基于UG的三軸銑床運動仿真設計【說明書+CAD+仿真】

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UG軟件在機械專業(yè)畢業(yè)設計中的研究與實踐[J]. 化工高等教育,2010(06).． [2] 修珙理; 隋秀凜; 王亞萍; 葛江華; 王顯洪; 衛(wèi)芬. 基于UG的虛擬數(shù)控仿真系統(tǒng)的研究[J]. 機械工程師, 2008,(01) . [3] 毛德君. UG基于實體的模具數(shù)控加工策略及應用[J]. 模具制造, 2005,(09) . [4] 李曉東; 王好臣; 李玉勝; 李曙光. 基于UGNX/IS&V的數(shù)控加工仿真[J]. 機床與液壓, 2010,(03) . [5] 高宗為. UGNX參數(shù)化建模方法在三維零件庫創(chuàng)建上的應用[J]. 職教與經(jīng)濟研究(婁底職業(yè)技術(shù)學院學報), 2007,(03) . [6] 余德忠; 盧干. 三軸數(shù)控機床定位誤差檢測分析及其補償[J]. 機械設計與研究, 2010,(04) . [7] 唐笑; 劉壯; 趙義順. 三軸數(shù)控銑床幾何誤差軟件補償技術(shù)研究[J]. 中國制造業(yè)信息化, 2009,(11) . [8] 錢春華; 錢楊林. 三軸數(shù)控銑床停機的技術(shù)性研究[J]. 機械工程師, 20010,(07) . [9] 楊向東; 鄧大志; 魏昕; 周華. 三軸數(shù)控銑床加工圓錐螺旋槽技術(shù)[J]. 機電工程技術(shù), 2009,(04) . [10] 張建生; 張建華; 蔡勇. 從UG模型到MCNP幾何模型轉(zhuǎn)換的改進算法研究與實現(xiàn)[J]. 計算機應用與軟件,2010(11). 七、其他 八、專業(yè)系審查意見 系主任： 年 月 日 九、機械工程學院意見 院長： 年 月 日 5 畢業(yè)實習報告 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名 孔湘成 班 級 B 機 制 077 學 號 0710101703 指 導 教 師 趙海濤 日 期 2011年3月5日 實習報告 一、概述 經(jīng)過四年的專業(yè)學習，我們對機械電子知識的了解已經(jīng)上升到了一定的高度,需要更多的機會去接觸生產(chǎn)現(xiàn)場，從而為我們畢業(yè)后的工作生活奠定基礎。畢業(yè)實習是我們學習機械設計制造及其自動化所必須經(jīng)歷的，也是畢業(yè)設計不可或缺的重要組成部分，我們可以更好的將所學的理論知識與實踐結(jié)合起來，培養(yǎng)勇于探索的創(chuàng)新精神、提高動手能力，加強社會活動能力，為以后專業(yè)實習和走上工作崗位打下堅實的基礎。 二、實習過程 首先，我們到長虹涂裝公司去進行畢業(yè)實習，江蘇長虹涂裝機械有限公司是專業(yè)從事汽車及配件涂裝、總裝、焊裝成套設備；工程設計、制造、安裝、調(diào)試及售后服務總承包;非標設備、機械化、電氣及鋼結(jié)構(gòu)分包工程的企業(yè)，也是涂裝機械工程設計、制造、安裝、調(diào)試、售后服務為一體的國家汽車行業(yè)協(xié)會、涂裝行業(yè)協(xié)會定點生產(chǎn)企業(yè)。我們此行的目的是了解整個生產(chǎn)過程以及各個生產(chǎn)線。然后，我們又到江動集團進行畢業(yè)實習的工作，江動集團主要生產(chǎn)單缸機、多缸機、汽油機、拖拉機以及發(fā)電機組。我們此行的目的是了解機床的生產(chǎn)加工模式，以及江動集團高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)方法。最后，我們又到東方悅達起亞汽車有限公司去畢業(yè)實習，東風悅達起亞汽車有限公司是由東風汽車公司，江蘇悅達投資股份有限公司，韓國起亞自動車株式會社共同組建的中外合資轎車制造企業(yè)。我們此行的目的是了解整個汽車的生產(chǎn)線，焊接，涂裝，裝配等等。由于和我的畢業(yè)設計課題相關(guān)，所以主要了解了東方悅達起亞汽車有限公司。用于整個生產(chǎn)線的機器人的有很多，主要是對汽車進行焊接，裝配，涂裝等等，大大減輕了人的工作量。 三、實習內(nèi)容 首先是安全問題。對于任何機械廠，安全始終是重中之重，所以在實習老師的帶領下，首先對我們進行了一些安全教育和以及在實習過程中的安全事項和需注意的項目。比如進廠必須穿長褲；禁止在廠里吸煙，進廠后衣服不準敞開，外套不準亂掛在身上，不得背背包進廠；人在廠里不要成堆，不要站在生產(chǎn)主干道上；在沒有實習老師的允許情況下，不準亂按按扭、開關(guān)； 實習過程中，我們參觀了整個汽車的生產(chǎn)裝配過程。關(guān)于汽車的生產(chǎn)線，首先是利用沖床將鋼板壓成車的外殼，這是汽車制造中非常重要的步驟，它涉及汽車的線型設計及模具的沖壓設計；如果母廠不能獨立完成這個步驟，那就表示該廠的生產(chǎn)技術(shù)還沒有達到應有的標準，充其量只不過是個裝配廠罷了。等到完成車殼后，為了便於進行以后步驟中的焊接工作，通常都預將車體倒轉(zhuǎn)。完成初步焊接后，再將車體扶正，加裝車門及車蓋。而后設法除去車殼上各塊鋼板的毛邊與暗號，并將底盤預作防銹處理，以便進行車體的噴漆。以上是車體部分的制造概略過程，接著要裝配大梁、防震、傳動以及引擎等系統(tǒng)，這些部分可以說是汽車的內(nèi)臟，非常重要；尤其是引擎，更可說是汽車的心臟。如果一個國家的汽車工業(yè)無法完全獨立自主地完成引擎的設計與制造，那就表示這個國家的汽車工業(yè)還沒有生根。上述大梁、防震、傳動以及引擎等裝置完成后，就可將車體由上而下吊裝于其上，構(gòu)成汽車的雛型。剩下的工作就是汽車內(nèi)部的裝潢，包括玻璃、雨刷、車座等，另外再加裝散熱器（水箱）、油壓系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)以及車輪等，整部車就可以算是大功告成了。不過，為了保證車廠的信用與消費者的基本安全，還必須進行一系列的試驗，汽車才可以出廠。這些試驗包括了滾桶模擬試驗、防漏試驗以及路試等項目，試驗的主旨在於測試引擎、傳動系統(tǒng)、操縱桿、剎車、燈光及車體測漏等性能，通過這些試驗以后，汽車就可以出廠銷售了。 四、分析 江蘇省長虹涂裝集團由幾個不同的分公司負責不同產(chǎn)品及零件的設計和開發(fā)，具有很大的集散能力，該公司的離心風機生產(chǎn)線分配合理，整個廠房采用雙自由度的龍門吊實現(xiàn)工件的轉(zhuǎn)移和搬運，不僅節(jié)約了空間和成本，而且大大提高了生產(chǎn)的靈活性。該廠采用先進的數(shù)控切割機對板料進行切削加工，不僅能保證很高的切削質(zhì)量和效率，而且大大減輕了工人的勞動強度。 通過詢問相關(guān)人員，我們了解到離心風機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，它是一種從動的流體機械。其廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻；鍋爐和工業(yè)爐窯的通風和引風；空氣調(diào)節(jié)設備和家用電器設備中的冷卻和通風；谷物的烘干和選送；風洞風源和氣墊船的充氣和推進等。 東風悅達起亞汽車有限公司系由東風汽車公司、江蘇悅達投資股份有限公司、韓國起亞自動車株式會社共同組建的中外合資轎車制造企業(yè)。第二工廠里面安裝了德國先進的自動化生產(chǎn)線，配備沖壓車間、焊裝車間、涂裝車間、總裝車間和發(fā)動機車間等完整的整車生產(chǎn)配套設施。 車身的焊裝質(zhì)量直接決定著后面工序的質(zhì)量，車身的裝配質(zhì)量不良，不僅影響車外觀，還會導致漏雨、風噪和車門關(guān)閉障礙的發(fā)生。汽車焊接的方法有很多，如電阻焊、氣體保護焊和激光焊等。隨著車身向著輕量化方向發(fā)展，車身材料的輕量化及車身金屬材料的非金屬化石必然趨勢。車身材料仍以鋼板為主，但是一些復合材料將得到廣泛應用，如鍍鋅鋼板、高強度鋼板、鋁合金、鎂合金和高強度纖維復合材料。 汽車總裝配線由車身儲存工段、地盤裝配工段、車門分裝輸送工段、最終裝配工段、動力總成分裝工段、前梁分裝工段、后橋分裝工段、儀表盤總成工段和發(fā)動機總裝工段組成。 五、實習感想 大學畢業(yè)實習報告是學生完成大學四年全部課程后的最重要的實踐環(huán)節(jié)。為了這次畢業(yè)實習，做準備、搜集素材，了解有關(guān)的設計技術(shù)和注意事項。在將來機械制造將會向“四個化”發(fā)展，即柔性化、靈捷化、智能化、信息化.