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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)翻譯） 第17 頁(yè)
加工的幾何尺寸和公差的提取/轉(zhuǎn)換功能
摘要
在操作過(guò)程中，重要的是保持基于特征系統(tǒng)功能的完整性，尤其是當(dāng)功能發(fā)生相互作用的時(shí)候。本文提出了一種用于后續(xù)應(yīng)用領(lǐng)域的轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)模型的功能轉(zhuǎn)換方式。這個(gè)過(guò)程包括成型特征（幾何信息）和非幾何特征轉(zhuǎn)換。大多數(shù)研究人員都集中在幾何信息的提取和轉(zhuǎn)換上而忽略非幾何特征的重要問(wèn)題。本文著重探討對(duì)后續(xù)加工應(yīng)用中的幾何尺寸和公差（GD＆T）的提取和轉(zhuǎn)換功能。
在本文中將討論基于CAD/ CAPP/ CAM系統(tǒng)集成特征的主要障礙——功能的互動(dòng)，從而改變它們的幾何和非幾何的設(shè)計(jì)特點(diǎn)信息。如何識(shí)別和驗(yàn)證這些功能尺寸和公差是特征交互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文報(bào)告工作的主要推力是在使用過(guò)程中為規(guī)劃申請(qǐng)保留功能的完整性而形成強(qiáng)有力的方法。
關(guān)鍵詞：CAD/ CAPP / CAM集成，功能轉(zhuǎn)換，功能互動(dòng)，幾何尺寸和公差（GD＆T），加工特征
1簡(jiǎn)介
現(xiàn)代設(shè)計(jì)和先進(jìn)的加工過(guò)程中的一個(gè)主要目標(biāo)是通過(guò)各種設(shè)計(jì)和工藝規(guī)劃活動(dòng)之間的無(wú)縫集成來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品交貨時(shí)間的顯著縮短。使用組件特性的概念來(lái)集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)和制造系統(tǒng)已經(jīng)成為近年來(lái)的主要研究方向[1-5]。
在一般情況下，功能是用于賦予組件屬性的意義，幫助解剖可識(shí)別的、有意義的區(qū)域以及改善設(shè)計(jì)和制造之間聯(lián)系。特征識(shí)別和基于特征的設(shè)計(jì)是兩個(gè)主要使用的途徑。特征識(shí)別驅(qū)動(dòng)器的功能信息來(lái)自被識(shí)別的幾何數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行提取和分類(lèi)。特征識(shí)別問(wèn)題與設(shè)計(jì)意圖的損失，不完備的設(shè)計(jì)和制造信息以及特征識(shí)別的復(fù)雜性和計(jì)算負(fù)荷方案[3，6，7]相關(guān)?；谔卣鞯脑O(shè)計(jì)涉及到通過(guò)使用“積木”定義一個(gè)組件，它代表著或設(shè)計(jì)功能或加工功能。由于功能是取決于過(guò)程的，不同的應(yīng)用需要不同的應(yīng)用功能。設(shè)計(jì)階段使用的功能（稱(chēng)為設(shè)計(jì)特點(diǎn)）是功能特點(diǎn)，代表著設(shè)計(jì)意圖，如肋，開(kāi)槽，并加強(qiáng)的功能。在規(guī)劃階段使用的功能（稱(chēng)為加工功能）與加工業(yè)務(wù)有關(guān)，如孔、盲孔、槽和袖珍的功能。此外，功能因應(yīng)用程序的不同而有不同呈現(xiàn)。這些事實(shí)是根據(jù)需要以正確反映加工特點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)CAD、CAPP和CAM系統(tǒng)集成在一個(gè)基于特征的環(huán)境的主要障礙。
設(shè)計(jì)人員使用設(shè)計(jì)特征構(gòu)建組件特征模型是最合理的，然后通過(guò)加工特征在工藝規(guī)劃系統(tǒng)中將模型轉(zhuǎn)換。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為功能轉(zhuǎn)換或功能映射。許多研究人員對(duì)功能轉(zhuǎn)換的方法和算法進(jìn)行了研究和應(yīng)用[8-10]。然而，當(dāng)代大多數(shù)基于特征的設(shè)計(jì)仍然不能完全處理發(fā)展基于特征系統(tǒng)中的一個(gè)最重要的，或許是最困難的方面，就是功能的定義和代表性的相互作用。以前使用的功能的特征交互改變了幾何形狀和屬性，但它不會(huì)改變它們相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，這使得后續(xù)應(yīng)用不能從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得真正的組件模型。因此，在設(shè)計(jì)和加工過(guò)程中的階段維護(hù)功能的完整性是實(shí)現(xiàn)基于特征的CAD / CAPP / CAM一體化問(wèn)題的關(guān)鍵之一[11-13]。許多研究已進(jìn)行到基于提取加工特征設(shè)計(jì)系統(tǒng)[5，7，9，10，14-16]的技術(shù)。然而，這些研究主要專(zhuān)注于幾何信息的識(shí)別或轉(zhuǎn)換。在機(jī)床特征的非幾何信息方面做的還很少，如幾何尺寸和公差（GD＆T）。Shah提出[17]的方法來(lái)創(chuàng)建一個(gè)在設(shè)計(jì)和工藝規(guī)劃應(yīng)用中使用的尺寸和公差模型。這種GD＆T模型被用來(lái)捕捉設(shè)計(jì)師基于特征設(shè)計(jì)上的GD＆T方案模型，驗(yàn)證其完整性，然后用特征識(shí)別的方法轉(zhuǎn)移GD＆T到加工特征的自動(dòng)提取。該方法側(cè)重于在設(shè)計(jì)和制造階段如何使用一部分的尺寸時(shí)為有效模式。因此，構(gòu)建出強(qiáng)勁的適合CAD和CAPP系統(tǒng)的GD＆T模型，是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的任務(wù)。對(duì)于一個(gè)以商業(yè)功能為基礎(chǔ)的系統(tǒng)（如Pro / Engineer），一旦一個(gè)組件的造型過(guò)程已經(jīng)完成，則一個(gè)GD＆T模型即被構(gòu)建。為了創(chuàng)建所使用的CAD模型，其目標(biāo)就是去捕獲和轉(zhuǎn)換一個(gè)過(guò)程規(guī)劃體系所需要的幾何和非幾何信息并實(shí)現(xiàn)CAD / CAPP無(wú)縫集成的過(guò)程。
