缸體精銑兩側(cè)面機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì)【銑兩側(cè)面】【說明書+CAD+3D】
缸體精銑兩側(cè)面機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì)【銑兩側(cè)面】【說明書+CAD+3D】,銑兩側(cè)面,說明書+CAD+3D,缸體精銑兩側(cè)面機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì)【銑兩側(cè)面】【說明書+CAD+3D】,缸體,精銑兩,側(cè)面,機(jī)床,總體,設(shè)計(jì),夾具,說明書,CAD
第25卷 第5期2004年 10月河 南 科 技 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)(自 然 科 學(xué) 版)Journal of Henan University of Science and Technology (Natural Science)Vol.25No.5Oct.2004基金項(xiàng)目:河南省科技攻關(guān)資助項(xiàng)目(0224330092)作者簡(jiǎn)介:李春梅(1973 - ) ,女,山東莒縣人,碩士生;崔鳳奎(1957 - ) ,男,河南郾城人,教授.收稿日期:2004 - 06 - 18文章編號(hào):1672 - 6871(2004)05 - 0009 - 04組合機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)李春梅,崔鳳奎(河南科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,河南 洛陽471003)摘要:根據(jù)組合機(jī)床設(shè)計(jì)特點(diǎn),將模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于組合機(jī)床CAD系統(tǒng)。以分級(jí)模塊化為主導(dǎo)思想,在功能分析的基礎(chǔ)上劃分組合機(jī)床的各級(jí)模塊并按照面向裝配設(shè)計(jì)的原則設(shè)計(jì)了模塊接口。以三維設(shè)計(jì)軟件UG為開發(fā)平臺(tái),針對(duì)組合機(jī)床的每一級(jí)模塊建立相應(yīng)的全參數(shù)化三維模型庫,開發(fā)出支持模塊化設(shè)計(jì)的組合機(jī)床CAD系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:組合機(jī)床;模塊化程序;三維;計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中圖分類號(hào):TG65 ;TP391. 72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0 前言目前模塊化設(shè)計(jì)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域,它的主要優(yōu)點(diǎn)是能滿足用戶對(duì)于多品種的要求,可以快速進(jìn)行產(chǎn)品的系列化設(shè)計(jì)1,因此模塊化技術(shù)特別適用于具有系列化特點(diǎn)的組合機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。組合機(jī)床是一種針對(duì)專門零件的生產(chǎn)設(shè)備,具有以下特點(diǎn)2:整機(jī)中通用部件占很大例,只有少量的專用部件;通用部件的獨(dú)立性強(qiáng),具有相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu);品種多,批量小;具有明顯的分級(jí)特性;用戶要求交貨周期短。針對(duì)組合機(jī)床的上述特點(diǎn),發(fā)展了機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)方法3。機(jī)床設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀是模塊化、 智能化以及CAD/ CAM/ CAPP的集成。當(dāng)前在組合機(jī)床CAD系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用方面取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,同時(shí)也存在一些問題,主要是缺乏從主機(jī)角度進(jìn)行設(shè)計(jì)、 分析和評(píng)價(jià)系統(tǒng)4,不能支持自上而下的從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)的過程。本文把CAD技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)兩種設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來,開發(fā)出支持模塊化組合機(jī)床設(shè)計(jì)的CAD系統(tǒng)。本系統(tǒng)支持自上而下的組合機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì),可有效地提高設(shè)計(jì)水平和工作效率,縮短開發(fā)周期,降低成本。1 組合機(jī)床CAD系統(tǒng)總體模塊化設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)是在功能分析的基礎(chǔ)上,劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊,通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的機(jī)床,實(shí)現(xiàn)不同的功能要求5。