基于ProE的機床夾具設計說明

1、 PAGE4 / NUMPAGES42Anhui Vocactional & Technical College of Industry & Trade畢 業(yè) 論 文基于Pro/E的機床夾具設計Machine tool fixture design based on Pro/E畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個

2、人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導教師簽名： 日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳?。作者簽名： 日 期：學位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品

3、。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位論文的全部或部分容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日畢業(yè)論文（畢業(yè)設計）任務書學生專業(yè)年級畢業(yè)論文（畢業(yè)設計）題目：畢業(yè)論文（畢業(yè)設計）目的、要求：畢業(yè)論

4、文（畢業(yè)設計）的主要容：指導教師評語：指導教師（簽名）：年月日填寫說明：1.此表由指導教師填寫，必須用藍、黑色墨水書寫；字跡必須清晰工整。2.將此表裝訂在畢業(yè)論文（設計）的第一頁?；赑ro/E的機床夾具設計摘要 ：由于銑床夾具的結構復雜且精度要求較高，而且銑床夾具的傳統(tǒng)設計效率低，在傳統(tǒng)的設計中，原有的集合模型是設計者利用固定的尺寸值得到的，零件結構形狀不能靈活的改變，一旦零件尺寸發(fā)生變化，必須重新繪制其對應的幾何模型，以至于工程師們不得不花費大量的時間進行幾乎一樣的公式計算，這樣在銑床夾具設計的相似性設計上消耗了大量的人力物力。銑床夾具的數字化設計是提高設計精度與效率的有效途徑。本論文正是

5、針對上述問題，利用Pro/E軟件的建模功能建立三維模型；然后應用Pro/E軟件的運動仿真、參數化設計和數控加工功能，使得銑床夾具的設計直觀、快捷、高效。該技術在機械工程、化工設備、汽車制造等很多領域有很強的實用性和推廣價值。關鍵詞：Pro/E，銑床夾具，數字化設計Machine tool fixture design based on Pro/EABSTRACT :Due to the complicated structure and milling fixture higher accuracy, and millingmachine fixture in low efficiency,

6、the traditional design of traditional design, the original collection model is the size of the designer using fixed parts structure, worth the change, flexible shape cannot change once parts size, must redraw its corresponding geometric model that engineers have to spend a lot of time on the formula

7、 is almost the same, and in the milling machine for fixture design similarity design consumes vast quantities of manpower.Milling fixture digital design is to improve the design precision and efficiency in an effective way.This thesis is in view of the above questions, Pro/E software using 3d model;

8、 modeling functions. Then apply the Pro/E motion simulation software, parameterized design and NC machining function makes milling fixture design direct-viewing, fast and efficient.This technology in mechanical engineering, chemical equipment, automobile manufacture and so on many domains have stron

9、g practicability and popularize value.Key words: Pro/E, milling fixture, digital design目 錄摘要（中文） 摘要（英文） 引言 1第一章 設計理念11.1 夾具概念設計 11.1.1專用夾具與其設計概述 11.1.2夾具的發(fā)展概況與現狀 31.1.3夾具的分類與組成 31.1.4現代夾具的發(fā)展方向 61.2 數字化制造簡介 61.2.1數字化是制造技術創(chuàng)新的手段61.2.2 Pro/E軟件的數字化造型功能8第二章 銑床夾具的造型與動畫仿真102.1 銑床夾具零件的三維造型 102.2銑床夾具的裝配 152.3

10、銑床夾具的動畫仿真 17第三章 利用Pro/E進行夾具若干零件特征的自動化設計 193.1 銑床夾具分度盤的自動化設計 19第四章 利用Pro/E進行夾具若干零件的數控加工 224.1 Pro/E NC簡介 224.2定位鍵的數控加工22結論 27致 28參考文獻 29引言當前三維設計技術已經達到了一個很高的境界，它能為產品開發(fā)人員提供更先進的設計方法和設計手段，具有形象生動、直觀明了、快速響應等設計特點，其開發(fā)過程很符合設計人員的設計思維1。三維開發(fā)平臺的出現和完善，為增強企業(yè)的開發(fā)能力、提高設計效率和產品質量，提供了強有力的技術支持。三維開發(fā)技術的應用和推廣，可謂是傳統(tǒng)的機械設計的一次革命

11、；三維立體設計逐步替代傳統(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驅動技術以與虛擬裝配技術；尤其是高端的3D設計軟件還具備了智能化、集成化、并行化、模塊化、相關性等特點，這些技術一般都能滿足用戶設計的各項諸如設計、計算分析、制造、虛擬裝配、干涉檢查、有限元分析、運動分析等高級CAD的需求。Pro/Engineer系統(tǒng)是美國參數技術公司(PTC)的產品。PTC公司提出的單一數據庫、參數化、基于特征、全相

12、關的概念，開發(fā)出來第三代機CAD/CAECAM產品Pro/Engineer軟件能將設計至生產全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時進行同一產品的設計制造工作，即實現所謂的并行工程。Pro/Engineer采用技術指標化設計、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設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、倒角與圓角，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，符合工程人員的設計思想與習慣。整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數據庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型。 設計理念1.1 夾具概念設計1.1.1專用夾具與其設計概述1. 明確設計任務與收集設計資料2擬定夾具結