即使工藝裝備與工藝路線能適用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的需要，能適用于迅速更換工藝、更換產(chǎn)品的需要,使其與環(huán)境協(xié)調(diào)的柔性,使生產(chǎn)推向市場的時間最短且使得企業(yè)生產(chǎn)制造靈活多變的靈捷化,還有使制造過程物耗,人耗大大降低,高自動化生產(chǎn),追求人的智能于機器只能高度結(jié)合的智能化以及主要使信息借助于物質(zhì)和能量的力量生產(chǎn)出價值的信息化。 “紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！痹诙虝旱膶嵙曔^程中，實習中，我采用了看、問，親自動手等方式,對在工作中人與人的關(guān)系做了進一步的了解,分析了人與人之間特點,方式.我深深地感覺到自己所學知識的膚淺和在實際運用中的專業(yè)知識的匱乏.一旦接觸到實際，才發(fā)現(xiàn)自己知道的是多么少，這時才真正領悟到“學無止境”的含義。 “千里之行，始于足下”，這幾天短暫而又充實的實踐，我認為對我走向社會起到了一個非常重要作用，對將來走上工作崗位也有著很大幫助。更重要的是要向他人虛心求教，遵守組織紀律和單位規(guī)章制度，與人文明交往等一些做人處世的基本原則都要在實際生活中認真的貫徹，好的習慣也要在實際生活中不斷培養(yǎng)。領導和同事們的經(jīng)驗,好的習慣和他們的知識也會是我們?nèi)松械囊淮髮氋F的財富.這次實踐更讓我肯定了做事先做人的道理,要明白做人的道理，如何與人相處是現(xiàn)代社會的做人的一個最基本的問題。對于自己這樣一個即將步入社會的人來說，需要學習的東西很多，他們就是最好的老師，正所謂“三人行，必有我?guī)煛保覀兛梢韵蛩麄儗W習很多知識、道理。 3 畢業(yè)設計 開題論證報告 專 業(yè) 機械設計制造及自動化 學生姓名 孔湘成 班 級 B機制077 學 號 0710101703 指導教師 趙海濤 完成日期 2011年3月19日 課題名稱：UG基于的三軸銑床運動仿真 一、課題來源、課題研究的主要內(nèi)容及國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述 課題來源：江淮汽車股份有限公司 課題研究的主要內(nèi)容：設計一臺簡易三軸銑床，并利用UG的運動仿真功能實現(xiàn)銑床的三軸聯(lián)動功能。 國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述： 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為39.3%34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，但進出口逆差嚴重，國產(chǎn)機床市場占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占27.7%。1999年機床進口額為8.78億美元（7624臺），2003年達27.1億美元（23320臺），相當于同年國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)值的2.7倍。國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。 ? ?我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，但數(shù)控機床的產(chǎn)品競爭力在國際市場中仍處于較低水平，即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢。一方面國內(nèi)市場對數(shù)控機床有大 量的需求；另一方面卻有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓。國外機床產(chǎn)品占據(jù)市場的現(xiàn)象，嚴重影響我國數(shù)控機床自主發(fā)展的勢頭。其原因除了有經(jīng)營、產(chǎn)品質(zhì)量和促銷手段 等因素外，還有一個主要的因素就是我國生產(chǎn)的數(shù)控機床品種少、性能差，新產(chǎn)品開發(fā)周期長，不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。 二、本課題擬解決的問題 1．總體設計 1）根據(jù)機床加工運動范圍、特點，制定機床總體結(jié)構(gòu)方案，具體有： (a) 運動部件行程范圍；(b) 運動軸的布置方案 2）具體零部件設計計算，確定各部件的關(guān)鍵尺寸。 3）工程圖設計，包括： (a) 總裝圖， (b) 三維實體圖，(c) 仿真動畫文件， d) 主要零部件圖，(e) 有關(guān)設計計算、校核。 2．運動仿真 (a) 運動幅設計計算；(b) 編制零件數(shù)控程序驅(qū)動機床運動。 三、解決方案及預期效果 解決方案： 1. 機械設計 2. 零件的三維造型設計 3. 零部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析設計 4. 部件及整機的模擬裝配 5. 裝配體的仿真運動 預期效果： 1．銑床應能滿足三軸聯(lián)動加工要求，保證加工精度； 2．銑床應運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整； 3．銑床盡量用通用件（安裝基座可自行設計）以便降低制造成本； 4．銑床各動力部件用電氣控制。 四、課題進度安排 2月21日～3月19日．畢業(yè)設計前期階段。 畢業(yè)實習，查閱資料，市場調(diào)查，到多個公司實踐，撰寫實習報告。 論文總體構(gòu)思方案，填寫開題報告。 3月20日～5月7日． 設計初稿階段。 完成總體設計圖、部件圖、零件圖。 5月8日～5月25日． 中期工作階段。 完善設計圖紙，編寫畢業(yè)設計說明書，中期檢查。 5月26日～5月27日．畢業(yè)設計預答辯。 5月28日～6月6日．畢業(yè)設計整改。 圖紙修改、設計說明書修改、定稿，材料復查。 6月7日～6月8日．畢業(yè)設計材料評閱。 6月9日～6月10日．畢業(yè)答辯。 6月11日～6月15日．材料整理裝袋。 五、指導教師意見 　　　　　　　　　　　　　　　　　 簽名 　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 　　 　　　 年　 月　　日 六、專業(yè)系意見 簽名 　　　　　　 年　 月　　日 七、學院意見 　　　　　　　　　　　　　 簽名 　　　　　　 年　 月　　日 3 文 獻 資 料 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名 孔湘成 班 級 B機制077 學 號 0710101703 指 導 教 師 趙海濤 文 獻 資 料 [1] 李峰; 趙杰. UG軟件在機械專業(yè)畢業(yè)設計中的研究與實踐[J]. 化工高等教育,2010(06). [2] 修珙理; 隋秀凜; 王亞萍; 葛江華; 王顯洪; 衛(wèi)芬. 基于UG的虛擬數(shù)控仿真系統(tǒng)的研究[J]. 機械工程師, 2008,(01) . [3] 毛德君. UG基于實體的模具數(shù)控加工策略及應用[J]. 模具制造, 2005,(09) . [4] 李曉東; 王好臣; 李玉勝; 李曙光. 基于UGNX/IS&V的數(shù)控加工仿真[J]. 機床與液壓, 2010,(03) . [5] 高宗為. UGNX參數(shù)化建模方法在三維零件庫創(chuàng)建上的應用[J]. 職教與經(jīng)濟研究(婁底職業(yè)技術(shù)學院學報), 2007,(03) . [6] 余德忠; 盧干. 三軸數(shù)控機床定位誤差檢測分析及其補償[J]. 機械設計與研究, 2010,(04) . [7] 唐笑; 劉壯; 趙義順. 三軸數(shù)控銑床幾何誤差軟件補償技術(shù)研究[J]. 中國制造業(yè)信息化, 2009,(11) . [8] 錢春華; 錢楊林. 三軸數(shù)控銑床停機的技術(shù)性研究[J]. 機械工程師, 20010,(07) . [9] 楊向東; 鄧大志; 魏昕; 周華. 三軸數(shù)控銑床加工圓錐螺旋槽技術(shù)[J]. 機電工程技術(shù), 2009,(04) . [10] 張建生; 張建華; 蔡勇. 從UG模型到MCNP幾何模型轉(zhuǎn)換的改進算法研究與實現(xiàn)[J]. 計算機應用與軟件,2010(11). 