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數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計-文庫吧

2024-11-16 01:03 本頁面


【正文】 便于控制、工作可靠。將其用于數(shù)控車床,有利于實現(xiàn)車床的自動化,提高車床的切削精度和加工效率,縮短生產(chǎn)周期,方便的對橫向和縱向進給進行控制。 ( 4)尾座和其他部件的設(shè)計 尾座的設(shè)計 尾座為一獨立部件,尾座套筒的伸縮由液壓控制,夾緊力的大 小由液壓閥來控制。采用液壓尾座,一方面可以減少操作者的勞動強度;另一方面有利于車床的整體防護。 刀架的設(shè)計 采用轉(zhuǎn)塔刀架,這樣可使用八把刀具。 其他部件 滾珠絲杠、壓卡盤、壓回轉(zhuǎn)油缸等采用專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的標準產(chǎn)品。 潤滑 主軸軸承采用脂潤滑,其余采用集中統(tǒng)一油潤滑。 數(shù)控系統(tǒng) 采用高性能數(shù)控系統(tǒng)和傳動平穩(wěn)的交流伺服電動機。 數(shù)控車床的防護 采用全封閉的結(jié)構(gòu)形式。 〈二〉技術(shù)路線 數(shù)控車床機械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計→主軸箱設(shè)計及計算→進給箱設(shè)計及計算→刀架設(shè)計及計算→撰寫設(shè)計說明書等。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 8 〈 三 〉 設(shè)計簡圖 圖二 數(shù)控臥式車床的傳動布置圖 圖三 數(shù)控臥式車床布局圖 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 9 3 主軸系統(tǒng)的改造和計算 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求 數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機床傳動要求外,還提出如下要求: ( 1)具有較大的調(diào)速范圍,并實現(xiàn)無級調(diào)速。數(shù)控車床為了保證加工時能選用合理的切削用量,充分發(fā)揮刀具的切削性能,從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量,必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。工序集中工件一次裝夾,可完成許多工序,所以,為了適應(yīng)各種 工序和各種加工材質(zhì)的要求,主運動的調(diào)速范圍還應(yīng)進一步擴大。 ( 2)具有較高的精度和剛度,傳動平穩(wěn),噪音低。數(shù)控車床加工精度的提高,與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此,應(yīng)提高傳動件的精度與剛度,采用高精度軸承及合理的支撐跨距等,以提高主軸組件的剛性。 ( 3)良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控車床一般既要進行粗加工,又要精加工;加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻 運動部件不平穩(wěn)以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾,使主軸產(chǎn)生振動,影響加工精度和表面粗糙度,嚴重時甚至破壞刀具或零件,使加工無法進行 。因此主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度,而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力 —抗振性??拐裥杂脛觿偠然騽尤岫葋砗饬?。例如主軸組件的動剛度取決于主軸的當量靜剛度 阻尼比及固有頻率等參數(shù)。 車床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形,破壞了零部件之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差,且熱變形限制了切削用量的提高,降低傳動效率,影響到生產(chǎn)率。