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BL系列台车设计（床脚、防护罩）,BL,系列,台车,设计,床脚,防护罩
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一、设计（论文）内容BL系列台车设计（床脚及防护罩）本设计主要包括机床的总体方案设计；左右床脚设计；机床的冷却、润滑、防护及刹车设计；皮带传动CAD设计等。二、设计（论文）依据BL系列台车有多种形式，可针对用户要求的不同而有所不同。本课题针对BL系列化台式车床的设计特点，对台式车床的不同规格、不同用户的设计要求进行总结，以获得其产品配置知识，为进行车床的快速数字化设计作好准备。三、技术要求（1）主箱转速为9级，转速范围602000rpm；（2）床身允许的最大回转直径有：304mm（12inch）、330mm（13inch）；（3）模滑板上最大回转直径：170mm、204mm；（4）主轴孔径：40mm（5）主轴孔锥度：Morse No.5（6）公制/英制螺纹范围：0.259mm(20kinds)/ 472/Inch（33Kinds）（7）模数/径节制螺纹范围：0.253.5mm（12Kinds）/8144D.P（24Kinds）四.毕业设计（论文）物化成果的具体内容及要求（1）床脚A0两张 (2) 工程图 A1A4：10张（4）三维图集A4：不少于20张（5）毕业设计说明书：不少于15000字-五. 毕业设计（论文）进度计划起讫日期工作内容备 注3.31-4.11熟悉课题搜集相关参考资料毕业实习 4.14-4.25资料整理，拟订设计方案4.28-5.30绘制总装，部装及零件图，总结相关的设计知识，并予以形式化表示。6.2-6.13对所做工作进行总结，编写设计说明书。6.16-6.20指导教师审阅论文学生进行修改。6.18-6.20系部抽查毕业设计资料。6.23-6.27分小组答辩6.28-6.29大组抽查答辩六. 主要参考文献：1 王启义，蔡群礼，胡宝珍.金属切削机床.沈阳：东北工学院出版社，19892金振华.组合机床及其调整与使用.北京：机械工业出版社，19843 谢家瀛.组合机床设计简明手册.北京：机械工业出版社,19924 张维记. 金属切削原理及刀具.机械工业出版社，19935 戴曙. 金属切削机床. 机械工业出版社, 19886 郑修本. 机械制造工艺学.机械工业出版社，19967 沈阳工业大学. 组合机床设计. 上海科技大学出版社，19958、冯辛安. CAD/CAM技术概论. 机械工业出版社，19959、UG II用户手册(CAD分册)10 唐荣锡. CAD/CAM技术. 北京：北京航空航天大学出版社，199411 CAD通用技术编写组. CAD通用技术规范. 北京：中国标准出版社，1995 12 赵汝嘉. CAD/CAM技术在机械工业中的应用. 西安：西安交通大学出版社，199413 计算机软件工程规范. 北京：中国标准出版社，199214 孟少庆. 机械加工工艺手册. 北京机械工业出版社，199215 李益明. 机械制造工艺简明手册. 北京：机械工业出版社，1994七、其他要求打印零件三维模型图集；工程图可缩小打印。盐城工学院机械工程系毕业设计(论文)任务书机械设计制造及其自动化 专业设计（论文）题目 BL系列台车设计 （床脚、防护罩） 学生姓名 张 荣 荣 班 级 机制99（6） 学 号 B9912046 起讫日期2003.3.31-2003.6.27指导教师 吴卫东 教研室主任 吴 祥 系 主 任 徐文宽 发任务书日期 2003年3月28日盐城工学院机械工程系毕业设计说明书学科门类： 工学 单位代码 ： 毕业设计说明书（论文） BL系列台车设计 (床脚、防护罩)学生姓名张 荣 荣所学专业机械设计制造及其自动化 班 级材机99(6)班 学 号B9912046 指导教师吴 卫 东 盐城工学院机械工程系二三年六月摘 要本文对BL系列台式车床总体方案进行了设计，介绍了各部分的功能、特点及各部件之间的关系，对BL系列台式车床的数字化设计的大量基础性工作作了总结。本文还对数字化建模的思想和过程进行了探讨，对机床的床脚及防护结构进行了设计，同时完成了BL系列台式车床的皮带传动CAD设计及其脚刹上力大小的验算，对台车的冷却润滑及防护措施作了总结。本文利用UG软件的强大功能，以实体造型为基础，在UG18.0软件开发平台上，用Modeling模块及其部件间相关建模工具完成了BL系列台式车床床脚及防护罩的建模、虚拟装配及工程图的绘制,这样可根据用户要求对设计进行方便的修改，避免了设计过程中的重复劳动，使得BL系列台式车床的设计更加准确、快速。关键词: UG 机床设计 数字化设计 参数化建模 ABSTRACT The paper research the overall project design of the BL series horizontal lathe and introduce the function, feature and relationship of the every unit .A large deal basis task of the BL series horizontal lathes digitilized design are summarized. The paper also carry on discussion to general thoughts and processes of parametric modeling technology,the structure design of the lathe feet and shield .At the same time, the paper accomplished the CAD devise of the belt transmission and the strength size checking computation of the brake in the BL series horizontal lathe.The cooling ,lubrication and protection methodology are also summarized in this paper. The paper utilize strong function of UG software,based on the entitys modeling, created the lathe bed and shield of the BL series horizontal lathe on the developing platform of UG18.0 with the modeling and the relevance modeling tool among any unit,also completed dummy assemble and the