利用模塊化設(shè)計(jì)的方法,建立組合機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)的步驟如下:(1)組合機(jī)床功能分析:進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查,分析用戶需要,總結(jié)組合機(jī)床實(shí)現(xiàn)的功能,建立組合機(jī)床的總體功能模型,并將機(jī)床功能分解為不同級(jí)別、 層次的子功能。(2)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):在組合機(jī)床功能模型的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)功能2結(jié)構(gòu)映射。根據(jù)組合機(jī)床的功能層次,尋求實(shí)現(xiàn)功能的結(jié)構(gòu)載體,產(chǎn)生機(jī)床結(jié)構(gòu)布局方案,同時(shí)進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)、 外形尺寸的初步規(guī)劃。合理地劃分結(jié)構(gòu)模塊,每一個(gè)模塊都具有獨(dú)立的結(jié)構(gòu),對(duì)應(yīng)一定的功能。(3)詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):利用三維造型工具,將結(jié)構(gòu)概念模型細(xì)化,對(duì)模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、 系列化詳細(xì)設(shè)計(jì)。針對(duì)組合機(jī)床的每一層模塊都建立相應(yīng)的全參數(shù)化控制三維模型庫,用戶在這個(gè)庫中調(diào)用需要模塊的三維模型進(jìn)行裝配。(4)建立CAD系統(tǒng)主控界面和數(shù)據(jù)庫等:除了建立各級(jí)模塊的相應(yīng)三維模型庫之外,本CAD系統(tǒng)還要建立存放設(shè)計(jì)過程中所需要數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫,以及設(shè)計(jì)過程中的數(shù)據(jù)處理和分析程序。在其上建立一個(gè)友好的人機(jī)交互界面,用戶在系統(tǒng)引導(dǎo)下完成設(shè)計(jì)過程中的模塊選擇、 模塊調(diào)用、 模塊組合和設(shè)計(jì)計(jì)算等過程。組合機(jī)床CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。組合機(jī)床CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中,模塊化設(shè)計(jì)的思想貫穿始終。其中最重要的一步就是根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)理論,在設(shè)計(jì)模塊的基礎(chǔ)上建立組合機(jī)床產(chǎn)品模板庫。模塊的設(shè)計(jì)分為模塊的劃分和模塊綜合兩部分。本系統(tǒng)主要在功能分析的基礎(chǔ)上劃分各級(jí)模塊,采用面向裝配的原則來設(shè)計(jì)模塊的接口,實(shí)現(xiàn)模塊綜合的柔性和多樣性。1. 1 在功能分析的基礎(chǔ)上劃分組合機(jī)床的各級(jí)模塊 模塊的劃分是一個(gè)復(fù)雜的分析過程,模塊劃分太細(xì),可以組成較多的變型產(chǎn)品,但模塊的綜合較為困難;模塊劃分過粗,模塊綜合性較好,但導(dǎo)致產(chǎn)品性能不合理,柔性太差。因此劃分組合機(jī)床模塊需要綜合考慮各方面的因素。組合機(jī)床具有明顯的分級(jí)特性6,因此本系統(tǒng)按照分級(jí)劃分的原則,從粗到細(xì)劃分了不同級(jí)別、 不同層次的模塊,每一級(jí)的模塊都可以劃分為更小的模塊。模塊的分級(jí)劃分建立在功能分析的基礎(chǔ)上,每一級(jí)的模塊都對(duì)應(yīng)于一定的功能,具有獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。在模塊劃分之前,首先進(jìn)行市場(chǎng)需求分析,將用戶需求轉(zhuǎn)化為機(jī)床的功能需求。然后分析組合機(jī)床的功能,建立組合機(jī)床總體功能模型,并將總體功能分解為不同級(jí)別、 不同層次的子功能。對(duì)組合機(jī)床整機(jī)功能進(jìn)行抽象,首先建立機(jī)床的總體功能模型。組合機(jī)床整機(jī)的功能反映在它所完成的加工工藝內(nèi)容上。因此在整機(jī)層次上,可以劃分實(shí)現(xiàn)不同加工工藝內(nèi)容的整機(jī)模塊。在整機(jī)功能之下,對(duì)組合機(jī)床的功能進(jìn)行進(jìn)一步劃分。這一層上可以劃分為加工單元、 裝夾單元、 控制單元等模塊。對(duì)組合機(jī)床部件功能還可以進(jìn)一步細(xì)化。分為動(dòng)力部件模塊、 輸送部件模塊、 支撐部件模塊、 控制部件模塊、 輔助部件模塊等。1. 2 按照面向裝配設(shè)計(jì)的原則設(shè)計(jì)模塊接口面向裝配設(shè)計(jì)是指在概念設(shè)計(jì)階段就考慮裝配中可能存在的問題,以確保零件快速有效地裝配。模塊的劃分和設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循面向裝配設(shè)計(jì)的原則,通過功能特征與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間的映射實(shí)現(xiàn)由概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)這樣自上而下的設(shè)計(jì)過程7。為此模塊應(yīng)該具有易于裝配的可互換性接口,以保證模塊組合的快速準(zhǔn)確。模塊接口是有著相互結(jié)合關(guān)系的模塊在結(jié)合部分存在的具有一定幾何形狀、 尺寸和精度的邊界結(jié)合表面。模塊接口模型包括:接口形狀、 接口方位、 接口功能。