基于3D打印技术的铣齿机主轴箱模型建模研究开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

现代机械制造技术正朝着高效率，高速度，高精度，高集成和高智能方向发展，加工智能化和虚拟制造已成为现代机械制造业中最重要的组成部分和发展方向。之前如果向别人介绍某个机床，我们只会带一些图纸来进行解释或带到厂里了解，这都浪费了大量精力和时间。如今我们使用3D打印技术将机床从虚拟到实际中，并将机床缩小化以便携带。这将推进机床的推销的速度和加快机械制造业的发展。

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，采用分层加工、迭加成形的方式逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。3d打印技术可用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工，汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，和许多其他领域。常常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。

使用3d打印技术来进行建模，具有以下优点：

（1）节省材料，不用剔除边角料，提高材料利用率，通过摒弃生产线而降低了成本;

（2）能做到很高的精度和复杂程度，除了可以表现出外形曲线上的设计;

（3）不再需要传统的刀具、夹具和机床或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件;

（4）可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期;

（5）3D打印能在数小时内成形，它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃;

（6）它能打印出组装好的产品，因此它大大降低了组装成本，它甚至可以挑战大规模生产方式。

总之，3D打印技术在建模方面具有快速性，节省性，精准性和时效性。

本课题是对铣齿机的主轴箱进行建模。首先，铣齿机的主轴箱采用多级齿轮传动,通过一定的传动系统,将主轴伺服电机产生的动力经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴,传到主轴刀盘上,使主轴获得相应的转速和方向。主轴箱具有传动比固定，传动力矩大，结构紧凑，恒定功率传动等特点。课题的目的是能够使做出的铣齿机主轴箱模型正常运作。课题的重点在于铣齿机主轴箱的几何建模。但是由于我们需要将主轴箱进行缩小建模，其中有一些小零件在一定比例缩小后会影响整个主轴箱的运作。所以在做建模研究时，我们需要处理一些比例缩小后所带来的问题，比如稳定性，传动性，固定性等等。

文献[1]介绍了铣齿机主轴箱在实际工况中，容易产生振动，齿轮啮入啮出冲击、齿侧间隙、时变啮合刚度、齿轮啮合的弹性变形、安装以及制造误差等因素形成内部激励，所以展开了试验模态分析和有限模态分析的研究。

文献[2]介绍了使用MATLAB/SIMULINK仿真技术建立了主轴箱同步控制系统仿真框图,在不同的条件下对系统进行了仿真研究,仿真结果表明了采用模糊PI控制器作为同步误差补偿器,同步控制系统具有较好的鲁棒性和快速响应性,能够满足主轴箱同步控制的要求。

文献[3]介绍了铣齿机主轴箱采用双排齿轮系统传递扭矩，由于齿轮存在制造及装配误差，导致轴箱两排齿轮受力不均。根据机床主轴箱功率分流传动的特性,设计了主轴箱均载机构。介绍了均载机构的结构及工作原理，采用电液比例控制方式设计了均载机构液压系统。通过对均载机构工作时的负载力分析确定了均载机构控制策略，研究了系统的工作状况。

文献[4]介绍了3D打印技术和快速成型技术的概况，以及3D打印技术的特点和应用。

文献[5]介绍了快速成型技术的特点及应用，着重介绍了快速成型技术在国内的情况以及国内的发展，快速成型各个技术在世界上的发展状况。

文献[6]介绍了基于VERICUT软件对数控铣齿机的构建以及加工过程的仿真进行了探讨。应用该软件的ComponentTree功能建立运动学模型,使用MachineSimulation模块构建数控铣齿机仿真模型,通过AUTO-DIFF模块与设计模型进行比较并运行干涉检查,实现了铣削齿轮加工过程的仿真与分析,为实际加工齿轮提供可靠的依据。

文献[7]介绍了简易数控铣齿机的组成及工作原理、机械部分设计计算、微机数拉系统设计等内容。该数控锐齿机具有生产效率高加工质量德定和结构简单等特点。

文献[8]介绍了螺旋锥齿轮加工过程的软件设计是数控铣齿机设计成败的关键。文章研究了螺旋锥齿轮在万能铣齿机和数控铣齿机上加工时的切齿仿真原理并计算出它们每一步的切削量,提出了一种通过比较两种锐齿机上的切削量来判断软件是否正确的方法。

文献[9]是以高速立式加工中心主轴箱为研究对象,针对其结构特点,利用ANSYSWorkbench平台建立了有限元模型。分析主轴箱的实际工作情况,得到其刚度最差的工况位置,对此位置进行了铣削工况下的静力分析。对主轴箱进行模态分析,提取了前四阶固有频率及振型图。根据静动态特性分析结果对主轴箱进行了多目标多尺寸的优化设计。对优化后的主轴箱进行了静动态特性有限元分析,结果表明优化后的主轴箱静动态特性有显著提高。

文献[10]通过三维软件建立了大型数控落地镗铣床主轴箱的三维模型,采用有限元软件建立了有限元计算模型,并进行了主轴箱的静态刚强度分析,计算了主轴箱的应力和变形情况。通过模态分析,计算了主轴箱1至10阶的固有频率和振型。分析结果表明,现有主轴箱的设计模型刚、强度较好,主轴箱的第1阶固有频率较低,相邻阶次的固有频率差别较大。

