四工位立式回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì) 四工位立式回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 指導(dǎo)教師： 二〇一四年六月 四工位立式回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真 摘要：本設(shè)計(jì)是基于Pro/E數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的仿真。主要的工作可以分成兩部分，一部分是機(jī)構(gòu)仿真，另一部分是電氣控制。機(jī)構(gòu)仿真是先對(duì)四工位立式回轉(zhuǎn)刀架的工作原理的分析和對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其

2、中主要的傳動(dòng)部件如蝸輪蝸桿、螺桿還做了強(qiáng)度校核，再對(duì)設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)在Pro/E中建模、組裝，組裝的過(guò)程中需要對(duì)零件做不同的預(yù)定義約束集設(shè)置，如螺桿與螺母之間的組裝需要經(jīng)過(guò)圓柱、槽、平面等約束集,組裝之后做機(jī)構(gòu)的仿真運(yùn)動(dòng)；電氣控制是把程序?qū)氲?255單片機(jī)中來(lái)控制刀架電動(dòng)機(jī)中的兩個(gè)繼電器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)刀架的正反轉(zhuǎn)控制,并通過(guò)限位開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)，達(dá)到自動(dòng)換刀。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，蝸輪蝸桿，螺桿，仿真 Design and Simulation of vertical rotary cutter electromechanical system with four st

3、ations Abstract：This design is the simulation of automatic rotary turret of NC machine tool based on Pro/E. Its main work can be divided into two parts, one part is the mechanism simulation, and the other part is the electrical control. Firstly Mechanism simulation analyzes the working principle of

4、 the four station vertical rotary turret, then it design components in accordance with its structure. Its main transmission components, such as worm gear, screw are checked in strength. Secondly, predefined constraint are set differently in the process of molding and assembling of parts in Pro/E. Fo

5、r example, assembling between the screw and the nut requires constraint set beyond?the?cylinder, tank, and plane. After assembling, it does structural simulation?motion. Electric control is to import program into 8255 MCU to control the two relays tool motor, so as to achieve positive-negative contr

6、ol. Whereby, through the signal of limit switch, it controls the motor stalling which helps to achieve the automatic tool change. Keywords: automatic rotary tool, worm gear and worm ,screw, simulation 目 錄 1 前言 1 1.1 概述 1 1.2 數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架發(fā)展趨勢(shì) 2 1.3 數(shù)控刀架的基本要求 3 1.4 本設(shè)計(jì)的目的及意義 4 2 機(jī)械設(shè)計(jì) 5 2.1

7、 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2.1.1 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2.1.2 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2.1.3 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5 2.2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 7 2.3 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 9 2.3.1 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 2.3.2 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 2.4 刀架體的設(shè)計(jì) 16 3 電氣控制部分設(shè)計(jì) 18 3.1 收信電路 18 3.2 發(fā)信電路 19 4 基于Pro/E的零件建模及仿真 21 4.1 Pro/E的簡(jiǎn)介 21 4.1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì) 22 4.1.2 基于特征建模 22 4.1.3 單一數(shù)據(jù)庫(kù) 22 4.1.4 直觀裝配管理

8、22 4.2 零件的建模 23 4.2.1 Pro/E中常用的的命令 23 4.2.2 一些主要零件的建模 24 4.3 組裝 33 4.3.1 組裝過(guò)程中的預(yù)定義約束集 33 4.3.2 組裝圖 35 總 結(jié) 36 參考文獻(xiàn) 37 致 謝 38 1 前言 1.1 概述 自動(dòng)換刀系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機(jī)床主軸的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響機(jī)床的加工性能。刀庫(kù)結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置的工作方式，則會(huì)影響機(jī)床的換刀效率。自動(dòng)換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，又會(huì)對(duì)整機(jī)的成本造價(jià)產(chǎn)生直接影響。 數(shù)控刀架是數(shù)控車床最普遍的一種輔助裝

9、置，它可使數(shù)控車床在工件一次裝夾中完成多種甚至所有的加工工序，以縮短加工的輔助時(shí)間，減少加工過(guò)程中由于多次安裝工件而引起的誤差，從而提高機(jī)床的加工效率和加工精度。因此數(shù)控機(jī)床上的刀架是安放刀具的重要部件，刀架用于夾持切削用的刀具，許多刀架還直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀架，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架，回輪式轉(zhuǎn)塔車床的回輪刀架，自動(dòng)車床的轉(zhuǎn)塔刀架和天平刀架等。這些刀架既安放刀具，而且還直接參與切削，承受極大的切削力作用，所以它往往成為工藝系統(tǒng)中的較薄弱環(huán)節(jié)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的刀架也有了許多變化，特別是數(shù)控車床上采用電(液)換位的自動(dòng)刀架，有的還使用兩個(gè)回轉(zhuǎn)刀盤。加工中心則進(jìn)一步采用了刀

10、庫(kù)和換刀機(jī)械手，定現(xiàn)了大容量存儲(chǔ)刀具和自動(dòng)交換刀具的功能，這種刀庫(kù)安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動(dòng)交換刀具的時(shí)間從十幾秒減少到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。因此，刀架的性能和結(jié)構(gòu)往往直接影響到機(jī)床的切削性能、切削效率和體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平 。 隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展，刀架結(jié)構(gòu)形式也在不斷翻新。其中按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等多種形式。其中，帶刀庫(kù)的數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀裝置自1958年研制成功以來(lái)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方式不斷得到改進(jìn)和完善，形式多種多樣，目前常見(jiàn)的有更換主軸頭換刀以及帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)。而且隨著機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，制造行業(yè)

