UG基于的三轴铣床运动仿真

盐城工学院本科生毕业设计 2011毕 业 设 计 说 明 书基于 UG的三轴铣床运动仿真专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 孔湘成 班 级 B 机制 077 学 号 0710101703 指导教师 赵海涛 完成日期 2011 年 6 月 6 日 基于 UG 的三轴铣床的运动仿真盐城工学院本科生毕业设计 2011基于 UG 的三轴铣床运动仿真摘要：铣床是一种应用广泛的机床，铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。本课题设计的是一台实现三轴联动的铣床，并利用 UG 软件进行运动仿真。机床运动仿真分析已成为机床设计过程中重要的辅助手段，利用仿真可以及时发现存在的运动干涉、设计不合理等问题，这样可以在机床制造前及时解决，避免产生巨大的成本花费。首先，简单介绍课题来源，铣床的分类及发展历程。其次，对三轴铣床进行总体设计，确定各个零件的尺寸和定位关系并进行校核。使用 UG 软件，建立铣床运动模型并进行简单的运动仿真。最后，总结全文，并展望了计算机仿真技术在机床设计方面的前景。本课题是涉及机械和计算机技术的研究型项目。文中对 UGNX 软件的应用、铣床总体结构进行了一些探究，为机床设计与研制方面累积了一些经验。关键词：三轴铣床；UG；运动仿真基于 UG 的三轴铣床的运动仿真Motion simulation of three-axis milling machine based on UGAbstract:Milling machine is a widely used machine, Milling machine can mill plane, groove, teeth, thread, spline axis, and more complex surface machining . Its higher efficiency than the planer , it has been widely used in the machinery manufacturing and repair sector . The project is designed to achieve a linkage axis milling machine, and using motion simulation by UG. Analysis of machine tool motion simulation has become an important adjunct in theMachine tool design process.This simulation can be used to detect the existence of the movement interference, design issues such as unreasonable. This can be resolved in time for the machine tool manufacturers, to avoid spending huge cost.Firstly,in this paper,it introduces a brief subject sources, classification and development process of milling.Secondly, it makes the overall design of three-axis milling machine, determines the size and location of each part and checks them between.,Confirm a simple motion model and motion simulation by UG software.Finally, it concluds remarks and prospects of the computer simulation in the design of future machines.This issue is related to mechanical and computer technology research projects, In this paper, application of UGNX software and the overall structure of milling machines has be explored,it accumulats some experience in design and development of machine tools .Key words：Three-axis milling machine;UG; Motion simulation盐城工学院本科生毕业设计 2011基于 UG 的三轴铣床的运动仿真6目录1.绪论 .11.1 简介: .11.2 发展历程: .11.3 国内外现状综述： .11.4 主要分类: .22.铣床机械部分设计 .42.1 总体设计要求 .42.2 运动轴的布置 .42.3 运动部件的行程范围 .42.4 导轨的选择 .42.5 联轴器的选择 .52.6 铣削力的计算 .52.6.1 主轴电机的选择 .62.6.2X、Y 轴铣削力的计算 .62.7 步进电机的选择 .72.7.1 步进电机应用中的注意事项 .72.7.2 步进电机三因素的选择 .72.7.3 步进电机参数的计算选择 .82.8 滚珠丝杠的选择 .82.8.1 滚珠丝杠的选择计算 .92.8.2 滚珠丝杠的校核 .102.9 轴承的选择 .113.运动仿真 .163.1 建模 .163.2 装配 .163.3 创建机床运动模型 .183.3.1 定义机床基础部件 .183.3.2 定义机床运动组件和分类 .183.3.3 创建联接坐标系和分类 .183.4 机床入库 .214.结论 .25参考文献 .26致 谢 .27附 录 .28盐城工学院本科生毕业设计 201111.绪论1.1 简介:铣床是一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面） 、沟槽（键槽、T 形槽、燕尾槽等） 、分齿零件（齿轮 、花键轴、链轮乖、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。 铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高。用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。1.2 发展历程:铣床最早是由美国人 E.惠特尼于 1818 年创制的卧式铣床。为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人 J.R.布朗于 1862 年创制了第一台万能铣床，是为升降台铣床的雏形。