1、基于PRO/E的糖果包装机机械手产品造型设计【摘要】采用PRO/E三维产品设计软件，进行糖果包装机机械手产品造型总体设计，完成机械手零部件的3D造型、装配与运动仿真，为产品开发提供可靠的前提条件。【关键词】PRO/E机械手3D造型装配运动仿真1引言PRO/E软件是目前国内外三维设计领域使用最为广泛的CAD/CAM应用软件之一，具有强大的曲面和实体参数化造型功能，在产品的三维设计方面有很大优势。本文拟采用PRO/E软件，进行糖果包装机机械手零部件的3D造型、装配与运动仿真，为机械手的成功研发提供重要的平台，大大缩短研发周期，从而切实增强企业的市场竞争力。2糖果包装机机械手的总体设计21机械手装置
2、的工作原理机械手装置通过齿条轴轴向移动，使一对钳爪闭合或张开，可以抓紧或松开糖纸。滑动齿轮与扭结轴是键链接，滑动齿轮在另外的齿轮带动下会旋转，因而带动扭结轴转动，于是钳爪转动致使糖纸扭结。因在扭结过程中纸的长度缩小，所以滑动齿轮须有轴向位移，补偿在扭结过程中纸的长度变化。22机械手装置的总体设计图机械手装置的总体设计图，如图1所示。1机械手装置的零件明细表，如表1所示。表1机械手装置的零件明细表项目零件代号材料数量备注1橡胶垫工业橡胶22钳爪ZG352M15，Z7，A203小轴Q23524齿条轴451M15，Z6，A205扭结轴4516滑动齿轮40CR1M15，Z32，A207滑轮40CR18
3、弹簧65MN1旋向右，有效圈N6，总圈数N185，展开长L4039弹簧座Q235110铜套HMN582111开口销GB/T912512312六角螺母GB/T61721M20113平键GB/T1096A4414114开槽沉头螺钉GB/T68M3843机械手主要零件3D造型31件2钳爪3D造型件2钳爪的造型设计最为复杂，包含不完整齿轮、夹持面和连接部位。图1机械手装置的总体设计图2由于齿轮是标准件，所以可直接在标准件库中选用，修改其参数即可，也可以采用参数化方法创建齿轮，后者难度稍大；然后采用拉伸特征工具，完成夹持面和连接部位的造型；最后在夹持面上采用孔特征工具，开设2个螺纹孔。件2钳爪3D造型，
4、如图2所示。32件4齿条轴3D造型使用拉伸、旋转等特征工具完成件4齿条轴的整体造型，再利用参数化方法创建齿条造型。件4齿条轴3D造型，如图3所示。33件5扭结轴3D造型使用拉伸、旋转、倒角、修饰螺纹等特征工具完成件5扭结轴的整体造型。件5扭结轴3D造型，如图4所示。34件6滑动齿轮3D造型利用参数化方法创建齿轮造型，再使用拉伸等特征工具完成件6滑动齿轮其他部位的造型。件6滑动齿轮3D造型，如图5所示。图2件2钳爪3D造型图3件4齿条轴3D造型图4件5扭结轴3D造型335其他零件3D造型使用拉伸、旋转、倒角、螺旋扫描、阵列、镜像等工具，完成除标准件以外的其他零件3D造型。如图6所示。4机械手的仿
5、真装配41装配件10铜套根据糖果包装机机械手的工作原理可以得出件10铜套是相对固定的，所以最先导入件10铜套，设置其属性为“缺省”。图5件6滑动齿轮3D造型图6其他零件3D造型（A）件1橡胶垫（B）件3小轴（C）件7滑轮（D）件8弹簧（E）件9弹簧座（F）件10铜套442装配件5扭结轴装配件5扭结轴采用“圆柱”约束。如图7所示。件5扭结轴与件10铜套的中心轴重合；件5与件10之间存在平移，设置平移的距离为32MM；件5与件10之间存在旋转。43装配件6滑动齿轮装配件6滑动齿轮的约束关系为“插入、对齐、配对”。如图8所示。44装配件12六角螺母、件13平键依次装配件12六角螺母和件13平键。45
