数控机床三维建模与设计.doc

1、 数控机床三维建模与设计摘 要 数控车床是装有数字程序控制系统的自动化车床。其通过数字化信号由伺服系统对机床运动及加工过程进行控制，最终实现车床自动完成对零件的加工。与其他控制相比，数控的最大特点是运动的执行与程序的编制相互独立。其集中了自动化机床、精密机床和通用机床的优点，具有高效率、高质量和高柔性的特点。计算机建模技术将机械设计的参数化应用于数控机床的设计与研究，以提高机床产品的质量，加快数控机床的更新换代。在传统机械设计的基础上，使用功能强大的Pro/e工程建模软件建立数控机床主轴部件的实体模型，并模拟机床主轴部件的装配过程、主传动、换刀运动等过程，使设计者在制造样机之前，及时发现设计过

2、程中潜在的缺陷，为下一步的设计提供良好的条件。关键字：计算机建模，参数化，数控机床，主轴部件，装配过程，主传动，换刀运动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 录摘 要IABSTRACTII1绪论11.1 数控机床的产生与发展11.1.1 数控机床的产生与发展11.1.2 数控机床的技术发展趋势11.2 设计的主要任务22 主传动设计32

8、.1 驱动源的选择32.2 转速图的拟定32.3传动轴的估算42.4齿轮模数的估算63 主轴箱展开图的设计73.1各零件结构和尺寸设计73.1.1设计的内容和步骤73.1.2 有关零部件结构和尺寸的确定73.1.3 各轴结构的设计83.1.4 主轴组件的刚度和刚度损失的计算：93.2 装配图的图纸设计123.2.1 标注尺寸123.2.2 编写技术要求123.2.4 列出零件明细表及标题栏134 主轴部件的实体建模及运动模拟144.1 零部件的实体建模144.1.1 各轴的实体建模144.1.2 轴承的实体建模164.1.3 箱体的实体建模184.1.4 齿轮的实体建模184.2 主轴部件的装

9、配214.2.1 主轴部件的装配214.2.2 主轴部件装配的动态模拟214.3 主轴部件的运动演示224.3.1 主传动的运动演示235 零件工作图设计245.1 零件工作图设计的基本要求245.1.1 零件工作图设计的基本要求245.2 主要零件工作图的设计要点245.2.1 轴类零件工作图的设计要点245.2.2 齿轮零件工作图的设计要点255.2.3 机体零件工作图的设计要点255.3主要零件工作图的绘制完成266 设计的总结27致 谢28参 考 文 献29word文档 可自由复制编辑1绪论1.1 数控机床的产生与发展1.1.1 数控机床的产生与发展微电子技术，自动信息处理，数据处理以

10、及电子计算机的发展，给自动化带来了新的概念，推动了机械制造自动化的发展。采用数字控制技术进行机械加工的思想，最早在20世纪40年代提出的，当时美国的一个小型飞机工业承包商帕森公司在麻省理工学院伺服机构试验室的协助下，经过三年时间的研究，于1952年试制成功世界第一台数控机床试验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床，这便是数控机床的第一代。在早先的数控机床都采用专用控制计算机的硬逻辑数控系统，装有这类数控系统的机床为普通数控机床（简称NC机床）。随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降。小型计算机开始取代专用数控计算机，数控的许多功能由软件程序实现。这样的数控系统

11、称为计算机数控系统（简称CNC）。近20年来，微处理机数控系统的数控机床得到了飞速发展和广泛应用。1.1.2 数控机床的技术发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造夜带来了革命性的变化，使制造也成为工业化的象征。当前世界上数控技术及其装备的发展呈现出高速、高精密化发展趋势。1）高速新一代数控机床（含加工中心）只有通过高速化大幅度缩短切削工时才能进一步提高其生产率。超高速加工，特别是超高速铣削与新一代数控机床特别是高速加工中心的开发与应用紧密相关。依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的速度已达5000m/min-80

