毕业设计（论文）-Proe在机械设计中的应用--铣刀头的设计与装配.doc

成都理工大学工程技术学院毕业论文 Pro/e在机械设计中的应用铣刀头的设计与装配 作者姓名：专业名称：机械设计与制造 指导老师：Pro/e在机械设计中的应用-铣刀头的设计与装配 摘要 铣刀头是铣床加工的重要组成元件之一，其组成主要有轴、座体、带轮、轴承、端盖、调整杯、挡圈等部件。其工作原理是动力通过V带传给带轮，带轮经过与轴之间的联结平键，由平键传给轴，再由轴通过与刀盘的联结平键传给刀盘，最后刀盘转动对零件进行切削加工。本文论述的即是铣刀头的设计装配和工作原理在Pro/E软件的实体建模和技术造型等方面的功能应用。对于该产品而言，利用Pro/E的造型分析和物理仿真，将大大减少设计过程中出现的数据、技术、理论等失误，从而起到缩短研发时间、降低生产成本、提高产品经济效益的作用。关键词：铣刀头 工作原理 Pro/E 功能应用IAbstract Cutter head is one of the important components of milling machine processing, Of the main shaft,body pulley bearing and end cover, adjust cup, retaining ring and other components.Its working principle is power through the V belt pulley,Pulley with shaft coupling between flat key. the key to the shaft, again by the coupling shaft with the knife dish flat key to the knife dish,The cutting wheel rotation for machining parts In this paper is the design of the cutter head assembly and the working principle in pro/e software entity modeling and the function of the technology of modelling application.For the product, the use of pro/e model analysis and simulation, will greatly reduce the data appeared in the process of design, technology, theory of error, so as to shorten development time, reduce the production cost, improve the economic benefits of the product.Key words: Cutter head, working principle, pro/e, Function applicationII目录摘要IAbstractII目录III前言11 铣刀头概述22 Pro/E软件简介33 铣刀头部件设计53.1轴53.2带轮A型153.3端盖183.4调整环213.5座体233.6 轴承GB/T297-94 30307323.7挡圈GB891-86 35343.8 键GB1096-79363.9螺钉GB68-85373.10 螺钉GB70-85383.11销GB119-86414 装配图434.1 轴的装配434.2总装配45总结47致谢48参考文献49III前言 Pro/Engineer简称Pro/E，是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer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，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/E自1988年问世以来，已经成为全球最为普及的三维CAD/CAM系统，软件先进的设计理念展示了三维系列软件的新发展方向。