軸承內外圈加工專用機床上料機構設計【含圖紙】

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The feeding mechanism mainly achieves the following functions: the automatically positioning, clamping and artifact-play backing of the billet, etc. This series of movement is driven by cylinder. The design part of this design mainly includes: the design portion of feeding mechanism; material design; the design of Clamping mechanism; Drive systems, etc. The method is: firstly determining the dimensions of the feeding mechanism, and then using UG software for parametric modeling of parts of the feeding mechanism, after that, doing virtual assembly to the overall structure; then importing the assembly body to the motion simulation interface of UG software, and using the software to do kinematics simulation and dynamics simulation. Thereafter, analyzing the simulation results, and getting the corresponding conclusions. Finally the optimization design of bearing inner and outer circle machining machine tool feeding mechanism is done, to improve its stability, reliability, and to make the design truly enter into the daily production operation, make it practical and able to contribute to bearing factory production line modification.Key words: feeding agencies; parametric modeling; virtual assembly; motion simulationIII目 錄摘 要IIIAbstractIV目 錄VI1 緒論11.1 上料機構設計的研究內容和意義11.2 上料機構國內外發(fā)展現狀11.3 本課題應達到的要求22 總體方案設計42.1 上料機構的類型42.2 設計方案52.2.1 設計要求52.2.2 整體結構設計方案62.2.3 上料機構各部分的設計與計算72.3 本章小結143 基于UG的上料機構三維建模與虛擬裝配153.1 UG軟件介紹153.2 三維建模163.2.1 主要部件及其相互關系163.2.2 主要零部件的三維建模163.3 上料機構的虛擬裝配213.3.1 基于UG的高級裝配功能213.3.2 上料機構的虛擬裝配223.4 本章小結244 基于UG的運動仿真254.1 運動仿真的工作界面254.1.1 UG的接口問題254.1.2 打開運動仿真主界面264.1.3 運動仿真工作界面介紹264.2 上料機構的運動仿真274.2.1 連桿特性的建立284.2.2 運動副特性的建立304.2.3 施加運動314.2.4 分析驗證334.3 本章小結345 結論與展望355.1 結論355.2 不足之處與展望35V致 謝36參考文獻37I軸承內外圈加工專用機床上料機構設計1 緒論1.1 上料機構設計的研究內容和意義本課題來源于無錫迪奧機械廠生產線改造項目。本論文的主要內容包括：(1)根據企業(yè)實際生產設備和技術要求，提出軸承內外圈加工專用機床上料機構的結構方案，并對各個零部件進行設計。(2)對軸承內外圈加工專用機床上料機構利用UG軟件進行三維建模。(3)對軸承內外圈加工專用機床上料機構進行虛擬裝配，對虛擬樣機進行干涉檢驗，并進一步完善樣機。(4)將裝配部件導入UG軟件運動仿真界面，并在UG中對機構進行運動仿真分析，檢驗所選取方案及其模型的合理性，并對機構進行優(yōu)化設計。