畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于ProE的數(shù)控銑床的運(yùn)動(dòng)仿真.doc

編號(hào) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 技技 術(shù)術(shù) 報(bào)報(bào) 告告 課題課題名稱：名稱：基于 Pro/E 的數(shù)控銑床的運(yùn)動(dòng) 仿真 2011 年 5 月 目錄目錄 第 1 章 緒論.1 1.1 課題的技術(shù)背景與來源.1 1.2 傳統(tǒng)模式下的產(chǎn)品開發(fā)過程.3 1.3 基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)過程.3 1.4 數(shù)控銑床設(shè)計(jì)開發(fā)中引入虛擬樣機(jī)技術(shù)的必要性.4 2 1.5 課題的主要內(nèi)容與研究方法.5 第 2 章 數(shù)控銑床的三維建模及裝配.6 2.1 數(shù)控銑床的組成及特點(diǎn).6 2.2 CAD 造型軟件的比較與選擇.7 2.3 Pro/E 軟件的介紹.7 2.4 數(shù)控銑床的三維建模.9 2.4.1 虛擬建模技術(shù)基本理論.9 2.4.2 數(shù)控銑床主要零件的三維建模.11 2.5 數(shù)控銑床的虛擬裝配.16 2.5.1 虛擬裝配技術(shù)基本理論.16 第 3 章 數(shù)控銑床的運(yùn)動(dòng)仿真.21 3.1 機(jī)床爬行原因分析.21 3.2 零件之間的位置連接設(shè)置.23 3.3 機(jī)構(gòu)連接檢測(cè).25 3.4 數(shù)控銑床的機(jī)構(gòu)分析.26 3.5 拖動(dòng)和快照確定運(yùn)動(dòng)初始位置.26 3.6 定義伺服電動(dòng)機(jī).27 3.7 定義并運(yùn)行參數(shù).28 3.8 機(jī)構(gòu)分析概述.30 3.9 測(cè)量和回放.32 3.10 測(cè)量.32 3.11 回放.32 結(jié)束語.34 參考文獻(xiàn).35 致謝.36 3 基于基于 Pro/E 的數(shù)控的數(shù)控銑銑床的運(yùn)床的運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)分析學(xué)分析 摘要摘要：傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)流程一般為方案設(shè)計(jì)、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、制造實(shí)物樣機(jī)和實(shí)物樣機(jī) 試驗(yàn)直至產(chǎn)品投產(chǎn)上市，該過程周期過長(zhǎng)，成本費(fèi)用過高，不能滿足企業(yè)對(duì)質(zhì)量、效率以 及成本的總管和要求。而虛擬樣機(jī)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的一項(xiàng)全新工程師在建立產(chǎn)品的虛 擬數(shù)字模型之后可以對(duì)它進(jìn)行各種計(jì)算機(jī)仿真分析， 數(shù)控機(jī)床是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)并構(gòu)造數(shù)字企業(yè)的重要基礎(chǔ)裝配。作為一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜且高 II 度自動(dòng)化的機(jī)電產(chǎn)品，它的設(shè)計(jì)對(duì)于運(yùn)動(dòng)性能、動(dòng)力學(xué)性能、機(jī)械結(jié)構(gòu)性能以及加工性 能等方面都有著嚴(yán)格要求。為了保證數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期并有效降低設(shè) 計(jì)成本，要將虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用到該產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)流程中。本文以立式數(shù)控銑床為研 究對(duì)象，建立了三維虛擬數(shù)字模型，并在該模型的基礎(chǔ)上建立它的運(yùn)動(dòng)仿真模型，并在 完成仿真分析之后全面評(píng)估了數(shù)控銑床的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力性能、結(jié)構(gòu)性能以及加工性能，為 設(shè)計(jì)提供了質(zhì)量保證，也為銑床的改進(jìn)提供給了可靠的依據(jù)。同時(shí)在數(shù)控銑床虛擬樣機(jī) 的建立及仿真過程中，充分考慮了制造生產(chǎn)因素和客戶需求因素，確保銑床的可制造行 和人性化。 關(guān)關(guān)鍵詞鍵詞: 虛擬樣機(jī)；數(shù)控銑床；三維虛擬數(shù)字模型；仿真 Kinematics Analysis Of NC Milling Machine ABSTRACT: Traditional products design and development procedure generally contains sketch design, drawing design, physical prototype manufacture and prototype experiment. This procedure makes long period and costs highly, But virtual prototype technology is a kind of completely new one, whose products design. By applying this technology, engineer can make various simulation and analysis on the built virtual digital model of the product, which could help them to find cut the potential problems and mistakes of the product in the design period, and then they can amend the mistakes and improve the design sketch quickly. NC machine tool is important and infrastructural equipment for reconstructing traditional industry and building digital enterprise. As a mechanical and electrical product with complicated structure and high automation, dynamic capability, mechanical capability and III machining capability. To assure the design quality of NC machine tool, cut the design period and reduce the design cost effectively, virtual prototype