11、對(duì)于帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的高效高性能加工中心的需求量越來(lái)越大。在現(xiàn)有的各種類型的加工中心中，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)的造價(jià)在機(jī)床整機(jī)造價(jià)中總是占著很大比重，這是加工中心價(jià)格居高不下、應(yīng)用不普遍的重要原因。如果把自動(dòng)換刀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造從現(xiàn)有加工中心的制造模式中分離出來(lái)，把它作為加工中心的標(biāo)準(zhǔn)件或附件組織專門化的生產(chǎn)，同時(shí)由于該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)、采用彈簧夾頭和外驅(qū)動(dòng)機(jī)械手等關(guān)鍵技術(shù)、采用圓柱柄刀具和輔具，這不僅使數(shù)控機(jī)床工作性能有所提高，而且使得由它配套構(gòu)成的加工中心的總體造價(jià)大幅度下降。低造價(jià)高性能的加工中心將會(huì)被中小廠廣泛接收，這樣必將給自動(dòng)換刀系統(tǒng)生產(chǎn)廠商和加工中心制造廠商帶來(lái)巨大的

12、經(jīng)濟(jì)效益 1.2 數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開(kāi)始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。其中數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過(guò)程，顯然，他已越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國(guó)際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過(guò)程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。

13、 STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對(duì)于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時(shí)間（約35％）和加工時(shí)間（約50％）。? 　　目前國(guó)內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主，分為立式（如圖1.1）和臥式（如圖1.2）兩種。立式主要用于簡(jiǎn)易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外，臥式刀

14、架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。電動(dòng)刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動(dòng)刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時(shí)，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點(diǎn)是數(shù)控車床需配備易于控制的電動(dòng)刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活方便地完成各種幾何形狀的加工。 數(shù)控刀架的市場(chǎng)分析：國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種。 目前數(shù)控刀架所追求的目標(biāo)有兩

15、個(gè)：一是高速、可靠，追求的目標(biāo)是換刀時(shí)間盡量的短，以換取加工中心和車削中心的高效性；二是，簡(jiǎn)單實(shí)用、造價(jià)低、使用可靠，但換刀速度不快。 圖1.1 立式回轉(zhuǎn)刀架 圖1.2 臥式回轉(zhuǎn)刀架 1.3 數(shù)控刀架的基本要求 （1） 換刀時(shí)間短，以減少非加工時(shí)間。 （2） 減少換刀動(dòng)作對(duì)加工范圍的干擾。 （3） 刀具重復(fù)定位精度高。 （4） 識(shí)刀、選刀可靠，換刀動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠。 （5） 刀庫(kù)刀具存儲(chǔ)量合理。 （6） 刀庫(kù)占地面積小，并能與主機(jī)配合，使機(jī)床外觀協(xié)調(diào)美觀。 （7） 刀具裝卸、調(diào)整、維修方便，并能得到清潔的維護(hù)。 1.4 本設(shè)計(jì)的目的及意義 本次設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是理解四

16、工位立式回轉(zhuǎn)刀架的工作原理，重點(diǎn)則是基于Pro/E對(duì)四工位立式電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架進(jìn)行的仿真，在Pro/E這個(gè)三維建模軟件中對(duì)那些主要的傳動(dòng)部件進(jìn)行建模，之后再遵循傳動(dòng)的條件進(jìn)行組裝，最后進(jìn)行機(jī)構(gòu)動(dòng)畫仿真。 本次設(shè)計(jì)的意義所在就是能夠讓讀者們更為容易地明白四工位立式電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架是如何工作的，能夠進(jìn)一步地了解四工位立式電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理。 2 機(jī)械設(shè)計(jì) 2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1.1 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 普通的三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)因?yàn)檗D(zhuǎn)速太快，所以不能直接驅(qū)動(dòng)刀架進(jìn)行換刀，必須要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臏p速才行。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此采用蝸桿-蝸輪副減速是最佳的選擇。蝸桿-蝸輪副傳動(dòng)不僅可以改變運(yùn)

17、動(dòng)的方向，獲得較大的傳動(dòng)比，保證傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，并且也具有自鎖功能，還可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的小型化。 2.1.2 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于刀具是直接安裝在上刀體上，所以上刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與定位的精度都將直接影響工件的加工精度。所以本設(shè)計(jì)上刀體的鎖緊與定位機(jī)構(gòu)選用端面齒盤，將上刀體和下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上下端面齒相互嚙合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸旋轉(zhuǎn)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開(kāi)后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。 2.1.3 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 要想使上、下刀體的兩個(gè)端面齒脫離，就必須設(shè)計(jì)

18、合適的機(jī)構(gòu)使上刀體抬起。本設(shè)計(jì)選用螺桿-螺母副，在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸桿-蝸輪帶動(dòng)螺桿繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動(dòng)，要么就上下移動(dòng)。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合，因?yàn)檫@時(shí)上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所以螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使上刀體向上移動(dòng)。當(dāng)端面齒脫離嚙合時(shí)，上刀體就與螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)螺桿時(shí)要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥?，以便?dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度時(shí)，使得上刀梯與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。 如下圖2.1為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。 圖2.1 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖 1-發(fā)信盤 2-推力軸承 3-螺桿螺母副 4-端面齒盤 5

19、-反靠圓盤6-三相異步電動(dòng)機(jī) 7-聯(lián)軸器 8-蝸桿副 9-反靠銷 10圓柱銷 11-上蓋圓盤 12-上刀體2.2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如下圖2.2所示。 蝸桿-蝸輪減速 銷連接 刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 上蓋圓盤旋轉(zhuǎn) 螺桿正轉(zhuǎn) 上刀體抬起 螺桿-螺母

