計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的相關(guān)論文(2)
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的相關(guān)論文
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的相關(guān)論文篇二
《精密車床主軸計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)》
摘要：將普通車床主軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)視為由四個(gè)軸組成，每個(gè)軸視為分別裝有齒輪和軸承等零件的一個(gè)子結(jié)構(gòu)的裝配體，利用Pro/E 分別建立各子結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型，通過(guò)對(duì)各子結(jié)構(gòu)裝配實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)車床主軸傳動(dòng)的三維建模，利用Pro/E 軟件的Mechanism 模塊對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和運(yùn)動(dòng)仿真。既保證了車床主軸傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，也大大提高了設(shè)計(jì)效率。利用該方法可以使得設(shè)計(jì)人員快速、直觀的對(duì)普通車床主軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低機(jī)床的研發(fā)成本，提高機(jī)床的可靠性。
關(guān)鍵詞：普通車床;模塊化設(shè)計(jì);虛擬裝配;仿真
0 引言
普通車床盡管已經(jīng)是一個(gè)比較成熟的產(chǎn)品，但是隨著科技的不斷進(jìn)步，降低產(chǎn)品成本，工程設(shè)計(jì)人員必須不斷的對(duì)它的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件的不斷發(fā)展，仿真軟件可以提前告知我們所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否結(jié)構(gòu)相對(duì)合理，尺寸是否存在干涉等。本設(shè)計(jì)就是基于Pro/E軟件對(duì)車床的主軸部分進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，以達(dá)到我們預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
1 三維實(shí)體建模的過(guò)程
在Pro/E中，各個(gè)特征是有一定的父子關(guān)系的，一個(gè)三維實(shí)體模型就是由數(shù)量眾多的特征以“搭積木”的方式組織起來(lái)的，設(shè)計(jì)者可以直接從模型樹中選擇特征修改，提高了設(shè)計(jì)效率，這些特征及其之間的父子關(guān)系均在模型樹中統(tǒng)一顯示。三維實(shí)體建模過(guò)程如下：
?、僭诨A(chǔ)實(shí)體特征上添加鍵槽、軸孔、倒角、修剪等修飾特征;②使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、復(fù)制以及陣列等方法創(chuàng)建基礎(chǔ)實(shí)體特征;③靈活選用標(biāo)注和約束參照，繪制二維草繪設(shè)計(jì)圖。
2 關(guān)鍵零件的三維實(shí)體建模
對(duì)齒輪的各個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，利用機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，在建立好的齒頂圓基礎(chǔ)上拉伸實(shí)體，然后草繪基圓弧線，使用“關(guān)系”參數(shù)驅(qū)動(dòng)生成漸開線，在“可變剖面掃描”環(huán)境中，鏡像后，切出齒槽部分生成單側(cè)齒面，最后建立“關(guān)系”即可在輸入齒輪主要參數(shù)的形式下生成不同齒數(shù)的齒輪，最后陣列前面所做操作，即可得到齒輪。
2.1輸入斜齒輪主要參數(shù)
PRESSURE-ANGLE(壓力角)
BETA=HELIX-ANGLE(螺旋角)
FACE_WIDTH NUMBER(齒輪寬)
PRESSURE_ANGLE NUMBER (壓力角)
MODULE NUMBER(模數(shù))
TOOTH_NUMBER NUMBER (齒數(shù))
2.2 間接生成的主要參數(shù)部分
DF=DAM_PITCH-1.157*MODU-LE(齒根圓直徑)
DA=DAM_PITCH+1*MODULE(齒頂圓直徑)
TOOTH_THICK_ON_PITCH =CIRCULAR_PITCH/2
CIRCULAR_PITCH = PI*MODULE(齒距)
DB=DAM_PITCH*COS(PRESSURE_ANGLE)(基圓直徑)
D=TOOTH_NUMBER*MODULE;(節(jié)圓直徑)
ANG_TOOTH_SPACE=360/TOOTH_NUMBER-
ANG_TOOTH_TH
ANG_TOOTH_THICK=TOOTH_THICK_ON_BASE/
DAM _BASE*360/(2*PI)
