立式銑床縱向工作臺設計
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附錄中文譯文對薄的,橫向各同性彈性層軸對稱接觸的漸近解摘要對剛性球與一個薄的,橫向各同性彈性層正常接觸的問題進行研究,薄的彈性層建立在剛性基礎上。無論是在極限情況下,其中的接口可以是理想的粘結或無粘結摩擦,并被認為是用于球形壓頭下的接觸壓力和接觸補片的半徑近似解。通過用有限元法預測和比較這些近似解,來確定解決方案的準確性。 關鍵詞:固體潤滑劑;各向異性涂層;有限元法;接觸壓力1引言表面涂層已成為廣泛使用在工程領域,由于它們提供了許多潛在的好處。這些涂層可以是各向同性或各向異性的性質,通常被用于提高接觸特性及改進的配合部件的摩擦性能。表面涂層最普遍的應用是在運行于真空或低壓環(huán)境中的一些滾動元件或滑塊軸承1。涂層通常是非常薄層軟金屬(如金,銀, 鋅及鉛 )層固體(如二硫化鉬和硼氮化物)或聚合物(例如,聚四氟乙烯,聚酰胺復合材料和酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂),其被沉積到襯底上。當固體潤滑劑的涂層被施加到基材上時,接觸應力和位移場顯著從赫茲接觸輪廓的半空間內偏離。這是設計時的顯著問題,因為沒有可用于分析三維涂層表面接觸方法,所以即使簡單的幾何形狀封閉形式也沒很好的解決方案?;仡櫸墨I,許多研究人員調查解析與各向同性彈性層 2-12 軸對稱接觸得問題。各向異性涂料展示更復雜的接觸特性,不是因為他們定向的依賴各向同性彈性層。 Ovaert 13 分析了橫觀各向同性固體潤滑膜的剛性橢球壓頭的打孔問題。 Kuo和科爾 14 通過漢克爾方式取得橫觀各向同性多層介質數(shù)值解變換。 Lovell和洛弗爾以及Khonsari 16采用有限元方法來研究具有彈性基板上的橫向各向同性彈性層接觸的彈性球法向應力和切向的摩擦特性。為了更好地了解層狀介質的接觸,本文的重點是剛性的,無摩擦的橫觀各向同性層上剛性基板的軸對稱縮進。彈性層和剛性基板之間的界面上被假定為理想的粘結或無粘結摩擦。所采取的方法是延續(xù)約翰遜橫觀各向同性彈性涂料的“平面截面后仍保持平面壓縮”的假設2。2 問題描述在考慮剛性的基礎上,其中旋轉對稱層的軸是垂直于所述層和所述襯底之間界面的無限橫觀各向同性彈性層。在所述層和襯底之間的界面將被假定為理想的粘結或無粘結摩擦。一個剛性的球形壓頭穿透層法線方向的自由表面,在表面壓頭與層之間的界面被視為無摩擦。近似解將取決于該層的位移場和應力場。這個問題是軸對稱球形壓頭大約含有多少垂直于橫觀各向同性層和基礎之間界面的質心線。2.1 控制方程圓柱坐標系(r , ,z)與相關聯(lián)的正交向量基,它定義在該層自由表面的平面,并與對稱軸以及z軸一致。如圖所示1,在其引用的位置,也就是說,之前的壓痕彈性層占據(jù)0 Z z = 0處,并定義其自由表面區(qū)域之間的界面層與剛性基層在z =t萬噸。該問題的對稱性決定了位移場u,且具有代表性的是,同時標量分量和與是相互獨立的:假設變形小,| | |1,并且它遵循從方程(1),該位移具有代表性,標量分量rr,zz和rz,這些是在給定位移場條件的標量分量。因此,應力場具有代表性的,與標量分量rr,zz的指向和rz是由給定應變場的標量分量的計算其中C11,C12,C13,C33和C44是為橫觀各向同性彈性層的五個獨立的彈性常數(shù)。最后,假設自身重量和物質加速度場可以忽略不計,所以平衡方程只有兩個非平衡的標量分量。第三個標量平衡方程是平衡滿足時。2.2邊界條件 在變形的結構中,彈性層和剛性球形壓頭之間的接口是一個球形帽,具有一個圓形的正交投影,或接觸印痕,(參見圖1)這個接口被假定為無摩擦,使邊界條件:其中w(r)是球形帽的公式,這樣,如果R是球形壓頭和w*W(0)時壓痕的深度半徑,則如果該彈性層是相對于壓頭很薄,且半徑R t,瓦特,則它遵循aR并且,當所有ra時。因此,對于薄彈性層的壓痕更新方程(7)由下式給出; (7)注意,接觸印痕半徑是關系到球面壓頭半徑R和壓痕深度W *。要求當W(A)= 0時,它對于一個薄的彈性層的公式如(8)。 . (9)該壓痕深度寬W*比彈性層厚度t少,可以由不等式條件表示: (10)該彈性層將被假定為從現(xiàn)在開始要薄,并且近似表達式方程為(9),壓痕輪廓和深度將用于接觸補片的外面,在彈性層的自由表面牽引是無邊界。 (11)邊界條件方程(6),(9)和(11)在自由表面處z = 0處,都是相似的考慮以所有情況。用于彈性層和剛性基礎之間的界面為z= t時,將要考慮的是該接口在理想化的情況下是理想粘結,其相應的邊界條件是, (12)這將被稱為鍵合的情況。其他理想化將要考慮的是這種情況,其中界面彈性層和剛性基礎之間無粘結和摩擦,從而使相應的邊界條件是, , (13)這種將被稱為無粘結情況。3,分析解決方案 約翰遜假設軸對稱變化2說:“飛機的部分壓縮后仍然面壓縮”意味著這是與z無關:; (14)首先,注意,該假設意味著; (15)這意味著壓頭之間的界面在彈性層中,零摩擦邊界條件式(6)1 和正常位移邊界條件方程(6)2 不能同時滿足。優(yōu)先此處是考慮到正常的位移邊界條件。在另一方面,零摩擦邊界條件式(13)1是隱含由零正常位移邊界條件式(13)2。 給定了位移場的假定形式后,它不可能找到平衡方程的解,方程(4)和(5)滿足所有的邊界和內部連續(xù)條件。因此,該解決方案在下面衍生,它們近似值可能非平衡或一些邊界以及內部連續(xù)條件可能不會滿足。不滿足條件的一些誤差程度明確識別并將指示給予有限元分析比較。3.1理想情況下綁定的接口用于粘合的情況下,徑向位移邊界條件式(12)1和假設方程(14)意味著徑向位移消失無處不在的彈性層:, ; (16)注意的是軸向位移的邊界條件方程(6)2和(12)2及平衡方程方程(4)和 (5)與此結果不兼容,也就是說,它們不能同時滿足。因此,判定為滿足軸向位移的邊界條件為平衡方程。假定應變分量是通過均勻彈性層的厚度.; (17)它遵循由應變 - 位移關系式(2)3, 軸向位移的邊界條件方程(6)2和 (12)2和牽引無邊界條件式(11),其因此,該球形壓頭的下方,該組件壓力由下式給出;然而,牽引 - 自由表面之下,應力場消失:, (20)這種近似解滿足所有邊界除摩擦壓條件(6)1 ,該解決方案對應的不是一個理想的結合壓頭和彈性層之間的界面。另外非平衡的應力場和剪切牽引 rz是在不連續(xù)的整個表面R = A上。壓頭之間的接觸壓力P(r)的彈性層為 (21)并與由下式給出的總壓頭載荷P; (22)如下的接觸補片的半徑是與壓頭通過加載; (23)有趣的是注意到,接觸壓力的分布與接觸面半徑的這個近似解為獨立四五個彈性常數(shù);3.2無粘結,無摩擦界面在制定的近似解解析時,應選擇其中的邊界條件,以滿足在某些特別的區(qū)域所得到的值。當然,最終的目的,是獲得一個模型,它提供的預測,是最接近系統(tǒng)的響應。鑒于牽引邊界在方程中給出的條件(6)1及(13)1,我們將假定為一個無粘結的材料,根據(jù)剪應力分量rz 壓頭是可以忽略不計的。 (25)它遵循由式(2)3和軸向位移邊界條件方程(6)2,(13)2是; (26)結合方程(24)和(26),(2)和(3),把以上結果代入式(4)給出的平衡方程為 (27)一般的解決這個歐拉 - 柯西方程為 (28)那等于零在r=0和B2=0的情況下。將方程(26)和(28)代入(2)和(3),并要求這里的zz =0時,當ra然后給出:這種近似解滿足所有邊界條件為0ra時。然而平衡條件式(5)不成立,是因為位移場方程(26)和 (28)是在假定方程(24)不一致,此外,0ra為獨立方程的一個近似解,此領域之外的彈性層響應的接觸壓力由下式給出; (30)總壓頭的載荷P由公式(22)給出,相關的壓頭負載由該接觸結合半徑得 (31)需要注意的是,在這種情況下,接觸壓力分布和接觸面半徑是獨立的彈性常數(shù)。4結果與討論對于提出粘結和無粘結分析的解決方案在第3.1和3.2,但更重要注意的是有適用性的范圍是有限。這兩種近似解決方案只適用于可壓縮,橫向各向同性材料。為了滿足這些條件,材料的剛度矩陣(見式(3)必須是穩(wěn)定和正定:當上述不等式的左邊側接近為零時,材料變得不可壓縮,同時分析解決方案將變得非常不準確。4.1對于降低各向同性材料的解決方案上面導出的結果可以通過以下方式獲得初始近似的準確性,檢查對于各向同性的情況下,降低溶液的涂料。對于各向同性材料,橫觀各向同性中出現(xiàn)的本方程彈性常數(shù) 式(3)減少到其中,E是楊氏模量,是泊松比。它可以認為,對于各向同性的彈性層近似壓力分布公式(21)用于粘合的情況下,與壓力分布公式(30)用于在粘合的情況下。這些分別都是由賈法爾11派生的近似結果。近似解方程(21)和(23)用于結合情況,而方程(30)和(31)用于在粘合的情況下,兩者可以看作是賈法爾的解決方案擴展到橫觀各向同性彈性層。如將要討論下面的部分,方程(21)和(30)也將與有限元分析預測結果。4.2有限元分析比較商用有限元分析軟件 ABAQUS6.3.1用于預測的應力和位移,用于解決橫觀各向同性彈性層中的以上問題。二維軸對稱元件被用于彈性層,用來解析球形壓頭剛性表面。該無限彈性層被建模為一個圓柱體,其半徑為= 1毫米,厚度t=5微米。而壓頭的半徑R=8毫米。從而; 1600 (38)并且從方程(10)得出該接觸補丁半徑被限制為 (39)盡管人們不會準確的認為預測前模型的印跡半徑值接近這一限制值。網格5 uM0.5uM中大約有2000個元素內的彈性層。對于NbSe2橫觀各向同性彈性常數(shù)有C11=106 GPa,C33=54 GPa,C12=14 GPa,C13=31 GPa和C44=19.5 GPa。最大接觸壓力會發(fā)生在中心r = 0的結合處,在如圖2所示,預測P(0)為這圖(2)模型預測超過了最大接觸壓力,有限元預測作為無量綱的函數(shù)接觸面半徑為a/噸。圖3,接觸壓力分布在粘結和無粘結的情況下,如圖通過分析模型,并在a/t=10進行有限元分析預測。把近似解的最大接觸壓力方程(21)和(30)進行比較,如果有限元分析接觸印痕半徑的值不同。則結果的無量綱接觸面半徑比a/t也不同。其中對于任何有限元分析的結果是粘結或無粘結的情況,適當?shù)膶τ谶@兩種情況在結合和未結合的情況下,把那些好的方案模型進行有限元分析時預測得到的a/t值比5更大,從接觸壓力分布的近似解方程(21)和(30)中用有限元素分析示圖3中得出一個固定的接觸印痕半徑,其比值a/ t為10。檢查該圖中可以得出的結論是近似解解析與對應的有限元分析有較好的一致性。5總結與結論把剛性球放到一個薄的,橫向的剛性基片上時對各向同性彈性層進行問題分析。該彈性層和剛性基礎之間的接口被假定為理想的粘結或無粘結的摩擦。約翰遜的假設的推廣使用得出近似解,有些用有限元分析來確定它們的相對精度,并進行結果比較。從分析結果以及它們相對于有限元分析的結果來看,得到以下結論。粘結和無粘結的近似解用于減少到賈法爾的解決方案極限的各向同性彈性層。 在結合情況下的近似解逼近有限元分析時,其預測作的接觸半徑將增大。 對于無粘合的情況下,基于微不足道的剪應力上假設的近似解與有限元的計算結果吻合良好。參考文獻1 M.R.洛弗爾,M.M.Khonsari,R.D.馬蘭戈尼.為二硫化鉬涂層球軸承的摩擦分析:三維有限元分析.ASME .賽報,1997,11(9):754-763. 2 K.L.約翰遜.接觸力學.英國劍橋:劍橋大學出版社,1985. 3 I.N. 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Khonsari.在涂有固體潤滑劑,ASME J.賽報球軸承的摩擦特性, 1999,1(21):761-767.附錄原文:湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文(設計)任務書論文(設計)題目: 立式銑床縱向工作臺設計 學號: 2010963012 姓名: 胡鴻輝 專業(yè):機械設計制造及其自動化 指導教師: 馮建軍 系主任: 劉柏希 一、主要內容及基本要求 該次畢業(yè)設計主要內容包括了以下幾個方面。第一,立式銑床縱向工作臺的基本整體結構設計。第二,立式銑床縱向工作臺的操作機構設計。第三,工作臺與機體的聯(lián)接結構設計。第四,設計立式銑床縱向工作臺傳動部分和運動部分的技術參數(shù)和功能參數(shù)。第五,計算工作臺傳動和運動部分的參數(shù),最后在校核該部分,并畫好裝配圖與零件圖。 基本要求如下:銑床縱向工作臺的布局較為合理且便于安裝和拆裝,零件的技術參數(shù)符合使用要求,保證運動的精確性。移動工作臺的操作機構即可以手動也能機動,并且能靈活轉換。銑床工作臺能很好的實現(xiàn)其鎖定功能,以便精確控制機床變速運動和其控制操作。工作臺使用螺母絲桿裝置,以此來提高運行精度和可靠性。工作臺的動力主要是由輸入軸帶動錐齒輪,然后再帶動絲桿,以此來實現(xiàn)工作臺的運轉。輸入軸不僅可以正反轉,工作臺也可以正反兩個方向移動。此外工作臺體積盡可能小,以節(jié)約材料和減少占地面積,并且工作臺的整體運動原理能符合設計的功能要求,達到工作使用需求,并畫好所需的裝配圖和零件圖以及說明書一份。 二、重點研究的問題 立式銑床縱向移動工作臺的基本工作原理以及基本結構結構設計,操縱裝置的設計,能夠讓工作臺滿足手動和機動兩種模式的精準變換以及很好的控制工作臺的運動速度。傳動部分的設計主要包括絲桿,螺母,錐齒輪等機構的設計,以及對其進行計算并且校核和畫圖。以及對工作臺的整體功能進行評估使其達到設計要求,工作需要。 三、進度安排序號各階段完成的內容完成時間1查閱資料、調研、開題報告第一周和第二周2方案設計和方案設計計算第三周和第四周3畫CAD圖第五周至第十周4整理修改第十一周至第十四周5答辯第十五周四、應收集的資料及主要參考文獻1技工學校機械類通用教材編審委員會.銑工工藝學M. 北京:機械工業(yè)出版 社,1980. 2濮良貴, 紀名剛. 機械設計M. 北京:高等教育出版社,2006. 3孫椰望,羅扉,楊秋娟. 基于模態(tài)分析原理的機床研究J. 制造技術與機床.2014(2):48-49. 4王小玲.淺談金屬切削機床的發(fā)展J.機械管理開發(fā).2009,24(5):152-153. 5李必文.機械精度設計與檢測M. 長沙:中南大學出版社,2011. 6潘存云,唐先進. 機械原理M. 