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 基于 UG的三軸銑床運動仿真 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 孔湘成 班 級 B 機制 077 學 號 0710101703 指導教師 趙海濤 完成日期 2011 年 6 月 6 日 基于 UG 的三軸銑床的運動仿真 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 摘要：銑床是一種應用廣泛的機床，銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵 軸外，還能加工比較復雜的型面，效率較刨床高，在機械制造和修理部門得到廣泛 應用。本課題設計的是一臺實現(xiàn)三軸聯(lián)動的銑床，并利用 UG 軟件進行運動仿真。 機床運動仿真分析已成為機床設計過程中重要的輔助手段，利用仿真可以及時發(fā)現(xiàn) 存在的運動干涉、設計不合理等問題，這樣可以在機床制造前及時解決，避免產(chǎn)生 巨大的成本花費。 首先，簡單介紹課題來源，銑床的分類及發(fā)展歷程。 其次，對三軸銑床進行總體設計，確定各個零件的尺寸和定位關(guān)系并進行校 核。使用 UG 軟件，建立銑床運動模型并進行簡單的運動仿真。 最后，總結(jié)全文，并展望了計算機仿真技術(shù)在機床設計方面的前景。本課題 是涉及機械和計算機技術(shù)的研究型項目。文中對 UGNX 軟件的應用、銑床總體結(jié)構(gòu) 進行了一些探究，為機床設計與研制方面累積了一些經(jīng)驗。 關(guān)鍵詞：三軸銑床；UG；運動仿真 基于 UG 的三軸銑床的運動仿真 Motion simulation of three-axis milling machine based on UG Abstract:Milling machine is a widely used machine, Milling machine can mill plane, groove, teeth, thread, spline axis, and more complex surface machining . Its higher efficiency than the planer , it has been widely used in the machinery manufacturing and repair sector . The project is designed to achieve a linkage axis milling machine, and using motion simulation by UG. Analysis of machine tool motion simulation has become an important adjunct in theMachine tool design process.This simulation can be used to detect the existence of the movement interference, design issues such as unreasonable. This can be resolved in time for the machine tool manufacturers, to avoid spending huge cost. Firstly,in this paper,it introduces a brief subject sources, classification and development process of milling. Secondly, it makes the overall design of three-axis milling machine, determines the size and location of each part and checks them between.,Confirm a simple motion model and motion simulation by UG software. Finally, it concluds remarks and prospects of the computer simulation in the design of future machines.This issue is related to mechanical and computer technology research projects, In this paper, application of UGNX software and the overall structure of milling machines has be explored,it accumulats some experience in design and development of machine tools . Key words：Three-axis milling machine;UG; Motion simulation 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 基于 UG 的三軸銑床的運動仿真 6 目錄 1.緒論 .1 1.1 簡介: .1 1.2 發(fā)展歷程: .1 1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述： .1 1.4 主要分類: .2 2.銑床機械部分設計 .4 2.1 總體設計要求 .4 2.2 運動軸的布置 .4 2.3 運動部件的行程范圍 .4 2.4 導軌的選擇 .4 2.5 聯(lián)軸器的選擇 .5 2.6 銑削力的計算 .5 2.6.1 主軸電機的選擇 .6 2.6.2X、Y 軸銑削力的計算 .6 2.7 步進電機的選擇 .7 2.7.1 步進電機應用中的注意事項 .7 2.7.2 步進電機三因素的選擇 .7 2.7.3 步進電機參數(shù)的計算選擇 .8 2.8 滾珠絲杠的選擇 .8 2.8.1 滾珠絲杠的選擇計算 .9 2.8.2 滾珠絲杠的校核 .10 2.9 軸承的選擇 .11 3.運動仿真 .16 3.1 建模 .16 3.2 裝配 .16 3.3 創(chuàng)建機床運動模型 .18 3.3.1 定義機床基礎部件 .18 3.3.2 定義機床運動組件和分類 .18 3.3.3 創(chuàng)建聯(lián)接坐標系和分類 .18 3.4 機床入庫 .21 4.結(jié)論 .25 參考文獻 .26 致 謝 .27 附 錄 .28 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 1 1.緒論 1.1 簡介: 銑床是一種用途廣泛的機床，在銑床上可以加工平面（水平面、垂直面） 、溝 槽（鍵槽、T 形槽、燕尾槽等） 、分齒零件（齒輪 、花鍵軸、鏈輪乖、螺旋形表面 （螺紋、螺旋槽）及各種曲面。此外，還可用于對回轉(zhuǎn)體表面、內(nèi)孔加工及進行切 斷工作等。 銑床在工作時，工件裝在工作臺上或分度頭等附件上，銑刀旋轉(zhuǎn)為主 運動，輔以工作臺或銑頭的進給運動，工件即可獲得所需的加工表面。由于是多刀 斷續(xù)切削，因而銑床的生產(chǎn)率較高。用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床除能 銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復雜的型面，效率較刨床 高，在機械制造和修理部門得到廣泛應用。 1.2 發(fā)展歷程: 銑床最早是由美國人 E.惠特尼于 1818 年創(chuàng)制的臥式銑床。為了銑削麻花鉆頭 的螺旋槽，美國人 J.R.布朗于 1862 年創(chuàng)制了第一臺萬能銑床，是為升降臺銑床的 雛形。1884 年前后出現(xiàn)了龍門銑床。20 世紀 20 年代出現(xiàn)了半自動銑床，工作臺利 用擋塊可完成“進給-快速”或“快速-進給”的自動轉(zhuǎn)換。 1950 年以后，銑床在控制系統(tǒng)方面發(fā)展很快，數(shù)字控制的應用大大提高了銑床 的自動化程度。尤其是 70 年代以后，微處理機的數(shù)字控制系統(tǒng)和自動換刀系統(tǒng)在 銑床上得到應用，擴大了銑床的加工范圍，提高了加工精度與效率。 隨著機械化進程不斷加劇，數(shù)控編程開始廣泛應用與于機床類操作，極大的釋 放了勞動力。數(shù)控編程銑床將逐步取代現(xiàn)在的人工操作。對員工要求也會越來越高， 當然帶來的效率也會越來越高。 