数控机床毕业设计

《数控机床毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床毕业设计（39页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、攀枝花学院专科毕业论文（设计）基于Pro/E的CA6140A机床螺旋机构的建模与分析学生姓名： 伏 蓉 学生学号： 200921205010 院（系）： 工程技术学院 年级专业： 09级机电一体化技术 指导教师： 张健 讲师 助理指导教师： 二零一二年五月攀枝花学院专科毕业论文（设计） 摘要摘 要螺旋传动是一种重要的传动方式，每个机床都有螺旋传动机构。机床中运用的一般是传导螺旋和调整螺旋，传导螺旋用在机床的刀架和工作台的进给机构中，而调整螺旋起到微调的作用。典型的螺旋运动方式是丝杠转动、螺母移动。利用传动均匀、平稳、准确的优点，以传递运动为主，有较高的传动精度，可承受较大的轴向负荷，主要用于高

2、速回转、连续工作、要求高效率、高精度的场合，如机床的刀架和工作台的进给机构。本文主要研究螺旋传动及其在机床上的应用，将机床中的螺旋机构运用PRO/E绘图软件进行建模，为机床螺旋机构的设计及优化提供一定的理论依据。关键词 机床，螺旋机构，PRO/E软件，建模，机构分析I攀枝花学院专科毕业论文（设计） ABSTRACTABSTRACTScrew drive is an important transmission model; each machine has a screw drive mechanism. Machine is generally conducted in the use of

3、 screw and adjusts the screw, screw transmission used in the machine tool holder and the table feed mechanism, while fine-tuning adjustment screw play a role. A typical way to spread spiral screw rotation, the nut moves. Using transmission uniform, smooth, accurate and advantages, the main motion to

4、 pass, a higher transmission accuracy, and can bear large axial load, mainly for high-speed rotation, continuous wor, requiring high efficiency, high precision of the occasion, If the machine tool holder and the table body institutions.This main screw drive and its application in the machine, the ma

5、chine screw mechanism in the use of PRO / E model mapping software on the line, and their bodies on the line some brief analysis for the machine design and optimization of screw mechanism provides a theoretical basis.eywords Machine tools, screw mechanism, PRO/E software, modeling, institutional ana

6、lysisII攀枝花学院专科毕业论文（设计） 目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论1 1.1 课题的提出及研究意义1 1.2 国内外的应用现状及发展趋势1 1.3 CA6140A机床的螺旋机构模型2 1.4 机床中的螺旋机构传动装置2 1.5.螺旋机构的研究现状3 1.6 论文的主要工作42 机床简介5 2.1 CA6140A卧式车床概述5 2.2 CA6140A卧式车床的技术资料5 2.3 CA6140A卧式车床结构部件及功能5 2.4 CA6140A卧式车床的主要参数6 2.5 CA6140A机床运动和传动7 2.5.1 机床的运动7 2.5.2 机床的传动7 2.6 机床的传动

7、系统73 螺旋机构的分析8 3.1 螺纹的形成8 3.2 螺纹基本要素8 3.3 螺旋传动的工作原理11 3.4 常用设备的螺旋机构11 3.5 螺旋传动的类型和特点11 3.6 螺旋传动的受力分析124 基于Pro/E的建模14 4.1 PRO/E简介14 4.2 Pro/E软件模块组成14 4.3 主要特征15 4.4 Pro/e历史特点和应用现状15 4.5 基于特征的参数化造型16 4.6 Pro/e应用未来展望175 机床螺旋机构建模19 5.1 研究对象19 5.2 建模196 机床CA6140A螺旋机构的分析23 6.1 机床CA6140A螺旋副材料的确定23 6.2 机床CA6

8、140A螺纹公差23 6.3 影响螺旋传动精度的因素及改进措施23 6.3.1 传动误差（位移误差）23 6.3.2 空程误差24 6.4 消除螺旋传动空回的方法24 6.5螺纹牙形对螺旋机构的影响25 6.6螺旋机构的失效分析25 6.6.1自锁条件分析267 结论30参考文献31致 谢32攀枝花学院专科毕业论文（设计） 1 绪论1 绪论1.1 课题的提出及研究意义改革开放后我国是生产和使用机床最多国家之一,我国的机床工业在技术上、产量上发展迅猛。用户遍布各行各业的同时还陆续出口。由于经济稳定发展、科技不断提升、机床市场需求越来越旺盛，在2001年2010年的10年间，金属切削机床产量倍增；