長沙:中南大學出版社,2011. 7戴曙. 金屬切削機床M. 北京:機械工業(yè)出版社,1999. 8機械設計手冊(新編)M. 機械工業(yè)出版社,2004.8. 9孟俊煥,孫如軍,孫莉.經濟型數(shù)控機床改造優(yōu)化方案研究J.機床與液壓.2005(7):200-201. 10王先逵.機械制造工藝學M. 北京:機械工業(yè)出版社,2006. 11董潔洪.精密和超精密加工機床的現(xiàn)狀及發(fā)展對策J.光機電信息.2010,27(10):1-7. 12何絢.未來機床的發(fā)展的方向J.南北橋.2009(8):123124. 13牟永言. 機械加工工藝手冊M. 北京:機械工業(yè)出版社,1992. 14周良德,朱泗芳,楊世平. 工程圖學M. 長沙:湖南科學技術出版社版社,2010. 湘潭大學興湘學院畢業(yè)設計說明書題 目:立式銑床縱向工作臺設計 專 業(yè):機械設計制造及其自動化 學 號: 2010963012 姓 名: 胡鴻輝 指導教師: 馮建軍 完成日期: 2014年5月8號 目錄摘要1Abstract2第一章 緒論31.1 銑床簡介31.2 國內外的發(fā)展狀況31.21國內的發(fā)展狀況31.22國外的發(fā)展狀況41.3我國數(shù)控技術的發(fā)展趨勢51.31更加的高速,可靠以及精確化51.32更加的高自能化61.33更加的復合化61.4更加的個性化是機床發(fā)展的主要方向61.5開放性是體系結構的主要發(fā)展趨勢61.6選題的目的及意義6第二章 縱向工作臺的設計原理82.1設計的主要內容82.2研究的問題82.3銑床的原理圖設計82.4 方案計算12第三章 縱向工作臺的方案設計133.1. 銑床的主要參數(shù)133.2 縱向工作臺的結構設計133.3導軌的設計163.4操縱機構的設計163.5離合器的選擇16第四章 縱向工作臺的方案設計計算174.1.錐齒輪的選擇與校核174.2.軸承的選擇與校核194.3滑動絲桿和螺母的選擇與校核.21總結24參考文獻25附錄:中文譯文及原文26 立式銑床工作臺設計摘要隨著社會經濟飛速的發(fā)展,中國的制造業(yè)也越來越強大,其中機床的的發(fā)展是制造業(yè)發(fā)展的一個重要的支柱。如今機床廣泛應用于制造業(yè)的各個領域,如造船,飛機,汽車等各個產業(yè),所以說機床在制造業(yè)中具有很好的發(fā)展前景,本次畢業(yè)設計的課題是立式銑床縱向工作臺設計,主要設計傳動絲桿及螺母,以及對其他零件的選擇及校核。期間需要完成設計說明書,以及零件圖和總裝配圖,并且設計出來的工作臺能達到預期的要求。通過對縱向工作臺的設計,讓我們對機床有了很大的了解,對以后優(yōu)化機床的設計提供了巨大的幫助,同時對機床的發(fā)展也有巨大的意義,因為此研究能很好的促進機床的發(fā)展,同時也讓制造業(yè)越來越強大。關鍵詞:立式銑床;縱向工作臺;傳動絲桿;零件圖和總裝配圖Vertical milling machine table design AbstractWith the rapid social and economic development, Chinas manufacturing industry has become increasingly powerful, the development of the machine which is an important pillar industry development. Now the machine is widely used in various fields of manufacturing, such as shipbuilding, aircraft, automotive and other industries, so that the machine has good prospects in the manufacturing sector, the subject of this graduation project is a longitudinal vertical milling table design, the main design drive screw and nut, as well as other parts of the selection and checked. Need to complete the design specification, and part drawing and assembly drawing period, and designed the table to achieve the desired requirements. Through the vertical bench design, so we have a great understanding of the machine, after optimization of the machine design provides a great help, but also to the development of the machine has a huge significance, because this study can be a good tool to promote development, but also to manufacturing and more powerful. Keywords: vertical milling machine; vertical table; drive screw; parts drawing and assembly drawing 1第一章 緒論1.1 銑床的介紹用銑刀加工各零件表面是銑床加工方法之一,其中銑床的主運動是銑刀進行的旋轉運動,而銑床的進給運動是刀具和工件的移動。比如平面,溝槽銑床都能進行加工,曲面銑床也同樣能加工。對工件銑削加工是銑床的主要加工方法之一,銑床不僅能加工平面、溝槽、輪齒等,而且也能加工比較復雜的曲面,由于銑床的加工效率很高,所以在機械的領域中得到很廣泛的應用。 銑床是一種在機械領域應用很廣的機床,比如像分齒零件的表面,溝槽以及平面等復雜的曲面,銑床都能進行加工。除此之外,對圓柱體的表面進行加工以及對內外孔加工都可以,還能對零件進行切斷等工作。銑床在進行運行時,工作臺上裝上工件,主運動是銑刀進行的周轉運動,輔助運動是銑頭和工作臺的進給運動,這樣綜合起來,工件就能得到所需的加工表面了。銑床的生產效率較高是因為進行了多刀斷續(xù)切削運動。總而言之,銑刀對工件進行銑削加工是銑床主要的加工方法。1.2 國內外的發(fā)展情況1.21 國內的發(fā)展情況1949年新中國的成立才使我國的機床行業(yè)得到很大的發(fā)展,解放前,由于進行長期的封建統(tǒng)治和帝國主義的侵略和掠奪。我國的農業(yè)生產十分落后。稱不上是獨立的機械制造行業(yè),更不用說機床制造業(yè)。只有少數(shù)幾個城市的一些小型機械廠,制造一些簡單的皮帶車床,牛頭刨床和磨床等; 1949年全國機床產量僅1000臺,不到10個品種??梢姰敃r中國的機械制造業(yè)十分的落后。