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1、目 录1. 绪论12. 设计任务23. 零件分析23.1零件的作用23.2 零件的总加工工艺33.3 目标工艺的具体工艺过程44. 30MM孔加工夹具的设计54.1. 30MM孔加工夹具定位分析和基准选择54.2 定位误差分析64.3钻套、衬套设计64.4. 30MM夹具爆炸图及其明细85. 10.5MM孔加工夹具设计95.1 10.5MM孔加工夹具定位分析和基准选择95.2 定位定位误差分析105.3钻套、衬套设计115.4 10.5MM夹具爆炸图及其明细126. 自顶向下的设计思路136.1 自顶向下设计具体过程136.2 自顶向下建模优缺点157. 运动仿真167.1 进入Pro-e机构
2、模块167.2 编辑定义运动轴167.3 电机参数设定177.4 伺服电机定义总运动187.5 设定各伺服电机运动时间187.6 运行模拟197.7 运行结果的动画保存198. 结论209. 致谢2010 . 参考文献1. 绪论虚拟制造技术是以计算机三维建模和仿真技术为基础, 以虚拟现实技术为支撑的全新的技术, 是 CAD/CAM/CAE 等技术的发展, 通过对产品的设计、生产过程统一建模, 在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用的整个生命周期的模拟和仿真。这样, 可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程, 以此来优化产品的设计质量和制造过程, 优化生产管理和资源规划, 以
3、达到产品开发周期和成本的最小化, 产品设计质量的最优化和生产效率最高化。机床夹具是制造系统的重要组成部分，随着先进制造技术的发展，传统的夹具设计手段已远远不能满足生产需求，必须开发满足设计需要的计算机辅助夹具设计系统，从而简化设计过程，提高设计效率和质量，减少设计人员的重复劳动。Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation，简称PTC)的产品。该软件是最早开发、最早商品化的三维造型软件，PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD
4、/CAE/CAM领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/ CAE/ CAM产品Pro/E软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。该软件不但可以进行实体造型、曲面造型、装配造型、钣金造型、二维工程图转换，而且可以进行动态模拟仿真、动力分析、流体分析、有限元分析、NC加工程序自动生成、电子电路设计、模具设计、产品数据管理等 。Pro/E软件提供了实体造型、曲面造型、钣金造型、大型装配体的管理、强大的二维工程图转换功能、数控加工程序自动转换功能、动态仿真、各种模具设计与分析、产品数据管理、电子设计、分析计算等功能，其功能强
5、大几乎无所不包，是工程师强有力的助手，有了他，不但减少劳动强度，提高工作效率，降低开发成本，而且以前不能做的许多工作，都可以在这上面完成，因此得到了广大设计人员的钟爱和倾心。2.设计任务以Pro/ENGINEER Wildfire3.0为夹具设计的设计平台，根据设计参数实现夹具的零件设计，零件和部件的装配，力学分析，工程图样的生成，进行运动仿真。(1)研究零件加工工艺过程(2)设计钻床工艺专用夹具（3）确定夹具具体参数，（4）学习利用Pro/E进行零组件设计、仿真和工程图生成的内容。（5）利用Pro/E软件进行动作模拟并进行力学分析。（6）完成论文书写。目标零件：后钢板弹簧吊耳目标工艺工程：3