9、数控机床和加工中心产量，增长速度更是惊人。在世界四大国际机床展上，新品种更是琳琅满目，彰显出中国机床工业的欣欣向荣而且越来越国际化。如果说机床的发展是整个机械工业发展的基础，那么车床的发展对整个机械工业的发展更是有不可估量的贡献和影响。机床中最普遍的是车床，约占整个机床产量的1/4以上。就中国机械业的发展来看，普通车床立下了不朽的功劳，车床中最典型的就是CA6140A型普通卧式车床。CA6140A型普通卧式车床为目前最常见的型号之一，是我国自行设计制造的机床。该机床通用性好，适用于加工各种轴类，套同类，轮盘类零件的回转面。1.2 国内外的应用现状及发展趋势从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机

10、床给制造业带来了革命性的变化，数控加工技术具有柔性好 加工精度高、生产效率高，减轻操作者劳动强度，改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高的优点。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要设备。进入21世纪，我国经济与世界全面接轨，机械业也受世界的影响，数控技术迅猛发展，传统的机械制造业受到很大的冲击，各种数控设备以日新月异的速度出现，进入各种制造领域，很多普通机械设备被陆续的取代。但就中国的机械制造业的应用现状来说，普通机床在未来的几年乃至10年内还不会被数控及全自动化的机械取代，普通机床仍有其重要的作用，就CA6140A来说，它没有数控车床精度高，生产效率

11、高，它靠齿轮和丝杆螺母副传动，再加上运动副之间存在间隙，手工操作不准确，重复精度较低。测量时需停车后手工测量，测量误差较大。但是它适合批量较小，精度要求不高，加工范围很广，通用性很好。它的投资较数控车床来看低很多很多，因而降低了生产成本，比如说，一家机械厂生产一套组装设备，那些件数少的零件就可以用CA6140A这类型的普通车床来加工。再比如说当一套设备生产并组装好后，发现还缺少一个小法兰盘之类的小零件，这就是CA6140A显示本事的时候，如果这时动用数控车床，就像是杀鸡用牛刀，大材小用，费钱费神。而且数控车床的维护保养和维修费用和普通车床相比会高出很多，所以就此情况再结合中国现在的机械业发展情

12、况来说，普通车床还暂时不会被完全淘汰，仍有其生存之道。1.3 CA6140A机床的螺旋机构模型机床中的螺旋机构重要集中在刀架和工作台的移动上(如图1.3所示），无论是普通的机床还是现在较为先进的数控机床，螺旋传动都运用去其中。机床的一个基本要求就是对于精度的要求，那么生产一个零件，需要按各种工业行业标准切割磨削钻，一个小小的零件往往需要几十道复杂的工序，而这一切都是为了保证生产出来的产品的质量，而精度的高低又是一个重要的评定标准。在加工过程中，机床刀具的上下左右的偏移等各种复杂动作的产生，就得依靠螺旋传动。我们熟知的丝杆就是一个螺旋传动装置，普通的机床运用的是滚动螺旋传动，利用它，我们就能车螺

13、纹。螺纹一般是标准配件，所以精度要求高，这就要求我们的机床的螺旋传动需要一定的传动精度性。综上所述，对于机床的螺旋机构的研究也就有了很重要的意义。图1.3 螺旋机构模型1.4 机床中的螺旋机构传动装置溜板部分的机动进给操作 CA6140A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。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

14、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柄扳回原位。车床尾座进给机构 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。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。 丝杠螺母进给机构 横向进给丝杠的作用是将机动或者手动运动经过螺母传动传给刀架获得横向进给运动。横向进给丝杠的右端支撑在滑动轴承上的，以此实现径向和轴向的定位。同时还可以利用螺母来调整轴承的轴向间隙大小。大小刀架进给机构 刀架的进给机构原理是通过一个滑动螺旋机

15、构来实现刀架进给运动。1.5.螺旋机构的研究现状运用Pro/E软件对机床螺旋机构进行三维实体建模及装配,运用Pro/E的Mechanism模块对机床螺旋机构进行运动仿真分析,得出螺旋机构传动的位移、速度、加速度随时间的变化曲线。利用该方法可以使得设计人员快速、直观的对机床螺旋机构进行优化设计。40多年来，我国在建模与仿真(Modeling and Simulation)方面发展迅速并取得了很大成就。建模与仿真技术的应用已扩展到产品的全生命周期:方案论证、设计、制造、试验、使用、维护和训练。建模与仿真技术最早应用于自动控制领域，飞机、导弹的飞行控制、制导系统采用数学仿真和半实物仿真进行分析试验，

16、同时采用的是模拟计算机和面向方程的建模方法。实践证明，建模与仿真所能应用的领域，都极大地促进了该领域的发展。所以人们就开始把其应用于传统的机械系统中，从20世纪90年代至今，我国的研究人员对建模与仿真技术开展了研究，包括分布交互仿真、虚拟现实仿真、基于仿真的设计、虚拟样机、建模与仿真的重用和互操作性，以及分布虚拟环境等。近几年随着计算机技术的迅速发展，新的建模与仿真技术也应运而生，其极大地推动了机械行业的发展，提高了经济效益。1.6 论文的主要工作本课题以机床的螺旋机构为研究对象，以 PRO/E为开发平台，建立螺旋机构模型，由于PRO/E软件本身具有CAE模块，这样可以直接在PRO/E的结构分