在解放之后,由于國家領導對機床行業(yè)逐漸的重視起來,在中國的三年經濟恢復期間,把許多的小型加工廠都改建為了專門的機械廠,在隨后的時間內,又專門擴建和新增了許多的機械廠。這使得機床行業(yè)得到很大的發(fā)展。之后國內又相繼成立研究所和研究院來專門研究機床,這樣使得機床行業(yè)日益壯大。我們的數(shù)控技術從20世紀50年代開始。其中發(fā)展的進程可分以為四個階段:1)1958年至1965年,開始研究數(shù)控銑床(管控制,步進電機和液壓拖動放大器的開環(huán)系統(tǒng)),處于試用階段。 2)從1965年的開始。數(shù)控系統(tǒng)的晶體管產品得到大步的開發(fā)。直到20世紀60年代末和70年代初。在這個階段的特點是,雖然有很多數(shù)控機床的數(shù)量和品種,但一些比較復雜的零件也能進行處理。已經開始生產從試驗階段到出產階段。 3)從1972年到1979年,數(shù)控技術開始試驗和試產兩個階段的。比如說,數(shù)控系統(tǒng)的集成電路研制得到成功,在車,磨,鉆等各種加工方面都應用了數(shù)控技術。數(shù)控機床的研制成功使得數(shù)控線切割機床也取得了非常大的發(fā)展。4)機床的穩(wěn)定發(fā)展階段是在1980年以后,由于從國外得到先進的技術,以及我國進行相關的自主研發(fā),數(shù)控機床的品種類已經越來越多,大約已經已超過500多種了,其中數(shù)控金屬切削機床的品種率達到20。雖然,現(xiàn)在數(shù)控機床的發(fā)展取得了巨大成就,但和一些發(fā)達工業(yè)國家相比起來。還存在很大的差別。我們應該需要繼續(xù)進行深入的探索和研究,來提高機床的數(shù)控技術水平,進而來提高和壯大機床的發(fā)展。1.22 國外的發(fā)展情況在當今的世界上,讓機床的設計,制造及使用在其國家得到較大的發(fā)展是美德日三個國家,這三個國家在數(shù)控機床的研究上也是最先進的,使用經驗也是最成熟的,技術上也是最好的。然而由于其國家的社會條件和社會經濟的發(fā)展水平各不相同,所以他們也個具有自己的特點。以科學研究為目的是美國發(fā)展機床的主要思想,由于美國的軍隊對機床的需求量較大,其次,美國政府對機床的研究和發(fā)展給予了非常高的重視,所以美國對機床科研以及設計所投入的科研經費較多。而且美國還吸納全世界的許多人才為其工作,在工作上也非常注重效率。所以美國在機床的發(fā)展方面十分的先進,擁有大量頂尖的技術。比如說,在1952年時成功的研制出了世界上首臺數(shù)控機床,然而在1958年的時候又建立了加工中心。在70年代初時期,F(xiàn)MS研制取得了成工,于是在1987年,又相繼推出了開放式數(shù)控機床系統(tǒng)等。因為美國是第一個實現(xiàn)把汽車的生產,以及軸承的生產相互結合起來。所以建立了大批自動線來實現(xiàn)自動化的需要。除此之外,美國在電子和計算機的領域遠遠的領先其他國家。所以,美國在數(shù)控系統(tǒng)的設計和機床的制造發(fā)面擁有非常扎實的專業(yè)基礎,由于美國有著十分注重創(chuàng)新和科研的態(tài)度,所以使得其數(shù)控機床的技術遠遠的超先于其他的一些國家。在當今,美國的機床已越來越發(fā)達。他每年都生產大量的高性能機床給大型的客戶,同時也為小中客戶提供廉價的機床,比如像Fadal、Haas等一些公司。在數(shù)控機床的發(fā)展過程中,由于美國重于數(shù)控機床的研究,而不注重于數(shù)控機床的應用,導致機床的發(fā)展進程逐漸的變慢。所以,在1892年的時候,日本的數(shù)控機床產量第一次超過美國,并逐漸實現(xiàn)大量出口。當從1990年起,美國逐漸加強機床的應用性,慢慢的美國的數(shù)控機床才實現(xiàn)量產。德國機床開發(fā)非常注重實用功能。所以德國政府重要戰(zhàn)略地位是機床工業(yè)的發(fā)展,且非常講究效率與實際。他們堅持和諧發(fā)展,同時又注重工人之間的相互交流。并且建立了大量的自動生產線。在1956年的時候,研制出了首臺數(shù)控機床,并且十分注重發(fā)展,把理論聯(lián)系實際,逐漸穩(wěn)步的發(fā)展機床工業(yè)。同時也非常注重科學研究,把科學的研究和應用技術兩者相互并合起來,大型企業(yè)和一些好的大學共同進行學術研究,從而使機床得到很好的發(fā)展。在對加工工藝和用戶產品以及機床布局的結構和數(shù)控機床的共性與特性進行了大量而且比較深入的研究。在產品的質量上可謂是精中求精啊。德國生產的數(shù)控機床的性能比較好,且其產品的功能性較強,并且實用性較高,機床廣泛的出口國外。特別是在一些重型以及較大大型和精密數(shù)控機床等方面。德國海比較重視機床配件的實用性與先進性,比如說電機,刀具,量具等配件。德國數(shù)控系統(tǒng)中的各種功能部件質量和性能等方面都是領先于世界各國的。比如說,Heidenhain公司的精密光柵世界聞名,同時西門子公司的數(shù)控系統(tǒng)也是世界聞名,所以他們均被各國競相采用,并且銷量很大。然而日本的數(shù)控機床,是先進行仿制,然后在進行自主創(chuàng)新的。機床工業(yè)的發(fā)展在日本也得到十分的重視。日本政府通過相關的規(guī)劃和立法來幫助日本數(shù)控機床行業(yè)發(fā)展,并規(guī)劃其發(fā)展的方向。日本政府通過給予大量的經費,以此來幫助企業(yè)機床的發(fā)展。再人才方面實行引進,并且派人到德國進行學習。學習德國的配件質量,在管理和數(shù)控機床技術上則向美國進行學習。通過綜合兩國的優(yōu)點,于是在機床發(fā)展方面取得了巨大的成功。日本企業(yè)大量發(fā)展大自動化技術,并且加大力度的發(fā)展柔性生產自動化的數(shù)控機床。在1958年時期,日本成功的研制出首臺數(shù)控機床。在1978年時,數(shù)控機床的產量首次超過美國,并且數(shù)控機床大量出口,出口數(shù)量排名世界第一。在發(fā)展的策略上,日本的數(shù)控機床同樣是先進行仿制,然后在進行自主創(chuàng)新。第一是生產許多的中端數(shù)控機床,這有利于搶占大量的銷售市場。然后在1980年時期,通過自己的努力研究和學習,逐漸的向高端數(shù)控機床發(fā)展。日本期間努力的向美國學習質量管理,進而轉變成自己的管理體系,這樣有利于產品質量的保證。其次日本把電子與機械融合起來,形成了機電一體化,為數(shù)控機床的發(fā)展開創(chuàng)了捷徑。在發(fā)展數(shù)控機床的過程中,日本企業(yè)注重數(shù)控機床的技術,并且注重研發(fā)以此來發(fā)展數(shù)控機床。日本的FANUC公司,也是先進行仿制,然后在進行自主創(chuàng)新的。發(fā)展了各種高中端數(shù)控機床,以此來滿足市場的需要。其公司不僅在技術上非常的先進,而且在產量上也是世界第一。其銷售額不僅在國內占了70%,而且在國外市場也占了50%,即促進了日本數(shù)控機床的發(fā)展,也促進了世界數(shù)控機床的發(fā)展。