0343-立式數(shù)控銑床傳動系統(tǒng)【全套9張CAD圖】
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畢業(yè)設計(論文)文獻綜述設計(論文)題目:SK125立式數(shù)控銑床傳動系統(tǒng)關鍵部件設計 SK125 數(shù)控銑床的主要部件設計摘要:數(shù)字控制是近代發(fā)展起來的一種自動化控制技術是用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法,隨著科學技術的迅猛發(fā)展,數(shù)控機床已經是一個國家機械工業(yè)水平的重要標準。 數(shù)控機床是裝有程序控制系統(tǒng)的機床。該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號碼,或其他符號編輯指令規(guī)定的程序。 數(shù)控機床是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)執(zhí)照產業(yè)的滲透形成的機電一體化產品,起技術規(guī)范覆蓋很多領域:(1)機械制造技術 (2)信息處理,加工,傳輸技術;(3)自動控制技術:(4)伺服驅動技術;(5)傳感技術;(6)軟件技術等。計算機對傳統(tǒng)機械業(yè)的滲透,完全改變了制造業(yè)。制造業(yè)不但成為工業(yè)化的象征,而且由于信息技術的滲透,使制造業(yè)猶如朝陽產業(yè),具有廣闊的發(fā)展天地。 數(shù)控機床就是將加工過工程所需要的各種步驟以及刀具與弓箭之間的相對位移量都是用數(shù)字化的代碼來顯示。通過控制介質數(shù)字信息傳入專用區(qū)域通用的計算機。計算機對輸入的信息處理,發(fā)出各種指令來控制機床的伺服系統(tǒng)或者其他執(zhí)行元件,使機床自動加工出所需要的工件。關鍵詞:機械設計,數(shù)控三坐標銑床,主軸,數(shù)控系統(tǒng)。I英文摘要AbstractSummary: Digital control the modern development of automation control of digital technology is a signal for machine tools are processes to control movement, as a method of science and technology has developed rapidly and Numerical Control machine is a national machinery industry standards of important standard, the machine is a program Numerical Control control system of machine tools, the system to be logical to use a number or other symbols specified procedure.the instruction encoding.Numerical control machine tools in Numerical Control technology of new technology industries through the traditional manufacturing a product of the electromechanical integration technology.covering many areas:(one)machinery manufacturing technology (two)information processing,processing and transmission technology:(three)automatic technology;(four)servo driving technological;(five)sensing technology;(six) software technology,etc.the computer to traditional service trade the manufacturing industry,has changed completely.and