组合机床主轴箱的计算机辅助设计.pdf

WOODWORKINGMACHINERY组合机床主轴箱的计算机辅助设计ThespindleboxCADofmodularmachinetool王敏(辽宁省辽中县辽河化工厂)摘要:为了快捷精确地设计组合机床主轴箱,采用了计算机辅助设计,介绍了使用BCAD软件时的具体做法及需要综合考虑的因素。关键词:组合机床主轴箱CAD中图分类号:TP391.721前言在组合机床的诸多零件中,主轴箱是组合机床设计过程中工作量最大的部件,因为通常主轴箱是采用一根动力轴带动多根主轴的工作方式,各传动轴必须在有限的标准箱体空间中找到适宜的分布位置并避免干涉,而各轴的设计又必须保证其转速、旋向、强度和刚度,因此难度大、设计周期长。在批量设计某生产线的组合机床主轴箱中,为提高设计质量,缩短设计周期,我们采用计算机辅助设计组合机床主轴箱,取得了良好的技术经济效果。目前,我厂对主轴箱的计算机辅助设计已全面实行。几年来,共设计钻、扩、铰、攻丝及其复合型组合机床大型主轴箱100多台,复杂的主轴箱主轴数量达30多根,最小轴间距24。2软件的使用及需要考虑的因素在主轴箱计算机辅助设计中,我们采用了辽宁大学开发的计算机辅助设计多轴箱系统(BoxesComputerAssistantDesignSystem,以下简称BCAD),BCAD系统结构组成如右图。BCAD是借助于AutoCAD开发的专业应用软件,由上图可以看出,它能辅助完成从组合机床主轴箱设计到绘制图的全过程。组合机床大型标准主轴箱主要由箱体类零件、主轴、传动轴、齿轮和一些专用的附加机构组成。这些零件的通用化程度很高,在某种程度上,可以把主轴箱的设计视为从几类、数千个通用件、标准件中选取模块,进行积木式的搭配,组成各种合理的、符合主轴转速要求的传动路线,使主轴获得必要的动力。BCAD系统中传动系统设计模块能辅助我们方便、快捷地设计出各种合乎传动比要求的传动路线,并完成齿轮与齿轮,齿轮与轴、轴套,轴承孔与轴承孔等几何干涉的校验,还能进行轴、齿轮、轴承的强度校核。使用这个模块,即使主轴箱的主轴数量很多,也能在很短时间内排出传动链。对于主轴箱传动系统不同设计方案的评价,一般认为在满足主轴强度、刚度、转速和转向的前提下,综合考虑以下几个因素:力求使传动轴的齿轮数量及规格尽可能少；选择最佳传动比组成传动链；避免主轴带动主轴；粗加工主轴的齿轮应尽可能靠近前支承；刚性镗削主轴上的齿轮取适当的分度圆直径。对以上每个因素的单独作用,我们都可以作出定量分析,给出明确的优化取值范围,但对稍微复杂的传动系统,以上各因素的交互作用和影响,常常互相矛23设计与研究DesignandResearch木工机床2007No14盾,设计方案是它们综合作用的结果,因此,对各种设计方案不能作定量评价。在目前计算机智能化很低的情况下,计算机及软件本身很难处理这类带有模糊性的问题。同样,BCAD也不能自动生成优化的传动路线。3具体做法针对上述问题,我们在实际设计中,把专家经验引入到计算机辅助设计过程中,使设计出的主轴箱有较优的传动路线,做法如下:3.1合理安排传动路线的设计顺序针对主轴的不同位置,根据有设计经验的专家和有关资料提供的设计规范,合理安排传动路线的设计顺序。其原则是:先完成定轴的带动,尽量以一根轴带动多根据主轴。往往有几种带动方式可选,我们利用BCAD先快速完成几种带动方式的试设计,在每种带动方式中,我们采用枚举齿轮参数并对结果优选的做法,即对齿轮的模数、齿数在某一可选范围内逐一选用,找到最优结果为止。优化目标是:齿轮和轴的品种、数量最少、且变位齿轮数量最少。实际证明,变位齿轮数量的减少提高了主轴箱通用件数量,能降低生产成本,便于管理,便于主轴箱装配和维修,而用传统设计方法很难完成这种枚举优化设计的工作量。带动主轴的传动轴确定后,它也成为定轴,可以根据传递扭矩的大小,利用BCAD快速校核强度的功能,逐一进行传动链的设计。每一步骤中,依然采用参数枚举世闻名的设计方法。我们把设计最优的传动链归结为:寻找到最优的主轴带动形式,并使传动轴的箱体上取最佳位置,能使齿轮品种、数量最小,变位齿轮最小。采用上面介绍的方法,我们方便地找到了最优结果。3.2使用第排齿轮完成主轴传递尽可能使用第排齿轮来完成主动力向各主轴的传递。第排齿轮位于箱体和后盖之间,有较大的空间,且受空间干涉的约束少,使用起来方便灵活,易于用来传递较大的扭矩,易于产生大跨度的传动来缩短传动链,减少齿轮数量。根据我公司情况,我们规定,这一排齿轮的宽度一律取32mm。取大的齿宽既提高了齿轮的强度,又便于与其他排次的齿轮的识别。3.3考虑整体优化设计在批量设计某一条生产线的组合机床主轴箱时,考虑整体优化设计,通过适当圆整一些参数,使整批主轴箱零件的品种最少。设计顺序是:先设计复杂的主轴箱,其后设计难度较小的主轴相时,优先采用已用过的零件,使一批设计出的主轴箱中的零件品种、数量较小。3.4制作常用模块根据我厂实际需要,在原有软件上进一步开发,扩大使用范围,把我公司经常使用的一些主轴箱专门部件作成一些模块,随时调用到BCAD产生的图形中,如主轴定位机构等。3.5与文字管理软件结合使用把BCAD与一些文字管理软件结合使用,提高设计资料的管理水平。随着设计文件的积累,可以调用现存文件快速完成一些相近主轴箱的设计,还可以把一些主轴箱中标准件、通用件的统计汇总这种烦琐易错的工作交给计算机完成。4结束语计算机辅助设计主轴箱,成效显著,极大提高了主轴箱设计水平和速度。可批量设计某一条生产线的组合机床主轴箱,并可实现系列化柴油机机体480/485共线加工,4102/41054108/4110共线加工,495/4100共线加工