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ProE在钻床夹具设计中的应用
XX大学论文
题目:
Pro/ENGINEER在钻床夹具设计中的应用
姓名:
系(部):
专业:
指导教师:
20XX年6月日
Pro/ENGINEER在钻床夹具设计中的应用
摘要
钻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,企业在长期的钻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钻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详细的研究,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,提出了装配路径快速生成算法。
3.在对钻床专用夹具实例结构分析的基础上,采用了基于典型实例的机床专用夹具设计方法——钻床夹具,重点研究了钻床专用夹具检索模型和实例存储策略,研究了基于Pro/e的钻床专用夹具快速设计系统。
关键词:
Pro/ENGINEER1,机床夹具2,钻床夹具3,机械加工4
ABSTRACT
Drillingfixtureinthemachiningplaysanimportantrole,itdirectlyaffectsthequalityofmachining,Productivityandcosts,companiesdrillinginthelong-termfixturedesignprocess,thedesignhasaccumulatedrichInspection,anurgentneedforanefficientandfeasiblewaytore-usetheexistingdesignexperiencetoimproveDrillingfixturedesignqualityandefficiency.,DrillingfixtureisoneofCADsoftwarebasedonPro/eofthedrillingfixturerapiddesigntheoryandsystemdevelopmentmethodisstudied,mainlythestudyContentandresultsareasfollows.
1.Onthedrillingfixturepartslibraryofautomaticallymodelingprinciplesandkeytechniquesindetailtheresearch,innovationDrillingjigbuiltinformationmodelofpartsandcomponents,toachieveadrillingmachinespecialfixturesandcomponentsofthesoftpartsOfstorage.
2.Intheinformationmodelofpartsandcomponents,basedondrillingtoestablishaunifiedobject-specificfixtureassemblyModel,creatingdedicateddrillingfixtureobjectassemblyrules,theintroductionofthedrillingmachinespecialfixturesinstalledatdifferentlevelsWithstrategicandeffectivepathtoassembly,proposesrapidassemblypathgenerationalgorithm.
3.Intheinstanceofthestructureofthedrillingmachinespecialfixturesbasedontheanalysis,usingtypicalexamplesofmachinesbasedonBedspecialfixturedesignmethod-drillingfixture,focusonthespecialdrillingjigretrievalmodelandinstancestoragestrategyStudybasedonPro/eofdrillingspecialfixturerapiddesignsystem
KEYWORDS:
Pro/ENGINEER1,Tool fixture2,Drillingfixture3,Machining4
目 录
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CAD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(computeraidedfixturedesign,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%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、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。
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_L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。
图1-2机械制造过程构成
第2章Pro/ENGINEER软件简介
2.1Pro/ENGINEER软件
2.1.1Pro/ENGINEER软件的发展史
Pro/E(Pro/Engineer操作软件)是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation,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CAD/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。
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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。
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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。
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常用模块ZxHJ<__2oD
2.1.2Pro/ENGINEER软件的特点及主要模块
a.功能强大,参数化设计功能使卓越的产品差异化和制造
b.Fullyintegratedapplicationsallowyoutodevelopeverythingfromconcepttomanufacturingwithinoneapplication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
c.Automaticpropagationofdesignchangestoalldownstreamdeliverablesallowsyoutodesignwithconfidence自动设计变更传播到所有下游交付允许你设计与信心
d.Completevirtualsimulationcapabilitiesenableyoutoimproveproductperformanceandexceedproductqualitygoals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
e.Automatedgenerationofassociativetoolingdesignandmanufacturingdeliverables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。
2.2Pro/ENGINEER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。
2.2.1Pro/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、玩具等各行业。
第3章钻床夹具的设计
3.1钻床夹具的概念
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
3.1.1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J几确定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。
3.1.2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f8~f10mm。
它可以减少安装次数,提高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10kg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10kg。
(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?
3.2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
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