668 ZH1105柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設計（左主軸箱設計）

668 ZH1105柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設計（左主軸箱設計）,zh1105,柴油機,缸體,三面粗鏜,組合,機床,設計,主軸 文 獻 資 料專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名 劉 少 衛(wèi) 班 級 BMZ 機制 031 學 號 0361440124 指 導 教 師 劉 必 榮 文 獻 資 料[1] 吳何畏, 王衛(wèi)兵. 鉆孔組合機床液壓傳動和電氣控制系統(tǒng)的設計[J]. 制造技術與機床, 2007,(01) ,58-61 .[2] 吳何畏, 王衛(wèi)兵. 鉆孔組合機床液壓傳動和電氣控制系統(tǒng)的設計[J]. 組合機床與自動化加工技術 , 2006,(08),56-59 .[3] 李瑋, 沈勇, 董軍, 姚順忠 . PLC 在 B230 龍門刨床電氣控制中的應用[J].西南林學院學報 , 2003,(02) ,85-88. [4] 田艷芳. PLC 在鉆孔組合機床控制中的應用[J].機床與液壓, 2003,(04),180-181. [5] 王成安, 關長偉. PLC 的梯形圖語言在實際工程設計中容易出現的錯誤分析[J]. 丹東紡專學報 , 2003,(04) ,17-18.[6] 龐偉, 葛桂萍 . 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年代以來,汽車、拖拉機行業(yè)市場的競爭更趨激烈,新產品層出不窮,產品市場壽命進一步縮短,新的產品層出不窮,新產品的開發(fā)周期日益縮短.因而汽車、拖拉機工業(yè)對高速化、柔性自動化技術裝備的需求量日益增多.因此,為適應新產品更新?lián)Q代的步伐,使生產線在保持其高生產率的條件下,進一步提高其柔性,就越來越具有重要意義.組合機床及其生產線,是專用于大批量機械產品生產的高效自動化技術設備,是汽車、拖拉機、內燃機等工業(yè)不可替代的主要加工設備.近年來隨著數控技術、電子技術、計算機技術等的發(fā)展,組合機床的機械結構和控制系統(tǒng)也發(fā)生了翻天覆地的變化.因此,研究組合機床及其生產線的技術現狀和發(fā)展趨勢,使傳統(tǒng)的組合機床及其自動線具有柔性,是拖拉機和汽車生產企業(yè)為滿足市場需求所必須解決的問題.1　生產線的柔性化發(fā)展特點1.1　數控化數控組合機床的出現,不僅完全改變了過去那種由繼電器電路組成的組合機床的控制系統(tǒng),而且也使組合機床機械結構乃至通用部件標準發(fā)生了或正在發(fā)生著巨大的變化.組合機床及其自動線的數控化,使得傳統(tǒng)的專用機床和通用機床的界限,變得模糊起來.以至于在組合機床這種傳統(tǒng)意義上的專用機床領域內,也出現了“組合機床柔性化”的提法和實踐.傳統(tǒng)意義上的組合機床剛性自動線和生產線,也具有了一定的柔性.組合機床柔性化在國際上發(fā)展較為迅速.如美國 Lanm公司 20 世紀 90 年代前期生產的汽車發(fā)動機缸體、缸蓋加工設備,有 50%是傳統(tǒng)的組合機床生產線,25%是可調可變生產線,25%是柔性生產系統(tǒng)(FTL,FMS).