drawing of the lathe feet and shield. As a result,it revise convenient according to users enquiry and avoid repetition work in the process of designing .It make BL series horizontal lathe design more accurate and faster.Key words: UG Machine design Digitilized design Parametric modeling 盐城工学院机械工程系毕业设计说明书（论文）目 录0 引言11 BL系列台式车床的总体方案设计31.1 总体设计31.1.1 主要技术参数31.1.2 总体布局及结构41.1.3 主传动方案61.1.4 进给传动方案71.2 支承件及刹车设计81.2.1 床脚设计概述91.2.2 床脚的结构设计111.2.3 床脚与床身的连接方法141.2.4 刹车设计151.3 防护设计171.3.1 防护罩的类型及安装维护171.3.2 机床防护设计181.4 相关计算192 床脚及防护罩的数字化设计建模222.1概述222.2 UG软件功能模块222.2.1 UG基于特征建模242.2.2 UG工程图及装配模块252.3 床脚及防护罩的建模263 V带传动CAD设计313.1 设计任务分析313.2 设计计算313.3 程序框图及初始程序段374 结论40致谢41参考文献42附件清单431盐城工学院机械工程系毕业设计说明书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。BL系列台式车床的产品结构都是固定不变的，所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UG18.0设计出模型及工程图来，这就是参数化的。当相关参数改变，产品随之改变，这避免了大量重复的造型。BL系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BL系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(CAD)的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CAD水平有了很大的提高 ,用三维CAD软件对产品进行设计并对相关数据资源进行管理已成为设计的一种趋势。在众多的CAD软件中 ,美国UG公司的UG软件是集CAD/CAM/CAE一体化的三维参数化软件 ,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。UG中的CAD部分是基础 ,主要包括草图建模 (Sketching)、特征建模 (Feature Modeling)、自由曲面建模 (FreeForm Modeling)、装配建模(Assembly Modeling)、工程制图 (Drawing)等。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。本课题利用UG软件提供的强大功能首先对BL系列台式车床的各零件进行特征造型，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UG软件的曲线、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UGModing、UG/Drafting模块，根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UG18.0平台上建立了BL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BL系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BL系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BL系列台式车床的设计更加准确、快速。运用UG软件进行三维建模，避免了重复设计，大大缩短了设计时间。BL系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Unigraphics Solution公司简称(UGS)的UG18.0软件进行建模，建立BL系列台式车床防护罩和床脚的模板。设计的具体步骤是：(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BL系列台式车床的特点及特征参数，在UG18.0平台上完成该系列的建模。(4)对皮带传动进行CAD设计。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。1、BL系列台式车床的总体方案设计1.1、总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。1.1.1 主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。BL系列台式车床的主要技术参数如表1-1所示：表1-1 机床的主要技术参数 型号主要参数BL-1220BL-1230BL-1340加工能力机床上最大回转直径304mm (12)304 mm (12)330 mm (13)横拖板上最大回转直径170m（675）170m（6 .75）204mm（8）马鞍内最大回转直径430mm（17）430mm（17）464mm（18 .25）马鞍内有效长度180mm横拖板行程184mm（7 .25）主轴主轴转速范围（9级）602000rpm （9Steps）主轴孔径40mm（1.5）主轴内孔锥度MT5(Morse.)主轴端部尺寸ISO-D5/ ISO- C5进给纵向进给量范围0.0032-0.444mm横向进给量范围0.0016-0.222mm公制螺纹加工范围0.25-9mm(20种)英制螺纹加工范围4-72 n/1(33种)模数螺纹加工范围0.25-3.5(12种)径节螺纹加工范围8-144D.P(30种)尾架尾架套筒直径10mm（1.25）尾架套筒行程115mm尾架套筒锥度MT3主电机1.1 KW /1.5KW1.1.2 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d1500时，一般用端面车床加工。当直径d2000mm时，可采用单柱立式车床，只有一个垂直刀架，横梁较短。当直径d在25008000mm之间，可采用双柱立式车床。当直径更大时，往往要用龙门移动式立式车床来加工。为提高机床的传动精度，必须尽量缩短传动链。为了减少振动和考虑热变形对加工精度的影响，对机床布局提出新的措施，例如高速车床采用分离传动。