內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)
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內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)目 錄目 錄I第1章 前 言11.1內(nèi)圓切片機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀11.1.1內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)分析21.1.2國(guó)內(nèi)外內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)備技術(shù)概況41.2課題意義5第2章 內(nèi)圓切片機(jī)的基本原理72.1內(nèi)圓切片機(jī)的原理和特點(diǎn)72.1.1內(nèi)圓切片機(jī)的三種基本運(yùn)動(dòng)72.1.2內(nèi)圓切片機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理72.2 液壓伺服系統(tǒng)的工作原理82.2.1數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的組成82.2.2數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理9第3章 主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)123.1 擺動(dòng)切割方式123.2 精密主軸系統(tǒng)123.3 彈性絲杠螺母副送料系統(tǒng)133.4 液壓傳動(dòng)及其裝置143.5 電控系統(tǒng)15第4章 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)164.1主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)164.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的確定164.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比分配164.2.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和設(shè)計(jì)參數(shù)164.2.3 齒輪模數(shù)的估算及其校核174.2.4 軸各參數(shù)估算及強(qiáng)度校核204.3主軸箱的坐標(biāo)計(jì)算29第5章 結(jié)論31參考文獻(xiàn)II內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)第1章 前 言1.1內(nèi)圓切片機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀為了提高IC生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,IC生產(chǎn)線所需硅圓片直徑不斷增大。為了滿足硅圓片加工的需要,硅片切割設(shè)備一方面向大片徑化方向發(fā)展,另一方面向高精度、高自動(dòng)化及高智能化方向發(fā)展。從世界半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展來(lái)看,八十年代中期普遍使用150m圓片,該生產(chǎn)線于1996年發(fā)展到鼎盛時(shí)期,當(dāng)時(shí)150mm硅片消耗量為世界圓片消耗量的50。1990年開始應(yīng)用200mm圓片,該生產(chǎn)線將于2003年達(dá)到高峰。于此同時(shí),300mm圓片生產(chǎn)線已于1995年建成試驗(yàn)性生產(chǎn)線。從世界范圍來(lái)看,目前已有相當(dāng)一些IC制造商、設(shè)備供應(yīng)商和半導(dǎo)體供應(yīng)商完成了向300mm圓片工藝水平的過渡。但是,硅圓片切割設(shè)備技術(shù)的發(fā)展在IC生產(chǎn)線建線技術(shù)中走在時(shí)間的前列。縱觀世界IC生產(chǎn)線的發(fā)展,發(fā)展速度之快,技術(shù)更新日新月異,給人耳目一新的感覺1。由于集成電路制造工業(yè)的重要性,世界各國(guó)都比較重視,都積極大力發(fā)展各自盼IC制造工業(yè)。IC器件的基礎(chǔ)性材料是半導(dǎo)體硅單晶材料,因此,世界各國(guó)對(duì)硅單晶材料的消耗量反映了一個(gè)國(guó)家的IC制造業(yè)的規(guī)模和工藝水平,同時(shí)各國(guó)硅材料生產(chǎn)及硅圓片生產(chǎn)水平也代表了一個(gè)國(guó)家IC工業(yè)的材料基礎(chǔ)的實(shí)力。由于國(guó)家的高度重視和積極扶持,我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展。2001年在國(guó)際電子制造業(yè)的不景氣情形下,我國(guó)電子制造業(yè)是同期GDP的3倍。我國(guó)電子市場(chǎng)在全球市場(chǎng)中所占的份額由1996年的23上升到2000年的6996;同時(shí)世界集成電路的平均單價(jià)為26美元,我國(guó)集成電路平均單價(jià)由04美元升至05美元。我國(guó)IC工業(yè)具有發(fā)展數(shù)量的空間和具有發(fā)展技術(shù)的空間,這兩大空間,決定了我國(guó)在今后一段時(shí)期內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)保持快速發(fā)展。當(dāng)前,我國(guó)擁有8家集成電路芯片制造企業(yè),其中2家采用200mm生產(chǎn)線。正在建設(shè)和計(jì)劃建設(shè)的生產(chǎn)線包括:北京信創(chuàng)(150mm)、首鋼華夏(200mm)、上海先進(jìn)(200mm)、上海貝嶺(200mm)和杭州士蘭(150m)等,這些生產(chǎn)線23年內(nèi)可望建成投產(chǎn)。拿深圳、上海兩地為例:深圳計(jì)劃在35年內(nèi)建成815條前工藝生產(chǎn)線。上海計(jì)劃于2005年前,先行完成4條812英寸晶圓生產(chǎn)線,以實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)240萬(wàn)片,產(chǎn)能11億平方英寸的生產(chǎn)目標(biāo)。以上項(xiàng)目的建設(shè),為硅材料加工行業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)。以上海規(guī)劃年產(chǎn)240萬(wàn)片為例,240萬(wàn)片折合200mlCZ法單晶硅片240噸(這一數(shù)據(jù)為日本2001年晶圓單晶硅產(chǎn)量的十分之一,2001年日本晶圓單晶硅產(chǎn)量為2153噸)。從目前國(guó)內(nèi)硅圓片加工行業(yè)來(lái)看,在我國(guó)具有相當(dāng)規(guī)模的半導(dǎo)體材料生產(chǎn)及加工企業(yè)中,其單晶硅年產(chǎn)量徘徊在50噸的水平,并且其生產(chǎn)的硅圓片的數(shù)量,較多集中在125mn圓片的加工范圍。硅圓片的加工方法一直延用以下工藝過程:晶棒成長(zhǎng)晶棒裁切與檢測(cè)外徑滾磨切片圓邊(倒角)表層研磨蝕刻一去疵拋光清洗檢驗(yàn)包裝硅圓片切片工藝過程中多應(yīng)用內(nèi)圓切割技術(shù),該技術(shù)于二十世紀(jì)七十年代末發(fā)展成熟。