為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)過(guò)程規(guī)劃模型的完整代表， GD＆T所需要一個(gè)組件需保持完整，并根據(jù)加工特點(diǎn)的要求被完整和正確的表示。本文中提出的工作是處理從基于保持一個(gè)基于特征加工的完整性和一致性過(guò)程的GD＆T模型的提取/轉(zhuǎn)換。
在第2節(jié)中通過(guò)功能轉(zhuǎn)換模塊和STEP文件界面介紹了建議的基于特征CAD / CAPP集成系統(tǒng)的框架。在第3節(jié)中，我們討論了關(guān)于功能相互作用所導(dǎo)致的功能信息的改建以及不改變它們數(shù)據(jù)庫(kù)等難以解決的問(wèn)題。加工功能可以通過(guò)從設(shè)計(jì)模型的功能信息中提取和轉(zhuǎn)換來(lái)生成。在第4節(jié)中，我們介紹為功能GD＆T的提取和轉(zhuǎn)換所開(kāi)發(fā)的算法。在第5節(jié)中，使用一個(gè)詳細(xì)的組件的例子來(lái)展示幾何尺寸轉(zhuǎn)換的結(jié)果。在最后一節(jié)，給予本文的結(jié)論。
2基于CAD/ CAPP集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征
組件模型是在基于一系列如突起，槽，孔等的設(shè)計(jì)特點(diǎn)的環(huán)境下被構(gòu)建的。諸如對(duì)CAD模型的過(guò)程規(guī)劃有著不同看法的后續(xù)應(yīng)用，它采用了符合加工操作的一系列加工功能。為實(shí)現(xiàn)CAD / CAPP / CAM系統(tǒng)的完整性，代表加工特征的功能幾何的提取和轉(zhuǎn)換以及非幾何信息加工功能被提出。通過(guò)功能轉(zhuǎn)換方法得到的集成系統(tǒng)的框架如圖2.1所示。在這個(gè)方法中，用基于特征的CAD / CAM軟件即Pro / Engineer，來(lái)創(chuàng)建一個(gè)組件特征模型。通過(guò)該功能轉(zhuǎn)換模塊和STEP文件接口，可以創(chuàng)建相應(yīng)的過(guò)程規(guī)劃模型組件，以測(cè)試并驗(yàn)證轉(zhuǎn)換的加工特征，這將在〔18〕中予以討論。
在功能轉(zhuǎn)換模塊中，為加工轉(zhuǎn)換特征屬性形成功能映射以開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)換CAD數(shù)據(jù)庫(kù)中的幾何信息到用于創(chuàng)建一個(gè)完整的和正確的代表著有意義“形狀”的加工過(guò)程和GD＆T的映射。
圖2.1 綜合功能為基礎(chǔ)的CAD / CAM系統(tǒng)框架
3特征交互作用
在一般情況下，如果特征交互導(dǎo)致原來(lái)的功能參與要素類(lèi)或要素屬性的任何改變，那么特征交互就被認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了?；谔卣鞯脑O(shè)計(jì)系統(tǒng)，組件模型被一系列的由一個(gè)功能修改另一個(gè)的方式的設(shè)計(jì)特點(diǎn)建立起來(lái)。圖3.1顯示了一個(gè)涉及到盲槽1和盲槽2特征的功能交互組件的建模過(guò)程，。當(dāng)相互作用發(fā)生時(shí)，之前使用的盲槽1和盲槽2功能隨著特征尺寸和幾何元素的可能改建轉(zhuǎn)變成插槽3和盲槽4功能。
圖3.1 兩個(gè)盲槽之間互動(dòng)功能的例子，隨著不同的屬性或幾何形狀生產(chǎn)一個(gè)插槽和盲槽
特征交互組件模型有著廣泛的影響，因?yàn)樗鼈儾粌H改變了預(yù)定義的功能幾何形狀也改變它們的屬性。問(wèn)題是這些產(chǎn)品在組件數(shù)據(jù)庫(kù)中是不可替代的，從而導(dǎo)致后續(xù)工藝規(guī)劃的困難。在圖3.2中，由于臺(tái)階功能的相互作用，以前使用的袖珍功能的幾何形狀和尺寸發(fā)生了變化。圖3.2b中，袖珍功能的深度尺寸被改為h1，代替原來(lái)的維度h，并將在圖3.2c中的袖珍功能改變?yōu)槊げ酃δ?，新成立的邊緣層面功能也由以前維度a變?yōu)閍1。然而，組件數(shù)據(jù)庫(kù)只記錄原始功能，并不包含模擬結(jié)果。按照?qǐng)D3.2中的例子，我們可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得圖3.2b和圖3.2c中兩個(gè)模型的原始袖珍功能尺寸h和a。
圖3.2 由袖珍功能和臺(tái)階功能的相互作用引起的特征類(lèi)型和尺寸的不一致
為了維護(hù)功能模型的完整性，這里有必要由加工特征基礎(chǔ)處理規(guī)劃系統(tǒng)開(kāi)發(fā)一個(gè)強(qiáng)大的特征提取/轉(zhuǎn)換算法來(lái)檢測(cè)不一致的功能描述，并將其轉(zhuǎn)換成所需要的正確描述。關(guān)于幾何方面的設(shè)計(jì)特點(diǎn)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換算法的加工特征將在[17]中予以介紹，在這里為了正確地表示轉(zhuǎn)換后的加工特征，我們將重點(diǎn)放在GD＆T的提取/轉(zhuǎn)換上。
4提取幾何尺寸和公差的特征
4.1幾何尺寸特征的提取
在基于CAD特征的系統(tǒng)里，數(shù)據(jù)庫(kù)中組件和特性的幾何尺寸的描述包含了下列項(xiàng)目：
1. 尺寸值和公差。
2. 如線性尺寸，角度尺寸和直徑尺寸的維度類(lèi)型。
3. 維度的邊界元素：一個(gè)面、軸和一個(gè)邊緣。例如，維度d4（如圖4.1所示）的邊界元素是面f1和邊緣e1，同時(shí)維度d5是面f2和邊緣e2的邊界元素。
圖4.1 特征交互和尺寸邊界元素
除了上面列出的項(xiàng)目1和2，工藝規(guī)劃系統(tǒng)根據(jù)CAD模型有不同的尺寸邊界表示，該模型需要用加工操作的一個(gè)有意義的幾何元素尺寸來(lái)描述，如一個(gè)面或一個(gè)軸元素，但不用邊界元素。由于是由兩個(gè)面元素形成的一個(gè)邊緣，它是加工流程建模使用的某種模糊的方式。例如，在圖4.1中的維度“d”是描述的長(zhǎng)度|d|以及e1，e2的兩個(gè)邊元素。加工過(guò)程建模的要求，應(yīng)該是用面f5和面f8的邊界元素描述的。