has become industrialized,and because of the information technology,manufacturing into a rising industry,have broad development of the world.Numerical Control machine tools are the processes of the various steps and the tool relative to the workpiece between the amount of displacement is the use of digital code to represent information media .by controlling figures into a special area of the computer .computer for the processing of information and instructions to control the machine tools or other enforcement servo system components and tools automatically processed out the work.Key words:Mechanical design,Numerical Control three coordinates of milling目錄目錄1緒論11.1數(shù)控銑床的現(xiàn)狀和發(fā)展11.2畢業(yè)設計的目的和意義12 設計方案的確定22.1 整體方案的確定22.2 主軸傳動方案的類型和選擇23 軸類零件的設計和計算43.1主軸的材料選擇43.2主軸主要結構參數(shù)的確定43.2.1 主軸最小直徑的估算43.2.2主軸內孔直徑d及拉桿直徑的確定43.3.3主軸支承跨距L的確定53.3.4初選軸承53.3主軸的結構設計53.3.1 擬定軸上零件的裝配方案53.3.2確定軸各段的直徑63.3.3 確定各軸段的長度63.3.4主軸剛度的計算74 軸承的設計與計算94.1 軸承當量動載荷的計算94.1.1 切削力的計算94.1.2 徑向力的確定94.1.3. 計算兩軸承的派生軸向力s104.1.4 計算兩軸承的軸向載荷104.1.5 計算兩軸承的當量動載荷P104.2 驗算軸承的壽命115 碟形彈簧的設計和計算125.1 碟形彈簧的設計與計算125.2 碟形彈簧的校核136進給機構的設計156.1滾珠絲桿副設計步驟156.2滾珠絲杠的計算156.2.1絲杠導程的計算156.2.2滾珠絲杠精度176.2.3滾珠絲杠選擇176.3滾珠絲杠支承選擇186.4滾珠絲杠螺母副間隙消除和預緊217伺服電機的選擇237.1最大的切削負載轉矩計算237.2負載慣量計算237.3空載加速轉矩計算248氣體缸的選擇26致謝28參考文獻29II1緒論1.1數(shù)控銑床的現(xiàn)狀和發(fā)展計算機技術的飛速發(fā)展推動了數(shù)控技術的更新?lián)Q代,而這也日益完善了數(shù)控銑床的高精、高速、高效功能。代表世界先進水平的歐洲、美國、日本的數(shù)控系統(tǒng)生產商利用工控機豐富的軟硬件資源開發(fā)的新一代數(shù)控系統(tǒng)具有開放式體系結構,即數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上,面向最終用戶,通過改變、增加或剪裁結構對象(數(shù)控功能),形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(tǒng)中,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次產品的開發(fā)。開放式體系結構使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性,并向智能化、網絡化方向發(fā)展。近幾年來,由于對切割質量、勞動環(huán)境等的要求越來越高,其相應產品在我國的市場需求量也逐年上升。在我國的數(shù)控銑床設備生產行業(yè)中,由于缺乏切割理論研究與生產實踐相轉換的機制,因此新技術運用不廣、新產品開發(fā)速度不快,制約了數(shù)控銑床技術的進一步發(fā)展和運用。