毕业设计BL系列台车设计（床脚、防护罩）

1 脚、防护罩） 0 引言 近几年来，随着电子技术、计算机技术、信息技术的发展并应用于机床领域，使机床的发展进入了一个新时代。自动化、精密化、高效化和多样化成为这一时代机床发展的特征，用以满足社会生产多种多样越来越高的要求。新技术的迅猛发展和客观需求的多样化，决定了机床必须多品种；技术的加速更新和产品更新换代的加快，使机床行业必须进行多品种的中小批生产，因此现代机床不仅要保证加工精度、效率和高度自动化，还必须有一定的柔性，即灵活性，使之能很方便地适应加工任务的改变。不同的是产品的结构尺寸有所不同，而结构尺寸的差异是由于相同数目及类型的已知条件在不同规格的产品设计中取不同值而造成的。对于这类产品，我们可以将已知条件和及其它所有的随着产品规格而变化的基本参数用相应的变量代替；然后根据这些已知条件和基本参数，由就是参数化的。当相关参数改变，产品随之改变，这避免了大量重复的造型。列台式车床有多种形式，可针对用户要求的不同而有所不同。本课题对台式车床床脚及防护罩的不同规格、不同用户的设计要求进行了总结，获得其本课题针对 列台式车床的设计优点，产品配置知识，这种知识即产品中的部件组成、各部件的功能、各部件之间的关系、车床零件的设计特点、不同部件中零件的精度要求等，以抽象出各类用于车床快速数字化设计的车床数字模型，为进行车床的快速数字化设计作好准备。 传统的设计方法是通过二维图形来表达三维的产品 ,这是一种间接的设计方法 ,二维图形很不直观 。计算机辅助设计(基本任务是利用计算机构造产品的三维几何模型 ,记录产品的三维模型数据 ,直接显示三维真实的形状效果 ,并可以对三维模型特征进行编辑。近年来 ,随着计算机的普及和计算机技术的飞速发展 ,制造行业用三维众多的 件中 ,美国 司的 件是集是当今世界上最为先进的计算机辅助设计、制造和分析软件。的 分是基础 ,主要包括草图建模 (特征建模 (自由曲面建模 (装配建模(工程制图 (。它在设计、分析和制造领域里所提供的强大功能 ,将现代产品开发的能力提高到了一个崭新的水平。 本论文图纸联系 课题利用列台车设计(床脚、防护罩) 2 型，再生成相应的工程图，这样不仅能进行变结构设计，而且能进行变参数设计，实现了从二维设计向三维参数化建模的飞跃。利用 件的曲线、曲面及实体造型功能对数据进行修正，最终将修改好的数据缝合成三维实体模型。如果二维数据，则以G/据产品主要特征建立特征曲线，通过拉伸、旋转和布尔运算等，形成产品的主要结构特征，并利用相关的基准面、草图、曲线等对机床总体结构进行参数化，确定总体参数和局部参数，使所有部件整体相关当某个总体参数更改后、产品会按照原来设定的控制结构，几何关联性和设计准则自动地更新产品系统中每一个需要改变的零部件，并确保产品设计意图和整体性。在L 系列台式车床床脚及防护罩的数字化模板，提高了设计的质量，避免了重复劳动，缩短了设计的周期。从本文可以看出，三维建模有着很大的优越性，主要表现在： (1)避免了设计的重复 列台式车床为定型产品，其系列化、通用化的标准化程序较高。进行这些产品设计所采用的结构都是固定不变的，所不同的只是产品的结构尺寸，而结构尺寸的差异是由于相同数目及类型的已知条件在不同规格的产品设计中取值不同造成的，本课题建立了三维模型，当要生产不同规格的产品时，技术人员只需输入设计的主参数，就能得到相应规格的产品。从而大大节省了人力。 (2)、提高了设计的质量、缩短设计周期 在设计的开始，先对 列台式车床的总体方案进行设计，然后再利用计算机与人的交互作作用，充分发挥人、机各自特点，使得 列台式车床的设计更加准确、快速。运用免了重复设计，大大缩短了设计时间。 列台式车床的的设计总体思路是：进行理论分析、方案比较及完成相关计算。同时利用 司简称( 件进行建模，建立计的具体步骤是： (1)在设计前到盐城机床厂进行设计前的实习，进一步熟悉车床的结构、特点及 工作方式，为下一步的设计作好准备。 (2)进行机床的总体方案设计，建立相关的理论基础，为下一步的建模作好准备。 (3)根据模。 (4)对皮带传动进行本机床最终能完成各种车削加工。如：车削各种零件外圆、端面及圆锥面；钻孔、铰孔、及车削各种公制、英制模数、径节螺纹。可以广泛用于机械及其它行业，作单件及批量车削加工。 3 1、体设计 为了设计和制造质量好、效率高、重量轻、体积小、结构简单、使用方便的机床，在总体设计时根据机床的生产率和自动化程度、可靠性、效率和寿命及系列化、通用化、标准化程度来进行机床的总体设计。 要技术参数 机床的主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数、运动参数、动力参数。主参数，或称主要规格，表示机床的加工范围。机床的尺寸参数是指机床的主要结构尺寸，包括与被加工零件有关的尺寸；标准化工具或夹具的安装面尺寸；主要的结构尺寸。运动参数系指机床执行件，如主轴、工作台、刀架等的运动速度。动力参数一般指机床电动机的功率。列台式车床的主要技术参数如表1表 1床的主要技术参数 型号 主要参数 床上最大回转直径 30412) 304 12) 330 13) 横拖板上最大回转直径 170m（675） 170m（6 204） 马鞍内最大回转直径 4307） 4307） 4648 马鞍内有效长度 180 工 能 力 横拖板行程 184 主轴转速范围（9级） 6020009 主 主轴孔径 40 列台车设计(床脚、防护罩) 4 主轴内孔锥度 轴 主轴端部尺寸 5 纵向进给量范围 向进给量范围 制螺纹加工范围 0种) 英制螺纹加工范围 4n/1(33种) 模数螺纹加工范围 2种) 进 给 径节螺纹加工范围 0种) 尾架套筒直径 10尾架套筒行程 115 架 尾架套筒锥度 电机 W / 总体布局及结构 机床的总体布局设计对机床的制造和使用有很大影响。进行机床总体布局设计时可从两方面来考虑。一方面从机床内部考虑，要处理好工件与刀具相对关系，例如位置与工件、工件重量和形状特点等。同时还要保证机床的加工范围、工作精度、生产率和经济性等要求。确保所采用的工艺方法能实现所要求的工件和刀具之间相对位置关系和相对运动关系。另一方面还要考虑到机床外部的因素，也就是人机之间的关系。例如：外形、操作和维护等。 工件的表面形成运动及机床部件的运动分配基本相同，但是工件的尺寸、重量和形状不同，这会引起机床布局的变化。 车削盘类工件时，工件的尺寸不同、重量不同而使机床布局变化不一。当盘类工件 ，一般用端面车床加工。当直径d第二版表3用线性插值法求得 T= 4 = （式1列台车设计(床脚、防护罩) 20 = 310 长边中点的剪应力 4232 （式1 短边中点的剪应力是短边上的最大剪应力 4 （式1由表3 = = 3、床脚的抗扭刚度计算 床脚的抗扭刚度 3 4 （式1由书表2性模量E=196216松比 则剪应变模量G= )1(2 E 4 （式1取E=200 ，则G=80 由表3 床脚的抗扭刚度 33123 )10260( = 4、床脚的弯曲强度计算 4332122 660026063 =610 4 （式1 弯曲强度 3 4 （式1 21 查表得 ，即 ，床脚的弯曲强度合乎要求。 5、床脚应力和应变的关系 在平面问题中，只需要考虑三个应力分量，即两个方向的正应力 , 和剪应力 )1(2 ，根据已知在平面应力问题中有形变分量 x 、 y 、 则应力分量 42 )(1 42 )(1 4)1(2 列台车设计(床脚、防护罩) 22 2、床脚及防护罩的数字化设计建模 概述 近年来，信息技术取得了迅速发展，特别是计算机技术、网络技术等取得了飞速的进步。实践证明，将信息技术应用于制造业的改造，是现代制造业发展的必由之路。80 年代初，先进制造技术以信息集成为核心的计算集成制造系统开始得到实施，在国内外已经有许多成功的范例。