隨著硅圓片直徑的增大,內(nèi)圓切割工藝中所需內(nèi)圓刀片尺寸增大,刀片張緊力也相應(yīng)增大。同時(shí)刀片刃口的加厚增加了切割損耗,高速切割使硅片表面的損傷層及刀具損耗加大。這些缺點(diǎn)使內(nèi)圓切割技術(shù)在大片徑化方向中提高效率,降低生產(chǎn)成本受到制約。加之當(dāng)時(shí)內(nèi)圓刀具制作上的困難,基于這種情況,國(guó)際上又發(fā)展了一種多線切割(后簡(jiǎn)稱線切割)技術(shù)工藝方法。1.1.1內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)分析200mm以上規(guī)格硅單晶圓片切割加工可采用內(nèi)圓切割技術(shù)或線切割技術(shù)兩種切割方式。在硅圓片規(guī)?;a(chǎn)中,線切割技術(shù)作為主流加工方式,逐步取代傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割技術(shù)方式。但在所有硅材料切片加工中,內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中互為補(bǔ)充而存在。眾所周知,隨著硅圓片直徑的增大,內(nèi)圓切割技術(shù)的缺點(diǎn)使硅片表面的損傷層加大(約為3040微米)。線切割技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是效率高(大約為內(nèi)圓切割技術(shù)的68倍。在8小時(shí)左右切割過程中一次可切出400圓片左右)。切口小,硅棒切口損耗小(約為內(nèi)圓切割技術(shù)的60%,這相當(dāng)于內(nèi)圓切片機(jī)切割6片圓片而節(jié)約出1塊圓片),切割的硅片表面損傷層較淺(約為1015微米),片子質(zhì)量人為因素少。但線切割技術(shù)同內(nèi)圓切割技術(shù)相比有其明顯的弱點(diǎn),一是片厚平均誤差較大(約為內(nèi)圓切割技術(shù)2倍)。二是切割過程中智能檢測(cè)控制不易實(shí)現(xiàn)。三是切割過程的成功率要求較高,風(fēng)險(xiǎn)大,一但斷絲而不可挽救時(shí),直接浪費(fèi)一根單晶棒。四是不能實(shí)現(xiàn)單片質(zhì)量控制,一次切割完成后,才能檢測(cè)一批圓片的切割質(zhì)量,并且圓片之間切割質(zhì)量也不相同。在這些方面,內(nèi)圓切割技術(shù)卻顯示出其優(yōu)越性來(lái)。具體表現(xiàn)在:(I)切片精度高。(2)切片成本低,同規(guī)格級(jí)的內(nèi)圓切片機(jī)價(jià)格為線切割機(jī)價(jià)格l3l4,線切割機(jī)還需配置專用粘料機(jī)。(3)每片都可調(diào)整。(4)小批量多規(guī)格加工時(shí)靈活的加工可調(diào)性(5)自動(dòng)、單片方式切換操作方便性。(6)低成本的輔料(線切割機(jī)磨料及磨料液要定時(shí)更換)。(7)不同片厚所需較小的調(diào)整時(shí)間。(8)不同棒徑所需較小的調(diào)整時(shí)間。(9)修刀、裝刀方便。八十年代中后期人們普遍認(rèn)為:隨著硅硬脆材料塊大片徑化發(fā)展,線切割技術(shù)是硅片切割的主流技術(shù),在規(guī)模化晶圓片切割中將取代內(nèi)圓切割技術(shù)。因此人們加大了對(duì)200m以上線切割機(jī)的研究,以解決其技術(shù)不足。例如1996年7月,日本日平外山公司研制成功300mm晶圓片線切割機(jī)(MNM444)。切片機(jī)已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料、石英、陶瓷、鐵氧體、鈮酸鋰等硬脆材料的切割,是半導(dǎo)體加工的重要工序,在國(guó)內(nèi)外許多材料加工單位普遍采用2。切片機(jī)直接影響到硬脆材料塊的成本、質(zhì)量以及各種性能。目前,硬脆材料塊切割主要的方法有金剛石內(nèi)圓切割和線切割但是作為成熟工藝技術(shù)的內(nèi)圓切割技術(shù)在大直徑化發(fā)展方向上并沒有失掉其有利的地位,并隨著IC器件大片徑化發(fā)展同時(shí)其技術(shù)不斷創(chuàng)新。1998年1月,日本旭日金剛石工業(yè)公司推出T-SM-300內(nèi)圓切片機(jī),標(biāo)志著內(nèi)圓切割技術(shù)又上了一個(gè)新的臺(tái)階 ??上驳氖牵@種設(shè)備在刀片直徑增大情況下,仍采用較小的刀口厚度(038mm)。從相對(duì)意義而言,這種較小的刀口厚度降低了刀口硅材料消耗。并且,該內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)制造采用了一系列先進(jìn)技術(shù),使刀口處寬度變化控制在036一O38枷。這與200mm晶圓片切片加工時(shí)的刀口寬度的擺幅變化(O34038)是一樣的。由此可見300mm內(nèi)圓切割設(shè)備制造精度和工作動(dòng)態(tài)精度之高。由于內(nèi)圓切片機(jī)晶棒端磨技術(shù),切割過程中的自動(dòng)修刀系統(tǒng)及刀片導(dǎo)向系統(tǒng)以及動(dòng)態(tài)檢測(cè)和自診斷系統(tǒng)等智能化技術(shù)的應(yīng)用,以單片切割質(zhì)量的控制成為優(yōu)勢(shì)條件,使內(nèi)圓切片機(jī)切片質(zhì)量很高(300m片子的平均厚度變化差在0.Olmm以內(nèi)),為IC器件提供了優(yōu)良的晶圓片。同對(duì),機(jī)械手自動(dòng)單片取片也使連續(xù)切割的成片率的可靠性大大提高。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中互為補(bǔ)充而存在。同時(shí)我們認(rèn)為:(1)在新建硅圓片加工生產(chǎn)線上,規(guī)模在年產(chǎn)量達(dá)50噸以上硅單晶加工生產(chǎn)線,并且圓片品種主要針對(duì)較大數(shù)量集成電路用硅圓片時(shí),切割設(shè)備選型可定位在線切割機(jī)上,同時(shí)大規(guī)模、單一硅圓片品種(主要指圓片的厚度規(guī)格品種)的太陽(yáng)能級(jí)圓片加工,切割設(shè)備選型也可定位在線切割機(jī)上。厚度規(guī)格品種的多少,直接關(guān)系到線切割機(jī)排線導(dǎo)輪備件的多少。該排線導(dǎo)輪目前國(guó)內(nèi)無(wú)法配套,國(guó)外供應(yīng)商配套,價(jià)格較高。頻繁更換排線導(dǎo)輪增加了輔助時(shí)間,還會(huì)增加線絲的浪費(fèi)(2)生產(chǎn)規(guī)模較小的生產(chǎn)單位或多品種硅圓片生產(chǎn)并具有較大規(guī)模的生產(chǎn)單位,在設(shè)備選型上,應(yīng)首先考慮選用內(nèi)圓切片機(jī)。1.1.2國(guó)內(nèi)外內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)備技術(shù)概況在國(guó)內(nèi)引進(jìn)的內(nèi)圓切片機(jī)機(jī)型中主要有瑞士M&B公司和日本東京精密株式會(huì)社(TOKYO)兩公司的內(nèi)圓切片機(jī)機(jī)型。這幾年隨著國(guó)外硅片生產(chǎn)公司的設(shè)備更新,在國(guó)內(nèi)引進(jìn)了二手的日本TOYO公司生產(chǎn)的200mm規(guī)格的切片機(jī),但數(shù)量不是很多。M&B公司以臥式機(jī)型為主,TOKYO公司以立式機(jī)型為主。在切片機(jī)主軸支撐方式上,MB公司以空氣軸承為發(fā)展方向。TOKYO公司以滾動(dòng)軸承和空氣軸承兩種形式發(fā)展。