日本在 1988~1992 年間,組合機床的數控化率已達 32%~39%.德國在同時間內組合機床及自動線的數控化率為 18%~62%[1].目前,國內也開展了數控組合機床的研究.如沈陽數控機床廠推出了 SSK-U6030 型缸體八工位數控組合機床,用以加工家用冰箱壓縮機缸體[2]. 一些組合機床通用部件生產廠家也已經開發(fā)出一維數控滑臺、二維數控十字滑臺和數控回轉臺.與其它數控機床類似,數控組合機床也是通過數控加工程序來改變加工行程、工作循環(huán)、切削參數、加工位置和自動換刀.而且,結合組合機床特點,數控組合機床還可自動更換主軸箱,以適應變形品種的加工.必須指出的是,一般意義上的數控組合機床與數控機床是完全不同的,數控機床是在通用機床的基礎上發(fā)展起來的,它不必考慮零部件的通用化問題,它的加工工藝十分廣泛,主要用于零件小批量生產模式中.而數控組合機床是在組合機床這類專用機床的基礎上發(fā)展起來的,它是由數控化的通用部件作為零部件而組裝成的,因而具有傳統(tǒng)組合機床通用部件設計、制造標準化的優(yōu)點;它的工藝范圍相對較窄,主要用于多品種變批量生產當中.當然,數控組合機床是數控機床的一種,隨著技術的發(fā)展,數控組合機床與一般意義上的數控機床的差別將逐漸縮小.1.2　模塊化為適應數控組合機床的發(fā)展,就出現了組成數控機床的數控加工功能模塊.組合機床模塊化是組合機床數控化所帶來的必然結果,也是組合機床數控化的必要基礎.數控加工模塊化極大地豐富了組合機床的通用件.它必將引起組合機床通用件發(fā)生根本性變化.數控加工模塊,按其數控坐標(軸)數,主要有單坐標、雙坐標和三坐標.按其主軸數,有單軸和多軸模塊,也有單軸和多軸復合加工模塊.數控加工模塊的發(fā)展,主要有 2 種方式.一是與現有組合機床通用件相對應,設計數控通用件.目前國內已有企業(yè)正在研制數控一維滑臺、數控二維(十字)滑臺、數控回轉工作臺等,都屬于這種方式;二是根據數控加工的特點 ,研制數控組合機床所獨有的部件,如自動更換式多軸主軸箱、數控回轉刀庫、數控換刀機械手、數控換箱機械手等.1.3　高速化由于高速加工可大大降低零件表面粗糙度及切削力、大大減小切削溫度、提高生產效率,故機床的高速化研究方興未艾,特別是數控機床的主運動和進給運動已達到了驚人的高速.如美國生產的加工中心,主軸轉速可達 15 000 r~60 000 r/min,工作臺快進速度高達 90~120 m/min[2].順應機床高速化的潮流,組合機床的速度也越來越高.例如,德國大眾汽車廠在加工鋁合金缸蓋燃燒室側面時,采用PCD 銑刀,銑削速度高達 3 075 m/min,進給速度達 3 600 mm/min,而采用安裝有CBN 刀片的新穎鏜刀加工灰鑄鐵時,切削速度達 800 m/min,進給速度達 1 500 mm/min[1].1.4　精密化由于機床實現了數控化,因而機床的加工精度越來越高,使一些過去看來難以達到的加工精度,今天也已經實現了.例如,意大利 Mandelli 公司生產的 Thunder 500 型加工中心,X、Y、Z 軸的定位精度均為 0.008 mm,重復定位精度為 0.003 mm;B 軸定位精度 6″,重復定位精度 3″.在數控組合機床上 ,也要求提高設備的工序能力系數,使加工誤差在 0.01mm 以內[1].1.5　全防護化全封閉防護是現在機床的一大特點,不論是單機還是機床生產線,均采用全封閉的外包裝.電器、液壓全部采用空中走線.