17、析模块下，对螺旋机构进行相应的运动、动力学和参数化分析，研究其运动精度以及适用寿命，为机床的发展提供帮助。本文的主要内容有：对于机床、PRO/E软件、PRO/E建模与参数化分析和螺旋传动知识的相关介绍，以及螺旋传动应用于机床螺旋机构的原理，运用PRO/E绘图软件对机床螺旋机构进行建模，对于螺旋机构的简要分析。33攀枝花学院专科毕业论文（设计） 2 机床简介2 机床简介2.1 CA6140A卧式车床概述CA6140A卧式车床是在CA6140卧式车床的基础上不断改进完善，发展的新品种。CA6140A卧式车床采用齿轮有级变速，变速范围较宽，加工范围大，可在低速时加工大模数蜗杆，并有高速细进给量；主轴

18、孔径较大，看通过较粗的加工棒料。CA6140A卧式车床是一种主轴水平布置，用于车削圆柱面、圆锥面、端面、螺纹、成形面等使用范围较广的车床。卧式车床的精度等级共划分为三种等级，即普通精度级P，精密级M和高精度级。CA6140A卧式车床的精度符合国家标准GB/T4020-1997卧式车床精度检验的要求。2.2 CA6140A卧式车床的技术资料（1）产品规格：400X1000（2）产品描述：本系列车床适用于车削内外圆柱面，内锥面及其它旋转面。车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔和拉油槽等工作。2.3 CA6140A卧式车床结构部件及功能(1)主轴箱。它是装有主轴的箱形部件。主轴箱固定在床

19、身的左端，内部装有主轴和变速传动机构。工件通过卡盘等夹具，装在主轴前端。在主电动机驱动下，动力经主轴箱的变速传动机构传给主轴，使主轴带动工件按规定的转速旋转，实现主运动。(2)进给箱。它是装有进给变换机构的箱形部件。作用是变换进给量，并把运动传给溜板箱。(3)溜板箱。它是用于驱动溜板移动的传动箱。作用是带动刀架实现纵向和横向进给、螺纹切削运动或快速移动。(4)刀架。它也称方刀架，主要用于安装刀具，并可作移动或回转。可同时安装四把刀具，可快速手动换刀，按需要手动转位使用。(5)尾座。主要配合主轴箱支承工作或加工工具的部件。功能是用后顶尖支承长工件；还可以在尾座套筒内安装钻头、铰刀等孔加工工具，采

20、用手动进给进行空加工；也可横向调整尾座体车削锥轴。(6)床身。它是用于支承和连接若干部件。部件都安装在床身上以保持部件相互位置精度。2.4 CA6140A卧式车床的主要参数表2.1 CA6140A卧式车床的主要参数床身回转直径mm400刀架上回转直径mm210马鞍内回转直径×有效长度mm-最大工件长度/最大车削长度mm750/650主轴中心至床身平面导轨距离mm205主轴孔径/主轴孔前端锥度mm52 /莫氏圆锥6号主轴转速级数  正转/反转24/12主轴转速范围正转r/min50Hz:11-160060Hz:12-1680反转r/min50Hz:14-158060Hz:16

21、.8-1896纵向进给量范围（64种）标准进给mm/r0.08-1.59小进给mm/r0.028-0.054加大进给mm/r0.86-3.16横向进给量范围（64种）标准进给mm/r0.04-0.79小进给mm/r0.014-0.027加大进给mm/r0.86-3.16刀架纵/横向的快移速度m/min纵向4横向2加工螺纹范围公制螺纹44种mm1-192模数螺纹39种mm0.25-48英制螺纹21种牙/寸2-24径节螺纹37种1-96上/下刀架最大行程mm140/320刀架转盘回转角度°±90主轴中心线至刀具支承面距离mm26刀杆截面尺寸mm25×25尾座主轴直径&

22、#215;行程及主轴孔锥度mm75×150/莫氏圆锥5号丝杠螺距mm12主电机功率W7.5主机净重(约)g1990主机轮廓尺寸(长×宽×高)mm2418×1000×12672.5 CA6140A机床运动和传动2.5.1 机床的运动根据在切削过程中所起的作用来区分，切削运动分为主运动和进给运动。主运动：是形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。进给运动：是使工件的多余材料不断被去除的工作运动。切削过程中主运动只有一个，进给运动可以多于一个。主运动和进给运动可由刀具或工件分别完成，也可由刀具单独完成。机床的运动除了切削运动外，还有一些实现机床切削

