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數(shù)控車床機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究數(shù)控車床機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究答辯人：張煒澍指導(dǎo)老師：黃曉華黃曉華(副教授)專業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化日期：2010年6月3日本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)計(jì)主運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定轉(zhuǎn)速圖擬定傳動(dòng)圖擬定主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)件估算與驗(yàn)算主軸組件設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈的確定滾珠絲杠副的計(jì)算與選擇電機(jī)的選擇主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)計(jì)主運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定尺寸參數(shù)床身最大工件回轉(zhuǎn)直徑 410mm刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 224mm工件最大長(zhǎng)度 750mm主軸通孔直徑 36mm主軸頭號(hào) D6/A6主軸錐孔 莫氏六號(hào)運(yùn)動(dòng)參數(shù)根據(jù)切削速度與工件回轉(zhuǎn)直徑計(jì)算主軸最高最低轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速是1600r/min,最低轉(zhuǎn)速為35r/min變速范圍Rn=1600/35=45確定公比為1.41轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)為12級(jí)查標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速表得以下轉(zhuǎn)速數(shù)列：35.5,50,67,100,140,200,280,400,560,800,1120,1600動(dòng)力參數(shù)確定主切削力切向分力確定切削功率估算主電機(jī)功率選用Y132S-4電機(jī)，額定功率5.5KW，額定轉(zhuǎn)速1440r/min。轉(zhuǎn)速圖擬定變速組和傳動(dòng)副數(shù)確定 12=322擬定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)分配傳動(dòng)比傳動(dòng)圖的擬定帶輪直徑的確定根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速確定A型普通V帶查表選取小帶輪直徑100mm,計(jì)算得大帶輪直徑200mm確定中心距A=462mm，并驗(yàn)算小帶輪轉(zhuǎn)速和主動(dòng)輪包角合乎要求計(jì)算得三角帶根數(shù)Z=3根齒輪齒數(shù)的確定查表法確定齒輪齒數(shù)，同一變速組中模數(shù)相同基本組Z1=24、48，Z2=30、42，Z3=36、36 第一擴(kuò)大組Z4=20、56，Z5=38、38 第二擴(kuò)大組Z6=66、33，Z7=20、79主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算齒輪的設(shè)計(jì)與校核基本組m=2，第一擴(kuò)大組m=2.5，第二擴(kuò)大組m=3.5 軸的估算驗(yàn)算傳動(dòng)軸直徑的估算 軸直徑=30mm,軸直徑=36mm,軸直徑=40mm,軸直徑=70mm傳動(dòng)軸直徑的驗(yàn)算軸承選擇設(shè)計(jì) 軸采用深溝球軸承6005和深溝球軸承6008，軸采用圓錐滾子軸承30206，軸采用圓錐滾子軸承30212和深溝球軸承6008主軸組件設(shè)計(jì)前軸頸直徑86mm后軸頸直徑60mm主軸內(nèi)徑36mm懸伸梁a=80mm跨距l(xiāng)=410mm主軸剛度驗(yàn)算主軸軸承選擇前軸承雙列圓錐滾子軸承NN3018K后軸承圓錐滾子軸承30212，推力球軸承51212輔助軸承圓柱滾子軸承N1016主軸箱裝配圖設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈的確定1級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比i=1.25，確定齒輪齒數(shù)Z=32、40，模數(shù)m=2滾珠絲杠副的選擇計(jì)算型號(hào)：滾珠絲桿型號(hào)為CMD4006-5選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)：130BF001型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)絲桿軸承選型推力球軸承51207，深溝球軸承6007，角接觸軸承7007C縱向進(jìn)給裝配圖設(shè)計(jì) 致謝致謝 首先我要感謝我的導(dǎo)師黃曉華副教授，正因?yàn)橛兴南ば闹笇?dǎo)，我才能順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。我也要感謝各位到場(chǎng)的答辯老師，因本人水平有限，設(shè)計(jì)中還有很多不足之處，望老師們批評(píng)指正。南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
