Pro╱ENGINEER在钻床夹具设计中的应用

1、Pro/ENGINEER在钻床夹具设计中的应用摘 要机床夹具在机械加工起着重要的作用，它直接影响着机械加工的质量，生产效率和成本，企业在长期的机床夹具设计过程中积累了丰富的设计经验，迫切需要一种高效可行的方法来重复利用这些已有的设计经验以提高机床夹具设计的质量和效率。钻床夹具是其中一种，对基于CAD软件Pro/E的钻床夹具快速设计理论和系统的开发方法进行了研究，主要研究内容和成果如下：1对钻床夹具零件库的自动建模原理和关键技术进行了研究，创建了钻床夹具零件和部件信息模型，实现了钻床专用夹具零件和部件的柔性建库。2在零件和部件信息模型基础上，建立了统一的钻床专用夹具对象装配模型，创建了钻床专用夹

2、具对象装配规则，引入了钻床专用夹具分层次装配策略和有效路径装配策略。关键词：Pro/ENGINEER,机床夹具,钻床夹具,机械加工Pro/ENGINEER IN THE DRILLING FIXTURE DESIGNABSTRACTDrilling fixture in the machining plays an important role, it directly affects the quality of machining, Productivity and costs, companies drilling in the long-term fixture design proc

3、ess, the design has accumulated rich Inspection, an urgent need for an efficient and feasible way to re-use the existing design experience to improve Drilling fixture design quality and efficiency.Drilling fixture is one of CAD software based on Pro / e of the drilling fixture rapid design theory an

4、d system development method is studied, mainly the study Content and results are as follows1On the drilling fixture parts library of automatically modeling principles and key techniques in detail the research, innovation Drilling jig built information model of parts and components, to achieve a dril

5、ling machine special fixtures and components of the soft parts Of storage2 In the information model of parts and components, based on drilling to establish a unified object-specific fixture assembly Model, creating dedicated drilling fixture object assembly rules, the introduction of the drilling ma

6、chine special fixtures installed at different levels with strategic and effective path to assembly, proposes rapid assembly path generation algorithmKEY WORDS： Pro/ENGINEER，Tool fixture ，Drilling fixture ，Machining II目录前言2第1章 绪论41.1机械加工41.1.1机械加工当前的现状41.1.2机械加工工艺系统41.1.3 机械制造过程52.1 Pro/ENGINEER与CAD软

7、件的区别82.1.1 Pro/ENGINEER软件的发展史82.1.2 Pro/ENGINEER软件的特点及主要模块92.2 Pro/ENGINEER软件的应用102.2.1 Pro/ENGINEER软件在生产中的应用11第3章 钻床夹具的设计123.1夹具的基本概念123.2钻床夹具的基本概念143.2.1夹具的分类和功能143.2.2钻床夹具的钻模163.3钻床夹具体的设计要求17第4章 Pro/ENGINEER在钻床夹具设计过成中的中的应用184.1 引言184.1.1 Pro/E在钻床夹具设计应用中参数化建模方法194.1.2 Pro/E在钻床夹具设计的结构设计204.2 钻床专用夹具

8、实例21结 论23谢 辞25参考文献26附录28外文资料译文36前言随着全球经济一体化的进程加快以及信息技术的迅猛发展，现代制造企业环境发生了巨大的变化，其变化的主要特征为：产品生命周期缩短；交货期成为主要竞争因素；大市场和大竞争己基本形成；用户需求个性化、多品种小批量生产比例增大。为了赢得产品的上市时间，各个企业不断增加人力和物力来加快产品的设计和生产速度。与此同时，产品快速设计的课题也成为了各个研究机构的研究热点。为了适应这一新变化，制造业正在朝着信息化的方向发展。对制造企业而言，信息化的核心是产品设计、制造和工装以及相关信息的数字化。CAD技术在企业数字化、信息化过程中起着重要作用。但C

9、AD技术长期以来以通用化为标准，过分强调系统的通用化程度，造成了目前CAD技术只是作为一种通用画图的工具，而没有结合相关行业的专业知识，成为一种真正的计算机辅助设计技术。因此，研究面向各种行业的CAD系统就成了目前国内外研究开发CAD的热点和重点，这对CAD系统的发展将产生重要深远的影响，在这种背景下计算机辅助夹具设计(computer aided fixture design，CAFD)研究逐渐成为一个热点。根据有关资料统计，我国现有工业水平，生产准备周期一般要占整个产品研制周期的50%一70%，而工艺装备的设计制造周期又占生产准备周期的50%一70%，其中工艺装备的准备阶段中有70%一80

