YZ4102Q柴油机机体齿和飞面双卧钻孔组合机床的设计.pdf

YZ4102Q柴油机机体齿和飞面双卧钻孔组合机床的设计周军1,金鸿雁2(1.扬州职业大学,江苏扬州225009；2.扬州柴油机有限责任公司,江苏扬州225009)摘要:根据柴油机机体齿、飞面孔系加工的要求,在工艺分析的基础上,运用计算机技术进行组合机床总体设计和主轴箱的设计。给出组合机床设计的过程,以及设计过程中的关注点和一些思路和方法,以期对以后类似的设计有一定的借鉴作用。关键词:组合机床；AutoCAD；多轴箱计算机辅助设计中图分类号:TG65文献标识码:A文章编号:1008-3693(2007)02-0024-04TheDesignoftheHoleDrillingMachine2toolforCuttingoftheYZ4102QDieselEngineCylinderBlockZHOUJun1,JINHong2yan2(1.YangzhouPolytechnicCollege,Yangzhou225009,China；2.YangzhouDieselEngineCo.,Ltd.,Yangzhou225009,China)Abstract:Accordingtotherequirementofmachiningdieselenginecylinderblockandholedrilling,andonthebasisofthetechnicalanalysis,themachinetoolandmainspindleheadaredesignedbyusingcomputertechnology.Thisarticleattemptstopresenttheprocessofdesigningthemachinetool,thepointstobepaidattentiontoandsomethoughtsandmethodsonthedesign,thusprovidingthereferenceforthefuturede2signofitslike.Keywords:machinetool；AutoCAD；BCAD柴油机零部件在汽车零部件行业中应用十分广泛,属于大批量生产的产品。随着柴油机行业竞争的不断加剧,其零部件的成本控制已变得至关重要,所以,在考虑零件的加工工艺时,应采用流水线的加工方式,尽量使加工工序集中,以缩短生产线的长度,减少设备的投入。1综合考虑以上因素,专用组合机床成为流水线布置的首选设备之一。本文从组合机床的总体设计和主轴箱设计两方面加以阐述,所用的几个方法最大限度地减轻设计的工作量,提高了设计的速度和准确性。1机床总体结构柴油机机体形状较为复杂,行业习惯把它们分为:缸面、底面、冷面、挺面、齿面、飞面等六个面,此六个面上均包含若干个孔(销孔、螺纹孔、油道孔、水孔等)。YZ4102Q柴油机机体零件的材料为HT250,硬度为200-255HBS。属于箱体类零件加工,拟采用人工手动送料、一面两销定位、收稿日期:2007-03-16作者简介:周军(1970-),男,扬州职业大学建筑工程系讲师；金鸿雁(1970-),男,扬州柴油机有限责任公司工程师。第11卷第2期2007年6月扬州职业大学学报JournalofYangzhouPolytechnicCollegeVol.11No.2Jun.20071994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.液压自动夹紧的方式进行加工。具体定位基准是底面和底面上相距为3720103mm的两个16mm工艺孔,夹紧点是位于缸面的1号和4号缸孔端面。机体齿、飞面孔系加工工序图见图1。正面加工孔系(13孔)齿面加工孔系(20孔)图1加工工序图此次设计的YZ4102Q柴油机机体齿、飞面双卧钻孔组合机床,根据客户要求,考虑尽量使加工工序集中,以减少流水线上设备的数量。但工序的集中不能影响整个机床系统的强度和刚性。所以,经过技术研究和论证,最终确认此道工序采用双卧的形式,飞面加工的孔数量为13个,齿面加工的孔数量为20个。孔系位置见图1,其中:飞面孔中有7个1215mm孔,深度为30mm；6个617mm孔,深度为20mm。齿面孔中有6个815mm孔,深度为24mm；13个617mm孔,深度为20mm；1个4mm孔,深度为10mm。该双卧钻孔组合机床总体结构包括:左、右侧底座；左、右液压滑台；左、右动力箱；齿、飞面主轴箱；中间底座；夹具系统；液压、电气系统等几大部分。2动力部件的选择动力部件是用以实现切削刀具的旋转和进给运动的部件,是液压滑台和动力箱的组合。22.1电动机功率和滑台进给力的选择机床动力箱的电机提供主轴箱轮系转动和刀具的旋转切削等动力,电机选择既要满足需求,又不至于浪费过多的电力资源是设计应达到的目的。电机功率的计算公式为:N动=N切+N空+N损；其中,N切为切削功率；N空为空转功率；N损为与负荷成正比的功率损失。设计中可以简化功率的计算方法,取N动=N切/,其中为主轴箱的传动效率。不同的被加工材料,取不同数值,铸铁材料常取=018-019。每根主轴的切削功率按以下几个公式分步计算:3,4V=96003D0125/(T011253S001553HB113)P=2163D3S00183HB016MKP=D1193S00183HB016N切=MKP3V/(7161233D31136)式中:V为切削速度(mmin-1)；D为刀具直径(mm)；T为刀具寿命(min)；S0为进给量(mmr-1)；HB为零件的布氏硬度；P为轴向力(kg)；MKP为扭矩(kgmm)；N切为切削功率(kW)此设计中,齿、飞面都有若干根主轴,如每根主轴的切削功率都按以上公式进行手工计算,工作量会非常大,且容易出现错误。