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臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床設(shè)計方案(存儲版)

2025-06-09 12:09上一頁面

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【正文】 主軸上使用的齒輪,因為主軸軸頸一般都較大,因此為了解決分度圓尺寸較大而另一方面齒輪齒數(shù)又不能太多的矛盾,也需要選擇較大模數(shù)。則d)確定復(fù)合齒形系數(shù)根據(jù)初算的齒輪齒數(shù),查《機(jī)械設(shè)計》圖538《外齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)》得各對嚙合齒輪中小齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)為:,e)校核模數(shù)由《機(jī)械設(shè)計》式545b知,齒輪模數(shù)的校核公式如下:則Ⅰ、Ⅱ軸上嚙合齒輪的模數(shù)大小為:因為,故Ⅰ、Ⅱ軸上齒輪所選模數(shù)符合要求。故應(yīng)校核此位置的強(qiáng)度。由《機(jī)械設(shè)計》式547知齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算式為上式中,當(dāng)一對齒輪均為鋼制時,彈性系數(shù),則齒面許用接觸應(yīng)力按下式計算,因為該齒輪直接將轉(zhuǎn)矩傳遞給主軸,故為較重要傳動,取最小安全系數(shù)。故可得Ⅱ軸支承力學(xué)模型如圖24所示。查《金屬工藝學(xué)》(下冊)表12《幾種常用材料的值》,??;切削層公稱寬度在鏜削中表現(xiàn)為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量,查《切削手冊》表1127《臥式鏜床的鏜削用量》,取各種切削條件下的平均值;切削層公稱厚度則是鏜削時的背吃刀量,考慮到鏜削多用于半精和精加工,切削深度一般不會較大,故取。前面的計算中鏜削進(jìn)給速度為,而所選絲杠基本導(dǎo)程為,因此鏜削加工時的絲杠轉(zhuǎn)速為:當(dāng)轉(zhuǎn)速時,滾珠絲杠螺母的主要破壞形式為滾珠球面上產(chǎn)生的塑性變形。其特點是軸向剛度較高,預(yù)拉伸安裝時,預(yù)緊力較大。 7主軸箱潤滑系統(tǒng)設(shè)計有相對運動的兩個零件之間不可避免地存在摩擦和磨損,因此,為機(jī)械系統(tǒng)選擇合理的潤滑方式不但可以減小零件間的摩擦、磨損,延長零部件的使用壽命,也能減小系統(tǒng)運行的不平穩(wěn)性,提高主軸的運轉(zhuǎn)精度,保證加工質(zhì)量。以圖示嚙合位置為例,變速系統(tǒng)工作過程為:當(dāng)接收到機(jī)械變速信號時,機(jī)床電控部分控制液壓系統(tǒng)給變速油缸供油,推動活塞和撥叉向左運動,當(dāng)?shù)竭_(dá)左嚙合位置時,撥叉上的頂塊壓下行程開關(guān)1,停止液壓系統(tǒng)繼續(xù)給油缸供油并保持油壓,保證嚙合過程中滑移齒輪不會軸向誤動作。在本次設(shè)計中,在參考國內(nèi)外同類機(jī)床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的下,完成了主軸鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)的設(shè)計,完成了主傳動系統(tǒng)的動力參數(shù)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計,合理布置了各軸空間位置;并繪制了完整的臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的總裝圖,明確了主軸箱、立柱、回轉(zhuǎn)工作臺等主要部件的裝配和相對位置關(guān)系。在畢業(yè)論文即將完成之際,我謹(jǐn)向沈老師致以最誠摯的謝意,并向在畢業(yè)設(shè)計過程中為我提供幫助和解決困難的所有同學(xué)表示感謝。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和精益求精的工作作風(fēng),為保證畢業(yè)設(shè)計保持保量完成打下了堅實基礎(chǔ),也深深地感染和激勵著我。換刀時用到的油缸結(jié)構(gòu)如圖32所示。但是,為了改善主軸的輸出轉(zhuǎn)矩特性,使主軸在低速運轉(zhuǎn)時仍能滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩的要求,設(shè)計中采用在無級變速系統(tǒng)中串聯(lián)機(jī)械變速環(huán)節(jié)的方法,將主軸電機(jī)的變速范圍分割成高、低兩段,實現(xiàn)分段無級變速,以匹配主軸與負(fù)載的轉(zhuǎn)特性。而方案一,雖然三根軸的相對位置沒有一那么緊湊,但這種設(shè)計的高度方向尺寸更大,因此在立柱上滑動時其導(dǎo)向長度也長,導(dǎo)向精度更高;并且,它還大大減小了主軸箱的寬度方向尺寸,這樣能使得裝配后主軸箱的重心距立柱導(dǎo)軌的距離大大減小,移動也更平穩(wěn);另外,雖然看上去方案一中三軸的相對位置較為分散,但卻更能減小運轉(zhuǎn)過程中Ⅰ、Ⅱ軸上零件的震動、發(fā)熱對主軸旋轉(zhuǎn)精度影響。實踐證明,絲杠的軸承組合及軸承座以及其它零件的連接剛性不足,將嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的傳動精度和剛度。在前面估算伺服電機(jī)所需輸出轉(zhuǎn)矩時,已從產(chǎn)品目錄中初選基本直徑的絲杠。與前面計算主軸電機(jī)功率時的原理相同,在這里我們先求出鏜削時的切削力。Ⅱ軸的支承結(jié)構(gòu)如圖23所示,從圖上可以看出,圓錐滾子軸承寬度為,因此與軸的長度相比,載荷作用中心與軸承寬度中點的距離偏移在計算中可以忽略。本次設(shè)計中的齒輪均為硬齒面,在前面的設(shè)計中按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計,故還應(yīng)校核其齒面的接觸疲勞強(qiáng)度。