并已被广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空、军工、纺织、家电、玩具等行业。Pro/E功能强大，集零件设计、产品组合、模具制造、NC加工、钣金设计、造型设计、自动测量、机构仿真、应力分析、产品数据库管理等功能于一体，模块众多。据不完全统计，Pro/E在国际上已被27000多个企业所采用，作为企业的标准软件进行应用设计。最直观的Pro/E摒弃传统CAD/CAM软件中的线框以及表面模型，而是生成3D实体。该软件相对独立的两个模式使得产品的信息变得更加完整，概念更加清晰。Pro/E的设计质量和速度是很可观的，尤其是结合快速原型技术，可以大大缩短产品设计生产周期。Pro/E在机械设计中的作用，是被用于各种复杂的3D建模、行为建模、NC加工、技术装配等。这些在二维软件中所不便或很难体现出的产品设计特征，将毫无悬念的由三维软件来完成。而相关联的据库、参数化设计基于实体特征的实体化、多兼容的数据接口等这些Pro/E在三维软件中突出的优势特点，会使得产品的设计在一定程度上更加优于细致和可研究性。Pro/E作为现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，对于以后世界的工业发展将起着决定性作用。伴随着Pro/E的不断改进和完善，越来越多的问题会被解决，Pro/E的魅力也将更多的体现在设计领域的绚丽顶峰上。1 铣刀头概述 铣刀头是一种用于大件切屑的机床附件，铣刀装在铣刀盘上，铣刀盘通过键与轴相连接，当动力通过V带传给带轮时，经键传到轴，即可带动铣刀盘转动，对零件进行铣削加工。铣刀头主要由基础件座体、主轴、带轮、圆锥滚子轴承、轴承端盖、调整杯、挡圈等部件组成。其中，主轴的两端由圆锥滚子轴承支撑，轴承盖安插在圆锥滚子轴承外。带轮联结V带，接受V带传递的动力。带轮和主轴之间由平键连接，带轮的左侧有销、挡圈、螺钉实现定位和紧固。轴的右边是动力输出端，通过主轴与刀盘之间的联结平键把动力输出给铣刀盘，挡圈、垫圈、螺钉把刀盘与轴紧固住，刀盘再带动铣刀切削加工零部件。铣刀头的设计精度较高，材料硬度的选择也很重要，需要对其进行调制处理，否则，达不到安全系数或受力要求，那么在铣刀头高速旋转时，容易酿成事故。2 Pro/E软件简介Pro/ENGINEER（简称Pro/E）是由美国PTC公司推出的三维CAD/CAM参数化软件系统，其内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图输出，到生产加工成品的全过程。由于Pro/e具有强大而完美的功能，且相对于其他三维设计软件来说，更加简便易学，因此几乎成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和标准。Pro/E软件主要由pro/engineer、pro/assembly、pro/cabling、pro/cat、pro/cdt、pro/composite、pro/develop、pro/design、pro/detail、pro/diagram、pro/draft、pro/ecad、pro/feature、pro/hardness-mfg、pro/interface、pro/language、pro/libraryaccess、pro/mesh、pro/mold design、pro/manufacturing、pro/nc-check、pro/plot、pro/project、pro/report、pro/sheetmetal、pro/surface等26个板块组成，其强大的集成功能为设计师设计方案提供了极大的帮助。在3D设计环境中，工程师可根据设计需要，设定绘图环境，包括渲染、调色、参照、创建平面等，然后根据二维设计图纸构建三维特征，把零件实实在在地用立体展现出来。在完成各零部件的绘制后，设计师还需要对其进行技术装配和仿真模拟，使之能直观地体现出零件的形体特征和技术参数，向客户展现出抽象的设计目的。