technology should be introduced into the whole design procedure of this product. This paper studied the vertical NC milling machine, built its 3D virtual digital model. On the basis of this model and machining simulation model, which could be use to evaluate kinematic dynamic capability, structure capability and machining capability roundly after completing the simulation analysis. It also provided the design with quality assurance and the milling machine improvement with reliable warrant. Simultaneously, in the process of building the NC machine tool virtual prototype and simulation, this paper fully considered the manufacture factors and customers different needs, which could make sure that the milling machine could be manufactured and with more humanity. Key words: Virtual Prototype；NC Milling Machine；3D virtual digital model ；Simulation 第第 1 1 章章 緒論緒論 1.11.1 課題的技術(shù)背景與來源課題的技術(shù)背景與來源 數(shù)控機(jī)床及由數(shù)控機(jī)床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要 2 基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直備受人們的關(guān)注。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動(dòng)化性能、優(yōu) 異穩(wěn)定的精度表現(xiàn)以及敏捷而多樣化的功能引以世人矚目，它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電 液一體化發(fā)展的先河。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床已經(jīng)成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心組成。而另 一方面，通過持續(xù)的研究，信息技術(shù)的深化應(yīng)用促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的進(jìn)一步提升和完善。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國(guó)機(jī)床的制造業(yè)既面臨著提升機(jī)械制造業(yè)總體水平的需要而引 發(fā)的制造裝備發(fā)展良機(jī)，也遭遇到了加入 WTO 后激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力。從技術(shù)層面上 講，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床研發(fā)技術(shù)將是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。2001 年， 我國(guó)機(jī)床工業(yè)總產(chǎn)值已經(jīng)進(jìn)入世界前 5 名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到了第 3 位， 達(dá)到了 47.39 億美元，消費(fèi)額比上年增長(zhǎng)約 25.近年來我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐 年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。 是、但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求，致使我國(guó)機(jī)床進(jìn)口額逐年上升態(tài)勢(shì)， 2001 年進(jìn)口數(shù)控機(jī)床躍升至世界第 2 位，達(dá) 24.06 億美元，比上年增長(zhǎng) 27.3.2003 年開始，中國(guó)就成了全球最大的機(jī)床消費(fèi)國(guó)，也是世界上最大的數(shù)控機(jī)床進(jìn)口國(guó)， 2005 年我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率約為 9.5至 10.36，據(jù)專家預(yù)測(cè)分析，到 2010 年將到 達(dá) 16.5至 19.27. 由于中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的巨大潛力，眾多國(guó)外注明機(jī)床制造企業(yè)紛紛來華投資， 甚至有些內(nèi)地民營(yíng)企業(yè)也看好了這這一市場(chǎng)并斥資跟進(jìn)。 數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。這個(gè)基礎(chǔ)是否牢固直接影響 到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力，關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工 業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。 在我國(guó)，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。 特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以 PC 平臺(tái)為基礎(chǔ)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控技術(shù)，已經(jīng)走在了世界前列。 但是，我國(guó)在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力、 商品化進(jìn)程、市場(chǎng)占有率等方面情況尤為突出。在新世紀(jì)到來時(shí)，如何有效解決這些 問題，使我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進(jìn)行列，使 我們?cè)趪?guó)際競(jìng)爭(zhēng)中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重 要任務(wù)。 