高精度数控立式万能磨床基础件的设计（全套含CAD图纸）

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 宁学 毕业设计 (论文 ) 高精度数控立式万能磨床基础件的设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 I 摘 要 磨床可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。 磨床可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及 各种成形表面。磨床的种类很多，按其工作性质可分为：外围磨床、内圆磨床、平面磨床，工具磨床以及一些专用磨床。如螺纹磨床、球面磨床、花键磨床、高精度数控立式万能磨床与无心磨床等。高精度数控立式万能磨床就是一种按照工作性质划分出来的磨床。 本文主要是对高精度数控立式万能磨床进行设计与研究。 关键词： 高精度数控立式万能磨床，磨床， 磨床设计买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 he a of as a of be be a of be a a of as a of of to of be as is a of to of of is of 文档就送您 纸 全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 录 摘 要 . I . 录 . 1 章 绪 论 . 1 内外研究现状 . 1 床的现状及其发展趋势 . 2 控机床的发展 . 2 文研究的主要内容 . 8 第 2 章 高精度数控立式万能磨床总体方案设计 . 9 床的设计要求 . 9 计方案 . 9 章小节 . 11 第 3 章 立柱结构设计 . 12 柱的结构选型与三维建模 . 12 维设计应用的趋势 . 12 择三维 设计软件的关键考虑因素 . 13 功能 . 13 柱结构的有限元分析 . 13 第 4 章 床身、横梁 设计 . 21 身结构 . 21 床身结构的基本要求 . 21 身的结构 . 22 梁设计 . 23 梁有限元分析 . 25 章小节 . 27 结 论 . 28 参考文献 . 29 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 谢 . 30 全套图纸加 Q 401339828买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 1 第 1 章 绪 论 内外研究现状 20 世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制 技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从 1952 年美国第台数控铣床问世至今已经历了 50 个年头。 数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有 10 20 万台，产值上百亿美元。 世界制造业在 20 世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。 90 年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从 90 年代初开始已出现明显的回升，在全世界 制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从 2000 年至今已接受个月以后的订货合同，生产任务饱满。 我国数控机床制造业在 80 年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在 90 年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到 50，库存超过个月。从 1995 年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促 进作用，尤其是在 1999 年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从 2000 年月份的上海数控机床展览会和 2001 年月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。 数控技术经过 50 年的个阶段和代的发展： 第阶段：硬件数控（ 第代： 1952 年的电子管 第代： 1959 年晶体管分离元件 第代： 1965 年的小规模集成电路。第阶段：软件数控（ 第代： 1970 年的小型计算机 第代： 1974 年的微处理器 第代： 1990 年基于个人 （ 第代的系统优点主要有： （） 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到万小时以上； （ 2） 提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如 接网卡、声卡、打印机、摄影机等）； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 2 （ 3） 对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本 司，年生产万套以上系统，占世界市场约40左右，其次是德国的西门子公司约占 15以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲亚，法国的，日本的三菱、安川。 