基于PROE的拉床夾具設(shè)計(jì).doc

目錄1緒論.22設(shè)計(jì)理念.22.1概念設(shè)計(jì).32.1.1夾具的分類.32.1.2夾具的組成.52.1.3現(xiàn)代車床夾具的發(fā)展方向.63夾具的設(shè)計(jì).73.1工件加工要求分析.73.2確定夾具類型.73.3擬定定位方案和夾緊元件.73.4夾緊元件的設(shè)計(jì).83.5導(dǎo)引方案和導(dǎo)引元件的設(shè)計(jì).83.6夾具整體的設(shè)計(jì).84實(shí)體建模.84.1法蘭盤的建模.84.2導(dǎo)套的建模.124.3定位塊的建模.134.4定位銷的建模.134.5擋板的建模.145夾具體的裝配.146結(jié)束語.18致謝.18參考文獻(xiàn).191緒論當(dāng)前三維設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)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(jì)方法和設(shè)計(jì)手段,具有形象生動(dòng)、直觀明了、快速響應(yīng)等設(shè)計(jì)特點(diǎn),其開發(fā)過程很符合設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思維1。三維開發(fā)平臺(tái)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(jì)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(jì)的一次革命；三維立體設(shè)計(jì)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(jì)軟件2。這些軟件的一個(gè)共性就是它們都具備了尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及虛擬裝配技術(shù)；尤其是高端的3D設(shè)計(jì)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(jì)的各項(xiàng)諸如設(shè)計(jì)、計(jì)算分析、制造、虛擬裝配、干涉檢查、有限元分析、運(yùn)動(dòng)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(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時(shí)進(jìn)行同一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jì)、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)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(jì)思想與習(xí)慣。整個(gè)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。夾具雖然是機(jī)床的附加裝置，但是他在生產(chǎn)中起到的作用卻很大，應(yīng)用十分廣泛。因此，我國廣大機(jī)械工人和技術(shù)人員，歷來把機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，作為技術(shù)革新和改造的一個(gè)重要舉措。夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展6。2設(shè)計(jì)理念使用Pro/E軟件進(jìn)行虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)總的來說有倆種設(shè)計(jì)方法，它們分別是由底向上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和自頂向下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。由底向上的的產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是先設(shè)計(jì)好產(chǎn)品的各個(gè)零部件，然后再把各個(gè)零部件逐一裝配成完整產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法。由底向上的設(shè)計(jì)方法是一種比較簡單、低級的方法，其設(shè)計(jì)思路比較清楚，設(shè)計(jì)原理也容易被廣大用戶接受，但是其設(shè)計(jì)理念還不夠先進(jìn)，設(shè)計(jì)方法不夠靈活，還不能完全適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(jì)過程，可以獲得比較高的設(shè)計(jì)效率5。由頂向下的裝配設(shè)計(jì)與由底向上的設(shè)計(jì)方法正好相反。設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)出產(chǎn)品的零件模型。在現(xiàn)實(shí)的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，往往都是先設(shè)計(jì)出整個(gè)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(jì)上的細(xì)化直至單個(gè)零件5。