3 4 月 19 日從第七屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展獲悉，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的發(fā) 展也越來越快，數(shù)控機(jī)床也正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向 發(fā)展。 高性能：隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的增強(qiáng)，數(shù)控機(jī)床也實(shí)現(xiàn)多臺(tái)集中控制，甚至遠(yuǎn) 距離遙控。高精度：數(shù)控機(jī)床本身的精度和加工件的精度越來越高，而精度的保持性 要好。高速度：數(shù)控機(jī)床各軸運(yùn)行的速度將大大加快。高柔性：數(shù)控機(jī)床的柔性化將 向自動(dòng)化程度更高的方向發(fā)展，將管理、物流及各相應(yīng)輔機(jī)集成柔性制造系統(tǒng)。模塊 化：數(shù)控機(jī)床要縮短周期和降低成本，就必然向模塊化方向發(fā)展，這既有利于制造商 又有利于客戶。 我國(guó)近幾年數(shù)控機(jī)床雖然發(fā)展較快，但與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定的差距，主要 表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質(zhì)量差，產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)，應(yīng)變能力差。為了縮小與世界先 進(jìn)水平的差距，有關(guān)專家建議機(jī)床企業(yè)應(yīng)在以下 6 個(gè)方面著力研究： 1加大力度實(shí)施質(zhì)量工程，提高數(shù)控機(jī)床的無故障率。 2跟蹤國(guó)際水平，使數(shù)控機(jī)床向高效高精方面發(fā)展。 3加大成套設(shè)計(jì)開發(fā)能力上求突破。 4發(fā)揮服務(wù)優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大市場(chǎng)占有率。 5多品種制造，滿足不同層次的用戶。 6模塊化設(shè)計(jì)，縮短開發(fā)周期，快速響應(yīng)市場(chǎng)。數(shù)控機(jī)床使用范圍越來越大，國(guó) 內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)容量也越來越大，但競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)加劇，我們只有緊跟先進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的大方向， 并不斷創(chuàng)新，才能趕超世界先進(jìn)水平。 盡管中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)具有廣闊的前景。但隨著進(jìn)入該行業(yè)的企業(yè)增多（特別是 一些國(guó)外技術(shù)含量較高的企業(yè)），對(duì)中國(guó)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。因此所 有的中國(guó)數(shù)控機(jī)床企業(yè)都面臨著這樣一個(gè)問題和挑戰(zhàn)：如何以最短的時(shí)間、最好的質(zhì) 量、最低的成本設(shè)計(jì)生產(chǎn)出數(shù)控產(chǎn)品，并以最好的服務(wù)來滿足不同顧客的要求，只有 達(dá)到上述要求的企業(yè)才能占領(lǐng)市場(chǎng)并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。由于現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床逐漸 向功能強(qiáng)、速度高、精度高、剛度高、的方向發(fā)展，而且其結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，對(duì)它工作 性能的要求也越來越高?？梢姅?shù)控銑床的設(shè)計(jì)開發(fā)是個(gè)技術(shù)難度比較大的任務(wù)，因此 數(shù)控機(jī)床企業(yè)需要引進(jìn)一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)解決這個(gè)難題。 4 1.21.2 傳統(tǒng)模式下的產(chǎn)品開發(fā)過程傳統(tǒng)模式下的產(chǎn)品開發(fā)過程 早期傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造過程中，其流程一般為方案設(shè)計(jì)、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、制造物理樣機(jī)、 物理樣機(jī)試驗(yàn)、根據(jù)試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)改進(jìn)設(shè)計(jì)、重新制造物理樣機(jī)或部件、再對(duì)物理樣 機(jī)試驗(yàn)，直至測(cè)試數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，最后進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)階段。圖 1.1 為傳統(tǒng)模式下 的產(chǎn)品開發(fā)過程。 概念設(shè)計(jì) 詳細(xì)設(shè)計(jì) 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì) 物理樣機(jī)（模型）樣機(jī)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化 結(jié)果分析產(chǎn)品制造 圖 1.1 傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程 在上述過程中，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)質(zhì)量，制造物理樣機(jī)并進(jìn)行試驗(yàn)來試驗(yàn)設(shè)計(jì)是個(gè)必不 可少的環(huán)節(jié)。這種試驗(yàn)往往具有破壞性和反復(fù)性直至產(chǎn)品達(dá)到性能要求為止。傳統(tǒng)的 機(jī)床設(shè)計(jì)開發(fā)一般采用上述過程，這一過程往往很漫長(zhǎng)，而且物理樣機(jī)制造成本也很 高，尤其當(dāng)機(jī)床結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)。可以說傳統(tǒng)的基于物理樣機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段已經(jīng)走 到了盡頭，取而代之的將是基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的設(shè)計(jì)方法。 