6、0MM孔加工工艺和10.5MM孔加工工艺 3. 零件分析本章主要进行弹簧吊耳零件的作用结构介绍和总体加工工艺的论述。3.1零件的作用后钢板弹簧吊耳的主要作用是载重后，使钢板能够得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作用。因此汽车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量会影响汽车的工作精度、使用性能和寿命。汽车后钢板弹簧吊耳主要作用是减震功能、阻尼缓冲部分功能、导向功能。如图1所示的工程图和图2的三维建模图。图1 后钢板弹簧吊耳工程图图1 后钢板弹簧吊耳零件图1图2 后钢板弹簧吊耳三维建模图3.2 零件的总加工工艺如表1 所示的是弹簧吊耳零件毛胚到成品的总加工工艺过程。此次两夹具的目标工艺是工序5和工序6。表 1
7、工艺方案表2工序1：铣两外圆端面工序2：钻，扩，铰孔，倒角工序3：铣孔的内侧面工序4：铣孔的外侧面工序5：钻，扩，铰孔，倒角工序6：钻，扩孔工序7：铣宽度为4的开口槽工序8：终检3.3 目标工艺的具体工艺过程如图3所示的是两种夹具工艺目标的两种孔的位置。、图 3 工艺孔的三维展示 （1）.加工孔 其表面粗糙度要求较高为，其加工方式可以分为钻，扩，铰三步，根据机械加工工艺手册表2.3-48，确定工序尺寸及余量为：钻孔： 扩孔： 2Z=1.8铰孔： 2Z=0.2（2）加工孔其表面粗糙度要求较高为，其加工方式可以分为钻，扩，两步，根据机械加工工艺手册表2.3-48，确定工序尺寸及余量为：钻孔： 扩孔
8、： 2Z=1.84. 30MM孔加工夹具的设计这章主要针对30MM孔加工工艺进行夹具的设计，进行了夹具定位分析，定位误差分析，钻套、衬套的设计及夹具爆炸图的展示。4.1 30MM孔加工夹具定位分析和基准选择本夹具主要用来钻、扩、铰两个工艺孔。这两个工艺孔均有尺寸精度要求为，表面粗糙度要求，表面粗糙度为，与端面垂直。并用于以后加工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本道工序为后钢板弹簧吊耳加工的第五道工序，本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。由零件图可知，两工艺孔位于零件孔内外侧面上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求
9、并应与侧面垂直。为了保证所钻、铰的孔与侧面垂直并保证两工艺孔能在后续的孔加工工序中使孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择外圆端面（图示2）和与之配合的心轴（图示1）为主要定位基准限制工件的五个自由度，用一个定位销（图示3）限制工件的另一个自由度。采用螺母夹紧5。图4 定位分析图 4.2 定位误差分析本工序选用的工件以圆孔在间隙心轴上定位，心轴为垂直放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。不过这时的径向定位误差不再只是单向的了
10、，而是在水平面内任意方向上都有可能发生，其最大值也比心轴水平放置时大一倍。见下图。 （1）式中 定位副间的最小配合间隙（mm）； 工件圆孔直径公差（mm）； 心轴外圆直径公差（mm）。图5 心轴垂直放置时定位分析图4.3钻套、衬套设计工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔分钻、扩、铰三个工步完成加工。即先用的麻花钻钻孔，根据GB114184的规定钻头上偏差为零，钻套孔径为。再用标准扩孔钻扩孔，根据GB114184的规定扩孔钻的尺寸为，钻套尺寸为。最后用的标准铰刀铰孔，根据GB114184的规定标准铰刀尺
11、寸为故钻套孔径尺寸为。（1）快换钻套选用如图6和图7所示。图 6 快换钻套三维视图 图7 快换钻套工程图铰工艺孔钻套结构参数如下表2：表2 铰工艺孔钻套数据表dHD公称尺寸允差303040-0.010-0.027534615523.531.5（2）衬套选用固定衬套其结构如图8和图9所示： 图 8 固定衬套工程图 图9 固定衬套三维视图其结构参数如下表3：表 3 固定衬套数据表dHDC 公称尺寸允差公称尺寸允差40+0.02304246+0.035+0.01810.64.4. 30MM夹具爆炸图及其明细30MM夹具完成后的爆炸图如图10所示。其中蓝色为所要加工的弹簧吊耳零件体。图10 30MM夹
