普通车床进给传动部分建模及仿真

目录摘要 .Iabstract .II第一章 引言 .11.1 设计目的及意义 .21.2 CA6140 车床简介 .2第二章 Pro/ENGINEER 软件介绍 .11.1 Pro/ENGINEER 产品介绍 .21.2 Pro/ENGINEER 概述 .21.3 Pro/ENGINEER 的特点 .2第三章 进给箱传动方案设计 .13.1 进给箱分析及传动设计原理 .23.2 进给箱螺纹机构设计原理 .23.2.1 公制螺纹 .23.3 车螺纹系数及齿数比的确定 .23.4 移换机构设计 .23.4.1 移换机构齿轮齿数确定 .23.4.2 换齿轮齿数求法 .23.5 车制螺纹的工作过程 .23.5.1 米制螺纹 .23.5.2 模数螺纹 .23.5.3 英制螺纹 .23.5.4 径节螺纹 .23.5.5 非标准螺纹和精密螺纹 .2第四章 三维建模与仿真 .14.1 Pro/ENGINEER 三维建模 .24.2 CA6140 机床进给箱的装配 .24.3 Pro/ENGINEER 运动仿真 .2结论 .63参考文献 .64致谢 .65摘要：机械工业肩负着国家经济，为各部门提供各种先进装备的任务，而机床工业则是机械工业的重要组成部分，是为机械工业提供制造技术和装备的工业。机床的拥有量、产量、品质和质量是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。因此机床工业在国民经济中占有极其重要的地位。作为主要的车削加工机床，CA6140 机床广泛的应用于机械加工行业重，本设计主要针对 CA6140 型普通车床，进行机床进给箱零、部件的设计；以 Pro/Engineer 作为软件平台，建立机床进给箱及传动系统零、部件的三维模型，并进行进给传动系统及相关控制结构的运动学仿真分析。关键词：CA6140 机床；进给箱；三维建模；Pro/Engineer Abstract：Mechanical industry shouldering the national economy, to provide various departments of advanced equipment, and the task of mechanical industry machine industry is an important part of mechanical industry, is for manufacturing technology and equipment industry. The machine, yield, quality and top quality measure of a country is one of the important signs of industrial level. Therefore machine industry in the national economy of the utmost importance.As a major turning processing machine, CA6140 machine widely used in mechanical processing industry, the design of the machine mainly aimed at the CA6140 spindle box design, design is the main content of the main parameters of the machine, the transmission scheme and transmission system, the main parts of the calculation and checking, Pro/Engineer software for 3d drawing parts design and processing.Keywords: CA6140 ；feed box；3D ；Pro/Engineer第 1 章 引言普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的 65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。CA6140 型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杆、丝杠和床身。主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量。一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的。