陳 卓 姜成成 孫 濤

（徐州工程學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，徐州 221008）

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基于CAD技術(shù)的車床J1C6132進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳 卓 姜成成 孫 濤

（徐州工程學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，徐州 221008）

摘 要：本文以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)中具有廣泛使用范圍的CAD軟件Pro/ENGINEER為平臺(tái)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)車床J1C6132的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行零件參數(shù)化建模、裝配及運(yùn)動(dòng)仿真等CAD設(shè)計(jì)，驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的正確性。研究結(jié)果為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了新的方法，對(duì)提升產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上的開發(fā)能力，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本具有一定的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：CAD 進(jìn)給系統(tǒng) 參數(shù)化建模 裝配 運(yùn)動(dòng)仿真

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式基本采用的是串行的工作流程，其設(shè)計(jì)、制造周期長，不能快速響應(yīng)市場，同時(shí)在對(duì)大型、復(fù)雜程度較高的產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，存在預(yù)見性差和產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量不高等問題[1-3]。為解決上述問題，本文提出一種基于Pro/ ENGINEER軟件的CAD平臺(tái)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)方法，以普通車床進(jìn)給系統(tǒng)為典型案例，應(yīng)用CAD技術(shù)，完成產(chǎn)品的參數(shù)化三維實(shí)體造型，虛裝配干涉檢查和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，在產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而使產(chǎn)品一次性制造成功，達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的目的，為企業(yè)全面采用CAD技術(shù)開發(fā)技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，提供可行的流程和方法。

1 車床J1C6132進(jìn)給系統(tǒng)零件結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)

車床的傳動(dòng)主要是靠齒輪傳動(dòng)。傳統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法相當(dāng)復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長、工作量大，設(shè)計(jì)過程重復(fù)利用率低，工作效率低。當(dāng)齒輪的某一參數(shù)改變時(shí)，整個(gè)設(shè)計(jì)過程都要跟著改變，設(shè)計(jì)工作繁雜。因此，要想解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不足，就要對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒外嚙合齒輪的建模

在建模之前，根據(jù)濟(jì)南第一機(jī)床廠J1C6132型臥式車床使用說明書查找相關(guān)數(shù)據(jù)，確定各齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、齒寬等。其中齒寬計(jì)算公式b=ψd×d1，d1為小齒輪分度圓直徑，ψd取0.5。

標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒外嚙合齒輪的建模過程如下。

（1）輸入齒輪控制參數(shù)如：模數(shù)m、齒數(shù)z、壓力角angle、齒寬b。

（2）輸入關(guān)系式。

（3）使用草繪工具選擇FRONT基準(zhǔn)面繪制4個(gè)同心圓，尺寸隨意，見圖1。

圖1 繪制同心圓和對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖2 生成齒輪漸開線

（4）確定對(duì)應(yīng)關(guān)系，見圖1。

（5）經(jīng)關(guān)系式控制再生。

（6）插入漸開線，選取笛卡爾坐標(biāo)系，輸入如下漸開線方程，生成輪齒漸開線，見圖2。

r=db/2

fi=t*90

Arc=(pi*r*t)/2

x=r*cos(fi)+Arc*sin(fi)

y=r*sin(fi)-Arc*cos(fi)

z=0

（7）利用鏡像工具復(fù)制漸開線，見圖3。

（8）利用拉伸工具拉伸齒根圓，見圖4。

圖3 復(fù)制漸開線

圖4 拉伸齒形

（9）利用拉伸工具拉伸出一個(gè)齒形，見圖4。

（10）利用陣列工具生成全部輪齒，并隱藏相關(guān)曲線，見圖5。

圖5 最終齒輪圖

（11）要生成其他的齒輪，只需輸入齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、齒寬等參數(shù)再生即可生成。

1.2 花鍵軸的建模

軸的直徑由與之配合的滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑確定。軸的建模過程如下。

（1）利用拉伸工具生成軸的部分。

（2）利用拉伸工具及陣列工具生成花鍵軸的主體。

（3）利用拉伸工具生成軸的兩端。

（4）利用倒角工具生成倒角，見圖6。

圖6 花鍵軸

1.3 深溝球軸承的建模

深溝球軸承由內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體組成。軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，由專門的軸承工廠成批生產(chǎn)。在此，只需根據(jù)工作條件選用合適的深溝球軸承類型和型號(hào)進(jìn)行組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。204型深溝球軸承基本尺寸d×D×B是20×47×14，單位mm。下面是204型深溝球軸承的建模過程。

