车铣加工中心的虚拟设计

本科毕业设计（论文）I摘 要车铣加工中心是高速度、高精度、高效率、复合化加工机床。该种机床用途广泛、工艺先进、生产高效、加工精密，广泛应用于军工、航天、造船、核电、高速铁路等领域；车铣复合功能的数控机床是近年来适应产品复杂化和生产的高效率要求而发展很快的机种，可实现复杂零部件一次装夹，完成全部加工工序，可以大幅提高生产效率和加工精度。本文在分析了车铣加工中心床头箱的结构与工作原理的基础上，利用 UG 对车铣加工中心床头箱进行了虚拟设计，包括车铣加工中心结构分析、零部件的建摸、虚拟装配。关键词：车铣加工中心；床头； 三维建模；UG 本科毕业设计（论文）IIAbstractTurning and milling machining center is high speed,high precision,high efficiency,analysis processing machine. This machine widely used,the craft is advanced,the production efficiency,the processing precision and have versatile applications,aerospace,shipbuilding,nuclear power,high speed railway,etc;car milling composite function of cnc machine tool is in recent years to adapt to complicated products and production of high efficiency requirecats and development model quickly,and can realize complicated parts a clamping and completed all processing process,can greatly improce the production efficiency and machining precision.based on the analysis of the car milling machining center head stock and milling machining center headstock virtual design,including turning and milling machining center for structural analysis,parts built and milling machining center for structural analysis,parts built touched,virtual assembly.Keywords: turning and milling machining center; The head of a bed;3d modeling;ug本科毕业设计（论文）III目 录第一章 引言 .11.1 国内外车铣加工中心现状 .11.2 车铣加工中心各轴的运动原理及实现 .21.3 车铣加工中心的优势 .41.4 课题研究背景和意义 .5第二章 车铣加工中心床头箱的结构与工作原理 .72.1 车铣加工中心主轴传动概况 .72.2 车铣加工中心床头箱的结构 .72.3 车铣加工中心床头箱的工作原理 .92.4 车铣加工中心床头箱的基本参数 .9第三章 车铣加工中心主轴箱的三维设计 .113.1 UG 软件的简介以及特点 .113.2 UG 软件的主要功能 .123.3 车铣加工中心床头箱结构分析 .133.4 UG 进行设计的过程和方法 .14第四章 车铣加工中心床头装配设计以及爆炸视图 .224.1 装配体的设计方法 .224.2 UG 虚拟装配的装配过程 .224.3 UG 的爆炸视图的过程 .25总结 .28致谢 .29参考文献 .30本科毕业设计（论文） 1第一章 引言1.1 国内外车铣加工中心现状车铣加工中心是在数控车床基础上发展起来的加工中心。