上料機構設計的意義：軸承內外圈加工專用機床上料機構是利用壓縮空氣作為動力源，取之不盡，用之不竭，可以節(jié)約能源，氣體不易堵塞流動通道，用過后可隨時排出，不污染環(huán)境，成本較低，維護保養(yǎng)容易，氣動動作迅速，反應快，氣動機械手與氣動夾具相互配合工作，能夠實現數控車床的自動連續(xù)工作，從而提高了零件的加工成本，降低了工人的勞動強度。軸承內外圈加工專用機床上料機構作為前沿的產品和自動化生產線更新的需求，可以大量代替單調重復或要求高精度的工作，并提供多機床看管的可能性，因此能夠大大的提高公司的勞動生產率。1.2 上料機構國內外發(fā)展現狀上料是加工必備之步驟，因此上料是機械設備中必要之工序，并且上料在國內用途較為廣泛。1、機械冶金工業(yè)用途物流產業(yè)如今將產業(yè)效率提高到了一定的程度，因此對于物料運輸這一塊過程，在機械產業(yè)鏈中是不可或缺的一部分，也是成為提高生產效率的有效手段之一。傳送帶式(功用包括提升、加料、整物件運輸、刪選、檢驗、抽取、出倉等)適用于各種貨物運輸與協(xié)調，因其處于平面?zhèn)魉停饔妹娣e及其占地面積非常巨大，所以用在空曠且運輸通暢的廠房之中較為合適。加上振動機構，或者將傳送裝置曲線化，可以進行檢測及其檢驗工作。而其主要技術參數決定其具體適用方面，角度及其長度，速度及其平穩(wěn)度。因此使用范圍由“平面輸送”到“斗式運輸”方式，關于適用環(huán)境我們便可根據自己的使用條件加以調節(jié)，這也是一種趨勢，節(jié)約資源、空間、時間，所以如此看來，傳送帶機械設備跟其他機械設備相同，同樣具有靈活性的特點。螺旋輸送設備設計參數復雜，難于設計，而又適合密封，密封以便于防止塵埃，所以在條件要求苛刻的、無塵密封式機械設備易于使用，利于推力及其密封包裝的摩擦來達到運輸目的。適用性廣泛，但其比較適用于細小的零件的傳送。傳送距離較傳送帶而言較為短，而設備事故處理由于封閉性限制，設計方法具有很大的控制性，所以選擇時應注意。氣壓流體傳輸方式限制較為苛刻，一般用在顆粒可懸浮物件，或為流體物件，機械結構需要密封，清理較為繁瑣，而且需要確定定期更換腐蝕物件重要性。有關其他運輸機、傳送機在機械領域中的應用，是對適合場合特定環(huán)境的特有機械，礦車、鋼索等上料機構改裝后會具有傳動系統(tǒng)的特征，因此是分類的集合。2、農業(yè)等日常生活用途日常生活中，傳輸上料為生活不可或缺之模式。而機械設備，便是將其簡單化，將其人性化，將其細致準確化的必要手段。從人力到物力，農業(yè)生產過程是單一繁瑣而耗時的，通過傳輸設備使此種勞動機械化，節(jié)約化，實效化。傳送帶為農業(yè)最為常用之手段，其占地廣，輸送距離長能夠適用多種作用的上料功用，例脫皮、加工、檢驗、提升種種功用，是令人力節(jié)約化的有力設備。而日常生活中，提供作為改變事物傳統(tǒng)定義的傳輸機械設備，令人更為節(jié)省勞動力，實現長時間舒適活動的便有：自動扶梯、自動人行道等便捷行走攀登的傳輸設備。電梯也屬于廣義上的運輸機構，因此傳送機構幫助日常生活的行走、攀爬、檢驗、運輸等方面貢獻巨大。3、其他用途既然有其他必定是人們少于接觸的領域，最近看了一篇關于大陸架淺海開采石油礦井類運輸系統(tǒng)，石油運輸油管輸送設備，其實細細歸類應算上是氣壓流體類運輸體系統(tǒng)，但這里講的是新型用途，所以就不詳細追究關于適合新型運輸材料的系統(tǒng)的歸類問題了。還有的特別用途，個人覺得是醫(yī)用化學用途，運輸材料具有特定性質，此性質關系到污染程度及其成活率，所以運輸需要特有材質與環(huán)境保護，上料的概念個人認為體現在實驗與運輸過程之中，相信這個過程不僅僅需要人員心思縝密，還需要準確精密的設備來保證，而這段上料的設備主要依靠的動力源仍然可以是電力與點擊回轉驅動的系統(tǒng)，例如機械手臂1。上料機構國外的發(fā)展現狀：機械手上料機構首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。它的結構是：機體上安裝一個回轉長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓取機構，控制系統(tǒng)是示教形的。1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎上又試制成一臺數控示教再現型機械手。1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機械手。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國KnKa公司還生產一種電焊機械手，采用關節(jié)式結構和程序控制。日本是工業(yè)機械發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年美國引用兩種機械手后大力從事機械手的研究。