2771 光學(xué)磨床主軸設(shè)計(jì)及三維建模
2771 光學(xué)磨床主軸設(shè)計(jì)及三維建模,光學(xué),磨床,主軸,設(shè)計(jì),三維,建模
- 1 -西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中期報(bào)告題目：光學(xué)磨床主軸設(shè)計(jì)及三維建模系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B070203 姓 名 董俊偉 學(xué) 號(hào) B07020303 導(dǎo) 師 姚敏茹 2011 年 3 月 15 日21. 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r自開題答辯以來(lái)，經(jīng)過(guò)對(duì)本畢業(yè)課題的深入了解和學(xué)習(xí)，查閱相關(guān)資料和擬定畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃，基本上對(duì)本課題的完成有了更加深入的了解。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，對(duì)本課題需要完成的工作有了明確的目標(biāo)。通過(guò)假期收集大量的有關(guān)磨床主軸系統(tǒng)的資料，同時(shí)借閱相關(guān)參考書通過(guò)學(xué)習(xí)其結(jié)構(gòu)和用途，對(duì)水射流設(shè)計(jì)有了更加深入的了解。完成了外文的翻譯工作，使用 CAD、solidwoks 完成了對(duì)磨床主軸系統(tǒng)的繪制。對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展打好了基礎(chǔ)。通過(guò)學(xué)習(xí)，知道了對(duì)磨床主軸設(shè)計(jì)的注意的事項(xiàng)，知道了如何對(duì)機(jī)械零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。把磨頭的安裝方式改為通過(guò)花鍵和主軸聯(lián)接，具有受力均勻、承受載荷較大、對(duì)中性好、導(dǎo)向性好、聯(lián)接質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，避免了錐面、半圓鍵聯(lián)接主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的周期性激振，同時(shí)和主軸的對(duì)端帶輪安裝的方式一致。 為進(jìn)一步提高主軸回轉(zhuǎn)精度，采用液體靜壓軸承對(duì)主軸實(shí)現(xiàn)支承，具有回轉(zhuǎn)精度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和抗振l生好等優(yōu)點(diǎn)，故主軸支承選用液體靜壓軸承。 對(duì)主軸進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，其空心部分的設(shè)計(jì)中引入了仿生空心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。使空心軸的壁厚約為其外徑的217，所以主軸的抗扭、抗弩陛能較好.PM500平面磨床主軸簡(jiǎn)圖，如圖l所示。其主要長(zhǎng)度尺寸如圖 l 所示。考慮到軸為空心結(jié)構(gòu)，且主軸轉(zhuǎn)速較高，載荷較大，剛度要求較高，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)因素，取主軸的材料為 40Cr，彈性模量 E=21xlOgPa，材料密度DENS=782x10 kgmmL 泊松比 NUXY=0_3，主軸的熱處理方法選擇調(diào)質(zhì)處理。圖 12. 存在問(wèn)題及解決措施存在問(wèn)題：磨頭升降系統(tǒng)了解不夠，主軸材料相關(guān)知識(shí)需要補(bǔ)充解決措施：鑒于在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，我打算按照以下方式來(lái)解決31 進(jìn)一步認(rèn)識(shí)磨頭升降機(jī)構(gòu)原理。2 加強(qiáng)跟指導(dǎo)老師的聯(lián)系以及和相關(guān)課題同學(xué)的交流學(xué)習(xí)，讓指導(dǎo)老師指出設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題和注意的事項(xiàng)。3 參照書籍的相關(guān)資料，對(duì)于不懂得的問(wèn)題及時(shí)向老師請(qǐng)教或者借助網(wǎng)絡(luò)查詢學(xué)習(xí)。3. 后期工作安排1.設(shè)計(jì)出磨頭裝配圖2 設(shè)計(jì)計(jì)算，完成主軸系統(tǒng)相關(guān)計(jì)算。3 為磨床主軸系統(tǒng)部分零部件進(jìn)行三維建模。6.撰寫說(shuō)明書，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的其余部分。7.完成論文的錄入排版，準(zhǔn)備答辯。8.畢業(yè)答辯，裝訂論文。指導(dǎo)教師簽字：年 月 日4本頁(yè)單獨(dú)成頁(yè)注：1. 正文：宋體小四號(hào)字，行距 22 磅。2. 開題報(bào)告由各系集中歸檔保存。5 指導(dǎo)教師意見（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見）指導(dǎo)教師： 年 月 日 6 所在系審查意見：系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日- 1 -西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中期報(bào)告題目：光學(xué)磨床主軸設(shè)計(jì)及三維建模系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B070203 姓 名 董俊偉 學(xué) 號(hào) B07020303 導(dǎo) 師 姚敏茹 2011 年 3 月 15 日21. 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r自開題答辯以來(lái)，經(jīng)過(guò)對(duì)本畢業(yè)課題的深入了解和學(xué)習(xí)，查閱相關(guān)資料和擬定畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃，基本上對(duì)本課題的完成有了更加深入的了解。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，對(duì)本課題需要完成的工作有了明確的目標(biāo)。通過(guò)假期收集大量的有關(guān)磨床主軸系統(tǒng)的資料，同時(shí)借閱相關(guān)參考書通過(guò)學(xué)習(xí)其結(jié)構(gòu)和用途，對(duì)水射流設(shè)計(jì)有了更加深入的了解。完成了外文的翻譯工作，使用 CAD、solidwoks 完成了對(duì)磨床主軸系統(tǒng)的繪制。對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展打好了基礎(chǔ)。通過(guò)學(xué)習(xí)，知道了對(duì)磨床主軸設(shè)計(jì)的注意的事項(xiàng)，知道了如何對(duì)機(jī)械零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。把磨頭的安裝方式改為通過(guò)花鍵和主軸聯(lián)接，具有受力均勻、承受載荷較大、對(duì)中性好、導(dǎo)向性好、聯(lián)接質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，避免了錐面、半圓鍵聯(lián)接主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的周期性激振，同時(shí)和主軸的對(duì)端帶輪安裝的方式一致。 為進(jìn)一步提高主軸回轉(zhuǎn)精度，采用液體靜壓軸承對(duì)主軸實(shí)現(xiàn)支承，具有回轉(zhuǎn)精度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和抗振l生好等優(yōu)點(diǎn)，故主軸支承選用液體靜壓軸承。 