前言

　　組合機(jī)床多軸箱通常采用一根動力軸帶動多根主軸的工作方式，由于各傳動軸必須在有限的箱體空間內(nèi)得到適宜的分布位置并避免干涉，且各軸的設(shè)計(jì)又必須保證其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、強(qiáng)度和剛度，因此多軸箱設(shè)計(jì)難度大、周期長，往往成為組合機(jī)床設(shè)計(jì)的瓶頸，改變這一局面的措施是采用計(jì)算機(jī)輔助模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)是一種標(biāo)準(zhǔn)化、組合化設(shè)計(jì)，它不是面向某一具體產(chǎn)品，而是面向某一類產(chǎn)品系統(tǒng)以至有相似功能的相鄰產(chǎn)品系統(tǒng)，它不必對每種產(chǎn)品施以單獨(dú)設(shè)計(jì)，而是精心設(shè)計(jì)出多種模塊，用巧妙、靈活而多變的方式組合出多樣化的產(chǎn)品。為此，我們開發(fā)了支持模塊化設(shè)計(jì)的組合機(jī)床CAD系統(tǒng)，將CAD技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)方法用于組合機(jī)床多軸箱的設(shè)計(jì)，不僅可以縮短多軸箱的設(shè)計(jì)和制造周期，降低成本，而且有助于保證多軸箱的質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)的競爭能力。

　　1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與模塊劃分

　　目前國內(nèi)機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)正逐步由以AutoCAD為代表的二維繪圖軟件轉(zhuǎn)向以UG，Pro/E，SolidWorks為代表的三維設(shè)計(jì)軟件。組合機(jī)床多軸箱三維CAD系統(tǒng)選擇三維設(shè)計(jì)軟件Unigaphics(簡稱UG)為軟件開發(fā)平臺，采用了UG/OPENAPI接口，Visualstudio.net編譯環(huán)境，Windows2000/XP操作系統(tǒng)，利用UG快速、靈活、方便的三維參數(shù)化造型功能，保證系統(tǒng)順利進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　模塊是產(chǎn)品、自然物或其混合物中，具有特定功能的基本單元，它具有標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、互換性等特點(diǎn)。模塊化設(shè)計(jì)是在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場的需求。在進(jìn)行多軸箱模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，首先要把多軸箱劃分成若干模塊，由于多軸箱的具體結(jié)構(gòu)取決于被加工零件的具體要求，如孔的數(shù)量、形狀、分布位置以及被加工零件的數(shù)量等，因此它不屬于通用件。但通過對多軸箱的組成零件進(jìn)行分類，可以實(shí)現(xiàn)多軸箱零件的通用化，例如，多軸箱的箱體和前后蓋是按輪廓尺寸和外形分類的;主軸按照用途分類，分為鉆孔類、鏜孔類、攻絲類等;齒輪則按照模數(shù)、齒數(shù)和孔徑分類等，利用這些通用化的零件可以配置成各種不同結(jié)構(gòu)形式的多軸箱。

　　多軸箱的設(shè)計(jì)首先要采用基于裝配的特征建模法建立多軸箱的裝配模型，然后在這個(gè)模型中對零部件展開設(shè)計(jì)，多軸箱的設(shè)計(jì)主要包括多軸箱體的設(shè)計(jì)和傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而傳動系統(tǒng)是由若干主軸、傳動軸和齒輪組成的。根據(jù)多軸箱的裝配層次，將多軸箱設(shè)計(jì)模塊分為3個(gè)子模塊，如圖1所示。多軸箱設(shè)計(jì)模塊在多軸箱總體裝配模型的平臺上，通過交互界面接受用戶輸入的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

　　圖1多軸箱設(shè)計(jì)模塊

　　2 多軸箱主要模塊設(shè)計(jì)

　　2.1多軸箱體設(shè)計(jì)模塊

　　多軸箱的通用箱體分為箱體、前、后、側(cè)蓋，多軸箱基本尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，名義尺寸用相應(yīng)滑臺的滑鞍寬度表示，多軸箱體寬度和高度是根據(jù)配套滑臺的規(guī)格按規(guī)定的系列尺寸選擇，其結(jié)合面上聯(lián)接螺孔、定位銷及其位置與動力箱聯(lián)系尺寸相適應(yīng)。