由頂向下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法因其設(shè)計(jì)方法靈活和修改容易等優(yōu)點(diǎn)，深受設(shè)計(jì)者喜愛。同時(shí)這種設(shè)計(jì)方法對設(shè)計(jì)者的要求較高，設(shè)計(jì)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。本文將分別采用由底向上的設(shè)計(jì)方法。2.1概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)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(jì)；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(jì)。概念設(shè)計(jì)的過程是一個(gè)發(fā)散思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程，是一個(gè)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。2.1.1夾具的分類安裝在車床上的夾具多數(shù)情況下都是采用通用夾具，如三爪卡盤、四爪卡盤等。當(dāng)加工一些特殊工件，采用通用夾具無法安裝時(shí)，必須設(shè)計(jì)專用夾具。安裝在機(jī)床上的夾具根據(jù)其安裝的位置分為兩個(gè)基本類型：安裝在車床主軸上的夾具和安裝在車床床鞍上的夾具。隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，機(jī)床夾具的種類也在不斷的增加，出現(xiàn)了許多的新穎的夾具，如果想要對所有的夾具加以分析，那是不可能的。為了便于研究各種夾具的特性，找出規(guī)律性的東西，從而運(yùn)用這些規(guī)律有必要將夾具加以分類如下：圖1-1機(jī)床夾具的分類1通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的、可用于一定范圍內(nèi)加工不同工件的夾具。如三爪自定心或四爪單動(dòng)卡盤、機(jī)用虎鉗、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、萬能分度頭、磁力工作臺(tái)等。這類夾具以作為機(jī)床附件，可以充分發(fā)揮機(jī)床技術(shù)性能和擴(kuò)大工藝范圍。不論何種生產(chǎn)類型，都被廣泛利用。2專用夾具在使用夾具裝夾工件時(shí)，有找正和不找正之分。在使用專為工件的某道工序時(shí)，一般能夠直接裝夾工件而無須劃線和找正，他成為機(jī)床的一種附加裝備，在加工中起到機(jī)床、工件、刀具之間的橋梁作用，我們稱之為專用夾具。專用夾具的設(shè)計(jì)和制造是機(jī)械加工中的一項(xiàng)重要的技術(shù)準(zhǔn)備工作。3通用可調(diào)與成組夾具這兩類夾具結(jié)構(gòu)相似。其共同點(diǎn)是：在加工完一種工件后，經(jīng)過調(diào)整或更換個(gè)別元件，即可加工形狀相似、尺寸相近或加工工藝相似的多種工件。在當(dāng)前多品種小批量生產(chǎn)條件下，這兩類夾具是改革工藝裝備設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展方向。4組合夾具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先準(zhǔn)備好的通用的標(biāo)準(zhǔn)元件和部件組合成的夾具。這種夾具用完后可以拆御存放，還可多次反復(fù)使用，具有組裝迅速，周期短的特點(diǎn)，故特別適用于多品種小批生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制6。2.1.2夾具的組成由于各種專用夾具裝夾的工件是各不相同的，所以夾具結(jié)構(gòu)也各種各樣。盡管新的夾具層出不窮，但是他們的工作原理基本相似。我們在認(rèn)識(shí)一定的數(shù)量的夾具之后，加以概括，找出他們的內(nèi)在聯(lián)系和共性，以便于尚未研究過的各種夾具進(jìn)行研究。由此可以得出一般夾具共有的如下組成元件和裝置：1定位元件和裝置他的作用是確定工件在夾具中的加工位置。2夾緊裝置這種裝置包括夾緊元件或組合和動(dòng)力源。其作用是將工件壓緊夾牢，保證工件的定位在加工中不因受外力而產(chǎn)生位移，同時(shí)防止或減少振動(dòng)。3確定夾具位置的元件其作用是確定夾具在機(jī)床上的餓安裝位置，從而保證工件與機(jī)床之間的正確加工位置。4對刀導(dǎo)向裝置用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工的餓元件稱為對刀導(dǎo)向元件。5其他裝置定位裝置夾緊裝置其他裝置確定夾具位置元件夾具體對刀換向裝置圖1-2機(jī)床夾具組成示意圖夾具刀具機(jī)床工件有些夾具還設(shè)有分度裝置、上下料裝置、工件頂出裝置等。6夾具體他是夾具的基本件和骨架，上述各類元件或裝置都安裝在夾具體上，使之成為一個(gè)夾具整體。他們的基面一般都和機(jī)床工作臺(tái)或花盤相聯(lián)結(jié)。上述個(gè)組成部分，并非每套機(jī)床夾具都必須全部具備。但是一般說來，定位裝置、夾緊裝置和夾具體則是夾具的基本部分。