基于proe的法兰盘钻模设计.docx
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基于proe的法兰盘钻模设计
本科生毕业论文
基于Pro/E的法兰盘钻模设计
昂思函
学院:
系
专业:
测控技术与仪器
班级:
学号:
指导教师:
职称(或学位):
副教授
2018年12月
原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文(设计),是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学生签名:
年月日
指导声明
本人指导的同学的毕业论文(设计)题目大小、难度适当,且符合该同学所学专业的培养目标的要求。
本人在指导过程中,通过网上文献搜索及文献比对等方式,对其毕业论文(设计)内容进行了检查,未发现抄袭现象,特此声明。
指导教师签名:
年月日
基于Pro/E的法兰盘钻模设计
昂思函
(XXXXXX系指导教师:
XXX)
摘要:
在工业生产上,管与管之间的接头连接,通常是利用法兰盘来进行实现的,也可以在设备的进出口之间,将设备与设备连接起来。
常见的法兰盘具有多种材质的加工技术,且材质的特性,也会根据法兰盘的机械加工工艺水平出现一些差异性。
在实际的生产过程中,法兰盘的机械加工,在材质和设计等方面有着不同的要求。
文章对法兰盘机械加工工艺和工装设计的内容进行研究,希望可以起到相应的参考作用。
在当前的工业生产之中,法兰盘被广泛应用到装备制造、航空航天、船舶生产和国防建设等内容中。
法兰盘的机械加工在材质上具有多样化的特点,且在刚度和工艺内容的要求上,也或多或少存在着一些区别。
在当前,对于零部件的精度、质量,各个应用行业大都提出了较为严苛的制作要求,这一点在法兰盘的机械加工过程中表现得更为明显。
在对法兰盘机械加工的加工工艺和工装设计内容进行研究的过程中,工作人员需要结合其实际的用途,了解不同材质间的特性,尽可能地完善其生产内容,并且在此基础上,对相关环节作出优化,促进技术内容的进步。
本课题以车床夹具的设计过程为学习平台,通过查找和收集相关材料和数据,翻阅和学习相关材料,借助于pro/e这个三维设计软件,在学习中设计,在设计中学习。
本课题着重研究了零件的加工工艺,车床夹具的外形结构,车床夹具的装夹和拆卸以及车床夹具的关键尺寸。
本课题主要的设计项目是,利用参数化设计夹具的相关零件,利用约束关系和条件关系装配和分析夹具体,用工程图表达夹具零件的内部结构,通过夹具的运动仿真来模拟装夹过程。
本课题以设计出精度高、效率高、使用方便、结构精简的夹具为设计目标。
关键词:
法兰盘;机械加工;工装设计;实体建模
DesignofflangedrillingdiebasedonPro/E
AngSihan
(advisorofXXXXXXdepartment:
XXX)
Abstract:
inindustrialproduction,pipeandpipejointconnection,usuallyuseflangetoachieve,alsocanbeintheimportandexportofequipment,equipmentandequipmentconnection.Thecommonflangeplatehasavarietyofmaterialprocessingtechnology,andthecharacteristicsofthematerial,alsoaccordingtotheflangeplatemechanicalprocessingtechnologylevelappearssomedifferences.Intheactualproductionprocess,flangemachining,materialanddesignandotheraspectshavedifferentrequirements.Thispaperstudiesthemechanicalprocessingtechnologyofflangeandthecontentoftoolingdesign.Inthecurrentindustrialproduction,flangeiswidelyusedinequipmentmanufacturing,aerospace,shipproductionandnationaldefenseconstructionandothercontent.Flangemachininginthematerialhasthecharacteristicsofdiversification,andinthestiffnessandprocesscontentrequirements,therearemoreorlesssomedifferences.Atpresent,fortheaccuracyandqualityofparts,eachapplicationindustryhasputforwardmorestringentproductionrequirements,whichismoreobviousintheflangemachiningprocess.Intheprocessofresearchonflangemachiningprocessandtoolingdesigncontent,thestaffneedtocombineitsactualuse,understandthecharacteristicsofdifferentmaterials,asfaraspossibletoimproveitsproductioncontent,andonthisbasis,tooptimizetherelevantlinks,promotetheprogressoftechnicalcontent.