在进行此设计工作时可采用MicrosoftEXCEL软件,计算结果见图2。图中加框部分是手册中公式的使用及相关结果。经过计算,结果如下:齿面:切削功率=218kW；轴向进给力=1402kg飞面:切削功率=2179kW；轴向进给力=1473kg2.2滑台最大行程的选择液压滑台由滑台、滑座及油缸三部分组成。滑台完成下述工作循环:快进工作进给(死挡铁停留)快退原位并停止。其中,齿面工作循环快进距离为60mm,工作进给距离为40mm,预留30mm作为刀具磨损调节使用,后备量270mm作为主轴箱维修时回退距离；飞面工作循环快进距离为60mm,工作进给距离为45mm,预留30mm作为刀具磨损调节使用,后备量265mm作为主轴箱维修时回退距离。根据以上结果,最终确定齿、飞面均选用以下动力部件:HY40B-1型液压滑台,滑台行程400mm,最大进给力为20kN(2040kg)；1TD40型动力箱,电机型号为:Y132S-4,功率515kW,转速为1440rpm,经过一级1:2的传动后,输出轴转速为720rpm。52第2期周军等:YZ4102Q柴油机机体齿和飞面双卧钻孔组合机床的设计1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.图2齿面主轴箱主轴切削速度、轴向力、切削功率等计算3主轴箱设计3.1设计思路由于通用主轴箱采用一根动力轴带动多根主轴的工作方式,因此各传动轴必须设法在有限的标准箱体空间中找到各自的分布位置,轴的分布设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度。人工设计时,由于轴的数量很多,经常出现轴和齿轮间的干涉,由于检测困难,有时直到机床组装或试切削时才被发现,给公司带来巨大损失。在主轴箱进行设计过程中,可以综合运用AutoCAD,Mi2crosoftEXCEL,BCAD(主轴箱计算机辅助设计)等几种软件。3.2实例以齿面(20孔)主轴箱设计为例,介绍通用主轴箱的整个设计过程。第一步,在AutoCAD中调入齿面的工序图,要求调入的图形是严格按照11的比例绘制,并按11的比例调入。5由于本机床是卧式机床,设计的主轴箱正面图形与工序图是一个左右镜相的关系(立式主轴箱是上下镜相关系),所以,将齿面工序图作左右方向的镜相处理,并保留镜相后的图形,作为主轴箱的正面视图,见图3。第二步,调入已选择好型号的主轴箱正面外形图(本设计是630X630箱体)。根据机床的总体设计和动力头的规格,确定动力头输出轴在主轴箱外形图中的位置,并标记点I,然后根据主轴箱上最低主轴与动力头输出轴的相对位置关系(本设计中,主轴箱上机体齿面主轴承孔与动力头输出轴在X向距离为0mm,Y向距离是28mm),在镜相后的工序图形中也标记点II,将镜相后的工序图形连同标记点II一起移至主轴箱外形图中,使标记点I和II重合,见图4。这样,就确定了齿面加工孔系在主轴箱体中的坐标位置。图3孔系布置镜相图第三步,将组合后的图形,以主轴箱左下角的定位销孔为基点,整体平移至世界坐标系的圆点位置,见图4。第四步,利用AutoCAD软件中的工具查询列表显示功能,按顺序连续查询1,2,3,20各点的坐标,很方便的就得到了所有主轴在主轴箱体中的坐标位置,结果见图5。其中的X,Y坐标部分(图中框内数据)可作为BCAD的输入。62扬州职业大学学报第11卷1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.图4孔系坐标位置的确定图5AutoCAD孔系坐标尺寸第五步,主轴箱原始数据输入。运用BCAD主轴箱计算机辅助设计软件设计时,其主要设计步骤是:主轴箱原始数据输入传动路线排布总体校核数据整理图形输出。BCAD原始数据输入有两种形式:一种是手工逐轴输入法,此法对轴数少的主轴箱设计可以采用,但对轴数较多的主轴箱就显得很不方便,且容易出错、不易修改。另一种是调入原始数据的方法,即将原始数据以文本的方式按照BCAD的格式要求编辑好,由BCAD来调用(并可以多次调用)。设计时可采用MicrosoftEXCEL来编辑由AutoCAD中获得的数据。本例中的数据经编辑后其格式如下:20016306301168100004741000055010000238107071200123281000048110000550100002381070712001321510000413100005501000023810707220012038510000157150006401000013518845120014072010000第六步,齿轮传动路线的设计。BCAD软件的应用彻底改变了以往人工设计周期长、错误多的状况。如本例的20根主轴,运用该软件1-2天就可以给出一个相对较理想的传动路线。经过总体校核(主轴、齿轮等组件间的干涉,轴、齿轮、轴承的强度和寿命等)和数据整理,软件会自动生成所需的装配图(见图6),以及各类轴及通用件的装配一览表等。图6主轴箱装配图(部分)4结语本文所述的设计思路和方法很大程度上缩短了组合机床的设计周期,提高了设计的准确性、可靠性,这在实际运用中也已经得到验证。参考文献:1顾崇衔.机械制造工艺学M.陕西:陕西科学技术出版社,1994.2谢家瀛.组合机床设计简明手册M.北京:机械工业出