基于 ProE的液压泵变量活塞Ⅰ零件的工装设计Word格式.docx

1、由于软件操作复杂，价格极其昂贵，中小企业根本无力问津，因此难以得到普及。于是1979年，美国的SDRC公司推出了世界上第一个基于实体造型技术的大型CAD/CAM软件I-DEAS。实体造型技术是CAD技术上的第二次技术革命。由于实体造型技术能够准确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计带来了极大的方便，然而带来了数据计算量的极度膨胀。在当时硬件条件下，实体造型的计算及显示速度很慢，因而实体造型技术没有迅速在整个行业中全面推广。在以后，美国的CV公司最先在曲面算法上取得了突破，计算速度提高较大，另外，由于CV公司提出了集成各种软件为企业提供了全方位解决方案，

2、采取了将软件的运行平台向价格较低的小型机转移的有利措施，一跃成为CAD领域的领导者。进入20世纪80年代中期后，参数技术公司PTC（Parametric Technology Corp），开始研制被命名为Pro/ENGINEER的参数化软件。“参数化”技术的出现，使僵硬的曲面、实体造型技术获得了“智能化”弹性修改的魅力，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上的简便易行的优势，因而赢得了众多中小企业的亲眯，使得它在20世纪90年代前后几乎成为CAD业界的标准，称之为CAD技术的第三次革命。PTC（Parametric Technology Corp）的Pro/E主导了这一潮流。参数化造型技术特点

3、是：基于特征、全尺寸约束、尺寸修改、全数据相关。只要按照系统规定的方式去操作，系统保证生成的设计的正确性及效率性，否则系统拒绝操作。其造型过程类似模拟工程师读图样的过程，由关键尺寸、形体尺寸、定位尺寸一直到参考尺寸，无一遗漏全部看懂（输入计算机）后，形体自然在脑子里（在屏幕上）形成。Pro/ENGINEER也于1990前后成为CAD业界的标准。早期的Pro/E软件性能低，只能完成简单的工作，但由于第一次实现了尺寸驱动零件设计修改，使人们看到了它给设计者带来的方便性。80年代末，计算机技术迅速发展，硬件成本大幅度下降，CAD技术硬件平台成本从二十几万美元降到几万美元，许多中小企业也开始有能力使用

4、CAD技术。由于他们的设计工作量并不大，零件形状也不复杂，更重要的是他们无钱投资大型高档软件，因此他们把目光投向了中低档的Pro/E软件。PTC也正是因为瞄准了这一中档市场，才迎合众多中小企业在CAD上的需求，一举取得成功。进入90年代，参数化技术变的比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件，零部件设计上存在的简便易行的优势。PTC也因此先行挤占了低端AutoCAD市场，继而，PTC公司又试图进入高端CAD市场，与CATIA、SDRC、CV、UG等群雄在汽车及飞机制造业市场逐鹿。目前，PTC在CAD市场份额排名也名列前茅。SDRC公司的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术更为先进的

5、实体造型技术变量技术。作为今后的开发方向，它保留了参数化技术基于特征、全数据相关、尺寸驱动设计修改的优点，但在约束定义方面做了根本性的改变，将参数化技术中所需定义的尺寸“参数”进一步区分为形状约束和尺寸约束。操作者可先决定所感兴趣的形状，然后再给出一些必要的尺寸，尺寸是否注全，不影响后续操作。同时又克服了它的许多不利之处，它的成功应用，将为CAD技术的发展提供更大的空间和机遇，目前被视为CAD技术的第四次技术革命。SDRC的IDEASMaster Series堪称该技术的代表作。变量化技术不仅可以做到尺寸驱动，也可以实现约束驱动，即由工程关系来驱动几何形状的改变。三维CAD技术符合人的设计思维

