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臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)側(cè)重機(jī)床總體主傳動(dòng)及主軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-文庫(kù)吧

2025-06-05 04:21 本頁(yè)面


【正文】 向的直線成形運(yùn)動(dòng)即可滿足加工要求(回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)不包括在內(nèi))。加工工件所需的運(yùn)動(dòng)僅僅是相對(duì)運(yùn)動(dòng),因此,對(duì)部件的運(yùn)動(dòng)分配可以有多種方案。銑削加工時(shí),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以由工件運(yùn)動(dòng)也可以由刀具運(yùn)動(dòng)來(lái)完成,或者部分由工件運(yùn)動(dòng),部分由刀具運(yùn)動(dòng)完成,這樣就影響到了部件的配置和總體關(guān)系。圖2(a)是加工件較輕的升降臺(tái)銑床,一般由工件完成三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),分別由工作臺(tái)、滑鞍和升降臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn);當(dāng)加工工件較重或者尺寸較大時(shí),則不宜由升降臺(tái)帶著工件作垂直方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),而是改由銑頭帶著刀具來(lái)完成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng),如圖2(b)所示;圖2 數(shù)控銑床總體布局示意圖2(c)所示的龍門(mén)數(shù)控銑床,其工作臺(tái)載著工件作一個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),其它兩個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由多個(gè)刀架在立柱與橫梁上移動(dòng)來(lái)完成,這樣的布局不僅適用于較重的工件加工,而且由于增多了銑頭,使銑床生產(chǎn)效率得到很大提高;當(dāng)加工更大更重的工件時(shí),由工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在結(jié)構(gòu)上就很難實(shí)現(xiàn)了,這種情況全部進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由銑頭運(yùn)動(dòng)來(lái)完成,如圖2(d)所示,這種布局形式可以減小銑床的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)的是中型臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床,加工時(shí)零件尺寸和質(zhì)量可能都較大,但任務(wù)書(shū)未對(duì)生產(chǎn)效率提出特別的要求。因此綜合考慮,采用由銑頭帶著刀具完成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng),立柱帶著主軸箱完成橫向進(jìn)給,工件只作縱向進(jìn)給的運(yùn)動(dòng)分配方案。機(jī)床總體布局應(yīng)能同時(shí)保證機(jī)床具有良好的精度、剛度、抗振性和熱穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)性能。如圖3所示,為幾種常見(jiàn)的數(shù)控臥式銑床布局結(jié)構(gòu)。在前面的運(yùn)動(dòng)分配中,已選擇采用由銑頭帶著刀具完成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng),立柱帶著主軸箱完成橫向進(jìn)給,工件只作縱向進(jìn)給的運(yùn)動(dòng)分配方案,此即為立柱移動(dòng)式結(jié)構(gòu)。此時(shí)若機(jī)床布局選擇圖3(c)和圖3(d)方案,當(dāng)工作臺(tái)帶著數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)在橫向(即X向)做距離移動(dòng)和下滑板做Z向進(jìn)給時(shí),Z向床身的一條導(dǎo)軌將會(huì)承受很大的偏載。而在圖3(a)和圖3(b)方案中,立柱通過(guò)床身直接與地面接觸,就沒(méi)有這一問(wèn)題了。圖3 幾種常見(jiàn)的數(shù)控臥式銑床布局因此機(jī)床總體布局選擇圖3(a)或圖3(b)方案,T形床身設(shè)計(jì)。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),最終選擇圖3(b)方案,單立柱式側(cè)掛主軸箱T形床身設(shè)計(jì)。機(jī)床布局示意圖如下圖所示。圖4 臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床布局方案圖 3主傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的,因此大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng),以使變速機(jī)構(gòu)適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。其常見(jiàn)的主傳動(dòng)系統(tǒng)有下面三種方式:(a)變速齒輪 (b)帶傳動(dòng) (c)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖5 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的配置方式其中:(a)是帶有變速齒輪的主傳動(dòng),它通過(guò)兩級(jí)或三級(jí)齒輪降速,使之成為分段無(wú)級(jí)變速,確保低速運(yùn)行時(shí)滿足主軸輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。