【正文】 機(jī)架建模過程 1)打開程序。因電機(jī)、軸承、等為選購件，在設(shè)計(jì)時(shí)沒有建立這些零件的三維模型，僅建立易拉罐翻新機(jī)主機(jī)上零件模型。這里采用前一種方法 , 利用 Solidworks 提供的智能配合技術(shù) (Smartmate)快速建立系統(tǒng)的裝配體模型 [13]。 Solidworks 軟件建立機(jī)械三維裝配體模型的方法有 2 種 : 一種是先建立零件 , 然后使用配合技術(shù)對各構(gòu)成零件進(jìn)行組裝建立裝配體 , 即自底向上的裝配體建模技術(shù) 。 圖 42 基于 Solidworks 虛擬樣 機(jī)設(shè)計(jì)方法 另外 , 如果需要 , 基于 Solidworks 的虛擬樣仿真軟件 (如 Matlab)連接進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真。通過虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和分析，確定最佳設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和參數(shù)機(jī)械系統(tǒng)獲得最佳的綜合性能?；蛘撸柚谄渌刂葡到y(tǒng)分析軟件，進(jìn)行機(jī)械和控制系統(tǒng)的聯(lián)合 仿真分析。 ⑤ 控制系統(tǒng)分析技術(shù)。④模型反求技術(shù)。 ③ 驅(qū)動元件建模易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 14 技術(shù)?？梢杂脵C(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的分析結(jié)果，確定進(jìn)行有限元分析所需要的外力和邊界條件。用于機(jī)械系統(tǒng)的 幾何建模，或者展現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。 IPA 與 Cosmos/motion 結(jié)合能進(jìn)行全真的裝配設(shè)計(jì) , 能實(shí)現(xiàn)三維模型的運(yùn)動分析和產(chǎn)品的功能仿真。 Photoworks 能迅速產(chǎn)生高級的渲染效果圖 , 包括豐富的材質(zhì)和紋理。Cosmos/works 將對設(shè)計(jì)進(jìn)行動力學(xué)分析和力學(xué)校核 , 它與 Solidworks 共享單一的數(shù)據(jù)庫。 Solidworks 通過 SmartTeam 技術(shù)來創(chuàng)建和維護(hù)建模過程中的數(shù)據(jù)庫 , 并通過 API 接口技術(shù)與 FEA 軟件 (cosmos/works) 、動態(tài)裝配軟件 (IPA) 、高級渲染軟件(photo/works)、運(yùn)動學(xué)分析軟件 (Cosmos/motion)和數(shù)控加工軟件 Camworks 等子系統(tǒng)進(jìn)行連接。這樣就可以實(shí)現(xiàn)完全的動態(tài)參數(shù)化設(shè)計(jì)?；谌S特征元素的建模和面向特征元素的數(shù)據(jù)修改是通過 Solidworks 來完成的 , 并且二維、三維數(shù)據(jù)全相關(guān) , 修改任何一個(gè)零件的二維尺寸 , 都會引起其三維零件圖和裝配圖的自動修改 , 甚至與其有緊密聯(lián)系的相關(guān)零件的尺寸也會變化 。在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括 Windows 風(fēng)格的拖 /放、點(diǎn) /擊、剪切 /粘貼）協(xié)同下，使用 SolidWorks ，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。使用 SolidWorks ，用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 13 質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場。SolidWorks 獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。 SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對每個(gè) 工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。 Solidworks 有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得 SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 解決方案。