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正文內(nèi)容

jcs-018型立式數(shù)控銑削加工中心z向工作臺裝配、主軸箱裝配與bf3控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

2024-09-01 10:32 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 部 件。 圖 37 鏜銑加工中心主軸刀具夾緊機構(gòu) 刀具自動夾緊裝置和切屑清除裝置由鋼球 空氣噴嘴 套筒 拉桿 碟形彈簧 油缸(及活塞) 11 組成。圖示為刀具的夾緊狀態(tài),在碟形彈簧 8的作用下,拉桿 7始終保持約 10000N 的拉力,并通過拉桿 7左端的鋼球 3將刀桿 1 的尾部軸頸拉緊。刀桿 1采用 7: 24 的大錐度錐柄,在尾部軸頸拉緊的同時,通過錐面的定心和摩擦作用關(guān)鍵所在刀桿 1 夾緊于主軸 2的端部。松開刀具,將壓力油通入油缸 11 的右腔,使活塞推動拉桿 7 向左移動,同時壓縮碟形彈簧 8。畢業(yè)論文 18 拉桿 7的左移使左端的鋼球 3位于套筒 5的喇叭口處,從而解除了刀桿 1上的拉力。當提桿 7繼續(xù)左移,空氣噴嘴 4的端部把刀具頂松,機械手便取出刀桿 1。當機械手將新刀裝入后,壓力油通入油缸 11 左腔,活塞向右退回原位,碟彈簧8 又拉緊刀桿 1。當活塞處于左、右兩個極限位置時,相應(yīng)的限位開關(guān)發(fā)出松開和夾緊的信號 。 自動清除主軸孔中的切屑和灰土是換刀操作中的一個不容忽視的問題。如果在主軸錐孔中掉進了切屑或其他污物,在拉緊刀桿時,就會劃傷錐孔和錐柄表面,甚至會使刀桿發(fā)生偏斜,破壞刀具正確定位,影響加工零件的精度,甚至使零件報廢。為了保持主軸錐孔的清潔,常用壓縮空氣吹屑?;钊屠瓧U的中心,都有壓縮空氣通道,當活塞向左移動時,壓縮空氣經(jīng)活塞和拉桿的通道,由空氣噴嘴噴出,將錐孔清理干凈。噴氣小孔要有合理的噴射角度,并均勻分布,以提高吹屑效果。 對自動換刀數(shù)控鏜銑床,切削扭矩是通過刀桿的端面鍵來傳遞的。為了保證自動換刀時 使刀桿的鍵槽對準主軸上的端面鍵,主軸需停在一個固定不變的方位上,這由主軸準停裝置來實現(xiàn)。 圖 37的主軸準停裝置由定位盤 10,滾子 12,定位油缸(及活塞) 13,無觸點開關(guān) 14 以及限位開關(guān) 1 16 組成。當需要停車換刀時,發(fā)出準停信號,主軸轉(zhuǎn)換到最低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。在時間繼電器延時數(shù)秒后,接通無觸點開關(guān) 14。當定位盤 10 上的感應(yīng)片對準無觸點開關(guān) 14 時,發(fā)出信號切斷主軸的傳動使其作低速慣性空轉(zhuǎn)。再經(jīng)時間繼電器短暫延時,接通定位油缸 13 的滾子 12 時,滾子 12 進入槽內(nèi)使主軸準確停止。同時,限位開關(guān) 15 發(fā)出完成準停信 號,如果在規(guī)定時間限位開關(guān) 15 未發(fā)出完成準停信號,則時間繼電器發(fā)出重新定位信號重復(fù)上述動作,直到完成準停為止。完成準停后,活塞退回原位,開關(guān) 16發(fā)出相應(yīng)信號。 四 Z向工作臺設(shè)計及相關(guān)計算 1 滾珠絲杠螺母副機構(gòu) ( 1)滾珠絲杠副的工作原理及特點 滾珠絲杠副是一種新型的傳動機構(gòu),它的結(jié)構(gòu)特點是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動件,以減少摩擦,絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽,這畢業(yè)論文 19 兩個圓弧形的螺旋槽對合起來就形成螺旋線滾道,在滾道內(nèi)裝有滾珠。