基于此功能，设计师可以用Pro/E进行零部件设计、装配体设计、钣金设计、焊件设计及模具设计等。另外，Pro/E的可输出性也是其亮点之一，Pro/E可输出三维和二维图形给其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，设计师可配上 Pro/E软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。如此强大的输出功能，将给设计师的产品研发，带来不可限量的作用。就机械行业而言，众所周知，一个产品的设计过程，需要经过概念设计、结构设计、详细设计、实际分析、优化、仿真、模拟等几个主要阶段。而这也就对设计师的技术要求带来了严峻考验，Pro/E的出现，帮助设计师解决了这些麻烦。全智能化参数设计，高仿真模拟，既缩短了产品研发时间又减少了理论设计失误，既降低了产品的研发成本又提高了工厂的经济效益。机械行业能发展创新到今天，Pro/E功不可没。随着科技的不断发展，计算机辅助设计技术必将成为各行各业的领头军。而Pro/E作为一款重要的三维设计软件，今后在各行各业的表现，必将更加流光溢彩。 3 铣刀头部件设计3.1轴1 新建。打开pro/e点击（新建），弹出新建窗口，选择“零件”“实体”，取消“使用缺省模版”，点击【确定】，新建一个名为“prt0001”的零件（即：轴），如图3.1所示：图3.12 在弹出的“新文件选项”对话框中，选择“mmns_part_solid”，点击【确定】弹出pro/e绘制窗口，如图3.2所示：图3.23 旋转。点击绘图工具栏（旋转命令），在“旋转工具”对话框中单击【放置】和草绘下的【定义】弹出“草绘”窗口，如图3.3所示；然后在绘图区选择TOP平面为草绘平面，草绘视图方向“反”，系统默认RIGHT为参照面，方向“右”，开始绘图（注：以下若无特别提示，均默认以此方法作为“草绘”设置），如图3.4所示：图3.3图3.44 绘制草图。在弹出的草绘窗口中，绘制如图所示的封闭图形，并绘制中心线，如图3.5所示：图3.55 确认。完成后点击（草图创建确认），得到如图3.6所示的特征，再点击（实体创建确认）创建特征，如图3.7所示：图3.6图3.76 创建平面。点击绘图工具栏（创建平面特征），以TOP平面为参照，输入偏移值“14”，创建DTM1平面，如图3.8所示：图3.87 拉伸。点击绘图工具栏（拉伸命令），在“拉伸工具”对话框中，选择【放置】【定义】如图3.9所示；弹出“草绘”窗口，然后在绘图区选择DTM1平面为草绘平面（草绘视图方向“反”），系统默认RIGHT为参照面（方向“右”）开始绘图，如图3.10所示：图3.9图3.108 在绘图区绘制键槽，如图3.11所示：图3.119 去除材料。草图绘制完成后，在拉伸深度里输入4，再点击（去除材料），最后确认实体，即绘制键成功，如图3.12所示：图3.1210 同理，绘制其他两个键槽的方法也如法炮制；先创建一个平面，点击以TOP平面为参照，输入偏移值12.5创建DTM2，如图3.13所示；然后键槽的绘制方法同上，只改变以DTM2为草绘平面和深度值3.5即可，如图3.14所示：图3.13图3.1411 镜像。在绘图区中点亮刚绘制的键槽，然后点击绘图工具栏（创建镜像特征），选择TOP面为参照，镜像出另一个键槽，如图3.15所示：图3.1512 孔。点击绘图工具栏（创建孔特征），再点击（创建标准孔），输入直径值3和深度值6，点击【放置】选择轴的端面，类型选择【径向】，按住ctrl键同时选取A1轴线和FRONT平面作为参照，并输入半径值10和角度值0，如图3.16所示；最后，确定生成标准孔实体，如图3.17所示：图3.16图3.1713 螺纹孔。创建螺纹孔与标准孔方法类似；点击再点击（创建螺纹孔），选择ISO（国际标准）M6x1，深度值25，点击【放置】选择轴的端面，类型选择【径向】，按住ctrl键同时选取A1轴线和FRONT平面作为参照，如图3.18所示；然后点击【形状】输入可变值20，生成螺纹孔，如图3.19所示：图3.18图3.1914 边倒角。