1.31.3 基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)過程基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)過程 從前節(jié)看出，傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程周期過長(zhǎng)，開發(fā)費(fèi)用比較高，已經(jīng)不適于設(shè)計(jì) 開發(fā)數(shù)控機(jī)床這類復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品。因此，全新的額基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開 發(fā)方法開始逐步應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品。這里所謂的虛擬樣機(jī)就是在計(jì)算機(jī)上構(gòu)造產(chǎn)品 數(shù)字模型。物理樣機(jī)是實(shí)際生產(chǎn)加工中存在并使用的實(shí)物樣機(jī)，而虛擬樣機(jī)則是計(jì)算 機(jī)中物理樣機(jī)的一種數(shù)字描述與映射，它不僅可以反映物理樣機(jī)的全部特性，包括外 5 觀、質(zhì)量尺寸、尺寸、重心等特征，而且可以反映各個(gè)零部件之間的相互裝配關(guān)系， 甚至可以放映物理樣機(jī)的零部件成本及其裝配的時(shí)間和成本。一般意義上過來說，虛 擬樣機(jī)是指樣機(jī)的整機(jī)，它可以包括機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、電 氣線路系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等，它是由數(shù)字化的零部件在計(jì)算機(jī)上虛擬裝配而成，其中 還包含一些重要的仿真信息和數(shù)據(jù)用于后續(xù)的仿真分析。圖 1.2 是基于虛擬技術(shù)的產(chǎn) 品開發(fā)過程： 概念經(jīng)驗(yàn)設(shè) 計(jì) 虛擬樣機(jī)構(gòu) 建 虛擬樣機(jī)仿 真 物理樣機(jī)試 驗(yàn) 物理樣機(jī)構(gòu) 造 設(shè)計(jì)定型投產(chǎn) 滿意？ 滿意？ 圖 1.2 基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)過程 虛擬樣機(jī)的定義： 在建模和仿真領(lǐng)域比較通用的關(guān)于虛擬樣機(jī)的概念是美國(guó)國(guó) 防部建模和仿真辦公室（ DMSO）的定義。 DMSO 將虛擬樣機(jī)定義為對(duì)一個(gè)與物理原 型具有功能相似性的系統(tǒng)或者子系統(tǒng)模型進(jìn)行的基于計(jì)算機(jī)的仿真；而虛擬樣機(jī)則 是使用虛擬樣機(jī)來代替物理樣機(jī)，對(duì)候選設(shè)計(jì)方案的某一方面的特性進(jìn)行仿真測(cè)試 和評(píng)估的過程 . 1.41.4 數(shù)控銑床設(shè)計(jì)開發(fā)中引入虛擬樣機(jī)技術(shù)的必要性數(shù)控銑床設(shè)計(jì)開發(fā)中引入虛擬樣機(jī)技術(shù)的必要性 虛擬樣機(jī)技術(shù)是一門綜合多科學(xué)的技術(shù)，它是在制造第一臺(tái)物理樣機(jī)之前，以機(jī)械 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、多體動(dòng)力學(xué)、有限元分析和控制理論為核心，運(yùn)用成熟的計(jì)算機(jī)圖形技 術(shù)，將產(chǎn)品各零部件的設(shè)計(jì)和分析集成在一起，建立機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)字模型，從而為產(chǎn) 品的設(shè)計(jì)、研究、優(yōu)化提供基于計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)的研究平臺(tái)。因此虛擬樣機(jī)亦被稱為 6 數(shù)字化功能樣機(jī)。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，工程設(shè)計(jì)的理論和手段都發(fā)生了很大的 變化。雖然廣泛應(yīng)用的 CAD 技術(shù)將設(shè)計(jì)從大量的重復(fù)的勞動(dòng)中解脫出來，F(xiàn)EA 技術(shù)使設(shè) 計(jì)人員分析機(jī)械系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、熱特性和動(dòng)態(tài)特性，但是上述的手段 無法解決系統(tǒng)的問題，也就是說，即使零部件達(dá)到最優(yōu)，但往往系統(tǒng)的整體性能無法 滿足設(shè)計(jì)和使用的要求。換句話說，系統(tǒng)的性能不是零部件性能的簡(jiǎn)單線性疊加。因 此我們必須引入一種從機(jī)電系統(tǒng)整體角度考慮問題的設(shè)計(jì)開發(fā)手段。在現(xiàn)階段，虛擬 樣機(jī)技術(shù)是比較有效的技術(shù)手段。 1.51.5 課題的主要內(nèi)容與研究方法課題的主要內(nèi)容與研究方法 本課題的主要內(nèi)容是關(guān)于數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中和應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，運(yùn) 用 Pro/E 軟件對(duì)數(shù)控進(jìn)行虛擬建模和運(yùn)動(dòng)仿真分析，即以數(shù)控銑床為研究對(duì)象，構(gòu) 建其完整的虛擬數(shù)字樣機(jī)，并針對(duì)該樣機(jī)進(jìn)行各種計(jì)算機(jī)仿真分析，在設(shè)計(jì)階段全 面預(yù)測(cè)它的各種性能，最終合理運(yùn)用仿真分析結(jié)果來改善優(yōu)化設(shè)計(jì)。 本課題研究的數(shù)控銑床是三軸聯(lián)動(dòng)立式數(shù)控銑床，它可以完成一般的銑削加工， 也可以進(jìn)行鉆、鏜、絞孔等加工。適用于機(jī)械、汽車、輕工待膩?zhàn)右约凹徔椥袠I(yè)的 各種中、小型復(fù)雜零件的加工。機(jī)床具有占地面積小，行程范圍寬等特點(diǎn)。根據(jù)數(shù) 控銑床的自身特點(diǎn)，可以將其分為機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)以及管路系統(tǒng)等，本文著重 研究了應(yīng)用 Pro/E 軟件對(duì)數(shù)控銑床進(jìn)行虛擬建模和設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和機(jī) 構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析。 7 第第 2 章章 數(shù)控銑床的三維建模及裝配數(shù)控銑床的三維建模及裝配 2.12.1 數(shù)控銑床的組成及特點(diǎn)數(shù)控銑床的組成及特點(diǎn) 數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來的加工中心、柔 性加工單元等都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開銑削方式。 由于數(shù)控銑削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問題也最多，因此，人們?cè)谘芯亢烷_發(fā) 數(shù)控系統(tǒng)及自動(dòng)編程語言的軟件系統(tǒng)時(shí)，也一直把銑削加工作為重點(diǎn)。 