機械設計畢業(yè)論文--車銑加工中心床頭箱

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　車銑加工中心是高速度、高精度、高效率、復合化加工機床。該種機床用途廣泛、工藝先進、生產(chǎn)高效、加工精密，廣泛應用于軍工、航天、造船、核電、高速鐵路等領域；車銑復合功能的數(shù)控機床是近年來適應產(chǎn)品復雜化和生產(chǎn)的高效率要求而發(fā)展很快的機種，可實現(xiàn)復雜零部件一次裝夾，完成全部加工工序，可以大幅提高生產(chǎn)效率和加工精度。本文在分析了車銑加工

2、中心床頭箱的結(jié)構(gòu)與工作原理的基礎上，利用UG對車銑加工中心床頭箱進行了虛擬設計，包括車銑加工中心結(jié)構(gòu)分析、零部件的建摸、虛擬裝配。</p><p>　　關鍵詞：車銑加工中心；床頭； 三維建模；UG </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><

3、p>　　1.1 國內(nèi)外車銑加工中心現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 車銑加工中心各軸的運動原理及實現(xiàn)2</p><p>　　1.3 車銑加工中心的優(yōu)勢4</p><p>　　1.4 課題研究背景和意義5</p><p>　　2 車銑加工中心床頭箱的結(jié)構(gòu)與工作原理7</p><p>　　2.1

4、 車銑加工中心主軸傳動概況7</p><p>　　2.2 車銑加工中心床頭箱的結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.3 車銑加工中心床頭箱的工作原理9</p><p>　　2.4 車銑加工中心床頭箱的基本參數(shù)9</p><p>　　3 車銑加工中心主軸箱的三維設計11</p><p>　　3.1 UG軟

5、件的簡介以及特點11</p><p>　　3.2 UG軟件的主要功能12</p><p>　　3.3 車銑加工中心床頭箱結(jié)構(gòu)分析13</p><p>　　3.4 UG進行設計的過程和方法14</p><p>　　4 車銑加工中心床頭裝配設計以及爆炸視圖22</p><p>　　4.1 裝配體的設計方

6、法22</p><p>　　4.2 UG虛擬裝配的裝配過程22</p><p>　　4.3 UG的爆炸視圖的過程25</p><p><b>　　總結(jié)28</b></p><p><b>　　致謝29</b></p><p><b>　　參考文獻30

7、</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 國內(nèi)外車銑加工中心現(xiàn)狀</p><p>　　車銑加工中心是在數(shù)控車床基礎上發(fā)展起來的加工中心。以車削為主要加工方式，同時具備強大的鉆、鏜、銑、攻絲等加工功能．因此它可用來加工形狀很復雜的混合體零件，如空間孔、空間外型等。實現(xiàn)了在一臺機床上完成多種

8、不同工藝方法的多工序加工,如同一臺數(shù)控車床和一臺中小型加工中心的復合加工。目前，德國的Aachen工業(yè)大學和Darmstadt工業(yè)大學都設有專門從事車銑技術研究的研究中心。1982年，奧地利林茨機床公司(WFL)開發(fā)出全世界第一臺車銑數(shù)控專用機床——WVC500S車銑加工中心。20多年來經(jīng)過不斷努力，2002年WFL推出了新一代Millturn M40和M40-M數(shù)控車銑復合機床，該加工中心已經(jīng)可以實現(xiàn)車削、銑削、鏜孔加工、插齒滾齒等多

9、種加工[1-3]。</p><p>　　奧地利的WFL公司是車銑技術行業(yè)的開拓者，日本復合加工機開始于20世紀70年代末80年代初,目前德國和瑞士的機床精度最高，綜合起來， 德國的水平最高，日本的產(chǎn)值最大、全球市場占有率最高。</p><p>　　在國內(nèi)，“十五”期間，通過國家相關的政策的支持，包括沈陽機床在內(nèi)的國內(nèi)機床行業(yè)通過自主創(chuàng)新、合作開發(fā)、等手段，在中高檔及大型數(shù)控機床關鍵技術研究

10、方面有了較大突破。</p><p>　　我們在車銑復合加工機床成功取得多方面取得了些突破，例如：攻克了動力驅(qū)動單元、大直徑大通孔的高速強力主軸、刀架、機床熱平衡、精度補償?shù)榷囗楆P鍵技術，主傳動兼顧了大扭矩輸出和高速輸出，動力刀具主軸的設計也實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速與大扭矩的兼顧，Y/B軸部分的設計功能更完善，剛性更高，尾臺的設計充分考慮剛性及高的自動化和安全性，高性能車銑復合機床的刀庫及機械手換刀裝置為完全自主知識產(chǎn)權(quán)。開發(fā)

11、出五軸車銑復合加工中心并完成了系列化、規(guī)格化產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)。主軸最高轉(zhuǎn)速7000r/min，可滿足形狀復雜的大型回轉(zhuǎn)體零件加工要求，如飛機發(fā)動機主軸、起落架、船用發(fā)動機活塞、增壓器蝸桿差速換向器、螺旋葉片合裝的高速高效加工等。</p><p>　　沈陽機床上個世紀末開始至今，通過自主開發(fā)設計，完善形成了車削直徑400mm到1250mm，具有臥式五軸五聯(lián)動功能的車銑加工中心系列，它是一種集成了車、銑、鉆、鏜、攻絲

12、等功能于一臺設備上的高柔性機床，對于一些形狀復雜、精度要求高的異形回轉(zhuǎn)體零件可在一次裝夾中完成全部或大部分工序的加工，既可保證精度，又可提高效率、降低成本。</p><p>　　2004年沈陽機床全套引進了德國SCHIESS大型立車及立式車銑加工中心圖紙及工藝，并在德國專家的協(xié)助下，形成了從車削直徑1200mm到10000mm，載重幾噸到百噸以上的全系列的大型立式車銑加工中心。</p><p&

