SolidWorks在轧辊淬火机床设计中的应用.pdf

第 3 9卷第 5期 2 0 1 1年 1 O月 现 代 冶 金 M o de r n M e t a l l ur g y Vo l I 3 9 No ． 5 0c t ． 2 0 1 1 S o l i d Wo r k s 在 轧辊淬火机床 设计 中的应用 祁 健 宝钢集团常州轧辊制造公 司， 江苏 常州 2 1 3 0 1 9 摘 要 以轧辊淬 火机床的设计 为例 ， 介绍 了S o l i d Wo r k s的功能 、 设 计过程及其在 应用中应注意的问题。 关键词 淬 火机床 ；轧辊 ； S o l i d Wo r k s ；设 计；三维软件 中 图分类号 TG1 5 5 ． 3 ； TG3 3 3 ． 1 7 引 言 随着信息技术 的发展 ， 三维软件得到 了广泛应 用 ， 使得传统的机械设计 由二维向三维设计转化 ， 三 维设计能直观、 准确地反映零件的形状和装配关系， 可 以实现产品的无纸化设计， 提高了设计效率和质量。 S o l i d Wo r k s是在微机上 运行 的三维机 械设 计 CA D软件 ， 其操作方便、 简单易学 。 软件采用尺寸驱 动和参数化特征造型技术， 支持多重的子装配， 实体 模型、 装配体、 工程图 自动关联更新 。本文以轧辊淬 火机床设计为例介绍 S o l i d Wo r k s 在设计中的应用 。 1 轧辊淬火机床工作原 理 轧辊淬火机床是通过感应器对轧辊进行感应加 热淬火的设备 ， 其原理是用机床将轧辊竖直吊起 ， 轧 辊以一定速度旋转下降， 进入环形感应器 内加热到 淬火温度 ， 然后喷水圈向轧辊表面喷水冷却 ， 最后将 轧辊沉降到水池中续冷 。淬火机床由机架、 传动装 置、 感应器、 喷水圈等组成 。 2 设计过 程 为解决轧辊的淬火能力瓶颈 问题 ， 提高市场竞 争力 ， 宝钢集 团常州轧辊制造公 司 以下简称“ 常州 轧辊” 决定 自行设计 、 制造轧辊淬火机床， 设计流程 如 图 1所示 。 设计建模之前 ， 应合理规划建模过程 ， 淬火机床 的设计结构如图 2所示 。 堡 兰H 塑 堡 H 量 塑 H 茎 堡 垦 H 堡 型H 皇H 三 垦 望H 兰 图 1 淬火 机床 的设 计流程 淬火机床总装配体 零件5 5 7 个， 子装配体3 2 个， 标准件2 8 8 个 机架装配体I l丝杠、光杠、顶尖装配体 感应器、喷水圈装配体 l I水槽装配体 零件7 9 个 l I 零件7 5 个 l l零件5 9 个 l l 子装配体5 个 立柱装配体I I中间机架装配体I l 后机架装配体 I l 操作平台装配体 l l楼梯、栏杆 零件1 2 2 个 l l 零件4 1 个 I I 子装配体2 个 I I 零件l o 个l I零件2 0 个 图2 淬火机床 的设计结构 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 8 1 0 作者简介 祁健 1 9 7 3 一 ， 男 ， 工程师 。电话 0 5 1 9 8 3 2 5 3 7 0 6 ； E ma i l c z q i c n y a h o o ． c o m． c n 4 4 现代冶金 第 3 9卷 2 ． 1零 件设 计 S o l i d Wo r k s中特征的建立以草图为依据 ， 通过 “ 拉伸” 、 “ 旋转” 、 “ 扫描” 等命令将 2 D草图转换为 3 D 实 体 造型 ， 然后基 于上述 的实体 进行“ 切除” 、 “ 倒 角” 、 “ 钻孔” 等操作 ， 完成单个零件的制作。 尽管可 以有多种途径建立零件模型， 但方法存 在优劣 。例如对阶梯轴类零件既可用拉伸也可用旋 转建模 ， 但用拉伸的办法很容易丢失数据， 尺寸的编 辑和修改不方便。所以， 建模应尽量采用最优方法 ， 对倒角、 孑 L 、 抽壳等应尽量直接生成实体特征， 避免 用草图驱动， 相 同尺寸的圆角 、 倒角等特征最好一次 生成。使用阵列和镜向工具可大大提高建模效率。 建模 时要充分运用原点、 三个预设 的基准面建 立约束关系 ， 利用轴测图合理选择基准面 ， 尽量确保 零 件 轴测 图 与装 配状态 一致 ， 以利装 配 。 加 工 时用 的 尺寸及将来可能会调整 的尺寸 ， 在草图绘制时就要 把尺寸标注好 ， 以便修改。 对尺寸之间有相互关 系的 如锥度、 螺旋线等 ， 可使用方程式来 限制 ， 从而减 少尺寸标注 ， 简化图形 。 