對(duì)主軸進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，其空心部分的設(shè)計(jì)中引入了仿生空心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。使空心軸的壁厚約為其外徑的217，所以主軸的抗扭、抗弩陛能較好.PM500平面磨床主軸簡(jiǎn)圖，如圖l所示。其主要長(zhǎng)度尺寸如圖 l 所示?？紤]到軸為空心結(jié)構(gòu)，且主軸轉(zhuǎn)速較高，載荷較大，剛度要求較高，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)因素，取主軸的材料為 40Cr，彈性模量 E=21xlOgPa，材料密度DENS=782x10 kgmmL 泊松比 NUXY=0_3，主軸的熱處理方法選擇調(diào)質(zhì)處理。圖 12. 存在問(wèn)題及解決措施存在問(wèn)題：磨頭升降系統(tǒng)了解不夠，主軸材料相關(guān)知識(shí)需要補(bǔ)充解決措施：鑒于在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，我打算按照以下方式來(lái)解決31 進(jìn)一步認(rèn)識(shí)磨頭升降機(jī)構(gòu)原理。2 加強(qiáng)跟指導(dǎo)老師的聯(lián)系以及和相關(guān)課題同學(xué)的交流學(xué)習(xí)，讓指導(dǎo)老師指出設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題和注意的事項(xiàng)。3 參照書籍的相關(guān)資料，對(duì)于不懂得的問(wèn)題及時(shí)向老師請(qǐng)教或者借助網(wǎng)絡(luò)查詢學(xué)習(xí)。3. 后期工作安排1.設(shè)計(jì)出磨頭裝配圖2 設(shè)計(jì)計(jì)算，完成主軸系統(tǒng)相關(guān)計(jì)算。3 為磨床主軸系統(tǒng)部分零部件進(jìn)行三維建模。6.撰寫說(shuō)明書，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的其余部分。7.完成論文的錄入排版，準(zhǔn)備答辯。8.畢業(yè)答辯，裝訂論文。指導(dǎo)教師簽字：年 月 日4本頁(yè)單獨(dú)成頁(yè)注：1. 正文：宋體小四號(hào)字，行距 22 磅。2. 開題報(bào)告由各系集中歸檔保存。5 指導(dǎo)教師意見（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見）指導(dǎo)教師： 年 月 日 6 所在系審查意見：系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日XXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)( 論文)題目：光學(xué)磨床主軸設(shè)計(jì)及三維建模系 別： 機(jī)電信息系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)： 1230203 學(xué) 生： XXXX 學(xué) 號(hào)： 123020303 指導(dǎo)教師： XXXX 2011 年 06 月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書系別 機(jī)電信息系 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 1230203 姓名 XXXX 學(xué)號(hào) 123020303 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 光學(xué)磨床主軸設(shè)計(jì)及三維建模 2.題目背景和意義：光學(xué)磨床是光學(xué)玻璃精加工的主要設(shè)備，國(guó)產(chǎn)光學(xué)磨床普遍存在精度低、自動(dòng)化程度低、工作環(huán)境差等缺點(diǎn)，平面磨床主軸部件是保證光學(xué)零件精度的關(guān)鍵部件，實(shí)現(xiàn)光學(xué)磨床主軸部件設(shè)計(jì)，并利用三維軟件實(shí)現(xiàn)建模，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行分析，提高設(shè)計(jì)精度，對(duì)提高我國(guó)光學(xué)玻璃的制造水平有一定的現(xiàn)實(shí)意義，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。3.設(shè)計(jì)(論文) 的主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)： (1) 了解光學(xué)磨床的的工作原理和主軸精度要求，提出主軸設(shè)計(jì)方案； (2) 主軸主要部件設(shè)計(jì)計(jì)算及校核； (3) 主軸主要部件設(shè)計(jì)三維建模； (4) 關(guān)鍵部件的分析； 4 設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排： (1) 學(xué)習(xí)、熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖工具。 (2) 1-3 周，課題調(diào)研，開題準(zhǔn)備，提交開題報(bào)告。 (3) 4-10 周，完成中期工作，提交中期報(bào)告。 (4) 11-18 周，完成全部設(shè)計(jì)工作，進(jìn)行論文撰寫，提交畢業(yè)論文和必要的圖紙，準(zhǔn)備答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日學(xué)生簽名： 年 月 日系主任審批： 年 月 日說(shuō)明：1 本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入冊(cè)，一份教師自留。2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。 I光學(xué)磨床主軸設(shè)計(jì)及三維建模摘 要現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展日益趨向高效率和高精度，這對(duì)機(jī)床的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，需要采用更先進(jìn)和合理的設(shè)計(jì)方法來(lái)完成機(jī)床設(shè)計(jì)優(yōu)化。對(duì)于磨床而言，主軸組件是磨床極為重要的組成部分，其性能的好壞對(duì)磨床的性能有著重要的影響。本文具體研究分析了磨床發(fā)展的現(xiàn)狀，磨床主軸組件的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)；在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)主軸組件進(jìn)行了受力分析計(jì)算，同時(shí)對(duì)該類立軸圓臺(tái)平面磨削的磨削力進(jìn)行了分析。