柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及左主軸箱設計
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WOODWORKINGMACH INERY組合機床主軸箱的計算機輔助設計The spindle box CAD ofmodularmachine tool王 敏(遼寧省遼中縣遼河化工廠) 摘 要:為了快捷精確地設計組合機床主軸箱,采用了計算機輔助設計,介紹了使用BCAD軟件時的具體做法及需要綜合考慮的因素。關(guān)鍵詞:組合機床 主軸箱 CAD中圖分類號: TP391. 721 前言在組合機床的諸多零件中,主軸箱是組合機床設計過程中工作量最大的部件,因為通常主軸箱是采用一根動力軸帶動多根主軸的工作方式,各傳動軸必須在有限的標準箱體空間中找到適宜的分布位置并避免干涉,而各軸的設計又必須保證其轉(zhuǎn)速、 旋向、 強度和剛度,因此難度大、 設計周期長。在批量設計某生產(chǎn)線的組合機床主軸箱中,為提高設計質(zhì)量,縮短設計周期,我們采用計算機輔助設計組合機床主軸箱,取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。目前,我廠對主軸箱的計算機輔助設計已全面實行。幾年來,共設計鉆、 擴、 鉸、 攻絲及其復合型組合機床大型主軸箱100多臺,復雜的主軸箱主軸數(shù)量達30多根,最小軸間距24。2 軟件的使用及需要考慮的因素在主軸箱計算機輔助設計中,我們采用了遼寧大學開發(fā)的計算機輔助設計多軸箱系統(tǒng)(BoxesComputer Assistant DesignSystem,以 下 簡 稱BCAD) ,BCAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如右圖。BCAD是借助于AutoCAD開發(fā)的專業(yè)應用軟件,由上圖可以看出,它能輔助完成從組合機床主軸箱設計到繪制圖的全過程。組合機床大型標準主軸箱主要由箱體類零件、 主軸、 傳動軸、 齒輪和一些專用的附加機構(gòu)組成。這些零件的通用化程度很高,在某種程度上,可以把主軸箱的設計視為從幾類、 數(shù)千個通用件、標準件中選取模塊,進行積木式的搭配,組成各種合理的、 符合主軸轉(zhuǎn)速要求的傳動路線,使主軸獲得必要的動力。BCAD系統(tǒng)中傳動系統(tǒng)設計模塊能輔助我們方便、 快捷地設計出各種合乎傳動比要求的傳動路線,并完成齒輪與齒輪,齒輪與軸、軸套,軸承孔與軸承孔等幾何干涉的校驗,還能進行軸、 齒輪、 軸承的強度校核。使用這個模塊,即使主軸箱的主軸數(shù)量很多,也能在很短時間內(nèi)排出傳動鏈。對于主軸箱傳動系統(tǒng)不同設計方案的評價,一般認為在滿足主軸強度、 剛度、 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下,綜合考慮以下幾個因素:力求使傳動軸的齒輪數(shù)量及規(guī)格盡可能少;選擇最佳傳動比組成傳動鏈;避免主軸帶動主軸;粗加工主軸的齒輪應盡可能靠近前支承;剛性鏜削主軸上的齒輪取適當?shù)姆侄葓A直徑。對以上每個因素的單獨作用,我們都可以作出定量分析,給出明確的優(yōu)化取值范圍,但對稍微復雜的傳動系統(tǒng),以上各因素的交互作用和影響,常?；ハ嗝?3設計與研究Design and Research木工機床 2007No14盾,設計方案是它們綜合作用的結(jié)果,因此,對各種設計方案不能作定量評價。在目前計算機智能化很低的情況下,計算機及軟件本身很難處理這類帶有模糊性的問題。同樣,BCAD也不能自動生成優(yōu)化的傳動路線。