模技术是一种基于特征和约束的建模技术 ,具有交互建立和编辑复杂实体模型的能力。模充分发挥了传统的实体、表面、线框造型优势 ,能够很方便地建立二维和三维线框模型及扫描、旋转实体 ,并可以进行布尔操作和参数化编辑。其草图工具可供用户定义二维截面的轮廓线。特征建模模块提高了表达式设计的层次 ,使实际信息可以用工程特征来定义。例如 ,模块中提供了各种标准设计特征 ,如孔、槽、型腔、凸台、凸垫、圆柱、块、圆锥、球、管道、圆角和倒角等 ;同时 ,还可挖空实体创造薄壁件 ,并对实体进行拔锥以及从实体中抽取需要的几何体等。用户自定义特征模块 ,可以使用户用自定义特征的方式建立部件特征库 ,易于调用和编辑 ,提高建模速度。在 建立的三维模型 ,可直接被引用到 二维工程图、装配、加工、机构分析和有限元分析中 ,并保持关联性。如在工程图中 ,利用 的相应选项 ,可从实体模型提取尺寸公差等信息标注在工程图中 ,实体模型编辑后 ,工程图尺寸自动更新。件除了建模功能之外 ,还能进行着色、消隐和干涉检查 ,并可以从实体中提取几何特性和物理特性 ,进行几何计算和物理特性分析等 ,为塑料模具等机械产品设计提供了方便 ,是一种方便、快捷、值得推广的产品设计方法。 对于本课题所研究的 列台式车床床脚及防护罩是属标准化、系列化产品，零件形状具有如下特点：不同系列的产品结构相似，特征可以通用；同一系列的零件形状结构基本相似，特征完全通用。本课题对 列台式车床采用数字化建模的方法对其进行特征建模，从而避免了重复建模，同时能得到适用于产品计算机辅助设计及制造的三维模型。 G 软件具有强大的建模、分析和加工功能，其建模技术结合了传统建模和参数化建模的优点，采用尺寸驱动技术，具有全相关的参数化功能，是一种“复合建模”工具。 应用 建模功能，可快速进行概念设计和详细设计，交互建立和编辑各种复杂零部件模型。根据已建立的三维零件模型，各种应用功能可对模型进行 23 装配操作、创建二维工程图； 不但具有强大的三维设计与图形编辑功能，而且还提供了先进的制造技术。它主要由以下几大主模块组成： 1)实体建模( 该模块将基于约束的特征建模和显示几何建模方法紧密地结合成一体。使用户可充分运用集成于特征环境中的传统的实体、表面、线框造型的优势，方便地建立二维和三维线框造型、扫描和旋转实体、进行布尔运算及参数化编辑。它还提供用于快速、有效的概念设计的变量草图工具和用于一般建模和编辑任务的工具。 2)特征建模( 该模块提高了表达设计的层次，设计信息可以用工程特征术语来定义。它支持建立和编辑下列各种标准的设计特征：孔、槽、型腔、垫、凸台、圆柱体、块、圆锥体、球体、管子、杆、倒圆和倒角等，还可以将实体控空变成薄壁件。特征用参数化定义并能对它的尺寸和位置做尺寸驱动编辑，存储在公共目录中的用户自定义持征也可加到设计模型中。 3)自由曲面建模( 该模块支持复杂自由曲面，如机翼、进气道以及工业产品的造型设计。它可将实体建模和表面建模的技术合并，建成一个功能强大的建模工具组。其建模技术包括：沿曲线的通用扫描法，沿 1、2 和 3 根轨道方法按比例地建立形状，用标准二次曲线方法建立二次曲面体，建立圆形或二次锥体截面以及光滑桥接在二个或多个物体间间隙的曲面。对于逆向工程，也可以建立通过曲线点网格来定义的形状或通过点云来拟合的形状。对自由曲面模型编辑的方法有：修改定义的曲线，改变参数值，用图形或数学规则来控制，如变半径倒圆或变截面扫描功能。 4)用户自定义特征( 该模块提供一种利用用户定义特征概念去扑捉和存储零件族的方法，易于恢复和编辑。用户自定义特征建立后，将驻留在一个目录中，供使用该模块的任何用户访问。 5)装配建模( 该模块提供并行的、自上而下的产品开发方法。它的主模块在装配过程中可以进行设计和编辑。组件可以灵活地配对或定位，并且一直保持其相关性。