畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）立式銑削五軸五聯(lián)動(dòng)加工中心設(shè)計(jì)

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1、提供完整版的各專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)， 目錄 第一章 概述-------------------------------- 1.1 課題研究?jī)?nèi)容---------------------- 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀---------------- 1.3 課題分工及簡(jiǎn)介--------------------- 第二章 技術(shù)支持及其發(fā)展趨勢(shì)---------------- 2.1 虛擬制造的應(yīng)用及發(fā)展------------- 2.2 相關(guān)軟件介紹--------------

2、------- 第三章 具體設(shè)計(jì)方案 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算--------------------- 3.2 造型設(shè)計(jì)------------------------- 第四章 裝配及其仿真 4.1 零件的裝配----------------------- 4.2 裝配仿真------------------------- 第五章 設(shè)計(jì)結(jié)論及參考文獻(xiàn)------------------- 第一章 概述 1.1 課題研究?jī)?nèi)容： 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是立式銑削五軸五聯(lián)動(dòng)加工中心，它具有較強(qiáng)的數(shù)控功能，可以加工各種復(fù)雜輪廓表面

3、的工件?？勺縻姟㈢M、鉆孔等加工，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。它可以實(shí)現(xiàn)五軸控制、五軸聯(lián)動(dòng)。主軸電機(jī)采用交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)主軸的自動(dòng)無(wú)級(jí)變速。它采用了自動(dòng)液壓拉松刀結(jié)構(gòu)，使刀具交換方便快捷。 這一部分主要是主軸頭的設(shè)計(jì)，主軸頭可沿X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)，并可繞A（B）、C軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，具有很大的靈活性，且加工性能好。安裝專用刀桿及附件，可以加工平面，斜面、螺旋面、溝槽、花鍵、弧形槽等等。通過轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸頭，機(jī)床可實(shí)現(xiàn)銑削空間前半球任意角度的加工它采用精密同步帶傳遞主傳動(dòng)，采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，該主軸頭具有較高剛度，主軸轉(zhuǎn)速變換范圍寬。主軸電機(jī)為28KW，采用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具可進(jìn)行高速度的強(qiáng)力

4、切削，主軸頭與滑枕作成分離式，便于用戶安裝拆卸。主傳動(dòng)采用變六變頻的無(wú)級(jí)調(diào)速，便于用戶選用適合的切削轉(zhuǎn)速和參數(shù)。 這次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)參數(shù)來源于桂林機(jī)床廠，主要參數(shù)見下： 主軸錐孔 40 GB3838.1-83 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 無(wú)級(jí) 主軸轉(zhuǎn)速范圍 0~10000 rpm 主軸轉(zhuǎn)數(shù)級(jí)數(shù) 無(wú)級(jí) 主電機(jī)功率 28KW 加工中心其它部分參數(shù)如下 工作臺(tái)面積 16004000 mm 工作臺(tái)T型槽 槽數(shù) 9 槽寬 22 mm

5、 槽距 160 mm 工作臺(tái)行程 縱向X 4000 mm 滑枕行程 橫向Y 2500 mm 垂向Z 1000 mm 滑枕進(jìn)給量范圍 縱向X 4000 mm 橫向Y 4000 mm 垂向Z 4000 mm A及C軸擺角 A 軸 100

6、 C 軸 180 A及C軸轉(zhuǎn)速 0~5 rpm 進(jìn)給電機(jī)扭矩 縱向X 39 Nm 橫向Y 26 Nm 垂向Z 26 Nm 機(jī)床體積（長(zhǎng)寬高） 940043003900 mm 機(jī)床凈重 38000 Kg 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀： 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心是功能強(qiáng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高的機(jī)床，它廣泛應(yīng)用于航天、航海、汽車等領(lǐng)域，在現(xiàn)代工業(yè)中有非常重要的應(yīng)用

7、價(jià)值。 在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心的開發(fā)過程中，自動(dòng)萬(wàn)能銑頭是關(guān)鍵技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)只有很少數(shù)幾個(gè)廠家正在開發(fā)和生產(chǎn)自動(dòng)萬(wàn)能銑頭，主要還處于搜集技術(shù)資料和研究階段。而國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家中，自動(dòng)萬(wàn)能銑頭已經(jīng)普遍應(yīng)用于立式和龍門式數(shù)控銑床以及數(shù)控加工中心。使銑床達(dá)到五軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四面體和五面體加工，可以大大提高銑床的自動(dòng)化水平和工藝范圍以及工作效率。研究開發(fā)五軸加工中心要求具有較高的性能技術(shù)指標(biāo)，不僅要具有多坐標(biāo)復(fù)雜曲面的加工功能，而且還要滿足高速度、高剛度和高精度的要求。而發(fā)達(dá)國(guó)家在進(jìn)出口技術(shù)含量高的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心方面，對(duì)我國(guó)進(jìn)行限制，因此，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心的研究開發(fā)是一個(gè)難度比較大的項(xiàng)目。

8、 在我國(guó)現(xiàn)在比較先進(jìn)的相關(guān)機(jī)床主要有： 沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)的HS-60臥式加工中心。主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)18 0O0r／min，快移速度高達(dá)60m／min，加速度達(dá)1g。 北京機(jī)床研究所的KT1300VB型立式加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)12000r／min,換刀時(shí)間為1.5s，快移速度為40m／min。 北京機(jī)電研究院的VMC750 II/VMC1000 II立式加工中心。它具有以下特點(diǎn)： 1） 先進(jìn)的設(shè)計(jì)，用CAD/CAM系統(tǒng)完成最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2） 高剛性結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)大件為鑄件，主要零部件經(jīng)有限元分析，確保高剛性。 3）主軸軸承采用進(jìn)口的油氣潤(rùn)滑裝置進(jìn)行油氣潤(rùn)滑。

9、 4）采用凸輪機(jī)械手換刀，換刀時(shí)間僅2s。 5） 刀庫(kù)容量24把。 6） 采用A2100或FANUC數(shù)控系統(tǒng)，也可按用戶需求選裝。 北京機(jī)電研究院的VMC750F/VMC750F II五軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心。它具有以下特點(diǎn)： 1）這種五軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心是在立式加工中心上配置可傾回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，可對(duì)各種空間立體型面進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)加工，特別適用于加工葉輪類零件，用于機(jī)械制造、航空航天、汽車、摩托車、模具等高技術(shù)行業(yè)。 2） 加工范圍大，工件安裝空間可達(dá)420x370x300。轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面在傾斜軸下40mm，工件安裝偏離擺動(dòng)中心距離小，加工誤差小，加工時(shí)Y軸附加