全封閉防護,不但使機床及其生產線外型美觀,而且也提高了機床及生產線的安全性、可靠性和維修的便利性.2　數控組合機床通用部件眾所周知,傳統(tǒng)的組合機床屬剛性的專用機床,它主要由一些具有獨立功能的通用部件及少許專用部件所構成,是典型的模塊化機床.通過給通用部件(或模塊)賦予柔性,使其成為柔性通用部件,用這些柔性通用部件就可以構成多種形式的柔性組合機床.因此,研制數控組合機床通用部件是制造柔性化的組合機床及其生產線的基礎.2.1　數控動力滑臺一維數控滑臺、二維數控十字滑臺是數控組合機床的基礎部件.此類滑臺可根據用戶要求,采用交流伺服電機或步進電機驅動.數控滑臺的導軌面及壓板滑動面均粘貼了工業(yè)塑料導軌板.該工業(yè)塑料導軌板是一種以聚四氟乙烯為主的塑料板材,厚度為 4 mm(按需要可以選擇不同的規(guī)格), 可以進行各種機械加工,其粘結工藝也很簡單.這種工業(yè)導軌板的摩擦系數很小,可以使數控滑臺運動輕快,振動小、噪聲低,并能防止低速爬行.另外,由于這種材料具有較好的耐磨性,因此可以延長導軌的壽命.在組合機床中,在切削負荷較小的精加工場合,也可在動力滑臺上用直線滾動導軌代替滑動導軌,實現動力滑臺的滾動化(滾動導軌+滾珠絲杠).一維、二維數控滑臺的傳動絲杠均采用雙螺母滾珠絲杠,以消除雙向傳動間隙,提高數控滑臺的傳動精度. 2.2　數控回轉工作臺在組合機床中,回轉式多工位組合機床占有很重要的地位.根據有關統(tǒng)計資料,德國在 1990~1992 年期間,回轉式多工位組合機床和自動線的產量約各占組合機床總數的 50%左右 [1].因為這類機床可以把工件的許多加工工序分配到多個加工工位上,并同時能從多個方向對工件的幾個面進行加工,此外,還可以通過轉位夾具(在回轉工作臺機床上) 或通過轉位、翻轉裝置(在自動線上)實現工件的五面加工或全部加工,因而具有很高的自動化程度和生產效率,被汽車、拖拉機和壓縮機等工業(yè)部門廣泛采用.而數控回轉工作臺是回轉式多工位數控組合機床的基礎部件.目前,國內已開發(fā)出系列數控回轉工作臺,它可以水平方式安裝于主機中間底座的臺面上,以完成對工件的多面加工,也可以垂直方式安裝于主機動力滑臺上,實現自動換刀加工.它利用主機的控制系統(tǒng)或專門配套的控制系統(tǒng),完成與主機相協(xié)調的各種加工的分度回轉運動.水平方式安裝時,工作臺上可安裝板、盤或其它形狀較復雜的被加工零部件,從而實現等分的和不等分的連續(xù)的孔、槽以及曲面的加工,且能達到很高的精度.2.3　數控切削頭現國內已經開發(fā)出可實現無級調速的各種切削頭,如數控鉆削頭、鏜削頭、銑削頭等等.如大功率滑座式銑頭,該銑頭既可用于組合銑床,又可用于數控組合銑床.與傳統(tǒng)銑頭相比,該銑頭有兩個顯著特點:一是銑頭轉速可無級調速 ,這是因為它可采用變頻器來實現電機的調速;二是它具有銑頭軸向進給運動 .它與數控回轉臺組合,可完成對零件的多面加工.該銑頭的開發(fā)成功,不僅為組合銑床添加了新成員,也為數控組合機床增添了新的通用部件.3　常見的柔性數控組合機床3.1　數控轉塔組合機床數控轉塔動力頭可與數控滑臺和其它通用部件組成數控轉塔組合機床.數控轉塔動力頭有單軸和多軸的,有立式、臥式和傾斜式的,故可構成多種形式的數控轉塔機床.通過轉塔頭的轉位,即可對工件進行多工序加工,也可在不同的工位加工不同的零件.3.2　數控自動更換多軸箱組合機床多軸加工是組合機床獲得高生產率的主要手段,由數控可更換主軸箱所組成的數控組合機床既保證了機床的高效又兼?zhèn)淞烁叩娜嵝?