機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)-平衡軸鉆孔組合機(jī)床總體及多軸箱體設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）

機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)-平衡軸鉆孔組合機(jī)床總體及多軸箱體設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）,機(jī)械,畢業(yè)設(shè)計(jì),平衡,鉆孔,組合,機(jī)床,總體,整體,軸箱,設(shè)計(jì),全套,cad,圖紙 文 獻(xiàn) 資 料 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 施蕾 班 級(jí) BU機(jī)制101 學(xué) 號(hào) 1011501126 指導(dǎo)教師 趙健 完成日期 2014年3月9日 文獻(xiàn)綜述 一、前言 機(jī)械制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平、生活水準(zhǔn)和國(guó)防實(shí)力。而制造業(yè)的生產(chǎn)能力主要取決于制造裝備——機(jī)床的先進(jìn)程度。而多軸箱是組合機(jī)床的重要專用部件。它是根據(jù)加工示意圖確定工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設(shè)計(jì)傳遞各主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其動(dòng)力來(lái)自通用的動(dòng)力箱，與動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái)，可完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔等加工工序。本課題主要設(shè)計(jì)多軸箱。多軸箱如箱體、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪和附加機(jī)構(gòu)等組成 二、主題 組合機(jī)床多軸箱概述：通用多軸箱由通用零件如箱體、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪和附加機(jī)構(gòu)等組成。多軸箱的箱體類零件箱體材料為HT200，前、后、側(cè)蓋等材料為HT150。多軸箱基本尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，9種名義尺寸用相應(yīng)滑臺(tái)的滑鞍寬度表示，多軸箱寬度和高度是根據(jù)配套滑臺(tái)的規(guī)格按規(guī)定的系列尺寸選擇。多軸箱的通用主軸包括通用鉆床類主軸和攻螺紋類主軸，其中通用鉆床類主軸按支承型式可分為三種：滾錐軸承主軸；滾珠軸承主軸；滾針軸承主軸。按與刀具的連接是浮動(dòng)還是剛性連接，又可分為短主軸和長(zhǎng)主軸。攻螺紋類主軸按支承型式可分為兩種：前后支承均為圓錐滾子軸承主軸和前后支承均為推力球軸承和無(wú)內(nèi)環(huán)滾針軸承的主軸。多軸箱的通用傳動(dòng)軸按用途和支承型式分為六種。它們分別為：圓錐軸承傳動(dòng)軸；滾針軸承傳動(dòng)軸；埋頭傳動(dòng)軸；手柄軸；油泵傳動(dòng)軸；攻螺紋用蝸桿軸。多軸箱的通用齒輪有：傳動(dòng)齒輪、動(dòng)力箱齒輪和電動(dòng)機(jī)齒輪三種。 通用多軸箱是組合機(jī)床中的一個(gè)重要的部件，在多軸箱中通過(guò)傳動(dòng)軸和傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)，將動(dòng)力箱中的電動(dòng)機(jī)軸的動(dòng)能傳遞給主軸，主軸帶動(dòng)刀具加工工件。通過(guò)對(duì)齒輪嚙合的調(diào)整可得到不同的傳動(dòng)比，因此主軸就可以獲得不同的轉(zhuǎn)速。多軸箱可安裝多個(gè)不同的主軸，這樣就可以用多個(gè)主軸對(duì)同一個(gè)工件進(jìn)行不同的加工。多軸箱與動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái)，可完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔等加工工藝。 多軸箱的設(shè)計(jì)：軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的。其主要內(nèi)容和注意事項(xiàng)如下： （1） 根據(jù)機(jī)床聯(lián)系尺寸圖，繪制多軸箱外形圖，并標(biāo)注輪廓尺寸及動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸的相對(duì)位置尺寸。 （2） 根據(jù)聯(lián)系尺寸圖和加工示意圖，標(biāo)注所有主軸位置尺寸及工件與主軸、主軸與驅(qū)動(dòng)軸的相關(guān)位置尺寸。在繪制主軸位置時(shí)，要特別注意：主軸與被加工零件在機(jī)床上是面對(duì)面放置的，因此，多軸箱主視圖上的水平方向尺寸與零件工序圖上的水平方向尺寸正好相反；其次，多軸箱上的坐標(biāo)尺寸基準(zhǔn)和零件工序圖上的基準(zhǔn)經(jīng)常不重合，應(yīng)根據(jù)多軸箱與加工零件的相對(duì)位置找出統(tǒng)一基準(zhǔn)，并標(biāo)注其相對(duì)位置關(guān)系尺寸，然后根據(jù)零件工序圖各孔位置尺寸算出多軸箱上各主軸坐標(biāo)值。 （3） 根據(jù)加工示意圖標(biāo)注各主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向主軸逆時(shí)針（面對(duì)主軸看）可不標(biāo)，只注順時(shí)針轉(zhuǎn)向。 （4）列表標(biāo)明各主軸的工序內(nèi)容、切削用量及主軸外伸尺寸等。 （5）標(biāo)明動(dòng)力部件型號(hào)及其性能參數(shù)等。 主軸型式和直徑、齒輪模數(shù)的確定，主軸的型式和直徑，主要取決于工藝方法、刀具主軸連接結(jié)構(gòu)、刀具的進(jìn)給抗力和切削轉(zhuǎn)矩。