10、行程減小。 3）具有10個(gè)通道，50個(gè)伺服軸，8軸聯(lián)動(dòng)。 此外，北京第一機(jī)床,桂林機(jī)床廠、北京第三機(jī)床廠等的數(shù)控高速銑床，主軸轉(zhuǎn)速均達(dá)10 000r／min以上。常州機(jī)床總廠的五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控龍門式加工中心采用電主軸最高轉(zhuǎn)速10O00r／min，功率18kW／15k。漢江機(jī)床廠和華中數(shù)控公司的5軸聯(lián)動(dòng)的臥式加工中心。北京機(jī)床研究所的世界先進(jìn)水平的高精度高速數(shù)控車削中心，主軸回轉(zhuǎn)精度小于0.2μm，主軸最高轉(zhuǎn)速8 0O0r／min。 本課題利用以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造技術(shù)開發(fā)研制五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心。虛擬制造技術(shù)是剛提出的面向21世紀(jì)的先進(jìn)制造技術(shù)，它是以信息技術(shù)、仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支

11、持，在高性能計(jì)算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)中，采用群組協(xié)同工作，通過虛擬模型來模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題，在虛擬環(huán)境下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造的全過程，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)，并進(jìn)行過程管理與控制。既在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前，就能使人體會(huì)或感受到未來產(chǎn)品的性能或者制造系統(tǒng)的狀態(tài)，從而可以做出前瞻性的決策與優(yōu)化實(shí)施方案。 1.3 課題分工及簡(jiǎn)介： 本課題的具體內(nèi)容分兩部分： 1）五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行虛擬建模，并在建模的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。本課題采用Pro/Engineer軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行虛擬建

12、模，完成整個(gè)加工中心的虛擬裝配，獲得虛擬模型的可裝配性、可制造性和干涉檢驗(yàn)等特性。 2）加工中心虛擬模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，來模擬和評(píng)估加工中心的功能、性能等各方面可能存在的問題，包括動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、有限元、精度、加工和裝配性等虛擬仿真分析，得到接近實(shí)際加工中心的設(shè)計(jì)參數(shù)、方案評(píng)價(jià)和制造成本等分析結(jié)果。本課題將采用MDI公司的ADAMS軟件和SDRC公司的I-DEAS軟件對(duì)虛擬建模的部分重要模塊進(jìn)行裝配級(jí)產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真及有限元分析，并使用Pro/Engineer2001及InventorR2軟件對(duì)整機(jī)的裝配模型進(jìn)行裝配及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。 考慮到每個(gè)人的具體情況及工作量，我們同組的

13、六個(gè)人對(duì)整機(jī)工作進(jìn)行了分工：我主要負(fù)責(zé)主軸系統(tǒng)及C軸進(jìn)給既滑枕的設(shè)計(jì)造型極其裝配仿真。 第二章 技術(shù)支持及其發(fā)展趨勢(shì) 本課題利用以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造技術(shù)開發(fā)研制五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心。在設(shè)計(jì)中還主要用到的相關(guān)軟件有Pro/Engineer2000i, Pro/Engineer2001及InventorR2等。下面就相關(guān)技術(shù)支持給予介紹。 2.1 虛擬制造VM（Virtual Manufacturing）的應(yīng)用及發(fā)展

14、 虛擬制造是一種新的制造技術(shù)，它以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支持，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前，就能使人體會(huì)或感受到未來產(chǎn)品的性能或者制造系統(tǒng)的狀態(tài)，從而可以作出前瞻性的決策與優(yōu)化實(shí)施方案。 虛擬制造是一個(gè)集成的、綜合的可運(yùn)行制造的環(huán)境，用來改善各個(gè)層次的決策和控制。這里的“綜合”，指的是既有真實(shí)的，又有仿真的對(duì)象、活動(dòng)和過程，是一種混合的狀態(tài)?！碍h(huán)境”，是指提供的各種分析工具、設(shè)備以及組織方法，并以協(xié)同工作的方式，支持用戶構(gòu)造特定用途的制造仿真?！斑\(yùn)行”，指的是利用上述環(huán)境進(jìn)行構(gòu)造和操作特定的制造仿真?！案纳啤保傅氖窃黾悠?/p>

15、精度和可靠性?！皩哟巍保傅氖菑漠a(chǎn)品概念設(shè)計(jì)到回收利用的各個(gè)階段、從車間級(jí)到執(zhí)行位置的各個(gè)等級(jí)、從物質(zhì)的轉(zhuǎn)換到信息的傳遞等各個(gè)方面?！皼Q策”和“控制”，指的是進(jìn)行改變而掌握其影響，預(yù)測(cè)效果的真實(shí)性。 虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用將從根本上改變現(xiàn)行的制造模式，對(duì)未來制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，它的重大作用主要表現(xiàn)為： (1)運(yùn)用軟件對(duì)制造系統(tǒng)中的五大要素(人、組織管理、物流、信息流、能量流)進(jìn)行全面仿真，使之達(dá)到了前所未有的高度集成，為先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更廣大的空間，同時(shí)也推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。 (2)可加深人們對(duì)生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，有利于對(duì)其

16、進(jìn)行理論升華，更好地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，即對(duì)生產(chǎn)過程、制造系統(tǒng)整體進(jìn)行優(yōu)化配置，推動(dòng)生產(chǎn)力的巨大躍升。 (3)在虛擬制造與現(xiàn)實(shí)制造的相互影響和作用過程中，可以全面改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，而且對(duì)正確做出決策有不可估量的作用。 (4)虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用將加快企業(yè)人才的培養(yǎng)速度。 VM可以分為以下幾個(gè)類別： (1)以設(shè)計(jì)為中心的VM。這類研究是將制造信息加入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)過程中，并在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)字化“制造”，仿真多種制造方案，檢驗(yàn)其可制造性或可裝配性，預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能和報(bào)價(jià)、成本。其主要目的是通過“制造仿真”來優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝過程， 盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問題。

17、 (2)以生產(chǎn)為中心的VM。這類研究是將仿真能力加入到生產(chǎn)計(jì)劃模型中，其目的是方便和快捷地評(píng)價(jià)多種生產(chǎn)計(jì)劃，檢驗(yàn)新工藝流程的可信度，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，資源的需求狀況(包括購(gòu)置新設(shè)備、征詢盟友等)，從而優(yōu)化制造環(huán)境的配置和生產(chǎn)的供給計(jì)劃。 (3)以控制為中心的VM。這類研究是將仿真能力增加到控制模型中，提供對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程仿真的環(huán)境。其目的是在考慮車間控制行為的基礎(chǔ)上，評(píng)估新的或改進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與車間生產(chǎn)相關(guān)的活動(dòng)，從而優(yōu)化制造過程，改進(jìn)制造系統(tǒng)。 VM的技術(shù)特征 虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)技術(shù)是在人類為改善人與計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)可操作性

