1、 數控機床三維建模與設計摘 要 數控車床是裝有數字程序控制系統的自動化車床。其通過數字化信號由伺服系統對機床運動及加工過程進行控制，最終實現車床自動完成對零件的加工。與其他控制相比，數控的最大特點是運動的執行與程序的編制相互獨立。其集中了自動化機床、精密機床和通用機床的優點，具有高效率、高質量和高柔性的特點。計算機建模技術將機械設計的參數化應用于數控機床的設計與研究，以提高機床產品的質量，加快數控機床的更新換代。在傳統機械設計的基礎上，使用功能強大的Pro/e工程建模軟件建立數控機床主軸部件的實體模型，并模擬機床主軸部件的裝配過程、主傳動、換刀運動等過程，使設計者在制造樣機之前，及時發現設計過

2、程中潛在的缺陷，為下一步的設計提供良好的條件。關鍵字：計算機建模，參數化，數控機床，主軸部件，裝配過程，主傳動，換刀運動NUMERICAL CONTROL MACHINE THREE DIMENSIONAL MODELLING AND DESIGNABSTRACT Numerical control (NC) lathe is an automatic lathe that installed numerical program control system. It transmits numerical signal to control the machine tools movement

3、 and machining process by servo system, eventually realizes that it automatically completes to processing of parts. With NCs biggest characteristics that other control compare, Discharge movement and program mutually independent. It collects the advantages of automatic machine tools, precise machine

4、 tools and general purpose machine tools, having the characters of high-efficiency, high-quality and high-flexibility.The calculator is set up the mold technique to turn the parameter that the machine design to apply in the design and researches that the number control the tool machine, with the qua

5、ntity of the exaltation tool machine product, the renewal that speeds number to control the tool machine changes the generation. On the foundation that the traditional machine design, the strong engineering of Pro/ e of the usage function sets up the entity model that the mold software builds up num

6、ber to control the tool machine principal axis parts, and imitate the assemble process, lord of the tool machine principal axis parts to spread to move, change the knife the sport etc. process, make design is before make the kind machine, discovering to design the process in time in the latent blemi

7、sh, provide the good condition for the design of the next move.KEYWORDS: Computer modelling， Parametrization， Numerical control machine， Main axle part，Assembly process，Master drive，The knife movement trading目 錄摘 要IABSTRACTII1緒論11.1 數控機床的產生與發展11.1.1 數控機床的產生與發展11.1.2 數控機床的技術發展趨勢11.2 設計的主要任務22 主傳動設計32

8、.1 驅動源的選擇32.2 轉速圖的擬定32.3傳動軸的估算42.4齒輪模數的估算63 主軸箱展開圖的設計73.1各零件結構和尺寸設計73.1.1設計的內容和步驟73.1.2 有關零部件結構和尺寸的確定73.1.3 各軸結構的設計83.1.4 主軸組件的剛度和剛度損失的計算：93.2 裝配圖的圖紙設計123.2.1 標注尺寸123.2.2 編寫技術要求123.2.4 列出零件明細表及標題欄134 主軸部件的實體建模及運動模擬144.1 零部件的實體建模144.1.1 各軸的實體建模144.1.2 軸承的實體建模164.1.3 箱體的實體建模184.1.4 齒輪的實體建模184.2 主軸部件的裝

9、配214.2.1 主軸部件的裝配214.2.2 主軸部件裝配的動態模擬214.3 主軸部件的運動演示224.3.1 主傳動的運動演示235 零件工作圖設計245.1 零件工作圖設計的基本要求245.1.1 零件工作圖設計的基本要求245.2 主要零件工作圖的設計要點245.2.1 軸類零件工作圖的設計要點245.2.2 齒輪零件工作圖的設計要點255.2.3 機體零件工作圖的設計要點255.3主要零件工作圖的繪制完成266 設計的總結27致 謝28參 考 文 獻291緒論1.1 數控機床的產生與發展1.1.1 數控機床的產生與發展微電子技術，自動信息處理，數據處理以及電子計算機的發展，給自動化

10、帶來了新的概念，推動了機械制造自動化的發展。采用數字控制技術進行機械加工的思想，最早在20世紀40年代提出的，當時美國的一個小型飛機工業承包商帕森公司在麻省理工學院伺服機構試驗室的協助下，經過三年時間的研究，于1952年試制成功世界第一臺數控機床試驗性樣機。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標連續控制銑床，這便是數控機床的第一代。在早先的數控機床都采用專用控制計算機的硬邏輯數控系統，裝有這類數控系統的機床為普通數控機床（簡稱NC機床）。隨著計算機技術的發展，小型計算機的價格急劇下降。小型計算機開始取代專用數控計算機，數控的許多功能由軟件程序實現。這樣的數控系統稱為計算機數控系統（簡稱CN

