毕业设计（论文）-应用于ATOS光学测量的柔性夹具设计

毕业设计（论文）报告纸PAGE36-应用于ATOS光学测量的柔性夹具设计摘要对已有实物进行测量是逆向工程的重要环节，本毕业设计的任务是设计一种用于ATOS光学测量系统的柔性测量夹具，主要用于定位夹紧直径一米以内的钣金零件，从而提高测量的效率，满足教学和科研工作的需求。首先介绍了柔性夹具的特点及发展趋势，阐述了课题研究的内容和方法。然后针对柔性测量夹具进行总体结构和各运动机构的方案设计，确定了夹具由托盘、压紧装置、托盘倾斜装置、支撑杆和底座等结构组成。详细介绍了能满足夹具旋转和角度变换的两种结构；其中旋转通过角接触球轴承实现；而托盘倾斜装置由导向装置、支撑杆等部分组成，该装置可满足多视角、全方位工件测量的需要。然后，使用PRO/E软件对柔性测量夹具进行三维实体建模，包括零件建模、组件装配和总装，对PRO/E输出的工程图通过AutoCAD软件进行细节修改，生成最终的转配图和零件图。最后，对夹具负载进行理论校核，验证设计的正确性。关键词：柔性夹具，夹具设计，实体建模，负载校核

FlexibleJigDesignforATOSOpticalMeasurementsSystemAbstractMeasurementoftheexistingphysicalpartisanimportantcontentinreverseengineering.Inthepaper,designofflexiblejigforATOSopticalmeasurementsystemwasstudied.Andtheflexiblejigisusedforhighefficientmeasurementofsheetmetalpartswithinonemeterindiameter，tomeettheneedsofteachingandresearchwork.Firstly，abriefintroductionaboutthecharacteristicsofflexiblejiganddevelopmentwasgiven，followedbythedescriptionofresearchcontentsandmethodologyinthispaper.Then，theschemedesignofjigstructureandmotionmechanismwasdiscussed.Andflexiblejigcomprisingswingtray，clampingdevice，traytiltingdevice，supportingbarandbasewasproposed.Twostructuresoftherotatingjigandangletransformationwerediscussedindetail.Rotationmotionwasachievedbyangularcontactballbearings.Andthetraytiltdeviceiscomposedofguidingdevice,supportingbarandothercomponents,whichcouldmeettherequirementsofmulti-perspective,omnidirectionalmeasurements.Furthermore,thesolidmodelofflexiblemeasurementjigwasconstructedusingPro/Esoftware.The2DdrawingsoutputbyPro/EwasimportedintoAutoCADsoftwareforfurtherimprovement，thentheultimateassemblydrawingandpartdrawingscouldbeachieved.Finally，fixtureloadcheckingwasmade，whichverifiesthefixturedesign.KeyWords：Flexiblejig；Jigdesign；Solidmodeling；Loadchecking;Pro/E

目录摘要 iAbstract ii第一章绪论 -1-1.1课题来源 -1-1.2夹具研究概况 -1-1.2.1夹具概述 -1-1.2.2夹具种类及应用领域 -1-1.2.3夹具的组成 -2-1.2.4柔性夹具的概况及发展趋势 -3-1.3课题研究的内容和方法 -4-1.3.1ATOS光学测量系统概况 -5-1.3.2ATOS光学测量系统的特点 -5-1.3.3初拟设计方案 -6-第二章柔性夹具整体设计 -7-2.1夹具结构和机构的方案设计 -7-2.1.1托盘 -8-2.1.2压紧装置 -8-2.1.3托盘旋转倾斜装置 -9-2.1.4支撑杆 -10-2.1.5底座 -10-2.2本章小结 -10-第三章柔性测量夹具结构设计与建模 -11-3.1Pro/E软件介绍 -11-3.1.1Pro/E特点 -11-3.1.2主要模块 -12-3.2Pro/E实体建模 -14-3.2.1零件建模 -14-3.2.2组件装配及总装 -25-3.2.3工程图生成 -27-3.3AutoCAD环境下的工程图修饰 -28-3.3.1AutoCAD的介绍 -28-3.3.2工程图出图 -30-3.4本章小结 -30-第四章关于夹具载荷的校核 -31-4.1角接触球轴承的静载荷校核 -31-4.2支撑杆的载荷校核 -32-4.2.1受压稳定性 -32-4.2.2抗弯能力 -33-4.3夹具整体失稳的验证 -34-4.4总结 -34-第五章总结与展望 -35-参考文献 -36-致谢 -37-附录 -38-第一章绪论对已有实物进行测量是逆向工程的重要环节，但由于测量设备的生产厂家一般不提供辅助夹具，或提供的夹具不能适应所有零件的装夹，测量时安装的效率、测量的精度等都会受到影响。