18、所進(jìn)行的努力中產(chǎn)生的。它是指綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)、各種顯示和控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境(稱為虛擬環(huán)境——Virtual Environment)中提供沉浸感覺的技術(shù)。這里的“沉浸”，是指用戶感覺其視點(diǎn)或身體的某一部分處于計(jì)算機(jī)生成的空間之中。由圖形系統(tǒng)及各種接口設(shè)備組成的，用來產(chǎn)生虛擬環(huán)境并提供沉浸感覺，以及交互性操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括操作者、機(jī)器和人一機(jī)接口三個(gè)基本要素，其中“機(jī)器”是指安裝了適當(dāng)?shù)能浖绦?，用來生成用戶能與之交互的虛擬環(huán)境的計(jì)算機(jī)， “人一機(jī)接口”則是指將虛擬環(huán)境與操作者連接起來的傳感與控制裝置。與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

19、相比，VR系統(tǒng)可提供實(shí)時(shí)交互性操作、三維視覺空間和多通道(如視覺、聽覺、觸覺、味覺等)的人一機(jī)界面。VR系統(tǒng)不僅提高了人與計(jì)算機(jī)之間的和諧程度，也成為一種有力的仿真工具。 利用VR系統(tǒng)可以對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，計(jì)算機(jī)能夠跟蹤用戶的交互輸入，并及時(shí)按輸入修改虛擬環(huán)境，使用戶產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺，并充分發(fā)揮他們的想像力，來提高所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境的性能。因此，并互性(Interaction)、沉浸性(1mmersion)和想像力(Imagination)成為VR系統(tǒng)在人一機(jī)關(guān)系上的基本特征。這三個(gè)基本特征充分反映了人的主導(dǎo)作用：從過去只能由外部觀看計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果，到能沉浸到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)

20、建的環(huán)境中去；從只能通過鍵盤、鼠標(biāo)同計(jì)算機(jī)環(huán)境中的單維數(shù)字化信息發(fā)生交互作用，到能用多種傳感器同多維化信息發(fā)生交互作用；從只能從以定量計(jì)算為主的結(jié)果得到啟發(fā)，到有可能從定性和定量綜合的環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識(shí)，讓用戶沉浸其中，以獲取知識(shí)和形成新的概念。 VR的關(guān)鍵技術(shù)包括： 1．計(jì)算機(jī)及VR技術(shù) (1)人一機(jī)接口。該接口覆蓋了人類感知世界的多重信息通道。主要包括視覺、聽覺、觸覺、位置跟蹤、運(yùn)動(dòng)接口、語(yǔ)言交流以及生理反應(yīng)等多種接口系統(tǒng)。 (2)軟件技術(shù)。軟件技術(shù)必須考慮虛擬環(huán)境的建模以及所建環(huán)境的可交互性、可漫游性等。 (3)虛擬現(xiàn)實(shí)計(jì)算平臺(tái)。計(jì)算平臺(tái)

21、是指在VR系統(tǒng)中綜合處理各種輸入信息并產(chǎn)生作用于用戶的交互性輸出結(jié)果的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由于VR系統(tǒng)的信息加工是實(shí)時(shí)的，虛擬環(huán)境的建模、I／O工具的快速存取以及真實(shí)的視覺動(dòng)態(tài)效果等需要大量的計(jì)算開銷。 2．制造應(yīng)用技術(shù) (1)建模。虛擬制造系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)建立一個(gè)包容生產(chǎn)模型、產(chǎn)品模型、工藝模型的健壯的體系結(jié)構(gòu)。 (2)仿真。仿真包括產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)過程仿真和產(chǎn)品制造過程的仿真。虛擬制造系統(tǒng)中的產(chǎn)品開發(fā)涉及到產(chǎn)品建模仿真、設(shè)計(jì)過程規(guī)劃仿真、設(shè)計(jì)思維過程和設(shè)計(jì)交互行為等仿真。產(chǎn)品制造過程仿真包括制造系統(tǒng)仿真和具體加工過程仿真。 (3)可制造性評(píng)價(jià)?？芍圃煨栽u(píng)價(jià)方法可分為兩類：

22、第一類直接根據(jù)評(píng)判規(guī)劃，通過對(duì)設(shè)計(jì)屬性的評(píng)價(jià)來給可制造性定級(jí)；第二類是對(duì)一個(gè)或多個(gè)制造方案，借助于成本和時(shí)間等標(biāo)準(zhǔn)來檢測(cè)是否可行或?qū)で笞罴逊桨浮? 2.2 相關(guān)軟件介紹 1. Pro/Engineer 2000i： Pro／Engineer是美國(guó)PTC(Parametric Technology Corporation——參數(shù)技術(shù)公司)出品；是當(dāng)今非常流行也非常適用、非常成熟的使用參數(shù)化的三維特征造型技術(shù)的大型CAD／CAM／CAE集成軟件。 一． 概述 Pro／Engineer功能

23、強(qiáng)大，它目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、輔助制造、數(shù)據(jù)管理等領(lǐng)域，特別是在模具設(shè)計(jì)和制造行業(yè)有著廣泛應(yīng)用，是從事模具設(shè)計(jì)和制造的廣大技術(shù)人員應(yīng)該掌握的有效工具。該軟件近年來在我國(guó)的各企業(yè)正逐步得到廣泛地應(yīng)用，也深受廣大設(shè)計(jì)人員的推崇和喜愛。 Pro／Engineer是建立在單一數(shù)據(jù)庫(kù)上的CAD/CAM系統(tǒng)。工程中的資料全部來自一個(gè)庫(kù)，使得多個(gè)用戶可以同時(shí)為一件產(chǎn)品造型而工作，即在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，不管任何一個(gè)地方因?yàn)槟撤N需要而發(fā)生改變，則在整個(gè)設(shè)計(jì)的相關(guān)環(huán)節(jié)也會(huì)隨著改變。由Pro／Engineer系統(tǒng)能夠生成實(shí)實(shí)在在的三維實(shí)體模型，能夠真實(shí)地反映零件的形狀。同時(shí)，Pro／Engin

24、eer系統(tǒng)能將三維模型轉(zhuǎn)化為工程圖，并能完成機(jī)器的裝配。 Pro/Engineer自1988年問世以來，10年間已成為全世界及中國(guó)地區(qū)最普及的3D CAD/CAM系統(tǒng)。Pro/Engineer在今日儼然成為世界3D CAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件。 二． 參數(shù)式設(shè)計(jì)特點(diǎn) 所謂參數(shù)式設(shè)計(jì)就是將零件尺寸的設(shè)計(jì)用參數(shù)來描述，并在設(shè)計(jì)修改時(shí)通過修改參數(shù)的數(shù)值來更改零件的外形。參數(shù)式設(shè)計(jì)的思想在工業(yè)界中傳播了許多年，1988年，Pro／Engineer以參數(shù)式設(shè)計(jì)的思想問世以后，業(yè)界人土即對(duì)參數(shù)式設(shè)計(jì)的CAD/CAM系統(tǒng)翹首以待。Pro／Engineer對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)工作來說，有相當(dāng)大的幫助作用，

