【摘要】通過對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的深入研究，以小型數(shù)控機床傳動為切入點，設(shè)計一種小型數(shù)控鉆銑床的主軸箱，并利用UG軟件CAD、CAE模塊進(jìn)行輔助設(shè)計，簡化設(shè)計過程。本文詳細(xì)演示該主軸箱的設(shè)計流程。

　　【關(guān)鍵詞】UG;機械設(shè)計;數(shù)控銑鉆床;主軸箱;受力仿真

　　隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,計算機技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。計算機輔助設(shè)計是工業(yè)設(shè)計中的重要手段，通過相應(yīng)的軟件可以輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜實體及造型的建構(gòu)，并且能夠進(jìn)行仿真模擬，確保在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計完成以后,符合設(shè)計要求。數(shù)控機床是數(shù)控控制機床的簡稱。數(shù)控機床廣泛用于機械制造行業(yè)，是一種柔性的、高效能的自動化機床。

　　數(shù)控論文范例：中職數(shù)控銑床實訓(xùn)教學(xué)的思考和認(rèn)識

　　數(shù)控機床代表了現(xiàn)代機床控制技術(shù)的發(fā)展方向。通過對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的深入研究，以小型數(shù)控機床傳動為切入點，運用UG軟件設(shè)計了一種小型數(shù)控鉆銑床的主軸箱。文章通過分析在主軸箱設(shè)計過程中，總結(jié)了使用UG軟件的具體設(shè)計、建模和分析的流程與技巧，探究如何更好的在產(chǎn)品設(shè)計過程使用UG軟件。

　　1銑鉆床主軸箱設(shè)計要求

　　機床主軸箱要求為最大輸出功率1.5KW，最大輸出扭矩18N⋅m，主軸最高轉(zhuǎn)速3000r/min，最大切削速度2000mm/min。機床的主傳動系一般由動力源、變速裝置及執(zhí)行件，以及開停、換向和制動機構(gòu)等部分組成。為了在變速范圍內(nèi)恒功率和恒轉(zhuǎn)矩，也為了得到較大的變速范圍，本設(shè)計選擇了無級變速電動機加上機械分級變速裝置作為主傳動方案。主傳動系統(tǒng)的傳動方式采用集中傳動，即主傳動系的全部傳動和變速機構(gòu)集中裝在同一個主軸箱內(nèi)。這樣的傳動方式可以使主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊，便于實現(xiàn)集中操縱，安裝調(diào)整方便。主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計流程如圖所示，主要流程為主傳動設(shè)計、齒輪設(shè)計、傳動軸設(shè)計。通過繪制各零件圖，并通過UG進(jìn)行三維建模和結(jié)構(gòu)分析等手段對其進(jìn)行分析，直到最終定型。

　　2主傳動系統(tǒng)的設(shè)計

　　2.1電動機選擇

　　近年來，由于伺服電機制造技術(shù)和電子制造技術(shù)的發(fā)展，采用變頻變速的交流伺服電動機的變速系統(tǒng)以其性能好、無電刷、故障少、可靠度高，在機床中應(yīng)用日益受到重視，成為機床調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。本設(shè)計的電氣傳動方案為交流伺服電動機搭配伺服驅(qū)動器。

　　3直齒齒輪傳動的設(shè)計計算

　　選取傳動比1∶2.5，齒數(shù)為22、56的齒輪組傳動開展設(shè)計。(1)選擇材料和處理方法，確定許用應(yīng)力小齒輪：17CrNiMo6，滲透淬火，54~62HRC;大齒輪：37SiMn2MoV，表面淬火，50~55HRC。根據(jù)小齒輪齒面硬度58HRC和大齒輪齒面硬度52HRC，查得齒面接觸疲勞極限應(yīng)力為：σHlim1=1500MPa，σHlim2=1180MPa;查得輪齒彎曲疲勞極限應(yīng)力為：σFE1=850MPa，σFE2=720MPa。

　　4軸的設(shè)計

　　4.1初選軸的最小直徑

　　選取45號鋼為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理。取A0=110，[τT]=24×45MPa,硬度為217~255HBW，查得[σ-1]=60MPa。電機軸與輸入軸聯(lián)軸器型號為LT5。輸入軸最小直徑dI⩾A0PIn3=110×2.8220003=12.33mm，考慮到聯(lián)軸器的影響，選取dI=25mm。中間軸最小直徑dⅡ⩾A0PⅡn3=110×2.638003=16.36mm，考慮到軸承的影響，選取dⅡ=30mm。主軸最小直徑dⅢ⩾A0PⅢn3=110×2.352343=23.73mm,選取dⅢ=42mm。在借助UG軟件對輸入進(jìn)行有限元分析時，按照以下流程進(jìn)行：(1)建立輸入軸的有限元模型，將輸入軸拆分為有限個可用簡單的數(shù)學(xué)模型描述的單元;(2)設(shè)定輸入軸的材料屬性以及載荷情況;(3)加載NXNastran求解器并進(jìn)行仿真運算;(4)分析仿真結(jié)果，得出結(jié)論。

　　5主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　在布置主軸箱軸系時，首先確定軸系在主軸箱上的位置，然后確定主軸的位置。主軸在主軸箱的位置確定后，其他各軸可以根據(jù)上面計算出來的各齒輪傳動組的中心距來確定。其他標(biāo)準(zhǔn)件的建模可以通過UG附帶的重用庫直接調(diào)用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件，大大減少設(shè)計人員的建模工作量。

　　6結(jié)語

　　本文針對數(shù)控機床主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了分析，通過繪制各零件圖、利用UG軟件進(jìn)行三維建模及結(jié)構(gòu)分析等手段進(jìn)行輔助設(shè)計。從上述設(shè)計過程可以看出，UG軟件的確可以為設(shè)計人員提供很大的幫助，在改進(jìn)設(shè)計方法的同時提高了產(chǎn)品的設(shè)計水平和設(shè)計質(zhì)量，大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，加快產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新。

　　參考文獻(xiàn)

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　　作者：李彬文，李華川