光學(xué)磨床主軸設(shè)計(jì)（帶CAD圖紙和文檔）

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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 .1 1.1 課題研究的背景和意義 .1 1.2 磨削精度和表面質(zhì)量 .2 1.3 國內(nèi)外平磨設(shè)備的發(fā)展 .2 1.4 PM500 平面磨床的工作原理 .3 1.5PM5OO 傳動(dòng)系統(tǒng) .4 1.6 磨頭機(jī)構(gòu)及其主軸組件的研究現(xiàn)狀 .4 2 主軸組件的受力與支承軸承剛度 .6 2.1 主軸組件的受力分析 .6 2.1.1 動(dòng)力及工況簡介 .6 2.1.2 帶傳動(dòng)產(chǎn)生的軸壓力 .6 2.2 主軸支承軸承的剛度分析 .7 2.2.1 軸承剛度計(jì)算理論 .7 2.2.2 軸承預(yù)緊 .8 2.3 主軸支承軸承的剛度計(jì)算 .10 2.3.1 下支承剛度 .10 2.3.2 中支承剛度 .10 2.3.3 上支承剛度 .11 2.3.4 推力球軸承 .11 3 主軸部分的設(shè)計(jì) .12 3.1 主軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 .12 3.2 軸材料的選擇 .12 3.3 主軸結(jié)構(gòu)分析 .13 3.4 主軸結(jié)構(gòu)的改進(jìn) .13 3.5 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .13 4 SOLID EDGE 三維建模 .16 4.1 三維設(shè)計(jì)軟件的簡介 .16 4.2 特征建模技術(shù)的特點(diǎn) .16 4.3 SOLID EDGE 建模的操作方法 .17 4.3.1 簡單三維實(shí)體建模技術(shù) .18 4.3.2 復(fù)雜三維實(shí)體建模技術(shù) .18 4.4 主軸系統(tǒng)部分零部件建模 .19 5.磨床主軸的模型裝配 .23 6 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 1 1 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的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、國 防實(shí)力、綜合國力和在全球經(jīng)濟(jì)中的競爭能力。20世紀(jì)以來 ,世界各國對(duì)制造業(yè) 都極其重視。為此美國重新提出了“制造業(yè)仍是美國的經(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)未來制造業(yè)的發(fā)展，1997 年美國制定了“下一 代制造計(jì)劃”,提出了人、技術(shù)、與管理為未來制造業(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)是國家財(cái)富的主要?jiǎng)?chuàng)造者，而裝備制造業(yè)作為整個(gè)國家工業(yè)部門的 裝備提供者，其水平的高低決定了我國制造業(yè)的國際競爭力，特別是我國加入 到WTO以后，行業(yè)競爭更加激烈，系關(guān)我們國家現(xiàn)代化的進(jìn)程和民族的復(fù)興，因 此提高我國裝備制造業(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)品的市場競爭力，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)制造出來之前，能夠?qū)?產(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)。 長期以來，國內(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)算過程中的數(shù)學(xué)模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了許多簡化， 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)憑借簡單的計(jì)算工具，計(jì)算繁冗，時(shí)間 很長，有些項(xiàng)目無法準(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)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)磨削裂紋。磨削過程中因塑性變形 而發(fā)生的金屬強(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、無心等磨床。由于我國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，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，精度作為平面磨床的一項(xiàng)重要的考核指標(biāo)而越來越受到各國專 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)及主要研究內(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型和常規(guī)磨床延長型 二種。 國外機(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)而越來越受到各國專家的重視，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，沈陽工業(yè)學(xué)院的史安娜等對(duì)主軸部件建立了空間梁單元模型，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 6 2 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)過程中對(duì)主軸產(chǎn)生的軸壓力；磨削過程中的磨削 力。 