13、構方案與繪制夾具草圖1)確定工件的定位方案，設計定位裝置。 2)確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置。3)確定對刀或導向方案，設計對刀或導向裝置。4)確定夾具與機床的連接方式，設計連接元件與安裝基面。5)確定和設計其它裝置與元件的結構型式，如分度裝置、預定位裝置與吊裝元件等。 6)確定夾具體的結構型式與夾具在機床上的安裝方式。7)繪制夾具草圖，并標注尺寸、公差與技術要求。 3進行必要的分析計算工件的加工精度較高時，應進行工件加工精度分析。有動力裝置的夾具，需計算夾緊力。當有幾種夾具方案時，可進行經濟分析，選用經濟效益較高的方案。4審查方案與改進設計夾具草圖畫出后，應征求有關人員的意見，并送有關部門

14、審查，然后根據他們的意見對夾具方案作進一步修改。5繪制夾具裝配總圖夾具的總裝配圖應按國家制圖標準繪制。繪圖比例盡量采用1：1。主視圖按夾具面對操作者的方向繪制?？倛D應把夾具的工作原理、各種裝置的結構與其相互關系表達清楚。夾具總圖的繪制次序如下：1)用雙點劃線將工件的外形輪廓、定位基面、夾緊表面與加工表面繪制在各個視圖的合適位置上。在總圖中，工件可看作透明體，不遮擋后面夾具上的線條。2)依次繪出定位裝置、夾緊裝置、對刀或導向裝置、其它裝置、夾具體與連接元件和安裝基面。3)標注必要的尺寸、公差和技術要求。 4)編制夾具明細表與標題欄。6.繪制夾具零件圖夾具中的非標準零件均要畫零件圖，并按夾具總圖的

15、要求，確定零件的尺寸、公差與技術要求。1.1.2 夾具的發(fā)展概況與現狀夾具雖然是機床的附加裝置，但是他在生產中起到的作用卻很大，應用十分廣泛。因此，我國廣大機械工人和技術人員，歷來把機床夾具的設計和改進，作為技術革新和改造的一個重要舉措。夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合，通用、經濟方向發(fā)展1。安裝在車床上的夾具多數情況下都是采用通用夾具，如三爪卡盤、四爪卡盤等。當加工一些特殊工件，采用通用夾具無法安裝時，必須設計專用夾具。安裝在機床上的夾具根據其安裝的位置分為兩個基本類型：安裝在車床主軸上的夾具和

16、安裝在車床床鞍上的夾具。1.1.3 夾具的分類與組成1. 夾具的分類隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，機床夾具的種類也在不斷的增加，出現了許多的新型的夾具，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，從而運用這些規(guī)律有必要將夾具加以分類如圖1-1所示：圖1-1銑床夾具的分類1）通用夾具是指已經標準化的、可用于一定圍加工不同工件的夾具。如三爪自定心或四爪單動卡盤、機用虎鉗、回轉工作臺、萬能分度頭、磁力工作臺等。這類夾具以作為機床附件，可以充分發(fā)揮機床技術性能和擴大工藝圍。不論何種生產類型，都被廣泛利用。2）專用夾具在使用夾具裝夾工件時，有找正和不找正之分。在使用

17、專為工件的某道工序時，一般能夠直接裝夾工件而無須劃線和找正，他成為機床的一種附加裝備，在加工中起到機床、工件、刀具之間的橋梁作用，我們稱之為專用夾具，專用夾具的設計和制造是機械加工中的一項重要的技術準備工作。3）通用可調與成組夾具這兩類夾具結構相似。其共同點是:在加工完一種工件后，經過調整或更換個別元件，即可加工形狀相似、尺寸相近或加工工藝相似的多種工件。在當前多品種小批量生產條件下，這兩類夾具是改革工藝裝備設計的一個發(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，由一套事先準備好的通用的標準元件和部件組合成的夾具。這種夾具用完后可以拆御存放，還可多次反復使用，具有組裝迅速，周期短的

18、特點，故特別適用于多品種小批生產或新產品試制1。2. 夾具的組成由于各種專用夾具裝夾的工件是各不一樣的，所以夾具結構也各種各樣。盡管新的夾具層出不窮，但是他們的工作原理基本相似.，我們在認識一定的數量的夾具之后，加以概括，找出他們的在聯系和共性，以便于尚未研究過的各種夾具進行研究。由此可以得出一般夾具共有的如下組成元件和裝置:1）定位元件和裝置它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生位移，同時防止或減少振動。3）確定夾具位置的元件 其作用是確定夾具在機床上的安裝位置，從而保證工件與機床之

19、間的正確加工位置。4）對刀導向裝置 用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的餓元件稱為對刀導向元件。5）其他裝置 有些夾具還設有分度裝置、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，使之成為一個夾具整體。他們的基面一般都和機床工作臺或花盤相聯結。 上述六個組成部分，并非每套機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。機床夾具的組成部分與工件、機床、刀具之間的聯系，可以從圖1-2看出，該圖為正確設計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，故在設計時必須掌握與工件形狀、尺寸、技術要求等有

20、關資料;在設計對刀導相元件時，應考慮加工所用刀具的類型、結構和尺寸等;設計確認夾具在機床上位置的元件時，則應依據機床工作臺或主軸端部的結構形式和尺寸等圖1-2 機床夾具組成示意圖1.1.4 現代夾具的發(fā)展方向隨著機械工業(yè)的迅速發(fā)展，對產品的品種和生產率提出了愈來愈高的要求，使多品種，中小批生產作為機械生產的主流，為了適應機械生產的這種發(fā)展趨勢，必然對機床夾具提出更高的要求。它的發(fā)展方向主要表現為“四化”。1.標準化 完善的標準化，不僅指現有夾具零部件(包括毛坯與半成品)的標準，而且應有各種類型夾具結構的標準(如果用可調夾具標準、組合夾具標準、自動線夾具標準等)。同時應對專用夾具零部件，實行統(tǒng)一