25、因?yàn)镻ro／Engineer中的參數(shù)不只代表設(shè)計(jì)對(duì)象的外觀相關(guān)尺寸，并具有實(shí)質(zhì)上的物理意義。例如我們可以運(yùn)用系統(tǒng)參數(shù)(System parameters，如體積、表面積、重心、三維坐標(biāo)等)，或用戶自行依設(shè)計(jì)流程需求所定義的用戶定義參數(shù)(User defined parameters，如密度、厚度等具有設(shè)計(jì)意義的物理量或字符串)加入設(shè)計(jì)構(gòu)思中，來表達(dá)設(shè)計(jì)思想。這項(xiàng)參數(shù)式設(shè)計(jì)的功能不但改變了設(shè)計(jì)的概念，并且將設(shè)計(jì)的便捷性推進(jìn)了一大步。 三． Pro／Engineer系統(tǒng)的特點(diǎn) 1）單一數(shù)據(jù)庫(kù) 單一數(shù)據(jù)庫(kù)是指工程中的資料全部來自一個(gè)庫(kù)，使得多個(gè)用戶可以同時(shí)為一件產(chǎn)品造型而工作，即在整個(gè)設(shè)計(jì)過

26、程中，不管任何一個(gè)地方因?yàn)槟撤N需要而發(fā)生改變，則在整個(gè)設(shè)計(jì)的相關(guān)環(huán)節(jié)也會(huì)隨著改變。Pro／Engineer系統(tǒng)就是建立在單一數(shù)據(jù)庫(kù)上的CAD/CAM系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。如在零件圖和裝配圖都已完成的情況下，又發(fā)現(xiàn)某一處需要改動(dòng)，我們只需改動(dòng)零件圖或裝配圖上的相應(yīng)部分，那么在其他部分與之相 應(yīng)部分也會(huì)隨之改變廣包括數(shù)控加工程序也會(huì)自動(dòng)更新。 2）3-D實(shí)體模型 在使用Pro／Engineer系統(tǒng)進(jìn)行工作的過程中，也許“實(shí)體造型”是我們最常用的詞、匯，這也說明Pro／Engineer的圖形設(shè)計(jì)是基于三維的，它與傳統(tǒng)的二維繪圖有著本質(zhì)的區(qū)別。在Pro／Engineer中，我們生成的零件是

27、實(shí)實(shí)在在的三維實(shí)體，不再是傳統(tǒng)的線托架模型。這樣，生成的模型直觀，立體感強(qiáng)，并可以在任何角度進(jìn)行觀察。另外，系統(tǒng)還能容易的計(jì)算出實(shí)體的表面積、體積、重量、慣性距、重心等，使設(shè)計(jì)者很容易、很清楚地知道零件的特性。同時(shí)，由立體圖來生成工程圖(即常說的三視圖)，只要我們?cè)煨偷牧Ⅲw圖沒有錯(cuò)誤，那么生成的工程圖就沒有錯(cuò)誤，從而免去了設(shè)計(jì)者還要考慮各個(gè)視圖之間的投影是否正確的問題，這是相當(dāng)方便的，也能大大提高工作的效率和準(zhǔn)確性。 3）參數(shù)式設(shè)計(jì) Pro／Engineer系統(tǒng)配合其獨(dú)特的單一數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，將每一個(gè)尺寸視為一可變的參數(shù)。例如，在草繪圖形時(shí)，先只管圖形的形狀而不管它的尺寸，然后通過修改它的尺寸

28、來重新生成(Regenerate)圖形，從而使繪制的圖形達(dá)到設(shè)計(jì)者的要求。充分利用參數(shù)式設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)者能夠減少人工修改圖或計(jì)算的時(shí)間，從而大大提高工作效率。 4）全相關(guān) Pro／Engineer一個(gè)很重要的特點(diǎn)是有一個(gè)全相關(guān)的環(huán)境：在一個(gè)階段所作的修改所有的其他階段都有效。比如，當(dāng)一個(gè)零件設(shè)計(jì)好，并裝配在裝配圖中，而且生成了工程圖。這時(shí)，你只要在任何一個(gè)階段對(duì)該零件作任何一個(gè)地方的修改，則該修改在其他地方都有效，相應(yīng)尺寸都會(huì)更改，這也正是Pro／Engineer單一數(shù)據(jù)庫(kù)的體現(xiàn)。 5）參數(shù)式關(guān)系 在Pro／Engineer中，設(shè)計(jì)者可利用不同尺寸之間的相互關(guān)系來限定相關(guān)尺寸

29、，特別是在機(jī)械設(shè)計(jì)中有需要配合的地方，利用參數(shù)式關(guān)系有很大的方便。比如在冷沖模具設(shè)計(jì)中要求凸模和凹模有一定的配合關(guān)系，在此以圓形凸、凹模為例，假設(shè)凸模的直徑是d0,而凹模的刃口尺寸山為凸模的尺寸加上適當(dāng)?shù)拈g隙，設(shè)單邊間隙為a，則dl=d0+2a。這樣，當(dāng)凸模的尺寸發(fā)生改變時(shí)，總能得到正確的凹模尺寸，兩者之間總有符合設(shè)計(jì)要求間隙，從而保證了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。 2. Autodesk InventorR2: Autodesk Inventor是現(xiàn)今使用的和用來學(xué)習(xí)三維模型系統(tǒng)最為快捷、容易的軟件。Autodesk Inventor軟件，基于機(jī)械設(shè)計(jì)中的分開的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，它可以在Microsoft

30、Windows 操作平臺(tái)中較為容易的進(jìn)行非常的大的組合件的處理工作。具有適應(yīng)性很強(qiáng)的平面設(shè)計(jì)方案的功能，首先，在進(jìn)行詳細(xì)地三維實(shí)體造型之前使用簡(jiǎn)單的平面布置方案，有助于草圖的設(shè)計(jì)。也可以使用軟件的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)接口結(jié)合Inventor 用于當(dāng)前的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)，工程資源規(guī)劃(ERP)和生產(chǎn)資源規(guī)劃（MRP）。三維數(shù)據(jù)資料通過STEP轉(zhuǎn)換器與Inventor可以互相兼容。 第三節(jié) 具體設(shè)計(jì)方案 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算 一．主軸組件設(shè)計(jì)計(jì)算： 軸和其上零件組成的系統(tǒng)稱為軸系，軸是核心，直接與軸的功能配合的元件稱為軸系元件，包括滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承，聯(lián)軸器與制動(dòng)