1.3 我國數(shù)控技術的發(fā)展趨勢更加的高速化,更加的可靠化和精度化,還有更加自能化,柔性化,復合和開放化以及集成化,這些都是今后數(shù)控機床的發(fā)展趨勢。數(shù)控和技術的發(fā)展大約已經有40多年了,數(shù)控技術它是一門綜合性很強的學科,它包括機械,電子,控制以及計算機等多門學科的綜合而成的,隨著社會的發(fā)展,機械制造業(yè)的增強,對數(shù)控技術的要求也越來越高了。1.31 更加的高速,可靠以及精確化加大機床主軸的轉速,提升工件的進給速度是高速化的體現(xiàn)所在。一般來說,數(shù)控系統(tǒng)的可靠性比數(shù)控設備的可靠性要高出幾個等級,也并不是說數(shù)控可靠性越高越好,它主要還受商品的性價比影響。機床的高精度化就是說精確度是不是能夠精確到微米乃至納米級。1.32 更加的高智能化一般來說高自能化主要的體現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)的以下四方面;第一:體現(xiàn)在加工工件的效率以及加工工件的質量。第二:數(shù)控機床的機動性能以及機床的使用和安裝是否方便,等等。第三:是否操作方便以及便于編程。第四:是否能減少工人的勞動強度和節(jié)約生產時間。1.33 更加的柔性化以及集成化現(xiàn)在數(shù)控機床的柔性化的發(fā)展趨勢是從點和線慢慢的向面和體方面發(fā)展,而另外的一個方面是數(shù)控機床更加的注重于實用性和經濟性,慢慢的向這兩個方向進行發(fā)展。數(shù)控系統(tǒng)的柔性化,是產品今后發(fā)展的主要趨勢,也是實現(xiàn)今后市場的需要。數(shù)控系統(tǒng)的柔性化是今后各國機械行業(yè)發(fā)展的一個方向,同時也是機械先進領域發(fā)展的一個方向。1.34 更加的復合化功能的復合化是今后數(shù)控機床的發(fā)展主要趨勢,它主要是想在一臺機床上實現(xiàn)車,銑,鉆,攻絲,絞孔以及擴孔等多種的復雜操作工序,這復合化的主要目的,也是其主要思想。數(shù)控機床的復合化不僅提高了機床的生產效率,也提高了機床加工產品的質量,間接地也提高了生產的柔性化。1.4 更加的個性化是機床發(fā)展的主要方向隨著經濟的全球化,各國的機械制造業(yè)也越來越強大。在現(xiàn)在的市場上,各國之間相互合作,相互貿易的格局已經基本的形成。同時對產品的要求也越來的越高,比如說生產效率要高,加工質量以及產品的精度要高等等一些方面。同時用戶的個性化需求也越來的越明顯。更加的專業(yè)化以及實用化慢慢得到越來越多用戶的喜愛。1.5 開放性是體系結構的主要發(fā)展趨勢 在當代的社會中,開放性是數(shù)控機床發(fā)展的主流思想和主要的目的。開放性分為兩個部分,一個是軟件平臺開放式的系統(tǒng),而另外一個是硬件平臺的開放式系統(tǒng)。使用的結構基本上是模塊化和層次化。除此之外,還提供一個向外的程序接口,以供客戶的需要。為了解決以前數(shù)控系統(tǒng)比較封閉的情況,還有一些產業(yè)化軟件存在相關問題的現(xiàn)象。所以,很多的國家花費大量的資金對數(shù)控機床的開放性進行深入的研發(fā),現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)逐漸變得開放化,然而開放化也是數(shù)控系統(tǒng)今后發(fā)展的主要趨勢。當今,當前開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究核心目標是通信規(guī)整,配置較標準,運行平臺較好,以及數(shù)控機床的功能庫和系統(tǒng)的功能軟件等。現(xiàn)在數(shù)控裝備的網絡化越來越受到大家的關注,因為數(shù)控裝備的網絡化能夠很好的實現(xiàn)企業(yè)生產產品的需要,同時也是機械市場的需要。在機械制造行業(yè)中,生產自動線對信息集成的要求越來越高,所以開放式網絡化是現(xiàn)在制造業(yè)的需要。如今,一些頂級數(shù)控機床的制造國家,已經在向數(shù)控機床高開方式方向發(fā)展了.1.6 選題的意義及目的隨著社會經濟飛快的發(fā)展,我國的制造業(yè)也變得越來的越先進,同時對零件加工的質量要求越來越高,加工效率也要求越來越高。機床的發(fā)展方向慢慢的向高效率,高質量,高速度,高加工精度以及更加可靠性方面發(fā)展。采用模仿設計是一般傳通機床非常通用的設計方法,然而傳統(tǒng)的機床已經越來越滿足不了現(xiàn)代制造業(yè)的需要。如今人們對機床的動態(tài)性能要求越來越高,以前只是關注機床是否能滿足靜態(tài)特性,現(xiàn)在就不同了,現(xiàn)在數(shù)控機床在進行相關設計時必須的注重其機床的動態(tài)特性。本次畢業(yè)設計設計主要對立式銑床縱向動工作臺做了比較詳細的設計。第一的是我們應該要確定好工作臺的工作原理,其次就是要選擇國內技術比較先進的絲杠螺母作為傳動機構。之后的話,就大概的確定好工作臺的基本結構結構;然后在對絲杠,螺母,軸承以及齒輪等比較重要的性零件進行必要的選擇、設計和計算并進行多次的校核。最后一點的是我們要完成好設計說明書,還要用autoCAD軟件畫出了機床縱向移動工作臺的裝配圖以及零件圖。如今國家對銑床的需求量越來越大,銑床在國內的技術發(fā)展還不太成熟,而且銑床在國內有著很好的發(fā)展前景,所以本課題的研究在制造業(yè)中十分重要,對銑床的發(fā)展乃至制造業(yè)有著一定的貢獻,同時對我們大學知識的實踐有很大幫助,有利于對大學知識的掌握及鞏固。第二章 縱向工作臺的設計原理2.1 設計的主要內容該次畢業(yè)設計主要內容包括了以下幾個方面:第一, 立式銑床縱向工作臺的基本整體結構設計。第二, 立式銑床縱向工作臺的操作機構設計。第三, 工作臺與機體的聯(lián)接結構設計。第四, 設計立式銑床縱向工作臺傳動部分和運動部分的技術參數(shù)和功能參數(shù)。第五,計算工作臺傳動和運動部分的參數(shù),最后在校核該部分,并畫好裝配圖與零件圖。2.2 研究的問題立式銑床縱向移動工作臺的基本工作原理以及基本結構結構設計,操縱裝置的設計,能夠讓工作臺滿足手動和機動兩種模式的精準變換以及很好的控制工作臺的運動速度。傳動部分的設計主要包括絲桿,螺母,錐齒輪等機構的設計,以及對其進行計算并且校核和畫圖。以及對工作臺的整體功能進行評估使其達到設計要求,工作需要。2.3 銑床的原理圖設計根據(jù)自己的想法設計了以下三種方案。 圖 2-1 圖 2-2 圖 2-3以上是我的設計原理簡圖,共設計了3種方案。但本人覺得圖 2-3這種方案最好,所以選擇方案圖 2-3進行計算和設計。理由如下:方案圖 2-3比方案圖 2-1和方案圖 2-2的結構更為優(yōu)化,且附加磨損更小,傳動結構精密,整體體積較小,所以能使整臺機器更為節(jié)省材料和減小廠房占地面積,以此降低成本,且方案圖 2-3便于安裝和維修,也利于工人師傅對機器進行調試,重要的是方案圖 2-3傳動比較高,所以是生產效率較高,而且其穩(wěn)定性較好,功能也比較好,整體的結構質量也較好,使機器的使用壽命得到很好的延長。