精密車床主軸計算機輔助設(shè)計

1、精密車床主軸計算機輔助設(shè)計摘要：將普通車床主軸運動機構(gòu)視為由四個軸組成，每 個軸視為分別裝有齒輪和軸承等零件的一個子結(jié)構(gòu)的裝配 體，利用pro/e分別建立各子結(jié)構(gòu)的三維實體模型，通過 對各子結(jié)構(gòu)裝配實現(xiàn)對整個車床主軸傳動的三維建模，利 用pro/e軟件的mechanism模塊對整個機構(gòu)進行運動學(xué) 分析和運動仿真。既保證了車床主軸傳動的準確性，也大大 提高了設(shè)計效率。利用該方法可以使得設(shè)計人員快速、直觀 的對普通車床主軸運動機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，降低機床的研發(fā) 成本，提高機床的可靠性。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；虛擬裝配；仿真key words :lathe ； modelling design ； virtualassembly； simulation中圖分類號：tg519. 1文獻標識碼：a文章編號：1006-4311 (2013) 01-0030-030引

5、言普通車床盡管已經(jīng)是一個比較成熟的產(chǎn)品，但是隨著科 技的不斷進步，降低產(chǎn)品成本，工程設(shè)計人員必須不斷的對 它的機械結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。隨著信息技術(shù)和計算機軟件的不斷 發(fā)展，仿真軟件可以提前告知我們所設(shè)計的產(chǎn)品是否結(jié)構(gòu)相 對合理，尺寸是否存在干涉等。本設(shè)計就是基于pro/e軟件 對車床的主軸部分進行計算機輔助設(shè)計，以達到我們預(yù)期的 設(shè)計目標。1三維實體建模的過程在pro/e中，各個特征是有一定的父子關(guān)系的，一個三 維實體模型就是由數(shù)量眾多的特征以“搭積木”的方式組 織起來的，設(shè)計者可以直接從模型樹中選擇特征修改，提高 了設(shè)計效率，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。三維實體建模過程如下：

6、在基礎(chǔ)實體特征上添加鍵槽、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) 實體特征；靈活選用標注和約束參照，繪制二維草繪設(shè)計 圖。2關(guān)鍵零件的三維實體建模對齒輪的各個參數(shù)設(shè)計完成后，利用機械零件設(shè)計的基 本知識，在建立好的齒頂圓基礎(chǔ)上拉伸實體，然后草繪基圓 弧線，使用“關(guān)系”參數(shù)驅(qū)動生成漸開線，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)動基準圓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主軸箱的運動模型裝配機構(gòu)運動分析模塊是pro/e中各個零件通過裝配模塊組 裝成一個完整的機構(gòu)以后，設(shè)計師在pro/e中直接啟動該模 塊，根據(jù)設(shè)計意圖定義機構(gòu)中的連接，

10、設(shè)置伺服電動機，然 后運行該機構(gòu)，觀察機構(gòu)的整體運動軌跡和各零件之間的相 對運動，以檢測機械的干涉情況。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，使兩個齒面嚙 合后，再將“凸輪”連接刪除，然后在傳遞轉(zhuǎn)矩的兩個齒輪 間設(shè)置“齒輪”連接，同時輸入節(jié)圓直徑，這樣齒輪的裝配就気整了 o4定義伺服電動機 伺服

11、電動機可以為機構(gòu)提供驅(qū)動。通過伺服電動機可以 實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)及平移運動。在總裝配中，把伺服電動機設(shè)置于與 離合器連接接受電傳動傳遞轉(zhuǎn)矩的主動軸上，通過"輪廓選 項卡”能夠指定伺服電動機的位置、速度和加速度設(shè)置電動 機參數(shù)。設(shè)置參數(shù)如圖4、圖5所示。5運行機構(gòu)點擊“機構(gòu)分析”按鈕后，在這里可以設(shè)置運動分析時 間，仿真運動播放速度，電動機選擇等。在pro/mechanism中測量對模型各種運動參數(shù)進行測 量，如不符合要求，則重新建立模型，再次進行仿真、分析, 直至模型達到設(shè)計要求為止。由仿真、分析結(jié)果進行改進再仿真，直至達到設(shè)計要求, 接著進行各部分功能細化，機床樣機主軸最終定型。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) 計的周期，達到了優(yōu)化設(shè)計的目的。特性的仿真分析而不用 投入大量的人力、財力，直接在數(shù)字化模型上進行各種運動 及材料進行產(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)對簡化機床 主軸箱設(shè)計起到了事半功倍的效果，最終實現(xiàn)了對主軸箱樣 機的設(shè)計。參考文獻：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.計算機應(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