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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-wenkub

2023-07-05 04:21:49 本頁(yè)面
 

【正文】 銑床主要用來(lái)加工中、小型箱體零件,用來(lái)擴(kuò)大工件上已鑄出或已加工的孔,以及銑削平面、鉆削、加工端面和凸緣的外圓,以及切螺紋等,而不需要加工曲面或圓弧面。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì),主要了解當(dāng)前臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì),弄清楚臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的總體布局、主傳動(dòng)系統(tǒng)方案和進(jìn)給系統(tǒng)方案,學(xué)習(xí)鏜軸和銑軸雙層主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法,明白作為一名機(jī)械工程師在機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所承擔(dān)的主要任務(wù),掌握機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法以及機(jī)床其它基礎(chǔ)件設(shè)計(jì)的要求并進(jìn)一步提高應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖的能力;此外,還應(yīng)通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)加深對(duì)專業(yè)基本知識(shí)的理解,培養(yǎng)收集資料和調(diào)查研究的能力,為以后的學(xué)習(xí)、生活打下良好的基礎(chǔ)。主軸直徑,最高轉(zhuǎn)速,三軸移動(dòng)速度。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,德國(guó)Dorries Scharmann公司生產(chǎn)的ALPHA系列臥式加工中心對(duì)此給出了完美的解決方案。 Feed System 1緒論臥式鏜銑床是一種加工范圍極廣、自由度很大的通用機(jī)床,主要用來(lái)加工中、小型箱體零件,并多用于孔加工,鏜孔精度可達(dá)IT7;除擴(kuò)大工件上已鑄出或已加工的孔外,還能銑削平面、鉆削、加工端面和凸緣的外圓,以及切螺紋等。盡管傳統(tǒng)的鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu),具有鏜深孔及大功率切削的特點(diǎn),但近幾年來(lái),隨著為高速運(yùn)行作技術(shù)支撐的傳動(dòng)元件電主軸、直線電機(jī)、線性導(dǎo)軌等得到廣泛應(yīng)用,主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)也由傳統(tǒng)的鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)逐步向現(xiàn)代高速電主軸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。與國(guó)外同類產(chǎn)品相比,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式單一,產(chǎn)品運(yùn)行速度、進(jìn)給速度等性能與國(guó)外產(chǎn)品還有很大差距。臥式鏜銑床在發(fā)展早期,主軸多采用經(jīng)典的鏜軸與銑軸組成的雙層主軸結(jié)構(gòu),為保證剛性與高精度加工,主軸前端由雙列圓柱滾子軸承與推力球軸承支承。ALPHA系列臥式加工中心立柱采用斜面概念的設(shè)計(jì),剛性極高,具有臥式主軸和電主軸可交換使用的功能,具有“一機(jī)兩用”之功效,大大提高了機(jī)床的工藝性能,也降低了制造成本,這一創(chuàng)新引領(lǐng)著臥式鏜銑床的發(fā)展方向。配有2個(gè)交換工作臺(tái)和1個(gè)回轉(zhuǎn)工作臺(tái),交換工作臺(tái)的定位精度在以內(nèi)。按照設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求,在本文中要完成一臺(tái)中型臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)、主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì):機(jī)床必須具有鏜和銑的功能,立柱應(yīng)能根據(jù)工件的大小移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)其粗定位;為在一次裝夾中完成盡可能多的表面的加工,工件應(yīng)能在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上實(shí)現(xiàn)精密分度;機(jī)床要求能實(shí)現(xiàn)四軸三聯(lián)動(dòng)。歸納起來(lái),臥式鏜銑床的加工可分為平面和孔加工兩大類。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。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。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。(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。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)。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。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,切削功率可用下式計(jì)算: 式中:——切削速度,;——切削力,單位。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,取;切削層公稱厚度在銑削中與每齒進(jìn)給量有關(guān),故取。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)。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。如果將這部分材料旋轉(zhuǎn)在離圓心比較遠(yuǎn)的地方,可明顯地增大截面的極慣性矩,這樣就自然提高了軸的承載能力。