在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杆。溜板箱：是车床进给运动操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。1.1 设计目的及意义我的本次毕业设计课题为 CA6140 型车床进给箱的设计，毕业设计是本科生教学活动中一个重要的环节。通过这个教学环节要求达到下列目的：通过毕业设计，把在本科阶段中所获得的知识在实际的设计工作中综合地加以运用。使这些知识得到巩固，加强和发展，并使理论知识和生产实践密切地结合起来。因此，毕业设计是大学学习阶段总结性作业。毕业设计是高等学校学生第一次进行比较完整的设计过程，通过毕业设计，培养学生独立工作、发现问题和解决问题的能力；能根据设计课题查找有关的资料，了解本课题的前沿和发展方向；树立正确的设计思想，掌握设计的基本方法和步骤，为以后从事设计工作打下良好的基础。使学生能够熟练地应用有关参考资料，计算图表、手册，图集，规范，并熟悉有关国家标准和部颁标准（如 GB，JB 等） ，以完成一个工程技术人员在机械工程设计方面所必须具备的基本训练。通过对该车床进给箱的设计不仅可以更详细的了解同类机床的进给箱的构造及传动原理，将理论与实际相结合，更提高了我们的动手能力。在制作拆装过程图时可以让我更加熟悉各制图软件的运用及表达。通过此次毕业设计可以加强我们以后实际工作中对于车床的运用及维护以及对于其他工作项目的操作能力和技术修养。1.2 CA6140 车床简介车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，主要用于加工各种回转表面（内外圆柱面、圆锥表面、成型回转表面等） ，回转体的端面、螺纹等，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹、螺杆，车削定型表面，并可用钻头、铰刀等进行加工。车床的类型很多，主要有卧式车床、立式车床、转塔车床和仿形车床等。卧式车床主要由床身、主轴变速箱、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、光杠和丝杠等部分组成，如图 1-1 所示。图 1-1 卧式车床的结构示意图车床的主运动为工件的旋转运动，它是由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转，其承受车削加工时的主要切削功率。车削加工时，应根据被加工工件材料、刀具种类、工件尺寸、工艺要求等来选择不同的切削速度。这要要求主轴能在相当大的范围内调速，对于卧式车床，调速范围一般大于 70。车削加工时，一般不要求反转，但在加工螺纹时，为避免乞乱扣，要反转退刀，再纵向进刀继续加工，这就要求主轴具有正、反转。车床的进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向直线运动。其运动方式有手动或机动两种。加工螺纹时，工件的旋转速度与刀具的进给速度应有严格的比例关系。为此，车床溜板箱与主轴箱之间通过齿轮传动来连接，而主运动与进给运动由一台电动机拖动。车床的辅助运动有刀架的快速移动，尾架的移动以及工件的夹紧与放松等。车床通常由一台主电动机拖动，经由机械传动链，实现切削主运动和刀具进给运动的输出，其运动速度由变速齿轮箱通过手柄操作进行切换。刀具的快速移动、冷却泵和液压泵等，常采用单独电动机驱动。不同型号的车床，其主电动机的工作要求不同，因而由不同的控制电路构成，但是由于卧式车床运动变速是由机械系统完成的，且机床运动形式比较简单，因此相应的控制电路也比较简单。普通车床的运动形式主要有两种：一种是主运动，是指安装在主轴箱中的主轴带动工件的旋转运动；另一种是进给运动，是指溜板箱带动溜板和刀架带动刀具的直线运动。刀具安装在刀架上，与溜板一起随溜板箱沿主轴轴线方向实现进给移动，主轴的传动和溜板箱的移动均由主电动机驱动。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，使得需停车时不易立即停止转动，因而必须有停车制动的功能。较好的停车制动是采用电气制动。在加工的过程中，还需提供切削液，并且为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，要求带动刀架移动的溜板箱能够快速移动。CA6140 车床型号意义：CA6140 为我国自行设计制造的新型号普通车床，它与 C610型车床相比，具有性能优越、结构先进、操作方便和外形美观等优点。图 1-2 是 CA6140 型普通车床的外形图。 