20、 端面齒錯(cuò)開(kāi) 霍爾元件觸發(fā) 上刀體旋轉(zhuǎn) 到位回答 圓柱銷落入上蓋圓盤 反靠銷反靠端面齒嚙合 蝸桿-蝸輪減速 刀架電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn) 螺桿反轉(zhuǎn) 上刀體下降，粗定位 精定位 延時(shí)鎖緊 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 圖2.2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架

21、的換刀流程 下面的圖表示自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在換刀過(guò)程中有關(guān)銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要作用。 當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，兩銷的情況如圖2.3（a）所示，此時(shí)反靠銷6落在反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，上刀體4的端面齒和下刀體的端面齒處于嚙合狀態(tài)（上下端面齒在圖2.3（a）中未畫出）。 需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三相異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)蝸桿副帶動(dòng)螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與螺桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開(kāi)；與此同時(shí)，上蓋圓盤1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)（上蓋圓盤1通過(guò)圓柱銷與螺桿連接），當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)約170度時(shí)，上蓋圓盤1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷2的正上方，由于彈簧

22、3的作用，圓柱銷2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤1就通過(guò)圓柱銷2使得上刀體4轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)（此時(shí)端面齒已經(jīng)完全脫開(kāi)），如圖2.3（b）所示。 上蓋圓盤1、圓柱銷2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過(guò)程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤7中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體4尋找刀位時(shí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2.3（c）所示。 上刀體4帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信盤上的霍爾元件輸出低電平信號(hào)，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤1通過(guò)圓柱銷2帶動(dòng)上刀體4開(kāi)始反轉(zhuǎn)，反靠銷6馬上就會(huì)落入反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位，如圖2.3（d）所示。此時(shí)，反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內(nèi)爬不上來(lái)，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始下

23、降，二上蓋圓盤1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷2的頭部壓入上刀體4的銷孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤1的下表面開(kāi)始與圓柱銷2的頭部滑動(dòng)。在此期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實(shí)現(xiàn)精定位，經(jīng)過(guò)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過(guò)程結(jié)束。 由于蝸桿副具有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定地工作。 （a） （b） （c） （d） 圖2.3 刀架轉(zhuǎn)位過(guò)程中銷的位置 （a）換到開(kāi)始時(shí)，圓柱銷2與上蓋圓盤1可以相對(duì)滑動(dòng) （b）上刀體4完全抬起后，圓柱銷2落入上蓋圓盤1槽內(nèi)，上蓋圓盤1將帶動(dòng)圓柱銷2以及上刀體4一起轉(zhuǎn)動(dòng) （c）上刀體4連續(xù)轉(zhuǎn)

24、動(dòng)時(shí)，反靠銷6可從反靠圓盤7的槽左側(cè)斜坡滑出 （d）找到刀位時(shí)，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠銷6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)粗定位 1-上蓋圓盤 2-圓柱銷 3-彈簧 4-上刀體 5-圓柱銷 6-反靠銷 7-反靠圓盤 2.3 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 2.3.1 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源是三相異步電動(dòng)機(jī)。其中蝸桿與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)，刀架轉(zhuǎn)位時(shí)蝸輪與上刀體直聯(lián)。已知電動(dòng)機(jī)額定功率。,額定轉(zhuǎn)速，上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，蝸桿副的傳動(dòng)比。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時(shí)，需要蝸桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)，因此所受工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊比較大，現(xiàn)如今要求蝸桿副的使用壽命。 （1） 蝸桿的選型 GB/T10085----19

25、88推薦采用漸開(kāi)線蝸桿（Z1蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便的漸開(kāi)線型圓柱蝸桿(Z1型)。 （2） 蝸桿副的材料 刀架中的蝸桿副傳動(dòng)的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此，蝸桿的材料選用45鋼，其螺旋齒面要淬火，硬度為45～55HRC,以提高其表面耐磨行；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，采用金屬模鑄造。 （3） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動(dòng)，多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，進(jìn)行載荷計(jì)算時(shí)，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。 按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式

26、 (2-1) 式中 a——蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位； K——載荷系數(shù)； ——作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，單位； ——彈性影響系數(shù)； ——許用接觸應(yīng)力，單位為。 從式（2-1）算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)已知的傳動(dòng)比， 查表2.1選擇一個(gè)合適的中心距a值，以及相應(yīng)的蝸桿，蝸輪參數(shù)。 表2.1 普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配 中心距a/mm 模數(shù) m/mm 分度直徑/mm / 蝸桿 頭數(shù) 直徑 系數(shù)q 分度圓導(dǎo)程角 蝸

27、輪齒數(shù) 變位系數(shù) 40 50 1 18 18 1 18.00 62 82 0 0 40 1.25 20 31.25 1 16.00 49 -0.500 50 63 22.4 35 17.92 62 82 +0.040 +0.440 50 1.6 20 51.2 1 12.50 51 -0.500 2 4 63 80 28 71.68 1 17.50 61 82 +0.1215 +0.250 40 (50) (63) 2 22.4 89.2 1 1

28、1.20 29 (39) (51) -0.100 (-0.100) (+0.400) 2 4 6 80 100 35.5 142 1 17.75 62 82 +0.125 50 (63) (80) 2.5 28 175 1 11.20 29 (39) (53) -0.100 (+0.100) (-0.100) 2 4 6 100 45 281.25 1 18.00 62 0 63 (80) (100) 3.15 35.5 352.25 1 11.27