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(中冊(cè))表8348《幾種常用材料的及值》,得45鋼值為,計(jì)算中取,則另由傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖可知,Ⅰ軸聯(lián)軸器端應(yīng)有一個(gè)鍵槽,因此Ⅰ軸的最小軸徑應(yīng)在的基礎(chǔ)上增大5%,即:取主軸內(nèi)徑和外徑之比為,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(中冊(cè))表8361《空心軸系數(shù)表》得計(jì)算系數(shù),則滿足強(qiáng)度要求的主軸最小直徑為:根據(jù)主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖上主要零件的布置圖和軸的初步估算軸徑,進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由圖7知,主軸電機(jī)輸出軸直徑為。齒輪左端和右端分別采用光軸軸肩和軸用擋圈定位,均能滿足定位精度要求。圖12 Ⅱ軸軸頸尺寸分布圖該臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比,最大的特點(diǎn)是:立柱的水平移動(dòng)在加工中只用作粗定位時(shí)的移動(dòng),而切削進(jìn)給由主軸的伸縮實(shí)現(xiàn)。從原理上看,其主軸功能與本次設(shè)計(jì)的臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床主軸也很像。如圖13示,雖然設(shè)計(jì)方案與滑移齒輪類似,但是值得注意的是,滑移齒輪在花鍵上滑移的時(shí)間與它的轉(zhuǎn)動(dòng)相比,滑移所占時(shí)間的比例很小,因此花鍵聯(lián)結(jié)主要還是用來(lái)傳遞扭矩的。導(dǎo)鍵又叫導(dǎo)向平鍵,是一種較長(zhǎng)的平鍵,用螺釘固定在軸上的鍵槽中,軸上零件能沿鍵作軸向滑移。主軸組件的滾動(dòng)軸承一般既要有承受徑向載荷的徑向軸承,又要有承受兩個(gè)方向軸向載荷的推力軸承。圖15 主軸前端支承結(jié)構(gòu)分析到這里只是勾勒出了雙層主軸前端的草圖,要確定前端一系列支承的徑向尺寸,必須先確定主軸后端的尺寸結(jié)構(gòu)(主軸做成前大后小,方便安裝和加工)。拉刀桿內(nèi)部要設(shè)計(jì)成空心結(jié)構(gòu),以便在換刀時(shí)由氣缸吹入高壓空氣,將刀具刀柄和主軸安裝孔上的鐵屑等雜物吹凈,以保護(hù)主軸安裝孔和刀具刀柄不被劃傷,并保證刀具的安裝精度。而本次設(shè)計(jì)中主軸輸入功率為,查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》表36《通用機(jī)床主軸前軸頸尺寸》得,主軸驅(qū)動(dòng)功率在時(shí),銑床主軸前軸頸推薦尺寸范圍為。為使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,主軸箱內(nèi)不設(shè)置隔板,外層主軸前后兩端軸承均安裝在主軸箱外壁上。考慮到主軸箱要在立導(dǎo)軌上作豎直方向成形運(yùn)動(dòng),因此主軸箱寬度按立導(dǎo)軌的寬度選擇。如圖19所示,為本次設(shè)計(jì)中主軸的結(jié)構(gòu)及尺寸關(guān)系。從前面?zhèn)鲃?dòng)軸和主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程可以看到,各軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后,軸上端蓋或法蘭的外形尺寸也就基本確定了。因此,在機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)中,一般會(huì)用到2到3種模數(shù),并沿高速級(jí)向低速級(jí)模數(shù)逐漸增大,以適應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩增大的需要的傳動(dòng)順序,模數(shù)逐漸增大,以適應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩增大或是滿足結(jié)構(gòu)要求的需要。a)確定齒輪材料和極限應(yīng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),在滿足傳動(dòng)要求的前提下,應(yīng)盡可能降低成本,故變速齒輪選用45鋼表面淬火,硬度。同理校核Ⅱ、Ⅲ軸上嚙合齒輪的模數(shù):因?yàn)?,故Ⅱ、Ⅲ軸上齒輪所選模數(shù)也符合要求。Ⅱ軸與Ⅰ軸和Ⅲ軸都有齒輪相嚙合,根據(jù)材料力學(xué)的知識(shí),先分別單獨(dú)分析Ⅱ軸與Ⅰ、Ⅲ兩軸相嚙合時(shí)的軸承支反力,再求它們的合力在軸上的彎矩分布。轉(zhuǎn)矩              圓周力     徑向力     軸向力     、的方向如圖22所示。已經(jīng),查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表122得45鋼調(diào)質(zhì)處理后的許用彎曲應(yīng)力,則所以,Ⅱ軸強(qiáng)度滿足使用要求。則因?yàn)?,故齒面的接觸疲勞強(qiáng)度足夠。軸承的使用壽命與其當(dāng)量動(dòng)載荷間存在下面的關(guān)系:其中:—軸承壽命;   —軸承的轉(zhuǎn)速,取電動(dòng)機(jī)工作在額定狀態(tài)下,并且變速齒輪輸出高速轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算,即取;   —基本額定動(dòng)載荷,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得31311型軸承;   —壽命指數(shù),球軸承,滾子軸承;   —溫度系數(shù),查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表158得;   —當(dāng)量動(dòng)載荷,對(duì)向心和角接觸軸承,在不變的徑向和軸向載荷作用下,其徑向當(dāng)量動(dòng)載荷為。圖24?、蜉S支承力學(xué)模型由軸承受力平衡可以得到下列方程:則在這里,并等于軸承預(yù)緊力的大小。圖25 銑削和鏜削加工示意圖鏜削加工通用性較強(qiáng),但因?yàn)榧庸r(shí)刀桿懸伸布置,為保證鏜桿剛度和切削質(zhì)量,切削速度一般都較低,背吃刀量也較小,因此生產(chǎn)效率較低,多用于半精和精加工。則切削力大小為:由加工經(jīng)驗(yàn)知道,切削力是總切削力其中一個(gè)分力,大約占總切削力的;而進(jìn)給力(即軸向力)只占總切削力的,因此可據(jù)此估算出主軸鏜削時(shí)所受軸向力的大?。褐鬏S的進(jìn)給伸縮是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠
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