机床床头箱的拆装_测绘与反求创新实验的设计.pdf

第4卷 第2期 2005年6月 常 州 信 息 职 业 技 术 学 院 学 报 Journal of Changzhou Vocational College of Information Technology Vol 4 No 2 Jun 2005 收稿日期 2005204213 作者简介 杨桂府 19682 男 实验师 从事研究方向 机械设计与制造 机床床头箱的拆装 测绘与反求创新实验的设计 杨桂府 常州信息职业技术学院机电工程系 江苏常州 213164 摘 要 CA6140车床床头箱结构是 金属切削机床 课程中较典型的章节 对床头箱进行拆装 测绘是研究机器结构件作用的 较好途径 而在此基础上导入结构设计的反求创新方法 能拓展设计思路 缩短产品开发的周期 降低设计成本 关键词 床头箱 拆装 测绘 结构设计 反求创新 中图分类号 TG 502 文献标识码 A 文章编号 167222434 2005 0220040202 The Design of I nnovative Experi ment ofMachi ne Tools Headstock Removal Mappi ng and Reverse YANG Gui2fu Dept ofMechanical and Electrical Engineering Changzhou College of Information Technology Changzhou 213164 China Abstract The structure of CA6140 Machine tools headstock is a typical chapter of the course ofMetal CuttingMachine Tool it is a good approach of study structural component by removing andmapping headstock and on the basisof this the introduction of reversal innovative method will expand the thought of designing shorten the products development cycle and reduce the cost Key words headstock remove mapping construct design reversal innovation 0 引言 CA6140车床床头箱典型结构是 金属切削机 床 课程中较难掌握的章节 该机床主轴结构安排 较合理 紧凑 刚性较好 调节范围合适 有一定的典 型性 授课时如能结合实验 对该机床床头箱进行 拆装和零部件测绘 使学生对轴类 机架类 齿轮类 等机械结构和部件的设计与装配原理有初步的了 解 再在此基础上导入结构反求设计 Reverse De2 sign 创新理念 借以拓展学生的视野和知识面 锻 炼学生在机械设计时的创新能力 教学效果较好 其导入过程如图1所示 所谓反求设计 即综合应用现代设计与过程技 术对先进产品的实物 资料 产品图纸 文件 图片 图1 机器结构反求设计的一般过程 等 进行系统地分析与研究 深入探索反求对象的 设计思路 原理方案 结构设计与工艺特点 详细分 析零件的公差配合 材料 工作原理等 掌握其中的 关键技术 在此基础上利用计算机模拟 仿真 对产 品进行改进和创新设计的全过程 本实验就是在这 一理论基础上进行的一次尝试 1 实验目的和要求 熟悉机床床头箱的结构和工作原理 掌握一定 的装拆知识和技巧 学会典型零件的测绘方法和根 据实物 图纸进行反求分析的过程和方法 培养初步 的反求创新设计的能力 2 实验设备 CA6140机床床头箱部件 装拆工具 量具量仪 如圆度仪 百分表等 3 实验内容 CA6140机床床头箱的分解与装配 测绘出机床 主轴的结构草图 确定主轴变速范围 画出传动方案 示意图 分析主轴滚动轴承间隙调整及润滑方式 分 析滚动轴承与轴 滚动轴承与轴承孔的配合性质 分 别测量装拆前后主轴的回转精度 径向跳动 并分析 其影响因素 在前面的基础上建立反求设计与创新 概念 给出初步的设计方案 4 实验步骤 详细了解机器的功能和结构特点 