12、00m/min以上，主轴转速在10000r/min以上；工作台移动速度：分辨率为1m时在100m/min以上，分辨率为0.1m时在24m/min以上；自动换刀速度在1s以内；小线段插补速度达12m/min。根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，已开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床。2）高精密度从精密加工到超精密加工，是世界个工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级，其应用范围日益广泛。随着科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精密要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善

13、现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。1.2 设计的主要任务数控机床主轴部件是机床的核心部件。目前，高速主轴单元在国外有很大的发展，其数控机床的转速已经达到10000-20000r/min,主轴功率可达22KW；较先进的数控机床主轴转速可达20000-60000r/min，主轴功率达20-60KW。而我国对高速高精度机床虽然也取得了一定的成果，但无论在转速还是精度方面与国外先进水平还有很大的差距，其已成为我国发展超高速加工技术的“瓶颈”。 本设计主要通过对现有数控机床主轴部件现状的分析，探讨合理的结构形状，优化其参数，提高机床主轴部件的工作性能；采用计算机建模技术，设计数控机床主轴部件的数

14、控样机。因此，将数字化技术应用于数控机床的主轴部件的设计与研究，对于稳定机床产品的质量，提高生产率，推动机床功能部件的发展，加快产品的更新换代具有重要意义。2 主传动设计2.1 驱动源的选择机床上常用的无级变速机构是直流或交流调速电动机，直流电动机从额定转速nd向上至最高转速nmax是调节磁场电流的方法来调速的，属于恒功率，从额定转速nd向下至最低转速nmin是调节电枢电压的方法来调速的，属于恒转矩；交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流调速电动机高，磨损和故障也少，所以在中小功率领域，交流调速电动

15、机占有较大的优势，鉴于此，本设计选用交流调速电动机。 根据主轴要求的最高转速4000r/min，最大切削功率5.5KW,选择北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，其基本转速是300r/min，最高转速是4500 r/min。2.2 转速图的拟定根据交流主轴电动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒功率转速范围 Rdp=nmax/nd=3 （2-1）而主轴要求的恒功率转速范围Rnp=26.7,远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率转速范围，所以必须串联变速机构的方法来扩大其恒功率转速范围。设计变速箱时，考虑到机床结构的复杂程度，运转的平稳性等因素，取变速箱的公比f等于交流主轴电动

16、机的恒功率调速范围Rdp，即f=Rdp=3，功率特性图是连续的，无缺口和无重合的。变速箱的变速级数Z=lg Rnp/lg Rdp=lg 26.7/ lg 3=2.99 (2-2)取 Z=3 确定各齿轮副的齿数： 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 由此拟定主传动系统图、转速图以及主轴功率特性图分别如图2-1、图2-2、图2-3。 图2-1 主传动系统图 图2-2转速图 图2-3主轴功率特性2.3传动轴的估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲

17、劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大的变形。因此疲劳强度一般不是主要矛盾。除了载荷比较大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求轴在载荷下（弯曲，轴向，扭转）不致产生过大的变形（弯曲，失稳，转角）。如果刚度不够，轴上的零件如齿轮，轴承等由于轴的变形过大而不能正常工作，或者产生振动和噪音，发热，过早磨损而失效。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。通常，先按扭转刚度轴的直径，画出草图后，再根据受力情况，结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。计算转速nj是传动件传递全部功率时的最低转速，各个传动轴上的计算转速可以从转速图上直接得出如表2-1所示。表2-1 各轴的计算转速轴计算转速（r/min）

18、682150各轴功率和扭矩计算： 已知一级齿轮传动效率为0.97（包括轴承），同步带传动效率为0.98,则： 轴：P1=Pd0.98=7.50.98=7.35 KW 轴：P2=P10.97=7.350.97=7.13 KW 轴扭矩：T1=9550P1/n1 =95507.35/682=1.029105 N.mm轴扭矩: T2=9550P2/n2 =4.539105 N.mm是每米长度上允许的扭转角（deg/m），可根据传动轴的要求选取，其选取的原则如表2-2所示。表2-2 许用扭转角选取原则轴主轴一般传动轴较低的轴（deg/m）0.5-11-1.51.5-2根据表3-2确定各轴所允许的扭转角如

