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1、齿轮减速器箱体的计算机辅助设计1 引言1.1 计算机辅助设计基本概念计算机辅助设计基本概念计算机辅助设计基本概念计算机辅助设计基本概念 计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称 cad。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。CAD 还包含：电气 CAD、外贸结算 CAD、加拿大元、冠状动脉性心脏病、计算机辅助诊断、服装 CAD 等含义。1.2 计算机辅助设计技术发展状况CAD(Computer Aided Drafting)诞生于 60 年代，是美国麻省理工大学提出了交互式图
2、形学的研究计划，由于当时硬件设施的昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。 70 年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。 80 年代，由于 PC 机的应用，CAD 得以迅速发展，出现了专门从事 CAD 系统开发的公司。当时 VersaCAD 是专业的 CAD 制作公司，所开发的 CAD 软件功能强大，但由于其价格昂贵，故不能普遍应用。而当时的 Autodesk 公司是一个仅有员工数人的小公司，其开发的 CAD 系统虽然功能有限，但因其可免费拷贝，故在社会得以广泛应用。同时，由于该系统的开放性。因此，该CAD 软件升级迅速。2 减速器
3、箱体的计算机辅助设计与制造2.1 减速器箱体的结构设计注意事项减速器箱体起着支持和固定轴系零件，保证轴系运转精度，良好润滑及可靠密封等重要作用，因此应具有足够的强度和刚度。设计完成的减速器上下箱体分别如图 1 和图 2 所示，箱体的整体构造见图 3。图 1 减速器上箱体图 2 减速器下箱体图 3 箱体的整体构造2.2 减速器箱体的结构设计 2.2.1 Visual Basic 概述Visual Basic（可视化 BASIC，简称 VB）是微软公司推出的一种新型的现代程序设计语言。VB 虽然以 BASIC 语言为基础，但在许多方面都做了重大的改进和突破。VB 的产生使更多的专业、非专业人员都能
4、参与到开发 Windows 应用程序的行列中，使计算机程序设计进入了新的阶段。由于它具有效率高、简单且容易掌握、功能强大的特点，能够在众多的程序设计语言中成为很流行的 Windows 应用程序的开发语言，具有下列基本特点。1.可视化的设计平台VB 的可视化的设计平台，把 Windows 界面设计的复杂性紧密的联系在一起使界面设计变为一种特别的享受。用户只需按设计的要求，非常轻松地在 VB 软件屏幕上画出各种对象，并设置对应的属性，它就会自动产生所编程序界面的设计代码。2.事件驱动的编程机制适用于用户界面的编程方式之一是事件驱动。当用户在界面上点击对象时，该对象就会产生一个事件，此时该事件所对应
5、的程序代码就会被执行，因而完成了指定的操作。3.能够充分利用系统资源动态数据交换（Dynamic Data Exchang，DDE）是 Windows 操作系统下应用程序间的一种标准通信方式。VB 支持 DDE，支持Windows 的对象的链接或嵌入技术（Object Link and Embedding，OLE） 。动态链接库（Dynamic Link Library，DLL）是 Windows 最显著的特点之一，VB 支持这项技术。在 VB 程序运行中，需要用某个函数时，Windows 就会从 DLL 中读出并运行之。例如，可以将用汇编语言、C+等编写的程序增加到 VB 所编写的程序中。2
6、.2.2 软件界面设计用 VB 软件时的进入界面设计见图 4图 4 VB 软件的设计界面2.2.3 减速器箱体的结构尺寸计算界面设计齿轮减速器箱体的各个结构部分的尺寸，我们通过 VB 软件进行编程，输入相应的数据，开始的界面如图 5。点击“设计计算”就可以得到箱体各个部分的尺寸的计算结果，见下图 6。图 5 减速器箱体设计的开始界面图 6 箱体各个部分的尺寸的计算结果界面然后点击“保存结果到 c：箱体结构尺寸” ，在计算机的 C 盘中得到计算结果，如下图 7。图 7 箱体各个结构部分的尺寸设计结果点击“设计计算” ，并点击“查看代码”就可以得到设计的程序，由于程序较多，现只写出如下部分：Ope
7、n “c:箱体设计结果.txt“ For Output As #1Print #1, “底座壁厚 DT“; DT; “mm“Print #1, “箱盖壁厚 DT1=“; DT1; “mm“Print #1, “箱座上部凸缘厚度 H0=“; 1.5 * DT; “mm“Print #1, “箱盖凸缘厚度 H1=“; 1.5 * DT1; “mm“Print #1, “箱座下部凸缘厚度（平耳座）H2=“; 2.35 * DT; “mm“Print #1, “箱座下部斜凸缘厚度（凸耳座）H3，H4=“; 1.5 * DT; “mm“; “ “; 2.6 * DT; “mm“Print #1, “箱座
8、加强筋厚度 M=“; 0.85 * DT; “mm“Print #1, “箱盖加强筋厚度 M1=“; 0.85 * DT1; “mm“Print #1, “地脚螺栓直径 D0=“; D0Q; “mm“Print #1, “地脚螺栓数目 N0=“; N0Q; “mm“Print #1, “轴承旁联结螺栓直径 D1=“; D1Q; “mm“Print #1, “箱座与箱盖联结螺栓直径 D2=“; D2; “mm“Print #1, “高速轴承盖固定螺钉直径 DG4=“; DG4; “mm“Print #1, “高速轴承盖固定螺钉数目 NG4=“; NG4; “mm“Print #1, “高速轴承座