1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述： 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技 術(shù)， “七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)” ，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當 大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，19982004 年國產(chǎn)數(shù)控機床 產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為 39.3%34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭 依然強勁，從 2002 年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口 第一大國，2004 年中國機床主機消費高達 94.6 億美元，但進出口逆差嚴重，國產(chǎn) 機床市場占有率連年下降，1999 年是 33.6%，2003 年僅占 27.7%。1999 年機床進口 額為 8.78 億美元（7624 臺） ，2003 年達 27.1 億美元（23320 臺） ，相當于同年國內(nèi) 數(shù)控機床產(chǎn)值的 2.7 倍。國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開 發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴 進口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究 其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務意識 與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 2 我們應看清形勢，充分認識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術(shù)，加大技 術(shù)創(chuàng)新與培訓服務力度，以縮短與發(fā)達國家之間的差距 1.4 主要分類: 一、按布局形式和適用范圍加以區(qū)分： （1）升降臺銑床：有萬能式、臥式和立式等，主要用于加工中小型零件，應 用最廣。 （2）龍門銑床：包括龍門銑鏜床、龍門銑刨床和雙柱銑床，均用于加工大型 零件。 （3）單柱銑床和單臂銑床：前者的水平銑頭可沿立柱導軌移動，工作臺作縱 向進給；后者的立銑頭可沿懸臂導軌水平移動，懸臂也可沿立柱導軌調(diào)整高度。兩 者均用于加工大型零件。 （4）工作臺不升降銑床：有矩形工作臺式和圓工作臺式兩種，是介于升降臺 銑床和龍門銑床之間的一種中等規(guī)格的銑床。其垂直方向的運動由銑頭在立柱上升 降來完成。 （5）儀表銑床：一種小型的升降臺銑床，用于加工儀器儀表和其他小型零件。 （6）工具銑床：用于模具和工具制造，配有立銑頭、萬能角度工作臺和插頭 等多種附件，還可進行鉆削、鏜削和插削等加工。 （7）其他銑床：如鍵槽銑床、凸輪銑床、曲軸銑床、軋輥軸頸銑床和方鋼錠 銑床等，是為加工相應的工件而制造的專用銑床。按控制方式，銑床又分為仿形銑 床（見仿形機床）、程序控制銑床和數(shù)字控制銑床（見數(shù)字控制機床） 二、按結(jié)構(gòu)分： (1)臺式銑床：小型的用于銑削儀器、儀表等小型零件的銑床。 (2)懸臂式銑床：銑頭裝在懸臂上的銑床，床身水平布置，懸臂通?？裳卮采?一側(cè)立柱導軌作垂直移動，銑頭沿懸臂導軌移動。 (3)滑枕式銑床：主軸裝在滑枕上的銑床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍導軌 作橫向移動，滑鞍可沿立柱導軌作垂直移動。 (4)龍門式銑床：床身水平布置，其兩側(cè)的立柱和連接梁構(gòu)成門架的銑床。銑 頭裝在橫梁和立柱上，可沿其導軌移動。通常橫梁可沿立柱導軌垂向移動，工作臺 可沿床身導軌縱向移動，用于大件加工。 (5)平面銑床：用于銑削平面和成型面的銑床，床身水平布置，通常工作臺沿 床身導軌縱向移動，主軸可軸向移動。它結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)效率高。 (6)仿形銑床：對工件進行仿形加工的銑床。一般用于加工復雜形狀工件。 (7)升降臺銑床：具有可沿床身導軌垂直移動的升降臺的銑床，通常安裝在升 降臺上的工作臺和滑鞍可分別作縱向、橫向移動。 (8)搖臂銑床：搖臂裝在床身頂部，銑頭裝在搖臂一端，搖臂可在水平面內(nèi)回 轉(zhuǎn)和移動，銑頭能在搖臂的端面上回轉(zhuǎn)一定角度的銑床。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 3 (9)床身式銑床：工作臺不能升降，可沿床身導軌作縱向移動，銑頭或立柱可 作垂直移動的銑床。 (10)專用銑床：例如工具銑床：用于銑削工具模具的銑床，加工精度高，加工 形狀復雜。 三、按控制方式分： 銑床又可分為仿形銑床、程序控制銑床和數(shù)控銑床等。 我的課題是基于 UG 的三軸銑床運動仿真。內(nèi)容是設計一臺簡易三軸銑床，并 利用 UG 的運動仿真功能實現(xiàn)銑床的三軸聯(lián)動功能。設計思路為先根據(jù)機床加工運 動范圍、特點，制定機床總體結(jié)構(gòu)方案，然后具體零部件設計計算，確定各部件的 關(guān)鍵尺寸，最后設計計算運動幅，并編制零件數(shù)控程序驅(qū)動機床運動以實現(xiàn)運動仿 真。 在進行設計之前我們要做好以下幾方面的工作： 首先，要有豐富的實踐經(jīng)驗。整個設計，僅靠一些參考資料是遠遠不夠的，這 樣設計出來的三軸銑床只是結(jié)構(gòu)完美，外形美觀，但實用性差，因此，在設計工作 開始前，指導老師特地帶我們到江淮動力集團、鹽城長虹涂裝有限公司、東風悅達 二廠等企業(yè)進行了實地參觀考察，與企業(yè)工程技術(shù)人員共同討論，積累了一些寶貴 的實踐經(jīng)驗。 其次，運用四年來所學的專業(yè)知識，針對現(xiàn)實中遇到的實際情況，做到舉一反 三。整個設計過程不僅涉及到以前所學的知識，還涉及到一些新的概念，這就要求 我們一邊溫習以前的知識，一邊還要學習新的知識，可以說，整個設計過程就是我 們不斷復習和學習的過程。 第三，通過自身的努力，理論聯(lián)系實際，從合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性 及對被加工零件的具體要求對現(xiàn)有機床進行研究和分析，找出可以進行改進的地方， 通過反復推敲對比，擬訂較為合理的銑削組合機床的總體方案。 在設計過程中，由于銑床大部分是由標準零件構(gòu)成，另外一些非標準件盡量適 應工廠的生產(chǎn)條件，使加工和維修方便，大大減少了設計工作量。限于本人知識水 平有限，又缺乏相應的實踐經(jīng)驗，在設計中定存在不到之處，敬請老師批評指正， 提出寶貴意見，以便及時糾正。 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 4 2.銑床機械部分設計 2.1 總體設計要求 1銑床應能滿足三軸聯(lián)動加工要求，保證加工精度； 2銑床應運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整； 3銑床盡量用通用件以便降低制造成本； 4銑床各動力部件用電氣控制。 2.2 運動軸的布置 銑床的布置形式分立式和臥式，兩種形式各有其優(yōu)點。選擇立式布置形式，主 軸升降為 Z 軸，水平方向進給為 X、Y 軸。選擇合適的滾珠絲杠安裝方式，步進電 機選擇等。由于垂向滑臺窗洞升降機構(gòu)在安裝滾珠絲杠后會因為失去自鎖而自動下 滑，必須增加平衡裝置和制動裝置。 水平方向，選擇十字滑臺作為運動部件。其采用滾珠絲杠和直線導軌副的傳動 方式，因而具有精度高,效率高,壽命長,磨損小,節(jié)能降耗,結(jié)構(gòu)緊湊,通用性較強的特 點，符合總體設計要求。 豎直方向，選擇機械滑臺，機械滑臺具有如下優(yōu)點： 1.進給量穩(wěn)定，慢速無爬行，高速無振動，可以降低加工工件的表面粗糙度。 2.具有較好的抗沖擊能力，斷續(xù)切削、鉆頭鉆通孔將要出口時，不會因沖擊而 損壞刀具。 3.運行安全可靠，易發(fā)現(xiàn)故障，調(diào)整維修方便。 4.沒有液壓驅(qū)動管路泄露、噪聲和液壓占地的問題。 2.3 運動部件的行程范圍 根據(jù)銑床的加工特點及參數(shù)，選擇銑床 XYZ 三軸的行程分別為: 300mm 300mm350mm 。 