21、的標準化、系列化，以便使用一部分的零部件，能在各類夾具實現通用化。無疑這“三化”是夾具發(fā)展的基礎工作，有此基礎，就有可能組織夾具零件、傳動裝置甚至整套的夾具的專業(yè)化定點生產，使原來單體生產的夾具，轉變?yōu)閷I(yè)化生產，以保證質量，降低成本，縮短生產周期。2.可調化、組合化 當前機床發(fā)展的兩個主要發(fā)展方面，一是要把專門用于某一特定工序的專用夾具，擴大其運用圍，使能用于同一類零件的加工，并實現快速調整；二是要改變專用夾具當工件或工藝一有修改就得報廢的間題，使夾具能夠重復利用，實現組合化的原則，用少數元件能滿足多中需要。特別是隨著數控車床等的大量出現，如何使用可調化或組合化夾具來適應這種機床的需要，成為

22、當前機床夾具的又一重要發(fā)展方向。3.精密化 由于機械產品加工精度日益提高，高精度機床的大量涌現，勢必要求機床夾具也相對精密。4.高效自動化為了實現機械加工過程自動化，以改善勞動條件，提高生產率，降低加工成本，不僅是生產流水線、自動線的需要，而且對多品種、小中批量生產同樣可以考慮采用合適的高效自動化夾具，以獲得良好的效益。1.2 數字化制造簡介1.2.1 數字化是制造技術創(chuàng)新的手段人類技術文明史進入了信息時代，計算機軟硬件的飛速發(fā)展給信息的普與、應用提供了技術手段。面對21世紀的制造技術創(chuàng)新，數字化是主要手段。數字化的核心是離散化，如何將自然界的連續(xù)物理現象、模糊的不確定現象，以與人的經驗與技能

23、等離散化，進而實現數字化，是技術創(chuàng)新成敗、優(yōu)劣的關鍵問題。繼計算幾何、計算力學問世之后，計算切削工學、計算制造、數字化制造、新型材料零件數字化設計與制造等陸續(xù)被提出，明顯地看出數字化是技術創(chuàng)新的重要手段。為了充分發(fā)揮計算機輔助技術在技術創(chuàng)新中的作用，需要對領域主導知識進一步實現數字化處理。例如：制造過程的物理量（力、熱、聲、振動、速度、誤差等）的數字化模型，它們是伴隨制造過程的幾何量而產生的，如何將兩者的數字化量與相互關系融合到計算機系統(tǒng)中，尚有大量工作要做；利用社會學、心理學、人體機構與行為科學等，更好的發(fā)揮人在企業(yè)中的作用，利用計算機仿真與人機界面技術模擬企業(yè)環(huán)境，研究人的最佳工作狀態(tài)，重

24、視人們的滿足感與舒適感，這些都有大量數字化問題。計算機網絡為數字化信息的傳遞、為實現“光速貿易”提供了技術手段。重要的是數字化全部信息，不僅要數字化技術信息，也要數字化評估信息，以便在信息冗余的當今能選擇到有用的信息，還要數字化濾掉干擾信息和偽假信息，保證數字化信息暢通無誤。計算機網絡也為實現全球化制造、給予網絡的制造提供了物理保證，這不僅有利于參與市場競爭，促進設備資源的共享，更有利于快速獲得制造技術信息，激發(fā)創(chuàng)新靈感，是實現數字化制造的重要保證。為了改善數字化在技術創(chuàng)新中的作用，要求計算機工具盡可能早地進入工程過程中，以允許更廣泛地探討和多方案地信息化選擇；要求人機界面向自然化接口過渡，以

25、加快信息的流暢交換；要求計算機在實現自復位工程輔助作用時，由被動變成主動，即計算機能主動向操作人員建議有關方案并傳送相關信息。隨著電子技術、信息技術和計算機技術的發(fā)展，推動了制造技術向更深層次的發(fā)展，自20世紀50年代以來，NC（Numerical Control）、CNC（Computer Numerical Control）、DNC（Distributed Numerical Control）、FMC、CAD（Computer Aided Design）、CAM（Computer Aided Manufacturing）、CAPP（Computer Aided Press Planning

26、）等新的制造技術相繼出現。在機械制造領域中，全球化經濟的形成對產品的質量、產品更新換代的速度以與產品的生產周期都提出了越來越高的要求。這也要求必須采用先進的設計制造技術才能符合時代的要求。計算機技術和機械設計制造技術相結合、滲透，就產生了計算機輔助設計與輔助制造（Computer Aided Design and Manufacturing）技術，簡稱CAD/CAM5。數字化改變了社會，改變了制造，改變了制造技術。從手工業(yè)使用圖板到計算機二維繪圖和NC加工，從三維設計到數字樣機，由數字化工藝過程設計到數字化制造、虛擬制造，從CAD應用到數字化企業(yè)（Digital Enterprise）的發(fā)展，

27、是傳統(tǒng)的制造發(fā)生了質的改革。數字化程度已經成為衡量設計制造技術水平的重要標志。實踐表明，數字化技術是縮短產品研制周期、降低研制成本、提高產品質量的有效途徑，是建立現代產品快速研制系統(tǒng)的基礎6。1.2.2 Pro/E軟件的數字化造型功能7Pro/Engineer操作軟件（以下簡稱Pro/E）是美國參數技術公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產品，從它剛一面世，就以其先進的參數化設計、基于特征設計的實體造型而深受用戶的歡迎。在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是

