毕业设计（论文）-TX1600铣床Z1轴和Y1轴设计及专用机床设计【全套图纸】.doc

- I - 摘 要 本次设计是对 TX1600 铣床 Z1 轴和 Y1 轴的一次研究，首先，对我国机床 的发展进行简单的概述，然后阐述 TX1600 的设计意义，它是我校研制的专用 机床，在一些复杂零件加工时，与普通机床相比，不需要重复定位，加工过程 相对简单。本文系介绍了 TX1600 铣床 Y1 轴和 Z1 轴的一些部件，TX1600Y1 轴和 Z1 轴能够同时移动完成多方位走刀加工，采用高速电切削主轴，既提高 了加工效率又保证了加工精度，从而使它符合了国际先进机床的设计标准。本 文中的零件图均由 Solidworks 画图软件绘制，对于 Solidworks 一些强大的功能， 本文中也进行了一些列举。 关键词：TX1600，铣床 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 - II - Abstract This design is a research to the TX1600 miller Z1 stalk and the Y1 stalk, first, carry on a simple outline to the development of our country tool machine, then elaborate the design meaning of TX1600, it is the appropriation tool machine that our school develops, when some complicated spare partses process, compared with the common tool machine, dont need to repeat a fixed position, process process opposite simple.This text fastens some partses of introducing the TX1600 miller Y1 stalk and Z1 stalk, TX1600 Y1 stalk and Z1 stalk can move completion at the same time in many ways walk the knife process and adopt a high speed electricity to slice to pare a principal axis and raised to process an efficiency and promised to process accuracy and made thus it design standard according to international advanced tool machine.The spare parts diagram in this text is all drawn software by Solidworks to draw, some strong functions to Solidworks, also carried on in this text some enumerate. Keyword:TX1600, miller - III - 目 录 摘 要.I 目 录.III 1 概述.1 1.1 我国机床工业的发展概况 .1 1.2 专用机床的设计背景 .1 1.3 铣床的分类 .2 1.4 高速铣床的技术特点 .3 1.5 高速切削的特点 .4 1.6 TX1600 的重要性 .5 1.7 TX1600 的主要技术指标 .6 1.8 TX1600Z1 轴和 Y1 轴介绍 .7 2.TX1600Z1 轴和 Y1 轴主要部件的相关计算 .8 2.1 电机的选择 .8 2.11 Y1 轴电机的选择 .8 2.12 Z1 轴电机的择 .9 2.2 TX1600 滚珠丝杠的相关计算 .10 2.21 切削力的确定 .10 2.22 Z1 轴滚珠丝杠的校核计算 .11 2.23 Y1 轴滚珠丝杠的校核计算 .11 2.3 进给加速度计算 .13 2.31 Z 方向系统向下运行 .13 2.32 Z 方向系统向上运行 .14 2.33 Y 方向进给系统 .15 3 SolidWorks 及其功能简介 .16 4. TX1600 铣床典型零件介绍 .21 4.1 滚珠丝杠副 .21 4.2 Z1 轴滑台 .22 4.3 伺服电机安装钣 .24 4.4 轴承座 .25 4.5 端盖 .27 4.6 皮带轮 .27 4.7 编码器座 .28 4.8 盖板 .29 - IV - 4.9 压盖 .29 4.10 Y1 轴支架 .30 4.11 滑块和导轨 .31 4.12 镗铣头立柱 .32 4.13 Z1 轴轴承隔套 .35 4.14 调整垫 .35 4.15 配重体 .36 4.16 Z1 轴支架 .37 4.17 配重配置箱 .38 总结.39 致谢.41 参考文献.42 附录.43 附录.57 - 1 - 1 概述 1.1 我国机床工业的发展概况 我国自改革开放以来，虽然机床加工的机械水平及产品质量有着显著的提 高，但与先进的发达国家相比差距较大，主要存在的问题有：水平低，仿制多， 品种少，自动化程度不高，外观质量不高，机床机械合格率低，远低于同类产 品的平均合格率，螺纹加工机床和其他机床发展一样缓慢。 国内时生产的中档普及型数控机床的功能，性能和可靠性方面以具有较强 的市场竞争力。但在中，高数控机床方面，与国外一些产品相比，仍存在较大 差距。螺纹加工的数控化程度也很低。虽然我国现在的水平很低但是发展前景 很好：首先，我国的政策调整有利于机床行业的发展；第二。产品转移给机床 行业的发展带来的机遇；第三，下游行业成长较快；第四，数控机床消费增长 较快。目前，国内有很多机床采用继电器控制，使用不便，且较为落后，而国 外较多同行业采用 PLC 先进技术集成控制来形成生产自动化，已形成一系列自 动化程度较高的生产流水线，大大提高了生产效率，降低了加工成本。 1.2 专用机床的设计背景 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工汽车零件。初 期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部 件的互换性，便于用户使用和维修，1953 年美国福特汽车公司和通用汽车 公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严 格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅 助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动 力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切 削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底 座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度 回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件 是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助 - 2 - 部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。为了使组合机床能在中小批量生产 中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组 合机床上加工，以提高机床的利用率。因此专用机床的出现也是必然的。 专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生 产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据 需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优 点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。专用机床一般 用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动 和刀具与工件的相对进给运动,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平 面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件 使之旋转,由刀具作进给运动,也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半 轴等)的外圆和端面加工。 TX1600 就是符合此类加工的专用组合机床。