由于生产规模大小和生产率的要求，必定会对机床布局提出不同要求，如考虑主轴数目、刀架形式、自动化程度、排屑和装卸等问题，从而导致机床布局变化。车削盘类零件，在单件小批生产时，可在普通车床上加工；在中批生产时，可用转塔车床加工，在加工中心不需换刀，对刀测量，因而缩短了辅助时间、提高了生产率。在大批大量生产时，就要考虑安放自动上下料装置；采用多主轴、多刀架同时加工；控制系统可实现半自动或自动循环等措施，以提高生产率 ；同时还应考虑床身导轨成倾斜或垂直布置以利于排屑。机床的总体布局还必须充分考虑到人的因素，处理好人机关系。注意减轻操作者劳动强度，为操作者提供舒适的工作条件，保障操作者的身心健康，提高工作效率。在设计时考虑到部件相对位置安排、操纵部位和安装工件部位便于观察、操作，并且和人体基本尺寸和四肢活动相适应。同时为了便于检修，考虑到人体蹲下时较适于工作的区域。还考虑到操作可能达到的最大视眼和反应敏锐区等等。常用的操纵机构，与集中在便于操作的区域；床身底部结构可容纳脚伸入，使操作者能贴近机床而便于操作。机床的性能和技术经济指标的改善，可借助于结构、布局等多方面的措施来实现。就布局方面来说，采用适当的措施可改善机床的性能(例如，提高刚度、减少振动、改善排屑状况等)和技术经济指标(例如，节省材料、缩小占地面积等)。 (1)减少振动 不平衡的电动机常常是机床的一个受迫振源。为了减少由于电动机不平衡所激励的受迫振动，应合理安排电动机的位置。(2)缩小机床占地面积 通过充分利用支承大件内部的空间，将电动机、传动部件、操纵控制部件等安装在支承大件内部或上面的办法来缩小机床占地面积。例如，电动机安装在床腿内部，比安装在机床外侧，占地面积小得多，但前一方案的散热情况较差，必要时须加风扇。BL系列台式车床的总体布局采用普通车床的布局，床头箱在左边，刀架布置在工件的前面。电动机安装在底板上，把底板作为支承部件。这样放置电动机支承部件的固有频率较高，远离激振频率(电动机回转频率),因此机床的振动小。BL系列台式车床主要由六部分组成，分别为主轴箱、刀架、尾座、进给箱、溜板箱以及床身，如图1-1所示。车床的带轮装在主轴驱动件的一端是以螺纹进行紧固，在装配过程中以车床床身为装配基准件，分别将各部件按一定顺序通过紧固件以一定配合组装。主轴箱固定在床身的左端，内部装有主轴和变速传动机构。工件通过卡盘等夹具装在主轴前端。主轴箱的功用是支承主轴并把动力经变速传动机构传给主轴，使主轴带动工件按规定的转速旋转，以实现主运动。刀架可沿床身上的刀架导轨作纵向移动。刀架部件由几层组成，它的功用是装夹车刀，实现纵向、横向或斜向运动。尾座安装在床身右端的尾座导轨上，可沿导轨纵向调整其位置。它的功用是用后顶尖支承长工件，也可以安装钻头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。进给箱固定在床身的左端前侧。进给箱内装有进给运动的变换机构，用于改变机动进给的进给量或所加工的螺纹导程。溜板箱与刀架的最下程纵向溜板相连，与刀架一起作纵向运动，功用是把进给箱传来的运动传递给刀架，使刀架实现纵向和横向进给或快速移动或车螺纹。溜板箱上装有各种操作手柄和按钮。床身固定在左右床腿上。在床身上安装着车床的各个主要部件，使它们在工作是保持准确的相对位置或运动轨迹。 主轴箱 尾架进给箱 导轨床脚溜板箱 刀架 挡板图1-1 机床总体结构图1.1.3 主传动方案机床的主传动系统用于实现机床的主运动，它对机床的使用性能、结构都有明显的影响。机床的主运动往往必须变换速度，以适应各种不同的要求。实现运动变速的方法很多，可以采用液压传动和电气传动的方法，这二种方法容易实现无级变速。常见的是采用机械变速，它可分为无级变速和有级变速两种，机械无级变速有一定的缺点，本车床使用的是带有齿轮变速箱的有级变速的齿轮传动。运动由电动机(1.5KW 1440r/min)经V带轮传动副71/142传到主轴箱中的轴。BL系列台式车床通过电机控制的方法，使主轴正转、反转、或停止，对BL这类中小型机床这样可以简化机床结构，节约成本。齿轮变速箱同其它的变速方法(如液压、电气、机械式无级变速机构)相比具有一些优点，如变速范围可较大，传递功率也可较大，传动比准确，工作可靠等。但是由于采用齿轮传动，齿轮变速箱也存在一些缺点，如不能实现无级变速，齿轮传动不够平稳，变速机构的结构复杂，不宜用于高速精加工机床上。主传动系统的功用是将电动机的恒定转速改变为所需的主轴各级转速，在实现变速的同时，还要传递扭矩。一般主传动系统包括以下几个部分：(1)固定传动比结构；(2)变速机构；(3)主轴部件；(4)开停装置；(5)制动装置；(6)换向装置；(7)操纵机构；(8)润滑装置。BL系列台式车床主轴箱的结构特点：主轴箱固定在床身的左端，内部装有主轴和变速传动机构。工件通过卡盘等夹具装在主轴前端。主轴箱的功用是支承主轴并把动力经变速传动机构传给主轴，使主轴带动工件按规定的转速旋转，以实现主运动。主轴箱有主传动系统和进给换向机构两部分组成，主传动系统采用了分支传动链，高速时传动链很短；同时由主轴部件进行了精密的动平衡，机床噪声底，热变形小。BL系列台式车床的最大回转直径304；主轴转速范围（正、反9级）602000r/min；主轴锥孔MT5；主电机功率1.5KW；主电机转速1440r/min。采用变速方式为有级变速；使用的滑移齿轮为双联齿轮和三联齿轮。根据条件可确定主轴的转速数列公比为1.41，主轴的转速n=602000r/min。电动机和主轴的转速是已定的，当选定了结构网或结构式后，就可分配传动组的传动比并确定中间轴的转速。再加上定比传动，就可画出转速图。1.1.4 进给传动方案进给箱固定在床身的左端前侧。进给箱内装有进给运动的变换机构，用于改变机动进给的进给量或所加工的螺纹导程。进给运动的速度比较低，进给力也较小，所需的功率也小，一般进给运动消耗的功率Ps与主运动切削功率Pv之比为： 因此在进给运动与主运动共用一个电机时，进给功率可以不计，当用单独进给电动机时，其电动机功率可类比同类型的机构确定。进给运动为恒扭矩传动，进给传动系统的负荷与主传动不一样。以重负荷粗加工为例，当切削深度较大时，应采用较小的进给量；当切削深度较小时，可采用较大的进给量，所以在采用各种不同的进给量时，切削分力大致相同，都有可能达到最大进给力，因而得到结论：在使用各级进给量时，进给传动系统最后输出轴的扭矩可近似地认为相等，都有可能达到最大值，这即是进给运动恒扭矩工作的特点。传统机床的进给传动系统包括：运动源、变速系统、换向机构、运动分配机构、安全机构、直线运动机构和手动操纵机构等。本车床的进给运动与主运动共用运动源，进给运动一般以主轴为始端，进给量表示为mm/r。进给运动中的变速系统用以改变进给量的大小，变速系统设置在运动分配机构之前，这样安置可以简化机构。运动分配机构和换向机构一般都放在变速系统的后面，运动分配机构安排在后是为简化机构；换向机构安排在后，可使换向时冲击较小，因为这时参与换向的零件少一些，但各运动链不能共用一个换向机构。