當絲杠回轉(zhuǎn)時,滾珠相對于螺母上的滾道滾動,因此絲杠與 螺母之間基本上為滾動摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來,在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置,使?jié)L珠能循環(huán)流動。 滾珠絲杠副的特點是: 1)傳動效率高,摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動效率η= ~ ,比常規(guī)的絲杠螺母副提高 3~ 4 倍。因此,功率消耗只相當于常規(guī)的絲杠螺母副的 1/4~1/3。 2)給予適當預(yù)緊,可消除絲杠和螺母的螺紋間隙,反向時就可以消除空行程死區(qū),定位精度高,剛度好。 3)運動平穩(wěn),無爬行現(xiàn)象,傳動精度高。 4)運動具有可逆性,可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動,也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動 ,即絲杠和螺母都可以作為主動件。 5)磨損小,使用壽命長。 6)制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高,表面粗糙度也要求高,故制造成本高。 7)不能自鎖。特別是對于垂直絲杠,由于自重慣力的作用,下降時當傳動切斷后,不能立刻停止運動,故常需添加制動裝置。 ( 2) 滾珠絲杠副的參數(shù) 名義直徑 d0:滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑,它是滾珠絲杠副的特征尺寸。 導(dǎo)程 L:絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時,螺母上基準點的軸向位移。 基本導(dǎo)程 L0:絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn) 2π弧度時,螺母上基準點的 軸向位移。 接觸角 β :在螺紋滾道法向剖面內(nèi),滾珠球心與滾道接觸點的連線和螺紋軸線的垂直線間的夾角,理想接觸角 β 等于 450。 此外還有絲杠螺紋大徑 d、絲杠螺紋小徑 d螺紋全長 l、滾珠直徑 db、螺母螺紋大徑 D、螺母螺紋小徑 D滾道圓弧偏心距 e 以及滾道圓弧半徑 R等參數(shù)。 導(dǎo)程的大小是根據(jù)機床的加工精度要求確定的。精度要求高時,應(yīng)將導(dǎo)程取小些,這樣在一定的軸向力作用下,絲杠上的摩擦阻力較小。為了使?jié)L珠絲杠副具有一定的承載能力,滾珠直徑 db不能太小。導(dǎo)程取小了,就勢必將滾珠直徑 db取小,滾珠絲杠副的承載能力亦隨之 減小。若絲杠副的名義直徑 d0 不變,導(dǎo)程小,則螺旋升角 λ 也小,傳動效率 η 也變小。因此導(dǎo)程的數(shù)值在滿足機床加工精度的條件下,應(yīng)盡可能取大些。 畢業(yè)論文 20 名義直徑 d0與承載能力直接有關(guān),有的資料推薦滾珠絲杠副的名義直徑 d0應(yīng)大于絲杠工作長度的 1/30。 數(shù)控機床常用的進給絲杠,名義直徑 d0=φ 30~φ 80mm 2 滾珠絲杠副的選擇計算 ( 1)滾珠絲杠副的計算 已知:平均工作載荷 Fm=3000N,絲杠工作長度 L=。平均轉(zhuǎn)速 nm =100r/min,最大轉(zhuǎn)速 nmax =4500r/min,使用壽命Lh= 15000h左右,材料為鋼,滾道硬度為 60HRC,傳動精度 ??? mm,求計算載荷 CF 【 8】 。 CF = FK ? HK ? KA ? mF 查表 26 取 FK =,查表 27 取 KH =, 因為精度等級為D級,因此 KA = 所以 CF = ? ? ? 