【正文】 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書及及總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)任務(wù)書數(shù)控軟片裁片設(shè)備主要用于實(shí)現(xiàn)絕熱軟片（210）mm倒邊的裁制。該設(shè)備要求操作簡單、方便，結(jié)構(gòu)材料采用不銹鋼或其它金屬材料，確保該部分具有一定的剛度、耐磨性能及機(jī)械加工質(zhì)量，同時(shí)要求設(shè)備表面美觀大方，軟片倒邊裁制速度可調(diào)，并提供刀具移動速度顯示。數(shù)控絕熱軟片裁片、倒邊設(shè)備由裁片、倒邊模具，軟片裝夾部分及控制部分組成。裁片、倒邊模具，軟片裝夾部分主要用于實(shí)現(xiàn)裁片模具、軟片的定位及裝夾。要求該部分模具定位、軟片裝夾操作方便快捷。且在裁片、倒邊裁制過程中以及受力狀態(tài)下保持模具、軟片緊固。并提供模具裝夾力值顯示。控制系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)刀具運(yùn)動、裝夾部分運(yùn)動的自動控制。通過軟片裁片、倒邊裁制過程的位移、速度控制，以保證軟片裁制度質(zhì)量及精度。軟片裁制基本外型有三種：長方形、扇形、圓形。所裁軟片最大尺寸如下：圓片：Φmin外徑＝65mm Φmax外徑≤500mm扇形片：最大弧長900mm ，高500mm長方形片：最大尺寸1000mmX750mm要求軟片裁制倒邊尺寸精度為177。，為提高裁片效率，對2mm、3mm厚軟片可實(shí)現(xiàn)雙層疊放裁制。以某一特定發(fā)動機(jī)裁片時(shí)間為依據(jù)，要求全部裁完軟片的時(shí)間少于手工裁片時(shí)間的20％長方形片絕熱材料軟片倒角即裁制斜邊寬度要求如下：（1）2mm軟片倒邊寬度為片厚的（27）倍。（2）3mm以上軟片倒邊寬度為片厚的（25）倍最后附上幾種絕熱材料的資料：l 5III材料：主要組份為丁腈橡膠、酚醛樹脂。未固化材料的邵氏硬度為4050。材料的延伸率≥170％l 9621材料：主要組份為丁腈橡膠。未固化材料的邵氏硬度為2030。材料的延伸率≥200％l VI材料：主要組份為丁腈橡膠、酚醛樹脂、碳纖維。未固化材料的邵氏硬度為8090。材料的延伸率≥15％ 設(shè)計(jì)方案的擬定為了滿足用貼片機(jī)在火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)粘貼橡膠襯板的需要，橡膠襯板的加工必須規(guī)范化并保證足夠的精度，數(shù)控橡膠軟片裁片機(jī)必須與貼片機(jī)緊密配合，與貼片機(jī)的工藝要求相適應(yīng)。這就要求數(shù)控橡膠軟片裁片機(jī)自動化程度高，橡膠軟片裁片時(shí)安裝方便，定位便捷，把操作人員的勞動強(qiáng)度減到最低，同時(shí)獲得最高的工作效率。本機(jī)由臺架、大臂、小臂、升降臂、刀桿、真空轉(zhuǎn)盤、真空泵和驅(qū)動控制系統(tǒng)等幾大部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖21所示。圖21 數(shù)控橡膠襯板倒邊機(jī)結(jié)構(gòu)圖 工作原理(1) 大、小臂運(yùn)動帶動刀具實(shí)現(xiàn)平面(X、Y)進(jìn)給運(yùn)動，真空轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)（C）帶動夾具和工件實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度。為了能夠切出曲邊坡口，上述三個(gè)運(yùn)動需要聯(lián)動控制。(2) 升降臂的升降(Z)和刀桿的擺動(B)用于調(diào)整刀具位置和切削角度?？梢詥为?dú)控制。(3) 刀桿軸帶動刀盤回轉(zhuǎn)形成主切削運(yùn)動。根據(jù)橡膠軟片的厚度及刀具幾何形狀的不同刀具回轉(zhuǎn)存在一個(gè)最佳速度，因此刀具回轉(zhuǎn)角速度必須能夠連續(xù)可調(diào)。(4) 工件用真空吸盤吸附夾緊，一次裝卡可自動完成切邊、倒坡口等操作。數(shù)控橡膠軟片裁片機(jī)的運(yùn)動鏈如圖22所示。