以车削为主要加工方式，同时具备强大的钻、镗、铣、攻丝等加工功能因此它可用来加工形状很复杂的混合体零件，如空间孔、空间外型等。实现了在一台机床上完成多种不同工艺方法的多工序加工,如同一台数控车床和一台中小型加工中心的复合加工。目前，德国的Aachen 工业大学和 Darmstadt 工业大学都设有专门从事车铣技术研究的研究中心。1982 年，奥地利林茨机床公司(WFL)开发出全世界第一台车铣数控专用机床WVC500S 车铣加工中心。20 多年来经过不断努力，2002 年 WFL 推出了新一代Millturn M40 和 M40-M 数控车铣复合机床，该加工中心已经可以实现车削、铣削、镗孔加工、插齿滚齿等多种加工 1-3。奥地利的 WFL 公司是车铣技术行业的开拓者，日本复合加工机开始于 20 世纪70 年代末 80 年代初,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、全球市场占有率最高。在国内， “十五”期间，通过国家相关的政策的支持，包括沈阳机床在内的国内机床行业通过自主创新、合作开发、等手段，在中高档及大型数控机床关键技术研究方面有了较大突破。我们在车铣复合加工机床成功取得多方面取得了些突破，例如：攻克了动力驱动单元、大直径大通孔的高速强力主轴、刀架、机床热平衡、精度补偿等多项关键技术，主传动兼顾了大扭矩输出和高速输出，动力刀具主轴的设计也实现了高转速与大扭矩的兼顾，Y/B 轴部分的设计功能更完善，刚性更高，尾台的设计充分考虑刚性及高的自动化和安全性，高性能车铣复合机床的刀库及机械手换刀装置为完全自主知识产权。开发出五轴车铣复合加工中心并完成了系列化、规格化产品的设计和生产。主轴最高转速 7000r/min，可满足形状复杂的大型回转体零件加工要求，如飞机发动机主轴、起落架、船用发动机活塞、增压器蜗杆差速换向器、螺旋叶片合装的高速高效加工等。沈阳机床上个世纪末开始至今，通过自主开发设计，完善形成了车削直径400mm到 1250mm，具有卧式五轴五联动功能的车铣加工中心系列，它是一种集成了车、本科毕业设计（论文） 2铣、钻、镗、攻丝等功能于一台设备上的高柔性机床，对于一些形状复杂、精度要求高的异形回转体零件可在一次装夹中完成全部或大部分工序的加工，既可保证精度，又可提高效率、降低成本。2004 年沈阳机床全套引进了德国 SCHIESS 大型立车及立式车铣加工中心图纸及工艺，并在德国专家的协助下，形成了从车削直径 1200mm 到 10000mm，载重几吨到百吨以上的全系列的大型立式车铣加工中心。此类机床主要用于军工产品。发电设备、造船、风机。航空航天、交通运输等行业，加工各种精度高、工序多、形状复杂大型盘类零件。使用该机床可以节省工艺装备、缩短生产准备周期、保证零件加工质量、提高生产效率。1.2 车铣加工中心各轴的运动原理及实现五坐标是指在三个平动坐标轴基础上增加两个转动坐标轴(A，B 或 A，C 或 B，C)且五个轴可以联动。由于具有两个转动轴，五坐标机床可以有很多种运动轴配置方案，但它们可以归于如下三大结构类型：(1)刀具摆动型这种结构类型是指两个转动轴都作用于刀具上，由刀具绕两个互相正交的轴转动以三元整体叶轮的几何造型与五坐标数控加工使刀具能指向空间任意方向。由于运动是顺序传递的，因而在两个转动轴中，有一个的轴线方向在运动过程中始终不变，成为定轴，而另一个的轴线方向则是随着定轴的运动而变化，成为动轴(动轴紧靠刀具)。对于定、动轴的配置，理论上存在 A-B，A-C，B-C，B-A，C-A 和 C-B 等六种组合情况。但由于在 A-C，B-C 的情况下动轴轴线与刀具轴线平行而没有意义，因此定、动轴的运动配置主要是 A-B，B-A，C-A 和 C-B 四种，这类机床的主要特点是摆动机构结构较复杂，一般刚性较差，但其运动灵活，机床使用操作(如装卡工件)较方便。(2)工作台回转摆动型这种结构类型是指两个转动轴都作用于工件上，根据运动的相对性原理，它与由刀具摆动产生的效果在本质上是一样的。这种结构也是定、动轴结构，只是其动轴紧靠工件。对于其定、动轴的配置，理论上也有 A-B， A-C，B-C，B-A,C-A 和 C-B 六种组合情况。