前言 　　組合機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)計又必須保證其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、強度和剛度，因此多軸箱設(shè)計難度大、周期長，往往成為組合機床設(shè)計的瓶頸，改變這一局面的措施是采用計算機輔助模塊化設(shè)計。模塊化設(shè)計是一種標準化、組合化設(shè)計，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)品施以單獨設(shè)計，而是精心設(shè)計出多種模塊，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)計的組合機床CAD系統(tǒng)，將CAD技術(shù)和模塊化設(shè)計方法用于組合機床多軸箱的設(shè)計，不僅可以縮短多軸箱的設(shè)計和制造周期，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)計軟件。組合機床多軸箱三維CAD系統(tǒng)選擇三維設(shè)計軟件Unigaphics（簡稱UG）為軟件開發(fā)平臺，采用了UG/OPEN API接口，Visual studio.net編譯環(huán)境，Windows 2000/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)順利進行設(shè)計。 　　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，它具有標準化、系列化、互換性等特點。模塊化設(shè)計是在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，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。在進行多軸箱模塊化設(shè)計時，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行分類，可以實現(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，然后在這個模型中對零部件展開設(shè)計，多軸箱的設(shè)計主要包括多軸箱體的設(shè)計和傳動系統(tǒng)的設(shè)計，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)計模塊分為3個子模塊，如圖1所示。多軸箱設(shè)計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)計數(shù)據(jù)。 2 多軸箱主要模塊設(shè)計 　　2.1 多軸箱體設(shè)計模塊 　　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準規(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，將這兩個尺寸設(shè)置為裝配層控制參數(shù)，在設(shè)計多軸箱參數(shù)化模型的時候，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)計后蓋、前蓋和側(cè)蓋的時候，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)的時候，其它部件也會相應(yīng)更新。 　　在設(shè)計多軸箱箱體時，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，便于選擇標準化多軸箱。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，在需要的時候可以裝配到裝配件文件中，多軸箱設(shè)計流程如圖2所示。 　　2.2 齒輪設(shè)計模塊 　　齒輪設(shè)計模塊中提供了3種齒輪設(shè)計模型，單個齒輪三維設(shè)計模型，在設(shè)計軸時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，以便計算時調(diào)入，主控程序完成坐標計算、數(shù)據(jù)訪問以及模型更新等操作。在進行組合機床設(shè)計系統(tǒng)時，首先為每根傳動軸和主軸編號，并且將已知軸坐標存放在數(shù)據(jù)庫中;然后選擇需要的基本傳動模型，經(jīng)過計算得出未知軸坐標并存放于數(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軸的坐標以及傳動齒輪的齒數(shù)和模數(shù)，B軸坐標的計算過程如下 　　異排一帶二傳動計算程序界面如圖6所示。 3 結(jié)束語 　　本文根據(jù)組合機床多軸箱總體方案和設(shè)計要求，劃分并設(shè)計了多軸箱的功能模塊，在三維軟件UG平臺上，利用其強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)計方法取代傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法，使設(shè)計過程可視化，設(shè)計結(jié)果直觀明了，有利于提高設(shè)計質(zhì)量。采用模塊化設(shè)計和三維CAD系統(tǒng)可極大地提高組合機床多軸箱的設(shè)計效率，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。