由于以空氣軸承支撐的主軸結(jié)構(gòu)的內(nèi)圓切片機(jī),在技術(shù)和制造成本上較高,因而其價(jià)格比以滾動(dòng)軸承支撐的主軸結(jié)構(gòu)的內(nèi)圓切片機(jī)高出近10萬(wàn)美元。因而,TOKYO公司以滾動(dòng)軸承支撐的主軸結(jié)構(gòu)的切片機(jī)為主要發(fā)展方向,腿B公司的產(chǎn)品中150mm主流機(jī)型有TS23、TS202(TS23增強(qiáng)型)兩種。200mm的主流機(jī)型有TS205、TS206兩款機(jī)型。TS205機(jī)型主要用于200mm晶捧齊端頭、切樣片和切斷,TS206機(jī)型則是集中了內(nèi)圓切片機(jī)所有現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)型。TOKYO公司的TSK系列內(nèi)圓切片機(jī)中,150mm200mm規(guī)格機(jī)型有S-LM-227D,s-LM-227DR,s-LM434E,s-LM-534B機(jī)型,其產(chǎn)品檔次和技術(shù)含量隨型號(hào)的大小而增加。2002年3月26日27日在上海國(guó)際展覽中心舉行國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備與材料展覽暨研討會(huì)(SEMICONCHINA 2002)期間,除了MB公司繼續(xù)宣傳他們的內(nèi)圓切片機(jī)和線切割機(jī)外、TOKYO公司沒有專項(xiàng)宣傳切片機(jī)機(jī)型,在他們的宣傳資料中涉及到切片機(jī)內(nèi)容也不多,這可能與TOKYO產(chǎn)品戰(zhàn)略調(diào)整有關(guān),TOKYO產(chǎn)品開始涉及到后封裝設(shè)備,研磨拋光和化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域了。在線切割機(jī)方面TOKYO公司拋棄了自行設(shè)計(jì)的多線鋸w-SL-300-500,轉(zhuǎn)而把瑞士HCT公司多線鋸系列作為經(jīng)營(yíng)對(duì)象。M&B公司內(nèi)圓切片機(jī)同2001年北京展示的相同,僅推薦TS23、TS206兩種,TS23機(jī)型是在原機(jī)型上加裝了防護(hù)罩,使操作環(huán)境變好。TS23機(jī)型的生命期己延續(xù)了20年之久,該機(jī)型在國(guó)內(nèi)用戶中也反映良好。內(nèi)圓切斷機(jī)為TS205、TS207兩種。M&B同TSK不同,該公司一直從事材料切割技術(shù)研究工作。國(guó)內(nèi)在內(nèi)圓切片機(jī)研制中僅有信息產(chǎn)業(yè)部電子第四十五研究所。其內(nèi)圓切片機(jī)機(jī)型在國(guó)內(nèi)硅片切割行業(yè)應(yīng)用的范圍涵蓋了從50mm到200mm圖片的切片加工,QP-613機(jī)型應(yīng)用范圍為中125m150mm圓片切割加工,QP-816機(jī)型應(yīng)用于200mm圓片切割加工。這些機(jī)型技術(shù)層次為國(guó)外九十年代初期的水平。在以上諸多機(jī)型中以TS206,S-LM-534B兩種機(jī)型集中了當(dāng)今內(nèi)圓切片機(jī)制造的最高技術(shù)。但是需要指出的是,這些主要技術(shù)停滯了將近10年。其技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)精密主軸制造技術(shù):不論是采用空氣靜壓軸承支撐的主軸技術(shù)還是以精密滾動(dòng)軸承支撐的主軸技術(shù),都是保證切片機(jī)主軸高精度、高壽命及保證切片質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。(2)精密伺服定位技術(shù):這是保證切片機(jī)切片厚度均勻、誤差小,減少磨片時(shí)間的關(guān)鍵技術(shù)。(3)機(jī)械手技術(shù):保證切片后可靠的取片,減少片子意外損壞的技術(shù)。(4)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù);是刀片導(dǎo)向系統(tǒng)及自動(dòng)修刀系統(tǒng)應(yīng)用和單片質(zhì)量控制的前提條件。(5)CNC控制技術(shù):對(duì)機(jī)器進(jìn)行控制及保證自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的一軟硬件技術(shù)。(6)直流伺機(jī)服技術(shù):保證切片質(zhì)量,提供可靠的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的技術(shù)。(7)精密滾動(dòng)導(dǎo)軌:保證切片時(shí)片子的平行度、翹曲度、粗糙度機(jī)械導(dǎo)向技術(shù)。(8)端磨技術(shù):提高片子表面彎曲度、翹曲度和表面粗糙度的技術(shù)。1.2課題意義 (1)利用CNC技術(shù)實(shí)現(xiàn)精密內(nèi)圓切片機(jī)的控制,探索出一條制造經(jīng)濟(jì)高效、精密可靠?jī)?nèi)圓切片機(jī)的思路。(2)該設(shè)備的研制成功不僅能夠增加企業(yè)產(chǎn)品數(shù)量、提高本企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)也解決了晶圓生產(chǎn)廠同類產(chǎn)品依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀。在設(shè)計(jì)過程中借鑒、吸收國(guó)外相同、相近產(chǎn)品的優(yōu)秀技術(shù)和成果,也為產(chǎn)品的智能化、大直徑切削設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供了有益的借鑒。31第2章 內(nèi)圓切片機(jī)的基本原理2.1內(nèi)圓切片機(jī)的原理和特點(diǎn)2.1.1內(nèi)圓切片機(jī)的三種基本運(yùn)動(dòng)作為內(nèi)圓切片機(jī),要完成一個(gè)工作循環(huán)必須具備三種基本運(yùn)動(dòng),即刀片高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) (主軸系統(tǒng)),被切割材料按設(shè)定片厚值步進(jìn)送料運(yùn)動(dòng)(進(jìn)料系統(tǒng) )以及 內(nèi)圓刀片柑對(duì)被切割材料作切割運(yùn)動(dòng)(切割進(jìn)給系統(tǒng) )。另外,在切割過程 中所 切硬脆材料塊停置于刀盤內(nèi),為了將硬脆材料塊取出 ,必須將被切豺材料退出內(nèi)圓刀片刃口位置,這一退料運(yùn)動(dòng)是切片機(jī)的輔助運(yùn)動(dòng)。不同類型的切片機(jī)就是采用了不同類型的機(jī)構(gòu)以及機(jī)構(gòu)布局實(shí)現(xiàn)這三種基本運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。2.1.2內(nèi)圓切片機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理內(nèi)圓切片機(jī)主要由刀盤(主軸系統(tǒng)),送料箱 ,切割油缸,調(diào)晶向機(jī)構(gòu),液壓站,液壓系統(tǒng)工作臺(tái),電控框,電控箱(操作面板)等組成。因夾持內(nèi)圓刀片的主軸軸線呈水平位置,因此該機(jī)為臥式結(jié)構(gòu)。送料箱也相應(yīng)呈水平位置,所以?shī)A持被切割材料也為臥式安裝 ?;凇芭P式”這一特點(diǎn),被切割材料直徑增大,長(zhǎng)度加長(zhǎng),這就為該機(jī)型切割大直徑硬脆材料塊提供了可能。