具有加工效率高、加工精度 高、刀具寿命长、切削过程平稳等特性，它可以解决通常单独用车或铣难以实 现或根本无法实现的加工难题，具有很好的产业化前景并蕴含着巨大的经济效 益。 1.3 铣床的分类 铣床种类很多，一般分为： 升降台铣床：有万能式、卧式和立式等，主要用于加工中小型零件，应用最 广。 龙门铣床：包括龙门铣镗床龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件。 单柱铣床和单臂铣床：前者的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进 给；后者的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。两 者均用于加工大型零件。 工作台不升降铣床：有榘形工作台式和圆工作台式两种，是介于升降台铣床 和龙门铣床之间的一种中等规格的铣床。其垂直方向的运动由铣头在立柱上升 降来完成。 仪表铣床：一种小型的升降台铣床，用于加工仪器仪表和其他小型零件。 工具铣床：用于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工作台和插头等多 种附件，还可进行钻削、镗削和插削等加工。 - 3 - 其他铣床：如键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床 等，是为加工相应的工件而制造的专用铣床。按控制方式，铣床又分为仿形铣 床、程序控制铣床和数字控制铣床。 1.4 高速铣床的技术特点 卧式铣床的主要关键部件是主轴箱，安装在立柱侧面，也有少数厂家采用 双立柱的热对称结构,将主轴箱置于立柱中间，这种结构最大特点是刚性、平衡 性、散热性能好，为主轴箱高速运行提供了可靠保证。但是，双立柱结构不便 于维护保养，是当今采用的厂家不多的原因。主轴箱移动多通过电机驱动滚珠 丝杆进行传动，是主轴驱动核心传动装置，多采用静压轴承支承，由伺服电机 驱动滚珠丝杆进行驱动。由于主轴转速越来越高，主轴升温快，现在，已有很 多厂家将采用油雾冷却以替代油冷却，更有效地控制主轴升温，使其精度得到 有效保证。 主轴系统主要有两种结构型式，一种是传统的镗杆伸缩式结构，具有镗深 孔及大功率切削的特点；另一种是现代高速电主轴结构，具有转速高，运行速 度快，高效、高精的优点。 高速电主轴在卧式镗铣床上的应用越来越多，除了主轴速度和精度大幅提 高外，还简化了主轴箱内部结构，缩短了制造周期，尤其是能进行高速切削， 电主轴转速最高可大10000r/min 以上。不足之处在于功率受到限制，其制造成 本较高，尤其是不能进行深孔加工。而镗杆伸缩式结构其速度有限，精度虽不 如电主轴结构，但可进行深孔加工，且功率大，可进行满负荷加工，效率高， 是电主轴无法比拟的。因此，两种结构并存，工艺性能各异，却给用户提供了 更多的选择。 现在，又开发了一种可更换式主轴系统，具有一机两用的功效，用户根据 不同的加工对象选择使用，即电主轴和镗杆可相互更换使用。这种结构兼顾了 两种结构的不足，还大大降低了成本。是当今卧式镗铣床的一大创举。电主轴 的优点在于高速切削和快速进给，大大提高了机床的精度和效率。 卧式镗铣床运行速度越来越高，快速移动速度达到2530m/min，镗杆最高 转速6000r/min。而卧式加工中心的速度更高，快速移动高达50m/min，加速度 5m/s2，位置精度0.0080.01mm，重复定位精度0.0040.005mm。 - 4 - 1.5 高速切削的特点 铣削加工是型腔模具加工的重要手段，而高速铣削具有工件温度低、切削 力小、加工平稳、加工质量良好、加工效率高(为普通铣削加丁的510倍)及可 加工硬材料(60HRC)等诸多优点，因而在模具的加工中日益受到重视。高速铣 削具有以下四大特点： (1)高效 高速铣削的主轴转速般为1500040000r/min，最高可达 100000rmin。在切削钢时，其切削线速度约为400mmin，比传统的铣削加工 高510倍；在加工型腔模时，与传统的加工方法相比(常规铣削、电火花成型加 工、抛光)其效率提高45倍；与完全采用 EDM 加工相比，其加工速度提高48 倍。例如，加工一个插座外壳的压铸模，若采用常规铣削、电火花成型加工、 抛光等工艺，约需5060h,而采用高速铣削加工约需14h，效率提高近4倍。 (2)高精度 高速铣削的一般加工精度为 l0um，有的甚至更高，可分为三档：普 通级为5um，精密级从35um 至115urn，超精密级可达0.0lum。 (3)高表面质量 由于高速铣削的工件温升小(约3)，故表面没有变质层及微裂 纹，热变形也小。最好的表面粗糙度值为 Ralum。 (4)可加工高硬材料 与常规铣削相比，能对经淬火及回火后的模具钢坯(硬度 5054HRC)进行高速铣削，铣削的最高硬度可达60HRC。 高速切削工艺的优点 高速铣削不仅仅是切削速度的提高，还需要在制造技术全面进步和进一步 创新的基础上，包括驱动、刀具材料、涂层、测试、安全等技术的重大进步， 才能达到的切削速度和进给速度的成倍提高，才能使制造业整体切削加工效率 有显著的提高。 高速铣削工艺主要有以下几方面的优点： - 5 - (1)缩短生产时间 切削速度和进给速度的成倍提高，大大提高金属切除量。空 运时间减少，整体铣削加工效率有显著的提高，加工时间明显缩短。 (2)降低制造成本 与常规切削加工相比，明显减少机加工工时及手工抛光时间， 即更快的生产力必然引起制造成本的下降。 (3)高速铣削吸收能量 因高速铣削热大部分由切削带走，大大减少了工件在加 工过程中的发热，使工件发热少。 (4)改善工件的加工质量 由于高速铣削减小切削力及减少振动，使工件的加工 精度和切削表面的质量大大提高，减少人工后加工及辅助工时。 1.6 TX1600 的重要性 金属切削机床是装备制造业的基础设备，是机械制造工业的重要组成部分。 随着经济的发展，已经成为生产中举足轻重的工作母机。 作为金属切削机床的一种，铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴 外，还能加工复杂的型面。它已成为金属切削机床中非常重要的加工设备。 目前国内外机床的发展以加工多元化和提高加工效率为主要目标。TX1600高 速铣床采用电主轴作为主要切削方式，主轴转速可达到3万到5万转高速切削， 提高了加工效率。采用组合机床的设计结构，工件一次装卡后可完成多次加工， 减少了重复定位，提高了加工精度和速度，具有许多其它机床不具备的特点。 因此对 TX1600铣床的设计是很有重要意义。 1.7 TX1600 的主要技术指标 它是我校研制的组合机床，在一些复杂零件加工时，与普通机床相比，既 提高了加工精度，还缩短了加工周期，加工过程相对简单，本文介绍了 TX1600 铣床的一些部件，TX1600Y1 轴和 Z1 轴能够同时移动滑台完成多方位走刀加工， - 6 - 它的控制轴数包括：X 轴,Y1 轴,Y2 轴,Z1 轴,Z2 轴，一共五轴； 回转工作台：四工位； 链式刀库工位数：40； 分度精度为：3； 盘式刀库工位数：16。 其具体技术参数如下表 1.71。 项目规格单位 最大回转直径 1600mm 电主轴额定功率 23Kw 电主轴额定扭矩 32N M 电主轴额定转速 24000rpm X 轴最大行程 1750mm X 轴最大运动速度 24000mm/min Y1 轴最大行程 1250mm Y2 轴最大行程 1500mm Z1 轴最大行程 1000mm Z2 轴最大行程 1000mm Y1 轴最大运动速度 30000mm/min Z1 轴最大运行速度 30000mm/min 镗铣轴功率 22Kw 镗铣轴最高转速 600rpm - 7 - 表 1.71 下面列举一台高速铣床 HS664，其技术参数如下表 1.72。 项目规格单位 X 轴最大行程 600mm Y 轴最大行程 560mm Z 轴最大行程 400mm Y 主轴额定功率 16 Kw Z 主轴额定功率 19Kw 最大回转直径 585mm 表 1.72 上述机床为三轴联动，刀库工位数为 20。 通过以上两个机床参数的比较，可见 TX1600 的性能和工艺水平要好于 HS664，在同样是高速切削机床的情况下有着更好的技术特点，符合现代化生产 的需求。由此得出，对 TX1600 的研制是很有意义的。 1.8 TX1600Z1 轴和 Y1 轴介绍 TX1600 铣床的 Z1 轴和 Y1 轴是提供该机床 Z1 和 Y1 方向运动的工件，是实 现现代化组合加工的重要组成部分。Y1 轴上装有电切削高速主轴，实现了高速 切削和精加工；Z1 轴承载了切削力和 Z1 轴滑台的大部分载荷，是保证稳定加 工的重要工件。两工件的设计具有很高的强度和刚度，而且都装有独立的动力 装置，通过滚珠丝杠副完成 Y1 方向和 Z1 方向的运动。 - 8 - 2.TX1600Z1 轴和 Y1 轴主要部件的相关计算 2.1 电机的选择 2.11 Y1 轴电机的选择 计算当量摩擦角 2 sin 0 1 d f tg 其中：为滚动摩擦系数（0.001cm)，为滚珠丝杠滚珠直 ，一般取 45 度。 0 d = 2 1017 . 