主軸直徑按加工示意圖所示主軸類型及外伸尺寸可初步確定。傳動(dòng)軸的直徑也可以參考主軸直徑大小初步選定。待齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完后再驗(yàn)算某些關(guān)鍵軸頸。多軸箱的齒輪模數(shù)常用2，2.5，3，3.5，4幾種。由于為了便于生產(chǎn)，同一多軸箱中的模數(shù)規(guī)格最好不要多于兩種。本題統(tǒng)一選用齒輪的模數(shù)為2。 多軸箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)是根據(jù)動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸位置和轉(zhuǎn)速，各主軸位置及其轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，把驅(qū)動(dòng)軸與各主軸連接起來(lái)，使各主軸獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。對(duì)多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的一般要求有：在保證主軸的強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的條件下，力求使傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。為此，應(yīng)盡量用一根中間傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。當(dāng)中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)采用變位齒輪或略微改變改變傳動(dòng)比的方法解決。盡量不用主軸帶動(dòng)主軸的方案，以免增加主軸負(fù)荷，影響加工質(zhì)量。為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪副的傳動(dòng)比一般要大于0.5，后蓋內(nèi)齒輪傳動(dòng)比允許取至1/3~1/3.5;盡量避免用升速傳動(dòng)。用于粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡量設(shè)置在第Ⅰ排，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形；精加工主軸上的齒輪，應(yīng)設(shè)置在第Ⅲ，以減少主軸端的彎曲變形。多軸箱內(nèi)具有粗精加工主軸時(shí)，最好從動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸齒輪傳動(dòng)開(kāi)始，就分兩條傳動(dòng)路線，以免影響加工精度。剛性鏜孔主軸上的齒輪，其分度園直徑要盡可能大于被加工孔的孔徑，以減少振動(dòng)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。驅(qū)動(dòng)軸直接帶動(dòng)的傳動(dòng)軸數(shù)不能超過(guò)兩根，以免給裝配帶來(lái)困難。 坐標(biāo)計(jì)算就是根據(jù)已知的驅(qū)動(dòng)軸和主軸的位置及傳動(dòng)關(guān)系，精確計(jì)算各中間傳動(dòng)軸的坐標(biāo)。其目的是為多軸箱箱體零件補(bǔ)充加工圖提供孔的坐標(biāo)尺寸，并用于繪制坐標(biāo)檢查圖來(lái)檢查齒輪排列、結(jié)構(gòu)布置是否正確合理。 通用多軸箱總圖設(shè)計(jì)包括繪制主視圖、展開(kāi)圖、編制裝配表，制定技術(shù)條件等四部分。 主視圖主要表明多軸箱主軸位置及齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，齒輪齒數(shù)、模數(shù)及所在排數(shù)潤(rùn)滑系統(tǒng)等。繪制主視圖就是在設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖上標(biāo)出各軸編號(hào)，畫(huà)出潤(rùn)滑系統(tǒng)，標(biāo)注主軸、有泵軸、有泵軸轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)向及坐標(biāo)尺寸、最低主軸高度尺寸及箱體輪廓尺寸等。并標(biāo)注部件代號(hào)。 展開(kāi)圖其特點(diǎn)是軸的結(jié)構(gòu)圖形多。各主軸和傳動(dòng)軸及軸上的零件大多是通用化的，且有規(guī)則排列著。繪制的具體要求如下： （1）展開(kāi)圖主要表示各軸及軸上零件的裝配關(guān)系。包括主軸、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)軸手柄軸、有泵軸及其上相應(yīng)的齒輪、隔套、防油套、軸承或油泵等機(jī)件形狀和安裝的相對(duì)位置 （2）對(duì)結(jié)構(gòu)相同的同類型主軸、傳動(dòng)軸可只畫(huà)一根，在軸端注明相同軸的軸號(hào)即可。對(duì)于軸向裝配結(jié)構(gòu)基本相同，只有齒輪大小和排列排列位置不同的兩根或兩組軸，可以合畫(huà)在一起，即軸心線兩邊各表示一根或一組軸。 （3）展開(kāi)圖上應(yīng)完整標(biāo)注多軸箱的三大箱體厚度尺寸及箱壁和內(nèi)腔有關(guān)聯(lián)系尺寸，主軸外伸長(zhǎng)度等。主軸傳動(dòng)軸裝配表把多軸箱中每根軸（主軸、傳動(dòng)軸、油泵軸）上齒輪套等基本零件的型號(hào)規(guī)格、尺寸參數(shù)和數(shù)量及標(biāo)準(zhǔn)件、外購(gòu)件等，按軸號(hào)配套，用裝配表表示。多軸箱技術(shù)條件 多軸箱總圖上應(yīng)標(biāo)注多軸箱部件要求。即多軸箱制造和驗(yàn)收技術(shù)條件；多軸箱按ZBJ58011-89《組合機(jī)床多軸箱制造技術(shù)條件》進(jìn)行制造，按ZBJ58012-89《組合機(jī)床多軸箱驗(yàn)收技術(shù)條件》進(jìn)行驗(yàn)收。主軸精度，按JB3043-82《組合機(jī)床多軸箱精度》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。 