但由于此时的定轴到刀具间只存在平动，因而选 C 轴作为定轴将不能改变刀具轴线的方向而失去意义，因此该类型的定、动轴的运动配置分类是 A-本科毕业设计（论文） 3B，A-C，B-C，B-A 四种，而且 A-B，A-C，B-A，B-C 实质上也可看成是等效的结构(初始状态不同)。这类机床的主要特点是其旋转，摆动工作台刚性容易保证、工艺范围较广，而且容易实现。但由于工件要随工作台在空间摆动，因此这种结构主要适合于中小规格的机床用于加工体积不大的零件。(3)刀具与工作台回转，摆动型这种结构类型是指刀具与工件各具有一个转动运动。这种结构不是定、动轴结构，两个回转轴在空间的方向都是固定的。对于其两个转动轴的配置情况，若按先工件后刀具的顺序，则理论上也有 A-B，A-C，B-A，B-C,C-A 和 C-B 六种组合情况显然，刀具绕其转动的轴不能取为平行于 C，否则同样将因不能改变刀具轴线的方向而失去意义。因此该类型机床中的两个转动轴的配置情况是 A-B,B-A,C-A 和C-B 四种。这类机床的特点介于上述两类机床之间。对于五坐标机床，不管是哪种类型，由于他们具有两个回转坐标，相对于静止的工件来说，其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内(受机构结构限制)任意控制，从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干涉的能力，因此，五坐标加工又可以获得比四坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果，特别适宜于大型或直母线类零件的高效高质量加工以及异型复杂零件的加工。常见的 5 轴数控机床或加工中心结构，主要通过 5 种技术途径实现。(1)双转台结构采用复合 A(B)、C 轴回转工作台，通常一个转台在另一个转台上，要求两个转台回转中心线在空间上应能相交于一点。(2)双摆角结构装备复合 A、回转摆角的主轴头，同样要求两个摆角回转中心线在空间上应能相交于一点。双摆角结构将 5 轴数控机床列为国家战略物资严格管理，在大型龙门式数控铣床上也得到了较多应用。(3)回转工作台+摆角头结构(4)复合 A(B)C 回转轴电主轴头结构复合电主轴头通常带 C 回转坐标 360，A(B)坐标旋转一定范围。在大型龙门移动式加工中心或铣床上得到最为广泛的应用。(5)回转工作台+工作台水平倾斜旋转结构在一些紧凑型 5 轴数控加工中心上得到应用，适合加工一些中小型复杂零件。可见，5 轴数控机床结构相对复杂，制造技术难度大，因而造价高。5 轴数控机床和本科毕业设计（论文） 43 轴数控机床最大区别在于：轴数控机床在其连续加工过程中可连续调整刀具和工件闻的相对方位。5 轴数控机床已成为加工连续空间曲线和角度变化的 3D 空间曲面零件的同义词，通常要求配置更为先进与复杂的 5 轴联动数控系统和先进的编程技术。1.3 车铣加工中心的优势车铣中心的优势可以概括为：一次装夹，集成加工，精度高，产品转型、更新换代方便。(1)一次装夹：没有基准转换，减少装夹，减少辅助时间。(2)集成加工：在一台机床上完成全部车、铣、钻、镗、铰、攻丝等全部加工，减少设备和人员。(3)精度高：由于一次装夹，没有基准转换，所以加工精度容易保证，尤其对于有形状和位置公差要求的零件更有必要。(4)产品转型、更新换代方便：车铣加工中心的集成化高精度的加工技术，以及大容量的刀具和快捷的换刀方式，使其具有高柔性。当用户根据市场需求，准备将产品转型或更新换代时，不必更换设备，只需更换刀具既可，可以节约资金和时问。更重要的是，可以抓住瞬间即逝的机会和市场，赢得竞争的主动。图 1.1 所示为印刷桶，这是一个比较典型的，可以发挥车铣中心优势的零件，此零件以回转体为主导形状，增添了平面、曲面和斜平面以及键槽、孔等镗、铣，钻工序。可以在车铣中心上一次装夹，全部加工完成。由于是一次装夹、车削棒料和铣削大 U 形槽是沿着同一个导轨做轴向移动。所以 U 形槽的两侧面与轴心线的平行度可以得到保证。而其对于轴心线的对称度则由 C 轴的补偿功能保证。图 1.1 和图 1.2 为在车铣中心上加工印刷桶的部分工序示意图：首先利用车铣中心的车削功能车削棒料(图 1.2)；其次，利用 C 轴、Y 轴和 Z 轴、X 轴铣削大 U 形槽及 10斜边；最后，利用 C 轴、X 轴进行镗孔加工。