利用軸承靜剛度的有效經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，結(jié)合該磨床的實(shí)際情況對(duì)軸承的剛度狀況進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞：光學(xué)磨床；主軸設(shè)計(jì)；三維建模；Solid Edge IIOptical design and three-dimensional modeling ogrinding spindleAbstractThe growing tendency of the development of modern machine tools with high efficiency and precision, the design of this machine a higher requirements, the need to adopt more advanced and reasonable design method to complete the machine design optimization. For the grinding, the grinding spindle is a very important component part of, the performance is good or bad performance on the grinding machine has a significant impact. This detailed analysis of the development status grinder, grinding machine spindle component of development conditions and trends; In conclusion, based on the results of previous studies, combined with current technology trends, force analysis of spindle components were calculated at the same time that type of spindle and round table surface grinding of the grinding force is analyzed. STIFFNESS OF EXTERNALLY effective use of axis empirical formula, combined with the grinding reality of the bearing stiffness conditions were analyzed.KeyWords: optical grinder; Spindle Design; three-dimensional modeling; Solid Edget 目 錄1 緒 論 .11.1 課題研究的背景和意義 .11.2 磨削精度和表面質(zhì)量 .21.3 國(guó)內(nèi)外平磨設(shè)備的發(fā)展 .21.4 PM500 平面磨床的工作原理 .31.5PM5OO 傳動(dòng)系統(tǒng) .41.6 磨頭機(jī)構(gòu)及其主軸組件的研究現(xiàn)狀 .42 主軸組件的受力與支承軸承剛度 .62.1 主軸組件的受力分析 .62.1.1 動(dòng)力及工況簡(jiǎn)介 .62.1.2 帶傳動(dòng)產(chǎn)生的軸壓力 .62.2 主軸支承軸承的剛度分析 .72.2.1 軸承剛度計(jì)算理論 .72.2.2 軸承預(yù)緊 .82.3 主軸支承軸承的剛度計(jì)算 .102.3.1 下支承剛度 .102.3.2 中支承剛度 .102.3.3 上支承剛度 .112.3.4 推力球軸承 .113 主軸部分的設(shè)計(jì) .123.1 主軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 .123.2 軸材料的選擇 .123.3 主軸結(jié)構(gòu)分析 .133.4 主軸結(jié)構(gòu)的改進(jìn) .133.5 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .134 SOLID EDGE 三維建模 .164.1 三維設(shè)計(jì)軟件的簡(jiǎn)介 .164.2 特征建模技術(shù)的特點(diǎn) .164.3 SOLID EDGE 建模的操作方法 .174.3.1 簡(jiǎn)單三維實(shí)體建模技術(shù) .18 4.3.2 復(fù)雜三維實(shí)體建模技術(shù) .184.4 主軸系統(tǒng)部分零部件建模 .195.磨床主軸的模型裝配 .236 結(jié)論 .25致 謝 .27畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 .28畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 .29 主要符號(hào)表HRC硬度m微米 T絲桿所受扭距inr轉(zhuǎn)/分鐘p許用擠壓應(yīng)力2/N抗拉壓強(qiáng)度P許用壓強(qiáng) ( )Mpa.mrad扭轉(zhuǎn)剛度H鍵與輪轂的接觸高度I絲桿危險(xiǎn)截面慣性距p擠壓應(yīng)力P壓強(qiáng)d軸的直徑E絲桿材料的抗壓彈性模量tW絲桿螺紋抗扭截面系數(shù) 1 緒論 11 緒 論11 課題研究的背景和意義制造業(yè)，尤其是裝備制造業(yè)的整體能力和水平將決定各國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、國(guó)防實(shí)力、綜合國(guó)力和在全球經(jīng)濟(jì)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。20世紀(jì)以來(lái) ,世界各國(guó)對(duì)制造業(yè)都極其重視。為此美國(guó)重新提出了“制造業(yè)仍是美國(guó)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ) ”,要“促進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展”。為了預(yù)測(cè)未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展，1997 年美國(guó)制定了“下一代制造計(jì)劃”,提出了人、技術(shù)、與管理為未來(lái)制造業(yè)成功的三要素及關(guān)鍵技術(shù)。接著又提出了“展望2020年制造業(yè)的挑戰(zhàn)”制造業(yè)是國(guó)家財(cái)富的主要?jiǎng)?chuàng)造者，而裝備制造業(yè)作為整個(gè)國(guó)家工業(yè)部門的裝備提供者，其水平的高低決定了我國(guó)制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，特別是我國(guó)加入到WTO以后，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，系關(guān)我們國(guó)家現(xiàn)代化的進(jìn)程和民族的復(fù)興，因此提高我國(guó)裝備制造業(yè)的整體技術(shù)水平具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。機(jī)床是機(jī)械加工行業(yè)中最基本的勞動(dòng)工具，在工廠中每時(shí)每刻都在使用，是制造業(yè)和機(jī)械零件加工行業(yè)中最根本的工作手段，也是應(yīng)用最廣泛的加工工具。而磨床是車，銑、刨、磨各類機(jī)床中最基本的最普遍的施行精加工的機(jī)床，絕大部分機(jī)器零件最終加工的精度和質(zhì)量，都取決于磨床的精度水平。因此，在制造業(yè)中，磨床的總體技術(shù)水平和擁有數(shù)量對(duì)于各類零部件的加工質(zhì)量和加工效率是十分重要的。由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械設(shè)備提出了越來(lái)越高的要求，同時(shí)現(xiàn)代產(chǎn)品的更新速度比較快。為了提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，就要縮短產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的水平。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品物理樣機(jī)設(shè)計(jì)完成后，在產(chǎn)品的物理樣機(jī)制造出來(lái)之前，能夠?qū)Ξa(chǎn)品的各項(xiàng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，了解和掌握產(chǎn)品的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，從而可以在產(chǎn)品投產(chǎn)之前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高設(shè)計(jì)的成功率和產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于設(shè)備改造而言，也要有同樣的步驟：首先，確定改造的目標(biāo)；進(jìn)而分析原設(shè)備的性能參數(shù)；然后根據(jù)分析結(jié)果對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行取舍和相應(yīng)的改造并加以分析優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)改造目標(biāo)。