一. 數(shù) 控銑床的分類 1. 按主軸的位置分類 1) 數(shù)控立式銑床 立式數(shù)控銑床數(shù)控立式銑 床在數(shù)量上一直占據(jù)數(shù)控銑床的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣。從機(jī)床數(shù)控系繞控制的 坐標(biāo)數(shù)量來看，目前 3 坐標(biāo)數(shù)控立銑仍占大多數(shù)；一般可進(jìn)行3 坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工， 但也有部分機(jī)床只能進(jìn)行 3 個(gè)坐標(biāo)中的任意兩個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工 (常稱為 2.5 坐標(biāo)加 工)。此外，還有機(jī)床主軸可以繞 X、Y、Z 坐標(biāo)軸中的其中一個(gè)或兩個(gè)軸作數(shù)控?cái)[ 角運(yùn)動(dòng)的 4 坐標(biāo)和 5 坐標(biāo)數(shù)控立銑。 2) 臥式數(shù)控銑床臥式數(shù)控銑床 與通用臥式銑床相同，其主軸軸線平行于水平面。為了擴(kuò)大加工范圍和擴(kuò)充功能， 臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來實(shí)現(xiàn)4、5 坐標(biāo)加工。這樣， 不但工件側(cè)面上的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪廓可以加工出來，而且可以實(shí)現(xiàn)在一次安裝中，通過 轉(zhuǎn)盤改變工位，進(jìn)行 “四面加工” 。 3) 立臥兩用數(shù)控銑床 立臥兩用數(shù)控銑床 目前，這類數(shù)控銑床已不多見，由于這類銑床的主軸方向可以更換，能達(dá)到在一 臺(tái)機(jī)床上既可以進(jìn)行立式加工，又可以進(jìn)行臥式加工，而同時(shí)具備上述兩類機(jī)床的 功能，其使用范圍更廣，功能更全，選擇加工對(duì)象的余地更大，且給用戶帶來不少 方便。特別是生產(chǎn)批量小，品種較多，又需要立、臥兩種方式加工時(shí)，用戶只需買 一臺(tái)這樣的機(jī)床就行了。 2. 數(shù)控銑床按構(gòu)造上分類 1)工作臺(tái)升降式數(shù)控銑床 這類數(shù)控銑床采用工作臺(tái)移動(dòng)、升降，而主軸不動(dòng)的方式。小型數(shù)控銑床一般采用 此種方式。 2)主軸頭升降式數(shù)控銑床 這類數(shù)控銑床采用工作臺(tái)縱向和橫向移動(dòng)，且主軸沿垂向溜板上下運(yùn)動(dòng)；主軸頭升 降式數(shù)控銑床在精度保持、承載重量、系統(tǒng)構(gòu)成等方面具有很多優(yōu)點(diǎn)，已成為數(shù)控 8 銑床的主流。 3) 龍門式數(shù)控銑床這類數(shù)控銑床主軸可以在龍門架的橫向與垂向溜 板上運(yùn)動(dòng)，而龍門架則沿床身作縱向運(yùn)動(dòng)。大型數(shù)控銑床，因要考慮到擴(kuò)大行程， 縮小占地面積及剛性等技術(shù)上的問題，往往采用龍門架移動(dòng)式。 龍門式數(shù)控銑床 虛擬建模及裝配的軟件平臺(tái) 構(gòu)建數(shù)控銑床虛擬樣機(jī)的首要步驟就是要在計(jì)算機(jī)上建立其機(jī)械結(jié)構(gòu)的虛擬數(shù) 字模型，這也是實(shí)現(xiàn)整個(gè)虛擬樣機(jī)過程的核心內(nèi)容之一，而這一步驟主要依靠目前 成熟的 CAD 造型軟件來完成。 2.22.2 CADCAD 造型軟件的比較與選擇造型軟件的比較與選擇 目前市場(chǎng)技術(shù)成熟且用戶比較多的商業(yè)CAD 造型軟件比較多，其中主要包括高 端的 Unigraphics (簡(jiǎn)稱 UG)CATTA，中低端的 PRO/E、SolidEdge、Solid Work、Inventor 以及 CAXA 等，各個(gè)軟件都有其自身的特點(diǎn)并擁有一定的用戶群體。 中低端 CAD 軟件的造型技術(shù)非常成熟，可以高效便捷地建立各種復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)模型 并快速準(zhǔn)確地完成裝配，但它們?cè)谄渌矫娴淖儸F(xiàn)不盡如人意。因虛擬樣機(jī)的實(shí)現(xiàn) 過程是一個(gè)非常完整的過程，其中包括運(yùn)動(dòng)仿真、結(jié)構(gòu)仿真、加工仿真、管路布置、 產(chǎn)品渲染甚至廠房布局等， 2.32.3 Pro/EPro/E 軟件的介紹軟件的介紹 Pro/E 是美國(guó) PTC 公司旗下的產(chǎn)品 Pro/Engineer 軟件的簡(jiǎn)稱。 Pro/E（Pro/Engineer 操作軟件）是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱 PTC）的重要產(chǎn)品。是一款集 CAD/CAM/CAE 功能一體化的綜合性三 維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的 CAD/CAM 軟件之 一。 在中國(guó)也有很多用戶直接稱之為 “破衣”。1985 年，PTC 公司成立于美國(guó)波 士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。 1988 年，V1.0 的 Pro/ENGINEER 誕生了。經(jīng) 過 10 余年的發(fā)展， Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布 9 了 Pro/ENGINEER proewildfire5.0。PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè) 計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管 理等等。Pro/ENGINEER 還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā) 環(huán)境 本章主要應(yīng)用 Pro/E 軟件的建模模塊，在基于特征的基礎(chǔ)上快速準(zhǔn)確地建立數(shù) 控銑床主要零部件的數(shù)字模型；應(yīng)用Pro/E 裝配模塊完成了零部件模型的裝配并 獲得了銑床的完整虛擬數(shù)字模型；同時(shí)在進(jìn)行裝配的過程中，還采用了其非常仙境 的 WAVE 技術(shù)完成了一些銑床附件自頂向下（ Top-Down）的設(shè)計(jì)。 全全相相關(guān)關(guān)性性：Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過 程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔， 包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修 改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提 前發(fā)揮其作用。 