床的现状及其发展趋势 随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削（从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展）和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展 4，如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至 4 m、磨削精度高达 m；使用电主轴单元可使砂轮线速度高达 400m/s，但这样的线速度一般仅用于实验室，实际生产中常用的砂轮线速度为 40 60m/s；从 精度上看，定位精度 2 m，重复定位精度 1 m 的机床已越来越多；从主轴转速来看， 轴达 60000r/1342000r/速已不是小功率主轴的专有特征；从刚性上看，已出现可加工 60度材料的加工中心。 北京第二机床厂引进日本丰田工机公司先进技术并与之合作生产的 P） 62 63数控外圆 /数控端面外圆磨床，砂轮架采用原装进口，砂轮线速度可达 60m/s，砂轮架主轴采用高刚性动静压轴承提高旋转精度，采用日本丰田工机公司 床专用数控系统可实现二轴（ X 和 Z） 到四轴（ X、 Z、 U 和 W）控制。 此外，对磨床的环保要求越来越高，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。大量的工业清洗机和切削液处理机系统反映现代制造业对环保越来越高的要求。 随着机械制造生产模式的演变 ,对机械制造装备提出了不同的要求 0 年代“刚性 ”生产模式下，通过提高效率，自动化程度 ,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济 ”实现降低成本和提高质量的目的。从 90 年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的 柔性化程度更高 ,采用拟实制造和快速成形制造技术。 工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 3 机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致 “刚性 ”强 ,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是 “一个工人，一把刀，一台机床 ”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。 因此，要缩小我国同工业发达国家的差距 ,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。 数控设备的发展方向 六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前 4 名。 数控系统 由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控 等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。 华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易数控系统也不错。 我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。 机床精度 工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等 5 种。 前我们国家内承认的大致是四种体系：德国 准、日 本 准、国际标准 准、国标 标和国际标准差不多。 看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到 准 .、统计法 ),就是一台高精度机床，在 准 .、统计法 )以下，就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。 只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。 目前世界著名机床厂商在我国的投资情况 1. 2000 年，世界最大的专业机床制造商马扎克（ 宁夏银川投资建了名为 “宁夏小巨人机床公司 ”的机床公司，生产数控车床、立式加工中心和车铣复合中心。机床质量不错，目前效益良好，年产 600 台，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 4 目前正在建 2 期工程，建成后可以年产 1200 台。 2. 2003 年，德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装生产数控车床和立式加工中心 120 台左右。 3. 2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为 1000台，生产数控车床、立式加工中心、卧式加工中心。 前生产能力不知。 建厂，年生产能力 800 台。 民营企业进入机床行业情况 2000 年投产，生产数控车床、加工中心。年生产能力 300 台。 2 2004 年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点比较高。 3 2002 年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。生产小型仪表数控车床，水平相当不错。 军工企业技改情况 军工企业得到国家拨款开始于当年 “大使馆被炸 ”，后来台湾阿扁上台后，大规模技改开始了，军工企业进入新一轮的技改高峰，我们很多军工企业开始 停止购买普通设备。尤其是近 3 年来，我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床。也从国内机床厂哪里采购了大批普通数控机床，国内机床厂商为了迎接这次大技改，也引进了不少先进技术，争取军工企业的高端订单。 听在军工企业的朋友讲，阿扁如果再能 “顶 ”三年，我们的整体水平会上一个台阶。 其实，胡锦涛总书记掌权以来，已经把国防事业提到了和经济发展一样的高度上，他说，我们要建立和经济发展相适应的国防能力，相信再过 10 年，随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为世界第 一机床生产大国。 