11、C）。近20年來，微處理機數控系統的數控機床得到了飛速發展和廣泛應用。1.1.2 數控機床的技術發展趨勢 數控技術的應用不但給傳統制造夜帶來了革命性的變化，使制造也成為工業化的象征。當前世界上數控技術及其裝備的發展呈現出高速、高精密化發展趨勢。1）高速新一代數控機床（含加工中心）只有通過高速化大幅度縮短切削工時才能進一步提高其生產率。超高速加工，特別是超高速銑削與新一代數控機床特別是高速加工中心的開發與應用緊密相關。依靠快速、準確的數字量傳遞技術對高性能的機床執行部件進行高精密度、高響應速度的實時處理，由于采用了新型刀具，車削和銑削的速度已達5000m/min-8000m/min以上，主軸轉速

12、在10000r/min以上；工作臺移動速度：分辨率為1m時在100m/min以上，分辨率為0.1m時在24m/min以上；自動換刀速度在1s以內；小線段插補速度達12m/min。根據高效率、大批量生產需求和電子驅動技術的飛速發展，高速直線電機的推廣應用，已開發出一批高速、高效的高速響應的數控機床。2）高精密度從精密加工到超精密加工，是世界個工業強國致力發展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級，其應用范圍日益廣泛。隨著科學技術的發展，對超精密加工技術不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現，更高精密要求的提出等都需要超精密加工工藝，發展新型超精密加工機床，完善現代超精密加工技術，以適應現

13、代科技的發展。1.2 設計的主要任務數控機床主軸部件是機床的核心部件。目前，高速主軸單元在國外有很大的發展，其數控機床的轉速已經達到10000-20000r/min,主軸功率可達22KW；較先進的數控機床主軸轉速可達20000-60000r/min，主軸功率達20-60KW。而我國對高速高精度機床雖然也取得了一定的成果，但無論在轉速還是精度方面與國外先進水平還有很大的差距，其已成為我國發展超高速加工技術的“瓶頸”。 本設計主要通過對現有數控機床主軸部件現狀的分析，探討合理的結構形狀，優化其參數，提高機床主軸部件的工作性能；采用計算機建模技術，設計數控機床主軸部件的數控樣機。因此，將數字化技術應

14、用于數控機床的主軸部件的設計與研究，對于穩定機床產品的質量，提高生產率，推動機床功能部件的發展，加快產品的更新換代具有重要意義。2 主傳動設計2.1 驅動源的選擇機床上常用的無級變速機構是直流或交流調速電動機，直流電動機從額定轉速nd向上至最高轉速nmax是調節磁場電流的方法來調速的，屬于恒功率，從額定轉速nd向下至最低轉速nmin是調節電樞電壓的方法來調速的，屬于恒轉矩；交流調速電動機是靠調節供電頻率的方法調速。由于交流調速電動機的體積小，轉動慣量小，動態響應快，沒有電刷，能達到的最高轉速比同功率的直流調速電動機高，磨損和故障也少，所以在中小功率領域，交流調速電動機占有較大的優勢，鑒于此，本

15、設計選用交流調速電動機。 根據主軸要求的最高轉速4000r/min，最大切削功率5.5KW,選擇北京數控設備廠的BESK-8型交流主軸電動機，其基本轉速是300r/min，最高轉速是4500 r/min。2.2 轉速圖的擬定根據交流主軸電動機的最高轉速和基本轉速可以求得交流主軸電動機的恒功率轉速范圍 Rdp=nmax/nd=3 （2-1）而主軸要求的恒功率轉速范圍Rnp=26.7,遠大于交流主軸電動機所能提供的恒功率轉速范圍，所以必須串聯變速機構的方法來擴大其恒功率轉速范圍。設計變速箱時，考慮到機床結構的復雜程度，運轉的平穩性等因素，取變速箱的公比f等于交流主軸電動機的恒功率調速范圍Rdp，即

16、f=Rdp=3，功率特性圖是連續的，無缺口和無重合的。變速箱的變速級數Z=lg Rnp/lg Rdp=lg 26.7/ lg 3=2.99 (2-2)取 Z=3 確定各齒輪副的齒數： 取S=116由u=1.955 得Z1=39 Z1=77由u=1.54 得Z2=46 Z2=70由u=4.6 得Z3=20 Z3=96 由此擬定主傳動系統圖、轉速圖以及主軸功率特性圖分別如圖2-1、圖2-2、圖2-3。 圖2-1 主傳動系統圖 圖2-2轉速圖 圖2-3主軸功率特性2.3傳動軸的估算傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度要求。強度要求保證軸在反復載荷和扭轉載荷作用下不發生疲勞破壞。機床主傳動系統精度要

