青岛工学院 毕业设计
开题报告
题 目 基于Pro/E的牛头刨床机构的运动仿真 系、中心 机电工程学院 专业年级 09级机械设计制造及其自动化 姓 名 学 号 指导教师
2012年10月8日
一、选题依据 课题来源、选题依据和背景情况；课题理论意义或应用价值 1.课题来源：指导教师自主命题 2.选题依据和背景情况： 随着经济全球化的发展，产品的市场竞争日趋激烈，客户对产品多样化和个性化的要求愈加迫切。 市场竞争的核心是产品创新，产品创新主要体现在对客户的响应速度和响应品质上。要想在市场竞争中获胜，缩短产品开发周期、快速响应市场，降低产品的生命周期成本，提高产品质量成为企业追求的目标。为了达到这样的目标,国内外采用最多的就是Pro/E技术。 Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER WildFire6.0（中文名野火6)。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了全面、集成紧密的产品开发环境。是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能的综合性MCAD软件。在CAD/CAM的应用方面，Pro/e的应用有了长足的发展，CAD/CAM技术已经被广泛应用于各种企业。在CAD/CAM系统开发方面，pro/e软件的开发水平始终引领着国际的先进水平。 牛头刨床是普通用途刨削机床，适用于平面、T型槽、燕尾槽等成型表面的刨削加工。该机床整机刚性好，工作效率高，操作方面，动作成本低等特点，适合于中小零部件的单件和批量加工，是机械加工行业配置刨削机床首选机型 一般牛头刨床工作原理是当曲柄匀速转动时， 摇杆左右摆动，使牛头刨床的刨刀沿着固定的轨迹运动，通过曲柄转动驱动刨头作往复移动。牛头刨床机构具有急回的特性，即牛头刨床工作时刨刀慢慢向前移动，完成一次工作后刨刀急速返回原来的位置。如何实现刨头在切削行程中速度平稳,，难以凭经验确定。而且机构的几何参数对切削行程刨头速度的平稳性的影响，也难以直接判断。为了确定牛头刨床的设计是否满足要求，就必须对其用Pro/E进行分析。 3. 课题理论意义及应用价值： 牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟
槽。在工业生产中有广泛的应用，而对牛头刨床的设计、传动方法是设计-样机制造-试验，不但设计周期长、成本高。 牛头刨床是刨削类机床中应用较广的一种， 主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽等。 一般牛头刨床工作原理是当曲柄匀速转动时， 摇杆左右摆动 ， 使牛头刨床的刨刀沿着固定的轨迹运动， 通过曲柄转动驱动刨头作往复移动。牛头刨床机构具有急回的特性，即牛头刨床工作时刨刀慢慢向前移动，完成一次工作后刨刀急速返回原来的位置。 如何实现刨头在切削行程中速度平稳， 难以凭经验确定。而且机构的几何参数对切削行程刨头速度的平稳性的影响，也难以直接判断。为了确定牛头刨床的设计是否满足要求， 就必须对其进行分析。仿真技术集成多种现代化科学技术手段，极大地扩展了人类的能力，随着仿真技术的发展，对于机械机构的运动学和动力学仿真分析越来越普遍。通过建立的仿真数学模型， 使用计算机、软件等， 对其在实际使用中的工况进行仿真分析，可以动态观察其运行情况， 揭示机构的运动规律和受力状态，为设计分析提供一种全新的方法 ， 可预测其整体性能，进而改进设计，提高性能。仿真技术可缩短设计周期、 降低设计成本、在机构运行前预先评估设计的作用和功效， 快速并且直观的进行优化设计。 Pro/E技术可缩短设计周期、降低设计成本、在机构运行前预先评估设计的作用和功效，快速并且直观的进行优化设计。利用Pro/E技术可以快速准确地对牛头刨床操纵稳定性能进行仿真，从而对其性能做出预测和评估，为设计和改型提供依据和参考，减少开发费用，缩短设计周期，提高产品竞争力，具有重要的现实及工程意义。 选取该课题主要是为了研究牛头刨床的动态分析，利用Pro/E技术建立牛头刨床的虚拟样机模型，能够实现对整个系统的运动分析、动力分析、载荷及应力分析等。可以动态观察其运行情况，揭示机构的运动规律和受力状态，为设计分析提供一种全新的方法，可预测其整体性能，进而改进设计。 二、文献综述 国内外研究现状、发展动态；查阅的主要文献 1.国内外研究现状、发展动态 牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。滑枕带着刨刀，作直线住复运动的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。 中小型牛头刨床的主运动大多采用曲柄摇杆机构传动，故滑枕的移动速度是不均匀的。大型牛头刨床多采用液压传动，滑枕基本上是匀速运动。滑