模塊接口的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮接口的統(tǒng)一性,即具有相同功能的模塊接口應(yīng)該采用相同的接口幾何形狀,接口方位應(yīng)該一致,模塊接口材料、 幾何尺寸的精度、 表面粗糙度應(yīng)該盡可能的統(tǒng)一。為了保證模塊之間可以實(shí)現(xiàn)良好的互換性,接口的系列化是重要的途徑。在模塊接口系列化的基礎(chǔ)上,對(duì)于同一系列的接口,提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口幾何尺寸系列。2 系統(tǒng)的模塊化三維造型模板庫本系統(tǒng)以三維設(shè)計(jì)軟件Unigraphics(簡(jiǎn)稱UG)為開發(fā)平臺(tái),采用UG/ OPEN API開發(fā)接口,Visual C+ +編譯環(huán)境。包括組合機(jī)床加工示意圖設(shè)計(jì)模塊、 切削用量計(jì)算模塊、 主軸箱設(shè)計(jì)模塊和組合機(jī)床各級(jí)模塊裝配模型模板庫。利用UGUIstyler開發(fā)出與UG風(fēng)格完全一致的用戶界面,采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理設(shè)計(jì)計(jì)算和模板庫中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)的原則,將概念模型細(xì)化為具體的三維裝配模型。系統(tǒng)的裝配模型模板庫是根據(jù)上述模塊的劃分而設(shè)定的。系統(tǒng)采用了三維參數(shù)化造型技術(shù),為每一級(jí)模塊都建立對(duì)應(yīng)的三維模型。01河 南 科 技 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)(自 然 科 學(xué) 版)2004年在設(shè)計(jì)模塊的三維造型模板庫時(shí),遵循模塊化設(shè)計(jì)的原則,系統(tǒng)具有下面的特點(diǎn):(1)采用參數(shù)化三維造型技術(shù)建立模塊庫:參數(shù)化建模采用尺寸驅(qū)動(dòng)技術(shù),以約束造型為核心。由于組合機(jī)床通用部件的數(shù)據(jù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、 系列化,可以實(shí)現(xiàn)用幾個(gè)關(guān)鍵尺寸驅(qū)動(dòng)整個(gè)視圖的繪制8。組合機(jī)床分級(jí)模塊結(jié)構(gòu)的三維模型通過這些尺寸作為參數(shù)來控制??刂迫S模型的參數(shù)分為三種: 控制零件輪廓尺寸的參數(shù)。對(duì)于通用件和標(biāo)準(zhǔn)件,零件的輪廓尺寸分為主要輪廓尺寸和次要輪廓尺寸。主要輪廓尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、 系列化,次要輪廓尺寸與主要輪廓尺寸有確定的約束關(guān)系。主要輪廓尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中,用戶從界面輸入所選標(biāo)準(zhǔn)件或者通用件的型號(hào),系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫中得到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),并且根據(jù)主要輪廓尺寸計(jì)算出次要輪廓尺寸,賦予三維模型并對(duì)模型進(jìn)行更新。 裝配約束參數(shù)零件進(jìn)行裝配時(shí),與其他部件間形成一定的裝配約束關(guān)系,并可由裝配參數(shù)控制。裝配約束包括配合、 對(duì)齊、 平行、 垂直等。 接口參數(shù)控制模塊之間接口的形狀、 方位關(guān)系等參數(shù)。對(duì)于通用件和標(biāo)準(zhǔn)件,接口參數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,相應(yīng)數(shù)據(jù)可以由數(shù)據(jù)庫中自動(dòng)獲取。對(duì)于非通用件模塊的接口設(shè)計(jì),為了保證模塊的互換性,也實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化系列化設(shè)計(jì)。例如主軸箱,因?yàn)榕c動(dòng)力箱存在固定的裝配關(guān)系,因此主軸箱的接口設(shè)計(jì)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。用戶通過輸入模塊主參數(shù),直接或者間接的控制模型參數(shù),更新三維模型,生成需要的零部件。(2)遵循面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊時(shí),采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則。對(duì)于每一個(gè)模塊而言,包括模塊內(nèi)部和外部?jī)煞矫娴男畔?內(nèi)部信息包括模塊功能、 內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸等;外部信息即接口信息,包括形狀、 方位、 結(jié)合面屬性等。系統(tǒng)將模塊內(nèi)部信息全部封裝,內(nèi)部信息對(duì)用戶是一個(gè)黑箱,用戶只需關(guān)心接口信息。(3)用WAVE技術(shù)控制模塊內(nèi)部裝配結(jié)構(gòu)在模塊的設(shè)計(jì)中,功能設(shè)計(jì)映射為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以裝配模型作為表達(dá)設(shè)計(jì)功能的全局結(jié)構(gòu)。裝配模型由部件結(jié)構(gòu)、 部件之間的裝配關(guān)系和裝配約束組成,需要考慮部件之間功能結(jié)構(gòu)上的關(guān)系,以及零部件之間的裝配順序、 裝配方向等。 組合機(jī)床設(shè)計(jì)模塊對(duì)應(yīng)的各級(jí)裝配模型,不僅包括部件結(jié)構(gòu),還包括部件之間的裝配關(guān)系和裝配約束。