29、 29 (39) (53) -0.1349 (+0.100) (-0.3889) 2 4 6 125 56 555.66 1 17.778 62 -0.2063 80 (100) (125) 4 40 640 1 10.00 31 (41) (51) -0.500 (-0.500) (+0.750) 2 4 6 160 71 1136 1 17.75 62 +0.125 ① 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 設(shè)蝸桿頭數(shù)，蝸桿副的傳動(dòng)效率，由電動(dòng)機(jī)的額定功率，可以算出蝸輪傳動(dòng)的功率，再

30、由蝸輪的轉(zhuǎn)速求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 （2-2） ② 確定載荷系數(shù)K 載荷系數(shù)。其中為使用系數(shù)，有表2.2查得，由于工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此??；為齒向分布系數(shù)，因工作載荷在啟動(dòng)和停止時(shí)有變化，故??；為動(dòng)載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)數(shù)不高。沖擊不大，可取。則載荷系數(shù)： （2-3） 表2.2 使用系數(shù) 工作類型 I II III 載荷性質(zhì) 均勻、無(wú)沖擊 不均勻、小沖擊 不均勻、大沖擊 每小時(shí)起動(dòng)次數(shù) <25 25-50 >50 起動(dòng)載荷 小 較大 大 1 1.15 1.

31、2 ③ 確定彈性影響系數(shù) 鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時(shí)，從有關(guān)手冊(cè)查的彈性影響系數(shù) ； ④ 確定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距的比值。查圖2.4得。 圖2.4 圓柱蝸桿傳動(dòng)的接觸系數(shù) ⑤ 確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1金屬模制造蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC可查表2.3的蝸輪的基本許用應(yīng)力=268MPa已知蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù)j=1；蝸輪轉(zhuǎn)數(shù)=24r/min；蝸桿副的使用壽命=10000h。 則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：

32、 （2-4） 壽命系數(shù)： 許用接觸應(yīng)力： （2-5） 表2.3 鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力'(MPa) 蝸輪材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面的硬度 ≤45HRC >45HRC 鑄錫磷青銅 砂模鑄造 150 180 金屬模鑄造 220 268 鑄錫鋅鉛青銅 砂模鑄造 113 135 金屬模鑄造 128 140 ⑥ 計(jì)算中心距 將以上各參數(shù)帶入（2-1），求得中心距

33、： 查表取，已知蝸桿頭數(shù)，設(shè)模數(shù)，得蝸桿分度圓直徑。這時(shí)，查表得接觸系數(shù)。因?yàn)檩^大，所以上述計(jì)算結(jié)果可用。 （4） 蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 由蝸桿和蝸輪的基本尺寸和主要參數(shù)，算的蝸桿和蝸輪的主要幾何尺寸后，即可繪制蝸桿副的工作圖。 ① 蝸桿的參數(shù)與尺寸 頭數(shù)，模數(shù)，軸向齒距 軸向齒厚，分度圓直徑， 直徑系數(shù)， 分度圓導(dǎo)程角。 取齒頂高系數(shù)，徑向間隙系數(shù)， 則齒頂圓直徑 齒根圓直徑。 ② 蝸輪參數(shù)與尺寸 齒數(shù)，模數(shù)， 分度圓直徑為， 變位系數(shù)， 蝸輪喉圓直徑為， 蝸輪齒根圓直徑， 蝸輪咽喉母圓半徑。 （5） 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度

34、即檢驗(yàn)下式是否成立： （2-6） 由蝸桿頭數(shù)，傳動(dòng)比，可以計(jì)算出蝸輪齒數(shù) 則蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)： （2-7） 根據(jù)蝸輪變位系數(shù)和當(dāng)量齒數(shù)，查圖2.5的齒形系數(shù) 圖2.5 蝸輪的齒形系數(shù) 螺旋角影響系數(shù) 根據(jù)蝸輪的材料和制造方法，查表2.4得蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力：

35、 蝸輪的壽命系數(shù)： 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力： 將數(shù)據(jù)帶入得： 可見(jiàn)，，蝸輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求。 表2.4 蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力（MPa） 蝸輪材料 鑄造方法 單側(cè)工作 雙側(cè)工作 鑄錫磷青銅 砂模鑄造 40 29 金屬模鑄造 56 40 鑄錫鋅鉛青銅 砂模鑄造 26 22 金屬模鑄造 32 26 鑄鋁鐵青銅 砂模鑄造 80 57 金屬模鑄造 90 64

36、 灰鑄鐵 HT150 砂模鑄造 40 28 HT200 砂模鑄造 48 34 2.3.2 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1） 螺距的確定 刀架轉(zhuǎn)位時(shí)，要求螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)約 的情況下，上刀體的端面齒與下刀體的端面齒完全脫離;在鎖緊的時(shí)候，要求上下端面的嚙合深度達(dá)2mm。因此，螺桿的螺距P應(yīng)滿足，今取螺桿的螺距。 （2） 確定其他參數(shù) 采用單頭梯形螺桿，頭數(shù)，牙側(cè)角，外螺紋大徑（公稱直徑），牙頂間隙，基本牙型高度，外螺紋牙高，外螺紋中徑，外螺紋小徑，螺桿螺紋部分長(zhǎng)度。 （3） 自鎖性能校核 螺桿-螺母材料均用45鋼，查表2.5取摩擦系數(shù)；再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角：

37、 表2.5 滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力及摩擦因素 蝸桿-螺母的材料 滑動(dòng)速度/ 許用壓力/MPa 摩擦因素 鋼-青銅 低速 18～25 0.08～0.10 ≤3.0 11～18 6～12 7～10 ＞15 1～2 淬火鋼-青銅 6～12 10～13 0.06～0.08 鋼-鑄鐵 <2.4 13～18 0.12～0.15 6～12 4～7 鋼-鋼 低速 7.5～13 0.11～0.17 而螺紋升角： 小于當(dāng)量摩擦角。因此所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件。