圖22 數(shù)控橡膠軟片裁片機(jī)的運(yùn)動鏈本機(jī)運(yùn)動控制需要采用六軸軸三聯(lián)動控制系統(tǒng)，大、小臂驅(qū)動軸(X、Y)和真空轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)軸（W）用交流伺服電機(jī)驅(qū)動，并需三軸聯(lián)動，以實(shí)現(xiàn)直線和圓弧插補(bǔ)；升降臂的升降軸(Z) 和刀盤回轉(zhuǎn)軸（主軸）單獨(dú)控制，其中升降軸用交流伺服電機(jī)驅(qū)動；而刀盤回轉(zhuǎn)軸用交流電機(jī)驅(qū)動，通過變頻調(diào)速器控制其轉(zhuǎn)速。擺動軸用交流電機(jī)驅(qū)動，以便獲得坡口所需的角度。運(yùn)動控制采用工控機(jī)IPC和美國GALIL公司生產(chǎn)的多軸運(yùn)動控制器組成開放性數(shù)控系統(tǒng)，具有內(nèi)置的可編程序控制器PLC功能，便于對開關(guān)量進(jìn)行控制，對于常用規(guī)格產(chǎn)品可儲存其加工程序，加工過程自動進(jìn)行。．性能指標(biāo)(1) 本機(jī)可以對厚度為2~10mm的橡膠軟片進(jìn)行直線、曲線切邊和倒坡口操作。(2) 根據(jù)切削試驗(yàn)結(jié)果，本機(jī)倒坡口角度可達(dá)到12176。，凹邊曲率半徑可達(dá)到100mm或更小。(3) 切削速度可達(dá)到15004000mm/min。第二章 設(shè)計(jì)計(jì)算 X軸傳動裝置設(shè)計(jì)計(jì)算負(fù)載扭矩的計(jì)算 負(fù)載扭矩是由于驅(qū)動系統(tǒng)的摩擦力和切削力所引起。即 2M＝FL 其中M為負(fù)載扭矩，F(xiàn)為摩擦力，L為龍門架移動距離F=+f , 為滑動摩擦系數(shù) = ，f為刮油片阻力 f==G為龍門架的總重量 , 其中m=46(刀架)＋109(龍門)＋10(導(dǎo)軌等)＝165kg故F=1617+=由于存在傳動效率和摩擦系數(shù)因素，所以 M= 其中為同步帶的效率＝，MB為支撐軸承的摩擦力矩 查手冊得＝30N所以M==，P=， 轉(zhuǎn)數(shù)3000r/min （以下所用的表和圖均源自《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》）1. 求計(jì)算功率查表1039得＝ 2. 選擇帶型根據(jù)= 應(yīng)選用L型同步帶，3. 選取帶輪齒數(shù),由表1040查得 ＝18，?。?94. 帶輪節(jié)徑5. 帶速 6. 初定中心距7. 選用帶長及齒數(shù)按表1036選用 ，代號12008. 求理論中心距采用中心距可調(diào)，9. 齒輪嚙合齒數(shù)10. 基本額定功率mm, 查表1041得 =, m=11. 帶寬查表1037選取標(biāo)準(zhǔn)帶寬 ＝ 代號10012. 作用于軸上的力本書考慮滿足機(jī)床傳動的精度要求，故初步?jīng)Q定選用精度很高的HIWIN線性滑動導(dǎo)軌，此種線性滑軌為一種滾動導(dǎo)引，藉由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無限滾動循環(huán)，負(fù)載平臺能沿著滑軌輕易地以高精度作線性運(yùn)動。與傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)引相比較，滾動導(dǎo)引的摩擦系數(shù)可降低至原來的1/50，由于起動的摩擦力大大減少，相對的較少無效運(yùn)動發(fā)生，故能輕易達(dá)到μm級進(jìn)給及定位。再加上滑塊與滑軌間的束制單元設(shè)計(jì)，使得線性滑軌可同時(shí)承受上下左右等各方向的負(fù)荷，上述所列特點(diǎn)并非傳統(tǒng)滑動導(dǎo)引所能比擬，因此采用此導(dǎo)軌能大幅提高設(shè)計(jì)機(jī)器的精度和機(jī)械效能。根據(jù)龍門架的傳動要求及設(shè)計(jì)尺寸，初步選用LGW 25CB型號，查表得：基本動額定負(fù)荷C=2410kgf＝23618N，基本靜額定負(fù)荷 =38024N，容許靜力矩 導(dǎo)軌的基本靜額定負(fù)荷為刀架部件的總重量，即 由于有兩個(gè)線性導(dǎo)軌，所以靜安全系數(shù)為：故靜強(qiáng)度安全（1）壽命的計(jì)算考慮線性滑軌使用的環(huán)境因素，其壽命會隨運(yùn)動的狀態(tài)、珠道表面硬度及系統(tǒng)溫度而有所變化，所以滑軌壽命為：其中：L為壽命，C為基本動額定負(fù)荷，PC為最大工作負(fù)荷，fk為硬度系數(shù)，ft為溫度系數(shù)，fw為負(fù)荷系數(shù) HIWIN的線性滑軌硬度都為HRC58以上，故查表得， Pz為預(yù)壓力，初選預(yù)壓形式為Z1，所以（2）壽命時(shí)間的計(jì)算依使用速度及頻率將壽命距離換算成壽命時(shí)間： 其中：Lk為壽命時(shí)間，L為壽命，S為運(yùn)行速率，取S=100mm/s,即6m/min故其壽命年限約為12年。