17、求較高，不允許有較大的變形。因此疲勞強度一般不是主要矛盾。除了載荷比較大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求軸在載荷下（彎曲，軸向，扭轉）不致產生過大的變形（彎曲，失穩，轉角）。如果剛度不夠，軸上的零件如齒輪，軸承等由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產生振動和噪音，發熱，過早磨損而失效。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉剛度軸的直徑，畫出草圖后，再根據受力情況，結構布置和有關尺寸，驗算彎曲剛度。計算轉速nj是傳動件傳遞全部功率時的最低轉速，各個傳動軸上的計算轉速可以從轉速圖上直接得出如表2-1所示。表2-1 各軸的計算轉速軸計算轉速（r/min）682150各軸功率和扭矩計

18、算： 已知一級齒輪傳動效率為0.97（包括軸承），同步帶傳動效率為0.98,則： 軸：P1=Pd0.98=7.50.98=7.35 KW 軸：P2=P10.97=7.350.97=7.13 KW 軸扭矩：T1=9550P1/n1 =95507.35/682=1.029105 N.mm軸扭矩: T2=9550P2/n2 =4.539105 N.mm是每米長度上允許的扭轉角（deg/m），可根據傳動軸的要求選取，其選取的原則如表2-2所示。表2-2 許用扭轉角選取原則軸主軸一般傳動軸較低的軸（deg/m）0.5-11-1.51.5-2根據表3-2確定各軸所允許的扭轉角如表3-3所示。表2-3 許用

19、扭轉角的確定軸（deg/m）11把以上確定的各軸的輸入功率N=7.5KW、計算轉速nj（如表2-1）、允許扭轉角（如表2-3）代入扭轉剛度的估算公式 d=91 (2-3)可得傳動軸的估算直徑：d=40mm;主軸軸徑尺寸的確定：已知車床最大加工直徑為Dmax=400mm, 則：主軸前軸頸直徑 D1=0.25Dmax15=85115mm 取D1=95mm 后軸頸直徑 D2=(0.70.85)D1=6781mm 取D2=75mm 內孔直徑 d=0.1Dmax10=3555mm 取d=40mm2.4齒輪模數的估算按接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度計算齒輪模數比較復雜，而且有些系數只有在齒輪的各參數都已知方可

20、確定，故只有在裝配草圖畫完后校驗用。在畫草圖時用經驗公式估算，根據估算的結果然后選用標準齒輪的模數。齒輪模數的估算有兩種方法，第一種是按齒輪的彎曲疲勞進行估算，第二種是按齒輪的齒面點蝕進行估算，而這兩種方法的前提條件是各個齒輪的齒數必須已知，所以必須先給出各個齒輪的齒數。根據齒輪不產生根切的基本條件：齒輪的齒數不小于17，在該設計中，即最小齒輪的齒數不小于17。而由于Z3,Z3這對齒輪有最大的傳動比，各個傳動齒輪中最小齒數的齒輪必然是Z3。取Z3=20,S=116，則Z3=96。從轉速圖上直接看出直接可以看出Z3的計算轉速是682r/min。根據齒輪彎曲疲勞估算公式m=2.4 (2-4)根據齒

21、輪接觸疲勞強度估算公式計算得: m=2.84由于受傳動軸軸徑尺寸大小限制，選取齒輪模數為m =3mm，對比上述結果，可知這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，故取同一變速組中的所有齒輪的模數都為m=3mm。可得兩軸中心距為a=175mm.現將各齒輪齒數和模數列表如下：表2-4 齒輪的估算齒數和模數列表齒輪Z1Z1Z2Z2Z3Z3齒數467077392096模數（mm）3333333 主軸箱展開圖的設計主軸箱展開圖是反映各個零件的相互關系，結構形狀以及尺寸的圖紙。因此設計從畫展開圖開始，確定所有零件的位置，結構和尺寸，并以此為依據繪制零件工作圖。 3.1各零件

22、結構和尺寸設計3.1.1設計的內容和步驟這一階段的設計內容是通過繪圖設計軸的結構尺寸及選出軸承的型號，確定軸的支點距離和軸上零件力的作用點，計算軸的強度和軸承的壽命。3.1.2 有關零部件結構和尺寸的確定傳動零件，軸，軸承是主軸部件的主要零件，其它零件的結構和尺寸是根據主要零件的位置和結構而定。所以設計時先畫主要零件，后畫其它零件，先畫傳動零件的中心線和輪廓線，后畫結構細節。1）傳動軸的估算這一步在前面已經做了計算。2）齒輪相關尺寸的計算為了確定軸的軸向距離，齒輪齒寬的確定是必須的。齒寬影響齒的強度。但如果太寬，由于齒輪的制造誤差和軸的變形，可能接觸不均，反而容易引起振動和噪聲，一般取齒寬系數

23、m =(6-10)m。這里取齒寬系數m=10, 則齒寬B=mm=103=30mm.現將各個齒輪的齒厚確定如表3-1所示。表3-1 各齒輪的齒厚齒輪Z1Z1Z2Z2Z3Z3齒厚（mm）303030303030齒輪的直徑決定了各個軸之間的尺寸，所以在畫展開圖草圖前，各個齒輪的尺寸必須算出。現將主軸部件中各個齒輪的尺寸計算如表3-2所示。表3-2 各齒輪的直徑齒輪Z1Z1Z2Z2Z3Z3分度圓直徑（mm）13821023111760288齒頂圓直徑（mm）14421623712366294齒根圓直徑（mm）130.5202.5223.5109.552.5280.5由表3-2可以計算出各軸之間的距離，

