基于PROE的車床夾具設(shè)計與仿真.doc

目錄1緒論.12設(shè)計任務(wù).13設(shè)計理念.23.1概念設(shè)計.23.2本課題研究的零件及其工藝設(shè)計.44夾具的實(shí)體建模.64.1在被加工零件各個工序中，本課題所涉及的相關(guān)工序中的關(guān)鍵尺寸.64.2工序二和工序三的夾具設(shè)計過程.74.3工序五中夾具體的參數(shù)化設(shè)計.104.4工序六中的夾具體設(shè)計.124.5夾具中的相關(guān)附件的設(shè)計過程.135.夾具的裝配過程及其爆炸圖.145.1工序二和工序三中的夾具體的裝配過程及其爆炸圖.155.2夾具的爆炸圖.226工程圖.247動態(tài)機(jī)構(gòu)設(shè)計與仿真.257.1進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊.257.2給各個仿真元件添加伺服電機(jī).267.3定義分析.297.4運(yùn)行結(jié)果回放及捕獲.297.5對動畫進(jìn)行錄像剪輯.308結(jié)束語.30致謝.30參考文獻(xiàn).3111緒論當(dāng)前三維設(shè)計技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個很高的境界,它能為產(chǎn)品開發(fā)人員提供更先進(jìn)的設(shè)計方法和設(shè)計手段,具有形象生動、直觀明了、快速響應(yīng)等設(shè)計特點(diǎn),其開發(fā)過程很符合設(shè)計人員的設(shè)計思維1。三維開發(fā)平臺的出現(xiàn)和完善,為增強(qiáng)企業(yè)的開發(fā)能力、提高設(shè)計效率和產(chǎn)品質(zhì)量,提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。三維開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用和推廣,可謂是傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計的一次革命；三維立體設(shè)計逐步替代傳統(tǒng)的二維平面是必然的趨勢目前,市面上可供選擇的軟件有很多,主要包括高端的Pro/Engineer,I-DEAS,UG,CATIA和中端的Solidworks,SolidEdge等3D設(shè)計軟件2。這些軟件的一個共性就是它們都具備了尺寸參數(shù)驅(qū)動技術(shù)以及虛擬裝配技術(shù)；尤其是高端的3D設(shè)計軟件還具備了智能化、集成化、并行化、模塊化、相關(guān)性等特點(diǎn)，這些技術(shù)一般都能滿足用戶設(shè)計的各項(xiàng)諸如設(shè)計、計算分析、制造、虛擬裝配、干涉檢查、有限元分析、運(yùn)動分析等高級CAD的需求4。Pro/Engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC）的產(chǎn)品。PTC公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念，開發(fā)出來的第三代機(jī)CAD/CAE/CAM產(chǎn)品Pro/Engineer軟件能將設(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時進(jìn)行同一產(chǎn)品的設(shè)計制造工作，即實(shí)現(xiàn)所謂的并行工程3。Pro/Engineer采用技術(shù)指標(biāo)化設(shè)計、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。Pro/Engineer系統(tǒng)用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設(shè)計思想與習(xí)慣。整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型。2設(shè)計任務(wù)機(jī)床夾具作為一種重要的加工工具，其種類和型號比較繁多，傳統(tǒng)的開發(fā)過程繁瑣、效率低下、繪圖量大，Pro/E作為一款高效快捷的CAD/CAM軟件，克服了以上的不足之處，大大提高設(shè)計人員的開發(fā)速度，本文將著重就Pro/E的實(shí)體建模、虛擬裝配、機(jī)構(gòu)仿真等功能通過對機(jī)床夾具的開發(fā)來進(jìn)行深入和全面的研究。設(shè)計的具體要求為：（1）實(shí)現(xiàn)零件的參數(shù)化設(shè)計。（2）零件和部件的裝配。（3）工程圖樣的生成。（4）運(yùn)動仿真。23設(shè)計理念使用Pro/E軟件進(jìn)行虛擬產(chǎn)品設(shè)計總的來說有倆種設(shè)計方法，它們分別是由底向上的產(chǎn)品設(shè)計和自頂向下的產(chǎn)品設(shè)計。由底向上的的產(chǎn)品設(shè)計就是先設(shè)計好產(chǎn)品的各個零部件，然后再把各個零部件逐一裝配成完整產(chǎn)品的設(shè)計方法。由底向上的設(shè)計方法是一種比較簡單、低級的方法，其設(shè)計思路比較清楚，設(shè)計原理也容易被廣大用戶接受，但是其設(shè)計理念還不夠先進(jìn)，設(shè)計方法不夠靈活，還不能完全適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計的基本要求。這種方法主要應(yīng)用于一些已經(jīng)比較成熟的產(chǎn)品的設(shè)計過程，可以獲得比較高的設(shè)計效率5。由頂向下的裝配設(shè)計與由底向上的設(shè)計方法正好相反。設(shè)計時，首先從整體上勾畫出產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)關(guān)系或創(chuàng)建裝配體的二維零件布局關(guān)系圖，然后再根據(jù)這些關(guān)系或布局逐一設(shè)計出產(chǎn)品的零件模型。在現(xiàn)實(shí)的虛擬產(chǎn)品設(shè)計中，往往都是先設(shè)計出整個產(chǎn)品的外在概念和功能概念后，逐步對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計上的細(xì)化直至單個零件5。由頂向下的產(chǎn)品設(shè)計方法因其設(shè)計方法靈活和修改容易等優(yōu)點(diǎn)，深受設(shè)計者喜愛。同時這種設(shè)計方法對設(shè)計者的要求較高，設(shè)計者不僅要熟練掌握Pro/E的各種應(yīng)用技巧，而且要對產(chǎn)品有完整的構(gòu)思。本文將分別采用此倆種方法進(jìn)行機(jī)床夾具的設(shè)計。