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I 摘 要 對刀剪專用數(shù)控磨床的旋轉(zhuǎn)消隙機構(gòu)設計 首先對原有刀剪數(shù)控磨床的外形和結(jié) 構(gòu)進行分析 查找相關(guān)資料 對比不同方案的優(yōu)缺點 初步選擇設計方案 根據(jù)方案 選擇切削刀具 分析刀具運動軌跡和制品的加工步驟 分析方案的合理性 然后對消 隙機構(gòu)的零部件進行計算或選擇 如齒輪的設計 齒條的設計 回轉(zhuǎn)軸的設計 軸承 的選擇 伺服電機的選擇 滾珠絲桿副的計算與校核等等 根據(jù)以上計算和分析的結(jié) 構(gòu) 采用 autoCAD 繪制各零件圖與裝配圖 此外 通過機床不同部位的精度檢測方法 校核所選擇方案加工出來的制品是否滿足使用要求 關(guān)鍵詞 刀剪專用數(shù)控磨床 旋轉(zhuǎn)消隙機構(gòu) 分析計算 II Abstract Design for the rotation removing gaps mechanism of the cutter in the dedicated NC grinder Firstly analyze the shape and structure of the original cutter in the dedicated NC grinder then search relevant information and comparative advantages and disadvantages of different scheme that preliminary select the machining process plan Choose the cutting tool according to the plan and analyze the movement locus Analyze the processing steps and the rationality of the machining process plan Secondly calculate and design the components and parts of the rotation removing gaps mechanism such as the design of the gear the rack and the drive shaft and the selection of the bearings and the feed motor and the calculation of the ball screw Use AutoCAD to draw the parts drawing and erection drawing according to calculated results In addition checking the options machined out of products meets the requirements of operation through the precision testing method from different parts of the machine tool Keywords the cutter in the dedicated NC grinder the rotation removing gaps mechanism analysis and calculation 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1 1 中國的刀具行業(yè) 1 1 2 加工刀剪的數(shù)控磨床的國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 1 1 3 研發(fā)刀剪專用數(shù)控機床目的與意義 2 第二章 回轉(zhuǎn)刀架的工藝分析 3 2 1 回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)分析及技術(shù)要求 3 2 1 1 回轉(zhuǎn)刀架的外形結(jié)構(gòu)分析 3 2 1 2 回轉(zhuǎn)刀架的消隙部位 3 2 1 3 回轉(zhuǎn)刀架的精度要求 3 2 2 磨削面的種類及技術(shù)要求 4 2 2 1 磨削面的種類 4 2 2 2 磨削面的技術(shù)要求 4 第三章 設計方案的確定 5 3 1 齒輪與軸配合間隙的消除 5 3 1 1 齒輪與軸的安裝方式 5 3 1 2 齒輪與軸的間隙消除 5 3 2 齒輪與齒條配合間隙的消除 6 3 2 1 消除齒輪與齒條配合間隙的種類 6 3 2 2 齒輪與齒條的間隙消除 6 第四章 回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計 8 4 1 回轉(zhuǎn)刀架機構(gòu)的組成 8 4 2 齒輪齒條的設計 8 4 2 1 齒輪齒條的傳動特點 8 4 2 2 模數(shù)的選擇 9 4 2 3 齒輪參數(shù)的確 10 4 2 4 齒條參數(shù)的確定 11 4 3 回轉(zhuǎn)軸的設計 12 2 4 3 1 回轉(zhuǎn)軸的基本直徑的估算 12 4 3 2 回轉(zhuǎn)軸的最小直徑的確定 13 4 3 3 回轉(zhuǎn)軸的設計 13 4 4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的安裝精度和潤滑 14 第五章 回轉(zhuǎn)刀架的傳動機構(gòu)設計 