基于Pro/E的軸承架翻轉(zhuǎn)式鉆模設(shè)計(jì)*

郭永環(huán) 范希營(yíng)

（江蘇師范大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇徐州221116）

專用夾具是一種為中等批量及其以上生產(chǎn)的某一工件的某一工序而設(shè)計(jì)的工藝裝備。由于Pro/E是一套設(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程自動(dòng)化的機(jī)械軟件，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能，能方便地得到任何實(shí)體的幾何參數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及任意截面的截面力學(xué)性能等，能夠良好地適應(yīng)新夾具的設(shè)計(jì)與開發(fā)。為此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者將Pro/E軟件應(yīng)用到專用夾具設(shè)計(jì)中。劉冬梅，陳冰冰［1］基于Pro/E進(jìn)行組合夾具設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中存在的缺陷，保證工件的加工精度和提高經(jīng)濟(jì)效益。馬國(guó)城［2］利用Pro/E軟件建立了電容器氧化處理夾具零件的實(shí)體模型，并在此基礎(chǔ)上完成夾具機(jī)械結(jié)構(gòu)的虛擬裝配和干涉檢驗(yàn)，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。陳浩［3］就Pro/E在計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)中的新應(yīng)用進(jìn)行了一定的研究和探索，并設(shè)計(jì)了液壓泵上體3個(gè)階梯孔的花盤式車床專用夾具。方坤禮，蔣曉英［4］基于Pro/E軟件，以加工托架斜孔的分度鉆模為例分析了計(jì)算機(jī)輔助虛擬裝配的整個(gè)過程，達(dá)到快速設(shè)計(jì)機(jī)床專用夾具的目的。Ras Mathew Y，Gowtham J［5］基于Pro/E軟件設(shè)計(jì)了用于鏈輪的鉆孔及锪孔夾具，大大降低了生產(chǎn)成本。Zhao，PeiFeng，Wei Jian［6］運(yùn)用Pro/E軟件，對(duì)專用夾具的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。經(jīng)查閱文獻(xiàn)，尚未發(fā)現(xiàn)將Pro/E軟件應(yīng)用到翻轉(zhuǎn)式鉆模設(shè)計(jì)中。本文將以軸承架為例，基于Pro/E軟件設(shè)計(jì)用于加工軸承架上的相互垂直的表面上的7個(gè)孔的翻轉(zhuǎn)式鉆模。

1 軸承架建模

軸承架零件是機(jī)械中常見的一種零件，通常起支承作用，它的應(yīng)用范圍很廣。由于軸承架的功用不同，零件的結(jié)構(gòu)和尺寸有著很大的差異，但結(jié)構(gòu)上仍有共同特點(diǎn):零件的主要表面精度要求較高，零件由內(nèi)孔、外圓、凸臺(tái)等表面構(gòu)成。圖1所示軸承架零件的材料為HT200，由于年產(chǎn)量為4 000件，顯然要設(shè)計(jì)夾具以提高生產(chǎn)率。圖2為軸承架的三維立體圖。

2 定位、夾緊及導(dǎo)向方案確定

2.1 定位方案確定

本文設(shè)計(jì)的是用于加工上表面的3個(gè)孔以及右端面的4個(gè)孔的鉆模。以φ58 mm內(nèi)圓、φ25 mm內(nèi)圓以及上端面為定位基準(zhǔn)，定位元件分別是與上端面接觸的支承板（限制3個(gè)自由度），與φ58 mm內(nèi)圓配合的短圓柱銷（限制2個(gè)自由度），與φ25 mm內(nèi)圓配合的菱形銷（限制1個(gè)自由度，即限制工件的轉(zhuǎn)動(dòng)），則軸承架被限制了6個(gè)自由度，屬完全定位。工序圖如圖3所示。

2.2 夾緊方案確定

采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，增力比大自鎖性能好。為提高其工作效率，墊圈采用開口墊圈。

2.3 導(dǎo)向方案確定

2－φ14 mm孔的表面粗糙度Ra為25 μm，加工精度要求不高，鉆孔就可達(dá)到要求，考慮到夾具的精度要高些，選用固定鉆套（A14×28 JB/T 8045.1－1999）。2－M12－7H螺紋孔需要進(jìn)行鉆、攻工步才能滿足7級(jí)精度的要求。為提高生產(chǎn)效率選用快換鉆套（鉆孔用鉆套:10.2F7×18k6×28 JB/T 8045.3 －1999，攻螺紋用鉆套:12F7×18k6×28 JB/T 8045.3－1999）進(jìn)行導(dǎo)向，且快換鉆套與鉆套襯套（A18×28 JB/T 8045.4－1999）配合。

3 軸承架翻轉(zhuǎn)式鉆模模擬裝配

一一創(chuàng)建工件的實(shí)體模型以及定位元件、夾緊元件、導(dǎo)向元件、夾具體的實(shí)體模型后，按照一定的裝配順序進(jìn)行模擬裝配:在夾具體上安裝支承板、短圓柱銷及定位銷，對(duì)軸承架進(jìn)行定位，然后安裝夾緊元件、鉆模板、鉆套。裝配完成后，用analysis命令檢查夾具各元件在裝配體中的靜態(tài)空間位置的相交性，以及各元件在裝配過程的空間上的幾何干涉性，以便及時(shí)糾正模擬裝配中存在的問題。圖4為軸承架裝配立體圖，其中（a）圖為裝配爆炸圖，從中可以看出定位元件、夾緊元件、夾具體和工件間的相對(duì)位置，便于工人裝配夾具。（b）圖為加工上表面3個(gè)孔夾具，當(dāng)加工右端面4個(gè)孔時(shí)，只要將（b）圖所示夾具位置翻轉(zhuǎn)90°即可，保證了孔系間的位置精度要求，而且避免了由于多次裝夾而產(chǎn)生的定位誤差。

4 結(jié)語

（1）應(yīng)用Pro/E軟件進(jìn)行鉆模設(shè)計(jì)，可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

（2）Pro/E軟件不但可以設(shè)計(jì)鉆床夾具，而且還可以設(shè)計(jì)其他類型的夾具。

（3）一套鉆模可以加工相互垂直的表面上的孔，提高了生產(chǎn)效率，減少了重復(fù)定位而產(chǎn)生的誤差。

［1］劉冬梅，陳冰冰.基于Pro/E的組合夾具設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33（9）:129 －131.

［2］馬國(guó)城.基于虛擬制造技術(shù)的電容器氧化處理夾具的研究［D］.太原:中北大學(xué)，2011.

［3］陳浩.Pro/E在計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)中的新應(yīng)用［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2010，32（3）:22 －24.

［4］方坤禮，蔣曉英.基于Pro/E的機(jī)床夾具虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)研究［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2009，31（3）:22 －24.

［5］Ras Mathew Y，Gowtham J.Design and fabrication of work holding device for drilling and spot facing of bucket wheel excavator teeth［C］.Proceedings of the International Conference on Frontiers in Automobile and Mechanical Engineering，2010.

［6］Zhao PeiFeng，Wei Jian.The research on design method of special fixture based on Pro/engineer［C］.2011 International Conference on System Science，Engineering Design and Manufacturing Informatization，2011.