28、現今最成功的CAD/CAM軟件之一。此外，Pro/E一開始就建立在工作站上，使系統(tǒng)獨立于硬件，便于移植；該系統(tǒng)用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設計思想與習慣。Pro/E整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數據庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型，能將整個設計至生產過程集中在一起，他一共有20多個模塊供用戶選擇，讓所有的用戶能夠同時進行同一產品的設計制造工作，即實現所謂的并行工程。給予以上原因，Pro/E在最近幾年已經成為三維機械設計領域里最富有魅力的系統(tǒng)。Pro/E系統(tǒng)主要功能如下：1.參數化設計和特征功能 Pro/E是采用參數化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成

29、模型，如腔、殼、倒角與圓角，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。2.單一數據庫 Pro/E是建立在統(tǒng)一基層的數據庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數據庫上。所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶都在為一件產品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反映在整個設計過程中的相關環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程樣圖有改變，NC（數控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何改變，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數據結構與工程設計的完整的結合，使得每一件產品的

30、設計過程緊密結合起來。這一優(yōu)點使得設計更優(yōu)化，成品質量更高，產品能更好地推向市場，價格也更便宜。Pro/E軟件功能包括參數化功能定義，實體零件與組裝造型，三維上色實體或線框造型、完整工程圖產生與不同視圖。Pro/E是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同設計專用功能來實現，其中包括:筋(ribs) ,槽(slots)、倒角(chamfers)、和抽空(shells)等。采用這種手段建立形體，更自然、更直觀。其他優(yōu)勢如下:1)無可匹敵的幾何創(chuàng)建功能提供了優(yōu)良的產品差異性和可制造性； 2)完全集成的應用程序可讓您在一個應用程序中完成從概念設計到制造的所有工作； 3)自動將設計變更傳播到所有下游交付

31、件的能力可讓您滿懷信心地進行設計； 4)完整的虛擬仿真功能可讓您提升產品性能和超越產品質量目標； 5)自動生成相關的刀具設計、裝配指令和機器代碼，最大限度地提高生產效率?？傊琍ro/E系統(tǒng)的參數化功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不像其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關系，任何一個參數改變，其他相關的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。造型不但可以在屏幕上顯示，還可以傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/E還可輸出三維和二維圖形給予其他應用軟件，諸如有限元分析與后置處理等，這些都是通過

32、標準數據交換格式來實現的，用戶更可以配上Pro/E軟件的其它模塊或自行利用C語言編程，以增強軟件的設計功能。第二章 銑床夾具的造型與動畫仿真2.1 銑床夾具零件的三維造型1. 夾具體與非標準件的造型本節(jié)研究的是銑八方專用夾具，需要利用Pro/E的三維實體建模技術將每個非標準件的繪制出來。夾具中除定位、夾緊、對刀、導向和連接元件等大量應用各種標準件, 通常還使用少量非標準專用件, 其中最主要的零件是夾具體。此銑八方專用夾具所涉與的零件有夾具體、芯軸、軸套、襯套、齒輪軸、調整螺母、防護套、螺母、分度盤、上卡塊、下卡塊、螺栓、定位銷、空心軸、銅套、螺堵、定位螺釘等非標準專用件，其余的如螺釘、墊片、銷

33、、柱銷、拉桿、手把等標準件直接從標準庫中調取。單個零件的三維實體造型所運用到的Pro/E的基礎實體特征有：拉伸特征、旋轉特征、掃描特征、混合特征、孔特征、可特征、倒圓角特征、倒角特征、拔模特征、特征復制等。下面介紹生成簡單三維實體所用的拉伸、旋轉、掃描和混合等基本操作方法和技巧。拉伸特征是將一個用草圖描述的輪廓或橫斷面沿垂直于橫截面方向延伸一段距離后所生成的特征。草圖、拉伸方向和拉伸長度是拉伸特征的 3 要素。旋轉特征是草圖輪廓或橫斷面，繞旋轉中心線轉動掃過的軌跡所形成的特征。其中，草圖輪廓、旋轉中心線和旋轉角度構成了旋轉特征的 3 要素。掃描特征是由一組草圖輪廓或橫斷面，沿某一路徑掃掠所形成

34、的特征。掃描路徑和掃描輪廓是掃描特征的必備要素?；旌咸卣魇且唤M空間輪廓按一定的順序，在輪廓之間進行過渡生成的特征。混合特征的生成必須具備兩個或兩個以上的輪廓，其中輪廓可以是草圖也可以是其它特征的面，甚至可以是一個點。簡單三維實體的建模方法一般可以歸納為：1）由基本體素產生標準幾何體特征(方塊、圓柱、圓管、圓錐、球等特征)；2）由滿足約束條件的截面輪廓二維草圖經過拉伸/旋轉生成三維特征；3）沿路徑配置的二維幾何圖形經掃描/蒙掠生成曲面實體特征；4）結合以上3種方法，利用三維實體特征間的布爾運算(交/并/差)生成新的實體。建模中參數的約束有兩種形式：一是幾何約束，包括相互平行、相互垂直、相互同心、