12、具爆炸视图下表4为30MM夹具的装配零件明细：表 4 30MM夹具装配图明细 5. 10.5MM孔加工夹具设计这章主要针对10.5MM孔加工工艺进行夹具的设计，进行了夹具定位分析，定位误差分析，钻套、衬套的设计及夹具爆炸图的展示。5.1 10.5MM孔加工夹具定位分析和基准选择本夹具主要用来钻、扩、两个工艺孔。这两个工艺孔均有表面粗糙度要求，表面粗糙度为，与圆垂直。本到工序为后钢板弹簧吊耳加工的第六道工序，本道工序加工时主要应考虑如何保证其表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。由零件图可知，两工艺孔位于零件孔上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与端面垂直。为了保证所钻、扩的
13、孔与侧面垂直，根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即钻扩铰工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择孔端面（图示1）为主要定位基面以限制工件的三个自由度，以孔配和的圆柱销（图示2）限制工件的两个自由度，以孔配和的削边销（图示3）限制工件的一个自由度，既采用一面两销定位。再用一个螺旋夹紧机构从孔的另一端面进行夹紧8。图 11定位分析5.2 定位定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为：（1）、移动时基准位移误差 （2） = = (2)、转角误差 （3）其中： （4） 5.3钻套、衬套设计工艺孔的加
14、工需钻、扩、两次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔分钻、扩、两个工步完成加工。即先用的麻花钻钻孔，根据GB114184的规定钻头上偏差为零，故钻套孔径为。再用标准扩孔钻扩孔，根据的规定扩孔钻的尺寸为，钻套尺寸为。（1）快换钻套如图12和图13所示结构： 图12 快换钻套工程图 图13 快换钻套三维图扩工艺孔钻套结构参数如下表：表 5 扩工艺孔钻套数据表dHD公称尺寸允差10.51616-0.006-0.01826221241016.5（2）衬套选用固定衬套其结构如图所示：图 14 固定钻套工程图 图15 快换钻套三维图其结构参
15、数如下表：表6 固定衬套数据表dHDC公称尺寸允差公称尺寸允差16+0.01901622+0.039+0.02510.65.4 10.5MM夹具爆炸图及其明细30MM夹具完成后的爆炸图如图10所示。其中没有标示弹簧吊耳零件。图16 10.5MM夹具爆炸图下表展示了10.5MM孔加工夹具组成零件的材料，部分尺寸明细。表 7 10.5MM装配体明细6. 自顶向下的设计思路11自顶向下设计思路是Pro-e软件的精华，本章介绍了夹具建模过程中运用到的自顶向下的方法。6.1 自顶向下设计具体过程（1）创建组件，在组件中插入先建好的弹簧吊耳零件图，图17所示。 图17 弹簧吊耳零件插入图（2）在组件状态下
16、创建新零件。选择瀑布式菜单中的【元件】，弹出【创建】，如图18. 图 18组件中创建新零件（3）点击图18中的【创建】创建特征，弹出如图19的创建选项，选择【创建特征】。弹出如图20的元件创建对话框，选择【实体】。 图 19创建特征 图20 命名新建的零件（4）在模型树中激活新的零件进行自顶向下的建模设计，图21所示。 图21 模型树激活零件建模6.2 自顶向下建模优缺点（1）优点：可以参照吊耳零件进行夹具的设计建模，建模速度更快。由于在组件中创建其他零件，基本不需要装配，没有设计中的配合误差。图22所展示的是在创建夹具零件时参照弹簧吊耳进行的设计。图 22 自顶向下中的零件参照（2）缺点：父