数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。 数控机床的发展在很大程度上取决于数控系统的性能和水平，而数控系统的发展及其技术基础离不开微电子技术和计算机技术。随着计算机及其软硬件技术的飞速发展，数控系统的硬件平台趋于一致化，而控制系统软件的竞争日益加剧。我国的数控系统经过“六五”期间的引进，“七五”期间的数控系统开发，“八五”期间的数控应用技术研究以及“九五”期间的主数控系统软件开发应用， 已逐步形成了以航天数控、蓝天数控、华中数控和中华数控为主的数控系统产业。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 5 近年来，我国数控机床的产量持续增长，数控化率也显著提高。另一方面我国数控产品的技术水平和质量也不断提高。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟商品走向市场。 我国在数控机床高端产品的生产上取得了一定的突破。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床生 产国和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在 800010000 转 /分以上的数控机床。 我国数控机床行业近年来大力推广应用 信息技术，很多企业已开始和计划实施应用 和电子商务。如，济南第二机床集团有限公司的 及率达 100%，是国家级“ 范企业”，企业的 系统应用也非常成功，现代化管理水平较高。 但是和发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。 一、信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。我国数控机床行业总体的技术 开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能数控机床基本上还得依赖进口。 二、产品成熟度较低，可行性不高。国外数控系统平均无故障时间在 10000 小时以上，国内自主开发的数控系统仅 3000时；整机平均无故障工作时间国外达 800小时以上，国内最好只有 300 小时。 三 、创新能力低，市场竞争力不强。我国生产数控机床的企业虽达百余家，但大多数未能形成规模生产，信息化技术利用不足，创新能力低，制造成本高，产品市场竞争能力不强。 随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高要求。当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展。 高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位数、频率更高的处理器，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 6 以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能 。同时，新一代数控机床将采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。 智能化。现代数控机床的智能化发展将通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。 基于 数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前 数控技术发展的新趋势。它是利用 制的零件加工图样，经计算机内的刀具轨 迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现 集成。随着 术的发展，当前又出现了 成的全自动编程方式，其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的 据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。 发展可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。新一代的数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，减少元器件的数量，从而提高可靠性。同时通过自动运行诊断、在线诊断、离线诊断等 多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。 一 、 是高速加工技术发展迅速 高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用当前数控机床技术发展趋势 高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到 10 秒、 3 秒、 1 秒 以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。 二 、 是精密加工技术有所突破 通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 7 度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每 8 年提高 1 倍，从 1950 年至2000 年 50 年内提升 100 倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到 1m，进入亚微米超精加工时代。 三 、 是技术集成和技术复合趋势明显 技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型 车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合 金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床 复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。 