点击绘图工具栏（创建边倒角特征），在操作面板上输入倒角值1，如图3.20所示；再点击前后两个端面，生成边倒角，如图3.21所示：图3.20图3.2115 倒圆角。点击绘图工具栏（创建圆角特征），在操作面板上输入0.5，再点击两个轴肩，生成圆角，如图3.22所示：图3.2216 轴的绘制完成，如图3.23所示：图3.233.2带轮A型1 新建。新建名为“prt0002”的零件实体，使用【旋转】命令，绘制以下草图，如图3.24所示：图3.242 完成后生成如下图形，如图3.25所示：图3.253 边倒角。设置倒角值为2，选择带轮的两个端面，生成倒角，如图3.26所示：图3.264 拉伸。使用【拉伸】命令，选择带轮的一个端面做草绘平面，系统默认参照及其他设置，并绘制如下草图，如图3.28所示：图3.285 去除材料。在操作面板上，选择（拉伸至下一曲面），再去除材料，得到效果图，如图3.29所示：图3.296 预览。点击（预览特征），预览去除材料后的图形，如图3.30所示：图3.307 预览后确认生成带轮A型图，如图3.31所示：图3.313.3端盖1 新建。新建名为“prt0003”的零件实体，选择【旋转】命令，在绘图区绘制如下草图，如图3.32所示：图3.322 然后，生成的效果图和实体图，如图3.33所示：图3.333 孔。使用【孔】命令，在操作面板上选择（沉孔特征）（钻孔至与所有曲面相交）输入钻孔值9，点击【放置】，选择法兰端面作为孔的放置位置，类型选择【径向】，再按住ctrl键，同时选择A_1与TOP平面为偏移参照，分别输入半径值49和角度值0，如图3.34所示：图3.344 上述步骤完成后，点击【形状】，分别输入沉孔直径值15和沉孔深度值6，类型为穿透，最后生成孔实体图，如图3.35所示：图3.355 阵列。选中刚刚创建的沉孔，点击（阵列特征），在操作面板上选择“轴”，然后点击A_1轴，输入阵列个数6和个体之间的角度值60，如图3.36所示：图3.366 最后生成阵列实体图，端盖零件绘制完成，如图3.37所示：图3.373.4调整环新建。新建名为“prt0005”的零件实体，选择【拉伸】命令，绘制草图，如图3.38所示；设置拉伸深度值5，生成调整环，如图3.39所示：图3.38图3.393.5座体1 新建。新建名为“prt0007”的零件实体，使用【旋转】命令绘制草图并生成效果图，如图3.40所示：图3.402 边倒角。对两个端面的内边进行倒角，输入倒角值2，如图3.41所示：图3.413 孔。选择【孔】命令，点击【螺纹孔】，设置标准为ISO，螺纹尺寸为M8x1，螺纹深度为22，再点击【放置】，以一个端面放置螺纹孔，类型选【径向】，按住ctrl键，同时选择A_1轴和TOP平面作为偏移参照，并设置半径值48，角度值0，在【形状】窗口，输入攻丝深度20，如图3.42所示：图3.424 点击【确定】得到螺纹孔特征，如图3.43所示：图3.435 阵列。选择【阵列】，用轴阵列功能，以A_1轴作为中心轴，设置个数为6，单体间的角度为60，生成的阵列特征如图3.44所示：图3.446 镜像。对上面的阵列特征进行镜像，得到另一边特征，如图3.45所示：图3.457 创建平面。以TOP为参照设置偏移值115，创建DTM1，如图3.46所示：图3.468 绘制底盘。以刚刚创建的DTM1为草绘平面，默认系统其他设置，利用【拉伸】【去除材料】等工具绘制底盘，最终生成特征，如图3.47所示：图3.479 倒圆角。对底座进行倒圆角，圆角半径值分别为5、20，如图3.48所示：图3.4810 孔。采用【拉伸】【去除材料】的方式，对底座进行孔，其中，沉头孔直径为22，深度为2，内孔直径11，深度为16，如图3.49所示：图3.4911 拉伸。使用【拉伸】命令，以最接近圆柱端面的底盘侧面为草绘平面，默认系统其他设置，拉伸下列实体特征，设置深度为15，如图3.50所示：图3.5012 拉伸。使用【拉伸】命令，以FRONT平面为草绘平面，默认系统其他设置，草绘图形轮廓，并生成实体特征，如图3.51所示：图3.5113 去除材料。