例如，对飞机和汽车制造业中广泛使用的钣金件进行测量时，测量夹具的定位、压紧装置需要特殊的设计，以防止零件的变形或划伤零件表面。本毕业课题设计一种用于ATOS光学测量系统的柔性测量夹具，主要用于定位夹紧直径一米以内的钣金零件，从而提高测量的效率，满足教学和科研工作的需求。主要任务是进行柔性测量夹具的方案设计、机构综合和结构设计，解决不同空间位置下的工件定位和夹紧问题。1.1课题来源本课题研究来源于南京航空航天大学机电学院光学测量实验室建设项目，实验室购买了德国GOM公司的ATOS流动式光学测量机一台，但是该设备并没有配套专用的或通用的测量夹具。而实验室在教学和科研工作中，ATOS测量机常用来测量飞机、汽车产品的小型钣金类零件，由于缺少辅助测量夹具，在钣金件的定位以及多视角测量中的钣金件的位置变换存在诸多不便，严重影响了测量的效率和测量的质量。本毕业设计正是针对这种情况，研究适用于小型钣金件测量的柔性测量夹具，主要解决钣金件的支撑定位机构、压紧结构、多视角测量的辅助机构设计等技术问题。1.2夹具研究概况[1]1.2.1夹具概述机械制造过程中用来固定对象，使之处于正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装产品的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。1.2.2夹具种类及应用领域夹具种类按使用特点可分为：(1)通用夹具。其具有很强的通用性，可以较好的适应各种加工工序和不同的加工对象，其具有确定的结构，且尺寸、规格系列化，如虎钳、三爪卡盘和回转工作台等，大多数都成为了机床的标准附件。(2)专用夹具。专门针对某道工序的装夹需要而专门设计制造，由制造厂自主设计研发，服务对象专一，针对性强。常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模(引导刀具在产品上钻孔或铰孔用的机床夹具)、镗模(引导镗刀杆在产品上镗孔用的机床夹具)和随行夹具(用于组合机床自动线上的移动式夹具)。(3)可调夹具。可以替换和调整装夹零部件的专用夹具。(4)组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制、大批量定制生产和单件、小批生产以及临时任务。具体分类见图1.l。图1.1夹具种类分类图图1.1夹具种类分类图1.2.3夹具的组成一、夹具的组成⑴、定位元件定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合实现定位。⑵、夹紧装置夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。⑶、对刀元件（导向元件）对刀元件（导向元件）是指夹具中用于确定（或引导）刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件。⑷、连接元件连接元件是指用于确定夹具在机床上具有正确位置并与机床相连接的元件，例如安装在铣床夹具底面上的定位键等。⑸、其他元件及装置根据加工要求，有些夹具尚需设置分度转位装置、靠模装置、工件抬起装置和辅助支撑等装置。⑹、夹具体夹具体是用于连接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基础件，夹具通过夹具体与机床连接。二、夹紧装置的组成工件在夹具中正确定位后，由夹具装置将工件夹紧。夹紧装置的组成：⑴、动力装置产生夹紧动力的装置。⑵、夹紧元件直接用于夹紧工件的元件。⑶、中间传力机构将原动力传递给夹紧元件的机构。1.2.4柔性夹具的概况及发展趋势柔性夹具是以组合夹具为基础的能适用于不同的机床、不同的产品或同一产品不同规格型号的机床夹具，它是由一套预先制造好的各种不同形状、不同尺寸规格和不同功能的系列化、标准化元件、组件和合件拼装而成，因此称这种夹具为柔性夹具。对零件尺寸系列，形状相似和零件的尺寸、形状不同的产品都可以正确、可靠、快速的定位装夹。现今，主要在两大方面对柔性夹具的设计进行探讨和研究。其一是夹具原理和结构方面的创新研究；其二是传统夹具的创新研究。柔性夹具元件具有较好的互换性和较高的精度和强度。柔性夹具能保证产品在规定的坐标位置上准确定位和牢固的夹紧，这种夹具具有较高的刚度和精度，在应对飞机、汽车的钣金件的非接触测量中，更能发挥其定位可靠、夹紧快速、变形误差小、装夹精度高的特点。随着现代机械制造业的迅猛发展、市场竞争的日益激烈，产品更新换代日趋频繁．