1.3 上料機構設計應達到的要求本課題應該達到以下幾個要求：(1)分析原始材料，查閱相關資料，收集整理有關上料機構設計、成型工藝、設備、機械加工等的資料。(2)對機床進行系統(tǒng)分析和功能分析，并在此基礎上確定上料機構的設計方案。(3)完成上料機構的零件設計以及整體設計，對各個上料機構的所有零件進行三維建模與虛擬裝配。(4)對上料機構的裝配體進行分析。(5)對上料機構的裝配體進行運動仿真分析，得出結論，分析其運動過程。2 總體方案設計2.1 上料機構的類型1、臥式平行四桿上料機構工作原理及結構該上料機構采用臥式平行四桿機構，減少了頂桿與導套間的力矩，使頂桿運動更加平穩(wěn)。它較好的解決了將水平直線運動轉化為垂直直線運動的問題。因為水平撞桿可以脫離撥叉，該機構調整起來十分方便。相對齒輪齒條而言，該機構造價低廉，調整方便，對環(huán)境要求低。實踐證明該機構安全可靠，簡便實用2。工件水平放置，上料機構用氣缸推動自動上料，并通過模具加以整形。圖2.1即為其機構簡圖，圖2.2為其運動簡圖和工件圖。圖2.1 自動上料機構簡圖圖2.2 機構運動簡圖和工件圖2、碗槽開啟式上料機構工作原理及結構碗槽開啟式上料機構通過兩組平行的長軸安裝在托架上，碗槽靠軸承座固定在長軸上，兩個連接桿的一端分別與兩組長軸相連，另一端與減速機。電機相連，電機頻繁啟動來實現碗槽的開啟。圖2.3為碗槽開啟式上料機構簡圖。其支架結構為焊接結構，用以托住托架；支架與托架的連接板用螺栓緊固，兩組平行的沿軋制線左右均布的長軸，由軸承座固定在托架上。長軸與長軸之間靠花鍵套連接，用于傳遞扭矩。每三個碗槽一組用軸承座與長軸固定，為便于碗槽開啟，軸承座內部裝有銅套。兩個連接桿一端用關節(jié)軸承與長軸相連，另一端與偏心輪相連，以實現左、右碗槽分別開啟，偏心輪裝在減速機上，減速機為雙出軸，每根出軸上裝有一個偏心輪，每個偏心輪內部裝有兩盤軸承，偏心輪上帶有增量式編碼器，用于控制開啟的角度，左、右碗槽中間帶有自循環(huán)冷卻水槽，用于降低碗槽及軋件的溫度。工作時軋件經倍尺剪切后，由剪后夾送錕夾送至碗槽，碗槽開啟使軋件落在矯直板上，倍尺剪后設有鋼導向器，使軋件能順利進入左、右碗槽3。圖2.3 碗槽開啟式上料機構簡圖2.2 設計方案 2.2.1 設計要求軸承內外圈一般是在常溫下利用模具沖壓鋼板而成，其加工工藝的特點是：沖壓加工靠模具和設備完成加工過程，工件形狀和尺寸精度、表面質量均能得到保證，能加工復雜的軸承內外圈，生產效率高，成本低，但模具制造復雜、周期長。沖壓軸承內外圈的加工一般包括沖裁、彎曲、拉延、成形等工藝，其中成形加工有縮口、翻邊、脹形、整形、校形等。軸承內外圈其沖壓工藝過程主要有：剪料：按工藝計算毛坯尺寸在龍門剪床上剪切所需要的條料。切料、成形、沖裝置孔：借助復合模在壓力機上一次完成切料、成形、沖裝置孔。車端面：在車床上采用專用夾具夾緊軸承內外圈，車削端面，一般0.30.5mm。擴張：借助擴張模具在壓力機上將軸承內外圈內腔擴大一些。輔助工序：竄光、酸洗、清理和涂油包裝4。目前軸承廠工人生產內外圈均為手動上料。手動上料不僅工作效率低，而且隨著勞動時間增加、勞動強度增加，工人在疲憊的生產中，疏忽大意，容易產生誤操作，造成肢體損傷等一些事故的發(fā)生。如圖2.4所示。本文研究的軸承內外圈加工專用機床上料機構主要用在軸承內外圈車端面的工序中，要求其能夠代替工人直接用手將內外圈安裝到高速模具上的工作，而通過送料機構完成向高速機床的上料任務。上料裝置以一定的速度和頻率不斷地將內外圈送到高速機床上。在生產中，工人只需將內外圈毛坯放置在上料機構的料道上。與以往手工上料相比，可以大大降低工人的勞動強度和危險系數，同時提高公司的生產效率，降低成本。 圖2.4 工人手動上料過程 2.2.2 整體結構設計方案通過上文對兩種上料機構的介紹，因為考慮到機構的簡便性、經濟性、工作環(huán)境等多種因素，所以選用第一種上料機構。上料機構的設計思路可以用框圖形式更加直觀地表達，如圖2.5所示。圖2.5 總體設計思路框圖軸承內外圈加工專用機床上料機構的上料工作應由裝料系統(tǒng)和送料系統(tǒng)兩部分完成，工人將工件放入裝料系統(tǒng)，工件由自身重力滑入夾具，當工件就位后，PLC控制送料系統(tǒng)將工件送向高速車床的工作臺上。下文主要對方案中的各部件做具體分析和設計計算，力求做出一套能夠切實代替工人手工上料的、高效的上料機構。 2.2.3 上料機構各部分的設計與計算1、上料機構外形輪廓確定目前，軸承廠的生產設備主要采用自動化機床。該機床主要用于印刷、造幣、電機制造等行業(yè)，它是提高機床精度，降低工件成本，提高生產率的理想工作機器。床身采用開式結構，剛性超負荷保險，干式組合摩擦離合器與制動器，采用氣囊平衡缸。采用集中稀有統(tǒng)一潤滑、電氣采用PLC控制。