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正文內(nèi)容

x5032銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-07-21 19:03 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)是傳動(dòng)比不準(zhǔn)確,發(fā)熱量大。無級(jí)變速傳動(dòng)可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速,以便得到最有利的銑削速度;能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速,便于實(shí)現(xiàn)變速自動(dòng)化;能在負(fù)載下變速,便于銑削大端面、無級(jí)變速器、液壓無級(jí)變速器和電氣無級(jí)變速器實(shí)現(xiàn)。機(jī)械摩擦無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠,常用在中小型銑床、銑床等主傳動(dòng)中。液壓無級(jí)變速器傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)換向沖擊小,易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng),常用于主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床,如磨床、拉床、刨床等機(jī)床的主傳動(dòng)中。電氣無級(jí)變速器有直流電動(dòng)機(jī)或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)兩種,由于可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu),便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速、連續(xù)變速和負(fù)載下變速,應(yīng)用越來越廣泛,尤其在數(shù)控機(jī)床上,目前幾乎都采用電氣變速。 數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的配置方式數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照按制指令自動(dòng)執(zhí)行的,因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中,目前多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。為擴(kuò)大調(diào)速范圍,適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求,也經(jīng)常應(yīng)用齒輪合級(jí)調(diào)速和電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有四種配置方式。(1)帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 大、中型數(shù)控機(jī)床采用這種變速方式。如圖3—1(a)所示,通過少數(shù)幾對(duì)齒輪降速,“大輸出轉(zhuǎn)矩,以滿足主軸低速時(shí)對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速,使之成為分段元級(jí)變速?;讫X輪的移位大都采用液壓缸加拔叉,或者直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。(2)通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 如圖3—1(b)所示,這種傳動(dòng)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速就能夠滿足要求,不用齒輪變速,可以避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)與噪聲。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用的是v帶和同步齒形帶。(3)用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 如圖3—1(c)所示,這是上述兩種方式的混合傳動(dòng),具有上述兩種性能。高速時(shí)電動(dòng)機(jī)通過帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn);低速時(shí),另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn),齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用,這樣就使恒功率區(qū)增大,擴(kuò)大了變速范圍,克服了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的缺陷。(4)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 如圖3—1(d)所示,這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu),有效地提高了主軸部件的剛度,但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小,電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸影響較大。圖2-1 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式數(shù)控銑床不同于一般的機(jī)械,它是用來生產(chǎn)其他機(jī)械的工作母機(jī),和其他機(jī)床一樣的在剛度,精度及運(yùn)動(dòng)特性方面有其特殊要求。下面簡(jiǎn)單介紹一下與上述特性相關(guān)的一些基礎(chǔ)理論和概念。 精度機(jī)床精度是指機(jī)床的主要部件的形狀、相互位置及相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精確程度,包括幾何精度、傳動(dòng)精度、定位精度及精度保持性等幾個(gè)方面。各類機(jī)床按精度可分為普通精度級(jí)、精密級(jí)和高精度級(jí)。以上三種精度等級(jí)的機(jī)床均有相應(yīng)的精度標(biāo)準(zhǔn),其允差若以普通級(jí)為1,則大致比例為1::。在設(shè)計(jì)階段主要從機(jī)床的精度分配、元件及材料選擇等方面來提高機(jī)床精度。