19、表3-3所示。表2-3 许用扭转角的确定轴（deg/m）11把以上确定的各轴的输入功率N=7.5KW、计算转速nj（如表2-1）、允许扭转角（如表2-3）代入扭转刚度的估算公式 d=91 (2-3)可得传动轴的估算直径：d=40mm;主轴轴径尺寸的确定：已知车床最大加工直径为Dmax=400mm, 则：主轴前轴颈直径 D1=0.25Dmax15=85115mm 取D1=95mm 后轴颈直径 D2=(0.70.85)D1=6781mm 取D2=75mm 内孔直径 d=0.1Dmax10=3555mm 取d=40mm2.4齿轮模数的估算按接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数

20、只有在齿轮的各参数都已知方可确定，故只有在装配草图画完后校验用。在画草图时用经验公式估算，根据估算的结果然后选用标准齿轮的模数。齿轮模数的估算有两种方法，第一种是按齿轮的弯曲疲劳进行估算，第二种是按齿轮的齿面点蚀进行估算，而这两种方法的前提条件是各个齿轮的齿数必须已知，所以必须先给出各个齿轮的齿数。根据齿轮不产生根切的基本条件：齿轮的齿数不小于17，在该设计中，即最小齿轮的齿数不小于17。而由于Z3,Z3这对齿轮有最大的传动比，各个传动齿轮中最小齿数的齿轮必然是Z3。取Z3=20,S=116，则Z3=96。从转速图上直接看出直接可以看出Z3的计算转速是682r/min。根据齿轮弯曲疲劳估算公式

21、m=2.4 (2-4)根据齿轮接触疲劳强度估算公式计算得: m=2.84由于受传动轴轴径尺寸大小限制，选取齿轮模数为m =3mm，对比上述结果，可知这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，故取同一变速组中的所有齿轮的模数都为m=3mm。可得两轴中心距为a=175mm.现将各齿轮齿数和模数列表如下：表2-4 齿轮的估算齿数和模数列表齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3齿数467077392096模数（mm）3333333 主轴箱展开图的设计主轴箱展开图是反映各个零件的相互关系，结构形状以及尺寸的图纸。因此设计从画展开图开始，确定所有零件的位置，结构和尺寸，并以此为依据绘

22、制零件工作图。 3.1各零件结构和尺寸设计3.1.1设计的内容和步骤这一阶段的设计内容是通过绘图设计轴的结构尺寸及选出轴承的型号，确定轴的支点距离和轴上零件力的作用点，计算轴的强度和轴承的寿命。3.1.2 有关零部件结构和尺寸的确定传动零件，轴，轴承是主轴部件的主要零件，其它零件的结构和尺寸是根据主要零件的位置和结构而定。所以设计时先画主要零件，后画其它零件，先画传动零件的中心线和轮廓线，后画结构细节。1）传动轴的估算这一步在前面已经做了计算。2）齿轮相关尺寸的计算为了确定轴的轴向距离，齿轮齿宽的确定是必须的。齿宽影响齿的强度。但如果太宽，由于齿轮的制造误差和轴的变形，可能接触不均，反而容易引

23、起振动和噪声，一般取齿宽系数m =(6-10)m。这里取齿宽系数m=10, 则齿宽B=mm=103=30mm.现将各个齿轮的齿厚确定如表3-1所示。表3-1 各齿轮的齿厚齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3齿厚（mm）303030303030齿轮的直径决定了各个轴之间的尺寸，所以在画展开图草图前，各个齿轮的尺寸必须算出。现将主轴部件中各个齿轮的尺寸计算如表3-2所示。表3-2 各齿轮的直径齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3分度圆直径（mm）13821023111760288齿顶圆直径（mm）14421623712366294齿根圆直径（mm）130.5202.5223.5109.552.5280.5由表3-