13、gt;　　此類機床主要用于軍工產(chǎn)品。發(fā)電設備、造船、風機。航空航天、交通運輸?shù)刃袠I(yè)，加工各種精度高、工序多、形狀復雜大型盤類零件。使用該機床可以節(jié)省工藝裝備、縮短生產(chǎn)準備周期、保證零件加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　1.2 車銑加工中心各軸的運動原理及實現(xiàn)</p><p>　　五坐標是指在三個平動坐標軸基礎上增加兩個轉(zhuǎn)動坐標軸(A，B或A，C或B，C)且五個軸可以聯(lián)動。由于

14、具有兩個轉(zhuǎn)動軸，五坐標機床可以有很多種運動軸配置方案，但它們可以歸于如下三大結(jié)構(gòu)類型：</p><p><b>　　(1)刀具擺動型</b></p><p>　　這種結(jié)構(gòu)類型是指兩個轉(zhuǎn)動軸都作用于刀具上，由刀具繞兩個互相正交的軸轉(zhuǎn)動以三元整體葉輪的幾何造型與五坐標數(shù)控加工使刀具能指向空間任意方向。由于運動是順序傳遞的，因而在兩個轉(zhuǎn)動軸中，有一個的軸線方向在運動過程中始

15、終不變，成為定軸，而另一個的軸線方向則是隨著定軸的運動而變化，成為動軸(動軸緊靠刀具)。對于定、動軸的配置，理論上存在A-B，A-C，B-C，B-A，C-A和C-B等六種組合情況。但由于在A-C，B-C的情況下動軸軸線與刀具軸線平行而沒有意義，因此定、動軸的運動配置主要是A-B，B-A，C-A和C-B四種，這類機床的主要特點是擺動機構(gòu)結(jié)構(gòu)較復雜，一般剛性較差，但其運動靈活，機床使用操作(如裝卡工件)較方便。</p><

16、;p>　　(2)工作臺回轉(zhuǎn)／擺動型</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)類型是指兩個轉(zhuǎn)動軸都作用于工件上，根據(jù)運動的相對性原理，它與由刀具擺動產(chǎn)生的效果在本質(zhì)上是一樣的。這種結(jié)構(gòu)也是定、動軸結(jié)構(gòu)，只是其動軸緊靠工件。對于其定、動軸的配置，理論上也有A-B， A-C，B-C，B-A,C-A和C-B六種組合情況。但由于此時的定軸到刀具間只存在平動，因而選C軸作為定軸將不能改變刀具軸線的方向而失去意義，因此該類型的定、動

17、軸的運動配置分類是A-B，A-C，B-C，B-A四種，而且A-B，A-C，B-A，B-C實質(zhì)上也可看成是等效的結(jié)構(gòu)(初始狀態(tài)不同)。這類機床的主要特點是其旋轉(zhuǎn)，擺動工作臺剛性容易保證、工藝范圍較廣，而且容易實現(xiàn)。但由于工件要隨工作臺在空間擺動，因此這種結(jié)構(gòu)主要適合于中小規(guī)格的機床用于加工體積不大的零件。</p><p>　　(3)刀具與工作臺回轉(zhuǎn)，擺動型</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)類型是

18、指刀具與工件各具有一個轉(zhuǎn)動運動。這種結(jié)構(gòu)不是定、動軸結(jié)構(gòu)，兩個回轉(zhuǎn)軸在空間的方向都是固定的。對于其兩個轉(zhuǎn)動軸的配置情況，若按先工件后刀具的順序，則理論上也有A-B，A-C，B-A，B-C,C-A和C-B六種組合情況．顯然，刀具繞其轉(zhuǎn)動的軸不能取為平行于C，否則同樣將因不能改變刀具軸線的方向而失去意義。因此該類型機床中的兩個轉(zhuǎn)動軸的配置情況是A-B,B-A,C-A和C-B四種。這類機床的特點介于上述兩類機床之間。對于五坐標機床，不管是哪種

19、類型，由于他們具有兩個回轉(zhuǎn)坐標，相對于靜止的工件來說，其運動合成可使刀具軸線的方向在一定的空間內(nèi)(受機構(gòu)結(jié)構(gòu)限制)任意控制，從而具有保持最佳切削狀態(tài)及有效避免刀具干涉的能力，因此，五坐標加工又可以獲得比四坐標加工更廣的工藝范圍和更好的加工效果，特別適宜于大型或直母線類零件的高效高質(zhì)量加工以及異型復雜零件的加工。</p><p>　　常見的5軸數(shù)控機床或加工中心結(jié)構(gòu)，主要通過5種技術途徑實現(xiàn)。</p>

20、<p><b>　　(1)雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　采用復合A(B)、C軸回轉(zhuǎn)工作臺，通常一個轉(zhuǎn)臺在另一個轉(zhuǎn)臺上，要求兩個轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心線在空間上應能相交于一點。</p><p><b>　　(2)雙擺角結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　裝備復合A、回轉(zhuǎn)擺角的主軸頭，同樣要求兩個擺角回轉(zhuǎn)中心線在空間