10、%的时间用于夹具的设计和制造。在现在制造企业中，钻床夹具是保证产品质量，实现全面质量管理的重要手段。所以钻床夹具设计的周期长短对于产品的开发周期有重大的影响。为了适应多品种、小批量生产类型对夹具快速设计的需要，以及随着数控钻床的广泛应用，越来越多的机械制造企业采用钻床专用夹具。在加工前，根据工件要求，所采用的钻床和夹具的设计原则，选取标准零件，确定所选零件之间的位置关系，设计制造装配出满足要求的夹具。由于钻床专用夹具批量的生产要求，可以大幅度提高了企业的竞争力，所以日益受到制造企业的青睐。目前钻床专用夹具设计基本上还是滞留在手工阶段，主要依靠钻床夹具设计人员的经验进行直接设计、选件和组装，就会

11、带来以下几个问题：1设计周期长、工作效率低、制造成本高。2设计的质量在很大程度上受到设计人员的经验和水平所限制。3设计人员的经验在钻床专用夹具设计中重用率低。计算机软件Pro/ENGIEER辅助钻床夹具设计研究试图解决上：述在钻床专用夹具设计中存在的问题。以缩短夹具设计与准备的时间，满足快速响应客户需求的目标。因此该软件的应用对于提高机械产品钻床加工的市场竞争力具有重要的意义。第1章 绪论1.1机械加工1.1.1机械加工当前的现状20世纪70年代以前，机械加工产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。20世纪80年代以后，随着市场全球化的进一步发展，市场竞争变得

12、越来越激烈。 我国已加入WTO，机械加工业面临着巨大的挑战与新的机遇。因此，我国机械加工制造业不能单纯的沿着20世纪凸轮及其机构为基础采用专用钻床、专用夹具、专用刀具组成的流水式生产线刚性自动化发展。而是要全面拓展，面向五化发展，即全球化、网络化、虚拟化、自动化、绿色化。 1.1.2机械加工工艺系统从机械制造的整个过程来看，机器的最基本组成单元为零件，也就是首先要制造出合格的零件，然后组装成部件，再由零、部件装配成机器，因此制造出符合要求的各种零件是机械加工的主要目的，而机械加工中绝大部分材料是金属材料，故机械加工主要是对各种金属进行切削加工。零件的表面通常是几种简单表面如平面、圆柱面、圆锥面

13、、球面、成形表面等的组合，而零件的表面是通过各种切削加工方法得到的，其中在金属切削钻床上利用工件和刀具彼此间协调的相对运动切除被加工零件多余的材料，获得在形状、尺寸和表面质量都符合要求的这种加工方法称为金属切削加工。金属切削加工常作为零件的最终加工方法，它需要用金属切削刀具直接对零件进行加工，它们之间要有确定的相对运动和承受很大的切削力，通常需在金属切削钻床上进行加工，零件和刀具需通过机床夹具和刀架与机床进行可靠的联接，带动它们做相对的运动，实现切削加工，这种由金属切削机床、刀具、夹具和工件(被加工零件的总称)构成的机械加工封闭系统称为机械加工工艺系统(如图1一1所示)，其中金属切削机床是加工

14、机械零件的工作机械，起支承和提供动力作用；刀具起直接对零件进行切削加工作用；机床夹具用来对零件定位和夹紧，使之有正确的加工位置。本章就围绕机械加工工艺系统中的机床夹具设计过程进行分析，阐述机械零件加工过程。定位夹紧刀具切削加工工机床夹具金属切削机床工件支撑·提供动力图1-1机械加工工艺系统工件在机床上进行切削加工时，为保证加工精度和提高生产效率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的加工位置，我们把机械加工过程中用以确定工件相对刀具和机床的正确位置并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动的工艺装备，称为机床夹具。 1.1.3 机械制造过程机器是由零件、组件、部件等组成的，一台机器的

15、制造过程包含了从零件、部件加工到整机装配的全过程，这一过程可以用图1一2所示的系统图来表示。首先，从图中可以看出机器中的组成单元是一个个的零件，它们都是由毛坯经过相应的机械加工工艺过程加变为合格零件的，在这一过程中要根据零件的设计信息制订每一个零件适当的加工方法，加工成在形状、尺寸、表面质量等各方面都符合使用要求的合格零件。其次，要根据机器的结构和技术要求，把某些零件装配成部件，部件是由若干组件、套件和零件在一个基准零件装配而成的，部件在整个机器中能完成一定的、完整的功能，这种把零件和组件、套件装配成部件的过程称为部装过程。部装过程是依据部件装配工艺，应用相应的装配工具和技术完成的，部件装配的