2.1.1 動(dòng)力及工況簡介 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1 a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0F z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)aK qV 帶單位長度質(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aK F=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)來說,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)彈性體的接觸問題,在某些簡化假設(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,mm3 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 2.2.2 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? 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)緊是通過帶有l(wèi)：12錐度 的內(nèi)圈錐孔來實(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(簡稱預(yù)緊量)；gO時(shí)軸承處于1D12 預(yù)緊狀態(tài)，gO時(shí)軸承處于間隙狀態(tài)。 圖2.2磨床磨頭機(jī)構(gòu)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) 10 圖2.3錐度的內(nèi)圈錐孔 預(yù)緊量較小時(shí),對(duì)軸承動(dòng)剛度提高有比較明顯的作用,在預(yù)緊量超過5 m 后,軸承剛度基本為一個(gè)定值；但是超過某預(yù)緊值時(shí)則無明顯的作用,軸承內(nèi)部滾 子與滾道的彈性接觸變形增大,變形能轉(zhuǎn)化為熱能時(shí),就使軸承溫度升高,故預(yù)緊 量越大,溫升值越高。對(duì)于NN0000K型軸承,轉(zhuǎn)速在12002500轉(zhuǎn)/min時(shí),預(yù)緊量 超過8 m時(shí),軸承溫升將顯著增加。因而58 m是比較理想的預(yù)緊量。以此類 比,取本文中的雙列向心短圓柱滾子軸承預(yù)緊量為6 m。 2.3 主軸支承軸承的剛度計(jì)算 2.3.1 下支承剛度 下支承軸承型號(hào)及參數(shù)：NN000K型(3182112)雙列向心短圓柱滾子軸承, D=95mm，d=60mm，B=26mm ，i=2 ，z=24， =8mm，L=8mm，r=08ram；d 預(yù)緊量g=-6 m(“-”表示預(yù)緊)，經(jīng)計(jì)算軸承所受徑向力約1500N,利用前述的 公式： Q= NizF25.164205mrLa81 mLQa 65.14.2509.7cos69.7 809.8.05 相對(duì)間隙：g/ 查表得 ，則 外,63.1/0.4101m 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) 11 圈與箱體孔為過盈配合， ，查表得 。得到：1.059/d25.0HmbdFH .6214.30204. 內(nèi)圈與軸徑為椎體配合， 得到：05H Fbd31.6,214.3020.3 則下支承剛度 mNk /87.09.321 2.3.2 中支承剛度 中支承軸承型號(hào)及參數(shù)：N0000型(內(nèi)圈有擋邊N208) 圓柱滾子軸承, D=80mm,d=40mm,B=19ram,i=1，z=14, =10mm,L=7.8mm,r=0。只承受徑向d 載荷,在過盈配合的安裝過程中已經(jīng)完成了預(yù)緊。計(jì)算載荷約為F=1100N。步 驟同下支承求算,得到中支承剛度 。mN/30K2 2.3.3 上支承剛度 上支承軸承型號(hào)及參數(shù)：6000型(6209)單列向心球軸承,兩個(gè)同型號(hào)軸承并聯(lián),安 裝過程中已經(jīng)完成預(yù)緊。D=85mm,d=45mm,B=18,i=1,z=9, =12.7mm。單個(gè)軸d 承徑向載荷約856N,步驟同上,計(jì)算得到上支承單個(gè)軸承的徑向剛度值 =578N/3K 。m 2.3.4 推力球軸承 對(duì)于推力球軸承,只承受單向的軸向載荷。上面的一個(gè)推力球軸承在安裝過 程中通過預(yù)緊彈簧實(shí)現(xiàn)預(yù)緊,下面的一個(gè)通過緊固螺母實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。 3 主軸部分的設(shè)計(jì) 12 3 主軸部分的設(shè)計(jì) 3.1 主軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝，定位以及軸的制造工藝等方面的要 求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作 能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難 等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容。 軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度，剛度和震動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多 數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這是只需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算， 以防止斷裂或塑性變形。而對(duì)剛度要求高的軸（如車床主軸）和受力大的細(xì)長 軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞。 3.2 軸材料的選擇 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的 則直接用圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼低廉，對(duì)應(yīng)力集中敏感性比較底，同時(shí)也可以用熱處理 或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，固采用碳剛制造軸尤為廣泛， 其中最常用的是 45 鋼。 合金鋼比碳剛具有更好的力學(xué)性能和更好的淬火性能。因此在傳遞動(dòng)力， 并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作 的軸，常采用合金鋼。 