選題情況
課題名稱
數(shù)控車床機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
難易程度
偏難
適中
√
偏易
工作量
較大
合理
√
較小
符合規(guī)范化的要求
任務(wù)書
有
√
無(wú)
開題報(bào)告
有
√
無(wú)
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
√
良
中
差
學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況
好
√
一般
差
工作進(jìn)度
快
按計(jì)劃進(jìn)行
√
慢
中期工作匯報(bào)及解答問題情況
優(yōu)
良
√
中
差
中期成績(jī)?cè)u(píng)定：良好
所在專業(yè)意見：
負(fù)責(zé)人：
2010 年5 月 8 日
南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
(用外文寫)
外文出處：Department of Industrial and Manufacturing Systems Engineering
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：
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簽名：
2010年 3 月 25日
附件1：外文資料翻譯譯文
3軸平端面銑床可加工性分析
Ye Li
e-mail: yeli@iastate.edu
Matthew C. Frank
工業(yè)部及制造系統(tǒng)工程系
愛荷華州立大學(xué)
摘 要 本文提出一種可加工性幾何分析方法。該戰(zhàn)略的實(shí)施決定了由設(shè)置單一方向旋轉(zhuǎn)軸的多元化3軸加工業(yè)務(wù)處理可加工部分。來自立體幾何模型的切片用于切削組成多邊形鏈的每個(gè)不同環(huán)節(jié)。采取的片正交旋轉(zhuǎn)軸，因此，無(wú)論兩個(gè)和三個(gè)二維（2D和 3D）機(jī)械加工性能分析都從垂直和傾斜方向上計(jì)算。這種可加工方法擴(kuò)展了對(duì)早期二維快速制造能見度分析和采用數(shù)控加工的原型設(shè)計(jì)組件。
關(guān)鍵詞 可加工性，工具易用性，數(shù)控加工，片幾何
1 導(dǎo)言
在各種各樣復(fù)雜曲面的零件設(shè)計(jì)上可加工性分析起到越來越重要的作用。當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助制造CAM軟件由于刀具容易產(chǎn)生一套表面組成部分和切割方向。然而，確定安裝方向很困難且確定部分是否可以加工是很大的挑戰(zhàn)。一個(gè)適當(dāng)?shù)陌惭b方向才能保證一個(gè)表面有效切斷，而一個(gè)不恰當(dāng)?shù)臅?huì)留在某些地區(qū)過多材料。先進(jìn)的5軸數(shù)控銑床似乎緩解了這一局面，但是成本和或編程的困難往往限制了5軸機(jī)床的廣泛使用。三軸銑床，由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)設(shè)備未成熟的原因，在multisetup設(shè)備幫助下對(duì)于復(fù)雜曲面加工進(jìn)行特殊對(duì)待。
瑞和李【1】使用了旋轉(zhuǎn)傾斜式3軸機(jī)床來替代5軸球頭銑刀。緒伊特爾【2】提供了一個(gè)額外軸加工的理論依據(jù)。最近，弗蘭克【3】使用了3軸銑床和第4軸索引作為一個(gè)有效的快速成型機(jī)。銑刀被證明可以更好的匹配的零件幾何表面，較高的材料去除率，以及比球銑刀更長(zhǎng)的刀具壽命【4】。葉和洛夫特斯【5】展示了在3軸機(jī)床上利用斜立銑刀生產(chǎn)低曲率表面的能力。然而，大表面曲率變化對(duì)機(jī)器來說有必要確定一個(gè)加工方向和在與每一個(gè)方向上相關(guān)聯(lián)的順與加工方式。因此，對(duì)于復(fù)雜零件來說成功創(chuàng)建實(shí)施一個(gè)有效的多方向的3軸可加工性分析是至關(guān)重要的。許多研究人員研究了加工性能分析和與之密切相關(guān)的工件安裝問題。大部分的方法都是基于光線的無(wú)障礙和能見度。蘇和慕克吉【6】提出了一個(gè)方法來確定可加工性的多面體對(duì)象。凸封閉對(duì)象由在封閉面對(duì)象水平方向上的每個(gè)正交可見的零件組成。然后，該部分被認(rèn)為是在封閉對(duì)象的水平矢量方向進(jìn)行切削的。后來，陳和胡利用能見度分析計(jì)算幾何球面【7】他們開始執(zhí)行了可用于確定工件安裝和機(jī)械的選擇幾何算法。湯【8】制定作為球形找到最大的交集多邊形的工件定位的問題。甘【9】討論它的性質(zhì)并提出了建設(shè)球形圖的有效方法：用高斯圖形計(jì)算能見度圖形。陳等【10】在球型凸多邊形領(lǐng)域解決3、4、5軸球頭銑刀確定工件最優(yōu)方向幾何問題。通過使用一個(gè)零件表面特定部分可以產(chǎn)生能見度圖形；因此，它不能保證整體無(wú)障礙。楊等【11】在凸面分析的基礎(chǔ)上不依賴圖形能見度來計(jì)算錐體能見度。尹等【12】定義完全可視性和部分能見度并提交了一份C空間為基礎(chǔ)來計(jì)算錐體能見度。在某些情況下，表面有一個(gè)很大的修改。