基于UG软件的数控钻铣床主轴箱的创新设计方法研究

　　【摘要】通过对数控机床结构的深入研究，以小型数控机床传动为切入点，设计一种小型数控钻铣床的主轴箱，并利用UG软件CAD、CAE模块进行辅助设计，简化设计过程。本文详细演示该主轴箱的设计流程。

　　【关键词】UG;机械设计;数控铣钻床;主轴箱;受力仿真

　　随着我国科学技术的不断发展,计算机技术在工业生产中得到了广泛应用。计算机辅助设计是工业设计中的重要手段，通过相应的软件可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构，并且能够进行仿真模拟，确保在工业产品设计完成以后,符合设计要求。数控机床是数控控制机床的简称。数控机床广泛用于机械制造行业，是一种柔性的、高效能的自动化机床。

　　数控论文范例：中职数控铣床实训教学的思考和认识

　　数控机床代表了现代机床控制技术的发展方向。通过对数控机床结构的深入研究，以小型数控机床传动为切入点，运用UG软件设计了一种小型数控钻铣床的主轴箱。文章通过分析在主轴箱设计过程中，总结了使用UG软件的具体设计、建模和分析的流程与技巧，探究如何更好的在产品设计过程使用UG软件。

　　1铣钻床主轴箱设计要求

　　机床主轴箱要求为最大输出功率1.5KW，最大输出扭矩18N⋅m，主轴最高转速3000r/min，最大切削速度2000mm/min。机床的主传动系一般由动力源、变速装置及执行件，以及开停、换向和制动机构等部分组成。为了在变速范围内恒功率和恒转矩，也为了得到较大的变速范围，本设计选择了无级变速电动机加上机械分级变速装置作为主传动方案。主传动系统的传动方式采用集中传动，即主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内。这样的传动方式可以使主轴箱结构紧凑，便于实现集中操纵，安装调整方便。主轴箱结构设计流程如图所示，主要流程为主传动设计、齿轮设计、传动轴设计。通过绘制各零件图，并通过UG进行三维建模和结构分析等手段对其进行分析，直到最终定型。

　　2主传动系统的设计

　　2.1电动机选择

　　近年来，由于伺服电机制造技术和电子制造技术的发展，采用变频变速的交流伺服电动机的变速系统以其性能好、无电刷、故障少、可靠度高，在机床中应用日益受到重视，成为机床调速系统发展的主流方向。本设计的电气传动方案为交流伺服电动机搭配伺服驱动器。

　　3直齿齿轮传动的设计计算

　　选取传动比1∶2.5，齿数为22、56的齿轮组传动开展设计。(1)选择材料和处理方法，确定许用应力小齿轮：17CrNiMo6，渗透淬火，54~62HRC;大齿轮：37SiMn2MoV，表面淬火，50~55HRC。根据小齿轮齿面硬度58HRC和大齿轮齿面硬度52HRC，查得齿面接触疲劳极限应力为：σHlim1=1500MPa，σHlim2=1180MPa;查得轮齿弯曲疲劳极限应力为：σFE1=850MPa，σFE2=720MPa。

　　4轴的设计

　　4.1初选轴的最小直径

　　选取45号钢为轴的材料，调质处理。取A0=110，[τT]=24×45MPa,硬度为217~255HBW，查得[σ-1]=60MPa。电机轴与输入轴联轴器型号为LT5。输入轴最小直径dI⩾A0PIn3=110×2.8220003=12.33mm，考虑到联轴器的影响，选取dI=25mm。中间轴最小直径dⅡ⩾A0PⅡn3=110×2.638003=16.36mm，考虑到轴承的影响，选取dⅡ=30mm。主轴最小直径dⅢ⩾A0PⅢn3=110×2.352343=23.73mm,选取dⅢ=42mm。在借助UG软件对输入进行有限元分析时，按照以下流程进行：(1)建立输入轴的有限元模型，将输入轴拆分为有限个可用简单的数学模型描述的单元;(2)设定输入轴的材料属性以及载荷情况;(3)加载NXNastran求解器并进行仿真运算;(4)分析仿真结果，得出结论。

　　5主轴箱内部结构

　　在布置主轴箱轴系时，首先确定轴系在主轴箱上的位置，然后确定主轴的位置。主轴在主轴箱的位置确定后，其他各轴可以根据上面计算出来的各齿轮传动组的中心距来确定。其他标准件的建模可以通过UG附带的重用库直接调用相应的标准件，大大减少设计人员的建模工作量。

　　6结语

　　本文针对数控机床主轴箱的结构设计进行了分析，通过绘制各零件图、利用UG软件进行三维建模及结构分析等手段进行辅助设计。从上述设计过程可以看出，UG软件的确可以为设计人员提供很大的帮助，在改进设计方法的同时提高了产品的设计水平和设计质量，大大缩短了产品的研发周期，加快产品的技术创新。

　　参考文献

　　[1]冯辛安.机械制造装备设计(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2004.

　　[2]刘莹,吴宗泽.机械设计教程(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2007.

　　[3]张新义.经济型数控机床系统设计[M].北京:机械工业出版社,1994.

　　作者：李彬文，李华川