8 45sin 001 . 0 3 1 tg o 2 . 19 计算中径处的螺纹升角 d s tg 其中：为中径出的螺纹升角， s 为滚珠丝杠的导程， d 为滚珠丝杠直径。 50 12 tg o 36 . 4 计算滚珠丝杠的传动效率 = tg tg 174. 0 计算滚珠丝杠的驱动转矩 2 sp M 其中：p 为滚珠丝杠的轴向力。 = 174 . 0 2 122000 MMN 21 因此电机的至少转矩要大于滚珠丝杠的驱动转矩 M，所以选择电机型号为 ，转矩为 36，转速为 2000rpm。A2L01BPH1903K5QMN - 9 - 2.12 Z1 轴电机的择 计算当量摩擦角 2 sin 0 1 d f tg 其中：f为滚动摩擦系数（0.001cm)，为滚珠丝杠滚珠直，一般取 45 度。 0 d 2 1096 . 9 45sin 001 . 0 3 1 tg o 8 .15 计算中径处的螺纹升角 d s tg 其中：为中径出的螺纹升角，s 为滚珠丝杠的导程，d 为滚珠丝杠直径。 63 16 tg62 . 4 计算滚珠丝杠的传动效率 tg tg 217 . 0 计算滚珠丝杠的驱动转矩 2 sp M 其中：p 为滚珠丝杠的轴向力。 217. 02 166000100003200 MMN 5 .22 因此电机的至少转矩要大于滚珠丝杠的驱动转矩 M，所以选择电机型号为 ，转矩为 56，转速为 1500rpm。01251905LQFHBPHMN - 10 - 2.2 TX1600 滚珠丝杠的相关计算 丝杠直径导程快速进给速度螺距电动额定转矩 Y1 50mm 12mm20m/min6mm36MN Z1 63mm 16mm20m/min8mm56MN 2.21 切削力的确定 由设计要求，令 NFY2000 4 . 0:25 . 0 :1: YXZ FFF 其中：为走刀方向的切削力，为垂直走刀方向的切削分力， Y F z F 所以，5000，1250。Fz N X F N 2.22 Z1 轴滚珠丝杠的校核计算 d=63mm, =16mm h P 计算 Z 轴丝杠牵引力1 m F 取等效载荷 K m FGGFFfF YZX 707. 0707. 02 16000707 . 0 16000707 . 0 200025000004. 012504 . 1 = N1922 计算载荷 2 - 11 - NFKKKF MHFC 23061922112 . 1 1 其中:,是查零件手册表（17-20）求得。2 . 1 F K1 H K1 1 K 刚度验算 3 单位导程的变形量： AE PF L HC mm 5 2 5 1078. 6 2/581006. 2 162306 其中：E 为材料弹性模数，取 E=；A 为丝杠截面积， 25 /1006. 2mmN 。 2 mm 在中点时的变形： mm P LL H 3 5 1 109 . 7 16 1078 . 6 1871 丝杠在拉压载荷作用下最大弹性位移 mm AE LFM s 3 25 106 . 1 291006 . 2 4 18711922 4 max 2.23 Y1 轴滚珠丝杠的校核计算 50mm,12mmd H P 计算 Y 轴丝杠牵引力1 M F 首先计算，Y 轴向下加载匀速移动时，Y 轴丝杠受载荷，所以取等效载荷 m F YXZ FFGfFG2707 . 0 707 . 0 4 . 1 =2000125026000707 . 0 004. 050006000707 . 0 4 . 1 =12973 N 空载运动时 m FGfG707 . 0 707 . 0 4 . 1 - 12 - 2956 N 所以取等效载荷 m F N12973 计算载荷 2 C F NFKKK MHF 1535112793112 . 1 1 其中： , 是查零件手册表（17-20）求得。2 . 1 F K1 H K1 1 K 刚度计算 3 单位导程的变型量： mm AE PF L HC 4 2 5 1038 . 5 2/461006. 2 1215351 在中点时候的变形 mm P LL H 085 . 0 12 1038. 51906 4 1 丝杠在拉压载荷作用下最大弹性位移 mm AE LFm s 018. 0 231006 . 2 4 190612973 4 25 max 2.3 进给加速度计算 J 0 T h P dm 2 m 4 m r Y 轴121.4660090 Z 轴 22756166351.961600 J： 伺服电机转动惯量， : 伺服电机额定转矩， 24 10 kgm 0 TMN d: 丝杠直径，mm ：丝杠导程，mm h P m： 丝杠质量，kg : 带轮质量，kg 2 m - 13 - ：工作台质量 r: 带轮半径，mm 4 m 2.31 Z 方向系统向下运行 计算折算到电动机轴的等效转动惯1 丝杠转动惯量： 2 2 2 02577 . 