16、质量直接影响整个机器的性能和质量。最后在一个基准零部件上把各个部件、零件装配成一个完整的机器，我们把零件和部件装配成最终机械产品的过程为总装过程，总装过程是依据总装工艺文件进行的，在产品总装后，还要经过检验、试车、喷漆、包装等一系列辅助过程最终形成合格的产品。如一辆汽车就是经过这样机械制造过程而生产出来的。毛毛坯毛毛坯毛毛坯毛毛坯机械加工机械加工机械加工加工机械加工零件零件零件零件基准零部件 机 械 产 品部件1部件3部件2装配过程装配过程装配过程准准件基准准件基准准件零零件总装过程零零件零零件第2章 Pro/ENGINEER软件简介2.1 Pro/ENGINEER与CAD软件的区别AutoC

17、AD是由美国Autodesk公司开发的目前国内外最广泛使用的计算机辅助绘图和设计软件包,广泛应用于建筑、工程、机械设计等领域。 PRO/E是一套由设计至生产的机械自动化软件，整合了实体造型、曲面造型、零件装配、工程图、数控零件加工、机构运动及有限元分析等模块,绘制曲面的功能极为强大.autocad是一个通用的工程设计软件，PRO/E则比较专业，主要应用于模具设计方面,比autocad难学一点。学什么要看你的想从事的行业，如果从事建筑工程设计和简单机械设计，就学cad,如果想从事复杂的模具设计，就学PRO/E(最好也会cad)cad和pro/e从思想上做图时是有本质性区别的 cad是先要定位置从

18、而确定与个图的位置关系 而proe是先确定与 各想临图的关系而后确定起具体位置 这是最根本区别.总之千万别难cad作图的方法去套用Pro/e,行不通的cad和pro/e应用的都比较广泛了,如果你要学的话,建议你都去学,先从CAD开始,因为相对还是简单一些的。2.1.1 Pro/ENGINEER软件的发展史Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。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CA

19、D/CAM软件之一。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/ENGINEER2000i2。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。下面就Pro/ENGINEER的特点及主要模块进行简单的介绍。主要特性：全相关性：Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就

20、意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。基于特征的参数化造型：Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性

21、），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。装配管理：Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先

22、选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。2.1.2 Pro/ENGINEER软件的特点及主要模块1. 功能强大，参数化设计功能使卓越的产品差异化和制造。2. 完全集成的应用程序允许你开发一个应用程序内一切从概念到制造。3. 自动设计变更传播到所有下游交付允许你设计与信心。4. 完整的虚拟仿真功能使您能够提高产品性能和超越产品质量目标 。5. 自动相关的模具设计和制造新一代交付。全相关性：Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图

23、纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。基于特征的参数化造型：Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产

24、品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。装配管理：Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。2.2 Pro/EN

25、GINEER软件的应用Pro/ENGINEER软件的主要用于钣金设计 ，装配设计，焊接设计，工程图绘制及渲染造型等的集成功能。架构在标准的基于特征，全相关的参数化实体建模核心基础上，并提供大量的工业标准及直接转换接口。 Pro/ENGINEER是一套使用3D实体模型的设计工具，其最基本的实用功能就是构建零件的3D实体模型，其他的实用功能均以此为基础，并被归纳为多个功能模块。Pro/ENGINEER的实用功能体现在以下几个方面：Pro/DESIGN（模型设计）模块可以构造和管理大型复杂的装配模型，这些装配模型包含的零件数量不受限制。装配体可以按不同的详细程度来表示，从而使工程人员可以对某些特定部

26、件或子装配体进行研究，同时在整个产品中使设计意图保持不变。Pro/DETAIL（零件图）模块可以自动绘制与3D实体模型相关联的工程图。当然实体模型参数改变时，自动更新绘图，在一份绘图内对实体参数的改变也可以自动更新实体模型以及其他绘图、零件、装配件和制造等信息。Pro/SHEETMETAL（钣金）模块应用与钣金设计模型。Pro/SURFACE（曲面）模块可以构造曲面模型。Pro/CABLING（电路图）模块应用与、电路管路和流程设计，可以为电缆和电线布线设计提供一整套从设计到制造的解决方案。Pro/MESH（网络）模块可以对设计的模型的结构性能如强度、动力性能等进行分析，在设计过程中达到验证和