21、上應能相交于一點。雙擺角結(jié)構(gòu)將5軸數(shù)控機床列為國家戰(zhàn)略物資嚴格管理，在大型龍門式數(shù)控銑床上也得到了較多應用。</p><p>　　(3)回轉(zhuǎn)工作臺+擺角頭結(jié)構(gòu)</p><p>　　(4)復合A(B)C回轉(zhuǎn)軸電主軸頭結(jié)構(gòu)</p><p>　　復合電主軸頭通常帶C回轉(zhuǎn)坐標360°，A(B)坐標旋轉(zhuǎn)一定范圍。在大型龍門移動式加工中心或銑床上得到最為廣泛的應用。&

22、lt;/p><p>　　(5)回轉(zhuǎn)工作臺+工作臺水平傾斜旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)</p><p>　　在一些緊湊型5軸數(shù)控加工中心上得到應用，適合加工一些中小型復雜零件?？梢姡?軸數(shù)控機床結(jié)構(gòu)相對復雜，制造技術難度大，因而造價高。5軸數(shù)控機床和3軸數(shù)控機床最大區(qū)別在于：軸數(shù)控機床在其連續(xù)加工過程中可連續(xù)調(diào)整刀具和工件聞的相對方位。5軸數(shù)控機床已成為加工連續(xù)空間曲線和角度變化的3D空間曲面零件的同義詞，通常要求

23、配置更為先進與復雜的5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和先進的編程技術。</p><p>　　1.3 車銑加工中心的優(yōu)勢</p><p>　　車銑中心的優(yōu)勢可以概括為：一次裝夾，集成加工，精度高，產(chǎn)品轉(zhuǎn)型、更新?lián)Q代方便。</p><p>　　(1)一次裝夾：沒有基準轉(zhuǎn)換，減少裝夾，減少輔助時間。</p><p>　　(2)集成加工：在一臺機床上完成全部車、銑

24、、鉆、鏜、鉸、攻絲等全部加工，減少設備和人員。</p><p>　　(3)精度高：由于一次裝夾，沒有基準轉(zhuǎn)換，所以加工精度容易保證，尤其對于有形狀和位置公差要求的零件更有必要。</p><p>　　(4)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型、更新?lián)Q代方便：車銑加工中心的集成化高精度的加工技術，以及大容量的刀具和快捷的換刀方式，使其具有高柔性。當用戶根據(jù)市場需求，準備將產(chǎn)品轉(zhuǎn)型或更新?lián)Q代時，不必更換設備，只需更換刀具既

25、可，可以節(jié)約資金和時問。更重要的是，可以抓住瞬間即逝的機會和市場，贏得競爭的主動。</p><p>　　圖1.1所示為印刷桶，這是一個比較典型的，可以發(fā)揮車銑中心優(yōu)勢的零件，此零件以回轉(zhuǎn)體為主導形狀，增添了平面、曲面和斜平面以及鍵槽、孔等鏜、銑，鉆工序?？梢栽谲囥娭行纳弦淮窝b夾，全部加工完成。由于是一次裝夾、車削棒料和銑削大U形槽是沿著同一個導軌做軸向移動。所以U形槽的兩側(cè)面與軸心線的平行度可以得到保證。而其對于

26、軸心線的對稱度則由C軸的補償功能保證。</p><p>　　圖1.1和圖1.2為在車銑中心上加工印刷桶的部分工序示意圖：</p><p>　　首先利用車銑中心的車削功能車削棒料(圖1.2)；其次，利用C軸、Y軸和Z軸、X軸銑削大U形槽及10°斜邊；最后，利用C軸、X軸進行鏜孔加工。</p><p>　　如果不用車銑中心，加工此零件則需要一臺車削中心和一臺立

27、式數(shù)控鏜銑床。這種方案的缺點是：至少需要配置兩臺機床，占地面積增加，人員增加，裝夾具增加；不能一次裝夾，全部加工完成，U形槽的兩側(cè)面與軸心的平行度和對軸心線的對稱度不易保證。一旦產(chǎn)品更新?lián)Q代，原有的設備極有可能失去作用，需要另增加設備。</p><p>　　圖1.1 印刷桶樣品</p><p>　　圖1.2 車銑加工中心車削印刷桶的棒料</p><p>　　1.4

28、 課題研究背景和意義</p><p>　　車銑加工中心可用于加工許多型面復雜的特殊關鍵零件，對航空、航天、船舶、兵器、汽車、電力、模具和醫(yī)療器械等制造業(yè)的快速發(fā)展，對改善和提升諸如飛機、導彈，發(fā)動機、潛艇及發(fā)電機組、武器等裝備性能都具有非常重要的作用。車銑加工中心已成為裝備制造業(yè)和先進國防武器裝備產(chǎn)品快速研發(fā)與實現(xiàn)的關鍵基礎性設備。因此，西方工業(yè)發(fā)達國家都將五軸數(shù)控機床列為國家戰(zhàn)略物資嚴格管理，限制出口到發(fā)展中國

29、家。</p><p>　　正是在這一大的背景下，“十一五” 時期 ，我國用于國防裝備領域的技改投入約有2500億，我國國防工業(yè)將步入快速發(fā)展軌道，如此巨額的技改需求將進一步帶動制造裝備采購需求的快速增長。軍工行業(yè)技改力度加大，對機床需求持續(xù)增長，航空、航天以及軍工企業(yè)由于大多建廠早，設備老舊狀態(tài)嚴重，企業(yè)的裝50～60年代產(chǎn)品占列設備的60～70％，90年代之后的設備僅有15％左右。軍工行業(yè)進入設備更新周期，隨著