由于這種多軸箱只有在機床處于加工中它才與動力箱連接構成切削頭.所以,從理論上講,可更換的多軸箱的數量是不受限制的,從而具有更大的靈活性.這種柔性機床適合于中小批量多品種或中大批量輪番生產箱體類零件采用.3.3　數控換刀和換箱復合式組合機床此類柔性組合機床實際是將加工中心和組合機床巧妙地結合在一起,既保持了組合機床的高效又兼?zhèn)淞思庸ぶ行牡母呷嵝?換刀主要是為較大直徑的單軸孔的半精鏜和精鏜.3.4　三坐標加工模塊帶換刀裝置的三坐標加工模塊,其加工主軸可實現 X、Y 、Z 三個坐標軸的運動,刀具也可自動更換,對加工族系零件有較大的靈活性.這種加工模塊配以固定工作臺可組成三坐標加工單元,配以回轉工作臺或回轉夾具也可組成四軸、五軸加工單元.可以獨立使用,又可以用于組合機床自動線,使其成為柔性自動線[4].4　結　語柔性組合機床及組合機床柔性生產線是實現剛性的多品種變批量生產方式的主要設備.它是在剛性的組合機床與組合機床生產線的基礎上為適應市場消費個性化而產生的新型設備.數控技術、自動化技術等先進制造技術的發(fā)展為其生產與發(fā)展提供了堅實的技術基礎.對許多企業(yè)而言,研制、采用柔性組合機床與組合機床柔性生產線,不僅應當成為技術革新的主要內容,而且將成為企業(yè)提高競爭力的參考文獻:[1]　李如松. 組合機床和自動線的技術發(fā)展[EB/OL].(2005-12-05).http://www.icad.com.cn.[2]　李秀敏. 組合機床行業(yè)現狀與發(fā)展思考[J].航空制造技術,2003,(4):41-43.[3]　AMT 信息宣傳部 ,《 WMEM》編輯部.來自 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技術使用范圍不斷擴大,如美國的INGERSOLL、KINGSBURY 、BURGMAST、CINCIN-NATI、MILACRON、LAMB、CROSS 等機床公司 ,德國赫勒·許勒(Huller-Hille) 公司,英國克勞斯(Cross)公司,組合機床已經向 CAD/CAM 集成系統(tǒng)發(fā)展,其中多軸箱模塊化設計已趨于成熟。2·2　國內現狀上世紀 70 年代初,大連組合機床研究所已開始這方面的研究工作。1978 年,組合機床 CAD 技術列為國家機械工業(yè)重點項目,從此開始了我國組合機床 CAD技術的研究。目前,大連機床廠、常州機床總廠、武漢機床集團公司、安陽第二機床廠、保定第二機床廠、濟寧機床廠和大連組合機床研究所等,在組合機床設計中普遍應用 CAD 技術。近年來,隨著 CAD 技。術的日益成熟, Pro/E、UG 、Solid Edge、AutoCAD 等多種 CAD 技術已廣泛應用于組合機床設計。其中,有關多軸箱計算機輔助設計的研究工作也相應取得了很大成就,已經研制出較多有效的軟件系統(tǒng)。1)大連組合機床廠研制的多軸箱 CAD 系統(tǒng)通過數學模型模擬多軸箱運轉情況,檢驗多軸箱的所有幾何干涉、轉速及轉向錯誤,并能自動生成多軸箱的裝配表、零件明細表、裝配圖和零件加工圖等,軟件設計科學、嚴謹。2)河南科技大學根據組合機床的設計特點,結合先進設計技術,在三維設計軟件 UG 的平臺上進行二次開發(fā),建立了組合機床 CAD 系統(tǒng),其中,多軸箱的設計包括多軸箱體的設計和傳動系統(tǒng)的設計兩部分。多軸箱設計模塊在多軸箱總體裝配模型的設計平臺上,通過友好的人機交互界面接受用戶輸入的數據。