瑞和康【14】建造了一個(gè)球形映射二進(jìn)制數(shù)計(jì)算椎體能見度，以解決加工的配置問題，包括工件安裝定位。一個(gè)已用的三角形補(bǔ)丁是在單元球上測(cè)試整體能見度。達(dá)利瓦等?！?5】提出了用錐體無(wú)障礙來計(jì)算多面體對(duì)象的類似的方法，但必須有確切的數(shù)學(xué)條件和算法。巴拉蘇布拉馬尼亞姆等?！?6】通過計(jì)算機(jī)硬件分析能見度。弗蘭克等【17】分析了兩維的立體片整體可見性，并搜查了第四軸通過執(zhí)行一個(gè)算法來轉(zhuǎn)移刀具的加工方向。所有這些能見度為基礎(chǔ)的做法確定了可加工性的必要條件; 但是，他們忽視了幾何工具，因此，真正的可加工性是沒有保障。圖1顯示基于-線光能見度的錐體不能保證用大型工具加工的1段ij實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)障礙。
圖1根據(jù)光線和工具的大小來實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙
蘇和慕克吉【6】考慮通過抵消原來零件表面刀具半徑建立一個(gè)新的零件模型。通過此偏移零件來使實(shí)現(xiàn)可加工性得到進(jìn)一步保證。此方法對(duì)球頭銑刀加工性分析是有效的。但現(xiàn)在沒有這樣平面銑刀, 因?yàn)橥ㄟ^工具傾斜角度的轉(zhuǎn)變平面銑刀的有效半徑也是可變的。Haghpassand和奧利弗[【18】和拉澤維奇和古德曼【19】考慮零件表面和刀具幾何形狀。不過，工具的大小是沒有考慮到，因?yàn)楦咚褂成洳粋鬟_(dá)任何部分的表面和工具的大小的信息。巴拉蘇布拉馬尼亞姆等?！?6,20】通過之前進(jìn)行碰撞結(jié)果檢測(cè)的5軸加工刀具插補(bǔ)路徑來驗(yàn)證工具的態(tài)勢(shì)。
在過去幾年，基于特征技術(shù)在制造業(yè)研究界有積極的作用Regli【21】Regli等?！?2】，和古普塔和鈕【23】通過計(jì)算功能無(wú)障礙的數(shù)量和檢驗(yàn)與零件特征無(wú)障礙體相交來討論和檢查功能無(wú)障礙。古普塔和鈕【23】承認(rèn)所有的加工操作，是由機(jī)器生成的計(jì)劃的一部分，并根據(jù)不同的計(jì)劃的設(shè)計(jì)需要進(jìn)行檢查和評(píng)價(jià)。阿由古普塔等人制造的全面調(diào)查文件。[24]審查基于特征的可制造性評(píng)價(jià)系統(tǒng)。陳和沙【25】 在去除量和工件之間的功能分類和分析面臨的自由度來檢查功能無(wú)障礙。蓋恩斯等調(diào)解員制度的報(bào)告?！?6】用知識(shí)的生產(chǎn)設(shè)備，以確定在部分模型制作功能。測(cè)試與相交部分進(jìn)行無(wú)障礙的研究。法拉杰【27】雙方討論了2.5維正面和負(fù)面的輔助功能。其他研究人員提出了功能為基礎(chǔ)的方法來確定工件設(shè)置【28-31】。
雖然基于特征的方法有能力來處理基于特征的設(shè)計(jì)，他們不能把自己放在自由曲面的定義功能可能不存在的地方。此外，基于特征的方法，建議所有的專題，包括幾何元素被視為一個(gè)實(shí)體。在實(shí)際上加以限制規(guī)定，成一個(gè)零件分析模型。例如，在一個(gè)方向可能是機(jī)器的一個(gè)零件特征的一部分，然后在一個(gè)或多個(gè)連續(xù)的方向上完成其余表面的功能。目前的問題是弗蘭克等人提出的基于快速加工戰(zhàn)略的文件的地址?！?】即一部分用設(shè)置一個(gè)單一的方向旋轉(zhuǎn)軸的多數(shù)3軸機(jī)床來加工。
圖2安裝快速加工程序
該戰(zhàn)略用帶第四軸索引的3軸數(shù)控銑床實(shí)施。圓的儲(chǔ)備材料是用來固定的兩個(gè)對(duì)立的夾頭與操作旋轉(zhuǎn)的索引。對(duì)于每個(gè)方向，所有可見的表面利用簡(jiǎn)單的工具規(guī)劃加工路徑。每個(gè)工件通過設(shè)置碰撞抵銷來實(shí)施快速加工，可避免工具與持有人之間碰撞的危險(xiǎn)。最大刀具直徑用來計(jì)算碰撞抵消使得在每一個(gè)碰撞不必要的部分抵銷這一功能，這種方法的性質(zhì)表明，沒有必要進(jìn)行任何表面完全是在任何特定方向加工。我們的目標(biāo)是在所有方向上簡(jiǎn)化機(jī)械的所有表面。所需的機(jī)器模型旋轉(zhuǎn)次數(shù)與其幾何復(fù)雜性相關(guān)。圖3說明了創(chuàng)建一個(gè)典型的復(fù)雜零件采用這一戰(zhàn)略的過程步驟。
圖3快速加工過程步驟
當(dāng)前，必要的切割方向是由不能進(jìn)入正交旋轉(zhuǎn)軸的二維能見度圖決定的。幾何片的橫截面從一個(gè)用于二維能見度映射的STL模型來的。這些片由于生成的正交軸能見度接近了沿旋轉(zhuǎn)軸零件的整個(gè)表面。上述文獻(xiàn)的審查表明，現(xiàn)有的可加工方法無(wú)法計(jì)算設(shè)置的方向，這樣，人們可以機(jī)器上切削所有表面。因?yàn)橐詿o(wú)論二維或三維椎體能見度為基礎(chǔ)的辦法沒有傳達(dá)的工具和工件的大小信息，因此，不能保證真正的無(wú)障礙，或基于特征的辦法不能應(yīng)付復(fù)雜曲面加工，因?yàn)橐恍﹤鹘y(tǒng)功能可用自由形式確定零件表面。