30、國民經(jīng)濟的日益強大，航空航天以及軍事工業(yè)也正發(fā)生著巨大變化，為了全面提高生產(chǎn)能力和科研能力，l0大軍工集團均啟動了一大批技術改造項目以求改變目前的裝備狀況， 該領域?qū)Ω叨藱C床需求持續(xù)增長。</p><p>　　航空航天工業(yè)“十一五”期間航天器及運載火箭的發(fā)射將更為頻繁，同時載荷的提升與更高的技術質(zhì)量要求，將推動相關設備更新需求的快速擴大。航空航天工業(yè)在新世紀對機床的需求，可概括為：高速、多軸、精密、大型，40％～

31、50％為五軸聯(lián)動，用于精密、復雜零件加工。</p><p>　　我們在車銑加工中心成功取得多方面取得了些突破，解決了部分關鍵的技術問題。例如：攻克了動力驅(qū)動單元、大直徑大通孔的高速強力主軸、刀架、機床熱平衡、精度補償?shù)榷囗楆P鍵技術，主傳動兼顧了大扭矩輸出和高速輸出，動力刀具主軸的設計也實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速與大扭矩的兼顧，高性能車銑加工中心的刀庫及機械手換刀裝置為完全自主知識產(chǎn)權(quán)。</p><p>

32、　　2 車銑加工中心床頭箱的結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p>　　2.1 車銑加工中心床頭傳動概況</p><p>　　數(shù)控機床床頭部件是機床的核心部件，它的性能好壞直接影響機床的加工精度。數(shù)控機床床頭箱主要包括電動機、傳動系統(tǒng)和床頭部件，主要用來實現(xiàn)機床的主運動。它應具有一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，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，并能方便地實現(xiàn)運動的開停

33、、變速、換向和制動等[4-11]。</p><p>　　與普通機床相比，數(shù)控機床的主傳動采用交、直流主軸調(diào)速電動機。電動機調(diào)速范圍大，并可無級調(diào)速，使床頭箱結(jié)構(gòu)大為簡化。為了適應不同的加工需要，數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)有以下3種傳動方式：</p><p>　?。?）由電機直接驅(qū)動</p><p><b>　　（2）采用定比傳動</b></p&

34、gt;<p>　?。?）采用分檔變速傳動</p><p>　　數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的基本要求：</p><p>　　(1)主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動，以滿足機床的運動要求；</p><p>　　(2)主電動機具有足夠的功率，全部機構(gòu)和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求；</p>

35、;<p>　　(3)主傳動的有關結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗振性，熱變形和噪聲要小，傳動效率要高，以滿足機床的工作性能要求；</p><p>　　(4)操縱靈活可靠，調(diào)整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求；</p><p>　　(5)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟性要求。</p><p>　　2.2 車銑加工中心床頭

36、箱的結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2.1為車銑加工中心的樣機圖，圖2.2為整機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，圖床身為45°傾斜型式采用直線滾動導軌，提高了機床的鋼性和部件運動平穩(wěn)性。尾臺在床身上可實現(xiàn)程序控制。</p><p>　　主軸結(jié)構(gòu)采用精密雙列圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸球軸承的組和型式。實現(xiàn)高剛性﹑高轉(zhuǎn)速﹑高精度。C軸可實現(xiàn)插補功能。最小進給單位0.001°,重復定位精度10

37、"。銑頭主軸可實現(xiàn)精確定位，帶有刀庫，通過機械手換刀，完成車﹑銑﹑鉆鏜﹑攻絲等不同工序的加工。</p><p>　　圖2.1 車銑加工中心的樣機圖</p><p>　　圖2.2 整機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　圖2.3為車銑加工中心的床頭箱的剖視圖。</p><p>　　圖2.3 銑加工中心的床頭箱的剖視圖</p>

38、;<p>　　2.3 車銑加工中心床頭箱的工作原理</p><p>　　車銑加工中心是我校與沈陽第一機床廠合作研制的新產(chǎn)品。該機床是車床與銑床機術的最佳結(jié)合。配置法國NUM1060系統(tǒng)。實現(xiàn)五軸控制。一次裝卡可完成許多種高難度復雜工件的加工。包括車﹑銑﹑鉆﹑鏜﹑攻絲并可利用車銑合成運動完成復雜空間曲面的加工。它是高效率﹑高精度﹑復雜﹑多品種中小批量零件加工的理想設備。</p><

39、;p>　　車銑加工中心床頭箱的工作原理，可分為車削加工和銑削加工兩個部分，下面分別加以說明。</p><p>　　當鎖緊套沒有鎖在齒形帶輪上時，電動機帶動齒形帶輪旋轉(zhuǎn)，齒形帶輪和連接套相連，連接套與主軸相連，帶動主軸旋轉(zhuǎn)。油壓通過回轉(zhuǎn)油缸控制拉桿收縮，拉桿控制卡盤卡緊，此時工件旋轉(zhuǎn)，加工中心進行車削加工。</p><p>　　當油壓缸控制將鎖緊套推出，齒形帶輪被鎖緊套夾緊，與此同時與

40、齒形帶輪相連接的電機斷電，主軸停止旋轉(zhuǎn)，液壓控制卡盤夾緊工件，加工中心此時作銑削加工。</p><p>　　2.4 車銑加工中心床頭箱的基本參數(shù)</p><p>　　車銑加工中心床頭箱的主要技術參數(shù)如表2.1：</p><p>　　表2.1 機床的主要技術參數(shù) </p><p>　　3 車銑加工中心主軸箱的三維設

41、計</p><p>　　3.1 UG軟件的簡介以及特點</p><p>　　UG是美國UG公司開發(fā)的三維CAD產(chǎn)品，在操作平臺上基于Windows，在技術內(nèi)核上基于先進的Parasolid圖形語言平臺，因而在使用的方便性和技術的先進性兩方面均趨于完美。UG在國際上得到了廣泛的應用，不僅擁有眾多的用戶，而且擁有中端三維CAD領域最多的第三方軟件提供商。因此，采用UG是中小型企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)

