基于Fanuc OIF系统数控车床三维建模
摘 要
计算机建模技术将机械设计的参数化应用于数控机床的设计与研究，以提高机床产品的质量，加快数控机床的更新换代。本研究首先根据车床的参数，对数控车床主要零件的尺寸进行分析和测量；根据已有尺寸参数对数控车床进行建模和装配，使用功能强大的UG NX10.0工程建模软件建立数控机床部件的实体模型；最后进行各单元模块的装配，并对装配过程中出现的问题进行分析。
模块化装配的思想是先把各个零件组装成部件，再将部件和零件进行总装配，模块化的好处是可以大大提高装配建模的效率。在本次建模设计中，根据得到的所有的数控车床的具体参数，然后再经过自己的设计和分析，对机床的各个零件在UG软件中进行三维模型的建立，具体零件可划分为标准零件和非标准零件，非标准零件有机床的箱体、基座、电机、主轴、滑台、刀具以及一些其他复杂形状的零件；标准零件包含了几乎所有机械领域常用的标准件，轴承、弹簧、齿轮、垫片等等，所有零件总数巨大，因此模块化的建模装配意义重大。
关键字：Fanuc OIF系统，UG建模，参数化，数控机床，模块化装配
Three-dimensional modeling of CNC lathe
based on Fanuc OIF
ABSTRACT
Computer modeling technology will be applied to the mechanical design of numerical control machine tool design and research to improve the quality of machine tool products to speed up the replacement of CNC machine tools. In this study, the size of the main parts of the CNC lathe is firstly analyzed and measured according to the parameters of the lathe. The CNC lathe is modeled and assembled according to the existing size parameters. The powerful modeling software UG NX10.0 is used to establish the parts of the CNC machine tools Of the solid model; Finally, the assembly of each unit module, and assembly problems arising in the process of analysis.
Modular assembly idea is to assemble the various parts into parts, and then the total assembly of parts and parts, the benefits of modularity can greatly improve the efficiency of assembly modeling. In this modeling and design, according to the specific parameters of all CNC lathes obtained, and then through their own design and analysis of the various parts of the machine tool in UG software for the establishment of three-dimensional model, the specific parts can be divided into standard parts And non-standard parts, non-standard parts of the box machine, base, motor, spindle, slide, tool and some other complex shapes of parts; standard parts include almost all machinery used in the standard parts, bearings, springs, Gears, gaskets and much more, all with a huge total number of parts, modular modeling and assembly is of great importance.
KEYWORDS: Fanuc OIF system, UG modeling, parameterization, CNC machine tools, modular assembly
目录
摘 要 II
ABSTRACT III
第1章 绪论 3
1.1 课题的意义 3
1.2 课题研究现状 3
1.3 拟解决的问题 4
1.4研究的主要内容 4
第2章 车床总体设计 4
2.1 主轴箱设计步骤 4
2.1.1 运动设计 4
2.2动力设计 9
2.2.1确定各轴转速 9
2.3带传动设计 9
2.4各传动组齿轮模数的确定和校核 11
2.5齿轮强度校核 12
2.5.1校核a传动组齿轮 12
2.5.2 校核b传动组齿轮 14
2.5.3 校核c传动组齿轮 15
