【正文】 (三 )功能仿真 (CAE)模塊 功能仿真 (CAE)模塊主要進(jìn)行有 限元分析。主要是講事物內(nèi)在特征很難把握。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到”零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。著名的可口可樂(lè)公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結(jié)果使瓶體質(zhì)量減輕了近 20％，而其功能絲毫不受影響，僅此一項(xiàng)就取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益。 (四 )制造 (CAM)模塊 在機(jī)械行業(yè)中用到的 CAM 制造模塊中的功能是 NC Machining(數(shù)控加工 )。當(dāng)時(shí)，蘇聯(lián)從日本東芝公司引進(jìn)了一套五座標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控軟件 CAMMAX，加工出高精度、低噪聲的潛艇推進(jìn)器，從而使西方的反潛系統(tǒng)完全失效，損失慘重。在這一事件中出盡風(fēng)頭的 CAMMAX 軟件就是一種數(shù)控模塊。 (五 )數(shù)據(jù)管理 (PDM)模塊 PRO/E 的數(shù)據(jù)管理模塊就像一位保健醫(yī)生，它在計(jì)算機(jī)上對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行測(cè)試仿真，找出造成產(chǎn)品各種故障的原因，幫助你對(duì)癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。并自動(dòng)跟蹤你創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括你存貯在模型文件或庫(kù)中零件的數(shù)據(jù)。 它包括： PRO/PDM（數(shù)據(jù)管理）、 PRO/REVIEW（模型圖紙?jiān)u估）。但在實(shí)際工作中，往往需要接受別的 CAD 數(shù)據(jù)。 PRO/E 中幾何數(shù)據(jù)交換模塊有好幾個(gè)，如： PRO/CAT（ PRO/E 和 CATIA 的數(shù)據(jù)交換）、 PRO/CDT（二維工程圖接口）、 PRO/DATA FOR PDGS（ PRO/E 和福特汽車設(shè)計(jì)軟件的接口） 、 PRO/DEVELOP（ PRO/E 軟件開(kāi)發(fā)）、 PRO/DRAW（二維數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)輸入）、 PRO/INTERFACE（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式擴(kuò)充）、 PRO/INTERFACE FOR 7 STEP（ STEP/ISO10303 數(shù)據(jù)和 PRO/E 交換）、 PRO/LEGACY（線架 /曲面維護(hù)）、PRO/LIBRARYACCESS（ PRO/E 模型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)入）、 PRO/POLT（ HPGL/POSTSCRIPTA數(shù)據(jù)輸出） 下面就 Pro/ENGINEER 的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹 。這就意味著在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。 基于特征的參數(shù)化造型： Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。例 如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)工程人員來(lái)說(shuō)是很熟悉的，因而易于使用。通過(guò)給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來(lái)，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用?？梢陨筛呔鹊那鎺缀文Ｐ停⒛軌蛑苯觽魉偷綑C(jī)械設(shè)計(jì)和 /或原型制造中。 Pro/PERSPECTASKETCH 能夠使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員從圖紙、照片、透視圖或者任何其它二維圖象中快速的生成一個(gè)三維模型。 Pro/ASSEMBLY 構(gòu)造和管理大型復(fù)雜的模型，這些模型包含的零件數(shù)目不受限制。附加的功能還能使用戶很容易的創(chuàng)建一組設(shè)計(jì)，有效的支持工程數(shù)據(jù)重用（ EDU）。 Pro/FEATURE 允許產(chǎn)品設(shè)計(jì) 人員創(chuàng)建高級(jí)特征（例如高級(jí)的掃描和輪廓混合）利用簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)工具，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。 Pro/SCANTOOLS 滿足工業(yè)上使用物理模型作為新設(shè)計(jì)起點(diǎn)的需求。 Pro/SURFACE 能夠使設(shè)計(jì)人員和工程 人員直接對(duì) Pro/ENGINEER 的任一實(shí)體零件中的幾何外形和自由形式的曲面進(jìn)行有效的開(kāi)發(fā)，或者開(kāi)發(fā)整個(gè)的曲面模型。 功能仿真模塊 Pro/FEMPOST 用戶無(wú)須離開(kāi) Pro/ENGINEER 環(huán)境，就能夠顯示高級(jí)解算器計(jì)算的有限元結(jié)果，還鼓勵(lì)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)早期對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。 9 第 3 章 連桿平行度測(cè)量?jī)x的機(jī)械部分總體設(shè)計(jì) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的要求 連桿平行度測(cè)試的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對(duì)象，被測(cè)試的連桿的平行度的精度肯定會(huì)受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。 減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力 摩擦阻力主要來(lái)源與傳動(dòng)系統(tǒng)的導(dǎo)軌和絲杠。 