27、更改的效果。Pro/MANUFCTURING(加工)模块能够生成当今制造工业需要的高质量、小公差的模具和铸件。在产品开发过程早期允许对加工设计进行迭代，来优化铸件的几何外形、模具空腔和芯体。2.2.1 Pro/ENGINEER软件在生产中的应用Pro/ENGINEER模块众多，功能强大。凭着其强大的功能，Pro/ENGINEER广泛应用与电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电。第3章 钻床夹具的设计 3.1夹具的基本概念1.机床夹具的定义：广义上，为使工艺过程的任何工序保证质量、提高生产率、减轻工人劳动强度及工作安全等的一切附加装置都称为夹具。机床夹具：是将工件进行定位、夹紧，将刀具

28、进行导向或对刀，以保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置，简称夹具。辅助工具：将刀具在机床上进行定位、夹紧的装置，简称辅具。(1) 定位元件起定位作用，保证工件相对于夹具的位置，可用六点定位原理来分析其所限制的自由度。(2) 夹紧装置将工件夹紧，以保证在加工时保持所限制的自由度。根据动力源的不同，可分为手动、气动、液动和电动等夹紧方式。(3) 导向元件和对刀装置 用来保证刀具相对于夹具的位置，对于钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀等孔加工刀具用导向元件，对于铣刀、刨刀等用对刀装置(4) 连接元件它保证夹具和机床工作台之间的相对位置。(5) 夹具体是夹具的关键零件。定位元件、夹紧装置、导向元件、对刀装置

29、、连接元件等都装在它上面。夹具体比较复杂，它保证各元件之间的相对位置。对于加工精度来说，主要是控制刀具相对于工件的位置，工件在夹具上进行加工时，这个相对位置关系是由定位元件、导向元件或对刀装置并通过夹具体来保证，所以夹具体的精度要求比较高。用来保证刀具相对于夹具的位置，对于钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀等孔加工刀具用导向元件，对于铣刀、对于钻头、扩孔刨刀等用对刀装置。位置关系是由定位元件、导向元件或对刀装置并通过夹具体来保证，所以夹具体的精度要求比较高。 (6) 其它元件及装置:如动力装置的操作系统等。2.工件的安装这里安装有两个含义即定位和夹紧。定位：工件在机床上加工时，首先要把工件安放在机床工作

30、台上或夹具中，使它和刀具之间有相对正确的位置，这个过程称为定位。夹紧：工件定位后，应将工件固定，使其在加工过程中保持定位位置不变，这个过程称为夹紧。安装：工件从定位到夹紧的整个过程称为安装。正确的安装是保证工件加工精度的重要条件。安装一般有三种方式:(1) 直接找正安装工件的定位过程可以由操作工人直接在机床上利用千分表、划线盘等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件，称之为直接找正安装。直接找正安装生产效率低，一般用于单件小批量生产。(2) 划线找正安装夹具安装优点：操作比较简单，容易保证加工精度要求，在各种生产类型中都有应用，持别是成批和大量生产中。(3) 各类机床夹具举例钻床夹具

31、钻床夹具主要包括钻模和钻床辅助工具。钻床夹具一般只指钻模。钻模在钻床上借钻模套筒的帮助而得到钻头与工件之间的相互需要位置的夹具。钻模的类型 根据结构特点可分为固定式钻模、回转式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模和滑柱式钻模等。3.2钻床夹具的基本概念钻床夹具通常称之为钻模。主要由定位元件，夹紧装置，钻模板，钻模套，夹具体组成.图 3-1钻模 3.2.1夹具的分类和功能机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床的夹具进行分类。1按夹具的使用特点分类(l) 通用夹具能装夹两种或两种以上工件的夹具称为通用夹具。如自定心卡盘、单动卡盘、顶尖及中心架等。通用夹具主要适用于一单件小批生产。(2) 专用夹具专门为

32、某一工件的某一工序设计的夹具称为专用夹具。专用夹具常用中大批零件生产中。(3) 组合夹具由预先制造好的标准化零件组装而成的夹具称为组合夹具。组合夹具主要用于新产品试制和单件小批生产中。2按使用机床分类夹具按使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、铿床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等。3按夹紧的动力源分类夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等。机床夹具的组成：机床夹具的种类和结构虽然繁多，但他们的组成均可概括为下面几个部分：1.定位装置：用于保证工件在夹具中占有正确的加工位置。2.夹紧装置：它

33、用于工件定位后将其固定，确保工件在加工过程中在各种力的作用下保持正确的位置始终不变。3.夹具体：是整个夹具的骨架，用于装夹夹具各个装置使之成为一个整体。4.对刀或导向装置：在铣床和钻床卜用铣刀和麻花钻等刀具的位置并引导它们进行加工。5.连接零件其他装置或零件：用于夹具和机床定位连接作用。钻床夹具的功能：（1）稳定保证工件的加工精度。用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受人工技术的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。（2）减少辅助工时，提高劳动效率。使用夹具装夹工件无需划线找正，可以显著的减少辅助工时，方便快捷；可提高工件刚性，使用较大的切削用量；可实现多件，多工位同时