多品种，小批量生产占有较大的比重，加之国内外市场竞争日益加剧和科学技术的迅速发展，迫使产品不断改进和更新，而产品更新的周期将越来越短，小批量生产的比重将有继续增长的趋势。因此，要求机械制造业必须是高质量、高效率、低成本，其制造过程要求柔性化。与此相适应的工艺装备也提出了更高、更新的要求，需要一种结构简单、精度高、强度高和通用性好、适应性强、柔性高的新型夹具系统。而柔性夹具正是这样一种新型的夹具，它不仅能适应不同的产品或同一产品不同的规格型号，能最大限度地满足各种产品需要，而且可以大大缩短夹具设计周期，提高夹具设计质量和效率，而且能节省许多人力、物力和财力。综上所述，柔性夹具有以下主要特点：柔性夹具结构简单、拼装环节少，刚性好、易于满足工件频繁变换与自动化加工的需要。(1)柔性夹具应具有通用性，夹具系统有足够的柔性，可适应不同机床和不同零件的加工要求，可以最少的夹具元件系统组装成尽可能多的夹具，以满足零件加工需要。(2)柔性夹具结构要简单，组装和撤卸方便迅速。(3)柔性夹具应具有足够的刚度和强度，可更好地增加零件的加工精度。(4)柔性夹具元件应具有较好的互换性和较高的精度及耐磨性。(5)柔性夹具元件规格应统一化、元件性能多功能化、元件结构简单化、模块化、夹紧工件快速自动化、重复使用可调化、组装管理微机化。今后，柔性夹具应用技术的发展是必然的，它体现在：(1)对传统夹具的创新足现在柔性夹具设计的主流，可以使传统夹具更具柔性和实用性；(2)对CAFD(计算机辅助夹具设计)系统的进一步开发和应用，使工艺装备与现代制造业的发展同步；(3)更加重视原理和结构均有创新的柔性夹具的研究，包括：①相变和伪相变式的柔性夹具在夹具中利用热效应和电磁感应的相变机制，采用具有可控相变物理性质的材料实现柔性。②模块化程序控制式的柔性夹具也称机电控制式夹具，由数字摔制的定位件、夹紧件、支承件组成的装置代替工作台(或装在机床工作台上)，通过程序控制形成不同的布局方案。③适应性夹具夹紧元件能改变形状自适应产品的形状，尤其是适合带有曲面的产品加工，是一种被动式的装置。1.3课题研究的内容和方法课题研究的主要内容是：在调研、查询资料的基础上，进行测量夹具方案设计、机构综合和结构设计，解决不同空间位置下的实物定位和夹紧问题；完成柔性测量夹具的三维实体建模和典型零部件工程图纸设计。相对于游标卡尺、3D投影仪等测量设备，ATOS光学测量系统对于我们大多数人是陌生的，针对要研究的主要内容，我们首先要对ATOS光学测量系统进行全面的了解，然后根据其特点再进行夹具结构和机构的设计。1.3.1ATOS光学测量系统概况德国GOM公司的ATOS流动光学三坐标测量系统采用的是投影光栅法，是以数码相机为基础的光学测量系统，将投影测量和光栅测量方法相结合的的一种三维测量技术，中间是普通光源，两端是CCD摄像头（参见图1-2)，它采用摄影测量、光栅测量两种方法来测量实物，运用数字图像处理技术，获得实物的三维CAD数模。摄影测量是用数码相机对已放置好参考点和参考标尺的实物依次从不同的角度、方位对实物进行拍照。从不同角度拍的两幅数字图像中，通过图像的处理识别获得5个以上的相同编码参考点在两幅相关图像中的像坐标，然后运用摄影测量理论，根据2幅图像中编码参考点的像坐标来确定2次拍摄中相机的一个空间变换，就获得了一个已知的空间坐标系。从而根据空间的拓扑关系来拟合不同图像中的同一个非编码参考点。这样经过多幅数字图像就可以获得所有非编码参考点的在同一空间坐标系下的坐标。测量过程中，扫描仪可以自由地绕着被测实物移动，ATOS依靠其贴在被测量表面上的非编码参考点来拼接不同位置的测量区域（参见图1-3）。ATOS测量系统最大优势是测量速度快，采集数据效率高。图1.3测量原理图1.3测量原理图1.2ATOS流动光学三维扫描仪1.3.2ATOS光学测量系统的特点ATOS扫描仪的主要技术特点可总结为以下几点：1、操作比较简单，它有简单的测量概念和容易使用的软件；2、测量范围大，它采用分块、自动拼接的手段和可使用同一测头作多角度来实现对较大实物（10mm-10m）测量；3、携带容易，整个系统可容纳在两个箱子内，即使在运送途中遇振动，都对其精度没有影响；4、高解析度，它可精密地测量一些精细部位，准确性可与一些固定的三坐标测量仪相当；5、速度快、成本低，不需要任何平台支援下，用者可随意移动测量到任何位置作高速测量，而所测量的数据会自动拼合。ATOS测量系统虽测量速度快，采集数据效率高，但在测量时扫描仪需要绕着被测实物移动，严重影响了测量的效率和测量的质量，对测量工作带来不便。所以我们就针对这一问题设计一种应用于ATOS光学测量的柔性夹具，解决不同空间位置下的工件定位和夹紧问题。1.3.3初拟设计方案由我们上述对ATOS光学测量系统的了解，ATOS扫描仪测工件不同角度时，靠其横梁绕主支撑转动或对测量支架进行整体移动来实现。如果测量设备部运动，那么我们只有在工件上想方法，只要能使工件相对扫描仪位置变化即可，又由于工件与夹具是固定为一体的，这又回到夹具相对扫描仪的位置变化上了。我们要做的就是实现夹具相对扫描仪的位置变化，只须夹具的托盘位置变化即可。为了解决多视角测量工件的问题，托盘须采用能自身转动且又能旋转一定角度的机构，又与工件与托盘须固定为一体，则可以确定柔性辅助测量夹具必有的机构包括托盘、压紧装置及托盘倾斜装置。利用假设法、分析法进行柔性辅助测量夹具的设计，我们会得到所设计夹具的整体轮廓，继续在细节上加以修改、添加，即可完成夹具的整体设计。