42、信息化和自動化的最佳途徑之一[12-13]。</p><p>　　UG有如下四個特點：</p><p>　　1、用戶界面采用典型的Windows軟件風格，操作上十分方便，對于初學者，如果具有Windows軟件應用的經(jīng)驗，可以迅速地掌握UG的基本應用。</p><p>　　2、擁有多種加速產(chǎn)品設計的功能特點，如支持在零件上進行特征的動態(tài)變化和復制等。這些功能特點可以激

43、發(fā)用戶在枯燥的產(chǎn)品設計中的激情。在功能界面的配置上，UG在最近的幾個版本中進行了細致的調(diào)整，將工作區(qū)域分為圖形區(qū)與控制區(qū)，提供了豐富的操作反饋信息，充分合理地顯示操作過程，減少了界面轉(zhuǎn)換和鼠標移動次數(shù)，這些都極大地提高了用戶操作效率。</p><p>　　3、擁有最為豐富的第三方支持軟件。UG作為中端CAD軟件的領先者，同時提供了方便的二次開發(fā)環(huán)境和開放數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此UG逐漸成為中端工程應用的通用CAD平臺，在世

44、界范圍內(nèi)有數(shù)百家公司基于UG開發(fā)了相關的工程應用系統(tǒng)，包括制造、分析、產(chǎn)品演示、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等方方面面。UG為企業(yè)今后廣泛的工程應用提供良好的基礎平臺，用戶不必擔心走入“技術發(fā)展的死胡同”。</p><p>　　4、對于中文的廣泛支持。在所有的國外三維CAD軟件中，UG提供了最為優(yōu)秀的中文支持，不僅提供中文的界面和幫助信息，并且提供了對GB的支持?？梢钥闯鯱G對中國市場十分重視，這對于習慣使用中文的用戶而言，可真實莫

45、大的福音。</p><p>　　3.2 UG軟件的主要功能</p><p>　　1、UG是近年來繼Autocad之后出現(xiàn)且得到迅速推廣應用的三維設計軟件，主要包含三個模塊：零件裝配體，工程圖。三個模塊完全相關，改變其中任意一個其他模塊自動改變。它本身是一款參數(shù)化建模軟件。具有豐富的零件實體建模功能，能進行變量化的草圖輪廓繪制，并能自動進行動態(tài)約束檢查。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、抽殼、特征

46、陣列以及打孔等操作，更簡便地實現(xiàn)機械產(chǎn)品的開發(fā)設計。通過帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動可控的相關操作能生成形狀復雜的構(gòu)造曲面，可以直觀地對曲面進行修剪、延伸、倒角和縫合等操作。所有特征都可根據(jù)需要改變尺寸。并有動態(tài)的形狀變化可以預覽?？蓪崿F(xiàn)變半徑倒圓、指定區(qū)域倒圓和圓角過渡。在屏幕左側(cè)顯示的特征樹，可直觀有效地管理整個設計過程，隨意地改變零件的形狀和設計意圖：可以進行特征的拖動、剪貼和換序；可以把一個窗口零件上的某些特征剪切、復制到

47、另一窗口的零件上。當設計完成的零件被其他設計人員調(diào)用時，能夠很快地通過特征樹了解此設汁意圖和設計過程，并可以按自己的設計思想進行修改。</p><p>　　2、機械產(chǎn)品的設計模式逐漸由二維發(fā)展到三維設計。</p><p>　　機械產(chǎn)品設計就是根據(jù)使用要求確定產(chǎn)品應該具備的功能，構(gòu)思出產(chǎn)品的工作原理、運動方式、力和能量的傳遞、結(jié)構(gòu)形狀、所用材料等內(nèi)容，經(jīng)過幾何模型定義，將其轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)據(jù)，

48、對其進行數(shù)據(jù)處理和工程分析。計算，再進行修改，詳細設計，轉(zhuǎn)化為具體的描述最后編制全部設計文件和輸出工程圖。它要經(jīng)過“設計一評價一再設計”的反復迭代，不斷的優(yōu)化，設計制造周期長且成本高。二維CAD著眼于完善產(chǎn)品的幾何描述能力。而三維設計是著眼于更好表達產(chǎn)品完整的技術和生產(chǎn)管理信息。使得一個工程項目的設汁和生產(chǎn)準備各環(huán)節(jié)可以并行展開。設計人員的操作對象是產(chǎn)品的功能要素，建立的產(chǎn)品模型容易為別人理解和組織生產(chǎn)，從產(chǎn)品的造型、構(gòu)思、方案的確定。

49、結(jié)構(gòu)分析到加工過程的仿真，系統(tǒng)隨時保證用戶能夠觀察、修改中間結(jié)果，進行實時編輯處理，設計的圖樣更容易修改。而且三維設計可方便地設計出所見即所得的三維實體產(chǎn)品模型，進行裝配和干涉檢查，在做出成品之前就可以模擬實物零件進行裝配及測試。促進設計工作的規(guī)范化、系列化、標準化，提高設計質(zhì)量。縮短設計周期，降低設計成本，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，因此三維設計在工業(yè)領域的應用越來越普及。 </p><p>　　3、UG參數(shù)化設計

50、的原理 </p><p>　　參數(shù)化設計是指零件或部件的形狀比較定型，用一組參數(shù)約束該幾何圖形的一組結(jié)構(gòu)尺寸序列，參數(shù)與設計對象的控制尺寸有顯式對應，當賦予不同的參數(shù)序列值時，就可驅(qū)動達到新的目標幾何圖形，其設計結(jié)果是包含設計信息的模型。參數(shù)化為產(chǎn)品模型的可變性、可重用性、并行設計等提供了手段，使用戶可以利用以前的模型 方便地重建模型。并可以在遵循原設計意圖的情況下方便地改動模型，生成系列產(chǎn)品，大大提高了設計