一種有效的機(jī)械加工性能的分析方法是對(duì)multisetup 3成功實(shí)施軸端銑的先決條件，以達(dá)到需要的4 - 或許5軸加工。一種有效的可加工性分析方法，將決定，給予加工方向一個(gè)特定大小的立銑刀，有多少零件表面可以加工就這項(xiàng)加工方向相關(guān)聯(lián)。本文的重點(diǎn)是目前分析功能有無(wú)可加工性，用一軸的旋轉(zhuǎn)設(shè)置可以判斷所需的全部機(jī)器的零件表面設(shè)置編號(hào)。在本文所提出的機(jī)械加工性能分析方法完全有別于以往的工作。我們把表面部分見到了簡(jiǎn)單的片上線段；因此，任何CAD模型可以導(dǎo)出為一個(gè)STL文件和研究。因?yàn)槲覀冎皇羌俣ú糠质切D(zhuǎn)軸加工；因此，它比簡(jiǎn)單地分析三維表面幾何二維切片簡(jiǎn)單得多。
本文的其余部分安排如下。在科2所使用的定義整個(gè)文件列?？?討論了進(jìn)一步詳細(xì)可加工性分析方法，科4列出的可加工性分析方法的實(shí)施。最后，提供結(jié)論和未來的研究事業(yè)。
2 定義
盡管以前的研究人員已經(jīng)確定在其工作中的知名度和可加工性的概念，首先，相似的定義用來澄清可見性和可切削性之間的區(qū)別。其次，工具空間的概念介紹機(jī)器障礙空間的范圍。獲得確定可切削性的存在的情況。在本節(jié)規(guī)定的定義，用于在本文的其余部分隨后的討論。
?能見度：表面S上的一個(gè)點(diǎn)p由是可見的外部點(diǎn)q發(fā)出了一個(gè)光線，如果滿足條件。
?可加工性：表面S上的一個(gè)點(diǎn)p是由某類型和大小的工具T加工，如果、。T在刀具位置CL代表工具表面從方向接近。
根據(jù)定義，可切削性與可見性擁有可及性的同一個(gè)概念，但是他們并不相同，也就是說可切削性考慮到切割工具的大小和形狀而不是對(duì)待它作為光線。所以，可切削性可能保證真實(shí)的可及性，而可見性僅是可切削性的一個(gè)必要條件。因此，可見性是可切削性的一個(gè)子集。換句話說，可加工性可以保證能見度。
不同的是能見度角方向的表達(dá)，形成一個(gè)錐形物，有被用于描述可加工性的兩個(gè)參數(shù)。如果一種刀具的類型和大小是指定的話，他們是刀具位置和接近的方向。在接近的方向上僅允許切割工具接近和觸到第p點(diǎn)的刀具位置，可加工性沒有任何其他表面部分存在。
類似于一個(gè)特性的能見度的概念，一個(gè)特性的可加工性(一條線，一條曲線，或者由一套點(diǎn)組成的幾何學(xué)的一塊表面) 是屬于每個(gè)機(jī)械加工的該特征點(diǎn)。類似局部能見度的概念(PV)，除完全可切削性之外的概念的部份可切削性也可能被定義。
?部分可加工性：如果在那個(gè)這樣的特性上至少存在一個(gè)點(diǎn)沒有刀具位置CL，
一個(gè)特性沿著方向是部分地可加工的。為了它存在滿足條件、。
?完全可加工性：一個(gè)功能在方向上是完全可切削的，如果每個(gè)特征點(diǎn)至少有一個(gè)到位的CL能被用來保證、。
注意到，完全的可加工性可能為了一個(gè)點(diǎn)或者一個(gè)特性存在，而部分的可加工性僅僅為了一個(gè)特性存在，因?yàn)橐粋€(gè)點(diǎn)只能是據(jù)說可加工或非可加工。
如果可切削性存在一個(gè)接近的取向，切實(shí)可行的刀具位置CLs的數(shù)字可能隨著一個(gè)表面上的不同的點(diǎn)變化。因?yàn)楦赡苁且訡Ls為工具道路和設(shè)定計(jì)劃，提供更多選擇與更加可行的CLs點(diǎn)則更加容易用機(jī)器制造。需要測(cè)量刀具的位置空間導(dǎo)致概念空間的工具。
工具功能F空間，是每一個(gè)屬于至F點(diǎn)工具空間聯(lián)盟，當(dāng)在幾何學(xué)的實(shí)體周圍沒有障礙時(shí)，一個(gè)工具空間到達(dá)其最大限度工具價(jià)值空間。在這里，我們除去考慮部分之外的整個(gè)表面障礙。從而，相應(yīng)的障礙空間被定義為障礙空間。
?刀具空間：所有可行的刀具地點(diǎn)合計(jì)為從一個(gè)方向形成一個(gè)區(qū)域稱為工具的空間一點(diǎn)p，。
因?yàn)樗鼘⑦M(jìn)入障礙，刀具不能進(jìn)入障礙域空間。
計(jì)算工具空間是從最大限度工具空間減去所有障礙空間。
如果使用Eq計(jì)算工具空間。(1)不是空的，那么可加工性存在； 否則，幾何學(xué)的實(shí)體是非機(jī)器。在本文中提出的可加工性分析方法基于Eq。（2）。工具空間實(shí)際上是可切削性措施，因?yàn)樗嬖V可切削性的存在，如果它存在。
一旦工具空間被決定了，它導(dǎo)致的可加工的范圍能被獲得。
?可加工范圍: 最高切削部分的特征功能給了符合功能范圍的刀具空間，
上述的定義將在整個(gè)本文的其余部分中被使用。
3 可加工性分析
本文提出的可切削性分析方法根據(jù)位形空間的概念（C空間）。機(jī)器人空間行動(dòng)計(jì)劃首先由佩雷斯申請(qǐng)C空間的概念【32】。C空間的基本的想法是對(duì)于它周圍障礙的一種環(huán)境中的一種活動(dòng)的機(jī)制里找到聚合有效的空間配置。最近，C空間已用于工具的多軸加工路徑規(guī)劃。蔡等人?！?3】提出一種基于C空間的方法，用工具加工的3軸數(shù)空機(jī)床制造通過變換被設(shè)計(jì)的部分表面在C空間的元素和切削刀作為在安全空間的一個(gè)移動(dòng)的對(duì)象。以C空間代表和計(jì)算使用部分的Z地圖模型。蔡和高【34】被合并的C空間到自由形態(tài)模子洞用機(jī)器制造的電腦自動(dòng)處理計(jì)劃里。 Morishige等。【35】使用C空間引起5軸圓頭槽銑刀的工具道路【36】5軸平端銑的優(yōu)化工具取向用在C空間的一個(gè)查尋方法。C空間的切割工具，被定義當(dāng)在Sec.2的工具空間，為工具道路計(jì)劃提供安全空間;因此，基于C空間的工具道路總是半圓鑿自由沖撞。工具空間能被視為聚合所有可能的工具道路。如果工具空間存在，則至少一個(gè)工具道路可以引起零件表面對(duì)應(yīng)的幾何點(diǎn)，因而，這個(gè)點(diǎn)有可加工性。所以，通過測(cè)試在表面的每點(diǎn)工具空間，這表面點(diǎn)是否有可加工性在理論上是可行的。
