YZ4102Q柴油機(jī)機(jī)體齒和飛面雙臥鉆孔組合機(jī)床的設(shè)計(jì).pdf

YZ4102Q柴油機(jī)機(jī)體齒和飛面雙臥鉆孔組合機(jī)床的設(shè)計(jì)周軍1,金鴻雁2(1.揚(yáng)州職業(yè)大學(xué),江蘇揚(yáng)州225009；2.揚(yáng)州柴油機(jī)有限責(zé)任公司,江蘇揚(yáng)州225009)摘要:根據(jù)柴油機(jī)機(jī)體齒、飛面孔系加工的要求,在工藝分析的基礎(chǔ)上,運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)和主軸箱的設(shè)計(jì)。給出組合機(jī)床設(shè)計(jì)的過(guò)程,以及設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)注點(diǎn)和一些思路和方法,以期對(duì)以后類似的設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞:組合機(jī)床；AutoCAD；多軸箱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中圖分類號(hào):TG65文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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柴油機(jī)零部件在汽車零部件行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛,屬于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。隨著柴油機(jī)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇,其零部件的成本控制已變得至關(guān)重要,所以,在考慮零件的加工工藝時(shí),應(yīng)采用流水線的加工方式,盡量使加工工序集中,以縮短生產(chǎn)線的長(zhǎng)度,減少設(shè)備的投入。1綜合考慮以上因素,專用組合機(jī)床成為流水線布置的首選設(shè)備之一。本文從組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)和主軸箱設(shè)計(jì)兩方面加以闡述,所用的幾個(gè)方法最大限度地減輕設(shè)計(jì)的工作量,提高了設(shè)計(jì)的速度和準(zhǔn)確性。1機(jī)床總體結(jié)構(gòu)柴油機(jī)機(jī)體形狀較為復(fù)雜,行業(yè)習(xí)慣把它們分為:缸面、底面、冷面、挺面、齒面、飛面等六個(gè)面,此六個(gè)面上均包含若干個(gè)孔(銷孔、螺紋孔、油道孔、水孔等)。YZ4102Q柴油機(jī)機(jī)體零件的材料為HT250,硬度為200-255HBS。屬于箱體類零件加工,擬采用人工手動(dòng)送料、一面兩銷定位、收稿日期:2007-03-16作者簡(jiǎn)介:周軍(1970-),男,揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)建筑工程系講師；金鴻雁(1970-),男,揚(yáng)州柴油機(jī)有限責(zé)任公司工程師。第11卷第2期2007年6月?lián)P州職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)JournalofYangzhouPolytechnicCollegeVol.11No.2Jun.20071994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.液壓自動(dòng)夾緊的方式進(jìn)行加工。具體定位基準(zhǔn)是底面和底面上相距為3720103mm的兩個(gè)16mm工藝孔,夾緊點(diǎn)是位于缸面的1號(hào)和4號(hào)缸孔端面。機(jī)體齒、飛面孔系加工工序圖見(jiàn)圖1。正面加工孔系(13孔)齒面加工孔系(20孔)圖1加工工序圖此次設(shè)計(jì)的YZ4102Q柴油機(jī)機(jī)體齒、飛面雙臥鉆孔組合機(jī)床,根據(jù)客戶要求,考慮盡量使加工工序集中,以減少流水線上設(shè)備的數(shù)量。但工序的集中不能影響整個(gè)機(jī)床系統(tǒng)的強(qiáng)度和剛性。所以,經(jīng)過(guò)技術(shù)研究和論證,最終確認(rèn)此道工序采用雙臥的形式,飛面加工的孔數(shù)量為13個(gè),齒面加工的孔數(shù)量為20個(gè)?？紫滴恢靡?jiàn)圖1,其中:飛面孔中有7個(gè)1215mm孔,深度為30mm；6個(gè)617mm孔,深度為20mm。齒面孔中有6個(gè)815mm孔,深度為24mm；13個(gè)617mm孔,深度為20mm；1個(gè)4mm孔,深度為10mm。該雙臥鉆孔組合機(jī)床總體結(jié)構(gòu)包括:左、右側(cè)底座；左、右液壓滑臺(tái)；左、右動(dòng)力箱；齒、飛面主軸箱；中間底座；夾具系統(tǒng)；液壓、電氣系統(tǒng)等幾大部分。