該機(jī)工作原理:內(nèi)圓刀片夾持在刀盤間,刀盤安裝在主軸系統(tǒng)上,實(shí)現(xiàn)內(nèi)圓刀片的高速旋轉(zhuǎn)。送料箱夾持硬脆材料塊,由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母副按預(yù)置量進(jìn)行步進(jìn)送料,送料箱安裝在具有三維調(diào)晶向機(jī)構(gòu)上,實(shí)現(xiàn)硬脆材料塊晶向調(diào)節(jié)切割功能。調(diào)晶向機(jī)構(gòu)安裝在工作臺(tái)上,工作臺(tái)相對(duì)于主軸軸線方向向前,后退 動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)硬脆材料塊相對(duì)于內(nèi)圓刀片刃口進(jìn)料、退料輔助運(yùn)動(dòng),可以很方便將 已切成的一疊硬脆材料塊從刀盤內(nèi)取出。主軸系統(tǒng)安裝在擺動(dòng)支架上,擺動(dòng)支架在切割油缸驅(qū)動(dòng)下作往復(fù)上下運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)內(nèi)圓刀片相對(duì)于硬脆材料塊的切割運(yùn)動(dòng)。這樣,一方面內(nèi)圓刀片高速旋轉(zhuǎn),一方面內(nèi)圓刀片隨擺動(dòng)架作擺動(dòng)切割 ,即完成一個(gè) 切片循環(huán),這就是“擺動(dòng)切割”方式 。其主要技術(shù)指標(biāo):1、最大加工尺寸: 60*80mm; 2、切割速度:530mm/min; 3、切割片厚:0.30mm; 4、橫向/縱向行程:110/100mm; 5、主軸電機(jī):2800r/min;6、主軸轉(zhuǎn)速:4000 r/min;7、切片種類:100;8、片數(shù)設(shè)定范圍:200pcs9、液壓系統(tǒng)壓力:1.2MPa2.2 液壓伺服系統(tǒng)的工作原理國(guó)內(nèi)在液壓的精密控制領(lǐng)域通常采用傳統(tǒng)的電液伺服控制系統(tǒng),但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)環(huán)節(jié)多而不能由電脈沖信號(hào)直接控制。對(duì)于現(xiàn)代液壓伺服控制需考慮:環(huán)境和任務(wù)復(fù)雜,普遍存在較大程度的參數(shù)變化和外負(fù)載干擾;非線性的影響,特別是閥控動(dòng)力機(jī)構(gòu)流量非線性的影響;有高的頻寬要求及靜動(dòng)態(tài)精度的要求,須優(yōu)化系統(tǒng)的性能;微機(jī)控制與數(shù)字化及離散化帶來(lái)的問題;如何通過“軟件伺服”達(dá)到簡(jiǎn)化系統(tǒng)及部件的結(jié)構(gòu)3。因此發(fā)達(dá)國(guó)家已應(yīng)用數(shù)字控制,即數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)來(lái)取代電液伺服控制系統(tǒng),經(jīng)過幾年的努力,設(shè)計(jì)并研制成功自己的數(shù)控液壓伺服系統(tǒng),它超越了傳統(tǒng)的電液伺服控制系統(tǒng),大大提高控制精度。本文僅就該系統(tǒng)作簡(jiǎn)要介紹。2.2.1數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的組成系統(tǒng)由數(shù)控裝置、數(shù)控伺服閥、數(shù)控液壓缸或液馬達(dá)、液壓泵站4大部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖2.1 數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的組成(1)數(shù)控裝置:包括控制器、驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)。之所以要采用步進(jìn)電機(jī),是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,使步進(jìn)電機(jī)的性能在快速性和可靠性方面能夠滿足數(shù)控液壓系統(tǒng)的要求,而其價(jià)格低廉,又由于數(shù)控液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn),所需步進(jìn)電機(jī)功率較小,不需采用寬調(diào)速伺服電機(jī)等大功率伺服電機(jī)系統(tǒng),就能大大降低成本。(2)液壓缸、液馬達(dá)和液壓泵站是液壓行業(yè)的老產(chǎn)品,只要按數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的要求選取精度較高的即可應(yīng)用。(3)伺服控制元件是液壓伺服系統(tǒng)中最重要、最基本的組成部分,它起著信號(hào)轉(zhuǎn)換、功率放大及反饋等控制作用。所以整個(gè)數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵部件就是數(shù)控伺服閥,它必需將電脈沖控制的步進(jìn)電機(jī)的角位移精確地轉(zhuǎn)換為液壓缸的直線位移(或液馬達(dá)的角位移)。也可以說,只要有了合格的數(shù)控伺服閥,就能獲得不同的數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)。2.2.2數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理1、數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示,數(shù)控液壓缸的結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。1-步進(jìn)電機(jī)2-法蘭3-螺釘4-閥體5-聯(lián)軸節(jié) 6-限動(dòng)蓋7-定為套8-芯軸9-閥桿10-閥套 11-擋墊12-隔墊13-軸承14-密封圈15-螺蓋16-反饋螺母P-壓力油孔O-回油孔圖2.2數(shù)控液壓伺服閥結(jié)構(gòu)1-步進(jìn)電機(jī)2-法蘭3-螺釘4-閥體5-聯(lián)軸節(jié)6-限動(dòng)蓋7-定位套8-芯軸9-閥桿10-閥套11-擋墊12-隔墊13-軸承14-密封圈15-螺蓋16-反饋螺母17-鎖緊螺母18-活塞 19-反饋螺桿副20-油管21-油缸體22-接頭23-支撐蓋24-活塞桿a、b-進(jìn)、回油孔25-錐銷圖2.3數(shù)控液壓缸2、工作原理(1)、數(shù)控液壓伺服閥和液壓缸匹配工作原理如圖2.2和圖2.3所示,步進(jìn)電機(jī)1通過法蘭2用螺釘3與閥體4聯(lián)接,電機(jī)軸通過聯(lián)軸節(jié)5與芯軸8聯(lián)接,閥桿9被定位套7固定在芯軸8上,閥桿可隨芯軸在閥套10中軸向移動(dòng),閥套被限動(dòng)蓋6固定在閥體4中,壓力油口P、回油口O分別與閥體上相應(yīng)的油道相通,閥體4的左端有2只球軸承13被檔墊11和隔墊12定位,用螺蓋15固定在閥體中,反饋螺母16被兩只球軸承固定;芯軸8的左端加工有外螺紋,擰入反饋螺母的內(nèi)螺紋中。