35、相互共線和等長等，幾何約束是確定要素之間的幾何關系，這種約束關系（具有參數化性）在后面的設計中是保持不變的；二是尺寸約束，包括長、寬、高、角度、半徑，距離等，這種約束用于確定要素之間的尺寸大小和相對距離8。但在實際建模過程中，簡單特征可能通過以上任一種方法完成；但對復雜特征，常規(guī)的特征操作已難以滿足設計的要求，這時可以采用參數和關系式等輔助工具和環(huán)形折彎、唇、螺旋掃描等高級特征功能。盡管機械產品的結構形式千差萬別，用途和工作原理也各不一樣；但在計算機上進行三維實體建模還是有一些規(guī)律可循，特別是復雜三維實體的建模方法。復雜三維實體的建模過程一般為：零件結構分析特征分解基準體系分析創(chuàng)建基本特征創(chuàng)建

36、附加特征。以下分別是夾具體、分度盤、定位銷、齒輪軸、芯軸、錐套、拉桿、螺母的單個零件造型9,10。 圖2-1 夾具體 圖2-2 分度盤圖2-3 定位銷 圖2-4 齒輪軸圖2-5 芯軸 圖2-6 錐套圖2-7 拉桿 圖2-8 螺母2. 夾具的總體結構造型本夾具綜合考慮銑床夾具設計中所涉與的問題與各種注意事項，結合夾具的設計要求進行總體結構設計，圖2-9和圖2-10是夾具結構的示意圖，其主要零件為分度盤。圖2-9 銑八方夾具主視圖圖2-10 銑八方夾具左視圖銑八方夾具整體結構示意圖（圖2-9、圖2-10）1.分度盤 2.手把2 3.拉桿 4.錐套 5.定位銷 6.手把 7.夾具體 8.下卡塊 9.

37、芯軸 10.上卡塊 11.手把 12.螺栓 13.定位螺釘 14.柱銷 15.螺釘二 16.齒輪軸 17.螺釘圖2-11為分度盤的平面圖，2個6的通孔是用來與錐套定位的，其定位可以保證分度盤與錐套的軸中心線重合從而保證兩者的同軸度；M12的通孔用來安裝手把，以便轉動分度盤；兩個沉孔可用螺釘將分度盤與錐套固定；而8個錐孔則是用于銑八方的關鍵結構，每個錐孔代表要加工的一個平面，當加工完一個平面時，只需轉動分度盤使定位銷嵌入下一個錐孔，依次加工，直至加工完工件的八個平面。圖2-11分度盤示意圖由銑八方夾具的整體結構示意圖可以看到，在加工完一個面時，通過調整將錐套處于松動狀態(tài)，通過6轉動齒輪軸16，經

38、由齒輪軸16與定位銷5的嚙合部分帶動定位銷5壓入盲孔中并擰緊螺釘17（將定位銷固定在盲孔），同時轉動分度盤使下一個錐孔對準定位銷5，在反向擰動手把11，在盲孔中彈簧的作用力下將定位銷潛入錐孔，使工件處于新的加工位置。同時依次擰緊調整螺母、螺母（使拉桿處于拉緊狀態(tài)）；再次擰動手把11，在螺栓12的作用下拉近上卡塊10與下卡塊8的距離；最后將定位螺釘13擰緊。此夾具中運用到錐度芯軸定位，其原理為利用錐套的彈性變形，當錐套在受到軸向力（當擰動螺母帶動拉桿使芯軸受到徑向力，同時有錐度的芯軸也受到軸向力的作用）的作用時，其與徑向為4號錐度夾角的斜邊產生變形使其外徑變大，孔變小，同時消除了銅套孔與錐套外徑

39、、錐套孔與芯軸的間隙，形成無間隙配合，從而消除了夾具體的定位誤差。使用時，由于錐套的外徑與銅套、芯軸有間隙，安裝方便：拆卸時，只需松開螺母，錐套在沒有軸向力的作用時，可自動回彈到原尺寸，這樣即可輕松取出零件。這種定位芯軸由于消除了定位誤差，其定位可靠，用于加工中能夠嚴格保證零件的同軸度要求。2.2 銑床夾具的裝配在傳統(tǒng)的機械設計工作中，設計師首先繪制裝配圖，然后根據裝配圖拆畫零件圖。Pro/E中裝配體的設計是從組成裝配體的單個零件的三維設計開始。完成了組成裝配體的各個零件設計后，將設計的零件按設計要求的約束條件或連接方式裝配在一起才能形成一個完整的產品或機構裝置。裝配是產品生命周期中的重要環(huán)節(jié)

40、，是根據確定的精度標準和技術要求，將一組零散的零件通過合理的工藝流程與各種必要的方式聯結組合起來，使之成為產品的過程；是影響產品性能、質量、開發(fā)周期和成本的主要因素之一11。在Pro/E的裝配模式下選兩個有裝配關系的零件，以默認位置在裝配環(huán)境里，利用Pro/E提供的約束形式（如匹配、共面、旋轉曲面共軸與曲面相切等）進行裝配。三維裝配形象、直觀，可實現“爆炸”和動畫，用以指導裝配現場操作，比較直觀，易于理解。裝配過程中要將某元件在空間定位，必須限制其在X、Y、Z三個軸向的平移和旋轉。元件的組裝過程就是一個將元件用約束條件在空間限位的過程。不同的組裝模型需要的約束條件不同，完成一個元件的完全定位需