0 4 063 . 0 96.515 . 0 42 1 mkg d mJs 等效到电机轴上的转动惯量 2 2 4 2/pmJJJ se mkgJe0524 . 0 2/01 . 0 16000257. 00227 . 0 2 2 计算到电机轴上的等效转矩 2 2/2110 4 umf N4 .112682/2996 . 0 160010 ipfTTe2/ =MN 9 .732/01. 0 3 . 1126856 计算工作台空载加速度 3 电机轴角加速度： 2 1 /1 .1421052 . 0 /9 .73/sradJT ee 丝杠角加速度： 2 12 / 1 . 1421/sradi 工作台的进给加速度： 2 2 /26 . 2 2/01 . 0 1 .14212/smp - 14 - 2.32 Z 方向系统向上运行 计算折算到电动机轴的等效转动惯1 丝杠转动惯量： 2 2 2 02577 . 0 4 063 . 0 96.515 . 0 42 1 mkg d mJs 等效到电机轴上的转动惯量 2 2 4 2/pmJJJ se mkgJe0524 . 0 2/01 . 0 16000257. 00227 . 0 2 2 计算到电机轴上的等效转矩 2 2/2110 4 umf N 9 . 113582/21004 . 0 160010 ipfTTe2/ =MN 9 .372/01 . 0 9 . 1135856 计算工作台空载加速度 3 电机轴角加速度： 2 1 /1 .729052 . 0 /9 .37/sradJT ee 丝杠角加速度： 2 12 / 1 . 729/sradi 工作台的进给加速度： 2 2 /16 . 1 2/01. 0 1 . 7292/smp - 15 - 2.33 Y 方向进给系统 计算折算到电动机轴的等效转动惯1 丝杠转动惯量： 2 2 2 0106 . 0 4 05 . 0 12.345 . 0 42 1 mkg d mJs 带轮的转动惯量： 222 2 0118. 009 . 0 46 . 1 mkgrmJ 由于是两个相同的带轮，所以传动比为 1. 等效到电机轴上的转动惯量 2 2 432 2/pmJJJJJ se 2 2 2 0425. 02/01 . 0 6000118. 00118 . 0 0142 . 0 mkgJe 计算到电机轴上的等效转矩 2 2/210 4 umf N97.162/2004 . 0 60010 ipfTTe2/ =MN 9 . 352/01 . 0 97.1636 计算工作台空载加速度 3 电机轴角加速度： 2 1 /4 .8460425 . 0 / 9 . 35/sradJT ee 丝杠角加速度： 2 12 / 4 . 864/sradi 工作台的进给加速度： 2 2 /34 . 1 2/01. 0 4 . 8642/smp - 16 - 3 SolidWorks 及其功能简介 目前，国内机械设计采用的方法大部分采用纯粹的二维设计，少量采用三 维实体设计，但是随着 CAD 基础理论和应用技术的不断发展，对 CAD 系统的 功能要求也越来越高。设计人员不再仅仅满足于借助 CAD 系统来达到“甩图版” 的目的，而是希望 CAD 系统能从本质上减轻大量简单繁琐的工作量，使他们能 集中精力于那些富有创造性的高层次思维活动。由于三维 CAD 系统具有可视化 程度高、形象直观、设计效率高，以及能为企业数字化的各类应用环节提供完 整的设计、工艺和制造信息等优势，目前正在逐步取代传统的纯二维 CAD 系统。 以二维形式表达的工程图是工程技术人员反映其设计思想的语言，工程图 中还包含着一些行业约定和简化；同时，由于它通过选择最合理的投影面、剖 切位置和剖切方式来表达零件的几何和加工信息，因而具有简单、完整和准确 等特点。这种以投影原理为基础的工程图能够表达的零件的复杂性几乎是无限 的，人类近二百年来的实践充分证明了工程图表征零件的合理性。此外，也由 于经济实力、技术水平和工作习惯等方面的原因，二维图纸不会在短期内全部 消亡。 以下是对二维 CAD 系统和三维 CAD 系统的分析比较： （1）三维 CAD 系统的核心是产品的三维模型。它所表达的几何体信息越 来越完整和准确，能解决“设计”的范围越广。