枕的返回行程速度大于工作行程速度。由于采用单刃刨刀加工，且在滑枕回程时不切削，牛头刨床的生产率较低。机床的主参数是最大刨削长度。牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。普通牛头刨床由滑枕带着刨刀作水平直线住复运动，刀架可在垂直面内回转一个角度，并可手动进给，工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动，常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构，用于加工成形表面，如透平叶片。移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身(卧式)或立柱(立式)上移动，适用于刨削特大型工件的局部平面。 牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。它的主要五大特点有： 1、牛头刨床的工作台能左右回转角度，工作台具有横向和升降的快速移动机构；用以刨削倾斜的平面，从而扩大了使用范围。 2、刨床的进给系统采用凸轮机构，有10级进给量。改变走刀量，也非常方便。 3、牛头刨床在走刀系统内装有过载安全机构，当由于操作不慎或者受到外力影响与切削超载时，走刀自行打滑，无损机件保证机床的正常运行。 4、滑枕和床身导轨间以及具有速度的齿轮付和主要的滑动导轨面，均有油泵打出的润滑油进行循润滑。 5、牛头刨床装有离合器及制动停车机构，所以在变换速度，启动机床及停车时，可不必切断电源，制动停车机构能使滑枕当离合器脱开时之惯性冲程量不大于10毫米。 Pro/e是美国PTC公司旗下的产品Pro/Engineer软件的简称。Pro/E是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。 Pro/e具有以下特点： 1. 全相关性 Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前
发挥其作用。 2. 基于特征的参数化造型 Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 3. 数据管理 加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 4. 装配管理 Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 5. 易于使用 菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。 综上所述，Pro/e很适用于对牛头刨床的动态仿真分析，可以使我们更好地完成这个课题。 2.主要文献： [1]周四新，和青芳著.Pro/ENGINGEER Wildfire 3.0基础设计[M].北京：电子工业出版社，2007.1 [2]秦长海，夏素民，白乔等.Pro/ENGINGEER Wildfire 3.0 中文版 范例教程[M].北京：清华大学出版社,2007.10 [3]梁玲，赵春章.中文版Pro/ENGINGEER Wildfire 4.0 实用教程[M].北京：清华大学出版社，2008.2 [4]马成习. 基于Pro /E 的牛头刨床运动机构建模及其运动仿真分析[J]. 机械设计与制造,2008。10 [5]李旭荣,郑相周. 基于ADAMS的牛头刨床工作机构虚拟样机设计与动态仿真[J]. 中国工程机械学报,2007,5(4)
[6]张洪国. 虚拟样机综述[J]. 机电产品开发与创新, 2008,5 [7]刘淑芬,刘辉. 机械领域虚拟样机技术综述[J]. 五金科技, 2009,2 [8]赵志平,李新勇. 虚拟样机技术及其应用和发展[J]. 机械研究与应用, 2006,1 [9]张晋西，郭学琴，林昌华，冯文杰. 牛头刨床工作机构虚拟样机分析，2006,9 [10] Jayapal, R.; Mendiratta, J.K. Modern Electric Power Systems (MEPS), 2010 Proceedings of the International Symposium Publication Year: 2010 , Page(s): 1 – 6 [11]Liu Yongfeng; Tian Hongsen; Liu Lianda; Ding Xiaoliang Education Technology and Computer Science (ETCS), 2010 Second International Workshop on Volume: 1 Publication Year: 2010 , Page(s): 509 - 512