但值得注意的是，在一般工作溫度下（低于 200 攝氏度） ，各種碳鋼和合金 鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時(shí)，所 根據(jù)的是強(qiáng)度和耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定 條件下，有時(shí)也可以選擇強(qiáng)度較底的鋼材，而用適當(dāng)怎加軸的截面面積的方法 開提高軸的剛度。 各種熱處理（如高頻淬火，滲碳，氮化，氰化等）以及表面強(qiáng)化處理（如 噴丸，滾壓等） ，對(duì)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。 高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵容易做成復(fù)雜的形狀，且具有低廉，良好的吸振性 和耐磨性，以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較底等優(yōu)點(diǎn)，可用于制造外形復(fù)雜的軸。 根據(jù)我們高轉(zhuǎn)矩低轉(zhuǎn)速保證使用壽命的傳動(dòng)特性，選擇 45 鋼比較合理 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) 13 3.3 主軸結(jié)構(gòu)分析 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)。主軸系統(tǒng)主要作用是帶動(dòng)磨 頭(刀具 )作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等 組成。磨頭通過錐面、緊固螺母、半圓鍵和主軸聯(lián)接，主軸通過花鍵和帶輪聯(lián) 接。主軸為空心軸，中心通冷卻液，實(shí)現(xiàn)磨削時(shí)工作區(qū)的冷卻。 3.4 主軸結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 把磨頭的安裝方式改為通過花鍵和主軸聯(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 面磨床主軸簡圖，如圖3.1所示。其主要長度尺寸如圖3.1所示所示?？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=2 1xlOgPa，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3.1 主軸結(jié)構(gòu)簡圖 3.5 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)床主軸電機(jī)額定功率為P S=4kW，主軸的轉(zhuǎn)速為 n=2530r/min，采用 帶傳 動(dòng)，計(jì)算可得主軸的轉(zhuǎn)矩：T=9 5510 6 =14343Nmm計(jì)算空心軸的最n ps 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) 14 直徑，其設(shè)計(jì)公式為：d 式中：P一軸傳遞的功率(kW)；34 612.059np n一轉(zhuǎn)速(rmin)； 一許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力(MPa)，系數(shù) =d 1d，其中，d 1一空 心軸內(nèi)徑，d一外徑，按照仿生空心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，取=37。 可以計(jì)算d =12.28mm3 4 67312508.4.019 考慮到主軸中心冷卻液流量和加工工藝問題，取軸的內(nèi)徑d 120mm，最小外徑取 30mm。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)草圖繪出軸的計(jì)算簡圖，軸承的支承力的作用取其中心， 軸可按照外伸梁進(jìn)行受力分析。主軸匕帶輪安裝部位所受徑向力可通過帶兩邊 的張緊力的合力計(jì)算，可求出皮帶作用在軸上的作用力Q=900N，支點(diǎn)反力 RB=675N，R C=1575N，彎矩慨 MB=MD=0 MC=l14750Nmm。軸的受力簡圖、 彎矩圖和扭矩圖，如圖3.2所示。 圖3.2主軸的計(jì)算簡圖 按彎扭組合應(yīng)力校核公式對(duì)軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險(xiǎn)截面c)進(jìn)行 強(qiáng)度校核，可求出： = =9.45MPaS，該軸C截面是安全的 4 Solid Edge 三維建模 16 4 Solid Edge 三維建模 4.1 三維設(shè)計(jì)軟件的簡介 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，各種功能無所不在。裝配造型無以倫比，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。您無需摒棄多年來二維制圖的成果，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 無縫結(jié) 合。通過系統(tǒng)集成，就能有效地剔除冗余數(shù)據(jù)，減少從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的開發(fā)周期。 機(jī)械 CAD 軟件 Solid Edge，是美國 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、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 過幫助教程，不用培訓(xùn)也可以自行掌握基本的 Solid Edge 技術(shù)。可以說，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。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，并通過零件族的功能存儲(chǔ)起來。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) 18 4.3 Solid Edge 建模的操作方法 4.3.1 簡單三維實(shí)體建模技術(shù) 下面介紹生成簡單三維實(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)行過渡生成的特征。混合特征的生成必須具備兩個(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、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)際建模過程中，簡