1.2畢業(yè)設計的目的和意義裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代程度決定著整個國民經濟的水平和現(xiàn)代化程度,數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術及其產業(yè)、生物技術及其產業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產業(yè))的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經說過“各種經濟時代的區(qū)別,在于生產什么,而在于怎樣生產,用什么勞動資料生產”。制造技術和裝備就是人類生活的最基本的生產資料,而數(shù)控又是當今先進制造技術和裝備最核心和技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術,以提高制造業(yè)能力和水平,提高對動態(tài)多變市場和適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家戰(zhàn)略物資,不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產業(yè),而且在“高精尖”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。總之,大力發(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造業(yè)技術已成為世界各發(fā)達國家加速經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。2 設計方案的確定2.1 整體方案的確定 本次立式數(shù)控銑床要達到的技術要求:電機功1.5W,進給速度為4m/s,換刀的時間靠打刀缸的性能來保證。工作臺面積為840x300的行程480x250x250,工作臺所加工零件的類型為鋁件和一些鋼件。主軸采用BT50、的刀柄和拉抓。 本次立式數(shù)控銑床具有加工中心的特點,能夠實現(xiàn)自動換刀,自動變速,變速方法采用無級變速。由中空電機連接主軸直接轉動,本次設計選擇采用的是有歐非機械有限公司型號為O口-FK的中空電機,它的額定扭矩為179N.m,額定轉速為400rpm 本次立式數(shù)控銑床主軸部件的設計主要有軸以及軸上零件、拉桿的設計;氣缸的選擇,首先根據(jù)換刀所要達到的時間,其次,根據(jù)碟形彈簧拉緊刀柄的力,氣缸動作是所產生的力應稍大于彈簧的拉緊力。2.2 主軸傳動方案的類型和選擇數(shù)控機床的調速是按照控制指令自動執(zhí)行的,因此變速機構必須適應自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中,目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級凋速系統(tǒng)。為擴大調速。為了適應不同的加工要求,目前主傳動系統(tǒng)主要有三種變速方式1 具有變速齒輪的主傳動 如上圖a所示 這種配置方式大中型數(shù)控銑床中比較普遍。它通過少數(shù)幾對齒輪進行降速,使之能夠夠分段變速,確保低速時擁有足夠的扭矩,以滿足主軸輸出扭矩特性。但也有一小部分數(shù)控銑床也采用這種傳動方式,以獲得強有力切削時所需要的扭矩。2 通過帶傳動的主傳動 如上圖b所示 主要應用字中小數(shù)控銑床上,可以避免齒輪傳動引起的振動和噪聲,但它只能適用于地扭矩特性要求的主軸。同步帶有多楔帶,齒形帶,圓弧帶等,是一種綜合了帶傳動和鏈傳動有點的新型傳動。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形,通過帶輪和輪齒相嵌合,做吳華東的齒合運動。帶內采用了承載后無彈性伸長的材料做強力層,以保持帶的節(jié)距不變,使主動和從動帶輪可做無相對滑動的同步傳動。與一般帶傳動相比,同步帶傳動具有以下優(yōu)點;1).無滑動,傳動比準確。 2),傳動效率高,可達98%以上 3).出動平穩(wěn)可靠,噪音小。 4).使用范圍廣泛,速度可叨叨50m/s,速比可達10左右,傳動功率由幾瓦到數(shù)千瓦。 5).維修保養(yǎng)方便,不需要潤滑。