6、装配件2钳爪件2钳爪与件5扭结轴之间是通过一个销链接来实现抓取与松开的，在建立约束的时候需要把销钉的作用移驾到钳爪与扭结轴之间。所以件2钳爪的装配采用“销钉”约束。如图9所示。件2钳爪的旋转角度要设置合理，防止产生干涉。相同方法完成另一个钳爪的装配。46装配件4齿条轴装配件4齿条轴采用“滑动杆”约束。如图10所示。图7装配件5扭结轴图8装配件6滑动齿轮5件4齿条轴的中心轴与件5扭结轴的中心轴重合；件4的上端面与件5的上端面平行；件4的前端面与件5的前端面的移动距离是020MM。47装配其他零部件完成件1橡胶垫、件7滑轮、件8弹簧、件9弹簧座、件3小轴、件11开口销、件14开槽沉头螺钉的装配。糖
7、果包装机机械手的最终装配效果图，如图11所示。5机械手运动仿真与动画机械手装配完成后，进入机构模式，进行运动仿真与动画制作。图9装配件2钳爪图10装配件4齿条轴图11机械手装配效果图651创建齿轮副连接为实现齿条轴轴向移动，一对钳爪闭合或张开，从而可以抓紧或松开糖纸，需要创建2对齿轮副连接。在2个钳爪之间建立第1对齿轮副连接，使用连接类型为“一般”，如图12所示；在钳爪和齿条之间建立第2对齿轮副连接，使用连接类型为“齿条与小齿轮”，如图13所示。52创建伺服电动机机械手总共需要5个电动机带动齿轮齿条运动去控制其整个运动。定义5个电动机的功能如下所示（1）电机1驱动机械手向前运动，运行时间为2S
8、。总行程为32MM，故设置A16MM/SEC。具体设置如图14所示。图12第1对齿轮副连接图13第2对齿轮副连接图14定义电动机17（2）电机2驱动机械手闭合，夹紧糖果包装纸，运行时间15S。单爪张开角度为30，故设置A20DEG/SEC。（3）电机3驱动机械手旋转，扭转糖果包装纸，运行时间4S。旋转角度为360，故设置A90DEG/SEC。（4）电机4驱动机械手张开，松开糖果包装纸，运行时间为15S。具体设置与电动机2相同，注意运动轴方向相反。（5）电机5驱动机械手收回运动，运行时间为2S。具体设置与电动机1相同，注意运动轴方向相反。53创建弹簧机械手实现运动仿真还需创建弹簧，设置弹簧参数如
9、图15所示。54分析并运行，保存动画单击“机构分析”按钮，将机械手运动的初始位置进行快照截图SNAPSHOT1，设置终止时间为114S，再逐一设置每个电动机运行的开始和终止时间，具体设置如图16所示。图15设置弹簧参数8单击“运行”按钮，实现运动仿真。单击“回放”按钮，进行动画捕获，格式设置为MPEG，保存动画。如图17所示。6结论（1）本文对糖果包装机机械手产品造型进行了总体设计，完成了机械手零部件的3D设计、装配与运动仿真，从而为产品开发提供了可靠的前提条件。图17动画捕获设置图16分析定义电动机运行时间9（2）用PRO/E软件全局为先的设计理念进行新产品开发，先确定产品的总体结构再详细设
10、计零部件，使设计过程更趋于合理化。（3）设计直接从三维角度观察、分析问题，避免了二维设计的一些弊端（如装配干涉检测不直观，空间想象不够等），大大提高了设计效率。（4）利用虚拟装配模型来表现物理样机，缩短了产品开发周期，也大幅度降低了成本。（5）虽然利用PRO/E软件给设计带来方便，但加工精度、装配顺序等与实际操作并不完全相同，所以在设计过程中一定要结合实际操作来考虑，这样才能使设计过程更顺利、更合理。参考文献1赵淳王英玲PRO/EWILDFIRE50实用教程M北京清华大学出版社，201212陈立德机械设计基础（第2版）北京高等教育出版社，20043曹岩PRO/ENGINEERWILDFIRE30机械设计实例精解M北京机械工业出版社，200784温建民任倩于广滨PRO/EWILDFIRE30三维设计基础与工程范例M北京清华大学出版社，200855LIUDAZHILIUMEIZHONGPEISIMETHODOFPRODUCTDEVELOPMENTPROCESSANALYSISANDREENGINEERINGFORCONCURRENTENGINEERINGJOURNALOFMATERIALSSCIENCEFORUM，2004