3.1概念設(shè)計概念設(shè)計是根據(jù)夾具的功能和尺寸要求，進(jìn)行產(chǎn)品功能創(chuàng)造、功能分解以及功能和子功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計；進(jìn)行滿足功能和結(jié)構(gòu)要求的工作原理求解和進(jìn)行實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的工作原理載體方案的構(gòu)思和系統(tǒng)化設(shè)計。概念設(shè)計的過程是一個發(fā)散思維和創(chuàng)新設(shè)計的過程，是一個求解實(shí)現(xiàn)功能的，滿足各種技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的，可能存在的各種方案并最終確定綜合最優(yōu)方案的過程7。3.1.1機(jī)床夾具的分類及功能分析機(jī)床夾具的一般可按專門化程度、使用的機(jī)床和夾緊動力源進(jìn)行分類。（1）按專門化程度分類：通用夾具通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的，在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。例如，車床上三抓自定心卡盤和四抓卡盤，銑床上的平口鉗、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等都是通用夾具。這類夾具一般由專業(yè)化工廠生產(chǎn)，作為機(jī)床附件提供給用戶，其特點(diǎn)是適應(yīng)性廣，但生產(chǎn)效率低，主要適用于但見小批量生產(chǎn)中。專用夾具專用夾具是專為某一工件的某道工序而專門設(shè)計生產(chǎn)的夾3具，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速、方便、省力，可以保證較高的加工精度和生產(chǎn)效率，但設(shè)計制作周期較長，制造費(fèi)用也較高。當(dāng)產(chǎn)品變更時，夾具將無法使用，只使用與產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。通用可調(diào)夾具和成組夾具其特點(diǎn)事夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適應(yīng)不同零件的加工。成組夾具適用于相似零件的成組加工，與通用可調(diào)夾具相比，加工對象的針對性明確。組合夾具組合夾具是指按零件的將要求，由一套事先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件和部件組裝而成的夾具，其特點(diǎn)是靈活多變、通用性強(qiáng)、制造周期短、元件可反復(fù)使用，特別適用于新產(chǎn)品的是試制和單件小批生產(chǎn)。隨行夾具隨行夾具是一種在自動線上使用的夾具，與工件成為一體沿著自動線從一個工位移到下一個工位，進(jìn)行不同工序的加工。（2）按適用的機(jī)床分類按所適用的機(jī)床不同，夾具可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪夾具和其它機(jī)床夾具等。（3）按夾緊動力源分類根據(jù)夾具所采用的夾緊動力源不同，夾具可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等。（4）機(jī)床夾具的功用穩(wěn)定保證工件的加工精度用夾具裝夾工件時，工件相對與刀具及機(jī)床的位置精度有夾具保證，不受工人技術(shù)水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)效率使用夾具裝夾工件無需劃線找正，可顯著減少輔助工時，方便快捷；可提供工件的剛性，使用較大的切削用量；可實(shí)現(xiàn)多件、多工位同時裝夾，可采用高效夾緊機(jī)構(gòu)，提高勞動生產(chǎn)率。擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能根據(jù)加工機(jī)床的成形運(yùn)動，輔以不同類型的夾具，可擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍。綜上所述，機(jī)床夾具使機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分。3.1.2機(jī)床夾具的組成定位元件（定位裝置）定位元件與工件的定位基面相接觸，用于確定工件在夾具中的正確位置。夾緊元件（夾緊裝置）夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，使工件在加工過程中保持在夾具中的既定位置。對刀與導(dǎo)引元件用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對刀元件，如對刀塊。用于確定刀具位置并導(dǎo)引刀具進(jìn)行加工的元件稱為導(dǎo)引元件。4夾具體夾具體是用于連接或固定夾具上各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎(chǔ)件。它與機(jī)床有關(guān)部件進(jìn)行連接、對定，使夾具相對機(jī)床具有確定的位置。其它元件及裝置有些夾具根據(jù)工件的加工要求，要有分度機(jī)構(gòu)，銑床夾具還要有定位鍵等。以上這些組成部分，并不是對每種機(jī)床夾具都是缺一不可的，但是任何夾具都必須有定位元件和夾緊裝置，他們是保證工件加工精度的關(guān)鍵，目的是使工件定準(zhǔn)、夾牢3.2本課題研究的零件及其工藝設(shè)計圖1本課題所研究的加工零件該產(chǎn)品是汽車空調(diào)零件，名稱是噴氣嘴，由3A21鋁型材加工而成。該零件加工工序如下：工序一：鋸床下料，保證總長尺寸為39mm。工序二：在車床上車光一端面。工序三：在車床上車光另一端面，保證總長為38mm,上下偏差是正負(fù)0.1mm.工序四：在銑床上銑出臺階面，分別保證距兩端面的尺寸為16mm和23mm.工序五：在車床上鉆出直徑為10mm深度為33.5mm的平面上的孔。工序六：在車床上鉆出M8的螺紋基準(zhǔn)孔。要保證該孔的中心線與工序五中孔的中心線距離為18mm，上下偏差為正負(fù)0.1mm.工序七：在銑床上鉆出弧面上直徑為10mm的孔，保證孔中心線與各邊距離，并保證該孔與工序五中的孔相通。工序八：在車床上鏜工序五中的孔，保證孔深為12mm,所鏜孔直徑為15.45mm，上下偏差為正0.12和0.05。工序九：在攻絲機(jī)上加工M8螺紋3.2.1本課題所涉及的加工工序及夾具工序二：在車床上車光一端面工序三：在車床上車光另一端面，保證總長為38mm,上下偏差是正負(fù)0.1mm.5圖2工序二和工序三中的夾具工序