毕业设计(论文)CA6140床头箱的三维可视化设计.doc
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1、摘 要 车床在机械制造领域方面具有着重要不可替代的工具,而卧式车床由于适应性强,结构简单,加工范围广,价格低廉而被广泛应用于各种机械加工及维修车间,是一种较为常见的机床类型。 本篇论文主要是设计卧式车床的主轴箱体,论述了C6136床头箱可视化设计与仿真,针对如何运用可视化与仿真技术完成对C6136床头箱设计展开研究和讨论。本文参考了大量的与C6136机床相关的文献,并分析了国内外C6136机床的发展研究现状。在对C6136机床的基本原理和结构作了充分的分析和研究后,提出了C6136床头箱合理的设计方案并以 SolidWorks 软件为三维可视化设计平台,完成了对C6136床头箱可视化设计的三维
2、实体建模、装配设计及关键零部件的有限元分析。 为了更清晰的了解C6136床头箱的构造,最后运用Solidworks软件对三维总体建模进行了爆炸视图的视频制作。关键词:卧式车床;主轴箱;三维设计;有限元分析Abstract Lathe is an irreplaceable tool in machinery manufacturing areas. While the horizontal lathe, because of its adaptable, simple structure, and processing a wide range, low prices and is widel
3、y used in a variety of machining and repair shop, is a more common type of machine tool. This thesis is the design of the horizontal lathe spindle box, discusses the the C6136 headstock visual design and simulation, completed C6136 headstock design study and discussion on how to use visualization an
4、d simulation technologies.The reference to the large amount of literature related to the C6136 machine, and analysis of the C6136 machine at home and abroad of Development Research. After a full analysis and research on the basic principles and structure of the C6136 machine, the C6136 headstock des
5、ign program SolidWorks software for 3D visualization platform, complete visualization of the C6136 headstock the design of 3D solid modeling, assembly design and key components of the finite element analysis. To a clearer understanding of the structure of the C6136 headstock, and finally on the over
6、all modeling of three-dimensional exploded view of the video production using Solidworks software. Keyword: Horizontal lathe;Spindle box; Three-dimensional design; Finite Element Analysis目 录1 绪论11.1 课题研究的目的和意义:11.2国内外车床的基本简介:11.3可视化设计技术和仿真技术:41.4课题研究的主要内容:52 C6136卧式主轴箱体的总体设计方案62.1 C6136车床的基本工作原理:62.
7、1.1溜板部分的机动进给操作62.1.2操作车床进给量手柄得到各挡进给量62.1.3操作车床尾座62.2 C6136主轴箱体的主传动设计:72.3主传动的运动参数和动力参数的选择72.4 机床布局:92.5主传动运动设计:102.5.1转速图、结构网与结构式分析102.5.2转速图的拟定103 C6136床头箱的三维实体建模133.1设计软件SolidWorks简介133.2床头箱体的实体建模153.3床头箱一轴的三位实体建模173.4床头箱轴上其他零件的绘制方法:204 对C6136床头箱的装配设计254.1对床头箱一轴的装配设计:254.2装配体的静态干涉检查:284.3床头箱的总装配29