通過對虛擬樣機(jī)各關(guān)鍵技術(shù)的深入研究 , 必將促進(jìn)虛擬樣機(jī)技術(shù)的推廣應(yīng)用 , 增強(qiáng)我國企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)能力 [11]。如中航第一飛機(jī)研究院成功推出國內(nèi)首架飛機(jī)全機(jī)規(guī)模電子樣機(jī)， 月球表面探測機(jī)器人方案研究 ?則運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)構(gòu)造虛擬月面計(jì)算仿真環(huán)境 , 并對涉及到的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究 ,并取得了很好的成果。 在國內(nèi) , 對虛擬樣機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用研究目前一方面集中于對其技術(shù)內(nèi)涵、組成、運(yùn)行模式、體系結(jié)構(gòu)及其使能技術(shù)進(jìn)行了探討 , 以期構(gòu)建自主的虛擬樣機(jī)開發(fā)支持環(huán)境。 美國波音飛機(jī)公司波音 777 飛機(jī)的研制成功是虛擬樣機(jī)技術(shù)用的典型范例 , 其設(shè)計(jì)、裝配、性能評價(jià)及分析均是在計(jì)算機(jī)中模擬完成 , 對比以往的機(jī)研制 , 波音 777 成本降低 25%, 制造周期縮短了 50% , 而且確保了最終產(chǎn)品一次接裝成功 , 成為全球首架采用虛擬樣機(jī)技術(shù)研發(fā)及制造的飛機(jī)。運(yùn)用虛擬樣機(jī)分析技術(shù)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和分析，是一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，通過優(yōu)化分析，確定最佳的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和參數(shù)值，是機(jī)械系統(tǒng)獲得最佳的綜合性能?；蛘呖梢詰?yīng)用其他專用的控制系統(tǒng)分析軟件，進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的聯(lián)合分析。 （ 4） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析軟件和技術(shù)。 （ 3） 模擬各種各樣作用力的軟件編程技術(shù)?？梢岳脵C(jī)械系統(tǒng)和運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析結(jié)果，確定進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)有限元分析 （ FEA） 所需的外力和邊界條件。用于機(jī)械系統(tǒng)的幾何建模，或者用來展現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。為了能夠充分發(fā)揮不同分析軟件的特長，有事可能希望虛擬樣機(jī)軟件可以支持其他機(jī)械系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助工程（ MCAE）軟件，或者反過來，虛擬樣機(jī)軟件的輸入數(shù)據(jù)可以由其他的專用軟件產(chǎn)生 [10]。虛擬樣機(jī)技現(xiàn)不僅僅是一種新技術(shù)的應(yīng)用 , 而是設(shè)計(jì)思想的變革 , 將對制造業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 虛擬樣機(jī)技術(shù)是一門綜合多學(xué)科的技術(shù)。虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)將產(chǎn)品的模型定義在計(jì)算機(jī)上 , 利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù) , 使處于異地的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員也可地進(jìn)行交流 , 協(xié)同進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)。