當行程次數超過250次/分時，可選配電腦電子凸輪控制器，該控制器可實現自動停止死點功能。可裝配光保護裝置，可搭配開卷、校平。自動送料裝置，實現壓力機自動化作業(yè)，能夠替代進口的產品。軸承內外圈加工專用機床，如圖2.6所示。圖2.6 軸承內外圈專用機床軸承內外圈加工專用機床的主要技術參數如表2-1所示。表2-1 軸承內外圈加工專用機床的技術參數表項目要求最大工件回轉直徑80mm最大車削長度50mm中心高180mm主軸頭行程10mm主軸錐孔-安裝基準孔100mm主軸孔徑30mm主軸轉速范圍1200-1700機床輪廓尺寸1200X550X1760主軸線與機床邊緣間距275mm主軸線距地面高度1046mm床頭箱長度327mm由表2-1可知，軸承內外圈加工專用機床的輪廓尺寸為，軸承內外圈直徑為80mm，上料機構底座下表面與工作臺表面平齊，所以確定夾具高度為167mm；考慮到安裝空間和可靠性等因素，確定底座尺寸為，上料機構L型板的尺寸為。2、上料機構距離確定上料機構必須安裝在專用機床工作臺之外，由此可以確定機構到專用機床工作臺中心的上料距離必須大于160mm。根據夾具裝置實際尺寸和越過物料所需要的最小距離，確定自動上料每次行程在180mm，其數值可以在后續(xù)仿真中進一步確定。3、夾具裝置設計(1)夾緊手指的尺寸設計夾緊手指的夾持誤差不超過1.5mm；工件半徑；取手指長度為2倍的工件平均半徑，這時夾持誤差最小。取夾角為，偏轉角按最佳偏轉角確定： 夾持誤差滿足設計要求。(2)彈簧選擇應具有適當的夾緊力，力量過大會損壞工件，力量過小則工件容易脫落。所以在確定握力時，除了考慮工件重量外，還應考慮傳送或操作過程中所產生的慣性力和振動，以保證工件夾持安全可靠5。由上述材料可知，內外圈直徑為80mm。再根據夾具尺寸，所以選擇普通圓柱螺旋拉伸彈簧，長度不大于80mm。(3)定位元件工件以平面為定位基準，在夾具上定位的主要形式是支承定位。當毛坯質量不高，或不同批的毛坯尺寸差別較大時，使用可調支承調節(jié)支承點位置。在產品系列化情況下，用同一夾具加工結構相同而尺寸規(guī)格不同的零件時，也可以通過適當調整支承來完成。根據以上所述，選擇定位元件為可調定位銷。在機械手將毛坯送至夾緊裝置加工的過程中，毛坯的定位需限制5個自由度，所以要加上上料V形鐵加以定位。(4)導向桿的設計不同配置和不同導向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據具體情況進行估算。該自動上料機械手機構采用的導向桿截面形狀為圓柱狀，導向桿安裝在夾具的后部，起導引作用。啟動時，導向裝置的摩擦阻力較大，計算如下： (2.1) (2.2) (2.3) (2.4) (2.5)式中：參與運動的零部件所受的重力； L手臂參與運動的零部件的總量的重心到導向支撐前端的長度； a導向支撐的長度； 當量摩擦系數，其值與導向支撐的截面形狀有關，對于圓柱面： ，(其中，是摩擦系數，對于靜摩擦且無潤滑時，銅對青銅取為0.10.15，銅對鑄鐵取0.3)。4、驅動裝置的選取選擇哪一種驅動裝置，要根據上料機構的工作要求，性能規(guī)范，控制功能，維護的復雜程度，運動的功耗，性能與價格比以及現有條件等綜合因素加以考慮。目前主要有三類驅動裝置可供選擇，分別為液壓驅動、氣壓驅動、電力驅動。(1)液壓驅動的特點功率質量比大，即在同等功率下，液壓裝置的體積小，質量小；無極調速；工作平穩(wěn)，與電器裝置配合，易于實現系統(tǒng)的遠程操縱和自動控制；易于過載保護；標準化、系列化程度較高，通用性好，便于選擇使用，縮短設計、制造周期6。(2)氣壓驅動的特點氣壓傳動使用的壓縮空氣取自大氣，無傳動介質成本。將用過的氣體直接排入大氣，不會污染環(huán)境；壓縮空氣的工作壓力較低，對元件材料和制造精度的要求較低；空氣的黏度很小，在管路流動過程中的壓力損失遠遠小于液壓傳動，壓縮空氣便于集中供應和遠程傳輸；使用方便、安全、維護簡單。(3)電力驅動的特點可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度,從而達到調速的目的.誤差不會長期積累,控制性能好.與其它驅動相比,電力驅動是系統(tǒng)性與通用性最強的,它還是一種無污染的清潔能源,它的低成本和使用上的方便都是其他方式無法比擬的。通過分析各類驅動系統(tǒng)特點，充分論證合理性、可行性、經濟性及可靠性后，最終選用氣壓驅動7。5、氣缸的設計(1)負載率的概念負載率Q=氣缸實際負載/氣缸理論輸出力 其中Q是一個選擇值，與氣缸的負載性能、密封狀況及運動速度有關。其選取原則是速度愈小，Q值越大，反之則小。對于慣性負載和以下等速度運動的氣缸Q值選取0.5較合適，當系統(tǒng)對氣缸無確定速度要求時，Q值取0.8，氣缸高速運動時Q值一般為0.35以下。確定了氣缸負載率Q，即可確定氣缸的理論輸出力，從而計算出缸徑。