2.5.4 主轴挠度的校核 16
2.5.5轴的校核 17
3 进给箱设计步骤 19
3.1 进给箱的传动机构 19
3.2 进给箱切螺纹机构设计 19
3.3 切螺纹系统及齿数比 20
3.3.1 较精密螺纹系统传动链计算 20
3.3.2 刀架快速移动链计算 20
4运动分析 21
4.1纵向进给系统的设计计算 21
4.1.1 设计参数 21
3.1.2减速齿轮的设计与校核 23
3.1.3步进电动机的计算和选型 25
3.2横向进给系统的设计计算 27
3.2.1横向进给切削力的确定 27
3.2.2横向进给切削力的确定 28
3.2.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 28
3.2.4减速齿轮的设计与校核 30
4机床三维设计 33
4.1主要零件建模设计 33
4.2箱体建模设计 35
5 装配过程 35
5.1零件模块化 35
5.2总体装配 38
5.3 干涉分析 39
6总结与展望 41
6.1总结 41
6.2展望 41
参考文献 42
致谢 43
第1章 绪论
1.1 课题的意义
高速高精度数控机床理所当然的成为时代的产物和必需品。目前我国数控机床的质量及产量也在飞快的提升，但总体而言在机床的整体性能上还是不如一些发达国家的机床。目前国产系统也很多，但很多中高端的机床厂家都从国外购置先进精密的数控系统，例如日本的FANUC数控系统和德国的西门子系统等。因此，要想进一步提高国产机床的特性，对数控机床进行精确的设计以及三维建模是一个十分重要也很有意义的课题。
UG NX 10.0是一款界面交互十分友好的三维建模软件，功能十分强大，包括建模、设计、装配、仿真等众多模块，在机械设计领域应用广泛。另外，与一般的建模软件相类似，上手操作很便捷，不需要过多的学习时间便可以进行实际操作建模。对于各种复杂的模型尤其是汽车钣金等零件的建模用UG很有优势。
1.2 课题研究现状
五轴数控机床由于在雕刻表面加工的高效率而广泛应用于模具行业。五轴数控机床除了三个伺服控制直线轴外，通常还有两个额外的伺服控制旋转轴。这些旋转轴可用于相对于工件的切割表面以最佳方位调整切割工具。五轴加工雕刻表面的优点包括更高的金属去除率，更高的表面光洁度和显着更低的切割时间。
在过去的几十年里，在三轴数控机床的几何误差和热变形研究的影响下，许多工作集中在机床精度上[1]。基于已建立的误差模型，可以开发补偿方法来提高数控机床的精度[2]。许多设备可用于测量几何误差。最有效率和最省时的是六自由度激光干涉仪[3]，它能够测量与棱柱关节相关的所有六个运动误差。另一方面，双球杆（DBB）[4]经常用来测量动态误差，如增益失配，空转和粘滑。
虽然大多数精度提高研究的重点是三轴数控机床，但五轴机床领域的相关工作相对较少。 有学者开发了一种可行的方法来模拟和可视化位置误差对五轴数控机床的体积精度的影响。也有学者使用均匀变换矩阵来开发五轴数控机床的几何和热误差模型。该模型使用小角度近似来考虑不精确的链节和关节的形状和联合变换。工作空间中的总体积误差显示为所有可能的误差的函数。除了最常用的刻度盘和测试心轴之外，DBB还可以用来识别五轴机床的对中误差。这些程序仅限于当地的准确性判断，并不适用于全球工作空间。在五轴机床的几何误差模型中，一些误差在当今的测量设备中是不可测量的，包括不准确的误差。
Fanuc OIF系统数控车床是精密加工设备的典型，是制造业质量的保障基础，因此国内外有大量研究机构在致力于提高数控机床的精密性能，对数控机床的建模设计也是其中的一个比较重要的环节。
1.3 拟解决的问题
根据已有的条件和基础，拟解决的主要问题有以下几个：
（1）机床传动系统参数的确定；
（2）利用 UG 软件对数控车床进行三维建模；
（3）装配过程不出现干涉；
1.4研究的主要内容
了解 Fanuc系统数控车床的性能和工作参数，计算出传动系统，进给系统以及各个关键零件的尺寸参数；对每个零件进行三维建模；完成数控车床总装配；首先根据车床的参数，对数控车床主要零件的尺寸进行分析和测量；根据能够测算出的参数对数控车床进行建模和装配，使用功能强大的UG NX10.0工程建模软件建立数控机床部件的实体模型；最后进行各单元模块的装配，并对装配过程中出现的问题进行分析。
参考文献
[1]李洪.实用机床设计手册，辽宁科学技术出版社 ，1999
[2]陈鲍, 韩江, 吴斌,等. 数控车床的三维建模与运动仿真[J]. 机械设计与制造, 2013(10):90-92.
[3]吉林工业大学三所院校主编编 .金属切削机床设计 上册,上海科学技术出版社,1981.05.01
[4]华东纺织工学院等主编编 .机床设计图册,上海科学技术出版社,1982.04.01
[5]马子健. 基于UG的数控机床主轴部件参数化设计[D]. 东北大学, 2008.
[6]吴英. 基于UG的成型盘三维建模及数控程序优化[D]. 四川大学, 2007.
[7]张兴权, 余晓流, 汪永明,等. UG三维建模在机床夹具设计教学中的应用[J]. 安徽工业大学学报(社会科学版), 2011, 28(2):118-120.
[8]叶煜松, 黄志荣. 基于UG NX 8.0的复杂曲面三维建模及数控加工[J]. 机械, 2014(s1):113-115.
[9]朱赤洲, 陈蔚芳, 赵鹏,等. 数控机床三维空间误差建模及补偿技术研究[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2012(4):16-19.
[10]周静. 数控仿真三维建模与系统实现[D]. 南京理工大学, 2005.