基基于于特特征征的的參參數(shù)數(shù)化化造造型型：Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模 型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn) 行修改。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)工程人員來說是很熟悉的， 因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過給這些特征 設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行 多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)管管理理：加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這 種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開 發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了 Pro/ENGINEER 獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 裝裝配配管管理理：Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如 “嚙合”、“插入”、“對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。 高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 10 易易于于使使用用：菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出 現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通 選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和 完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和 使用。 2.42.4 數(shù)控銑床的三維建模數(shù)控銑床的三維建模 2.4.12.4.1 虛擬建模技術(shù)基本理論虛擬建模技術(shù)基本理論 在本課題的研究中，主要是建立數(shù)控銑床的虛擬樣機(jī)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各種仿 真，所以建立該銑床的數(shù)字化模型是進(jìn)行后續(xù)仿真的前提條件。而所建立的模型質(zhì) 量將直接影響其仿真結(jié)果。虛擬建模技術(shù)要求產(chǎn)品的數(shù)字化模型能夠提供幾何模型 為后續(xù)的運(yùn)動(dòng)仿真模型、有限元模型以及加工仿真模型提供基礎(chǔ)模型。所以，幾何 模型是所有模型的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，通過在幾何模型上添加其它信息數(shù)據(jù)就可以構(gòu)成所 需的仿真模型。 對(duì)于不同的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)參數(shù)有不同的要求。裝用機(jī)床和組合機(jī)床是為某一特定 工序面設(shè)計(jì)制造的，每根主軸參數(shù)有不同的要求。根據(jù)最有利的切削速度和直徑而定， 故沒有變速要求。通用機(jī)床是為適應(yīng)多種零件加工而設(shè)計(jì)制造的，主軸需要變速。因 此需確定它的變速范圍，及最低與最高轉(zhuǎn)速。如果采用分級(jí)變速，則還應(yīng)確定轉(zhuǎn)速級(jí) 數(shù)。 目前，產(chǎn)品的虛擬建模方法比較多。本課題利用美國(guó)公司開發(fā)Pro/E 軟件平臺(tái) 關(guān)采用目前應(yīng)用最廣的建模技術(shù) 基于特征的參數(shù)化建模技術(shù)建立數(shù)控銑床零部件 的虛擬數(shù)字模型。在 Pro/E 建模過程中的特征主要包括：成型特征、草圖特征、輔 助特征以及其他特征。其中，成型特征是創(chuàng)建特征的主要部分也是基礎(chǔ)特征，它是 描述零件幾何形狀及尺寸的相關(guān)信息集合。草圖特征是在一些復(fù)雜建模中將草圖進(jìn) 行拉伸旋轉(zhuǎn)等來完成成型特征無法完成的功能。輔助特征是虛擬建模的輔助工具， 不包括在虛擬模型中。還有其它一些特征如材料顏色、透明度等。圖2.1 描述了 機(jī)床在 Pro/E 虛擬樣機(jī)建模中的特征分類： 11 模型特征 成型特征草圖特征輔助特征其他特征 立方體特征 圓柱特征 凸臺(tái)特征 凹槽特征 圓孔特征 拉伸特征 旋轉(zhuǎn)特征 掃描特征 管路特征 自由形狀特 征 基準(zhǔn)面特征 基準(zhǔn)軸特征 基準(zhǔn)點(diǎn)特征 無限平面特 征 材料特征 線型特征 顏色特征 透明特征 圖 2.1 虛擬建模特征分類 基于特征的實(shí)體參數(shù)建模技術(shù)利用尺寸驅(qū)動(dòng)原理，在零件拓?fù)錂C(jī)構(gòu)不變的情況 下，把特征作為組成零件實(shí)體模型的基本元素，把零件尺寸定義參數(shù)變量，利用參 數(shù)驅(qū)動(dòng)特征幾何形狀，從而該百年零件模型，最后把多個(gè)特征按照一定的設(shè)計(jì)方案 組合在一起就構(gòu)成產(chǎn)品的零件模型。 零件虛擬建模技術(shù)采用自上而下的方式進(jìn)行。首先規(guī)劃方案設(shè)計(jì)，完成零件的 概念設(shè)計(jì)。然后根據(jù)零件功能結(jié)構(gòu)把多個(gè)特征的組合并確定大致的特征順序。接著 就創(chuàng)建模型的成型特征、草圖特征以及輔助特征等。當(dāng)然，在創(chuàng)建完成后還要對(duì)特 征進(jìn)行合理性檢查（這通常是由特征以及由特征本身尺寸及其定位尺寸不匹配所完 成） ，如果合理則按照合理則按照修改特征參數(shù)甚至更換特征類型，最后完成零件 的虛擬模型建立。圖 2.2 描述了基于特征的參數(shù)化建模流程： 12 規(guī)劃設(shè)計(jì)方案 特征類型及順序 成 型 特 征 草 圖 特 征 輔 助 特 征 其 它 特 征 滿意？ 零件模型確定 圖 2.2 零件虛擬建模流程 2.4.22.4.2 數(shù)控銑床主要零件的三維建模數(shù)控銑床主要零件的三維建模 虛擬建模技術(shù)為復(fù)雜零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，它可以包含豐 富的產(chǎn)品信息（包括外觀、顏色、質(zhì)量、重心、材質(zhì)以及慣性矩等） ，能夠可視地 完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)技術(shù)，達(dá)到高效、直觀、一次成型的目的。同時(shí)還便于設(shè)計(jì)人員和用 戶驚醒溝通，有利于產(chǎn)品的編輯和進(jìn)一步改進(jìn)，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的市場(chǎng)適應(yīng)能力和競(jìng) 爭(zhēng)能力。