图 1-2CA6140 型普通车床外形图主轴箱；纵溜板；横溜板；转盘；方刀架；小溜板；尾座；床身；右床座；光杠；丝杠；溜板箱；左床座；进给箱；挂轮架；操纵手柄CA6140 型普通车床主要由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、丝杠、光杠、尾架等部分组成。车床的切削运动包括卡盘带动工件旋转的主运动和刀具的直线进给运动。车削速度是指工件与刀具接触点的相对速度。根据工件的材料性质、车刀材料及几何形状、工件直径、加工方式及冷却条件的不同，要求主轴有不同的切削速度。主轴变速是由主轴电动机经皮带传递到主轴变速箱来实现的。CA6140 型车床的主轴正转速度有 24 种（101400r/min） ，反转速度有 12 种（141580r/min） 。车床的进给运动是刀架带动刀具的直线运动。溜板箱把丝杠或光杠的转动传递给刀架部分，变换溜板箱外的手柄位置，经刀架部分使车刀做纵向或横向进给。车床的辅助运动为机床上除切削运动以外的其他一切必需的运动，如尾架的纵向移动，工件的夹紧与放松等。车床工作时，绝大部分功率消耗在主轴运动上。电力拖动特点及控制要求： 主拖动电动机从经济性、可靠性考虑，一般选用笼型三相异步电动机，不进行电气调速（为满足调速要求，采用机械变速） 。 采用齿轮箱进行机械有级调速。为减小振动，主拖动电动机通过几条三角皮带将动力传递到主轴箱。 为车削螺纹，主轴要求有正、反转。其正、反转的实现，可由主拖动电动机正、反转或采用机械方法来达到目的。对小型普通车床，一般采用电动机正、反转控制；对于中型普通车床（主拖动电动机容量较大） ，主轴正、反转则一般采用多片磨擦离合器来实现（电动机只作单向旋转） 。 主拖动电动机的启动、停止采用按钮操作。一般中小型电动机均采用直接启动（当电动机容量较大时，常用 减压起动） 。停车时为实现快速停车，一般采用机Y械或电气制动。 刀架移动和主轴转动有固定的比例关系，以便满足对螺纹加工的需要。这由机械传动保证，对电气方面无任何要求。 车削加工时，刀具及工件温度过高，有时需用冷却液进行冷却，因而应该配有冷却泵电动机拖动冷却泵输出冷却液，且冷却泵电动机与主轴电动机有着联锁关系，即要求在主拖动电动机启动后，冷却泵方可选择启动与否，而当主拖动电动机停止时，冷却泵应立即停止。为实现溜板箱的快速移动，由单独的快速移动电动机拖动，采用点动控制。必须有过载、短路、失压和欠压保护。具有安全可靠的局部照明和信息指示装置。第二章 Pro/ENGINEER 软件介绍2.1 Pro/ENGINEER 产品介绍1985 年 ， 美国参数化技术公司 PTC(Parametric Technology Corporation)公司成 立 于 美 国 波 士 顿 ， 开 始 参 数 化 建 模 软 件 的 研 究 。 1988 年 ， V1.0 的Pro/ENGINEER 诞 生 了 。 经 过 10 余 年 的 发 展 ， Pro/ENGINEER 已 经 成 为 三 维 建 模 软件 的 领 头 羊 。 PTC 的 系 列 软 件 包 括 了 在 工 业 设 计 和 机 械 设 计 等 方 面 的 多 项 功 能 ， 还包 括 对 大 型 装 配 体 的 管 理 、 功 能 仿 真 、 制 造 、 产 品 数 据 管 理 等 等 。 Pro/E 是 一 套机 械 设 计 自 动 化 软 件 系 统 ， 它 是 新 一 代 CAD/CAM 软 件 ， 实 现 了 产 品 零 件 或 组 件 从概 念 设 计 到 制 造 全 过 程 设 计 的 自 动 化 ， 提 供 了 以 参 数 化 为 基 础 ， 基 于 特 征 的 实 体 造型 技 术 ， 主 要 用 于 汽 车 及 运 输 机 械 ， 宇 航 和 飞 机 制 造 ， 电 子 及 计 算 机 设 备 行 业 以 及其 他 行 业 。 同 时 Pro/ENGINEER 还 提 供 了 目 前 所 能 达 到 的 最 全 面 、 集 成 最 紧 密 的 产品 开 发 环 境 。 它 采 用 基 于 特 征 的 参 数 化 技 术 ， 具 有 产 品 的 三 维 设 计 、 分 析 、 仿 真 、加 工 和 二 次 开 发 等 功 能 ， 该 软 件 已 广 泛 应 用 于 机 械 、 电 子 、 家 电 、 模 具 等 行 业 ， 是目 前 国 内 使 用 最 广 泛 的 三 维 设 计 软 件 之 一 。2.2 Pro/ENGINEER 概述PRO/ENGINEER 软 件 包 的 产 品 开 发 环 境 在 支 持 并 行 工 作 ， 它 通 过 一 系 列 完 全 相关 的 模 块 表 述 产 品 的 外 形 、 装 配 及 其 他 功 能 。 PRO/E 能 够 让 多 个 部 门 同 时 致 力 于 单一 的 产 品 模 型 。 包 括 对 大 型 项 目 的 装 配 体 管 理 、 功 能 仿 真 、 制 造 、 数 据 管 理 等 。