2.4 導軌的選擇 銑床上的直線運動部件都是沿著它的床身、立柱、橫梁等支撐件上的導軌進行 運動的，導軌的作用概括的說是對運動部件起導向和支承作用。在導軌副（如工作 臺和床身導軌）中，運動的一方（如工作臺導軌）叫做動導軌，不動的一方如床身 導軌叫支承導軌。 導軌選擇考慮的因素： （1）導向精度 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 5 導軌在空載下運動和在切削條件下運動時，都應具有足夠的導向精度。保證軸 承運動的準確性，是保證導軌工作質(zhì)量的前提。 （2）幾何精度 直線運動導軌的幾何精度一般包括：導軌在豎直平面內(nèi)的直線度；導軌在水平 平面內(nèi)的直線度；兩導軌面間的平行度。在前兩項精度中，都規(guī)定了導軌在每米長 度上和導軌全長上，兩導軌面間在橫向每米長度上的扭曲值。 （3）接觸精度 磨削和刮研的導軌表面，接觸精度按 JB2278 的規(guī)定，采用著色法進行檢查。 用接觸面所占的百分比或每 25 平方毫米面積內(nèi)接觸點數(shù)衡量。 （4）精度保持性 影響精度保持性的主要因素是磨損。 （5）低速運動平穩(wěn)性 當導軌作低速運動或微量位移時，應保證導軌運動的平穩(wěn)性，即不出現(xiàn)滑移現(xiàn) 象。 （6）結(jié)構(gòu)簡單平穩(wěn)性好 大多數(shù)機床的導軌都要淬硬，因此導軌的精加工不能淬硬。設計時應注意使導 軌的制造和維修方便，刮研量少。 由于其制造簡單維修、檢查方便的特點，選擇矩形滑動導軌。 2.5 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接兩進給機構(gòu)的兩根軸使之一起回轉(zhuǎn)傳遞扭矩和運動的一種裝 置。目前的聯(lián)軸器類型繁多，有液力式、電磁式和機械式。機械式聯(lián)軸器的應用最 為廣泛。套筒聯(lián)軸器構(gòu)造簡單，徑向尺寸小，但裝卸困難（軸需作軸向移動） 。且 要求兩軸嚴格對中不允許有徑向或角度偏差，因此使用時受到一定的限制。繞行聯(lián) 軸器則采用錐形夾緊環(huán)傳遞載荷，可使動力傳遞沒有方向間隙。凸緣式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu) 簡單，成本低，可傳遞較大扭矩，常用于轉(zhuǎn)速低、軸的剛性大及對中性好的場合。 主要缺點是對兩軸的對中性要求很高。 2.6 銑削力的計算 現(xiàn)假設刀具材料為高速鋼，工件材料為碳鋼（ ）abMP650 Z 軸銑削工作時銑削力的計算： 最大銑削直徑 =10mm,最小直徑 。maxdmd4in 由實用機床手冊得：銑削功率 (2-1)106VFPz 銑削力 (2-2)Zowfpz KF86.0.72.064 銑削力修正系數(shù) (2-3)rFmZF 其中工件材料系數(shù) (.)3.0b 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 6 高速鋼銑刀 ，前角系數(shù)015or92.0rFZK 主偏角 因此7k.FZ 0.161 工件材料的抗拉強度；b 銑削深度；pa 每齒進給量；f 銑削寬度；w 銑削直徑；od 銑刀齒數(shù)，Z 現(xiàn)取 Z=4 n=400r/min,Zmaf/05.ap4mdo10aw8NFZ .9725.10846286.6.72. sndVo /31/kWPm .5.904 2.6.1 主軸電機的選擇 選主軸電機時按切削計算，因為銑削時的最大切削力為： NFZ 3.19625.0485.046286.0.72 smndVo /1/13/kWPm .94 主軸功率 P= /0.88=0.68/0.88=0.77Kwm 所以選電動機為 =1.1kW，型號：Y90S 4 型。P 2.6.2X、Y 軸銑削力的計算 主轉(zhuǎn)動中主軸功率 P=0.77KW，則 7.01/. 電動機的額定功率 。銑削力同樣與道具材料、被銑削工件的材料、切削KW1.0 量等因素有關(guān)，現(xiàn)以刀具材料為高速鋼，工件材料為碳鋼進行計算。 主傳動功率包括銑削功率 、空載功率 、附加功率 三部分。即：mPmomcP ,對于一般輕載高速的中、小型機床，取 ,故總功率為：mcoP o5.0 ， ,在進給傳動中銑削功率)1(5.0)2/(5.0 ,查機床設計手冊得 k=0.85,2/ka 那么 kW36.)7/(.8. 切削時主軸上的扭矩為 (2-4)nPMctn940 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 7 則主軸上的最大扭矩： )(6.8740/36.97max cmNMn 銑刀的最大直徑為：10mm。主切削力 。銑削加工時主切削力Fc1. 與銑削進給抗力之間的比值由機床設計手冊查得為 1.01.2，取 1.2.則 ，垂直分力 與 之間的比值為 0.750.8,取 0.8， =841.5N。NFs9.105zc zF 2.7 步進電機的選擇 步進電動機又稱脈沖電動機。它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。 2.7.1 步進電機應用中的注意事項 1）步進電機應用于低速場合 2）步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。 3）轉(zhuǎn)動慣量大的負載應選用大機座號電機 4）電機在較高速或大慣量負載時，采用逐漸升頻提速。 5）高精度時，應通過機械減速、提高電機速度或采用高細分數(shù)的電機來解決。 6）電機不應在振動區(qū)內(nèi)工作 7）電機在 600PPS 以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。 8）應遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。 2.7.2 步進電機三因素的選擇 步進電機由步距角、靜轉(zhuǎn)矩及電流三部分組成。一旦三大因素確定步進電機的 型號便確定了下來。 步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求。將負載的最小分辨率換算到電機軸上， 每個當量電機應走多少角度，電機的步距角應等于或小于這個角度。 靜力矩的選擇 一般情況下靜力矩應在摩擦負載的 23 倍內(nèi)，靜力矩一旦確定，電機的基座及 長度就能確定。 電流的選擇 依據(jù)矩頻特性，確定電流 力矩和功率換算 步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用，功率是變化的，一般只用力矩來衡量， 力矩與功率換算如下： P= M (2-5) 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 8 =2 n/60 P=2 nM/60 其中 P 為功率，單位為瓦； 為每秒角速度，單位為弧度；n 為每分鐘轉(zhuǎn)速； M 為力矩，單位為牛頓米。 P=2 fM/400（半步工作）其中 f 為每秒脈沖數(shù)。 混合式步進電機控制系統(tǒng)優(yōu)缺點： 混合式步進電機控制系統(tǒng)優(yōu)點：穩(wěn)定可靠，性能好，運行平穩(wěn)。 混合式步進電機控制系統(tǒng)缺點：制造復雜，成本高；雖然共振區(qū)不明顯，振蕩 較小，但是仍然影響性能。 2.7.3 步進電機參數(shù)的計算選擇 1）步進電機轉(zhuǎn)軸上啟動力矩的計算 (2-6)2/()(36bzspqFGuT 銑削時： =841.5N，分別取 u=0.03 ,G=300N, ,N9.105 stepmb/.81 =360.011051.9+0.03(300+841.5)/(2 1.80.7)=49.4N/cmq 由手冊可知： / ，步進電機最大轉(zhuǎn)矩qT86.jm /0.866=49.4/0.866=57N/cmjmTq 2）確定步進電機最高工作頻率 ,假定 =0.025m/spVf/10maxax maxHz1250. 根據(jù)以上參數(shù)，初選混合式步進電機 57BYGH6403。采用兩相四拍通電方式。相數(shù)， 3；步距角， ；電流，2.5A；靜力矩，110Ncm ；轉(zhuǎn)動慣量，280 ;引線數(shù)，08.1 2gcm 4。 2.8 滾珠絲杠的選擇 滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動， 這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動動作變 成滾動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精 密儀器。