但是同步帶也有不足之處,其安裝時中心距要求嚴格,帶與帶輪制造工藝較復雜,成本高。3 由調速電機直接驅動的主傳動 如上圖c所示這種主傳動方式打打簡化了主軸箱和主軸的結構,有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小,電動機轉動時發(fā)出的熱量對主軸的精度影響比較大。在低于額定轉速時為恒轉輸出,高于額定轉矩時為恒功率輸出。使用這種電動機可以實現(xiàn)電氣定向。我們把機床主軸驅動與一般工業(yè)的驅動相比較,便可以知道機床要求其驅動系統(tǒng)有較高的速度精度和動態(tài)剛度,而且要求具有能連續(xù)輸出的高轉矩能力和非常礦的恒功率運動范圍。隨著功率電子,計算機技術,控制理論,新材料和電動機設計的進一步發(fā)展和完善,矢量控制交流主軸電動機驅動系統(tǒng)的性能已經達到了甚至超過了直流電動機驅動系統(tǒng),交流主軸驅動系統(tǒng)正逐步取代直流系統(tǒng)。 總的來說,第一第二兩種類型對減速配置要求很高,第三種類型要考慮它的轉動慣量。本次設計是有中空電機通過鍵連接主軸,直接帶動主軸轉動,這樣既簡化了主軸箱體與主軸的結構,也有效地提高了主軸部件的剛度。此設計方案利用電機控制轉速,因此對減速配置要求不高,又由于電機在主軸外部連接,也不需考慮轉動慣量,而且成本更低。 綜上討論,所以,本次設計選擇這種主轉動方案。3 軸類零件的設計和計算3.1主軸的材料選擇從多方面考慮選用40Cr為本次數(shù)控銑床主軸材料。3.2主軸主要結構參數(shù)的確定 主軸的主要結構參數(shù)有:主軸前、后軸頸D1和D2,主軸內孔直徑d,主軸主要支撐間的跨距L。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉精度和主軸的剛度。3.2.1 主軸最小直徑的估算 估算最小軸徑:式中:d主軸的最小直徑(cm)P主軸傳遞的功率(kw),P=1.5kw0.8=1.2kwn主軸的轉速(r/min),前面已給出n=400rpm查機械設計取為112,取=0.5代人數(shù)值得:d56mm取主軸的最小直徑=60mm,最小直徑本應該是后軸頸,但是考慮到軸承的軸向固定采用鎖緊螺母,應留鎖緊螺母的位置??紤]到軸上裝軸承,有配合要求,應將后軸頸的直徑圓整到標準直徑,同時要考慮到選擇軸承的類型,還有一個鍵槽的關系,還有主軸是中空電機直接帶動主軸轉動的,考慮到主軸的剛度和強度,因此選擇后軸頸的直徑=120,3.2.2主軸內孔直徑d及拉桿直徑的確定一般銑床主軸孔徑d可比刀具拉桿直徑大510mm。由于機床使用場合多種多樣,為了適應加工工藝及刀具特點,機床工具行業(yè)已經開發(fā)了多種軸端結構,并已形成專業(yè)標準,銑床常用的主軸端部結構前端帶有7:24的錐孔.供插入銑刀尾部錐柄定位,,拉桿從主軸后端拉緊刀具,常用的是BT50刀柄,因此我采用BT50的外螺紋拉桿,為了滿足拉桿的剛性要求,取拉桿的直徑為40mm,根據(jù)拉桿的直徑確定主軸內孔的最小直徑為50即可3.3.3主軸支承跨距L的確定合理確定主軸主要支承間的跨距L,是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。支承跨距過小,主軸的彎曲變形固然較小,但因支承變形引起主軸前軸端的位移量增大;反之,支承跨距過大,支承變形引起主軸前軸端的位移量盡管減小了,但主軸的彎曲變形增大,也會引起主軸前端較大的位移。因此存在一個最佳跨距,在該跨距時,因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小。一般取=(23.5),本文所設計的主軸暫取L=475mm,但是實際結構設計時,由于結構上的原因,以及支承剛度因磨損會不斷降低,主軸主要支承間的實際跨距L往往大于最佳跨距。3.3.4初選軸承本文所設計的銑床主要用于銑削平面和打孔,軸承承受徑向載荷,故選擇角接觸球軸承背對背的組合。根據(jù)工作要求,由軸承產品目錄中選取型號為7320C的角接觸球軸承3.3主軸的結構設計3.3.1 擬定軸上零件的裝配方案 本文所設計的主軸要用原有的主軸箱,根據(jù)主軸箱的結構、軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案,參考軸的結構設計的基本要求,得出如圖所示的軸結構。