产品的三维模型可以直接通过投 影生成二维工程图；三维 CAD 系统的模型包含了更多的实际结构特征，通过赋 予零部件一定的物理属性，就可以进行产品结构分析和各种物性计算，并为后 续设计制造模块（如数控加工等）应用，使用户在采用三维 CAD 造型工具进行 产品结构设计时，就能反映实际产品的构造或加工制造过程，成为实现 CAD/CAE/CAPP/CAM 集成的基础。 （2）三维 CAD 系统具有更高级的造型工具，能够构造各种复杂的产品形 状，支持产品的装配设计，实现“自顶向底”和“自底向顶”等设计方法；三维 - 17 - CAD 系统采用的三维特征和参数化功能还可以更加准确地表达设计者的设计意 图，使设计过程更加符合设计者的设计习惯和思维方式。 （3）三维造型系统能方便地与 CAE 系统集成，支持结构分析的前后处理 和设计仿真等复杂设计过程，方便地与工艺和辅助制造系统集成，能提供数控 加工所需的信息，如 NC 代码，实现 CAD/CAE/CAPP/CAM 的集成。 可见，三维 CAD 系统有其自身巨大的优越性，随着计算机软硬件系统的发 展，性能价格比的不断提高，这种优越性会越来越明显。但三维 CAD 系统并不 能简单地取代二维 CAD 系统，两者可以互相配合、相得益彰。 现如今的二维软件有很多，其中二维软件有 CAD CAXA PCCAD 等等。 随着时代的进步，三维软件也不断涌现，其中包括 ug,pro/e,solidWroks 等等。 下面着重介绍几种三维软件： UG：Unigraphics（简称 UG）是集 CAD/CAE/CAM 一体的三维参数化软件， 是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件。它不仅具有强大的实 体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中 可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠 性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处 理程序支持多种类型数控机床。 Pro/E：Pro/E 是美国参数技术公司的的重要产品。在目前的三维造型软件 领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而 得到世界的认可和推广，是现今最成功的 CAD/CAM 软件之一。 Pro/E 提出了参数化设计的概念，并且采用单一数据库来解决相关性的问题。 另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所 有模块。Pro/E 的基于特征方式，能够将设计至产生全过程集成到一起，实现并 行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且可以应用到单机上。 由于下面所使用的部分图样是用 Solidworks 绘图软件绘制而成，所以，在 这里对 Solidwors 绘图软件进行简单的介绍。首先，功能强大、易学易用和技术 创新是 SolidWorks 的三大特点，使得 SolidWorks 成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错 - 18 - 误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程 师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 Solid Works 独有的拖拽功能使你能在比较短的时间内完成大型装配设计。 Solid Works 资源管理器是同 Windows 资源管理器一样的 CAD 文件管理器，用 它可以方便地管理 CAD 文件。使用 Solid Works ，你能在比较短的时间内完成 更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。 在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，设计过程最简便、最方便的 莫过于 SolidWorks 了。就象美国著名咨询公司 Daratech 所评论的那样：“在基 于 Windows 平台的三维 CAD 软件中，SolidWorks 是最著名的品牌，是市场快 速增长的领导者。” 在无与伦比的设计功能和易学易用的操作（包括 Windows 风格的拖/放、点 /击、剪切/粘贴），使用 SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的， 零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。 