31、器等。在機(jī)械設(shè)備中，由于位置或性質(zhì)的重要性，或工作環(huán)境的特殊性，軸系成為其中的關(guān)鍵，無(wú)論在設(shè)計(jì)中或制造成本中都占有很大的比重。 軸按其工作特點(diǎn)分為三大類，它決定著軸系的總體結(jié)構(gòu)： 1）心軸 2）傳動(dòng)軸 3）轉(zhuǎn)軸 其中轉(zhuǎn)軸既用于支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件，承受彎矩，又用于傳遞扭矩，是應(yīng)用最廣的類型。 1． 主軸組件的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 主軸的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮如下幾個(gè)方面： 1）軸承形式的選擇 軸承的形式直接影響主軸的結(jié)構(gòu)，它分為滾動(dòng)和滑動(dòng)兩大類，各類之中又包括眾多形式，各有其適用場(chǎng)合。在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行原則性選擇時(shí)，可參考各種軸承的常見結(jié)構(gòu)，對(duì)其性能加以綜合考慮，加以選擇。 2）自身的定位

32、 軸必須在軸向有定位措施，這主要靠軸承的組合結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，有時(shí)也可靠相關(guān)零件的幾何約束來保證。 3） 軸的熱伸長(zhǎng)補(bǔ)償 軸受熱膨脹時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的長(zhǎng)度及工件與非工件狀態(tài)時(shí)的溫差，設(shè)計(jì)合適的伸長(zhǎng)自由度，過小將在軸和軸承內(nèi)產(chǎn)生附加壓力，過大有時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)。 4） 潤(rùn)滑與密封 軸承的潤(rùn)滑方式，所選用的密封形式都涉及到軸系結(jié)構(gòu)，采用稀油潤(rùn)滑時(shí)，軸體內(nèi)通常需要開設(shè)滑油通道，采用接觸式密封則要求相配的軸頸淬硬并磨削，采用迷宮式潤(rùn)滑，螺旋式密封時(shí)，軸的表面應(yīng)設(shè)計(jì)有與之匹配的形狀。 5） 軸上零件的合理布置 軸上零件的合理布置對(duì)載荷分布有重要影響，并由此影響軸的強(qiáng)度或拉力在軸上分布不均，最終影響軸

33、的總體結(jié)構(gòu)。布置時(shí)應(yīng)考慮以下方面： A. 載荷流的合理分布 應(yīng)將載荷的輸入布置在中部，扭矩雙向分流，軸上最大扭矩降低，避免在一端輸入載荷。 B. 減載機(jī)構(gòu) 避免使扭矩直接傳動(dòng)到軸上，應(yīng)采取卸荷機(jī)構(gòu)，使軸不受軸扭矩作用，提高軸的強(qiáng)度與剛度。 從本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求出發(fā)，由于主軸轉(zhuǎn)速高，要求精度好，剛度好。采用主軸的三支承結(jié)構(gòu)時(shí)，可使主軸跨矩大大縮短，從、而提高主軸剛度和抗振性，機(jī)床在輕載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輔助支承不承受載荷，只起阻尼作用，載荷加大時(shí)，輔助支承處的撓度較大，超過了游隙，輔助支承才起作用，承受一定的載荷。但三支承主軸結(jié)構(gòu)，工藝難度大，對(duì)主軸上3個(gè)軸頸和箱體上底座孔的同軸度要求很嚴(yán)，還

34、由于主支承間跨距很短，所以軸承精度、主軸軸頸和箱體孔同軸度誤差對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)精度的要求更加顯著。 由以上原因，主軸采用二支承結(jié)構(gòu)。 在二支承結(jié)構(gòu)中，主軸軸承的選型，組合及布置十分重要，承受軸向載荷時(shí)，主軸軸承的配置主要根據(jù)主軸的加工精度、剛度、溫升和支承的復(fù)雜程度。起止推作用的軸承由三種方式，即前端定位、后端定位、兩端定位。 前端定位時(shí)，主軸受熱變形向后伸長(zhǎng)，不影響加工精度，但前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸承間隙調(diào)整不便，前支承處發(fā)熱量大，但能保證較好的剛度。 由此，選擇前端固定的固定方式，主軸軸承根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇可以實(shí)現(xiàn)較高轉(zhuǎn)速的角接觸球軸承，前端軸向載荷較大，前軸承采用三聯(lián)組配，前兩個(gè)都面朝前，

35、共同承擔(dān)軸向載荷，后軸承背靠背，以實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。軸承配置如下示意圖： （ 圖3-01） 這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及適用范圍是高速度、高剛度主軸。 2. 主軸設(shè)計(jì) (1) 初選主軸直徑 主軸直徑直接影響主軸部件的剛度，直徑越粗，剛度越高，但同時(shí)與它相配的軸承零件的尺寸也越大，故設(shè)計(jì)之出，只能根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料選擇主軸直徑。 加工中心因裝配需要，主軸直徑常是自前往后逐步減小的。 由[2]表4.3-8初選主軸前軸直徑: D=90mm (2) 主軸懸臂伸量的確定 主軸懸臂伸量a是主軸前支承徑向力的作用點(diǎn)到主軸前端面之間的距離。它對(duì)主軸組件剛度影響較大。根據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)，縮

36、短懸伸量可以顯著提高主軸組件的剛度和抗振性。因此設(shè)計(jì)時(shí)在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，盡量縮短懸伸量a。 (3) 主軸跨距的選擇 主軸的跨距對(duì)主軸組件的性能有很大的影響，合理選擇跨距是主軸組件設(shè)計(jì)中的一個(gè)相當(dāng)重要的問題。 由[10]銑削的主切削力和切削功率的經(jīng)驗(yàn)公式13.22得: Fc=6*10E4*Pc/Vc 式中 Pc——銑削功率 KW Vc——銑削速度 m/min Fc=6*10E4*22/251=5258N 參考銑刀逆銑情況由式[13]13-20得: Fh=1.2Fc=6310N Fv=0.3Fc=1577N F=√Fh^+Fv^=6504N 暫取L/a=4，由結(jié)構(gòu)確

37、定a=54mm 故前后支承反力分別為： Ra=F（1+a/l）=6504（1+1/4）=8130N Rb=F*a/l=6504*1/4=1626N 由[2]式4.3-6可求出前后軸承剛度: Ka=1.18*3次√（Frdb（iz）^Cosα5次方） 式中 Fr——作用于軸承上的徑向載荷 查軸承樣本，額定的載荷 C=79.6KN 取Fr=C/10=7960N db——球徑 由[2]表4.3-5 取db=14.288mm z——球數(shù) 由[2]表4.3-5 取 z=20 α——接觸角 α=26 故Ka=1.18*3次√（7960*14.288*20^*Cos26的5次方