34、装夹，可采用高效夹紧机构，提高劳动效率。（3）扩大机床的使用范围，实现一机多能。根据加工的成行运动，附以不同类型的夹具，可扩大机床的工艺范围。3.2.2钻床夹具的钻模钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺纹。它主要由钻套、钻模板、定位及夹紧装置夹具体组成。其主要类型有以下几种。1.固定式钻模在使用中，这类钻模在机床上的位置固定不动，而且加工精度较高，主要用于立式钻床上加工直径较大的单孔或摇臂钻床加工平行孔系。2.回转式钻模这类钻模上有分度装置，因此可以在工件上加工出若干个绕轴线分布的轴向或径向孔系。3.翻转式钻模主要用于加工小型工件不同表面上的孔，孔径小于f8f10mm。它可以减少安装次数，提高

35、被加工孔的位置精度。其结构较简单，加工钻模一般手工进行翻转，所以夹具及工件应小于10 kg为宜。4.盖板式钻模这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。钻模板在工件上装夹，适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。夹具、结构简单轻便，易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的质量一般不宜超过10 kg。5.滑柱式钻模滑柱式钻模是带有升降钻模板的通用可调夹具。这种钻模有结构简单、操作方便、动作迅速、制造周期短的优点，生产中应用较广。钻模的设计要点：1钻套钻套安装在钻模板或夹具体上，用来确定工件上加工孔的位置，引导刀具进行加工，提高加工过程中工艺系统的刚性并防振。钻套可分

36、为标准钻套和特殊钻套两大类。（1）固定钻套（2）可换钻套（3）快换钻套（4）特殊钻套2钻模板钻模板用于安装钻套，确保钻套在钻模上的正确位置，钻模板多装在夹具体或支架上。常见的钻模板有：（1）固定式钻模板（2）铰链式钻模板（3）可卸（分离）式钻模板 （4）悬挂式钻模板3.3钻床夹具体的设计要求钻床夹具体是用来将夹具各个部分联结成为一个整体的零件。它是夹具上最大的和最复杂的零件。在它上面要安装定位件、夹紧装置、刀具引导件以及其他各种装置和零件。对夹具的一般要求，主要有以下几点：1.有适当的精度和尺寸稳定性。2. 有足够的强度和刚度。3. 结构工艺性好。4. 排屑方便。5. 在机床上安装稳定可靠。夹

37、具体的构造除决定于上述一般要求外，主要取决于夹具的类别，以及定位件、夹紧装置、刀具导引件等所需的空间位置。夹具的分类可根据其构造形状的不同可分为敞开式、封闭式、半封闭式三类。还可根据其所用的材料及制造方法的不同，可以分为铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体、裂材夹具体、装备夹具体等。第4章 Pro/ENGINEER在钻床夹具设计过成中的中的应用4.1 引言目前，随着和机床的广泛应用，机床专用夹具在生产中应用越来越多。机床专用夹具的零件在生产实践中也不断加以改进，数量和品种逐渐增加。因此，机床专用夹具零件库是随着生产的发展而不断扩充和完善的，并且这一趋势将继续进行下去。机床专用夹具设计过程是将分散

38、的机床专用夹具零件按照一定的规律组装成符合工艺要求的夹具的过程。机床专用夹具零件是机床专用夹具设计的基础。目前绝大多数CAD系统软件，比如UG、 CAT、Pro/E等，虽然提供了一些常用的标准件库，但是都没有提供面向机床专用夹具设计的参数化、用户可方便自扩充的零件库和部件库。这样，对于机床专用夹具设计人员，就常常因为没有机床专用夹具零件库和部件库，而要进行很多不必要的重复绘图工作，大大降低了设计人员的工作效率。因此在以D系统上建立一套用户自己维护的参数化的机床专用夹具零件库和部件库可以满足机床专用夹具设计人员快速设计一的需要。随着工件的结构形式和加工要求的变化，机床专用夹具结构形式和组成夹具的

39、零件尺寸也会做出相应的调整。经过长期的机床专用夹具设计经验积累，企业在不断调整机床专用夹具结构形式的过程中，总结了大量满足一定功能的系列化的、参数化的典型夹具结构体。在本文中，这些典型的机床专用夹具结构体称之为机床专用夹具零部件。将这些典型的结构集中管理，就形成一个零部件库。以后遇到相似的需求时，便可以从这个库中直接调出修改应用，这样便实现了已有部件设计经验的重用。目前国内外也有大量的机床专用夹具零件库建库研究，但是研究基本上还是停留在方便绘图这个层次上面。对于如何进一步将机床专用夹具零件模型应用于机床专用夹具实例推理系统，这方面的研究还很少，至于机床专用夹具零部件库的研究就更少了。本文从基于

