淺議組合機(jī)床主軸箱優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

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1、淺議組合機(jī)床主軸箱優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)　　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)，為了快速精確地設(shè)計(jì)組合機(jī)床主軸箱，采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)多軸箱系統(tǒng)。本文介紹了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件具體使用時(shí)需綜合考慮的因素及具體做法。關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；主軸箱；優(yōu)化設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：TG502文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A一、引言在組合機(jī)床的諸多零件中，主軸箱和主軸箱前蓋與組合機(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。就主軸箱設(shè)計(jì)而言，工作量主要集中在傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上。6主軸箱是采用一根動(dòng)力軸帶動(dòng)多根主軸的工作

2、方式，因此各傳動(dòng)軸必須在有限的標(biāo)準(zhǔn)箱體空間中找到適宜的分布位置且避免干涉，而各軸的分布設(shè)計(jì)又必須保證其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)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、試車時(shí)才被發(fā)現(xiàn)，給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失。而組合機(jī)床主軸箱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用能徹底改變?nèi)斯ぴO(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、錯(cuò)誤多的狀況。目前，主軸箱的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已全面實(shí)現(xiàn)。在批量設(shè)計(jì)某生產(chǎn)線的組合機(jī)床主軸箱中，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)質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)周期最有效的手段。采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)組合機(jī)床主軸箱既實(shí)現(xiàn)了提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目的，又取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。二、計(jì)算機(jī)

3、輔助設(shè)計(jì)軟件具體使用時(shí)需要綜合考慮的因素在主軸箱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，可采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)多軸箱系統(tǒng)即BCAD（BoxesComputerAssistantDesignSystem），它是借助于AutoCAD開(kāi)發(fā)的專業(yè)應(yīng)用軟件，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，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如下圖所示。6組合機(jī)床大型標(biāo)準(zhǔn)主軸箱主要由箱體類零件、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪和一些專用的附加機(jī)構(gòu)組成。這些零件的通用化程度很高，某種程度上可把主軸箱的設(shè)計(jì)視為從幾類、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。BCAD系統(tǒng)中，傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊能

4、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、齒輪與軸和軸套、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。使用該模塊，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)為在滿足主軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、強(qiáng)度和剛度的前提下，綜合考慮以下幾個(gè)因素：力求使傳動(dòng)軸的齒輪數(shù)量及規(guī)格盡可能少；選擇最佳傳動(dòng)比組成傳動(dòng)鏈；避免主軸帶動(dòng)主軸；粗加工主軸的齒輪應(yīng)盡可能靠近前支承；剛性鏜削主軸上的齒輪取適當(dāng)?shù)姆侄葓A直徑。我們對(duì)上述每個(gè)因素的單獨(dú)作用可作出定量分析，給出明確的優(yōu)化取值范圍，但在稍微復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)中上述各因素的交互作

5、用和影響?；ハ嗝埽O(shè)計(jì)方案則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)。這類帶有模糊性的問(wèn)題在當(dāng)前計(jì)算機(jī)智能化較低的情況下，很難得到有效處理。三、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件具體使用時(shí)的具體做法（一）合理安排傳動(dòng)路線的設(shè)計(jì)順序針對(duì)主軸的不同位置，據(jù)有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的專家和有關(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；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)方式中對(duì)齒輪的模6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

6、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，而用傳統(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。采用上述方法，方便我們找到了最優(yōu)結(jié)果。（二）使用第Ⅳ排齒輪完成主軸傳遞盡可能使用第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較少，使用起

7、來(lái)方便靈活，易于用來(lái)傳遞較大的扭矩，易于產(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)實(shí)際情況，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。（三）考慮優(yōu)化設(shè)計(jì)，制作常用模塊6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。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，