提高傳動(dòng)的精度和剛度 因?yàn)樵谶M(jìn)給系統(tǒng)中，采用滾珠絲杠螺母和支撐結(jié)構(gòu)是決定其傳動(dòng)精度和剛度的主要部件，故必須保證它們的加工精度。 減少傳動(dòng)慣量 在滿足傳動(dòng)強(qiáng)度和剛度的要求下應(yīng)盡可能將各元件進(jìn)行合理的配置，并減少它們的慣量。其原理如圖。我設(shè)計(jì)的連桿中心孔平行度測(cè)量?jī)x的傳動(dòng)系統(tǒng)就采用了滾珠絲杠，以增加系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性及壽命。為了提高支撐的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動(dòng)軸承也是十分重要的，一般采用兩種組合方式：一種是把向心軸承和錐軸承組合使用，其支撐方案，可有以下幾種： （ 1） 一端裝止推軸承 這種安裝方式因?yàn)樗休d能力小，剛度低，所以一般用于短絲杠。 （ 3） 兩端裝止推軸承 把止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊力，這樣有助于提高剛度，但這種安裝方式對(duì)絲杠的熱伸縮較為敏感。 本設(shè)計(jì)中由于滾珠絲杠只是帶動(dòng)測(cè)頭部分往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以軸向力并不是太大，故兩端只采用球軸承支撐。固體潤(rùn)滑可用高壓潤(rùn)滑脂或鋰基潤(rùn)滑脂根據(jù)本裝置要求簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，故使用固體潤(rùn)滑，使用兩種潤(rùn)滑脂均可使用時(shí)，潤(rùn)滑脂直接加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)。有接觸式和非接觸式兩種，接觸式的 12 彈性密封圈，用耐油橡膠和尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配合的開(kāi)頭即與螺紋滾道相結(jié)合，這類密封的防塵效 果好，但有接觸壓力會(huì)使摩擦力矩加大，非接觸式密封圈用聚乙烯等塑料材料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道相反，并稍有間隙且不會(huì)增加摩擦力，但防塵效果較差。對(duì)防護(hù)罩的要求是：耐油、耐腐蝕、耐高溫和耐用。 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用非常廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)，各種裝置幾乎都離不開(kāi)齒輪傳動(dòng)，在數(shù)控傳動(dòng)裝置中，步進(jìn)電機(jī)常通過(guò)齒輪傳動(dòng)裝置傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并使電動(dòng)機(jī) 和螺旋傳動(dòng)副之間的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速得以匹配，因此齒輪傳動(dòng)是設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)械的一個(gè)重要的組成部分。當(dāng)用齒輪作為進(jìn)給裝置時(shí)，需要滿足以下技術(shù)要求： （ 1） 大齒輪折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小。 （ 3） 無(wú)間隙。 齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算 因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)步距角 ??p? t＝ 5cm 要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量 ?p? ，齒輪的傳動(dòng)比 14 21 ?????? ??tzzbp ??? 選 Z1＝ 24 Z2＝ 50 確定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式得 ? ?23222110180 ?????????????????????????bpd MJJzzJJJ??? 式中 Jd—— 折算到電動(dòng)機(jī)軸的慣性負(fù)載（ kg/cm2） J1—— 齒輪 Z1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg/cm2） J2—— 齒輪 Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg/cm2） J3—— 滾珠 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg/cm2） M—— 移動(dòng)部件的質(zhì)量（ kg） 對(duì)材料為鋼的圓柱零件傳動(dòng)慣量可按下式計(jì)算 J＝ ?10－ 3D4L D—— 圓柱零件直徑（ mm） L—— 零件長(zhǎng)度（ cm） J1＝ ?10－ 3??＝ （ kg cm2） J3＝ ?10－ 3??30＝ （ kg cm2） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 15 概述 步進(jìn)電機(jī)也叫脈沖電動(dòng)機(jī)， 是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移的電磁機(jī)械裝置，是一種輸入與輸出數(shù)字的脈沖對(duì)應(yīng)的增量驅(qū)動(dòng)元件。步進(jìn)電機(jī)具有如下特點(diǎn)： （ 1） 位移量與輸入電脈沖數(shù)具有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，步距誤差不會(huì)積累。 （ 3） 控制性能好，在一定的頻率下，能按控制脈沖的要求快速啟動(dòng)，停止或反轉(zhuǎn)。 （ 4） 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，工作可靠 ，成本低，但其控制精度受步距角控制。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型很多，按其工作原理分為反應(yīng)式、永磁式、永磁感應(yīng)式、滾切式以及若干混合式。