1884 年前后出现了龙门铣床。20 世纪 20 年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。 1950 年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是 70 年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。 随着机械化进程不断加剧，数控编程开始广泛应用与于机床类操作，极大的释放了劳动力。数控编程铣床将逐步取代现在的人工操作。对员工要求也会越来越高，当然带来的效率也会越来越高。1.3 国内外现状综述：我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术， “七五”期间组织消化吸收“科技攻关” ，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004 年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为 39.3%34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从 2002 年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004 年中国机床主机消费高达 94.6 亿美元，但进出口逆差严重，国产机床市场占有率连年下降，1999 年是 33.6%，2003 年仅占 27.7%。1999 年机床进口额为 8.78 亿美元（7624 台） ，2003 年达 27.1 亿美元（23320 台） ，相当于同年国内数控机床产值的 2.7 倍。国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。基于 UG 的三轴铣床运动仿真2我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距1.4 主要分类:一、按布局形式和适用范围加以区分： （1）升降台铣床：有万能式、卧式和立式等，主要用于加工中小型零件，应用最广。 （2）龙门铣床：包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件。 （3）单柱铣床和单臂铣床：前者的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；后者的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。两者均用于加工大型零件。 （4）工作台不升降铣床：有矩形工作台式和圆工作台式两种，是介于升降台铣床和龙门铣床之间的一种中等规格的铣床。其垂直方向的运动由铣头在立柱上升降来完成。 （5）仪表铣床：一种小型的升降台铣床，用于加工仪器仪表和其他小型零件。（6）工具铣床：用于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工作台和插头等多种附件，还可进行钻削、镗削和插削等加工。 （7）其他铣床：如键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等，是为加工相应的工件而制造的专用铣床。按控制方式，铣床又分为仿形铣床（见仿形机床）、程序控制铣床和数字控制铣床（见数字控制机床）二、按结构分：(1)台式铣床：小型的用于铣削仪器、仪表等小型零件的铣床。 (2)悬臂式铣床：铣头装在悬臂上的铣床，床身水平布置，悬臂通常可沿床身一侧立柱导轨作垂直移动，铣头沿悬臂导轨移动。 (3)滑枕式铣床：主轴装在滑枕上的铣床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍导轨作横向移动，滑鞍可沿立柱导轨作垂直移动。 (4)龙门式铣床：床身水平布置，其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣床。铣头装在横梁和立柱上，可沿其导轨移动。通常横梁可沿立柱导轨垂向移动，工作台可沿床身导轨纵向移动，用于大件加工。 (5)平面铣床：用于铣削平面和成型面的铣床，床身水平布置，通常工作台沿床身导轨纵向移动，主轴可轴向移动。它结构简单，生产效率高。 (6)仿形铣床：对工件进行仿形加工的铣床。一般用于加工复杂形状工件。 (7)升降台铣床：具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床，通常安装在升降台上的工作台和滑鞍可分别作纵向、横向移动。 (8)摇臂铣床：摇臂装在床身顶部，铣头装在摇臂一端，摇臂可在水平面内回转和移动，铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。 盐城工学院本科生毕业设计 20113(9)床身式铣床：工作台不能升降，可沿床身导轨作纵向移动，铣头或立柱可作垂直移动的铣床。 (10)专用铣床：例如工具铣床：用于铣削工具模具的铣床，加工精度高，加工形状复杂。三、按控制方式分： 铣床又可分为仿形铣床、程序控制铣床和数控铣床等。我的课题是基于 UG 的三轴铣床运动仿真。内容是设计一台简易三轴铣床，并利用 UG 的运动仿真功能实现铣床的三轴联动功能。设计思路为先根据机床加工运动范围、特点，制定机床总体结构方案，然后具体零部件设计计算，确定各部件的关键尺寸，最后设计计算运动幅，并编制零件数控程序驱动机床运动以实现运动仿真。在进行设计之前我们要做好以下几方面的工作：首先，要有丰富的实践经验。整个设计，仅靠一些参考资料是远远不够的，这样设计出来的三轴铣床只是结构完美，外形美观，但实用性差，因此，在设计工作开始前，指导老师特地带我们到江淮动力集团、盐城长虹涂装有限公司、东风悦达二厂等企业进行了实地参观考察，与企业工程技术人员共同讨论，积累了一些宝贵的实践经验。 其次，运用四年来所学的专业知识，针对现实中遇到的实际情况，做到举一反三。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，还涉及到一些新的概念，这就要求我们一边温习以前的知识，一边还要学习新的知识，可以说，整个设计过程就是我们不断复习和学习的过程。第三，通过自身的努力，理论联系实际，从合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究和分析，找出可以进行改进的地方，通过反复推敲对比，拟订较为合理的铣削组合机床的总体方案。在设计过程中，由于铣床大部分是由标准零件构成，另外一些非标准件尽量适应工厂的生产条件，使加工和维修方便，大大减少了设计工作量。限于本人知识水平有限，又缺乏相应的实践经验，在设计中定存在不到之处，敬请老师批评指正，提出宝贵意见，以便及时纠正。基于 UG 的三轴铣床运动仿真42.铣床机械部分设计2.1 总体设计要求1铣床应能满足三轴联动加工要求，保证加工精度；2铣床应运转平稳，