3.3.2確定軸各段的直徑軸段1由于選用的是BT50,查機床設計簡明手冊,考慮主軸前端部收到的徑向力較大,所以軸段1的直徑D=140mm軸段2要軸承配合,因為要承受很大的徑向力,故選的角接觸球軸承是重型的,故取軸段2的直徑=130mm。軸段3由于軸段2安裝螺母的關系,軸段3的直徑比軸段2小23mm,故=126mm軸段4有個軸肩,又由于又軸承配合和鍵的關系,故直徑=120mm。3.3.3 確定各軸段的長度軸段1由于主軸內孔要裝拉桿、拉刀抓及BT50刀柄,整體裝配起來應該讓拉桿不要伸出主軸內孔太長,否則銑床的整體動剛度不好,根據(jù)主軸和主動軸的整體裝配關系,故=66mm。軸段2由于有軸承,套筒和螺母安裝的緣故根據(jù)軸承和螺母的選擇標準查出它們的寬度,故軸段3主要考慮的是碟形彈簧導程的關系,根據(jù)計算取=80mm軸段4主要是軸承和鍵的配合,并且要連接中空電機,故長度取3.3.4主軸剛度的計算(1)、當量直徑d:式中:;是各段的長度(2)、主軸切削力的計算根據(jù)公式得:,則當線速度最小時,切削力最大=0.76m/s=2.1KN(3)、撓度的計算主軸的前懸伸部分較粗,剛度較高,其變形可以忽略不計。后懸伸部分不影響剛度。當主軸前端作用一外載,則撓度y=(mm)=10(m)式中 典型切削工藝的切削力a前懸伸,等于載荷作用點至前支承點間的距離(mm)l跨距,等于前后支承之間的距離(mm)彈性模量,鋼取210(Mpa)I截面慣性矩,I=0.05()(mm)d,主軸的外徑和孔徑(mm)將E和I的值待人,可得y=7.5m0.0002L=0.0950mm(4)、偏轉角主軸切削工件時承受很大的切削力,主軸前端產生彎曲變形,查機床設計手冊得式中 主軸前端偏轉角(rad)、a、l、與前面相同代入數(shù)據(jù)得(2475+320)=0.0028 rad所以 =0.005 rad綜上所述 主軸的剛度滿足條件,不必重新設計。4 軸承的設計與計算本文所設計的數(shù)控銑床主要用于銑削平面和打孔,軸承承受徑向載荷的同時,還承受不大的軸向載荷,根據(jù)軸承承受載荷的特性,選擇角接觸球軸承的背對背的組合方式。4.1 軸承當量動載荷的計算軸承壽命可由式進行校核,軸承只承受徑向載荷的作用,由于工作溫度不高且沖擊不大,故查表13-4和13-6可取取基本額定動負荷為4.1.1 切削力的計算根據(jù)公式P=得:,根據(jù)典型切削工藝取n=1200r/min =0.23KN4.1.2 徑向力的確定角接觸球軸承背對背組合,可知:=0.86=0.22KN=0.22+0.23=0.45KN4.1.3. 計算兩軸承的派生軸向力s查機械設計手冊得,角接觸球軸承的派生軸向力為S=/(2Y),則0.08KN4.1.4 計算兩軸承的軸向載荷軸承外加的軸向力=2KN+=0.16+2=2.16KN所以軸承被“壓緊”,軸承被“放松”,故4.1.5 計算兩軸承的當量動載荷P查機械設計基礎得:載荷系數(shù)=1.5軸承的當量動載荷P1:=10.8e=0.42查機械設計手冊得: =0.4, =1.4=1.5(0.40.22+1.42.39)=5.2KN軸承的當量動載荷P1:=0.32e=0.44查機械設計手冊得: =1, =01.50.45=0.68KN4.2 驗算軸承的壽命由于軸承是在正常溫度下工作,t 49.3265.76,滿足設計要求;BESK20型交流伺服電動機的略小于,也可使用,但加速時間較長。經過比較從成本與造價方面考慮本題采用BESK20型交流伺服電動機。 8氣體缸的選擇氣缸其實就是一種增壓缸,將壓縮空氣的壓力能轉化高的推力輸出。氣缸的系列很多,我選用的是上海健椿機械有限公司”生產的KTL系列氣缸,也稱KTL系列增壓缸。KTL系列增壓缸為一中氣液轉換增壓缸。具有增壓比大,動作時間短,動力來源取得方便,無油壓系統(tǒng)溫升困擾等優(yōu)點,主要用于數(shù)控銑床、加工中心機床的松刀系統(tǒng)。對于BT50主軸,通常選用KTL450A/KTL600型增壓缸,對于BT50拉抓需要3.5t的力就可以拉緊,因此選擇KTL450A型增壓缸即可,可以將5公斤的力轉換成3815N的力。對與一般的銑床選擇BT50刀柄拉抓和適合于BT50的KTL450A型的氣缸,這樣不僅滿足了要求,同時在維護、購買、操作上都非常的方便設計液壓缸時,要在對液壓系統(tǒng)工作情況分析的基礎上,根據(jù)液壓缸在機構中所要完成的任務來選擇液壓缸的結構形式,然后按負載、運動要求、運動要求、最大行程等確定主要尺寸,進行強度、穩(wěn)定性和緩沖驗算,最后進行具體的結構設計。