《装备制造技术｝２０１３年第４期 车床ＣＡ６１ ４０主轴箱的研制 汪东明 （柳州职业技术学院，广西柳州５４５００７） 摘要：笔者根据企业实际生产模式，详细阐述了车床ＣＡ６１４０主轴箱完整的研制过程，对其他相似产品的研制来说。具 备很好的理论参考价值。 关键词：主轴箱；虚拟一现实技术；工艺分析；夹具 中图分类号：ＴＧ５１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ６７２—５４５Ｘｌ ２０１ ３）０４—００５５—０３ 近年来，虚拟一现实技术获得了广泛的应用【１］。 可目前有关虚拟一现实技术完整的应用在具体某一 型号产品的文献比较少，往往看到的都是支离破碎 的一个片段，这些“片段”即使理论层度再高深、技术 再先进，也由于与整个生产流程脱离较严重，体现不 出系统的优越性。因此，从系统角度宏观的将虚拟一 图１ 车床ＣＡ６１ ４０的主轴箱设计的模型 现实技术做一次完整的应用，对指导企业生产具有 ２ 车床ＣＡ６１ ４０主轴箱结构的验证 非常重大的意义。 １ 车床ＣＡ６１ ４０主轴箱的概念设计 ２．１车床ＣＡ６１ ４０的主轴箱结构的模态分析 将车床ＣＡ６１４０的主轴箱模型在ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ界 面内进行有限元网格离散处理，并生成中性文件．ｍｎｆ， 根据客户要求收集相关的数据，参照车床 获得的车床ＣＡ６１４０的主轴箱各阶模态如图２所示。 ＣＡ６１４０主轴箱成熟产品以及行业规范，收集的相关 资料，如表１所示。 …～…ｔ－－＿一ｈ＿－ ～… ■＿＿● 表１车床ＣＡ６１４０主轴箱参数 工件最大回转 工件最大 主轴孔径 主轴转速 主轴转速 直径（ｍｍ） 长度（ｉｎｌｎ） （ｍｍ） 范围（正转） 范围（反转） ４００ ｎｌｎｌ ｌＯ０ｏＩｎｒｌｌ ４８ ｎＬｒｌｌ ２４级 １２级 ．． 车床ＣＡ６１４０的主轴箱包括：箱体、主轴部件、传 动机构、操纵机构、换向装置、制动装置和润滑装置 等。车床ＣＡ６１４０主轴箱主要功能：支承主轴和传动 主轴旋转，并使主轴实现起动、停止、变速和换向等。 因此，本设计主要围绕解决车床ＣＡ６１４０主轴箱尺 图２ 车床ＣＡ６１４０的主轴箱固有频率的模态 从图２中我们可以看出，当车床ＣＡ６１４０的主轴 寸、结构以及各传动轴、操纵机构操纵杆、换向装置、 箱其固有频率【２】为４８２．１７ Ｈｚ时，箱体两侧部发生了 制动装置等安装位置尺寸展开。 向外凸的变形；在车床ＣＡ６１４０的主轴箱的频率为 车床ＣＡ６１４０的主轴箱设计尺寸为：６７０×５２０ Ｘ ８９９．３５ Ｈｚ时，箱体四周发生了向内凹的变形；当车床 ４２０，考虑在满足刚度要求的前提下对车床ＣＡ６１４０ ＣＡ６１４０的主轴箱其固有频率为１３７５．１ Ｈｚ时，箱体四 的主轴部件在结构上作了改进，使主轴由原来的三 周发生了扭曲变形；在车床ＣＡ６１４０的主轴箱的频率 支承结构改为两支承结构；由前端轴向定位改为后 为２ｌ１Ｏ．３ Ｈｚ时，箱体两侧部发生了鼓胀变形。车床 端轴向定位。车床ＣＡ６１４０的主轴箱模型参见图１。 ＣＡ６１４０采用电动机驱动，电动机频率是５０ Ｈｚ；而整 收稿日期：２０１３－０１—１４ 作者简介：汪东明（１９６６一），男，湖北红安人，讲师，研究方向为机电工程。 ５５ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．４，２０１ ３ 个车床ＣＡ６１４０主轴箱的齿轮传动系统中，所有齿轮 铸件加热时应缓慢加热，必要时可在５００～６５０ ｏＣ预 啮合传动频率都不是车床ＣＡ６１４０的主轴箱固有频 热，以避免不均匀加热而造成开裂。通过油淬火的热 率的倍频，由此可知我们设计的车床ＣＡ６１４０的主轴 处理方式达到提高车床ＣＡ６１４０主轴箱铸件的强度 箱在构造上是合理的。 和耐磨性能。 ２．２运动学仿真 根据车床ＣＡ６１４０的主轴箱功能要求，建立完整 ３ 车床ＣＡ６１ ４０主轴箱生产工艺分析 的模型并进行运动学仿真，验证车床ＣＡ６１４０的主轴 箱内安装的主轴部件、传动机构、操纵机构、换向装 ３．１车床ＣＡ６１ ４０的主轴箱生产工艺分析 置、制动装置和润滑装置等尺寸合理性【３］。模型见图３ 结合企业现有条件制定如下方案组织生产： 所示。通过对仿真视频观察，没有观察到车床 （１）砂型铸造得到箱体毛坯，清砂处理。 ＣＡ６１４０的主轴箱内安装的主轴部件、传动机构、操 纵机构、换向装置、制动装置和润滑装置等在仿真过 程中发生尺寸干涉现象，这说明车床ＣＡ６１４０的主轴 箱内各个安装部件安装尺寸的设计是合理的。 ２．３车床ＣＡ６１４０的主轴箱强度分析 将车床ＣＡ６１４０主轴箱的中性文件．