虛擬樣機(jī)可應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的全生命周期 , 并隨著產(chǎn)品生命周期的演進(jìn)而不斷豐富和完善 。強(qiáng)調(diào)在系統(tǒng)的層次上模擬產(chǎn)品的外觀、功能和在特定環(huán)境下的行為 。而虛擬樣機(jī)技術(shù)在 CAX( 如 CAD、 CAM、CAE 等 ) / DFX( 如 DFP、 DFA、 DFM、 DFT、 DFQ、 DFC、 DFS 等 ) 等技術(shù)基礎(chǔ)上 , 進(jìn)一步融合信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù) 和先進(jìn)仿真技術(shù) , 并將這些技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)全生命 周期、全系統(tǒng) , 并對它們進(jìn)行綜合管理 , 從系統(tǒng)的層面來分析復(fù)雜系統(tǒng) , 支持“ 由上至下”的復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)模式。利用虛擬樣機(jī)可代替物理樣機(jī)對產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、測試和評估 , 縮短開發(fā)周期 , 降低成本 , 改進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量 , 提高企業(yè)面 向客戶、敏捷響應(yīng)市場的能力 [9]。平行方向的軸，打的三個(gè)孔也是減輕軸重，前端的長孔是位移孔 ，長度是 220mm，中間穿有直徑 d=12mm 的細(xì)軸，腳踩踏左端踏板，進(jìn)而豎直軸帶動夾具部分升降。軸在機(jī)床上安裝的時(shí)候軸的前端與中間部分均由套筒軸向定位。 （ 6）升降裝置 由于易拉罐的翻邊過程比較簡單，且受力較小，從經(jīng)濟(jì)性、工作效率的角度考慮，我們采用腳踏式升降裝置。這樣一來，我們可以從非金屬的彈性材料中選擇，橡膠、尼龍、聚四氟乙烯都可以選用，從經(jīng)濟(jì)性角 度，本次設(shè)計(jì)選擇橡膠作為直接夾緊易拉罐的材料。為了防止薄壁零件因夾緊和旋壓變形不均勻，一般地裝夾及加工必須保證內(nèi)外圓的同軸度、端面與內(nèi)孔軸線的垂直度，以及平行度。 限位軸加工時(shí)有拔模斜度，以便與主軸配合。螺栓連接便于拆卸，以后維護(hù)起來也比較方便。由于易拉罐屬鋁質(zhì)合金材料，材質(zhì)較軟，所以模頭材料選用 40Cr 即可滿足要求，限位軸由于與主軸配合，加工精度有一定要求，材質(zhì)選用 45 鋼即可 。模頭下端面要打排氣孔，以免易拉罐罐體內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，影響翻邊效果。 （ 4）旋壓機(jī)頭 本次設(shè)計(jì)的旋壓機(jī)頭部分為鑲嵌式設(shè)計(jì)，分為兩個(gè)部分：模頭和限位軸，用螺釘連易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 8 接緊固。軸承端蓋的總寬度為 20mm。 為滿足 V 帶輪與主軸的定位要求， III 軸段左端應(yīng)稍微比帶輪與軸的連接孔的長度略短 2~5mm 以便定位，故取 III 軸長為 46mm，右端需制出一軸肩，h=(~)d =(~4)mm,此處可取 h=。 （ 3）軸 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的隔斷直徑和長度采用軸肩定位的方法來定位是最方便可靠的 [7]，定位軸肩的高度一般取為 ( )hd? ， d 為與零件相配處的軸的直徑。 圖 25 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置簡圖 表 21 各零件名稱 標(biāo)號 2 3 4 5 6 7 8 9 10 零件 電機(jī) 小帶輪 大帶輪 上端蓋 主軸 機(jī)架 軸承 下端蓋 限位軸 易拉罐翻邊機(jī)其他各零部件的參數(shù) 易拉罐翻邊機(jī)是由電機(jī) ,大 小帶輪 ,上下端蓋 ,主軸 ,機(jī)架 ,軸承 ,旋壓機(jī)頭，夾具等組成。 圖 24 易拉罐翻新機(jī)翻邊裝置的整體結(jié)構(gòu)原理圖 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 6 易拉罐翻邊機(jī)的傳動方案 在綜合考慮其結(jié)構(gòu)簡易性，使用性能要求及經(jīng)濟(jì)合理性等各方面因素，普通 V 帶傳動即可滿足本設(shè)計(jì)的要求 [5]。