當(dāng)有電脈沖輸入,步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生角位移,帶動(dòng)芯軸角位移,由于反饋螺母被2只球軸承固定,不能軸向移動(dòng),螺母與活塞桿中的反饋螺桿剛性連接,在活塞桿靜止的條件下也不能轉(zhuǎn)動(dòng),迫使芯軸產(chǎn)生直線位移,帶動(dòng)閥桿產(chǎn)生軸向位移,打開閥的進(jìn)、回油通道,壓力油經(jīng)閥套開口處進(jìn)入液壓缸,油壓推動(dòng)活塞作直線位移,由于活塞桿固定在機(jī)床導(dǎo)軌上不能轉(zhuǎn)動(dòng),迫使活塞桿中的反饋螺桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)伺服閥的反饋螺母旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)方向與芯軸方向相同,使芯軸巡回原位,當(dāng)芯軸退回到O位時(shí),閥桿關(guān)閉了進(jìn)、回油口,油缸停止運(yùn)動(dòng),活塞桿運(yùn)動(dòng)的方向、速度和距離由計(jì)算機(jī)程序控制。數(shù)控伺服液壓缸完成了一次脈沖動(dòng)作。(2)、數(shù)控伺服閥和液馬達(dá)匹配工作原理如圖2.4所示,液馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)軸用鍵26與閥的反饋螺母16聯(lián)接,液馬達(dá)的進(jìn)、回油接頭與閥的相應(yīng)接頭聯(lián)接,當(dāng)有電脈沖輸入時(shí),步進(jìn)電機(jī)按指令方向旋轉(zhuǎn),由于反饋螺母16不能軸向移動(dòng),芯軸8放置產(chǎn)生軸向位移量,帶動(dòng)閥桿9軸向移動(dòng),打開液馬達(dá)的進(jìn)、回油通道,油壓使旋轉(zhuǎn)軸27旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)反饋螺母16同向旋轉(zhuǎn),由于反饋螺母16不能軸向位移,使芯軸8產(chǎn)生軸向位移,當(dāng)移動(dòng)量達(dá)到一定時(shí),閥桿關(guān)閉進(jìn)、回油通道,液馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng),完成一次脈沖動(dòng)作,其轉(zhuǎn)動(dòng)的方向、速度和角位移由計(jì)算機(jī)程序控制。1-步進(jìn)電機(jī)2-法蘭3-螺釘4-閥體5-聯(lián)軸節(jié) 6-限動(dòng)蓋7-定位套8-芯軸9-閥桿10-閥套 11-擋墊12-隔墊13-軸承14-密封圈15-螺蓋16-反饋螺母26-鍵27-旋轉(zhuǎn)軸28-油管接頭29-液馬達(dá)殼體30-安裝孔a、b-進(jìn)、回油孔圖4數(shù)控伺服閥和液馬達(dá)匹配第3章 主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 擺動(dòng)切割方式 在內(nèi)圓切片機(jī)系列中,完成切割運(yùn)動(dòng)一般多采甩直線導(dǎo)軌的形式來(lái)完成這一功能。本設(shè)計(jì)內(nèi)圓切片機(jī)采用擺動(dòng)切割方式其原理見圖3.1。主軸系統(tǒng)安裝在擺 動(dòng)臂上,在切割油缸驅(qū)動(dòng)下,繞中心軸上下擺動(dòng),同時(shí)刀盤夾掙內(nèi)圓刀片高速旋 轉(zhuǎn),來(lái)完成切割、返回的工作循環(huán)。采用擺動(dòng)切割方式 ,省去了直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu),其上下擺動(dòng)的直線性精度 , 由中心軸一對(duì)圓錐滾子軸承裝配精度保證。同直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)相比,它制造簡(jiǎn)單,精 度容易保證,精度保持性長(zhǎng)。圖3.1 擺動(dòng)切割原理3.2 精密主軸系統(tǒng)決定內(nèi)圓切片機(jī)切片質(zhì)量的另一主要因素是主軸系統(tǒng)。在對(duì)半導(dǎo)體單晶體 進(jìn)行切割時(shí),內(nèi)圓刀片內(nèi)刃口線速度一般要求在178ms左右 ,切割速度一般為40mmmin左右。因此主軸轉(zhuǎn)速按所夾持內(nèi)圓刀片規(guī)格不同而不同,本設(shè)計(jì)切片機(jī)設(shè)計(jì)主軸最高轉(zhuǎn)速為2500rpm。圖3.2 主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)因夾持內(nèi)圓刀的刀盤體積較大,夾持外徑422內(nèi)圓刀片的刀盤重量為57:5kg,而且為了保證已切硬脆材料塊在內(nèi)圓刀片刃口另一面 (刀盤內(nèi))容料長(zhǎng)度,主軸系統(tǒng)的懸伸量較大,懸伸量與主軸平均直徑之比為2.5。同時(shí),考慮到主軸旋轉(zhuǎn)精度,主軸剛度,主軸高速旋轉(zhuǎn)抗震性以及主軸壽命等諸多因素,我設(shè)計(jì)了圖3.2所示的主軸結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)類同于內(nèi)圓磨床磨具主軸結(jié)構(gòu),通過適當(dāng)加太主軸軸徑,增大軸承支承跨度等辦法,使主軸滿足使用要求 。3.3 彈性絲杠螺母副送料系統(tǒng)本設(shè)計(jì)的內(nèi)圓切片機(jī)進(jìn)科精度設(shè)計(jì)為5m,圖3.4為送料系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)。本機(jī)采用傳動(dòng)比i為 l2.5齒輪減速傳遞至絲杠螺母副實(shí)現(xiàn)步進(jìn)送料。圖 3.4所示傳動(dòng)系統(tǒng)為開環(huán)控制。為了達(dá)到最終送料精度,一方面提高整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)精度外,另一方面采用了獨(dú)特的彈性絲杠螺母機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)中,螺母沿軸線方向類似于彈性?shī)A頭形式對(duì)稱開二條彈性槽,使螺母圓柱體呈整體不可分離 的四瓣體,這樣,因絲杠裝配或直線導(dǎo)軌導(dǎo)向精度誤差造成的絲杠與螺母不同軸而產(chǎn)生內(nèi)力,由螺母的彈性體而減小或消除,因而保證了絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)精度這一送料系統(tǒng)的采用,保證了切片過程中硬脆材料塊厚度一致性要求。圖3.2 送料系統(tǒng)3.4 液壓傳動(dòng)及其裝置本設(shè)計(jì)內(nèi)圓切片機(jī)切割運(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)進(jìn)退運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng),圖3.5為該機(jī)液壓系統(tǒng)圖。圖3.5 液壓系統(tǒng)圖在該系統(tǒng)中,貯能器用來(lái)吸收,減小液壓泵打入高壓液的脈動(dòng)以及緩和電液換向閥(14)換向時(shí)沖擊力,為切割油缸均勻驅(qū)動(dòng)奠定基礎(chǔ),保證硬脆材料塊切割表面粗糙度的質(zhì)量要求。切割運(yùn)動(dòng)循環(huán)由電液換向閣控制,目的是通過電液換向閥換向延時(shí)性來(lái)減小退刀過程中沖擊,增強(qiáng)了切割過程中的平穩(wěn)性。工作臺(tái)油缸采用進(jìn)油路調(diào)速方式。切割油缸采用回油路調(diào)速方式,以增強(qiáng)切割過程中調(diào)速平穩(wěn)性,同時(shí)采用精密2FRM5型調(diào)速閥(17)進(jìn)行大范圍穩(wěn)定調(diào)速二位二通電磁閥(16)用于防止停機(jī)后刀盤西自身重量下沉的可能。