(2)氣缸耗氣量計算以單活塞雙作用氣缸為例，一個往復行程壓縮空氣消耗量q可按下式計算： (2.6)式中L氣缸行程 D缸筒內徑 d活塞桿直徑 t一個往返行程時間容積效率，一般取0.90.95(3)夾緊氣缸的計算工件質量 當工件被豎直夾持時，手指握住工件時所需要的夾緊力最大，工件質量為5kg，則夾緊力為： 手部的驅動力計算圖2.7 手爪受力分析圖如圖2.7所示，Q為活塞桿推力，N為手指夾緊工件的夾緊力，則由力矩平衡，知 (2.7)其中，b=5mm，c=75mm，=80代入數值得活塞桿推力 根據機械設計手冊8，由預算確定的所需氣缸軸向輸出力推力得：活塞式氣缸內徑 根據標準化氣缸系列的數值進行圓整，得。 活塞桿直徑的確定與驗算取活塞桿直徑，按下式進行驗算： 代入數值得：，成立。故活塞桿直徑滿足強度要求。 氣缸筒壁厚的確定和驗算氣缸內徑確定后，根據機械設計手冊8，其壁厚選取為，根據下式進行強度驗算： (2.8)代入數值得：，成立。故該缸筒壁厚滿足強度要求。 氣缸進排氣口螺孔直徑的確定氣缸進排氣口螺孔的大小與空氣消耗量(缸徑、活塞桿直徑、活塞的平均速度等)及供氣壓力均有關系，故難于準確計算。根據機械設計手冊，按缸徑查取。根據，查得，進排氣口螺孔直徑規(guī)格為。 活塞的厚度取決于密封圈的種類和排數。氣缸筒與活塞、活塞桿與活塞、氣缸筒與氣缸蓋、活塞桿與氣缸蓋之間均選用O形橡膠密封圈，其溝槽尺寸皆為標準值。 連接螺栓直徑的確定與驗算根據螺栓材料與載荷，初定螺栓直徑，按下式進行驗算： (2.9)代入數值得：，成立。故螺栓直徑符合要求。根據以上分析與計算，最終選擇型氣缸。如表2-2所示。圖2.8 SC系列標準氣缸SC系列標準氣缸有如下特點： 免潤滑性：采用含油軸承，使活塞桿無需加油潤滑； 耐久性：氣缸本體，前后蓋經過陽極硬質氧化處理，不僅具有耐磨耐腐蝕性，而且更顯外觀小巧精美； 耐高溫性：氣缸采用耐高溫密封材料，使氣缸在150攝氏度高溫條件下正常工作； 安裝多樣性：多種安裝附件供客戶選擇； 附磁性：氣缸活塞上裝有一個永久磁鐵，它可觸發(fā)安裝在氣缸上的感應開關來感測氣缸的運動位置9。表2-2 SC系列標準氣缸的主要技術參數表內徑3240506380100動作形式復動型工作介質經過濾的壓縮空氣固定形式基本型使用壓力范圍1-9.0保證耐壓力13.5使用溫度范圍0-70使用速度范圍50-800緩沖形式可調緩沖緩沖行程2432接口口徑G1/8G1/4G3/8G1/2(4)氣缸定位的精度氣缸由PLC控制，采用繼電器輸出接口直接驅動交流電磁閥控制氣缸氣體流量，由光柵反饋檢測移動量，計算輸出一組二進制編碼控制閥組的開啟，得到不同的綜合面積，以改變控制閥的流量，使氣缸運動到準確地位置。經研究分析，本軸承內外圈加工專用機床上料機構適合采用直角坐標式，使用安裝在專用機床的工作臺上，送料末端位置與專用機床的工作臺模具相連接，側面垂直與等分機構相連，上料機構推動夾具將物料輸送到專用機床的工作位置，再由等分機構卸料夾緊，夾具退回，再次送料。其結構圖如圖2.8所示。圖2.9 上料機構側視圖8、軸承內外圈加工專用機床上料機構工作原理 將經過完整工序后的軸承內外圈放入料道，使其依靠自身重力沿料道下滑。 軸承內外圈進入送料系統(tǒng)，由夾具三點定位夾緊。 氣缸推動夾具，將軸承內外圈送到專用機床的工作臺上。 氣缸推動機頂頭，將工件卸下并固定在專用機床的工作臺上，上料氣缸退回夾具。 下一個軸承內外圈滑入送料系統(tǒng)，重復以上步驟，再次送料。2.3 本章小結本章列舉了國內目前幾種比較成熟的上料機構模型。詳細對設計要求進行分析，明確了設計思路。在此基礎上，確定了軸承內外圈加工專用機床上料機構的整體結構設計方案，并對上料機構各部分進行設計計算，確定了外形輪廓、上料距離、上料間隔時間等參數，并對驅動裝置進行選擇，最后對上料機構的工作原理進行詳細說明。3 基于UG的上料機構三維建模與虛擬裝配3.1 UG軟件介紹 Unigraphics NX(簡稱UG)，是由美國UGS公司推出的面向制造業(yè)的高端軟件，是當今世界上最先進、最流行的、集CAD/CAM/CAE于一體的工業(yè)設計軟件。它集合了工業(yè)設計、概念設計、分析和加工制造功能，實現了優(yōu)化設計與產品生產過程的統(tǒng)一，它廣泛應用于機械、汽車、航空航天、消耗電子和醫(yī)療器械等行業(yè)。UG是一個產品工程解決方案，它為用戶的產品設計及加工過程提供了數字化造型和驗證手段。它針對用戶的虛擬產品設計和工藝設計的需求，提供了經過實踐驗證的解決方案。它為設計師和工程師提供了一個產品開發(fā)的嶄新模式，更重要的是團隊將能夠根據工程需求進行產品開發(fā)。它能夠有效地捕捉、利用和共享數字化工程中的知識，事實證明為企業(yè)帶來了戰(zhàn)略性的收益。來自UGSPLM的NX使企業(yè)能夠通過新一代數字化產品開發(fā)系統(tǒng)實現向產品全生命周期管理轉型的目標。