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1、沈阳理工大学学士学位论文摘 要 车床在机械制造领域方面具有着重要不可替代的工具，而卧式车床由于适应性强，结构简单，加工范围广，价格低廉而被广泛应用于各种机械加工及维修车间，是一种较为常见的机床类型。 本篇论文主要是设计卧式车床的主轴箱体，论述了C6136床头箱可视化设计与仿真，针对如何运用可视化与仿真技术完成对C6136床头箱设计展开研究和讨论。本文参考了大量的与C6136机床相关的文献，并分析了国内外C6136机床的发展研究现状。在对C6136机床的基本原理和结构作了充分的分析和研究后，提出了C6136床头箱合理的设计方案并以 SolidWorks 软件为三维可视化设计平台，完成了对C613
2、6床头箱可视化设计的三维实体建模、装配设计及关键零部件的有限元分析。 为了更清晰的了解C6136床头箱的构造，最后运用Solidworks软件对三维总体建模进行了爆炸视图的视频制作。关键词：卧式车床；主轴箱；三维设计；有限元分析Abstract Lathe is an irreplaceable tool in machinery manufacturing areas. While the horizontal lathe, because of its adaptable, simple structure, and processing a wide range, low prices
3、and is widely used in a variety of machining and repair shop, is a more common type of machine tool. This thesis is the design of the horizontal lathe spindle box, discusses the the C6136 headstock visual design and simulation, completed C6136 headstock design study and discussion on how to use visu
4、alization and simulation technologies.The reference to the large amount of literature related to the C6136 machine, and analysis of the C6136 machine at home and abroad of Development Research. After a full analysis and research on the basic principles and structure of the C6136 machine, the C6136 h
5、eadstock design program SolidWorks software for 3D visualization platform, complete visualization of the C6136 headstock the design of 3D solid modeling, assembly design and key components of the finite element analysis. To a clearer understanding of the structure of the C6136 headstock, and finally
6、 on the overall modeling of three-dimensional exploded view of the video production using Solidworks software. Keyword: Horizontal lathe；Spindle box； Three-dimensional design； Finite Element Analysis目 录1 绪论11.1 课题研究的目的和意义：11.2国内外车床的基本简介：11.3可视化设计技术和仿真技术：41.4课题研究的主要内容：52 C6136卧式主轴箱体的总体设计方案62.1 C6136车
7、床的基本工作原理：62.1.1溜板部分的机动进给操作62.1.2操作车床进给量手柄得到各挡进给量62.1.3操作车床尾座62.2 C6136主轴箱体的主传动设计：72.3主传动的运动参数和动力参数的选择72.4 机床布局：92.5主传动运动设计：102.5.1转速图、结构网与结构式分析102.5.2转速图的拟定103 C6136床头箱的三维实体建模133.1设计软件SolidWorks简介133.2床头箱体的实体建模153.3床头箱一轴的三位实体建模173.4床头箱轴上其他零件的绘制方法：204 对C6136床头箱的装配设计254.1对床头箱一轴的装配设计：254.2装配体的静态干涉检查：28
8、4.3床头箱的总装配294.4 C6136床头箱体的爆炸视图的绘制335 C6136床头箱体关键零件的有限元分析365.1有限元简介：365.2对三轴的有限元分析366 总结与展望406.1论文总结：406.2工作展望：40参考文献41致谢42附录A43附录B52121 绪论1.1 课题研究的目的和意义：机械设备正在向高效化、精密化、智能化、集成化、数字化方向发展，对机械设备的设计质量提出了愈来愈高的要求，现代机械产品设计在新产品开发中起着头等重要的作用。随着机械领域的发展面的扩展和深入，我们在机械设计时已经不满足与只收获直观数据，而是逐步拓展到将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交