本文的可加工性方法沿著旋轉(zhuǎn)軸輸入的是一個(gè)STL模型的片段文件。一個(gè)STL模型是一個(gè)近似于三角形的部分，目前是事實(shí)上的快速原型系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)文件格式。鑲嵌工藝的設(shè)立指定使一個(gè)STL模型可以持續(xù)逼近誤差，部分表面和鑲嵌三角形之間的偏差。每一三角形的大小和形狀得創(chuàng)造對(duì)其部分表面上的當(dāng)?shù)氐牡貐^(qū)是適應(yīng)的。因此，與Choi使用Z地圖模型相比?！?3】，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)相等間距抽樣模型，STL模型的切片文件是原始部分表面的一個(gè)更加精確和更加高效率的表示法。零件的STL模型的切的過程，也許是一個(gè)基于特點(diǎn)的部分或自由幾何形態(tài)，分解成許多線段的多邊形表面的部分。這些線段基本上是在本文提出的方法里唯一代表的“功能”。 其目的是繪制段或部分，在每個(gè)方向切削的部分，以便為取向的最低值，可以發(fā)現(xiàn)，這樣各階層在安裝方向完成后加工。每一片段文件的線片斷關(guān)于工具接近方向是或者是垂直或者是傾斜的。如果垂直的情況發(fā)生，對(duì)于每一那條線片斷上的點(diǎn)的障礙和他們的相應(yīng)的障礙空間是同樣的。這實(shí)際上是靜態(tài)障礙情況。一二維的C空間分析同時(shí)能為了所有那些點(diǎn)被執(zhí)行，考慮到上述所有相鄰節(jié)段障礙。第3.1節(jié)詳細(xì)討論了垂直案。然而，如果被檢查的線片斷在工具方向上是傾斜的，則每個(gè)片段上的點(diǎn)的障礙是可變的。電動(dòng)-障礙環(huán)境為機(jī)械加工分析程序產(chǎn)生困難。對(duì)于這一個(gè)情形的解決將會(huì)在段被呈現(xiàn)3.2。
3.1 垂直的情況：
用于本文的坐標(biāo)系統(tǒng)與3軸銑削中心的一致，據(jù)此，部分切片沿x軸的機(jī)器發(fā)生的坐標(biāo)系，每片是在YZ平面。我們使用Pi,jPi,j+1代表當(dāng)前進(jìn)行可切削性分析過程的段
圖4可加工性的垂直情況
3.2 傾斜情況：
3.2.1動(dòng)態(tài)障礙物環(huán)境。對(duì)于多數(shù)案件的可切削性分析的線段，切口取向是沒有垂直，而是傾斜的。這制定在相當(dāng)大的程度上不同于以前描述的僅僅有靜態(tài)障礙的垂直情況的可加工性分析?；镜脑蚴腔诙S的C空間的靜態(tài)障礙可加工性分析不為了傾斜的情況工作，其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)的障礙。用機(jī)器制造的每點(diǎn)最大工具空間在間接格之下是不變式半圈弧，在圖5顯示
圖5傾斜切割的最大工具空間
3.2.2有效的障礙的相對(duì)移動(dòng)。雖然整個(gè)三維C空間不會(huì)為每線段修建，每一在不同的高度的障礙片斷的有效的障礙空間能被人們認(rèn)為將有具有分析下面的點(diǎn)的相對(duì)的運(yùn)動(dòng)能力，指的是第6圖中的例子。
圖6有效障礙的變化
基于上述情況下，一旦階段的有效障礙屬于已知的的價(jià)值，挖出的空間弧工具可以計(jì)算如下：
對(duì)于第1階段dm
。參數(shù)t來自參數(shù)。
所有點(diǎn)，
同為線段
3.2.3.2映射多邊形障礙
圖8在YZ平面上的多邊形障礙
圖9在DT平面上的多邊形障礙
3.2.4機(jī)械加工圖。
圖10機(jī)械加工圖
4 執(zhí)行
為了驗(yàn)證本文提出的方法，可切削性算法可以用奔騰IV的C程序語(yǔ)言實(shí)施，在運(yùn)行Windows XP的3.06 GHz的電腦上。可切削性軟件使用可見性數(shù)據(jù)切片，選擇末端工具的大小，并且作為一種指定的切割方向輸入。它可以生成每個(gè)切片段切削部分作為有關(guān)的切割方向輸出。我們提出二表面零件例子核實(shí)可切削性分析方法。第一部分是選擇非常簡(jiǎn)單讓不可加工性對(duì)讀者更直觀。第二部分是一個(gè)更復(fù)雜的零件，一個(gè)玩具“杰克”，在逆向工程中的應(yīng)用3D檢測(cè)軟件評(píng)價(jià)這部分。
圖11半圓柱體擠壓口袋的機(jī)械加工
例1圖12顯示了擠出一個(gè)半圓柱形的一塊，我們選擇旋轉(zhuǎn)正交軸45度方向作為切割方向。末端工具直徑設(shè)置為0.25英寸。切片間距是0.01英寸。從圖12顯示的可加工性分析結(jié)果，表明有二個(gè)不可加工性區(qū)域，標(biāo)為S1和S2。因?yàn)檫@個(gè)是擠壓模型，沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的幾何形狀不改變。所以在沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的每個(gè)切片上的可切削性分析的結(jié)果應(yīng)該相同。一個(gè)片段的可加工的概況在圖13（a）中被顯示。O-A-B，當(dāng)B-C和D-E是不可加工區(qū)域時(shí)，C-D和E-F-G是可加工的區(qū)域。這部分實(shí)際上在Mastercam也是可加工性的。加工量被保存為STL文件，2004年進(jìn)口到RapidForm。圖13 B顯示了通過使用RapidForm檢查跨本STL的截面輪廓。圖13（b）中顯示的配置方向是與水平線成45度方向。與圖14顯示的加工方向是相同的。O-A-B，C-D，并且E-F-G是可加工的地區(qū)，而在圖13（b）中B - C和D - E是不可加工性區(qū)域。從可加工性分析為了證實(shí)結(jié)果，二個(gè)坐標(biāo)系分別在點(diǎn)和被設(shè)定。不可加工性邊界坐標(biāo)點(diǎn)是從我們開發(fā)的可加工性分析軟件計(jì)算出來的，坐標(biāo)在快速表格2004測(cè)量出來。每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)如表1所示。這些數(shù)據(jù)非常接近，并且該錯(cuò)誤是可以使用STL近似預(yù)期和行掃雷算法找到切削區(qū)域。