NX包含了企業(yè)中應用最廣泛的集中應用套件，用于產品設計、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產品開發(fā)的技術創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評審更多的可選設計方案，而且在開發(fā)過程中必須根據以往經驗中所獲得的知識更早地做出關鍵性的決策。NX是UGS PLM新一代數字化產品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅動產品革新。NX獨特之處是其知識管理基礎，它使得工程專業(yè)人員能夠推動革新以創(chuàng)造出更大的利潤。NX可以管理生產和系統(tǒng)性能知識，根據已知準則來確認每一設計決策。NX建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經驗基礎之上，這些解決方案可以全面地改善設計過程的效率，削減成本，并縮短進入市場的時間。通過再一次將注意力集中于跨越整個產品生命周期的技術創(chuàng)新，NX的成功已經得到了充分的證實。這些目標使得NX通過無可匹敵的全范圍產品檢測應用和過程自動化工具，把產品制造早期的從概念到生產的過程都集成到一個實現數字化管理和協(xié)同的框架中10。(1)工業(yè)設計和風格造型NX為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性和產品技術革新的工業(yè)設計和風格提供了強有力的解決方案。利用NX建模，工業(yè)設計師能夠迅速地建立和改進復雜的產品形狀，并且使用先進的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設計概念的審美要求。(2)產品設計NX包括了世界上最強大、最廣泛的產品設計應用模塊。NX具有高性能的機械設計和制圖功能，為制造設計提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設計任何復雜產品的需要。NX優(yōu)于通過的設計工具，具有專業(yè)的管路和線路設計系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料件設計模塊和其他行業(yè)設計所需的專業(yè)應用程序。(3)仿真、確認和優(yōu)化NX允許制造商以數字化的方式仿真、確定和優(yōu)化產品及其開發(fā)過程。通過在開發(fā)周期中較早地運用數字化仿真性能，制造商可以改善產品質量，同時減少或消除對于物理樣機的昂貴耗時的設計、構建，以及對變更周期的依賴。(4)有序的開發(fā)環(huán)境NX產品開發(fā)解決方案完全支持制造商所需的各種工具，可用于管理過程并與擴展的企業(yè)共享產品信息。NX與UGSPLM的其他解決方案的完整套件無縫結合。這些對于CAD、CAM和CAE在可控環(huán)境下的協(xié)同、產品數據管理、數據轉換、數字化實體模型和可視化都是一個補充。UG的主要客戶包括，通用汽車，通用電氣，福特，波音麥道，洛克希德，勞斯萊斯，普惠發(fā)動機，日產，克萊斯勒，以及美國軍方。幾乎所有飛機發(fā)動機和大部分汽車發(fā)動機都采用UG進行設計，充分體現UG在高端工程領域，特別是軍工領域的強大實力。在高端領域與CATIA并駕齊驅11。3.2 三維建模 3.2.1 主要部件及其相互關系該上料機構的主要構件包括：底座、支架、滑道、夾緊機構、定位裝置、氣缸等。主要功能模塊和位置關系如圖3.1所示。圖3.1 上料機構的主要功能模塊及其關系示意圖通過圖3.1，我們可以明確軸承內外圈加工專用機床上料機構的總體結構，各主要功能模塊之間的關系和建模順序，為下一步的三維建模打下堅實的基礎。 3.2.2 主要零部件的三維建模UG為用戶提供了強大、廣泛的產品設計應用模塊，它具有高性能的機械設計和制圖功能。它為靈活地制造設計產品提供了可能性，以滿足客戶設計任何復雜產品的需要。除組件設計處，UG還提供了強大的基于系統(tǒng)產品建模和協(xié)同的產品級裝配設計方法。一般來說，UG的建模，首先要建立基本的幾何體，然后在上面添加其他的特征。不同的應用領域有不同的特征，其分類方法也各不相同，對于機械產品的實體模型及其工程圖紙信息，可將常用的特征信息分為管理特征、技術特征、材料特征、精度特征、形狀特征、裝配特征等六大類。在建模工程中，最常用的是零部件的形狀特征，在此可以進一步的分解出零件的形體特征類。本上料機構的形狀特征主要包括：長方體、圓柱體、孔、螺紋、槽、抽殼、矩形陳列、倒角等。不同人對同一零件可以用不同方法來建模，條條大道通羅馬，沒有最好的方法，只有更好的方法。所以我在實踐中不斷探索規(guī)律，只有這樣才能快速、正確地建立想要的模型。下面介紹一下軸承內外圈加工專用機床上料機構的建模過程。