如圖22所示,先作出Ⅱ軸與Ⅰ軸嚙合時的受力計算簡圖(即力學(xué)模型),取集中載荷作用于齒輪及軸承的中點。由《機(jī)械設(shè)計》圖532c查得45鋼表面淬火后齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力;由《機(jī)械設(shè)計》圖533c查得45鋼表面淬火后接觸疲勞極限應(yīng)力。因此,軸上齒輪正確嚙合時應(yīng)保證兩傳動軸和主軸的端蓋、法蘭蓋之間不會產(chǎn)生干涉。該臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的立柱部分,是另外一位同學(xué)設(shè)計的,他設(shè)計的導(dǎo)軌安裝寬度為,則箱體外側(cè)寬度可按如圖18所示裝配關(guān)系確定。因此,螺母座的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本滿足各方面尺寸要求。內(nèi)層主軸的伸縮運動是由伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠,進(jìn)而由絲杠螺母帶動其向前伸出或退回的。其工作原理如圖14所示。另外聯(lián)想到的類似結(jié)構(gòu)還有變速箱中的滑移齒輪:滑移齒輪通過輪齒嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩,當(dāng)需要變速時則可在花鍵的導(dǎo)向作用下進(jìn)行滑移,以實現(xiàn)齒輪在旋轉(zhuǎn)的同時也可以滑動的功能。另外,如Ⅰ軸結(jié)構(gòu)設(shè)計圖,考慮到主軸箱內(nèi)各處軸承和齒輪嚙合處的潤滑,在Ⅰ軸上設(shè)置一個凸輪,用來推動潤滑油泵工作,將主軸箱底部潤滑油泵送至各潤滑點??紤]到主軸的伸縮式結(jié)構(gòu),并且完成主軸箱設(shè)計后要與床身立柱相配合,此處結(jié)構(gòu)設(shè)計主要確定的是軸上各段軸頸的大小,長度方向尺寸在主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后再考慮。因此,轉(zhuǎn)軸設(shè)計時,開始只能按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或經(jīng)驗公式估算軸的直徑,然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計,最后進(jìn)行軸的強(qiáng)度驗算。則切削力大小為:切削功率用式 計算。因此,機(jī)床的主傳動功率是選擇主軸電機(jī)功率和型號的重要依據(jù)。因此,本次設(shè)計的臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)采用帶有變速齒輪的主傳動,以滿足加工對機(jī)床變速范圍的要求和鏜削時對主軸輸出轉(zhuǎn)矩的要求。其常見的主傳動系統(tǒng)有下面三種方式:(a)變速齒輪 (b)帶傳動 (c)內(nèi)裝電動機(jī)主軸傳動結(jié)構(gòu)圖5 數(shù)控機(jī)床主傳動的配置方式其中:(a)是帶有變速齒輪的主傳動,它通過兩級或三級齒輪降速,使之成為分段無級變速,確保低速運行時滿足主軸輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。如圖3所示,為幾種常見的數(shù)控臥式銑床布局結(jié)構(gòu)。如圖1所示,平面的加工可由銑刀頭與三個方向的成形運動合成得到;而孔加工由鏜刀與鏜桿在軸向的進(jìn)給(即方向的成形運動)即可合成得到。刀庫安裝在立柱的側(cè)面,隨立柱移動,還可配備直角銑頭、萬能角銑頭、兩座標(biāo)數(shù)控銑頭、平旋盤等各種附件,一次裝夾完成孔、面、曲面的加工。近年來,隨著電子技術(shù)、新材料和新工藝的廣泛應(yīng)用,以及零件加工對機(jī)床提出的更高的要求,臥式鏜銑床發(fā)展呈現(xiàn)出新的特點,在提高進(jìn)給速度和快速移動的同時,又出現(xiàn)了提高加速度這一概念,使得臥式鏜銑床采用電主軸設(shè)計成為新的追求。ALPHA系列臥式加工中心立柱采用斜面概念的設(shè)計,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。按照設(shè)計任務(wù)書要求,在本文中要完成一臺中型臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計、主傳動系統(tǒng)及主軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計:機(jī)床必須具有鏜和銑的功能,立柱應(yīng)能根據(jù)工件的大小移動而實現(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)工作臺上實現(xiàn)精密分度;機(jī)床要求能實現(xiàn)四軸三聯(lián)動。銑削加工時,進(jìn)給運動可以由工件運動也可以由刀具運動來完成,或者部分由工件運動,部分由刀具運動完成,這樣就影響到了部件的配置和總體關(guān)系。而在圖3(a)和圖3(b)方案中,立柱通過床身直接與地面接觸,就沒有這一問題了。(c)是電主軸設(shè)計,這種變速方式大大簡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,并且電動機(jī)發(fā)熱對主軸精度影響較大。當(dāng)機(jī)床用于銑削加工時,其主軸輸出轉(zhuǎn)速較大,一般都處在電動機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍內(nèi),此時可由高速級輸出;而當(dāng)機(jī)床用于鏜削加工時,其主軸輸出轉(zhuǎn)速一般都較小,為了保證此時主軸輸出轉(zhuǎn)矩滿足加工要求,轉(zhuǎn)速由變速系統(tǒng)低速級輸出。因此,切削功率可用下式計算: 式中:——切削速度,;——切削力,單位。因此,對于轉(zhuǎn)速
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