栏中，选择“零件”模式，在“子类型”栏中选择“实体” ，选择“mmns_part-solid”模版。2、创建拉伸特征（1）在“基本特征”工具栏中单击图标按钮 。（2）创建拉伸特征，单击“拉伸特征”管理工具栏中的图标 ，系统弹出旋转界面，并在界面的右上角显示“草绘平面定位”对话框，以 TOP 平面，RIGHT 为参考面，并以它的右面为定位方向来确定草绘平面的方向。（3）创建草绘特征，在草绘平面绘制如下图 4图 4 定位轴草绘图（4）创建倒角特征，单击工具栏中的“倒角”图标 ，打开倒角操作面板，单击 完成倒角操作。完成如图 5 所示的螺杆旋转特征图。 图 5 定位轴旋转特征3、创建螺旋特征（1）单击文件菜单中的插入中的螺纹扫描中的切口进入螺纹对话框，完成盖的剪切扫描如图 6 所示。图 6 盖的螺纹特征同上步骤依次创建出定位器的把手、盖、套筒、支架等零件造型图，如下图7，图 8，图 9，图 10 所示。图 7 把手特征 图 8 盖特征图 9套筒特征 图 10支架特征 五、定位器定位轴设计（一）定位轴零件的选材分析1、材料的选择原则：（1）材料的力学性能材料性能应满足零件的工作需求，尽量使零件经久耐用，安全可靠。为此，必须根据零件的功用、受力状况、工作环境等，分析零件失效的形式与原因来确定材料抵抗失效应力具备的重要性能，根据主要性能来选择材料。（2）材料的工艺性材料工艺性指的的是零件在制作过程中，材料适应冷、热加工工的性能包括：1.铸造性。2.锻造性。3.焊接性。4.切削加工性。5.热处理工艺性。（3）材料的经济性在满足使用性能要求的前提下，应尽量采用便宜的材料，把零件的总成本降低到最低，以获得最大的经济利益。2、材料的选择方法：（1）以综合力学性能为主时的选材。在机器制造业中，相当的机械零件，如轴类，杆类。工作时受到不同程度的载荷和工作环境的制约，要求零件具有较高的强度和良好的塑性。因此根据零件的受力情况的大小，选用中碳钢或者合金钢材料（如 45 号钢、40Cr 钢等） ，并进行正火或者调质处理满足使用需求。零件受力越大，零件选用的材料的综合力学性能也应越高。（2）以疲劳强度为主时的选材。交变载荷作用下的零件容易出现疲劳破坏，同时应力集中也是导致零件疲劳破坏的重要零件，如发动机的曲轴、轴承、齿轮等零件，应选用疲劳强度高的材料制作，并合理设计结构形状，制定正确的加工工艺来减少应力集中。（3）以磨损为主时的选材。在工作条件下，磨损较大，受力小的零件，如各种量具，钻套等，选用高碳钢或者高碳合金钢，进行淬火，低温回火来获得高硬度的回火马氏体组织，满足耐磨需求。同时承受磨损和交变应力的零件，应选合适表面淬火、渗碳或者氮化后的钢材进行热处理。定位轴要求有较高的力学性能，通过观察发现，定位轴是一个高强度耐磨材料。查表 1，可选择 45 号钢作为定位轴材料。表 1 钢分类名称 牌号 应用举例 说明Q215A 级B 级金属结构件、拉杆、套圈、铆钉、短轴、心轴、凸轮、垫圈，渗碳零件及焊接件等。Q235A 级B 级C 级D 级金属结构件，心部强度要求不高的渗碳零件，吊钩、拉杆、套圈、汽缸、齿轮、螺栓、螺母、连杆、轮轴、偰、盖及焊接件。碳素结构钢Q275轴、刹车杆、螺栓、螺母、连杆、齿轮以及其他强度较高的零件。“Q”为碳素结构钢屈服点“屈”字的首位拼音字数，后面的数字表示屈服点数值，如 Q235A 表示碳素结构钢屈服点为 235Mpa。屈服点是表征材料受力后改变与未改变原有力学性能的临界点。优质08F1020303540可塑性好的零件，如管子、垫片、渗碳件、 、拉杆、卡头、紧固件、冲模锻件、轴套、钩、螺钉、连接器、连杆、横梁、摇杆、键、销、螺栓齿轮、齿条、凸轮、曲柄轴齿轮、联轴器、衬套、轮轴、偏心轮、轮圈、弹簧等。牌号中的两位数字表示平均含碳量，45 号钢即表示平均含碳量为 0.45%，平均含碳量0.25%的为低碳钢；平均含碳量在0.25%0.6%之间的为中碳钢;含碳量质量分数大于0.6%的为高碳钢；在牌号后面加符号“F”表示沸腾钢。455060碳素结构钢30Mn40 Mn50 Mn螺栓、杠杆、制动板、用于承受疲劳载荷零件：轴、曲轴、万向联轴器、用于高负荷下耐磨的热处理零件，如齿轮、发条等。锰的质量分数较高的钢，须加注化学元素符号“Mn” 。