所以綜合以上的考慮,選擇方案圖 2-3。2.4 方案計算(1):齒輪的的齒數(shù)如下,符號已在表中標出. 表 2-1Z 1Z 2Z 3Z 4Z 5Z 6Z 7Z 8Z 9Z 10Z 11Z 12Z 13Z 1426 44246427361827182124361845Z 15Z 16Z 17Z 18Z 19Z 20Z 21Z 22 Z 23Z 24Z 25Z 26Z 27Z 285737213440132843183533371818(2):聯(lián)軸器參數(shù):M2 和M3參數(shù)都為40. 其中MT為18.(3)進給電機參數(shù):(P=1.5KW n=1450r/min)(4)縱向工作臺運動傳動鏈結構式如下: 進給電機VIVIIVIII IX X XIXIVXVI工作臺縱向進給絲桿。 根據(jù)以上的進給運動鏈結構式,我們可知縱向方向的進給運動級數(shù)為3*3*2=18種,下面我們就算出縱向工作臺的18種速度。由以上的數(shù)據(jù)可算的縱向進給速度范圍是39.92263.27(mm/min). 第三章 縱向工作臺的方案設計3.1銑床的主要參數(shù)工作臺工作面積(寬*高) 360*960mm工作臺最大行程(手動/機動) 700/680mmT型槽數(shù) 3T 型槽寬度 18mmT 型槽間距 70mm 工作臺工作進給量 18級 23.51180mm/min工作臺縱向快速移動量 2300 mm/min最大載重量 500KG進給電動機功率 1.5KW進給電動機轉速 1450r/min加工表面平面度 0.02mm加工表面平行度 0.02mm加工表面垂直度 0.02mm/100mm 表面粗糙度 1.6um3.2 縱向工作臺的結構設計通過升降臺中的軸XIV轉動帶動兩對錐齒輪運動,再錐齒輪把運動傳給縱向進給絲杠,這就是縱向工作臺運動的基本原理。如圖2-1.所示運動傳到錐齒輪后,因錐齒輪和絲杠沒有直接相聯(lián)系,所以必須通過拔叉和滑套讓離合器和錐齒輪嚙合,再通過離合器內的滑鍵帶動絲杠轉動。第二就是螺母固定在縱向工作臺的底座上,當絲杠進行轉動時就會帶動工作臺一起作縱向進給??v向工作臺在臺底座的燕尾槽內作直線往復運動,燕尾導軌的間隙由鑲條調整。當橫向進給絲杠帶動作橫向進給。通過轉動手柄的偏心輪作用,然后把工作臺底座固定在升降臺上。由于這樣可使工作臺隨工作臺底座繞鞍座上的環(huán)形槽向左右擺動作450范圍的修整。修整后用四個螺栓和穿在鞍座環(huán)形“T”形槽內的銷子,將工作臺底座牢固固定。絲杠螺母傳動機構的螺紋之間是有間隙的,隨著使用時間的增長,它們之間磨損量就愈來愈大,從而使間隙增大。然而順銑時為了保證加工精度,不允許絲杠螺母之間有很大間隙,因此必須把間隙修整到允許的偏差范圍內(0.02mm左右)。當調整間隙時,應首先揭開工作臺底座上的蓋板,然后在擰松螺釘,當順時針轉動螺桿會同時帶動螺母轉動。其間隙的存在情況是有的,當在螺母沒有轉動時。由于另一個螺母是固定的,此時兩個螺母在絲杠上作相對運動產生相互推力,當螺母轉動時候。這樣的話兩個螺母便向絲杠上螺紋面的兩側靠緊,因此可減小間隙。當修整好間隙后,應該擰緊法蘭盤上的緊固螺釘,可以通過環(huán)將蝸桿和可調螺母固定在調好的位置上,最后蓋好蓋板。如下圖3-1所示,是本次設計的縱向工作臺的基本結構圖。如圖所示,兩端支撐縱向絲杠的角接觸球軸承是用來承受銑削力產生的軸向推力的。然而絲杠左邊的空套手輪是用來手動操縱工作臺的。將手輪往右推,可以使其和離合器沾合,因此手輪便可帶動絲杠作旋轉運動,從而使工作臺縱向進給。然而當松開手輪時,由于彈簧作用使離合器脫開,從而可避免機動和手動之間的沖突。絲杠右邊帶有鍵的軸頭,可用來安裝和配換齒輪,最后將齒輪傳給分度頭等附件的。這個圖是借鑒銑工工藝學的,用來更好地解釋工作臺的結構設計。 圖3-1 工作臺結構示意圖1、手輪 2、離合器 3、工作臺臺面 4、調整螺母 5、固定螺母 6、絲杠 7、花鍵套筒 8、縱向離合器 9、工作臺底座 10、錐齒輪 11、傳動軸 3.3 導軌的設計1.導軌類型的選擇機床常用的導軌種類非常的多,但是滑動導軌具有結構簡單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點,而且運動精度較高,不容易毀壞且好操作。滑動導軌在機床上應用也十分廣泛。所以,本次設計采用滑動導軌。2.導軌截面形狀的選擇 銑床工作臺導軌不僅要求有較大的承載能力而且要求有較高的運動精度,燕尾槽導軌運動精度較高,且操作方便,平穩(wěn)性也好,同時具有很好的載重能力,所以本次設計選擇選擇燕尾槽導軌。3.4 操縱機構設計1.手動進給操縱機構在工作臺正面安裝了一個手動搖柄,使操作更加方便靈活,通過一對錐齒輪和直齒圓柱齒輪帶動縱向離合器轉動,從而使絲杠轉動,以此來實現(xiàn)縱向進給。2.自動進給操縱機構工作臺操縱機構自動部分安裝在工作臺底座上,縱向操作手柄以及橫向和升降操縱手柄都有兩副,是可以聯(lián)動復試的操縱機構。當手柄在中間位置時,模板的凸出部位把杠桿給頂緊,從而杠桿板上的銷子就把軸往右邊推,因此軸此時便可以通過拔叉把離合器脫開,這樣可使工作臺不在工作的狀態(tài)。要是把手柄向兩邊任何一個方向撥動一個位置后,通過軸來撥動模板。要是模板隨便擺過一個角度,這樣杠桿板上的銷和模板斜面之間就可能出現(xiàn)了間隙。因此,軸在彈簧的作用下移動,軸通過拔叉的作用又使離合器進行嚙合。由軸XIV通過錐齒輪傳來的進行運動,通過離合器帶動縱向絲杠使工作臺來進行縱向進給??v向工作臺的運動方向,由手柄處的兩個電器開關進行控制。如果手柄往左推,縱向臺則向左移動,反之亦然。手柄在左、中、右三個位置是用定位板來進行定位的。所以板上有三個V形得缺口,由于在彈簧的作用下可使用定位板相對于銷子有三個穩(wěn)定的相對位置。又因為定位板是與杠桿一起進行轉動的,所以通過杠桿和模板可使手柄穩(wěn)定在這三個位置。3.5 離合器的選擇在這次畢業(yè)設計過程中,我選的是齒形離合器,因為與牙嵌離合器相似,結構比較簡單且緊湊。其外形的尺寸也相對來說比較的小,并且接觸時的幾率相當?shù)母?,而且齒形離合器也適用于轉矩比較大的場合。綜合以上的觀點,所以我選擇齒形離合器。41 第四章 縱向工作臺的方案設計計算4.1錐齒輪的選擇與校核1. 本次兩個錐齒輪均選用7級精度,材料為45cr。并都進行調質處理,硬度為240HBS;且齒數(shù)均為18,傳動比為1.2. 齒根彎曲疲勞強度計算;1)計算XVI縱向絲桿的功率P; (KW)其中選取機械傳動效率;2)計算XVI縱向絲桿扭矩T 其中轉速n=23.5(r/min),以此來確定最大的扭矩T;3)查錐齒輪彎曲疲勞強度設計公式為: 4)計算載荷系數(shù)K圖10-8得動載系數(shù)得 由表10-2查得由表10-3的載荷分配系數(shù):由表10-4查得所以5)計算彎曲疲勞許應用力由圖10-18得由圖10-20c查得取安全系數(shù)S=1.4;代入上式求得:MPa6)由表10-5查取齒形系數(shù)由表10-5查取應力校正系數(shù)一般取齒寬系數(shù)傳動比u=1把以上各數(shù)據(jù)帶入式=7.05圓整m;取m=8;7)齒寬b=30.51圓整b=31把m=8,b=31;=8140.9(N)代入式=268.49MPa所以齒根彎曲疲勞強度符合要求。