作用于帶輪的圓周力、徑向力、軸向力為:Ft=2T1/d=2徑向力Fr=Fttan20o=由圖31可知L1=43mm，L2=39mm圖31軸的受力分析圖 繪制軸的受力簡圖，求支座反力Y方向支反力：由∑MB=0，得－RAY(L1+L2)+FtL2=0RAY=FtL2/(L1+L2)=8032/ (50+32)=由∑Y=0，得RBY=Ft－RAY==Z方向支反力：由∑MB =0，得－RAZ(L1+L2)+FrL2=0RAZ=(FrL2)/(L1+L2)=(32)/(50+32)=由∑Y=0，得RBZ=Fr－RAZ== 作彎矩圖A、垂直面彎矩MY圖：C點(diǎn)MCY=RAYL1=50=103NmmB、水平面彎矩MZ圖： C點(diǎn)MCZ=RAZL1=50=103NmmC、合成彎矩M圖：C點(diǎn)總彎矩為：MC=103Nmm 作轉(zhuǎn)矩T圖 C點(diǎn)左邊：TC1=Ftd/2=8020/2＝103NmmC點(diǎn)右邊：TC2=TC1/2=103Nmm 作計(jì)算彎矩Mca圖該軸單向工作，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力按脈動循環(huán)應(yīng)力考慮，按第三強(qiáng)度理論，取α=C點(diǎn)左邊McaC===103NmmC點(diǎn)右邊McaC===103NmmD點(diǎn)McaD===103NmmE點(diǎn)McaE==103NmmB點(diǎn)McaB＝McaE=103Nmm 校核軸的強(qiáng)度（以下所用的表和圖均源自《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材）由圖可知，C點(diǎn)彎矩值最大，D、E點(diǎn)軸徑最小，所以該軸的危險(xiǎn)斷面是C點(diǎn)和D、E點(diǎn)所在剖面，由45鋼調(diào)質(zhì)處理查表81得σb=650N/mm2，再由表83查得[σb]1 =60N/mm2C點(diǎn)軸徑dC≥=考慮鍵槽影響，軸徑加大5%dC=（1+）=該值小于原設(shè)計(jì)該點(diǎn)處軸徑20mm，安全。D點(diǎn)軸徑dD≥=考慮鍵槽影響，軸徑加大5%dD=（1+）=該值小于原設(shè)計(jì)該點(diǎn)處軸徑14mm，安全。E點(diǎn)軸徑dE≥=考慮鍵槽影響，軸徑加大5%dE=（1+）=該值小于原設(shè)計(jì)該點(diǎn)處軸徑14mm，安全 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度由圖可知，Ⅱ~Ⅺ剖面均為有應(yīng)力集中的剖面，均有可能是危險(xiǎn)剖面。其中Ⅱ~Ⅴ剖面計(jì)算彎矩相同。這幾個(gè)剖面相比較，只是應(yīng)力集中影響不同，可取應(yīng)力集中系數(shù)值較大者計(jì)算即可。Ⅸ~Ⅺ與Ⅱ~Ⅴ剖面形狀相似，但其上的彎矩更小，所以不必校核。同理，Ⅶ、Ⅷ剖面承載情況也相近，可取應(yīng)力集中系數(shù)值較大者計(jì)算。（1）校核Ⅱ、Ⅲ剖面的疲勞強(qiáng)度Ⅱ剖面因配合引起的應(yīng)力集中系數(shù)由副表11查得：kσ=, kτ=Ⅱ剖面因過度圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)由副表11查得： （Dd）/r=（1714）/=6，r/d=，kσ=，kτ=因Ⅰ、Ⅱ剖面主要受轉(zhuǎn)矩作用，故校核Ⅱ剖面。Ⅱ剖面產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力、應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為τmax=T/WT=T/(d 3)=103/(20 3)= N/mm2τa=τm=τmax/2=45鋼機(jī)械性能查表81得 ：σ1=268N/mm2，τ1=155N/mm2；絕對尺寸影響系數(shù)由副表14查得：εσ=，ετ= ；表面質(zhì)量系數(shù)由副表15查得 ：βσ=，βτ=；查表15得 ψσ=，ψτ=。