這種配置方式主要用于大、中型數(shù)控機(jī)床。(b)是通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng),它主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上,可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲,但它只能適用于低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。(c)是電主軸設(shè)計(jì),這種變速方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu),有效提高了主軸部件剛度,但由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸即為機(jī)床主軸,受電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性限制,主軸輸出轉(zhuǎn)矩小,并且電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸精度影響較大。結(jié)合我的畢業(yè)設(shè)計(jì)分析:銑削過(guò)程是斷續(xù)切削,同時(shí)工作的齒數(shù)較多,每個(gè)刀齒切削的厚度也是變化的,因此銑刀刀刃處于間歇切削狀態(tài),散熱條件較好,有利于采用高速銑削,以提高生產(chǎn)率。但與銑削相比,鏜削加工多用于半精和精加工,對(duì)加工質(zhì)量的要求比生產(chǎn)效率放在更重要的位置,并且鏜削的適用切削速度也比銑削低得多。這就要求該機(jī)床主傳動(dòng)應(yīng)具有一定的調(diào)速范圍,以保證加工時(shí)銑削和鏜削能選用合理的切削用量,從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量;也對(duì)主軸低速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩提出了一定要求。并且,在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,指導(dǎo)老師建議我按中型數(shù)控機(jī)床規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此,本次設(shè)計(jì)的臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)采用帶有變速齒輪的主傳動(dòng),以滿足加工對(duì)機(jī)床變速范圍的要求和鏜削時(shí)對(duì)主軸輸出轉(zhuǎn)矩的要求。正如上面的分析,該機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)采用分段無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)。齒輪變速級(jí)數(shù)初步定為兩級(jí),高速級(jí)和低速級(jí)。當(dāng)機(jī)床用于銑削加工時(shí),其主軸輸出轉(zhuǎn)速較大,一般都處在電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍內(nèi),此時(shí)可由高速級(jí)輸出;而當(dāng)機(jī)床用于鏜削加工時(shí),其主軸輸出轉(zhuǎn)速一般都較小,為了保證此時(shí)主軸輸出轉(zhuǎn)矩滿足加工要求,轉(zhuǎn)速由變速系統(tǒng)低速級(jí)輸出。考慮到設(shè)計(jì)中鏜桿的可伸縮結(jié)構(gòu),為使傳動(dòng)件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)計(jì)算盡量簡(jiǎn)單,將滑移齒輪布置在Ⅱ軸上,并且齒輪傳動(dòng)的高速級(jí)和低速級(jí)傳動(dòng)比分別為1:1和1:2;Ⅱ軸和Ⅲ軸間采用定比傳動(dòng),傳動(dòng)比為1:。本次設(shè)計(jì)的主傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如下:圖6 傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 4主傳動(dòng)系統(tǒng)主要傳動(dòng)件計(jì)算在進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中,主軸電機(jī)功率的正確選擇是很重要的。功率選得過(guò)小,不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動(dòng)機(jī)將長(zhǎng)期處于滿載甚至過(guò)載狀態(tài)而過(guò)早損壞。而功率選得過(guò)大,電動(dòng)機(jī)價(jià)格高,且經(jīng)常不在滿載下運(yùn)行,電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)都很低,造成很大的浪費(fèi)。因此,機(jī)床的主傳動(dòng)功率是選擇主軸電機(jī)功率和型號(hào)的重要依據(jù)。機(jī)床主傳動(dòng)的功率可根據(jù)切削功率與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率來(lái)確定其中,為機(jī)床傳動(dòng)總效率,—。而切削功率應(yīng)是三個(gè)切削分力消耗功率的總和,但背向力消耗的功率為零,進(jìn)給力消耗的功率很小,一般可忽略不計(jì)。因此,切削功率可用下式計(jì)算: 式中:——切削速度,;——切削力,單位。生產(chǎn)中,常用切削層單位面積切削力來(lái)估算切削力的大小。因?yàn)槭乔邢髁εc切削層公稱(chēng)橫截面積之比,所以 式中:——切削層單位面積切削力,(即); ——切削層公稱(chēng)寬度,; ——切削層公稱(chēng)厚度。