51、效率。用UG進行參數(shù)化設計，只需將某系列的零件設計成一個模型，在模型上標注尺寸，尺寸線可以看 成一個有向線段，上面的尺寸數(shù)字就是參數(shù)名，其方向反師，主要從事機械制圖工作。映了幾何數(shù)據(jù)的變動趨勢，長短反映了參數(shù)現(xiàn)值，這樣就建立了幾何實體和參數(shù)問的關系，由用戶輸入的參數(shù)名找到對應的實體，進而根據(jù)參數(shù)值對實體進行編輯修改，以得到新的模型，實現(xiàn)參數(shù)化設計。許多機械零件的形狀結(jié)構(gòu)具有共同特征，只是在相對大小或局部特征上存在一定的差異．如果能夠通

52、過—個模板模型衍生出不同的模型，就會大大提高設計效率。參數(shù)化設計是將系列化、通用化和標準化的定型產(chǎn)品中隨產(chǎn)品規(guī)格不同而變化的參數(shù)用相應的變量代替，通過對變量的修改，從而實現(xiàn)同類</p><p>　　3.3 車銑加工中心床頭箱結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　由圖3.1可以看出，車銑加工中心主軸箱主要由主軸及主軸上相關的零件、箱體、編碼器相關零件和一些標準件組成的。</p>&l

53、t;p>　　主軸的高速旋轉(zhuǎn)直接通過電機和主軸上帶輪的連接所產(chǎn)生。當鎖緊套松脫時，電機帶動帶輪，主軸產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，油缸通過液壓控制拉桿控制卡具的夾緊和松開，此時編碼器通過皮帶輪之間的連接來記錄主軸轉(zhuǎn)速。支架與箱體通過螺釘固定在一起，承擔主軸大部分彎矩，剩余的小部分彎矩由主軸上相關零件如軸承、軸套等承受。并應用迷宮密封、法蘭盤等密封主軸、軸承、箱體間的間隙，使?jié)櫥好芊庠谥鬏S箱內(nèi)。</p><p>　　圖3.1

54、 車銑加工中心的床頭箱結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.4 UG進行設計的過程和方法</p><p>　　應用UG獨特的基于特征的零部件建模功能，使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、筋、放樣和掃描、陣列特征和鉆孔輕松設計零件的三維實體，并在此過程中完善、修改其形狀和尺寸，進一步優(yōu)化設計。同樣的形體，建模方式有多種，在實際設計時，要考慮到設計變量的設定合理性及修改方便等方面因素來選定合理的建模方法。</p

55、><p>　　1、UG建模經(jīng)驗總結(jié)</p><p>　　UG建模經(jīng)驗總結(jié)如下：</p><p>　　(1)建模之前，應對模型建立的順序作大體通篇地考慮，尤其是對復雜模型（如主軸箱、主軸等），更應該周全地考慮好，先做什么，后做什么，用什么方法做，這對后序工作的完成有極其重要的影響；</p><p>　　(2)做重要步驟前，應先仔細檢查尺寸，防止出現(xiàn)

56、錯漏。如若有某部分尺寸遺漏或看錯，在其后所做的工作，可能會因該遺漏而造成全部報廢，從頭而來，浪費時間，影響了進度；</p><p>　　(3)對復雜模型，應該使三維實體建模與生成二維圖兩過程相結(jié)合。在空間不易檢查的尺寸，在二維圖能較準確的檢查，通過生成的二維圖可反過來檢查實體建模的正確與否，能及時發(fā)現(xiàn)存在的問題；</p><p>　　(4)建議做了一系列實體后應及時檢查參數(shù)，最好進行了一定

57、階段后由產(chǎn)品校對員協(xié)助檢查尺寸，以便及時發(fā)現(xiàn)問題進行糾正，避免導致重來，耽誤進度；</p><p>　　(5)做復雜零件應多做備份，進行了一定階段存一個新文檔，以備操作失誤造成文件丟失或損壞時可調(diào)用最近相鄰的文件重做。復雜零件應多做備份，待確實成功完成后再將前面已無用的備份刪除，這樣可避免很多問題發(fā)生。另外，勤做備份、勤存盤也有好處，當出現(xiàn)死機或誤操作退出等異常情況時，還可以馬上重新調(diào)入再做，不會讓心血白費。&l

58、t;/p><p>　　(6)應當針對實際遇到的問題多上機、多實踐，這樣才能了解更深入，發(fā)現(xiàn)其不常用的功能，有時能對解決問題起很大作用；</p><p>　　(7)經(jīng)常向別人請教，和他人討論，可開闊思路，有時可共同找到更佳的方法，不至于陷入思維定式；</p><p>　　(8)對解決不了的問題應及時做好記錄，以便能集中請教。對解決問題的方法也應及時記錄下來，以便日后查看。

59、如果條件允許的話，應與其他人進行經(jīng)驗交流，取長補短。</p><p><b>　　2、草圖的繪制</b></p><p>　　啟動UG2007，進入主窗口界面，準備對車銑加工中心床頭零件進行三維建模。如下圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 UG2007主窗口</p><p>　　草圖是一個平面輪廓，用于定義特征