38、 2.4 刀架體的設(shè)計(jì) 刀架體設(shè)計(jì)首先要考慮刀架體內(nèi)零件的布置及與刀架體外部零件的關(guān)系，應(yīng)考慮以下問(wèn)題： (1) 滿足強(qiáng)度和剛度要求。因?yàn)榈都荏w的剛度不僅影響傳動(dòng)零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。 (2) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。如支點(diǎn)的安排、開(kāi)孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等均要有利于提高刀架體的強(qiáng)度和剛度。 (3) 工藝性好。包括毛坯制造、機(jī)械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運(yùn)輸、維護(hù)修理等各方面的工藝性。 (4) 造型好、質(zhì)量小。 刀架體的常用材料有： 鑄鐵，多數(shù)刀架體的材料為鑄鐵，鑄鐵流動(dòng)性好，收縮較小，容易獲得形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體。鑄鐵的阻尼作用強(qiáng)，動(dòng)態(tài)剛性和機(jī)

39、加工性能好，價(jià)格適度。加入合金元素還可以提高耐磨性。 鑄造鋁合金，用于要求減小質(zhì)量且載荷不太大的箱體。多數(shù)可通過(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，有足夠的強(qiáng)度和較好的塑性。 3 電氣控制部分設(shè)計(jì) 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的電氣控制部分主要包括收信電路和發(fā)信電路兩大塊。 3.1 收信電路 圖3.1中發(fā)信盤上的4只霍爾開(kāi)關(guān)（型號(hào)為UGN3120U），都有3個(gè)引腳，第1腳接+12V電源，第2腳接+12V地，第3腳為輸出。轉(zhuǎn)位時(shí)刀臺(tái)帶動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)時(shí)，其輸出端第3腳輸出低電平；當(dāng)磁鐵離開(kāi)時(shí)，第3腳輸出高電平。4只霍爾開(kāi)關(guān)輸出的4個(gè)刀位信號(hào)T1～T4分別送到圖3.2的4只光耦合器進(jìn)行處理，經(jīng)

40、過(guò)光電隔離的信號(hào)再送給I/O接口芯片8225的PC0～PC3。 圖3.1 刀架發(fā)信盤的霍爾元件 第1腳：+12V電源 第2腳：+12V地線 第3腳：4個(gè)刀位信號(hào)輸出 圖3.2 刀位信號(hào)的處理 3.2 發(fā)信電路 圖3.3刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，I/O接口芯片8255A的PB6與PB7分別控制刀架電動(dòng)機(jī)的功率只有80W，所以圖3.4中刀架電動(dòng)機(jī)與380V市電的接通可以選用大功率直流繼電器，而不必采用繼電器-接觸器控制電路，以節(jié)省成本，降低故障率。圖3.3中，正轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA1與反轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，而反轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA2又與正轉(zhuǎn)繼電器的一組

41、常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，這樣就構(gòu)成了正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的互鎖電路，以防控制系統(tǒng)失控時(shí)導(dǎo)致短路現(xiàn)象。當(dāng)KA1或KA2的觸點(diǎn)接通380V電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的火花，并通過(guò)電網(wǎng)影響控制系統(tǒng)的正常工作，為此，在圖3.4中布置了3對(duì)R-C阻容用來(lái)滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。 圖3.3 刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 圖3.4 刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn) 4 基于Pro/E的零件建模及仿真 4.1 Pro/E的簡(jiǎn)介 pro-e是Pro/Engineer的簡(jiǎn)稱，更常用的簡(jiǎn)稱是ProE或Pro/E，Pro/E是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司 （Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱PTC）的重要產(chǎn)品

42、，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/E作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的模具和產(chǎn)品設(shè)計(jì)三維CAD/CAM軟件之一。 從proe18版本開(kāi)始引入中國(guó)市場(chǎng)后，PTC公司陸續(xù)推出了proe2000i、proe2000i^2、版本等版本，在2003年更是推出劃時(shí)代的產(chǎn)品WildFire系列，從2003年開(kāi)始陸續(xù)推出了WildFire、WildFire2.0、WildFire3.0、WildFire4.0，直到2009年推出WildFire5.0版本。 截至2010年的市場(chǎng)應(yīng)用中，不同的公司還在使用Proe2001到WildFire

43、5.0的各中版本，WildFire3.0和WildFire是目前的主流應(yīng)用版本。Pro/Engineer軟件系列都支持向下兼容但不兼容向上兼容，也就是新的版本可以打開(kāi)舊版本的文件，但舊版本默認(rèn)是無(wú)法直接打開(kāi)新版本文件。雖然PTC提供了相應(yīng)的插件以實(shí)現(xiàn)舊版本打開(kāi)新版本文件的功能，但在很多情況下支持并不理想容易造成軟件的操作過(guò)程中直接跳出。 在Pro/Engineer軟件版本中，除了使用proe2001、Wildfire、WildFire2.0、WildFire3.0、WildFire4.0和WildFire5.0等主版本外在每一個(gè)主版本中還有日期代碼的小版本區(qū)別，不同的日期代碼代表主版本的發(fā)行

44、日期順序。通常每一個(gè)主版本中都會(huì)有C000、F000和Mxxx三個(gè)不同系列的日期代碼，C000版代表的是測(cè)試版，F(xiàn)000是第一次正式版，而類似M010，M020...M200等屬于成熟的正式發(fā)行版系列。M系列的版本可以打開(kāi)C000和F000系列版本的文件，而C000版本則無(wú)法打開(kāi)相同主版本的F000和Mxxx版本的Pro/Engineer文件，比如WildFire4.0 C000版本的Pro/Engineer將無(wú)法打開(kāi)WildFire4.0 M060版本Pro/Engineer所創(chuàng)建的文件，但反過(guò)來(lái)則可以。 本次設(shè)計(jì)仿真中使用的軟件是ProeWildfire 5.0。Pro/E第一個(gè)提出了參

45、數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。 Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 4.1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì) 相對(duì)于產(chǎn)品而言，可以把它看成幾何模型，而無(wú)論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。 4.