多軸箱總圖設(shè)計(jì)中，大多數(shù)零件是選用通用件、標(biāo)準(zhǔn)件、和外購(gòu)件；對(duì)于 變位齒輪、專用軸等零件，則應(yīng)設(shè)計(jì)零件圖；對(duì)于多軸箱體類通用件，必須繪 制補(bǔ)充加工圖。 （1）專用零件工作圖 如變位齒輪、專用軸和套等零件，可按一般工件圖規(guī)定。參照同類通用零件圖，結(jié)合專用要求設(shè)計(jì)繪圖。 （2）補(bǔ)充加工圖 多軸箱體、前蓋、后蓋等通用零件，應(yīng)根據(jù)多軸箱總圖要求，繪制出需補(bǔ)充加工的部件，通常習(xí)慣用粗實(shí)線畫(huà)出補(bǔ)充加工部位的結(jié)構(gòu)，其尺寸、形位公差、表面粗糙度等均按機(jī)械制圖國(guó)際規(guī)定格式標(biāo)記；通用逐漸的原有部分的輪廓等一律用細(xì)實(shí)線表示。 三、總結(jié) 多軸箱的設(shè)計(jì)方法并不是一成不變的，我們正在不斷的尋求更為簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)方法，如論是用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)或是輔助制圖都是其中的一種嘗試，而多軸箱的設(shè)計(jì)方法也會(huì)隨之變的越來(lái)越簡(jiǎn)便，越來(lái)越嚴(yán)謹(jǐn) 參考文獻(xiàn) [1] 賀自敏、王斌、王盼鋒.多軸箱設(shè)計(jì)中減速箱的應(yīng)用.[J]通用機(jī)械.2013 [2] 俞樹(shù)斌、吉鵬拓. 組合機(jī)床多軸箱中間箱體的有限元模態(tài)分析.[J]機(jī)械研究與應(yīng)用.2012.(4) [3] 韋衡冰. 孔加工組合機(jī)床中多軸箱的設(shè)計(jì)與實(shí)踐.[J]煤礦機(jī)械.2010（9） [4] 李春燕、劉軍. 智能化多軸箱快速設(shè)計(jì)方法[J].工藝與設(shè)備.2010（4） [5] 任小中、李春梅、蘇建新. 基于UG的組合機(jī)床多軸箱模塊化設(shè)計(jì).[J]河南科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2007.06 [6] 倪建成. 組合機(jī)床通用多軸箱齒輪模數(shù)的確定[J].維普資訊.2000(1) [7] 鄭岳、周建華. 計(jì)算機(jī)輔助多軸箱箱體孔系的加工[J]. 江蘇工學(xué)院學(xué)報(bào). 1994(2) [8] 沈可興.多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的轉(zhuǎn)速坐標(biāo)線相交法.[J]. 鎮(zhèn)江船舶學(xué)院學(xué)報(bào).1991（3） [9] 朱朝寬. 基于Pro／E的多軸箱參數(shù)化設(shè)計(jì)[J]. 維普資訊 2002（10） [10] 康文利 、張文健、韓慶瑤. 多軸箱的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì).[J] 維普資訊.1994（2） 基于UG的組合機(jī)床多軸箱模塊化設(shè)計(jì) 任小中，李春梅，蘇建新 (河南科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河南洛陽(yáng)471003) 摘 要：根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)原理,在功能分析的基礎(chǔ)上劃分了組合機(jī)床多軸箱的各級(jí)模塊。將三維CAD技術(shù)與模塊化技術(shù)相結(jié)合，以UG為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用其強(qiáng)大的三維造型功能和裝配功能，設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)界面的引導(dǎo)下可完成模塊選擇你、模塊組合和設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助組合機(jī)床多軸箱三維模塊化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率 關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；多軸箱；模塊化設(shè)計(jì)；三維造型 前言 組合機(jī)床多軸箱通常采用一根動(dòng)力軸帶動(dòng)多根主軸的工作方式，由于各傳動(dòng)軸必須在有限的箱體空間內(nèi)得到適宜的分布位置并避免干涉，且各軸的設(shè)計(jì)又必須保證其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、強(qiáng)度和剛度，因此多軸箱設(shè)計(jì)難度大、周期長(zhǎng)? ，往往成為組合機(jī)床設(shè)計(jì)的瓶頸，改變這一局面的措施是采用計(jì)算機(jī)輔助模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)是一種標(biāo)準(zhǔn)化、組合化設(shè)計(jì)，它不是面向某一具體產(chǎn)品，而是面向某一類產(chǎn)品系統(tǒng)以至有相似功能的相鄰產(chǎn)品系統(tǒng)，它不必對(duì)每種產(chǎn)品施以單獨(dú)設(shè)計(jì)，而是精心設(shè)計(jì)出多種模塊，用巧妙、靈活而多變的方式組合出多樣化的產(chǎn)品 。為此，我們開(kāi)發(fā)了支持模塊化設(shè)計(jì)的組合機(jī)床CAD系統(tǒng)，將CAD技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)方法用于組合機(jī)床多軸箱的設(shè)計(jì)，不僅可以縮短多軸箱的設(shè)計(jì)和制造周期，降低成本，而且有助于保證多軸箱的質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。 1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境與模塊劃分 目前國(guó)內(nèi)機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)正逐步由以AutoCAD為代表的二維繪圖軟件轉(zhuǎn)向以UG，Pro／E ，Solidworks為代表的三維設(shè)計(jì)軟件 。