BL系列台式车床进给传动系统如图1-2所示：主轴转换机构变速系 统运动分配与换向机构快速运 动手动机构纵向齿条齿轮机构横向丝杠图1-2 进给传动系统图 1.2 支承件及刹车设计支承件是机床的基础构件，包括床身、立柱、横梁、床脚、刀架、工作台、箱体等。这些件一般都比较大，所以也称为“大件”。这类大件的作用是支承其他机床零部件、保持它们的相互位置、承受各种作用力等。如车床床身支承着床头箱、进给箱、溜板箱、刀架、光杠和丝杠，有时还支承中心架或跟刀架等。它不仅承受重力，还承受切削力、摩擦力、夹紧力等。其内部空间常作为切削液、润滑液的储存器或液压油的油箱，有时电动机和电器箱也放在里面。机床的各种支承件有的互相固定连接，有的则在导轨上作相对运动。在切削时，刀具与工件之间的相互作用力沿大部分支承件逐个传递并使之变形。机床的动态力(如变动的切削力、往复运动的惯性、旋转件的不平衡等)使支承件和整机振动。支承件的变形和振动将直接影响加工精度和光洁度。此外，支承件一般附有导轨，导轨主要起定位作用，所以支承件还保证其所支承的部件之间有正确的相互位置关系中相对运动轨迹。因此，支承件是机床十分重要的构件。支承件的种类很多，它们形状、尺寸和材料是多种多样的，但是支承件都应满足刚度、抗振性、热变形、内应力等要求。对支承件的基本要求是：(1)应具有足够的刚度。即支承件在规定的最大载荷(额定载荷)作用下，变形不得超过一定数值，以便保证刀具和工件间的相对位移不超过加工精度允差。(2)应具有足够的抗振性。抗振性包括两方面的意义：a、抵抗受迫的能力限制受迫振动的振幅不超过允许值；b、抵抗自激振动的能力在给定的切削条件下保证切削的稳定性。(3)一般应具有较小的热变形和热应力。(4)应该排屑畅通，吊运安全，并具有良好的工艺性以便于制造和装配。支承件的重量往往占机床总重的8085。因此，减轻支承件的重量对节约金属特别有效。为此，应正确地进行支承件的结构设计并对主要支承件进行必要的验算以保证用最少的材料达到最好的性能。支承件根据其形状，可分为三大类：(1)一个方向的尺寸比另两个方向大得多的零件。如床身、立柱、横梁、摇臂及滑枕等。这一类零件可以看成是梁件。(2)两个方向的尺寸比第三个方向大得多的零件。如底座、工作台及刀架等。这一类零件可看是板件。(3)三个方向的尺寸都差不多的零件。如箱体及升降台等。这类零件可看作是箱体件。1.2.1 床脚设计概述床脚的空间常作为切削液、润滑液的储存器或液压油的油箱，有时电动机和电器箱也放在里面，以及安放电机的布线等。因此在进行机床的床脚设计时，应考虑到床脚里面的相关设计。就机床冷却润滑方面来说，所有的冷却液根据其性能可以分为两大类，第一类用于冷却刀具和工件；第二类用于润滑刀具和工件之间的接触面。在钢件、可锻铸铁和铝合金工件上用较高的切削速度和切除金属较多时需要采用冷却液(通常是10%的乳化液).加工灰铸铁工件时一般不用冷却液。对冷却系统的要求是：(1)冷却液要充分，以确保刀具能获得连续和充分的冷却，使刀具在加工中保持较低的温度，同时在冷却工件和冲刷掉铁屑的作用。(2)在冷却管路各冷却点尽可能的设置各自调节的开关，以保证各冷却点都能有充分的冷却液。(3)冷却液必须在开始工作进给时就供给，并确保整个加工过程中连续不断，在加工结束时结束。(4)配置冷却液的防护装置和回收装置，以免冷却液到处飞溅。机床大多采用传统的冷却液方式冷却。为提高刀具耐用度 ,在机床冷却系统方面的主要是改变冷却液的配方。本机床采用的是制冷机做冷源来冷却刀具 ,以适应自动化的要求。该冷却系统的主要目的是为了增加切削刀具的耐用度。该系统要满足以下要求：(1)、降低切削区温度2 0 0左右;(2)、不影响刀具的刚度、强度;(3)不影响刀具的切削功能;(4)使用、制造方便,制冷效果好,成本低,可靠性高,便于操作。在机械加工车间内采用集中供应冷却液的方法。加工车间内，要完成冷却液的自动供给，由以下各部分组成，如图1-3所示。储液槽中的冷却液通过泵由传输管道供给机床，用作冷却后的冷却液流回过滤格经过过滤，除去冷却液中的杂质。重新流回储液槽，如此循环使用。 图1-3 冷却液循环使用示意图冷却过滤装置是机床等精密加工设备不可缺少的装置之一。在切削过程中，使用冷却润滑液既可以吸收和带走大量的切削热，防止工件表面烧伤，又可以冲走工件表面的切屑，从而提高工件表面质量和切削效率。冷却液要保持清洁，尽可能减少冷却液中杂质的含量。传统乳化油型冷却液其缺点是夏季使用周期短、不经济。同时加大了污水处理量当夏季温度高，机床开机一段时间后液温升高，这时冷却液中的细菌繁殖快这种细菌贪食乳化剂的能力极强，其副产物中有硫化氢，如不及时更换新液，将导致被加工产品及床面腐蚀生锈。为了避免或减少冷却液的变质，提高冷却液的使用周期，降低成本，改善环境卫生，本机床在冷却液中加了碘。 冷却液在切削加工中起冷却、润滑及冲洗作用。冷却液的流量取决于切削时产生的热量和散热条件，它与被加工工件的材料、加工方法、刀具的直径、类型以及刀具结构、切削用量有密切关系。本机床大流量冷却时的冷却液流量选定方法。依据加工工件的材质和机床的配置形式(单机还是自动线，自动线是否带有随行夹具)，按主铀根数来计算冷却液流量的。机床变速箱多采用集中润滑的方法，通过油泵把油池中的润滑油送到各个需要的位置，以后油液流回油池。本车床采用的是把油泵油箱放在床腿上，采用箱外循环，散热条件好。对导轨进行润滑的目的是：降低摩擦力以提高机械效率；减少磨损以延长寿命；降低温度以改善工作条件；防止生锈。导轨的润滑方法很多，最简单的润滑方法就是人工定期在导轨上浇油。这种方法不能保证充分的润滑，因此一般只用于低速的中小型机床导轨。为了使润滑油在导轨上均匀分布，保证充分的润滑效果，必须在导轨上开出油沟。对润滑的要求是：保证按规定供应清洁的润滑油，油量可以调节，尽量采用自动和强制润滑；简化润滑装置，润滑元件要可靠；确保安全。1.2.2 床脚的结构设计床脚的高度一般是600mm或800mm，本机床床脚的总体尺寸是600mm260mm。床脚是机床支承件的一部分，因此在进行床脚的结构设计时,可从机床支承件的结构设计入手。1、床脚的材料和热处理床脚常用的材料是铸铁和钢，传统机床采用的都是铸铁材料，本机床采用的是钢板的焊接结构。(1)铸铁床脚常用铸铁制成。因其铸造性能好，容易获得各种复杂形状；并具有较大的内摩擦力，抗振性好；当加入少量合金元素或作孕育处理时，可提高耐磨性；其成本也低。其缺点是需要制做木模，制造周期长，有时产生铸造缺陷。铸件壁厚，应尽量均匀，以避免因厚薄不匀而导致厚处产生缩孔。拐角处应圆角过渡，避免突拐。 常用的灰铸铁有HT200、HT150、HT300。通常，可根据载荷大小，机床精度和支承件的结构复杂程度来选择。 HT200 适用于外形较简单，抗压、抗弯应力较大的支承件，如大多数机床的床身。当导轨与支承件做成一体，导轨要求淬硬时，采用这种材料效果很好。 HT150 它的流动性好，铸造性也和好，但机械性能稍差，适用于形状复杂的床身及大多数机床的底座。 HT300 它的强度和耐磨性都很好，铸造工艺较复杂，多用于导轨和支承件做成一体的自动车床承受重载荷的床身。