Thistopictakesthedesignprocessoflathefixtureasthelearningplatform.Bysearchingandcollectingrelevantmaterialsanddata,browsingandlearningrelevantmaterials,andusingpro/e,a3ddesignsoftware,thesubjectdesignsandlearnsintheprocessoflearning.Thistopicfocusesonthestudyofpartsprocessingtechnology,theappearanceofthelathefixturestructure,theclampingandremovalofthelathefixtureandthekeydimensionsofthelathefixture.Themaindesignprojectofthistopicistouseparameterizeddesignfixturerelatedparts,useconstraintrelationshipandconditionrelationshiptoassembleandanalyzeconcreteclamps,useengineeringdrawingstoexpresstheinternalstructureoffixtureparts,andsimulatetheclampingprocessthroughthemovementsimulationofclamps.Thissubjectaimsatdesigningfixturewithhighprecision,highefficiency,easytouseandsimplestructure.
Keywords:
flange;Mechanicalprocessing;Toolingdesign;Entitymodeling
1绪论
本次设计用基于Pro/E的法兰盘钻模设计,能够引导刀具在工件上钻孔(见钻削)或铰孔(见铰削)用的机床夹具。
钻模的结构特点是除有工件的定位、夹紧装置外,还有根据被加工孔的位置分布而设置的钻套和钻模板,用以确定刀具的位置,并防止刀具在加工过程中倾斜,从而保证被加工孔的位置精度。
1.1研究背景及动态
近年来,随着工业的快速发展,各类工业物品均为大批量生产,为了能够满足市场的需要,生产的节奏需要快速且高效,所以法兰盘钻模对于法兰盘生产起到了较为关键的作用。
结合Pro/E软件,我们可以用其对法兰盘钻模进行设计,确保其较好的工业实用信以及精度。
套式钻模的钻模板为空心圆柱体,空心圆柱体的独特之处是使套式钻模可与圆柱面完美配合,夹紧元件和定位元件的结构简单,形式灵活且制造周期短,成本低,夹紧钻模的方式灵活,从而使其成为在各种长度和直径的圆柱体或空心圆柱体的外圆柱面上钻削各种排列组合方式的孔和螺纹孔的最佳选择[1]。
在各种长度和直径的圆柱体或空心圆柱体的外圆柱面上沿横截面圆周方向钻削,有较高的位置精度要求且呈多层均匀分布或多层非均匀分布或螺旋均匀分布或螺旋非均匀分布的孔和螺纹孔的方法进行了研究,重点介绍了长度与外径比>5的圆柱体或空心圆柱体。
研究发现,目前常见的固定式钻模、回转分度式钻模、移动式钻模、翻转式钻模和盖板式钻模都不是最佳选择,因为它们的钻模板均为长方体,与圆柱面不能完全配合,导致夹紧元件和定位元件的结构复杂,形式单一且制造周期长,成本高,夹紧钻模的方式单一。
[2]套式钻模的钻模板为空心圆柱体,空心圆柱体的独特之处是使套式钻模可与圆柱面完美配合,夹紧元件和定位元件的结构简单,形式灵活且制造周期短,成本低,夹紧钻模的方式灵活,从而使其成为在各种长度和直径的圆柱体或空心圆柱体的外圆柱面上钻削各种排列组合方式的孔和螺纹孔的最佳选择。
图1-1法兰盘的剖面
图1-2套式钻模
加工法兰盘及端盖类零件通用可调钻模是美国机械加工行业为适应柔性化生产要求而设计并使用的一种新型钻模[3]。
图1-3钻模铸造原理
1.2研究现状
当前三维设计技术已经达到了一个很高的境界,它能为产品开发的设计和研发提供更为先进的设计手段和研究方法,形象生动又具有较强的直观性,适应了现实设计的需要,其人性化的设计和开发过程很适合涉及人员的思维方式。