装配件的参数化建模还可以描述组件之间的配对关系、确定通用紧固件组和其它复制的零件。这种体系结构允许建立非常庞大的产品结构，并为设计团队共享，团队成员始终保持与他人并行地工作。 6)工程制图( 该模块使设计者可以直观地从三维实体模型得到二维工程图。基于复合建模技术，该模块可生成尺寸与实体模型协调一致的工程图，并随实体模型的改变而同步更新工程图尺寸，包括消隐线和相关截面图在内的二维工程图也会自动更新。它支持主要工业制图标准，并根据装配建模产生的信息，方便地绘制装配图，还可快速生成装配分解图。 列台车设计(床脚、防护罩) 24 7)高级装配( 该模块可以管理、共享和评价数字模型，以完成一个复杂产品的全数字化装配模型，并可进行间隙检验，且可对硬干涉提供精确的答案。 G 基于特征建模 在用 行建模的过程中，先建什么、后建什么，用什么方法来建立，虽然没有一种固定的建模顺序和建模方法，但是还是有一定规律可循的。一般应根据零部件的结构特点，先建立一个基本体素或扫描特征作为零件的毛坯，再参照零件的粗加工过程逐步创建零件的孔、键槽、型腔、凸台、凸垫及用户定义等特征，最后参照零件的精加工过程创建倒圆、倒角、螺纹、修剪和阵列等特征。当然，在建模的过程中，可根据建模的需要创建相关的参考特征，各特征的建立顺序应尽可能与零件的加工顺序一致。由于圆柱、块和锥等基本体素属非关联性特征，它们不与已建立的几何对象关联，因此，为保证模型的可修改性，在一个零件模型中创建的基本体素不要超过1个，而且基本体素一般作为第一个特征。 1、毛坯 毛坯取自成形特征（用作毛坯的成形特征如图所示 2示。体素特征（简单的解析形状块、柱、锥、球和管道。扫描特征（截面线串拉伸、旋转、沿路径扫描。 图 2作毛坯的成形特征 2、粗加工 粗加工取自成形特征（用于仿真粗加工过程的特征如图 2示。向毛坯添加材料：凸台（圆柱、锥台）和凸垫（矩形、通用）。由毛坯减去材料：孔、腔、键槽、沟槽。用户定义特征（可添加或减去。 图 2于仿真粗加工过程的特征 3、精加工 特征操作（于仿真精加工过程，如图2尔运算：求和(求差(求交(边缘操作：边缘倒圆(面倒圆(软倒圆(倒角(面操作：拔模(补片体(简化体(偏置面(约束面 25 (体操作：挖空(螺纹(缝合(包裹几何体(比例(修剪体(分割体(提升体( 图 2于仿真精加工过程的特征 程图及装配模块 程图基于建模应用中生成的三维模型建立和维护各种二维工程图。在制图应用中建立的图与三维模型完全相关，对模型做的任何改变自动地反映在图中。这种相关性可随时按需要对模型做改变。除相关性外，制图应用还有下列有用的特点： (1)一个直观的、易于使用的、图形化的用户界面。 (2)建立完全相关的有自动消隐线处理与画剖面线的剖切视图的能力。 (3)自动的正交视图对准。 (4)大多数制图对象的编辑与建立是在同一对话框中，如尺寸、符号等。 (5)用户可控制制图更新。 程图由三部分组成:视图(包括读入视图、正交视图、放大视图、向视图及各种剖切视图);尺寸与各种注释;图框与标题块。 配建模过程是建立组件装配关系的过程。对数据库中已存在的系列产品零件，标准件以及外购件可通过从底向上的设计方法加入到装配中来。加已存部件选项利用从底向上设计方法，通过加一部件到工作部件为一组件。这个部件可以是一个已存部件或一个部件家族成员。基本操作步骤如下： (1)选择组件部件 选择已打开的部件，或选择 键加入部件文件名，或利用光标选择一显示部件。 (2)为组件加入一名字。默认是部件文件名。一个部件可被多个装配件引用，可分别取得不同的组件名。 (3)选择组件规定一引用集。默认是整个部件。 (4)选择组件放置的层。默认是工作层。 (5)选择组件定位方法：绝对组件定位、配对定位、重定位。 为了在装配件中建立组件间相关参数化的位置关系，在从底向上设计方法中定位组件的正确方法是：(1)第一个组件利用“绝对坐标系”定位。(2)第二、第三个组件利用“配对”定位。 