四 、 是数字化控制技术进入了智能化的新阶段 数字化控制技术发展经历了三个阶段 :数字化控制技术对机床单机控制； 集合生产管理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理。随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。数 控系统具有在线技术后援和在线服务后援。人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。在线服务可以根据用户要求随时接通 受远程服务。采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技术在制造系统上的应用，发展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可重组的方向发展。 五 、 是极端制造扩张新的技术领域 极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。极端 制造买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 8 技术是数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制； 业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床；极端制造领域的复合机床的研制等。 文研究的主要内容 论文主要的章节和内容： 磨床的发展状况，阐述课题提出的目的和意义，明确了本文研究的主要内容。 行总体布局设计。 行关键部件的设计与计算。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 9 第 2 章 高精度数控立式万能磨床 总体方案设计 磨床的总体设计方案由以下三部分组成： 要尺寸规格、运动参数（转速和进给范围 )、动力参数（电机功率，最大拉力）。 互位置关系、运动分析、运动仿真（ 干涉检查）、外观造型。 机静刚度、整机的运动性能、整机的热特性。 总布局与使用要求： 件，装卸、夹紧方便。 床的设计要求 本机床的设计，符合国家机床标准。已定设计参数： 工作台直径 (带磁盘 ) 1250大加工工件高度 550大加工工件重量 2500 轴横向移动行程 1760横向移动行程 1300Z 轴垂直移动行程 6501 轴垂直移动行程 650作台回转精度 (轴向及径向 )作台转速 (无级 )1轴回转精度 (轴向及径向 )立式动静压主轴最大转速 4500r/卧式动静压主轴最大转速 2400r/立式动静压主轴电机功率 15式动静压主轴电机功率 X、 Z、 进给分辨率 高速高效，结构简单可靠，功能强大，性能稳定，精度较高，可用于铣削板材以及多种工件等。 计方案 我设计的主要内容是工作台移动 高精度数控立式万能磨床。 工作台 高精度数控立式万能磨床是指 工作台 作 纵向移动的龙门高精度数控立式万能磨床。 工作台移动 龙门高精度数控立式万能磨床的最大 特 点是：（ 1） 造价便宜 ,容易制造生产 。工作台移动式龙门高精度数控立式万能磨床，整机长度必须两倍于纵向行程长度，而移动式龙门高精度数控买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 10 立式万能磨床的整机长度只需纵向行程加上龙门架侧面宽度即可。（ 2）机床的动态响应好。 工作台 移动式龙门高精度数控立式万能磨床采用的是固定 龙门架 ,工作台移动可以铣刀做切削运动时更加稳定 ，从而保证了加工精度和机床的响应性能。 械部分设计 整机分为床身、龙门架、滑台、主轴箱、三轴进给驱动机构机械 部分及相关数控伺服部分。现把设计过程中的重点阐述如下 ： 床身是本次设计工作的基础，床身的尺寸设计影响着对整机的设计，而且设计的合理性直接影响到整机的刚度。床身的上平面即工作台面设计有 K 条 T 形槽，为方便床身工作台面和 T 形槽的精刨加工，槽完全贯通。床身的左、右两下脚各设计有一个狭长平面，用来安放滚动直线导轨副。 我 把导轨面设计在床身的两下侧，主要是考虑力的传递方向与卸荷问题。因床身会受到龙门框架的重力、切削力和工件的重力，这样的设计可使龙门框架的重力直接传入到机床的基础上，而床身只受到工件的重力。 龙门框架采 用的是整体龙门架的设计概念，即把横梁与左右立柱设计成一体，虽然使铸造和装配调整时的难度加大，但整体龙门框架的刚性更好，更重要的是使主轴箱、滑台等部件有了装配基准。 滑台的设计是在龙门架和主轴箱的几何尺寸确定后，按照主轴的中心尽量贴近横梁上的导轨面为原则，并把 Z 轴驱动安装位置设计在滑台上，有效地减轻滑台的重量。 设计进给驱动机构的构思如下： X 轴的进给驱动机构采用双边齿轮齿条副加重预压滚动直线导轨副， Y 轴与 X 轴采用大直径预压滚珠丝杠副加硬导轨副，且导轨滑动部分贴有工程塑料，避免低速时产生爬行现象，而且导 轨部分设计有斜镶条可调装置。这样设计使机床的整体进给性能得以协调，各轴的进给速度和进给力得到了最佳匹配。 主轴箱的上下垂直运动 Z 轴采用滚珠丝杠副传动。由于本机床不是高速高精度数控立式万能磨床， Z 轴的进给系统为伺服电动机通过传动比为 4 的平行轴定比齿轮箱带动滚珠丝杠旋转。 Z 轴的安全问题。首先选用带电磁刹车的伺服电动机，其次在滚珠丝杠上装有一双向超越离合器，防止滚珠螺母自转引起主轴箱机械式下垂。当然，为了保护Z 轴进给机构的精度，还在滑台上装有两个平衡油缸。 平衡力 Q 等于主轴箱部件质量的 85。 主轴箱的左右移动 为 Y 轴，为了保证 Y 轴的传动精度，并使丝杠只受水平轴向力，故采用伺服电动机与滚珠丝杠直联方式。笔者选用的联轴器带有过载保护装置，在过载买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 11 时联轴器会自动脱开。 章小节 本章主要讲解了高精度数控立式万能磨床的总理方案设计，其主要内容有机械部分的设计和数控部分设计，根据所给要求制定出总体设计方案。