24、2可以计算出各轴之间的距离，现将它们列出如表3-3所示。表3-3 各轴的中心距轴距离（mm）1751753）确定齿轮的轴向布置为避免同一滑移齿轮变速组内的两对齿轮同时啮合，两个固定齿轮的间距，应大于滑移齿轮的宽度，一般留有间隙1-2mm，所以首先设计滑移齿轮。轴上的滑移齿轮的两个齿轮轮之间必须留有用于齿轮加工的间隙，插齿时，当模数在1-2mm范围内时，间隙必须不小于5mm,当模数在2.5-4mm范围内时，间隙必须不小于6mm，且应留有足够空间滑移，据此选取该滑移齿轮三片齿轮之间的间隙分别为d1=17.5mm,d2=15mm。由滑移齿轮的厚度以及滑移齿轮上的间隙可以得出主轴上的两个齿轮的间距至少

25、是60mm，现取齿轮之间的间距为64mm和70mm。4）轴承的选择及其配置主轴组件的滚动轴承既要有承受径向载荷的径向轴承，又要有承受两个方向轴向载荷的推力轴承。轴承类型及型号选用主要应根据主轴的刚度，承载能力，转速，抗振性及结构要求合理的进行选定。同样尺寸的轴承，线接触的滚子轴承比电接触的球轴承的刚度要高，但极限转速要低；多个轴承的承载能力比单个轴承的承载能力要大；不同轴承承受载荷类型及大小不同；还应考虑结构要求，如中心距特别小的组合机床主轴，可采用滚针轴承。为了提高主轴组件的刚度，通常采用轻型或特轻型系列轴承，因为当轴承外径一定时，其孔径（即主轴轴颈）较大。通常情况下，中速重载采用双列圆柱滚

26、子轴承配双向推力角接触球轴承（如配推力轴承，则极限转速低），或者成对圆锥滚子轴承，其结构简单，但是极限转速较低，如配空心圆锥滚子轴承，其极限转速显著提高，但成本也相应的提高了。高速轻载采用成组角接触球轴承，根据轴向载荷的大小分别选用25或 15的接触角。轴向载荷为主且精度要求不高时，选用推力轴承配深沟球轴承，精度要求较高时，选用向心推力轴承。该设计的主轴不仅有刚度高的要求，而且有转速高的要求，所以在选择主轴轴承时，刚度和速度这两方面都要考虑。主轴前轴承采用3182119型轴承一个，后支承采用30215型和8215型轴承各一个3.1.3 各轴结构的设计轴的一端与带轮相连，将轴的结构草图绘制如图3

27、-2所示。轴其结构完全按标准确定，根据其轴向的尺寸可将结构简图绘制如图3-1所示。图3-1 轴的结构简图图3-2 轴的结构简图3.1.4 主轴组件的刚度和刚度损失的计算：最佳跨距的确定：取弹性模量E=2.1105 N/mm2, D=(95+75)/2=85;主轴截面惯距：I=2.48106 mm4;截面面积：A=4415.63 mm2主轴最大输出转矩： Mn=9550000=4.775105 N.mm Fz=2122.2 N Fy=0.5Fz=1061.1 N故总切削力为： F=2372.69 N估算时，暂取L0/a=3,即取285mm.前后支承支反力Ra=3163.59 N Rb=790.8

28、97 N取Ka=13.976105 N/mm Kb=2.67105 N/mm=0.435则L0/a=2.96.则L0=281mm因在上式计算中，忽略了ys的影响，故L0应稍大一点，取L0=300mm计算刚度损失： 取L=385mm,=4.61 由 公 式 弹 性 主 轴 y1 弹性支承k总 柔 度 总刚度 弯曲变形 yb 剪切变形ys前支承 后支承悬伸段跨距段悬伸段跨距段 L=3855.48810-72.22410-62.36110-71.16510-711.1210-72.2810-744.6510-72.2410512.2949.85.292.6124.95.1100L0=300 5.48