60、的截面形狀、尺寸和位置等。UG中模型的創(chuàng)建都是從繪制二維草圖開始的，然后生成基體特征，并在模型上添加更多的特征。本文僅以建立數(shù)控銑床床身上一個零件法蘭盤為例進行介紹。</p><p>　　圖3.3 法蘭盤的二維CAD圖</p><p>　　根據(jù)法蘭盤的二維圖來建立法蘭盤的三維建模。首先點擊新建按鈕，會出現(xiàn)圖3.2中間部分的界面，選擇新建零件。進入后點擊“旋轉(zhuǎn)凸臺/基體”選項，然后選擇基準面

61、，這里以前視基準面為例。選擇之后會直接進入草圖繪制界面，利用界面上的“直線”、“矩形”選項以及“工具”中的“剪裁”、“延伸”選項可以確定草圖的截面形狀和位置，利用“智能尺寸”選項可以確定草圖的準確尺寸，完成后的草圖如圖3.4。</p><p>　　圖3.4 工作窗中的法蘭盤草圖圖形</p><p>　　3、三維實體模型的生成</p><p>　　UG中的建模一般是先

62、選擇模型的特征，然后在此特征下繪制草圖。例如如果零件是軸狀物或者箱體，就用拉伸凸臺特征；如果零件是圓環(huán)狀，就用旋轉(zhuǎn)凸臺特征。正如上面提到的法蘭盤是圓環(huán)狀零件，所以草圖是在旋轉(zhuǎn)特征下建立的。繪制完草圖之后直接選擇“退出草圖”選項會出現(xiàn)如圖3.5的界面。</p><p>　　圖3.5 點擊“退出草圖”后得到的圖形</p><p>　　由于零件是法蘭盤，所以要在零件上面打孔。先打的是通孔：先點擊

63、“拉伸切除”選項，然后選擇要打孔的平面，并在此平面上繪制草圖。由于六個孔是等距離圍繞圓的，因此繪制完草圖后點擊“工具”選項中的圓周陣列，即可得到下圖3.6。</p><p>　　圖3.6 圓周陣列之后的草圖</p><p>　　這時候點擊“退出草圖”會出現(xiàn)編輯“拉伸切除”特征的選項，因為是通孔，所以選擇“完全貫穿”。還是在同一個平面，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

64、致，但是在編輯拉伸切除特征的時候選擇的是給定深度，深度根據(jù)CAD圖定為11mm。如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 拉伸切除非通孔時所編輯的特征</p><p>　　因為法蘭盤上面還有螺紋孔，所以點擊特征中的“異型孔”會出現(xiàn)界面如圖3.8。</p><p>　　圖3.8 “異型孔”界面</p><p>　　根據(jù)法蘭盤零件的要求

65、，我們在“異型孔”見面中選擇螺紋孔的類型、位置、直徑和深度。點擊確定后出現(xiàn)一個螺紋孔。要圓周陣列實體，需要建立一個基準軸。點擊“參考幾何體”中的“基準軸”選項建立一個基準軸，之后點擊“圓周陣列”會出現(xiàn)界面如圖3.9。</p><p>　　圖3.9 實體圓周陣列界面</p><p>　　參數(shù)設置如圖3.9，點擊確定后此零件完成。如圖3.10。</p><p>　　圖

66、3.10 完成后的零件圖</p><p>　　按照上述的方法，根據(jù)CAD中二維圖的尺寸，對所有零件進行三維建模，直到將車銑加工中心床頭的所有零件的三維建模全部完成。</p><p>　　4 車銑加工中心床頭裝配設計以及爆炸視圖</p><p>　　裝配建模是虛擬裝配要面臨的首要問題，為裝配順序生成、裝配路徑規(guī)劃，可裝配性評價和裝配仿真等后續(xù)產(chǎn)品設計過程奠定基礎

67、。裝配對計算機硬件條件的要求高，并且應用也十分的廣泛。 </p><p>　　裝配建模就是建立產(chǎn)品的裝配模型，現(xiàn)代產(chǎn)品設計強調(diào)多學科小組協(xié)調(diào)、一體化和并行地進行產(chǎn)品及相關過程的設計，其中尤其注意早期概念設計階段的并行，要求產(chǎn)品裝配設計師應為后續(xù)過程提供豐富的信息，以便進行裝配工藝規(guī)程和可裝配性評價。因此，產(chǎn)品裝配建模時產(chǎn)品設計過程集成與并行的關鍵。</p><p>　　4.1 裝配體的設

68、計方法</p><p>　　UG是以三維模型為基礎的CAD 軟件。它以三維模型顯示零部件實體結(jié)構(gòu)形狀及裝配關系。UG的模擬裝配功能，即：將三維造型設計中構(gòu)建的零件模型依據(jù)零部件之間的連接方式、裝配關系，添加相應裝配約束(如同軸、平行、重合等)進行模擬裝配。在此過程中隨時檢查零部件之間是否有干擾和碰撞，并及時修改相關零件的結(jié)構(gòu)、尺寸。具體方法是首先要建立一個新的裝配體文件；將裝配體中用到的零部件文件依次插入到裝配體

69、文件中。然后，通過移動、旋轉(zhuǎn)等操作調(diào)整零部件方位以便于裝配。最后，添加配合關系使零部件有序排列成裝配體。具體操作時可以將所需零部件全部或部分插入后依次裝配，也可以插入一個裝配一個。</p><p>　　要進行數(shù)控車床的仿真加工，僅僅在UG下完成車床零件的實體建模是遠遠不夠的。零件圖表達的是單個的零件，而裝配體是由若干個零件所組成的部件。裝配體表達的是部件（或機器）的工作原理和裝配關系，它在進行設計、裝配、調(diào)整、檢