15 5 1 磨削力的分析 15 5 1 1 磨削力的介紹 15 5 1 2 磨削力的計算 15 5 1 3 伺服電機的總功率 17 5 2 電機的選擇 18 5 3 滾珠絲杠副的確定 19 5 2 1 滾珠絲桿的特點 19 5 2 2 滾珠絲杠副的選擇 20 5 4 軸承的選擇 20 5 4 1 滾珠絲杠的軸端形式 20 5 3 2 軸承的選擇 20 第六章 回轉(zhuǎn)刀架的總裝 22 6 1 回轉(zhuǎn)刀架的總裝配圖 22 6 2 回轉(zhuǎn)刀架在機床上的安裝 23 第七章 機床精度檢驗 24 7 1 機床精度內(nèi)容 24 7 2 機床精度保持性 24 7 3 機床精度檢驗方法 25 結(jié) 論 27 致 謝 28 參考文獻 29 譯文及原文影印件 30 1 第一章 緒論 1 1 中國的刀具行業(yè) 中國的刀具行業(yè)很早就面臨全面對外開放 國內(nèi)市場早就實現(xiàn)了刀具采購全球化 外國工具商進入中國市場已有十幾年的歷史 銷售網(wǎng)絡 技術(shù)服務體系已相當健全 在中國各大城市都有若干辦事處 銷售和技術(shù)服務從業(yè)人員逾千人 他們以其優(yōu)質(zhì)的 產(chǎn)品 完善的技術(shù)服務 不斷降低的產(chǎn)品銷售價 現(xiàn)在的進口刀具價格幾乎已經(jīng)降到 10 年前的 2 3 1 2 幾乎壟斷了中國的高檔刀具市場 在經(jīng)濟全球化進程中 跨國工 具公司已占有越來越明顯的技術(shù) 資源 信息服務等綜合優(yōu)勢 國產(chǎn)刀具的實力相差 越來越遠 1 2 加工刀剪的數(shù)控磨床的國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 當前刀剪數(shù)控磨床主要以進口為主 其中以是德國的西普曼為代表產(chǎn)品 西普曼 刀剪數(shù)控磨床 以高精度及高效率著稱 但其使用時要采用進口的專用砂輪 無論是 機床或砂輪 其巨額價格 機床約 100 萬元 組 砂輪約 800 元 個 國人難予承受 臺灣有生產(chǎn)此類磨床 其機床價格約 50 萬元 組 砂輪價格約 500 元 個 同樣存在價 格昂貴的問題 并且 其精度及效率都比不上德國的西普曼產(chǎn)品 同時 進口刀剪數(shù) 控磨床對刀剪毛坯平直度和厚度尺寸的要求非常嚴格 進一步制約了刀剪數(shù)控磨床的 推廣應用 目前國人使用較多的是液壓刀剪機械 其機床價格約 5 萬元 組 砂輪價格 約 50 元 個 但其加工的產(chǎn)品質(zhì)量遠達不到刀剪數(shù)控磨床加工的水平 近幾年 國內(nèi)也有一些廠家進行了刀剪數(shù)控磨床的研制 例如陽江永威刀剪機械 廠 他們只是在原有的液壓刀剪磨床上加裝數(shù)控車床系統(tǒng)而已 機床價格約 12 萬元 組 砂輪價格約 50 元 個 雖然價格上有相當?shù)膬?yōu)勢 但對機械結(jié)構(gòu)與精度 可靠性 人性化設計等基礎(chǔ)性技術(shù)缺乏研究 忽視了自主開發(fā)能力的培育 設計出的磨削機床 存在磨削精度差 剛性不足 效率低等缺陷 而且對整體工藝與制造水平不夠重視 加工質(zhì)量得不到穩(wěn)定與提高 產(chǎn)品可靠性差 加工的刀剪產(chǎn)品質(zhì)量與液壓刀剪機械加 工的無明顯的提高 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控機床的發(fā)展日新月異 高速化 高精度化 復合化 智能化 開放化 并聯(lián)驅(qū)動化 網(wǎng)絡化 極端化 綠色化已成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢 和方向 2 1 3 研發(fā)刀剪專用數(shù)控機床目的與意義 刀剪行業(yè)是我國歷史悠久的傳統(tǒng)行業(yè) 刀剪五金產(chǎn)品 包括菜刀 套刀 小刀 陶 瓷刀和工業(yè)用剪 民用剪刀 裁縫剪刀等 名副其實地呈現(xiàn) 小商品 大市場 的喜 人形勢 據(jù) 2009 年數(shù)據(jù)統(tǒng)計 我國從事刀剪生產(chǎn)的企業(yè)約有三千家 刀剪產(chǎn)品年工業(yè) 總產(chǎn)值約在一百多億元 年出口創(chuàng)匯超過 4 億美元 但在國際市場上 我國的刀剪產(chǎn) 品主要還是以中 低端的低附加值產(chǎn)品為主 到目前為止 還沒有出現(xiàn)一家像德國 雙立人 日本 莊山郎 牌等世界知名品牌的刀剪產(chǎn)品 造成差距的最根本原因 是 產(chǎn)品質(zhì)量 我國刀剪企業(yè)在產(chǎn)品材料 加工工藝 以及刀剪磨削方面與發(fā)達國家 相比有較大的差距 刀剪需有相當高的硬度才可達到其鋒利度和耐用性 大多刀剪都要通過磨削工藝來 達到剪切面及刃口的鋒利要求 幾何尺寸要求和外觀要求 目前 刀剪磨削設備主要 是以液壓磨床仿形磨削為主 存在磨削精度差 生產(chǎn)效率低等缺點 盡管個別企業(yè) 例如 陽江永威數(shù)控刀剪機械廠 將目前的液壓仿形改為數(shù)控方式 由于其機械制 造精度達不到使用要求 并且數(shù)控編程只是采取車床系統(tǒng)圓弧插補方式 沒有刀剪加 工專用指令 也難予保證刀剪的磨削的幾何及尺寸精度度及細膩的紋路 社會的進步和人民生活的提高 人們對刀剪產(chǎn)品的質(zhì)量也越來越高 并隨著國際市 場的不斷變化 很多企業(yè)已經(jīng)意識到 企業(yè)要生存 要發(fā)展 必須要提高產(chǎn)品的質(zhì)量 提高產(chǎn)品檔次 