為此,要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性,通過保持合適的配合精度,并進行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。 主傳動變速系統(tǒng) 普通 車床一般采用機械有級變速調(diào)速傳動,而數(shù)控車床需要自動變速;且在切削階梯軸的不同直徑,切削曲線旋轉(zhuǎn)面和斷面時,需要隨切削的直徑的變化而自動變速,以保持切削速度基本恒定。這些自動變速又是無級變速,以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選用到理想的切削速度,這樣既有利于提高加工精度,又有利于提高切削效率。無極調(diào)速有機械 液壓和電氣等多種型式,數(shù)控車床一般采用由直流或交流調(diào)速電動機作為驅(qū)動源的電氣無級調(diào)速。本數(shù)控車床采用步進電動機為驅(qū)動源。 主軸組件的性能要求 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 10 主軸組件是車床主要部件之一。它的性能對整機的性能有很大的影 響。主軸直接承受切削力,轉(zhuǎn)速范圍又很大,所以對主軸組件的主要性能特提出如下要求: ( 1)旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后,在無載荷 低速轉(zhuǎn)動的條件下,主軸安裝工件或刀具部位的定心表面(如車床軸端的定心短錐、錐孔)的徑向和軸向跳動。旋轉(zhuǎn)精度取決于的主要件如主軸、軸承、殼體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。工件轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能,潤滑劑和主軸組件的平衡。 ( 2)剛度 剛度主要反映車床或部件抵抗外載荷的能力。影響剛度的因素很多,如主軸的尺寸和形狀,滾動軸承的型號、數(shù)量、預(yù)緊和配置形式,前后 支撐的跨距和主軸的前懸伸,傳動件的布置方式等。數(shù)控車床既要完成粗加工,又要完成精加工,因此對其主軸組件的剛度應(yīng)提出更高的要求。 ( 3)溫升 溫升 將引起熱變形使主軸伸長,軸承間隙的變化,降低了加工的精度;溫升也會降低潤滑劑的粘度,惡化潤滑條件。因此,對高精度車床應(yīng)研究如何減少主軸組件的發(fā)熱,如何控溫等。 ( 4)可靠性 數(shù)控車床是高度自動化的機床,所以必須保證工作可靠性,可喜的地方是這方面的研究正在發(fā)展。 ( 5)精度保持性 對數(shù)控車床的主軸組件必須有足夠的耐磨性,以便長期保持精度。 以上這些要求,有的還是矛盾的 。例如高剛度與高速,高速與低升溫,高速與高精度等。這就要具體問題具體分析,例如設(shè)計高效數(shù)控車床的主軸組件時,主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求;設(shè)計高精度車床時,主軸應(yīng)滿足高剛度 低溫升的要求 。 主軸組件的組成和軸承選型 ( 1)主軸組件,包主軸、軸承、傳動件和相應(yīng)的緊固件。主軸組件的構(gòu)造,主要是支撐部分的構(gòu)造。主軸的端部是標準的;傳動件如齒輪、帶輪等與一般機械零件相同。因此,研究主軸組件,主要是研究主軸的支撐部分。 ( 2)主軸的傳動件 可以位于前后支承之間,也可位于后支承之后的主軸后懸伸端。目前傳 動件位于后懸伸端的越來越多。這樣做,可以實現(xiàn)分離傳動和模塊化設(shè)計:主軸組件(稱為主軸單元)和變速箱可以做成獨立的功能部件,又專門的工廠集中生產(chǎn),作為商品出售。變速箱和主軸間可用齒輪副或帶傳動聯(lián)接。主軸支承分徑向和推力(軸向)。角接觸球軸承兼起徑向和推力支承的作用。推力支承應(yīng)位于前支承內(nèi),原因是數(shù)控車床的坐標原點,常設(shè)定在主軸前端。為長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 11 了減少熱膨脹造成的坐標原點的位移,應(yīng)盡量縮短坐標原點支推力支承之間的距離。 ( 3)主軸軸承 選用雙列圓柱滾子軸承。 圓柱滾子軸承是一種可分離型軸承。其內(nèi)、外圈與滾子是線性接觸, 摩擦系數(shù)小,承受徑向載荷能力較大。