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋 轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆 性和高效率的特點。 滾珠絲杠主要由絲杠螺母副完成運動轉(zhuǎn)換，滾珠絲杠螺母副的特點： 滾珠絲杠螺母副是一種低摩擦、高精度、高效率的機構(gòu)。它的機構(gòu)效（= 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 9 0.92-0.96）比滑動絲杠（= 0.20-0.40 ）高 3-4 倍。滾珠絲杠螺母副的動（靜） 摩擦系數(shù)基本相等，配以滾動導軌，啟動力矩很小，運動極靈敏，低速時不會 出 現(xiàn)爬行。滾珠絲杠螺母副可以完全消除間隙并可預緊，故有較高的軸向剛度， 且反向無空程死區(qū)，反向定位精度高。滾珠絲杠螺母摩擦系數(shù)小，無自鎖，能實現(xiàn) 可逆?zhèn)鲃?。滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式一般分內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。 在設計滾珠絲杠時，首先要確定其名義直徑、螺距及滾珠直徑等。確定滾珠絲 杠的上述參數(shù)時，目前采用的方法是，在防止疲勞點蝕的基礎上，即滾珠絲杠在工 作過程中受軸向負載時，在滾珠和滾道型面間使產(chǎn)生接觸應力。在這種交變接觸應 力的作用下，經(jīng)過一定的應力循環(huán)次數(shù)后就要使?jié)L珠或滾道型面產(chǎn)生疲勞剝傷，而 使?jié)L珠副喪失其工作性能，這是滾珠絲杠副的主要破壞形式。在設計滾珠絲杠副時， 必須保證在一定的軸向負載作用下，這種名義直徑 D 和螺距 t 的滾珠絲杠在回轉(zhuǎn)一 百萬次后，在它的滾道上由于受滾珠的壓力而不致有點蝕現(xiàn)象，這個負載的最大值 稱為這個滾珠絲杠能承受的最大動負載。 在選用滾珠絲杠時, 應從以下幾個方面考慮： 滾珠絲杠的安裝方式： 一端固定、一端自由的安裝方式適用于轉(zhuǎn)速較低、滾珠絲杠較短的情況。 兩端游動是一種常見的安裝方法, 適用于中等轉(zhuǎn)速的情況。 一端固定、一端游動則適用于中等轉(zhuǎn)速、需要高精度運行的場合。 而兩端固定的安裝則適用于高速運轉(zhuǎn)、需要高精度運行的場合。 絲杠的最小底徑尺寸： 滾珠絲杠在正常使用時, 須保證在軸向方向上被施加的最大壓縮負荷不能使絲 杠發(fā)生彈性變形, 這就確定了絲杠的最小底徑尺寸。 允許轉(zhuǎn)速： 隨著滾珠絲杠轉(zhuǎn)速的提高, 會逐漸接近絲杠的固有振動頻率, 進而會發(fā)生共振 以至不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動。因此滾珠絲杠一定要在臨界轉(zhuǎn)速共振點以下使用。 2.8.1 滾珠絲杠的選擇計算 動載荷 C 的計算 (2-7)max3FfLhn 其中 載荷系數(shù)取為 1.0 硬度系數(shù)取為 1.2hf 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 10 最大工作負載maxF L使用壽命 工作負載 F 是指機床工作時，實際作用在滾珠絲杠軸上的軸向壓力，它的數(shù)據(jù) 可以用進給牽引力的實驗公式計算： 對于類似燕尾型導軌的機床 (2-8)2(maxGfkyz X 方向的切削力F Y 方向的切削力y Z 方向額切削力z G移動部件的重量 導軌上的摩擦系數(shù)f 考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)k 正常潤滑情況下，對類似燕尾型導軌 ,4.103.f 在銑削過程中， =841.5N， =0， =1051.9N，G=300NzFxyF N4.97)3025.841(.max 而 式中 n滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，T 使用壽命 對于銑床，n 一般取60/nTL 1250r/min, T 一般取 15000h,因為 L=60125015000/ =1125610 C= N9.187.420.153 根據(jù)以上參數(shù)，選擇規(guī)格為 32055 的內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭型單螺母制滾珠絲杠 副。名義直徑為 32mm；基本導程 5mm；滾珠直徑 3.5mm；絲杠大徑 31.5mm。螺 母內(nèi)徑 50mm;螺母外徑 80mm；螺母長度 56mm。 2.8.2 滾珠絲杠的校核 效率計算： 從機械原理中得知，滾珠絲杠副的傳動效率 （2-9）)(/tg 式中 螺紋的螺旋升角； 005.416arctDtrc 摩擦角；滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù) f=0.0030.004,其摩擦角約為 ，故 01 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 11 96.0 剛度的檢驗 從材料力學中得知滾珠絲杠受工作負載 P 的作用而引起的一個螺距 T 的變 化量 261 5.1430.297EFPt 滾珠絲杠受扭矩 M 作用而引起的一個螺距 t 的變化量 2t 其中 在扭矩 M 的作用下，滾珠絲杠每一螺距長度兩截面上的相對扭轉(zhuǎn)角； cGJt cmNPt 43.695.014327 G扭轉(zhuǎn)彈性；對鋼而言，G=841 N/ 2 滾珠絲杠載面積的極慣性矩 =c cJ)(/44d =J448.93/1.cm =cMt mN1506.20613512 75.8984. t 如果 Y 方向的滾珠絲杠的長度為 100cm，則整個工作長度上的螺距變形總誤差：ct/0.3.0/161 查表得，對 E 級絲杠，允許誤差 ，故絲杠滿足要求。m/15 穩(wěn)定性驗算 機床的進給絲杠通常是一種受軸向壓力的壓桿，如果軸向壓力過大，可使絲杠 失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生翹曲。長柱壓桿失穩(wěn)時的臨界負載 ，可用材料力學中的歐kP 拉公式計算： （2-2)(ulEJPk 10） 對鋼而言，彈性模數(shù) 27/10.2cmN 對實心圓桿而言，截面慣性矩 ；絲杠的工作長度4 44156.3cmdJcml30 絲杠軸端系數(shù) u=1 NPk 8272 105.)01(4. 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 12 =4 故此絲杠不致失穩(wěn)。6 8107.4.95Pnk kn 2.9 軸承的選擇 機床傳動軸的滾動軸承的主要失效形式，是循環(huán)接觸應力下的作用，滾動體和 滾道表面出現(xiàn)疲勞剝落。而絲杠軸承的載荷主要是軸向載荷，對絲杠軸承的主要要 求是軸向精度和剛度要高，摩擦力矩要小，所以選用六十度角接觸球軸承該軸承是 與滾珠絲杠配合的專用軸承，其主要特點如下： 1）接觸角大，鋼球數(shù)多承載能力高，剛度高。 2）既能承受軸向載荷，又能承受徑向載荷，支承結(jié)構(gòu)可以簡化。 3）軸承啟動摩擦矩小，降低絲杠副的驅(qū)動功率，提高進給系統(tǒng)靈敏度。 現(xiàn)選用 7000C 型號，基本尺寸為：d=10mm,外徑 D=26mm,寬度 B=8mm,基本額 定動負荷 ，基本額定靜載荷， ，極限轉(zhuǎn)速為 2800r/min。KNCr29.4 KNCor25. 對軸承的疲勞壽命進行校核：由機械設計可知， 軸承的基本額定壽命為： （2-)(601PnLh 11） 式中：P當量動載荷； 基本額定壽命；hL10 壽命指數(shù)一般球軸承為 3； 軸承工作轉(zhuǎn)速，n=1250r/min;n C基本額定動載荷，C=2250N； 其中： （2-)(ardYFXfP 12） 沖擊載荷系數(shù)，取 1.1；df 徑向載荷；rF X、Y徑向動載荷系數(shù)。X=0.44 ，Y=1; NP1.074.9).0(1hLh 503268.52630 所以該軸承的選用是合格的。 2.10 軸的校核 a.軸系零件的軸向固定 為使軸和軸上零件在機器中有正確的位置，防止軸系軸向竄動和正確傳遞軸向 力，軸系零件應予軸向固定。