刀剪產(chǎn)品的磨削質(zhì)量直接影刀剪產(chǎn)品的鋒利程度和外觀質(zhì)量 本項目 為提高刀剪產(chǎn)品磨削設備的加工質(zhì)量和加工效率 而致力研究開發(fā)高精刀剪專用數(shù)控 磨床 項目立項建設將填補國內(nèi)刀剪專用數(shù)控磨床的空白 有效地提高國內(nèi)自制刀剪 數(shù)控磨床的質(zhì)量及性能和降低同類型產(chǎn)品的進口數(shù)量 加強企業(yè)的國際市場競爭力 推動企業(yè)技術(shù)的不斷進步 擴大國產(chǎn)刀剪專用數(shù)控磨床銷售量 發(fā)展地方經(jīng)濟 繁榮 市場 目的明顯 意義重大 3 第二章 回轉(zhuǎn)刀架的工藝分析 2 1 回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)分析及技術(shù)要求 2 1 1 回轉(zhuǎn)刀架的外形結(jié)構(gòu)分析 如圖 2 1 所示 該回轉(zhuǎn)刀架由垂直方向的伺服驅(qū)動服帶動滾珠絲桿轉(zhuǎn)動 通過滾 珠絲桿副把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑椭本€運動 從而帶動齒條來回移動 經(jīng)齒輪齒條嚙合 繼而帶動回轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運動 由于刀架與回轉(zhuǎn)軸固定在一起 故回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動定會帶 動刀架一起轉(zhuǎn)動 這便使刀架上的工件可轉(zhuǎn)動一定的角度 角度的多少由與回轉(zhuǎn)從動 齒輪嚙合的齒條的長度和滾珠絲桿副的移動距離所決定 圖 2 1 回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu) 2 1 2 回轉(zhuǎn)刀架的消隙部位 由于刀架的轉(zhuǎn)動是由齒條帶動齒輪 再由齒輪帶動回轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)的 而齒輪與齒條 的嚙合之間必定存在間隙 此外 要保證制品的高精度 齒輪與軸之間不能存在間隙 且必須保證齒輪的軸線與軸的軸線之間的同軸度 2 1 3 回轉(zhuǎn)刀架的精度要求 各加工部位的表面要求 刀紋路細膩均勻 清晰美觀 不留刀痕 尺寸精度控制 在 IT7 級之內(nèi) 對于加工出來的制品所要達到的精度要求 要求一般磨削面粗糙度達到 Ra0 4 3 2 內(nèi) 刃口 剪切面達 Ra0 2 0 4 4 2 2 磨削面的種類及技術(shù)要求 2 2 1 磨削面的種類 刀剪五金產(chǎn)品的磨削面除基本平面 斜面外 還應磨削非平面類成型面 如弧面 波浪面 外凸面 內(nèi)凹面 螺旋面等 a 弧面 波浪面 將刀具或剪具裝夾時形成相應要求的角度 利用數(shù)控兩軸運行 角度垂直下的投影線 磨出相應的弧面 波浪面 b 外凸面 內(nèi)凹面 將工作臺擺一定的角度 讓刀具或剪具與桶形砂輪形成一定 的角度 利用桶形砂輪的外側(cè)面或內(nèi)側(cè)面進行磨削 磨出外凸面 內(nèi)凹面 c 螺旋面 在工作臺上增加一伺服控制的旋轉(zhuǎn)刀架 在磨削過程中可進行相應的 旋轉(zhuǎn)要求而磨出螺旋面 d 在磨削過程中 要處理好砂輪面接觸磨削弧線與弧線過度時不能出現(xiàn)明顯磨削 粗紋現(xiàn)象 2 2 2 磨削面的技術(shù)要求 a 表面質(zhì)量 磨削面粗糙度一般要求在 Ra0 4 3 2 內(nèi) 刃口 剪切面達 Ra0 2 0 4 也可通過調(diào)整磨料粒度 線速來獲得高質(zhì)量表面 b 成型面精度 刀剪五金產(chǎn)品成型面的磨削 一般靠幾何仿形獲得 通過仿形板理 論曲線逼近法 也可通過電腦數(shù)控 由伺服電機控制完成 精度可達到 0 001 0 01 5 第三章 設計方案的確定 3 1 齒輪與軸配合間隙的消除 3 1 1 齒輪與軸的安裝方式 軸上固定的齒輪 與軸的配合形式 視具體情況不同而有所不同 要考慮使用情 況 如傳遞功率的大小 負載的平穩(wěn)性 沖擊性等 還要考慮裝配的工藝性 一般的 載荷小 平穩(wěn) 采用間隙配合就可以 H7 h6 載荷大 有沖擊性 采用過渡配合 H7 k6 H7 m6 以上 2 種是常見的配合形式 如果是重載 嚴重沖擊 就要考慮過盈 配合了 在實際裝配時 過渡配合是既有間隙配合的可能 又有過盈配合的可能 只有零 件加工成形后 在裝配時才能決定的配合形式 可以適當選取過渡配合 如間隙配合 性較大的過渡配合 或過盈配合性較大的過渡配合 由于在此傳動中 傳動功率較小 且負載平穩(wěn) 沖擊性小等 故可選用小過盈量 的配合 3 1 2 齒輪與軸的間隙消除 由于采用間隙配合 齒輪與軸之間必定存在間隙 在傳動的過程中 存在的問題是 鍵槽一方面使工作壓力沿工作面的分布不均勻 造成軸與輪轂的變形不對稱 另一方面 若有配合間隙 軸與輪轂工作時容易產(chǎn)生互相磨損 配合表層材料剝蝕 造成聯(lián)結(jié)失效 這對于要求制品具有高質(zhì)量 高精度是不允許的 對于齒輪與軸之間的間隙可采用加 入脹緊聯(lián)結(jié)套的形式予以消除 如圖 3 1 所示 6 3 2 齒輪與齒條配合間隙的消除 3 2 1 消除齒輪與齒條配合間隙的種類 a 差動齒輪與齒條嚙合傳動方式 齒條為普通金屬制成 從動齒輪是由三層尺寸相同的齒輪鉚接的組合齒輪 上下 兩層是磷青銅齒輪 中間裝一層薄尼龍齒輪 