38、）=493 N/μm Kb=3.44*3√(Fa*dbz^*Sin26的5次方)= 296 N/μm 2)求最佳跨距： Ka/Kb=1.67 主軸的當(dāng)量外徑為前后軸徑的平均值： D=（D1+D2）/2=（90+90*0.75）/2=78.75mm 故慣性矩： I=0.08*（0.7875f4-0.048f4）=59.1E-8mf4 則η=EI/（Ka*af3）=2.1E11*59.1E-8/（493*0.054f3*E6）=1.6 由[2]線圖4.3-30查得l。/a=4.2與假設(shè)值相差不大，可以認(rèn)為跨矩是合理的。 (4) 軸內(nèi)孔直徑的確定 本設(shè)計(jì)中主軸內(nèi)孔要通過拉桿，

39、確定孔徑的原則是在滿足對(duì)空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下，盡量取大值。 銑床內(nèi)孔直徑d=拉桿直徑+（5-10）mm 根據(jù)選定的拉桿和彈簧確定其內(nèi)孔直徑d=55mm (5) 主軸軸承 根據(jù)上面主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇軸承如下： 前端軸承采用三聯(lián)組配，由[12]表13-78，查得角接觸球軸承為特輕（1）系列46118軸承，參數(shù)如下： d=90mm D=140mm B=24mm C=52000N C。=50500N 極限轉(zhuǎn)速為7000r/min 后端軸承采用二對(duì)角接觸球軸承，由[12]表13-78查得軸承為特輕（1）系列46116軸承，參數(shù)如下：

40、 d=80mm D=125mm B=22mm C=42500N C。=40500N 極限轉(zhuǎn)速為8000r/min 3. 檢驗(yàn)及校核 (2) 主軸軸承的校核 1) 求兩軸承受到的徑向載荷 載荷分布簡(jiǎn)圖如下： 由所選定軸承可知 C=52000N C。=50500N 由前計(jì)算可知 R1=8130N R2=1626N 2） 計(jì)算軸向力 S1=0.68R1=0.68*8130=5528.4N S2=0.68R2=0.68*1626=1105.68N A1=Fa+S2=1605.68N A2=S2=1105.68N A1/C。=1605.68

41、/50500=0.0318 A2/C。=1105.68/50500=0.0219 3) 求兩軸承當(dāng)量載荷 A1/R1=1605.68/8130=0.1975〈0.68 A2/R2=1105.68/1626=0.68=0.68 對(duì)前端軸承 X1=1 Y1=0 對(duì)后端軸承 X2=1 Y2=0 因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，由表13-6 fp=1.2-1.8 取fp=1.25 則 P1=fp（X1R1+Y1A1）=10162.5N P2=fp（X2R2+Y2A2）=2032.5N 4) 驗(yàn)算軸承壽命 因?yàn)镻1〉P2 所以按軸承1的受力大小進(jìn)行驗(yàn)算 L

42、h=E6*（C/P1）f3/（60*n）=E6*（52000/10162.5）f3/（60*80） =27910.46h〉Lh’ 故所選軸承可滿足壽命要求。 4. 主軸組件的密封與潤(rùn)滑 1） 潤(rùn)滑的作用是減小摩擦，降低溫升，并與密封裝置一起保護(hù)軸承不受外物的損傷與腐蝕，潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式?jīng)Q定于軸承的類型、速度和工作負(fù)荷。如果選擇合適，可以降低軸承的工作溫度和延長(zhǎng)使用壽命。 脂潤(rùn)滑使用方便，不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有泄露問題，滾動(dòng)軸承應(yīng)盡量選用脂潤(rùn)滑。且脂潤(rùn)滑使用期限長(zhǎng)，如轉(zhuǎn)速不超極限值，一次填充可使用2000h以上。但脂潤(rùn)滑時(shí)填充量不宜過多，尤其不能填滿軸承空間，否則將引起過多的發(fā)熱，

43、并有可能使脂熔化流出。 基于以上原因，本設(shè)計(jì)中主軸軸承潤(rùn)滑采用脂潤(rùn)滑，采用2號(hào)精密機(jī)床脂（SY1417-80） 2） 密封方式選擇： 主軸組件的密封主要是防止油外漏和塵埃屑末進(jìn)入。由于選用脂潤(rùn)滑，主軸組件采用不接觸的迷宮密封。 5. 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 彈簧是一種彈性元件，可以在載荷作用下產(chǎn)生較大的彈性變形，彈簧在各類機(jī)械中應(yīng)用廣泛。 蝶形彈簧是一種用鋼板沖壓的截錐形的圓環(huán)狀板彈簧，與其它彈簧相比具有以下特點(diǎn)： 1) 具有以小變形承受大負(fù)荷的特性，適用于軸向空間要求較小的地方。 2) 具有變剛度特性，根據(jù)設(shè)計(jì)選用的極限變形h。與彈簧 鋼板厚度的比值ξ，可以得到各種不同的彈

44、簧特性曲線。 由于具有以上特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中拉刀拉桿的力采用蝶形彈簧實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)條件：碟簧承受軸向變載荷，其最大工作變形量為f=15mm，要求其外徑D=56mm。在F1=1000N F2=15000N之間的循環(huán)工作。 設(shè)計(jì)計(jì)算：選用B56碟簧復(fù)合組合。 由其承載能力，每一疊合組用4個(gè)碟片，即n=4。 1) 確定系數(shù) 根據(jù)表列B56尺寸可知直徑比C=56/28.5=2 由[4]表3.4-22表查得 K1=0.694 K2=1.219 K3=1.378 2) 單片碟簧的載荷計(jì)算 對(duì)復(fù)合組合彈簧應(yīng)考慮疊合面間摩擦力對(duì)載荷的影響。由表15-9取摩擦系數(shù) fr=0.01 碟片所受

45、載荷: F1=Fz1（（1-fr（n-1））/n）=10000*（（1-0.01*（4-1））/4）=2425N F2=Fz（（1-fr（n-1））/n）=15000*（（1-0.01*（4-1））/4）=3637.5N 彈簧被壓時(shí)的載荷 Fc=4τ/（1-μ^）*tf3hy/(K1*D^)=4*206E3/(1-0.3^)*2f3*1.6/(0.694*56^) =5325N 3) 碟簧變形量計(jì)算 由以上可知 F1/Fc=0.45 F2/Fc=0.68 故由表15-6查得 f1/h=0.38 得 f1=0.38h。=0.38*1.6=0.608mm f2/h

46、。=0.68 得 f1=0.68h。=0.68*1.6=1.008mm 4） 組數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸 由于 fez=15mm 故 i=fez/fz=15/1.008=14.88≈15 由結(jié)構(gòu)需要取30個(gè)疊合組。 自由度Hz=i（H。+（n-1）t）=30*（3.6+（4-1）*2）=288mm 在載荷F1作用下高度： H1=Hz-if1=288-30*0.45=275.5mm 在載荷F2作用下高度： H2=Hz-if2=288-30*1.008=257.76mm 還未寫完!!!