23、过程的辅助工作而必须进行的辅助运动。 2.5.2 机床的传动机床的传动机构指的是传递运动和动力的机构，简称为机床的传动。机床的传动方式按传动机构的特点分为机械传动、液压传动、电力传动、气压传动以及以上几种传动方式的联合传动等。按传动速度调节变化特点将传动分为有级传动和无级传动。2.6 机床的传动系统传动系统也叫传动链，他有首末两个端件。首端件又叫主动件，末端件又叫从动件。每一条传动系统从首端件到末端件都是按一定传动规律组成，这就是传动比，以此来保证机床的性能。一般的机床传动系统按其所担负运动的性质可分为主运动传递系统，进给运动传递系统和快速空行程传动系统三种。攀枝花学院专科毕业论文（设计） 3

24、 螺旋机构的分析3 螺旋机构的分析3.1 螺纹的形成一条直线AB平行地绕在圆柱的表面就形成了螺旋线，一个平面图形（如三角形、梯形、矩形等）绕着圆柱面上的螺旋线运动，形成的圆柱螺旋体称为螺纹。如图3.1所示。刀具在圆柱（或者圆锥）外表面加工所形成的螺纹称为外螺纹；在圆柱或者圆锥内表面加工所形成的螺纹称为内螺纹。内外螺纹应成对使用。图3.1 螺纹的形成图3.2 螺纹基本要素螺纹的基本要素包括牙型、公称直径、旋向、线数、螺距五个要素（如图3.3）。五个要素都相同的内外螺纹才可以旋合。（1）牙型沿螺纹轴线方向剖开i，所得到的螺纹牙齿剖面的形状称为螺纹的牙型。常见的牙型有三角形、矩形、梯形、锯齿形等（如

25、图3.2）。图3.2 螺纹牙型（2）螺纹的直径大径D：螺纹的最大直径，也称为公称直径。是与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假象圆柱面的直径。小径D1：计算直径，是与外螺纹牙底或者内螺纹牙顶相重合的假象圆柱的直径。中径D2：确定螺旋几何参数和配合性质的直径，是母线通过牙型沟槽和凸起宽度相等处的假象圆柱的直径。（3） 旋向螺纹有右旋和左旋两种。内外螺纹旋合时，顺时针旋入的为右旋，逆时针旋入的为左旋。常见的是右旋螺纹，左旋螺纹用在重要的场合。图3.3 螺纹旋向（4） 线数螺纹有单线和多线之分。当圆柱面上只有一条螺旋线时所形成的螺纹称为单线螺纹，两条或者以上在轴向等距离分布的螺旋线形成的螺纹称为多线螺纹。

26、图3.4 线数（5）螺距P和导程S螺纹相邻两牙在中径线上对应的两点之间的轴向距离称为螺距。同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离。称为导程。单线螺纹的螺距等于导程，多线螺纹的螺距P=S/n。图、3.5 螺纹要素3.3 螺旋传动的工作原理螺旋传动式利用丝杠和螺母组成的螺旋副来实现传动要求。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。L=Ph2根据丝杠和螺母的相对运动关系，螺旋传动的常用运动形式，主要有两种：（1）丝杠转动，螺母移动，多用于机床的进给机构中；（2）螺母固定，丝杠转动并移动，多用以螺旋起重器或螺旋压力机中。图3.6 螺旋传动的运动形式3.4 常用设备的螺

27、旋机构螺旋机构被广泛的应用于各种机械的传动机构中。如起重机的螺旋起重装置，螺旋压力机的加压装置，机床刀架或者工作台的进给机构，仪表、测试装置的螺纹微调机构等。3.5 螺旋传动的类型和特点（1）螺旋传动按其用途分为传力螺旋 典型的形式为螺母固定、丝杠转动并移动。利用传动增力的优点，以传递能量为主，讲较小转矩转换成较大的轴向推力。用于高速回转、连续工作、要求自锁的场合，如螺旋起重器，螺旋压力机等。传导螺旋 典型的形式为丝杠转动、螺母移动、利用传动均匀、平稳、准确的优点，以传递运动为主，有较高的传动精度，可承受较大的轴向载荷，主要用于高速回转、连续工作、要求高效率、高精度的场合，如机床的刀架和工作台

28、的进给机构等。调整螺旋典型的是丝杠转动并移动、螺母移动的形式。调整螺旋以调整、固定零件间的相互位置为主、调整螺旋主要用于不经常转动，要求自锁的机构中，如机床、仪表、测试装置中的微调螺旋，轧钢机的螺旋压力机构。（2）按螺旋副的摩擦性质分为：滑动螺旋结构简单，制造方便，工作平稳，易于自锁。但摩擦阻力大传动效率低，定位精度差，磨损较快，主要应用于对传动精度和效率要求不高的场合。滚动螺旋是在螺旋副中的滚道内填充滚珠，是螺旋副中的滑动摩擦变为滚动摩擦。这种传动的摩擦力小，传动精度和传动效率高。按滚珠的循环方式分为内循环和外循环两种。滚动螺旋传动在汽车和拖拉机的转向机构中早已得到广泛的应用。因为滚动螺旋传