多軸箱體的設計過程是調用多軸箱體零件并根據參數更新模型; 主軸箱的傳動系統(tǒng)可以分為六種基本的傳動模型,主軸箱設計圖形庫中包括這六種基本傳動。模型的模板,傳動系統(tǒng)的設計過程是調用基本傳動模型,并通過不斷地組合形成需要的傳動總體系統(tǒng)。最后,配制成用戶需要的多軸箱結構形式[4]。此軟件采用三維形式表達多軸箱的傳動系統(tǒng),便于干涉檢驗及參數的更改。3)廣西工學院利用三維 CAD 軟件 Solid Edge9·0 開發(fā)針對多軸箱的三維變量化 CAD 系統(tǒng)。所謂變量化設計是一種基于用戶設計層次的設計方法,它將圖形的尺寸關系和幾何關系以變量的形式表示,通過對圖形變量的賦值,以實現圖形的生成或修改,從而得到所需的設計圖形。按這種方法設計多軸箱,不僅大大減少了設計人員的設計、計算和繪圖工作量,而且設計出的多軸箱三維模型直觀、可視性強,檢查各種干涉方便快捷,如發(fā)現問題可再次修改變量,以滿足設計要求。此外,還可利用 Solid Edge 的機構運動模擬功能對裝配好的多軸箱進行模擬旋轉運動,更好地觀察多軸箱的運動狀態(tài),使得設計更趨于合理。4)黃石高等?？茖W校以 AutoCAD 為平臺,開發(fā)組合機床多軸箱傳動總體方案設計 CAI 課件,該軟件利用 AutoCAD 的內嵌AutoLISP 語言編程實現 AutoCAD 二次開發(fā)[5]。在 AutoCAD 中建立設計菜單,該菜單包括設計軟件說明、使用方法選擇、箱體選擇、軸徑計算、傳動方案設計、干涉檢查和輸出結果等項。其中,關鍵性的模塊是傳動方案設計和干涉檢查。傳動方案設計包括分配傳動比、選用齒輪模數、傳動鏈分組、確定齒輪參數等;干涉檢查模塊主要檢查指定齒輪與軸或軸套是否發(fā)生干涉,用戶完成傳動系統(tǒng)初步方案后,由于圖中僅畫出各齒輪的分度圓,有時對齒輪或軸套是否發(fā)生干涉用肉眼難以判斷,調用該模塊,用鼠標先后點取需檢查的齒輪分度圓和軸心,便自動顯示檢查結論,若發(fā)生干涉,允許用戶修改參數。此 CAI 課件通過友好的人機交互界面得到了多軸箱的設計結果,既有利于掌握設計方法,又避免繁雜的計算,使學習效率大大提高,適用于教學。另外,燕山大學,揚州大學,揚州柴油機廠,華北電力大學,渝州大學等部門也針對多軸箱開發(fā)了 CAD 設計軟件,輔助完成從組合機床多軸箱設計到繪圖的全過程。綜觀國內外多軸箱的設計軟件,其優(yōu)點可歸納為: 1) 多軸箱組成部件的模塊化設計已基本實現,通過引入 CAD 技術如 Solid Edge、 UG、AutoCAD 等來完成組成構件的參數化、模塊化設計; 2)各構件干涉校核部分也比較完善,尤其是在三維設計軟件 SolidEdge、UG 等平臺上開發(fā)的多軸箱 CAD 系統(tǒng),設計過程比較形象直觀,干涉校核方便快捷,易更改。但也均存在一定的缺陷,如關于傳動路線的確定,基本上靠設計者的經驗來決策,還沒有形成一種規(guī)則來引導設計者,或者是生成一種專家系統(tǒng)來指導設計者,整個多軸箱的設計過程基本上是將組成部件進行羅列、堆積,最后形成所需要的模型,智能化程度比較低。這樣多軸箱的設計周期及設計質量均無法保證,所以這些設計軟件比較適用于小范圍修改多軸箱的設計。3　多軸箱 CAD 發(fā)展趨勢針對組合機床的功能及特點,它是大批量機械產品實現高效、高質量和經濟性生產的重要設備。隨著市場經濟的發(fā)展,作為組合機床的主要應用對象,如汽車、拖拉機、發(fā)動機、摩托車及其發(fā)動機等行業(yè)有了更深刻的變化,產品壽命周期不斷縮短,品種日益增多。