8、4.4 C6136床头箱体的爆炸视图的绘制335 C6136床头箱体关键零件的有限元分析365.1有限元简介:365.2对三轴的有限元分析366 总结与展望406.1论文总结:406.2工作展望:40参考文献41致谢42附录A43附录B521 绪论1.1 课题研究的目的和意义:机械设备正在向高效化、精密化、智能化、集成化、数字化方向发展,对机械设备的设计质量提出了愈来愈高的要求,现代机械产品设计在新产品开发中起着头等重要的作用。随着机械领域的发展面的扩展和深入,我们在机械设计时已经不满足与只收获直观数据,而是逐步拓展到将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理的理论、方法和技术。它
9、涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域,成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术即可视化制图。可视化技术最早运用于计算机科学中,并形成了可视化技术的一个重要分支科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)。科学计算可视化能够把科学数据,包括测量获得的数值、图像或是计算中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前,使他们能够观察、模拟和计算。科学计算可视化自1987年提出以来,在各工程和计算机领域得到了广泛的应用和发展。在机械上可使我们更感官
10、的认识设计图形的内部结构,让我们从二维的机械制图到三维制图上有更好的应用。1.2国内外车床的基本简介:车床问世后用於加工各种轴、盘类回转体零件,在各类大小机器中,量大面广,最为得用。在机器制造业中,车床的数量最多,用途最广泛。在各类金切机床中,车床的比重最大。中国1995年金切机床拥有量498万台中,共有122万台车床,占41%;美国、日本约占22%。在先进工业国家如美国和日本,由於毛坯质量好,加工余量小,有些可直接进行磨削精加工,因此粗加工的车床数量较少,比重也相对较小,而磨床比重不断增大(如中、日、美的磨床比重分别为13%、18%、23%)。随着毛坯与工艺的改善,车床比重在同一国家逐渐减小
11、。如日本1952年时车床占40%,1963年为30%,1973年为26%,1994年减至22%。由此可见,工业生产少不了车床,而毛坯、工艺愈落后,车床数量就愈多。发达国家车床技术水平较高,车床本身有其技术和结构特点,能加工回转体的平面、内外圆、螺纹、螺孔、凸台、凹槽、曲面等,传动较简单,制造比磨床容易,所用刀具也较简单。世界车床技术发展有三大阶段手动普通车床阶段、高效自动化车床阶段和数控(NC)车床阶段。目前,车床按控制分为手动、机动、数显、程控、数控;按结构和用途分为普通车床、仪表车床、单轴/多轴自动车床、活塞车床、曲轴/凸轮轴车床、立式车床、落地卧式车床、各种专用车床等。车床的品种、规格繁
12、多,为各类机床之冠。在现今各国生产和使用中,手动、机动、数显、程控和数控并存,由於特点、功能和价格不同,使用场合不一,选用时应从技术与经济方面考虑。在发达国家,由於汽车、轴承、电机等大批量生产自动化的实现,高效自动化车床的数量多,NC车床发展快,中、高档车床比重大,总体技术水平高,因此,生产率和劳动生产率高(如美、日汽车年产量达1,000万辆以上)。在发展中国家,低档手动普通车床多,而中、高档少,总体技术水平低,生产率和劳动生产率也较低。下面介绍几种车床,如图1.1至1.3所示:图1.1C6136车床图1.2CA6140车床图1.3数控车床1.3可视化设计技术和仿真技术:可视化技术:种类繁多的
13、信息源产生的大量数据,远远超出了人脑分析解释这些数据的能力。由于缺乏大量数据的有效分析手段,大约有95%的计算被浪费,这严重阻碍了科学研究的进展。为此,美国计算机成像专业委员会提出了解决方法可视化。可视化技术作为解释大量数据最有效的手段而率先被科学与工程计算领域采用,并发展为当前热门的研究领域科学可视化。可视化把数据转换成图形,给予人们深刻与意想不到的洞察力,在很多领域使科学家的研究方式发生了根本变化。可视化技术的应用大至高速飞行模拟,小至分子结构的演示,无处不在。在互联网时代,可视化与网络技术结合使远程可视化服务成为现实,可视区域网络因此应运而生。它是SGI公司在2002年3月提出的新理念。
14、它的核心技术是可视化服务器硬件和软件。科学可视化的主要过程是建模和渲染。建模是把数据映射成物体的几何图元。渲染是把几何图元描绘成图形或图像。渲染是绘制真实感图形的主要技术。严格地说,渲染就是根据基于光学原理的光照模型计算物体可见面投影到观察者眼中的光亮度大小和色彩的组成,并把它转换成适合图形显示设备的颜色值,从而确定投影画面上每一像素的颜色和光照效果,最终生成具有真实感的图形。真实感图形是通过物体表面的颜色和明暗色调来表现的,它和物体表面的材料性质、表面向视线方向辐射的光能有关,计算复杂,计算量很大。因此工业界投入很多力量来开发渲染技术。 仿真技术:仿真技术是一门多学科的综合性技术,它以控制论