29、810-71.73210-62.36110-71.491510-712.410-73.75610-742.8310-72.3310512.8140.465.513.4828.98.77100 由LL0引起的刚度损失约为3.68,可知，主轴刚度损失较小，选用的轴承型号及支承形式都能满足刚度要求。主轴端部挠度的验算： 传动力的计算：已知齿轮最少齿数为39，模数为3，则分度圆直径为78mm,则齿轮的圆周力：P=2T2/dmin=11638.46 N 径向力：Pr=0.5Pt=5819.23 N 则传动力在水平面和垂直面内有分力为： 水平面： QH=PtH+PrH=4365.717 N 垂直面： Qv

30、=Ptv+Prv=11547.18 N取计算齿轮与前支承的距离为185mm, 其与后支承的距离为200mm. 切削力的计算： 已知车床拖板最大回转直径Dmax=200mm,则主切削力：Pv=Pc=4539.004 N径向切削力：PH=0.5Pc=2269.5 N轴向切削力：Pr=0.35Pc=1588.65 N 当量切削力的计算：P=（a+B）p/a 对于车床 B=0.4Dmax=160mm则水平面内：PH=6091.8 N垂直面内：Pv=4264.27 N主轴端部挠度的计算： Yp=P (1+)+ (mm) YPH=2.4710-2mm, yPv=1.7310-2mm传动力作用下，主轴端位移

31、的计算公式见5-17： YQ=Q- (mm)式中：“-”号表示位移方向与力反向，b表示齿轮与前支承的距离，c表示齿轮与后支承的距离，将各值代入，得 yQ=-16.89610-7Q YQH=-7.37610-3 mm yQV=-1.95110-2 mm则水平面内：yH=yPH+yQH=1.732410-2 mm 垂直面内：yv=yPV+yQV=-0.22110-2 mm则主轴最大端位移为：ymax=0.0174mm又已知主轴端部位移的许用值y=0.0002L,L=385mm则y=0.0002385=0.077mm. ymaxy, 符合要求。主轴倾角的验算：如果轴承处的倾角过大，会破坏轴承的的正常

32、工作，缩短轴承的寿命，因此需要加以限制。而前轴承所受的载荷较大，故只需校核前轴承。通常在计算主轴倾角时，不考虑支承弹性的影响。在切削力P作用下主轴前轴承处的倾角为：水平面内：=10-4 rad垂直面内：=9.98210-5 rad在传动力Q作用下主轴前轴承处的倾角为：水平面内：=-7.854710-5 rad垂直面内：=-2.077510-4 rad则主轴前轴承处的倾角为：水平面内：=6.405310-5 rad垂直面内：=-10.79310-5 rad则=1.25510-4 rad又已知主轴倾角的许用值为=0.001 rad所以, 符合要求。3.2 装配图的图纸设计根据主轴展开图第一阶段的设

33、计，已将主轴部件的各个部分的零件确定下来，但作为完整的展开图，必须包含主轴部件的各个视图，尺寸，技术要求，技术特性表，零件编号，明细表和标题栏。主轴箱展开图上必须完成的内容主要有标注尺寸，编写技术要求，对所有的零件进行编号，列出零件明细表及标题栏。3.2.1 标注尺寸展开图上标注的尺寸有：1）特性尺寸：传动零件的中心距。2）配合尺寸：主要零件的配合处都应标注尺寸，配合性质和精度等级。配合性质和精度的选择对主轴部件的工作性能，加工工艺及制造成本都有很大的影响，所以都是根据手册中有关资料认真确定的。3）外形尺寸：主轴部件的总长，总宽，总高等。它是表示主轴部件大小的的尺寸，以便考虑所需空间的大小及工