2動(dòng)力部件的選擇動(dòng)力部件是用以實(shí)現(xiàn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件,是液壓滑臺(tái)和動(dòng)力箱的組合。22.1電動(dòng)機(jī)功率和滑臺(tái)進(jìn)給力的選擇機(jī)床動(dòng)力箱的電機(jī)提供主軸箱輪系轉(zhuǎn)動(dòng)和刀具的旋轉(zhuǎn)切削等動(dòng)力,電機(jī)選擇既要滿足需求,又不至于浪費(fèi)過(guò)多的電力資源是設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的。電機(jī)功率的計(jì)算公式為:N動(dòng)=N切+N空+N損；其中,N切為切削功率；N空為空轉(zhuǎn)功率；N損為與負(fù)荷成正比的功率損失。設(shè)計(jì)中可以簡(jiǎn)化功率的計(jì)算方法,取N動(dòng)=N切/,其中為主軸箱的傳動(dòng)效率。不同的被加工材料,取不同數(shù)值,鑄鐵材料常取=018-019。每根主軸的切削功率按以下幾個(gè)公式分步計(jì)算:3,4V=96003D0125/(T011253S001553HB113)P=2163D3S00183HB016MKP=D1193S00183HB016N切=MKP3V/(7161233D31136)式中:V為切削速度(mmin-1)；D為刀具直徑(mm)；T為刀具壽命(min)；S0為進(jìn)給量(mmr-1)；HB為零件的布氏硬度；P為軸向力(kg)；MKP為扭矩(kgmm)；N切為切削功率(kW)此設(shè)計(jì)中,齒、飛面都有若干根主軸,如每根主軸的切削功率都按以上公式進(jìn)行手工計(jì)算,工作量會(huì)非常大,且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。在進(jìn)行此設(shè)計(jì)工作時(shí)可采用MicrosoftEXCEL軟件,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。圖中加框部分是手冊(cè)中公式的使用及相關(guān)結(jié)果。經(jīng)過(guò)計(jì)算,結(jié)果如下:齒面:切削功率=218kW；軸向進(jìn)給力=1402kg飛面:切削功率=2179kW；軸向進(jìn)給力=1473kg2.2滑臺(tái)最大行程的選擇液壓滑臺(tái)由滑臺(tái)、滑座及油缸三部分組成。滑臺(tái)完成下述工作循環(huán):快進(jìn)工作進(jìn)給(死擋鐵停留)快退原位并停止。其中,齒面工作循環(huán)快進(jìn)距離為60mm,工作進(jìn)給距離為40mm,預(yù)留30mm作為刀具磨損調(diào)節(jié)使用,后備量270mm作為主軸箱維修時(shí)回退距離；飛面工作循環(huán)快進(jìn)距離為60mm,工作進(jìn)給距離為45mm,預(yù)留30mm作為刀具磨損調(diào)節(jié)使用,后備量265mm作為主軸箱維修時(shí)回退距離。根據(jù)以上結(jié)果,最終確定齒、飛面均選用以下動(dòng)力部件:HY40B-1型液壓滑臺(tái),滑臺(tái)行程400mm,最大進(jìn)給力為20kN(2040kg)；1TD40型動(dòng)力箱,電機(jī)型號(hào)為:Y132S-4,功率515kW,轉(zhuǎn)速為1440rpm,經(jīng)過(guò)一級(jí)1:2的傳動(dòng)后,輸出軸轉(zhuǎn)速為720rpm。52第2期周軍等:YZ4102Q柴油機(jī)機(jī)體齒和飛面雙臥鉆孔組合機(jī)床的設(shè)計(jì)1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.圖2齒面主軸箱主軸切削速度、軸向力、切削功率等計(jì)算3主軸箱設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思路由于通用主軸箱采用一根動(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)箱體空間中找到各自的分布位置,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)時(shí),由于軸的數(shù)量很多,經(jīng)常出現(xiàn)軸和齒輪間的干涉,由于檢測(cè)困難,有時(shí)直到機(jī)床組裝或試切削時(shí)才被發(fā)現(xiàn),給公司帶來(lái)巨大損失。在主軸箱進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中,可以綜合運(yùn)用AutoCAD,Mi2crosoftEXCEL,BCAD(主軸箱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))等幾種軟件。3.2實(shí)例以齒面(20孔)主軸箱設(shè)計(jì)為例,介紹通用主軸箱的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。