6、习惯，整个设计可以完全在三维模型上讨论，直观形象。另外，应用三维CAD设计能建立充分和完整的设计数据库，并以此为基础，进一步进行应力/应变分析、质量属性分析、空间运动分析、装配干涉分析、模具设计与NC可加工性分析、高效率及高正确率的二维工程图生成、外观效果和造型效果评价等工作，因而三维CAD技术才是真正意义上的计算机辅助设计技术（Computer Aided Design）。1.1.3 CAD技术的发展趋势围绕创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，CAD技术的发展趋势主要围绕以下七个方面：标准化：除了CAD支撑软件逐步实现工业标准，面向标准构件（零部件库）标准化方法也已成为CAD技术的必备内

7、容，是向着合理化的程度设计的应用方向发展。并行化：并行化是机械设计的大趋势，CAD技术提供对并行设计的支撑是CAD技术的一个重要发展方向。集成化：集成化主要体现在CAX/PDM/ERP技术经过集成，形成企业一体化的技术或系统，进而打主动企业信息化的进程。自动化：传统的CAD系统已经实现了自动化进行结构分析，但这些还远远不够，至少还包括这样几个方面，自动设计方案，自动获取资料，三维实体的自动重建。必须推出的是CAD技术的发展目标不是实现“完全的自动化”，而是以一种符合设计人员习惯的方式，帮助他们完成设计工作。开放性：CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统（Windows窗口系统、UNIX平台、L

8、INUX平台）之上；此外，各种成熟的CAD系统还为终端用户提供了3次开发环境，使用户可根据需要定制自己的CAD系统。网络化：网络技术是计算机技术和翻译技术相互渗透而又紧密结合产物，CAD的智能化特性主要体现在CAD系统本身的智能化特性、人机智能交互接口、设计工程和设计结果的智能显示。因此我们发现智能CAD技术发展的必然方向，知识工程与CAD技术的有机集成是实现智能CAD的必然途径，智能CAD系统是基于知识驱动的CAD系统。1.2 Pro/ENGINEER简介Pro/ENGINEER是美国参数技术公司（PTC）推出的新一代CAD/CAE/CAM软件，它具有基于特征全参数、全相关，单一数据库特点，

9、自推出以来，由于强大的功能它很快得到业内人士的普遍欢迎，并迅速成为当今世界最为流行的CAD软件之一。目前，Pro/ENGINEER已成为易学易用的百万级CAD/CAE/CAM应用软件，并风靡世界各地。在中国，自20世纪90年代中期以来，许多大型企业开始选用Pro/ENGINEER，至今该软件已拥有相当大的用户群。同时国内许多大学也纷纷运用Pro/ENGINEER作为教学和研究开发的基础软件平台。参数化实体造型技术是Pro/ENGINEER系统的核心技术，其主要特点是基于、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改及全数据相关。基于特征：将某些具有代表性实体几何形状定义为特征，并将其所有尺寸存为可变参数，以此

10、为基础来进行更为复杂的几何形体构造。222全尺寸约束：将形状尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。造型必须以完整的尺寸参数为出发点（全约束），不能漏标尺寸（欠约束），不能多标尺寸（过约束）。尺寸驱动设计修改：通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变。全数据相关：尺寸参数的修改导致其他相关模块中的相关尺寸得以全盘更新。采用参数化技术的好处在于它彻底改变了自由建模的无约束状态，几何形状均以尺寸的形式被有效控制，如打算修改零件形状，只需编辑一下尺寸的数值，即可实现形状的改变。尺寸驱动已经成为当今造型系统的基本功能，无此功能的造型系统已基本不存在了。Pro/ENGINEER与传统的仅提供绘图

11、工具的CAD系统有着极大的不同。前者提供了一个完整的机械产品解决方案，包括工业设计、机械设计、模具设计，加工制造，机构分析、有限元分析和产品数据库管理，基本包括产品生命周期的管理等。Pro/ENGINEER是建立在单一数据库的CAD/CAM/CAE软件，它不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的数据全部来自一个数据库，使得多个独立用户可以同时为一个产品的造型而工作。换言之，在整个设计过程中的任何一处发生参数改动，可以反应至整个设计过程的相关环节，此种功能称之为全相关。举例来说，如果二维工程图有所改变，零件的三维模型会相应改变，NC加工路径也会自动更新。单