装拆前应 了解CA6140机床床头箱的功能和特点 查阅相关 资料如说明书 图片及设计图纸等 了解各零部件 的连接方式 从装拆的角度说 零件的联接方式有 四种 永久性 半永久性 活动和可拆卸联接 这一点 非常重要 确定拆卸次序 在前面的基础上 确定 机器的拆卸步骤 其原则通常是先拆后装 后拆先 装 拆卸前应先对床头箱的性能指标如主轴圆跳 动 端面跳动 圆度等进行测试 还要进行切削性能 测试 准备工作做好后 进行床头箱拆卸分解 对床头箱进行测绘和结构反求设计 按照与拆卸 相反的顺序完成床头箱的装配和调试 恢复主轴原 有精度 此时可能有部分精度达不到原有标准 则让 学生分析产生的原因 然后解决这些问题 5 实验注意事项 在装拆标准螺纹联接时 应根据联接件的类型 选用相应的装卸工具 对六角头或方头的螺母和螺 栓应用呆扳手 以免扳动时损坏螺母或螺栓头 对于配合较松的滚动轴承与轴 可用木锤或紫 铜棒沿轴承的内圈均匀地敲打 但该方法有时会损 坏零件 可用各种规格的螺旋拆卸器 拉铃 拆卸轴 承 若轴承配合较紧 为使拆卸容易 可用加热的机 油浇淋在轴承上 使配合变松 然后再拆卸轴承 对重要零件的重要表面 如主轴的轴承档 精密 三角螺纹表面等不能作为放置的支承面 重要零件 应尽量平放 防止因重力产生变形 丧失精度 床头 箱上的配油器 各种导油管在拆下后应及时清洗 并 将管路的管口封住 以免灰尘进入 对配合间隙小 拆卸时易卡住的配合件 应在涂润滑油后再进行拆 卸 6 床头箱结构反求设计实例 如图 2 a 所示为CA6140主轴的支承受力情 况 y方向为影响加工精度的敏感方向 传动力Qy 与切削力Fy方向相反 主轴靠切削区前端的位移量 增加 影响加工精度 但前支承反力Ray较小 有助于 减小轴承磨损 降低噪音和温升 提高抗振力 这种 布局在普通精度机床上是合理的 而在精密车床结构设计中 考虑加工精度是主 要的 因此不能沿用上述布局 这样会增加主轴位移 量 降低加工精度 如能在前面设计的基础上再提 高一步 采用图 2 b 所示结构 则可降低主轴位移 量 轴承的支反力虽然增加了 但影响不大 这就是 在原设计思路上进行的反求创新方法 抓住主要矛 盾 可使设计少走弯路 提高设计效率 图2 主轴的支承受力分析 在反求设计过程中 应注意分析对零件几何形 状 尺寸 精度 材料 加工工艺 零件的联接 功能等 下转第44页 14第4卷 第2期杨桂府 机床床头箱的拆装 测绘与反求创新实验的设计 表1 最优化结果及前后两次迭代的各阶频率 Hz 1234567W kg 前一次35 6349 38125 4125 5184 2216 3267 970 9213 最优解31 0048 10117 1124 5186 1207 1267 980 8353 后一次30 7248 00115 2124 2181 7200 5250 430 8275 约束频率30 2747 30114 5123 1182 5203 3262 100 8656 表2 各杆横截面积 cm2 及结构总重量W kg 12345678W kg 1 1322 10913 7965 572 1093 8971 13217 16714 0736 图3 八杆空间单层刚架 3 结束语 本文提出了一种求解结构动力最优化设计的方 法 该方法可以将一个非线性的优化问题转变成一 个求序列线性规划的问题 从而使计算过程得以简 化 但计算时间相应延长 从实际计算结果看 该方 法是可行且可信的 参考文献 1 Pyrz M Discrete Optimization of Trusswith Stabil2 ity Constraints J Engineering Optimization 16 1 1990 2 丁预展 离散化方法学 M 北京 中国建筑工业 出版社 1979 3 赵瑞安 吴方 非线性最优化理论和方法 M 杭 州 浙江科学技术出版社 1992 上接第41页 的要求及变异 明确不同部件之间的内在联系包括 功能联系和组装联系等 从功能 原理 布局等不同 的需求对机器部件进行修改和再设计 发现现有机 器的缺陷和待改进的问题 通过计算机图形生成和 辅助测量软件建模和获取相关数据 借助快速成型 技术 对机器真实模型进行反求创新设计 得到机器 零部件的精确设计方案 7 实验报告内容 实验名称 主轴的结构草图 机床床头箱的传动 示