(1)底座的建模根據第二章的數據，已知底板的尺寸。 新建文件系統(tǒng)彈出文件新建對話框。在名稱文本框中輸入文件名稱DKY/01-01；單擊確定，進入建模環(huán)境。 點擊“插入”“草圖”，彈出創(chuàng)建草圖對話框，選擇類型為“在平面上”，然后根據第二章的數據畫出側面圖，如圖3.2所示。圖3.2 底座草圖 點擊按鈕，點擊按鈕，彈出“拉伸”對話框，選擇曲線為上一步的草圖，指定矢量為Z方向，開始距離為0，結束距離為360，點擊確定，底座實體創(chuàng)建成功，如圖3.3所示。圖3.3 底座拉伸的實體 進入草圖界面，完成部件孔的中心點的確定。 點擊按鈕，彈出如圖3.4所示的對話框，類型選擇為“螺紋孔”，指定點選為上一步確定的中心，螺紋尺寸選為M8，點擊確定，整體三維模型見圖3.5。 圖3.4 孔命令對話框圖3.5 底座部件三維建模圖(2)上料機構L型板的建模根據第二章的數據，可知L型板的尺寸。 新建文件系統(tǒng)彈出文件新建對話框。在名稱文本框中輸入文件名稱DKY/01-02；單擊確定，進入建模環(huán)境。 點擊“插入”“草圖”，彈出創(chuàng)建草圖對話框，選擇類型為“在平面上”，然后根據第二章的數據畫出正面圖，如圖3.6所示。圖3.6 L型板草圖創(chuàng)建 點擊按鈕，點擊按鈕，彈出“拉伸”對話框，選擇曲線為上一步的草圖，指定矢量為Z方向，開始距離為0，結束距離為150，點擊確定，L型板實體創(chuàng)建成功，如圖3.6所示。 進入草圖界面，完成L型板孔的定位中心。 點擊孔命令，完成孔的創(chuàng)建。L型板的三維建模如圖3.7所示。圖3.7 L型板的三維建模圖(3)驅動機構的總體建模驅動機構是上料機構的核心部分，其構件也較多，主要包括上端蓋、下端蓋、活塞、缸套和拉桿。它是整個裝置的動力來源，它的建模也是最復雜的，主要用到拉伸、打孔、挖槽、抽殼、倒角等特征操作，其模型見圖3.8。圖3.8 驅動機構總體圖本文設計的軸承內外圈加工專用機床上料機構是基于各種技術參數，利用UG軟件設計三維模型，根據理論分析、計算確定機構各部件的尺寸，當修改零件形狀時，只需編輯一下尺寸的數值即可實現形狀上的改變。在實際應用中，可以根據實際情況進行改進。這反映了計算機在設計過程中需要不斷與設計者交流，反饋設計信息，輸入設計決策，直至完成產品設計，這樣可以大大提高設計質量，密切聯(lián)系實際。3.3 上料機構的虛擬裝配 3.3.1 基于UG的高級裝配功能1、出現在Assemblies-Advanced下的所有功能：包括建立纏繞裝配，建立連接的外型，建立操縱區(qū)，建立小平面表示，Script(腳本)13。2、出現在Analysis-Assembly Clearance下的所有功能：包括設定間隙區(qū)、選擇分析對象、執(zhí)行各種間隙分析、接觸干涉、軟干涉、硬干涉和包容干涉。3、出現在File-Open-Options或File-Options-Load Options中的利用最后組件集、利用最后過濾器和規(guī)定過濾器。4、UG虛擬裝配技術常用的術語：(1)裝配(Assembly)表示一個產品的零件盒子裝配的集合。在UG中，裝配體是包含組件對象的一個部件文件。(2)組件對象(Component Objects)在一個裝配內，在一特定位置和方位上一個部件的使用。一個組件可以是一個由其他低級組件組成的一個子裝配。在一個裝配中的每個組件僅含有一個指向它的主要幾何體的指針，當修改一個組件的幾何體時，在作業(yè)中利用同一主要幾何體的所有其他組件將自動反映這一變化。(3)組件部件(Component Part)在一個裝配內由一組件對象的指針所指向的部件文件。實際的幾何體存儲在組件中并由裝配體引用而不是復制。(4)組件成員(Component Members)顯示在裝配件內來自組件部件的幾何對象。如果使用引用集，組件成員可能是在組件部件中的所有幾何體的一個子集，也稱為組件幾何體。(5)上下文設計(Design in Context)當組件幾何體顯示在裝配件中時，直接編輯它的能力?？梢赃x擇來自其他組件的幾何體輔助建模，也稱為就地編輯。(6)自頂向下建模(Top-down Modeling)在這種建模技術中，當工作在裝配級時可以建立和編輯組件部件。在裝配級上做的幾何體改變立即自動地反映在個別組件中。(7)從底向下建模(Bottom-up Modeling)在這種建模技術中，它們使用于某些高級裝配內的孤立狀態(tài)中設計和編輯組件部件。當打開反映在零件級做的幾何編輯時，所有利用該組件的裝配件自動地更新。(8)顯示的部件(Displayed Part)當前顯示在圖形窗口中的部件。(9)工作部件(Work Part)用戶在其中建立和編輯幾何體的部件。工作部件可以是顯示的部件或是包含在顯示的裝配部件中的任一組件部件。當顯示一零件時，工作部件總是與顯示部件相同。