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)的機(jī)床設(shè)計(jì)多為經(jīng)驗(yàn)?zāi)M設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算沿用傳統(tǒng)的計(jì)算方法，如材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及彈性力學(xué)的一些公式進(jìn)行計(jì)算。這些公式的推導(dǎo)多以強(qiáng)度方面的理論為主，輔以實(shí)驗(yàn)和測(cè)試方法得出，具有一定的可靠性。但由于機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，計(jì)算過(guò)程中的數(shù)學(xué)模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了許多簡(jiǎn)化， 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 2導(dǎo)致了計(jì)算的精度差異較大。同時(shí)憑借簡(jiǎn)單的計(jì)算工具，計(jì)算繁冗，時(shí)間很長(zhǎng)，有些項(xiàng)目無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算。因此，利用傳統(tǒng)的模擬設(shè)計(jì)方法進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)雖然可以對(duì)機(jī)床或某些組成的零部件進(jìn)行綜合或者部分的技術(shù)性能實(shí)驗(yàn)，但是受實(shí)驗(yàn)手段和方法的限制，還不能夠進(jìn)行全面深入的研究，從而根本上也談不上優(yōu)化設(shè)計(jì)以及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，多為“設(shè)計(jì)一制造一修改設(shè)計(jì)一制造 ”周期循環(huán)，有些甚至經(jīng)過(guò)幾代制造才可能形成比較好的產(chǎn)品，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。1.2 磨削精度和表面質(zhì)量許多零件加工磨削是最終加工工序，因此直接決定工件的質(zhì)量。影響表面粗糙度的主要因素是磨削用量、磨具特性、砂輪表面狀態(tài)、切削液、工件材質(zhì)和機(jī)床條件等。由于磨削熱和塑性變形等原因，磨削表面會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余壓應(yīng)力可提高工件的疲勞強(qiáng)度和壽命；殘余拉應(yīng)力則會(huì)降低疲勞強(qiáng)度，當(dāng)殘余拉應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)磨削裂紋。磨削過(guò)程中因塑性變形而發(fā)生的金屬?gòu)?qiáng)化作用，使表面金屬顯微硬度明顯增加，但也會(huì)因磨削熱的影響，使強(qiáng)化了的金屬發(fā)生弱化。在平面磨削時(shí)，工件速度硬為 1020m/min。而常規(guī)外圓磨削，該速度應(yīng)為 1520m/min，對(duì)于尺寸較小的工件，該速度應(yīng)相應(yīng)減小，一般為 510m/min。工件移動(dòng)速度的變化是砂輪磨削性能也隨之改變。增加工件移動(dòng)的速度像使砂輪變軟，而減慢工件移動(dòng)的速度，像使砂輪變硬。1.3 國(guó)內(nèi)外平磨設(shè)備的發(fā)展平面磨床是磨床類機(jī)床中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮臋C(jī)床，在完成傳統(tǒng)的平面磨削功能外，以平磨的床身、拖板、臺(tái)面、磨頭等大件為基礎(chǔ)，可以演變成外圓、曲線、工具、無(wú)心等磨床。由于我國(guó)的平面磨床大多為六十年代制造，性能相對(duì)都比較差，近幾十年以來(lái)，先后采用新技術(shù)對(duì)一些磨床進(jìn)行了改造，提高了精度和性能。改造過(guò)程中主要采用滑動(dòng)軸承尤其是靜壓技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。近幾年來(lái)，精度作為平面磨床的一項(xiàng)重要的考核指標(biāo)而越來(lái)越受到各國(guó)專家的重視，而主軸部件作為磨床的主要組成部件，亦是影響平面磨床精度的關(guān)鍵技術(shù)之一。我國(guó)把高速主軸單元制造技術(shù)研究作為“十五” 目標(biāo)及主要研究?jī)?nèi)容之一：著力進(jìn)行主軸材料、結(jié)構(gòu)、軸承的研究與開發(fā)；主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及熱態(tài)性研究；柔性主軸及其軸承的彈性支承技術(shù)研究；主軸系統(tǒng)的潤(rùn)滑與冷卻技術(shù)研究；主軸的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)研究；主軸換刀技術(shù)研究。目前，國(guó)際上平面磨床工作臺(tái)往復(fù)速度最高可達(dá) 200m/min，工作臺(tái)的加速度 50m/s2。當(dāng)然，這都是采用直線電機(jī)后才達(dá)到了這個(gè)水平。確實(shí)，新功能部件的使用對(duì)提高機(jī)床主機(jī)的性能起了非常大的作用。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 3對(duì)于難加工材料和硬質(zhì)材料具有很大的潛力的磨削方法高速行程磨削，也稱為快速短行程磨削，這種方法是以高的工作臺(tái)速度和高的加速度進(jìn)行磨削加工。傳動(dòng)方式由原來(lái)的直流電機(jī)齒帶或滾珠絲杠傳動(dòng)變?yōu)椴捎弥本€電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度更快，效率更高，應(yīng)用范圍更廣。近幾年，歐洲高速行程磨削得到較快的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了 2 個(gè)目標(biāo)減少加工費(fèi)用 40%和減少磨削時(shí)間 50%。從磨削機(jī)理看，高速行程磨削不是一種全新的加工方式，而是平面磨削的變型或是平面磨削的延伸?？傊?，高速行程磨削技術(shù)是一種新的有效的平面磨削方法。磨削加工中心的小型化、實(shí)用化和復(fù)合化，磨削加工中心的發(fā)展已有多年的，隨著磨削加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，磨削加工中心的制造水平不斷提高。磨削加工中心是一種柔性的磨削加工系統(tǒng)，它的技術(shù)基礎(chǔ)是機(jī)電一體化和計(jì)算機(jī)技術(shù)。磨削加工中心一般可分為加工中心延長(zhǎng)型和常規(guī)磨床延長(zhǎng)型二種。國(guó)外機(jī)床制造企業(yè)都有強(qiáng)大的自主創(chuàng)新能力，在每屆重要的機(jī)床展覽會(huì)上都能發(fā)現(xiàn)新的亮點(diǎn)。例如在 2005 年的歐洲機(jī)床展覽會(huì)上，MAEGERLE 公司展出了一臺(tái)最新的 MFP 數(shù)控磨床，該機(jī)在世界上首次采用最新的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和西門子最新一代的 SINUMERIK 在線控制的數(shù)控裝置。其最大的優(yōu)點(diǎn)是：最大的阻尼特性和進(jìn)給力，加上在絲杠軸和螺母之間無(wú)磨損的運(yùn)行。此外，與直線驅(qū)動(dòng)相比，能量消耗要低 10 倍以上，不會(huì)產(chǎn)生任何熱量精度作為平面磨床的一項(xiàng)重要的考核指標(biāo)而越來(lái)越受到各國(guó)專家的重視，因此平面磨床加工精度有了新的突破。微米以下進(jìn)給機(jī)構(gòu)是超精密平面磨床的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，很多平面磨床己實(shí)現(xiàn)了最小進(jìn)給量 01m，各國(guó)制造廠為實(shí)現(xiàn)這種微小進(jìn)給一般都采用精密數(shù)控系統(tǒng)，最大限度地縮短進(jìn)給傳動(dòng)鏈等措施來(lái)滿足機(jī)床這一要求。