如果不用车铣中心，加工此零件则需要一台车削中心和一台立式数控镗铣床。这种方案的缺点是：至少需要配置两台机床，占地面积增加，人员增加，装夹具增加；不能一次装夹，全部加工完成，U 形槽的两侧面与轴心的平行度和对轴心线的对称度不易保证。一旦产品更新换代，原有的设备极有可能失去作用，需要另增加设备。本科毕业设计（论文） 5图 1.1 印刷桶样品图 1.2 车铣加工中心车削印刷桶的棒料1.4 课题研究背景和意义车铣加工中心可用于加工许多型面复杂的特殊关键零件，对航空、航天、船舶、兵器、汽车、电力、模具和医疗器械等制造业的快速发展，对改善和提升诸如飞机、导弹，发动机、潜艇及发电机组、武器等装备性能都具有非常重要的作用。车铣加工中心已成为装备制造业和先进国防武器装备产品快速研发与实现的关键基础性设备。因此，西方工业发达国家都将五轴数控机床列为国家战略物资严格管理，限制出口到发展中国家。正是在这一大的背景下， “十一五” 时期 ，我国用于国防装备领域的技改投入约有 2500 亿，我国国防工业将步入快速发展轨道，如此巨额的技改需求将进一步带本科毕业设计（论文） 6动制造装备采购需求的快速增长。军工行业技改力度加大，对机床需求持续增长，航空、航天以及军工企业由于大多建厂早，设备老旧状态严重，企业的装 5060 年代产品占列设备的 6070，90 年代之后的设备仅有 15左右。军工行业进入设备更新周期，随着国民经济的日益强大，航空航天以及军事工业也正发生着巨大变化，为了全面提高生产能力和科研能力，l0 大军工集团均启动了一大批技术改造项目以求改变目前的装备状况， 该领域对高端机床需求持续增长。航空航天工业“十一五”期间航天器及运载火箭的发射将更为频繁，同时载荷的提升与更高的技术质量要求，将推动相关设备更新需求的快速扩大。航空航天工业在新世纪对机床的需求，可概括为：高速、多轴、精密、大型，4050为五轴联动，用于精密、复杂零件加工。我们在车铣加工中心成功取得多方面取得了些突破，解决了部分关键的技术问题。例如：攻克了动力驱动单元、大直径大通孔的高速强力主轴、刀架、机床热平衡、精度补偿等多项关键技术，主传动兼顾了大扭矩输出和高速输出，动力刀具主轴的设计也实现了高转速与大扭矩的兼顾，高性能车铣加工中心的刀库及机械手换刀装置为完全自主知识产权。本科毕业设计（论文） 7第二章 车铣加工中心床头箱的结构与工作原理2.1 车铣加工中心床头传动概况数控机床床头部件是机床的核心部件，它的性能好坏直接影响机床的加工精度。数控机床床头箱主要包括电动机、传动系统和床头部件，主要用来实现机床的主运动。它应具有一定的转速和一定的变速范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等 4-11。与普通机床相比，数控机床的主传动采用交、直流主轴调速电动机。电动机调速范围大，并可无级调速，使床头箱结构大为简化。为了适应不同的加工需要，数控机床的主传动系统有以下 3 种传动方式：（1）由电机直接驱动（2）采用定比传动（3）采用分档变速传动数控机床主传动系统的基本要求：(1)主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的开停、变速、换向和制动，以满足机床的运动要求；(2)主电动机具有足够的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足机床的动力要求；(3)主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗振性，热变形和噪声要小，传动效率要高，以满足机床的工作性能要求；(4)操纵灵活可靠，调整维修方便，润滑密封良好，以满足机床的使用要求；(5)结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求。2.2 车铣加工中心床头箱的结构图 2.1 为车铣加工中心的样机图，图 2.2 为整机内部结构示意图，图床身为45倾斜型式采用直线滚动导轨，提高了机床的钢性和部件运动平稳性。尾台在床身上可实现程序控制。