加工產品不同,組合機床不同,多軸箱也不同。這要求工程技術人員要不斷地提高產品的開發(fā)能力,以滿足市場要求。因此,如何高效、高質量地設計出多軸箱已經成為組合機床廠家的追求目標。就目前研究狀況,CAD技術已經廣泛應用于多軸箱設計,為設計人員提供了方便、快捷、高效的設計工具,但其智能化程度不高。目前,硬件、軟件、智能化等技術的發(fā)展,為開發(fā)更先進的多軸箱的設計軟件提供了必要的技術基礎。從硬件看,存取容量、存取速度不斷增大,數據處理、科學計算的功能不斷增強,為開發(fā)軟件提供了更強硬的設備后盾; 從軟件看, CAD 專業(yè)軟件的家族不斷壯大,如 Pro/E、Solid Edge、 UG、AutoCAD 等 ,及一些計算機高級語言諸如VB、VBA、 AutoLISP、VC 、VB.NET 等不斷更新 ,為機械 CAD 軟件開發(fā)提供了有力的工具,可以運用這些工具在 CAD 專業(yè)軟件的平臺上開發(fā)出符合用戶要求的設計系統(tǒng),既解決了使用計算機語言開發(fā)的專用系統(tǒng)難度大、成本高的難題,又彌補了單使用通用商品化 CAD 專業(yè)軟件效率不高的缺陷,這為多軸箱 CAD 設計提供了豐富的開發(fā)工具;從 CAD 智能化的發(fā)展趨勢看 ,在人工智能技術飛速發(fā)展的前提下,隨著知識工程技術的發(fā)展和深入研究,智能化 CAD 系統(tǒng)將應運而生,智能 CAD 軟件采用動態(tài)導航技術、智能型知識檢索工具和知識推送工具[3],為多軸箱 CAD 設計向更高層次發(fā)展提供了理論基礎。專家系統(tǒng)技術的引入可以提高多軸箱設計軟件的智能化程度。它是人工智能技術的一個分支,其結構一般包括人機接口、推理機、知識庫及其管理系統(tǒng)、數據庫及其管理系統(tǒng)、知識獲取機構、解釋機構六部分。它能根據當前已知的事實,利用知識庫中的事實,按一定的推理方法和控制策略進行推理,求得問題的答案,專家系統(tǒng)技術可將此領域專家設計經驗歸納和利用,推進了設計質量和效率的提高。就目前國內外研究現狀來說,多軸箱的設計軟件雖多,但涉及專家系統(tǒng)方面的設計軟件還未見到,還停留在模塊化設計的階段,沒有形成一種智能型 CAD 設計系統(tǒng)。如果在多軸箱 CAD系統(tǒng)中引入專家系統(tǒng)技術,使整個設計過程中利用專家的經驗來模仿人的行為進行思考和推理,這將是順應 CAD 的主要發(fā)展趨勢的多軸箱設計系統(tǒng)。4　結語以知識為基礎的專家系統(tǒng)可幫助設計師進行判斷、推理和決策,可以提高設計軟件的智能化程度。引入人工智能技術,搜集并整理此領域的專家經驗,用它來模擬專家的設計過程,協(xié)助設計人員完成評判、推理、確定最優(yōu)化方案整個過程。將專家系統(tǒng)技術與 CAD 技術相結合來開發(fā)多軸箱的 CAD 設計軟件,勢必既縮短多軸箱的設計周期,又提高其設計質量及智能化程度,較好地適應市場的需求。參考文獻:[1]　大連組合機床研究所.組合機床設計———機械部分[M].北京 :機械工業(yè)出版社, 1975.[2]　殷國富. 工程專家系統(tǒng)技術及其應用[M].成都:成都科技大學出版社, 1993.[3]　王文娟. 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