70= 4800N ( 2)計算額定動載荷計算值 aC aC = CF 43 ?? hm Ln = 4800 3 120xx1500 ?? = 21686N 額定動載荷 21686N< 22556N 故查《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》表 29 考慮各種因素 選用 由表選擇滾珠 絲杠副數(shù)據(jù)如下: 公稱直徑: D0 =50mm 導(dǎo) 程:P= 6mm 螺 旋 角: ? = 552 ?? 滾珠直徑:d 0 = 滾道半徑:R= 0d? =? = 偏 心 距:e =? (R-d 0 /2)= (- ) = 310?? mm 畢業(yè)論文 21 絲杠內(nèi)徑:d 1 = D0 +e- 2R = ( 3)穩(wěn)定性驗算 由于一端軸固定的絲杠在工作時可能會發(fā)車生失穩(wěn),所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù),其值應(yīng)大于絲杠副傳動允許安全系數(shù) [S] 計算臨界載荷 crF crF = 22)( lEIa?? 剛彈性模量 E= ? 1011 pa 根據(jù)已知條件: aI = ? d 1 4 /64=? /64= 910?? 4m 選?。酰?2/3【 3】 crF =29112)(????? ??= 安全系數(shù): S= crF / mF =查表 210 知 [S]= ~ S ? ??S 即絲杠是安全的,不會失穩(wěn)。 ( 4)絲杠在高速工作時可能發(fā)生共振,因此需驗算其不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 n cr = 9910 212)( l dfc?? ?。?c = , 181。= 2/3【 3】 n cr = 9910 22)( ?? =n cr ? nmax = 4500r /min。所以絲杠不會發(fā)生共振。 ( 5)滾珠絲杠要求 D0 n? 410? mmr/min 0D n= 50? 100= 410? mmr/min〈 410? mmr/min 所以該絲杠副工作穩(wěn)定,符合設(shè)計要求。 ( 6)剛度驗算 滾珠絲杠導(dǎo)程變形量: cGJTPEAPFL ?2 20 ???? T= Fm 20D tan( ??? ) 在本次設(shè)計中 取摩擦系數(shù)為 tan ?? ,即 ?? 畢業(yè)論文 22 T= 3000 tan ( 3 ??? ? 552 ?? +) =m CGJTPEAPFL ?2 20 ??? = 214EdPFm?+ 412216GdTP? = 492232113)( )104(16)( 701044 ??? ??????? ?????= ?210?? m 因此絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤 差為 PLlL 0???? = ??? /4 310?? =? m 要求 mmmL ?? ????? 該絲杠的導(dǎo)程誤差滿足上式,故其剛度滿足要求。 ( 7)效率驗算 ?=tan? /tan( ??? ) = ?要求在 — 之間,所以此絲杠副是合格的。 3 導(dǎo)軌的選擇 導(dǎo)軌,他是有運動件和承導(dǎo)件組成,目的是用來支承和引導(dǎo)運動件外在驅(qū)動下按給定的方向做往復(fù)運動,依定位原理,在結(jié)構(gòu)設(shè)計上,必須限制運動件的五個自由度,而保留其按規(guī)定方向移動的自由度。 直線導(dǎo)軌副具有承載能力大,接觸剛性高,可靠性高等特點,主要在機床的床身 ,工作臺導(dǎo)軌和立柱上,下升降導(dǎo)軌上使用。我們可以根據(jù)負載大小,受載荷方向,沖擊和振動大小等多種情況來選擇。 