　　多軸箱設(shè)計(jì)模塊包括多軸箱參數(shù)化模型，保存多軸箱全部參數(shù)的數(shù)據(jù)庫以及主控程序。

　　多軸箱箱體的規(guī)格尺寸為寬度和高度，將這兩個(gè)尺寸設(shè)置為裝配層控制參數(shù)，在設(shè)計(jì)多軸箱參數(shù)化模型的時(shí)候，多軸箱箱體、前后、側(cè)蓋之間采用UG/WAVE技術(shù)保持部件之間的相關(guān)性。首先建立多軸箱箱體的模型，然后在設(shè)計(jì)后蓋、前蓋和側(cè)蓋的時(shí)候，引用箱體的邊以及螺孔WAVE鏈接圖形，這樣在更改箱體參數(shù)的時(shí)候，其它部件也會相應(yīng)更新。

　　在設(shè)計(jì)多軸箱箱體時(shí)，要求用戶選擇多軸箱類型，多軸箱類型分為臥式和立式兩種，其區(qū)別在于前蓋的厚度，然后選擇箱體尺寸，在主控程序中，提供了所有多軸箱的箱體尺寸，避免了查表，便于選擇標(biāo)準(zhǔn)化多軸箱。將多軸箱的箱體尺寸作為查詢條件，在箱體參數(shù)數(shù)據(jù)庫中提取所有設(shè)計(jì)參數(shù)，并傳遞給圖形庫中的箱體三維模型，模型按照提供的參數(shù)更新后，用戶選擇保存，在需要的時(shí)候可以裝配到裝配件文件中，多軸箱設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

　　圖2箱體設(shè)計(jì)流程圖

　　2.2齒輪設(shè)計(jì)模塊

　　齒輪設(shè)計(jì)模塊中提供了3種齒輪設(shè)計(jì)模型，單個(gè)齒輪三維設(shè)計(jì)模型，在設(shè)計(jì)軸時(shí)建立齒輪模型和組合基本傳動模型，現(xiàn)以組合基本傳動模型為例介紹齒輪設(shè)計(jì)模塊的創(chuàng)建情況。

　　根據(jù)傳動系統(tǒng)中齒輪間不同的嚙合方式，利用系統(tǒng)的交互建模方式，建立起常用的齒輪傳動裝配模型庫。組合機(jī)床多軸箱傳動系統(tǒng)中共有三種基本傳動模型：(1)同排一帶一、一帶二和一帶三;(2)異排一帶二;(3)異排一帶三。組合機(jī)床的傳動系統(tǒng)可由上述4種基本傳動模型組合而成。

　　基本傳動模型模塊包括圖形庫、數(shù)據(jù)庫和主控程序三部分。圖形庫包括全參數(shù)化的齒輪模型，數(shù)據(jù)庫中存放所有傳動軸和主軸的坐標(biāo)，以便計(jì)算時(shí)調(diào)入，主控程序完成坐標(biāo)計(jì)算、數(shù)據(jù)訪問以及模型更新等操作。在進(jìn)行組合機(jī)床設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，首先為每根傳動軸和主軸編號，并且將已知軸坐標(biāo)存放在數(shù)據(jù)庫中;然后選擇需要的基本傳動模型，經(jīng)過計(jì)算得出未知軸坐標(biāo)并存放于數(shù)據(jù)庫，最后建立模型。

　　主控程序的主界面如圖3所示;程序流程如圖4所示

　　圖3齒輪傳動設(shè)計(jì)界面

　　圖4主控程序流程圖

　　現(xiàn)以異排一帶二傳動模型為例說明其計(jì)算過程，異排一帶二即在一根傳動軸上用兩對齒輪分別帶動兩根已知軸，如圖5所示。已知O軸、A軸的坐標(biāo)以及傳動齒輪的齒數(shù)和模數(shù)，B軸坐標(biāo)的計(jì)算過程如下

　　圖5一帶二傳動模型計(jì)算

　　異排一帶二傳動計(jì)算程序界面如圖6所示。

　　圖6一帶二傳動計(jì)算程序界面

　　3 結(jié)束語

　　本文根據(jù)組合機(jī)床多軸箱總體方案和設(shè)計(jì)要求，劃分并設(shè)計(jì)了多軸箱的功能模塊，在三維軟件UG平臺上，利用其強(qiáng)大的三維造型功能和裝配功能，建立了多軸箱模塊的三維參數(shù)化模型。采用三維設(shè)計(jì)方法取代傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)過程可視化，設(shè)計(jì)結(jié)果直觀明了，有利于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。采用模塊化設(shè)計(jì)和三維CAD系統(tǒng)可極大地提高組合機(jī)床多軸箱的設(shè)計(jì)效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命，保證產(chǎn)品開發(fā)的一次成功。

　　圖2箱體設(shè)計(jì)流程圖