背壓閥(12)在整個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生背壓,增強(qiáng)系統(tǒng)工作平穩(wěn)性。整個(gè)系統(tǒng)工作動(dòng)作見表1。表1 系統(tǒng)動(dòng)作一覽表1DT2DT3DT4DT5DT工作臺(tái)快退+-工作臺(tái)工進(jìn)-+-切割快退-+-切割工進(jìn)-+-+3.5 電控系統(tǒng)本設(shè)計(jì)內(nèi)圓切片機(jī)是以MCS-51系列中8031為中央處理機(jī)作為控制主單元 的控制系統(tǒng),以此控制系統(tǒng)完成主軸轉(zhuǎn)速測(cè)速顯示,切割速度測(cè)速顯示,片厚、片數(shù)撥碼預(yù)置及顯示,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),電磁閥動(dòng)作,開關(guān)等多種功能,保證了機(jī)器工作的可靠性在該電控系統(tǒng)中,主軸轉(zhuǎn)速由霍爾元件檢測(cè),切割速度由光柵尺 檢測(cè),主軸轉(zhuǎn)速,切割速度在操作面板上顯示 。片厚片數(shù)預(yù)置 ,在操作面板上通過撥碼開關(guān)完成,并在自動(dòng)循環(huán)過程中自動(dòng)累計(jì)顯示一個(gè)循環(huán)過程中所切硬脆材料塊數(shù)量以及該機(jī)工作臺(tái)所切硬脆材料塊總數(shù)。為了使機(jī)器能正常工作,本機(jī)設(shè)有冷卻、刀片變形、水壓、油壓差四種故障診斷顯示為用戶排除故障,保證切片質(zhì)量提供方便。這種集操作、檢測(cè)、診斷、顯示為一體的電控系統(tǒng)為整機(jī)使用帶來(lái)很大優(yōu)越性。此外本設(shè)計(jì)的切片機(jī)首次應(yīng)用了刀片變形跟蹤惻試系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,由電渦流電磁傳感器對(duì)高速旋轉(zhuǎn)片進(jìn)行動(dòng)態(tài)撿測(cè),經(jīng)專用電控裝置控制顯示刀片切割過程中的微變形,將刀片變形控制在預(yù)定范圍由,同時(shí)具有打印變形數(shù)據(jù)功能。這一裝置的采用為用戶方便使用,提高硬脆材料塊切割成品率,提高刀片壽命,降低生產(chǎn)成本都是非常有益的。第4章 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)4.1主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)圖,是根據(jù)三圖一卡整理編繪出來(lái)的,其內(nèi)容包括主軸箱設(shè)計(jì)的原始要求和已知條件 在編輯此圖時(shí)從三圖一卡中一已之1) 主軸箱輪廓尺寸500500mm。2) 工件位置尺寸及連桿大小頭中心位置尺寸。3) 工件與主軸箱位置尺寸。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖。4.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的確定4.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比分配 本機(jī)床主軸箱采用三級(jí)傳動(dòng): 傳動(dòng)比為3.765 根據(jù)所提供數(shù)據(jù)估算各對(duì)齒輪齒輪數(shù)及傳動(dòng)比: 第一對(duì):=22 =32 其傳動(dòng)比 : i=1.45 第二對(duì): =26 =38 其傳動(dòng)比 :i=1.46第三對(duì): =32 =57 其傳動(dòng)比 : i=1.78 按任務(wù)書的要求,本機(jī)床要同時(shí)粗銑兩端面。因被加工零件兩端面所要達(dá)到的各級(jí)參數(shù)都完全相同,故設(shè)計(jì)成相互對(duì)稱的傳動(dòng)系統(tǒng)。4.2.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和設(shè)計(jì)參數(shù)(1) 推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩1 各軸的轉(zhuǎn)速: 2 各軸輸入功率分別為齒輪傳動(dòng)效率 3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 4.2.3 齒輪模數(shù)的估算及其校核(1) 估算 齒輪彎曲疲勞的估算 齒面點(diǎn)蝕的估算 其中為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速,A為齒輪的中心距,由中心距A 及齒數(shù)Z1、Z2求其摸數(shù) 根據(jù)估算所得和中較大的值選取相近的標(biāo)準(zhǔn)摸數(shù)對(duì)于第一對(duì)齒輪: 第二對(duì)齒輪: mm =2.76mm 取摸數(shù)m為3 第二對(duì)齒輪: =2.4mm mm 取摸數(shù)m為3 第三對(duì)齒輪: 取摸數(shù)m 為3(2) 齒輪模數(shù)計(jì)算及強(qiáng)度校核1 選定齒輪類型、精度、材料及齒數(shù) 1) 按照所示的傳動(dòng)方案選用直齒圓拄齒輪傳動(dòng) 2) 組合機(jī)床為一般工作機(jī)器,速度不高,故選用7級(jí)精度 3) 材料選擇:選用小齒輪材料40,硬度為280HBS,大齒輪材料為45號(hào)鋼硬度為240HBS,二者材料硬度為40HBS 4) 選小齒輪齒數(shù)Z1=22 大齒輪齒數(shù)Z2=32 2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式機(jī)械設(shè)計(jì)第七版進(jìn)行試算,所涉及的公式到機(jī)械設(shè)計(jì)的第七版得。 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1) 試選擇載荷系數(shù) 2 ) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 3 ) 由表中可得選取齒寬系數(shù)為1 4) 由表中可查材料彈性系數(shù) 5) 由圖可知 按齒輪面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 6 )計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7 )由圖可知 查得接觸疲勞壽命系數(shù)8) 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力取失效概率為1% 安全系數(shù)S=1 則有:(3) 計(jì)算(1) 試算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值: 由于大于等于58.286毫米,故取為66毫米。(2) 計(jì)算摸數(shù) (4) 按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由公式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為:1 由圖則有小齒輪的彎曲強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度極限,大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限2 由表上則有彎曲的疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù) 3 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力:取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由書中的公式有: 4 計(jì)算載荷系數(shù)K K=1X1.12X1.2X1.35=1.814 5 查取齒形系數(shù) 6 查取應(yīng)力系數(shù)7 計(jì)算大,小齒輪的并加以比較: 大齒輪的計(jì)算值大。