Pro/E 可谓是个全方位的 3D 产品开发软件，集合了零件设计、产品组合、模具开发、NC 加工、饭金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、产品数据管理于一体，其模块众多。主要由以下六大主模块组成：工业设计(LAID)模块、机械设计(CAD)模块、功能仿真(CAE)模块、制造(CAM)模块、数据管理(PDM)模块和数据交换(Geometry Translator)模块。(1)、 工 业 设 计 (CAID)模 块 工 业 设 计 模 块 主 要 用 于 对 产 品 进 行 几 何 设 计 ， 以 前 ， 在 零 件 未 制 造 出 时 ， 是 无法 观 看 零 件 形 状 的 ， 只 能 通 过 二 维 平 面 图 进 行 想 象 。 现 在 ， 用 3DS 可 以 生 成 实 体模 型 ， 但 用 3DS 生 成 的 模 型 在 工 程 实 际 中 是 “中 看 不 中 用 ”。 用 PRO/E 生 成 的 实体 建 模 ， 不 仅 中 看 ， 而 且 相 当 管 用 。 事 实 上 ， PRO/E 后 阶 段 的 各 个 工 作 数 据 的 产 生都 要 依 赖 于 实 体 建 模 所 生 成 的 数 据 。包 括 ： PRO/3DPAINT(3D 建 模 )、 PRO/ANIMATE(动 画 模 拟 )、 PRO/DESIGNER(概 念 设 计 )、 PRO/NETWORKANIMATOR(网 络 动 画 合 成 )、PRO/PERSPECTA-SKETCH（ 图 片转 三 维 模 型 ） 、 PRO/PHOTORENDER(图 片 渲 染 )几 个 子 模 块 。(2)、 机 械 设 计 (CAD)模 块 机 械 设 计 模 块 是 一 个 高 效 的 三 维 机 械 设 计 工 具 ， 它 可 绘 制 任 意 复 杂 形 状 的 零 件 。在 实 际 中 存 在 大 量 形 状 不 规 则 的 物 体 表 面 ， 如 自 由 曲 面 等 。 随 着 人 们 生 活 水 平 的 提高 ， 对 曲 面 产 品 的 需 求 将 会 大 大 增 加 。 用 PRO/E 生 成 曲 面 仅 需 2 步 3 步 操 作 。PRO/E 生 成 曲 面 的 方 法 有 ： 拉 伸 、 旋 转 、 放 样 、 扫 掠 、 网 格 、 点 阵 等 。 由 于 生 成 曲面 的 方 法 较 多 ， 因 此 PRO/E 可 以 迅 速 建 立 任 何 复 杂 曲 面 。 它 既 能 作 为 高 性 能 系 统 独 立 使 用 ， 又 能 与 其 它 实 体 建 模 模 块 结 合 起 来 使 用 ， 它支 持 GB、 ANSI、 ISO 和 JIS 等 标 准 。 包 括 ： PRO/ASSEMBLY（ 实 体 装 配 ） 、PRO/CABLING（ 电 路 设 计 ） 、 PRO/PIPING（ 弯 管 铺 设 ） 、 PRO/REPORT（ 应 用 数 据 图形 显 示 ） 、 PRO/SCAN-TOOLS（ 物 理 模 型 数 字 化 ） 、 PRO/SURFACE（ 曲 面 设 计 ） 、PRO/WELDING（ 焊 接 设 计 ） 。(3)、 功 能 仿 真 (CAE)模 块 功 能 仿 真 (CAE)模 块 主 要 进 行 有 限 元 分 析 。 我 们 中 国 有 句 古 话 ： “画 虎 画 皮 难画 骨 ， 知 人 知 面 不 知 心 ”。 主 要 是 讲 事 物 内 在 特 征 很 难 把 握 。 机 械 零 件 的 内 部 变 化情 况 是 难 以 知 晓 的 。 有 限 元 仿 真 使 我 们 有 了 一 双 慧 眼 ， 能 “看 到 ”零 件 内 部 的 受力 状 态 。 利 用 该 功 能 ， 在 满 足 零 件 受 力 要 求 的 基 础 上 ， 便 可 充 分 优 化 零 件 的 设 计 。著 名 的 可 口 可 乐 公 司 ， 利 用 有 限 元 仿 真 ， 分 析 其 饮 料 瓶 ， 结 果 使 瓶 体 质 量 减 轻 了 近20 ， 而 其 功 能 丝 毫 不 受 影 响 ， 仅 此 一 项 就 取 得 了 极 大 的 经 济 效 益 。 包 括 ： PRO/FEM POST（ 有 限 元 分 析 ） 、 PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS（ 自 定 义载 荷 输 入 ） 、 PRO/MECHANICA EQUATIONS（ 第 三 方 仿 真 程 序 连 接 ） 、PRO/MECHANICA MOTION（ 指 定 环 境 下 的 装 配 体 运 动 分 析 ） 、 PRO/MECHANICA THERMAL（ 热 分 析 ） 、 PRO/MECHANICA TIRE MODEL（ 车 轮 动 力 仿 真 ） 、PRO/MECHANICA VIBRATION（ 震 动 分 析 ） 、 PRO/MESH （ 有 限 元 网 格 划 分 ） 。