YZ4102Q柴油機機體齒和飛面雙臥鉆孔組合機床的設計周軍1,金鴻雁2(1.揚州職業(yè)大學,江蘇揚州225009；2.揚州柴油機有限責任公司,江蘇揚州225009)摘要:根據(jù)柴油機機體齒、飛面孔系加工的要求,在工藝分析的基礎上,運用計算機技術進行組合機床總體設計和主軸箱的設計。給出組合機床設計的過程,以及設計過程中的關注點和一些思路和方法,以期對以后類似的設計有一定的借鑒作用。關鍵詞:組合機床；AutoCAD；多軸箱計算機輔助設計中圖分類號:TG65文獻標識碼:A文章編號: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柴油機零部件在汽車零部件行業(yè)中應用十分廣泛,屬于大批量生產的產品。隨著柴油機行業(yè)競爭的不斷加劇,其零部件的成本控制已變得至關重要,所以,在考慮零件的加工工藝時,應采用流水線的加工方式,盡量使加工工序集中,以縮短生產線的長度,減少設備的投入。1綜合考慮以上因素,專用組合機床成為流水線布置的首選設備之一。本文從組合機床的總體設計和主軸箱設計兩方面加以闡述,所用的幾個方法最大限度地減輕設計的工作量,提高了設計的速度和準確性。1機床總體結構柴油機機體形狀較為復雜,行業(yè)習慣把它們分為:缸面、底面、冷面、挺面、齒面、飛面等六個面,此六個面上均包含若干個孔(銷孔、螺紋孔、油道孔、水孔等)。YZ4102Q柴油機機體零件的材料為HT250,硬度為200-255HBS。屬于箱體類零件加工,擬采用人工手動送料、一面兩銷定位、收稿日期:2007-03-16作者簡介:周軍(1970-),男,揚州職業(yè)大學建筑工程系講師；金鴻雁(1970-),男,揚州柴油機有限責任公司工程師。第11卷第2期2007年6月?lián)P州職業(yè)大學學報JournalofYangzhouPolytechnicCollegeVol.11No.2Jun.20071994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.液壓自動夾緊的方式進行加工。具體定位基準是底面和底面上相距為3720103mm的兩個16mm工藝孔,夾緊點是位于缸面的1號和4號缸孔端面。機體齒、飛面孔系加工工序圖見圖1。正面加工孔系(13孔)齒面加工孔系(20孔)圖1加工工序圖此次設計的YZ4102Q柴油機機體齒、飛面雙臥鉆孔組合機床,根據(jù)客戶要求,考慮盡量使加工工序集中,以減少流水線上設備的數(shù)量。但工序的集中不能影響整個機床系統(tǒng)的強度和剛性。所以,經過技術研究和論證,最終確認此道工序采用雙臥的形式,飛面加工的孔數(shù)量為13個,齒面加工的孔數(shù)量為20個。孔系位置見圖1,其中:飛面孔中有7個1215mm孔,深度為30mm；6個617mm孔,深度為20mm。齒面孔中有6個815mm孔,深度為24mm；13個617mm孔,深度為20mm；1個4mm孔,深度為10mm。該雙臥鉆孔組合機床總體結構包括:左、右側底座；左、右液壓滑臺；左、右動力箱；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動力部件的選擇動力部件是用以實現(xiàn)切削刀具的旋轉和進給運動的部件,是液壓滑臺和動力箱的組合。22.1電動機功率和滑臺進給力的選擇機床動力箱的電機提供主軸箱輪系轉動和刀具的旋轉切削等動力,電機選擇既要滿足需求,又不至于浪費過多的電力資源是設計應達到的目的。電機功率的計算公式為:N動=N切+N空+N損；其中,N切為切削功率；N空為空轉功率；N損為與負荷成正比的功率損失。設計中可以簡化功率的計算方法,取N動=N切/,其中為主軸箱的傳動效率。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公式分步計算: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)此設計中,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行手工計算,工作量會非常大,且容易出現(xiàn)錯誤。在進行此設計工作時可采用MicrosoftEXCEL軟件,計算結果見圖2。圖中加框部分是手冊中公式的使用及相關結果。經過計算,結果如下:齒面:切削功率=218kW；軸向進給力=1402kg飛面:切削功率=2179kW；軸向進給力=1473kg2.2滑臺最大行程的選擇液壓滑臺由滑臺、滑座及油缸三部分組成。滑臺完成下述工作循環(huán):快進工作進給(死擋鐵停留)快退原位并停止。其中,齒面工作循環(huán)快進距離為60mm,工作進給距離為40mm,預留30mm作為刀具磨損調節(jié)使用,后備量270mm作為主軸箱維修時回退距離；飛面工作循環(huán)快進距離為60mm,工作進給距離為45mm,預留30mm作為刀具磨損調節(jié)使用,后備量265mm作為主軸箱維修時回退距離。