41、要同時滿足幾種約束條件。元件常用的多種約束類型分別是:自動、匹配、對齊、插入、坐標系、相切、線上點、曲面上的點、曲面上的線和缺省。創(chuàng)建元件同時要考慮到：從一個基本元件開始創(chuàng)建組件；將第一個零件或子組件裝配在缺省組件基準上。然而第一個元件裝配完成后，一般處于完全約束狀態(tài)，因此第一個零件最好是固定件。以銑八方夾具為例，由于此夾具零部件較多，因此選取幾個較為典型的零件來進行裝配介紹。裝配第一個零件創(chuàng)建組件的第一步是輸入基準元件并自動將其零件坐標系對齊組件的坐標系。1.單擊文件新建。“新建”對話框打開。2.在“類型”字段中選取組件并輸入組件名稱“zhuangpei”。不使用缺省模板。3.單擊確定。在彈

42、出的“新文件選項”對話框中選擇公制模板mmns_asm_design，單擊確定進入零件設計界面。4.單擊將原件添加到組件命令，在彈出的“打開”對話框中選取“ti.part”文件。5.在“自動”約束集列表中單擊缺省約束集，以將元件裝配到缺省約束位置。此約束將零件坐標系與組件坐標系對齊并且此時會看到零件的Front、 Right和Top零件基準平面與它們各自的組件基準平面對齊，如圖2-12所示?！盃顟B(tài)”行指示基礎元件已完全約束。6.接受并保存組件。并繼續(xù)裝配。圖2-12 坐標系、基準平面約束對齊裝配第二個零件：單擊將原件添加到組件命令，在彈出的“打開”對話框中選取“dingweijian.part

43、”文件；單擊放置，在“約束類型”中選擇對齊，在“偏移”中選擇重合，然后選取兩個零件的兩個軸A_4 與A_59，如圖2-13所示；單擊新建約束匹配重合選取需要匹配的兩個面F5和F12，如圖2-14所示；接受并保存組件。圖2-13 軸約束對齊 圖2-14 曲面約束匹配重合依次進行裝配，裝配過程中可對零件視圖操作：按下CTRL和ALT鍵，并按下鼠標中鍵，可以轉動剛調入的零件進行查看；按下CTRL和ALT鍵，并按下鼠標右鍵，可以移動剛調入的零件進行查看；選擇構成約束的元素時，可按下鼠標右鍵進行不同元素的切換。應用上面的零件移動方法將零件移動到合適的位置，然后定義約束，則系統(tǒng)智能選擇的約束類型更加合適，

44、裝配可能更合理。以下是完成裝配后的模型，如圖2-15、圖2-16所示。圖2-15 夾具裝配圖一圖2-16 夾具裝配圖二2.3 銑床夾具的動畫仿真12Pro/ E動畫功能 (Animation)是Pro/ E的一種讓組件運動起來的技術,用戶可以在不設定運動副的情況下,通過運動性質的指定,仿造動畫影片的制作過程,一步步快拍產生關鍵幀,最后連續(xù)播放這些關鍵幀制造影像。在動作過程中,與時發(fā)現設計不合理的結構、部件干涉的地方、動作不協調的部位,保證產品的裝配關系、產品的運動間隙、產品理論尺寸的正確性,提高產品的設計質量,減少不必要的設計協調、設計反復時間,極縮短產品設計周期13。本夾具為靜態(tài)機構，因此可

45、通過動畫的形式清晰地展示夾具的組裝過程與各零件之間的相互配合。以下為銑八方夾具動畫的制作過程。首先打開裝配文件（重新用連接的方法裝配），單擊應用程序動畫按鈕重命名為xibafangjiajv_donghua關閉按鈕每個主體一個零件ground編輯選擇ti.prt確定拖動封裝元件調整好夾具零件位置（注意順序）點擊 拍下當前配置的快照重復以上步驟，依次抓取快照將最后一個零件拖出來并拍照創(chuàng)建新關鍵幀序列以相反的順序插入關鍵幀工具時間域修改一下時間應用確定啟動動畫 回放捕捉確定即可得到夾具的裝配動畫。部分步驟如下圖所示：圖2-17 創(chuàng)建主體零件圖2-18 定義動畫時域圖2-19 拍下當前配置快照圖2-

46、20 反序插入關鍵幀圖2-21 設置好時間域后的狀態(tài)第三章 利用Pro/E進行夾具若干零件特征的自動化設計3.1 銑床夾具分度盤的自動化設計自動化設計是一種使用重要幾何參數快速構造和修改幾何模型的造型方法，采用參數化模型通過調整參數來修改和控制幾何形狀從而自動實現產品的精確造型。與傳統(tǒng)設計方法相比,其最大的不同在于它存儲了設計的整個過程,能設計出一族而不是單一的產品模型。這種設計能夠使工程設計人員不需要考慮細節(jié)而能盡快草擬出零件圖,并可以通過變動某些約束參數而不必運行產品設計的全過程來更新設計14。因此它大大簡化了用戶生成和修改零件模型的操作,提高了設計效率,縮短了設計周期,并為初始設計、產品

47、模型的修改、多方案比較和動態(tài)設計提供了強大的手段15。圖3-1 分度盤示意圖分度盤示意圖如圖3-1所示，自動化設計中為銑削不同數量的平面，只需控制分度盤外圓D的大小與錐孔的個數，希望在零件設計完成后還能夠很容易地改變和控制其特征參數，為此采用Pro/E的“程序”功能，在Pro/E的分度盤3D圖界面里，由程序編輯設計進入記事本編輯器，根據需要加入必要的程序，所寫代碼如下（其中黑體字為系統(tǒng)自動寫入的程序語句）：VERSION 4.0REVNUM 1998零件FENDUPAN的列表INPUT FENDUPAN_DAYUAN_DIA YES_NO 是否改變分度盤大圓直徑? IF FENDUPAN_DA