(4)、 制 造 (CAM)模 块 在 机 械 行 业 中 用 到 的 CAM 制 造 模 块 中 的 功 能 是 NC Machining(数 控 加 工 )。 说到 数 控 功 能 ， 就 不 能 不 提 八 十 年 代 著 名 的 “东 芝 事 件 ”。 当 时 ， 苏 联 从 日 本 东 芝公 司 引 进 了 一 套 五 坐 标 数 控 系 统 及 数 控 软 件 CAMMAX， 加 工 出 高 精 度 、 低 噪 声 的 潜艇 推 进 器 ， 从 而 使 西 方 的 反 潜 系 统 完 全 失 效 ， 损 失 惨 重 。 东 芝 公 司 因 违 反 “巴 统 ”协 议 ， 擅 自 出 口 高 技 术 ， 受 到 了 严 厉 的 制 裁 。 在 这 一 事 件 中 出 尽 风 头 的 CAMMAX软 件 就 是 一 种 数 控 模 块 。 PRO/ES 的 数 控 模 块 包 括 ： PRO/CASTING（ 铸 造 模 具 设 计 ） 、 PRO/MFG（ 电 加 工 ）、 PRO/MOLDESIGN（ 塑 料 模 具 设 计 ） 、 PRO/NC-CHECK（ NC 仿 真 ） 、PRO/NCPOST（ CNC 程 序 生 成 ） 、 PRO/SHEETMETAL（ 钣 金 设 计 ） 。(5)、 数 据 管 理 (PDM)模 块 PRO/E 的 数 据 管 理 模 块 就 像 一 位 保 健 医 生 ， 它 在 计 算 机 上 对 产 品 性 能 进 行 测 试仿 真 ， 找 出 造 成 产 品 各 种 故 障 的 原 因 ， 帮 助 你 对 症 下 药 ， 排 除 产 品 故 障 ， 改 进 产 品设 计 。 它 就 像 PRO/E 家 庭 的 一 个 大 管 家 ， 将 触 角 伸 到 每 一 个 任 务 模 块 。 并 自 动 跟 踪你 创 建 的 数 据 ， 这 些 数 据 包 括 你 存 贮 在 模 型 文 件 或 库 中 零 件 的 数 据 。 这 个 管 家 通 过一 定 的 机 制 ， 保 证 了 所 有 数 据 的 安 全 及 存 取 方 便 。 它 包 括 ： PRO/PDM（ 数 据 管 理 ） 、 PRO/REVIEW（ 模 型 图 纸 评 估 ） 。(6)、 数 据 交 换 (Geometry Translator)模 块 在 实 际 中 还 存 在 一 些 别 的 CAD 系 统 ， 如 UG 、 EUCLID、 CIMATRTON、 MDT 等 ，由 于 它 们 门 户 有 别 ， 所 以 自 己 的 数 据 都 难 以 被 对 方 所 识 别 。 但 在 实 际 工 作 中 ， 往 往需 要 接 受 别 的 CAD 数 据 。 这 时 几 何 数 据 交 换 模 块 就 会 发 挥 作 用 。 PRO/E 中 几 何 数 据 交 换 模 块 有 好 几 个 ， 如 ： PRO/CAT（ PRO/E 和 CATIA 的 数 据交 换 ） 、 PRO/CDT（ 二 维 工 程 图 接 口 ） 、 PRO/DATA FOR PDGS（ PRO/E 和 福 特 汽 车设 计 软 件 的 接 口 ） 、 PRO/DEVELOP（ PRO/E 软 件 开 发 ） 、 PRO/DRAW（ 二 维 数 据 库 数据 输 入 ） 、 PRO/INTERFACE（ 工 业 标 准 数 据 交 换 格 式 扩 充 ） 、 PRO/INTERFACE FOR STEP（ STEP/ISO10303 数 据 和 PRO/E 交 换 ） 、 PRO/LEGACY（ 线 架 /曲 面 维 护 ） 、PRO/LIBRARYACCESS（ PRO/E 模 型 数 据 库 进 入 ） 、 PRO/POLT（ HPGL/POSTSCRIPTA数 据 输 出 ）2.3 Pro/ENGINEER 的特点Pro/E 所 采 用 的 造 型 技 术 和 加 工 处 理 技 术 与 其 它 同 类 型 软 件 相 比 具 有 明 显 的 优势 。 它 具 有 基 于 特 性 ； 全 参 数 ； 全 相 关 ； 单 一 数 据 库 ； 全 自 动 数 控 编 程 ， DNC 直接 数 控 加 工 ， 多 轴 的 联 动 并 且 加 工 精 度 高 ； 适 合 复 杂 几 何 造 型 ， 三 维 模 具 设 计 ；G 代 码 检 验 、 仿 真 、 模 拟 ； 外 接 扫 描 仪 、 三 坐 标 测 量 机 可 实 现 反 求 工 程 、 数 据 光 顺 ，在 计 算 机 上 再 现 被 测 零 件 的 外 形 等 特 点 。