47、 3.2 造型設(shè)計(jì) 本次三維造型設(shè)計(jì)用的軟件主要是Pro/Engineer2000i。前面的第二章已經(jīng)對(duì)此軟件的特點(diǎn)及功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，在此也就不在贅述。主要對(duì)造型的過程以及應(yīng)注意的問題給予較為詳細(xì)的介紹。 在使用Pro/Engineer2000i進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)時(shí)，它的設(shè)計(jì)思想與制造一個(gè)零件的思路是一致的，即基本截形，基本的三維實(shí)體模型，在基本實(shí)體上加上附加特征（孔倒角螺紋退刀槽等），然后將一個(gè)個(gè)零件裝配起來，并生成工程圖。這一過程很符合實(shí)際思路和實(shí)際工作情況，從而是我們的設(shè)計(jì)過程變的相當(dāng)清晰。圖3-01是一個(gè)設(shè)計(jì)思路的示意圖：

48、 基本截形 生成基本特征 生成附加特征 （圖3-01） 一、三維造型的具體步驟： 1． 基準(zhǔn)的建立 不管是一個(gè)機(jī)器還是一個(gè)零件，它們都是由若干個(gè)表面組成的，這些表面之間都有相對(duì)的位置要求，比如面與面之間的尺寸、平行、或垂直的關(guān)系等，這些要求必須用零件上的點(diǎn)、線、面作為依據(jù)。因此，所謂的基準(zhǔn)是指確定點(diǎn)、線、面所依據(jù)的點(diǎn)、線、面。在Pro/Engineer系統(tǒng)中，我們要設(shè)計(jì)出尺

49、寸位置都符合設(shè)計(jì)要求的模型，也必須在操作過程中依據(jù)一定的點(diǎn)、線、面，這些點(diǎn)、線、面就是我們?cè)赑ro/Engineer系統(tǒng)中的基準(zhǔn)。在建模的過程中，基準(zhǔn)的建立是必要的也是必須的。我們要想快速、準(zhǔn)確地繪制出圖形，在制圖的過程中總是不斷地作輔助線、點(diǎn)，總是在依據(jù)已存在的點(diǎn)和線來確定其他的點(diǎn)和線。所以說基準(zhǔn)的使用是不可或缺的，是必須的?？梢哉f，基準(zhǔn)的正確合理的建立是快速準(zhǔn)確建模的關(guān)鍵。 在Pro/Engineer系統(tǒng)中，基準(zhǔn)大致可分為以下五類：基準(zhǔn)面(Datum Place)；基準(zhǔn)曲線(Datum Curves)；基準(zhǔn)點(diǎn)(Datum point)；基準(zhǔn)軸(Datum Axis)；坐標(biāo)系統(tǒng)(Coord

50、inate System)。 2． 草圖的繪制 任何一個(gè)三維模型都是由二維剖面按一定方式如延伸(Extrude)、旋轉(zhuǎn)(Revolve)、掃描(Sweep)、混成(Blend)等生成的。在 PRO/E中，二維剖面的繪制是個(gè)基礎(chǔ)模塊(Sketch),特征的繪制、工程的建立、二維裝配圖的建立以及需要進(jìn)行平面草圖繪制的地方，都回用Sketch模塊。 進(jìn)行草圖模式有兩種方法，一種是在PRO/E環(huán)境中，用文件菜單命令或工具欄的新建文件，選擇Sketch模塊，輸入文件名，進(jìn)入PRO/E的Sketch模塊。另外一種是在繪制三維特征時(shí)選定繪圖平面及視角平面后，系統(tǒng)直接進(jìn)入草圖模式，用戶進(jìn)行二維截面圖形

51、繪制。 二維截面圖形的一般繪制步驟如下：草繪；修改尺寸；修改限制條件；重新生成；完成。由于二維截面圖形具有參數(shù)化特性，在剛開始進(jìn)行草繪時(shí)不需要將各圖元畫的很準(zhǔn)確，利用智能意向管理器所得到的尺寸及限制條件，修改尺寸及限制條件，完成幾何二維圖形的參數(shù)化定義，從而將草圖變?yōu)闇?zhǔn)確的截面圖形。使用智能意向管理器繪圖時(shí)，PRO/E系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)做些假設(shè)來猜測(cè)設(shè)計(jì)者的繪圖意向。 3．實(shí)體零件建模 在草圖繪制即基本截形完成后，就要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體模型。這樣的模型直觀，立體感強(qiáng)，并可以在任何角度進(jìn)行觀察。另外，系統(tǒng)還能容易計(jì)算出實(shí)體的表面積、體積、重量、慣性距、重心等

52、，使設(shè)計(jì)者很容易、很清楚地知道零件的特性。 任何的一個(gè)三維立體模型都是由一個(gè)個(gè)特征組合而成。特征又可分為基礎(chǔ)特征，附加特征及特征操作?；A(chǔ)特征的生成包括在基本截形的基礎(chǔ)上產(chǎn)生擠塑、薄體、旋轉(zhuǎn)、掃描、混成等特征。 基礎(chǔ)特征生成之后，所生成的只是一些很簡(jiǎn)單的模型，而在我們的生活和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中所見到的實(shí)體模型的外形大多都是很復(fù)雜的，比如一個(gè)零件上很多形狀，大小各異的孔，孔是盲孔還是通孔，是直孔還是階梯孔，又比如有很多凸臺(tái)，形狀更是千奇百怪。我們把這些特征稱作附加特征的。在PRO/E系統(tǒng)中，在基礎(chǔ)特征的基礎(chǔ)上通過增材或減材的過程來建立它的附加特征，從而形成我們所要的實(shí)體。

53、主要的附加特征的命令有切除特征、圓孔特征、倒角特征、圓角特征、抽殼特征、加強(qiáng)筋特征和紐拉特征等。 此外，。在PRO/E系統(tǒng)中還提供了特征操作，主要有特征的陣列、復(fù)制、修改、隱藏和恢復(fù)，這些大大提高了建模的速度和效率。 第四章 裝配及其仿真 4.1 零件的裝配 用PRO/E系統(tǒng)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，創(chuàng)建完實(shí)體模型后，都需要將各個(gè)零件按一定的要求裝配起來。通過裝配的過程，我們可以檢查各個(gè)零件之間是否發(fā)生干涉，各個(gè)零件是否不合理的地方，然后再進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷囊赃_(dá)到完善設(shè)計(jì)的目的。裝配最后得到的滑枕的模型的剖視圖，見下圖： （圖4-01） 具體裝配過程