29、动具有传动精度高，传动效率高的特点，目前应用日益广泛，比如飞机的机翼和起落架的传动控制机构、水闸的升降机构和数控机床等。静压螺旋在螺旋副中注入高压油。克服了滑动螺旋传动的缺点，是传动效率较高，但是结构复杂，无自锁性能，成本较高。只使用与高效率、高精度的重要传动中。3.6 螺旋传动的受力分析 螺旋机构是斜面机构的一种特殊形式，它是将升角为a的斜面绕在圆柱体上形成的，如图3.7所示。由于斜面形成的螺旋机构是方牙螺旋，所以螺旋机构的受力分析同斜面机构完全相同。图中滑块相当于螺母的一部分，它是沿斜面上升的运动相当于螺母在螺旋上旋动，即拧紧螺母。Fq是拧紧螺母时所受的轴向力，它相当于斜面机构中滑块的载荷

30、。图3.7 螺旋机构的受力分析 水平推力F是拧紧螺母时所加的外力，假定作用在螺纹中径D2上，如图3.7所示。当拧紧螺母时，由公式可求出水平推力F的大小为P=Fqtan（+）研究机构时，通常用力矩表示，根据力矩的概念可以求出作用在螺母上的力矩为M=F*D2=Fqtan（+）对于起重螺旋来说，都是通过手柄来拧动螺旋的，所以在手柄长为L时，加于手柄上的力P0应为P0*L=M因为M=F*D2=Fqtan（+）所以P0=FqD2Ltan（+）由此公式可知，加载手柄上的力P0铜螺母所受的载荷Fq、螺母中径D2和螺旋升角a成正比，与手柄长度成反比。这就是说，载荷Fq越大，或是螺旋中径D2及升角a越大，则所需

31、的力P0也越大，当手柄长度L越长，力P0就可以越小。 前面讲的是拧紧螺母时的情况。防止螺母拧紧后部自动退回所需的力P也和斜面机构一样，由公式得P*=Fq*tan（-）防松时螺母上的力矩应为M*=P*D2=Fq*D2*tan（-）自锁条件亦同斜面机构一样为攀枝花学院专科毕业论文（设计） 4 基于PRO/E的建模4 基于Pro/E的建模4.1 PRO/E简介Pro/Engineer简称PRO/E,该操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/E

32、ngineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决牲的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。PRO/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。4.2 Pro/E软件模块组成Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三

33、维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕

34、上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上 Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engineer功能如下：（1） 特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、

35、壳等）；（2） 参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）；（3） 通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计；（4） 支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，ProPROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等)；（5） 贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 ProENGINEER的基本功能4.3 主要特征PRO/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有

36、模块。PRO/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。（1）参数化设计相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。（2） 基于特征建模Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草

37、图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵感。（3）单一数据库（全相关）Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点

38、，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。4.4 Pro/e历史特点和应用现状经过20多年不断的创新和完善，pore现在已经是三维建模软件领域的领头羊之一，它具有如下特点和优势： 参数化设计和特征功能 Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 单一数据库 Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数

39、据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。 例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 全相关性Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档

40、，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 4.5 基于特征的参数化造型Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 数据管理加速投放市场，

41、需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 装配管理Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 易于使用菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学

42、习和使用。综上所述，Pro/e广泛应用于以下行业：航天和国防、航空公司、汽车、消费品、电子和高科技、鞋和服饰、工业、设备、医疗设备、零售等等。4.6 Pro/e应用未来展望基于备受业界赞誉的 PTC 价值路线图，PTC 已开发了一个功能强大的评估工具，将使公司能够在产品开发中挖掘出真正的商业价值。制造公司已经认识到打造和提供精彩的产品是成功的商业战略的精髓。但它们需要可靠的向导来帮助它们将战略与实现目标所需的实际工作加以结合。 “产品开发系统目标评估” 是一种量身定做的咨询服务，它能够帮助公司优化产品开发资源，以取得业务成绩。通过这种独具特色的服务，PTC 帮助各个公司决定关键的产品开发计划，

43、确定为实施计划和实现目标需要采用的过程和具备的能力。在此期间，我们将与您的关键产品开发团队进行一系列面谈，确定那些能够推动您的企业发展和赢利的战略性产品开发价值机会。一旦确定了您的产品开发战略，我们便着手评估目前您在能力和过程方面存在哪些阻碍您实现业务目标的差距。我们将分析您的运营状况，确定需要对哪些产品开发过程和能力进行改进和提高才能取得显著的业务成果。最后，我们将进行益处分析，估计出通过有针对性地进行能力开发来实现关键产品开发过程的优化和自动化，可以带来怎样的成本节约潜力。评估公司特有的价值机会 即通过面向产品开发的战略促进增长和/或赢利的机会。分析图 3 所列的机会，确定关键业务目标的优