对上面所生成的特征进行镜像处理，得到另一半特征；再以圆柱端面为草绘平面，默认系统设置，绘制草图轮廓，再以合适的尺寸去除材料，如图3.52所示：图3.5214 由于去除材料未能去除螺纹孔多余的余量，所以，需对其在同一位置再次攻螺纹孔，方法如上，不再复述。15 筋。选择菜单栏【插入】【筋】【轨迹筋】，然后以侧板平面为草绘平面，默认系统其他设置，草绘筋轮廓图形，并设置加宽厚度为1，最后生成筋特征，如图3.53所示：图3.5316 倒角。对底座进行倒圆角和边倒角，其中圆角半径为3，边角为2，如图3.54所示：图3.5417 底座特征生成，如图3.55所示：图3.553.6 轴承GB/T297-94 30307 通过查阅国标GB/T297-94的表2 03系列，得到标准件圆锥滚子轴承如下信息，如图3.56所示：图3.56 标准轴承的绘制分4步完成，分别是绘制轴承内圈、圆锥滚子、轴承外圈、装配，完成后如图3.57所示：图3.573.7挡圈GB891-86 35 通过查阅GB/891-86 得到挡圈GB/891-86 35如下信息，如图3.58所示：图3.58 通过【拉伸】【孔】【边倒角】等命令绘制挡圈，完成后如图3.59所示：图3.593.8 键GB1096-79通过查阅国标GB/T 1096得到，选用平键为A型键（圆头普通平键），其中b=8、h=7、L=40，另一平键b=6、h=6、L=20，其结构如图3.60所示：图3.60 利用【拉伸】功能创建2个平键实体特征，如图3.61所示：图3.613.9螺钉GB68-85通过查阅国标GB 68-85得到，选用螺钉为开槽沉头螺钉，螺纹规格d=M6、公称长度L=25mm、螺距P=1、amax=2、kmax=3.3、n=1.6、rmax=1.5等基本参数信息，如图3.62所示：图3.62利用【拉伸/去除材料】【边倒角】【倒圆角】【螺旋扫描/切口】等命令，创建开槽沉头螺钉，如图3.63所示：图3.633.10 螺钉GB70-85通过查阅国标GB/70-85得到，选用螺钉为内六角圆柱头螺钉，其螺纹规定为d=M8，p=1.25，dk=13，k=8，tmin=4等基本参数信息，如图3.64所示：图3.64 利用【旋转】【拉伸/去除材料】【螺旋扫描/切口】【边倒角】【倒圆角】等命令创建内六角圆柱头螺钉，如图3.65所示：图3.653.11销GB119-86 通过查阅国标GB119-86得到，选用销为B型圆柱销，其中，D=3、L=12、C=0.5，如图3.66所示：图3.66 利用【拉伸】【边倒角】命令，绘制圆柱销，如图3.67所示：图3.674 装配图4.1轴的装配1 轴的装配。新建一个名为“asm0002”的组件，选择再选择取消确认，进入装配窗口，点击【缺省】轴，如图4.1所示：图4.12 键的装配。采用普通方式，用【匹配】【重合】【对齐】等方式装配平键，如图4.2所示：图4.13 带轮的装配。对带轮同样以普通方式装配，装配特征如图4.3所示：图4.34 螺钉、销的装配。在普通装配模式下，采用中心线对齐、曲面重合的方式进行装配，如图4.4所示：图4.45 轴的装配完成，如图4.5所示：图4.54.2总装配1 缺省端盖，再以普通装配方式，用【匹配】【重合】【偏移】【对齐】等方式，从左到右依次装配：端盖、调整环、轴承、轴装配组件、座体、端盖、轴承、螺钉，分解后如图4.6所示：图4.62 铣刀头装配完成，如图4.7所示：图4.7 总结通过本次在Pro/E环境下对铣刀头的装配设计，让我了解到Pro/E对于实际生产制造的重要性，同时经过一个多月的查阅和分析铣刀头的相关文献，也让我更新了对铣刀头、铣床在特点、功能、技术等方面的认识。尤其是Pro/E对于解决像产品造型设计、组件装配设计、建模结构分析等理论抽象的问题，Pro/E的先进设计理念，更凸显了其实用性。在用Pro/E对铣刀头进行设计时，不难看出Pro/E在机械设计中，过程简明合理、建模细致严谨，任何环节如需要对产品进行更改，Pro/E都能立即自动更新，无需重复大量的工作。同时，错误的设计方案，也将毫无悬念地被Pro/E展现出来，哪怕是一丝一毫的错误。Pro/E软件的运用，大大地缩短了产品的设计周期,节约了成本，