70、驗、安裝、使用和維修過程中都是非常重要的。</p><p>　　4.2 UG虛擬裝配的裝配過程</p><p>　　UG的裝配過程依然是以CAD的裝配圖（圖4.1）為基礎來完成的。</p><p>　　圖4.1 二維CAD的裝配圖</p><p>　　首先新建一個裝配圖，如圖3.2所示，選擇的是“裝配體”選項。之后會進入裝配的界面，在界面中

71、選擇“瀏覽”來插入零部件。如圖4.2。</p><p>　　圖4.2 裝配體界面</p><p>　　因為整個裝配體過于復雜，而裝配過程中所用到的最主要的配合是“同軸心”和“重合”，所以這里通過局部的裝配來展示裝配的過程。</p><p>　　“同軸心”，顧名思義，是應用于軸和孔之見的配合，例如軸承、法蘭盤和軸的配合或者是螺釘和螺孔的配合；而“重合”更多的是使面與面

72、通過重合在一起來完成裝配體中位置的固定。首先插入兩個零件,這里以主軸和密封圈零件為例，如圖4.3。</p><p>　　圖4.3 插入主軸和密封圈的裝配圖</p><p>　　插入之后點擊“配合”選項。先點擊“同軸心”選項，然后在配合中選中兩個零件的軸向面，如圖4.4。</p><p>　　圖4.4 同軸心配合之后</p><p>　　配合完

73、成后，可以在圖中看出兩個零件已經(jīng)套在一起。然后再點擊“重合”選項，并在配合選擇中選擇重合的兩個面，如圖4.5。</p><p>　　圖4.5 重合配合之后的圖</p><p>　　點擊確定之后可以發(fā)現(xiàn)兩個零件需要重合的面已經(jīng)重合到一起。</p><p>　　通過上述的方法可以把裝配體裝配到一起，得到車銑加工中心的主軸箱裝配體。</p><p>

74、;　　4.3 UG的爆炸視圖的過程</p><p>　　UG的爆炸視圖所要表現(xiàn)的是通過對裝配體的爆炸來得到車銑加工中心床頭的裝配順序。在爆炸過程中，需要重點考慮的就是爆炸的路徑以及零件爆炸的順序。爆炸設置的路徑要清晰明朗；而零件爆炸的順序要和實物中裝配的順序一致。這里也僅以上面的局部裝配為例。在裝配體裝配好之后，點擊“爆炸視圖”選項如圖4.6。</p><p>　　圖4.6 爆炸視圖的界

75、面</p><p>　　在設定選項中選擇要爆炸的零件，并設定要爆炸的方向，即X方向，如圖4.7。</p><p>　　圖4.7 爆炸視圖的路徑選擇</p><p>　　選擇爆炸方向之后設定爆炸距離，由于零件密封圈是有X軸的負方向裝入的，所以這里設定的距離是-1000mm，設定之后點擊“應用”選項之后會得到圖4.8，之后點擊“完成”，則爆炸視圖就完成了。</

76、p><p>　　圖4.8 爆炸視圖爆炸之后</p><p>　　利用上述的方法可以將裝配體爆炸，爆炸之后如圖4.9 。</p><p>　　圖4.9 車銑加工中心床頭的爆炸視圖</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本文主要應用三維工程軟件UG完成了對車銑加工中心的虛擬設計。加

77、工中心虛擬設計的內(nèi)容比較繁瑣，包括加工中心結(jié)構(gòu)分析、二維建模及虛擬裝配等方面。在設計過程中，探索出了一些比較實用有效的建模方法，例如二維向三維的轉(zhuǎn)化、特征成型方法、實體建模的復合建模技術、裝配建模等。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設計，我在掌握了車銑加工中心床身的基本結(jié)構(gòu)、功能及原理的同時，也掌握了如何利用三維軟件進行三維設計的設計思想及設計流程。利用UG完成車銑加工中心床頭箱主要零部件的三維化建模，方便結(jié)構(gòu)

78、的優(yōu)化與修改。同時對UG的建模方法進行探討，為同類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的三維建模提供了參考?；赨G對車銑加工中心床身虛擬裝配，在裝配過程中對結(jié)構(gòu)進行了靜干涉檢驗并確定了各零部件間的相對位置關系，進一步優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)。并通過爆炸視圖來模擬了裝配路徑的問題。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　從論文選題到收集材料，從寫稿到反復修改，期間經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛

79、苦和彷徨，在寫作論文的過程中心情是如此的復雜。如今，經(jīng)過三個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。</p><p>　　在這里首先我要感謝，非常感謝我的導師**老師。*老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料，到設計草案的確定和修改，中期檢查

80、，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是姜老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩姜老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 </p><p>　　其次要感謝，非常感謝**學長，作為碩士研究生的他在本次設計中對我的幫助很大，由于我對UG軟件的運用不是很熟練，杜學長在百忙之中教了我很多關于建模、裝配以及爆炸的經(jīng)驗

81、，同時對我的論文提出了許多寶貴的意見和建議。對學長的幫助表示真摯的感謝。 </p><p>　　然后還要感謝大學四年來所有的老師，為我們打下機械專業(yè)知識的基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會順利完成。并衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授！ </p><p>　　最后感謝我的母?！?*大學四年來對我的大力栽培。</p>

82、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 李宏勝編．現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的技術特點與發(fā)展趨勢．制造業(yè)自動化,2002,(11)</p><p>　　[2] 趙學編．逐點比較法多坐標聯(lián)動直線插補[J]甘肅工業(yè)大學學報，1996,(01)</p><p>　　[3] 沈建華，陳榮剛,嚴軍，張濤編．數(shù)控加工仿真系統(tǒng)[J]

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