46、1.2 基于特征建模 Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活，特別是在設(shè)計(jì)系列化產(chǎn)品上更是有得天獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。 4.1.3 單一數(shù)據(jù)庫(kù) Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的

47、相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。 4.1.4 直觀裝配管理 Pro/Engineer的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“貼合”、“插入”、“對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來(lái)，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 4.2 零件的建模 根據(jù)之前所進(jìn)行的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及對(duì)一些參數(shù)的校核之后，

48、就可以在Pro/E Wildfire 5.0之中進(jìn)行建模。建模之前必須熟悉Pro/E Wildfire 5.0中的一些基本命令，在這我簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)命令。 4.2.1 Pro/E中常用的的命令 （1）基準(zhǔn)命令 基準(zhǔn)是指確定點(diǎn)、線、面所依據(jù)的哪些點(diǎn)、線、面，它們?cè)诮＿^(guò)程中是確定其他點(diǎn)、線、面的依據(jù)。 基準(zhǔn)是建模過(guò)程中不可或缺的、必須的特征?？梢哉f(shuō)，基準(zhǔn)的正確、合理地建立是快速、準(zhǔn)確建模的關(guān)鍵，每一位讀者都必須熟練掌握各種基準(zhǔn)的使用。而在基準(zhǔn)命令中則包括基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)曲線、草繪基準(zhǔn)曲線、基準(zhǔn)點(diǎn)、坐標(biāo)系統(tǒng)。 （2）拉伸命令 將繪制的截面沿給定方向和給定深度生成的三維特征稱為拉伸特征

49、。它適于構(gòu)造等截面的實(shí)體特征。 操作方法： 拉伸圖標(biāo)---選擇草繪基準(zhǔn)面---繪制截面圖---選擇拉伸模式---選擇加材料或減材料及其方向---輸入深度---確定（提示：截面圖應(yīng)為一封閉圖形）。 （3）旋轉(zhuǎn)命令 旋轉(zhuǎn)特征是由特征截面繞旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)而成的一類特征，它適合于構(gòu)建回轉(zhuǎn)體零件。 草繪旋轉(zhuǎn)特征截面時(shí)，其截面必須全部位于中心線的一側(cè)，倘若要生成實(shí)體特征，其截面必須是封閉的。 操作方法： 旋轉(zhuǎn)圖標(biāo)---選擇草繪面---選擇參照面---作截面圖---選擇旋轉(zhuǎn)模式---選擇加材料或減材料---輸入旋轉(zhuǎn)角度---確定。 （4）掃描命令 掃描是將二維截面沿著指定的

50、軌跡線掃描生成三維實(shí)體特征，使用掃描建立增料或減料特征時(shí)首先要有一條軌跡線，然后再建立沿軌跡線掃描的特征截面。 操作方法： 插入---掃描---伸出項(xiàng)（或切口）---繪制掃描軌跡（或選擇掃描軌跡）---草繪掃描截面---確定。 （5）倒角命令 Pro/E提供兩種方式的倒角，即邊倒角和拐角倒角，并可對(duì)多邊構(gòu)成的倒角接頭進(jìn)行過(guò)渡設(shè)置。建立倒角的基本原則同倒圓角。 邊倒角包括4種倒角類型： ① 45′D：在距選擇的邊尺寸為D的位置建立45°的倒角，此選項(xiàng)僅適用于在兩個(gè)垂直平面相交的邊上建立倒角。 ② D′D：距離選擇邊尺寸都為D的位置建立一倒角。 ③ D1′D2

51、：距離選擇邊尺寸分別為D1與D2的位置建立一倒角。 ④角度′D：距離所選擇邊為D的位置，建立一個(gè)可自行設(shè)置角度的倒角。 （6）孔命令 在Pro/E中把孔分為“簡(jiǎn)單孔”、“草繪孔”和“標(biāo)準(zhǔn)孔”。除使用前面講述的減料功能制作孔外，還可直接使用Pro/E提供的【孔】命令，從而更方便、快捷地制作孔特征。 在使用孔命令制作孔特征時(shí)，只需指定孔的放置平面并給定孔的定位尺寸及孔的直徑、深度即可。 4.2.2 一些主要零件的建模 （1）螺桿的建模 ①零件的創(chuàng)建 在工具欄中單擊文件/新建，在名稱內(nèi)輸入luogan.prt, 取消 使用缺省模板 的選中記號(hào)，選擇公制單位mmns_part

52、_solid后單擊； ②草繪的創(chuàng)建 在工具欄中單擊按鈕，彈出草繪對(duì)話框，如圖4.1，選擇“FRONT”面作為草繪平面，選取“RIGHT”面作為參考平面，參考方向?yàn)橄颉坝摇保瑔螕簟静堇L】進(jìn)入草繪環(huán)境； 圖4.1 草繪框圖 ③創(chuàng)建一個(gè)光軸 在草繪平面中畫一個(gè)直徑為40的圓，如圖4.2， 圖4.2 草繪圓 單擊按鈕，再在工具欄中單擊按鈕，拉伸長(zhǎng)度為80，如圖4.3，單擊就行； 圖4.3 拉伸軸 ④螺紋的創(chuàng)建 插入—螺旋掃描—伸出項(xiàng)，如圖4.4 圖4.4 螺旋掃描選項(xiàng) 彈出菜單管理器，如圖4.5，單擊完成， 圖4.5 菜單管理