1.4 PM500 平面磨床的工作原理現(xiàn)代平面磨床的種類很多，有立軸圓臺(tái)式平面磨床、立軸矩形式平面磨床、臥軸圓臺(tái)式平面磨床、臥軸圓臺(tái)式平面磨床。 PM500 為立軸圓臺(tái)式平面磨床，利用砂輪的端面進(jìn)行磨削加工。磨頭在作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，作垂直方向的升降運(yùn)動(dòng)。下降運(yùn)動(dòng)依靠磨頭自身的重力實(shí)現(xiàn)，而上升運(yùn)動(dòng)依靠絲杠的帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)，工作臺(tái)帶動(dòng)工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)行對(duì)工件的磨削加工。平面磨床是光學(xué)玻璃精加工的主要設(shè)備，國(guó)產(chǎn)光學(xué)磨床普遍存在精度底，自動(dòng)化程度底，工作環(huán)境差等缺點(diǎn)，平面磨床工作臺(tái)是保證光學(xué)零件精度的關(guān) 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 4鍵部件，實(shí)現(xiàn) PM500 平面磨床工作臺(tái)設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)精度，對(duì)提高我國(guó)光學(xué)玻璃的制造水平有一定的現(xiàn)實(shí)意義，具有提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的重要意義。 1.5PM5OO 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖磨床傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 1.1 所示，它的驅(qū)動(dòng)源是三相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)是安置于主軸箱內(nèi)，主要負(fù)責(zé)主軸系統(tǒng)的上下移動(dòng)，由一級(jí)帶輪的一個(gè)分支通過(guò)以上的傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)磨床工作臺(tái)。1.6 磨頭機(jī)構(gòu)及其主軸組件的研究現(xiàn)狀磨頭機(jī)構(gòu)是磨床的核心機(jī)構(gòu)，它的性能好壞直接決定著磨床的加工質(zhì)量和精度，而其中最核心的即主軸組件，主軸組件的性能主要有如下幾個(gè)方面：受力變形、固有頻率、頻率響應(yīng)、臨界轉(zhuǎn)速等。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)主軸組件做了很多研究。早在1964年，Bollinger將軸承模擬為一個(gè)簡(jiǎn)單的徑向彈簧和阻尼器，采用有限差分模型分析了車床主軸的特性。Taha使用理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了滾動(dòng)軸承徑向靜態(tài)剛度。1985年，Neddy和Sharo應(yīng)用有限元模型研究車床主軸的動(dòng)態(tài)特性及其設(shè)計(jì)。1988年，Sadeghipo將動(dòng)柔度分析引入對(duì)主軸系統(tǒng)的動(dòng)力特牲和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的研究之中。1997年，美國(guó)普渡大學(xué)的BertRJorgensen和YtmgCShintlul推出了一個(gè)包括熱變形的軸承載荷變形模型，并與離散的主軸動(dòng)態(tài)模型結(jié)合在一起，這一模型可以得到主軸固有頻率、軸承剛度和熱變形的較好的計(jì)算值。同年Tsutsumi等人研究了滾動(dòng)軸承的動(dòng)態(tài)性能對(duì)主軸振動(dòng)特性的影響，YhlandLlu建立了僅受球軸承幾何缺陷激勵(lì)的無(wú)阻尼主軸軸承系統(tǒng)的線性分析模型，該模型在主軸的中、低速有效。我國(guó)的學(xué)者也在該領(lǐng)域進(jìn)行了研究，采用的方法有理論分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)以及二者相結(jié)合等。何邦貴等糾對(duì)主軸系統(tǒng)動(dòng)力特性研究是以某車床主軸為 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 5研究對(duì)象，應(yīng)用有限元析法和實(shí)驗(yàn)方法，根據(jù)動(dòng)柔度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)辨識(shí)出主軸系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，建立主軸和支撐系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，研究軸承等效徑向(軸向)剛度與阻尼參數(shù)、軸承預(yù)緊力、跨距、附加集中質(zhì)量和阻尼等設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)主軸系統(tǒng)動(dòng)力特性的影響規(guī)律。1992年，江蘇工學(xué)院的付華應(yīng)用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析與有限元計(jì)算相結(jié)合的方法，對(duì)傳統(tǒng)主軸部件進(jìn)行了動(dòng)力特性分析，并對(duì)主軸進(jìn)行了動(dòng)力修改。1994年，大連理工大學(xué)的肖曙紅I州用有限元結(jié)合迭代的分析方法，編制了主軸組件靜動(dòng)特性分析軟件SAAS。1999年，北京工業(yè)大學(xué)的費(fèi)仁元等叫采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)復(fù)雜的主軸部件進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性分析。2000年，沈陽(yáng)工業(yè)學(xué)院的史安娜等對(duì)主軸部件建立了空間梁?jiǎn)卧Ｐ?，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析。同年，北京理工大學(xué)的劉素華利用有限元分析軟件ALGOR FEAS對(duì)電主軸的動(dòng)靜態(tài)特性進(jìn)行了分析。2001年，楊曼云等利用MSCNastran軟件對(duì)TH6350臥式加工中心的主軸系統(tǒng)進(jìn)行了靜、動(dòng)態(tài)特性分析。武漢理工大學(xué)的楊光等利用傳遞矩陣法對(duì)電主軸系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)特性分析。2003年，無(wú)錫機(jī)床股份有限公司的蔡英等M叫基于RiccaRi傳遞矩陣法，對(duì)MK2120A型內(nèi)圓磨床的高速主軸系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)特性分析。2005年，東北大學(xué)的賈振超瞄”利用ANSYS虛擬樣機(jī)有限元分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)相結(jié)合的方法CKS6125機(jī)床進(jìn)行了動(dòng)態(tài)性能分析。對(duì)于磨床的專門主軸系統(tǒng)，天津市磨床總廠的王玉新1221通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)高效率，強(qiáng)力磨削磨床的抗振性進(jìn)行了研究。2002年，天津大學(xué)的楊志永口馴對(duì)數(shù)控臥軸矩形平臺(tái)平面磨床的主軸系統(tǒng)進(jìn)行了抗振性研究，并通過(guò)設(shè)計(jì)主軸減振裝置使主軸的振動(dòng)最大幅值降低了30左右。