9、互处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术即可视化制图。可视化技术最早运用于计算机科学中，并形成了可视化技术的一个重要分支科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)。科学计算可视化能够把科学数据，包括测量获得的数值、图像或是计算中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前，使他们能够观察、模拟和计算。科学计算可视化自1987年提出以来，在各工程和计算机领域得到了广泛的应用和
10、发展。在机械上可使我们更感官的认识设计图形的内部结构，让我们从二维的机械制图到三维制图上有更好的应用。1.2国内外车床的基本简介：车床问世后用於加工各种轴、盘类回转体零件，在各类大小机器中，量大面广，最为得用。在机器制造业中，车床的数量最多，用途最广泛。在各类金切机床中，车床的比重最大。中国1995年金切机床拥有量498万台中，共有122万台车床，占41%；美国、日本约占22%。在先进工业国家如美国和日本，由於毛坯质量好，加工余量小，有些可直接进行磨削精加工，因此粗加工的车床数量较少，比重也相对较小，而磨床比重不断增大（如中、日、美的磨床比重分别为13%、18%、23%）。随着毛坯与工艺的改善
11、，车床比重在同一国家逐渐减小。如日本1952年时车床占40%，1963年为30%，1973年为26%，1994年减至22%。由此可见，工业生产少不了车床，而毛坯、工艺愈落后，车床数量就愈多。发达国家车床技术水平较高，车床本身有其技术和结构特点，能加工回转体的平面、内外圆、螺纹、螺孔、凸台、凹槽、曲面等，传动较简单，制造比磨床容易，所用刀具也较简单。世界车床技术发展有三大阶段手动普通车床阶段、高效自动化车床阶段和数控(NC)车床阶段。目前，车床按控制分为手动、机动、数显、程控、数控；按结构和用途分为普通车床、仪表车床、单轴/多轴自动车床、活塞车床、曲轴/凸轮轴车床、立式车床、落地卧式车床、各种专
12、用车床等。车床的品种、规格繁多，为各类机床之冠。在现今各国生产和使用中，手动、机动、数显、程控和数控并存，由於特点、功能和价格不同，使用场合不一，选用时应从技术与经济方面考虑。在发达国家，由於汽车、轴承、电机等大批量生产自动化的实现，高效自动化车床的数量多，NC车床发展快，中、高档车床比重大，总体技术水平高，因此，生产率和劳动生产率高（如美、日汽车年产量达1,000万辆以上）。在发展中国家，低档手动普通车床多，而中、高档少，总体技术水平低，生产率和劳动生产率也较低。下面介绍几种车床，如图1.1至1.3所示：图1.1C6136车床图1.2CA6140车床图1.3数控车床1.3可视化设计技术和仿真
13、技术：可视化技术：种类繁多的信息源产生的大量数据，远远超出了人脑分析解释这些数据的能力。由于缺乏大量数据的有效分析手段，大约有95%的计算被浪费，这严重阻碍了科学研究的进展。为此，美国计算机成像专业委员会提出了解决方法可视化。可视化技术作为解释大量数据最有效的手段而率先被科学与工程计算领域采用，并发展为当前热门的研究领域科学可视化。可视化把数据转换成图形，给予人们深刻与意想不到的洞察力，在很多领域使科学家的研究方式发生了根本变化。可视化技术的应用大至高速飞行模拟，小至分子结构的演示，无处不在。在互联网时代，可视化与网络技术结合使远程可视化服务成为现实，可视区域网络因此应运而生。它是SGI公司在
14、2002年3月提出的新理念。它的核心技术是可视化服务器硬件和软件。科学可视化的主要过程是建模和渲染。建模是把数据映射成物体的几何图元。渲染是把几何图元描绘成图形或图像。渲染是绘制真实感图形的主要技术。严格地说，渲染就是根据基于光学原理的光照模型计算物体可见面投影到观察者眼中的光亮度大小和色彩的组成，并把它转换成适合图形显示设备的颜色值，从而确定投影画面上每一像素的颜色和光照效果，最终生成具有真实感的图形。真实感图形是通过物体表面的颜色和明暗色调来表现的，它和物体表面的材料性质、表面向视线方向辐射的光能有关，计算复杂，计算量很大。因此工业界投入很多力量来开发渲染技术。 仿真技术：仿真技术是一门多
15、学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的 或设想的系统进行动态试验。在机械领域，利用计算机仿真有助于发现其原理为提高机械加工性能提供理论支持。如磨削方面，吉林大学的王龙山教授等提出了依赖与时间变化的描述磨削过程的各个数学模型，通过计算机模拟可以预测和估计磨削行为和磨削质量，为磨削过程优化，智能控制，虚拟磨削创造了必要前提。李国发博士等研究了变进给磨削过程磨削功率的模型，利用计算机仿真得到能够应用与史记磨削过程的最佳磨削方案。还有山东大学机械工程学院的王霖等研究了磨削温度场的计算机仿真系统，实现了对磨削温度场的预测及优化，为研究各加工参数对磨削温度场的影响提供了理论依据。铣削方面，同济大学机械工程学院的李沪曾教授等建立了多齿端铣切削过程动力学模型，卡发了切削振动仿真的微机通用软件，采用数字仿真犯法研究了平面端铣削振动的原理和条件。上海交通大学建立了电火花加工的工艺仿真系统，和连续挤压的计算机仿真模型。1.4课题研究的主要内容：1. 查阅机床的相关资料，了解机床产品的发展现状及基本原理，分析主轴箱的特点，确定总体设
