组合机床主轴箱CAD/CAM开发

heyuanjiang

主轴箱是工序集中的、高效的组合机床的重要的专用部件之一,是用于布置(按所要求的坐标位置)机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的[1]。主轴箱传动系统的优劣和箱体加工方式、方法直接影响机床的可靠性、耐用性、经济性、准确性。手工设计其传动系统往往受主轴数多、转速各异和空间位置小等因素的影响,不但工作量很大,优化性受到限制,而且易出错;其箱体加工,不论是在坐标镗床上,还是手工编程在加工中心上,都存在操作人员或编程人员的工作量大、出错率高、生产率低的弊端。本文用可视化编程语言—ｖｉｓｕａｌｂａｓｉｃ6.0[2]并解决了以上两方面的问题。
1　主轴箱传动系统ｃａｄ
主轴箱都采用齿轮传动。其传动系统是指通过一定的传动路线把驱动轴的运动,采用多级齿轮传动,确定传动齿轮及其传动轴的位置,最后把运动传到主轴上,使主轴获得规定的转速和方向。它是主轴箱设计最关键、工作量最大的环节。
1.1　获取原始数据
- {! N. C! y% v4 T$ F. z* j主轴箱传动系统必须根据被加工零件的具体要求进行设计。其设计的原始数据为:
5 @4 q/ r. L+ u; k0 R& c8 W驱动轴的轴径ｄ、转速ｎ、坐标(ｘ0,ｙ0);主轴箱大小:宽ｂ、高ｈ;
坐标原点:水平ｂ0、垂直ｈ0;加工类型:钻削类、攻丝类;被加工孔类型:通孔或盲孔;
各主轴的坐标(ｘｉ,ｙｉ)、轴径ｄｉ、转速ｎｉ;
* g) D6 }4 h/ z* z8 P7 x获取这些数据的流程图如图1,其工作界面为图2(以某设计为例)。点击“继续”将弹出图3界面。
1.2　传动ｃａｄ系统流程图
主轴箱的传动链的设计是其设计中最重要的环节,其传动形式多种多样,灵活性较大,在此部分开发中,模拟人工设计的思路,使操作更直接、更快捷。
5 J7 X" J3 W0 }- w# A2 Y; v主轴箱的传动坐标计算是其设计中计算量最大的部分。虽然传动形式存在多样化,但其坐标计算可归纳为3类:与一轴定距的传动、与二轴定距的传动和与三轴定距的传动。其计算可分别采用勾股定理、余弦定理和求外接圆的圆心的公式。
由上述内容,结合人工设计过程,编制传动ｃａｄ系统流程图见图4:

1.3　工作界面及设计结果
传动系统的工作界面如图3。界面右边为设计结果,图中不同颜色表示不同排次:红色—ⅳ排,黑色—ⅲ排,紫色—ⅱ排,兰色—ⅰ排。
1 b% p7 M" q2 M: h: B$ ^' f2 `# H初始化———将根据原始数据绘出原始依据图;
8 X, t$ n9 H8 {! R1 j. I上一步———将返回最后操作的前一步;
运行———将根据定位类型进行设计。
, `1 q( m& u1 w. f% E: |& s2　主轴箱箱体ｃａｍ
根据箱体加工技术人员的经验,总结出加工主轴箱箱体的优化的ｃａｐｐ,利用主轴箱传动ｃａｄ形成的ｃａｍ原始文件,采用ｖｂ编程自动形成满足加工要求的刀具准备文件和数控代码。
$ h: T! {2 Z$ x6 p2.1　原始文件
- O! c6 k2 a. g6 X主轴箱体上孔系是由具体加工孔的位置、传动轴的位置、轴径的大小、轴的类型等因素决定的,对于不同的主轴箱体加工,必须提取具体的有关数据。

在“箱体描述”行中各参数分别为主轴数,总轴数,主轴箱号,主轴箱规格 动力箱规格,配置;
' Z, X- Z4 P6 }  m$ W; R5 T在“各轴描述”行中各参数分别为轴号,轴型,轴横坐标,轴纵坐标,轴孔参数。
- g' G, i+ G4 v* U3 A4 {* r2.2　箱体ｃａｍ流程图
! A; T) `2 T2 f1 k4 `& z2 [. L. M为避免在单独使用ｃａｍ部分时,发生因原始数据的输入的错误而导致加工零件的报废,则在ｃａｍ部分设计中,首先编程显示各轴的相互位置及有关参数。然后根据主轴箱在加工中心上加工“工序集中”的特点,按照加工工序,设置箱体的加工面及定位孔,结合原始数据及加工的数据库,用ｖｂ编程自动形成刀具的准备文件及数控代码。
其箱体ｃａｍ流程图如图5所示。

5 x" c: s! H. \) _0 A, o9 n0 @2.3　箱体ｃａｍ模块
! h* ~% a+ H! z在ｃａｍ模块中,关键是得到两个文件:刀具准备和加工数控代码。刀具准备是提供给加工人员准备加工刀具;加工数控代码是对加工中心发出的一系列加工指令。形成这两部分的关键是获得图形元素数据和加工元素数据,二者由ｃａｄ形成的文件和加工资料库得到,刀具准备文件由对加工元素的归类而形成,加工数控代码由加工元素、移刀和换刀等3部分的数控代码组成,它们的结构如下:

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3 z* b9 Y! ]$ }" K6 n( `. j! U3　应用实例
8 \% X. U  P3 ?# `1 f# K以某主轴箱箱体为例,运行ｃａｍ系统,其工作界面和结果如图6。ｃａｍ工作界面,直观地显示各轴孔的位置、刀具准备文件、数控代码,以便于检查;保存其刀具准备文件、数控代码供加工技术工人使用。
! n4 J0 O8 E  d- t1 d9 {% g6 `' y4　结论
* S4 Y: H4 y. m$ }8 |该组合机床主轴箱传动系统ｃａｄ及其箱体ｃａｍ一体化系统,用可视化编程语言ｖｂ编辑,ｃａｄ和ｃａｍ两部分既可分别使用,也可合并使用。经多个主轴箱的比较,ｃａｄ系统的设计、计算速度为人工的十几倍,计算非常精确;易于修改传动,设计方案更加优化。ｃａｍ系统的编程速度为人工编程的几十倍,废品率为零,加工精度满足图纸要求。组合机床主轴箱ｃａｄ/ｃａｍ一体化系统,则使主轴箱的设计、加工效率大大提高,生产成本显著降低。
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