圖12二維切屑概況示意圖
例2。第二部分模型為例，使用的是一個(gè)玩具“杰克”，首先分析了能見度，并利用這種方法進(jìn)行可加工性分析。圖15顯示了杰克STL模型，由可視軟件處理這一個(gè)模型而且提供的結(jié)果模型是透過四定方位是100%看得見的。為了顯示能見度分析的缺陷，杰克可加工性區(qū)域和非可加工性區(qū)域由四個(gè)長(zhǎng)方形顯示。
圖13杰克”的模式的加工結(jié)果
由于沿著旋轉(zhuǎn)軸變化的杰克片形狀模型，在不可加工性區(qū)域相應(yīng)的改變，因此是不正常的形狀。為了表明，可加工性分析方法可以預(yù)測(cè)不可加工性地區(qū)，我們實(shí)際在MasterCAM以50度方向加工杰克并保存為一個(gè)加工后的STL虛擬文件。該文件是2004年進(jìn)口到RapidForm，并與原有的CAD模型的重疊。利用RapidForm檢查職能，我們能夠映射出STL模型偏離原來的零件模型的加工路線。圖16說明了MasterCAM中加工表面零件模型旋轉(zhuǎn)了50度的方向。該地區(qū)的圓圈標(biāo)記包含了不可加工性表面。圖17 B說明由RapidForm 2004導(dǎo)致的偏差。該器件模型顯示在著色模式，以顯示表面輪廓點(diǎn)。圖17（a）顯示了我們的可加工性分析軟件的結(jié)果，與它對(duì)應(yīng)的圖17（b）顯示的圖形。
圖14在MasterCAM中杰克機(jī)械加工表面
圖15鑒定“杰克”的不可加工地區(qū)
以上的例子表明可加工性軟件不僅可預(yù)測(cè)STL模型切片可加工和不可加工區(qū)域，而且可以確定可加工部分的確切坐標(biāo)位置。因此，給一種切割的方向和一個(gè)尺寸工具可以獲得可加工和不可加工部分精確信息。因此，尺寸工具可以評(píng)價(jià)某個(gè)設(shè)計(jì)制造商提供的產(chǎn)品。另一個(gè)應(yīng)用程序可以確定用四軸機(jī)床設(shè)置部分加工最低數(shù)量。這可能是第一次實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行在減少，因?yàn)橐粋€(gè)指定的增量角度間隔方向的機(jī)械加工軟件。然后使用優(yōu)化算法尋找設(shè)定方向的最低數(shù)量。在這種方式，本文提出的可加工性分析不被歸入一個(gè)核實(shí)工具，相反，它提供的信息可以用來計(jì)算加工安裝信息和工具、刀具路徑規(guī)劃。
5 結(jié)論和未來研究
本文提出了一種以C -空間概念為基礎(chǔ)的3軸平面端銑可加工性分析方法。這種方法是為了找到真正的近似光線能見度的無(wú)障礙。輸入信息是一個(gè)限制旋轉(zhuǎn)軸的STL文件切片幾何模型，該模型可以是基于特征或功能免費(fèi)作為可加工性分析方法。本文提出不需要特征識(shí)別。相反，它分析了從STL的切片文件的基本幾何圖。除了檢查二維可加工，該分析方法還可以處理三維的機(jī)械加工。目前，我們的做法是僅限于3軸平面端銑。球頭立銑刀和圓角端銑刀的機(jī)械加工分析可能是未來研究重點(diǎn)。此外，如何擴(kuò)展目前研究的4軸或者5軸銑削可能會(huì)納入另一給考慮范圍之內(nèi)。
南京理工大學(xué)紫金學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
系：
機(jī)械系
專 業(yè)：
機(jī)械工程與自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號(hào)：
設(shè)計(jì)(論文)題目：
數(shù)控車床機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
起 迄 日 期:
2010年2月24日 ~ 2010年6月5日
設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn):
南京理工大學(xué)紫金學(xué)院
指 導(dǎo) 教 師:
專業(yè)負(fù)責(zé)人:
發(fā)任務(wù)書日期: 2010年 2月 23日
任務(wù)書填寫要求
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生；
2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；
3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；
4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)；
5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國(guó)標(biāo)GB 7714—2005《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；