適合于電機、汽車、傳動軸、齒輪軸等。雙列圓柱滾子軸承適用于車床主軸。這種軸承即可承受徑向載荷,又可承受軸向載荷。這種球軸承為點接觸,滾動軸承使精密零件,因而在使用時要求相應(yīng)地持慎重態(tài)度,既 便 使用了高性能的軸承,如果使用不當,也補能達到預(yù)期的性能效果,所以,使用軸承使應(yīng)注意以下事項: * 保持軸承及其周圍環(huán)境的清潔。即使肉眼看不見的微 小 灰塵進入軸承,也會增加軸承的磨損,振動和噪聲。 * 使用安裝時要認真仔細,不允許強力沖壓,不允許用錘直接敲擊軸承,不允許通過滾動體傳遞壓力。 * 使用合適、準確的安裝工具,盡量使用專用工具,極力避免使用布類和短纖維之類的東西。 * 防止軸承的銹蝕,直接用手拿取軸承時,要充分洗去手上的汗液,并涂以優(yōu)質(zhì)礦物油后再進行操作,在雨季和夏季尤其要注意防銹。 軸承安裝的好壞與否,將影響到軸承的精度、壽命和性能。軸承的安裝應(yīng)根據(jù)軸承結(jié)構(gòu),尺寸大小和軸承部件的配合性質(zhì)而定,壓力應(yīng)直接加在緊配合得套圈端面上,不得通過滾動體傳遞壓力,軸承安裝一般采用如下方法: a. 壓入配合 軸承內(nèi)圈與軸使緊配合,外圈與軸承座孔是較松配合 時,可用壓力機將軸承先壓裝在軸上,然后將軸連同軸承一起裝入軸承座孔內(nèi),壓裝時在軸承內(nèi)圈端面上,墊一軟金屬材料做的裝配套管(銅或軟鋼),裝配套管的內(nèi)徑應(yīng)比軸頸直徑略大,外徑直徑應(yīng)比軸承內(nèi)圈擋邊略小,以免壓在保持架上。 軸承外圈與軸承座孔緊配合,內(nèi)圈與軸為較松配合時,可將軸承先壓入軸承座孔內(nèi),這時裝配套管的外徑應(yīng)略小于座孔的直徑。 如果軸承套圈與軸及座孔都是緊配合時,安裝室內(nèi)圈和外圈要同時壓入軸和座孔,裝配套管的結(jié)構(gòu)應(yīng)能同時押緊軸承內(nèi)圈和外圈的端面。 b. 加熱配合 通過加熱軸 承或軸承座,利用熱膨脹將緊配合轉(zhuǎn)變?yōu)樗膳浜系陌惭b方法。是一種常用和省力的安裝方法。此法適于過盈量較大的軸承的安裝,熱裝前把軸承或可分離型軸承的套圈放入油箱長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 12 中均勻加熱 80100℃ ,然后從油中取出盡快裝到軸上,為防止冷卻后內(nèi)圈端面和軸肩貼合不緊,軸承冷卻后可以再進行軸向緊固。軸承外圈與輕金屬制的軸承座緊配合時,采用加熱軸承座的熱裝方法,可以避免配合面受到擦傷。 用油箱加熱軸承時,在距箱底一定距離處應(yīng)有一網(wǎng)柵,或者用鉤子吊著軸承,軸承不能放到箱底上,以防沉雜質(zhì)進入軸承內(nèi)或不均勻的加熱,油箱中必須有溫度計 ,嚴格控制油溫不得超過100℃ ,以防止發(fā)生回火效應(yīng),使套圈的硬度降低。 圓錐孔軸承可以直接裝在有錐度的軸頸上,或裝載緊定套和退卸套的錐面上,其配合的松緊程度可用軸承徑向游隙減小量來衡量,因此,安裝前應(yīng)測量軸承徑向游隙,安裝過程中應(yīng)經(jīng)常測量游隙以達到所需要的游隙減小量為止,安裝時一般采用鎖緊螺母安裝,也可采用加熱安裝的方法。 ( 4) 雙列圓柱滾子軸承的間隙調(diào)整和預(yù)緊 主軸軸承的內(nèi)部間隙,必須能夠調(diào)整,多數(shù)軸承,還應(yīng)在過盈狀態(tài)下工作,使?jié)L動體和導(dǎo)軌之間有一定的預(yù)變形,這就是軸 承的預(yù)緊。 軸承預(yù)緊后,內(nèi)部無間隙,滾動體從各個方向支承主軸,有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等,滾道也不可能絕對正圓,因而預(yù)緊前只有部分滾導(dǎo)體與滾道接觸。預(yù)緊后,滾導(dǎo)體和滾道都有了一定的變形,參加工作的滾動體將增多,各滾動體的受力將更加均勻。這些都有利提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動,則由于各個方面都有滾動體支承,可以提高抗振性。但是,預(yù)緊后發(fā)熱較多,溫升較高;且較大的預(yù)緊將使壽命下降,故預(yù)緊要適量。 雙列圓柱滾子軸承在軸向力的作用下,使內(nèi)外圈產(chǎn)生軸向錯位實現(xiàn)預(yù)緊,衡量預(yù)緊力大小的是 軸向預(yù)緊力,簡稱預(yù)緊力 Fa0,單位為 N。多聯(lián)角接觸球軸承是根據(jù)預(yù)緊力組配的。