(2)钢采用钢板、角钢焊接的床脚，可克服铸件存在的缺点，而且可根据受力情况布置隔板和加强筋，从而提高抗扭和抗弯刚度。由于钢的机械性能好，还可减轻支承件的重量。焊接用的钢板和角钢，常用的材料为A3钢和A5钢。支承件在铸造和焊接过程中会产生残余应力，致使支承件产生变形，必须时效处理。床脚钢板和型钢焊有许多优点：(1)不需要制造木模和浇铸，生产周期短。又不易出废品。(2)减轻重量。钢的弹性模量约为铸铁的1.5至2倍。在形状和轮廓尺寸相同的前提下，如果要求支承件本身的刚度相同，则钢焊接件的壁厚可比铸铁薄。(3)可以采用完全封闭的箱形结构，不像铸件那样要留出砂孔。(4)如发现结构有缺陷，例如发现刚度不足，焊接件可以补救。例如可加焊隔板和筋。钢板焊接结构的缺点是：(1)焊接结构在中、小型机床成批生产时成本比铸造高，手工劳动多。因此在这种条件下宜铸造。(2)钢的材料内磨擦阻尼约为铸铁的1/3。但是，整机的阻尼，主要是由支承件间的结合面决定的。支承件本身振动的阻尼和钢板薄壁振动的阻尼比铸铁低。焊接支承件的导轨，可以是钢的，也可以铸铁的。与支承件本体的联接，钢导轨可以焊，也可以用螺钉、销等固定。铸铁导轨则只能用螺钉、销等固定。 由于钢板焊接件本身的阻尼能力较差，在焊接过程中会产生变形和残余应力等，所以应采取措施，以避免或减少这些问题对机床的影响。为此，在壁板上焊接一定形状和数量的筋条；采用双层壁结构等，这些都能有效的提高刚度和抗振能力。2、床脚在载荷的作用下，主要有以下三种变形：本体变形、局部变形中接触变形。在机床工作过程中，上述三种变形可能不同时发生，也可能同时发生。床脚的焊接结构扭转变形时，在切应力作用下薄壁断面会产生畸变。1)床脚的接触刚度 接触变形的大小和两个结合面的宏观和微观平面度有关。床脚和机床其它部件接触时，两平面一般都不是理想平面，不可能全面接触，在载荷作用下，刚开始只有一部分凸起高点接触，实际接触面积小，接触刚度低，随着载荷的增加，凸起的高点产生接触变形，接触面积逐渐扩大，接触刚度提高。可见，接触变形是随载荷变化而变化，它们之间的关系是非线性的。床脚的接触刚度是平均压强与变形之比，即。2)、床脚的本体刚度(1)、正确选择截面形状和尺寸床脚主要承受弯曲载荷，并相应地产生弯曲和扭转变形。床脚的变形不仅与截面积的大小有关，而且还与截面形状有关。截面积相等而截面形状不同时，其截面惯性矩差很大，而床脚的抗弯刚度和抗扭刚度，则与其截面惯性矩成正比关系，因此，正确选择截面形状可以提高床脚的刚度。表1-2为截面面积相同(100cm2),而截面形状不同时，其抗弯(相对于水平轴线)、抗弯惯性矩的相对值。由表中的数据，可以看出：1空心截面惯性矩比实心的大(如序号2与1、6与5、8与7),刚度高。因此，床脚应采用中空的截面形式。在截面积相同的条件下，加大轮廓尺寸、减少壁厚，可以显著提高抗弯刚度和抗扭刚度(如序号3与2).因此，设计床脚时采取适当加大截面外形尺寸和减少壁厚的方法，来提高床脚的刚度。2圆形、方形或矩形截面 圆形截面的抗扭刚度要高于方形或矩形截面，而抗弯刚度则较低(如序号1与5、7,序号2与6、8).矩形截面在其高度方向的抗弯刚度要高于方形截面，抗扭刚度则较差(如序号7与5,序号8与6)。因此，以承受转矩为主的床脚采用圆形截面；以承受弯矩为主的床脚采用矩形截面(通常高边与宽边之比1.52.0)；而对既承受弯矩又承受转矩的床脚，则应采用近似方形的截面。 表1-2 惯性矩与截面形状的关系 3封闭截面、不封闭截面封闭截面要比不封闭截面刚度大得多(如序号3与4)。因此，将床脚设计成封闭的截面。但是，床脚内需要安装传动机构，电器、液压和冷却装置，以及满足排屑和铸造清砂的要求，实际上很难做成全封闭的箱形，这时可以用隔板和加强筋提高支承件的刚度。本机床采用的是同时承受载荷和扭矩的近似方形截面，宽度与高度比为B/H=0.51.5。床脚的壁厚应根据工艺上的可能性选择得薄一些。焊接支承件如采用薄壁结构，可用型钢和厚度为36mm的钢板焊接而成。靠采用封闭截形，正确地布置隔板、筋等来保证刚度和防止薄壁振动。如采用厚壁结构，则可用厚度为10mm左右的钢板。这时焊接支承件的内部结构与铸件差不多。铸件支承件的壁厚可根据其外形的最大尺寸或外形空间尺寸(即支承件外形的长、宽、高)来确定。按经验公式确定支承件的当量尺寸C：C=(2L+B+H)/3式中 L、B、H分别为床脚长、宽、高(m)。(2)、合理布置隔板和加强筋1隔板 当床脚不能做成封闭的截形时，则在其内部设置隔板，即支承件外壁之间起连接作用的内壁，使它们形成一个整体，将支承件的局部载荷传给其它壁板，从而使整个支承件均衡地承受载荷，以提高床脚本体刚度。2加强筋 加强筋一般配置在支承件壁板的内表面上，主要是为了减少局部变形和薄壁振动。加强筋的布置形式分为纵向、横向和斜向三种。如图2-5所示为加强筋的各种常用形式。图 (a)为直线形加强筋，其结构简单，制造容易，但刚性差，用于载荷较小和窄壁上。图(b)为直角相交的加强筋，其制造容易，但易产生内应力，多用于箱形截面的床身和平板上。图(c)及图(d)为三角形及斜向交叉分布的加强筋，能保证足够的刚度，常用于支承件的宽壁和平板上。图 (e)为蜂窝形加强筋，由于它在各个方面都能均匀收缩，内应力很小，但形状复杂，制造成本较高，常用与平板上。图(f)为米字形加强筋，其抗弯和抗扭刚度都较高，但形状复杂，铸造工艺性差，一般用于焊接结构的床身。图(g)为井字形加强筋，其单元壁板的抗弯刚度接近米字形，但抗扭刚度仅为米字形的1/2,一般用于铸铁床身。 加强筋的壁厚取壁厚的0.8倍，其高度可取壁厚的45倍。 图1-5 加强筋的形式1.2.3 床身与床脚的连接方法床身和床脚是车床的基础，是确定车床主要部件位置和刀架运转精度的基础。因此，一股规定床身与床脚结合后，应满足以下要求：导轨在垂直平面内的直线度为0021000，在全部长度上为004mm,只许凸起。导轨在水平平面内直线度为00151000，在全部长度上为003mm;床身导轨倾斜扭曲为0021000，在全部长度上为003mm.。实际生产中，BL系列台式车床的床身和床脚采用8个连接螺钉紧因，同时在连接螺钉上垫等高垫圈，防止床身在紧因时产生变形，保证结合面平整贴合。为满足以上要求一般采用以下两种方法：床身与床脚结合面加工后，紧固成一体，再对床身导轨进行磨削；床身、床脚分别加工后，再组装。但这两种方法都存在加工工作量大、调整困难的问题。为解决调整问题，BL系列台式车床采用以下结构。床身和床脚连接如图2-8。床脚和床身装配好后，其中3、4、5三个螺钉M16X65，GB7085是固定不动的，相当于梁的两个支点。1、2、6、7，a、b、c、d，螺钉相当于力F1、F2。若在检测中发现床身凹，可将a、b、c、d四个螺钉向下调、使之离开床身。同时将1、2、6、7四个螺钉向下拉，相当于加大力F1、F2。使床身前、后端下沉，中间向上凸起，使之达到要求再将将a、b、c、d四个螺钉旋上与床身接触。这样可以调整床身平行度、直线度。