精密車床主軸計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

1、精密車床主軸計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)摘要：將普通車床主軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)視為由四個(gè)軸組成，每 個(gè)軸視為分別裝有齒輪和軸承等零件的一個(gè)子結(jié)構(gòu)的裝配 體，利用pro/e分別建立各子結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型，通過 對(duì)各子結(jié)構(gòu)裝配實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)車床主軸傳動(dòng)的三維建模，利 用pro/e軟件的mechanism模塊對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué) 分析和運(yùn)動(dòng)仿真。既保證了車床主軸傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，也大大 提高了設(shè)計(jì)效率。利用該方法可以使得設(shè)計(jì)人員快速、直觀 的對(duì)普通車床主軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低機(jī)床的研發(fā) 成本，提高機(jī)床的可靠性。abstract： it is assumed that the lathe spindle movement me

2、chanism is composed of 4-axis each axis is considered as a sub-structure of the assembly separately equipped with gears and bearings and other parts. 3d entity model of these simple substructures are es tablished respectively using pro-engineer, all simple substructures are assembled to a 3d entity

3、model of the lathe spindle drive the entire structure kinetic and simulation is studied by using mechanism module in the proe, not only to ensure the accuracy of the lathe spindle drive, but also to grea.tly improve the efficiency of the design. using the above method, the lathe spindle designers ca

4、n optimize the kinematic mechanism in shaping machine rapidly and intiutively, to reduce the costs of research and innovation and improve machine reliability.關(guān)鍵詞：普通車床；模塊化設(shè)計(jì)；虛擬裝配；仿真key words :lathe ； modelling design ； virtualassembly； simulation中圖分類號(hào)：tg519. 1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1006-4311 (2013) 01-0030-030引

5、言普通車床盡管已經(jīng)是一個(gè)比較成熟的產(chǎn)品，但是隨著科 技的不斷進(jìn)步，降低產(chǎn)品成本，工程設(shè)計(jì)人員必須不斷的對(duì) 它的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件的不斷 發(fā)展，仿真軟件可以提前告知我們所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否結(jié)構(gòu)相 對(duì)合理，尺寸是否存在干涉等。本設(shè)計(jì)就是基于pro/e軟件 對(duì)車床的主軸部分進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，以達(dá)到我們預(yù)期的 設(shè)計(jì)目標(biāo)。1三維實(shí)體建模的過程在pro/e中，各個(gè)特征是有一定的父子關(guān)系的，一個(gè)三 維實(shí)體模型就是由數(shù)量眾多的特征以“搭積木”的方式組 織起來的，設(shè)計(jì)者可以直接從模型樹中選擇特征修改，提高 了設(shè)計(jì)效率，這些特征及其之間的父子關(guān)系均在模型樹中統(tǒng) 一顯示。三維實(shí)體建模過程如下：

6、在基礎(chǔ)實(shí)體特征上添加鍵槽、軸孔、倒角、修剪等修 飾特征；使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、復(fù)制以及陣列等方法創(chuàng)建基礎(chǔ) 實(shí)體特征；靈活選用標(biāo)注和約束參照，繪制二維草繪設(shè)計(jì) 圖。2關(guān)鍵零件的三維實(shí)體建模對(duì)齒輪的各個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，利用機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基 本知識(shí)，在建立好的齒頂圓基礎(chǔ)上拉伸實(shí)體，然后草繪基圓 弧線，使用“關(guān)系”參數(shù)驅(qū)動(dòng)生成漸開線，在“可變剖面掃 描”環(huán)境中，鏡像后，切出齒槽部分生成單側(cè)齒面，最后建 立“關(guān)系”即可在輸入齒輪主要參數(shù)的形式下生成不同齒 數(shù)的齒輪，最后陣列前面所做操作，即可得到齒輪。2. 1輸入斜齒輪主要參數(shù)pressure-angle （壓力角）beta=hel ix-angle （螺旋角

7、）face_width number （齒輪寬）pressure_angle number （壓力角）module number （模數(shù)）tooth_number number （齒數(shù)）2. 2間接生成的主要參數(shù)部分df二dam_pitch-1. 157*modu-le （齒根圓直徑）da=dam_pitch+1 module (齒頂圓直徑)tooth_thick_on_pitch 二circular_pitch/2circular_pitch = pi*module (齒距)db二dam_pitch*cos (pressure_angle)(基圓直徑)d=tooth_number*modul

8、e ；(節(jié)圓直徑)ang_t00th_space=360/t00th_number-ang_tooth_thang_tooth_thick=tooth_thick_on_base/dam _base*360/ (2*pi)tooth_thick_on_base二dam_base*( toothe_thick_on_pitch/ (dam_pitch) +inv_phi)inv_phi=tan(pressure_angle) -pressure.angle*2*pi/3602.3漸開線方程笛卡爾坐標(biāo)系漸開線方程：r=db/2theta二t*45x二r*cos (theta) +r*sin (th