这种三维方式的开发平台的不断发展,为提高设计效率和增强企业的开发能力、产品质量,有了很好的技术支撑。
三维开发技术也可以说是对传统的机械设计的一次伟大的革命;二维平面的设计已经逐步的被三维立体设计所替代,这也是一种必然的趋势。
当前在市面上可以看到各种这也的软件,这包括高端的I-DEAS,Pro/Engineer,UG,CATIA以及中端的SolidEdge,Solidworks等3D的设计软件。
尺寸参数驱动技术和虚拟装配技术是这些软件的一个普遍共性;特别是高端的3D系列的设计软件不仅有模块化、智能化、并行化、集成化、相关性等优点,而且能够能满足多数用户各项设计的需求,例如计算分析、设计、虚拟装配、运动分析、干涉检查、制造和有限元分析等高级的CAD需求。
Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(PTC)的产品。
PTC公司提出的一系列的参数化、基于特征、单一数据库和全相关概念,这种新开发的CAD/CAE/CAM第三代机产品Pro/Engineer软件几乎能将设计到生产全过程都系统的集成到一块,有利于所有用户同时能够进行某一产品的各种的设计和制造工作,着就是所谓的并行工程。
Pro/Engineer采用基于特征的技术指标化的设计实体模型化的系统,工程设计人员可以采用智能化的基于特征的功能去生成模型,如壳、腔、圆角及倒角,在这里设计者可随意勾画出草图,很方便的改变模型。
就Pro/Engineer系统的用户界面而言简洁并且概念清晰,很适合工程人员的与设计习惯和设计思想。
这种建立在统一的数据库上的整个系统是一个具有完整性的统一的模型。
本设计区别于传统设计,采用三维参数化设计软件Pro/E进行了机械系统建模,对钻模机构装配现代化的数字技术,进行虚拟设计,有着功能足够强大的虚拟设计手段和数字化平台。
本文将以现有传统机械理论研究和国内外钻钻床夹具资料为基础,运用虚拟制造技术开发的各种先进技术,实现其整个虚拟开发过程。
1.2研究目的及意义
Pro/E软件装配模式下的骨架模型反映了产品的空间布局,表达了零部件间的空间位置形状、拓扑关系和装配关联关系。
设计套筒钻模的骨架模型,可以使套筒钻模各零、部件装配在正确的位置上,满足机械装置的功能要求。
运用套筒钻模的骨架模型,可以避免以已经装配零件特征为参考进行零件装配产生的不必要的父子关系,为修改零件设计提供了方便。
Pro/E软件的装配是基于特征的装配,装配特征是特定的有一定约束关系的成对的几何特征,装配特征之间具有明确的运动关系和位置关系。
运动关系和位置关系与特定的功能特征具有明确的对应关系。
常用的构成装配特征的几何特征有平面、圆柱面、圆孔面、凸球面、凹球面、曲面、基准面、基准轴、点等,构成装配特征的约束关系有匹配(Mate)、匹配偏距(MateOffset)、对齐(Align)、对齐偏距(AlignOffset)、插入(Insert)、同轴(Coaxis)、相切(Tangent)、面上点(PointOnLine)、线上点(PointOnSrf)、面上线(EdgeOnSrf)、坐标系(CoordSys)等。
采用以上的约束关系在零件的几何特征间构成的装配关系,不免出现了前一个零件的几何特征成了后一个零件装配的参考,产生了父子关系,若在设计零件的时候出现了错误,装配完成后会出现装配数据不能满足设计要求,若零件的设计出现了错误,在参考特征被修改或重新设计后,则对后一个零件的装配产生影响,并且这种装配方式,不管是基于安装的装配还是基于拆卸的装配,都不利于优化装配顺序。
1.2.1加工要求
本文设计加工的法兰盘为典型的铝合金薄壁法兰盘零件,如图1所示,此法兰盘零件外形较大,但是其壁厚要求为2mm,材质为铝合金材料。
此薄件的表面质量要洲民高,对形位公差、小子瞬口圆腔的位置度以及轴线和底面的垂直度都有很高的要求,侧壁和底面变形不育欲旦过规定的要求。
如果采用传统的车铁或者车削白幼口工方法,会产生较大的变形,非常容易有振纹产生,要有效解决以上问题,本文经过研究,设计出铣削白幼口工工艺,通过试验表明,此种加工方法可以在保证加工质量的前提下提高加工效率。