如发现床身凸起超过允许值，则通过类似的方法调整，可达到设计要求同时，根据材料力学中弯矩的力学原理、Fl、F2两个力的变化，可以对床身的凹、凸位置的不同达到同样的调整效果四个螺钉旋上与床身接触。这样可以调整床身平行度、直线度。如发现床身凸起超过允许值，则通过类似的方法调整，可达到设计要求同时，根据材料力学中弯矩的力学原理、Fl、F2两个力的变化，可以对床身的凹、凸位置的不同达到同样的调整效果。 图1-8 床身与床脚的连接1.2.4 刹车设计机床在装卸工件、测量被加工面尺寸、更换刀具及调整机床时，要求机床的主运动执行件(如主轴)尽快地停止运动。但是，当开停装置断开主传动链后，由于传动系统中的传动件具有惯性，运动中的执行件是逐渐减速而停止的。为了缩短这段时间，提高机床生产率，对于经常启动与停止、传动件惯性大、运动速度较高的主传动系统，须安装制动装置。另外，机床能及时制动，还可避免发生事故或防止工件报废。制动装置的基本要求有：工作可靠、操作方便、制动时间短、结构简单紧凑以及制动器的磨损要小等。电动机制动时，电动机的转矩方向与电动机的实际方向相反，使其减速而迅速停转。一般可采用反接制动、能耗制动及再生制动等。常见的是反接制动，其优点是：制动时间短、操作方便，并可简化机床的机械结构。但反接制动的制动电流较大，在制动频率的情况下将使电动机发热以致烧坏，且制动时传动链的冲击力也较大。故这种方式适用于直接开停电动机、制动频率较低及电动机功率不大的机床。传统机床一直沿用旧式的反车制动方式，在主轴箱里进行刹车。这种刹车方法极容易损坏机床变速箱的齿轮。这样不但影响了机加工的生产效率而且产品质量也得不到保证。本机床采用的是靠电机刹车,通过行程开关先断电，然后皮带张紧，实现机床的开停。脚刹上力的大小计算如下： 如图1-9所示(模型如图1-10所示),已知电机功率P=1.5KW,转速n=1440r/min,电机半径R=72mm, L为脚刹车中心到边缘距离;由皮带传动设计得到了单根V带上的初拉力为。 图19 电动机与脚刹的位置关系电机轴上扭矩为 T=9.55=9.55 （式1-1） =9.95 则N= （式1-2） 查常用材料值表取=0.27 又单根V带初拉力 则 利用杠杆定理得,如图所示 9.686 故F=8.054N所以脚刹车上的力大小约为8N，合乎要求。 图1-10 电机与脚刹的位置模型图1.3 防护设计防护罩是用来保护人的安全、工件的安全以及机床本身的安全。它是机械设备最常用的安全装置，它能够使人体不直接进入危险区而保护操作者人身安全，它对可能造成的各种危险能起到防护作用。除防止机械运转时的绞辗、挤压、夹伤、碰伤触及的危险外，还能防止意外情况下转动因设备脱落，迸裂等造成的飞溅物块对人的伤害。BL系列台式车床的防护主要有传动部分的安全防护、切屑处理等。1.3.1 防护罩的类型及安装维护防护罩应有足够的强度、刚度，一般采用金属材料制造，常用的防护罩材料有金属板、金属网等。防护罩应尽量采用封闭结构，结构和布局应设计合理，不干扰正常工作。同时应可靠、耐用，安装方便，应符合安全防护装置的一般要求，不成为新的危险源。防护罩的类型一般可分为以下几种：(1)固定式防护罩 适用于不需要经常进行调节和维修的活动部件。(2)可移动式防护罩 主要用来防护需要经常进行调整和维修的运动部件。(3)联锁式防护罩 联锁式防护罩是确保人体任一部分进入危险区之前便机械停止运转的防护罩。其原理是防护罩关上，机械起动；防护罩打开，机械立即停止运行。(4)可调节防护罩 一种可以根据工作原理需要调节其高低、左右的防护罩。防护罩的安装正确与否，直接影响其使用住能。刚性防护罩在安装时严禁磕碰，以免划伤罩面，损坏滑块、滚轮。柔性罩表面质地柔钦，安装时不得与尖刺物相接触，也不得触及水、油污类物质，以免损伤污染。安装时，罩身与安装连接板一定要保持垂直位置，如有偏位，运行时将会出现卡死和噪音现象，甚至罩身扭曲，脱节，滑块脱轨。安装后，应来回运行数次，使各节滑动自如，各节支承均匀轨面接触，切忌强扣硬拉。可通过适当修锉滑块支承面及侧隙予以调整。无论刚性或柔性防护罩，一般都不准踩立。运行时罩面上不得放置工具及杂物，也不能用油、水等冲洗。罩体在运行对应保持平稳持中，切忌突然加速，或侧隙全部偏于一边。柔性罩罩面上不得溅上切屑，谨防火种。刚性防护罩需经常用油布擦洗去污，柔性防护罩用于布擦拭，保持罩面洁净。发现异声或罩面拉痕，应即停机检查原因，如有杂物要及时排除，易损件破坏须予更换。柔性防护罩使用多年后，会发生罩面疲劳、老化、开裂等现象，应定期更换。总之，机床防护罩的合理使用能延长防护罩的使用寿命，有效地发挥保护作用。1.3.2机床防护设计机床的安全防护涉及面较广，归纳起来主要有：机械传动部分的安全防护，电气、液压部分的安全防护，切屑处理、液压泄露和噪声消除等方面。 机床机械传动部分的安全防护，现在采用最多的是隔离罩防护，把人和危险物隔开，如增加防护罩、铁栅栏和门。另外还有着色防护，科学地使用各种颜色，改善工人劳动环境和提高工作效率，并起安全防护作用。当人们一见到一定的颜色，马上就反映出是运动部件，还是防护装置，以便引起注意。 机床电气部分的安全防护，主要体现在运动部件和运动部件之间的安全互锁、人接触机械部件或错误发出迅号后的安全互锁。同时要保证电气装置本身不产生对人体健康的威胁，要确保电气安全接地。 机床液压系统的安全防护，主要是防止和消除各个环节产生的噪生，防止因漏油而造成工作场地的污染。对于一些难于避免漏油的地方，必须考虑油液的回收，使流出的油集中起来自由流回油箱。BL系列台式车床的防护罩用Q235钢制造且采用固定式的。主要有切屑挡板、前后挡板等。它的安全防护主要是机床的润滑冷却、防飞溅、防切屑、防过载、防扳手飞出等概括起来有以下几方面：(1)工件的夹紧装置 主要考虑到加工系统有可能因故障而断电，这时工件仍应保持夹紧状态，以防发生事故。(2)切屑和冷却液 切屑应及时地从加工部位排除出去，集中到切屑箱中运走。加工时要采用油和切屑的分离装置，这样可回收一部分油，并使环境避免油的污染。盛冷却液箱子的机构，考虑到冷却液的更换、排放和清洗的方便。冷却液的箱子有盖子，防止落入灰尘。夏天气温高时，冷却液容易变质，要定期更换。(3)润滑系统 由于润滑系统的失灵，往往引起机床运动部件的损坏。要在润滑系统正常供油以后，才能开启机床。并在操作台上设有润滑系统正常供油的讯号，在润滑系统中断(如油箱缺油)时，先发出报警讯号，然后中断工作。(4)工作区的照明和噪声 影响操作者工作效率的环境因素，包括温度、湿度、噪声、振动和照明等。温度是关系到工人效率和舒适的一个主要环境因素，对较热天气最有效的工作环境温度应在2022.5，一般最理想的温度为1517。 如果车间的正常照明不能满足机床安全的要求时，则需要在加工区域增加局部照明。照明电源的电压应是24V或36V。所有局部照明应该自然聚焦于工作区域 。八小时工作制的环境，噪声不应该超过90dB.(5)机床周围的场地 所有机床周围的空地，不允许用来储存材料或作为运输通道，应保持无油污的干净状态。给每台机床留有充足的空间，便于操作工人的工作，也便于对机床的调整和维修。 