它主要包括以下幾個(gè)方面:1)幾何精度 幾何精度是指機(jī)床空載條件下,在不運(yùn)動(dòng)(機(jī)床主軸不轉(zhuǎn)或工作臺(tái)不移動(dòng)等情況下)或運(yùn)動(dòng)精度較低時(shí)各主要部件的形狀、相互位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度程度。如主軸徑向跳動(dòng)及軸向竄動(dòng)、主軸中心線對(duì)滑臺(tái)一動(dòng)方向的平行度或垂直度等。幾何精度直接影響加工工件的精度,是評(píng)價(jià)機(jī)床質(zhì)量的基本指標(biāo)。它主要取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和裝配質(zhì)量。2)運(yùn)動(dòng)精度 運(yùn)動(dòng)精度是指機(jī)床的主要零件以工作狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度。如高速回轉(zhuǎn)主軸的回轉(zhuǎn)精度。對(duì)于高速精密的機(jī)床,運(yùn)動(dòng)精度是評(píng)價(jià)機(jī)床質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。3)傳動(dòng)精度 傳動(dòng)精度是指機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)個(gè)末端執(zhí)行件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性和準(zhǔn)確度。這方面的誤差成為該傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差。傳動(dòng)精度有傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)件的制造和裝配精度等決定。4) 定位精度 定位精度是指機(jī)床的定位部件運(yùn)動(dòng)到達(dá)規(guī)定的位置精度。定位精度直接影響被加工工件的尺寸精度和形位精度。5)工作精度 機(jī)床加工規(guī)定的時(shí)間所能達(dá)到的加工精度,成為機(jī)床的工作精度。用試件的加工精度表示。工作精度是各種因素綜合影響的結(jié)果,包括機(jī)床自身的精度、剛度、熱變形和刀具、工件的剛度及熱變形。6)精度保持性 在規(guī)定的工作期間內(nèi),保持機(jī)床所要求的精度,稱為精度保持性。影響精度保持性的主要因素是磨損。 剛度1)定義:機(jī)床剛度是指機(jī)床系統(tǒng)抵抗變形的能力,通常用下面的式子來表示即: K 式中 K——機(jī)床剛度,N/ F——作用在機(jī)床上的載荷,N y——在載荷的作用下,機(jī)床或主要零部件的變形,作用在機(jī)床上的載荷有重力、夾緊力、切削力、傳動(dòng)力、摩擦力、沖擊力和振動(dòng)干擾力等。按照載荷的性質(zhì)不同,可分為靜載荷和動(dòng)載荷。不隨時(shí)間變化或變化極為緩慢的力稱為靜載荷,如重力、切削力的靜力部分等。凡隨時(shí)間變化的力,如沖擊振動(dòng)力及切削力的交變部分等稱為動(dòng)載荷。故機(jī)床剛度相應(yīng)地分為靜剛度和動(dòng)剛度,后者是抗振性的一部分。通常所說的剛度一般指靜剛度。 2)整機(jī)剛度 機(jī)床是由許多構(gòu)件結(jié)合而成的,在載荷作用下各構(gòu)件及結(jié)合部都要產(chǎn)生變形,這些變形直接或間接的引起刀具和工件之間的相對(duì)位移,這個(gè)位移的大小代表了機(jī)床的整機(jī)剛度。因此,機(jī)床的整機(jī)剛度不能用某個(gè)零部件的剛度評(píng)價(jià),而是指整臺(tái)機(jī)床在靜載荷作用下,各構(gòu)件及結(jié)合面抵抗變形的綜合能力。顯然,靜剛度對(duì)機(jī)床抗振性、生產(chǎn)率均有影響。因此,在機(jī)床設(shè)計(jì)中如何提高其剛度是十分重要的。3 主軸電動(dòng)機(jī)的選取主軸電動(dòng)機(jī)是數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件之一,它的選擇涉及到主傳動(dòng)系統(tǒng)的變速方式。下面對(duì)于數(shù)控銑床進(jìn)行設(shè)計(jì)。 采用交流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速伺服電動(dòng)機(jī)和脈沖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都是恒轉(zhuǎn)矩的,而且功率不大,所以只能用直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。而直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價(jià)格高。又因?yàn)閾Q向器和電刷,在運(yùn)行過程中容易出故障。所以選擇交流調(diào)速電動(dòng)機(jī),因?yàn)榻涣髡{(diào)速電動(dòng)機(jī)體積小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)反應(yīng)快,沒有電刷,等達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流電動(dòng)機(jī)高,磨損和故障也少。 初選主軸電動(dòng)機(jī)(交流調(diào)速電動(dòng)機(jī))的功率由《中小型電機(jī)產(chǎn)品樣本》所列電機(jī)得,目前適用于這類機(jī)床的系列交流主軸電機(jī),、1122KW五種規(guī)格,電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速,額定轉(zhuǎn)速,最低轉(zhuǎn)速。其功率轉(zhuǎn)矩特性曲線如下圖所示 銑削力的計(jì)算根據(jù)《簡(jiǎn)明銑工手冊(cè)》,對(duì)高速鋼圓柱銑刀,銑削力的計(jì)算公式:(41)式中:C——系數(shù),其值取決于銑削條件和工件材料,當(dāng)工件為碳鋼時(shí),查《簡(jiǎn)明銑工手冊(cè)》表313,取公式(41)中:——銑削寬度(銑刀每轉(zhuǎn)一個(gè)齒間角時(shí),工件與銑刀的相對(duì)移動(dòng)量)——被吃刀量——銑刀直徑 ——銑刀轉(zhuǎn)數(shù)、和——公式中各個(gè)系數(shù)的指數(shù)——銑削條件改變時(shí),銑削力的修正系數(shù),其中參數(shù)按實(shí)際加工過程中平均銑削條件為標(biāo)準(zhǔn)來選擇。