第二章柔性夹具整体设计本次毕设所设计的柔性夹具主要是针对定位夹紧长度一米以内的钣金件，解决不同空间位置下的钣金件的定位和夹紧问题，设计要求或功能包括：能用于加强工件的刚性，可靠保持工件的形状；能灵活调节尺寸，以适应不同形状和尺寸工件的装夹需要；操作简便。夹具的设计的质量的高低，应以能否保证对钣金件测量结果的准确性，制造成本低，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。每个夹具不一定所有的各类元件都具备，如手动夹具就没有动力装置，一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之，按照加工等方面的要求，有些夹具上还需要设有其他装置及机构，例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。针对本次所要设计的夹具是柔性辅助测量夹具，不会进行机械加工等操作，故不需要有对刀、分度等装置。初步设计该夹具基本由压紧部分、支撑部分、托盘部分等组成；基于该设备为非接触式测量，外力作用很小，故压紧装置可以采用结构简单的螺纹夹紧机构；支撑部分用于支撑工件，应由支撑座（底座）、角度调节装置等组成；而托盘部分用于承载工件并保持工件的刚性和稳定性。2.1夹具结构和机构的方案设计考虑到柔性辅助测量夹具的实际应用是要解决不同空间位置下钣金件的定位和夹紧问题。所设计的柔性夹具用来装夹工件，所以①、需要托盘用于放置工件；②、为了方便我们操作及之后要实现一定的动作，我们需要支撑杆，撑起一定的高度；③、要放置整体的夹具，我们就需要底盘，是整个夹具的重心所在；④、工件放置在托盘上，肯定需要定位和夹紧，所以我们需要压紧装置；⑤、设计本次夹具所要实现的就是旋转和角度的变换，旋转很简单，只要在托盘和支撑杆之间放置一个滚动轴承，即可实现旋转；角度的变换可以通过在支撑杆和底盘之间连接一个倾斜装置，实现托盘的倾斜；从以上几点我们进一步可以确定其必须具备的装置包括：托盘、压紧装置、托盘倾斜装置、支撑杆及底座。如图2.1示。

图2.1柔性辅助测量夹具的简图图2.1柔性辅助测量夹具的简图2.1.1托盘托盘即拖住物体，起到承载并保持工件的刚性和稳定性的作用。由于该柔性测量夹具主要是对飞机钣金件的测量，故工件的重量较轻，并考虑到夹具本身的重量，故其材料选用铝合金，因为铝合金有硬度较大、密度较小、重量轻、耐腐蚀等优点。如果采用45钢，其自身重量对夹具的总体性能影响较大，故不宜使用。为了便于测量飞机钣金件，托盘采取圆盘形，考虑到钣金件的大小，及压紧装置在托盘上的固定方式，可以确定托盘参数如下：半径R=600mm；厚度=70mm。由于托盘面积较大，某种受力情况下可能会出现变形或失稳，为了加固托盘，设计四个加强板，厚度=25mm。2.1.2压紧装置测量工件必然要考虑到定位，它是影响测量结果的重要因素，压紧装置就是解决夹具定位夹紧的装置。由于该测量设备为非接触式测量，除工件自重外，无其他外力作用，故夹紧力不大，所以用螺旋压紧的方法来实现。如图2.2所示。图2.2压紧机构图2.2压紧机构2.1.3托盘旋转倾斜装置一、角度的变换该夹具要实现不同空间位置下的实物定位问题，只需要支撑杆能左右摆动且能定位在要求的位置，而且托盘能在支撑杆上转动且也能定位在要求的位置即可。怎样才能使支撑杆左右摆动且能定位在要求的位置呢？在本次柔性测量夹具的设计中，最简单的解决支撑杆左右摆动问题的方法即支撑杆与底座采用叉耳结构联接，托盘依靠导向装置的内螺纹与动力传动装置的外螺纹配合来实现夹具的左右倾斜。对于它的定位问题，是通过螺栓锁紧达到定位的目的。如图2.3所示。图2.3托盘倾斜装置图2.3托盘倾斜装置由于支撑杆与底座采用叉耳结构联接，故只要动力传动装置螺旋移动到某种程度，就可以满足所设定的要求。动力传动两端也是采用叉耳结构联接，在支撑杆上的叉耳端垂直于底座方向的长度=335mm,底座上表面的叉耳端在水平方向的长度为=330mm，托盘倾斜装置与底盘的夹角为30°。考虑倾斜角过大的话，夹具在重工件负载时可能发生倾倒现象，故倾斜角度设定为15°。当夹具水平倾斜15°时，,代入数据，=335mm,得=86.70mm。由上述数据可知，导向装置和动力传动装置的螺纹长度是在一个范围内的，为了达到设计要求，经过假设验证后最终确定螺纹长度的尺寸为100mm。二、旋转对于托盘的转动问题，最简单的解决方法就是托盘套在支撑杆上即可，为了转动平稳，托盘和支撑杆之间通过角接触球轴承连接，从而实现转动。定位只需要通过销轴进行定位。托盘倾斜装置的材料采用45钢即可，价格低廉，节约成本，同时也达到要求。2.1.4支撑杆对托盘起到支撑作用，由于托盘面积较大，考虑到测量工件托盘的平稳性，同时防止支撑杆失稳，支撑杆不宜太细。又杆件下端与底座以叉耳结构联接。所以设定杆件基本参数：轴长=800mm，半径=40mm。材料用45钢。2.1.5底座作为整个夹具的重心所在，底座的大小和重量都不宜过小，考虑到成本及制造要求精度不高，底座由铸铁铸造最为合适。为方便拔模，底座采用圆锥的形式。其基本参数如下：上台面半径1=450mm;下台面半径2=1000mm；总高H=180mm。2.2本章小结上述所提到的柔性夹具方案是夹具设计的基本框架，夹具的具体参数和细节将在下一章的Pro/E三维实体建模中说明。其最终方案三维设定也是在建模过程中摸索和改进，最后才确定为所设计的夹具方案。