由于設(shè)計(jì)特點(diǎn)和加工特點(diǎn)之間不同的維度描述，有必要區(qū)分和改造過(guò)程建模的CAD模型相對(duì)應(yīng)的面元素中的維度邊界元素的邊緣。該算法是以GD＆T映射模塊中的一個(gè)模塊作為以下步驟實(shí)現(xiàn)的。
第1步：搜索組件上的每個(gè)維度dim(i)，讓i=1，2，…，N_GD，N_GD組件幾何尺寸的總數(shù)。
第2步：讓i = 1，提取維度dim(i)的值，類(lèi)型和邊界元素標(biāo)識(shí)id1，id2。
第3步：檢查維度dim(i)的邊界元素。如果一個(gè)邊界元素不是一個(gè)真正的元素，那么在功能操作后維度的邊界就不再存在。這意味著維度的邊界被改變。在這種情況下，一個(gè)處理互動(dòng)功能的額外算法是需要的，這將在下一節(jié)予以討論。如果這兩個(gè)邊界元素都是真實(shí)的，那么維度的邊界類(lèi)型就能直接確定。
第4步：如果一個(gè)維度的邊界元素是邊e0，另一個(gè)面是f0，那么面f1和f2的其中一個(gè)形成的邊e0必須得以確定（轉(zhuǎn)到第5步），并使之作為加工特征的三維邊界元素。如果維度的兩個(gè)邊界元素是邊e1和e2，就轉(zhuǎn)到第6步把兩個(gè)邊都轉(zhuǎn)換成兩個(gè)面，作為作為維度的兩個(gè)邊界元素。如果維度dim(i)的兩個(gè)邊界元素是兩個(gè)面或兩根軸，亦或一個(gè)面和一根軸，那么它們的標(biāo)識(shí)是在一個(gè)數(shù)組記錄，再轉(zhuǎn)到第7步;
第5步：比較長(zhǎng)度d01和d02的真實(shí)值，它們分別代表了面f0和f1、面f0和f2之間的距離。如果距離d01等于（維度dim(i)）的真實(shí)值，那么代替邊界識(shí)別e0的id1也伴隨著f1的鑒定，這意味著邊元素的表示已改為面元素的表示。如果距離d02等于（維度dim(i)）的真實(shí)值，那么代替邊界識(shí)別面f2中的一邊e0的id1，并轉(zhuǎn)到第7步。
第6步：比較長(zhǎng)度d11，d12，d21，d22（dij代表面f1i和面f2j之間的距離，其中i，j=1,2）尺寸的真實(shí)值，必須存在一個(gè)有維度dim(i)真實(shí)值的距離。如果d21等于(維度dim(i))的真實(shí)值，那么面f12和f21就替代尺寸d21的兩個(gè)邊界標(biāo)識(shí)，并轉(zhuǎn)到第7步。
步驟7：如果i
基準(zhǔn)數(shù)N，就結(jié)束；否則，設(shè)置i= i+1，返回到第2步。
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通過(guò)上述算法，共平面陣列存儲(chǔ)相應(yīng)的基準(zhǔn)元素以對(duì)應(yīng)真正的功能元素。算法流程圖如圖4.5所示。結(jié)合兩個(gè)階段的轉(zhuǎn)換算法，位置幾何公差可以完全轉(zhuǎn)換。
圖4.5 組件位置幾何公差基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的流程圖
5一個(gè)組件的例子
在本節(jié)中介紹一個(gè)棱柱組件幾何尺寸轉(zhuǎn)換的例子。組件模型的使用如圖5.1所示。通過(guò)功能轉(zhuǎn)換模塊形式開(kāi)發(fā)的介紹[19]，從組件工藝規(guī)劃應(yīng)用的角度來(lái)看，是槽，盲孔，孔和盲槽功能等基本特征的復(fù)合功用。功能屬性（非幾何特征），尤其是模型的幾何尺寸，需要轉(zhuǎn)換，以正確描述這些加工特點(diǎn)。在轉(zhuǎn)換算法應(yīng)用到組件模型之前，幾何尺寸被提取并在表5.1中列出。研究發(fā)現(xiàn)，一些邊界元素的尺寸是邊緣元素并且這些都需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后，所有與邊緣邊界元素相關(guān)的維度被轉(zhuǎn)換為面邊界元素的尺寸（如表5.2所示）。
圖5.1 組件幾何尺寸轉(zhuǎn)換的例子
表5.1 功能轉(zhuǎn)換前的尺寸邊界
表5.2 功能轉(zhuǎn)換后的尺寸邊界
6結(jié)論
特征技術(shù)已成為應(yīng)用于CAD/ ACPP/ CAM一體化方面重要的研究課題。由于特征的呈現(xiàn)因應(yīng)用程序的不同而不同，現(xiàn)在主要未解決的問(wèn)題是基于特征組件模型功能設(shè)計(jì)的完全解釋?zhuān)貏e是關(guān)于功能相互作用方面的問(wèn)題。根據(jù)建模過(guò)程中設(shè)計(jì)功能的調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)最終的組件模型和數(shù)據(jù)庫(kù)提供的信息之間的不一致是后續(xù)應(yīng)用要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。為了用大量的加工特征正確地表示組件模型，本文著重對(duì)非幾何特征的提取和轉(zhuǎn)換，也就是，幾何尺寸和公差（GD＆T）給予了論述，從而在過(guò)程規(guī)劃建模過(guò)程中起到了關(guān)鍵的作用。
在本文中，詳細(xì)介紹了GD＆T的功能轉(zhuǎn)換算法的開(kāi)發(fā)過(guò)程。由于設(shè)計(jì)特點(diǎn)和加工特點(diǎn)之間的不同表述，一種算法的開(kāi)發(fā)是為了維度轉(zhuǎn)換的邊界元素去識(shí)別過(guò)程建模元素。在特征交互的情況下，由于在數(shù)據(jù)庫(kù)中的功能信息不發(fā)生相應(yīng)的變化，該算法實(shí)施檢測(cè)特征尺寸是否符合特征模型并將那些虛擬尺寸轉(zhuǎn)換為能正確地描述加工功能的實(shí)際尺寸。對(duì)于形位公差轉(zhuǎn)換，主要的任務(wù)是要找到每個(gè)組件功能相應(yīng)的公差，并將設(shè)計(jì)模型中的虛擬數(shù)據(jù)元素轉(zhuǎn)換成加工應(yīng)用中能識(shí)別的元素。
結(jié)合[17]中幾何信息轉(zhuǎn)換的描述，加工特征可以生成符合工藝規(guī)劃系統(tǒng)要求的服務(wù)條款。通過(guò)STEP文件的接口，基于CAD / CAPP集成特征的功能可以實(shí)現(xiàn)[18]。基于Pro / Engineer系統(tǒng)特征可以用于建立設(shè)計(jì)模型，以及通過(guò)Pro/Develop工具在Sun SPARC20工作站寫(xiě)入C + +實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換算法。
參考文獻(xiàn)
[1] Shah JJ,Mantyla M.基于CAD/CAM的參數(shù)和特征：概念，技術(shù)和應(yīng)用.紐約：威利出版社，1995.