54、 在進(jìn)行整體裝配過程中，考慮各個(gè)零件的裝配順序非常重要。因?yàn)樵趯?shí)際裝配中各個(gè)零件之間是否干涉，是否裝配可行都會(huì)在此虛擬裝配過程當(dāng)中得到體現(xiàn)。這一步驟可以提前豫知這些可能發(fā)生的問題，然后及時(shí)的修改，這樣就避免了大量的經(jīng)濟(jì)和人力的損失。 根據(jù)多次的裝配方案的擬定及虛擬裝配實(shí)驗(yàn)，得到了以下的裝配最終順序，方案較為的合理、可行。 (1) 首先，進(jìn)行前箱體的裝配：主要包括主軸系統(tǒng)極其附件（并把它作為一個(gè)整體的部件進(jìn)行裝配），前端拉釘以及軸承擋圈等元件，裝配的順序大體上是由前端向后端，由里部向外部進(jìn)行。其結(jié)果見下圖：

55、 （ 圖4-02） (2) 再將后箱體中的零件裝入到裝好的前箱體中，這里的零件較少一些，所以采用這種裝配方式，最后把后箱體裝入，加螺釘與前箱體緊固，完成所有的裝配。（見圖4-03） 以上只是裝配過程的大致思路，具體的裝配過程見下面的裝配仿真以及動(dòng)畫演示。 4.2 裝配仿真 完成了所有零件的裝配，為了檢驗(yàn)各個(gè)零件之間是否發(fā)生干涉，以及各個(gè)零件的結(jié)構(gòu)是否符合裝配原則，是否裝配可行。若通過裝配仿真檢驗(yàn)確實(shí)存在類似的問題，那么，就要對(duì)零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新修改，直到滿足要求為止。所以說，裝配仿真也是

56、此次設(shè)計(jì)任務(wù)中很重要的一部分。同時(shí)，也是在進(jìn)行虛擬制造過程中必不可少的部分。 裝配仿真可以在Pro/Engineer2001中實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，也可以使用InventorR2來進(jìn)行仿真。InventorR2軟件使用起來較為直觀，但中間需要文件的轉(zhuǎn)換。下面就對(duì)具體過程加以介紹： 1.使用Pro/Engineer2001打開最終裝配好的組合件的模型Asm0020。打開file → save a copy,在彈出的對(duì)話框中選擇路徑，在文件類型中選擇格式為STEP格式，單擊OK。這樣保存了STEP格式的新文件。（見圖4-01及圖4-02）

57、 （圖4-01） （圖4-02） 2 .打開InventorR2，在選擇新建類型New → Default → Standard.ipn。然后點(diǎn)擊“確定”。建立了Presentation1。（見圖4-03）。 （圖4-03） 3.打開file → open。選擇第一步中保存的文件的路徑，選擇STEP格式，打開。（見圖4-04） （圖4-04） 4.在File → Save copy as，選擇保

58、存路徑，此處選擇同上的相同路徑，保存文件格式為Assembly格式，點(diǎn)擊“確定”。（見圖4-05） （圖4-05） 5.在Presentation1的界面中的“Presentation View Manage”菜單中的“Creat View” → 彈出“Select Assembly”，在“Assembly”的“File”選項(xiàng)中選擇剛才保存的文件，單擊“OK”。（見圖4-06） （圖4-06） 6.單擊“Presentation View Manage”菜單中的“Tweak Co

59、mponents”,將鼠標(biāo)移到圖中，選擇坐標(biāo)軸：這里以軸向?yàn)閆軸，視圖的上方為X軸正向，Y軸方向默認(rèn)即可。（見圖4-07） （圖4-07） 這里就要對(duì)裝配組合件進(jìn)行分離，即把各個(gè)零件打開（Explosion）。這是非常關(guān)鍵的一步，也異常的繁瑣，為了便于視覺觀察以及適當(dāng)?shù)臏p少工作量，在Explosion過程當(dāng)中并沒有把所有的零件都分開，而是將某一個(gè)小的組合件作為一個(gè)整體進(jìn)行Explosion工作。這樣也比較的合理，同時(shí)也很符合實(shí)際的裝配原則。由于過程很繁瑣，這里就不對(duì)每一步進(jìn)行敘述了。分離（Explosion）的原則只要符合視覺美感，裝配

60、過程沒有干涉，各個(gè)零件（或小組合件）的擺放與事先確定的裝配順序相符合就可以了。最后分離的結(jié)果見下圖：（見圖4-08） （圖4-08） 7.完成了組裝圖的Explosion，為了安全起見，先對(duì)它進(jìn)行保存處理：點(diǎn)擊屏幕左上角的“保存”，保存此時(shí)的Explosion狀態(tài)，文件名可以是默認(rèn)的Presentation1。 8.保存完畢后，點(diǎn)擊“Presentation View Manage”菜單中的“Precise View Rotatioin”。這里可以選擇默認(rèn)值，單擊“OK”即可。（見圖4-09）

61、 （圖4-09） 9.接著就要?jiǎng)赢嬔菔玖耍狐c(diǎn)擊“Presentation View Manage”菜單中的“Animate”選項(xiàng)。彈出“Animation”菜單，進(jìn)行參數(shù)選擇，這里在“Parameters”的“Interval”中選擇間隔為“4”；“Repetitions”中為1即可。這樣所有的參數(shù)就已經(jīng)設(shè)置完畢。點(diǎn)擊“Motion”中的播放即可看到整個(gè)裝配過程的動(dòng)畫了。至此，所有的在Inventor中的工作已經(jīng)結(jié)束，最后，還要對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行處理，是它更易于播放。（見圖4-10）。 10.等待上一步播放完畢后，再點(diǎn)擊“Animation”菜單中的“Reset” → “Motion”中的“⊙”，在此選擇保存路徑并輸入文件名及保存格式為“AVI”格式，點(diǎn)擊“保存”。（見圖4-11） （圖4-11） 11.此時(shí)系統(tǒng)回到“Animation”菜單，再點(diǎn)擊“ Play Forword”。系統(tǒng)就回保存動(dòng)畫，待完畢后，可關(guān)閉Inventor。在保存的路徑下可通過媒體播放器來播放此裝配動(dòng)畫了。 至此，所有的裝配仿真就已經(jīng)完成了。