軸承廠規(guī)定了輕預(yù)緊、中預(yù)緊和重預(yù)緊三級預(yù)緊。訂貨時可指定預(yù)緊級別。軸承廠在內(nèi)圈或外圈的端面根據(jù)預(yù)緊力磨去 δ。裝配時擠緊,便可得到預(yù)定的預(yù)緊力。如果兩個軸承間需要隔開一定的距離,可在兩軸承之間加入厚度相同的內(nèi)外隔套。在軸向載荷的作用下,不受力側(cè)軸承的滾動體與滾道不能脫離接觸。 ( 5)承載能力和壽命 主軸軸承通常載荷相對較輕。除上些特殊重載主軸外軸承的承載能力是沒有問題的。主軸軸承的壽命,主要不是取決于疲勞點蝕,而是由于磨損而降低精度。 通常,如軸承精度為 P4 級,長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 13 經(jīng)使用磨損后跳動精度降為 P5 級 ,這個軸承就認為應(yīng)該更換了。雖然還未達到其疲勞壽命,但這種 “精度壽命 ”目前還難以估計。 主軸組件的技術(shù)要求 主軸和箱體與軸承相配合的技術(shù)要求 ——直徑公差和形位公差。 為了得到主軸組件高的回轉(zhuǎn)精度,除保證主軸及其相關(guān)零件高的加工精度及采用精密主軸軸承外,還應(yīng)進行定向裝配。 主軸組件的動態(tài)特性 ( 1)平移 主軸作為一個剛體(實際上略有彎曲),在彈性支承上作平移振動,主軸個點的振動方向一致。 ( 2)搖擺 主軸在彈性支座上搖擺 左右振動 方向相反。 ( 3)彎曲 主軸本身作彎曲振動,主軸中間與兩端的振動方向相反,有兩上節(jié)點。這兩節(jié)點位于支承點附近。 每個振型都有其固有頻率。每個振型按固有頻率排列的次序,稱為階。上述三個振型的固有頻率,以平移振型為最低,彎曲振型為最高,三個振型分別為第一 、 二 、 三振型,振型和固有頻率合稱為模態(tài)??梢钥闯觯谝?、 二階模態(tài)的彈性環(huán)節(jié)主要是軸承;第三階則主要是軸承。當軸的剛度提高時,第一二階模態(tài)的固有頻率也隨之提高,但第三階模態(tài)提高不多 。 主軸是一個連續(xù)體,又無窮個模態(tài)。例如還有主軸的扭轉(zhuǎn)振動、縱向振動等。但是,這些模態(tài)的固有頻率較高,工作時不可能發(fā)生共振,所以,只需研究最低幾階模態(tài)。主軸的模態(tài),可用有限元法或傳遞矩陣法,借助計算機計算。 通常,主軸組件的固有頻率很高,但是,高速主軸,特別是帶內(nèi)裝式電動機高速主軸,電動機轉(zhuǎn)子是一個集中質(zhì)量,將使固有頻率下降,有可能發(fā)生共振。改善動態(tài)特性,可采取下列措施: ( 1)是主軸組件的固有頻率避開激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率的 30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎(chǔ)上(軸承)的剛體振動的第一階(平移)和第二階(搖擺)模態(tài),則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振 動,則應(yīng)提高主軸的剛度,如加粗直徑。 激振力可能來自主軸組件的不平衡,這時激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以 π/30。也可能來自斷續(xù)切削,這時激振頻率還應(yīng)乘以刀齒數(shù) Z。 ( 2)增大阻尼。如前所述,降低模態(tài),常是主軸的剛度振動。這時主軸軸承,特別是前軸長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 14 承的阻尼對主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面,滾動軸承適當預(yù)緊可以增大阻尼,但過大的預(yù)緊反而使阻尼減少,故選擇預(yù)緊時還因考慮阻尼因素。 ( 3)采用消振裝置。 主軸軸承的潤滑 滾動軸承在接觸區(qū)的壓強很高,在這么高的壓強下,接觸區(qū)產(chǎn)生變形,是一塊小 面積的接觸而不是一條線或一個點的接觸;潤滑劑在高壓下被壓縮,粘度升高了。因此,才能在滾動體與滾道的接觸區(qū),形成一定厚度的油膜,把兩者隔開,滾道體與滾道的接觸面積很小,所以,滾動軸承所需的潤滑劑很少的。當然,也可用脂潤滑,還有用油氣潤滑的。
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