在UG中,部件之間的裝配約束可以由三種方法實(shí)現(xiàn):尺寸驅(qū)動(dòng)、 約束驅(qū)動(dòng)和WAVE全相關(guān)設(shè)計(jì)。尺寸約束可以用來控制部件間的尺寸相關(guān),約束驅(qū)動(dòng)用來建立裝配體中零部件之間在空 間 位 置 上 的 聯(lián) 結(jié) 關(guān) 系。WAVE ( What - if Alternative ValuableEngineering)技術(shù)是UG實(shí)現(xiàn)全相關(guān)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù),支持從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)中,使用WAVE技術(shù)將模塊按設(shè)計(jì)規(guī)則形成一個(gè)控制結(jié)構(gòu),在其中定義所需要的幾何信息和參數(shù),使組合機(jī)床各級(jí)模板裝配模型中的子模塊之間的幾何特征都是整體相關(guān)。利用本系統(tǒng)生成的三面加工組合機(jī)床見圖2。用戶只需輸入主要參數(shù)即可得到所需的三維模型,在此模型基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。圖2 三面加工組合機(jī)床3 結(jié)束語本文在模塊化設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上,進(jìn)行組合機(jī)床CAD系統(tǒng)的開發(fā),實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助模塊化設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)提供了組合機(jī)床各級(jí)模塊的參數(shù)化三維模型模板庫,在每個(gè)層次級(jí)別上都建立了系列的模塊模板庫,支持產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)。用戶可以根據(jù)自己的需要,選擇合適的平臺(tái)模板來進(jìn)行組合機(jī)床設(shè)計(jì),有效的提高了設(shè)計(jì)效率,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。本系統(tǒng)可以進(jìn)一步完善,為并行工程、 智能化設(shè)計(jì)以及CAD/ CAM/ CAPP的集成提供基礎(chǔ)。11第5期李春梅等:組合機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)參考文獻(xiàn):1 傅迎春. 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CAD技術(shù)與機(jī)床整機(jī)設(shè)計(jì)J .焦點(diǎn),2001(5) :13 - 15.5 張錫濱.基于模塊化的虛擬機(jī)床設(shè)計(jì)J .企業(yè)技術(shù)開發(fā),2001 ,(11) :4 - 5.6 劉小鵬,張為國(guó).機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)中的模塊創(chuàng)建以及應(yīng)用J .華中理工大學(xué)學(xué)報(bào),2000 ,28(5) :16 - 17.7 王隆太,盛愛平.基于CIMS的組合機(jī)床CAD系統(tǒng)的研究開發(fā)J .揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào),1999 ,2(4) :64 - 66.8 孫建軍,李玉翔,肖 放.組合機(jī)床通用部件參數(shù)化繪圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)J .天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001 ,20(4) :48 - 51.CAD System for Machine Tool Based on Modular Design TechnologyLI Chun2Mei ,CUI Feng2Kui(Electromechanical Engineering College ,Henan University of Science & Technology , Luoyang 471003 ,China)Abstract :Based on the characteristics of the design of machine tool ,the modular designing technology is applied toCAD system for modular machine tool. The modules of machine tool are divided according to their differentfunctions. The interface between the modules is designed based on the principle of assembly. The system which isdeveloped on UG supports the modular designing technology and includes parametric2driving 32D models whichcorrespond to every module of machine tool.Key words :Modular machine tools;Modularized programs;Three2dimension;Computer aided design21河 南 科 技 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)(自 然 科 學(xué) 版)2004年
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