34、作空间的大小及工作范围等。3.2.2 编写技术要求展开图上都要标注一些在视图上无法表达的关于装配，调整，检验，维护等方面的技术要求。正确制定这些技术要求将保证主轴部件的各种性能。技术要求通常包括下面几方面的内容：1）对零件的要求：在装配前，应按图纸检验零件的配合尺寸，合格的零件才能装配。所有的零件要用煤油或汽油清洗。机体内不能有任何的杂物存在，机体内壁应涂上防侵蚀的涂料。2）对润滑剂的要求：润滑剂对传动性能有很大的影响，起着减小摩擦，降低磨损和散热冷却的作用。同时也有助于减振，防锈及冲洗杂质。所以一般在技术要求中应标明传动件及轴承所用的润滑剂的牌号，用量，补充及更换时间。选择润滑剂时，应考虑传

35、动类型，载荷性质及运转速度，一般对高速，重载，频繁启动，反复运转等情况，由于形成油膜条件差，所以一般选择粘度高，油性和极压性能好的润滑油。对轻载，间隙工作的传动件可取粘度较低的润滑油。3）对密封的要求：在试运转过程中，所有的联接面及轴伸密封处都不允许漏油。4）对安装调整的要求：在安装滚动轴承时，必须保证一定的轴向游隙。应在技术要求中提出游隙的大小，因为游隙的大小将会影响轴承的正常工作。游隙过大，会使滚动体受载不均，轴系窜动；游隙过小，则会阻止轴系因发热而伸长，增加轴承阻力，严重将会将轴承卡死。当轴承支点跨距大，运转温升高时，应选较大的游隙。 5）对试验的要求：作空载试验正反转各转一小时，要求运

36、转平稳，噪音小，连接固定处不允许有松动的现象。负载运转时，油温不得超过40C。3.2.3 对所有的零件进行编号零件的编号方法，可以采用不区分标准件和非标准件，统一编号，也可以将标准件和非标准件分开，分别编号。相同的零件应只有一个编号，编号线不能相交，并且与剖面线平行。对于装配关系清楚的零件组可以使用公共编号引线。编号可以按顺时针或者逆时针方向顺序排列整齐，字高比尺寸数字大一号或者两号。3.2.4 列出零件明细表及标题栏明细表是主轴部件所有零件的详细目录，填写明细表的过程也是最后确定材料及标准件的过程。应尽量减少材料和标准件的品种和规格。明细表由下向上填写。标准件必须按规定的标记，完整的写出零件

37、的名称，材料，主要尺寸及标准代号。材料应注明牌号。经过如上步骤和要求，最后产生了主轴部件的展开图,为了表达主轴部件内部各轴之间的相互位置关系，在画出装配图的同时，同时画出了主轴部件的位置关系图. 4 主轴部件的实体建模及运动模拟在主轴部件的展开图完成后，可以直接根据主轴部件的展开图直接进行零件图的拆画，但为了使主轴部件产品质量的可靠性和减少主轴部件产品的重复性，在生成零件图之前，有必要对其装配的过程和部分运动过程进行计算机演示。通过计算机的动态模拟，可以让设计者很容易的发现设计过程中缺陷，此时只需要修改前阶段产生的主轴部件的展开图。支持计算机实现三维实体的软件有很多，其中Pro/e就是一款比较

38、具有代表性的强大的工程建模软件，它有众多模块，用它不仅可以制作零件的实体以及装配零件，而且可以模拟装配体的运动过程，对零件进行强度分析等高级功能，它使产品的设计变得简单，在产品没有制造出来之前，就能对产品的各项性能指标进行检验，使产品的设计周期变短。故这款软件特别适合于复杂产品的设计。理论上，直接用Pro/e进行实体建模，接着进行装配和工作的模拟，最后，使用该软件直接产生工程图。但由于对机械设计的经验比较少，再加上对Pro/e的使用不是很熟悉，只能按传统的机械设计方法，即先画出装配图，然后再画零件图的方法进行设计，最后才使用Pro/e按前面设计的进行实体建模，运动分析等工作。4.1 零部件的实