組合機(jī)床多軸箱三維CAD系統(tǒng)選擇三維設(shè)計(jì)軟件Unigaphics(簡(jiǎn)稱UG)為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用了UG／OPEN API接口，Visual studio．net編譯環(huán)境，Windows 2000／XP操作系統(tǒng)，利用UG快速、靈活、方便的三維參數(shù)化造型功能，保證系統(tǒng)順利進(jìn)行設(shè)計(jì)。 模塊是產(chǎn)品、自然物或其混合物中，具有特定功能的基本單元，它具有標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、互換性等特點(diǎn)。模塊化設(shè)計(jì)是在對(duì)一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過(guò)模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)的需求。在進(jìn)行多軸箱模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，首先要把多軸箱劃分成若干模塊，由于多軸箱的具體結(jié)構(gòu)取決被加工零件的具體要求，如孔的數(shù)量、形狀、分布位置以及被加工零件的數(shù)量等，因此它不屬于通用件。但通過(guò)對(duì)多軸箱的組成零件進(jìn)行分類，可以實(shí)現(xiàn)多軸箱零件的通用化，例如，多軸箱的箱體和前后蓋是按輪廓尺寸和外形分類的；主軸按照用途分類，分為鉆孔類、鏜孔類、攻絲類等；齒輪則按照模數(shù)、齒數(shù)和孔徑分類等，利用這些通用化的零件可以配置成各種不同結(jié)構(gòu)形式的多軸箱。 多軸箱的設(shè)計(jì)首先要采用基于裝配的特征建模法建立多軸箱的裝配模型，然后在這個(gè)模型中對(duì)零部件展開(kāi)設(shè)計(jì)，多軸箱的設(shè)計(jì)主要包括多軸箱體的設(shè)計(jì)和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ，而傳動(dòng)系統(tǒng)是由若干主軸、傳動(dòng)軸和齒輪組成的。根據(jù)多軸箱的裝配層次，將多軸箱設(shè)計(jì)模塊分為3個(gè)子模塊，如圖1所示。多軸箱設(shè)計(jì)模塊在多軸箱總體裝配模型的平臺(tái)上，通過(guò)交互界面接受用戶輸入的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。 2 多軸箱主要模塊設(shè)計(jì) 2．1 多軸箱體設(shè)計(jì)模塊 多軸箱的通用箱體分為箱體、前、后、側(cè)蓋，多軸箱基本尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，名義尺寸用相應(yīng)滑臺(tái)的滑鞍寬度表示，多軸箱體寬度和高度是根據(jù)配套滑臺(tái)的規(guī)格按規(guī)定的系列尺寸選擇 ，其結(jié)合面上聯(lián)接螺孔、定位銷及其位置與動(dòng)力箱聯(lián)系尺寸相適應(yīng)。 多軸箱設(shè)計(jì)模塊包括多軸箱參數(shù)化模型，保存多軸箱全部參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)以及主控程序。 多軸箱箱體的規(guī)格尺寸為寬度和高度，將這兩個(gè)尺寸設(shè)置為裝配層控制參數(shù)，在設(shè)計(jì)多軸箱參數(shù)化模型的時(shí)候，多軸箱箱體、前后、側(cè)蓋之間采用UG／WAVE技術(shù)保持部件之間的相關(guān)性。首先建立多軸箱箱體的模型，然后在設(shè)計(jì)后蓋、前蓋和側(cè)蓋的時(shí)候，引用箱體的邊以及螺孔為WAVE鏈接圖形，這樣更改箱體參數(shù)的時(shí)候，其它部件也會(huì)相應(yīng)更新。 在設(shè)計(jì)多軸箱箱體時(shí)，要求用戶選擇多軸箱類型，多軸箱類型分為臥式和立式兩種，其區(qū)別在于前蓋的厚度，然后選擇箱體尺寸，在主控程序中，提供了所有多軸箱的箱體尺寸，避免了查表，便于選擇標(biāo)準(zhǔn)化多軸箱。將多軸箱的箱體尺寸作為查詢條件，在箱體參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中提取所有設(shè)計(jì)參數(shù)，并傳遞給圖形庫(kù)中的箱體三維模型，模型按照提供的參數(shù)更新后，用戶選擇保存，在需要的時(shí)候可以裝配到裝配件 文件中，多軸箱設(shè)計(jì)流程如圖2所示。 2．2 齒輪設(shè)計(jì)模塊 齒輪設(shè)計(jì)模塊中提供了3種齒輪設(shè)計(jì)模型，單個(gè)齒輪三維設(shè)計(jì)模型，在設(shè)計(jì)軸時(shí)建立齒輪模型和組合基本傳動(dòng)模型，現(xiàn)以組合基本傳動(dòng)模型為例介紹齒輪設(shè)計(jì)模塊的創(chuàng)建情況。 根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪間不同的嚙合方式，利用系統(tǒng)的交互建模方式，建立起常用的齒輪傳動(dòng)裝配模型庫(kù)。組合機(jī)床多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)中共有三種基本傳動(dòng)模型：(1)同排一帶一、一帶二和一帶三；(2)異排一帶二；(3)異排一帶三。組合機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)可由上述3種基本傳動(dòng)模型組合而成。 基本傳動(dòng)模型模塊包括圖形庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和主控程序三部分。圖形庫(kù)包括全參數(shù)化的齒輪模型，數(shù)據(jù)庫(kù)中存放所有傳動(dòng)軸和主軸的坐標(biāo)，以便計(jì)算時(shí)調(diào)入，主控程序完成坐標(biāo)計(jì)算、數(shù)據(jù)訪問(wèn)以及模型更新等操作。