40、Pro/e的机床专用夹具快速设计角度出发，构建机床专用夹具零件和部件信息模型。这种建模的特点不仅是面向绘图，而且面向机床专用夹具的快速装配模型和机床专用夹具实例模型，最大程度上将已有结构设计经验重用，从而达到快速设计机床夹具的目的。4.1.1 Pro/E在钻床夹具设计应用中参数化建模方法机床专用夹具部件库和夹具实例库建立的基础是机床专用夹具零件库，因此首先分析一下机床专用失具零件库的建立方法。特征的自动建模，二维CAD软件一般都为用户提供了下述三种开发方法：1系列零件设计一表技术系列零件设计表，在一些系统中又被称为簇表。它为一个系列的零件提供关键的驱动数据。这种技术一般是由三维以D软件本身提供

41、的。对于一个模板文件，如果要生成系列零件设计表，则必须在模板中定义想要生成配置的名称，指定要控制的参数，并为每个参数分配数值。以下是生成系列零件设计表的两种方法：(1)作为一个独立的操作，在Excel中生成系列零件设计表工作表。保存此工作表，然后将其插入模型文件以生成配置；（2）在模型中插入一个新的、空白的系列零件设计表，然后直接在工作表中输入系列零件设计表资料。当完成输入系列零件设计表资料后，模型中会自动生成新的配置。2宏技术所谓宏技术建模就是从内部编程角度操作三维软件提供的API对象，然后利用语言编程实现自动建模。比如六角头螺栓的模型，首先，建立一个六角头螺栓的CAD模型，录制其绘制过程，

42、建立一宏文件(即内部编程)。然后用变量代替宏文件中的关键数据，如螺纹规格、螺纹长度、六角头厚度、圆角半径等等，而这些变量的数据来源即为螺栓数据库中的某种螺栓类型数据表。这样就可以利用语言编程方便地来实现自动化造型。这种方法的缺点是使零件模型与语言程序混在一起，不能实现用户自己添加零件，建库柔性差，零件库的维护人员要求较高。3尺寸驱动原理尺寸驱动原理从外部编程角度操作三维CAD软件提供的API对象，实现自动建模。夹具零件参数化过程也就是将夹具零件图形模型进行尺寸驱动的过程，其中尺寸驱动参数名称的自动提取是这一技术的难点，但这种技术实现了零件模型与语言程序的有效分离，使它们之间的藕合性变小，可以实

43、现用户自己添加零件，建库方便，柔性高，对维护人员要求不高。从实用性和有效性的角度考虑。4.1.2 Pro/E在钻床夹具设计的结构设计1系统框架Pro/E的机床专用夹具快速设计系统在框架上属于C/S构架，可运行在局域网内，客户端需要安装Pro/e以及本系统生成的插件。服务器端要求安装运行FTP务器和数据库服务器 SQL Server2000，其中FTP”服务器负责传输Pro/E。文件，数据库服务器SQL Server2000负责存储各种程序需要的信息。客户端通过VC+中，ADO对象连接数据库服务器，从而获取相应的数据通过，FTP对象连接FTP服务器，而从获得图形文件。在局域网内，服务器端的基础数

44、据和图形文件可以实现多台客户端机器和用户共享使用。2系统功能模块根据机床专用夹具快速设计系统的层次结构，系统功能模块主要包括机床专用夹具设计向导、机床专用夹具库、机床专用夹具装配、机床专用夹具装配清单、机床专用夹具系统配置和帮助等。（1） 机床专用夹具设计模块主要是为夹具设计人员提供机床专用夹具设计向导，包括交互式夹具设计和CBR夹具设计两个模块。交互式夹具设计模块主要用在无法搜索到有效实例的情况下，提供的设计向导。它作为一个模块，主要调用机床夹具零件库、机床专用夹具部件库等基础库和机床专用夹具装配模块等，来实现基础件和已有设计部件的重用。CBR夹具设计模块是基于实例设计的向导模块，是本系统的

45、核心模块。（2） 机床专用夹具库模块从经验重用角度看来，机床专用夹具设计的基础是机床夹具零件、部件和实例。这些基础库模块的合理建立对于机床专用夹具设计模块十分重要。目前，基础库的设计采取了可扩充性和简单实用的原则，将常用中型机床夹具零件种添加在库中。随着大量的使用，机床专用夹具库的规模会逐渐扩大，达到实用化的要求。（3） 机床专用夹具装配模块主要是跟据选择出的零件或者部件，实现快速装配夹具的过程。本模块包括机床专用夹具装配规则库、装配表面关系库、机床专用夹具装配算法三部分。装配规则库根据机床专用夹具装夹特点，采用了基于装配几何特征的装配规则建库方法，使得规则库的建立简单易行，而且具有利于特征匹

