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XK714數(shù)控銑床總體設(shè)計及立柱的設(shè)計
專業(yè):機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)號: 姓名: 指導(dǎo)老師: 職稱:
摘要
本文是以XK714型立式數(shù)控銑床立柱的設(shè)計為研究對象,主要進(jìn)行立柱傳動系統(tǒng)的設(shè)計。根據(jù)給定的參數(shù)的要求,對進(jìn)給傳動結(jié)構(gòu)和各部件:導(dǎo)軌、絲杠、支撐軸承、驅(qū)動電機進(jìn)行具體計算、并選型,再逐一對選定的部件進(jìn)行強度、壽命校核確定各設(shè)計部件的可靠性和可行性。導(dǎo)軌采用直線滾動導(dǎo)軌,摩擦系數(shù)小,反應(yīng)速度快,動態(tài)響應(yīng)好。進(jìn)給傳動采用雙螺母滾珠絲杠,確保高定位精度;同時滾珠絲杠采用預(yù)拉伸裝置,補償熱膨脹。最后通過對機械傳動的誤差計算與分析從理論上確定所設(shè)計的各部件符合設(shè)計要求。利用solidworks繪制出立柱部分總裝配圖和關(guān)鍵零件圖。
關(guān)鍵詞:立式數(shù)控銑床; 導(dǎo)軌; 絲杠; 校核
一.緒論
(一).概述
1.我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)一些專家在對我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了分析,得出了如下的結(jié)論:
一是我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化低,與國外發(fā)達(dá)國家數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)相比仍有很大差距。
二是高速、柔性、精密機床配套技術(shù)的自主研發(fā)能力低。數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造的配套環(huán)節(jié)、集成技術(shù)和制造工藝等方面比較落后。
三是適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)需求的以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系尚未形成,無法有效整合相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和資源優(yōu)勢,形成合力開展聯(lián)合攻關(guān),共同打造技術(shù)創(chuàng)新平臺。
四是缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境,造成數(shù)控機床領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新能力不足。
五是對國外技術(shù)重引進(jìn)、輕消化吸收的問題仍很突出。
2.我國數(shù)控機床的發(fā)展趨勢
目前,世界先進(jìn)制造技術(shù)不斷興起,超高速切削、精密加工等技術(shù)的應(yīng)用,柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機集成系統(tǒng)的不斷成熟,對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)今數(shù)控機床正在朝著以下幾個方面發(fā)展。
(1) 高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標(biāo),它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
(2) 多功能化配有自動換刀機構(gòu)的各類數(shù)控銑床,能在同一臺機床上同時實現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴(kuò)孔、攻螺紋等多種工序加工,現(xiàn)代數(shù)控機床還采用多主軸,多面體切削,即同時對一個零件的不同部位進(jìn)行不同方式的切削加工。
(3) 智能化現(xiàn)代數(shù)控機床將引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù),根據(jù)切削條件的變化,自動調(diào)節(jié)工作參數(shù),使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài),從而得到較高的加工境地和較小的表面粗糙度,同時也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。
二. 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計
(一)數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)組成
1.數(shù)控銑床組成