在進(jìn)行組合機(jī)床設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，首先為每根傳動(dòng)軸和主軸編號(hào)，并且將已知軸坐標(biāo)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中；然后選擇需要的基本傳動(dòng)模型，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出未知軸坐標(biāo)并存放于數(shù)據(jù)庫(kù)，最后建立模型。 主控程序的主界面如圖3所示；程序流程如圖4所示。 現(xiàn)以異排一帶二傳動(dòng)模型為例說(shuō)明其計(jì)算過(guò)程，異排一帶二即在一根傳動(dòng)軸上用兩對(duì)齒輪分別帶動(dòng)兩根已知軸，如圖5所示。已知0軸、A軸的坐標(biāo)以及傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)和模數(shù)，B軸坐標(biāo)的計(jì)算過(guò)程如下 異排一帶二傳動(dòng)計(jì)算程序界面如圖6所示 3 結(jié)語(yǔ) 本文根據(jù)組合機(jī)床多軸箱總體方案和設(shè)計(jì)要求，劃分并設(shè)計(jì)了多軸箱的功能模塊，在三維軟件UG平臺(tái)上，利用其強(qiáng)大的三維造型功。能和裝配功能，建立了多軸箱模塊的三維參數(shù)化模型。采用三維設(shè)計(jì)方法取代傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)過(guò)程可視化，設(shè)計(jì)結(jié)果直觀明了，有利于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。采用模塊化設(shè)計(jì)和三維CAD系統(tǒng)可極大地提高組合機(jī)床多軸箱的設(shè)計(jì)效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命，保證產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一次成功。 參考文獻(xiàn): [1] 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要：傳統(tǒng)多軸箱設(shè)計(jì)對(duì)工程師技能要求高且設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，因此有必要進(jìn)行融合多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的智能化快速設(shè)計(jì)方法的研究，包括：利用知識(shí)工程的原理和方法創(chuàng)建原型庫(kù)、利用NX軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)和交互建模技術(shù)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)、利用WAVE技術(shù)對(duì)軸類組建進(jìn)行快速設(shè)計(jì)、通過(guò)設(shè)置柔性組件完成自適應(yīng)裝配、將系統(tǒng)功能重組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)質(zhì)量檢查與分析、利用相關(guān)性技術(shù)實(shí)現(xiàn)二維圖紙快速生成、通過(guò)軟件二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)可視化人及交互界面的創(chuàng)建等，取得了良好的設(shè)計(jì)效果。 關(guān)鍵詞： 智能化；多軸箱；快速設(shè)計(jì)；知識(shí)工程 1. 多軸箱設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析 多軸箱作為組合機(jī)床中工作量最大的部件，設(shè)計(jì)過(guò)程繁瑣復(fù)雜，周期長(zhǎng)。通常，多軸箱的設(shè)計(jì)流程如圖1所示，大量工作量集中在“總體設(shè)計(jì)計(jì)算”和“詳細(xì)設(shè)計(jì)出圖”兩個(gè)階段，采用常規(guī)的設(shè)計(jì)方法，效率低，出錯(cuò)率高，返工修改工作量大，嚴(yán)重影響組合機(jī)床生產(chǎn)周期和制造成本，迫切需要尋求一種新的設(shè)計(jì)手段來(lái)代替人工設(shè)計(jì)。揚(yáng)州柴油機(jī)有限責(zé)任公司等機(jī)構(gòu)的研究人員曾進(jìn)行組合機(jī)床主軸箱的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)?研究，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。但也有不盡人意的問(wèn)題，如：影響傳動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的因素很多，多解性、不確定性和經(jīng)驗(yàn)性顯得尤為突出，難以取得最優(yōu)化結(jié)果；二維環(huán)境下的多軸箱設(shè)計(jì)通常是由設(shè)計(jì)師選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，完成一定的計(jì)算，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)推理過(guò)程，設(shè)計(jì)過(guò)程不直觀，無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)結(jié)果的分析檢查基于平面幾何，無(wú)法立體檢查，要求設(shè)計(jì)工程師具有較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，制約了多軸箱設(shè)計(jì)自動(dòng)化水平的提高。 