铬钢15Cr20 Cr30 Cr40 Cr渗碳齿轮、凸轮、活塞销、离合器、较重要的渗碳零件的重要的调质零件（如轮轴、齿轮、螺栓）较重要的调质零件（如齿轮、进气阀、轴、 ）强度及耐磨性高的轴、齿轮、螺栓等。合金结构钢铬锰钛钢18 CrMnT30 CrMnTi40 CrMnTi i汽车上的重要渗碳件，如齿轮汽车、拖拉机上强度特高的渗碳齿轮强度高、耐磨性高的大齿轮、主轴。钢中加入了一定的合金元素，提高了钢的力学性能和耐磨性，也提高了钢在热处理时的淬透性，保证金属能在较大截面上获得良好的力学性能。铸造碳钢ZG230-450ZG310-570铸造平坦的零件，如机座、机盖、机体、工作温度在 450下的管路附件等，各种形状的机件，如齿轮、齿圈、重负荷机架等。ZG230-450 表示工程用铸钢，屈服点为 230MPa 抗拉强度 450Mpa。（二）定位轴的设计表达分析定位轴 CAD 零件图（如图 11）所示。图 11 定位轴 CAD图定位轴是属于轴类零件，轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 以下是 一般轴类零件结构设计原则： 节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； 易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整； 采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；便于加工制造和保证精度。1、 零 件 视 图 的 选 择（1）主视图选择零件的主视图要尽可能把零件各部分的主要结构反映出来，轴基本上是圆柱体，因此轴的主视图应选用垂直于圆柱轴线的方向作为投影方向，这样既可把各段圆柱部分的相对位置和形状大小表示清楚，并且也反映出轴的轴肩、倒角、圆角等工艺结构。（2）其他视图选择由于轴的各段圆柱可以用尺寸 来表示，因此不必画出其左视图或右视图。根据轴类零件的结构特点，其表达方法可归纳如下：轴线水平，以轴类零件的非圆视图为主视图，平键槽朝前。用移出断面、局部剖面、局部视图表示各类工艺结构。对尚未表达清楚的局部形状和细小结构可使用局部视图或者局部放大图。能采用省略、简化画法表达的要尽量采用。2、定位轴的尺寸分析零件在设计、制造和检验时，计量尺寸的起点为尺寸基准。根据基准的作用不同，分为设计基准、工艺基准、测量基准等。设计基准：设计时确定零件表面在机器中位置所依据的点、线、面。工艺基准：加工制造时，确定零件在机床或夹具中位置所依据的点、线、面。测量基准：测量某些尺寸时，确定零件在量具中位置所依据的点、线、面。（1）主要的径向尺寸和标准如图 11 所示，左端尺寸为 6 的一段和支架的配合，8 处一个肩垫，再是一个 8 的套筒和盖的配合，这三个尺寸是螺杆的主要径向尺寸，为了使轴传动平稳，这三段直径要求在同一轴线上，因此设计基准就是轴线。（2）轴向主要尺寸和标准定位器的轴上主要装配支架、套筒、盖以及把手，为了保证这些孔在装配时的正确性，其轴向定位就十分重要。如图 11，设计时选用轴向尺寸的设计基准。3、表面粗糙度的选定：表面粗糙度是表征零件表面在加工后形成的由较小间距的峰谷组成的微观几何形状特征的。表面粗糙度越小，则表面越光滑。表面粗糙度参数值的大小对零件的使用性能和寿命都有直接影响。查表 2，知定位轴与支架和套筒接触的表面精度要求比较高，所以表面均采用表面粗糙度为 Ra3.2 的加工精度进行加工。其余都采用 Ra6.3 的加工精度进行加工。表 2 表面粗糙度表面粗糙度Ra m表面形状特征 加工方法 应用举例12.5 可加加工痕迹 车、刨、镗、钻、平铣、磨半精加工表面。不重要零件的非配合表面，如支柱、轴、支架、外壳、紧固件的自由表面，如螺栓、螺钉。不要求定心及配合特性的表面如钻头钻的螺栓孔等表面固定支承表面。6.3 微见加工痕迹 车、刨、镗、钻、平铣、磨、拉半精加工表面。和其他零件连接而不是配合表面，如外壳、底座盖、端面，要求有定心及配合特性的固定支承表面，如定心的轴肩。不重要的紧固螺纹的表面。3.2 看不见的加工痕迹车、刨、镗、钻、平铣、磨、拉、滚压、接近于精加工、要求定心要求有定心及配合特性的固定支承表面，如衬套、轴套。不要求定心及配合特性的活动支承表面，如活动关节、花键结合等。