46、配算法实现。（4） 机床专用夹具装配清单主要是根据夹具的装配图自动产生装配零件的清单功能。此模块包括装配清单自动生成和装配清单浏览两个模块。装配清单浏览功能是建立在装配清单自动生成基础上的，为用户提供可视化的图形界面，方便用户浏览装配零件清单。（5） 机床专用夹具系统配置模块主要是负责对夹具系统的数据库服务器和FTP服务器的配置。它包括机床专用夹具数据库配置和文件传输协议(FTP)配置。数据库配登陆人员和密码等信息，以此控制登陆的权限；FT服务器配置主要负责配置FTP服务器、登陆人员和密码等信息，以此控制对图文档的传输权限。3系统流程机床专用夹具快速设计系统的软件流程，是根据系统的功能模型要求

47、而生成的，系统软件的编制以该流程为主要依据。此流程体现了基于实例推理的思想和机床专用夹具交互式设计互补的特点。在机床专用夹具零件、部件和实例库的基础上，进行机床专用夹具实例检索，可以检索出达到相似度要求的实例，进而进行机床夹具实例推理策略。反之，如果不能搜索到相似实例，就进行人工设计。无论人工设计，还是基于实例的推理，其设计结果都要按照实例保存策略进行处理，以合理地利用设计的结果，为以后相似设计作准备，又能避免实例库产生冗余。4.2 钻床专用夹具实例设计一自动定心夹紧钻床专用夹具。加工几下图4-1所示套筒零件的径向孔。零件外圆及端面均已加工过。木工序要求钻出零件件的径向台阶孔中直径30公差8，

48、要求孔相对两端面和套筒轴心线对称度误差不超过0.15mm。图4-1加工零件图。 结 论通过调研发现目前钻床专用夹具设计中存在众多问题，其中核心问题就是己有机床专用夹具设计的效率不高等问题。为此，本文分析、设计了一个钻床专用夹具虚拟快速设计设计方法，并对其中的一些关键技术进行了重点研究。现将研究成果总结如下：1结合实例阐述了钻床专用夹具的设计过程，对三维CAD软件Pro/e钻床专用夹具零部件参数化设计进行了深入的研究，重点研究了钻床夹具零件几何建模与参数化设计的关键技术，结合夹具设计的实例进行参数特征造型，包括钻床夹具零件和部件的设计信息和结构特征信息的建立和组织并组建它们的信息模型；进行了钻床

49、夹具零部件库设计和管理研究探索以便进行快速虚拟装配钻床专用夹具。2建立了钻床夹具零件和部件信息模型，包括基本信息、几何信息、可装配表面信息和参数驱动数据四个方面。重点研究了几何信息模型的建立，对钻床专用夹具零件库的参数化自动建模原理和关键技术进行了详细的研究，实现了钻床专用夹具零件库和零件库的柔性管理，为夹具的自动装配和自动设计奠定了基础。3构建了钻床专用夹具对象装配模型及其装配准则，并在此基础上，引入了分层次装配策略和基于有效路径的装配策略，提出了装配路径快速生成算法。在Pro/e上实现了钻床专用夹具对象装配几何特征之间的自动配合，实现了钻床专用夹具虚拟装配，在教学和生产实践中进行了应用，提

50、高了教学效果，特别是在街州凿岩机厂进行了工装设计实践，提高了钻床专用夹具设计的效率，大大提高了钻床专用夹具制造水平。4根据钻床专用夹具设计的特点和基于实例推理的思想，建立了分层次实例库组织模型，并提出了符合钻床专用夹具设计过程的检索机制、推理机制和实例存储策略，重点分析了实例修改推理机制，零件参数化建模完成后，对几何对象进行分类，把结构形式相似的各部分尺寸不同的夹具零件图形归为一类，在夹具设计中，标准件和具有一定结构的零件形状，如底座等，往往是由少数几个参数来确定，通过修改参数值适应加工零件的形状大小的变化，并进行虚拟装配。5初步讨论了在Pro/e上建立了钻床专用夹具快速设计系统的体系结构，分