[2] Liu X.CFACA：基于設(shè)計(jì)和處理規(guī)劃特征的框架組件.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)32期,2000：397-408.
[3] Han J, Requicha A.CAD模型的特征識(shí)別.IEEE Comput Graphs Appl 18，1998，(2):80-94.
[4] Gindy N, Yue Y, Zhu CF.基于組件數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建/編輯功能的自動(dòng)功能驗(yàn)證.研究制品36期，1998，（9）：2479-2495.
[5] Wang H-F, Zhang Y-L，協(xié)同開(kāi)發(fā)環(huán)境下的CAD / CAM集成系統(tǒng).Robot Comput Integr Manuf 18,2002:135-145.
[6] Han J.關(guān)于特征識(shí)別3D幾何推理算法的論文.洛杉磯:美國(guó)南加州大學(xué)出版社，1996.
[7] Yang MH.通過(guò)局部約束滿(mǎn)足識(shí)別加工的功能.在IEEE國(guó)際會(huì)議上關(guān)于系統(tǒng)、人與控制論的議程，1997：12-15.
[8] Bidarra R, Kraker KJ, Bronsvoort WF.單元模型中功能信息的表征和管理.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)30期，1998，（4）：301-313.
[9] Narayan GA, Nalluri SRPR, Gurumoorthy B.基于幾何推理功能的工藝規(guī)劃.Sadhana 22,1999,(2):217–240.
[10]Lee JY, Kim K.加工功能產(chǎn)生的的另一種解讀.Int J Adv Manuf Technol 15,1999:38-48.
[11]Gao J, Zheng DT, Sun J.域在設(shè)計(jì)和制造之間數(shù)學(xué)模型的功能轉(zhuǎn)換研究.Chin J Mech Eng 8,1998:4–11.
[12]Zheng DT.對(duì)組件從設(shè)計(jì)域到制造域特征映射的研究.中國(guó)清華大學(xué)論文,1997.
[13]Chen YM,Wen CC,Ho CT.幾何特征提取的可制造性評(píng)估.Robot Comput Integr Manuf 19,2003,(4):371–385.
[14]Yan X,Yamazaki K,Liu J.NC程序加工特征識(shí)別和拓?fù)涔δ艿淖R(shí)別.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)32期，2000:605-616.
[15]Tseng Y,Joshi SB.相互作用的加工特征的多重解讀.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)26期，1994，(9)：667-688.
[16]Suh YS.一致工程環(huán)境下CAD系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換功能.紐約州特洛伊市倫斯勒理工學(xué)院論文，1995.
[17]Shah JJ,Yan Y,Zhang BC.基于尺寸及公差的建模并轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)和制造功能.J Intell Manuf 9,1998:475–488.
[18]Gao J,Zheng DT,Sun J.功能轉(zhuǎn)換與產(chǎn)品工藝信息模型代表性的研究.香港制造業(yè)自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議，1997:28-30.
[19]Gao J,Zheng DT,Gindy N.CAD/CAM一體化加工特征的提取.Int J Adv Manuf Technol,DOI:10.1007/s00170-003-1882-9.
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)翻譯
院（系）名稱(chēng)
工學(xué)院機(jī)械系
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
2012年 03 月 02 日
黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
工 學(xué)院 機(jī) 械 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) 2008 級(jí) 3 班
學(xué)號(hào) 學(xué)生 指導(dǎo)教師
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
數(shù)控工作臺(tái)三維造型設(shè)計(jì)及關(guān)鍵零部件工藝設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）
一、設(shè)計(jì)技術(shù)要求、原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）
數(shù)控工作臺(tái)是數(shù)控加工中不可缺少的重要部分，本部分是由步進(jìn)或伺服電機(jī)，在單片機(jī)或電腦的程序驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
本課題要求利用三維軟件對(duì)數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)，并選擇其中主要的零部件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，工作臺(tái)臺(tái)面寬度為320，其行程在300—350之間，負(fù)荷20kg，工作平穩(wěn)靈活。
在做本課題時(shí)，需要查閱機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)械制造工藝學(xué)等資料，結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行設(shè)計(jì)。
二、設(shè)計(jì)目標(biāo)與任務(wù)
利用三維軟件對(duì)數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并完成其裝配圖與部分零件圖造型圖，查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇。
1、文獻(xiàn)綜述一篇，不少于3000字，與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000漢字。
2、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定的任務(wù)量。
3、圖紙若干（折合后不少于A1圖紙3張，可以用計(jì)算機(jī)繪圖）。
4、包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤(pán)一張。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫(xiě)規(guī)范及有關(guān)要求，請(qǐng)查閱《黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊(cè)》。
三、時(shí)間安排
1-4 周 完成開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述及總體方案設(shè)計(jì)
5-11 周 完成總體設(shè)計(jì)、完成部分機(jī)構(gòu)的裝配圖及部分零件圖并撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)
12-13 周 修改論文、資格審查等
14 周 畢業(yè)答辯
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日
計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 2012 年 5 月 19 日
專(zhuān)業(yè)（教研室）審批意見(jiàn)：
審批人簽名：
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告表
課題名稱(chēng)
數(shù)控工作臺(tái)三維造型設(shè)計(jì)及關(guān)鍵零部件工藝設(shè)計(jì)
課題來(lái)源
教師擬訂
課題類(lèi)型
AX
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
專(zhuān) 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)
一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備
根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，在做本課題之前，查閱了與該課題相關(guān)的資料，有：機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床構(gòu)造、機(jī)械制造工藝學(xué)、CAXA制造工程師基礎(chǔ)教程與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)等一系列與設(shè)計(jì)相關(guān)的材料。
二、設(shè)計(jì)的目的與要求
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)教學(xué)中最后一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)該設(shè)計(jì)過(guò)程，可以檢驗(yàn)我對(duì)所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通的程度，同時(shí)培養(yǎng)我處理工程中實(shí)際問(wèn)題的能力，因此意義特別重大。