(10)裝載的部件(Loaded Part)當前打開和在內存中的任一部件。部件利用File-Open命令裝載，當它們被用于一般裝配中時被隱式打開。(11)引用集(Reference Set)來自一部件的命名的幾何體集合，可以用來在高級裝配中簡化組件部件的圖形顯示。(12)配對條件(Mating Condition)對一單個組件定位的約束集。在一裝配體中，每個組件都可以有一個配對條件，盡管配對條件可以由對其他組件的關系組成。(13)裝配導航器，提供了裝配結構的圖形顯示，為在其他功能中使用選擇和操作組件。5、UG的虛擬裝配方法UG根據裝配體與零件之間的引用關系，提供了3種建立裝配體的方法，即自底向上設計(Bottom-up)、自頂向下(Top-down)設計和混合裝配方法。(1)自底向上裝配指首先在設計過程中設計零部件模型，然后組合成子裝配體，最后生成裝配部件的裝配方法。這種裝配方式需要設計人員交互的給定配合構件之間的約束關系，然后由UG系統(tǒng)自動計算出構件的轉移矩陣，并實現虛擬裝配。(2)自頂向下裝配指首先設計完成裝配體，并在裝配體中創(chuàng)建零部件模型，然后拆成子裝配體和單個可以直接用于加工的零件模型。這種設計方式可以方便、直接的進行設計，由一個由粗入精的過程，多用于全新的開發(fā)過程，可以保證設計出的產品相互間有一個合理的位置。基于自頂向下的裝配設計技術也與工程實際相符合，而UG的裝配建模技術完全支持自頂向下的設計方法。這樣在虛擬裝配操作中，設計者可以根據需要混合使用以上兩種裝配方法。(3)混合裝配是指將自頂向下裝配和自底向上裝配結合在一起的裝配方法，即首先創(chuàng)建幾個主要的零部件模型，將它們組裝在一起，然后在裝配體中設計其他零部件。在實際產品設計過程中，可根據需要在兩種模式間相互切換14。 3.3.2 上料機構的虛擬裝配本文設計的軸承內外圈加工專用機床上料機構采用自底向上裝配，既先設計出上料機構的零部件，然后級合成子裝配體，最后生成裝配部件的裝配方法。首先將整個機構模型分為幾個子裝配體：底座子裝配體、送料機構子裝配體、料道子裝配體。將這些子裝配體裝配完畢后，分別進行干涉檢查，確保子裝配體無誤之后再統(tǒng)一導入整體裝配模型中進行裝配。首先建立一個文件作為裝配文件，然后建立已存在的組件之間的引用關系和相對關系和相對位置關系。(1)選擇新建“文件”“新建”“裝配”確定進入裝配界面。(2)在裝配界里面選擇“添加組件”按鈕，在彈出的添加組件選項中，選擇“打開”按鈕，單擊按鈕，彈出【部件名】對話框，根據組件的存放路徑選擇部件DKY/01-01.prt，單擊確定按鈕，返回到【添加組件】對話框設置定位為“絕對原點”，單擊確定按鈕，將實體定位于原點。(3)再返回到【添加組件】對話框，打開按鈕，選擇部件DKY/01-02.prt，單擊確定按鈕，返回到【添加組件】對話框設置定位為“通過約束”，單擊確定，進入【裝配約束】對話框，類型選擇“接觸對齊”，方位選擇“接觸”，選擇兩個對象為底板的上表面和L型板的下表面，再點擊確定按鈕。(4)用相同的方式，裝配其它部件，裝配后的結構如圖3.7(a)和3.7(b)所示。圖3.7(a) 軸承內外圈加工專用機床上料機構正視圖圖3.7(b) 軸承內外圈加工專用機床上料機構側視圖裝配結束后，需要檢查各個組件之間是否存在干涉情況。靜態(tài)干涉檢驗對組件的運動不加考慮。其分析的結果類型包括：不干涉、接觸、干涉、包容四種類型。干涉檢查形式靈活，可以進行選定組件間的檢查，也可以進行整個裝配體的干涉檢查。如果發(fā)現干涉檢查中存在干涉或包容，則表明兩裝配體之間存在尺寸關系錯誤，需要重新對模型進行修改，需要重新確定和校核上料機構的尺寸，直到裝配后沒有干涉和包容現象。軸承內外圈加工專用機床上料機構的干涉檢查結果顯示符合要求，如圖3.8所示。圖3.8 干涉結果顯示3.4 本章小結本章詳細地闡述了參數化建模思想，同時以流程圖的形式，對UG軟件以及上料機構的建模過程和虛擬裝配過程做了介紹。結合軸承內外圈加工專用機床上料機構的技術特點，在利用UG完成對上料機構所有零件的實體建模后，進行了虛擬裝配、靜態(tài)干涉檢驗等多次協(xié)調實驗，并通過統(tǒng)一的產品數據管理，實現三維設計過程與零部件制造、裝配過程的高度統(tǒng)一。 4 基于UG的運動仿真4.1 運動仿真的工作界面本章主要介紹UG/CAE模塊中運動仿真的功能。運動仿真是UG/CAE(Computer Aided Engineering)模塊中的主要部分，它能對任何二維或三維機構進行復雜的運動學分析、動力分析和設計仿真。通過UG/Motion的功能可以對運動機構進行大量的裝配分析工作、運動合理性分析工作，諸如干涉檢查、軌跡包絡等，得到大量運動機構的運動參數。通過對這個運動仿真模型進行運動學或動力學分析就可以驗證驗證該運動機構設計的合理性，并且可以利用圖形輸出各個部件的位移、坐標、加速度、速度和力的變化情況，對運動機構進行優(yōu)