51、析了系统的主要功能模块和运行流程，设计了数据结构，部分完成了基于实例推理思想的钻床专用夹具快速设计系统开发。（）深化本文提出的参数化钻床专用夹具零部件信息模型，模型的结构和模型的规则都需要进一步分析改进，提升提出的信息编码技术水平。（2）系统实例库还很不够丰富，需要继续添加实例，获得更丰富的实例为设计系统提供更高的支持，提高夹具设计快速虚拟装配的通用性，使之可以适应于更多的产品类型，并进行生产应用。（3）数据库的开发还不尽完整，需要进一步按照夹具设计的要求和具体适用的领域设计相关的数据库，同时继续研究基于数据库的应用，实现用户夹具的快速设计。（4）进行钻床专用夹具快速设计系统开发，并进行与其它

52、系统的集成研究，主要包括钻床专用夹具快速设计系统与CAPP和PDM等系统的集成，使各异构系统采用同样的接口是深入研究的方向。谢 辞首先衷心感谢我的指导老师梁老师，从论文的选题，确定题目以及论文的撰写都是在梁老师的悉心指导和热切关怀下完成的.在写论文的过程中，经常碰到这样那样的问题，有时候真的想放弃，想随便写一下算了。但是想到这是我大学里的最后一份作业了，我想给这份作业画上一个圆满的句号，所以不管多不好整我都要坚持，工夫不负有心人，现在看着自己完成的论文，真的挺开心这是自己的劳动成果啊！在最后我非常感谢支持和鼓励我的同学们，有了他们的支持和鼓励我才能坚持下来！每当我遇到困难的时候，想放弃不想做了

53、，同学们就给开些善意的玩笑或者是说他们也不会做，慢慢的做不要着急，大家在一起互相安慰，互相鼓励让我有勇气继续做下去。我还非常感谢我的指导老师梁老师，无论遇到什么困难，老师都会慢慢的听我们诉说碰到的问题，然后耐心的给我们讲解决的办法。再次真心的谢谢梁老师，和在百忙审阅我论文的各位老师！谢谢！参考文献1王志，张进生，于协比等基于模块化的机械产品快速设计J机械设计，20042钱晓明，王宁生，姜澄宇等支持快速变型设计的产品模型研究J机械科学与技术，20033唐东，成哗，蔡复之面向并行工程的计算机辅助夹具设计系统研究计算机集成制造系统()，19994张俊，严晓光等基于特征参数化的商品化CAPP系统J机械

54、工程师 20045邹志峰，王启付，吴义忠等基于组件的典型零部件快速设计系统的开发。计算机工程与应用，20046东北重型机械学院等钻床夹具设计手册M上海：上海科学技术出版社，19887葛媛媛等，基于Pro/E软件的电解加工夹具的参数化设计宇航材料工艺20068杨黎明，自明光，孙光华等钻床夹具设计手册M北京：国防工业出版社，19969李红林贾志林应用Pro/E设计精密注射模具的方法研究电加工下与模具200510杨莉，基于特征的零件工艺路线的优化设计钻床与液压200511张金玉等基于RBF的范例检索方法的研究机械工程学报，第36卷第10期，200012川赵东等基于神经网络的按理推理医疗诊断东南大学学

55、报，第30卷第3期，2000年5月13许志瑞等基于实例推理系统中实例相似度评估方法若干问题的探讨厦门大学学报，第39卷第4期，2000年7月14王一等支持重用的层次智能CBR检索模型机械科学与技术，第19卷增刊，2000年9月15安蕊，日寸强兵，万婷婷虚拟产品开发技术的应用研究机械200616杭小树、熊范伦基于CBR的农作物病虫害预报专家系统计算机工程与应用，2000年10期17黄永刚等基于实例推理的同构模具工艺设计模型一卜海交通大学学报，第34卷第3期，2000年18刘文剑进、徐之伟等基于实例推理的工艺设计中形状相似性计算方法计算机集成制造系统，第7卷第9期，2001年19齐峰，谭建荣，张树

56、有基于装配特征图树的装配模型与建模方法，农业机械学报，200320李敏波，唐东，成哗等基于Web的制造过程协同决策方法及其应用清华大学报(自然科学出版社出版)，200021李敏波基于Web的分布式夹具方案设计方法机械工程，2001附录 用Pro/E设计图4-1的零件图.新建零件模型，使用MMNS-PARTSOLID模板如附图1、2。附图1附图2使用拉伸工具，确定零件放置面及参照面如附图3。附图3画出直径为80的圆为草图如附图4。附图4伸为60 形成圆柱如附图5、6。附图5附图6使用旋转工具 进行旋转切除如附图7。附图7确定放置面及参照面后，画出草图如附图8、9。附图8附图9旋转切除后形成空心的圆柱体如附图10。附图10