雖然按同一尺寸加工 但在鉚接后中間 尼龍層略微擠出比銅輪稍大些 借以補償誤差消除間隙 這是差動齒輪 適用于精密的傳動機構(gòu) 因為塑料齒輪的傳動間隙比較大 所以經(jīng)常 要用這種結(jié)構(gòu)來減少傳動間隙 但是結(jié)構(gòu)比較復雜 而且對于機床上使用的齒輪齒條 一般為金屬制成 傳動間隙較小 故一般不采用此種方式 b 拉簧控制齒輪齒條間隙消除裝置 從齒輪中間開槽后鑲嵌一個小齒條 小齒條一端彈性碟片固定 在運動過程中 主動齒條以往復移動驅(qū)動從動齒輪作旋轉(zhuǎn)運動 當傳動過程中存在間隙時 由彈性碟 片控制的小齒條便會與大齒條形成一定的位錯 使小齒條在運動中始終與齒輪的另一 側(cè)相接觸 從而消除嚙合間隙 如圖 3 2 所示 c 磁性齒輪齒條裝置 磁性齒輪齒條傳動裝置應用在小扭矩的傳動機構(gòu)中 將齒輪齒條進行磁化 磁化 后齒輪軸孔為 S 極 輪齒為 N 極 齒條輪齒為 N 極 背面為 S 極 顯然輪齒側(cè)面都具 有相同的磁性 在嚙合傳動中利用輪齒間的斥力降低嚙合間隙的影響 減少輪齒間的 7 沖擊與噪音 與傳統(tǒng)機械傳動相比 磁性齒輪齒條具有低噪聲 高效率 便于維護 高可靠性以 及過載保護等優(yōu)點 但缺點是 對齒輪齒條材料的抗疲勞強度要求較高 另外制造較復 雜 需要專門的設備 因而使其制造成本較高 3 2 2 齒輪與齒條的間隙消除 方案一 差動齒輪與齒條嚙合傳動方式 適用于精密的傳動機構(gòu) 因為塑料齒輪的 傳動間隙比較大 所以經(jīng)常要用這種結(jié)構(gòu)來減少傳動間隙 但是結(jié)構(gòu)比較復雜 而且對 于機床上使用的齒輪齒條一般為金屬制成 傳動間隙較小 故一般不采用此種方式 方案二 磁性齒輪齒條裝置 雖然與傳統(tǒng)機械傳動相比 磁性齒輪齒條具有低噪聲 高效率 便于維護 高可靠性以及過載保護等優(yōu)點 但對齒輪齒條材料的抗疲勞強度 要求較高 另外制造較復雜 需要專門的設備 因而使其制造成本較高 方案三 拉簧控制齒輪齒條間隙消除裝置 只需在齒條上開槽鑲嵌一個消隙用的 小齒條 并采用彈性碟片固定 結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 綜上所述 依據(jù)在滿足使用要求的前提下盡可能降低經(jīng)濟成本的原則 采用方案 三是最好的選擇 如圖 3 2 所示 圖 3 2 拉簧控制齒輪齒條間隙消除裝置 1 齒條 2 消隙齒條 3 壓蓋 4 脹緊聯(lián)結(jié)套 5 回轉(zhuǎn)軸 6 齒輪 7 蝶形彈簧 8 9 第四章 回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計 4 1 回轉(zhuǎn)刀架機構(gòu)的組成 數(shù)控磨床的回轉(zhuǎn)刀架機構(gòu)的包括傳動機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)兩大部分 其中 傳動機構(gòu) 包括齒條 滾珠絲杠副 滾動軸承 伺服電機 支座等部件 而回轉(zhuǎn)機構(gòu)包括回轉(zhuǎn)軸 齒輪 滾動軸承 前 后支座等部件 兩者之間通過齒條與齒輪嚙合進行傳動 因為刀剪磨削時除了 X 軸 Z 軸方向進行磨削 對有曲面要求的刀剪還需要進行曲 面磨削 而對刀剪的曲面磨削就是由傳動機構(gòu)與回轉(zhuǎn)機構(gòu)兩部分聯(lián)動所作的曲線運動 完成的 在傳動機構(gòu)中 通過伺服電機轉(zhuǎn)動 經(jīng)滾珠絲杠副帶動齒條作往復直線運動 而在回轉(zhuǎn)機構(gòu)中 由于齒條與齒輪嚙合 回轉(zhuǎn)齒輪在齒條的帶動下作回轉(zhuǎn)運動 通過 控制齒條移動的距離控制齒輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù) 而齒輪的轉(zhuǎn)動帶動回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過一定的度數(shù) 從而使制品轉(zhuǎn)動一定的角度而實現(xiàn)砂輪對制品的曲面磨削 傳動機構(gòu)的支座和回轉(zhuǎn)機構(gòu)的前后支座均采用鑄造制成 材料為灰鑄鐵 HT200 鑄 造出來的毛坯再按照尺寸精度要求進行精加工 4 2 齒輪齒條的設計 4 2 1 齒輪齒條的傳動特點 齒輪作回轉(zhuǎn)運動 齒條作直線運動 齒條可以看作一個齒數(shù)無窮大的齒輪的一部 分 這時齒輪的各圓均變?yōu)橹本€ 作為齒廓曲線的漸開線也變?yōu)橹本€ 當齒條為主動 件時 齒條的速度等于齒輪節(jié)圓的線速度 齒條直線的速度 與齒輪分度圓直徑 轉(zhuǎn)vd 速 之間的關(guān)系為n 式 4 1 式中 齒輪分度圓直徑 dm 齒輪轉(zhuǎn)速 ninr 其嚙合線 與齒輪的基圓相切 由于齒條的基圓為無窮大 所以嚙合線與齒12N1N 條基圓的切點 在無窮遠處 齒輪與齒條嚙合時 不論是否標準安裝 齒輪與齒條標準安裝即為齒輪的分度圓 與齒條的分度圓相切 其嚙合角 恒等于齒輪分度圓壓力角 也等于齒條的齒形角 齒輪的節(jié)圓也恒與分度圓重合 只是在非標準安裝時 齒條的節(jié)線與分度線不再重合 sv 60 10 齒輪與齒條正確嚙合條件是基圓齒距相等 齒條的基圓齒距是其兩相鄰齒廓同側(cè) 直線的垂直距離 即 cossbPm 齒輪與齒條的實際嚙合線為 即齒條頂線及齒輪齒頂圓與嚙合線 的交點12B12N 及 之間的長度 齒輪齒條的嚙合如圖 6 1 所示 2B1 圖 4 1 齒輪齒條的嚙合 4 2 2 模數(shù)的選擇 分度圓上的齒距 