24、現將它們列出如表3-3所示。表3-3 各軸的中心距軸距離（mm）1751753）確定齒輪的軸向布置為避免同一滑移齒輪變速組內的兩對齒輪同時嚙合，兩個固定齒輪的間距，應大于滑移齒輪的寬度，一般留有間隙1-2mm，所以首先設計滑移齒輪。軸上的滑移齒輪的兩個齒輪輪之間必須留有用于齒輪加工的間隙，插齒時，當模數在1-2mm范圍內時，間隙必須不小于5mm,當模數在2.5-4mm范圍內時，間隙必須不小于6mm，且應留有足夠空間滑移，據此選取該滑移齒輪三片齒輪之間的間隙分別為d1=17.5mm,d2=15mm。由滑移齒輪的厚度以及滑移齒輪上的間隙可以得出主軸上的兩個齒輪的間距至少是60mm，現取齒輪之間的間

25、距為64mm和70mm。4）軸承的選擇及其配置主軸組件的滾動軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受兩個方向軸向載荷的推力軸承。軸承類型及型號選用主要應根據主軸的剛度，承載能力，轉速，抗振性及結構要求合理的進行選定。同樣尺寸的軸承，線接觸的滾子軸承比電接觸的球軸承的剛度要高，但極限轉速要低；多個軸承的承載能力比單個軸承的承載能力要大；不同軸承承受載荷類型及大小不同；還應考慮結構要求，如中心距特別小的組合機床主軸，可采用滾針軸承。為了提高主軸組件的剛度，通常采用輕型或特輕型系列軸承，因為當軸承外徑一定時，其孔徑（即主軸軸頸）較大。通常情況下，中速重載采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承

26、（如配推力軸承，則極限轉速低），或者成對圓錐滾子軸承，其結構簡單，但是極限轉速較低，如配空心圓錐滾子軸承，其極限轉速顯著提高，但成本也相應的提高了。高速輕載采用成組角接觸球軸承，根據軸向載荷的大小分別選用25或 15的接觸角。軸向載荷為主且精度要求不高時，選用推力軸承配深溝球軸承，精度要求較高時，選用向心推力軸承。該設計的主軸不僅有剛度高的要求，而且有轉速高的要求，所以在選擇主軸軸承時，剛度和速度這兩方面都要考慮。主軸前軸承采用型軸承一個，后支承采用30215型和8215型軸承各一個3.1.3 各軸結構的設計軸的一端與帶輪相連，將軸的結構草圖繪制如圖3-2所示。軸其結構完全按標準確定，根據其軸

27、向的尺寸可將結構簡圖繪制如圖3-1所示。圖3-1 軸的結構簡圖圖3-2 軸的結構簡圖3.1.4 主軸組件的剛度和剛度損失的計算：最佳跨距的確定：取彈性模量E=2.1105 N/mm2, D=(95+75)/2=85;主軸截面慣距：I=2.48106 mm4;截面面積：A=4415.63 mm2主軸最大輸出轉矩： Mn=4.775105 N.mm Fz=2122.2 N Fy=0.5Fz=1061.1 N故總切削力為： F=2372.69 N估算時，暫取L0/a=3,即取285mm.前后支承支反力Ra=3163.59 N Rb=790.897 N取Ka=13.976105 N/mm Kb=2.6

28、7105 N/mm=0.435則L0/a=2.96.則L0=281mm因在上式計算中，忽略了ys的影響，故L0應稍大一點，取L0=300mm計算剛度損失： 取L=385mm,=4.61 由 公 式 彈 性 主 軸 y1 彈性支承k總 柔 度 總剛度 彎曲變形 yb 剪切變形ys前支承 后支承懸伸段跨距段懸伸段跨距段 L=3855.48810-72.22410-62.36110-71.16510-711.1210-72.2810-744.6510-72.2410512.2949.85.292.6124.95.1100L0=300 5.48810-71.73210-62.36110-71.4915

29、10-712.410-73.75610-742.8310-72.3310512.8140.465.513.4828.98.77100 由LL0引起的剛度損失約為3.68,可知，主軸剛度損失較小，選用的軸承型號及支承形式都能滿足剛度要求。主軸端部撓度的驗算： 傳動力的計算：已知齒輪最少齒數為39，模數為3，則分度圓直徑為78mm,則齒輪的圓周力：P=2T2/dmin=11638.46 N 徑向力：Pr=0.5Pt=5819.23 N 則傳動力在水平面和垂直面內有分力為： 水平面： QH=PtH+PrH=4365.717 N 垂直面： Qv=Ptv+Prv=11547.18 N取計算齒輪與前支承的