主轴结构采用精密双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承的组和型式。实本科毕业设计（论文） 8现高刚性高转速高精度。C 轴可实现插补功能。最小进给单位 0.001,重复定位精度 10。铣头主轴可实现精确定位，带有刀库，通过机械手换刀，完成车铣钻镗攻丝等不同工序的加工。图 2.1 车铣加工中心的样机图图 2.2 整机内部结构示意图图 2.3 为车铣加工中心的床头箱的剖视图。本科毕业设计（论文） 9图 2.3 铣加工中心的床头箱的剖视图2.3 车铣加工中心床头箱的工作原理车铣加工中心是我公司引进的新产品。该机床是车床与铣床机术的最佳结合。配置法国 NUM1060 系统。实现五轴控制。一次装卡可完成许多种高难度复杂工件的加工。包括车铣钻镗攻丝并可利用车铣合成运动完成复杂空间曲面的加工。它是高效率高精度复杂多品种中小批量零件加工的理想设备。车铣加工中心床头箱的工作原理，可分为车削加工和铣削加工两个部分，下面分别加以说明。当锁紧套没有锁在齿形带轮上时，电动机带动齿形带轮旋转，齿形带轮和连接套相连，连接套与主轴相连，带动主轴旋转。油压通过回转油缸控制拉杆收缩，拉杆控制卡盘卡紧，此时工件旋转，加工中心进行车削加工。当油压缸控制将锁紧套推出，齿形带轮被锁紧套夹紧，与此同时与齿形带轮相连接的电机断电，主轴停止旋转，液压控制卡盘夹紧工件，加工中心此时作铣削加工。本科毕业设计（论文） 102.4 车铣加工中心床头箱的基本参数车铣加工中心床头箱的主要技术参数如表 2.1：表 2.1 机床的 主要技术参 数 序号 名称 参数 单位 12345678910111213床身最大回转直径盘类零件最大车铣直径轴类零件最大车铣直径车铣最大加工长度滑鞍最大行程（Z 轴）滑鞍最大行程（X 轴）滑鞍最大行程（Y 轴）B 轴回转角度主轴最高转速主电机功率铣头电机功率刀库工位数机床外形尺寸（长 x 宽 x 高）85050030012001450640+180，-9090225022916630030502700mmmmmmmmmmmmmmrpmkwkw位本科毕业设计（论文） 11第三章 车铣加工中心主轴箱的三维设计3.1 UG 软件的简介以及特点UG 是美国 UG 公司开发的三维 CAD 产品，在操作平台上基于 Windows，在技术内核上基于先进的 Parasolid 图形语言平台，因而在使用的方便性和技术的先进性两方面均趋于完美。UG 在国际上得到了广泛的应用，不仅拥有众多的用户，而且拥有中端三维 CAD 领域最多的第三方软件提供商。因此，采用 UG 是中小型企业实现产品开发信息化和自动化的最佳途径之一 12-13。UG 有如下四个特点：1、用户界面采用典型的 Windows 软件风格，操作上十分方便，对于初学者，如果具有 Windows 软件应用的经验，可以迅速地掌握 UG 的基本应用。2、拥有多种加速产品设计的功能特点，如支持在零件上进行特征的动态变化和复制等。这些功能特点可以激发用户在枯燥的产品设计中的激情。在功能界面的配置上，UG 在最近的几个版本中进行了细致的调整，将工作区域分为图形区与控制区，提供了丰富的操作反馈信息，充分合理地显示操作过程，减少了界面转换和鼠标移动次数，这些都极大地提高了用户操作效率。3、拥有最为丰富的第三方支持软件。UG 作为中端 CAD 软件的领先者，同时提供了方便的二次开发环境和开放数据结构，因此 UG 逐渐成为中端工程应用的通用CAD 平台，在世界范围内有数百家公司基于 UG 开发了相关的工程应用系统，包括制造、分析、产品演示、数据转换等方方面面。UG 为企业今后广泛的工程应用提供良好的基础平台，用户不必担心走入“技术发展的死胡同” 。本科毕业设计（论文） 124、对于中文的广泛支持。在所有的国外三维 CAD 软件中，UG 提供了最为优秀的中文支持，不仅提供中文的界面和帮助信息，并且提供了对 GB 的支持。可以看出UG 对中国市场十分重视，这对于习惯使用中文的用户而言，可真实莫大的福音。3.2 UG 软件的主要功能1、UG 是近年来继 Autocad 之后出现且得到迅速推广应用的三维设计软件，主要包含三个模块：零件装配体，工程图。三个模块完全相关，改变其中任意一个其他模块自动改变。