图1-4法兰盘实体工件
1.2.2工装设计
工件正确的定位和装夹对加工质量有直接的影响,起着重要的基础作用。
工件在进行装夹之前,首先要对待加工的毛坯底面以及工装表面进行平面的精铣工,以使两个平面保持良好的平面度,这样使工件在装夹时能够使工件和工装之间最大限度的获得有效接触面积,从而使接触的刚度得以提高。
接下来在工件毛坯的中间部位钻两个直径为8.Smm的通孔,两孔渐渐的距离为24mn。
在工装与工件相对应的位置钻M8的螺纹孔,数量为两个,将工件毛坯用两个M8的螺栓夹紧固定在工装上。
如图1-5所示:
图1-5工件在工装上的定位
要提高法兰盘得加工精度和咖加工效率,选择合理刀具是非常重要的。
刀具精度高对减少加工变形,提高加工效率起到事半功倍的效果。
刀具路径的恰当对于减少切削带来的冲击,延长刀具的使用寿命,保证轨迹光滑平顺,获得良好的加工质量十分有利。
此外,对于刚度较低、薄壁的法兰盘零件的加工时,切削用量及参数的掌握尤为重要,要根据加工的需要对切削用量和参数进行合理的设置和优化。
最后要注意选择恰当的冷却方式,这有利于切削过程中温度的控制,保护刀具,防止加工产生的热变形,对提高加工效率起到非常重要的辅助作用。
1.3本课题的研究任务
本课题以车床夹具的设计过程为学习平台,通过查找和收集相关材料和数据,翻阅和学习相关材料,借助于pro/e这个三维设计软件,在学习中设计,在设计中学习。
本课题着重研究了零件的加工工艺,车床夹具的外形结构,车床夹具的装夹和拆卸以及车床夹具的关键尺寸。
本课题主要的设计项目是,利用参数化设计夹具的相关零件,利用约束关系和条件关系装配和分析夹具体,用工程图表达夹具零件的内部结构,通过夹具的运动仿真来模拟装夹过程。
本课题以设计出精度高、效率高、使用方便、结构精简的夹具为设计目标。
(1)首先对任务书进行分析,了解所需软件以及相关的技术要求,熟悉Pro/E软件的各项操作方式并熟悉这类内容;整理出大体的思路以及制作的路线;通过查阅文献,扩展知识,为设计制作做好准备。
(2)表示出加工制作的方法以及步骤,分出安装的工步等。
选择工序所需的机床,刀具等。
拟定工业路线并实际出发,理论和实际生产相结合。
(3)查找相关书籍以及文献,了解钻模的设计制作方法以及步骤,对接下来的设计制作制定合理有效的可行性方案。
尽力设计出结构合理、操作方便、结构可靠的法兰钻模。
(4)对设计的辅导工具进行深入的学习,能够高效的使用Pro/E软件辅助设计出可行性高的三维设计图。
钻模标准零件具有重复性高、相似性大的特点,其中的很多参数都是标准数据,如何利用这些特点来提高建库效率,是建立机床夹具三维标准件库的关键技术。
2机床夹具系统概述
2.1机床夹具的组成
由于各种专用夹具装夹的工件是各不相同的,所以夹具结构也各种各样。
尽管新的夹具层出不穷,但是他们的工作原理基本相似。
我们在认识一定的数量的夹具之后,加以概括,找出他们的内在联系和共性,以便于尚未研究过的各种夹具进行研究。
由此可以得出一般夹具共有的如下组成元件和装置。
图2-1机床夹具组成示意图
定位元件和装置它的作用是确定工件在夹具中的加工位置。
②夹紧装置这种装置包括夹紧元件或组合和动力源。
其作用是将工件压紧夹牢,保证工件的定位在加工中不因受外力而产生位移,同时防止或减少振动。
③确定夹具位置的元件其作用是确定夹具在机床上的饿安装位置,从而保证工件与机床之间的正确加工位置。
④对刀导向装置用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的饿元件称为对刀导向元件。
⑤其他装置有些夹具还设有分度装置、上下料装置、工件顶出装置等。
⑥夹具体他是夹具的基本件和骨架,上述各类元件或装置都安装在夹具体上,使之成为一个夹具整体。
他们的基面一般都和机床工作台或花盘相联结。
机床夹具的组成部分与工件、机床、刀具之间的联系,可以从下图看出,该图为正确设计夹具提供了思考问题的线索:
例如定位、夹紧装置直接与工件有关,故在设计时必须掌握与工件形状、尺寸、技术要求等有关资料;在设计对刀导相元件时,应考虑加工所用刀具的类型、结构和尺寸等;设计确认夹具在机床上位置的元件时,则应依据机床工作台或主轴端部的结构形式和尺寸等。