44、先次序，这些目标有： 开拓新的市场 降低产品开发和生命周期成本 加强资产利用评估将近 100 项业务计划 这些计划通过促使人员、过程和技术发生变化来创造价值。分析公司业务计划，确定优先次序，这些计划有： 改善产品结构决策的管理 提高零件和设计的重用率 提高产品的模块化，等等评估特定于公司的产品开发过程成熟度 即实现公司计划所需要的过程。通过分析特定的过程，确定需要最先弥补的能力差距，而这些过程包括： 变更和配置管理 设计外包 元件和供应商管理评估系统基础结构分析公司的系统基础结构，包括 CAD/CAM 系统环境、所使用的企业资源计划系统以及工程变更管理战略价值机会： 依靠以客户为中心的产品来扩

45、大市场份额 保护产品定位 提高满足需求的能力 设计持续的收益流 开拓新的市场 设计上实现价格增值 降低产品成本 降低产品开发和生命周期成本攀枝花学院专科毕业论文（设计） 5 机床螺旋机构建模5 机床螺旋机构建模5.1 研究对象此次研究的车床如下（图5-1）：图5.1 CA6140A普通车床5.2 建模该机床的螺旋机构主要集中在丝杆和刀架进给机构上。丝杆上的螺母是开合螺母，即螺母被分成两半，在一般情况下螺母是不闭合的，与丝杠是分开的。当机床需要车螺纹时，将开和螺母手柄打上，螺母就与丝杠紧密配合，然后开始工作。刀架进给机构中的螺旋副采用的是螺母固定不动，螺杆转动并移动，螺母固定在底座上，而螺杆连接

46、手柄和刀架，转动手柄，刀架就前进或者后退。螺旋传动在第3章已经做了详细介绍，这里就直接进行建模。由于丝杆和刀架进给机构螺旋的工作原理大致相同，在这儿选取的是机床丝杠螺母机构作为建模的对象。该处采用的是梯形螺纹，下面开始运用Pro/E三维绘图软件进将分成以下四步完成。（1）绘制丝杠。由于螺纹为标准件，可以直接运用Pro/E中的螺旋扫描特征创建出。打开Pro/E软件，然后按照以下步骤进行创建：新建零件实体拉伸镜像螺旋扫描。在新建文件时，输入名称为F1，方便后面装配使用。创建好的丝杠如下图5.2所示。图5.2丝杠（2）创建螺母 创建好了丝杠后保存文件，然后新建文件，文件名为F2，来创建螺母。图5.3

47、开合螺母图5.4开合螺母局部图（3）装配丝杠螺母机构丝杠螺母机构的各个零件已经在前面创建好了，接下来就是将它们装配好。首先建立装备文件，点击“新建组件设计”，文件取名为F123。然后就是装配丝杠，丝杠与螺母是互相配合的标准件，故在选择“约束类型”时选择“匹配”，然后点击完成按钮，这样丝杠螺母的进给机构就创建完成，如图5.5所示。图5.5 丝杠螺母机构装配图攀枝花学院专科毕业论文（设计） 6 机床CA6140A螺旋机构的分析6 机床CA6140A螺旋机构的分析通过第五章对CA6140A机床螺旋机构的PRO/E建模，我们可以较直观的观察丝杠和开合螺母的结构形状和工作过程，由此可以简单的分析影响该螺

48、旋机构传动的因素，例如：结构材料的确定、传动精度的高低等。6.1 机床CA6140A螺旋副材料的确定丝杠是机床主要零件之一，广泛应用于机床的螺旋进给机构，它的精度高低直接影响机床加工和传动精度。随着高效自动化机床和新型刀具材料的出现，切削速度的不断提高，以及特殊条件下的服役，都对丝杠的材料提出更高的要求。普通梯形丝杠是指7级或7级以下精度的梯形螺纹丝杠，这类丝杠过去均不进行强化热处理，只在正火或调质状态下使用，常采用的材料强度高、耐磨性好、工艺好。如：Q235、Y40Mn、45、50、65Mn、40Cr、9Mn2V、38CrAIA、GCr15等（以上都为材料名称）。螺母：耐磨性、减摩性好。如：