基 于 特 征 的 参 数 化 造 型 ： Pro/ENGINEER 使 用 用 户 熟 悉 的 特 征 作 为 产 品 几 何 模型 的 构 造 要 素 。 这 些 特 征 是 一 些 普 通 的 机 械 对 象 ， 并 且 可 以 按 预 先 设 置 很 容 易 的 进行 修 改 。 例 如 ： 设 计 特 征 有 弧 、 圆 角 、 倒 角 等 等 ， 它 们 对 工 程 人 员 来 说 是 很 熟 悉 的 ，因 而 易 于 使 用 。 装 配 、 加 工 、 制 造 以 及 其 它 学 科 都 使 用 这 些 领 域 独 特 的 特 征 。 通过 给 这 些 特 征 设 置 参 数 （ 不 但 包 括 几 何 尺 寸 ， 还 包 括 非 几 何 属 性 ） ， 然 后 修 改 参 数很 容 易 的 进 行 多 次 设 计 叠 代 ， 实 现 产 品 开 发 。 宏 观 世 界 是 基 于 特 征 的 实 体 造 型 软 件 ，“基 于 特 征 ”的 意 思 是 零 件 模 型 的 构 造 是 由 各 个 特 征 来 生 成 的 零 件 的 设 计 过 程 就 是特 征 的 累 积 过 程 ， 而 所 谓 特 征 是 指 可 以 用 参 数 驱 动 的 实 体 模 型 ， 通 常 特 征 应 满 足 以下 条 件 ： （ 1） 特 征 必 须 是 一 个 实 体 或 零 件 的 具 体 构 成 之 一 ；（ 2） 特 征 能 对 应 某 一 形 状 ；（ 3） 特 征 的 性 质 是 可 以 预 料 的 ；全 相 关 性 ： Pro/ENGINEER 的 所 有 模 块 都 是 全 相 关 的 。 这 就 意 味 着 在 产 品 开 发 过程 中 某 一 处 进 行 的 修 改 ， 能 够 扩 展 到 整 个 设 计 中 ， 同 时 自 动 更 新 所 有 的 工 程 文 档 ，包 括 装 配 体 、 设 计 图 纸 ， 以 及 制 造 数 据 。 全 相 关 性 鼓 励 在 开 发 周 期 的 任 一 点 进 行 修改 ， 却 没 有 任 何 损 失 ， 并 使 并 行 工 程 成 为 可 能 ， 所 以 能 够 使 开 发 后 期 的 一 些 功 能 提前 发 挥 其 作 用 。数 据 管 理 ： 加 速 投 放 市 场 ， 需 要 在 较 短 的 时 间 内 开 发 更 多 的 产 品 。 为 了 实 现 这种 效 率 ， 必 须 允 许 多 个 学 科 的 工 程 师 同 时 对 同 一 产 品 进 行 开 发 。 数 据 管 理 模 块 的 开发 研 制 ， 正 是 专 门 用 于 管 理 并 行 工 程 中 同 时 进 行 的 各 项 工 作 ， 由 于 使 用 了Pro/ENGINEER 独 特 的 全 相 关 性 功 能 ， 因 而 使 之 成 为 可 能 。装 配 管 理 ： Pro/ENGINEER 的 基 本 结 构 能 够 使 用 户 利 用 一 些 直 观 的 命 令 ， 例 如“啮 合 ”、 “插 入 ”、 “对 齐 ”等 很 容 易 的 把 零 件 装 配 起 来 ， 同 时 保 持 设 计 意 图 。高 级 的 功 能 支 持 大 型 复 杂 装 配 体 的 构 造 和 管 理 ， 这 些 装 配 体 中 零 件 的 数 量 不 受 限 制 。易 于 使 用 ： 菜 单 以 直 观 的 方 式 出 现 ， 提 供 了 逻 辑 选 项 和 预 先 选 取 的 最 普 通 选 项 ，同 时 还 提 供 了 简 短 的 菜 单 描 述 和 完 整 的 在 线 帮 助 ， 这 种 形 式 使 得 容 易 学 习 和 使 用 。总之，P ro/ENGINEER 秉承“易学易用、功能强大、互连互通”的理念。软件以使用方便、参数化造型和系统的全相关性而著。第三章 CA6140 进给箱传动方案设计进给箱内部结构如图 3-1 所示：图 3-1 进给箱结构图3.1 进给箱分析及传动设计原则CA6140 型卧式车床进给箱又称走刀箱，它固定在车床身左前面，内装有进给变速机构（用来变换进给量和各种螺纹的导程）和基本组、增倍组。基本组采用双轴滑移公用齿轮机构，由单一手柄操纵，它的操纵机构又有两部分：拨动滑移齿轮的四副杠杆和控制杠杆的带槽手轮。增倍组和移换机构由其他手柄操纵。纵向和横向进给采用十字手柄操纵，箱内装有过载安全离合器，并带有快速电机可实现空程快速移动。进给运动链使刀架实现纵向或横向的进给运动及变速换向。卧式车床在切削螺纹时，进给传动链是内联系传动链。主轴每转刀架的移动量应等于螺纹的导程。在切削圆柱面和端面时，进给传动链是外联系传动链。进给量也以工件每转刀架的移动量计。