為了降低對(duì)設(shè)計(jì)師的能力要求，快速設(shè)計(jì)，節(jié)省時(shí)間，減少因設(shè)計(jì)失誤而帶來(lái)的各種損耗，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，增加開(kāi)發(fā)效率，本文研究了智能化多軸箱快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)。把人工智能的思想、方法和技術(shù)以及三維設(shè)計(jì)思想和軟件技術(shù)引入多軸箱設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。利用“知識(shí)工程”的理論和方法，將機(jī)床的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及企業(yè)多年的設(shè)計(jì)知識(shí)歸納、提煉、整理為相應(yīng)的設(shè)計(jì)知識(shí)，建立了多軸箱的知識(shí)庫(kù)、原型庫(kù)和推理機(jī)制。在NX環(huán)境下，直觀的進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，自動(dòng)計(jì)算坐標(biāo)，智能化生成傳動(dòng)系統(tǒng)圖。利用WAVE技術(shù)，采用自頂向下的方法，自動(dòng)設(shè)計(jì)出多軸箱箱體、主軸組件、傳動(dòng)軸組件等零部件，然后通過(guò)自適應(yīng)裝配，生成多軸箱模型，再后進(jìn)行設(shè)計(jì)質(zhì)量檢測(cè)，反饋檢測(cè)信息，修改完善前期設(shè)計(jì)，改進(jìn)庫(kù)文件等。通過(guò)二次開(kāi)發(fā)技術(shù)設(shè)計(jì)出適應(yīng)工程師設(shè)計(jì)習(xí)慣的，具有可視化和自學(xué)習(xí)特點(diǎn)的友好的人機(jī)交互界面。 2．智能化多軸箱設(shè)計(jì)總體方案 多軸箱是組合機(jī)床的重要組成部件，它是選用通用零件，按專用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的 ，為多軸箱的智能化快速設(shè)計(jì)提供了必要的條件。多軸箱的快速智能化設(shè)計(jì)(如圖2所示)主要體現(xiàn)在兩個(gè)階段：傳動(dòng)系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)，包括齒輪的排布、動(dòng)力的計(jì)算、坐標(biāo)的生成和傳動(dòng)系統(tǒng)校核等；詳細(xì)設(shè)計(jì)和出圖階段，包括三維模型的建立、自適應(yīng)裝配、自動(dòng)質(zhì)量分析檢查和二維工程圖的自動(dòng)生成等。 3. 關(guān)鍵技術(shù)研究 3.1 知識(shí)庫(kù)、原型庫(kù)和推理機(jī)的建立 多軸箱設(shè)計(jì)涉及的知識(shí)種類很多，通過(guò)企業(yè)調(diào)研，收集整理將與多軸箱有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及企業(yè)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)歸納、提煉、整理為相應(yīng)的設(shè)計(jì)知識(shí)，建立了多軸箱設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)、原型庫(kù)和推理機(jī)制。知識(shí)庫(kù)主要包括相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如制圖標(biāo)準(zhǔn)、各類標(biāo)準(zhǔn)件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等。原型庫(kù)包括：多軸箱設(shè)計(jì)模板；基本齒輪傳動(dòng)模型庫(kù)；主軸基本模式的基本模型庫(kù)；傳動(dòng)軸基本模式的基本模型庫(kù)等。原型庫(kù)中包含了多軸箱設(shè)計(jì)過(guò)程中常用的零部件模型，并可以按照所需的尺寸等自動(dòng)快速生成，以供設(shè)計(jì)人員選用和修改。 根據(jù)組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)結(jié)果，建立多軸箱的基本三維模型，數(shù)據(jù)以知識(shí)的形式存儲(chǔ)在該模型中，包括多軸箱輪廓尺寸、驅(qū)動(dòng)軸相對(duì)位置、主軸位置尺寸及各軸轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速、各主軸與驅(qū)動(dòng)軸相對(duì)位置關(guān)系、各主軸工序內(nèi)容、切削用量及外伸部分尺寸、動(dòng)力部件型號(hào)及其性能參數(shù)等。這些將成為多軸箱智能化快速設(shè)計(jì)的依據(jù)。 由圖2可見(jiàn)，從組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)的“三圖一卡”和多軸箱設(shè)計(jì)原始模型到生成最終多軸箱裝配模型及圖樣，其問(wèn)需經(jīng)過(guò)基本參數(shù)確定、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、各個(gè)部件設(shè)計(jì)、虛擬裝配、二維工程圖轉(zhuǎn)化，以及質(zhì)量分析檢查等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)之間都需要有知識(shí)的傳遞，如尺寸的相關(guān)性、位置的相關(guān)性、工藝性能等各方面的要求等等，為解決這些問(wèn)題，有必要建立知識(shí)的推理機(jī)制，使每個(gè)環(huán)節(jié)的知識(shí)傳遞都能符合設(shè)計(jì)要求，減少重復(fù)設(shè)計(jì)的可能性。即使有不合理的地方，也可以通過(guò)后期的質(zhì)量分析檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后修改模型、完善庫(kù)文件，改進(jìn)推理機(jī)制。 3．