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 12 第 3 章 立柱结构设计 柱的结构选型与三维建模 机架型式有三梁四柱式、三梁双柱式、整体框架式。通过比较这几种型式，选择整体框架式机架。整体焊接式框架是常见的型式，组成一个刚性的封闭框架，承受全部工作载荷 。 图 5 1 立柱的结构 立柱的设计老师建议采用三维建模的形式进行。 维设计应用的趋势 三维设计即实体建模技术。比较二维软件，三维软件的革新之处在于： 1、产品形象直观，方便理解，不易出错。 2、可评估配合和公差，易于纠错。 3、能设计大型装配。 4、创建即时工程图。可根据所设计的实体模型自动创建等轴测视图、爆炸视图、局部视图和剖面视图。 5、方便修改设计。三维设计中工程图相互关联。对实体模型的设计进行更改时，可自动更改所有相关工程图和关联视图。 6、在下游的工程和制造工作可使用设计数据，提高产品制造效率 三维设计软件的集成模块可直接将设计数据导入应力分析、切削创建和数控编程。 7、电子模型节省制造样机的时间和成本。由于上述功能，自上世纪 90 年代起，国际 计领域已逐渐转向三维技术。下图按用户数量比例列出了 11 种主流 计软件，其中三维数据格式已占大部分。 据国外用户的资料，三维实体建模技术的应用有效缩短设计周期、提高产品质量和削减开发成本。应用三维软件也有助于国际间数据的交流。为与国际的接轨，应用三维设计买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 13 已是势在必行。 择三维设计软件的关键考虑因素 1、是否易于使用 早期三维软件较为复杂，学习和培训周期长，不易操作。随着技术的改进，现在已出现了 较为操作的三维软件，其易用性好于平面 2、设计效率是否高效 3、双向关联性和参数化设计能力 双向关联是指模型的所有元素都是相互关 联。在装配体模型、工程图、局部视图和物料清单之间都是双向。一旦对其中的任何数据进行更改，都将在所有关联文件中自动进行相应更改。 参数化设计在创建设计模型时，所有特征和尺寸作为设计参数进行保存。通过修改参数值可以迅速更改设计。 4、设计大型装配的能力 5、与 桌面效率工具的集成程度 6、辅助工具。是否具备分析工具、设计交流等工具，并与辅助工具集成。 7、应用基础。应用的广泛程度和教育教学方面的广泛程度。 功能 从功能和需求角度综合评估， 较好 的一种三维设计工具。理由如下： 1、应用基础广泛。 目前世界范围内应用最广的设计格式。多数学校已将 入教学。 2、方便易用。 3、功能特性较为齐全。 4、提供多种文件转换程序，方便管理旧有二维数据。特别面向 供对式文件进行数据转换的插件。 5、提供零件库功能，节省设计资源。设计中来自外购的零件大部分可从 6、设计功能与分析功能集成，方便设计验证 柱结构的有限元分析 户提供了一容易使用的有限元分析工具。 过在计算机上测试您的设计而取代昂贵并费时的实地测试可帮助您降低成本及上市时间。司推出 007 分析软件，将验证这步骤整合到设计过程中，让设计者可轻易寻找和纠正设计中可能存在的缺陷。利用 带的有限元分析软件 立柱单侧承载梁进行加载分析 ,模拟本试验台的最大工作载荷。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 14 图 3 2 启动 号数 零件名称 材料 质量 体积 1 立柱 铸铁 m3 图 3 3 选择材料 约束 假设一端固定 图 5 4 设定约束 载荷 加载压力 于 1 面 应用法向力 06 N 使用均匀分布 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 16 图 5 6 填写载荷大小 算例属性 网格信息 网格类型 : 实体网格 所用网格器 : 标准 自动过渡 : 关闭 光滑表面 : 打开 雅各宾式检查 : 4 单元大小 : 差 : 质 : 高 单元数 : 16439 节数 : 33478 完成网格的时间 (时 ;分 ;秒 ): 00:00:16 计算机名 : 4算器信息 品质 : 高 解算器类型 : 自动 图 5 7 采用系统默认网格划分设置 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 17 图 5 8 行分析中 4 结果（图 5 9） 图 5 9 显示分析结果 应力（图 5 10） 名称 类型 最小 位置 最大 位置 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 18 图解1 力 07 N/m2 (540 0 08 N/m2 (285 图 5 10 框架应力分析结果 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 19 位移（图 5 11） 名称 类型 最小 位置 最大 位置 图解2 位移 0 0 0 0 通过模拟本试验台的最大加载载荷，单侧 最大承载 8500过 立柱单侧承载梁进行加载分析，结果安全系数为 全满足本试验台设计时出定的安全系数 要求。所以本框架的结构可行。 图 5 11 框架位移分析结果 材料名称 : 素钢 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 20 材料来源 : 所使用的 质 材料模型类型 : 线性弹性同向性 属性名称 数值 单位 弹性模量 11 N/m2 泊松比 A 质量密度 7700 kg/m3 屈服强度 08 N/m2 计分析结果基于线性静态分析，且材料设想为同象性。 线性静态分析设想 :材料行为为线性，与 律相符。诱导位移很小以致由于载荷可忽略刚性变化。载荷缓慢应用以便忽略动态效果。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 21 第 4 章 床身、横梁 设计 身结构 床身结构的基本要求 机床的床身是整个机床的基础支持件，一般用来放置导轨，主轴箱等重要部件。为了满足数控机床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比，数