ｍｎｆ导人 Ａｄａｍ ，通过对车床ＣＡ６１４０主轴箱进行动力学仿 真，我们可以获得了车床ＣＡ６１４０主轴箱处于工况条 件下运行的力学数据，如图４所示。 图４车床ＣＡ６１４０主轴箱工况运行的应力云图 通过对车床ＣＡ６１４０主轴箱进行动力学仿真，我 们获得了车床ＣＡ６１４０主轴箱处于工况条件下运行 的力学数据，从图４中，我们可以看出车床ＣＡ６１４０ 主轴箱受到的最大Ｖｏｎ Ｍｉｓｓ应力为１３１ ＭＰａ，车床 ＣＡ６１４０主轴箱材料采用灰铸铁ＨＴ２００，是完全能满 足强度要求的。从图中我们还可以看出，设计的车床 ＣＡ６１４０主轴箱应力集中在支承主轴的部位，可以采 用将车床ＣＡ６１４０主轴箱铸件加热到Ａｃｌ上限＋３０ ５０ 的温度，一般取８５０～９００℃，使组织转变成 奥氏体，并在此温度下保温，以增加碳在奥氏体中的 溶解度，然后进行油淬火，对于车床ＣＡ６１４０主轴箱 ５６ （２）对毛坯进行热处理——去应力退火，消除残 余内应力对加工品质的影响，使其硬度达到 ＨＢＳ１７０。 （３）检验毛坯，不得有砂眼、气孔。 （４）粗精铣底面，表面粗糙度达到Ｒａ６．３。 （５）以底面作为基准面钻锪地脚螺栓孔４，１２．８， 铰削地脚螺栓孔至＋１３Ｈ６。 （６）以底面作为基准面粗精铣顶面，表面粗糙度 达到Ｒａ６．３。 （１７）钳，去毛刺、飞边。 （１８）非加工面涂漆。 （１９）加工面涂防锈油。 （２０）检验入库。 ３．２工艺过程卡的制作 车床ＣＡ６１４０主轴箱工艺过程卡如表２所示。 表２工艺卡制作过程 零件名称 零件材料 毛坯种类 毛坯硬度 毛坯重量 车床ＣＡ６１４０主轴箱箱体 Ｈｒ２ｏ０ 铸件 Ｉ７０ＨＢＳ 工序号 工序名称 设备名称 央具 进给量 主轴转速 切削速度 切削深度 （ｍｍ／ｒ） （ｒ／ａｒｉｎ） （ｍ／ｒａｌｎ） （ｍ） 冷却液 １ 砂型铸造、清砂 ２ 热处理 ３ 检验 ４ 粗糟镜底面 Ｘ６Ｏ４２ 执用虎钳 粗：０ ８４ 粗：１６０ 粗：１０３ 粗：５ 精：０６ 精：２５０ 精：１５０ 糟：０５ ５ 钻锪地脚螺栓孔 Ｚ６０３６×２０ 专用央具１ 钻：０．２ 钻：８０Ｏ 钻：３４ 钻：４．９ ４× １２ ８ 锪：０．２ 锪：８００ 锪：６３ ｏ５ 镪：４．６ ６ 粗精铣顶面 Ｘ５ｏ３２Ａ 压板 粗：０ ８４ 粗：１６０ 粗：１０３ 粗；５ 精：０．６ 精：２５０ 精：１５０ 精：０．５ Ｉ７ 钳。去毛刺 １８ 非加工面涂藩 １９ 加丁面涂防锈油 ２０ 检验入库 ４ 主轴箱定位基准的选择及机床夹具位置 的确定 ４．１车床ＣＡ６１４０主轴箱定位基准的选择 车床ＣＡ６１４０主轴箱定位基准的选择主要考虑 以下几个因素： 《装备制造技术）２０１３年第４期 （１）必须与工艺基准重合，并尽量与设计基准重 ４．２车床ＣＡ６１ ４０主轴箱机床夹具位置的确定 为确定夹具与机床工作台的相对位置，在夹具 体底面上设置定位键。铣床夹具通过两个定位键与 制造精度； （２）应选择主轴箱上最大的平面为定位基准，以 机床工作台上的Ｔ形槽配合，确定夹具在机床上的 位置。定位键宽度由机床工作台Ｔ型槽宽度决定，定 提高定位精度，并使定位稳定、可靠； （３）在选择定位元件时，要防止出现欠定位或过 位键与夹具通过螺钉联接。 合，以减小定位误差，获得最大加工允差，降低夹具 定位的原则性错误； （４）在工件各加工工序中，力求采用同一基准， ５ 结束语 以避免因基准更换而降低工件各表面相互位置的准 确度。 本文以车床ＣＡ６１４０主轴箱研发为例，从制造系 综合以上因素，故选择车床ＣＡ６１４０主轴箱精加 统的角度阐述了产品研制的一个整体流程，为设计 工后的底面作为用于侧面加工的定位基准。车床 人员开展设计工作具有很好的指导价值。 ＣＡ６１４０主轴箱工序定位简图见图５。 参考文献： ［１王国强．虚拟样机技术及其在ＡＤＡＭＳ上的实践【１］Ｍ１．西安： 西北工业大学出版社，２００２． 圆柱销 销边削 【２］傅 －Ａ＝－方．模态分析理论与应用【Ｍ】．上海：上海交通大学出版 社，２００２ 图５车床ＣＡ６１４０主轴箱工序定位简图 ［３张方瑞．ＵＧ ３］ＮＸ ４．０中文版工程制图实例教程【Ｍ］．