17、子关系复杂，不利于修改。7. 运动仿真13 运动仿真是Pro-e的又一强大模块，不仅可以进行机构运行仿真，还能进行装配仿真，速度分析等等。这章主要阐述了装配仿真。7.1 进入Pro-e机构模块在装配组件状态点击下拉菜单的【应用程序】，弹出如图23的菜单，选择【机构】，进入机构模块。 图23 机构模块的进入注：能够进行机构模拟的连接首先应该在装配中进行连接装配7.2 编辑定义运动轴如图24操作进入图25的伺服电机的编辑界面。图24 编辑定义伺服电动机图 25定义界面7.3 电机参数设定选择图25所示的【轮廓】按钮，进入图26的伺服电机定义界面，定义电机的运动参数。图 26 电机参数的设定7.4
18、伺服电机定义总运动所有电机参数设定完毕，选择机构中的【分析定义】按钮，进入图27的界面，进行运动总定义。图 27 伺服电机定义总运动7.5 设定各伺服电机运动时间选择图27的【电动机】按钮，进入图28的分析定义界面，进行各个电机运动时间设定。图 28 设定伺服电机运动时间7.6 运行模拟单击图28中的【运行】按钮可以查看运行情况，单击【确定】按钮，在分析对话框中显示pump_emluation，分析结果的名称。单击【运行】按钮可以将运行结果存入结果集，单击【取消】按钮退出。7.7 运行结果的动画保存（1）单击按钮，系统将弹出【回放】对话框，在此对话框中单击按钮，系统将弹出如图所示的动画对话框，
19、单击按钮弹出图30的动画对话框，可以将仿真结果制作成动画进行播放。如图29. 图29 回放对话框 图30 动画对话框（2）单击图30中的按钮，系统将弹出图示31的【捕获】对话框，单击【确定】按钮可以将动画保存为mpeg格式。图31捕获对话框（3）单击捕获对话框中的【确定】按钮，就可以开始mpeg格式动画的制作。8. 结论Pro-e的父子关系是把双刃剑，自顶向下的设计思路就是基于父子关系。巧妙的应用父子关系去解决实际问题是今后学习的方向。如何运用好父子关系进行更快，更好的建模设计，是我要努力的。9. 致谢首先，毕业设计得到了指导老师的热心指导和帮助，指导老师具有丰富的实践经验和较高的理论水平，在
20、整个设计过程中指导老师在设计思路和设计方法上给予我以充分的指导，在此表示衷心的感谢。10 . 参考文献1 赵家齐，机械制造工艺学课程设计指导书，哈尔滨工业大学出版社，2000。2 陈明等，机械制造工艺学，机械工业出版社，2005。3 王启年，机床夹具设计，哈尔滨工业大学出版社，1996。4 李旦等，机床专用夹具图册，哈尔滨工业大学出版社，2005。5 淘济贤等，机床夹具设计，北京：机械工业出版社，1986。6 李洪，机械加工工艺师手册，北京：机械工业出版社，1990。7 秦国华等，机床夹具现代设计方法，航空工业出版社，1996。8 杨黎明等，机床夹具设计手册，国防工业出版社，1996。9 机械
21、 工程师手册编委会，机械工程师手册，机械工业出版社，2007。10任嘉卉，公差与配合手册第2版，机械工业出版社，2000。11 二代龙震工作室，Pro/ENGINEER Wildfire3.0高级设计，电子工业出版社，2007.12三维书屋工作室，Pro/ENGINEER Wildfire3.0中文版曲面造型专家指导教程，机械工业出版社，2007.13 文熙，Pro/ENGINEER野火3.0宝典，电子工业出版社，2007.14二代龙震工作室，Pro/ENGINEER Wildfire3.0 进阶提高，电子工业出版社，2007.15谢敏理，Pro_E的二次开发实现自动装配的一种方法，现代机械第1期46页，2006.16黄江，基于Pro/E开发平台的产品形态创新设计系统，机电产品开发与创新第20卷第6期123页，2007.11.17秦成等，基于Pro/E的装备虚拟设计，装备制造技术第12期58页，2007.18何培英等，基于ProE/J-Link开发的计算机辅助夹具设计系统，工程图学学报第4期33页，2008.19贾鹏，基于PROE/CAM交互式图形编程中的工艺处理，机械工人第1期71页，2008.20王颖如，于科，基于三维草图的实体造型研究,制造业自动化第12期，