普通车床的特有功能好似车削一定范围的各种螺纹，要求进给传动链的变速机构能严格准确地按照标准螺距数列来变化。所以普通车床进给传动链的变速机构（包括挂轮和进给箱的变速机构）主要是依据各种螺纹的标准螺距数列的要求，同时兼顾到一般车削的进给量范围来设计的。传动链中的螺纹进给传动链是主轴一转，刀架移动 T 毫米（导程 T=kt，其中 k 为头数，t 为螺距）运动平衡式为：1（主轴） =T （3-1）it1= iciau其中 表示主轴到丝杆之间的总传动； 、 、 分别为传动链中固定传动比，挂轮i icaiu传动比；表示机床丝杆的导程，CA6140 型车床的 =12mm；t1 t1T 表示被加工螺纹的导程。改变传动比 ，就可得到标准螺纹的任意一种。i3.2 进给箱螺纹机构设计原则CA6140 型卧式车床具有车削公制螺纹（又称米制螺纹） ，英制螺纹，模数螺纹和径节螺纹四种标准的常用螺纹的功能，机床的纵向丝杠螺纹用公制的，螺距 t1=12mm代入式（3-1）得主轴每转下刀架移动量为 T 毫米，这即为车削螺纹的导程值。对于单头螺纹四螺距值，因此当螺纹的基本参数不是用螺距表示时必须将其加以换算，然后代入式（3-1） 。具体方法如下：公制螺纹：其基本参数为螺距 t（mm） 。因此 T=t 米英制螺纹：基本参数 1 为每一英寸长度内包含的牙数 即 （牙/英寸） ，因此，a英制螺纹的螺距为 T =25.4/ 毫米a模数螺纹：公制螺杆上的螺纹称为模数螺纹，它的基本参数是以螺杆相啮合的蜗轮模数 m（毫米）来表示，因此，模数螺纹的螺距 T 应等于蜗轮的周节长度，即 T =mmm径节螺纹：英制蜗杆上的螺纹称为径节螺纹，它的基本参数是以 s 螺杆相啮合的蜗轮参数径节 DP 来表示，径节的 DP=Z/D（牙/英寸）其中 Z 和 D 分别为蜗轮的齿数和分度圆直径（英寸） ，因而径节螺纹的 T=DP 于是根据式（3-1）可得车削 4 种螺纹的运动平衡式分别为：1 =T= （mm） （3-2）ciaui1t1 =T =25.4/ （mm） （3-3）a1 = （3-4）ciaui1tm1 =25.4/DP （3-5）从上式各式中可知，为了车削一定范围的螺纹就必须根据各种螺纹的标准数列变换传动链中的可换传动比。车削螺纹传动路线表达如图 3-2：图 3-2 传动路线图3.2.1 公制螺纹：将常用的公制螺纹标准数据 t 的数列如下表：表 3-1 公制螺纹标准数据1 1.25 1.51.75 2 2.5 33.5 4 4.5 5 5.5 67 8 9 10 11 12由表中可以看出各横行的螺距数列是等差数列，而纵向是等比数列即 1、2、4、8 的公比数为 2，根据这些特点，在进给箱中可用一个变速组来变换得到某一横行的等差数列，这个变数组的传动比应是等差数列，通常称为基本组。以次为基础，再串联一个扩大组，把基本组得到的螺距按 1：2：4：8 关系增大或缩小，而得到全部螺距数列。此扩大组通常称为“增倍组” ，根据进给传动降速机构在后的原则，取 ib=1、1/2、1/4、1/8。机床所能加工的其他三种螺纹中，径节螺纹较少用，这三种螺纹的公称参数及螺距数列见表 2-2：表 2-2 各种螺纹的公称参数及螺距 螺纹公称参数螺纹种数参数 代号 单位 螺距 S（mm）公制螺纹 螺距 P mm T=KP英制螺纹 每英寸牙数 A 牙/英寸 Ta=Kpa=25.4R/a模数螺纹 模数 M mm Tm=KPm=Km径节螺纹 径节 DP 英寸 TDP=KPDP=25.4K/DP由表 2-2 可以看出，常用的四种螺纹的螺距值之间有如下关系：公制螺纹和英制螺纹之间倒数关系和特殊因子 25.4模数螺纹和径节螺纹之间公制螺纹和模数螺纹之间特殊因子 英制螺纹和径节螺纹之间 从表中可以看出这四种螺纹的基本参数有一个共同的变化特点，即在横行上是等差数列，而在纵行上是按 2 倍的关系扩大或缩小，我们可以考虑到车公制螺纹的基本组和扩大组来加工另外三种螺纹。对于模数螺纹，我们只需改变公制螺纹传动链中的某个传动比，使平衡式左边产生一个特殊因子 ，以便在运动中与螺距 T = 的因子 消去，从而变换基本组和am增北组的传动比，就可以像公制螺纹那样，得到分段等差数列的模数系列。对于英制螺纹，它和公制螺纹螺距数列有两点区别：1 英制螺纹每英寸牙数 a 换算成螺距 T =25.4/a（mm）后，a 在分母上，如果a将上述公制螺纹的基本组的主动与从动关系颠倒过来，即基本组的传动比变为 1/ ，ij那么就可以利用具有等差数列的传动比 来得到参数 的等差数列。ij英制螺纹的螺距数值中有一个数字因子 25.4 因需改变其中的某些传动比，使平衡式左边能产生一个因子 25.4，以便与英制平衡式 25.4 相抵消。2 当英制螺纹要车制 a 分别为 3.25 和 19 时，公制螺纹的基本组少两传动比，故在表 2-3 上加上 19 和 3.25 两个模距，它们仅仅为了与英制螺纹和径节螺纹统一而列入的。