北京：电 子工业出版社２００８ ，Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｓｐｉｎｄｌｅ Ｂｏｘ ｏｆ Ｌａｔｈｅ Ｔｙｐｅ Ｃａ６１ ４０ ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇ－ｍｉｎｇ （ＬｉｕＺｈｏｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，ＬｉｕＺｈｏｕ Ｇｕａｎｇｘｉ ５４５００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｎｙ’Ｓ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ，ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｔｈｅ ｌａｔｈｅ ＣＡ６１４０ ｓｐｉｎｄｌｅ ｂｏｘ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｆｏｒ ｏｔｈｅｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｉｔ ｈａｓ ｖｅｒｙ ｇｏｏｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｐｉｎｄｌｅ ｂｏｘ；ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｉｆｘｔｕｒｅ （上接第５４页） 参考文献： ５ 结束语 ［１田超，郭斌．数控仿真中ＮＣ程序的通用转换技术［１］Ｊ】．控 制与检测，２００８（２）：５５—５９． ２彭健钧，郭锐峰，张世民，等．数控加工仿真系统的研究与 ２］本文详细的讨论了数控仿真系统中数控代码解 ［应用【Ｊ］．小型微型计算机系统，２０１０（６）：１２４０—１２４４． 释模块的设计方法。该技术已经运用到了包含华中数 ３黄冲，３】胡俊，吴宇晗．ＣＮＣ系统的用户宏程序功能的译码 控ＨＮＣ一２１Ｔ、广州数控ＧＳＫ９８０ＴＤ和沈阳数控 【实现【Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２００４（６）：４－６． Ｄａｓｅｎ３ｉ三种不同机床的数控仿真系统中，并且成功 ［４］王琦魁，李伟，陈友东．新型的数控译码模块结构的研究 的实现了译码功能。其通用性和可移植性得到了 与实现【Ｊ】．北京航空航天大学学报，２００９，３５（１）：１２２—１２５． 验证。 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ Ｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒ ＣＮＣ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ＣＨＥＮ Ｑｉｎｇ，ＨＥ Ｈａｎ－ｗｕ，ＷＵ Ｙｕｅ—ｍｉｎｇ，ＺＨＯＵ Ｙｕ—ｘｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ Ｈｕａｚｈｏｎｇ ＣＮＣ ＨＮＣ一２１Ｔ．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ＧＳＫ９８０ｒｒＤ ａｎｄ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｄａｓｅｎ３ｉ ＮＣ ＮＣ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｌ ＮＣ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ。ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＮＣ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ｇｅｎｅｒａ１．Ｔｈｅ ｍｏｄｕｌｅ ｉＳ ｂａｓｅｄ ＯＮ ｒｅｇｕｌａｒ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｈｅ ｔｓｐｅｃｉｉｆｅｄ ｒｕｌｅ ｃｈｅｃｋ Ｇ ｃｏｍｍａｎｄｓ ａｎｄ ｍａｃｒｏｓ ａｎｄ ｆｒｏｍ ＮＣ ｃｏｄｅ ＣＯＩＴｅＣ￣ｙ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｈａｔｔ ｔｈｅ ｍｏｄｕｌｅ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ＷＯｒｄｓ：ｒｅｇｕｌｒ ａｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ；ＣＮＣ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｃｏｄｉｎｇ；ｇｉｎｓｔｒｕｅｔｉｏｎ；ｍａｃｒｏ ５７