第三章柔性测量夹具结构设计与建模柔性测量夹具的方案设计完成后，就要进入建模阶段，三维实体建模可以很好地展现夹具的外形及结构，从而可以很直观地对夹具进行参数修改和结构上的调整，是夹具设计得更加合理，而对软件的熟悉程度也将直接影响建模的速度和质量。夹具三维实体模型建好后，需要生成装配图和典型零件图，Pro/E只能生成三视图，还需要AutoCAD软件的编辑，最终才能生成所要求的工程图纸。3.1Pro/E软件介绍本次柔性测量夹具建模所采用的软件是Pro/Engineer5.0。Pro/ENGINEERPro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国PTC公司的重要产品。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CAD/CAM软件之一。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。3.1.1Pro/E特点Pro/E主要有两大特点：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。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。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。3.1.2主要模块一、Pro／EngineerPro/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Pro／ENGINEER的基本功能。二、Pro／ASSEMBLYPro/ASSEMBLY是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去生成一组组装系列及可自动地更换零件。Pro/ASSEMBLY是Pro/ADSSEMBLY的一个扩展选项模块，只能在Pro/Engineer环境下运行，它具有如下功能：1．在组合件内自动零件替换(交替式)2．规则排列的组合(支持组合件子集)3．组装模式下的零件生成(考虑组件内已存在的零件来产生一个新的零件)4．Pro/ASSEMBLY里有一个Pro/Program模块，它提供一个开发工具。使用户能自行编写参数化零件及组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性用户也可产生自定义设计，只需要输入一些简单的参数即可。5．组件特征(绘零件与，广组件组成的组件附加特征值．如：给两中零件之间加一个焊接特征等）。三、Pro／DETAILPro/ENGINEER提供了一个很宽的生成工程图的能力，包括：自动尺寸标注、参数特征生成，全尺寸修饰，自动生成投影面，辅助面，截面和局部视图，Pro/DETAIL扩展了Pro/ENGINEER这些基本功能，允许直接从Pro/ENGINEER的实体造型产品按ANSI/ISO/JIS/DIN标准的工程图。Pro/DETAIL支持的功能包括：1．支持ANSI，ISO，JIS和DIN标准；2．全几何公差配合：①特征控制标志②基本尺寸标注③公差基准面和轴；3．测量标准：①毫米尺寸②公差尺寸③角度尺寸；4．字符高度控制；5．图内可变字符高度；6．用户自定义字体；7．图内多种字体；8．双尺寸标准；9．纵向尺寸标注；10．扩展视图功能：①零组件剖视图②自动画面剖线③半剖图④多暴露视图⑤旋转面剖视图⑥比例视图（所有视图不同比例）⑦轴测图(ISO标准);11．表面光洁度标记；12．用户自定义绘图格式和绘图格式库；13．图表；14．用于Pro/DETAIL设置隐含标准的配置文件；15．用于注释表面光洁度和球星的多引线种类；16．尺寸与尺寸线平行；17．可选择的消隐线显示观察；18．具有输入用于注释的ASCII文件能力；Pro/DETAIL也包括2D非参数化制图功能，可用于生成不需要3D模型的产品图。Pro/DETAIL提供下列功能：1．具有读其它符合IGES4．0、SET和DXF标准的CAD系统生成的图形能力。2．具有修改输入图形来影响设计修改或更新能力。3．具有利用Pro/PROJECT提供图形储存、恢复等功能来管理这些图形的能力。4．具有通过IGES到PTC支持的绘图仪输出这些图形能力。5．具有将非相关性几何体加到Pro/DETAIL图形的能力。6．具有生成用户自定义的符号和符号库的能力。7．具有生成用户自定义的线型能力。3.2Pro/E实体建模用Pro/E软件进行实体建模。分别对夹具的各个部件进行：方案设定→草图绘制→零件建模，然后将进行组件装配，最终在进行总装。并利用软件生成典型零部件工程图。由于上一章方案已定，故建模时是在其基础上加以修改和细节添加最终完成实体建模。