2003年湖州市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院的陸琴新1241以working model和VC+為平臺(tái)，對(duì)磨床主軸性能進(jìn)行了仿真分析。宋德儒等瞄川以實(shí)驗(yàn)方法對(duì)高速實(shí)驗(yàn)?zāi)ゴ搽娭鬏S高速旋轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)的原因進(jìn)行了研究，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。 2 主軸組件的受力與支承軸承剛度 62 主軸組件的受力與支承軸承剛度2.1 主軸組件的受力分析主軸組件依托磨頭機(jī)構(gòu)在絲杠作用下沿導(dǎo)軌作豎直方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),除自重外主要承受兩種外力：皮帶傳動(dòng)過(guò)程中對(duì)主軸產(chǎn)生的軸壓力；磨削過(guò)程中的磨削力。2.1.1 動(dòng)力及工況簡(jiǎn)介磨頭的動(dòng)力傳動(dòng)方式為帶傳動(dòng)：電機(jī)一皮帶一皮帶輪一花鍵副一主軸砂輪，電機(jī)為5.5Kw,皮帶為3根普通v帶(A型),實(shí)現(xiàn)的主軸轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)分。2.1.2 帶傳動(dòng)產(chǎn)生的軸壓力帶傳動(dòng)的軸壓力計(jì)算依據(jù)于“槽面摩擦原理”：在同樣的張緊力下,V 帶傳動(dòng)較平帶傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦力。P =P (2.1)dAK(2.2)ooaD3.5718012(2.3)20).(5qvkzvpFad(2.4)sin210式中：P 電機(jī)功率設(shè)計(jì)功率dp工況系數(shù)AK小帶輪包角1大帶輪直徑2D帶輪直徑1a帶輪中心距 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 7單根皮帶拉力0Fz皮帶根數(shù)v帶速( 其中 為小帶輪轉(zhuǎn)速),/106smnDv1n小帶輪包角正系數(shù)aKqV 帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量F軸壓力對(duì)于本課題,P=5.5Kw, =363mm, =145mm,a=500m,z=3,q=0.10Kgm ，2D1取工況系數(shù) =1.2,將(2.1)(2.2)(2.3)式計(jì)算的結(jié)果代入(2.4)式可計(jì)算出軸壓力aKF=1712N。2.2 主軸支承軸承的剛度分析機(jī)床主軸支承一般都是采用滾動(dòng)軸承,主軸的支承剛度是最重要的參數(shù)之一,它直接影響到動(dòng)力學(xué)模型的精確度。剛度是主軸軸承動(dòng)態(tài)性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo),軸承的動(dòng)態(tài)性能對(duì)主軸軸承系統(tǒng)的工作精度和抗振能力有很大的影響。對(duì)于主軸系統(tǒng)來(lái)說(shuō),軸承的剛度影響約占40左右,因此本節(jié)內(nèi)容對(duì)軸承的工作狀態(tài)迸行分析。2.2.1 軸承剛度計(jì)算理論軸承抵抗外載荷作用下變形的能力稱為軸承的剛性,利用軸承剛度表示,軸承剛度是軸承在某一狀態(tài)下所受外加載荷改變量與內(nèi)外套圈之間相對(duì)位移改變量的比值：LFK其中，K軸承剛度外加載荷的改變量,負(fù)荷可以為力或力矩內(nèi)外套圈間的位移改變量,可以為線位移或角位移l軸承的工作狀態(tài)指軸承的轉(zhuǎn)速,內(nèi),外圈溫差,預(yù)緊力以及游隙和負(fù)荷。游隙定義為一個(gè)套圈固定,另一個(gè)套圈不受外負(fù)荷時(shí),沿徑向或軸向從一個(gè)極限位置到另一個(gè)極限位的移動(dòng)量,按照移動(dòng)方向,前者稱為徑向游隙,后者稱為軸向游隙。軸承滾動(dòng)體與滾道間在無(wú)載荷情況下的接觸為點(diǎn)接觸或線接觸,承受載荷后 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 8接觸面積隨著載荷的增大而增大。因此，軸承的剛度不是一個(gè)常數(shù),而是隨著載荷的改變而改變。位移與載荷的一般曲線關(guān)系如圖2.1,負(fù)荷較小時(shí),負(fù)荷改變量引起位移改變量,比負(fù)荷較大時(shí)同樣的負(fù)荷改變量引起的位移改變量要大。說(shuō)明在一般情況下,當(dāng)負(fù)荷增加時(shí),軸承的剛度有所增大。圖2.1軸承位移載荷關(guān)系圖滾動(dòng)軸承剛度計(jì)算的理論基礎(chǔ)為彈性接觸理論,即赫茲接觸理論。赫茲最早研究了兩個(gè)彈性體的接觸問(wèn)題,在某些簡(jiǎn)化假設(shè)下,求得接觸面的壓力分布及其作用力的大小。赫茲的研究成果,至今仍為滾動(dòng)軸承作用力和變形計(jì)算的主要依據(jù)。滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體與內(nèi)外圈滾道的接觸是典型的赫茲接觸問(wèn)題。為此一個(gè)滾動(dòng)軸承的剛度可以按如下公式計(jì)算：K=F/( )321其中, F經(jīng)向載荷 ,N軸承的徑向彈性位移,mm1軸承外圈與箱體的接觸變形,mm2軸承內(nèi)圈與軸徑的接觸變形,mm32.2.2 軸承預(yù)緊滾動(dòng)軸承預(yù)緊指在安裝時(shí)使?jié)L動(dòng)體與滾道保持一定的初始?jí)毫蛷椥宰冃? 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 9以減少工作負(fù)荷下軸承的實(shí)際變形量。適當(dāng)?shù)念A(yù)緊可以提高支承剛度、提高旋轉(zhuǎn)精度、提高軸承壽命、提高軸承的阻尼和降低噪聲,同時(shí)也保證了軸承磨損之 后其徑向間隙的可補(bǔ)性。磨床磨頭機(jī)構(gòu)如圖2.2所示：作為下支承的是一個(gè)雙列向心短圓柱滾子軸承,中間支承為一個(gè)圓柱滾子軸承(內(nèi)圈有擋邊),上支承為兩個(gè)并聯(lián)的單列向心球軸承,其間有一個(gè)推力球軸承來(lái)承受預(yù)緊彈簧的軸向預(yù)緊力。作為主軸組件上支承的為雙列向心短圓柱滾子軸承,它既可以承受一定量的軸向變量載荷,也可以承受較大的徑向沖擊載荷。它的預(yù)緊是通過(guò)帶有l(wèi)：12錐度的內(nèi)圈錐孔來(lái)實(shí)現(xiàn)的,見圖2.3：當(dāng)內(nèi)圈在主軸的錐頸上受軸向力而移動(dòng)時(shí)，內(nèi)圈將脹大,引起滾子包絡(luò)圓直徑 變大。滾子包絡(luò)圓直徑 與安裝后外圈滾道直2D2D徑 之差g= ,就是這種軸承的徑向預(yù)緊量(簡(jiǎn)稱預(yù)緊量)；gO時(shí)軸承處于1D12預(yù)緊狀態(tài)，gS，該軸C截面是安全的 4 Solid Edge 三維建模 164 Solid Edge 三維建模4.1 三維設(shè)計(jì)軟件的簡(jiǎn)介隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)方面的自動(dòng)化也隨之蓬勃發(fā)展，同時(shí)世界上也出現(xiàn)了越來(lái)越多的 CAD/CAM 設(shè)計(jì)軟件，如 Solid Edge、 Pro/Engineer、AutoCAD 等。Solid Edge 是 UGS 公司的中檔 CAD 系統(tǒng)， Solid Edge 是為機(jī)械設(shè)計(jì)量身定制的 CAD 系統(tǒng)，從零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)到工程制圖，各種功能無(wú)所不在。裝配造型無(wú)以倫比，通用零件造型功能強(qiáng)大，專業(yè)化的鈑金、管道、焊接設(shè)計(jì)獨(dú)具特色，而制圖模塊則簡(jiǎn)潔明了。 Solid Edge 采用了 STREAM 技術(shù)，將邏輯推理和決策分析融入到機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)捕捉您的設(shè)計(jì)意圖。同樣是機(jī)械設(shè)計(jì)，STREAM 技術(shù)能減少鼠標(biāo)和鍵盤操作達(dá) 45%57%，提高效率 36%。