6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2008年3月15日”或“2008-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：
本課題目的主要通過學(xué)生系統(tǒng)地設(shè)計(jì)數(shù)控車床的機(jī)械系統(tǒng)，使學(xué)生能夠綜合利用大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，自主的設(shè)計(jì)數(shù)控車床的機(jī)械系統(tǒng)，充分掌握主運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)計(jì)、主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖的擬定、主運(yùn)動(dòng)帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算、主運(yùn)動(dòng)展開圖設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滾珠絲桿副、驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇，為即將走向工作崗位奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
為了能夠更好地、直觀地了解和研究數(shù)控車床的機(jī)械系統(tǒng)，本課題以數(shù)控車床CK6140為原型進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)任務(wù)為：
(1)主運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定；
(2)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)計(jì)；
(3)主運(yùn)動(dòng)帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定；
(4)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算；
(5)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滾珠絲桿副的選擇；
(6)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用。
主要的技術(shù)要求以及技術(shù)參數(shù)參照CK6140的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，本文所有的圖紙利用AUTOCAD或者PROE進(jìn)行繪制，因此，需要學(xué)生掌握以上軟件的熟練使用，為了更好地熟悉該數(shù)控車床的設(shè)計(jì)，可能需要該生去該型號(hào)數(shù)控車床生產(chǎn)廠家的技術(shù)部門進(jìn)行調(diào)研。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等〕：
1、 完整合格的畢業(yè)論文一份（包括設(shè)計(jì)與校核計(jì)算等資料）
2、 機(jī)械圖紙4張，其中主軸箱裝配圖1張（A0），縱向進(jìn)給裝配圖1張（A0），主軸零
件圖1張（A1），傳動(dòng)過程圖1張（A1）。
4．主要參考文獻(xiàn)：
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2010年
1月18日 ~ 3月1日
3月2日 ~ 3月19日
3月20日 ~ 3月27日
3月28日 ~ 4月7日
4月8日 ~ 4月18日
4月19日 ~ 4月27日
4月28日 ~ 4月30日
5月1日 ~ 5月5日
5月6日 ~ 5月10日
5月11日 ~ 5月15日
5月16日 ~ 5月18日
5月19日 ~ 5月21日
5月22日~5月25日
5月25日~6月5日
開題調(diào)研并查詢相關(guān)的文獻(xiàn)資料
完成英文翻譯，并完成論文的開題報(bào)告的撰寫
主運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定
主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)計(jì)
主運(yùn)動(dòng)帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定
主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算
畢業(yè)論文的中期檢查
主運(yùn)動(dòng)展開圖設(shè)計(jì)
縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滾珠絲桿副的選擇，運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用
裝配圖、部裝圖紙、零件圖紙的繪制以及校核修改
論文初稿撰寫；
修改完成設(shè)計(jì)稿；
畢業(yè)設(shè)計(jì)成果全部校驗(yàn)；
完成評(píng)審與答辯
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
南 京 理 工 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)前期工作材料