配对提示与技巧：(1)选择的第一个对象必须是从被配对的组件。选择的第二个列台车设计(床脚、防护罩) 26 的对象是从另一组件或从装配几何体。被配对的组件相对于基础组件定位在规定的约束位置中，基础组件不移动。 (2)如果组件是由线框几何体组成，可以选择配对坐标系。当配对坐标系时，组件被充分约束，在两个被配对的组件间的关系是相关的。利用绝对坐标系定位基础组件以确保装配件存在于正确的坐标系中。 (3)不能建立配对条件循环链：即配对组件 A 到组件 B；组件 B 到组件 C；组件 (4)允许装配组件不被充分约束，即保留自由度箭头。 (5)利用配对条件对话框上的预览 项可以了解当前定义的配对约束将如何空位。 (6)当一个新的约束不能求解时，配对条件对话框上的列错误成为有效，选择这个选项显示阻止求解的错误。 床脚及防护罩的建模 1、防护罩的建模及工程图的绘制 根据用户提出的不同要求尺寸来更改特征参数，以得到不同规格的防护罩。列台式车床的防护罩有多处，下面仅以前挡板来说明其建模及工程图绘制过程，具体过程如下： (1)【开始】【程序】(2) 新建一个文件，进入击 图标，出现如图2击 图标，出现如图2建一个入草图模式。 (3)建立如图2击 图标进行定位，有尺寸约束和几何约束，定位后的图形如图2于挡板的长度较长，本文不完全显示出)。 27 图 2图工具对话框 图 2建草图对话框 图 2轮廓草图 图 2位后轮廓 列台车设计(床脚、防护罩) 28 (4)点击 对约束好的草图模型进行拉伸，完成前挡板的基本建模。 (5)在此基础上对前挡板进行特征编辑，如 。最后得到前挡板的模型如图2型导航器如图2(6)进入预先做好的图框模块插入到图中，如图2图 2挡板模型 图 2板模型导航器图 229 (7)点击 图标添加视图， 出现如图2图 2加视图对话框图 2配配对关系对话框 (8)添加视图后进行尺寸标注，并撰写技术要求。 2、床脚的装配 列台式车床是系列化、标准化产品，在 台上装配好床脚的模型后，可根据用户提出的不同要求尺寸来更改其零部件的特征参数，装配模型随之改变，这样就得到不同规格的床脚。具体过程如下： (1)、【开始】【程序】列台车设计(床脚、防护罩) 30 (2)、新建一个文件，进入击 现如图2时打开行装配。 图2配工具条 (3)点击 图标添加装配零件，然后点击 出现如图2行配对组件。 (4)装配好的左床脚模型如图2配导航器如图2图 2左床脚 图 2床脚装配导航器 这样建立三维模型可根据用户的要求来修改，当零部件的尺寸参数改变后，其装配模型、装配工程图随之改变。数据改变，产品随之改变，这避免了大量重复的造型。 31 3、1 设计任务分析 带传动的设计是比较典型、规范的。在完成机械传动系统的速比分配后，主要是对1、设计的原始数据 原始数据是一个实用 统的设计和绘图的原始依据，原始数据可通过数据表检索，通过数据文件读入，也可以人机交互式输入。人机交互式输入可以分散输入和集中输入。在数据过程中应考察容错措施以避免操作造成计算结果的错误。三角带轮角带传动设计的原始资料数据有：传动用途和工作条件(包括原动机类型、工作机械的载荷性质、每天工作小时数等)、传动功率、主动带轮的转速、从动轮的转速及传动位置要求等。 2、数据的修改 用户在进行交互式输入操作时，很难避免不发生错误。因此，在数据输入模块中设纠错函数，它的功能是当输入数据有误时，提供给用户纠正错误的机会。 设计计算 在设计之前必须了解零件的设计步骤及所采用的设计公式、曲线和数表，对曲线进行回归处理，获得拟合公式，对数表以表的形式将数据存储在有关的文件中提供数据检索用。械设计第二版( 1、三角带轮设计步骤 普通时要有足够的疲劳强度，以满足一定的使用寿命。