a:根據(jù)直線導(dǎo)軌的受力方向 由于滾動直線導(dǎo)軌副的滑塊與導(dǎo)軌上通常有四列圓弧滾道,因此能承受四個方向的負荷和翻轉(zhuǎn)力矩。滾動直線導(dǎo)軌副承受能力會隨滾到中心距增大而加大。 b:根據(jù)滾動直線導(dǎo)軌副的負荷大小 不同規(guī)格有著不同的承載能力,可根據(jù)承受負荷大小選擇。為使每副滾動直線導(dǎo)軌都有比較理想的使用壽命,可根據(jù)所選廠家提供的近似公式計算額定壽命和額定小時壽命,以便給定合理的維修和更換周期。還需要考慮滑塊承受載荷 之后,滑塊滾動阻力的影響,最好要進行滾動阻力的計算,以便確定合理的驅(qū)動力。 c:預(yù)加負載的選擇 畢業(yè)論文 23 根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)的沖擊,振動情況以及精度要求,選擇合適的預(yù)壓值。 ( 1)導(dǎo)軌型號的選擇 已知滑座上的載荷為 F=3000N,滑座個數(shù) 4 個,單向行程長度 ,每分鐘往返次數(shù)為 4 由snlTsT 2 10*s 3? 得 Ts=2*9000**4*60/1000=2592KM 因滑座個數(shù)為 4 所以沒根導(dǎo)軌上使用 2 個滑座,由《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》表215~218確定 fc=,fH `=1,fT=1,fW =2 所以由 Ts= KFf Cfff w aTHc3???????? K為壽命系數(shù),一般取 K=50 ㎞ 得 Ca =37556N 因為 37556N43800N,所以選擇 HJG- D45 型滾動直線導(dǎo)軌 4 離合器的選擇 離合器的基本要求: ( 1) 結(jié)合平穩(wěn),分離徹底,動作準確可 靠。 ( 2) 質(zhì)量輕,外型小,慣性小,結(jié)構(gòu)簡單,工作安全。 ( 3) 操作方便,省力,散熱性好,壽命長。 選擇離合器可按以下公式確定計算轉(zhuǎn)矩: 對于牙嵌式離合器 Tc=KT 對于摩擦式離合器 Tc=TVKKKT 式中 Tc 離合器計算轉(zhuǎn)矩, 。 T 離合器額定轉(zhuǎn)矩, 。 K 工況系數(shù) KT 離合器的結(jié)合次數(shù)修正系數(shù); KV 離合器的圓周速度修正系數(shù)。 摩擦面上的平均圓周速度 Vm 圓周速度, m/s Dm 摩擦面平均直徑, mm D1 摩擦面的內(nèi)徑, mm D2 摩擦面的外徑, mm 畢業(yè)論文 24 n 離合器的轉(zhuǎn)速, r/min。 離合器形式與結(jié)構(gòu)選擇 選用離合器首先應(yīng)在國家,機械行業(yè)以及企鵝也標準離合器中進行選擇,采用國標或者機標產(chǎn)品的標準離合 器產(chǎn)品便于易損件的配套互換。 ( 1) 根據(jù)離合器的使用條件,選擇離合器的結(jié)合元件。 a. 低速,地址轉(zhuǎn)動下離合,不頻繁離合可選剛性結(jié)合元件,剛性結(jié)合原件具有傳遞力矩大,傳動速比不變,不產(chǎn)生摩擦熱,體積等特點。 b. 當傳動系統(tǒng)要就緩沖,通過離合器吸收峰值力矩,則個選用半剛性結(jié)合原件,即摩擦元件。 c. 長期打滑的工況,則應(yīng)選擇電磁和液壓傳遞能量的離合器。 ( 2) 根據(jù)工作機的要求選擇離合器的操作方式。 a. 結(jié)合次數(shù)不多,傳遞力矩不大的離合器常用氣動或液壓操作系統(tǒng)。 b. 中小型,頻繁操作,結(jié)合速度快,可采用電磁操作系統(tǒng)。 ( 3) 根據(jù)機械設(shè)備的工作要求確定 離合器的容量,包括轉(zhuǎn)矩容量和熱容量,轉(zhuǎn)矩容量是離合器的基本參數(shù),必須大于機械的載荷力矩和慣性力矩。 ( 4) 離合器的壽命也
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