15、、系统论、相似原理和信息技术为基础,以计算机和专用设备为工具,利用系统模型对实际的 或设想的系统进行动态试验。在机械领域,利用计算机仿真有助于发现其原理为提高机械加工性能提供理论支持。如磨削方面,吉林大学的王龙山教授等提出了依赖与时间变化的描述磨削过程的各个数学模型,通过计算机模拟可以预测和估计磨削行为和磨削质量,为磨削过程优化,智能控制,虚拟磨削创造了必要前提。李国发博士等研究了变进给磨削过程磨削功率的模型,利用计算机仿真得到能够应用与史记磨削过程的最佳磨削方案。还有山东大学机械工程学院的王霖等研究了磨削温度场的计算机仿真系统,实现了对磨削温度场的预测及优化,为研究各加工参数对磨削温度场的影
16、响提供了理论依据。铣削方面,同济大学机械工程学院的李沪曾教授等建立了多齿端铣切削过程动力学模型,卡发了切削振动仿真的微机通用软件,采用数字仿真犯法研究了平面端铣削振动的原理和条件。上海交通大学建立了电火花加工的工艺仿真系统,和连续挤压的计算机仿真模型。1.4课题研究的主要内容:1. 查阅机床的相关资料,了解机床产品的发展现状及基本原理,分析主轴箱的特点,确定总体设计方案。2. 采用三维设计软件建立主轴箱的实体模型。3. 床头箱的装配及动画制作。4. 对关键件进行有限元分析。 2 C6136卧式主轴箱体的总体设计方案2.1 C6136车床的基本工作原理:2.1.1溜板部分的机动进给操作 C613
17、6型车床的纵、横向机动进给(feed)和快速移动采用单手柄操纵。自动进给手柄在溜板箱右侧,可沿十字槽纵、横扳动,手柄扳动方向与刀架运动方向一致。手柄在十字槽中央位置时,停止进给运动。在自动进给手柄顶部有一快进按钮,按下此钮,快移电动机工作,床鞍或中滑板按手柄扳动方向作纵向或横向快速移动;松开按钮,快移电动机停止转动快速移动中止。溜板箱正面右侧有一开合螺母操作手柄,用于控制溜板箱与丝杠之间的运动联系。车削非螺纹表面时,开合螺母手柄位于上方;车削螺纹时,压下开合螺母手柄,使开合螺母闭合并与丝杠啮合,将丝杠的运动传递给溜板箱,使溜板箱、床鞍按预定的螺距(或导程)作纵向进给。车完螺纹应立即将开台螺母手
18、柄扳回原位。 (1)用自动进给手柄作床鞍的纵向和中滑板的横向进给的机动进给练习。 (2)用手动进给手柄和手柄顶部的快进按钮作纵向、横向的快速移动操作。 (3)操作进给箱上的丝杠、光杠变换手柄,使丝杠回转,将溜板箱向右移动足够远的距离,扳下开台螺母,观察床鞍是否按选定螺距作纵向进给。扳下和抬起开合螺母的操作应果断有力,练习中体会手的感觉。 (4)左手操作中滑板手柄,右手操作开合螺母两手配合动作练习每次车完螺纹时的横向退刀。2.1.2操作车床进给量手柄得到各挡进给量 按车床进给量铭牌确定选择纵向进给量为0.46 mmr、横向进给量为0.20 mmr时手轮和手柄的位置,并进行调整。按前面步骤调整车床
19、手轮和手柄的进给量,使车床得到各挡进给量。2.1.3操作车床尾座 尾座的结构中套筒用来安装顶尖、钻头(drill)等工具。 (1)沿床身导轨手动纵向移动尾座至合适位置,逆时针方向扳动尾座紧固手柄将尾座固定。注意移动尾座时用力不要过大。 (2)逆时针方向转动套筒锁紧手柄(松开),摇动手轮,使套筒作进、退移动。顺时针方向转动套筒锁紧手柄,将套筒固定在选定的位置。2.2 C6136主轴箱体的主传动设计: 实现机床主运动的传动称之为主传动,机床的主传动属于外联系的传动链,其功用是:1) .将一定的动力由动力源传递给执行元件。2) .保证执行元件具有一定的转速和足够的变速范围。3) .能够方便的实现运动
20、的开停、变速、换向和制动。 目前,多数通用机床及专门化机床的主运动是有变速要求的回转运动,其主传动是有下列主要部分构成:1) .动力源: 电动机或液压马达。2) .主轴组件: 包括主轴、主轴支撑和安装在主轴上的传动件。3) .变速装置: 用于实现主轴各级转速的变换。4) .定比传动机构: 具有固定传动比的传动机构,常用齿轮带传动,可用于升速、降速或运动连接。5) .开停装置: 用于控制主轴的起动与停止。6) .制动装置: 用于实现主轴的制动,通常用直接制动电动机。7) .换向装置: 用于改变主轴的转向。8) .操纵机构: 用于操纵上述功能的元件。9) .润滑与密封装置:为了保证主传动的正常工作
21、,必须具有良好的润滑与可靠的密封。10) .箱体: 各种机构和传动件的支撑都装在箱体中,以保证其相互位置具有准确性。2.3主传动的运动参数和动力参数的选择1) .运动参数的确定:主轴的极限转速的确定 其中: 取: 取标准数列值: 取标准数列值: 其中确定主轴最高转速由来YT15硬质合金刀车削碳钢工件获得,主轴最低转速由高速钢刀车削铸铁件获得。2) .公比的确定:本设计为12级变速传动 由 得 3) .动力参数的确定: 取 其中 切削深度 进给量主切削力 根据实用机床设计手册表2.24得 刀具材料: YT15工材: 钢切削方式: 车外圆 查电机手册选取 : 2.4 机床布局: 首先确定机构方案:
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