數(shù)控工作臺(tái)主要利用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源輸出轉(zhuǎn)矩，電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連接，最后通過(guò)滾珠螺母帶動(dòng)工作臺(tái)X向或者Y向運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)在滾動(dòng)導(dǎo)軌上滾動(dòng)。
圖1 數(shù)控工作臺(tái)的物理模型
二維數(shù)控工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)包括：1.電機(jī)底座； 2.X向步進(jìn)電機(jī)； 3.聯(lián)軸器； 4.工作臺(tái)； 5.滾珠絲杠； 6.行程開(kāi)關(guān)； 7.滾動(dòng)導(dǎo)軌； 8.X向支座； 9.Y向支座； 10.Y向步進(jìn)電機(jī)。
圖2 二維數(shù)控工作臺(tái)（X向）的結(jié)構(gòu)圖
利用CAXA制造工程師軟件先對(duì)數(shù)控工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并完成其裝配圖與部分零件圖的造型圖；再編制工作臺(tái)與滾珠絲杠的工藝規(guī)程。
三、設(shè)計(jì)的思路與預(yù)期成果
1、設(shè)計(jì)思路
先整體后局部，先抽象后具體。首先要理解數(shù)控工作臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)，弄清楚各部分工作的原理及相互之間的作用關(guān)系；其次根據(jù)所選參數(shù)并結(jié)合實(shí)際因素，運(yùn)用CAXA制造工程師軟件對(duì)各部分進(jìn)行造型設(shè)計(jì)；最后參照已有的資料和多方經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造性的對(duì)工作臺(tái)、滾珠絲杠和導(dǎo)軌進(jìn)行最佳的工藝過(guò)程安排。
2、預(yù)期的成果
（1）設(shè)計(jì)出既符合使用要求又經(jīng)濟(jì)合理的數(shù)控工作臺(tái)；
（2）完成文獻(xiàn)綜述一篇，不少與3000字，與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000字；
（3）繪制裝配圖和部分零件圖；
（4）完成內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；
（5）刻錄包含本次設(shè)計(jì)所有內(nèi)容的光盤(pán)一張。
四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排
2月17日之前完成開(kāi)題報(bào)告；
3月 2 日之前完成文獻(xiàn)翻譯；
3月13日之前完成文獻(xiàn)綜述及總體方案設(shè)計(jì)；
3月30日之前完成裝配圖和部分零件圖的繪制；
4月13日之前完成工作臺(tái)、滾珠絲杠、導(dǎo)軌的工藝設(shè)計(jì)；
4月27日之前完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
4月30日之前完成所有設(shè)計(jì)任務(wù)并修改；
5月19日畢業(yè)答辯。
五、完成設(shè)計(jì)所具備的條件因素
我已修完機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、、數(shù)控原理與系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床構(gòu)造、CAXA制造工程師基礎(chǔ)教程及畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)等課程，同時(shí)借助圖書(shū)館的相關(guān)文獻(xiàn)資料并查詢(xún)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)等資源。
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
課題來(lái)源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供
課題類(lèi)型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；B—技術(shù)開(kāi)發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報(bào)告 （2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
3
目 錄
1．任務(wù)書(shū)……………………………………………………… 1
2．開(kāi)題報(bào)告…………………………………………………… 2
3．指導(dǎo)教師評(píng)閱表…………………………………………… 4
4．主審教師評(píng)審表…………………………………………… 5
5．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評(píng)審與總成績(jī)?cè)u(píng)定表…………… 6
6．畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)…………………………………………… 7
7．文獻(xiàn)綜述……………………………………………………41
8．文獻(xiàn)翻譯……………………………………………………52
9．光盤(pán)
10．設(shè)計(jì)圖紙或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)記錄
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)綜述） 第 10 頁(yè)
數(shù)控機(jī)床的歷程和數(shù)控工作臺(tái)的設(shè)計(jì)概述
摘要
數(shù)控技術(shù)可以說(shuō)就是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)，體現(xiàn)著數(shù)控技術(shù)的數(shù)控機(jī)床和數(shù)控技術(shù)本身就理所當(dāng)然地成為制造業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。
計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心的高精度、高度柔性化及適合加工復(fù)雜零件的性能，正好滿(mǎn)足當(dāng)今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和工藝發(fā)展的需要。所以，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用是機(jī)械制造行業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志，在很大程度上決定了企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的成敗。
其中，數(shù)控工作臺(tái)采用滾珠直線導(dǎo)軌副為導(dǎo)向支承，滾珠絲杠副是運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)。具有精度高、效率高、壽命長(zhǎng)、磨損小、節(jié)能低耗、磨擦系數(shù)小、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。目前已廣泛應(yīng)用于測(cè)量、激光焊接、激光切割，涂膠、打孔，插件、小型數(shù)控機(jī)床、射線掃描、雕銑機(jī)及實(shí)用教學(xué)等場(chǎng)合。
通過(guò)這些文字的說(shuō)明，使得更加全面的了解數(shù)控工作臺(tái)，為順利的完成數(shù)控工作臺(tái)的三維造型設(shè)計(jì)及關(guān)鍵零部件的工藝設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。
關(guān)鍵詞：數(shù)控工作臺(tái)，三維造型，工藝設(shè)計(jì)
前言
數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)是20世紀(jì)機(jī)床工業(yè)的主要特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)和發(fā)展,有效地解決了高精度、復(fù)雜零件的生產(chǎn)自動(dòng)化問(wèn)題[1]。數(shù)控機(jī)床是一種裝有計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)能夠處理加工程序，控制機(jī)床自動(dòng)完成各種加工運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床能夠自動(dòng)換刀，自動(dòng)變更切削參數(shù)，完成平面、回旋面、平面曲線和空間曲面的加工，加工精度和生產(chǎn)率都比較高，因而應(yīng)用日益廣泛。在制造業(yè)中，機(jī)械工業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ)與核心。發(fā)展機(jī)械制造業(yè)是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)和發(fā)展生產(chǎn)力的一項(xiàng)關(guān)鍵性的的戰(zhàn)略措施。而21世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，其實(shí)質(zhì)就是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。
X-Y數(shù)控工作臺(tái)的設(shè)計(jì)可用于刻字設(shè)備、微型簡(jiǎn)易數(shù)控鉆/銑床的改造等，是一種多用途的機(jī)電一體化裝置。其主要功能是通過(guò)X-Y軸的聯(lián)動(dòng)，可在二維平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)或軌跡的運(yùn)動(dòng)控制。