3.2.1零件建模零件成型的方法主要有旋转、拉伸、倒圆角、阵列等，以其中托盘为例进行建模，其过程如下：一、底盘㈠设计思想①、由于钣金件的长度为一米以内，所以设计托盘的直径为；②、考虑到夹具整体的重量和可能发生的失稳情况，所使用的材料确定为铝合金；③为了防止放工件时托盘变形所以确定托盘的厚度为；③、为了加强托盘的稳定性，所以要设计四个加强板，厚度=25mm；④、测量时需要实现旋转，旋转后需要定位，在托盘下面设计10个孔（与角接触球轴承不干涉），通过销轴与支撑杆配合使用；⑤、托盘上的T型槽（上槽宽=50mm，下槽宽=80mm，上槽深=20mm，总深=35mm）是用于装夹压紧装置的。㈡建模步骤 1.打开Pro/E软件后，点击“文件”菜单下的：“设置工作目录”进行工作目录设置，如图3.1所示。点击“新建”图标，选择“零件”进入零件建模界面，如图3.2。图3.1设置工作目录图3.1设置工作目录图3.2草图绘制界面图3.2草图绘制界面2.选择界面右上角的“拉伸”图标，按“拉伸→放置→定义→草绘→加材料→确定”顺序，绘制如图3.3所示。参数：直径d=1200mm，高H=70mm。图3.3托盘建模第一步图3.3托盘建模第一步3.对其继续拉伸下部分，参数：直径d=160mm，高H=200mm，如图3.4所示。图3.4托盘建模第二步图3.4托盘建模第二步4.选择界面右上角的“拉伸”图标，按“拉伸→放置→定义→草绘→减材料→确定”顺序绘制，如图3.5所示。基本参数：上槽宽=50mm，下槽宽=80mm，上槽深=20mm，总深=35mm。图3.5托盘建模第三步图3.5托盘建模第三步5.选择界面右上角的“阵列”图标，按“阵列→轴→确定”顺序绘制，如图3.6所示。基本参数：个数n=4，角度=90°。图3.6托盘建模第四步图3.6托盘建模第四步6.选择界面右上角的“拉伸”图标，按“拉伸→放置→定义→草绘→减材料→确定”顺序绘制，如图3.7所示。基本参数：直径d=140mm，高度h=60mm。图3.7托盘建模第五步图3.7托盘建模第五步7.选择界面右上角的“拉伸”图标，按“拉伸→放置→定义→草绘→减材料→确定”顺序绘制，如图3.8所示。基本参数：直径d=130mm，高度h=20mm。图3.8托盘建模第六步图3.8托盘建模第六步8.按如上步骤，继续拉伸。如图3.9所示。基本参数：直径d=80mm，高度h=120mm。图3.9托盘建模第七步图3.9托盘建模第七步9.选择界面左上角“插入”，按“插入→筋→轮廓筋”的顺序绘制，如图3.10所示。基本参数：边长分别为=150mm，=130mm，厚h=25mm。图3.10托盘建模第八步图3.10托盘建模第八步10.选择界面右上角的“阵列”图标，按“阵列→轴→确定”顺序绘制，如图3.11所示。基本参数：个数n=4，角度=90°。旋齿面要求淬火，硬度为45~55HRC，以提高表面硬度、耐磨性和抗胶合的能力；蜗轮图3.11托盘建模第九步图3.11托盘建模第九步11.选择界面右上角的“拉伸”图标，按“拉伸→放置→定义→草绘→减材料→确定”顺序绘制，如图3.12所示。基本参数：直径d=20mm。图3.12托盘建模第十步图3.12托盘建模第十步12.选择界面右上角的“阵列”图标，按“阵列→轴→确定”顺序绘制，如图3.13所示。基本参数：个数n=10，角度=36°。图3.13托盘建模第十一步图3.13托盘建模第十一步图3.14托盘建模第十二步图3.14托盘建模第十二步二、支撑杆㈠设计思想①、为了方便我们的操作，定支撑杆的长度为；②支撑杆的直径是根据所选择的角接触球轴承来确定的，直径为；③、其台阶面是用于定位滚动轴承的，尺寸根据滚动轴承的装配关系来确定的，直径为；④其中间和底部的叉耳结构是分别用于底盘、倾斜装置连接的。㈡建模步骤依照以上托盘建模的各步骤，建立支撑杆的三维模型，其如图3.15所示。

图3.15支撑杆图3.15支撑杆三、底座㈠设计思想因为底座是决定夹具整体的稳定性的，所以底座的大小和重量都不宜过小，考虑到成本及制造要求精度不高，底座由铸铁铸造最为合适。为方便拔模，底座采用圆锥的形式。其基本参数如下：上台面半径1=450mm;下台面半径2=1000mm；总高H=180mm。底座上中间和边上的叉耳结构是分别用于连接支撑杆和倾斜装置的。㈡建模步骤依照以上托盘建模的各步骤，建立支撑杆的三维模型，其如图3.16所示图3.16底盘图3.16底盘四、倾斜装置㈠设计思想倾斜装置是一个组合件，它是由五个零件组成，它的作用是实现托盘的一定角度的倾斜。在上一章中已经介绍得很清楚，支撑杆与底座采用叉耳结构联接的方式分别与倾斜装置的两端连接，依靠导向装置的内螺纹与动力传动装置的外螺纹配合来实现夹具的左右倾斜。对于它的定位问题，是通过螺栓锁紧达到定位的目的。㈡建模步骤依照以上托盘建模的各步骤，建立支撑杆的三维模型，其如图3.17、3.18、3.19、3.20所示。图3.18动力传动装置图3.17导向机构图3.18动力传动装置图3.17导向机构图3.19拉杆图3.20连接件图3.19拉杆图3.20连接件五、压紧装置㈠设计原理当工件放在托盘上时，必然要考虑到它的，它是影响测量结果的重要因素，压紧装置就是解决夹具定位夹紧的装置，它由八个零件组成。由于该测量设备为非接触式测量，除工件自重外，无其他外力作用，故夹紧力不大，所以用螺旋压紧的方法来实现。