(2) 設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)比計(jì)算結(jié)果,取,則有: 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng),既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度,又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度,并做到結(jié)構(gòu)緊湊,避免浪費(fèi)。 此時(shí)關(guān)于幾何計(jì)算1、計(jì)算分度圓的直徑: 2、計(jì)算中心距: 3、計(jì)算齒輪寬度:通過查閱組合機(jī)床手冊(cè)得 (3) 第二對(duì)齒輪的計(jì)算,經(jīng)校核有: (4)第三對(duì)齒輪的計(jì)算,經(jīng)校核有: 4.2.4 軸各參數(shù)估算及強(qiáng)度校核一、傳動(dòng)軸的估算 (1)估算軸的最小直徑,按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算,先按照下列初步估算的最小直徑,選取軸的材料45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理。 式中: 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,單位兆帕 T 軸所受的扭矩 軸的抗扭截面系數(shù) n 軸的轉(zhuǎn)速 p軸的傳遞的功率 d 計(jì)算截面處軸的直徑 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 由以上公式可得軸的直徑; 取 取 取 取二、主軸的強(qiáng)度校核 對(duì)傳遞動(dòng)力軸滿足強(qiáng)度條件是最基本的要求。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步確定出軸的尺寸后,根據(jù)受載情況進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算。首先作出軸的計(jì)算圖。如果軸上零件的位置已知,即已知外載荷及支反力的作用位置。將齒輪帶輪等級(jí)裝配寬度的分布簡(jiǎn)化為集中力,并視為作用在輪轂寬度的中點(diǎn)上;略去軸和軸上的自重;略去軸上產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力;把軸看成鉸鏈支承,支反力作用在軸承上,其作用點(diǎn)的位置可用如下圖所示確定。則將雙支點(diǎn)軸當(dāng)作受集中力的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算,然后繪制彎矩圖和扭矩圖,并進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。1、 求出輸出軸的功率,轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。設(shè),分別為齒輪傳動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率=0.97, =0.98 則=5.5=4.54 KW又 =/=255 r/m于是=9550000=172580 nmm2、 求作用在齒輪上的力因已知低速大齒輪的分度圓直徑=357=171mm而:=2018.5 N =2018.5 =734.7 N式中: 主軸上大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩,單位為Nmm 主軸上大齒輪的節(jié)圓直徑,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑。單位為mm 嚙合角。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪=3、 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖(見主軸箱圖)作出計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí),應(yīng)從手冊(cè)中查得a值。對(duì)于7216E型圓錐滾子軸承,由手冊(cè)中查得a=22。對(duì)于7220E型圓錐滾子軸承,由手冊(cè)中查得a=29mm。因此,作為簡(jiǎn)支梁的軸的軸承跨距+=119.5mm+93.45mm=212.94mm。圖3-1 主軸載荷分析圖從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面B是軸的危險(xiǎn)截面。現(xiàn)將計(jì)算截面B處的、及M的值確定支座處的約束力(水平H)由=0和=0可求得:+= -(+)=0 其中=119.5mm =93.45 mm =2018.5 N因此: =885.8 N =1132.7 N又由=885.8 N,=119.5mm可求得:=885.8119.5=105853.1 Nmm確定支座處垂直約束力由=0和=0可求得 += -(+)=0 其中=119.5mm =93.45mm =734.7 N因此 =322.4 N=412.3 N由上式可求得:=322.4119.5=38526.5 Nmm =172580 Nmm由可求得M=112646.3 Nmm4、 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí),通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險(xiǎn)截面)強(qiáng)度。由式=式中:軸的計(jì)算應(yīng)力。單位為Mpa M軸所受的彎矩。單位為Nmm T軸所受的扭矩。單位為Nmm W軸的抗彎截面系數(shù)。單位為對(duì)于圓環(huán)形截面,W= 0.1其中 =0.31查表得=0.6 因此:= = Mpa =1.16 Mpa前已選定軸的材料為45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理。由表查得 =60 Mpa因此 ,故安全滿足要求。三、軸的強(qiáng)度校核1、 求軸上的功率,轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩設(shè),分別為齒輪傳動(dòng),軸承傳動(dòng)的效率 =0.97 ,=0.98 =5.39=4.87 kw又 =454 r/min于是:=9550000=101990 Nmm2、 求作用在齒輪上的力因已知低速大齒輪的分度圓直徑為 mm而 N =1789.3tan=651.25 N式中:軸上大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩,單位為 Nmm 軸上大齒輪的節(jié)度圓直徑,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑。單位為mm 為嚙合角。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪=。對(duì)于軸上小齒輪受力 因軸上小齒輪與軸上大齒輪相嚙合,由主軸校核已知=2018.5 N,=734.7 N。