1.6 可辨加工痕迹的方向车、镗、拉、磨、立、铣、铰、刮要求保证定心及配合特性的表面，如锥形销和圆柱销的表面、普通与 6 级精度的球轴承的配合面、中速转动的轴承、静连接 IT7 公差等级的孔，不要求保证定心及配合特性的固定支承表面，如支承热圈、齿套叉形件。4、公差与配合的选择（1）配合制的确定配合是表述两个零件间接触紧密程度的相关术语，通常用来表征孔和轴之间的相互结合关系。孔和轴之间的配合有三种情况：间隙配合、过盈配合、和过渡配合。通过对定位器的结构研究可知，定位轴与套筒、盖和支架之间存在着配合关系，其他零件间不存在配合关系。定位轴与套筒之间的配合可依据一下因素来选择： 两零件之间存在相对运动； 两零件是维修时必须拆卸的零件； 两零件无需固定。因此，定位轴与套筒和支架采用间隙配合，与盖采用过盈配合。（2）基准制的选择选择基准制时，应从结构、工艺、经济等方面来综合考虑。国家标准规定了两种基准制： 基孔制：基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带构成各种配合的一种制度成为基孔制 。这种制度在同一基本尺寸的配合中，是将孔的公差带的位置固定，通过变动轴的公差带位置，得到各种不同的配合。基孔制的孔称为基准孔。国家标准规定基准孔的下偏差为 0，“H”为基准孔的基本偏差。 基轴制：基本偏差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带构成各种配合的一种制度称为基轴制。 这种制度在同一基本尺寸的配合中，是将轴的公差带位置固定，通过变动孔的公差带位置，得到各种不同的配合基轴制的轴称为基准轴。 国家标准规定基准轴的上偏差为 0，“h” 为基轴制的基本偏差。一般情况下，应优先采用基孔制。这样可以限制定值刀具.量具的规格数量。基轴制通常仅用于具有明显经济效果的场合和结构设计要求不适合采用基孔制的场合。根据零件图分析两零件均为非标准件，都需要特别加工。同时，定位轴的外径存在和其他零件的配合关系，故选用基轴制配合。（3）公差等级选择零件加工时的允许偏差由国家标准 GB/T180 规定，称为尺寸公差或差。公差等级选择的原则是在满足使用要求的前提下，尽量选用低公差等级，以利于加工和降低成本。公差等级可采用类比法选择或者计算法确定。定位器不属于精密零件，属于一般性的机械设备，两零件的配合属于一般精密配合，公差等级可考虑 IT6IT7，鉴于 IT6 的加工要求较高，通常不能用车床加工完成，加工成本较高，故应选用 IT7。当零件尺寸为 5080mm 时，公差等级为 IT7 时，标准公差为 30 m。（三）零件的热处理金属零件的热处理主要指钢的热处理。钢的热处理是将固态钢加热到一定温度，保温一定时间，再将介质中以一定的速度冷却的一种工艺过程。与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。钢经过热处理后，可以改善其机械性能、力学性能及工艺性能，提高零件的使用寿命。热处理方法很多，常用的有：退火、正火、淬火、回火、调质等。退火：是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，为进一步淬火作组织准备。正火：是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火：是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。回火：为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于 650 摄氏度的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却。调质：调质就是淬火加高温回火，硬度在 HBS210250 左右，改善力学性能,可以承受较大载荷。主轴与轴类材料与热处理选择必须考虑受力大小、轴承类型和主轴形状及可能引起的热处理缺陷.在滚动轴承或轴颈上有轴套在滑动轴承中回转,轴颈不需特别高的硬度,可用 45、45Cr,调质,HB220-250,50Mn,正火或调质 HRC28-35。定位轴的热处理选用调质 HB220240C，可以使定位轴获得高的韧性和足够的强度来满足工作需要。