其计算过程如下： 1)、确定计算功率(1)由表5 =2)由式 K A P = (式32)、选择图5a)得选Z 型3)、确定带轮直径1)参考图5a)及表5 (2)验算带速 列台车设计(床脚、防护罩) 32 由式100060 11100060144071 m/s=s (式3(3)取带轮传动比i=2 427121 )3 (4)从动轮转速 21440 r/20r/ (式34)、确定中心距1)按式0.7(2d(2) d 初选中心距 )5 0. 7 14271(2)14271( 0 149.1 260 取 000 (2)计算带的基准长度式 2 0a 2 ( +02d -(d a (式3=(2 004 )71142()14271(23002 940查图5d =9003）计算中心距a 0 0 940900300( )7 （4）确定中心距调整范围 d ) (式3 d ) 33 (5)验算小带轮包角 602807114218060180 121 a dd (式3 165 120 所以包角 合适 5)、确定1）由表511 ，及 460200 1 ，单根 线性插值法求 440r/的额定功率 值0P 12001460 （14402)由表5P =3)由表54)由表55)计算 00 (式3=Z=6根 7)、计算单根F 由表5带的单位质量q=式00 )22 (式38)、计算对轴的压力 Q=2)2165 N (式3列台车设计(床脚、防护罩) 34 9)、确定带轮的结构尺寸 小带轮的基准直径 11 采用空心结构，大带轮直径 142用孔板式结构。 2、三角带轮的数据处理 图5a)中曲线拟合成以下公式： 带型号 Z:67A:77P 2c B:47C:4 D: E:F:以上六个公式的通式为：867 677 247 24 7 图3带型号 Z：3 284 L A：84 L B: ：84 L C：95 L D： E：95 L F：95 L 通式为：i 35 图 3长度系数 表3页)中带型号 O：P d ) A：P d ) B：P d ) C：P d )( D：P d )( E：P d )( F：P d ) 通式为P d )103/21( 440） 2） 列台车设计(床脚、防护罩) 36 表 3单根三角胶带所能传递的功率 37 程序框图及初始化程序段 1、程序框图 计算 c 选取 1开始 初始化 p、u、g、n、h、e V 带带型选择，按拟合公式计算 27 ,按 1 选择带型 计算 221 , d 选中心距、计算基准长度、 验证包角 按 0 的曲线拟合方程确定 p 0 按带周长与 K L 计算 Z，确定带根数 计算单根 V 带初拉力 L 系列台车设计(床脚、防护罩) 38 2、初始化程序段 # p,n1,u,h; g,e; 0; 功率 P：n”); %f”,&p); 小带轮转速n”); %f”,& 传动比u:n”); %f”,&u); 每月工作小时h:n”); %f”,&h); 工作机载荷选项g:n”); %s”, =“工作平稳”； =“载荷变动小”； =“载荷变动大”； =“冲击载荷”; if(=0) g=1; if(=0) g=2; if(=0) g=3; if(=0) g=4; g=%dn”,g); =“棉帘布及棉绳芯结构”； =“化学纤维结构”； 0; if(=0) e=1; if(=0) e=2; %d”,e); 输入数据是否修改:y/n”); 39 a; %c”,&a); if(a=y) 皮带传动的 计在编写源程序方面，仍需做大量的工作，主要是表 4序的编制，这里仅仅是一个初步的构设。 列台车设计(床脚、防护罩) 40 4、结论 本文对 列台式车床床脚及防护罩进行了结构设计,阐述了 列台式车床的总体方案设计及且数字化建模的思想和过程,完成了计及其脚刹上的力大小的验算。在 件开发平台上，用块及其部件间相关的建模工具完成了 列台式车床床脚及防护罩的建模及工程图的绘制；完成了机床的刹车设计并对机床的防护、冷却润滑等作了较为详尽的论述，阐述了 列台式车床的各部分有功能、特点及各部件之间的连接，对 列台式车床的数