查《簡(jiǎn)明銑工手冊(cè)》表313取=27mm,=4mm, z=4,=30mm,=, n取r/min,其中=,=,=,=0,= 。加工碳鋼時(shí),=673MPa其修正系數(shù)由《簡(jiǎn)明銑工手冊(cè)》表314得: 則 利用圓柱銑刀進(jìn)行逆銑時(shí),工作臺(tái)的工作載荷;工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷 工作臺(tái)垂向進(jìn)給方向載荷 工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷 個(gè)系數(shù)分別取中間值,則 由此可以算出周向銑削力; 初選交流調(diào)速主軸電動(dòng)機(jī)的功率為主軸傳遞全部功率時(shí)的最低銑削速度,即電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù)。為1500r/min。所以 =Fv≈/(601000) =271500/(601000)==取總效率=,由此估算出的最初電機(jī)功率=電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速=1500r/min額定最高轉(zhuǎn)速為=4500r/min最低轉(zhuǎn)速=150r/min 機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速nj的確定機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速的定義,指能夠傳遞電機(jī)全部功率中的最低 一級(jí)轉(zhuǎn)速,并以此作為計(jì)算機(jī)床最大扭矩值的根據(jù)。其計(jì)算公式如下:——為機(jī)床的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min)——修正系數(shù)一般取 ~0. 5 ==120r/min 變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主軸電動(dòng)機(jī)的功率功率的確定電動(dòng)機(jī)應(yīng)選擇YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)型號(hào)最高轉(zhuǎn)速(r/min)額定轉(zhuǎn)速(r/min)額定功率(KW)額定電流(A)額定轉(zhuǎn)矩效率%重量/kgYVP160L4450015001533146電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍=/=4500/1500=3 ,主軸恒功率調(diào)速范圍=/=3000/120=25,因此,主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率變速范圍,是不能簡(jiǎn)單的使用電動(dòng)機(jī)直接直接拖動(dòng)主軸的。所以在電動(dòng)機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱,來擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍。如果取變速箱的公比==3則由于無級(jí)變速時(shí) (42)故變速箱的變速級(jí)數(shù) Z=== 系統(tǒng)變速組數(shù) 采用收尾法圓整,因此變速箱的變速級(jí)數(shù)Z=3,K=2。參照數(shù)控銑床的參數(shù),本設(shè)計(jì)的目標(biāo):主軸的所以機(jī)床的變速范圍:==100在本數(shù)控銑床的主軸箱設(shè)計(jì)當(dāng)中,第二軸(中間軸)上采用滑移齒輪,并采用撥叉,手動(dòng)地改變對(duì)應(yīng)各組齒輪的嚙合,從而改變主軸的轉(zhuǎn)速。達(dá)到預(yù)期要求的銑刀的轉(zhuǎn)速。4 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)XK5325A數(shù)控銑床的傳動(dòng)特性,《機(jī)械設(shè)計(jì)》中幾種帶傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn),可選定從電動(dòng)機(jī)到主軸部分的傳動(dòng)選V帶傳動(dòng)。而且V帶傳動(dòng)中,軸間距A可以較大。由于是摩擦傳動(dòng),帶與輪槽間會(huì)有打滑也可因而緩和沖擊及隔離震動(dòng)。使傳動(dòng)平穩(wěn)。V帶又分為普通V帶和窄V帶。窄V帶的傳動(dòng)特點(diǎn)為:適合于功率較大,同時(shí)又要求外形尺寸較小的場(chǎng)所。所以選取窄V帶作為該數(shù)控銑床的電機(jī)到主軸的傳動(dòng)部件。而窄V帶的工作原理和設(shè)計(jì)方法與普通V帶類似,因此,可以按普通V帶的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)窄V帶。下面是V帶傳動(dòng)中的設(shè)計(jì)計(jì)算: 選擇V帶型號(hào)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知:普通V帶按斷面尺寸分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào),如下圖:根據(jù)計(jì)算功率(kw)和帶輪的轉(zhuǎn)速從圖中選取帶型號(hào)計(jì)算功率=K式中 電動(dòng)機(jī)額定功率; K工作情況系數(shù),取K=則=K== KW而=1500r/min可從圖中選取帶的型號(hào)為C型號(hào)帶 確定帶輪的計(jì)算直徑小帶輪的直徑越小,帶的彎曲應(yīng)力越大,同時(shí)會(huì)增大帶傳動(dòng)的有效拉力,從而導(dǎo)致V帶根數(shù)的增加。而且,也增大了載荷在V帶之間分配的不均勻性為了提高帶的使用壽命,小帶輪的直徑不應(yīng)過小,要求大于許用最小帶輪直徑[],也就是D[]。經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)制圖手冊(cè)》知C型帶的最小帶輪直徑為200mm,考慮到本數(shù)控銑床的功率及帶速,因此這里選取小帶輪=212mm。大帶輪的計(jì)算直徑, 按下列公式計(jì)算,算后圓整小帶輪帶速(r/min)大帶輪轉(zhuǎn)速(r/min)帶的滑動(dòng)系數(shù)?!?=()=參考帶輪的選取基準(zhǔn). 確定V帶速度 == 初定中心距 帶輪的中心距,通常根據(jù)機(jī)床總體布局初步選定,一般以下列范圍內(nèi)選取
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