此次設計選用的是雙桿活塞式液壓缸,這種液壓缸是缸筒固定的雙桿活塞缸,活塞的兩側的活塞桿直徑相等,它的進油口和出油口位于缸筒的兩端,當工作壓力和輸入流量向同時,兩個方向上的推力和速度是相等的。 圖8-1液壓缸(1)液壓缸的基座必須有足夠的剛度,如果按裝基座不夠堅固,加壓時,缸筒將會呈弓形和向上翹起,致使活塞桿彎曲或折損,還有得就是盡量使活塞桿在受拉力狀態(tài)下能夠承受最大負載,或在受壓狀態(tài)下活塞桿具有良好的縱向穩(wěn)定性。(2)液壓缸軸向兩端不要固定死, 因為液壓缸熱膨脹等因素,會在軸向伸縮,假若兩端固定死,將會使液壓缸的整體向上彎曲,而導致個部分變形,當活塞移動時,會產生阻滯現(xiàn)象,活塞和活塞桿的導向套等表面產生不均勻的磨損等不良現(xiàn)象,所以必須避免這種安裝方法。 結束語 感謝我的導師尚偉燕老師,她嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣;他們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 感謝我的陳老師,這片論文的每個實驗細節(jié)和每個數(shù)據(jù),都離不開你的細心指導。而你開開朗的個性和寬容的態(tài)度,幫助我能夠很快的融入我們這個新的實驗室. 感謝我的室友們,從遙遠的家來到這個陌生的城市里,是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情,維系著寢室那份家的融洽。四年了,仿佛就在昨天。四年里,我們沒有紅過臉,沒有吵過嘴,沒有發(fā)生上大學前所擔心的任何不開心的事情。只是今后大家就難得再聚在一起吃每年元旦那頓飯了吧,沒關系,各奔前程,大家珍重。但愿遠赴M國的C平平安安,留守復旦的快快樂樂,揮師北上的G順順利利,也愿離開我們寢室的開開心心。我們在一起的日子,我會記一輩子的。 感謝我的爸爸媽媽,焉得諼草,言樹之背,養(yǎng)育之恩,無以回報,你們永遠健康快樂是我最大的心愿。 在論文即將完成之際,我的心情無法平靜,從開始進入課題到論文的順利完成,有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助,在這里請接受我誠摯的謝意!致謝畢業(yè)設計很快已經結束了,在這段時間里,不僅僅感覺到的是忙碌,還有忙碌后作完一件令自己心動的東西時的那種無聲的喜悅。在寫致謝信的這個時候心里想有一些說出的東西,想想自己在做畢業(yè)設計時的種種困難,在楊老師的用心幫助下也一一解決了,說句實話,憑自己的能力要作完畢業(yè)設計是有些太困難了,但是在你的身邊總有一些人會給你帶來驚喜,自己的能力畢竟有限,在面對別人無私幫助的時候我的內心十分感激,帶自己畢業(yè)設計的楊老師會有問必答,有難必解,雖然接觸不是很多,但有些東西是用心感覺的,楊老師讓我學到了很多,他這次畢業(yè)設計中給于我很大的幫助,我非常的感激。當然還有我身邊的那些同學,在我有疑惑的時候總是不厭其煩的給我解釋清楚。在我設計的時候,因為我以前從沒接觸過的東西,一開始很是迷茫,我的好幾位同學都在這時候一邊忙自己的事,一邊還要在我有疑惑的時候為我?guī)兔Ψ治?,共同解決。最終自己終于完成了主傳動系統(tǒng)設計這一部分的畢設要求?,F(xiàn)在想起來,有時候最能讓自己感動的事就發(fā)生在自己的身邊。這次畢業(yè)設計不僅給我?guī)砹酥R上的收獲,在做人方面也教會了我許多許多,在對待事情方面,尤其是有選擇的時候自己該放棄什么,該抓住什么。什么是該自己作的,什么時候做,我明白了好多。在此,我對給我?guī)椭睦蠋?,同學至以誠摯的謝意和由衷的感激。感謝您們對我的幫助,和教會我那些人生的道理。在論文即將完成之際,我的心情無法平靜,從開始進入課題到論文的順利完成,有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助,在這里請接受我誠摯的感謝!參考文獻1吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊M.北京:高等教育出版社,2000.2濮良貴,紀名剛.機械設計(第七版)M.北京:高等教育出版社,2001. 3文懷興,夏田.數(shù)控機床系統(tǒng)設計M. 北京: 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