1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 CA6140 主传动系统三维设计 机械制造业在世界经济 发展 中，作为 基础 产业，具备 非常 重要的地位。为此，各国的经济学家和企业家在始终探究新局势下的各种先进制造技巧及制造业的开展策略 1。作为制造业中心的机床制造业则是支柱的基石，是任何行业都不可或缺的。我国现有数以万计的古老、落伍的机床，这些落伍的机床都面临一个问题就是必须大修和进行数控化改造 2。我国是一个发展中国家，因为自身机制的不适应性，经济实力过低、技巧落伍、设备古老，极大地制约着国民经济的开展。为尽快改 变我国机械制造业的落伍状况，近二十多年来，咱们在艰难地开展民族机床制造业的同时
2、，踊跃地引进了世界先进技巧与设 3 进入 21 世纪，我国制造业正处于由制造大国向制造强国迈进的历史时期，机床制造业在近年取得数控机床快速增长业绩下也面临着新的机遇与挑战 4. 要振兴我国的机床水平，机床的设计水平就要至关重要。机床的设计包括 研究设计程序、规律及设计思维和工作方法 ,不仅寻求产品本身的最佳化 ,还要实现从产品设计到制造、试验、检验的全过程以至整个系统的最佳化 5。 我国普通机床占所有机床的 60%，而 在普通机床中主要以 CA6140 为主 6。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，而且为了更好的了解其主轴箱的运动情况，因此本设计主要针对 CA
3、6140机床的主轴箱进行设计并利用 proe对其运动进行仿真，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。 1.机床设计 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 7。 研究设计程序、规律及设计思维和工作方法 ,不仅寻求产品本身的最佳化 ,还要实现从产品设
4、计到制造、试验、检验的全过程以至整个系统的最佳化。现代机床设计思想是与现代科技发展相适应的一种先进的设计思想 ,其主要内容包括 8: 1.1 设计对象系统化 把设计对象即机床产品视为一个系统 ,不仅关注其组成单元要素 ,还要考虑边界、环境和输入输出等特征 ,避免传统 设计的那种局部、孤立地处理问题 , 而是整体、系统地对待设计对象。这还有助于引入系统论、信息论和控制论等现代科学理论 ,用系统观点进行全方位设计。 1.2 设计内容完善化 现代机床设计思想已超出常规的运动设计、动力设计和结构设计范畴 ,扩展到概念设计、可靠性设计和宜人性设计等更加完善的内容。使机床产品实用、经济、美观及舒适 ,具有
5、更强的竞争力。 1.3设计目标最优化 现代机床设计思想追求的是目标最优化 ,不仅是对某项设计参数的单一目标优化 ,而且要对系统的诸多参数进行多目标的整体优化 ,利用计算机求得理论上的精确解即最 佳方案 ,使产品设计在各项技术性能、可靠性及经济性等方面 ,实现最优效果。 1.4 设计问题模型化 模型是对设计问题的高度概括和抽象 ,数学模型是最适于分析和研究的一种形式。通过数学模型就可把工程问题与数学理论紧密结合起来 ,借助计算机对设计问题进行定量运算和优化处理 ,并可应用动态设计和动态仿真等现代设计技术。 1.5 设计过程动态化 现代机床设计思想更加注重产品的动态性能 ,在设计阶段就要对产品动态
6、性能进行预测和优化。动态设计首先要建立系统的动力学数学模型 ,并通过验算或实际测试加以验证。然后用计算机对模型进行动 态分析 ,修改某项参数 ,比较相应结果。直至达到满意的动态性能 ,最后获得最优动态设计方案。 1.6 设计手段计算机化 计算机辅助设计 (CAD) 已成为现代设计方法中必不可少的设计手段和强大支柱。在初步设计阶段 ,可进行方案的分析、选择、评价和决策。在技术设计阶段 ,可进行结构和参数确定 ,运动、动力或其他特性分析 ,材料选择 ,成本计算 ,参数优化和绘图等工作。在工作图设计阶段 ,可绘制零件图、标注尺寸及公差配合 ,编制、存贮和管理各种技术文件 9。 2.机床结构设计 在机
7、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 10。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 11 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
8、。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 12。 3.机床主轴箱设计 主轴箱是组成组合机床的重要零部件之一 , 其主要作用是根据被加工零件的加工要求 , 将动力和运动由电动机或动力部件传给各工作主轴 , 使主轴得到所要求的扭矩、转速和转向。因此 , 它被用于按所要求的坐标位置对机床的主轴、传动零件和附加机构进行布置。主轴箱的设计是组合机床设计过程中的一个关键环节 , 其设计质量直 接影响组合机床设计的优劣。一种比较完善的设计系统不仅能有效地提高设计效率 , 减轻设计人员的工作负担
9、, 而且可以减少设计过程中不必要的失误 13。 主轴箱的设计包含传动方案的设计和箱体零部件的设计两方面的内容。在传动方案设计中 , 主动轴与从动轴的数量比、传动比 , 轴的位置排列等都需要多次设计才能完成。除了传动方案的设计之外 ,主轴箱箱体以及零部件尺寸的设计、零部件的干涉检验与装配等等也是设计中必要的内容。由于主轴箱内部的轴、轴承、齿轮、键等零部件比较多 , 并且各个零部件之间都具有一定的关系 , 一旦需要将某一 个尺寸改动 , 就会引起与其相关的很多尺寸甚至是所有尺寸的修改 , 这往往会使设计人员的工作必须重头开始。传统的建模方式使得设计人员的工作量大 , 设计周期长 , 设计效率低。对
10、于以前用计算机边设计边绘图的设计方式 , 要求设计人员不仅要有专业的设计知识 , 在使用软件上也要有较高的水平 ,并且设计效率低14。 4.机床设计的计算机辅助系统 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。 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
11、 , 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 15。 Pro/ Engineer 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
12、机构运动进而分析机构的运动特点 16。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 .17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
13、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传 18。 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%.19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
14、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。 总结 随着经济的发展，机床行业也快速发展。机床的设计，机床的结构设计等技术也日新月异，我国目前最流行的机床设计方法是 构造车床传动设计专家系统，该系统是最合理最有效的机床设计方法，而在机床结构设计中 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，能够快速准确的设计机床结构。而在机床设计中机床主轴箱的设计尤为重要，它是机床实现各级转速的关键，也是机床实现工作的关键，它的设计体现了一个设计师的综合能力， 而我国目前最常用的机床是 CA6
15、140，对于主轴箱的设计也是很多 ，可是在三维运动设计和运动 仿真的确是很少，给教学和学生学习主轴箱运动带来了一定困难和不便， 因此本次论文我选择了 CA6140 主轴箱三维运动设计，希望经过我的努力本次设计能够清晰的反映主轴箱的运动情况，给广大想学习机床的学生有一个很好的学习资料。 参考文献 1.陈立德主编 .机械之制造装备设计 .高等教育出版社出版 . 2.商友云 .浅谈数控机的发展 . 万方数据库 . 3.李兵 .国内并联 机床的发展 . 航空制造技术 . 4.曹 伟 .我国数控机 床的发展现状与对策 .先进经济信息 2006. 5.储开宇 ,杜必强 .现代机床设计思想及其发展 .华北电
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