39、体建模4.1.1 各轴的实体建模1） 轴的实体建模分析轴的结构，除了齿轮，其它结构的创建都比较简单，采用简单的拉伸，以及旋转就可以完成。轴的实体模型如图4-1所示。在两轴承的装配面两边分别留有退刀槽，一是为了加工的方便，二是使轴承固定。2） 轴的实体建模轴其上有两个键槽 其实体模型如图4-2所示。轴的结构较轴复杂，轴上的其它结构，如退刀槽等结构与轴上对应的结构建立的方法相似，在此就不重复说明了。3） 轴的实体建模轴的实体模型如图4-3所示。图4-1 轴的实体模型 图4-2 轴的实体模型图4-3 轴的实体模型轴是一根短轴，它的左端要和一个光电编码器连接，和齿轮配合的那段轴里面有一个锥形孔。4.1

40、.2 轴承的实体建模轴承是由外圈，滚动体，内圈，保持架组成。因为轴承是标准件，其一般有专门的厂家生产，考虑到保持架的复杂性，在制作轴承时，将保持架省略。在制作轴承是，先将外圈，滚动体，内圈的实体分别作出，最后进入Pro/e的装配模块，将它们组装成轴承。现将该设计中选取的三种类型的轴承分别列出如图4-4，4-5，4-6。在轴承实体的装配过程中，内圈或者外圈先与滚动体装配，与滚动体相配合的内圈或者外圈在与滚动体装配前，先作一些必须的处理，其主要是产生一些用来限制滚动体的基准面及基准轴。在装配滚动体时，只需要将滚动体上的初始基准平面和旋转轴与内圈或者外圈上用来限制滚动体的基准平面和基准轴对齐。内圈与

41、外圈的装配只需在两者之间增加一个插入和平面对齐即可。该轴承实体设计过程并不能真正的模拟现实的轴承的运动，由上面装配的过程可以看出，这些滚动体只能与限制其运动的内圈或者外圈相对静止，不可能产生相对的运动，这与现实不符。 图4-4 30215型轴承 图4-5 6207型轴承 图4-6 3182119型轴承4.1.3 箱体的实体建模箱体的实体建模主要是通过一系列的拉伸特征操作建立的，但是步骤较多，各个操作步骤之间也有比较严格的顺序，如果各个特征操作的顺序安排不当，可能不能的到正确的箱体模型。箱体的制作是根据主轴部件的展开图来制作的，将其做成一个长方体的形状，在这里只考虑其支撑主轴部件内部的各个零件，

42、而没有考虑在空间上箱体与机床别的部分的相互关系，所以该主轴箱的设计并不如设计整机时设计的精确。箱体模型在后面的装配图中可以见到。4.1.4 齿轮的实体建模齿轮实体建模的关键是产生齿轮的轮齿，该设计中所有的齿轮都是圆柱直齿轮，其齿形都是渐开线形式，这是截面草绘所不能产生的，只有通过基准曲线命令才能完成，现将制作完成的齿轮的实体模型列出如图4-7，4-8，4-9。主轴部件中所有的齿轮的制作过程是相同的，现将轴上的齿轮二的齿的制作过程作简要的说明。步骤1：用基本的拉伸命令产生齿轮模型的基体，产生一个具有内孔的齿轮胚。 步骤2：将齿轮轮齿的各主要参数输入系统的单一数据库，然后进入关系界面，根据基本参数，将全部的参数计算出来。该齿轮各参数的关系如下：z=80d=m*zdb=d*cos(a)da=d+2*mdf=d-2*m*1.25 图4-7 三联滑移齿轮 图4-8 双联滑移齿轮 图4-9 齿轮步骤3：根据步骤2计算出来的各基本参数，产生包含分度圆，齿顶圆，齿根圆的基准曲线，以便用来作为渐开线的边界线。步骤4：绘制基准渐开线，