下圖所示了數(shù)控銑床的主要零部件，由于其中的基礎(chǔ)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特征過 多，而且篇幅所限，在本章主要給出了底座、滑鞍、工作臺(tái)、立柱及箱體這五大基 礎(chǔ)件的建模實(shí)例，并且在給出的實(shí)體模型中加入剖面圖使零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加清晰 明了。除此之外還討論了一些標(biāo)準(zhǔn)件的模型建立方法和內(nèi)容。 主軸組件是機(jī)床的一個(gè)重要組成部分。主軸組件由主軸、軸承、傳動(dòng)件和固定 件等組成。機(jī)床工作時(shí)，由主軸夾持著工作（車床）或道具（鉆床、鏜床、銑床、 磨床等）直接參加表面成形運(yùn)動(dòng)。所以主軸組件的工作性能，對(duì)加工質(zhì)量和機(jī)床生 產(chǎn)率，有重要的影響。 13 （1）底座虛擬模型，如圖 2.3 所示 圖 2.3 底座模型 （2）滑鞍虛擬模型，如圖 2.4 所示： 圖 2.4 滑鞍模型 14 （3）端蓋模型 如圖 2.5 所示： 圖 2.5 端蓋模型 （3）工作臺(tái)虛擬模型，如圖 2.6 所示： 圖 2.6 工作臺(tái)模型 15 （4）滾珠絲杠 如圖 2.7 所示： 圖 2.7 滾珠絲杠模型 （5）手柄模型 如圖 2.8 所示： 圖 2.8 手柄模型 16 （6）轉(zhuǎn)輪模型 如圖 2.9 所示： 圖 2.9 轉(zhuǎn)輪模型 （5）立柱模型，如圖 2.10 所示： 圖 2.10 立柱模型 17 （6）標(biāo)準(zhǔn)件的建模 一般情況下，在一個(gè)大中型的機(jī)械產(chǎn)品中，除了一些關(guān)鍵零部件以外，一般還 包括很多標(biāo)準(zhǔn)件，其中包括各種螺栓、螺母、墊片、法蘭、軸承、鍵甚至鏈條等。 盡管缺少這些標(biāo)準(zhǔn)之后才能構(gòu)建完整意義上的虛擬樣機(jī)，而且在后學(xué)的裝配中也能 發(fā)現(xiàn)這些件和整機(jī)的關(guān)系，甚至干涉。因此有必要建立這些標(biāo)準(zhǔn)件的模型，使擬樣 機(jī)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，但一般也需要多個(gè)特征才能建立其完整模型 2.52.5 數(shù)控銑床的虛擬裝配數(shù)控銑床的虛擬裝配 2.5.12.5.1 虛擬裝配技術(shù)基本理論虛擬裝配技術(shù)基本理論 虛擬樣機(jī)技術(shù)是在虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境下，根據(jù)產(chǎn)品的形狀特征、精度特性，真實(shí)地 模擬產(chǎn)品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維裝配過程來檢驗(yàn)產(chǎn) 品的可裝配性。這是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過程，也是分析產(chǎn)品 可裝配性和可制造性的一種有效手段。 數(shù)控銑床主要部件及整機(jī)的虛擬裝配 ： 在數(shù)控銑床的裝配中，底座和立柱是固定不動(dòng)的基礎(chǔ)件，所以將一些主要零件 和標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行裝配來完成子裝配，再將這些子裝配安裝 到固定部件上來完成整體裝配，下面給出銑床的一些主要子裝配和最終的裝配圖。 （1） 滑鞍裝配模型 如圖 2.11 所示： 圖 2.11 滑鞍裝配模型 18 （2） 滾珠絲杠與頭山裝配模型 如圖 2.12 所示： 圖 2.12 滾珠絲杠與頭山裝配模型 （3）手動(dòng)轉(zhuǎn)輪裝配模如圖 2.13 所型示： 圖 2.13 手動(dòng)轉(zhuǎn)輪裝配模型 19 （4）主軸裝配模型 如圖 2.14 所示 圖 2.14 主軸裝配模型 （5）箱體裝配模型 如圖 2.15 所示 圖 2.15 箱體虛擬模型 20 （6）立柱與轉(zhuǎn)輪的裝配模型 如圖 2.16 所示： 圖 2.16 立柱與轉(zhuǎn)輪的裝配模型 （7）箱體與立柱裝配模型 如圖 2.17 所示： 圖 2.17 箱體與立柱裝配模型 21 （8）底座與工作臺(tái)裝配模型 如圖 2.18 所示： 圖 2.18 底座與工作臺(tái)裝配模型 （3）總裝配圖 如圖 2.19 所示： 圖 2.19 總裝配圖 22 第第 3 3 章章 數(shù)控銑床的運(yùn)動(dòng)仿真數(shù)控銑床的運(yùn)動(dòng)仿真 數(shù)控銑床主要是通過伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)、滑鞍和箱體完成X、Y、Z 方向 的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并使工件和刀具按照數(shù)控程序產(chǎn)生相應(yīng)的位置變化來達(dá)到工作材料去 除的目的，顯然銑床本身的運(yùn)動(dòng)特性也是衡量銑床性能的重要指標(biāo)之一。因此本文 主要在前章建立的整機(jī)裝配基礎(chǔ)上直接應(yīng)用Pro/E 運(yùn)動(dòng)模塊（ Motion）建立了其 運(yùn)動(dòng)仿真模型并完成了一些重要的運(yùn)動(dòng)分析。 爬行是機(jī)床常見而不正常的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，主要出現(xiàn)在機(jī)床各傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行部件上 （如刀架系統(tǒng)、工作臺(tái)等） ，且一般在低速行時(shí)出現(xiàn)較多。運(yùn)動(dòng)速度低時(shí)，潤(rùn)滑油被壓 縮，油膜變薄，油楔作用降低，部分油膜破壞，摩擦面阻力發(fā)生變化。通常情況下， 輕微程度的爬行有不易察覺的振動(dòng)，顯著的爬行則是大距離地跳動(dòng)。 3.13.1 機(jī)床爬行原因分析機(jī)床爬行原因分析 引起爬行的主要原因，是摩擦因數(shù)隨運(yùn)動(dòng)速度的變化和傳動(dòng)系統(tǒng)剛性不足。機(jī)床 在實(shí)際使用中，爬行現(xiàn)象主要是在傳動(dòng)系統(tǒng)剛性不足，驅(qū)動(dòng)力與負(fù)載摩擦阻力波動(dòng)變 化的情況下形成。機(jī)床液壓系統(tǒng)侵入空氣，液壓元件間隙增大及機(jī)械裝置自身原因都 可能引起爬行故障。 我們知道爬行是指機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件慢速動(dòng)行時(shí)的不平穩(wěn)性，表現(xiàn)為有規(guī)律的一停一 躍。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，以磨床居多數(shù)，會(huì)嚴(yán)重影響工作的表面質(zhì)量和尺寸精度。產(chǎn)生 原因可用實(shí)例來說明：假設(shè)有一原動(dòng)件通過彈簧推動(dòng)另一從動(dòng)件，當(dāng)原動(dòng)件以等速向 前運(yùn)動(dòng)，通過彈簧推動(dòng)從件在平面上滑行時(shí)，當(dāng)原動(dòng)件啟動(dòng)后，首先需壓縮彈簧一段 距離，直到足以克服從動(dòng)件的靜摩擦力時(shí)，從動(dòng)件才會(huì)起動(dòng)，此時(shí)彈簧蓄能。當(dāng)從動(dòng) 件起動(dòng)后，由于動(dòng)摩擦系數(shù)小于靜摩擦系數(shù)，于是使從動(dòng)件獲得一個(gè)加速度，此時(shí)彈 簧放能。