1、毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 CA6140 主传动系统三维设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 机械工业肩负着国家经济，为各部门提供各种先进的任务，机床工业则是机械工业的重要组成部分，是为机械工业提供制造技术和装备的工业。机床的拥有量、产量、家工品质、质量是衡量一个国家工业化的重要标志。因此机床工业在国民经济中占有极其重要的地位。 目前 , 世界各国的大型普通车床基本上是朝提高加工精度 , 提高机床的生产效率和良功化程度以及扩大车床的工艺范围 , 实现一机多功能的方向发展 1。 而要生产出高效率多功能的机床，就需要良好的机床设计，而机床设计中机床主轴箱传动系统的
2、设计尤为重要，它是实现机床各级传动的基础。而我国现在最常用的设计方法是构造车床传动设计专家系统，无论是在探讨专家系统理论，还是在应用，教学方面都具有一定的意义，这是因为机床传动设计中既有根据经验或相关条件得到推断，又有依靠图表，数据，算式作出结论，既有由条件到结论的确定过程，又有模糊的，依据归纳推理的过程 2。 在机床结构设计中最常用的是有限元法，随着科学技术的发展和计算机的广泛使用，有限元法已经成为一种最有效的现代计 算方法，在机械制造 、 材料加工 、 航空航天等领域得到广泛应用 3。对于机械结构分析，有限元的应用主要分为以下几个方面：静力学分析，求解所受的外部载荷不随时间变化或随时间变化
3、缓慢的机械系统平衡问题；模态分析，求解关于系统的各种特征值或稳定值的问题；瞬态动力学分析，求解所受的外部载荷随时间发生变化的动力学响应问题；非结构力学分析，主要有机械运动的热传导（温度场） 、 噪声分析与控制以及结构 、 热 、 噪声等多维场有限元耦合分析 4 而在先进机床的设计过程中常常用到弹性有限元分析技术。弹性有限元分析技术成为当今机床设计 中不可缺少的手段，同时采用子结构模态综合技术无疑会大大提高整机力学性能分析速度。模态立法是子结构综合技术中最先进的方法 5。 由于机床的主传动系统比较复制要较好的反应出主轴箱的设计情况，所以需要对主轴箱进行三维设计和运动仿真。 在数控机床主轴箱的设计
4、中 , 通常 采用三维设计方法 , 利用 Pro/E 对其进行了三维实体建模及装配设计 , 并通过动态仿真和干涉分析 , 以验证设计方案的可行性。该方法提高了产品的设计质量和设计效率 , 为产品的结构优化设计提供了有效的途径 6。 Pro/ ENGINEER 是美国 PTC 公司研制的一套由设计到制造的自动化软件 , 是基于特征的参数化实体造型系统。该公司最新推出的 Pr o/ ENGINEER Wildfire 版 , 功能更加强大 , 将三维设计软件无论从易用性、设计的高效率 , 还是功能的实用性等方面都推向了一个新的高度 , 为工业产品设计提供了完整的解决方案 p7。 Pro/ Engi
5、neer 软件不仅提供了强大的装配功能 , 包括定义不同零部件之间的位置约束关系 , 生成爆炸视图 , 进行零部件之间的干涉检查 ; 而且它提供了参数化、特征化定义实体造型的功能 , 使设计变得更加简易和灵活 。 P ro/M echanism 是 P ro/E 中的机构模块 “属于运动学仿真 “是通过伺服电机驱动机构运动 “进而分析机构的运动特点 8。我国在机床主轴箱的三维设计中经常用到 proe仿真运动功能来实现设计机床的运动，从而 在设计过程能能跟好的检验设计的准确性和功能性。 在机床的仿真运动过程中一般在满足伺服电动机轮廓和接头连接凸轮从动机构槽从动机构或齿轮副连接的要求的情况下模拟机
6、构的运动 . 运动分析不考虑受力它模拟除质量和力之外的运动的所有特征 .9因此机构一旦装配好添加伺服电机系统就自动根据装配的类型进行 运动而不会受其它因素影响 . 以齿轮副的定义为例 : 特殊连接的齿轮连 Pro/mechanism 中齿轮连接是通过定义两个齿轮间的齿轮副关系 然后通过定义两个齿轮的节圆直径或齿数来定义连个齿轮的相对速度 “就可以实现齿轮传动而一旦定义好空间两个齿轮间的齿轮副关系则两个齿轮是否正确啮合都不会影响 10。 作为的主要车削加工机床 CA6140 机床广泛的应用于机械加工行业中，占了我国所有机床的 60%.11而在于机床主轴箱的三维设计这个方面我国的实力比较少，为了能
7、更好的了解机床主轴箱，了解教学机床 CA6140 的主轴箱 运动情况，并且能更好的掌握 proe三维软件在制图和运动仿真方面的应用，因此在毕业之际我选择了机床 CA6140 主轴动系统的三维设计和仿真运动本设计主要针对 CA6140 机床的主轴箱进行设计，设计的内容主要有机床主要参数的确定，传动方案和传动系统图的拟定，对主要零件进行了计算和验算，利用 PROE 三维制图软件制图软件进行零件的设计，组装，和运动的模拟。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 1.CA6140 是最普及的机床，它是机床中最典型的实例，常常在教学中使用，并了解它的主轴箱运动情况，可是在三维设计方面却很 少，为了能更
8、加清楚的直观的了解其主轴箱运动情况，我对 CA6140 进行三维运动设计。 2.由于对 proe 三维软件的仿真运动不是很熟悉，需要花大量的时间去学习，并且对 CA6140 主轴箱进行运动模拟。 3 再零件组装的时候很多尺寸有了些偏差，需要更改，从新设计数据才能达到效果。 三、研究步骤、方法及措施： 1) 熟悉和了解 CAD 技术的现状和发展趋势； 2) 完成 CA6140 主传动系统的传动方案和传动系统设计； 3) 完成 CA6140 主传动系统的三维设计； 4) 翻译外文科技资料 1 篇； 5) 编写设计说明书。 四、 参考文 献 1.李鸿斌 张树乾 .机床的发展和未来的机床 .中国学术期
9、刊 . 2.汤文成 许超 .主车床主传动专家设计系统的研究 中国学术期刊 社 1990 第 4 期 3.高仲飞 .机床设计中有限元分析实例探讨 .科技情报开发与经济 2009 年第 19 卷第 13 期 . 4 .张文志，韩清凯，刘亚忠，等 .机械结构有限元分析 .哈尔滨工业大学出版社， 2006. 5.陈卫福 .先进的机床设计方法“模态立法” .中国学术期刊 . 6.李俊超 , 洪荣晶 , 黄筱调 , 周尧 .基于 3D模型的数控机床主轴箱装配和运动仿真研究 .南京工业大学机械与动力工程学院 , 江苏南京 210009. 7.廖华丽 . 基于 Pro/ E 的虚拟样机技术在半自动装订机设计中的应用 . 机械设计与制造 , 2005, ( 8) : 138 139. 8.高秀华 . 机构三维动态设计仿真技术 .北京 : 化学工业出版社 , 2003.2. 9.王沫然 . 建模及动态仿真 .北京 : 电子工业出版社 , 2002.1. 10.文怀兴 , 周志红 , 王 芳 .基于 Pro/ E的数控机床主轴箱的设计与运动仿真 .陕西科技大学学报 2005- 11- 02. 11.曹桄 高学满主编 .金属切削机床挂图上海交通大学出版社 1984 年 8 月 .