第一步,在AutoCAD中調(diào)入齒面的工序圖,要求調(diào)入的圖形是嚴(yán)格按照11的比例繪制,并按11的比例調(diào)入。5由于本機(jī)床是臥式機(jī)床,設(shè)計(jì)的主軸箱正面圖形與工序圖是一個(gè)左右鏡相的關(guān)系(立式主軸箱是上下鏡相關(guān)系),所以,將齒面工序圖作左右方向的鏡相處理,并保留鏡相后的圖形,作為主軸箱的正面視圖,見(jiàn)圖3。第二步,調(diào)入已選擇好型號(hào)的主軸箱正面外形圖(本設(shè)計(jì)是630X630箱體)。根據(jù)機(jī)床的總體設(shè)計(jì)和動(dòng)力頭的規(guī)格,確定動(dòng)力頭輸出軸在主軸箱外形圖中的位置,并標(biāo)記點(diǎn)I,然后根據(jù)主軸箱上最低主軸與動(dòng)力頭輸出軸的相對(duì)位置關(guān)系(本設(shè)計(jì)中,主軸箱上機(jī)體齒面主軸承孔與動(dòng)力頭輸出軸在X向距離為0mm,Y向距離是28mm),在鏡相后的工序圖形中也標(biāo)記點(diǎn)II,將鏡相后的工序圖形連同標(biāo)記點(diǎn)II一起移至主軸箱外形圖中,使標(biāo)記點(diǎn)I和II重合,見(jiàn)圖4。這樣,就確定了齒面加工孔系在主軸箱體中的坐標(biāo)位置。圖3孔系布置鏡相圖第三步,將組合后的圖形,以主軸箱左下角的定位銷孔為基點(diǎn),整體平移至世界坐標(biāo)系的圓點(diǎn)位置,見(jiàn)圖4。第四步,利用AutoCAD軟件中的工具查詢列表顯示功能,按順序連續(xù)查詢1,2,3,20各點(diǎn)的坐標(biāo),很方便的就得到了所有主軸在主軸箱體中的坐標(biāo)位置,結(jié)果見(jiàn)圖5。其中的X,Y坐標(biāo)部分(圖中框內(nèi)數(shù)據(jù))可作為BCAD的輸入。62揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第11卷1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.圖4孔系坐標(biāo)位置的確定圖5AutoCAD孔系坐標(biāo)尺寸第五步,主軸箱原始數(shù)據(jù)輸入。運(yùn)用BCAD主軸箱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)時(shí),其主要設(shè)計(jì)步驟是:主軸箱原始數(shù)據(jù)輸入傳動(dòng)路線排布總體校核數(shù)據(jù)整理圖形輸出。BCAD原始數(shù)據(jù)輸入有兩種形式:一種是手工逐軸輸入法,此法對(duì)軸數(shù)少的主軸箱設(shè)計(jì)可以采用,但對(duì)軸數(shù)較多的主軸箱就顯得很不方便,且容易出錯(cuò)、不易修改。另一種是調(diào)入原始數(shù)據(jù)的方法,即將原始數(shù)據(jù)以文本的方式按照BCAD的格式要求編輯好,由BCAD來(lái)調(diào)用(并可以多次調(diào)用)。設(shè)計(jì)時(shí)可采用MicrosoftEXCEL來(lái)編輯由AutoCAD中獲得的數(shù)據(jù)。本例中的數(shù)據(jù)經(jīng)編輯后其格式如下:20016306301168100004741000055010000238107071200123281000048110000550100002381070712001321510000413100005501000023810707220012038510000157150006401000013518845120014072010000第六步,齒輪傳動(dòng)路線的設(shè)計(jì)。BCAD軟件的應(yīng)用徹底改變了以往人工設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、錯(cuò)誤多的狀況。如本例的20根主軸,運(yùn)用該軟件1-2天就可以給出一個(gè)相對(duì)較理想的傳動(dòng)路線。經(jīng)過(guò)總體校核(主軸、齒輪等組件間的干涉,軸、齒輪、軸承的強(qiáng)度和壽命等)和數(shù)據(jù)整理,軟件會(huì)自動(dòng)生成所需的裝配圖(見(jiàn)圖6),以及各類軸及通用件的裝配一覽表等。圖6主軸箱裝配圖(部分)4結(jié)語(yǔ)本文所述的設(shè)計(jì)思路和方法很大程度上縮短了組合機(jī)床的設(shè)計(jì)周期,提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、可靠性,這在實(shí)際運(yùn)用中也已經(jīng)得到驗(yàn)證。參考文獻(xiàn):1顧崇銜.機(jī)械制造工藝學(xué)M.陜西:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1994.2謝家瀛.組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出