48、YUAN_DIA=YES DAYUAN_DIA NUMBER 請輸入大圓直徑數值： END IF FENDUPAN_ZHUIKONG YES_NO 是否改變分度盤錐孔個數? IF FENDUPAN_ZHUIKONG=YES NUMBER_OF_ZHUIKONG NUMBER 請輸入錐孔個數： END IFEND INPUTRELATIONSIF FENDUPAN_DAYUAN_DIA=YESD137=DAYUAN_DIA D24=(D137-30)/2 D138=D24 ELSE D137=135 ENDIFIF FENDUPAN_ZHUIKONG=YES P11=NUMBER_OF_ZHUI

49、KONG D27=360/P11ENDIFEND RELATIONS編輯完代碼后,對其保存并退出,如程序存在錯誤則還要重新編輯,如果正確無誤則會出現提示行:“是否要將所做的修改體現到模型中？”如回答“是”，繼續(xù)輸入選取全部（或根據需要選取某幾個特征）完成選取，Pro/E會繼續(xù)提示“是否改變分度盤大圓直徑”，“請輸入大圓直徑數值：”等，最終完成對所選取特征的修改和控制。以后根據具體加工零件的需要，再要改變分度盤的某個特征參數時，就可以通過執(zhí)行前面已寫入的程序來完成改變。具體打開分度盤零件圖，執(zhí)行再生輸入選取要改變的特征參數完成選取，Pro/E會詢問原來改變的特征參數恢復原狀；輸入yes，可繼續(xù)改

50、變特征參數為所需要的新值，過程演示見下圖。 程序相關菜單示意圖圖3-3 是否改變分度盤大圓直徑圖3-4 輸入大圓直徑數值圖3-5 是否改變分度盤錐孔個數圖3-6 輸入錐孔個數第四章 利用Pro/E進行夾具若干零件的數控加工4.1 Pro/E NC簡介16Pro/Engineer是美國參數科技公司PTC（Parametric Technology Corporation）推出的大型CAD/CAE/CAM軟件。Pro/Engineer NC加工是將Pro/Engineer生成的幾何模型與計算機輔助制造CAM相結合，利用加工制造中的機床、夾具、刀具、加工方式和加工參數來進行產品的制造規(guī)劃。在設計人員

51、制定好規(guī)劃后，由計算機生成的加工刀具軌跡數據CL（Cutter Location）。設計人員在檢驗加工軌跡符合要求后，經過 Pro/E的后處理程序生成機床能識別的G代碼。Pro/Engineer NC 4.0有加工仿真功能，可以進行干涉和過切檢查，節(jié)約加工成本。Pro/Engineer NC加工能生成工序單，控制了加工時間。Pro/Engineer NC加工不僅可以滿足數控銑床和加工中心的編程要求，而且能滿足車床和線切割機床的編程要求。4.2 定位鍵的數控加工17,18,19以銑床夾具的定位鍵為例，簡單介紹零件的數控加工。1.創(chuàng)建NC加工文件進入Pro/Engineer 4.0 工作界面以后，

52、依次選擇主菜單上的文件新建制造NC組件取消對使用默認模板復選框的勾選確定mmns_mfg_nc確定。2.創(chuàng)建制造模型在彈出的制造菜單中依次選擇制造模型裝配參照模型單擊裝配操控板如圖4-1所示上的自動 下拉框選項中的默認在系統(tǒng)彈出的如圖4-2所示的創(chuàng)建參照模型對話框中，單擊確定完成參照模型的創(chuàng)建制造模型裝配工件自動默認在系統(tǒng)彈出的創(chuàng)建毛坯工件對話框中，單擊確定完成工件的創(chuàng)建。圖4-1 裝配操控板圖4-2 創(chuàng)建參照模型對話框1)體積塊銑削加工操作設置單擊制造菜單中的制造設置系統(tǒng)彈出如圖4-3所示的操作設置對話框系統(tǒng)彈出如圖4-4所示的機床設置對話框，在機床類型下拉框中選擇銑削，在軸數下拉框中選擇3

53、軸確定完成工作機床的定義在操作設置對話框中選擇一般選項卡，單擊參照中的 系統(tǒng)彈出制造坐標系菜單，信息提示欄中提示 本文自行創(chuàng)建一個新的坐標系，單擊 系統(tǒng)彈出坐標系對話框，依次選取三個平面，此時坐標系對話框的設如圖4-5所示確定完成加工零點的定義在操作設置對話框中單擊退刀分組框中的 系統(tǒng)彈出退刀設置對話框，在類型下拉列表中選擇“平面”選項，接著輸入沿加工坐標軸的深度值為“5”確定完成退刀面的設置如圖4-6所示依次單擊操作設置對話框中的確定和制造設置菜單中的完成/返回，從而完成體積塊銑削加工操作的設置。圖4-3 操作設置對話框圖4-4 機床設置對話框圖4-5 坐標系對話框圖4-6 退刀設置對話框2