2 傳動(dòng)系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì) 傳遞系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是解決齒輪傳動(dòng)路線的設(shè)計(jì)，是多軸箱設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一步，直接影響多軸箱部件的質(zhì)量和零件的通用化程度。原則上應(yīng)保證在足夠強(qiáng)度和剛性的條件下，用最少的傳動(dòng)軸及齒輪副把驅(qū)動(dòng)軸和各主軸連接起來(lái)，使傳動(dòng)鏈最短。系統(tǒng)根據(jù)已建立的基本齒輪傳動(dòng)模型庫(kù)進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)。 利用NX軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)和交互建模技術(shù)，根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪之間不同嚙合方式，建立起常用的齒輪傳動(dòng)裝配模型庫(kù)，從而進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)。齒輪傳動(dòng)模型庫(kù)包括同心圓分布主軸傳動(dòng)方案和直線分布主軸傳動(dòng)方案，也可采用混合分布形式。系統(tǒng)可根據(jù)轉(zhuǎn)速自動(dòng)計(jì)算中心距和總傳動(dòng)比，然后根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的傳動(dòng)比分配原則計(jì)算主、被動(dòng)齒輪齒數(shù)，然后在NX的草繪模塊中利用尺寸和位置約束關(guān)系建立軸的布置圖。不同排的齒輪可利用顏色區(qū)分表示，使得生成的傳動(dòng)系統(tǒng)圖清晰、直觀(圖3為加工某四缸柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸主軸承座螺紋底孔的多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖)。傳動(dòng)系統(tǒng)圖生成后，各軸的坐標(biāo)即可自動(dòng)生成，無(wú)需計(jì)算，通過(guò)選擇菜單中的“軸的坐標(biāo)”，便可觀察軸坐標(biāo)列表。通過(guò)“傳動(dòng)系統(tǒng)檢查”功能，參照知識(shí)庫(kù)文件，利用NX軟件的內(nèi)部計(jì)算，可對(duì)軸和齒輪的位置、轉(zhuǎn)速、強(qiáng)度等進(jìn)行校驗(yàn)，得出檢查結(jié)果，對(duì)不合理的地方還可進(jìn)行改進(jìn)。 傳動(dòng)系統(tǒng)是在多軸箱基本三維模型中創(chuàng)建的，與其具有尺寸、位置等相關(guān)性，符合自頂向下的設(shè)計(jì)思想，為后續(xù)組件的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 3．3 軸類組件快速設(shè)計(jì) 軸類組件的類型相對(duì)固定，因此通過(guò)交互方式輸入或選擇軸的類型、軸號(hào)等關(guān)鍵參數(shù)，系統(tǒng)便可參照內(nèi)部已存的信息，如基本模型中已存的軸徑、齒輪模數(shù)、厚度等，傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)生成的與該軸相關(guān)的齒輪齒數(shù)等信息，利用WAVE技術(shù)和相關(guān)性技術(shù) 快速自動(dòng)生成該組件的基本模型，通過(guò)可視窗口預(yù)覽三維模型，針對(duì)長(zhǎng)度等參數(shù)可在裝配時(shí)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。組件確認(rèn)后，可在基本三維模型中的相應(yīng)位置生成，并具有相關(guān)性，即當(dāng)基本三維模型參數(shù)修改時(shí)，軸類組件將做相應(yīng)修改，針對(duì)某些不合理結(jié)構(gòu)可在后面介紹的自適應(yīng)裝配中調(diào)整 3．4 自適應(yīng)裝配 多軸箱中涉及的軸類、齒輪等零件較多，且具有嚴(yán)格的傳動(dòng)關(guān)系，結(jié)構(gòu)緊湊，因此裝配過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不合理的部位，自適應(yīng)裝配便是多軸箱部件中設(shè)置柔性組件，根據(jù)組件間的裝配要求和柔性組件的變形規(guī)則，基于簡(jiǎn)單沖突消除目標(biāo)及綜合優(yōu)化目標(biāo)，自適應(yīng)地選擇或調(diào)整相關(guān)組件，并實(shí)現(xiàn)有效的產(chǎn)品裝配建模 。 多軸箱主要零部件設(shè)計(jì)好后，進(jìn)入到總裝階段。利用NX軟件虛擬裝配、WAVE功能及相關(guān)性建模等技術(shù)，在基本三維模型中根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)定的各軸分布情況，逐步設(shè)計(jì)或加入主軸組件、傳動(dòng)軸組件、手柄軸組件等，形成多軸箱的初步設(shè)計(jì)。裝配過(guò)程中，可時(shí)時(shí)檢測(cè)待裝組件與已裝組件之間的匹配關(guān)系，干涉情況等，通過(guò)信息處理，對(duì)照比較，自動(dòng)找出可能存在的不合理結(jié)構(gòu)，并生成裝配檢測(cè)報(bào)告，提醒用戶是否需要修改。用戶可根據(jù)出錯(cuò)報(bào)告信息，利用NX軟件的“可變形組件”等功能，設(shè)置部件可調(diào)，或參數(shù)可調(diào)，然后由系統(tǒng)自動(dòng)生成最合適的裝配狀態(tài)，完成自適應(yīng)裝配。 3．5 自動(dòng)進(jìn)行質(zhì)量檢查與分析 多軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求緊湊、傳動(dòng)系統(tǒng)要有嚴(yán)格的傳動(dòng)關(guān)系，采用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)手段，僅可以從平面觀察運(yùn)動(dòng)情況和是否存在干涉，多軸箱設(shè)計(jì)好壞與設(shè)計(jì)師的水平有較大關(guān)系。