49、铸铁、青铜。6.2 机床CA6140A螺纹公差普通螺纹的公差制机构为：公差等级（基本偏差）、公差带大小（公差带位置）、公差带（旋合长度）、螺纹精度。中径：和螺纹同轴的假象圆柱体，该圆柱的母线通过牙型上的沟槽和凸起宽度相等的地方。单一中径：和螺纹同轴的假象圆柱体，该圆柱的母线通过的牙型上的沟槽宽度等于基本螺距的一般的地方。作用中径：在规定的旋合长度内正好包络实际螺纹的假象螺纹的中径。6.3 影响螺旋传动精度的因素及改进措施6.3.1 传动误差（位移误差）（1） 螺距误差单个螺距误差：螺纹全长上，任意单个实际螺距对基本螺距的偏差的最大代数差。螺距累积误差：规定的螺纹长度内，任意两同侧螺纹面间实际距

50、离对公称尺寸的偏差的最大代数差。（2） 中径误差螺旋副中，大径、小径并无相对接触，中径是配合尺寸，因此要控制中径变动量。（3） 牙型半角误差螺纹牙型半角可能偏离标准值。但是，如果采用一把刀，一次装卡，牙型半角误差在螺纹全长上的一般变化不大。图6.1 牙型半角误差6.3.2 空程误差螺旋副的空程误差就是丝杠转动时，螺母的滞后量。造成空程误差的原因是丝杠和螺母之间的轴向间隙。（1）螺距误差 在螺母旋合长度范围内的螺距积累误差将使螺旋副的间隙减小。无论积累误差为正或负，都将使螺旋副的轴向间隙减小。螺距误差是螺母旋合长度内丝杠螺距的累积误差减去螺母旋合长度内螺母螺距累积误差。（2）半角误差 螺母和丝杠

51、都存在牙形半角误差，在考虑到内外螺纹左右半角误差的影响，在计算时应取绝对值。此外，对螺旋传动装置来说，还应该注意丝杠轴肩或支撑架断面与丝杠轴线的不垂直，丝杠周欣与移动件轴线不重合所引起的移动误差；以及由于螺旋机构工作温度与制造温度之差和温度变化而产生的位移误差等。6.4 消除螺旋传动空回的方法空回：丝杠旋转方向改变，在；丝杠转动某一角度后，螺母才产生反向运动。原因是丝杠、螺母传动副存在间隙。（1） 利用单向作用力（2） 轴向调整法利用双螺母轴向预紧消除传动副间隙。（3）认为强迫螺母（或螺母的螺纹）变形，形成非标准、与丝杠自适应螺纹，达到消除间隙，从而消除空回的目的。在数控车床中，一般采用滚珠丝

52、杠螺母来消除空回。6.5螺纹牙形对螺旋机构的影响 三角螺纹 主要用于紧固联接，是牙型角60°，亦称一般用途的螺纹，是螺纹件数量最多的一种牙型对称的圆柱螺纹，其螺距分为粗牙和细牙。粗牙螺纹的直径和螺距的比例适中、强度好；细牙螺纹用于薄壁零件和轴向尺寸受限制的场合或用于轴向微调机构。 梯形螺纹 一般用途的传动螺纹，牙型角为30°，牙型高度为0.5P，与方型螺纹相比，强度好，对中性也好，间隙可调，工艺性能好，但传动效率低于方形螺纹。被广泛应用于各种传动和大尺寸机件的紧固。 矩形螺纹 最初的传动螺纹，牙型为90°正方形，传动效率高，牙根强度差，对中性不好，磨损后间隙也无法

53、补偿。因工艺性能差，目前仅用于对传动效率有较高要求的机件，没有制定国标。 锯齿形螺纹 用于单向受力的传动和定位，是集方形螺纹效率高和梯形螺纹工艺好、强度好于一身的非对称牙型的螺纹。一般用途的锯齿形螺纹其牙侧角分别为3°/30°。此外可根据传动效率来选择承载面的牙侧角，并根据牙底强度的需要选取非承载面的牙侧角，同时还需选择大径和中径两种不同定心方式中的一种。目前使用的牙侧角有：3°/30°、3°/45°、7°/45°、0°/45°等数种不同的锯齿形螺纹。 因此，不同的螺纹的作用是不一样的，选择合适

54、的螺纹对于机床的传动精度是最优方案。对于普通机床来说，采用一般的梯形螺纹来做传动螺纹即可，间隙可调，这样可以消除空程达到一个比较理想的传动精度。6.6螺旋机构的失效分析 螺旋传动机构是一种常用的机械机构，它除了具有传动比大、工作平衡无噪声、结构紧凑等特点之外, 还具有反向自锁性, 这是一个很重要的特点。对于需要应用螺旋传动机构自锁的场合, 确保其自锁性就显得特别重要, 但在实际应用中自锁性又常常不易确定，因此就需要对螺纹的失效条件进行分析。6.6.1自锁条件分析 物体在斜面上受力的情况如图1 所示,P为重力,F为摩擦力,F=L.P cos W(L为摩擦系数)。首先看摩擦角W的定义。图6.2 摩

