計算機輔助設計技術的相關論文(2)
計算機輔助設計技術的相關論文
計算機輔助設計技術的相關論文篇二
《精密車床主軸計算機輔助設計》
摘要：將普通車床主軸運動機構視為由四個軸組成，每個軸視為分別裝有齒輪和軸承等零件的一個子結構的裝配體，利用Pro/E 分別建立各子結構的三維實體模型，通過對各子結構裝配實現對整個車床主軸傳動的三維建模，利用Pro/E 軟件的Mechanism 模塊對整個機構進行運動學分析和運動仿真。既保證了車床主軸傳動的準確性，也大大提高了設計效率。利用該方法可以使得設計人員快速、直觀的對普通車床主軸運動機構進行優化設計，降低機床的研發成本，提高機床的可靠性。
關鍵詞：普通車床;模塊化設計;虛擬裝配;仿真
0 引言
普通車床盡管已經是一個比較成熟的產品，但是隨著科技的不斷進步，降低產品成本，工程設計人員必須不斷的對它的機械結構進行優化。隨著信息技術和計算機軟件的不斷發展，仿真軟件可以提前告知我們所設計的產品是否結構相對合理，尺寸是否存在干涉等。本設計就是基于Pro/E軟件對車床的主軸部分進行計算機輔助設計，以達到我們預期的設計目標。
1 三維實體建模的過程
在Pro/E中，各個特征是有一定的父子關系的，一個三維實體模型就是由數量眾多的特征以“搭積木”的方式組織起來的，設計者可以直接從模型樹中選擇特征修改，提高了設計效率，這些特征及其之間的父子關系均在模型樹中統一顯示。三維實體建模過程如下：
①在基礎實體特征上添加鍵槽、軸孔、倒角、修剪等修飾特征;②使用拉伸、旋轉、復制以及陣列等方法創建基礎實體特征;③靈活選用標注和約束參照，繪制二維草繪設計圖。
2 關鍵零件的三維實體建模
對齒輪的各個參數設計完成后，利用機械零件設計的基本知識，在建立好的齒頂圓基礎上拉伸實體，然后草繪基圓弧線，使用“關系”參數驅動生成漸開線，在“可變剖面掃描”環境中，鏡像后，切出齒槽部分生成單側齒面，最后建立“關系”即可在輸入齒輪主要參數的形式下生成不同齒數的齒輪，最后陣列前面所做操作，即可得到齒輪。
2.1輸入斜齒輪主要參數
PRESSURE-ANGLE(壓力角)
BETA=HELIX-ANGLE(螺旋角)
FACE_WIDTH NUMBER(齒輪寬)
PRESSURE_ANGLE NUMBER (壓力角)
MODULE NUMBER(模數)
TOOTH_NUMBER NUMBER (齒數)
2.2 間接生成的主要參數部分
DF=DAM_PITCH-1.157*MODU-LE(齒根圓直徑)
DA=DAM_PITCH+1*MODULE(齒頂圓直徑)
TOOTH_THICK_ON_PITCH =CIRCULAR_PITCH/2
CIRCULAR_PITCH = PI*MODULE(齒距)
DB=DAM_PITCH*COS(PRESSURE_ANGLE)(基圓直徑)
D=TOOTH_NUMBER*MODULE;(節圓直徑)
ANG_TOOTH_SPACE=360/TOOTH_NUMBER-
ANG_TOOTH_TH
ANG_TOOTH_THICK=TOOTH_THICK_ON_BASE/
DAM _BASE*360/(2*PI)
TOOTH_THICK_ON_BASE=DAM_BASE*(TOOTHE_ THICK_ON_PITCH/(DAM_PITCH)+INV_PHI)
INV_PHI=TAN(PRESSURE_ANGLE)-PRESSURE_
ANGLE*2*PI/360
2.3 漸開線方程 笛卡爾坐標系漸開線方程：
R=DB/2
THETA=T*45
X=R*COS(THETA)+R*SIN(THETA)*THETA*PI/180
Y=R*SIN(THETA)-R*COS(THETA)*THETA*PI/180
Z=0
2.4 以關系驅動基準圓
HA=(HAX+X)*MN(齒頂高)
HF=(HAX+CX-X)*MN(齒根高)D=MN*Z/COS(BETA)
DA=D+2*HA
ALPHA_T=ATAN(TAN(ALPHA)/COS(BETA))(壓力角)
DB=D*COS(ALPHA_T)
DF=D-2*HF
3 主軸箱的運動模型裝配
機構運動分析模塊是Pro/E中各個零件通過裝配模塊組裝成一個完整的機構以后，設計師在Pro/E中直接啟動該模塊，根據設計意圖定義機構中的連接，設置伺服電動機，然后運行該機構，觀察機構的整體運動軌跡和各零件之間的相對運動，以檢測機械的干涉情況。
3.1 連接的設置
連接的建立過程需要配合“約束”取限制主體的某些自由度，而常規的裝配則限制了原組建所有的自由度。如圖1所示。剛性：6個自由度被完全限制，受剛性連接的元件屬于同一主體。
3.2 齒輪連接設置
齒輪裝配是以軸的位置定位的，所以齒輪齒面的嚙合面并不確定，故首先設置齒輪的嚙合面，這里是利用間接連接，先使用“凸輪”連接，使兩個齒面嚙合后，再將“凸輪”連接刪除，然后在傳遞轉矩的兩個齒輪間設置“齒輪”連接，同時輸入節圓直徑，這樣齒輪的裝配就完整了。
4 定義伺服電動機
伺服電動機可以為機構提供驅動。通過伺服電動機可以實現旋轉及平移運動。在總裝配中，把伺服電動機設置于與離合器連接接受電傳動傳遞轉矩的主動軸上，通過“輪廓選項卡”能夠指定伺服電動機的位置、速度和加速度設置電動機參數。設置參數如圖4、圖5所示。
5 運行機構
點擊“機構分析”按鈕后，在這里可以設置運動分析時間，仿真運動播放速度，電動機選擇等。
在Pro/Mechanism中測量對模型各種運動參數進行測量，如不符合要求，則重新建立模型，再次進行仿真、分析，直至模型達到設計要求為止。
由仿真、分析結果進行改進再仿真，直至達到設計要求，接著進行各部分功能細化，機床樣機主軸最終定型。如圖6所示。
6 小結
本文借助Pro/E的三維仿真技術，通過對數字化模型的分析提早發現產品的缺陷并加以修改，大大縮短了新產品設計的周期，達到了優化設計的目的。特性的仿真分析而不用投入大量的人力、財力，直接在數字化模型上進行各種運動及材料進行產品試制，有效節約了生產成本。總之，從建立模型、裝配到仿真分析的全過程，應用仿真技術對簡化機床主軸箱設計起到了事半功倍的效果，最終實現了對主軸箱樣機的設計。
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