基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及左主軸箱設(shè)計(jì),基于,三維,柴油機(jī),缸蓋,組合,鉆床,總體,整體,主軸,設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)組合機(jī)床主軸箱 丁國(guó)琴 ( 江蘇揚(yáng)州柴油機(jī)廠 ,225009) 摘 要 : 在批量設(shè)計(jì)某生產(chǎn)線的組合機(jī)床主軸箱 、 不同機(jī)型共線生產(chǎn)更換主軸箱時(shí) , 為快速 、 準(zhǔn)確地設(shè)計(jì) 主軸箱 , 采用了揚(yáng)州大學(xué)開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)多軸箱系統(tǒng) 。 此文就對(duì)該軟件具體使用時(shí)需綜合考慮的因素 以及具體做法作一綜述 。 關(guān)鍵詞 : 組合機(jī)床 ; 主軸箱 ; 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 1 問(wèn)題的提出 在組合機(jī)床諸多零件中 , 多軸箱和多軸箱前蓋 與組合機(jī)床密切相關(guān) , 是組合機(jī)床的重要組成部件 。 它是選用通用零件 , 按專(zhuān)用要求設(shè)計(jì)的 , 所以是組合 機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中工作量較大的零部件之一 。 就多軸 箱設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō) , 工作量主要集中在傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上 。 由于通常采用一根動(dòng)力軸帶動(dòng)多根主軸的工作方 式 , 因此各傳動(dòng)軸必須設(shè)法在有限的標(biāo)準(zhǔn)箱體空間 中找到適宜的分布位置 。 軸的分布設(shè)計(jì)必須保證各 軸的轉(zhuǎn)速 、 旋向 、 強(qiáng)度和剛度 。 人工設(shè)計(jì)中 , 由于軸的 數(shù)量很多 , 對(duì)經(jīng)驗(yàn)欠豐富的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō) , 軸間干涉難 以避免 , 通常又很難檢測(cè) , 甚至有的錯(cuò)誤在機(jī)床組 裝 、 試車(chē)時(shí)才被發(fā)現(xiàn) , 給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失 。 組合機(jī) 床多軸箱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用可以徹底改變?nèi)斯?設(shè)計(jì)周期長(zhǎng) 、 錯(cuò)誤多的狀況 。 圖 1 組合機(jī)床計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)思想 改傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) , 是提高設(shè)計(jì)水 平 , 縮短設(shè)計(jì)周期最有效的手段 。 它的實(shí)現(xiàn) , 對(duì)我廠 不同機(jī)型產(chǎn)品上批量 , 提高競(jìng)爭(zhēng)力起了重要作用 。 我 廠對(duì)柴油機(jī)生產(chǎn)中組合機(jī)床計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的總體 設(shè)計(jì)思想如圖 1 所示 。 目前 , 主軸箱的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已全面實(shí)現(xiàn) 。 幾 年來(lái) , 我們共設(shè)計(jì)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(tái) , 復(fù)雜的主軸箱主軸數(shù)量達(dá) 30 多根 。 2 軟件的使用及要考慮的因素 在主軸箱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中 , 我們采用了揚(yáng)州 大學(xué) 開(kāi) 發(fā) 的 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 設(shè) 計(jì) 多 軸 箱 系 統(tǒng) (Boxes ComputerAssistantDesignSystem, 以 下 簡(jiǎn) 稱(chēng) BCAD),BCAD 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖 2。 圖 2 BCAD 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖 BCAD 是借助于 AutoCAD 開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用軟 件 , 由圖 2 可以看出 , 它能輔助完成從組合機(jī)床主軸 箱設(shè)計(jì)到繪制出圖的全過(guò)程 。 