對 的比值稱為模數(shù) 用 表示 單位 即 齒輪的p m pm 主要幾何參數(shù)都與模數(shù)成正比 越大 越大 輪齒也越大 輪齒抗彎能力也越強 p 所以模數(shù) 又是輪齒抗彎能力的重要標志 m 齒輪模數(shù)是齒輪的主要設計參數(shù) 齒輪嚙合時 一對齒嚙合和兩對齒嚙合之間的彎 曲差是齒輪產(chǎn)生激振的主要原因 因此應提高齒輪的彎曲強度 而齒輪的彎曲強度與齒 輪模數(shù)成正 比 故從提高齒輪強度減少激振的角度出發(fā) 總是希望齒輪模數(shù)大一些 但 是 齒輪模數(shù) 的增大 同時也意 味著齒輪誤差的增大 在齒輪的單向誤差項 目中 基 節(jié)誤差和齒形誤差對噪聲的影響最大 基節(jié)誤差和齒形誤差可用如下式 4 2 式 4 3 表示 式 4 2 式 4 3 式中 0 mduJt 54 05 2cos mdJt 11 由此可見 上述兩項齒輪誤差與模數(shù) m 有關(guān) 模數(shù)越大 基節(jié)誤差 齒形誤差亦越 大 由于基節(jié)誤差和齒形誤差破壞了齒輪正確嚙合條件 使齒輪產(chǎn)生沖擊 故齒形誤差 和基節(jié)誤差越大 齒輪噪聲也就越高 也就是說 如果是 同一級精度的齒輪 其產(chǎn)生的 基節(jié)誤差和齒形誤差隨模數(shù)的減小而減小 即同樣的齒輪 減小模數(shù) 而不是提高精度 卻能得到較小誤差的齒輪 因此降低了齒輪的噪聲 因此 從低噪聲觀點出發(fā) 理想的設計是 若齒輪強度允許 盡可能選小模數(shù) 當 輪齒彎曲的影響大于加工誤差的影響時 增大模數(shù)較為合理 當輪齒輕載 輪齒彎曲 的影響較小時 則應優(yōu)先考慮加工誤差的影響而采用模數(shù)小的齒輪 由于回轉(zhuǎn)機構(gòu)中 齒輪傳動的功率 扭矩都較小 通過類比法 參照類似的設備 機械裝置 傳動功率 轉(zhuǎn)速相近 使用條件相近 有可比性 并結(jié)合齒 輪 模 數(shù) 國 家 標 準 GB1357 78 初選齒 輪模數(shù) m2 4 2 3 齒輪參數(shù)的確 a 齒數(shù) 1Z 閉式齒輪傳動一般轉(zhuǎn)速較高 為了提高傳動的平穩(wěn)性 減小沖擊振動 以齒數(shù)多 一些為好 小齒輪的齒數(shù)可取為 雖然該回轉(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)速不高 但因為精40 21 Z 度要求很高 且考慮到安裝空間 初選回轉(zhuǎn)齒輪的齒數(shù) 401 Z b 壓力角 螺旋角1 1 在兩齒輪節(jié)圓相切點 P 處 兩齒廓曲線的公法線 即齒廓的受力方向 與兩節(jié)圓 的公切線 即 P 點處的瞬時運動方向 所夾的銳角稱為壓力角 也稱嚙合角 對單個 齒輪即為齒形角 標準齒輪的壓力角一般 201 由于該回轉(zhuǎn)機構(gòu)中的齒輪采用的是圓柱直齒齒輪 故螺旋角 01 c 變位系數(shù) 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù)x 1ah 1C 對于標準齒輪齒條且按標注中心距進行安裝的 其變位系數(shù) 齒頂高系數(shù)x 頂隙系數(shù) 1 ah25 0 1 C d 齒輪分度圓直徑 1d 查 機械設計基礎(chǔ) 第五版 知 58Pmzd8042m1 e 齒輪中心到齒條中心距 H 查 機械設計手冊 可知對于齒輪齒條傳動 其中心距 xdH421 12 f 齒寬 1b 齒寬是依據(jù)受力大小參考設計的 如果模數(shù)小 受力大 齒寬就大 如果模數(shù)小 受力小 則齒輪就相對較小 本機構(gòu)的回轉(zhuǎn)齒輪模數(shù)小 受力小 故齒寬應較小 查 機械設計基礎(chǔ) 第五版 知 齒輪相對于軸承非對稱布置的情況 齒寬175P 系數(shù)取 故齒輪傳動的齒寬 齒寬系數(shù) X 中心距2 1 d 取 mHb480 b01 g 齒頂高 齒根高 齒全高 齒距1ah1f 1h1p 查 機械設計基礎(chǔ) 第五版 知 58P a2 1 mCf 2 0m hf 4 p8 64 31 4 2 4 齒條參數(shù)的確定 1 齒數(shù) 2Z 回轉(zhuǎn)齒輪的齒數(shù)為 每轉(zhuǎn)過一個齒 回轉(zhuǎn)齒輪帶動回轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過 因此401 9 為了保證回轉(zhuǎn)齒輪在齒條的帶動下 轉(zhuǎn)過的角度超過 必須使齒條不管向前還是 30 向后作直線運動時齒輪至少都轉(zhuǎn)過 4 個齒 另外中間嚙合時需要 1 個齒 因此 齒條 的齒數(shù)可取 2Z 2 壓力角 螺旋角2 由于齒條與齒輪是靠嚙合傳動的 所以齒條的螺旋角與壓力角是與配套齒輪完全 相同的 而標準直齒圓柱齒輪的壓力角一般 螺旋角 故齒條的壓力角 201 01 012 012 3 變位系數(shù) 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù)x 2ah 2C 對于標準齒輪齒條且按標注中心距進行安裝的 其變位系數(shù) 齒頂高系數(shù)0 x 頂隙系數(shù) 1 2 ah5 0 2 C 4 齒寬 2b 已知從動齒輪的齒寬 齒條的齒寬可取 這樣既能保證mb1 mb5012 輪齒有足夠的嚙合寬度 同時方便加工 13 5 齒頂高 齒根高 齒全高 齒距2ah2fh2h2p 由于是標準的齒條與齒輪且是按標準中心距進行安裝的 故齒條的齒形與是與配 套齒輪完全相同的 參考 機械設計基礎(chǔ) 第五版 知 