常見的軸向固定方式有三種： 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 13 (1)兩端單向固定的支承結(jié)構(gòu)； (2)一端雙向固定，一端游動的支承結(jié)構(gòu)； (3)兩端游動的支承結(jié)構(gòu)。 軸系零件不論采取哪種固定方式，都是根據(jù)具體情況通過選擇軸承的內(nèi)圈與軸， 外圈與軸承座孔的固定方式來實現(xiàn)的。軸承內(nèi)外圈的周向固定主要由配合來保證， 軸承內(nèi)圈和軸的軸向固定，其原則及方法與一般軸系的軸向固定方式基本相同，外 圈與軸承座孔的軸向固定形式主要是利用軸承蓋、孔用彈性墊圈、套孔的凸肩以及 軸承座孔的凸肩。具體選擇時要考慮軸向載荷的大小，方向，轉(zhuǎn)速高低，軸承的類 型，支承的固定型式等情況。根據(jù)上面的要求，結(jié)合本設計情況，主軸箱內(nèi)的軸系 零件的軸向固定方式采用兩端單向固定的支承結(jié)構(gòu)。 b.軸的結(jié)構(gòu) 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上零件的類型，尺寸 及配置，定位和固定方式；載荷的性質(zhì)，大小，方向及分布情況；軸的加工和裝配 工藝性等。由于影響軸結(jié)構(gòu)的因素較多，其結(jié)構(gòu)隨具體條件不同而靈活變化，所以 軸一般并無標準的結(jié)構(gòu)形式。但不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)均須滿足：足夠的強 度和剛度；軸和裝在軸上的零件應有準確的工作位置；軸上的零件應便于裝拆和調(diào) 整；軸應該具有良好的制作工藝性。 c.軸的校核 作出軸的彎扭矩如圖 3-1 所示。 1、求出傳動軸上的轉(zhuǎn)矩 T： 傳動軸上的傳遞功率： KW （2-85.27.905P傳 13） 則 N mm （2-66 14.32.715.905.9nT 14） 2、求作用在齒輪上的力： mm684.31mzd N14.357021TFt N9.4tanr mm2570.32mzd N90.6412TFt N7.920tanr 3、軸的受力分析 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 14 a. 畫出傳動軸的受力簡圖（如圖 3-1） b. 計算支承反力 在水平方向上 N26.43721lFttNH N8.04)(2132ltt 在垂直方向上 N6.59213lFrrNV N57.20)(2132lrrV c. 畫出彎矩圖（如圖 3-1） 截面 B 處水平彎矩 Nmm02.39516.41lFMNH 截面 C 處的水平彎矩 Nmm32.148.4.875.23.7)( 211 llFtNH 截面 B 處垂直彎矩 Nmm321691NV 截面 C 處的垂直彎矩 Nmm75.0965.9.0.5)( 2121llMrNv 截面 B 處的合成彎矩 Nmm82VHBM 截面 C 處的合成彎矩 Nmm62.13C 4、彎矩合成強度校核 通常只校核軸上受最大彎矩和扭矩的截面的強度，由以上計算得，危險截面 為截面 C。 考慮啟動、停機影響，扭矩為脈動循環(huán)變硬力， ，6.0 N mm （2-81.25)346.0(2.193)(232 TMca 15） 截面 C 處計算應力 Mpa （2-7.5.813Wcac 16） 根據(jù)文獻12 表 11.2，軸的常用材料及其主要力學性能表可得 45 號調(diào)質(zhì)鋼的 MPa。6011ca 所以該軸的強度滿足設計要求。用同種方法校核其他軸，均滿足要求。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 15 圖 3-1 軸的彎扭矩圖 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 16 3.運動仿真 根據(jù)課題要求，使用 UG 軟件進行運動仿真。UG 是 Unigraphics 的縮寫，這是 一個交互式 CAD/CAM(計算機輔助設計與計算機輔助制造 )系統(tǒng)，它功能強大，可 以輕松實現(xiàn)各種復雜實體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著 PC 硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在 PC 上的應用取得了迅猛的增長，目前已 經(jīng)成為模具行業(yè)三維設計的一個主流應用。NX 包括了世界上最強大、最廣泛的產(chǎn) 品設計應用模塊。 NX 具有高性能的機械設計和制圖功能，為制造設計提供了高 性能和靈活性，以滿足客戶設計任何復雜產(chǎn)品的需要。 NX 優(yōu)于通用的設計工具， 具有專業(yè)的管路和線路設計系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料件設計模塊和其他行業(yè)設計 所需的專業(yè)應用程序。UG NX 加工基礎模塊提供聯(lián)接 UG 所有加工模塊的基礎框架， 它為 UG NX 所有加工模塊提供一個相同的、界面友 好的圖形化窗口環(huán)境，用戶可 以在圖形方式下觀測刀具沿軌跡運動的情況并可對其進行圖形化修改：如對刀具軌 跡進行延伸、縮短或修改等。該模塊同時提供通用的 點位加工編程功能，可用于 鉆孔、攻絲和鏜孔等加工編程。該模塊交互界面可按用戶需求進行靈活的用戶化修 改和剪裁，并可定義標準化刀具庫、加工工藝參數(shù)樣板 庫使初加工、半精加工、 精加工等操作常用參數(shù)標準化，以減少使用培訓時間并優(yōu)化加工工藝。UG 軟件所有 模塊都可在實體模型上直接生成加工程序，并保持與實 體模型全相關(guān)。 UG NX 的 加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序，該模塊適用于目 前世界上幾乎所有主流 NC 機床和加工中心，該模塊在多年的應用實踐中已被證明 適用于軸或更多軸的銑削加工、軸的車削加工和電火花線切割。 仿真過程 由于銑床的結(jié)構(gòu)和裝配懸系復雜，不宜進行單次建模，而是創(chuàng)建若干零部件， 在裝配界面中將這些部件裝配成完整的銑床。 3.1 建模 在確定了銑床各個零部件的尺寸形狀后，在 UG 的草圖界面中選擇創(chuàng)建部件的 一個剖面，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像等操作畫出零部件的三維實體圖。 3.2 裝配 在 NX 中，裝配只是 PART FILE，其中不包括實際的幾何體，而是用于管理幾 何體，其中只包含組件，是指針的集合。 裝配時，從開始進入裝配界面，選擇裝配和加載選項，選擇添加組件選項，選 擇合適的定位方式添加組件。按此方法逐一添加組件，組件之間選擇接觸對齊 平行、垂直等裝配約束方式進行相互間的定位。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 17 圖 1.UG 創(chuàng)建的導軌三維圖 圖 2.部件間的裝配 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 18 3.3 創(chuàng)建機床運動模型 完成裝配后，就有了機床的整體視圖。進入機床構(gòu)造器 MTB 進行機床運動模 型的定義并在機床導航器中重新命名新添機床名 mill3ax.運動模型是用來描述機床 運動的，定義了運動模型后各組件的運動方式才得以確定。 3.3.1 定義機床基礎部件 機床基礎部件是定義機床運動關(guān)系的基礎是機床導航器中關(guān)系樹的根，一般定 義機床床身。 3.3.2 定義機床運動組件和分類 根據(jù)機床部件和裝配關(guān)系在上級部件下插入所要添加的 k 組件定義，k 組件的 父子關(guān)系決定了它們的依存關(guān)系。當定義 PART、 BLANK、FIXTURE 等設備組件 時只需先定義名稱并分類，不必指定幾何對象。分類的目的是在進行碰撞干涉檢查 時，可以按照類進行檢查。通常對毛坯、工件和夾具進行分類。 3.3.3 創(chuàng)建聯(lián)接坐標系和分類為了便于描述機床各運動副之間的相對運動關(guān)系分別在 機床原點、工件和刀具上建立同向平行的坐標體系，并且使機床處于初始狀態(tài)時， 工件坐標系、刀具坐標系坐標方向均與機床坐標系一致。 1)首先必須在機床基礎件上定義機床坐標系和機床原點，用于指定機床各組件 圖 3.創(chuàng)建機床運動模型 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 19 的運動方向，因此機床坐標系軸的方向的確定很重要，但原點的位置可以定義在機 床的任意位置。