如果移動(dòng)速度很慢，彈簧的壓縮量又較大，那么從動(dòng)件的速度很快就會(huì)超過 原動(dòng)件，產(chǎn)生一個(gè)跳躍，直到彈簧壓力和動(dòng)摩擦力平衡后，從動(dòng)件開始減速，但因?yàn)?慣性，還會(huì)再向前沖一段距離。至此，從動(dòng)件因?yàn)槭チ嗽瓌?dòng)力就會(huì)停下來，直到原 動(dòng)件重新壓縮彈簧到能克服從動(dòng)件的靜摩擦力時(shí)，又重復(fù)上述循環(huán)。 此實(shí)例和實(shí)際導(dǎo)軌副產(chǎn)生爬行的機(jī)理十分相似。從動(dòng)件可以視作溜板或工作臺(tái)， 平面可以視作導(dǎo)軌。二驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不可能是完全剛性的，在驅(qū)動(dòng)過程中不可避免地會(huì)有 23 彈性變形，因而可以認(rèn)為是彈簧起同樣作用。 爬行現(xiàn)象容易產(chǎn)生在傳動(dòng)系統(tǒng)剛度低、滑動(dòng)面潤(rùn)滑不良的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中。在機(jī)械傳動(dòng) 中，兩滑動(dòng)面間有壓力時(shí)就有摩擦阻力產(chǎn)生。摩擦力 F 決定于滑動(dòng)面間的正壓力 N 及 摩擦系數(shù) ，即 F=N。摩擦系數(shù)的大小決定了摩擦表面粗糙度、摩擦面材料性質(zhì)、 摩擦面間的潤(rùn)滑條件、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度及摩擦面運(yùn)動(dòng)前的停止時(shí)間等。 機(jī)床爬行現(xiàn)象是在滑動(dòng)摩擦副中從動(dòng)件在勻速驅(qū)動(dòng)和一定摩擦條件下產(chǎn)生的周期 性時(shí)停時(shí)走或時(shí)慢時(shí)塊的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。爬行是機(jī)械振動(dòng)中自激振動(dòng)的一種形式。每一個(gè) 爬行周期都分兩個(gè)階段：一個(gè)是能量的貯存，另一個(gè)是能量達(dá)到臨界值時(shí)的立即釋放。 爬行是機(jī)床滑動(dòng)導(dǎo)軌中常見的不正常的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。程度較輕時(shí)爬行表現(xiàn)為肉眼所不能 察覺的振動(dòng)，顯著時(shí)表現(xiàn)為較大距離的跳動(dòng)。爬行會(huì)顯著降低工件的加工精度。此外， 汽車離合器接合時(shí)可能引起的沖擊，對(duì)某些儀器微調(diào)時(shí)可能發(fā)生的躍動(dòng)，也都是爬行 的實(shí)例。爬行大多在低速時(shí)出現(xiàn)。引起爬行的原因很多：如法向載荷過大，滑動(dòng)系統(tǒng) 彈性元件剛度較小，滑動(dòng)副間靜、動(dòng)摩擦力之差較大，摩擦系數(shù)和相對(duì)滑動(dòng)速度曲線 具有下降特性等。防止爬行的措施主要是改善滑動(dòng)副間的摩擦特性，提高系統(tǒng)傳動(dòng)鏈 的剛度，增加系統(tǒng)的阻尼和減輕滑動(dòng)部件的重量。改善摩擦特性的途徑包括采用摩擦 系數(shù)小的摩擦副材料，施加性能較好的防爬油、脂，改動(dòng)壓潤(rùn)滑為靜壓潤(rùn)滑和改滑動(dòng) 摩擦為滾動(dòng)摩擦等。 爬行現(xiàn)象對(duì)于機(jī)床加工質(zhì)量的影響，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面： 影響工件的加工精度 工件的幾何尺寸是靠工件和刀具之間保持一定的相對(duì)位置達(dá)到的，這可通過移動(dòng) 工件或刀具，或者同時(shí)移動(dòng)工件和刀具來實(shí)現(xiàn)。如果刀具或工件運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象， 不能精確的控制速度和距離時(shí)，加工精度就要降低。例如精密外圓磨床砂輪架在橫向 進(jìn)給時(shí)產(chǎn)生爬行，砂輪架呈跳躍式前進(jìn)，就會(huì)偏離正確位置若干微米，這種情況下就 難以實(shí)現(xiàn)所要求的 12m 的微量橫向進(jìn)給，加工出來的工件也就達(dá)不到所要求的加 工精度。 影響機(jī)床的定位精度 精密坐標(biāo)鏜床的定位精度要求高達(dá) 2m，工作臺(tái)的調(diào)整定位是在低速運(yùn)動(dòng)的條件 下實(shí)現(xiàn)的（因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)慣性可能影響到準(zhǔn)確定位，一般在定位之前由高速變?yōu)榈退伲?24 但是低速往往產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。如果工作臺(tái)產(chǎn)生爬行，就會(huì)使得工作臺(tái)偏離正確位子若 干微米，達(dá)不到所要求的定位精度，故使加工出來的工件孔距超差。 影響加工表面的粗糙度 如果磨床工作臺(tái)和車床刀架在低速進(jìn)給時(shí)產(chǎn)生爬行，就會(huì)在工件表面留下波紋， 從而影響到加工表面的粗糙度，使表面粗糙度值加大。 產(chǎn)生爬行現(xiàn)象的原因很多，解決的途徑也多種多樣。在實(shí)踐生產(chǎn)中，則應(yīng)從實(shí)際 出發(fā)，具體問題具體分析，相信總能找到消除爬行現(xiàn)象的方法。 3.23.2 零件之間的位置連接設(shè)置零件之間的位置連接設(shè)置 進(jìn)行兩個(gè)零件的裝配時(shí)，首先要正確確定兩個(gè)零件之間的約束關(guān)系，Pro/E 軟件提 供裝配連接類型如表 3-1 所示： 類型 總 自 由 度 旋 轉(zhuǎn) 平 移 定義 與自由度相關(guān) 的約束 剛性 （Rigid） 000 剛性連接是將兩個(gè)零件連接在一起， 它的旋轉(zhuǎn)自由度和平移自由度都為 零，屬于完全約束。受剛性連接約 束的零件構(gòu)成單一主體。 可采用任何一 種約束，通常 又多個(gè)約束構(gòu) 成，完成后一 定是完全約束。 銷釘 （Pin） 110 繞軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)自由度為 1，平移 自由度為 0，構(gòu)件只能繞固定的軸 旋轉(zhuǎn) 軸對(duì)齊和平面 對(duì)齊/匹配 滑動(dòng)桿 （Slider） 101 沿軸/邊平移。構(gòu)件只能沿直線方 向平移，故其平移自由度為 1，旋 轉(zhuǎn)自由度為零，該直線是指定的軸 或邊 軸線對(duì)齊和平 面對(duì)齊/匹配 25 圓柱 （Cylinder） 211 沿指定軸平移并繞該軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn) 和平移自由度分別為 1 軸線對(duì)齊 平面 （Planar） 312 通過平面接頭連接的主體在一個(gè)平 面內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。故平面自由度的總 自由度為 3，其中旋轉(zhuǎn)自由度為 1，平移自由度為 2 平面與