TOOTH_THICK_ON_BASE=DAM_BASE*(TOOTHE_ THICK_ON_PITCH/(DAM_PITCH)+INV_PHI)
INV_PHI=TAN(PRESSURE_ANGLE)-PRESSURE_
ANGLE*2*PI/360
2.3 漸開線方程 笛卡爾坐標(biāo)系漸開線方程：
R=DB/2
THETA=T*45
X=R*COS(THETA)+R*SIN(THETA)*THETA*PI/180
Y=R*SIN(THETA)-R*COS(THETA)*THETA*PI/180
Z=0
2.4 以關(guān)系驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)圓
HA=(HAX+X)*MN(齒頂高)
HF=(HAX+CX-X)*MN(齒根高)D=MN*Z/COS(BETA)
DA=D+2*HA
ALPHA_T=ATAN(TAN(ALPHA)/COS(BETA))(壓力角)
DB=D*COS(ALPHA_T)
DF=D-2*HF
3 主軸箱的運(yùn)動(dòng)模型裝配
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模塊是Pro/E中各個(gè)零件通過(guò)裝配模塊組裝成一個(gè)完整的機(jī)構(gòu)以后，設(shè)計(jì)師在Pro/E中直接啟動(dòng)該模塊，根據(jù)設(shè)計(jì)意圖定義機(jī)構(gòu)中的連接，設(shè)置伺服電動(dòng)機(jī)，然后運(yùn)行該機(jī)構(gòu)，觀察機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動(dòng)軌跡和各零件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以檢測(cè)機(jī)械的干涉情況。
3.1 連接的設(shè)置
連接的建立過(guò)程需要配合“約束”取限制主體的某些自由度，而常規(guī)的裝配則限制了原組建所有的自由度。如圖1所示。剛性：6個(gè)自由度被完全限制，受剛性連接的元件屬于同一主體。
3.2 齒輪連接設(shè)置
齒輪裝配是以軸的位置定位的，所以齒輪齒面的嚙合面并不確定，故首先設(shè)置齒輪的嚙合面，這里是利用間接連接，先使用“凸輪”連接，使兩個(gè)齒面嚙合后，再將“凸輪”連接刪除，然后在傳遞轉(zhuǎn)矩的兩個(gè)齒輪間設(shè)置“齒輪”連接，同時(shí)輸入節(jié)圓直徑，這樣齒輪的裝配就完整了。
4 定義伺服電動(dòng)機(jī)
伺服電動(dòng)機(jī)可以為機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動(dòng)。通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)及平移運(yùn)動(dòng)。在總裝配中，把伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)置于與離合器連接接受電傳動(dòng)傳遞轉(zhuǎn)矩的主動(dòng)軸上，通過(guò)“輪廓選項(xiàng)卡”能夠指定伺服電動(dòng)機(jī)的位置、速度和加速度設(shè)置電動(dòng)機(jī)參數(shù)。設(shè)置參數(shù)如圖4、圖5所示。
5 運(yùn)行機(jī)構(gòu)
點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)分析”按鈕后，在這里可以設(shè)置運(yùn)動(dòng)分析時(shí)間，仿真運(yùn)動(dòng)播放速度，電動(dòng)機(jī)選擇等。
在Pro/Mechanism中測(cè)量對(duì)模型各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，如不符合要求，則重新建立模型，再次進(jìn)行仿真、分析，直至模型達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。
由仿真、分析結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)再仿真，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求，接著進(jìn)行各部分功能細(xì)化，機(jī)床樣機(jī)主軸最終定型。如圖6所示。
6 小結(jié)
本文借助Pro/E的三維仿真技術(shù)，通過(guò)對(duì)數(shù)字化模型的分析提早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷并加以修改，大大縮短了新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。特性的仿真分析而不用投入大量的人力、財(cái)力，直接在數(shù)字化模型上進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)及材料進(jìn)行產(chǎn)品試制，有效節(jié)約了生產(chǎn)成本?？傊?，從建立模型、裝配到仿真分析的全過(guò)程，應(yīng)用仿真技術(shù)對(duì)簡(jiǎn)化機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)起到了事半功倍的效果，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)主軸箱樣機(jī)的設(shè)計(jì)。
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