30、距離為185mm, 其與后支承的距離為200mm. 切削力的計算： 已知車床拖板最大回轉直徑Dmax=200mm,則主切削力：Pv=Pc=4539.004 N徑向切削力：PH=0.5Pc=2269.5 N軸向切削力：Pr=0.35Pc=1588.65 N 當量切削力的計算：P=（a+B）p/a 對于車床 B=0.4Dmax=160mm則水平面內：PH=6091.8 N垂直面內：Pv=4264.27 N主軸端部撓度的計算： Yp=P (1+)+ (mm) YPH=2.4710-2mm, yPv=1.7310-2mm傳動力作用下，主軸端位移的計算公式見5-17： YQ=Q- (mm)式中：“-”號

31、表示位移方向與力反向，b表示齒輪與前支承的距離，c表示齒輪與后支承的距離，將各值代入，得 yQ=-16.89610-7Q YQH=-7.37610-3 mm yQV=-1.95110-2 mm則水平面內：yH=yPH+yQH=1.732410-2 mm 垂直面內：yv=yPV+yQV=-0.22110-2 mm則主軸最大端位移為：ymax=0.0174mm又已知主軸端部位移的許用值y=0.0002L,L=385mm則y=0.0002385=0.077mm. ymaxy, 符合要求。主軸傾角的驗算：如果軸承處的傾角過大，會破壞軸承的的正常工作，縮短軸承的壽命，因此需要加以限制。而前軸承所受的載荷

32、較大，故只需校核前軸承。通常在計算主軸傾角時，不考慮支承彈性的影響。在切削力P作用下主軸前軸承處的傾角為：水平面內：=10-4 rad垂直面內：=9.98210-5 rad在傳動力Q作用下主軸前軸承處的傾角為：水平面內：=-7.854710-5 rad垂直面內：=-2.077510-4 rad則主軸前軸承處的傾角為：水平面內：=6.405310-5 rad垂直面內：=-10.79310-5 rad則=1.25510-4 rad又已知主軸傾角的許用值為=0.001 rad所以, 符合要求。3.2 裝配圖的圖紙設計根據主軸展開圖第一階段的設計，已將主軸部件的各個部分的零件確定下來，但作為完整的展開

33、圖，必須包含主軸部件的各個視圖，尺寸，技術要求，技術特性表，零件編號，明細表和標題欄。主軸箱展開圖上必須完成的內容主要有標注尺寸，編寫技術要求，對所有的零件進行編號，列出零件明細表及標題欄。3.2.1 標注尺寸展開圖上標注的尺寸有：1）特性尺寸：傳動零件的中心距。2）配合尺寸：主要零件的配合處都應標注尺寸，配合性質和精度等級。配合性質和精度的選擇對主軸部件的工作性能，加工工藝及制造成本都有很大的影響，所以都是根據手冊中有關資料認真確定的。3）外形尺寸：主軸部件的總長，總寬，總高等。它是表示主軸部件大小的的尺寸，以便考慮所需空間的大小及工作空間的大小及工作范圍等。3.2.2 編寫技術要求展開圖上

34、都要標注一些在視圖上無法表達的關于裝配，調整，檢驗，維護等方面的技術要求。正確制定這些技術要求將保證主軸部件的各種性能。技術要求通常包括下面幾方面的內容：1）對零件的要求：在裝配前，應按圖紙檢驗零件的配合尺寸，合格的零件才能裝配。所有的零件要用煤油或汽油清洗。機體內不能有任何的雜物存在，機體內壁應涂上防侵蝕的涂料。2）對潤滑劑的要求：潤滑劑對傳動性能有很大的影響，起著減小摩擦，降低磨損和散熱冷卻的作用。同時也有助于減振，防銹及沖洗雜質。所以一般在技術要求中應標明傳動件及軸承所用的潤滑劑的牌號，用量，補充及更換時間。選擇潤滑劑時，應考慮傳動類型，載荷性質及運轉速度，一般對高速，重載，頻繁啟動，反

35、復運轉等情況，由于形成油膜條件差，所以一般選擇粘度高，油性和極壓性能好的潤滑油。對輕載，間隙工作的傳動件可取粘度較低的潤滑油。3）對密封的要求：在試運轉過程中，所有的聯接面及軸伸密封處都不允許漏油。4）對安裝調整的要求：在安裝滾動軸承時，必須保證一定的軸向游隙。應在技術要求中提出游隙的大小，因為游隙的大小將會影響軸承的正常工作。游隙過大，會使滾動體受載不均，軸系竄動；游隙過小，則會阻止軸系因發熱而伸長，增加軸承阻力，嚴重將會將軸承卡死。當軸承支點跨距大，運轉溫升高時，應選較大的游隙。 5）對試驗的要求：作空載試驗正反轉各轉一小時，要求運轉平穩，噪音小，連接固定處不允許有松動的現象。負載運轉時，