12、一数据库技术和全相关功能，为并行工程的实施提供了一个很好的软件平台。2 基于Pro/E的液压泵变量活塞零件的三维建模2.1 建立零件的毛坯模型在工具栏中点击“新建”按钮，出现新增对话框，在类型下选取“零件”并取名“maopei”。单击“确定”按钮，进如草绘环境界面，如图2-1 。单击菜单管理器上（如图2-2）的“特征”、“创建”、“加材料”、“旋转”、“完成”、“完成”，选“Top平面”、“正向”、“缺省”，依次在菜单管理器中单击“360”、“完成”，最后在伸出项：旋转对话框中单击“确定”，完成的三维实体模型如图2-3：图2-1 草绘环境界面 图2-2 菜单管理器 图2-3 创建的毛坯2.2

13、零件的三维建模第一步： 新建文件单击窗口上部工具栏中的“创建新对象”按钮，打开新建对话框，在名称栏中输入“Huosai”作为文件名，单击“确定”按钮，打开“新文件”选项，进入草绘环境界面，如图2-4所示。 图2-4 草绘环境界面第二步：以拉伸方式创建加材料特征在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“加材料”、“旋转”、“完成”、“单侧”、“完成”后，点Top平面，再单击“正向”、“缺省”，进入二维草图绘制界面，如图2-5所示。 图2-5 绘制草绘图 图2-6 创建的圆柱面特征然后点击，在菜单管理器当中依次单击“360”、“完成”、“确定”后，完成的模型如图2-6。第三步：以旋转方式创建切

14、减材料特征槽（1）在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“旋转”、“完成”，接受缺省选项，选Top平面，再点击“正向”、“缺省”，进入二维草图绘制界面，绘制草绘图。点击，在菜单管理器当中点击“360”、“完成”，再从切剪：旋转对话框中点击“缺定”按钮。（2）复制槽：在菜单管理器当中依次点击“复制”、“移动”、“完成”，选取平移的特征后，点击“完成”、“平移”、“曲线/边/轴”，用查询方式选取A-1（轴）：F5（伸出项），点击查询列表中“接受”按钮，再点击“反向”、“正向”。从草绘界面输入偏距距离为5，点击，在菜单管理器当中依次点击“完成”、 “移动”、 “完成”，从组元素对

15、话框中点击“确定“按钮。（3）阵列槽：在菜单管理器当中依次点击“阵列”， 选取上一次复制的特征后，点击“完成”，在草绘环境界面中输入尺寸增量5，点击“完成”，完成小外圆处的槽如图2-7。 图2-7 创建的小外圆槽特征 图2-8创建的大外圆槽特征（4）以同样的方式创建大外圆处的槽，完成的特征如图2-8。 第四步：以旋转方式创建切减材料特征孔22孔在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“旋转”、“完成”，接受缺省选项，选Top平面，再点击“正向”、“缺省”，进入二维草图绘制界面，绘制草绘图。点击 ，在菜单管理器当中依次单击“正向”、“360”、“完成”后，在切剪：旋转对话框中点

16、击“确定”按钮，创建的特征如图2-9。 图2-9创建的22孔特征 图2-10 创建的平面C特征第五步：以拉伸方式创建切减材料特征平面 C。在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“旋转”、“完成”，接受缺省选项，选取直径为54的外圆的截面为草绘平面，再点击“正向”、“缺省”，进入二维草图绘制界面，绘制草绘图。，在菜单管理器当中依次单击“正向”、“至曲面”、“完成”， 选取直径为55的外圆的右段截面，创建的特征如图2-10。第六步：以拉伸方式创建切减材料特征7.7平面在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“拉伸”、“完成”，接受缺省选项，再点击“完成”、“产