1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程
到19世紀(jì)末、世界上已經(jīng)有了車(chē)床、轉(zhuǎn)塔車(chē)床、回輪式車(chē)床、單軸和三軸自動(dòng)車(chē)床、臥式銑床、龍門(mén)銑床、平面磨床、滾齒機(jī)、插齒機(jī)等。所以，到19世紀(jì)末.世界機(jī)床工業(yè)已具有了相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)[2]。
1903年美國(guó)萊特(W Wrlght and O Wrlgh)兄弟研制了第一架飛機(jī)。20世紀(jì)初，機(jī)床開(kāi)始采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，取代了過(guò)去的天軸傳動(dòng)。在中國(guó)，直到50年代初，不少地方都還存在有天軸傳動(dòng)的痕跡。
20世紀(jì)隨著機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，適應(yīng)汽車(chē)工業(yè)的需要、高精度、高效率、高自動(dòng)化的坐標(biāo)鍵床、磨床、齒輪機(jī)床、組合機(jī)床大量出現(xiàn)；其中，數(shù)控機(jī)床和功能復(fù)合、柔性化、系統(tǒng)集成化亦是20世紀(jì)機(jī)床工業(yè)最顯著的特征之一。
20世紀(jì)中國(guó)機(jī)床工業(yè)的迅速崛起。在數(shù)控機(jī)床方面，中國(guó)1958年開(kāi)始起步，60年代有了正式的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品。70年代，開(kāi)始研制出加工中心。80年代研制出FMC，F(xiàn)MS，而且根據(jù)中國(guó)國(guó)情，還提出了數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床并存的獨(dú)立制造島(Alone Manufacturing Island)方案。80年代后，世界上掀起了研究實(shí)施CIMS的熱潮，應(yīng)該說(shuō)，F(xiàn)MC、FMS、CIMS的基礎(chǔ)之一，就是數(shù)控機(jī)床，而實(shí)施FMC、FMS、CIMS又進(jìn)一步帶動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。
1.1數(shù)控機(jī)床的主體機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)
(1)由于采用了高性能的無(wú)級(jí)變速主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈也大大縮短。
(2)為適應(yīng)連續(xù)的自動(dòng)化加工和提高加工生產(chǎn)率，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的靜、動(dòng)態(tài)剛度和阻尼精度，以及較高的耐磨性，而且熱變形小。
(3)為減小摩擦、消除傳動(dòng)間隙和獲得更高的加工精度，更多地采用了高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)軌和消隙齒輪傳動(dòng)副等。
(4)為了改善勞動(dòng)條件，減少輔助時(shí)間，改善操作性，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，采用了刀具自動(dòng)夾緊裝置、刀庫(kù)與自動(dòng)換刀裝置及自動(dòng)排屑裝置等輔助裝置[3]。
1.2數(shù)控機(jī)床機(jī)構(gòu)的具體要求
(1)較高的機(jī)床靜、動(dòng)態(tài)剛度 數(shù)控機(jī)床是按照數(shù)控編程或手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)方式提供的指令自動(dòng)進(jìn)行加工的。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)(如機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、刀架和主軸箱等)的幾何精度與變形產(chǎn)生的定位誤差在加工過(guò)程中不能人為地調(diào)整與補(bǔ)償，因此，必須把各處機(jī)械結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生的彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以保證所要求的加工精度與表面質(zhì)量。為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的高效加工能力，并能進(jìn)行穩(wěn)定切削，在保證靜態(tài)剛度的前提下，還必須提高動(dòng)態(tài)剛度。
(2)減少機(jī)床的熱變形 在內(nèi)外熱源的影響下，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，工件與刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系遭到破壞，機(jī)床精度下降。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，因?yàn)槿考庸み^(guò)程是指令控制的，熱變形的影響就更為嚴(yán)重。
(3)減少運(yùn)動(dòng)間的摩擦和消除傳動(dòng)間隙 數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的位移量是以數(shù)控裝置脈沖當(dāng)量為最小單位的，通常又要求能以極低的速度運(yùn)動(dòng)，但速度很低就容易造成爬行無(wú)法準(zhǔn)確快速響應(yīng)。為了使工作臺(tái)能對(duì)數(shù)控裝置的指令做出準(zhǔn)確響應(yīng)，就必須采取相應(yīng)的措施響應(yīng)數(shù)控裝置的指令。數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上取決于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的精度。除了減少傳動(dòng)齒輪和滾珠絲杠的加工誤差之外，另一個(gè)重要措施是采用無(wú)間隙傳動(dòng)副。
(4)提高機(jī)床的壽命和精度保持性 為了提高機(jī)床的壽命和精度保持性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮數(shù)控機(jī)床零部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)和主軸部件等影響精度的主要零件的耐磨性。在使用過(guò)程中，應(yīng)保證數(shù)控機(jī)床各部件潤(rùn)滑良好。
(5)減少輔助時(shí)間和改善操作性能 在數(shù)控機(jī)床的單件加工中，輔助時(shí)間占有較大的比重。要進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)率，就必須最大限度地壓縮輔助時(shí)間。
2數(shù)控工作臺(tái)的運(yùn)行機(jī)理
數(shù)控機(jī)床是一種高度自動(dòng)化的機(jī)床，在加工工藝與加工表面形成方法上，與普通機(jī)床是基本相同的，最根本的不同在于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的原理與方法上。數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字化的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的，將與加工零件有關(guān)的信息——工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的尺寸參數(shù)(進(jìn)給執(zhí)行部件的進(jìn)給尺寸)，切削加工的工藝參數(shù)(主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度、切削深度等)以及各種輔助操作(主運(yùn)動(dòng)變速、刀具更換、冷卻潤(rùn)滑液?jiǎn)⑼?、工件加緊松開(kāi)等)等加工信息——用規(guī)定的文字、數(shù)字和符號(hào)組成的代碼，按一定的格式編寫(xiě)成加工程序單，將加工程序通過(guò)控制介質(zhì)輸入到數(shù)控裝置中，由數(shù)控裝置經(jīng)過(guò)分析處理后，發(fā)出各種與加工程序相對(duì)應(yīng)的信號(hào)和指令控制數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。數(shù)控機(jī)床的控制原理通過(guò)下述的數(shù)控機(jī)床的各系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)其功能[4]。
X-Y數(shù)控工作臺(tái)是生產(chǎn)或教學(xué)中應(yīng)用最為普遍的一種機(jī)電一體化產(chǎn)品,它包含了機(jī)械和電氣控制兩部分[5]。
機(jī)械部分中的進(jìn)給過(guò)程，如圖2.1所示，縱向底座與機(jī)床工作臺(tái)連接,由縱向運(yùn)動(dòng)滾珠絲杠、減速器及X向步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的軸系安裝在縱向底座的軸承中,螺母固定在縱溜板上,由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱溜板沿底座上的矩形導(dǎo)軌縱向運(yùn)動(dòng)[6]。由橫向運(yùn)動(dòng)滾珠絲杠、減
1-工作臺(tái)橫向部分；2-縱溜板；3-縱向滾珠絲杠螺母副；4-，9-軸承；5-減速器；6-步進(jìn)電機(jī)；
7-右聯(lián)軸器；8-剛性聯(lián)軸器；10-左聯(lián)軸器；11-刻度盤(pán)；12-縱向底座；13-手輪.