54、)創(chuàng)建NC序列在制造對話框中依次選擇加工NC序列選項在系統(tǒng)打開的輔助加工菜單中選擇加工、體積塊、3軸和完成選項在彈出的序列設置菜單中選擇刀具、參數、體積和完成選項如圖4-7所示，在彈出的刀具設定對話框中設置刀具的各項幾何參數應用確定結束刀具的設定后，系統(tǒng)彈出編輯序列參數“體積塊銑削”對話框，各項設置如圖4-8所示確定結束制造參數的設置在信息欄中系統(tǒng)提示 單擊 在圖形宣誓去下方彈出如圖4-9所示的拉伸特征操控板將鼠標移動到圖形顯示區(qū)，單擊鼠標右鍵定義部草繪彈出草繪對話框選擇工件上表面作為草繪平面，RIGHT 基準面作為參考平面如圖4-10所示草繪進入草繪界面在圖形顯示區(qū)中選擇工件的RIGNT和F

55、RONT基準面作為草繪截面的尺寸標注參照如圖4-11所示關閉繪制如圖4-12所示的截面完成草繪截面的繪制在操控板上輸入數值完成序列NC序列新序列同理完成新序列的創(chuàng)建，至完成銑削體積塊的創(chuàng)建。圖4-7 刀具設定對話框圖4-8 編輯序列參數“體積塊銑削”圖4-9 拉伸特征操控板圖4-10 草繪對話框圖4-11 尺寸標注參照對話框圖4-12 繪制草繪截面3)刀具路徑演示與檢測在系統(tǒng)打開的NC序列菜單中依次選擇演示軌跡屏幕演示系統(tǒng)彈出如圖4-13所示的播放路徑對話框適當調整演示速度后單擊 系統(tǒng)開始在屏幕上動態(tài)演示刀具加工的路徑演示完后關閉播放路徑最后NC檢測進行動態(tài)加工模擬。圖4-13 播放路徑對話框

56、結論本文是在現有銑床夾具的基礎上利用Pro/E軟件的參數化、特征建模、單一數據庫以與模擬裝配、零件的數控加工、自動生成工程圖等優(yōu)越性完成了銑床夾具裝置的設計?？v觀整個設計過程，Pro/E軟件的數字化優(yōu)勢得到了充分的體現，整個設計過程的思路比較明確。在設計初期，要認真分析產品的外形和結構，搞清各個零件的結構關系和外形匹配，既要保證功能，又要保證造型。另外，在數字化設計過程中，一定要明確零件的參照，不致使參照混亂。實踐表明，這種數字化設計可以有效地提高生產效率，縮短制造周期，顯著提高了加工精度，有效地解決了傳統(tǒng)的銑床夾具設計效率低數字化程度不高這一現狀。本論文完成后，有望提高銑床夾具設計的效率和質

57、量，避免夾具設計的重復性。推廣到產品，可以提高系列產品更新換代的速度。使用程序模塊可完成零件的自動化設計，且操作簡便，當零件的幾何形狀變化時，即可以通過簡單的問答式的方式實現產品的設計要求，且利用Pro/E軟件的數控加工提高設計質量，減少廢品與重復率，節(jié)約了加工成本，故應用前景非常廣闊。致 本次畢業(yè)設計得到了吳老師的熱心指導和幫助，吳老師具有豐富的實踐經驗和較高的理論水平，在整個設計過程中吳老師在設計思路和設計方法上給予我以充分的指導，在此表示衷心的感。同時對于大學兩年來關心過、指導過、給予我以幫助的老師一并表示感。非常感系領導和老師給我提供了這次良好的深入學習的機會和寬松的環(huán)境條件。通過這次

58、畢業(yè)設計，不但使我能夠將大學期間所學的專業(yè)知識再次回顧學習，而且也使我學到了專業(yè)領域中一些前沿的知識。非常感在本次設計中曾給予我耐心指導和親切關懷的老師與幫助過我的同學，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢業(yè)設計過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學識和為人也深深地影響著我。在此，請允許我再次向曾直接給子我多次指導的老師表示最忠誠的敬意!參考文獻：1 徐憬.機械設計手冊M.:機械工業(yè)，2000.62 龍勛.機械制造工藝學課程設計指導書M.:機械工業(yè)，19933 守勇.機械制造工藝與機床夾具.機械工業(yè)，2000.54傅承基.夾具設計.科技，19855 云龍.先進制造技術.電子科技大學，

59、 2006.86 海成.數字化設計制造技術基礎.西北工業(yè)大學，2007.17吳棟華, 任國棟, 袁鐵軍.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0設計基礎.大學,20078 亞雙，任文濤.基于Pro/E的三維參數化特征建模技術研究與應用.農機化研究，2006.39鐘日銘.Pro/ENGINEER野火版3.0三維設計.機械工業(yè)，200610 海欣.Pro/Engineer Wildfire 3.0實例分析與提高.電子工業(yè)，200711 明，左敦穩(wěn)，薛善良，丹.基于 Pro/E 的三維輔助裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)研究J.中國制造業(yè)信息化，2006，35（23）：626512林清安.Pro/ENGI

60、NEER野火3.0中文版動態(tài)機構設計與仿真.電子工業(yè) 2007 13 井江，平.Pro/ E動畫技術在野外作業(yè)車操作平臺結構設計中的應用.專用汽車，2003.414 文生,黃華梁,王均榮.機械設計 M .:科學技術,199315 王洪珍,侯友夫,靳敏,陽.基于Pro/E三維模型的參數化設計方法研究與實現.煤礦機械，2007.216 江宏.Pro/ENGINEER野火版3.0數控加工全程詳解.電子工業(yè)，200717 王令其,思弟. HYPERLINK :/69:8080/opac/openlink.php?title=%E6%95%B0%E6%8E%A7%E5%8A%A0