36、油溫不得超過40C。3.2.3 對所有的零件進行編號零件的編號方法，可以采用不區分標準件和非標準件，統一編號，也可以將標準件和非標準件分開，分別編號。相同的零件應只有一個編號，編號線不能相交，并且與剖面線平行。對于裝配關系清楚的零件組可以使用公共編號引線。編號可以按順時針或者逆時針方向順序排列整齊，字高比尺寸數字大一號或者兩號。3.2.4 列出零件明細表及標題欄明細表是主軸部件所有零件的詳細目錄，填寫明細表的過程也是最后確定材料及標準件的過程。應盡量減少材料和標準件的品種和規格。明細表由下向上填寫。標準件必須按規定的標記，完整的寫出零件的名稱，材料，主要尺寸及標準代號。材料應注明牌號。經過如上

37、步驟和要求，最后產生了主軸部件的展開圖,為了表達主軸部件內部各軸之間的相互位置關系，在畫出裝配圖的同時，同時畫出了主軸部件的位置關系圖. 4 主軸部件的實體建模及運動模擬在主軸部件的展開圖完成后，可以直接根據主軸部件的展開圖直接進行零件圖的拆畫，但為了使主軸部件產品質量的可靠性和減少主軸部件產品的重復性，在生成零件圖之前，有必要對其裝配的過程和部分運動過程進行計算機演示。通過計算機的動態模擬，可以讓設計者很容易的發現設計過程中缺陷，此時只需要修改前階段產生的主軸部件的展開圖。支持計算機實現三維實體的軟件有很多，其中Pro/e就是一款比較具有代表性的強大的工程建模軟件，它有眾多模塊，用它不僅可以

38、制作零件的實體以及裝配零件，而且可以模擬裝配體的運動過程，對零件進行強度分析等高級功能，它使產品的設計變得簡單，在產品沒有制造出來之前，就能對產品的各項性能指標進行檢驗，使產品的設計周期變短。故這款軟件特別適合于復雜產品的設計。理論上，直接用Pro/e進行實體建模，接著進行裝配和工作的模擬，最后，使用該軟件直接產生工程圖。但由于對機械設計的經驗比較少，再加上對Pro/e的使用不是很熟悉，只能按傳統的機械設計方法，即先畫出裝配圖，然后再畫零件圖的方法進行設計，最后才使用Pro/e按前面設計的進行實體建模，運動分析等工作。4.1 零部件的實體建模4.1.1 各軸的實體建模1） 軸的實體建模分析軸的

39、結構，除了齒輪，其它結構的創建都比較簡單，采用簡單的拉伸，以及旋轉就可以完成。軸的實體模型如圖4-1所示。在兩軸承的裝配面兩邊分別留有退刀槽，一是為了加工的方便，二是使軸承固定。2） 軸的實體建模軸其上有兩個鍵槽 其實體模型如圖4-2所示。軸的結構較軸復雜，軸上的其它結構，如退刀槽等結構與軸上對應的結構建立的方法相似，在此就不重復說明了。3） 軸的實體建模軸的實體模型如圖4-3所示。圖4-1 軸的實體模型 圖4-2 軸的實體模型圖4-3 軸的實體模型軸是一根短軸，它的左端要和一個光電編碼器連接，和齒輪配合的那段軸里面有一個錐形孔。4.1.2 軸承的實體建模軸承是由外圈，滾動體，內圈，保持架組成

40、。因為軸承是標準件，其一般有專門的廠家生產，考慮到保持架的復雜性，在制作軸承時，將保持架省略。在制作軸承是，先將外圈，滾動體，內圈的實體分別作出，最后進入Pro/e的裝配模塊，將它們組裝成軸承。現將該設計中選取的三種類型的軸承分別列出如圖4-4，4-5，4-6。在軸承實體的裝配過程中，內圈或者外圈先與滾動體裝配，與滾動體相配合的內圈或者外圈在與滾動體裝配前，先作一些必須的處理，其主要是產生一些用來限制滾動體的基準面及基準軸。在裝配滾動體時，只需要將滾動體上的初始基準平面和旋轉軸與內圈或者外圈上用來限制滾動體的基準平面和基準軸對齊。內圈與外圈的裝配只需在兩者之間增加一個插入和平面對齊即可。該軸承

41、實體設計過程并不能真正的模擬現實的軸承的運動，由上面裝配的過程可以看出，這些滾動體只能與限制其運動的內圈或者外圈相對靜止，不可能產生相對的運動，這與現實不符。 圖4-4 30215型軸承 圖4-5 6207型軸承 圖4-6 型軸承4.1.3 箱體的實體建模箱體的實體建模主要是通過一系列的拉伸特征操作建立的，但是步驟較多，各個操作步驟之間也有比較嚴格的順序，如果各個特征操作的順序安排不當，可能不能的到正確的箱體模型。箱體的制作是根據主軸部件的展開圖來制作的，將其做成一個長方體的形狀，在這里只考慮其支撐主軸部件內部的各個零件，而沒有考慮在空間上箱體與機床別的部分的相互關系，所以該主軸箱的設計并不如