为保证模型的正确更新和生 成 ， 草图应作完全约束， 相切、 平行 、 重合 、 同轴等几 何约束应齐全完整。 S o l i d Wo r k s 虽 然提供 了TOOL B OX标 准件 库 ， 但 规 格 种类 等 不一 定 能 满 足实 际需 要 ， 可 根据 本 企 业特点建立符合 自身要求 的标准件库 。 形状相同、 尺 寸各异的系列零件， 利用“ 系列零件设计表” 或参数 设计功能 ， 自动生成不同尺寸 的零件配置 ， 可以大大 减少零件数 目， 提高设计效率 。 由于螺栓的螺旋扫描 特征对 系统性能要求很高 ， 而淬火机床的螺栓 、 螺母 达到2 0 0多只。 所 以， 淬火机床的装配体没有装配这 些标准件， 而是将其数量、 规格标注在工程图的明细 表 中 。 建模时要设置好零件的材料、 密度等， 以便利用 特性工具计算 出产品质量、 重心、 惯性主轴等参数 ， 辅助测试或检测设计的合理性 。 2 ． 2装 配 设计 S o l i d Wo r k s 提供两种装配设计思路 自上而下 To p Do wn 和 自下而上 D o wn To p ， 在实际设计 中两种方法根据实际情况混合使用 。 自下 而上 先生成各种零 件， 再插入 到装配体 中 ， 适 用 于 有确定 尺 寸 、 定 型产 品的设计 。 自上而下 首先通过功能分解 ， 设计 出总体结构 和配合关系， 再 由结构部件分解至零件， 利用等距实 体 、 转换实体引用等功能在现有零件的基础上生成 其它零件。 淬火机床框架结构 中的柱脚孔和螺孔 见图 3 就是在装配时以自上而下 的方法生成 ， 边设计边修 改 。在机 架 的设计 中 ， 也是 采用 自上 而下 的方 法 ， 首 先用草图定义各框架之间的距离 ， 固定零件的位置 、 基准面等 ， 然后参考这些定义来设计机架零件 。 ● ● ● ● 图 3 框架结构 的柱脚孔和螺孔设计 装配设计是设计 中至关重要 的一环， 通过检验 零件间的关联、 干涉情况， 利用运动干涉检查 ， 给定 运动方式和路径， 零件会随着运动干涉发生而终止 运动 ， 这样就能及时发现错误 ， 验证设计的正确性 。 装配时也要充分运 用原点、 三个预设 的基准面和中 心线建立约束关 系， 避免用零件定位 。 某些部件 内部结构较复杂时， 可将外表面属性 设置为透明 ， 则 内部结构一 目了然。 喷水圈的设计如 图 4所示 。 图 4 喷水圈设计 封套零件是一种装配体 中的参照零件 ， 在零件 表、 质量特性中会忽略它， 封套功能允许根据零 件相 对封套 的位置来设计零件。水池作为封套零件来设 计衬板的位置 ， 如图 5 所示。 第 5期 祁 健 S o l i d Wo r k s 在轧辊淬火机床设计 中的应 用 4 5 图 5 水池 的封套设计 州轧辊公司使用 S o l i d Wo r k s先后设计制造 了淬火 机床、 磷化机、 工装等项 目， 产生了可观的经济效益 ， 如表 1所示 。 表 1 设计项 目 年度 设计项 目 设计成果 2 0 0 5年 工频淬火机床 2 0 0 6年 双频 淬火 机床 2 0 0 7年磨床 中心架 2 0 0 8年刻字机工装 2 0 0 8年 滚压刀具 2 0 0 8年芯棒磷化机 年产 3 6 0 0支小型轧辊， 产值约 1 ． 5 亿元 年产 1 5 0 0支 中 大型 轧辊 ， 产值 约 8 0 0 0万 元 获得专利 1 项 获得专利 2项 获得专利 2 项 获得专利 1 项 3 二维 工程图生成 5 结束语 由于现场生产仍需要二维图， S o l i d Wo r k s可 由 零件或装配体 自动生成二维工程 图， 并根据国家标 准和企业实际情况定制图纸格式 。工程图自动生成 明细表、 标题栏等。三维图做 了修改 ， 二维工程图也 会相应修改。 4 设计成果 S o l i d Wo r k s软件功能强大， 三名设计人员仅用 5个月就完成了淬火机床 的设计建模工作 ， 设计 效 率 比以前提高了一倍 ， 而且未发生设计质量问题。 常 三维设计软件从根本上改 变了传统 的设计模 式， 能够将设计理念转化为现实的生产力， 为企业提 供了一个强有力的设计开发手段 ， 提升了企业在市 场上的综合竞争力。 参 考文献 [ 1 ] 二 代龙震工 作室． S o l i d Wo r k s 第二 版 [ M] ． 北 京 清 华 大学 出版社 ， 2 0 0 9 ． 1- 2 3 暴 风创新科技． S o l i d Wo r k s 2 0 1 0中文版从入 门到精 通 E M] ． 北京 人民邮电出版社 ， 2 0 1 0 ．