由牛頓第三定律可知=2018.5 N,=734.7 N3、 求軸的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖(見主軸箱裝配圖)作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖(如下圖所示)。對(duì)于1000806、1000807型深溝球軸承,起其作用支點(diǎn)在其軸承中心。因此作為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨矩, +=85+48.4+111.4=244.8mm3-2 軸的載荷分析圖從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面心是軸的危險(xiǎn)截面?,F(xiàn)將計(jì)算截面C處,及M的值。 確定支座處水平的約束力由=0和=0可求得: +=- ()=+() 從而推得: =292.1 N = 521.3 N由,可求得: =-24828.5 Nmm =127262 Nmm =199726.48 Nmm =-69541.42 Nmm M=127614.24 Nmm由上可推出:=199726.48 確定支座處垂直方向約束力由=0,=0可求得+=- ()=+() 將公式=734.7 N,=651.25 N 代入 因此,=90.8 N =174.2 N由,已知可求得:=-771.8 Nmm =47638.25Nmm=7476 Nmm =-23244.96 Nmm M=42656.4 Nmm由上可推出:=74764 Nmm 由 可求得 =213261 Nmm兩齒輪之間=101990 Nmm4、 按彎扭和成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)通常只校核軸上承受最大的彎矩和扭矩的截面(即危險(xiǎn)截面C)的強(qiáng)度由式=對(duì)于圓柱形截面 W=0.1查手冊(cè)得=0.6=34.7mps前已選定軸的材料為45號(hào)鋼,經(jīng)過調(diào)質(zhì)量處理。查手冊(cè)得=60mpa因此,故安全滿足要求。同理可得軸,軸校核安全。4.3主軸箱的坐標(biāo)計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算是機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題。坐標(biāo)計(jì)算就是根據(jù)已知的驅(qū)動(dòng)軸和主軸的位置及傳動(dòng)關(guān)系。計(jì)算中間傳動(dòng)軸的坐標(biāo),以便在繪制主軸零件加工圖時(shí),將各孔的坐標(biāo)尺寸完整地出來(lái)。并用已繪制的坐標(biāo)檢查圖作為傳動(dòng)設(shè)計(jì)的全面檢查。1、 加工基準(zhǔn)坐標(biāo)架的選擇及確定各主軸的坐標(biāo) 為了便于主軸箱的加工,設(shè)計(jì)時(shí)必須基準(zhǔn)坐標(biāo)架。通常采用直角坐標(biāo)。用xoy表示。它的選擇是根據(jù)主軸箱的安置情況和加工所用設(shè)備條件而定。針對(duì)本設(shè)計(jì)的組合機(jī)床,采用以下的方法確定主軸及驅(qū)動(dòng)軸坐標(biāo)。坐標(biāo)架原點(diǎn)選在定位銷孔上。坐標(biāo)架的橫架(x軸)選在主軸箱底面,縱軸(Y軸)通過定位銷孔(如上圖)。這是因?yàn)樽鴺?biāo)架的x軸與主軸箱底面重合,則工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)統(tǒng)一,可減少因基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換引起的加工誤差。坐標(biāo)原點(diǎn)確定后,便可以根據(jù)主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖。在基準(zhǔn)坐標(biāo)架xoy上標(biāo)出各主軸及其驅(qū)動(dòng)軸的坐標(biāo)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求, 兩主軸中心BC=332.5mm,BC與y軸的夾角為,驅(qū)動(dòng)軸在BC的垂直平分線上,點(diǎn)D在主軸箱中心線上。則有:對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸: X=+sin+sin =100+31.7+257.3 =389mm =+cos+sin =70+163.2+50 =283.2mm =+sin =163.4mm =70 =100 =+cos =70+326.4=396.4由以上分析可知驅(qū)動(dòng)軸,主軸,主軸的坐標(biāo)分別是(389,283.2),(163.4,70),(100,396.4)第5章 結(jié)論此次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的題目是“硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)”通過這次設(shè)計(jì),我對(duì)內(nèi)圓切片技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀有了一個(gè)全面地了解,了解了內(nèi)圓切片技術(shù)在現(xiàn)在以及以后機(jī)械工業(yè)中所起的作用,明白了內(nèi)圓切片技術(shù)的在以后工業(yè)的發(fā)展中所扮演的角色。為自己今后更好的學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)指明了方向。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì),使我對(duì)大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí),進(jìn)行了融會(huì)貫通,有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí),對(duì)以前許多不太清楚的地方,通過問老師和查資料的方法,已經(jīng)明白了很多,知道了自己以前學(xué)習(xí)的不足,所以以后應(yīng)該更加努力。此次設(shè)計(jì),我認(rèn)為最重要的就是使我明白了,無(wú)論做什么事情,要想做好,必須態(tài)度端正;要善于學(xué)習(xí),時(shí)刻學(xué)習(xí);做事要嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真,細(xì)致、不怕吃苦,還要有創(chuàng)新精神。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1.張耀宸 主編 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 航空工業(yè)出版社。19872.李洪主編 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 北京出版社.1990。3.機(jī)械制造工藝設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組編 機(jī)械制造工藝及設(shè)備手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 19924.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 王紹俊 主編 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 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