圖2.1 數(shù)控工作臺(tái)運(yùn)作機(jī)理示意圖
速器及Y向步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的橫向軸系安裝在縱溜板上的軸承中,螺母與橫溜板固連,由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫溜板沿縱溜板上的導(dǎo)軌橫向運(yùn)動(dòng)。
傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)和電磁鐵的驅(qū)動(dòng),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)須滿(mǎn)足快速急停、定位以及退刀時(shí)能快速運(yùn)行、工作時(shí)能帶動(dòng)工作臺(tái)并克服外力(如切削力、摩擦力)并以指令的速度運(yùn)行。
3數(shù)控工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)組成
3.1滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的數(shù)控工作臺(tái)的物理模型：
圖3.1 數(shù)控工作臺(tái)的物理模型
3.2數(shù)控工作臺(tái)的工作簡(jiǎn)圖：
圖3.2 數(shù)控工作臺(tái)的工作簡(jiǎn)圖
3.3數(shù)控工作臺(tái)相應(yīng)部件的連接關(guān)系[7]：
圖3.3 數(shù)控工作臺(tái)相應(yīng)部件的連接關(guān)系
根據(jù)以上的圖示分析，數(shù)控工作臺(tái)是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)支承、聯(lián)軸器、前端軸承、前端軸承座、滾珠絲杠、滾珠螺母、后端軸承、后端軸承座、導(dǎo)軌和工作臺(tái)等組成，是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。
4數(shù)控工作臺(tái)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
數(shù)控工作臺(tái)是數(shù)控設(shè)備中的重要附件之一。它的主要功能是將兩個(gè)數(shù)控工作臺(tái)組裝在一起后，構(gòu)成X-Y數(shù)控工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)坐標(biāo)的定位和聯(lián)動(dòng)。數(shù)控工作臺(tái)兩側(cè)的結(jié)合面位置及工作臺(tái)行程均可根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行特殊的定制。數(shù)控工作臺(tái)工作行程一般以被加工零件的切削長(zhǎng)度和刀盤(pán)的直徑大小來(lái)確定。行程S=L+D+備量，L為工件切削長(zhǎng)度，D為刀盤(pán)直徑。二維工作臺(tái)的組成原則是上層工作臺(tái)行程一定要≤下層工作臺(tái)行程。
其中，數(shù)控銑床的工作臺(tái)，不僅要平整還要與主軸刀具保持垂直。即使把工件磨得很光滑平整、主軸及刀具的垂直度精度很高，也會(huì)存在著裝配誤差以及由于地基不平所帶來(lái)的誤差。因此，工作臺(tái)的加工方式可采用“自干自”的加工方法。
數(shù)控工作臺(tái)的型號(hào)的表示方法如圖4.1所示：
圖4.1 數(shù)控工作臺(tái)的型號(hào)的表示方法
4.1導(dǎo)軌
導(dǎo)軌采用直線導(dǎo)軌[8]。其優(yōu)點(diǎn)有：（1）噪音低，音質(zhì)好；（2）卓越的高速性，壽命長(zhǎng)；（3）長(zhǎng)期無(wú)需維修保養(yǎng)；（4）運(yùn)動(dòng)平滑穩(wěn)定，磨擦阻力小。
4.2進(jìn)給機(jī)械系統(tǒng)
進(jìn)給機(jī)械系統(tǒng)均采用滾珠絲杠和滾動(dòng)導(dǎo)軌副。其優(yōu)點(diǎn)：（1）傳動(dòng)效率高；（2）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；（3）高精度；（4）高耐用性；（5）同步性好；（6）高可靠性；（7）無(wú)背隙與預(yù)緊。
4.3驅(qū)動(dòng)方式
采用交流伺服同步電機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)有：（1）無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)的要求低；（2）定子繞組散熱比較方便；（3）慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性；（4）適應(yīng)于高速大力矩的工作狀態(tài)；（5）同功率下有較小的體積和重量。
4.4直線導(dǎo)軌
有兩條直線導(dǎo)軌安裝在底板上，在導(dǎo)軌上安裝有兩個(gè)導(dǎo)軌副，它支撐著整個(gè)工作臺(tái)的重量，但絲杠本身幾乎不承載重量。
4.5滾珠絲杠
滾珠絲杠的型號(hào)規(guī)格如圖4.2所示：
圖4.2 滾珠絲杠的型號(hào)規(guī)格
4.6電機(jī)的選定
驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mta(Mta＝Fa×Ph0/(2000×π×η))與由預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩Mte(Mte＝Fa0×Ph0×Kp/(2000×π×η))在電機(jī)選型時(shí)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治?在精確設(shè)計(jì)中還要考慮各方面的轉(zhuǎn)矩，如：加速度時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩及馬達(dá)所負(fù)荷的總慣性矩等。
平均速度時(shí)最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mt1為：Mt1＝Mta＋Mte。
電機(jī)的選定，一般來(lái)說(shuō)以平均速度時(shí)的Mt1在電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的30%以?xún)?nèi)情況下使用，則電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為M＝Mt1/0.3。
查交流伺服電機(jī)性能表，選取符合規(guī)格的電機(jī)型號(hào)。
4.7校驗(yàn)及其他
（1） 絲杠理論容許軸向載荷Fk Fk＝fFk×(d2)4/(LK)2×104
（2） 絲杠工作容許軸向載荷Fkzul Fkzul＝Fk/2
（3） 臨界轉(zhuǎn)速nk nk＝fnk×d2/Ln2×107
（4） 允許工作轉(zhuǎn)速nkper nkper≤0.8×nk
數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的聯(lián)接結(jié)構(gòu)采用電機(jī)與滾珠絲杠直接相聯(lián)的方式，就需要借助聯(lián)軸器讓它們相聯(lián)。聯(lián)軸器是用來(lái)將原動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳遞給從動(dòng)機(jī)的裝置。
5數(shù)控工作臺(tái)的應(yīng)用
雙坐標(biāo)X-Y數(shù)控工作臺(tái)可廣泛應(yīng)用于測(cè)量、激光焊接、激光切割，涂膠、插件、射線掃描、機(jī)械手、搬運(yùn)、機(jī)床改造、專(zhuān)機(jī)制造及實(shí)用教學(xué)等領(lǐng)域。可根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要選擇步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)；并且在特殊需要的情況下，還可以安裝防塵、電器限位等裝置。