1.4 相关计算1、床脚的剪应力计算床脚的高于宽之比 根据刘鸿文第二版表3-2,利用线性插值法求得 T=9.55 =9.55 （式1-3）=9.95 长边中点的剪应力 （式1-4） 短边中点的剪应力是短边上的最大剪应力 （式1-5）由表3-2利用线性插值法求得 =0.7496 =0.74963、床脚的抗扭刚度计算床脚的抗扭刚度 （式1-6）由书表2-2查得弹性模量E=196216Gpa,泊松比0.26,则剪应变模量G= （式1-7）取E=200Mpa，则G=80Mpa由表3-2线性插值法求得 床脚的抗扭刚度= =4、床脚的弯曲强度计算 =5.616 （式1-8） 弯曲强度 （式1-9） 查表得Q235钢的许用应力，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，根据已知在平面应力问题中有形变分量、 则应力分量 2、床脚及防护罩的数字化设计建模2.1 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。UG建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。UG建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UG中建立的三维模型 ,可直接被引用到UG的二维工程图、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Drafting中的相应选项 ,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。UG软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BL系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BL系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。2.2 UG软件的功能模块UG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 UG的建模功能，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，UG的各种应用功能可对模型进行装配操作、创建二维工程图； UG是由多种功能模块集成的软件，它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(So1id Modeling) 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(Feature Modeling) 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(Freefrom Modeling) 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(UserDefined Modeling) 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(Assembly Modeling) 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(Drafting) 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ANSI、IS0、DIN、JIS等主要工业制图标准，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。7)高级装配(Advanced Assemblies) 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。2.2.1 UG基于特征建模在用UG进行建模的过程中，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。Unigraphics基于特征的建模过程是仿真零件的加工过程。1、 毛坯毛坯取自成形特征（Form Feature）,用作毛坯的成形特征如图所示2-1所示。体素特征（Primitive Feature）:简单的解析形状块、柱、锥、球和管道。扫描特征（Swept Feature）：截面线串拉伸、旋转、沿路径扫描。 图2-1 用作毛坯的成形特征2、 粗加工粗加工取自成形特征（Form Feature）,用于仿真粗加工过程的特征如图2-2所示。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（User Defined Feature）:可添加或减去。图2-2 用于仿真粗加工过程的特征3、精加工特征操作（Form Feature）用于仿真精加工过程，如图2-3所示。布尔运算：求和(Unite)、求差(Subtract)、求交(Intersect)。边缘操作：边缘倒圆(Edge Blend)、面倒圆(Face Blend)、软倒圆(Soft Blend)、倒角(Chamfer)。面操作：拔模(Taper)、补片体(Patch Body)、简化体(Simplify Body)、偏置面(Offset Face)、约束面(Constrain Face)。体操作：挖空(Hollow)、螺纹(Thread)、缝合(Sew)、包裹几何体(Wrap Geometry)、比例(Scale)、修剪体(Trim Body)、分割体(Spit Body)、提升体(Promote Body)。 图2-3 用于仿真精加工过程的特征 2.2.2 UG工程图及装配模块 UG工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。UG工程图由三部分组成: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。UG装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Choose Part File 按键加入部件文件名，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Change Ref.Set按键，为组件规定一引用集。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C到组件。(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Preview选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。