機(jī)床夾具的組成部分與工件、機(jī)床、刀具之間的聯(lián)系，可以從圖1-2看出，該圖為正確設(shè)計(jì)夾具提供了思考問題的線索：例如定位、夾緊裝置直接與工件有關(guān)，故在設(shè)計(jì)時(shí)必須掌握與工件形狀、尺寸、技術(shù)要求等有關(guān)資料；在設(shè)計(jì)對刀導(dǎo)相元件時(shí)，應(yīng)考慮加工所用刀具的類型、結(jié)構(gòu)和尺寸等；設(shè)計(jì)確認(rèn)夾具在機(jī)床上位置的元件時(shí)，則應(yīng)依據(jù)機(jī)床工作臺(tái)或主軸端部的結(jié)構(gòu)形式和尺寸等8。2.1.3現(xiàn)代車床夾具的發(fā)展方向隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求，使多品種，中小批生產(chǎn)作為機(jī)械生產(chǎn)的主流，為了適應(yīng)機(jī)械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢，必然對機(jī)床夾具提出更高的要求。它的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為“四化”。1標(biāo)準(zhǔn)化完善的標(biāo)準(zhǔn)化，不僅指現(xiàn)有夾具零部件（包括毛坯及半成品）的標(biāo)準(zhǔn)，而且應(yīng)有各種類型夾具結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)（如果用可調(diào)夾具標(biāo)準(zhǔn)、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)、自動(dòng)線夾具標(biāo)準(zhǔn)等）。同時(shí)應(yīng)對專用夾具零部件，實(shí)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，以便使用一部分的零部件，能在各類夾具實(shí)現(xiàn)通用化。無疑這“三化”是夾具發(fā)展的基礎(chǔ)工作，有此基礎(chǔ)，就有可能組織夾具零件、傳動(dòng)裝置甚至整套的夾具的專業(yè)化定點(diǎn)生產(chǎn)，使原來單體生產(chǎn)的夾具，轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)化生產(chǎn)，以保證質(zhì)量，降低成本，縮短生產(chǎn)周期。2可調(diào)化、組合化當(dāng)前機(jī)床發(fā)展的兩個(gè)主要發(fā)展方面，一是要把專門用于某一特定工序的專用夾具，擴(kuò)大其運(yùn)用范圍，使能用于同一類零件的加工，并實(shí)現(xiàn)快速調(diào)整；二是要改變專用夾具當(dāng)工件或工藝一有修改就得報(bào)廢的問題，使夾具能夠重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)組合化的原則，用少數(shù)元件能滿足多中需要。特別是隨著數(shù)控車床等的大量出現(xiàn)，如何使用可調(diào)化或組合化夾具來適應(yīng)這種機(jī)床的需要，成為當(dāng)前機(jī)床夾具的又一重要發(fā)展方向。3精密化由于機(jī)械產(chǎn)品加工精度日益提高，高精度機(jī)床的大量涌現(xiàn)，勢必要求機(jī)床夾具也相對精密。例如精密多齒分度盤、分度精度可以達(dá)到1.0；高精度通用定心卡盤可達(dá)0.005mm的定心精度。4高效自動(dòng)化為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工過程自動(dòng)化，以改善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)率，降低加工成本，不僅是生產(chǎn)流水線、自動(dòng)線的需要，而且對多品種、小中批量生產(chǎn)同樣可以考慮采用合適的高效自動(dòng)化夾具，以獲得良好的效益6。3夾具的設(shè)計(jì)3.1工件加工要求分析本工序主要以拉刀完成，本工序的加工要求，在齒輪內(nèi)孔上拉出一個(gè)鍵槽，槽寬為8049.0013.0mm，槽深為33.120.00mm，表面粗糙度為Ra3.2m。在本工序前，齒輪大圓153mm，小圓50mm，內(nèi)孔30mm以及兩端面均已加工完畢。本工序采用前面設(shè)計(jì)的拉刀在L610臥式拉床上加工。3.2確定夾具類型由于本工序是加工的齒輪的內(nèi)孔鍵槽，因此適宜采用法蘭盤、導(dǎo)套、定位銷等組成的組合夾具。3.3擬定定位方案和夾緊元件設(shè)計(jì)以齒輪大圓153mm作為定位基準(zhǔn)，再選孔端面作為定位基準(zhǔn)，限制工件五個(gè)自由度。選取一個(gè)240mm的圓盤作為夾具的夾具體，使定位銷能裝配在上面對加工工件進(jìn)行夾緊，并且在槽內(nèi)開銷孔和螺紋孔。大圓安裝在拉床上，主要限制工件一個(gè)自由度：X方向的平動(dòng)自由度。根據(jù)尺寸特性選擇定位元件如下：1導(dǎo)套：根據(jù)齒輪的具體尺寸，設(shè)計(jì)一個(gè)外圓分別為45mm、90mm、30mm的臺(tái)階狀的導(dǎo)套，導(dǎo)套總長140mm，并且使其30mm的端突出圓盤30mm，便于內(nèi)孔定位工件（齒輪）。具體形狀見夾具裝配圖。其中螺栓夾在圓盤上，再開一個(gè)沉頭孔，主要用于裝入一個(gè)銷鍵，使得能夠更好的定位，保證尺寸精度?？梢韵拗乒ぜ?個(gè)自由度：X、X、Z和Z。2拉刀墊片：設(shè)計(jì)3個(gè)熱處理HRC53-40的墊片，墊片上開一個(gè)和導(dǎo)套內(nèi)孔