根據(jù)以上結果,最終確定齒、飛面均選用以下動力部件:HY40B-1型液壓滑臺,滑臺行程400mm,最大進給力為20kN(2040kg)；1TD40型動力箱,電機型號為:Y132S-4,功率515kW,轉速為1440rpm,經過一級1:2的傳動后,輸出軸轉速為720rpm。52第2期周軍等:YZ4102Q柴油機機體齒和飛面雙臥鉆孔組合機床的設計1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.圖2齒面主軸箱主軸切削速度、軸向力、切削功率等計算3主軸箱設計3.1設計思路由于通用主軸箱采用一根動力軸帶動多根主軸的工作方式,因此各傳動軸必須設法在有限的標準箱體空間中找到各自的分布位置,軸的分布設計必須保證各軸的轉速、旋向、強度和剛度。人工設計時,由于軸的數(shù)量很多,經常出現(xiàn)軸和齒輪間的干涉,由于檢測困難,有時直到機床組裝或試切削時才被發(fā)現(xiàn),給公司帶來巨大損失。在主軸箱進行設計過程中,可以綜合運用AutoCAD,Mi2crosoftEXCEL,BCAD(主軸箱計算機輔助設計)等幾種軟件。3.2實例以齒面(20孔)主軸箱設計為例,介紹通用主軸箱的整個設計過程。第一步,在AutoCAD中調入齒面的工序圖,要求調入的圖形是嚴格按照11的比例繪制,并按11的比例調入。5由于本機床是臥式機床,設計的主軸箱正面圖形與工序圖是一個左右鏡相的關系(立式主軸箱是上下鏡相關系),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,見圖3。第二步,調入已選擇好型號的主軸箱正面外形圖(本設計是630X630箱體)。根據(jù)機床的總體設計和動力頭的規(guī)格,確定動力頭輸出軸在主軸箱外形圖中的位置,并標記點I,然后根據(jù)主軸箱上最低主軸與動力頭輸出軸的相對位置關系(本設計中,主軸箱上機體齒面主軸承孔與動力頭輸出軸在X向距離為0mm,Y向距離是28mm),在鏡相后的工序圖形中也標記點II,將鏡相后的工序圖形連同標記點II一起移至主軸箱外形圖中,使標記點I和II重合,見圖4。這樣,就確定了齒面加工孔系在主軸箱體中的坐標位置。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,整體平移至世界坐標系的圓點位置,見圖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各點的坐標,很方便的就得到了所有主軸在主軸箱體中的坐標位置,結果見圖5。其中的X,Y坐標部分(圖中框內數(shù)據(jù))可作為BCAD的輸入。62揚州職業(yè)大學學報第11卷1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.圖4孔系坐標位置的確定圖5AutoCAD孔系坐標尺寸第五步,主軸箱原始數(shù)據(jù)輸入。運用BCAD主軸箱計算機輔助設計軟件設計時,其主要設計步驟是:主軸箱原始數(shù)據(jù)輸入傳動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,此法對軸數(shù)少的主軸箱設計可以采用,但對軸數(shù)較多的主軸箱就顯得很不方便,且容易出錯、不易修改。另一種是調入原始數(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來調用(并可以多次調用)。設計時可采用MicrosoftEXCEL來編輯由AutoCAD中獲得的數(shù)據(jù)。本例中的數(shù)據(jù)經編輯后其格式如下:20016306301168100004741000055010000238107071200123281000048110000550100002381070712001321510000413100005501000023810707220012038510000157150006401000013518845120014072010000第六步,齒輪傳動路線的設計。BCAD軟件的應用徹底改變了以往人工設計周期長、錯誤多的狀況。如本例的20根主軸,運用該軟件1-2天就可以給出一個相對較理想的傳動路線。經過總體校核(主軸、齒輪等組件間的干涉,軸、齒輪、軸承的強度和壽命等)和數(shù)據(jù)整理,軟件會自動生成所需的裝配圖(見圖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結語本文所述的設計思路和方法很大程度上縮短了組合機床的設計周期,提高了設計的準確性、可靠性,這在實際運用中也已經得到驗證。參考文獻:1顧崇銜.機械制造工藝學M.陜西:陜西科學技術出版社,1994.2謝家瀛.組合機床設計簡明手冊M.北京:機械工業(yè)出