基于Pro/E的轴承架翻转式钻模设计*

郭永环 范希营

（江苏师范大学机电工程学院，江苏徐州221116）

专用夹具是一种为中等批量及其以上生产的某一工件的某一工序而设计的工艺装备。由于Pro/E是一套设计至生产全过程自动化的机械软件，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能，能方便地得到任何实体的几何参数、转动惯量及任意截面的截面力学性能等，能够良好地适应新夹具的设计与开发。为此，国内外许多学者将Pro/E软件应用到专用夹具设计中。刘冬梅，陈冰冰［1］基于Pro/E进行组合夹具设计及结构分析，及时发现了设计中存在的缺陷，保证工件的加工精度和提高经济效益。马国城［2］利用Pro/E软件建立了电容器氧化处理夹具零件的实体模型，并在此基础上完成夹具机械结构的虚拟装配和干涉检验，大大缩短了产品开发周期。陈浩［3］就Pro/E在计算机辅助夹具设计中的新应用进行了一定的研究和探索，并设计了液压泵上体3个阶梯孔的花盘式车床专用夹具。方坤礼，蒋晓英［4］基于Pro/E软件，以加工托架斜孔的分度钻模为例分析了计算机辅助虚拟装配的整个过程，达到快速设计机床专用夹具的目的。Ras Mathew Y，Gowtham J［5］基于Pro/E软件设计了用于链轮的钻孔及锪孔夹具，大大降低了生产成本。Zhao，PeiFeng，Wei Jian［6］运用Pro/E软件，对专用夹具的设计方法进行了研究。经查阅文献，尚未发现将Pro/E软件应用到翻转式钻模设计中。本文将以轴承架为例，基于Pro/E软件设计用于加工轴承架上的相互垂直的表面上的7个孔的翻转式钻模。

1 轴承架建模

轴承架零件是机械中常见的一种零件，通常起支承作用，它的应用范围很广。由于轴承架的功用不同，零件的结构和尺寸有着很大的差异，但结构上仍有共同特点:零件的主要表面精度要求较高，零件由内孔、外圆、凸台等表面构成。图1所示轴承架零件的材料为HT200，由于年产量为4 000件，显然要设计夹具以提高生产率。图2为轴承架的三维立体图。

2 定位、夹紧及导向方案确定

2.1 定位方案确定

本文设计的是用于加工上表面的3个孔以及右端面的4个孔的钻模。以φ58 mm内圆、φ25 mm内圆以及上端面为定位基准，定位元件分别是与上端面接触的支承板（限制3个自由度），与φ58 mm内圆配合的短圆柱销（限制2个自由度），与φ25 mm内圆配合的菱形销（限制1个自由度，即限制工件的转动），则轴承架被限制了6个自由度，属完全定位。工序图如图3所示。

2.2 夹紧方案确定

采用螺旋夹紧机构，其结构简单，易于制造，增力比大自锁性能好。为提高其工作效率，垫圈采用开口垫圈。

2.3 导向方案确定

2－φ14 mm孔的表面粗糙度Ra为25 μm，加工精度要求不高，钻孔就可达到要求，考虑到夹具的精度要高些，选用固定钻套（A14×28 JB/T 8045.1－1999）。2－M12－7H螺纹孔需要进行钻、攻工步才能满足7级精度的要求。为提高生产效率选用快换钻套（钻孔用钻套:10.2F7×18k6×28 JB/T 8045.3 －1999，攻螺纹用钻套:12F7×18k6×28 JB/T 8045.3－1999）进行导向，且快换钻套与钻套衬套（A18×28 JB/T 8045.4－1999）配合。

3 轴承架翻转式钻模模拟装配

一一创建工件的实体模型以及定位元件、夹紧元件、导向元件、夹具体的实体模型后，按照一定的装配顺序进行模拟装配:在夹具体上安装支承板、短圆柱销及定位销，对轴承架进行定位，然后安装夹紧元件、钻模板、钻套。装配完成后，用analysis命令检查夹具各元件在装配体中的静态空间位置的相交性，以及各元件在装配过程的空间上的几何干涉性，以便及时纠正模拟装配中存在的问题。图4为轴承架装配立体图，其中（a）图为装配爆炸图，从中可以看出定位元件、夹紧元件、夹具体和工件间的相对位置，便于工人装配夹具。（b）图为加工上表面3个孔夹具，当加工右端面4个孔时，只要将（b）图所示夹具位置翻转90°即可，保证了孔系间的位置精度要求，而且避免了由于多次装夹而产生的定位误差。

4 结语

（1）应用Pro/E软件进行钻模设计，可以提高设计质量和设计效率。

（2）Pro/E软件不但可以设计钻床夹具，而且还可以设计其他类型的夹具。

（3）一套钻模可以加工相互垂直的表面上的孔，提高了生产效率，减少了重复定位而产生的误差。

［1］刘冬梅，陈冰冰.基于Pro/E的组合夹具设计及结构分析［J］.制造业自动化，2011，33（9）:129 －131.

［2］马国城.基于虚拟制造技术的电容器氧化处理夹具的研究［D］.太原:中北大学，2011.

［3］陈浩.Pro/E在计算机辅助夹具设计中的新应用［J］.制造业自动化，2010，32（3）:22 －24.

［4］方坤礼，蒋晓英.基于Pro/E的机床夹具虚拟设计技术研究［J］.制造业自动化，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.