大致步驟為：電動機(jī) 轉(zhuǎn)動帶動帶輪，帶輪與軸采用鍵連接，帶動主軸轉(zhuǎn)動，主軸帶動旋壓成型機(jī)頭做圓周運(yùn)動，然后將用夾具夾緊的易拉罐罐身沿軸向上升到一定高度，與旋轉(zhuǎn)的機(jī)頭嚙合，易拉罐緩慢上升，機(jī)頭向下的旋壓力逐漸增大，從而得到所需翻邊。因此，對于薄壁筒，加工時(shí)可降低壓痕的厚度 [3]。 圓筒壁厚度薄時(shí)，其本身的剛度差，在翻邊輪的作用 下容易產(chǎn)生不規(guī)則變形。圖 23 為罐體翻邊的原理圖。翻邊過程中，材料所受的作用力要略低于模具翻邊，而略高于圓銷翻邊。旋壓翻邊的技術(shù)結(jié)合了模具翻邊的優(yōu)點(diǎn)（如模具和罐體間較小的相對運(yùn)動、較小的磨損和較小的翻邊寬度變化）以及圓銷翻邊的優(yōu)點(diǎn)（從點(diǎn)到線的連續(xù)工藝），還避免了上述兩 種翻邊技術(shù)的不足之處。翻邊的成形與易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 4 轉(zhuǎn)動的滾輪的曲線相反，罐體沿著翻邊滾輪徑向旋轉(zhuǎn)，翻邊滾的肩胛有阻擋環(huán)，直至形成一定的翻邊寬度，且保持罐體圓滑無棱角，圓銷翻邊對材料和罐頸的軸向邊較小，該工藝適用于多種幾何罐頸曲線的翻邊。如圖 21 所示 圖 21 模具翻邊原理圖 （ 2）圓銷翻邊 圓銷翻邊對設(shè)備和模具的技術(shù)要求比模具翻邊復(fù)雜。經(jīng)柱銷跟隨或模具成形工藝縮頸的罐，在用模具翻邊時(shí)，可能在罐頸軸向上產(chǎn)生壓痕或翻邊裂口。 目前常用的翻邊方式有以下三種： （ 1）模具翻 邊 這是最簡單、粗糙的方法，翻邊時(shí)利用模具兩端同時(shí)成形。 翻邊方式簡介 翻邊是沖壓工藝的一種。隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長，百姓生活水平的提高，以及對環(huán)保的重視，國內(nèi)易拉罐的發(fā)展利用之路會走得更好 [2]。這是由于廢鋁易拉罐在回收、儲運(yùn)、分選、預(yù)處理以及熔煉加工過程還處于粗放式生產(chǎn)階段，易拉罐作為高價(jià)值的廢鋁資源被降級使用，特別是小企業(yè)普遍采用混煉的生產(chǎn)方式，從而造成了資源效用的浪費(fèi)。 我國易拉罐再生利用在資源配置上存在問題，多數(shù)廢鋁易拉罐被作為添加料用于其它領(lǐng)域的生產(chǎn)，或作為非標(biāo)鋁錠使用。開發(fā)廢易拉罐生產(chǎn) 3004 鋁合金的項(xiàng)目，將會有很高的環(huán)境、資源和經(jīng)濟(jì)效益。 易拉罐所用材料是一種檔次較高的鋁合金，但我國技術(shù)落后，廢易拉罐全部被降級使用。因此，我國每年至少產(chǎn)生 16 萬 噸廢易拉罐，另外還有少量的進(jìn)口廢易拉罐，總量在 20 萬噸左右。括進(jìn)口的廢易拉罐）都被降低檔次使用。 國內(nèi)易拉罐回收利用現(xiàn)狀 我國是世界上廢易拉罐回收率較高的國家，同時(shí)，又是世界上廢易拉罐利用檔次較低的國家。制罐業(yè)大多數(shù)處于困境中，受相關(guān)行業(yè)影響，罐廠要投入很大一筆資金進(jìn)行大幅度技術(shù) 改造，用于降低成本，從而使總體價(jià)位降下來促進(jìn)消費(fèi)。 20 世紀(jì) 90 年代后期，國內(nèi)易拉罐業(yè)迅速發(fā)展，原來罐廠擴(kuò)容，新建廠增加，從而達(dá)到年產(chǎn) 100 億只的 生產(chǎn)能力，但由于需求量始終未能有效突破，生產(chǎn)過剩導(dǎo)致了第四次危機(jī)。第二次危機(jī)發(fā)生在 1989 年 6 月，由于眾所周知的原因，全國飲料市場一落千丈，易拉罐業(yè)陷入困境。第一次是 1988 年實(shí)行銀根緊縮的政策背景下，國內(nèi)輿論界對易拉罐生產(chǎn)和消費(fèi)是否符合國情展開激烈論戰(zhàn)。同時(shí)，也為制罐和飲料工業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。弗雷茲 )發(fā)明了易拉罐，即用罐蓋本身的材料經(jīng)加工形成一個(gè)鉚釘，外套上一拉環(huán)再鉚緊 ,配以相適應(yīng)的刻痕而成為一個(gè)完整的罐蓋。 關(guān)鍵詞 ： 鋁質(zhì)易拉罐 ； 翻邊裝置 ； 虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 易拉罐翻新機(jī)械翻邊裝置虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) II THE VIRTUAL PROTOTYPE CAN RENOVATE MECHANICAL FLANGING DEVICE DESIGN ABSTRACT Aluminum cans because the material is aluminum