它本身是一款参数化建模软件。具有丰富的零件实体建模功能，能进行变量化的草图轮廓绘制，并能自动进行动态约束检查。通过拉伸、旋转、薄壁特征、抽壳、特征阵列以及打孔等操作，更简便地实现机械产品的开发设计。通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控的相关操作能生成形状复杂的构造曲面，可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等操作。所有特征都可根据需要改变尺寸。并有动态的形状变化可以预览。可实现变半径倒圆、指定区域倒圆和圆角过渡。在屏幕左侧显示的特征树，可直观有效地管理整个设计过程，随意地改变零件的形状和设计意图：可以进行特征的拖动、剪贴和换序；可以把一个窗口零件上的某些特征剪切、复制到另一窗口的零件上。当设计完成的零件被其他设计人员调用时，能够很快地通过特征树了解此设汁意图和设计过程，并可以按自己的设计思想进行修改。2、机械产品的设计模式逐渐由二维发展到三维设计。机械产品设计就是根据使用要求确定产品应该具备的功能，构思出产品的工作原理、运动方式、力和能量的传递、结构形状、所用材料等内容，经过几何模型定义，将其转化为具体的数据，对其进行数据处理和工程分析。计算，再进行修改，详细设计，转化为具体的描述最后编制全部设计文件和输出工程图。它要经过“设计一评价一再设计”的反复迭代，不断的优化，设计制造周期长且成本高。二维CAD 着眼于完善产品的几何描述能力。而三维设计是着眼于更好表达产品完整的技术和生产管理信息。使得一个工程项目的设汁和生产准备各环节可以并行展开。设计人员的操作对象是产品的功能要素，建立的产品模型容易为别人理解和组织生产，从产品的造型、构思、方案的确定。结构分析到加工过程的仿真，系统随时保证用户能够观察、修改中间结果，进行实时编辑处理，设计的图样更容易修改。而且三维设计可方便地设计出所见即所得的三维实体产品模型，进行装配和干涉检查，在做出成品之前就可以模拟实物零件进行装配及测试。促进设计工作的规范化、系列化、标准化，提高设计质量。缩短设计周期，降低设计成本，加快产品更新换代的速度，因此三维设计在工业领域的应用越来越普及。 本科毕业设计（论文） 133、UG 参数化设计的原理 参数化设计是指零件或部件的形状比较定型，用一组参数约束该几何图形的一组结构尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应，当赋予不同的参数序列值时，就可驱动达到新的目标几何图形，其设计结果是包含设计信息的模型。参数化为产品模型的可变性、可重用性、并行设计等提供了手段，使用户可以利用以前的模型方便地重建模型。并可以在遵循原设计意图的情况下方便地改动模型，生成系列产品，大大提高了设计效率。用 UG 进行参数化设计，只需将某系列的零件设计成一个模型，在模型上标注尺寸，尺寸线可以看 成一个有向线段，上面的尺寸数字就是参数名，其方向反师，主要从事机械制图工作。映了几何数据的变动趋势，长短反映了参数现值，这样就建立了几何实体和参数问的关系，由用户输入的参数名找到对应的实体，进而根据参数值对实体进行编辑修改，以得到新的模型，实现参数化设计。许多机械零件的形状结构具有共同特征，只是在相对大小或局部特征上存在一定的差异如果能够通过个模板模型衍生出不同的模型，就会大大提高设计效率。参数化设计是将系列化、通用化和标准化的定型产品中随产品规格不同而变化的参数用相应的变量代替，通过对变量的修改，从而实现同类结构机械零件设计的参数化。参数化造型的基本思想是用数值约束、几何约束和方程约束来说明产品模型的形状特征，从而得到一簇在形状或功能上具有相似性的设计方案。参数化实体造型的关键是几何约束关系的提取、表达、求解以及参数化几何模型的构建。软件提供了非全约束的参数化实体特征建模与曲面建模相结合的技术，具有强大的零件设计功能。3.3 车铣加工中心床头箱结构分析由图 3.1 可以看出，车铣加工中心主轴箱主要由主轴及主轴上相关的零件、箱体、编码器相关零件和一些标准件组成的。主轴的高速旋转直接通过电机和主轴上带轮的连接所产生。当锁紧套松脱时，电机带动带轮，主轴产生高速旋转，油缸通过液压控制拉杆控制卡具的夹紧和松开，此时编码器通过皮带轮之间的连接来记录主轴转速。