至于径节螺纹其螺距 T =25.4/DP（毫米）其中 DP 也是在分母上，螺距中也有DP一个数字年因子 25.4，这些和英制螺纹相似，故可采用英制罗纹的传动路线。另外，还有一个因子 ，可以和模数螺纹一样用挂轮来解决。上述倒数关系和特殊因子 25.4 及 关系都要在设计车螺纹系统时给予解决。现将车床上这四种螺纹所能加工的螺距 S 及其和公制螺纹的关系列表 2-3。 表 3-2 车床加工螺纹基本参数的排列规律倍比关系 公制螺纹及模数螺纹（T 及 m）1/32 1.251/16 0.5 0.751/8 1 1.25 1.51/4 1.75 2 2.25 2.5 3 2.751/2 3.5 4 4.5 5 6 5.51 7 8 9 10 12 11注：内数值为模数螺纹所独有。表 3-3 CA6140 车床加工英制螺纹及径节螺纹的基本参数排列倍数比 英制螺纹及径节螺纹8 56 64 72 80 88 964 28 32 36 40 44 482 14 16 18 19 20 22 241 7 8 9 10 11 121/2 4 4.5 5 61/4 2 2.5 3 3.5注：内数值为径节螺纹所独有。故表 3-2 应变为：表 3-4倍数关系 公制螺纹及模数螺纹2n-5 0.52n-4 1 1.25 1.52n-3 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.252n-2 3.5 4 4.5 5 5.5 62n-1 7 8 9 10 11 122n 193.3 车螺纹系统及齿数比的确定普通机床中的车螺纹系统有双轴滑移齿轮机构，摆移塔里齿轮机构和三轴滑移齿轮机构。我们选用双轴滑移齿轮机构。并且让基本组和扩大组的传动中心距相等。这样有利于减小进给箱的轴高尺寸。其简图如图（附后）由此可以看出，在这类切螺纹系统中，一般应包括下列组成部分：基本螺纹机构：用来实现表 2-3 中横行所代表的等差数列。增倍机构：用来实现表 2-3、表 2-4 中各纵行之间的 2n 关系，即 ud 通常取2、1、1/4、1/8。扩大螺距机构：传动比为 ，用来扩大螺距。 通常取 4、8、16、32 等。uc uc定比传动副：传动比为 t左右螺纹换向机构：传动比为 r交换齿轮装置：传动比为 u移换机构：传动比为 用来实现倒数关系及特殊因子。i螺纹种类变换机构：传动比为 k上列各组成部分传统分布顺序如下： 扩大螺距机构一般放在主要传动变速系统内，具体情况在 CA6140 主轴箱内扩大螺纹导程机构的传动齿轮是住运动的传动齿轮。只有在主轴上的 合上，主轴处于低Mz速状态时才使用扩大螺纹导程。它的扩大倍数分别是 1、4、16 三种，传动路线如下:定比传动一般放在主轴或扩大螺距换向机构之前在主轴箱中。换向机构 ur在交换齿轮之前也在床头箱中。交换齿轮设置在床头箱与进给箱之间的交换齿轮上。移换机构一般放在基本螺距机构前后二处。基本螺距机构一般放在第一移换机构之后，变换机构既可以放在基本螺距机构之前，也可以放在基本螺距之后。增倍机构的传统布局是放在基本螺距之后。现在，从表 1-3 排定的螺纹表中，取公制螺纹数列中的 6.5、7、8、9、9.5、1.、11、12 为基准数列则：= /G= ， 2， 3 /Gubjsminjsjmaxsj由 6.5、7、8、9、9.5、10、11、12 这个要求滑移齿轮能实现的基本螺纹参数查得机构方案编号为 411，为了使轴向尺寸较小选中心距为 63 毫米，同时，由双轴滑移齿轮机构推荐方案表查得 G=7（由机床设计手册 P1402 查得）所以 =6.5/7、7/7、8/7、9/7、10/7、12/7 由此拟定传动系统转速草图如上。ub双轴滑移齿轮机构的设计原则是：一个滑移齿轮可以和两个齿数不同的齿轮啮合（如Z 和 Z1、Z1）但必须采用变位齿轮，同时把两个相互接近的传动比划为一组，再根据中心上速比综合地计算啮合较好的变位齿轮的齿数和模数。总之,变位齿轮系数的选择对转动性能有着如下影响:齿轮正变位时齿根增厚,齿形系数加大,齿轮弯曲强度也相应增加,负变位时则反之,因此在分配变位系数时尽量使小齿轮变位系数大于大齿轮变位齿轮.在正角度变位传动中中心距增大,齿和角 大于分度圆压力角,提高了齿面接触强度,减少了点蚀的可能性,负角度变位时则反之.在正角度变位传动中,齿形曲率半径和齿和角增大,滑动比和压强降,齿面磨损及胶合响应减少,负角度变位则相反.正变位传动时重叠系数小,传动平稳性下降负角度变位则相反.3.4 移换机构设计3.4.1 移换机构齿轮齿数确定移换机构主要用于和交换齿轮（一般防于交换齿轮之前）配合来实现因传动比都是为了用于实现倒数关系以及特殊因子 25.4 和 ，以解决各种螺纹种类交换问题，一般来说，用的最多的方案就是用移换机构来解决倒数关系和特殊因子 2