3 具體做法針對上述問題,我們在實際設計中,把專家經(jīng)驗引入到計算機輔助設計過程中,使設計出的主軸箱有較優(yōu)的傳動路線,做法如下:3. 1合理安排傳動路線的設計順序針對主軸的不同位置,根據(jù)有設計經(jīng)驗的專家和有關(guān)資料提供的設計規(guī)范,合理安排傳動路線的設計順序。其原則是:先完成定軸的帶動,盡量以一根軸帶動多根據(jù)主軸。往往有幾種帶動方式可選,我們利用BCAD先快速完成幾種帶動方式的試設計,在每種帶動方式中,我們采用枚舉齒輪參數(shù)并對結(jié)果優(yōu)選的做法,即對齒輪的模數(shù)、 齒數(shù)在某一可選范圍內(nèi)逐一選用,找到最優(yōu)結(jié)果為止。優(yōu)化目標是:齒輪和軸的品種、 數(shù)量最少、 且變位齒輪數(shù)量最少。實際證明,變位齒輪數(shù)量的減少提高了主軸箱通用件數(shù)量,能降低生產(chǎn)成本,便于管理,便于主軸箱裝配和維修,而用傳統(tǒng)設計方法很難完成這種枚舉優(yōu)化設計的工作量。帶動主軸的傳動軸確定后,它也成為定軸,可以根據(jù)傳遞扭矩的大小,利用BCAD快速校核強度的功能,逐一進行傳動鏈的設計。每一步驟中,依然采用參數(shù)枚舉世聞名的設計方法。我們把設計最優(yōu)的傳動鏈歸結(jié)為:尋找到最優(yōu)的主軸帶動形式,并使傳動軸的箱體上取最佳位置,能使齒輪品種、 數(shù)量最小,變位齒輪最小。采用上面介紹的方法,我們方便地找到了最優(yōu)結(jié)果。3. 2使用第 排齒輪完成主軸傳遞盡可能使用第 排齒輪來完成主動力向各主軸的傳遞。第 排齒輪位于箱體和后蓋之間,有較大的空間,且受空間干涉的約束少,使用起來方便靈活,易于用來傳遞較大的扭矩,易于產(chǎn)生大跨度的傳動來縮短傳動鏈,減少齒輪數(shù)量。根據(jù)我公司情況,我們規(guī)定,這一排齒輪的寬度一律取32mm。取大的齒寬既提高了齒輪的強度,又便于與其他排次的齒輪的識別。3. 3考慮整體優(yōu)化設計在批量設計某一條生產(chǎn)線的組合機床主軸箱時,考慮整體優(yōu)化設計,通過適當圓整一些參數(shù),使整批主軸箱零件的品種最少。設計順序是:先設計復雜的主軸箱,其后設計難度較小的主軸相時,優(yōu)先采用已用過的零件,使一批設計出的主軸箱中的零件品種、 數(shù)量較小。3. 4制作常用模塊根據(jù)我廠實際需要,在原有軟件上進一步開發(fā),擴大使用范圍,把我公司經(jīng)常使用的一些主軸箱專門部件作成一些模塊,隨時調(diào)用到BCAD產(chǎn)生的圖形中,如主軸定位機構(gòu)等。3. 5與文字管理軟件結(jié)合使用把BCAD與一些文字管理軟件結(jié)合使用,提高設計資料的管理水平。隨著設計文件的積累,可以調(diào)用現(xiàn)存文件快速完成一些相近主軸箱的設計,還可以把一些主軸箱中標準件、 通用件的統(tǒng)計匯總這種煩瑣易錯的工作交給計算機完成。4 結(jié)束語計算機輔助設計主軸箱,成效顯著,極大提高了主軸箱設計水平和速度?？膳吭O計某一條生產(chǎn)線的組合機床主軸箱,并可實現(xiàn)系列化柴油機機體480 /485共線加工, 4102 /41054108 /4110共線加工, 495 /4100共線加工。只需要在原生產(chǎn)線上更換部分主軸箱即可,縮短了變型產(chǎn)品加工所需的生產(chǎn)準備周期,推進了我廠計算機輔助設計工作。作者:王敏 遼寧省遼中縣遼河化工廠高級工程師 郵編: 110200(收稿日期: 2007. 4. 10)33Design and Research設計與研究
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