58Pma1 2 mChf 25 0 f 42 p8 64 32 6 齒條的長度 L 由 同時考慮到齒條的固定 可取 mZ0 92 12 mL80 4 3 回轉(zhuǎn)軸的設計 4 3 1 回轉(zhuǎn)軸的基本直徑的估算 通常 軸的最小徑向尺寸 亦稱為軸的基本直徑 用 表示 在設計軸時 mind 該尺寸是應首先確定的關(guān)鍵尺寸 其它尺寸的確定都是在此基礎(chǔ)上進行的 而且 這 個尺寸往往就是端軸頭或端軸頸尺寸 輪轂 軸承尺寸的確定都直接與其相關(guān) 軸 的基本直徑確定的方法很多 如按扭轉(zhuǎn)強度進行初步計算 憑設計者的經(jīng)驗進行估計 類比設計等等 下表 4 1 是多年來采用統(tǒng)計學原理對實際生活中軸徑的選擇進行統(tǒng)計 得出來的 在實際設計中使用方便又可靠 表 4 1 軸的基本直徑 mindmd in 14 4 3 2 回轉(zhuǎn)軸的最小直徑的確定 由于回轉(zhuǎn)軸的作用是當砂輪需要對工件進行曲面加工時由齒條帶動 從而連同刀 架板轉(zhuǎn)過一定的角度 其傳動的功率 扭矩都較小 轉(zhuǎn)速也很低 參照類似的設備 機械裝置 容易得知其傳動功率小于 轉(zhuǎn)速小于 現(xiàn)假設回轉(zhuǎn)軸的傳kw5 1min 10r 動功率為 轉(zhuǎn)度為 則軸的最小直徑 可選擇 kw5 1min 10rid3 4 3 3 回轉(zhuǎn)軸的設計 由上述可知 該段用于裝配回轉(zhuǎn)齒輪和端蓋 其長度必須必齒輪d3min1 寬度和端蓋厚度要長一些 而齒輪齒寬為 端蓋厚度為 故可取該軸段長50m8 度 L601 為齒輪的定位部分 取 其長度 2d62L25 段要裝配軸承 查 金屬切削機床設計簡明手冊 第 377 頁表 6 17 選用型號3 為 6254911 的滾針軸承 則 由于 段部分還需要安裝軸用鋼絲擋圈 且md53 3d 必須經(jīng)前支座固定在工作臺上 故該段的長度 mm5 6214 4 段主要考慮刀架連接塊的固定與回轉(zhuǎn)軸的拆裝 可取 其長度依據(jù)4d d50 刀架連接板的長度即工作臺的長度進行確定 取 對該軸段的加工 則考L4 慮刀架連接板的固定是否牢固 其加工面長度比刀架連接板多出 加工面寬度約 為刀 段要裝配滾針軸承 查 金屬切削機床設計簡明手冊 第 377 頁表 6 17 選用6d 型號為 6254907 的滾針軸承 則 由于 段部分還需要安裝墊圈 同時是md356 6d 雙向推力球軸承的定位部分 故該段的長度可取 mL523 段為雙向推力球軸承的安裝部分 查 金屬切削機床設計簡明手冊 第 365 頁7 表 6 11 選用型號為 8206 的雙向推力球軸承 則 考慮到軸承的固定所需07 要的最少長度為 故該段長度可取 m2117 段位末端螺紋加工時的退刀槽 其軸徑依據(jù)末端軸徑進行設計 由于末端用于8d 安裝 則該段軸徑可取 長度 7Mmd248 L28 段為圓螺母的安裝部分 用于雙向推力球軸承的固定 取 其長度9 md279 依據(jù)螺母寬度和圓螺母止動墊片厚度進行設計 取 59 回轉(zhuǎn)軸的形狀如圖 4 2 所示 其具體尺寸及熱處理要求參考零件圖 15 圖 4 2 回轉(zhuǎn)軸 4 4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的安裝精度和潤滑 回轉(zhuǎn)機構(gòu)各部分零件裝配后 應保證主軸徑向跳動 0 01mm 主軸軸向竄動 0 005mm 以保證磨床的加工精度 另外 為了符合環(huán)保的要求應保證低污染 對回 轉(zhuǎn)機構(gòu)的潤滑部分的潤滑油全部密封并可回收 在機床磨削過程中產(chǎn)生的水霧和粉塵 全通過專用裝置排出處理 所采用的潤滑油中加入一些添加劑 如提高表面張力的油 膜添加劑 抗氧化劑 抗腐蝕劑和抗起泡劑等 以使油的性能更好 16 17 第五章 回轉(zhuǎn)刀架的傳動機構(gòu)設計 5 1 磨削力的分析 5 1 1 磨削力的介紹 為便于分析問題 磨削力可為相互垂直的三個分力 即沿砂輪切向的切向磨削力 沿砂輪徑向的法向磨削力 以及沿砂輪軸向的軸向磨削力 一般磨削中 軸向tFnFaF 力 較小 可以不計 由于砂輪磨粒具有較大的負前角 所以法向磨削力 大于切向a n 磨削力 通常 在 范圍內(nèi) 稱 為磨削力比 需要指出一點的是 t tn 3 5 1tnF 磨削力比不僅與砂輪的銳利程度有關(guān) 且隨被磨削材料的特性不同而不同 例如磨削 普通碳鋼材料時 磨削淬硬鋼時 磨削鋼鐵時 8 6 tnF 62 91 tn 磨削陶瓷時 可見材料愈硬硬脆 磨削力比越大 23 7 tnF2 5 tn 此外 的數(shù)值還與磨削方式有關(guān) t 5 1 2 磨削力的計算 查 現(xiàn)代磨削技術(shù) P43 得平面磨削力公式的數(shù)學模型為 N 式 5 1 zsywxpPtvaF 式中 對式 5 1 取自然對數(shù) 可得回歸方程 swppt vzyaxFlnllnln 式 5 2 3210 xbby 對磨削用量進行水平編碼 大值為 1 小值為 1 對磨削力的試驗值均取自然對 數(shù)如表 5 1 所示 試驗條件 M7120 型平面磨床 砂輪 A60KV 工件材料 45 調(diào)質(zhì)鋼 250HB 乳化液冷卻 smvvazyxFss wwpp 35 0 in1862 18 表 5 1 平面磨削力的實驗數(shù)據(jù) 首先按角正回歸分析法求回歸方程的四個系數(shù) 的值 3210b 0825 44 592 0464 3321322130 yybyyb 再求回歸方程中三個變量值 式 5 3 64 ln 