17、生基准”、“偏距”、选取Front为参考平面，绘制草绘图。，在菜单管理器当中依次单击“正向”、“完成”，输入值7.7。在切剪：拉伸对话框中点击“确定”按钮，创建的特征如图2-11。图2-11 创建的特征7.7平面 图2-12 绘制M5-6H底孔草绘图第七步：以拉伸方式创建切减材料特征M5-6H孔在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“拉伸”、“完成”，接受缺省选项，再点击“完成”，选取7.7平面，点击“正向”、“缺省”，进入二维草图绘制界面，绘制草绘图如图2-12所示。，在菜单管理器当中点击“完成”，输入深度值12，在切剪：拉伸对话框中点击“确定”按钮，创建的特征如图2-1

18、3。图2-13 创建特征M5-6H底孔 图2-14 创建特征M5-6H 第八步：以螺旋扫描方式创建螺纹特征在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“切减材料”、“高级”、“完成”、“ 螺旋扫描”、“完成”，接受缺省选项，再点击“完成”、“产生基准”、“穿过”、“A-11轴”、“完成”、“正向”， 进入二维草图绘制界面，绘制草绘图。，输入节距值为1，绘制草绘图。，在菜单管理器当中点击“正向”，在切剪：螺旋扫描对话框中点击“确定”按钮，创建的特征如图2-14。第九步：以旋转方式创建切减材料特征孔25孔旋转对话框中点击“确定”按钮，创建的特征如图2-15。图2-15 创建25孔 图2-16创建活

19、塞零件 第十步：进行倒角在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“边”、“45d”，输入倒角尺寸为1，点击，再选取倒角的边，点击倒角对话框中“确定”按钮，完成的模型如图2-16。上述是完成的产品即是变量活塞，完成这个零件要分十步。可以知道在Pro/E当中如何绘制这种零件的。它可以带来很多方便，也很形象让人知道实体是怎么来的。第十一步：创建剖视图在菜单管理器当中依次单击“特征”、“创建”、“偏距”、“完成”输入截面名称A，创建的截面如图2-17。同理也要创建截面名称B，创建的截面如图2-18。图2-17 A截面 图2-18 B截面 第十二步：进入工程图模式在工具栏上点击“新建”、“绘图”、输

20、入名称“Huosai”，再点击“确定”。 在新制图对话框中如图2-19，在缺省模型中点“浏览”选中刚创制的“HUOSAI. PRT”，在指定模版中点击“空”，在标准大选A4。单击“确定”，进入工程图模式如图2-20。 图2-19 新制图对话框 图2-20菜单管理器第十三步：创建三视图 （1）在菜单管理器当中依次单击“视图”、“增加视图”、“截面”、“部分视图”、“完成”，接受其它缺省选项，再点击“完成”，在定位对话框中选取参照1：水平轴，单击“确定”，选取截面名称A，单击“完成”，在窗口图框内的左上角单击，放置视图。（2）在菜单管理器当中依次单击“增加视图”、“截面”、“部分视图”、“完成”，

21、接受其它缺省选项，再点击“完成”， 选取截面名称B，单击“完成”，在窗口图框内的右上角单击，放置视图。（3）在菜单管理器当中依次单击“增加视图”、“投影”、“完成”，在绘图区域中选择绘制的视图的中心点将出现俯视图。（4）在菜单管理器当中依次单击“增加视图”、“一般”、“完成”，在绘图区域中选择绘制的视图的中心点将出现三维模型图。最后创建的工程图如图2-21：图2-21 创建的三视图3 液压泵变量活塞零件的工艺规程设计3.1 零件的分析3.1.1 零件的作用液压泵变量活塞是一个很重要的零件。它的加工要求较高，尤其两外圆的精度很高，既要保证间隙0.015mm0.025mm，又要保证与件701相配合