學(xué)生姓名:
學(xué) 號(hào)：
學(xué)院(系):
機(jī)械工程系
專 業(yè):
機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè)計(jì)(論文)題目:
數(shù)控車床機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師:
副教授
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
材 料 目 錄
序號(hào)
名 稱
數(shù)量
備 注
1
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題、審題表
1
2
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
1
3
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告〔含文獻(xiàn)綜述〕
1
4
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯〔含原文〕
1
5
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
1
2010年 3月
注：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查工作結(jié)束后，請(qǐng)將該封面與目錄中各材料合訂成冊(cè)，并統(tǒng)一存放在學(xué)生“畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料袋”中（打印件一律用A4紙型）。
南京理工大學(xué)紫金學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)
作 者:
學(xué) 號(hào)：
系：
機(jī)械工程系
專 業(yè):
機(jī)械工程及自動(dòng)化
題 目:
數(shù)控車床機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
副教授
指導(dǎo)者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
評(píng)閱者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
2010 年 5 月
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控車床被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。與普通車床相比，在提高生產(chǎn)率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本和增加效益方面都有很大的優(yōu)越性。
此次設(shè)計(jì)包括數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)包括了主電機(jī)的選擇，主運(yùn)動(dòng)方案的確定，齒輪齒數(shù)的設(shè)計(jì)與校核，主軸的設(shè)計(jì)與校核，縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)包括了滾珠絲杠副的選型, 步進(jìn)電機(jī)的選擇等等。
關(guān)鍵詞 數(shù)控車床 主運(yùn)動(dòng) 縱向進(jìn)給系統(tǒng)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要
Title Numerical control lathe machine mechanical system's design
Abstract
With fast development of science technology, Numerical control lathe is widely used in the mechanical manufacturing industry. Compared with ordinary lathe, the numerical control lathe has its great superiority in boosting productivity, lightening worker's labor intensity, reducing the production cost and increasing benefit.
This design including the main movement of engine bed design, longitudinal enters for the design. the main movement of engine bed design includes
the Selection of Main electrical machinery, the determination of the main movement Program,the gear modulus computation and the examination, the main axle rigidity examination. longitudinal enters includes the Selection of Ball bearing guide screw and stepper motor.
Keywords Numerical control lathe Main movement longitudinal enters