3.齒輪接觸疲勞強度計算其中對于的直齒錐齒輪,取1)計算接觸疲勞許用應力。取安全系數(shù)S=1;由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù);由圖10-20d查得齒輪接觸疲勞強度極限所以=784MPa由表10-6查取彈性影響系數(shù)把以上各數(shù)據(jù)帶入下式中:=159.82mm;綜上可得模數(shù)m應取9;即159.82mm所以,Z=18,m=9錐齒輪的齒輪接觸疲勞強度符合要求;由上所求可知齒輪寬度b=34.36mm;其中常?。粓A整寬度b=35mm。4.2 軸承的選擇與校核1)根據(jù)生活中的使用情況,我們可假定他的預期壽命為h;然而絲桿即受到縱向力,也受到軸向力,因此,我在這里采用角接觸球軸承。2)兩對軸承選用相同的型號,且成對稱分布。3)軸承所受徑向力=2011.37N;軸承所受軸向力=1717.9N;其中上式中; ;由上面的錐齒輪計算可得;4)又因為兩個軸承型號一樣,即選擇受載荷力大的一個進行計算;5)確定絲桿的直徑查表15-3德:取;所以=41.84mm根據(jù)軸承型號的國標取絲桿的直徑d=44mm;6)所以選取角接觸球軸承代號為7008AC,查機設手冊其額定動載荷為C=19KN;7)計算派生軸向力;由銑床縱向工作臺結構圖可知軸承1被壓緊,軸承2被放松;所以;;又由表13-7得角接觸球軸承代號為7008AC時,派生力=683.87N;8)計算軸向力:;由表13-5查得判斷系數(shù)e=0.68;2.39e;所以X=0.41 Y=0.870.6799e;所以X=1 Y=09)計算當量重載荷;取溫度系數(shù);載荷系數(shù);所以=3003.3N;=1005.7N;又因為;因此軸承較低些;所以按軸承1進行計算;所以壽命=1.8;所以選擇7008AC角接觸球軸承符合要求;4.3滑動絲杠和螺母的選擇與校核1)絲桿要求的精度比較高,選用10級精度,所以絲桿材料選擇40Cr;然而螺母要求略低選用8級精度,所以選用45鋼,螺紋型號選擇梯形螺紋。2)確定絲桿的直徑查表15-3德:?。凰?37mm;3)耐磨性計算;螺紋中徑;又因為對于梯形螺紋,一般h=0.5P;而 F=1717.9N;由表5-12查得許用壓力 =2MPa;摩擦系數(shù)f=0.08;又因為一般取=2所以=16.5mm綜上可查機械手冊按國標選取螺紋直徑d=44mm,螺距p=7mm;且螺母高度=83mm;螺母大徑D=44.3mm;所以耐磨符合要求。3)螺桿的的強度計算;因為查機械手冊=37mm其中截面面積A=1075.21由表5-13查得;由表5-8查得720MPa;所以=240MPa;把以上數(shù)據(jù)帶入26.9MPa;所以螺桿的強度符合要求。4)螺母螺紋牙的強度計算1.螺紋牙危險截面剪切強度的條件為;其中對于梯形螺紋牙根厚度b=0.65p=4.55mm;由表5-13查得=144MPa;由表5-14查得螺桿長度系數(shù)u=0.50;把上述數(shù)據(jù)帶入公式;所以剪切強度條件符合要求。2. 螺紋牙危險截面彎曲強度的條件為;因為彎曲力臂L=1.4mm;查表5-13得=1=240MPa;把以上數(shù)據(jù)帶入公式=31.47MPa;所以螺紋牙危險截面彎曲強度符合要求。綜上可的螺母螺紋牙的強度符合要求。4)螺桿的穩(wěn)定性計算螺桿穩(wěn)定性條件為;查機設書得=4;又因為臨界;其中拉壓彈性模量E=;查機設書可得;慣性矩I=91951;把以上數(shù)據(jù)帶入公式得=1.52N;所以所以螺桿的穩(wěn)定性符合要求;所以取螺桿螺紋直徑d=44mm,螺距p=7mm;中徑mm。且螺母高度=83mm;螺母大徑D=44.3mm;中徑=41.5mm。 總結 到這里我的設計說明書已基本完成了,其中我通過大量的閱讀書籍,學到了很多的東西,知道了知識的可貴性。通過搞畢業(yè)設計,讓我學會了獨立自主的學習,不再依靠別人,也漸漸的豐富的自己的大學知識,把所學的大學知識應用于實踐,同時自己也積累了設計機器這方片的經驗。所以我覺得搞畢業(yè)設計是大學生的必經之路。因為只有通過畢業(yè)設計才能提高自己的專業(yè)知識,才能讓自己的知識應用與實踐,才能為以后的工作做好鋪墊。在此,我非常感謝我的老師對我的教導,以及同學對我的幫助。參考文獻1技工學校機械類通用教材編審委員會.銑工工藝學M. 北京:機械工業(yè)出版社,1980. 2濮良貴, 紀名剛. 機械設計M. 北京:高等教育出版社,2006. 3孫椰望,羅扉,楊秋娟. 基于模態(tài)分析原理的機床研究J. 制造技術與機床.2014(2):48-49. 4王小玲.淺談金屬切削機床的發(fā)展J.機械管理開發(fā).2009,24(5):152-153. 5李必文.機械精度設計與檢測M. 長沙:中南大學出版社,2011. 6潘存云,唐先進. 機械原理M. 長沙:中南大學出版社,2011. 7戴曙. 金屬切削機床M. 北京:機械工業(yè)出版社,1999. 8機械設計手冊(新編)M. 機械工業(yè)出版社,2004.8. 9孟俊煥,孫如軍,孫莉.經濟型數(shù)控機床改造優(yōu)化方案研究J.機床與液壓.2005(7):200-201. 10王先逵.機械制造工藝學M. 北京:機械工業(yè)出版社,2006. 11董潔洪.精密和超精密加工機床的現(xiàn)狀及發(fā)展對策J.光機電信息.2010,27(10):1-7. 12何絢.未來機床的發(fā)展的方向J.南北橋.2009(8):123124. 13牟永言. 機械加工工藝手冊M. 北京:機械工業(yè)出版社,1992. 14周良德,朱泗芳,楊世平. 工程圖學M. 長沙:湖南科學技術出版社版社,2010. 附錄中文譯文對薄的,橫向各同性彈性層軸對稱接觸的漸近解摘要對剛性球與一個薄的,橫向各同性彈性層正常接觸的問題進行研究,薄的彈性層建立在剛性基礎上。無論是在極限情況下,其中的接口可以是理想的粘結或無粘結摩擦,并被認為是用于球形壓頭下的接觸壓力和接觸補片的半徑近似解。通過用有限元法預測和比較這些近似解,來確定解決方案的準確性。 關鍵詞:固體潤滑劑;各向異性涂層;有限元法;接觸壓力1引言表面涂層已成為廣泛使用在工程領域,由于它們提供了許多潛在的好處。這些涂層可以是各向同性或各向異性的性質,通常被用于提高接觸特性及改進的配合部件的摩擦性能。表面涂層最普遍的應用是在運行于真空或低壓環(huán)境中的一些滾動元件或滑塊軸承1。涂層通常是非常薄層軟金屬(如金,銀, 鋅及鉛 )層固體(如二硫化鉬和硼氮化物)或聚合物(例如,聚四氟乙烯,聚酰胺復合材料和酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂),其被沉積到襯底上。當固體潤滑劑的涂層被施加到基材上時,接觸應力和位移場顯著從赫茲接觸輪廓的半空間內偏離。這是設計時的顯著問題,因為沒有可用于分析三維涂層表面接觸方法,所以即使簡單的幾何形狀封閉形式也沒很好的解決方案?;仡櫸墨I,許多研究人員調查解析與各向同性彈性層 2-12 軸對稱接觸得問題。