Ⅰ剖面的安全系數(shù)為S=Sτ=τ1/（Kττa/（βτετ）+ψττm）=取[S]=~，S＞[S]，所以Ⅱ剖面安全。（2）校核Ⅶ、Ⅷ剖面的疲勞強(qiáng)度兩個(gè)剖面的應(yīng)力集中相近，載荷線性遞減，而Ⅶ剖面的載荷較大，故校核Ⅶ剖面。Ⅶ剖面因配合引起的應(yīng)力集中系數(shù)由副表11查得：kσ=, kτ=Ⅶ剖面因過度圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)由副表11查得：（Dd）/r=（2620）/1=6，r/d=，kσ=，kτ=剖面因鍵槽引起的應(yīng)力集中系數(shù)由副表11查得：kσ=，kτ=故應(yīng)按過度圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)校核Ⅶ剖面。Ⅶ剖面承受的彎矩和轉(zhuǎn)矩分別為MⅦ=MC（L1L）/L1=10316/32＝103NmmTⅥ=T=103NmmⅦ剖面產(chǎn)生的正應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為σmax=MⅦ/W=103/（203）＝σa=σmax=，σm=0Ⅶ剖面產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為τmax=TⅥ/WT=103/（203）＝τa=τm=τmax/2=絕對尺寸影響系數(shù)由副表14查得：εσ=，ετ=，表面質(zhì)量系數(shù)同上βσ=，βτ=。Ⅶ剖面的安全系數(shù)為Sσ=σ1/（Kσσa/（βσεσ）+ψσσm）= Sτ=τ1/（Kττa/（βτετ）+ψττm）=S=SσSτ/（Sσ2+Sτ2）1/2=S＞[S]=~，所以Ⅵ剖面安全。因?yàn)檩S不承受軸向力，所以帶輪軸兩端軸承采用深溝球軸承6203號 查表得： 額定工作壽命（1）受力分析：圓周力軸向力Fa=0徑向力Fr=Fttan20176。=根據(jù)下圖已經(jīng)求得軸承支反力為：RAY=，RBY= RAZ=，RBZ= 圖32 軸承的受力分析圖（2）設(shè)軸承所受支反力合力為R1 ,R2R2R1，而且兩個(gè)軸承相同，所以根據(jù)合力R2校核。l 計(jì)算當(dāng)量動負(fù)荷Fa1=0，即Fa1/R1=0，所以Fa1/R1≤e，查表得：負(fù)荷系數(shù)X＝1，Y＝0在稍有波動的情況下 由此可求得： Fa2=0，即Fa2/R2=0，所以Fa2/R2≤e，查表得：負(fù)荷系數(shù)X＝1，Y＝0在稍有波動的情況下 由此可求得： l 軸承壽命計(jì)算：P2P1，所以按動負(fù)荷P1進(jìn)行校核所選軸承合格。帶輪軸上的鍵選擇:已知：軸徑D=20mm，查GB109579，GB109679可選，鍵寬b=6mm，鍵高h(yuǎn)=6mm，鍵槽深t=。傳動扭矩為T=1960Nmm。根據(jù)輪轂長度選鍵長L=25mm，校核擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。假設(shè)工作條件有輕微沖擊，可查得許用擠壓應(yīng)力許用剪應(yīng)力，據(jù)校核公式： 及 ，又知鍵的有效工作長度，鍵與輪轂的接觸高度。 所以該鍵的強(qiáng)度足夠。 在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)中，同步帶傳動由電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)軸并通過同步帶實(shí)現(xiàn)各個(gè)坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動。而連接電機(jī)輸出軸和同步帶軸的器件便是聯(lián)軸器。為保證傳動精度，消除回轉(zhuǎn)誤差，應(yīng)采取措施消除扭轉(zhuǎn)方向上聯(lián)軸器的連接間隙。由結(jié)構(gòu)選擇本機(jī)床的聯(lián)軸器均為伺服撓性聯(lián)軸器。伺服撓性聯(lián)軸器，無背間隙，遲滯小，最適合于高精度定位使用，元件要素是由螺栓聯(lián)結(jié)，對于正反運(yùn)轉(zhuǎn)可以發(fā)揮其優(yōu)秀的耐久性。此聯(lián)軸器采用夾緊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝極為簡單，聯(lián)結(jié)確實(shí)。根據(jù)同步帶軸的尺寸選擇聯(lián)軸器的型號為SFC030SA,TYPE C 。