53、器 選擇TOP平面作為基準(zhǔn)面，單擊確定，選擇缺省，如圖4.6 圖4.6 缺省圖 單擊上面工具欄的 草繪—參照，選擇 側(cè)影投影曲面F6（拉伸-1）作為參照，然后畫出如下圖4.7中的圖形，之后點(diǎn)擊按鈕， 圖4.7 螺旋收尾線 下圖4.8是對(duì)圖4.7中兩端的圓弧放大的圖形， 圖4.8 圓弧放大圖 輸入節(jié)距值為10，如圖4.9，再單擊按鈕； 圖4.9 節(jié)距圖 再畫出如圖4.10中的圖形 圖4.10 梯形圖 再單擊按鈕，單擊伸出項(xiàng)：螺旋掃描中的確定，就能看到下圖4.11的圖形 圖4.11 螺紋圖 ⑤螺紋的修改 再單擊按鈕，

54、選擇曲面：F6（拉伸-1），如圖4.12，單擊草繪 圖4.12 草繪框圖 接著繪畫一個(gè)直徑為50的圓，單擊------ ，就把螺旋突出去的那部分給去掉了 ⑥鍵槽的創(chuàng)建 單擊按鈕，選擇Right平面，平移距離為20，單擊確定，得到基準(zhǔn)平面DTM1，再單擊按鈕，選擇DTM1作為草繪平面，單擊確定，在繪畫出圖4.13中的圖形 圖4.13 矩形圖 單擊 -- --，把數(shù)值改為3，單擊按鈕，就得圖4.14中的圖形 圖4.14 鍵槽 ⑦孔的創(chuàng)建 單擊 按鈕，選擇螺桿任意其中一個(gè)端面，單擊草繪，繪制一個(gè)直徑為25的圓，單擊-- -- ，將數(shù)值改為80，將方向改為朝螺桿

55、的內(nèi)部，單擊就行，就能得到圖4.15中的圖形 圖4.15 螺桿孔 ⑧著色--，選中螺桿的全部，單擊確定，就能得到圖4.16中的圖形 圖4.16 螺桿 （2）蝸桿的建模 圖4.17 蝸桿 （2）蝸輪的建模 圖4.18 蝸輪 （4）下刀體的建模 圖4.19 下刀體 （5）上刀體的建模 圖4.20 上刀體 4.3 組裝 4.3.1 組裝過(guò)程中的預(yù)定義約束集 預(yù)定義約束集定義了元件在組件中的運(yùn)動(dòng)。預(yù)定義的約束集包含用于定義連接類型（有或無(wú)運(yùn)動(dòng)軸）的約束。連接定義特定類型的運(yùn)動(dòng)。下面就是幾種集的類型。 （1）剛性(Rigid) 連接兩

56、個(gè)元件，使其無(wú)法相對(duì)移動(dòng)。可使用任意有效的約束集約束它們。如此連接的元件將變?yōu)閱蝹€(gè)主體。剛性連接集約束類似于用戶定義的約束集。 （2）銷釘(Rigid) 將元件連接至參照軸，以使元件以一個(gè)自由度沿此軸旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)。選取軸、邊、曲線或曲面作為軸參照。選取基準(zhǔn)點(diǎn)、頂點(diǎn)或曲面作為平移參照。銷釘連接集有兩種約束：軸對(duì)齊和平面配對(duì)或?qū)R或點(diǎn)對(duì)齊。 （3）滑塊(Slider) 將元件連接至參照軸，以使元件以一個(gè)自由度沿此軸移動(dòng)。選取邊或?qū)R軸作為對(duì)齊參照。選擇曲面作為旋轉(zhuǎn)參照。"滑塊"(Slider) 連接集有兩種約束：軸對(duì)齊和平面配對(duì)/對(duì)齊以限制沿軸旋轉(zhuǎn)。 （4）圓柱(Cylinder) 連接

57、元件，以使其以兩個(gè)自由度沿著指定軸移動(dòng)并繞其旋轉(zhuǎn)。選取軸、邊或曲線作為軸對(duì)齊參照。"圓柱"(Cylinder） 連接集有一個(gè)約束。 （5）平面(Planar) 連接元件，以使其在一個(gè)平面內(nèi)彼此相對(duì)移動(dòng)，在該平面內(nèi)有兩個(gè)自由度，圍繞與其正交的軸有一個(gè)自由度。選取"配對(duì)"或"對(duì)齊"曲面參照。"平面"(Planar) 連接集具有單個(gè)平面配對(duì)或?qū)R約束。配對(duì)或?qū)R約束可被反轉(zhuǎn)或偏移。 （6）球(Ball) 連接元件，使其可以三個(gè)自由度在任意方向上旋轉(zhuǎn) (360° 旋轉(zhuǎn))。選取點(diǎn)、頂點(diǎn)或曲線端點(diǎn)作為對(duì)齊參照。"球"(Ball) 連接集具有一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)齊約束。 （7）焊接(Weld) 將一個(gè)元