所测量的工件为钣金件，压紧装置与其接触点用力不当就会使工件变形，故组件4材料为橡胶，组件4是通过组件5和组件连接的。组件2的边缘孔通过销和组件1的叉耳（较低的）连接，为不可拆卸的，组件2的第二个孔通过销轴与组件1的另一个叉耳连接，在装卸工件时可以通过插拔销轴实现。组件1的T型结构是和托盘T型槽相配合的，根据工件的大小调整压紧机构在托盘上的具体位置。㈡建模步骤依照以上托盘建模的各步骤，建立支撑杆的三维模型，其如图3.21、图3.22、图3.23、图3.24、图3.25、图3.26所示。图3.22压紧机构组件02造型图3.21压紧机构组件01造型图3.22压紧机构组件02造型图3.21压紧机构组件01造型图3.24压紧机构组件04造型图3.23压紧机构组件03造型图3.24压紧机构组件04造型图3.23压紧机构组件03造型图3.25压紧机构组件05造型图3.26压紧机构组件06造型图3.25压紧机构组件05造型图3.26压紧机构组件06造型3.2.2组件装配及总装以倾斜装置为例，按如下步骤装配：1.点击“新建”图标，选择组件，然后选择空模板，如图3.27图3.27装配用空模板图3.27装配用空模板2.在界面右下角点击“装配”图标，导入一个主要零件，如图3.28图3.28倾斜装置装配01图3.28倾斜装置装配013.继续导入与前一次导入零件相配合的零件，点击“放置”，如图3.29所示，选择相关命令如“插入”、“匹配”、“相切”、“对齐”等，进行约束调整，得最终组件装配图，如图3.30所示。图3.29倾斜装置装配02图3.29倾斜装置装配02图3.30倾斜装置装配03图3.30倾斜装置装配034.按照以上步骤，可以得到压紧机构的装配完成图如图3.31所示。

图3.31倾斜装置装配04图3.32压紧机构图3.31倾斜装置装配04图3.32压紧机构5.压紧机构的装配图，按照以上步骤如3.32所示。6.总装也和上述步骤一样，依次导入其他零件进行装配，最终总装图如图3.33所示。图3.33柔性测量夹具总装图图3.33柔性测量夹具总装图3.2.3工程图生成步骤如下：1.点击“创建新对象”菜单“绘图”后选择“空”形式之后选择A1图纸，进入工作界面。2、导入所需零件产生主视图，调整好增加其余两视图，最终形成如图3.34所示的视图。图3.34夹具三维实体生成的三视图图3.34夹具三维实体生成的三视图3.3AutoCAD环境下的工程图修饰3.3.1AutoCAD的介绍AutoCAD是由美国Autodesk欧特克公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术（ComputerAidedDesign，计算机辅助设计）而开发的绘图程序软件包，经过不断的完善，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。一、特点AutoCAD软件具有如下特点：(1)具有完善的图形绘制功能。(2)有强大的图形编辑功能。(3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。(4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。(5)支持多种硬件设备。(6)支持多种操作平台(7)具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完善。二、功能AutoCAD软件具有如下功能：1、平面绘图：能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象。绘图辅助工具。AutoCAD提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具。正交功能使用户可以很方便地绘制水平、竖直直线，对象捕捉可帮助拾取几何对象上的特殊点，而追踪功能使画斜线及沿不同方向定位点变得更加容易。2、编辑图形AutoCAD具有强大的编辑功能：①可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等。②标注尺寸。可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。各种形式的尺寸，设置尺寸标注样式，可以随时更改已有标注值或标注的样式，可以实现相关联尺寸的标注。③书写文字。能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性。文字说明、技术要求等用户设置的文字样式，以便使用不同的字体。大小等设置标注文字。④图层管理功能。图形对象都位于某一图层上，可设定图层颜色、线型、线宽等特性。3、三维绘图①可创建3D实体及表面模型，能对实体本身进行编辑。改变观察视点，从不同观看方向显示图形；将绘图区域分成多个视区，在各个视区中从不方位显示同一图形。曲面模型或实体模型：消隐、着色或渲染，还可设置渲染时的光源、场景、材质、背景等方面。②网络功能。可将图形在网络上发布，或是通过网络访问AutoCAD资源。③数据交换。AutoCAD提供了多种图形图像数据交换格式及相应命令。④二次开发。