組合機(jī)床大型標(biāo)準(zhǔn)主軸箱主要由箱體類(lèi)零件 、 主軸 、 傳動(dòng)軸 、 齒輪和一些專(zhuān)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(jì)視為從幾類(lèi) 、 數(shù)千個(gè)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(dòng)路線 , 使主軸獲得必要的動(dòng)力 。 ·41· 山東農(nóng)機(jī) 2002 年 第 1 期 BCAD 系 統(tǒng) 中 , 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 模 塊 能 輔 助 我 們 方 便 、 快 捷 地 設(shè) 計(jì) 出 各 種 合 乎 傳 動(dòng) 比 要 求 的 傳 動(dòng) 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(yàn) , 還 能 進(jìn) 行 軸 、 齒 輪 、 軸 承 的 強(qiáng) 度 校 核 。 使 用 這 個(gè) 模 塊 , 即 使 主 軸 箱 的 主 軸 數(shù) 量 很 多 , 也 能 在 很 短 時(shí) 間 內(nèi) 排 出 傳 動(dòng) 鏈 。 對(duì) 于 主 軸 箱 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 不 同 設(shè) 計(jì) 方 案 的 評(píng) 價(jià) , 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(gè) 因 素 : (1) 力 求 使 傳 動(dòng) 軸 的 齒 輪 數(shù) 量 及 規(guī) 格 盡 可 能 少 ; (2) 選 擇 最 佳 傳 動(dòng) 比 組 成 傳 動(dòng) 鏈 ; (3) 避 免 主 軸 帶 動(dòng) 主 軸 ; (4) 粗 加 工 主 軸 的 齒 輪 應(yīng) 盡 可 能 靠 近 前 支 承 ; (5) 剛 性 鏜 削 主 軸 上 的 齒 輪 取 適 當(dāng) 的 分 度 圓 直 徑 。 對(duì) 以 上 每 個(gè) 因 素 的 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(duì) 稍 微 復(fù) 雜 的 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) , 以 上 各 因 素 的 交 互 作 用 和 影 響 常 常 互 相 矛 盾 , 設(shè) 計(jì) 方 案 是 它 們 綜 合 作 用 的 結(jié) 果 , 因 此 , 對(duì) 各 種 設(shè) 計(jì) 方 案 不 能 作 定 量 評(píng) 價(jià) 。 在 目 前 計(jì) 算 機(jī) 智 能 化 很 低 的 情 況 下 , 計(jì) 算 機(jī) 及 軟 件 本 身 很 難 處 理 這 類(lèi) 帶 有 模 糊 性 的 問(wèn) 題 。 同 樣 ,BCAD 也 不 能 自 動(dòng) 生 成 優(yōu) 化 的 傳 動(dòng) 路 線 。 3 具 體 做 法 針 對(duì) 上 述 問(wèn) 題 , 我 們 在 實(shí) 際 設(shè) 計(jì) 中 , 把 專(zhuān) 家 經(jīng) 驗(yàn) 引 入 到 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 中 , 使 設(shè) 計(jì) 出 的 主 軸 箱 有 較 優(yōu) 的 傳 動(dòng) 路 線 , 做 法 如 下 : 3.1 針 對(duì) 主 軸 的 不 同 位 置 , 根 據(jù) 專(zhuān) 家 和 有 關(guān) 資 料 提 供 的 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 , 合 理 安 排 傳 動(dòng) 路 線 的 設(shè) 計(jì) 順 序 。 其 原 則 是 : 先 完 成 定 軸 的 帶 動(dòng) , 盡 量 以 一 根 軸 帶 動(dòng) 多 根 主 軸 , 往 往 有 幾 種 帶 動(dòng) 方 式 可 選 , 我 們 利 用 BCAD 先 快 速 完 成 幾 種 帶 動(dòng) 方 式 的 試 設(shè) 計(jì) , 在 每 種 帶 動(dòng) 方 式 中 , 我 們 采 用 枚 舉 齒 輪 參 數(shù) 并 對(duì) 結(jié) 果 優(yōu) 選 的 做 法 , 即 對(duì) 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 、 軸 的 品 種 、 數(shù) 量 最 少 且 變 位 齒 輪 數(shù) 量 最 少 。 實(shí) 踐 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 。 