105 ln2 l1 pp aax 設 可得64 aA Ap1 式 5 4 26 4ln8 16ln82 wwvvx 設 可得 5820 1 rR rRxw2 式 5 5 13 45ln97 1230ln53 ss vv 磨削條件 水平編碼 切向磨削力 序 號 map 1in vw1 smvs0b123btFln 1 0 005 6 30 1 1 1 1 18 89 21 y 2 0 005 18 35 1 1 1 1 25 3 3 0 020 18 30 1 1 1 1 96 56 4 4 0 020 6 35 1 1 1 1 50 y Nt 19 設 可得13 4597 12 tT tvTxs ln3 將 代入回歸方程 5 2 中可得321x 式 5 6 swpswp vTbRaAbtrab trvAy lnllnln32132102 取反自然對數(shù)后可得 式 5 7 TbsRwAptbrabt veF3213210 最后可將 和 及 值代入下列四個方程 可求得待定3210b tr 系數(shù) 值如下 zyxFp 07 19 2085 44 86321267 10320 TbzRyAeetbrab 將 值代入式 1 得 zxFP 式 5 8 Nvavae swpswpt 07 14 85 007 4 85 0267 26 假定有 10 寸陶瓷刀需要進行磨削加工 現(xiàn)用該機床進行平面磨削 砂輪為 80 金 剛石砂輪 切削深度 工件進給速度 根據(jù)工件材料 切削深mp3 min 3 vw 度和進給量 選擇砂輪的線速度 故svs 60 式 NvaeFswpt 67 5860 2877 1485 0 14 85 0267 1 5 1 3 伺服電機的總功率 1 刀具對砂輪的反作用力 F 由于砂輪對刀具的磨削力與刀具對砂輪的反作用力是相等的 則 NFt67 538 2 回轉(zhuǎn)軸受到的扭矩 T 由于刀具是裝夾在刀架板上 且是緊貼著刀架板 而刀架板 防護罩 刀架連接 塊 回轉(zhuǎn)軸之間是直接用螺釘固定在一起的 故刀具對砂輪的反作用力可近似看成回 轉(zhuǎn)軸的圓周力 因為刀具到回轉(zhuǎn)軸的距離為 92mm 故回轉(zhuǎn)軸受到的扭矩 20 式 5 9 mNDFT 78 24209 67538 3 回轉(zhuǎn)軸傳動的功率 P 由第四章可知 回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速小于 現(xiàn)設回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 則in 1r in 10r 式 5 10 kwn26 09578 40 4 伺服電機所需的總功率 P 回轉(zhuǎn)軸的傳動功率是由伺服電機通過套筒 角接觸球軸承傳給滾珠絲桿副 再通 過齒輪 齒條的嚙合以及滾針軸承傳到回轉(zhuǎn)軸上的 查 機械設計課程設計 第 4 版 P86 可得 98 0 45 4312 故 式 5 11 kwkwP 34 076 298 045 264321 5 2 電機的選擇 1 初步選擇伺服電機 根據(jù)電機所需要的功率 選擇伺服電機 80SJT M024C 其參數(shù)如下表 5 2 所示 采 用高性能稀土永磁材料 功率密度高 過載能力強 反電勢正弦性好 采用正弦波電 流驅(qū)動 低速特性好 電動機慣量特別適合機床進給驅(qū)動 部分采用 F 級絕緣材料 延長電動機壽命 采用全封閉式結(jié)構(gòu) 外形美觀 結(jié)構(gòu)緊湊 因為該專用機床一般用 于精加工材料為硬質(zhì)合金 厚度小于 10mm 的刀具 加工余量很小 所有條件均遠小于 上述假設條件 因此 電機的功率條件完全滿足機床工作臺實際的工作條件 表 5 2 伺服電機 80SJT M024C 參數(shù)表 額定功率 kW5 1反電勢 rimV 1068 額定線電壓 V20額定轉(zhuǎn)速 n1000 額定線電流 A3額定力矩 N 2 4 2 校核伺服電機的力矩 對于數(shù)控機床而言 因為動態(tài)性能要求較高 所以用電動機力矩主要是用不斷產(chǎn) 生加速度的 而負載力矩占的比重很小 一般小于電動機力矩的 10 30 所以可以先 計算快速空載啟動力矩 據(jù)此校核電機 支座的長度 寬度 高度 因為支座的結(jié)構(gòu)非常mL384 mB135 mh153 21 復雜 難以直接計算 結(jié)合鑄鐵的密度 估算支座的質(zhì)量約為3 1025 7mkg kgM30 3 支座折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量 1J 由以上可知支座的質(zhì)量約為 對于 Z 軸向的滾珠絲杠 所以 kg30 式246 2621 1072 304 71 kgPJ 5 12 式中 為絲杠螺距 初選絲杠 mP7 4 絲杠折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 J 因為滾珠絲杠與電機用套筒連接 所以 241072 3kgJ 5 電機的最大加速力矩 T 式 5 13 mNtnJ 53 10 6917 3 4 式中 為電機的轉(zhuǎn)速 為進給系統(tǒng)的時間常數(shù) 這里取 n 025 t 支座對電機的最大的加速力矩 加速力小于伺服電機 的額定力矩TCMSJT48 因此 所選的伺服電機滿足使用要求 mN 4 2 5 3 滾珠絲杠副的確定 5 2 1 滾珠絲桿的特點 1 與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為 1 