9、凸缘端面直径 DG2=“; DG2; “mm“Print #1, “高速轴承盖固定螺钉分布圆直径 DG1=“; DG1; “mm“Print #1, “高速轴承盖固定螺钉钻孔深度 LG2=“; 1.8 * DG4; “mm“Print #1, “低速轴承盖固定螺钉直径 DD4=“; D4Q; “mm“Print #1, “低速轴承盖固定螺钉数目 ND4=“; ND4; “mm“Print #1, “低速轴承盖凸缘端面直径 DD2=“; DD2Q; “mm“Print #1, “低速轴承盖固定螺钉分布圆直径 DD1=“; DD1Q; “mm“Print #1, “低速轴承盖固定螺钉钻孔深度 LD
10、1=“; 1.8 * D4Q; “mm“Print #1, “D0 处箱座凸缘尺寸 C1,C2=“; C11Q; “mm“; “ “; C21Q; “mm“Print #1, “D1 处箱座凸缘尺寸 C1,C2=“; C12Q; “ “; C22Q; “mm“Print #1, “D2 处箱座凸缘尺寸 C1,C2=“; C13Q; “ “; C23Q; “mm“Print #1, “箱座上部及下部凸缘宽度 K0,K1,K2=“; K0; “mm“; “ “; K1; “mm“; “ “; K2; “mm“Print #1, “凸缘圆角半径 R1,R2=“; R1; “mm“; “ “; R2;
11、 “mm“Print #1, “起盖螺钉直径 D5=“; D5; “mm“Print #1, “定位销直径 D6=“; D6; “mm“Print #1, “六角油塞直径 D7=“; D7; “mm“Print #1, “视孔盖固定螺钉直径 D8=“; D8; “mm“Print #1, “底座高度 HH1=“; AQ; “mm“Print #1, “箱座深度 HH=“; 0.5 * DA + 40; “mm“Print #1, “高速轴承连接螺栓间的距离 L=“; DG2; “mm“Print #1, “低速轴承连接螺栓间的距离 L=“; DD2Q; “mm“Print #1, “轴承旁螺栓
12、凸台高度=“; AA$Print #1, “吊环螺钉直径 D9=“; D9; “mm“Close #13 齿轮减速器数控加工与仿真模块3.1 数控加工编程功能简介和数控加工编程流程数控程序的编制过程首先是对工件进行工艺分析和图形的数学处理，然后将加工所需要的数据和信息编成加工程序，将程序输入到数控装置，由数控装置控制数控机床进行加工。具体步骤：（1）数控加工工艺分析。包括机床的合理选用，加工方法与加工方案的确定，工序与工步的划分，零件的定位与安装，刀具与工具的选用，切削用量与数控加工路线的确定等。其主要内容应写入数控加工工艺文件中，作为数控机床编程的依据。（2）图形的数学处理。主要是基点和节点
13、计算、刀位点轨迹和辅助计算等。图形的数学处理是数控编程前的主要准备工作，无论对于手工编程还是自动编程都是比不可少的。（3）数控加工的编程编制。包括数控机床编程基础，数控车床、数控铣床和加工中心常用 G 指令、M 指令的格式与功用，典型零件的编程方法等。利用 Pro/NC 进行数控程序的编程流程与实际加工的逻辑思维是相似的,如下图 8 所示为利用 Pro/E 进行数控编程的流程图。零件参考模型毛坯模型（工件）制造模型操作设定NC 序列设置生成 CL 文件后置处理数控机床加工设置加工机床设置加工坐标设置加工刀具设置加工参数设置加工范围图 8 利用 Pro/E 进行数控编程的流程图3.2 齿轮减速器
14、箱座数控加工与仿真齿轮减速器零件中，最常用的为一级、二级减速器，而级别不同，零件也有所区别，但具体步骤类似，由于齿轮减速器零件较多，所以下面仅取实际调试中的几个主要零件为例介绍技术设计过程，另外由于生成的 NC 代码内容很多故只列出部分代码：箱座的数控加工与仿真过程：（1）首先在 pre/E 软件中把要加工的零件从零件库中调用出来，如图 9 所示图 9 减速器箱座的建模（2）以调用的零件作为装配工件进行一系列制造设置，如图 10 所示。图 10 减速器箱座的制造设置（3）设置完毕，便可进行初步的刀具路径的模拟如图 11 所示，初步查看工序。图 11 减速器箱座的工序加工的路径演示（4）加工路径
15、无误后便可生成 NC 序列，NC 序列如下。以备后续 VERICUT 软件进行仿真。部分 NC 序列（曲面铣削）一如下：N5 G71N10 ( / MFG0001)N15 G0 G17 G99N20 G90 G94N25 G0 G49N30 T1 M06N35 S2000 M03N40 G0 G43 Z27. H1N45 X199. Y0.N50 Z2.N55 G1 Z0. F100.N60 X188.5N65 X188.446N70 X187.848 Z-.043N75 X187.259 Z-.156N80 X186.688 Z-.34N85 X186.143 Z-.59N90 X185.6
16、32 Z-.904N95 X185.163 Z-1.277N100 X184.741 Z-1.703N105 X184.373 Z-2.177N110 X184.065 Z-2.691N115 X183.821 Z-3.239N120 X183.643 Z-3.811N125 X183.536 Z-4.401N130 X183.5 Z-5.N135 X183.495 Z-5.413N140 X183.434 Z-6.566N145 X183.3 Z-7.712N150 X183.096 Z-8.847N155 X182.82 Z-9.968（5）点击“NC 检测”即打开与之关联的 VERICUT 软件。在此界面上进行机床，控制，刀具等的一些列设置便可进行模拟仿真。如下图 12（a）和图 12（b）所示。图 12（a）图 12（b） 加工机床模拟示意图4 结论本系统的特点是：（1）友好的图形界面 本系统具有十分丰富和友好的图形界面,用户只需根据界面上图形或文字进行操作就能