55、擦角示意图 当P sinW= F时，W= arctan L,W称为摩擦角。若实际升角 W,则无论P值多大,滑块都不会滑动,此时称滑块与斜面发生自锁。对于螺旋传动的自锁性,众所周知,如果丝杆螺旋线的导程角( 即升角)小于啮合面之间的摩擦角W,则丝杆或丝母作轴向运动时将发生自锁现象。也就是说,导程角和摩擦角W这2个量的相对大小决定了机构能否自锁。升角1 对于丝杆的升角,它是由丝杆的几何参数所确定。对一个螺旋传动机构来说,是一个常量。设一丝杆头数为z 1,周节为Px,分度圆直径为d1,模数为m,特性系数为q,则有:tan =z 1 Px/(P d1)=z 1/q=ar ctan (z 1/q)成近似

56、反比例关系。常用的特性系数q与升角的对应关系见图6.3(z 1=1)。图6.3 特性系数q与升角的对应关系摩擦角W 对于摩擦角W,它取决于两接触物体之间的切向摩擦力F与法向正压力N的比值,即摩擦系数L,由tan W=F / N =L,可得W=ar ctan L。由上式可知,当W较小时,W与L成近似正比关系,但L却并非一个常量,它的大小与很多因素有关,L改变,W随之改变,下面着重论这些问题。 (1)W与组成摩擦副(即螺旋传动)的有关材料有关。列出了一些常用材料之间的摩擦系数。图6.4 不同材料之间的摩擦系数 因螺旋传动机构沿轮齿螺旋方向有很大的滑动速度,容易发热和摩损,故常选用相对摩擦系数较小的

57、钢和黄铜来制造。 (2)W与摩擦副的表现状态有关。注意表2中给出的摩擦系数是一个范围,不是定值。摩擦系数还与螺旋传动接触面的表面粗糙度及润滑状态有关。显然,表面越光洁,润滑状态越好,摩擦系数L就越小,摩擦角W也越小,相应的螺旋传动机构就不容易自锁。 (3)W与摩擦副之间的接触压力P有关,这是个容易被疏忽的问题。从材料的表面微观组织结构看,任何表面都是凹凸不平的,接触压力越大,这些凹凸不平互相嵌入,啮合得越紧密,摩擦系数L自然增大,W也随之增大。当摩擦副为钢与铸铁时,接触压力P与摩擦系数L之间的对应关系见图6.5。图6.5 接触压力P 与摩擦系数L之间的对应关系 (4)W与摩擦副之间的相对速度有

58、关,这是十分重要的方面,但常被忽略。相对速度又可细分为2个方面。一个方面是相对速度大小之间的差异。表4 中列出铜与锡青铜在不同相对速度v下的摩擦系数L。图6.6 不同相对速度v下的摩擦系数 从图6.6中可以看出,相对速度v越大,摩擦系数L越小,摩擦角W也越小,不容易发生自锁。但总的来看,常用的螺旋传动机构的相对滑动速度都在2 5 m/ s,摩擦角W的变化幅度不是很大。另一个方面是有相对速度与没有相对速度(即相对静止)之间的差异。其对应的摩擦系数谱值上是动摩擦系数L1和静摩擦系数L2。表5 是摩擦副钢与钢及钢与铸铁的动、静摩擦系数值。图6.7 摩擦副动、静摩擦系数对比 从图6.7中可以看出,由于

59、动、静摩擦的机理不同,其摩擦系数往往有数倍之差,摩擦副相对滑动速度对其自锁性影响极大。自锁性的影响决不可忽视。从以上分析可以得出结论:摩擦角W不仅与螺旋传动机构的自身状态(制造螺旋传动的材料、啮合表面的粗糙度、润滑状态等)有关,而且与减速器的工作条件(啮合部的接触压力,有无相对速度及相对速度的大小等)有关。这些自身状态和工作条件一旦改变,摩擦角W也随之改变。因此,摩擦角W是个变量。 根据以上分析, 在螺旋传动机构的设计工作或检修工作中, 应把握以下几个方面。 (1)尽量减少丝杆的升角,以保证满足 W的条件。从公式tan =z 1 P x / ( P d1)=z 1 m/ d1=z 1 / q 可以看出,减少丝杆头数z 1,增大特性系数q均可使减小。为了确保自锁的可靠性,一般丝杆头数z 1不应大于1,即选用单头丝杆。适当选用较大的特性系数q(也要考虑系列标准),不仅对自锁有利,还可保证丝杆的机构强度。 (2)在使用多级减速器的场合,可将螺旋传动减速器安排在低速级上。这样螺旋传动之间有较大的接触压力和较小的相对速度,有利于增大W。但这样就会使螺旋传动减速器的体积大,效率降低。 (3)在对自锁可靠性要求高的重要场合(如起重设备等),最好加装制动装置,以确保安全。