9、eta) *theta*pi/180y二r*sin (theta) -r*cos (theta) *theta*pi/180z 二02.4以關(guān)系驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)圓ha= (hax+x) *mn (齒頂高)hf= (hax+cx-x) *mn (齒根高)d二mn*z/cos (beta)da二d+2*haalpha二atan (tan (alpha) /cos (beta)(壓力角)db=d*cos (alpha_t)df二d-2*hf 3主軸箱的運(yùn)動(dòng)模型裝配機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模塊是pro/e中各個(gè)零件通過裝配模塊組 裝成一個(gè)完整的機(jī)構(gòu)以后，設(shè)計(jì)師在pro/e中直接啟動(dòng)該模 塊，根據(jù)設(shè)計(jì)意圖定義機(jī)構(gòu)中的連接，

10、設(shè)置伺服電動(dòng)機(jī)，然 后運(yùn)行該機(jī)構(gòu)，觀察機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動(dòng)軌跡和各零件之間的相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，以檢測(cè)機(jī)械的干涉情況。3. 1連接的設(shè)置連接的建立過程需要配合"約束”取 限制主體的某些自由度，而常規(guī)的裝配則限制了原組建所有 的自由度。如圖1所示。剛性：6個(gè)自由度被完全限制，受 剛性連接的元件屬于同一主體。3.2齒輪連接設(shè)置齒輪裝配是以軸的位置定位的，所 以齒輪齒面的嚙合面并不確定，故首先設(shè)置齒輪的嚙合面， 這里是利用間接連接，先使用“凸輪”連接，使兩個(gè)齒面嚙 合后，再將“凸輪”連接刪除，然后在傳遞轉(zhuǎn)矩的兩個(gè)齒輪 間設(shè)置“齒輪”連接，同時(shí)輸入節(jié)圓直徑，這樣齒輪的裝配就気整了 o4定義伺服電動(dòng)機(jī) 伺服

11、電動(dòng)機(jī)可以為機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動(dòng)。通過伺服電動(dòng)機(jī)可以 實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)及平移運(yùn)動(dòng)。在總裝配中，把伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)置于與 離合器連接接受電傳動(dòng)傳遞轉(zhuǎn)矩的主動(dòng)軸上，通過"輪廓選 項(xiàng)卡”能夠指定伺服電動(dòng)機(jī)的位置、速度和加速度設(shè)置電動(dòng) 機(jī)參數(shù)。設(shè)置參數(shù)如圖4、圖5所示。5運(yùn)行機(jī)構(gòu)點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)分析”按鈕后，在這里可以設(shè)置運(yùn)動(dòng)分析時(shí) 間，仿真運(yùn)動(dòng)播放速度，電動(dòng)機(jī)選擇等。在pro/mechanism中測(cè)量對(duì)模型各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè) 量，如不符合要求，則重新建立模型，再次進(jìn)行仿真、分析, 直至模型達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。由仿真、分析結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)再仿真，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求, 接著進(jìn)行各部分功能細(xì)化，機(jī)床樣機(jī)主軸最終定型。如圖6 所示

12、。6小結(jié)本文借助pro/e的三維仿真技術(shù)，通過對(duì)數(shù)字化模型的 分析提早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷并加以修改，大大縮短了新產(chǎn)品設(shè) 計(jì)的周期，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。特性的仿真分析而不用 投入大量的人力、財(cái)力，直接在數(shù)字化模型上進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng) 及材料進(jìn)行產(chǎn)品試制，有效節(jié)約了生產(chǎn)成本?？傊?，從建立 模型、裝配到仿真分析的全過程，應(yīng)用仿真技術(shù)對(duì)簡(jiǎn)化機(jī)床 主軸箱設(shè)計(jì)起到了事半功倍的效果，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)主軸箱樣 機(jī)的設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)：l bollinger. j. gand geiger. g analysis of the static and dynamic behavior of lathe spindlesj, j.

13、 mach. tool ues. res, vol. 3, 2011, 193-209.2 yang m, park h. the prediction of cutting force in ball-end millingj. international journal of machine tools and manufacturing, 2010,31 (1 )： 4554.3 zhang yue technical english mechanical engineering .china machine press.2008： 1.4 薛東彬，陳興洲，王彥林.基于pro/e的滾珠絲杠參 數(shù)化設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，2009, (9).5 i nt erna tio nal journal on int erac tive design and manufacturing .springer paris, 2008： 1.6 nakahama computer aided design system and computer aided design program, applied mathematics an