支架与箱体通过螺钉固定在一起，承担主轴大部分弯矩，剩余的小部分弯矩由主轴上相关零件如轴承、轴套等承受。并应用迷宫密封、法兰盘等密封主轴、轴承、箱体间的间隙，使润滑液密封在主轴箱内。本科毕业设计（论文） 14图 3.1 车铣加工中心的床头箱结构图3.4 UG 进行设计的过程和方法应用 UG 独特的基于特征的零部件建模功能，使用拉伸、旋转、筋、放样和扫描、阵列特征和钻孔轻松设计零件的三维实体，并在此过程中完善、修改其形状和尺寸，进一步优化设计。同样的形体，建模方式有多种，在实际设计时，要考虑到设计变量的设定合理性及修改方便等方面因素来选定合理的建模方法。1、UG 建模经验总结UG 建模经验总结如下：(1)建模之前，应对模型建立的顺序作大体通篇地考虑，尤其是对复杂模型（如主轴箱、主轴等） ，更应该周全地考虑好，先做什么，后做什么，用什么方法做，这对后序工作的完成有极其重要的影响；本科毕业设计（论文） 15(2)做重要步骤前，应先仔细检查尺寸，防止出现错漏。如若有某部分尺寸遗漏或看错，在其后所做的工作，可能会因该遗漏而造成全部报废，从头而来，浪费时间，影响了进度；(3)对复杂模型，应该使三维实体建模与生成二维图两过程相结合。在空间不易检查的尺寸，在二维图能较准确的检查，通过生成的二维图可反过来检查实体建模的正确与否，能及时发现存在的问题；(4)建议做了一系列实体后应及时检查参数，最好进行了一定阶段后由产品校对员协助检查尺寸，以便及时发现问题进行纠正，避免导致重来，耽误进度；(5)做复杂零件应多做备份，进行了一定阶段存一个新文档，以备操作失误造成文件丢失或损坏时可调用最近相邻的文件重做。复杂零件应多做备份，待确实成功完成后再将前面已无用的备份删除，这样可避免很多问题发生。另外，勤做备份、勤存盘也有好处，当出现死机或误操作退出等异常情况时，还可以马上重新调入再做，不会让心血白费。(6)应当针对实际遇到的问题多上机、多实践，这样才能了解更深入，发现其不常用的功能，有时能对解决问题起很大作用；(7)经常向别人请教，和他人讨论，可开阔思路，有时可共同找到更佳的方法，不至于陷入思维定式；(8)对解决不了的问题应及时做好记录，以便能集中请教。对解决问题的方法也应及时记录下来，以便日后查看。如果条件允许的话，应与其他人进行经验交流，取长补短。2、草图的绘制启动 UG2007，进入主窗口界面，准备对车铣加工中心床头零件进行三维建模。如下图 3.2 所示：本科毕业设计（论文） 16图 3.2 UG2007 主窗口草图是一个平面轮廓，用于定义特征的截面形状、尺寸和位置等。UG 中模型的创建都是从绘制二维草图开始的，然后生成基体特征，并在模型上添加更多的特征。本文仅以建立数控铣床床身上一个零件法兰盘为例进行介绍。图 3.3 法兰盘的二维 CAD 图根据法兰盘的二维图来建立法兰盘的三维建模。首先点击新建按钮，会出现图3.2 中间部分的界面，选择新建零件。进入后点击“旋转凸台/基体”选项，然后选本科毕业设计（论文） 17择基准面，这里以前视基准面为例。选择之后会直接进入草图绘制界面，利用界面上的“直线” 、 “矩形”选项以及“工具”中的“剪裁” 、 “延伸”选项可以确定草图的截面形状和位置，利用“智能尺寸”选项可以确定草图的准确尺寸，完成后的草图如图 3.4。图 3.4 工作窗中的法兰盘草图图形3、三维实体模型的生成UG 中的建模一般是先选择模型的特征，然后在此特征下绘制草图。例如如果零件是轴状物或者箱体，就用拉伸凸台特征；如果零件是圆环状，就用旋转凸台特征。正如上面提到的法兰盘是圆环状零件，所以草图是在旋转特征下建立的。绘制完草图之后直接选择“退出草图”选项会出现如图 3.5 的界面。本科毕业设计（论文） 18图 3.5 点击“退出草图”后得到的图形由于零件是法兰盘，所以要在零件上面打孔。先打的是通孔：先点击“拉伸切除”选项，然后选择要打孔的平面，并在此平面上绘制草图。由于六个孔是等距离围绕圆的，因此绘制完草图后点击“工具”选项中的圆周阵列，即可得到下图3.6。本科毕业设计（论文） 19图 3.6 圆周阵列之后的草图这时候点击“退出草图”会出现编辑“拉伸切除”特征的选项，因为是通孔，所以选择“完全贯穿” 。