因?yàn)殂娤鲿r(shí),同時(shí)工作的齒數(shù)較多,加工余量也比鏜削大得多,因此切削功率應(yīng)以硬質(zhì)合金刀具銑削碳鋼為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算。查《金屬工藝學(xué)》(下冊(cè))表12《幾種常用材料的值》,考慮到在日后生產(chǎn)過(guò)程中,可能會(huì)遇到一些難加工材料,因此,取值稍偏大,為;切削層公稱(chēng)寬度在銑削中表現(xiàn)為切削深度,而在加工過(guò)程中,為了使刀尖避開(kāi)鑄、鍛工件毛坯表面硬化層,第一次的背吃刀量要盡可能大,??;切削層公稱(chēng)厚度在銑削中與每齒進(jìn)給量有關(guān),故取。則切削力大小為:切削功率用式 計(jì)算。其中,切削速度 上式中:——切削速度()——主軸轉(zhuǎn)速()——工件或刀具直徑()估取主軸轉(zhuǎn)速,銑刀直徑,則對(duì)應(yīng)切削速度為參考《切削手冊(cè)》表84《銑削速度推薦范圍》,取代入計(jì)算,得 則機(jī)床主傳動(dòng)所需功率為: 本次設(shè)計(jì)使用的主軸電機(jī)從指導(dǎo)老師提供的《1PH6風(fēng)冷式交流主軸電機(jī)產(chǎn)品系列》中選取。從產(chǎn)品系列中可以看到,滿足機(jī)床主傳動(dòng)功率要求的電機(jī)型號(hào)為1PH6 1354NF0,其主要參數(shù)如下:額定功率:額定轉(zhuǎn)速:最高轉(zhuǎn)速:最低轉(zhuǎn)速:額定扭矩:約 重:外形尺寸詳細(xì)參數(shù)如圖7所示:圖7 1PH6 1354NF0主軸電機(jī)外形及安裝尺寸圖零件設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是所承受的載荷大小,而載荷取決于所傳遞的功率和轉(zhuǎn)速,外載一定時(shí),轉(zhuǎn)速越高,所傳遞的轉(zhuǎn)矩就越小。因此,對(duì)于轉(zhuǎn)速可調(diào)的傳動(dòng)系統(tǒng),必須確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的計(jì)算轉(zhuǎn)速,作為強(qiáng)度計(jì)算和校核的依據(jù)。查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表22《各類(lèi)通用機(jī)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速》可以知道,中型臥式鏜銑床無(wú)級(jí)傳動(dòng)時(shí)的主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速公式:其中:由此可得主軸(Ⅲ軸)計(jì)算轉(zhuǎn)速:則Ⅰ、Ⅱ軸計(jì)算轉(zhuǎn)速分別為:傳動(dòng)系統(tǒng)中,有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間總是伴隨著摩擦和磨損,并且嚙合齒輪間也會(huì)因?yàn)橹圃旌桶惭b誤差使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲,這些都不可避免地存在功率損失。因此當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出為額定功率時(shí),具體傳遞到某一級(jí)軸上的功率就不再是額定功率了,而必須考慮聯(lián)軸器、軸承、齒輪等的傳動(dòng)效率?!稒C(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表22《機(jī)械傳動(dòng)和軸承等效率的概略值》收錄了常用機(jī)械傳動(dòng)(包括齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、聯(lián)軸器等)和軸承等的效率的概略值,參照前面方案設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖,可初估各軸輸入功率如下:在轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)中,其特點(diǎn)是不能首先通過(guò)精確計(jì)算確定軸的截面尺寸。因?yàn)檗D(zhuǎn)軸工作時(shí),受彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用,而彎矩又與軸上載荷的大小及軸上零件相互位置有關(guān),所以當(dāng)軸的結(jié)構(gòu)尺寸未確定前,無(wú)法求出軸所受的彎矩。因此,轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)時(shí),開(kāi)始只能按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或經(jīng)驗(yàn)公式估算軸的直徑,然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),最后進(jìn)行軸的強(qiáng)度驗(yàn)算。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(中冊(cè))表8347《按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及剛度計(jì)算軸徑的公式》或以得到按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的估算軸徑為:實(shí)心軸:空心軸:其中:—軸端直徑;—根據(jù)許用扭轉(zhuǎn)角確定的系數(shù),按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(中冊(cè))表8348選?。弧S的輸入功率;—軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速;—空心軸的內(nèi)徑和外徑之比,計(jì)算系數(shù)的值見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手
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