文献[11]利用基于Windows操作系统的可视化集成开发环境VisualC 和Pro/E自带的2次开发工具Pro/Toolkit,对Pro/E环境下的组合机床主轴箱CAD系统进行了研究。根据组合机床主轴箱的主要特点和设计要求,利用从组合机床主轴箱设计系统的主轴箱传动方案设计模块得到的零部件主要设计参数,自动生成主轴箱箱体、传动齿轮、传动轴等主要零部件的3维实体模型并装配,并利用Pro/E自身的图形转换功能给出2维工程图,便于后续的制造加工。

文献[12]基于三维设计软件SolidWorks创建了主轴箱零件实体，实现了各零部件的虚拟装配以及主传动链的传动运动，在虚拟装配时，齿轮配合、凸轮配合等不同于标准配合，除了添加必要的配合关系外还要添加辅助草图。

文献[13]采用参数化特征建模技术建立了数控镗铣床TFK6410主轴箱三维实体图形库，目的在于建立一个多功能的并行工程环境,实现产品全相关快速变形设计。

文献[14]介绍在数控机床主轴箱的设计中,采用三维设计方法,利用Pro/E对其进行了三维实体建模及装配设计,并通过动态仿真和干涉分析,以验证设计方案的可行性。该方法提高了产品的设计质量和设计效率,为产品的结构优化设计提供了有效的途径。

文献[15]介绍车床通用性比较广,所以在机床的开发和销售都要有自己的元素,在机床的主轴箱设计上我们要掌握主传动系统设计基本方法,要知道在设计当中应该注意什么,要知道主轴箱内的结构,要知道主轴转速的计算,同时还要知道变速装置的应用。

参考文献：

[1]李津，洪荣晶，张金，陆慧慧数控铣齿机主轴箱箱体振动模态及试验分析，组合机床与自动化加工技术，2012,5,24-27.

[2]崔君君，洪荣晶，孙小敏，数控铣齿机主轴箱同步控制技术研究，组合机床与自动化加工技术，2009，10,45-49.

[3]马明，黄筱调，方成刚，铣齿机主轴箱均载机构的设计与分析，机械设计与制造，2011,4,137-138.

[4]余冬梅，方奥，张建斌，3D打印：技术与应用，金属世界，2013,6,6-11.

[5]张文毓，快速成型技术及应用，航天制造技术,2007,9,50-53.

[6]朱正祥，基于VERICUT数控铣齿机加工仿真的研究与应用，机床与液压，2008,9,118-124.

[7]明兴祖，姚齐水，简易数控铣齿机设计，湖南冶金职业技术学院学报，2004,4,283-286.

[8]曾亦愚，曾涛，切齿仿真在数控铣齿机软件设计中的应用，制造.材料，2010,2,47-48.

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[10]韩江；孟超；姚银鸽；翟华，大型数控落地镗铣床主轴箱的有限元分析，组合机床与自动化加工技术，2009,10,82-84.

[11]张秀平；王家忠；郑玉忠；李静；高月华，Pro/E环境下的组合机床主轴箱CAD系统的研究，河北农业大学学报，2010,5,98-101.

[12]杨玲玲；王小娟，基于SolidWorks的CA6140主轴箱三维建模，机械工程师，2012,11,80-82

[13]谢玲；陈剑；曹文纲，基于参数化特征建模技术建立主轴箱三维实体图形库，现代机械，1999,4,21-23.

[14]李俊超；洪荣晶；黄筱调；周尧，基于3D模型的数控机床主轴箱装配和运动仿真研究，机床与液压，2007,9,192-194.

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[20]FANQ．ComputerizedmodelingandsimulationofspiralbevelandhypoidgearsmanufacturedbyGleasonfacehobbingprocess［J］．JournalofMechanicalDesign，2005，128.

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

本课题首先进行铣齿机主轴箱型线的拟合。再利用PRO/E等三维软件进行铣齿机主轴箱的建模，然后使用3D打印机，将铣齿机主轴箱的三维设计输入，最后生成铣齿机主轴箱的模型。

需要解决的问题：

（1）铣齿机主轴箱型线的拟合

采用的方法：软件模拟。

分析步骤：

1)在方格纸上画出相应的主轴箱型线，找出关键点得坐标值。

2)在matlab软件中根据相应的点创建相应的曲线，求出与之相应曲线的方程。

要达到的预期效果：主轴箱型线的方程或相应点的坐标值。

（2）铣齿机主轴箱结构的建模

分析步骤：

采用的方法：生产实习和软件学习。

1)生产实习，了解铣齿机主轴箱的基本结构。

2)进行PRO/E软件建模方面的学习。

3)主轴箱的建模

要达到的预期效果：铣齿机主轴箱的相关模型。

（3）3D打印机的使用

采用的方法：理论实践学习。

分析步骤：

1)查阅3D打印机方面的书籍。

2)试验打印模型直至正确操作。

要达到的预期效果：3D打印机正常运作

指导教师意见：

1．对文献综述的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年月日

所在专业审查意见：

负责人：

年月日