各向異性涂料展示更復雜的接觸特性,不是因為他們定向的依賴各向同性彈性層。 Ovaert 13 分析了橫觀各向同性固體潤滑膜的剛性橢球壓頭的打孔問題。 Kuo和科爾 14 通過漢克爾方式取得橫觀各向同性多層介質數(shù)值解變換。 Lovell和洛弗爾以及Khonsari 16采用有限元方法來研究具有彈性基板上的橫向各向同性彈性層接觸的彈性球法向應力和切向的摩擦特性。為了更好地了解層狀介質的接觸,本文的重點是剛性的,無摩擦的橫觀各向同性層上剛性基板的軸對稱縮進。彈性層和剛性基板之間的界面上被假定為理想的粘結或無粘結摩擦。所采取的方法是延續(xù)約翰遜橫觀各向同性彈性涂料的“平面截面后仍保持平面壓縮”的假設2。2 問題描述在考慮剛性的基礎上,其中旋轉對稱層的軸是垂直于所述層和所述襯底之間界面的無限橫觀各向同性彈性層。在所述層和襯底之間的界面將被假定為理想的粘結或無粘結摩擦。一個剛性的球形壓頭穿透層法線方向的自由表面,在表面壓頭與層之間的界面被視為無摩擦。近似解將取決于該層的位移場和應力場。這個問題是軸對稱球形壓頭大約含有多少垂直于橫觀各向同性層和基礎之間界面的質心線。2.1 控制方程圓柱坐標系(r , ,z)與相關聯(lián)的正交向量基,它定義在該層自由表面的平面,并與對稱軸以及z軸一致。如圖所示1,在其引用的位置,也就是說,之前的壓痕彈性層占據(jù)0 Z z = 0處,并定義其自由表面區(qū)域之間的界面層與剛性基層在z =t萬噸。該問題的對稱性決定了位移場u,且具有代表性的是,同時標量分量和與是相互獨立的:假設變形小,| | |1,并且它遵循從方程(1),該位移具有代表性,標量分量rr,zz和rz,這些是在給定位移場條件的標量分量。因此,應力場具有代表性的,與標量分量rr,zz的指向和rz是由給定應變場的標量分量的計算其中C11,C12,C13,C33和C44是為橫觀各向同性彈性層的五個獨立的彈性常數(shù)。最后,假設自身重量和物質加速度場可以忽略不計,所以平衡方程只有兩個非平衡的標量分量。第三個標量平衡方程是平衡滿足時。2.2邊界條件 在變形的結構中,彈性層和剛性球形壓頭之間的接口是一個球形帽,具有一個圓形的正交投影,或接觸印痕,(參見圖1)這個接口被假定為無摩擦,使邊界條件:其中w(r)是球形帽的公式,這樣,如果R是球形壓頭和w*W(0)時壓痕的深度半徑,則如果該彈性層是相對于壓頭很薄,且半徑R t,瓦特,則它遵循aR并且,當所有ra時。因此,對于薄彈性層的壓痕更新方程(7)由下式給出; (7)注意,接觸印痕半徑是關系到球面壓頭半徑R和壓痕深度W *。要求當W(A)= 0時,它對于一個薄的彈性層的公式如(8)。 . (9)該壓痕深度寬W*比彈性層厚度t少,可以由不等式條件表示: (10)該彈性層將被假定為從現(xiàn)在開始要薄,并且近似表達式方程為(9),壓痕輪廓和深度將用于接觸補片的外面,在彈性層的自由表面牽引是無邊界。 (11)邊界條件方程(6),(9)和(11)在自由表面處z = 0處,都是相似的考慮以所有情況。用于彈性層和剛性基礎之間的界面為z= t時,將要考慮的是該接口在理想化的情況下是理想粘結,其相應的邊界條件是, (12)這將被稱為鍵合的情況。其他理想化將要考慮的是這種情況,其中界面彈性層和剛性基礎之間無粘結和摩擦,從而使相應的邊界條件是, , (13)這種將被稱為無粘結情況。3,分析解決方案 約翰遜假設軸對稱變化2說:“飛機的部分壓縮后仍然面壓縮”意味著這是與z無關:; (14)首先,注意,該假設意味著; (15)這意味著壓頭之間的界面在彈性層中,零摩擦邊界條件式(6)1 和正常位移邊界條件方程(6)2 不能同時滿足。優(yōu)先此處是考慮到正常的位移邊界條件。在另一方面,零摩擦邊界條件式(13)1是隱含由零正常位移邊界條件式(13)2。 給定了位移場的假定形式后,它不可能找到平衡方程的解,方程(4)和(5)滿足所有的邊界和內部連續(xù)條件。因此,該解決方案在下面衍生,它們近似值可能非平衡或一些邊界以及內部連續(xù)條件可能不會滿足。不滿足條件的一些誤差程度明確識別并將指示給予有限元分析比較。3.1理想情況下綁定的接口用于粘合的情況下,徑向位移邊界條件式(12)1和假設方程(14)意味著徑向位移消失無處不在的彈性層:, ; (16)注意的是軸向位移的邊界條件方程(6)2和(12)2及平衡方程方程(4)和 (5)與此結果不兼容,也就是說,它們不能同時滿足。因此,判定為滿足軸向位移的邊界條件為平衡方程。假定應變分量是通過均勻彈性層的厚度.; (17)它遵循由應變 - 位移關系式(2)3, 軸向位移的邊界條件方程(6)2和 (12)2和牽引無邊界條件式(11),其因此,該球形壓頭的下方,該組件壓力由下式給出;然而,牽引 - 自由表面之下,應力場消失:, (20)這種近似解滿足所有邊界除摩擦壓條件(6)1 ,該解決方案對應的不是一個理想的結合壓頭和彈性層之間的界面。另外非平衡的應力場和剪切牽引 rz是在不連續(xù)的整個表面R = A上。壓頭之間的接觸壓力P(r)的彈性層為 (21)并與由下式給出的總壓頭載荷P; (22)如下的接觸補片的半徑是與壓頭通過加載; (23)有趣的是注意到,接觸壓力的分布與接觸面半徑的這個近似解為獨立四五個彈性常數(shù);3.2無粘結,無摩擦界面在制定的近似解解析時,應選擇其中的邊界條件,以滿足在某些特別的區(qū)域所得到的值。當然,最終的目的,是獲得一個模型,它提供的預測,是最接近系統(tǒng)的響應。鑒于牽引邊界在方程中給出的條件(6)1及(13)1,我們將假定為一個無粘結的材料,根據(jù)剪應力分量rz 壓頭是可以忽略不計的。 (25)它遵循由式(2)3和軸向位移邊界條件方程(6)2,(13)2是; (26)結合方程(24)和(26),(2)和(3),把以上結果代入式(4)給出的平衡方程為 (27)一般的解決這個歐拉 - 柯西方程為 (28)那等于零在r=0和B2=0的情況下。將方程(26)和(28)代入(2)和(3),并要求這里的zz =0時,當ra然后給出:這種近似解滿足所有邊界條件為0ra時。然而平衡條件式(5)不成立,是因為位移場方程(26)和 (28)是在假定方程(24)不一致,此外,0ra為獨立方程的一個近似解,此領域之外的彈性層響應的接觸壓力由下式給出; (30)總壓頭的載荷P由公式(22)給出,相關的壓頭負載由該接觸結合半徑得 (31)需要注意的是,在這種情況下,接觸壓力分布和接觸面半徑是獨立的彈性常數(shù)。4結果與討論對于提出粘結和無粘結分析的解決方案在第3.1和3.2,但更重要注意的是有適用性的范圍是有限。這兩種近似解決方案只適用于可壓縮,橫向各向同性材料。為了滿足這些條件,材料的剛度矩陣(見式(3)必須是穩(wěn)定和正定:當上述不等式的左邊側接近為零時,材料變得不可壓縮,同時分析解決方案將變得非常不準確。4.1對于降低各向同性材料的解決方案上面導出的結果可以通過以下方式獲得初始近似的準確性,檢查對于各向同性的情況下,降低溶液的涂料。對于各向同性材料,橫觀各向同性中出現(xiàn)的本方程彈性常數(shù) 式(3)減少到其中,E是楊氏模量,是泊松比。它可以認為,對于
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