22、。活塞两端的截面积不等，由P=FS知,缸内油的压强通过活塞来控制,进而调节油的流量,而七槽用于减少油的摩擦及挤压.3.1.2 零件的工艺分析由液压件厂加工的要求,材料是40Cr,该材料是合金调质钢,调质后强度比碳钢高,用于制造在重载荷作用下同时受冲击载荷作用的一些重要零件,要求零件具有高强度、高韧性相结合的良好综合性能。该零件的主要加工表面有：55外圆、40外圆、54外圆、39外圆、25孔、7.7平面及平面C。55外圆与40外圆圆柱度都为0.0025mm，55外圆与40外圆轴心线的同轴度为0.006mm，且两端保证间隙0.015mm0.025mm，保证与件701相配合；55外圆与40外圆要求经

23、济精度公差等级为IT6，经济粗糙度Ra值为0.1mm；22孔与25孔钻孔后要求有退刀槽，以保证加工精度，不留毛刺。3.2 工艺规程设计 3.2.1 确定毛坯的制造形式和机械加工余量根据零件材料确定为锻件，生产纲领为中批量生产。毛坯锻造方法选用模锻件，是在锻锤或压力机上通过专用锻模而锻制成形的锻件。它的的精度和表面质量均比自由锻造好，可以使毛坯形状更接近工件形状，加工余量小。同时由于模锻件的材料纤维组织分布好，锻制件的机械强度高。而且模锻件的生产效率高，需要专用的模具，因此，主要适用于批量较大的中小型零件。由参考文献1表2.3-5，用查表法确定各表面的总余量如表2-1所示。 表2-1加工表面总余

24、量（mm）加工表面基本尺寸加工余量值A面轮廓尺寸2504B面轮廓尺寸55外圆55554外圆5439外圆3940外圆40由参考文献1表2.3-9可得锻件的主要尺寸的公差如表2-2所示。 表2-2 主要毛坯尺寸（mm）主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸254605944453.2.2 基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分。零件开始加工时，所有面均未加工，只能毛坯面作定位基准。这种以毛坯面作定位基准的称为粗基准；以后加工必须以加工的表面作定位基准，以加工的表面作定位基准的称为精基准。3.2.2.1 精基准的选择原则 选择精基准时，重点考虑是如何减少工件的定位误差，保证工件的加工精度，同时，也要考虑工

25、件装卸方便、夹具结构简单，一般遵守下列原则：（1） 基准统一的原则（2）基准重合原则（3）自为基准原则（3）互为基准原则（4）装夹方便原则以上几项原则，每项原则只能说明一个方面的问题，理想的情况是使基准既“重合”又“统一”。同时又能使定位稳定、可靠，操作方便，夹具结构简单。但实际运用中往往出现相互矛盾的情况，就要从技术和经济方面进行综合分析，抓住主要的矛盾，进行合理分析。因此，由液压泵变量活塞的加工要求及精度，应选两端面上的中心孔为精基准，符合基准重合原则，即轴心线作为设计基准，两端面上的中心孔为定位基准，遵循基准重合原则，同时，又较好的保证各个加工面的位置精度，各工序所用夹具定位方式统一，可

26、减少夹具的设计、制造工作量，遵循基准统一原则。3.2.2.2 粗基准的选择原则选择粗基准时，重点考虑如何保证加工面都能分配到合理的加工余量，保证加工面与不加工面的位置尺寸和位置精度，同时还要为后续工序提供可靠精基准。具体选择应遵循下列原则：（1） 为了保证零件各个加工面都能分配到足够的加工余量，应选加工余量小的面为粗基准。（2） 为了保证零件加工面与不加工面的相对位置要求，应选不加工面为粗基准。（3） 为了保证零件重要表面加工余量均匀，应选重要表面为粗基准。（4） 为了使定位可靠、稳定，应选毛坯尺寸和位置比较可靠平整光洁面作粗基准。（5） 粗基准应尽量避免重复使用，特别在同一尺寸方向上只允许装夹使用一次。 因此分析活塞零件的加工要求及精度，应选54外圆为粗基准，依次在两端车端面及打中心孔。3.2.3 制定工艺路线 根据各表面的加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：各外圆都需要粗车、精车、粗磨的加工方法，以达到经济粗糙度为0.1mm 的要求；