2.3 床脚及防护罩的建模1、防护罩的建模及工程图的绘制BL系列台式车床是系列化产品，在UG18.0平台上建立防护罩的模型后，可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。BL系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】Unigraphics V18.0；(2) 新建一个文件，进入Modeling模块，点击图标，出现如图2-4所示对话框。点击图标，出现如图2-5所示Create Sketch对话框，新建一个sketch000,进入草图模式。(3)建立如图2-6所示的轮廓草图，点击图标进行定位，有尺寸约束和几何约束，定位后的图形如图2-7所示(由于挡板的长度较长，本文不完全显示出)。 图2-4草图工具对话框 图2-5 创建草图对话框 图2-6 轮廓草图 图2-7 定位后轮廓(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HOLE、PAD、BLEND、POCKET等。最后得到前挡板的模型如图2-8所示。模型导航器如图2-9所示。(6)进入Drafting模块，将预先做好的图框模块插入到图中，如图2-10所示。 图2-8 挡板模型图2-9 挡板模型导航器图 2-10 Drafting插入图框(7)点击图标添加视图， 出现如图2-11所示对话框。图2-11 添加视图对话框图 2-13 装配配对关系对话框(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 BL系列台式车床是系列化、标准化产品，在UG18.0平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】Unigraphics V18.0；(2)、新建一个文件，进入Modeling模块，点击Application Assemblies,出现如图2-12装配工具条，同时打开Assembly Navigator，进行装配。 图2-17装配工具条(3)点击图标添加装配零件，然后点击出现如图2-13所示对话框。进行配对组件。 (4)装配好的左床脚模型如图2-14所示。装配导航器如图2-15所示。图2-14 左床脚 图2-15 左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。3、V带传动CAD设计31 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V带和带轮的参数进行选择和计算。 1、设计的原始数据 原始数据是一个实用CAD系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CAD系统得数据输入是采用人机交互式集中输入的方式。三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。3.2 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。在此基础上再编程.本节所查图表均来自徐锦康主编的机械设计第二版(P43-68)。 1、三角带轮设计步骤普通V带的选用应保证在传动带不打滑的前提下能传递最大功率，同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P(1) 由表5-9查得工作情况系数K=1.2(2) 由式P= KP=1.21.5KW=1.8KW (式3-1)2)、选择V带型号 查图5-12(a)得选Z型V带。3)、确定带轮直径dd1、 dd2(1)参考图5-12(a)及表5-3选取小带轮直径dd1(2)验算带速 由式vc= =m/s=5.35m/s (式3-2)(3)取带轮传动比i=2dd2 (4)从动轮转速n2=r/min=720r/min (式3-4)4)、确定中心距和带长Ld (1)按式0.7(dd1dd2 0. 7 149.1取 (2)计算带的基准长度L 按式L0 = 2( dd1dd2 )+ (式3-6) =(2 940mm 查图5-7取带的基准长度 Ld =900mm（3）计算中心距 （4）确定中心距调整范围 (式3-8) (5)验算小带轮包角 (式3-9) 所以包角合适5)、确定V带根数Z（1）由表5-7查得，n1，单根Z型V带的额定功率分别为0.27KW和0.31KW。用线性插值法求n1=1440r/min时的额定功率P0=(0.27+（1440-1200）)KW =0.306KW(2)由表5-10查得=0.03KW(3)由表5-12查得包角系数K=0.96(4)由表5-13查得长度系数K=1.03(5)计算V带根数由式 Z根 (式3-10)=5.42根取Z=6根7)、计算单根V带初拉力 由表5-5查得V带的单位质量q=0.06 由式F0=N (式3-11)8)、计算对轴的压力 FQFQ=2ZFN (式3-12)9)、确定带轮的结构尺寸小带轮的基准直径采用空心结构，大带轮直径dd2 = 142mm，采用孔板式结构。2、三角带轮的数据处理 图5-12(a)中曲线拟合成以下公式： 带型号 Z:n1=867PcA:n1=677PB:n1=247PcC:n1=24 PcD:n1=7 PcE:n1= 1.16PcF:n1=0.329 Pc以上六个公式的通式为：n1=CC7 PcCC7=(867 677 247 24 7 1.16 0.329)图3-1中曲线拟合公式：带型号 Z：K=0.72+43 A：K=0.68+2.25 B: ：K=0.68+1.74C：K=0.7+9.64D：K=0.78+3.38E：K=0.706+4.95F：K=0.61+5.58通式为：K=CC4+CC5L-CC6LCC4=(0.72 0.68 0.68 0.70 0.78 0.706 0.61)CC5=(4.3E-4 2.25E-4 1.74E-4 0.964E-4 0.338E-4 0.495E-4 0.558E-4)CC6=(9.8E-8 2.52E-8 1.49E-8 4.48E-8 1.25E-9 1.33E-9)图3-1 长度系数表3-2(下页)中P与V的关系拟合成曲线方程如下：带型号 O：P A：P B：PC：PD：PE：PF：P通式为PCC1=（0.246 0.449 0.794 1.48 3.15 4.57 7.85）CC2=（7.44 19.62 50.6 143.2 507.3 951.5 2440）CC3=（0.441 0.765 1.31 2.34 4.77 7.06 12） 表3-2 单根三角胶带所能传递的功率P3.3 程序框图及初始化程序段1、程序框图 开始初始化p、u、g、n、h、e 计算V带带型选择，按拟合公式计算 n ,按min选择带型 选取计算选中心距
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