而利用三維設(shè)計(jì)軟件的虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)分析和干涉檢查等手段，則在設(shè)計(jì)階段就可以方便的預(yù)測(cè)到實(shí)際加工、裝配和生產(chǎn)過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生的問(wèn)題，進(jìn)而及早改進(jìn)，減少因干涉等問(wèn)題造成的零件返工甚至報(bào)廢等損失，為企業(yè)降低出錯(cuò)率、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。 利用UG NX軟件的應(yīng)用程序接口(API)，對(duì)與質(zhì)量分析檢查有關(guān)的功能進(jìn)行整合，以VisualC 6．0為編程工具，設(shè)計(jì)友好的交互界面，界面信息包括多軸箱基本信息，如電機(jī)轉(zhuǎn)速、軸徑，齒輪齒數(shù)模數(shù)，傳動(dòng)比、總的質(zhì)量、體積等等，是否進(jìn)行干涉檢查和檢查結(jié)果，是否進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和分析結(jié)果，并可顯示質(zhì)量分析檢查報(bào)告單，以作為設(shè)計(jì)人員的參考數(shù)據(jù)。對(duì)于多軸箱中存在的不合理結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)還允許對(duì)相應(yīng)零部件進(jìn)行修改，由于各個(gè)零部件間存在關(guān)聯(lián)，因此修改某一參數(shù)便可完成與其相關(guān)的零部件模型和裝配的修改，同時(shí)對(duì)于原型庫(kù)中的不合理結(jié)構(gòu)也可進(jìn)行修改。經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的使用和完善整理，使系統(tǒng)性能穩(wěn)定，有一定的糾錯(cuò)能力。 3．6 二維圖紙的自動(dòng)快速生成 利用NX的“建模模塊”、“工程圖模塊”及其相關(guān)功能，系統(tǒng)可根據(jù)裝配好的多軸箱三維模型自動(dòng)生成多軸箱總圖，包括主視圖、展開(kāi)圖、裝配表等，如果需要 還可生成單個(gè)零件的模型及其補(bǔ)充加工圖，實(shí)現(xiàn)二維圖的快速繪制，保證設(shè)計(jì)、加工之間技術(shù)交流通暢。 3．7 可視化人機(jī)交互界面的創(chuàng)建 人機(jī)交互界面作為設(shè)計(jì)師使用本系統(tǒng)的直接對(duì)話內(nèi)容，設(shè)計(jì)了內(nèi)容直觀、信息豐富、符合設(shè)計(jì)師的習(xí)慣的界面。界面形式采用圖形和文字交叉，比如在選擇主軸組件類型時(shí)，在選擇傳動(dòng)系統(tǒng)類型時(shí)，分別提供相應(yīng)的圖片以便辨認(rèn)。通過(guò)研究傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)軟件的交互界面，了解設(shè)計(jì)師的操作習(xí)慣，將其用知識(shí)表示，達(dá)到自學(xué)習(xí)的目的，融人到多軸箱三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，并對(duì)存在的問(wèn)題予以改進(jìn)，以達(dá)到設(shè)計(jì)師能以最快速度設(shè)計(jì)出最理想的產(chǎn)品的目的。 利用NX模板建模技術(shù)建立多軸箱中通用件的模型，開(kāi)發(fā)了參數(shù)化的、尺寸驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)子系統(tǒng)。系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是以NX系統(tǒng)為平臺(tái)，以NX的應(yīng)用程序接口(API)作為開(kāi)發(fā)工具，以VisualC 6．0為編程工具，通過(guò)開(kāi)發(fā)微軟基礎(chǔ)類庫(kù)(MFC)與UFUN之間的接口，實(shí)現(xiàn)通用件庫(kù)的后臺(tái)數(shù)據(jù)管理。人機(jī)交互界面達(dá)到可視化操作和鏈接自學(xué)習(xí)的目的。 5.結(jié)論 智能化多軸箱快速設(shè)計(jì)融合了知識(shí)工程、智能化設(shè)計(jì)、傳統(tǒng)多軸箱設(shè)計(jì)、先進(jìn)三維設(shè)計(jì)方法等多方面知識(shí)，以三維設(shè)計(jì)軟件(UG NX)及其二次開(kāi)發(fā)工具為應(yīng)用工具，為多軸箱設(shè)計(jì)提供了可行的、可靠的發(fā)展空間，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，實(shí)現(xiàn)了多軸箱的智能化快速設(shè)計(jì)。圖4為采用該系統(tǒng)設(shè)計(jì)生成的加工某四缸柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸主軸承座螺紋底孔的多軸箱三維模型。 參考文獻(xiàn)： [1]丁國(guó)琴．組合機(jī)床主軸箱的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械工程師，2002(6)：45—46． [2]姚永明．非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)[M]．上海：上海交通大學(xué)出版社。1999． [3]朱朝寬．基于Pro／E的多軸箱參數(shù)化設(shè)計(jì)[J]．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2002 （10）：35-37 [4]方水良，楊維學(xué)，李金華． 自下而上產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的自適應(yīng)裝配建模[J]．計(jì)算機(jī) 集成制造系統(tǒng)，2008（11）：2150-2154