（1）內(nèi)圈的建模：利用旋轉(zhuǎn)工具進(jìn)行建模，見圖7（a）。

（2）外圈的建模：同樣利用旋轉(zhuǎn)工具進(jìn)行建模，見圖7（b）。

（3）滾動(dòng)體的建模：利用旋轉(zhuǎn)工具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)即可生成滾動(dòng)體，見圖7（c）。

圖7 深溝球軸承的零件

1.4 單向推力球軸承的建模

單向推力球軸承包括一個(gè)軸圈、一個(gè)座圈和鋼球。型號(hào)為8105的單向推力球軸承基本尺寸d×D×B是25×42×11，單位mm。單向推力球軸承的建模過程如下。

（1）軸圈的建模：利用旋轉(zhuǎn)工具進(jìn)行建模，見圖8（a）。

（2）座圈的建模：同樣利用旋轉(zhuǎn)工具進(jìn)行建模，見圖8（b）。

（3）鋼球的建模：利用旋轉(zhuǎn)工具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)即可生成鋼球，見圖8（c）。

圖8 單向推力球軸承的零件

2 車床J1C6132進(jìn)給系統(tǒng)的裝配

2.1 軸承的裝配

現(xiàn)實(shí)的機(jī)械中軸承的內(nèi)圈、外圈及滾動(dòng)體之間有相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)，但在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)可以將其簡化為不轉(zhuǎn)動(dòng)，有利于進(jìn)行仿真而并不影響仿真結(jié)果。下面以型號(hào)為204的深溝球軸承為例。

（1）裝配軸承的外圈，采用默認(rèn)的放置方式。調(diào)入軸承內(nèi)圈，采用軸線對(duì)齊的約束方式放置，見圖9（a）。

（2）滾動(dòng)體的裝配。采用滾動(dòng)體球面相切的約束方式放置于外圈與內(nèi)圈之間，并使用陣列工具生成所有滾動(dòng)體，見圖9（b）。

圖9 軸承的裝配

2.2 軸上齒輪與軸承的裝配

在現(xiàn)實(shí)的機(jī)器中齒輪裝在軸上與軸之間沒有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，其軸Ⅲ的裝配如圖10所示。

圖10 軸Ⅲ裝配圖

2.3 進(jìn)給系統(tǒng)的總體裝配

進(jìn)給系統(tǒng)的總體裝配見圖11。

圖11 進(jìn)給系統(tǒng)總體裝配

3 進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真

Pro/ENGINEER軟件可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，給用戶一個(gè)動(dòng)態(tài)的直觀的效果。

方法，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)提供了可行的技術(shù)保障。

圖12 測量結(jié)果

選取的齒輪副是Ⅰ軸上的45×1.5與Ⅱ軸上的45×1.5，及Ⅱ軸上的60×1.5與Ⅲ軸上的30×1.5，理論傳動(dòng)比為2:1，測量結(jié)果與實(shí)際情況相符，表明運(yùn)用Pro/ ENGINEER進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真是可行的。

4 結(jié)論

本文基于CAD技術(shù)，以Pro/ENGINEER軟件為平臺(tái)對(duì)車床J1C6132進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真，其結(jié)論如下。第一，以Pro/ENGINEER軟件為平臺(tái)研究了軸、標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪、滾動(dòng)軸承等主要零件的三維建模方法。第二，在Pro/ENGINEER軟件的組件模塊中分析進(jìn)給系統(tǒng)的裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。第三，提供了一種基于Pro/ENGINEER軟件的CAD

參考文獻(xiàn)

[1]曾豪華，屈圭，伍世棋.葉輪零件的五軸數(shù)控制造質(zhì)量與關(guān)鍵技術(shù)研究[J].機(jī)床與液壓，2012，（5）：54-58.

[2]張?jiān)旗o.Pro/ENGINEER野火5.0中文版從入門到精通[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3]程靜.Pro/Engineer Wildfire三維造型與虛擬裝配入門指導(dǎo)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

Design of J1C6132 Feed System of Lathe Based on CAD Technology

CHEN Zhuo,JIANG Chengcheng,SUN Tao
(College of mechanical and electrical engineering, Xuz hou Institute of Technology, Xuzhou 221008)

Abstract:In this paper, in the research and development of product design has wide us e range of CAD s oftware Pro/ ENGINEER a s a pl atform, according to the calculation results of feed system of lathe J1C6132 parts parameterized modeling, assembly and motion simulation, such as CAD design, calculation result is proved to be correct. The research results provide a new method for the design of the product, to promote products in the design development ability, shorten the development cycle, reduce the development cost has certain practical significance.

Key words:CAD, feed system, parametric modeling, assembly, motion simulation