6數(shù)控工作臺(tái)的日常維護(hù)
通過(guò)對(duì)機(jī)械狀態(tài)測(cè)試、數(shù)據(jù)分析與故障診斷，可以確定機(jī)械的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)及所需的各種參數(shù)以及確定機(jī)械的故障形式和故障部位，直至檢測(cè)出發(fā)生故障的零部件或元器件，從而可以對(duì)有故障的機(jī)械進(jìn)行快速監(jiān)測(cè)和維修[9]。
故障診斷就其診斷內(nèi)容來(lái)說(shuō)極為廣泛，包含有命令，運(yùn)行參數(shù)，軸的運(yùn)行失調(diào)等。故障診斷模塊的主要功能是當(dāng)主機(jī)向運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送命令出錯(cuò)時(shí)，顯示出錯(cuò)的原因，根據(jù)出錯(cuò)的原因，排除故障使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。
7中國(guó)數(shù)控機(jī)床的未來(lái)之路
(1)提高技術(shù)開(kāi)發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力,鼓勵(lì)產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合,理順研發(fā)機(jī)制[10]。數(shù)控機(jī)床要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,首先必須擁有較強(qiáng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力,要具備快速反應(yīng)市場(chǎng)需求、運(yùn)用各種先進(jìn)設(shè)備技術(shù)、及時(shí)推出新產(chǎn)品的綜合能力。只有針對(duì)中國(guó)國(guó)情并參考發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn),建立起產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系,集中產(chǎn)品研發(fā)優(yōu)勢(shì),不斷提升產(chǎn)品的技術(shù)含量,企業(yè)才能形成核心競(jìng)爭(zhēng)力,并保持技術(shù)優(yōu)勢(shì),獲得持續(xù)發(fā)展的空間。
(2)制造裝備的高水平和高效率。數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化基地的自身裝備水平應(yīng)該首先達(dá)到高質(zhì)量、高效率,這也是與一般機(jī)床制造企業(yè)的最大區(qū)別之一。
(3)發(fā)展功能部件,打造現(xiàn)代化機(jī)床。數(shù)控功能部件是指數(shù)控系統(tǒng)、主軸單元、數(shù)控刀架和轉(zhuǎn)臺(tái)、滾珠絲杠副和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、刀庫(kù)和機(jī)械手、高速防護(hù)裝置等。功能部件技術(shù)水平及社會(huì)整體配套水平直接決定和影響著數(shù)控機(jī)床的整機(jī)水平和性能。
(4)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,提升產(chǎn)業(yè)水平。首先,我國(guó)數(shù)控機(jī)床制造要在規(guī)模生產(chǎn)上取得突破,形成以產(chǎn)業(yè)鏈組成的相對(duì)穩(wěn)定的企業(yè)合作群體。其次,我國(guó)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)要以自主技術(shù)創(chuàng)新為主,通過(guò)信息技術(shù)的應(yīng)用,提高產(chǎn)品的檔次和水平,使企業(yè)擁有自己的核心技術(shù)、核心產(chǎn)品和核心人才。在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化建設(shè)中,企業(yè)要打造自己的產(chǎn)品品牌,提高企業(yè)和產(chǎn)品的信譽(yù)度,讓國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床得到廣大用戶(hù)的認(rèn)同。再次,提升企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。
我國(guó)數(shù)控機(jī)床裝備制造業(yè)只要堅(jiān)持以市場(chǎng)為導(dǎo)向、高效運(yùn)營(yíng)、人才激勵(lì)、增強(qiáng)凝聚力的發(fā)展原則,就一定能在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化中取得新的突破,也一定會(huì)使中國(guó)的數(shù)控機(jī)床裝備制造業(yè)早日跨入世界數(shù)控機(jī)床制造強(qiáng)國(guó)的行列。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊萍.數(shù)控工作臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),1996,08期，18-20.
[2] 杜君文.20世紀(jì)機(jī)床工業(yè)的輝煌[J].機(jī)械技術(shù)史，1998,00期，497-500.
[3] 易剛.數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].金屬加工(冷加工),2011，03期，49-50.
[4] 盛夏.數(shù)控機(jī)床及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2010,07期，137-138.
[5] 陳潔，X-Y數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].新技術(shù)新工藝，2009,06期，7-9.
[6] 程智勇，李曉娟.數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)初探[J].科技信息，2007,23期，109-112.
[7] 王林鴻，姜萌.數(shù)控工作臺(tái)的組成與混合模型[J].南陽(yáng)理工學(xué)報(bào)，2011，02期，34 -37.
[8] 溫開(kāi)元.數(shù)控十字工作臺(tái)設(shè)計(jì)方案[J].機(jī)械，2011,S1期，96-99.
[9] 田振亞,高東強(qiáng),郭文舉,王海波.二維數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009,02 期，179-180.
[10] 包斯文.中國(guó)數(shù)控機(jī)床裝備還需繼續(xù)創(chuàng)新[N].中國(guó)冶金報(bào)，2004-04-29.
[11] J.Westwood. Future Prospects for AUVs. A Presentation to the Maridan ‘PING’ Symposium. Copenhagen,1999,9.
[12] R.L.Wernli. AUV’S-The Maturity of the Technology. OCEANS’ 99 MTS/IEE Conference Proceedings.
[13] A.Tonge. Marlin. The UK Military UUV Programme-A Programme Overview. Proceedingsof the International UUV Conference, Newport,RI,2000,(4):31-38.