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 如圖所示是圓周分相徑向氣隙的 3 相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，定子上有6 個(gè)磁極，每相 2 個(gè)，轉(zhuǎn)子由軟磁材料制成，上面沒(méi)有繞組，定子磁極和轉(zhuǎn)子上有很多小齒，齒數(shù)和通電循環(huán)拍數(shù)決定了電機(jī)的步距角 。同樣當(dāng) B 相斷電，而 C 相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子又在磁場(chǎng)力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)一步，使轉(zhuǎn)子 3 齒與 C相磁極對(duì)齊，由此可見(jiàn)，按ABCA 順序通電時(shí)，電機(jī)便一步步地轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)的步距角 是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度， 由此可見(jiàn) z—— 液壓夾具的設(shè)計(jì) 16 液壓夾具的液壓基本回路 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求選用定壓回路，一般用定量泵供油，供油率一般為Q=8L/min 左右。 液壓元件的選擇 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是油的壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)，壓力取決于執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。一般取 － 。 ? ? 222m a x 40 VdDQ ?? ? 本設(shè)計(jì)中 K＝ 當(dāng) p2MPa 時(shí)， d＝（ ） D ? ?? ? m i n/5045m i n/ .22m a x LmQ ????? ? 則 Qp=?=3）選擇油泵的規(guī)格 根據(jù)求得的 Pp 和 Qp 值，選擇 CB－ B 型齒輪泵。根據(jù)本設(shè)計(jì)中的流量選擇溢流閥為 YF— L108型，通徑 10mm，并采用螺紋連接，重量為 kg。 （ 5） 換向閥的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇 。其內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為 16 位，外部數(shù)據(jù)總線為 8位，是一種應(yīng)用非常廣泛的微處理器。執(zhí)行單元（ EU）負(fù)責(zé)指令的譯碼執(zhí)行，總線接口單元 BIU 負(fù)責(zé) CPU 與存儲(chǔ)器和 I/O 端口之間的數(shù)據(jù)傳輸，并產(chǎn)生訪問(wèn)存儲(chǔ)器和 I/O 端口的地址信號(hào)?？商幚?256 種不同中斷，包括硬件中斷和軟件中 斷。 8088 有 20 根地址線，可尋址 1M 空間。最小模式是在系統(tǒng)中只有 8088一個(gè)微處理器。一般協(xié)處理器常用的有數(shù)值運(yùn)算 21 協(xié)處理器 8087 和輸入 /輸出協(xié)處理器 8089。 地址 /狀態(tài)復(fù)用腳。 可屏蔽中斷輸入腳。 讀信 號(hào)，三態(tài)，輸出。輸入。 總線同期狀態(tài)信號(hào)，輸出，三態(tài)。如果將這些輸入 /輸出裝置與微機(jī)連接起來(lái)，就是 I/O 接口要研究的問(wèn)題。它的主要功能是存儲(chǔ)執(zhí)行的程序以及待處理的各種數(shù)據(jù)。而要讀取的程序則必須安排在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器的種類可分為：隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ ROM）兩大類。 ROM可分為湮沒(méi) ROM、可編程只讀存儲(chǔ)器 PROM，可寫可擦的只讀存儲(chǔ)器 EPROM，電擦除只讀存儲(chǔ)器 E2PROM. 存儲(chǔ)器芯片 CPU 的連接中考慮如下問(wèn)題： (1)主存儲(chǔ)器通常 RAM 和 ROM 應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求分配適當(dāng)?shù)娜萘坎⑦x擇適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)芯片。 (3)CPU 負(fù)載能力有限，存儲(chǔ)芯片負(fù)載也有限，在相互連接時(shí)，應(yīng)加緩沖驅(qū)動(dòng)器。 圖 42 存儲(chǔ)器連接圖 存儲(chǔ)器與 CPU 的連接重要有以下三個(gè)部分： (1)地址總線的連接。 (3)控制線的連接， 下面是 8088CPU 與存儲(chǔ)器的連接圖，在 ROM 和 RAM 之間一 般要接地址鎖存器。 并行接口芯片的選擇及外設(shè)的接口技術(shù) 當(dāng) CPU 要從外設(shè)輸入信號(hào)或輸出信號(hào)給外設(shè)，可采用程序查詢方式等許多方式，但不論哪一種方式， CPU 總要通過(guò)接口電路才能與外設(shè)連接。 現(xiàn)在常用的是 Intel 公司生產(chǎn)的 8255A 可編程并行接口芯片。 Intel8255A 是一個(gè)為 8080、 8085 和 8088 微型機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用 I/O 接口片，與它可用程序來(lái)改變功能，通用行強(qiáng)，使用靈活，通過(guò)它可直接將 CPU 總線接向外設(shè)，其引腳如圖： 24 圖 43 8255A 引腳圖 8255A 有三個(gè)輸入輸出端口 PORTA、 PORTB、 PORTC。 8255A 有三種基本工作方式： (1)方式 0—— 基本輸入輸出。 (3)方式 2—— 雙向傳送。 8255 的一些控制命令： (1)CS—— 選片信號(hào)，低電平有效，由它啟動(dòng) CPU 與 8255A 之間的通信。 (3)WR—— 寫信號(hào)，低電平有效，它控制把 CPU 的數(shù)據(jù)或命令信號(hào)寫到8255A。 8255A 及外設(shè)的接口電路設(shè)計(jì) （ 1）鍵盤接口設(shè)計(jì) 因考慮本設(shè)計(jì)中的按鍵數(shù)目較多，故采用矩陣方式與計(jì)算機(jī)連接，即將所有按鍵排成 M 行、 N 列，將行數(shù)和列數(shù)通 I/O 接口和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)線相等，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是占用的 I/O 線少，圖示是以 8088CPU 為核心的單片機(jī)的鍵盤接口 76。 按矩陣方式連接的鍵盤檢測(cè)是否有鍵按下，可