Solid Edge 采用 Para Solid 作為軟件核心，將中端 CAD 系統(tǒng)與世界上最具領(lǐng)先地位的實(shí)體造型引擎結(jié)合在一起，功能強(qiáng)大，是從事三維設(shè)計(jì)的優(yōu)秀 CAD 軟件。同時(shí)還提供了從二維視圖到三維實(shí)體的轉(zhuǎn)換工具。您無(wú)需摒棄多年來(lái)二維制圖的成果，借助 Solid Edge 就能迅速躍升到三維設(shè)計(jì) Solid Edge 不但是一個(gè)獨(dú)特的 CAD 系統(tǒng)，同時(shí)又是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)?；?Solid Edge 的 CAM、CAE 軟件豐富多樣，且都能與 Solid Edge 無(wú)縫結(jié)合。通過(guò)系統(tǒng)集成，就能有效地剔除冗余數(shù)據(jù)，減少?gòu)脑O(shè)計(jì)到產(chǎn)品的開發(fā)周期。機(jī)械 CAD 軟件 Solid Edge，是美國(guó) EDS 公司的一款中檔機(jī)械 CAD 應(yīng)用軟件，適合于有自主設(shè)計(jì)產(chǎn)品的企業(yè)（公司），如：機(jī)械制造、模具（模型）設(shè)計(jì)、薄壁箱體設(shè)計(jì)制造、船舶設(shè)計(jì)制造、飛機(jī)設(shè)計(jì)、汽車設(shè)計(jì)、三維效果設(shè)計(jì)等方面。4.2 特征建模技術(shù)的特點(diǎn)4.2.1 特征機(jī)械 CAD 軟件 Solid Edge 有以下特點(diǎn)：a.是運(yùn)行在 Windows 操作系統(tǒng)上的 CAD 工具:Solid Edge 是真正的原創(chuàng) Windows 軟件。Solid Edge 與 Microsoft Office 兼容，這使得設(shè)計(jì)師們使用 CAD 系統(tǒng)時(shí)，能夠進(jìn)行 Windows 下的字處理、電子報(bào)表、數(shù)據(jù)庫(kù)、演示和電子郵件包等，也能與其它 OLE 兼容系統(tǒng)集成。用戶通過(guò)幫助教程，不用培訓(xùn)也可以自行掌握基本的 Solid Edge 技術(shù)?？梢哉f(shuō)，Solid Edge 是一個(gè)徹底的“傻瓜型，三維 CAD 設(shè)計(jì)軟件，適合于廣大的設(shè)計(jì)人員使 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 17用。b.允許二次開發(fā) ：因?yàn)?Solid Edge 完全支持 OLE2 的標(biāo)準(zhǔn)并提供了自動(dòng)化接口，用戶可以使用開發(fā)語(yǔ)言，如 VB 或 VC，在其之上進(jìn)行二次開發(fā)，編寫具有自己企業(yè)特點(diǎn)的應(yīng)用程序。c.具有系列連動(dòng)的參變數(shù)設(shè)計(jì)和特征技術(shù):區(qū)別于低端軟件，Solid Edge 是基于參數(shù)和特征實(shí)體造型的新一代機(jī)械設(shè)計(jì) CAD 系統(tǒng)。它是為設(shè)計(jì)人員專門開發(fā)的易于操作的實(shí)體造型系統(tǒng)，并完全執(zhí)行設(shè)計(jì)工程師的意圖。專業(yè)設(shè)計(jì)人員完全可以利用參變數(shù)技術(shù)，完成幾乎任何機(jī)械零件或裝配件的造型，并且可以把 Solid Edge 特征保存在特征庫(kù)內(nèi)供以后使用。d.容許二維轉(zhuǎn)三維自動(dòng)完成:Solid Edge 通過(guò)繪制輪廓而生成實(shí)體。它的二維繪圖模塊充分體現(xiàn)了參數(shù)和變數(shù)技術(shù)的完美結(jié)合。設(shè)計(jì)人員可以在二維狀態(tài)任意徒手繪圖，毫不受約束地表達(dá)設(shè)計(jì)思想,使設(shè)計(jì)人員在概念設(shè)計(jì)時(shí)得心應(yīng)手，并立刻轉(zhuǎn)成三維圖。e.基于數(shù)學(xué)關(guān)系式變量表和零件族:設(shè)計(jì)人員可以利用 Solid Edge 變量表的技術(shù)，針對(duì)一些關(guān)鍵尺寸建立數(shù)學(xué)關(guān)系式，使產(chǎn)品“活”起來(lái)。用戶只要改變關(guān)鍵尺寸，就可以得到形狀和性能各異的零件，并通過(guò)零件族的功能存儲(chǔ)起來(lái)。這樣，工程師設(shè)計(jì)了一個(gè)零件后，實(shí)際上是設(shè)計(jì)了一個(gè)系列的產(chǎn)品。Solid Edge 流技術(shù)使人們工作得更好，計(jì)算機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)得更快，進(jìn)而企業(yè)獲益更高,很快會(huì)回報(bào)客戶的投資。f.視覺多層次的裝配設(shè)計(jì):Solid Edge 的裝配采用樹狀的管理方式。一個(gè)裝配件內(nèi)可以包含多個(gè)子裝配件和零件，層次清楚并易于管理。Solid Edge 包含一個(gè)獨(dú)特的爆炸環(huán)境，可以在保留裝配結(jié)構(gòu)和零件關(guān)系的同時(shí)，使系統(tǒng)按預(yù)先設(shè)定的方向自動(dòng)爆炸裝配件。g.獨(dú)立的鈑金設(shè)計(jì)模塊:Solid Edge 的鈑金功能非常強(qiáng)大，包括平面特征、多重彎曲、凸緣、切割、自動(dòng)展平、彎折和斜角等十余項(xiàng)功能，足以完成極其復(fù)雜的鈑金設(shè)計(jì)。Solid Edge的最新版本更增加了諸如打折、凹坑和特殊孔等功能，可以造出散熱器氣窗和沖壓孔等各種沖壓和冷拔特征，并能展開天圓地方類的鈑金表面。h.優(yōu)化了的模塑和鑄造設(shè)計(jì):Solid Edge 模塑加強(qiáng)模塊為模塑零件造型樹立了一個(gè)新的典范。如分割零件、替換面優(yōu)化了模塑業(yè)的造型過(guò)程。模塑加強(qiáng)模塊還包括附加的曲面造型命令、如替換曲面、掃描和放樣，曲面命令能幫你輕松地實(shí)現(xiàn)模塑零件的造型。i.復(fù)雜造型的演示渲染功能：Solid Edge 模塑加強(qiáng)模塊提供了一系列新的復(fù)雜特征，專門用于較為復(fù)雜的模塑和鑄造設(shè)計(jì)的造型。設(shè)計(jì)人員可以快速完成高品質(zhì)的 Solid Edge 零件和裝配件渲染功能，用于演示、設(shè)計(jì)、查詢、銷售或其它目的。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 184.3 Solid Edge 建模的操作方法4.3.1 簡(jiǎn)單三維實(shí)體建模技術(shù)下面介紹生成簡(jiǎn)單三維實(shí)體所用的拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和混合等基本操作方法和技巧。拉伸特征是將一個(gè)用草圖描述的輪廓或橫斷面沿垂直于橫截面方向延伸一段距離后所生成的特征。草圖、拉伸方向和拉伸長(zhǎng)度是拉伸特征的 3 要素。旋轉(zhuǎn)特征是草圖輪廓或橫斷面，繞旋轉(zhuǎn)中心線轉(zhuǎn)動(dòng)掃過(guò)的軌跡所形成的特征。其中，草圖輪廓、旋轉(zhuǎn)中心線和旋轉(zhuǎn)角度構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)特征的 3 要素。掃描特征是由一組草圖輪廓或橫斷面，沿某一路徑掃掠所形成的特征。掃描路徑和掃描輪廓是掃描特征的必備要素?；旌咸卣魇且唤M空間輪廓按一定的順序，在輪廓之間進(jìn)行過(guò)渡生成的特征?；旌咸卣鞯纳杀仨毦邆鋬蓚€(gè)或兩個(gè)以上的輪廓，其中輪廓可以是草圖也可以是其它特征的面，甚至可以是一個(gè)點(diǎn)。簡(jiǎn)單三維實(shí)體的建模方法一般可以歸納為：a. 由基本體素產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)幾何體特征(方塊、圓柱、圓管、圓錐、球等特征)；b. 由滿足約束條件的截面輪廓二維草圖經(jīng)過(guò)拉伸/旋轉(zhuǎn)生成三維特征；c. 沿路徑配置的二維幾何圖形經(jīng)掃描/蒙掠生成曲面實(shí)體特征；d. 結(jié)合以上 3 種方法，利用三維實(shí)體特征間的布爾運(yùn)算(交/并/差)生成新的實(shí)體。