2.2机床夹具的分类
随着机械制造业的发展,机床夹具的种类也在不断的增加,出现了许多的新颖的夹具,如果想要对所有的夹具加以分析,那是不可能的。
为了便于研究各种夹具的特性,找出规律性的东西,从而运用这些规律有必要将夹具加以分类如下:
1)按应用分类:
通用夹具、专用夹具、通用可调与成组夹具、组合夹具。
2)按使用机床分类:
磨床夹具、车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗床夹具以及其他的机床夹具。
3)按夹紧动力源的分类:
液压夹具、气动夹具、手动夹具、电磁夹具、真空夹具和电动夹具等。
①通用夹具是指已经标准化的、可用于一定范围内加工不同工件的夹具。
如三爪自定心或四爪单动卡盘、机用虎钳、回转工作台、万能分度头、磁力工作台等。
这类夹具以作为机床附件,可以充分发挥机床技术性能和扩大工艺范围。
不论何种生产类型,都被广泛利用。
②专用夹具在使用夹具装夹工件时,有找正和不找正之分。
在使用专为工件的某道工序时,一般能够直接装夹工件而无须划线和找正,他成为机床的一种附加装备,在加工中起到机床、工件、刀具之间的桥梁作用,我们称之为专用夹具。
专用夹具的设计和制造是机械加工中的一项重要的技术准备工作。
③通用可调与成组夹具这两类夹具结构相似。
其共同点是:
在加工完一种工件后,经过调整或更换个别元件,即可加工形状相似、尺寸相近或加工工艺相似的多种工件。
在当前多品种小批量生产条件下,这两类夹具是改革工艺装备设计的一个发展方向。
④组合夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求,由一套事先准备好的通用的标准元件和部件组合成的夹具。
这种夹具用完后可以拆御存放,还可多次反复使用,具有组装迅速,周期短的特点,故特别适用于多品种小批生产或新产品试制1。
2.3机床夹具在机械加工中的应用
2.3.1保证加工精度
采用夹具安装,可以准确地确定机床、工件与刀具三者之间的具体位置,工件的位置精度不受工人技术水平的影响,由夹具保证,其加工精度较高并且较稳定。
2.3.2 降低成本提高生产率
用夹具装夹工件,显著地减少了辅助工时,不需要找正便能使工件快速地定位和夹紧,;它提高了工件的刚性,因此可加大切削用量;采用高效夹紧机构,可以使用多件、多工位夹具装夹工件,劳动生产率的提高主要是依靠这些因素。
此外采用夹具之后,废品率大大下降,产品质量相对稳定,明显地降低了生产成本,还可以安排技术等级较低的工人。
2.3.3机床的工艺范围的扩大
专用夹具不仅可以扩大机床的使用范围和改变原机床的用途,还可以实现一机多能。
比如在摇臂钻床或车床上安装镗模夹具后,就很方便的对箱体孔系进行镗削的加工;通过这一工具还可将车床改为拉床使用,最大限度的发挥了通用机床的作用。
2.3.4减轻了工人劳动强度
用夹具装夹工件方便、快速,当采用了气动、液压等夹紧装置时,可减轻工人的劳动强度。
2.4本章小结
本节设计装夹在数控车床上的零件的组合夹具,其以法兰盘为基体,以支撑板、V型块、压板以及固紧螺钉为夹紧装置,实现针对性装夹。
本夹具合理的借鉴国际领先的设备设计思想并结合国内中小机械制造企业现状,能满足国内机械制造企业设备的需要,并通过对各种加工机床的长期研究探索,以灵活、通用为主要设计思想以设计新型的车床组合夹具,减少工作人员的劳动强度,减少制造成本,提高中小机械制造企业的生产效率,带来经济效益和社会效益。
3.工件的定位
3.1工件定位的基本原理
3.1.1六点定则
一尚未定位的工件,其空间位置是不确定的。
如图3-1所示,将工件放在空间直角坐标系中,工件存在六个方向的自由度。
三个移动自由度:
、
、
三个转动自由度:
、
、
图3-1夹具位置坐标系
用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则,称为六点定则,如图3-2所示。
图3-2六点定则示意图
在工件定位时,起定位支承点作用是定位元件,定位元件是能限制工件一个或几个自由度并具有一定几何形状的独
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