全动感的用户界面 1、只有 SolidWorks 才提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。“全 动感的”的用户界面减少设计步骤，减少了多余的对话框，从而避免了了界面的 零乱。 2、崭新的属性管理员用来高效地管理整个设计过程和步骤的。属性管理员 包含所有的设计数据和参数，而且操作方便、界面直观。 3、用 SolidWorks 资源管理器可以方便地管理 CAD 文件。SolidWorks 资源 管理器是唯一一个同 Windows 资源器类似的 CAD 文件管理器。 4、特征模版为标准件和标准特征，提供了良好的环境。用户可以直接从特 征模版上调用标准的零件和特征，并与同事共享。 5、SolidWorks 提供的 AutoCAD 模拟器，使得 AutoCAD 用户可以保持原 有的作图习惯，顺利地从二维设计转向三维实体设计。 配置管理 配置管理是 SolidWorks 软件体系结构中非常独特的一部分，它涉及到零件 设计、装配设计和工程图。配置管理使得你能够在一个 CAD 文档中，通过对不 同参数的变换和组合，派生出不同的零件或装配体。 协同工作 SolidWorks 提供了技术先进的工具，使你通过互联网进行协同工作。 - 19 - 通过 eDrawings 方便地共享 CAD 文件。eDra wings 是一种极度压缩的、 可通过电子邮件发送的、自行解压和浏览的特殊文件。 通过三维托管网站展示生动的实体模型。三维托管网站是 SolidWorks 提供 的一种服务，你可以在任何时间、任何地点，快速地查看产品结构。 SolidWorks 功能介绍 草图：SolidWorks 草图可以插入参考图片，图线可以自由拖动，自动解算， 自动标注，自我修复。 配置：SolidWorks 独特的配置功能迅速展示不同设计方案，以及零件不同 状态，比如：能够迅速获得零件毛坯形态和尺寸，不仅仅为设计，更延伸到对 工艺过程的支持。 阵列：除了常见的规则阵列，更含有草图驱动、特征驱动、曲线驱动、数 据文件驱动等多种阵列能力，比如：仅仅用一个曲线驱动阵列，就能模拟电缆 拖链的动态占位效果。 多实体建模：多实体建模为复杂模型建造带来更多的实用手段，甚至能像 装配那样移动、重组实体，完美地实现零件插入零件的复合造型。 特型造型：SolidWorks 独特的特型造型功能极大提高了艺术造型的能力与 效率，比如：仅仅使用平直线条的简单造型，迅速就能转化为曲面模型。 钣金：强大的钣金功能含有多种造型模式，能完成复杂钣金件的快速建模， 比如：放样钣金造型能够展平含有复杂曲面的钣金件，为相关工艺准备提供迅 捷支持。 曲面造型：全面而富于特色的曲面工具，丰富的选项，甚至能完成动物、 运动鞋那样的复杂模型，仅仅一个填补曲面的功能，令许多费力费时的曲面修 补变得如此轻松。 焊件功能：仅仅选择路径即可快速完成型材组构焊件，自动生成下料清单， 并统计材料类型与长度等等。 材质纹理：快速获得重量、重心等数据，甚至不用渲染，仅仅使用表面纹 理即可获得满意的真实视觉效果。 尺寸关联：通过建模过程中设定的关键数据关联。比如：当改变轴承的型 号时，相关的轴径、轴承座等零件自动变化，无须单独修改。 - 20 - 自定义资源：含有多种项目的自定义资源极大地提高设计效率，比如：在 轴上开一个圆头建槽，或是在管端生成一个法兰，仅仅通过拖放、选参数、确 定等三到五次鼠标点击即可完成。 装配： 仅仅是拖放即可自动建立合适的配合关系，智能零部件与扣件还能 自动调整参数以适应装配需要，天生就具备动态模拟的能力，甚至能模仿真实 碰撞致动的效果，多达四十万件的大型装配也通过了测试，使用图块，在装配 中更方便地进行自顶而下的设计工作，使得总体布局草图兼备简洁灵活而详细 的能力。 工程图：零件与装配体的工程图都是自动投影生成，自动填写标题栏，可 控地自动投影尺寸，还能根据不同的配置，给出零件不同状态的工程图，为工 艺准备带来极大便利，并且完全支持图层、线型等二维 CAD 能力，并能生成二 维 CAD 可读的文件。 综上所述，Solidworks 是一款集现代制图功能于一身的三维制图软件，不 但满足工作时的各种需求，而且操作简单，容易掌握，所以本次设计选择该软 件。 - 21 - 4.TX1600 铣床典型零件介绍 4.1 滚珠丝杠副 滚珠丝杠副的运动原理，如图 4.1 所示。 图 4.1（a）滚珠丝杠副 1丝杠 2螺母