建模中參數(shù)的約束有兩種形式：一是幾何約束，包括相互平行、相互垂直、相互同心、相互共線和等長(zhǎng)等，幾何約束是確定要素之間的幾何關(guān)系，這種約束關(guān)系（具有參數(shù)化性）在后面的設(shè)計(jì)中是保持不變的；二是尺寸約束，包括長(zhǎng)、寬、高、角度、半徑，距離等，這種約束用于確定要素之間的尺寸大小和相對(duì)距離。4.3.2 復(fù)雜三維實(shí)體建模技術(shù)在實(shí)際建模過(guò)程中，簡(jiǎn)單特征可能通過(guò)以上任一種方法完成；但對(duì)復(fù)雜特征，常規(guī)的特征操作已難以滿足設(shè)計(jì)的要求，這時(shí)可以采用參數(shù)和關(guān)系式等輔助工具和環(huán)形折彎、唇、螺旋掃描等高級(jí)特征功能。盡管機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式千差萬(wàn)別，用途和工作原理也各不相同；但在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行三維實(shí)體建模還是有一些規(guī)律可循，特別是復(fù)雜三維實(shí)體的建模方法。復(fù)雜三維實(shí)體的建模過(guò)程一般為：零件結(jié)構(gòu)分析特征分解基準(zhǔn)體系分析創(chuàng)建基本特征創(chuàng)建附加特征。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 19a.零件結(jié)構(gòu)分析：在三維建模前，一般要根據(jù)零件的總體構(gòu)造特點(diǎn)與零件工作功能機(jī)理對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，把關(guān)聯(lián)關(guān)系比較緊密的一些特征作為一個(gè)特征集，這樣可以把一個(gè)復(fù)雜零件分成幾個(gè)類似“零件”的特征集，并分析這些特征集之間的位置關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定特征集之間的建模順序。b.特征分解：是將一個(gè)零件分解為一個(gè)具體特征的細(xì)化過(guò)程，是對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)特征（或功能特征）進(jìn)行體素分解，將復(fù)雜的設(shè)計(jì)特征分解為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)特征，如草圖拉伸特征，孔、倒角特征以及圓柱、方塊、圓錐等體素特征，以便進(jìn)行基于特征的建模。特征分解得到的體素應(yīng)滿足以下條件：一是分解后的體素具有幾何意義和工程意義；二是分解后的體素具有還原性，其布爾運(yùn)算形成的特征應(yīng)能還原成被分解的特征。c.創(chuàng)建基本特征：同簡(jiǎn)單三維實(shí)體建模技術(shù)。d.創(chuàng)建附加特征：包含可疊加在基本特征中或從基本特征中剪切下來(lái)的附加特征，如孔、螺紋、倒角、圓角、退刀槽等局部特征和加強(qiáng)筋。4.4 主軸系統(tǒng)部分零部件建模4.4.1 主軸建模主軸系統(tǒng)主要是主軸帶動(dòng)磨頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由主軸和主軸支撐和安裝在主軸上的傳動(dòng)件和密封件組成，下面是主軸系統(tǒng)部分建模 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 20圖 4.1 主軸圖 4.2 小軸圖 4.3 蝸桿 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 21圖 4.4 螺釘圖 4.5 軸承支撐圖 4.6 支座的模型圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 22圖 4.7 花鍵軸承的模擬 5 磨床主軸的模型裝配 235.磨床主軸的模型裝配裝配設(shè)計(jì)所涉及的對(duì)象是立體的工業(yè)產(chǎn)品。裝配設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，對(duì)于縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低裝配成本有著顯著的影響。對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的工業(yè)產(chǎn)品，比較直觀的評(píng)判是在計(jì)算機(jī)上仿真產(chǎn)品的實(shí)際裝配過(guò)程，實(shí)現(xiàn)由可視化方式展開并改進(jìn)產(chǎn)品性能的目的。另外，Solid Edge 多個(gè)設(shè)計(jì)師在同一裝配件并行工作時(shí)，可以隨時(shí)看到其他設(shè)計(jì)師的工作情況在完成磨床主軸的零件建模之后,就可以進(jìn)行裝配了。可以直接用 Solid Edge 中的快速裝配、貼合、面對(duì)齊、軸對(duì)齊、相切等命令將所有零件模型按要求先裝配成部件，然后再加以裝配形成完整主軸系統(tǒng)的模型。完成總裝配，如圖 5.1圖5.1光學(xué)磨床主軸總裝配圖模型Solid Edge中創(chuàng)建爆炸視圖，同時(shí)保持裝配件結(jié)構(gòu)和零件的相互關(guān)系。如圖5.2 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 24圖 5.2 光學(xué)磨床主軸設(shè)計(jì)三維爆炸圖 6 結(jié)論 256 結(jié)論通過(guò)PM500平面磨床主軸系統(tǒng)模態(tài)分析，可以得出主軸的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于主軸的臨界轉(zhuǎn)速，主軸在工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。從主軸的各階固有振型可以看出，主軸在按固有振型振動(dòng)時(shí)，砂輪的安裝端變形較小，振動(dòng)量值也小，所以主軸對(duì)于磨削加工中所造成的誤差很小，驗(yàn)證了主軸設(shè)計(jì)的合理性。主軸的模態(tài)頻率能夠用來(lái)預(yù)測(cè)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件之間的動(dòng)態(tài)干擾的可能性，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可避開共振頻率，這為機(jī)床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供有力的理論依據(jù)和改進(jìn)思路。對(duì)主軸部件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)后，主軸的空心結(jié)構(gòu)引入了仿生學(xué)設(shè)計(jì)理論，液體靜壓軸承的應(yīng)用，消除了滾動(dòng)軸承支承主軸由于軸承外套內(nèi)孔、內(nèi)圈外徑及滾動(dòng)體的形狀誤差所引起的主軸回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的“飄移”現(xiàn)象，使主軸的回轉(zhuǎn)精度得到極大的提高。砂輪主軸采用花鍵聯(lián)接，大大減小了主軸中心的傾斜程度，減小了主軸的振動(dòng)。新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改善了影響主軸部件精度的諸多因素，可提高PM500平面磨床的加工精度、加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 參考文獻(xiàn) 26參考文獻(xiàn)1 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M（同類書籍） 2 李哲, 新編中文 AutoCAD 2005 機(jī)械設(shè)計(jì)短期培訓(xùn)教程,西北工業(yè)大學(xué)出版社,2005.4 3 尹常治，機(jī)械設(shè)計(jì)制圖M. 高等教育出版社,2004.10 4 馬保吉，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)N. 機(jī)械工業(yè)出版社,2005.9 5 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