柴油機(jī)氣缸體三面鉆削組合機(jī)床總體及左主軸箱設(shè)計
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WOODWORKINGMACH INERY組合機(jī)床主軸箱的計算機(jī)輔助設(shè)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(shè)計組合機(jī)床主軸箱,采用了計算機(jī)輔助設(shè)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(jī)床 主軸箱 CAD中圖分類號: TP391. 721 前言在組合機(jī)床的諸多零件中,主軸箱是組合機(jī)床設(shè)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(biāo)準(zhǔn)箱體空間中找到適宜的分布位置并避免干涉,而各軸的設(shè)計又必須保證其轉(zhuǎn)速、 旋向、 強(qiáng)度和剛度,因此難度大、 設(shè)計周期長。在批量設(shè)計某生產(chǎn)線的組合機(jī)床主軸箱中,為提高設(shè)計質(zhì)量,縮短設(shè)計周期,我們采用計算機(jī)輔助設(shè)計組合機(jī)床主軸箱,取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。目前,我廠對主軸箱的計算機(jī)輔助設(shè)計已全面實行。幾年來,共設(shè)計鉆、 擴(kuò)、 鉸、 攻絲及其復(fù)合型組合機(jī)床大型主軸箱100多臺,復(fù)雜的主軸箱主軸數(shù)量達(dá)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(jī)輔助設(shè)計中,我們采用了遼寧大學(xué)開發(fā)的計算機(jī)輔助設(shè)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(yīng)用軟件,由上圖可以看出,它能輔助完成從組合機(jī)床主軸箱設(shè)計到繪制圖的全過程。組合機(jī)床大型標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(shè)計視為從幾類、 數(shù)千個通用件、標(biāo)準(zhǔn)件中選取模塊,進(jìn)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(shè)計模塊能輔助我們方便、 快捷地設(shè)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(jìn)行軸、 齒輪、 軸承的強(qiáng)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(shè)計方案的評價,一般認(rèn)為在滿足主軸強(qiáng)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(yīng)盡可能靠近前支承;剛性鏜削主軸上的齒輪取適當(dāng)?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(fù)雜的傳動系統(tǒng),以上各因素的交互作用和影響,常常互相矛23設(shè)計與研究Design and Research木工機(jī)床 2007No14盾,設(shè)計方案是它們綜合作用的結(jié)果,因此,對各種設(shè)計方案不能作定量評價。在目前計算機(jī)智能化很低的情況下,計算機(jī)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(shè)計中,把專家經(jīng)驗引入到計算機(jī)輔助設(shè)計過程中,使設(shè)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(shè)計順序針對主軸的不同位置,根據(jù)有設(shè)計經(jīng)驗的專家和有關(guān)資料提供的設(shè)計規(guī)范,合理安排傳動路線的設(shè)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(shè)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(biāo)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(shè)計方法很難完成這種枚舉優(yōu)化設(shè)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(qiáng)度的功能,逐一進(jìn)行傳動鏈的設(shè)計。每一步驟中,依然采用參數(shù)枚舉世聞名的設(shè)計方法。我們把設(shè)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(qiáng)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(shè)計在批量設(shè)計某一條生產(chǎn)線的組合機(jī)床主軸箱時,考慮整體優(yōu)化設(shè)計,通過適當(dāng)圓整一些參數(shù),使整批主軸箱零件的品種最少。設(shè)計順序是:先設(shè)計復(fù)雜的主軸箱,其后設(shè)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(shè)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(jìn)一步開發(fā),擴(kuò)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(jī)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(shè)計資料的管理水平。隨著設(shè)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(shè)計,還可以把一些主軸箱中標(biāo)準(zhǔn)件、 通用件的統(tǒng)計匯總這種煩瑣易錯的工作交給計算機(jī)完成。4 結(jié)束語計算機(jī)輔助設(shè)計主軸箱,成效顯著,極大提高了主軸箱設(shè)計水平和速度?？膳吭O(shè)計某一條生產(chǎn)線的組合機(jī)床主軸箱,并可實現(xiàn)系列化柴油機(jī)機(jī)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(zhǔn)備周期,推進(jìn)了我廠計算機(jī)輔助設(shè)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(shè)計與研究
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