42、設計整機時設計的精確。箱體模型在后面的裝配圖中可以見到。4.1.4 齒輪的實體建模齒輪實體建模的關鍵是產生齒輪的輪齒，該設計中所有的齒輪都是圓柱直齒輪，其齒形都是漸開線形式，這是截面草繪所不能產生的，只有通過基準曲線命令才能完成，現將制作完成的齒輪的實體模型列出如圖4-7，4-8，4-9。主軸部件中所有的齒輪的制作過程是相同的，現將軸上的齒輪二的齒的制作過程作簡要的說明。步驟1：用基本的拉伸命令產生齒輪模型的基體，產生一個具有內孔的齒輪胚。 步驟2：將齒輪輪齒的各主要參數輸入系統的單一數據庫，然后進入關系界面，根據基本參數，將全部的參數計算出來。該齒輪各參數的關系如下：z=80d=m*zdb=

43、d*cos(a)da=d+2*mdf=d-2*m*1.25 圖4-7 三聯滑移齒輪 圖4-8 雙聯滑移齒輪 圖4-9 齒輪步驟3：根據步驟2計算出來的各基本參數，產生包含分度圓，齒頂圓，齒根圓的基準曲線，以便用來作為漸開線的邊界線。步驟4：繪制基準漸開線，其過程主要是通過寫出該曲線的參數化方程：f=60*tr=db/2x=r*cos(f)+r*pi*f/180*sin(f)y=r*sin(f)-r*pi*f/180*cos(f)z=0步驟5：通過鏡向操作產生一個齒面的另一般基準漸開線，然后參照前面產生的各個曲線通過拉伸操作產生漸開線曲面。步驟6：通過特征操作的復制和鏡向產生齒輪上其余的漸開線曲

44、面。步驟7：通過曲面的實體化命令產生齒輪的實體化輪齒。4.2 主軸部件的裝配用Pro/e來實現主軸部件的動態裝配過程，可以及時發現設計過程中結構上的不合理之處。在產品設計完成后，其又可以作為產品的說明部分，代替產品的爆炸視圖，向用戶展示整個主軸部件的結構，有利于產品的維護。用Pro/e中的動畫應用程序，可以模擬主軸部件的動態裝配過程，最后還可以產生該模擬過程的動畫，脫離Pro/e獨立的在各種播放器中進行演示。用Pro/e制作的動畫的過程主要是生成裝配體和制作動畫兩個部分。4.2.1 主軸部件的裝配生成裝配體主要是通過在各個零部件上限制各種裝配關系，將各個零部件集合在一起，生成裝配體。現將主軸部

45、件的裝配過程簡要介紹如下：進入Pro/e的裝配模塊后，首先裝配主軸部件的箱體，將箱體與Pro/e調出的模板固結，作為整個裝配體的參照。裝入各軸時，為了使裝配的層次清晰，先將各軸及各軸上的零件，電機的各部分裝配在一體，如圖，然后再將這些子裝配體裝入箱體，如圖4-10所示。這種方法在表達層次方面有利，但卻不是現實的裝配方法，因為由于主軸部件的結構，如果用上面的方法裝配，根本無法完成裝配，這在中可以清楚的看出。在各主要結構的裝配基礎上，裝配其它的輔助零件便可以得到主軸部件的裝配體。如圖4-11所示。4.2.2 主軸部件裝配的動態模擬制作動畫的過程主要是將各個裝配階段的裝配狀態使用快照拍下，然后只需要

46、將各個快照連接成一個動畫就可以了。現將主軸部件裝配動態模擬過程簡要介紹如下：為了使裝配的動態演示過程清晰，在進入Pro/e的動畫應用程序后，需要首先建立需要的樣式視圖，根據裝配時零部件的是否出現，顯示和隱藏各個零部件。在各樣式視圖的基礎之上，給裝配的各個裝配狀態拍快照，按照一定的順序將各快照組成一列楨，合理的安排各步所需要的時間，最后就可以按裝配的順序將其播放出來。圖4-10 電機裝配體為了使用戶能夠從各個方位觀察裝配的過程，在生成動畫之前，有必要建立一些方位視圖，使演示每一步的關鍵部位都能呈現在用戶面前。當然，方位視圖和樣式視圖一樣，與裝配的每一個步驟是相對應的。最后使用動畫應用程序的動畫生