創(chuàng)建一個名為 MACHINE_ZERO，分類為 MachineZero 的連接坐標 系。 2)在機床工作臺上創(chuàng)建一個名為 PART_MOUNT_JCT 的連接，用于在模擬仿真 時，安裝加工工件將零件安裝坐標系定在當前坐標系位置。PART_MOUNT_JCT 實 際上定義工件在機床上安放時的參考點，即裝卡原點。同樣方式在刀具主軸端面創(chuàng) 建一名為 TOLL_MOUNT_JCT 的連接，用于模擬仿真時安裝刀具。應注意坐標系 方向，X 軸為刀具安裝軸。 圖 4.建立機床原點 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 20 3)創(chuàng)建機床運動軸：該功能的作用機床組件的運動形式，定義 XYZ 軸的運動 行程和連接關(guān)系。 圖 5.創(chuàng)建刀具安裝連接 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 21 3.4 機床入庫 建好運動模型后，用機床模型文件路徑將設置好的機床加入機床庫以便調(diào)用。 修改機床庫文件 在.MACHresourcelibrarymachineasciimachine_data_dat 下添加新機床入口 DATA|mill3ax_fanuc_mm|1|3- AxMillVertical|Fanuc|Example|$UGII_CAM_LIBRARY_INSTALLED_MACHINES_ DIRmill3axmill3ax_fanuc_mm.dat|1.000000|$UGII_CAM_LIBRARY_INSTALLED_ MACHINES_DIRmill3axgraphicsmill3ax 使機床庫指向 mill3ax.dat 文件以便在該.dat 文件中，定義將用的機床后處理器。 圖 6.定義機床運動軸 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 22 執(zhí)行完以上操作步驟將生成一個完整的虛擬機床，當需要時就可以在機床庫中 調(diào)出并可實現(xiàn)該機床仿真運動和生成加工 NC 程序。 虛擬機床仿真加工與驗證 將建立好的機床添加到虛擬仿真機床庫之后就可以通過后置處理實現(xiàn)加工過程 仿真及驗證。 a)首先在加工環(huán)境下打開要驗證的以生成刀具路徑的加工件，使導航器切換到 刀具導航器，并載入建立好的機床運動模型。 b)定義加工件及夾具，打開機床構(gòu)造導航器在載入的虛擬機床上定義機床加工 件、毛坯及夾具等。 圖 7.調(diào)入虛擬機床 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 23 c)定義加工刀具，在 MTB 環(huán)境下對加工所需的刀具裝配模型進行運動模型定 義，方法與機床運動模型的定義類似。如果不提供刀具運動模型，系統(tǒng)可以根據(jù)加 工模型中的刀具參數(shù)自動創(chuàng)建一個加工刀具，因此這一步不是必須有的。 d)定義機床驅(qū)動器，為了模擬真實的機床 NC 控制器行為，需要定義虛擬 NC 控制器來控制虛擬機床，在 Post Builder 中為機床創(chuàng)建 POST 處理器時，可以自動 生成機床驅(qū)動文件。 e)進行 ISV 仿真（載入刀具運動模型與 ISV 的設置和實現(xiàn)） 最后刀具導航器或幾何體導航器選擇具體操作點右鍵激活仿真即可實現(xiàn)對應程 序的仿真加工。 圖 8.定義加工刀具、加工工件 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 24 圖 9.進行運動仿真 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 25 4.結(jié)論 利用計算機仿真技術(shù)，建立數(shù)控機床的運動學、動力學仿真模型，在此基礎上， 建立起提高數(shù)控機床運動精度的優(yōu)化仿真模型同時運用現(xiàn)代測量技術(shù)，通過實驗手 段掌握數(shù)控機床在加工狀態(tài)下的動態(tài)性能和運行規(guī)律，驗證數(shù)控機床仿真模型的正 確性，從而為數(shù)控機床虛擬建模提供技術(shù)支持，是數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡化以及實現(xiàn)數(shù)控設 備遠程監(jiān)控稱為可能。構(gòu)建了 MILL3AX 三軸聯(lián)動銑床虛擬模型，實現(xiàn)了數(shù)控編程 的虛擬制造，比一些 CADCAM 單純?yōu)槲募抡娓鼮檎鎸崱⒅庇^、更為接近實際加 工情況。仿真后的 NC 程序不用試切，可直接輸入機床進行加工，極大地提高了數(shù) 控編程的效率和品質(zhì)。 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 26 參考文獻 1 黃鶴汀等. 機械制造裝備M.機械工業(yè)出版社，2001. 2 吉衛(wèi)喜等.機械制造技術(shù)J.機械工業(yè)出版社，2001. 3 李洪.實用機床設計手冊M.遼寧科技出版社，1999. 4 葉偉昌.機械工程及自動化簡明設計手冊(下冊)M.機械工業(yè)出版社，2001. 5 艾興.金屬切削用量手冊M.機械工業(yè)出版社，1996. 6 李益民.機械制造工藝設計手冊M.機械工業(yè)出版社，1995. 7 徐錦康.機械設計M.高等教育出版社，2004. 8 韓敬禮等.機械電氣設計簡明手冊M.機械工業(yè)出版社，1994. 9 胡家秀.機械零件設計實用手冊M.機械工業(yè)出版社，1999. 10 周建方等.材料力學M.機械工業(yè)出版社，2002. 11 朱龍英等.機械原理M.西安電子科技大學出版社，2009. 12 魯屏宇. 工程圖學M北京：機械工業(yè)出版社，2005. 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計 2011 27 致 謝 本次設計是基于 UG 的三軸銑床的運動仿真，旨在利用 UG 的仿真運動功能對所 設計的銑床進行運動干涉，設計不合理等方面的檢查，完善機床設計。三個月多月 的努力，已經(jīng)較好的完成了這次畢業(yè)課程設計。 設計初，我們在指導老師的帶領下，進行為期四周畢業(yè)實習，收集相關(guān)的設計 資料。完成實習后，對所收集的相關(guān)資料進行加工整理，初步討論、理定設計方案。 隨即將擬定的方案一步步的轉(zhuǎn)化為實際成果，即繪制好該方案的圖紙，并參考各方 面的資料，不斷的修正完善該設計方案。最后，完成該方案的設計說明書。 為期三個多月的畢業(yè)設計已結(jié)束，回顧整個過程，我覺得受益匪淺。畢業(yè)設計 是檢查學生綜合設計能力的一個重要環(huán)節(jié)，是對學生獨立設計能力的一次考驗，也 是第一次較全面的實踐機會。這次設計使我的理論知識與實踐很好的結(jié)合在一起， 也顯示出了我在設計中的一些經(jīng)驗不足和知識欠缺之處，加深了我對理論知識的理 解，強化了畢業(yè)設計中的感性認識，提高了獨立設計能力。深入了解機械產(chǎn)品生產(chǎn) 的全過程及新技術(shù)、新設備在機械制造業(yè)中的應用，了解生產(chǎn)的組織管理、企業(yè)改 革的情況。深入實踐，體會到理論聯(lián)系實際的必要性，認識到學校學過的許多知識 與解決實際生產(chǎn)問題還有很大的差距，而縮短差距的方法只有到實踐中去。利用一 切方法和手段了解本課題所涉及的研究、生產(chǎn)、銷售、使用等方面的實際情況以及 有關(guān)的數(shù)據(jù)、圖表、文獻資料。向生產(chǎn)實踐學習，了解與課題有關(guān)的生產(chǎn)線、設備、 工藝等實際知識。 總的說來，這次畢業(yè)設計，使我在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等 方面得到了一次較好的鍛煉。同時提高了我創(chuàng)新設計能力，鍛煉了我認真工作的作 風，為即將走上工作崗位打下了良好的基礎。 在這次畢業(yè)設計期間,得到了指導老師的悉心指導、同組同學的幫助，在這里 表示真誠的感謝意！ 基于 UG 的三軸銑床運動仿真 28 附 錄 序號 名 稱 圖樣大小 張 數(shù) 圖號 1 三軸銑床總裝圖 A0 1 SZXC-00 2 十字滑臺裝配圖 A1 1 SZXC-00-01 3 主軸箱裝配圖 A1 1 SZXC-00-02 4 滾珠絲杠零件圖 A3 1 SZXC-00-01-01 5 銑床 UG 截圖 A3 1 SZXC-01