58、件連接到另一個(gè)元件，使它們無(wú)法相對(duì)移動(dòng)。通過(guò)將元件的坐標(biāo)系與組件中的坐標(biāo)系對(duì)齊而將元件放置在組件中?？稍诮M件中用開(kāi)放的自由度調(diào)整元件。"焊接"(Weld) 連接有一個(gè)坐標(biāo)系對(duì)齊約束。 （8）軸承(Bearing) "球"(Ball) 和"滑塊"(Slider) 連接的組合，具有四個(gè)自由度。具有三個(gè)自由度(360°旋轉(zhuǎn)) 和沿參照軸移動(dòng)。對(duì)于第一個(gè)參照，在元件或組件上選擇一點(diǎn)。對(duì)于第二個(gè)參照，在組件或元件上選擇邊、軸或曲線。點(diǎn)參照可以自由地繞邊旋轉(zhuǎn)并沿其長(zhǎng)度移動(dòng)。"軸承"(Bearing) 連接有一個(gè)"邊上的點(diǎn)"對(duì)齊約束。 （9）一般 (General) 有一個(gè)或兩個(gè)可配置約束，這些約束

59、和用戶定義集中的約束相同。相切、"曲線上的點(diǎn)"和"非平面曲面上的點(diǎn)"不能用于"一般"(General) 連接。 （10）6DOF 不影響元件與組件相關(guān)的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槲磻?yīng)用任何約束。元件的坐標(biāo)系與組件中的坐標(biāo)系對(duì)齊。X、Y 和 Z 組件軸是允許旋轉(zhuǎn)和平移的運(yùn)動(dòng)軸。 （11）槽(Slot) 非直軌跡上的點(diǎn)。此連接有四個(gè)自由度，其中點(diǎn)在三個(gè)方向上遵循軌跡。對(duì)于第一個(gè)參照，在元件或組件上選擇一點(diǎn)。所參照的點(diǎn)遵循非直參照軌跡。軌跡具有在配置連接時(shí)所設(shè)置的端點(diǎn)。"槽"(Slot) 連接具有單個(gè)"點(diǎn)與多條邊或曲線對(duì)齊"約束。 4.3.2 組裝圖 圖4.21 組裝圖 總 結(jié) 在本次對(duì)

60、四工位立式回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)的過(guò)程中，明白了自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理，在建模的過(guò)程也對(duì)機(jī)構(gòu)有了更深的認(rèn)識(shí)，其中主要做了如下的工作： 機(jī)械方面： （1）主要是對(duì)刀架的每個(gè)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)承受切削力較大的傳動(dòng)部件如蝸輪 蝸桿和螺桿做了強(qiáng)度校核。同時(shí)也對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有了更深的認(rèn)識(shí)，如蝸輪蝸桿，不光能 提供較大的傳動(dòng)比還能改變傳動(dòng)方向，并且傳動(dòng)平穩(wěn)。 （2）根據(jù)之前設(shè)計(jì)出的零件，在Pro/E建模，如蝸輪蝸桿、螺桿，上刀架體、下刀架體等等。建完模型后，就開(kāi)始進(jìn)行組裝，依照零件的運(yùn)動(dòng)情況需要來(lái)設(shè)定相對(duì)應(yīng)的約束集，使得零件能夠有正確的運(yùn)動(dòng)。最后就是對(duì)組裝完的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架做了一個(gè)機(jī)構(gòu)的仿真。 電氣方面：主

61、要是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)以8255單片機(jī)為核心，將程序?qū)雴纹瑱C(jī)中就能控制繼電器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)刀架的正反轉(zhuǎn)控制,并且通過(guò)限位開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)達(dá)到自動(dòng)換刀。同時(shí)也繪制了電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路圖和刀位信號(hào)處理的電路圖。 由于工作重點(diǎn)在機(jī)構(gòu)的仿真，所以在電氣控制系統(tǒng)的有些部分有些不足。 參考文獻(xiàn) [1]李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1999. [2]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1999. [3]徐起賀.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2007. [4]王志偉,孟玲琴.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版

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63、[J],2006(6). [12]張繼春,楊建國(guó).裝配設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真及Pro/E實(shí)現(xiàn)[M]國(guó)防工業(yè)出版社,2005. [13]James?V.Valentino,?Joseph?Goldenberg.?Introduction?to?Computer?Numerical?Control.2nded.?R.R.Donnelley&Sons?Company,2000.459. [14]M.G.?Safonov.?Stability?Margins?of?Diagonally?Perturbed?Multivariable?Feedback?Systems.?Proc.?IEEE?Conf.?

64、on?Decision?and?Control,?San?Diego,?CADecember16-18,1981. [15]支保軍,胡靜,李紹勇.proe入門與提高[M].清華大學(xué)出版社,2011. [16]林清安.PRO/ENGINEER野火310中文版零件設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007. 致 謝 歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過(guò)程中遇到了許多的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過(guò)了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師，他對(duì)我進(jìn)行了無(wú)私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)

65、和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。也讓我明白畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，更是對(duì)自己動(dòng)手解決問(wèn)題能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)所學(xué)的知識(shí)還比較欠缺，自己需要學(xué)習(xí)的東西還太多，我更加明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，無(wú)

66、論是在以后的工作還是生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 雖然在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中有過(guò)失落，有過(guò)煩惱，有過(guò)悲傷，但在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)間的關(guān)系更進(jìn)一步，在此期間同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，一起討論，聽(tīng)聽(tīng)不同的看法不同的意見(jiàn)，這使我們能更好的理解知識(shí)，透徹知識(shí)，運(yùn)用知識(shí)，因此在這里我要非常感謝幫助我的同學(xué)，當(dāng)然更加要感謝我的指導(dǎo)老師，謝謝你們給予我的幫助！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了，這讓我不由有一種如釋重負(fù)的感覺(jué)，總之我明白了：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值!有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。 感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。 由于本人學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和學(xué)友批評(píng)和指正！