AutoCAD允许用户定制菜单和工具栏，并能利用内嵌语言Autolisp、VisualLisp、VBA、ADS、ARX等进行二次开发3.3.2工程图出图Pro/E输出的图纸，在保存过程选择dwg格式的文件，否则AutoCAD识别不了，打开文件后，利用其二维绘图与编辑功能对图纸进行修改，主要是细节上的，如线条粗细修改、轮廓线填补或删除、打剖面线等，当图形绘好后，在进行尺寸及形状和位置公差的标注，如长度、直径、粗糙度、同轴度、平行度等，对其按照要求标好后，最后绘制明细表及标题栏，填写相关数据。图3.35是经过AutoCAD软件处理过的装配图，其余零件图件附录。图3.35装配图图3.35装配图3.4本章小结通过使用Pro/E软件建模和AutoCAD软件生成图纸，是我们对计算机辅助设计有了更深的了解，它们在帮助人们设计产品的时候起了不可忽略的作用，很难想象没有它们的辅助而设计时其工作量有多大。在建模过程中我遇到了一些问题，如装配过程中约束找不全，装配不完整，模型修改后更新失败等，当然在CAD绘图是也遇到一些问题，如有的图形直接画不出来，标注的汉字是乱码等。经过这次毕设，这些问题都已经顺利解决了，我认识到了对软件的熟悉程度直接影响你的工作质量和效率，所以学会灵活地运用这些软件对将来的工作会有很大的帮助的。

第四章关于夹具载荷的校核任何设计都会有一个验证的过程，这一章我们就所设计的柔性测量夹具进行载荷的校核。4.1角接触球轴承的静载荷校核对于那些在较大工作载荷作用下不旋转或作低速旋转以及缓慢摆动的轴承，其破坏形式主要是由于滚动体接触表面上接触应力过大而产生永久性的凹坑（即材料表面发生塑性变形）。所以，在这些情况下，应按照轴承静强度来选择轴承的尺寸。通常，当轴承承载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力不超过一定值（如角接触球轴承为4200Mpa）时，对绝大多数轴承来说，尚不会影响其正常。因此，使受载最大的滚动体与内、外圈滚道接触处的接触应力达到某一定值的载荷称为基本额定静载荷C0。当轴承既承受径向力又受轴向力时，可将它们折合成当量静载荷,应满足[2]；式中：、分别为径向、轴向静载荷系数；为静强度安全系数，对于旋转精度与平稳性要求高或承受大冲击载荷时，取=1.2～2.5;相反情况则取0.5～0.8；一般情况取0.8～1.2。基本参数：=54.5KN[3]（轴承型号7216B）,=0.5,=0.2,=1.21、当柔性夹具处于竖直状态时，角接触球轴承只承受轴向力，即。将数据代入公式得，=3000N,，故轴承满足要求。2、当柔性测量夹具处于极限工作位置（倾斜15°）时，角接触球轴承既承受径向力又承受轴向力；当量静载荷：，故轴承满足要求。3、由上面可知，在柔性夹具竖直和倾斜15°时，式子均满足要求，故所选轴承符合要求。4.2支撑杆的载荷校核所设计的柔性测量夹具的托盘面积大小约1平方米，测量时通过调节压紧机构的位置，可以使被测量的工件重心始终落在支撑杆的中心线上。故支撑杆的受压稳定性和其抗弯能力是夹具的承载能力的主要体现。4.2.1受压稳定性稳定性要求有些受压力作用的细长杆，如千斤顶的螺杆、内燃机的挺杆等，应始终维持原有的直线平衡形态，保证不被压弯。稳定性要求就是指构件应有足够的保持原有平衡形态的能力。一、直径的确定（根据压缩时的强度条件）支撑杆选用45钢材料，45钢的性能参数[4]：屈服极限=350Mpa，安全系数=1.2～1.5。我们所测量的钣金件大约25kg，托盘所用材料为铝合金，其密度为2650～2750kg/m3，我们大约估算出支撑杆所受力为3000N左右。许用压应力：=工作应力：，将数值代入，求得；取=80mm。二、验证压杆稳定性1、基本参数[5]：。2、，所以属于细长杆；；支撑杆简化为两端铰支杆，；柔度；因为，所以；因为，所以；临界压力工作安全因数：，所以肯定合格。4.2.2抗弯能力当支撑杆倾斜到极限位置即与竖直方向成15°角时，对其所受力分析4.1所示。4.1支撑杆受力分析图4.1支撑杆受力分析图由上图可知支撑杆此时受三个力的作用，而对支撑杆起拉弯作用的力只有上述三个力的垂直杆件分量，这三个分量使杆件受到剪应力的作用，对其进行弯曲变形的分析，如图4.2所示。

4.2支撑杆的剪力图4.2支撑杆的剪力图求得；变形距离微乎其微，可以忽略不计。由此可见，对一般的小型钣金件测量时，夹具的支撑杆即使在极限位置，也无弯曲变形的可能性。故该支撑杆满足设计要求。4.3夹具整体失稳的验证当柔性测量夹具运动到极限位置时，如果托盘以上重量过重可能会发生失稳现象。通过公式验证（其中F是工作极限位置作用与托盘最大的力；G是柔性夹具的重力；是临界倾斜点到力F作用点的水平距离；是柔性夹具重心到临界倾斜点的水平距离。）。基本数据：，；。当F=250N时，=47.205mm；根据模型可知，，所以当柔性夹具工作在极限位置时夹具不会发生失稳现象。4.4总结通过对角接触球轴承静载荷的验证、支撑杆载荷的确定确定和夹具整体失稳的验证，夹具即使处于极限工作位置，此柔性测量夹具也能正常工作。故该测量夹具满足设计要求。

第五章总结与展望毕业设计是我在大学学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、再提高的过程