还是在同一个平面，拉伸切除并不是通孔的孔。所需要做的和拉伸切除通孔的做法一致，但是在编辑拉伸切除特征的时候选择的是给定深度，深度根据 CAD 图定为 11mm。如图 3.7 所示。本科毕业设计（论文） 20图 3.7 拉伸切除非通孔时所编辑的特征因为法兰盘上面还有螺纹孔，所以点击特征中的“异型孔”会出现界面如图3.8。图 3.8 “异型孔”界面本科毕业设计（论文） 21根据法兰盘零件的要求，我们在“异型孔”见面中选择螺纹孔的类型、位置、直径和深度。点击确定后出现一个螺纹孔。要圆周阵列实体，需要建立一个基准轴。点击“参考几何体”中的“基准轴”选项建立一个基准轴，之后点击“圆周阵列”会出现界面如图 3.9。图 3.9 实体圆周阵列界面参数设置如图 3.9，点击确定后此零件完成。如图 3.10。图 3.10 完成后的零件图本科毕业设计（论文） 22按照上述的方法，根据 CAD 中二维图的尺寸，对所有零件进行三维建模，直到将车铣加工中心床头的所有零件的三维建模全部完成。本科毕业设计（论文） 23第四章 车铣加工中心床头装配设计以及爆炸视图装配建模是虚拟装配要面临的首要问题，为装配顺序生成、装配路径规划，可装配性评价和装配仿真等后续产品设计过程奠定基础。装配对计算机硬件条件的要求高，并且应用也十分的广泛。 装配建模就是建立产品的装配模型，现代产品设计强调多学科小组协调、一体化和并行地进行产品及相关过程的设计，其中尤其注意早期概念设计阶段的并行，要求产品装配设计师应为后续过程提供丰富的信息，以便进行装配工艺规程和可装配性评价。因此，产品装配建模时产品设计过程集成与并行的关键。4.1 装配体的设计方法UG 是以三维模型为基础的 CAD 软件。它以三维模型显示零部件实体结构形状及装配关系。UG 的模拟装配功能，即：将三维造型设计中构建的零件模型依据零部件之间的连接方式、装配关系，添加相应装配约束(如同轴、平行、重合等)进行模拟装配。在此过程中随时检查零部件之间是否有干扰和碰撞，并及时修改相关零件的结构、尺寸。具体方法是首先要建立一个新的装配体文件；将装配体中用到的零部件文件依次插入到装配体文件中。然后，通过移动、旋转等操作调整零部件方位以便于装配。最后，添加配合关系使零部件有序排列成装配体。具体操作时可以将所需零部件全部或部分插入后依次装配，也可以插入一个装配一个。要进行数控车床的仿真加工，仅仅在 UG 下完成车床零件的实体建模是远远不够的。零件图表达的是单个的零件，而装配体是由若干个零件所组成的部件。装配体表达的是部件（或机器）的工作原理和装配关系，它在进行设计、装配、调整、检验、安装、使用和维修过程中都是非常重要的。4.2 UG 虚拟装配的装配过程UG 的装配过程依然是以 CAD 的装配图（图 4.1）为基础来完成的。本科毕业设计（论文） 24图 4.1 二维 CAD 的装配图首先新建一个装配图，如图 3.2 所示，选择的是“装配体”选项。之后会进入装配的界面，在界面中选择“浏览”来插入零部件。如图 4.2。图 4.2 装配体界面因为整个装配体过于复杂，而装配过程中所用到的最主要的配合是“同轴心”和“重合” ，所以这里通过局部的装配来展示装配的过程。“同轴心”，顾名思义，是应用于轴和孔之见的配合，例如轴承、法兰盘和轴的配合或者是螺钉和螺孔的配合；而“重合”更多的是使面与面通过重合在一起来本科毕业设计（论文） 25完成装配体中位置的固定。首先插入两个零件,这里以主轴和密封圈零件为例，如图4.3。图 4.3 插入主轴和密封圈的装配图插入之后点击“配合”选项。先点击“同轴心”选项，然后在配合中选中两个零件的轴向面，如图 4.4。图 4.4 同轴心配合之后配合完成后，可以在图中看出两个零件已经套在一起。然后再点击“重合”选项，并在配合选择中选择重合的两个面，如图 4.5。本科毕业设计（论文） 26图 4.5 重合配合之后的图点击确定之后可以发现两个零件需要重合的面已经重合到一起。通过上述的方法可以把装配体装配到一起，得到车铣加工中心的主轴箱装配体。4.3 UG 的爆炸视图的过程UG 的爆炸视图所要表现的是通过对装配体的爆炸来得到车铣加工中心床头的装配顺序。在爆炸过程中，需要重点考虑的就是爆炸的路径以及零件爆炸的顺序。爆炸设置的路径要清晰明