三、研究内容
1．论文（设计）构想与思路；主要内容及拟解决的关键问题 （1)构想与思路： 牛头刨床是刨削类机床中应用较广的一种， 主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽等。 一般牛头刨床工作原理是当曲柄匀速转动时， 摇杆左右摆动 ， 使牛头刨床的刨刀沿着固定的轨迹运动， 通过曲柄转动驱动刨头作往复移动。牛头刨床机构具有急回的特性，即牛头刨床工作时刨刀慢慢向前移动，完成一次工作后刨刀急速返回原来的位置。 如何实现刨头在切削行程中速度平稳， 难以凭经验确定。而且机构的几何参数对切削行程刨头速度的平稳性的影响，也难以直接判断。为了确定牛头刨床的设计是否满足要求， 就必须对其进行分析。仿真技术集成多种现代化科学技术手段，极大地扩展了人类的能力，随着仿真技术的发展，对于机械机构的运动学和动力学仿真分析越来越普遍。通过建立的仿真数学模型， 使用计算机、软件等， 对其在实际使用中的工况进行仿真分析，可以动态观察其运行情况， 揭示机构的运动规律和受力状态，为设计分析提供一种全新的方法 ， 可预测其整体性能，进而改进设计，提高性能。仿真技术可缩短设计周期、 降低设计成本、在机构运行前预先评估设计的作用和功效， 快速并且直观的进行优化设计。 本课题利用Pro/E强大的三维实体造型功能对牛头刨床机构进行三维模型和运动仿真，为牛头刨机构尺寸合理设计和结构参数的优化设计提供理论的依据，并且能快速、 直观分析其性能，提高了设计效率和质量，节省了时间和成本，具有较高的实用价值。 （2）主要内容及要解决的问题： 通过实际观察及上网搜索了解牛头刨床工作装置的结构组成，各零部件的装配关系，以及如何运用Pro/E建立各零部件的实体模型，再完成装配图，最后实现其仿真运动。为设计和改型提供依据和参考，减少开发费用，缩短设计周期，提高产品竞争力。 2．拟采取的方案及可行性分析 在机械设计中，尤其是在零件的三维造型和运动仿真方面，计算机辅助设计(CAD)技术已经成为重要的设计工具。Pro/E是CAD/CAM/CAE领域的一种优秀软件，其强大的参数化造型、产品装配和运动仿真与分析等功能已经广泛应用于工业产品设计。在机械零部件的设计中，装配是非常重要的一步。传统的装配是利用多次试装配的方法来达到装配的要求，开发成本很高。基于Pro/E的机械零件虚拟装配有效地解决了这一问题。缩短了开发周期，提高了生产效率。 在现代工业生产中牛头刨床的应用非常广泛，因此设计一款优质的牛头刨床
是很具有市场价值的。虽然对Pro/e软件的学习时间不长，在使用中可能会出现一些难题，但是通过自己查阅教程和请教老师，那些问题是能够解决的。综上，经过分析方案是可行的。
四、论文（设计）进度安排 起止时间 主要内容 预期目标 学会装配方法，完成开题报告 掌握Pro/E的应用,完成零件图 建立牛头刨床机构的三维实体模型 完成运动仿真并得出正确的结果 仿真过程动画制作完成 完成毕业论文 论文评阅及修改 毕业答辩 在老师指导下修改论文 成功完成毕业答辩 2012.10.8-2012.10.22 搜集关于牛头刨床和Pro/e的相关 2012.11.26-2012.12.3 2012.12.3-2012.12.10 2012.12.10-2012.12.17 2012.12.17-2012.12.28 资料的整理以及毕业论文的撰写 资料，撰写开题报告 习典型的实例 建立 结果分析 仿真过程动画制作 2012.10.23-2012.10.29 利用Pro/E创建高级实体特征,学2012.10.29-2012.11.12 牛头刨床机构的三维实体模型的2012.11.12-2012.11.26 牛头刨床机构的运动过程仿真及
五、审核意见
指导教师意见 指导教师签字: 年 月 日 审核小组意见 审核小组成员签字： 年 月 日
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容