47、成指令生成最后的裝配演示動畫。4.3 主軸部件的運動演示Pro/e動畫模塊和運動模塊都能作為運動演示的工具，動畫模塊的主要特點是靈活性比較大，而精確度較差；相反，運動模塊的主要特征就是精確度比較高，而靈活性較差。主軸部件的運動演示即主傳動的運動演示。圖4-11 裝入各子組件的裝配體4.3.1 主傳動的運動演示主傳動的運動原理比較簡單，它的主要運動特征就是齒輪的相互嚙合傳動和軸上的雙聯齒輪的滑移運動。根據動畫模塊和運動模塊各自的特點，選擇運動模塊作為主傳動動態演示的工具。在進入運動模塊之前，主軸部件必須重新裝配。與普通的裝配不同，運動模塊要求導入其中的裝配體必須包含各種代表各個運動特點的關節。當

48、然重新裝配的主軸部件外表與普通的裝配體相似，但其中有運動所需的關節，使主軸部件具有能夠相互運動的自由度。進入Pro/e的運動模塊后，主要的步驟就是在某些關節上定義伺服電機，然后給各個伺服電機定義一定的速度，最后，通過定義各個伺服電機的工作時間端完成最后的運動演示。5 零件工作圖設計由上一章主軸部件裝配體的動態裝配過程以及其主要運動演示過程可以看出，該設計是可行的。但要將主軸部件制造出來，必須畫出零件的工作圖。零件工作圖是零件制造，檢驗和制定工藝規程的基本技術文件。它即要反映出設計意圖，又要考慮到制造的可能性和合理性。因此，零件圖應包含制造和檢驗零件所需要的全部內容，如圖形，尺寸及其公差，對材料

49、及熱處理的說明及其他技術要求，標題欄等。5.1 零件工作圖設計的基本要求5.1.1 零件工作圖設計的基本要求1）每個零件必須單獨繪制在一個標準的圖幅中，合理安排視圖，盡量采用 1：1的比例尺，用各種視圖將零件各部分結構形狀表達清楚。對于細部結構，如有必要可以用放大視圖來表示。2）零件的基本結構應與裝配圖一致，不得隨意修改，如必須修改，應對裝配圖進行相應的修改。3）標注尺寸時要選好基準面，標出足夠的尺寸而不重復，并且要有利于零件的加工制造，應避免在加工時做任何計算，大部分尺寸應標注在最能反映零件特征的視圖上。對配合尺寸及要求精確的幾何尺寸要標注極限偏差，如配合的孔，機體的中心距等。4）零件的所有

50、表面都應當標注表面粗糙度的數值，如較多的表面具有相同的粗糙度，可在零件圖的右上角統一標注。在不影響工作能力的基礎上盡量選用較大的粗糙度。5）零件圖上要標注必要的形位公差，它是評定零件的重要指標之一，其具體數值可參考相關的手冊和圖冊。6）對傳動零件還要列出主要幾何參數，精度等級及偏差表。此外，在零件圖上提出必要的技術要求，它是在圖紙上不便用圖紙或符號表示，而在制造時又必須保證的要求。 5.2 主要零件工作圖的設計要點5.2.1 軸類零件工作圖的設計要點1）軸類零件一般只需一個視圖，在有鍵槽和孔的地方，增加必須的剖視圖或剖面圖。對于不易表達清楚的局部，例如退刀槽，中心孔等，必要時應繪制其局部放大視

51、圖。2）軸類零件在標注徑向尺寸時，凡有配合處的直徑都應標注出尺寸偏差。標注軸向尺寸時，首先要選好基準面，并盡量使尺寸標注反映加工工藝的要求 ，不允許出現封閉的尺寸鏈（但有必要時，可以標注帶有括號的參考尺寸）。在零件工作圖上對尺寸及偏差相同的直徑應逐一標出，不得省略；對所有的倒角，圓角都應標注無遺，或在技術要求中說明。3）軸的所有表面都要加工，其表面粗糙度可查有關手冊。應盡量取較大者，以利于加工。4）軸的形位公差可參考相關的手冊完成。5）軸類零件圖的技術要求包括：對材料的機械性能和化學性能的要求，允許代用的材料等。對材料表面機械性能的要求，如熱處理方法，熱處理后的硬度，滲碳深度及淬火深度等。對加

52、工的要求，如是否保留中心孔，若要保留中心孔，應在零件圖上畫出或按國標加以說明。與其他零件一起配合加工的也應說明。對于未標注的圓角，倒角的說明，個別部位的修飾加工要求，以及較長的軸的毛坯校直等。5.2.2 齒輪零件工作圖的設計要點1）齒輪零件工作圖一般用兩個視圖表示2）齒輪各徑向尺寸以軸的中心線為基準標出，齒寬方向的尺寸以端面為基準標出。齒輪的分度圓直徑需不能直接測量，但它是設計的基本尺寸，應該標出。這類零件的軸孔是加工，測量和裝配時的重要基準，尺寸要求高，應標注出尺寸偏差。齒頂圓的偏差值與該直徑是否作為測量基準有關，可查手冊標出。齒根圓是是根據其他參數加工的結果，在圖紙上不必標出。3）齒輪零件表面粗糙度可參考有關的手冊標注。4）齒輪零件的形位公差項目