六、定位器其他零件设计其他零件图 CAD 图支架图 12，套筒图 13，盖图 14，把手图 15图 12 支架零件图1、支架分析支架是一铸件，其基本形体是 2 块方形铁块焊接而成。在标注各段长度后，如图 12 所示。支架作为定位器的支撑零件，要求具有较高的强度，观察其表面，可以发现它是一个铸件，可选用钢材。35 钢即表示平均含碳量为 0.35%的钢材，3 5 号钢 优 质 碳 素 结 构 钢 有 良 好 的 塑 性 和 适 当 的 强 度 ， 工 艺 性 能 较 好 ， 焊 接 性 能 尚可 ， 大 多 在 正 火 状 态 和 调 质 状 态 下 使 用 。查表 1 可选用 35 号钢。支架与定位轴配合的表面精度要求不是很高，查表 1-2 表面粗糙度选Ra6.3,底座的表面精度要求比较高，可选粗糙度 Ra 值为 3.2 的加工精度加工。其余不需要用去除材料方法加工的表面粗糙度为毛坯面。图 13 套筒零件图2、套筒分析在定位轴的外面有一个套筒，如图 13 所示。通过原理分析可知，套筒的基本要求是具有较高的硬度。通过图 13 可以看出，套筒是经过车削加工的钢制材料，查表 1，可选用 35 号钢作为套筒材料。套筒的内孔槽要求和定位轴进行配合，其表面精度要求较高，查表 2，故全部选用粗糙度 Ra6.3 进行加工。图 14 盖零件图 3、盖分析盖以螺纹配合压装于套筒中，起到压制压簧的作用。如图 14 所示。盖在定位器中，要求具有较高的硬度与强度。查表 1 可选用 15 号钢作为盖的材料。由于盖的内孔与定位轴产生配合，所以需要较高的加工精度，查表 2，可选用 Ra3.2的加工精度进行加工，其余采用 Ra6.3 的加工精度进行加工。图 15 把手零件图4、把手分析在定位轴的尾部套有一个把手，如图 15 所示。通过原理分析可知，把手的基本要求是具有良好的可塑性。查表 3，可选用 PP 作为把手材料。把手的螺纹孔要求和螺丝进行配合，其表面精度要求较高，查表 2，故选用粗糙度 Ra 值为 6.3 加工。其余不需要用去除材料方法加工的表面粗糙度为毛坯面。表 3 塑料简称 俗称/中文 学名 主要应用 收缩率 比重 熔点及成型温度PVC 聚氯乙烯 管材、窗框、电线、食品包装 硬 0.10.5软 1.05.0 1.4 75-105PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯食品。电子、安全带等。薄膜可作片基，用于感光胶片、录音磁带2.02.5 1.381.41 113122 熔融温度为 257265PP聚丙烯百折胶包装胶带、拉丝，洗衣机玩具 1.02.5 0.85-0.9 75-105PC 聚碳酸酯 咖啡壶、安全头盔、防弹玻璃 0.40.7 1.2 150防弹胶GPPS聚苯乙烯普通硬胶电器 指示灯罩 建筑装饰品 0.21.0 1.07 70-115 任意着色，成型加工性良好HIPS不碎胶高冲击硬胶高冲击聚苯乙烯电器 指示灯罩 建筑装饰品 0.21.0 1.06 100 可任意着色，成型加工性ABS丙烯腈 丁二烯 苯乙烯最能保持产品尺寸精度的材料，电器 日用品 玩具 0.30.8 1.05110 加工成型修饰容易成型温度为 200PA6 尼龙 6 各种齿轮牙刷毛 渔线电动工具外壳 0.52.2 1.13 216PA66 尼龙 66 各种齿轮牙刷毛 渔线电动工具外壳 0.52.5 1.14 265 不易控制PA1010 尼龙 12各种齿轮牙刷毛 渔线电动工具外壳 1.2 1.01 179七、装配图的绘制图 16 定位器装配图（一）定位器装配图的绘制装配图是用来表达机器或部件的图样。装配图是了解机器结构、分析机器工作原理和功能的技术文件，也是制订装配工艺规程，进行机器装配、检验、安装和维修的技术依据。定位器在结构上，不是一个对称体。因此，我们可以用剖视图来表达。在视图选择时，可将定位器按工作位置来放置，将支架以 90位置放好。以有挡板的一方为左视图方向。为了表达内部结构，采用全剖方式表达。这样既能清楚的表达各主要零件的结构形状、装配关系，也能清楚的表达定位器的工作原理。如上图 16 所示。（二）画装配图的一般步骤（1）根据确定的表达方案，部件的大小，视图的数量，选取适当的绘图比例和图幅。画出各视图的主要基准线，如底平面、轴线、中心线等。（2）围绕主要装配干线由里向外，逐个画出零件的图形。一般从主视图入手，兼顾各视图