數(shù)控銑床的機械結(jié)構(gòu)主要由:(1)主傳動系統(tǒng);(2)進(jìn)給傳動系統(tǒng);(3)支撐件;(4)輔助裝。本次設(shè)計的銑床采用工作臺移動,主軸升降轉(zhuǎn)動的布局形式。
2.XK714主傳動系統(tǒng)方案的確定
為了適應(yīng)不同的加工要求,目前主傳動系統(tǒng)分為三種變速方式:(1)、二級以上齒輪變速系統(tǒng);(2)、一級帶傳動方式;(3)、調(diào)速電動機直接驅(qū)動方式。
由于二級以上齒輪變速系統(tǒng)變速裝置多采用齒輪變速結(jié)構(gòu)。通常使用滑移齒輪實現(xiàn)二級變速的主傳動系統(tǒng)?;讫X輪的移位大都采用液壓驅(qū)動。因為數(shù)控銑床使用可調(diào)無機變速交流、直流電動機,所以經(jīng)齒輪變速后,實現(xiàn)分段無級變速,調(diào)速范圍增加。其優(yōu)點是能夠滿足各種切削運動的轉(zhuǎn)矩輸出,且具有大范圍調(diào)速的能力。故本次設(shè)計采用二級以上齒輪變速系統(tǒng)。
三.?dāng)?shù)控銑床立柱部分總體方案設(shè)計思路
(一)計算切削功率
1.切削功率的計算
銑削時切削公式: FZ=μPV×103
FZ--主切削力;
μ—機械效率,取μ=0.8;
v---主軸的計算轉(zhuǎn)速;
2.電動機的計算和初選
用一下公式初選電動機的功率pL=Pcηc=3.1kw;
其中ηc為銑床傳動總的機械效率,ηc=0.90
則主軸電動機選用3.1KW,額定轉(zhuǎn)速為:2500r/min;最高轉(zhuǎn)速為:6000r/min。
(一) .滾珠絲杠覺得設(shè)計計算
1.計算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力
最大軸向負(fù)載力:Famax=Fμ+FV=282.65N
最小軸向負(fù)載力:Famin=Fμ0=15.45N
2.滾珠絲杠的動負(fù)荷計算與直徑估算
確定滾珠絲杠的導(dǎo)程L0 L0=Vmaxinmm
3.計算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速
絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速:nm=q1100n1+q2100n2+…qn100nn=560r/min
4.確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷
按預(yù)定工作時間估算:Cm=360nmLhFmfw100ffca=4529.6N
5.數(shù)控銑床滾珠絲杠的計算
切削方式
軸向載荷/N
進(jìn)給速度/(m/min)
時間比例/(%)
備注
強力切除
282.65
v1=0.6
10
F1=Famax
粗加工
71.98
v2=0.8
30
F2=Famin+20%Famax
精加工
29.58
v3=1
50
F3=Famin+5%Famax
快移和鉆鏜定位
15.45
v4=8
10
F4=Famin
四.總結(jié)
本次課程設(shè)計主要是立式數(shù)控銑床總體方案設(shè)計及立柱部分的設(shè)計。立柱是承載主軸箱實現(xiàn)機床Z向進(jìn)給運動的重要部件。在其上擬設(shè)計Z向的導(dǎo)軌,在兩導(dǎo)軌間擬設(shè)計安裝Z方向的滾珠絲杠裝置。因此,立柱的設(shè)計同樣要解決好提高剛性的問題。
總體方案設(shè)計的思路主要是對立柱上Z向進(jìn)給傳動的重要部件:滾珠絲杠螺母副的類型、絲杠支撐方式、以及軸承、聯(lián)軸器、電機、導(dǎo)軌的選擇,以及銑床Z向傳動主要精度的提高措施。
1、 選用內(nèi)循環(huán)雙螺母滾珠絲杠螺母副作為Z軸向傳動機構(gòu)。
2、 為了使設(shè)計的數(shù)控機床達(dá)到預(yù)定的精度、剛度的要求,滾珠絲杠采用兩端固定式(F-F)的支撐方式。
3、 為了保證其高速、高精度可靠性,及經(jīng)濟(jì)因素。選用600接觸角推力角接觸球軸承。兩端選用DF型安裝。
4、 選用利用夾緊螺絲固定的單節(jié)夾緊螺絲固定式聯(lián)軸器,使電機與滾珠絲杠直接,實現(xiàn)無鍵傳動,無反向間隙,還可以調(diào)節(jié)安裝時間軸度。
5、 交流伺服電動機具有響應(yīng)迅速、精度和效率高、負(fù)載能力大、控制性能優(yōu)越等優(yōu)點,被廣泛使用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中,故本設(shè)計選用交流伺服電機。
6、 在立柱兩側(cè)設(shè)置有支撐主軸箱的導(dǎo)軌,導(dǎo)軌采用直線滾動導(dǎo)軌,導(dǎo)軌滑塊為四個,導(dǎo)軌采用楔塊進(jìn)行固定安裝。
7、 在Z向?qū)к?,設(shè)計了伸縮式不銹鋼防護(hù)罩,以防Z向?qū)к壓蜐L珠絲杠;
8、 提高立柱的剛度是設(shè)計立柱部分的關(guān)鍵。立柱采用長方體開式結(jié)構(gòu),在其內(nèi)腔合理布筋,以加強立柱部件的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。
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