用 傳 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 方 法 很 難 完 成 這 種 枚 舉 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 的 工 作 量 。 帶 動(dòng) 主 軸 的 傳 動(dòng) 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(dòng) 鏈 的 設(shè) 計(jì) 。 在 每 一 步 驟 中 , 依 然 采 用 參 數(shù) 枚 舉 的 設(shè) 計(jì) 方 法 。 我 們 把 設(shè) 計(jì) 最 優(yōu) 的 傳 動(dòng) 鏈 歸 結(jié) 為 : 尋 找 到 最 優(yōu) 的 主 軸 帶 動(dòng) 形 式 , 并 使 傳 動(dòng) 軸 在 箱 體 上 取 最 佳 位 置 , 能 使 齒 輪 品 種 、 數(shù) 量 最 少 、 變 位 齒 輪 最 少 。 采 用 上 面 的 方 法 , 我 們 方 便 地 找 到 了 最 優(yōu) 結(jié) 果 。 3.2 盡 可 能 使 用 第 Ⅳ 排 齒 輪 來(lái) 完 成 主 動(dòng) 力 向 各 主 軸 的 傳 遞 。 第 Ⅳ 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(lái) 方 便 靈 活 , 易 于 用 來(lái) 傳 遞 較 大 的 扭 矩 , 并 產(chǎn) 生 大 跨 度 的 傳 動(dòng) 來(lái) 縮 短 傳 動(dòng) 鏈 , 減 少 齒 輪 數(shù) 量 。 根 據(jù) 我 廠 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(shí) 別 。 3.3 在 批 量 設(shè) 計(jì) 某 一 條 生 產(chǎn) 線 的 組 合 機(jī) 床 主 軸 箱 時(shí) , 考 慮 整 體 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) , 通 過(guò) 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(jì) 順 序 是 : 先 設(shè) 計(jì) 復(fù) 雜 的 主 軸 箱 , 其 后 設(shè) 計(jì) 難 度 較 小 的 主 軸 箱 時(shí) , 優(yōu) 先 采 用 已 用 過(guò) 的 零 件 , 使 一 批 設(shè) 計(jì) 出 的 主 軸 箱 中 的 零 件 品 種 、 數(shù) 量 較 小 。 3.4 根 據(jù) 實(shí) 際 需 要 , 在 原 有 軟 件 上 進(jìn) 一 步 開(kāi) 發(fā) , 擴(kuò) 大 使 用 范 圍 , 把 我 廠 經(jīng) 常 使 用 的 一 些 主 軸 箱 專(zhuān) 門(mén) 部 件 作 成 一 些 模 塊 , 隨 時(shí) 調(diào) 用 到 BCAD 產(chǎn) 生 的 圖 形 中 , 如 主 軸 定 位 機(jī) 構(gòu) 等 。 3.5 把 BCAD 與 一 些 文 字 管 理 軟 件 結(jié) 合 使 用 , 提 高 設(shè) 計(jì) 資 料 的 管 理 水 平 。 隨 著 設(shè) 計(jì) 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(jì) , 還 可 以 由 計(jì) 算 機(jī) 完 成 一 些 主 軸 箱 中 標(biāo) 準(zhǔn) 件 、 通 用 件 的 統(tǒng) 計(jì) 匯 總 工 作 。 4 結(jié) 束 語(yǔ) 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 設(shè) 計(jì) 主 軸 箱 , 成 效 明 顯 , 極 大 提 高 了 主 軸 箱 設(shè) 計(jì) 水 平 和 速 度 , 使 本 廠 上 新 品 時(shí) , 批 量 設(shè) 計(jì) 某 一 條 生 產(chǎn) 線 的 組 合 機(jī) 床 主 軸 箱 和 系 列 化 柴 油 機(jī) 機(jī) 體 480/485 共 線 加 工 ,4102/4105/4108/4110 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(jì) 算 機(jī) 輔 助 設(shè) 計(jì) 工 作 。 參 考 文 獻(xiàn) 1 大 連 組 合 機(jī) 床 研 究 所 . 組 合 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) . 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 ,1975 ( 收 稿 日 期 :2001-12-26) ·51· 第 1 期 2002 年 丁 國(guó) 琴 : 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 設(shè) 計(jì) 組 合 機(jī) 床 主 軸 箱