3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動 所以能得到較 高的運動效率 與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到 1 3 以下 即達到同樣運動結(jié)果 所需的動力為使用滾動絲杠副的 1 3 在省電方面很有幫助 2 高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機械設備連貫生產(chǎn)出來的 特別是在 研削 組裝 檢查各工序的工廠環(huán)境方面 對溫度 濕度進行了嚴格的控制 由于完善 的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證 3 微進給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動 所以啟動力矩極小 不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬 行現(xiàn)象 能保證實現(xiàn)精確的微進給 4 無側(cè)隙 剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓 由于予壓力可使軸向間隙達到負值 進而得到較高的剛性 22 滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力 在實際用于機械裝置等時 由于滾珠的斥力可使絲母 部的剛性增強 5 高速進給可能 滾珠絲杠由于運動效率高 發(fā)熱小 所以可實現(xiàn)高速進給 運動 5 2 2 滾珠絲杠副的選擇 綜合考慮滾珠絲桿副所承受的轉(zhuǎn)矩 功率以及伺服電機的軸頸 選擇漢江滾珠絲 桿 型號為 HJG S3300 03 型號為 HJG S3300 03 的滾珠絲杠副具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示 圖 5 1 HJG S3300 03 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸圖 5 4 軸承的選擇 5 4 1 滾珠絲杠的軸端形式 根據(jù)絲杠的的安裝與應用 其軸端形式如圖 7 3 所示 圖 5 2 絲杠軸端形式 5 3 2 軸承的選擇 依據(jù)滾珠絲桿副安裝軸承部分的軸徑及受力方式 軸承采用角接觸球軸承 型號 7302AC 內(nèi)徑 外徑 寬度 額定動負荷 md15 mD42 B13 NCr908 額定靜負荷 具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖 5 3 所示NFao80 a 無電機端 b 連接電機端 23 圖 5 3 7302AC 軸承結(jié)構(gòu)尺寸圖 軸承采用反裝形式 這種組配方式的受力作用線外向發(fā)散 所以軸承間的有效支 點距離增大 這種組配方式也可承受雙向的軸向載荷和徑向載荷 但承受傾斜力矩的 能力較差 并較多地降低軸承的極限轉(zhuǎn)速 一般適用于需要精密調(diào)心的場合 24 第六章 回轉(zhuǎn)刀架的總裝 6 1 回轉(zhuǎn)刀架的總裝配圖 經(jīng)過上述一系列的設計與計算 回轉(zhuǎn)刀架的總裝配圖如圖 6 1 所示 圖 6 1 回轉(zhuǎn)刀架的總裝配圖 25 6 2 回轉(zhuǎn)刀架在機床上的安裝 該回轉(zhuǎn)刀架的機床上的安裝如圖 6 2 所示 圖 6 2 數(shù)控機床的總裝配圖 1 床身機架 2 回轉(zhuǎn)刀架機構(gòu) 3 伺服電機 4 回轉(zhuǎn)軸 5 回轉(zhuǎn)齒輪 6 刀架板 7 工作臺 8 X 向滑板 9 導軌 10 Y 向滑板 11 Y 向的滾珠絲桿副 12 支座 13 電動機 26 第七章 機床精度檢驗 7 1 機床精度內(nèi)容 機床精度能夠反映機床本身誤差的大小 包括下列內(nèi)容 a 幾何精度 幾何精度是指機床在無負載不運動或低速運轉(zhuǎn)下的精度 如主軸的軸向竄動 定 心軸頸的徑向跳動等 幾何精度高低主要取決于加工和裝配質(zhì)量 b 運動精度 運動精度是指機床主要零部件在以工作狀態(tài)速度運動時的精度 包括回轉(zhuǎn)精度和 直線運動不均勻精度 這對于加工精度要求較高的機床尤為重要 運動精度取決于機 床傳動鏈設計 元件制造與裝配質(zhì)量 運動速度及其它特性的影響 c 傳動精度 傳動精度是指機床內(nèi)聯(lián)系傳動鏈兩端件之間相對運動的準確性 它主要取決于傳 動鏈各元件 特別是末端件 如母蝸輪或母絲杠 的加工 裝配精度以及傳動鏈設計 的合理性 d 定位精度 定位精度是指機床有關(guān)部件在所有坐標 直線和回轉(zhuǎn)坐標 中定位的準確性 它 取決于機床測量系統(tǒng) 進給系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)以及有關(guān)特性的影響 e 工作精度 工作精度是指機床在有負載和正常工作速度時的精度 它主要取決于機床的剛度 抗振性和熱變形 7 2 機床精度保持性 精度保持性是指機床長期保持其原始精度的能力 該項指標是由機床某些關(guān)鍵零 件的首次大修期所決定 為提高零件耐磨性 需注意選材 熱處理 潤滑與防護等 中型機床的首次大修期應保持在 年以上 10 8 27 7 3 機床精度檢驗方法 序 號 檢驗項目 允差 mm 檢驗工 具 檢驗方法 1 工作臺導軌 在垂直面內(nèi) 的直線度 全長 0 01 凸 局部公差 在任意 100 測 量長度上為 0 005 精密水 平儀 在工作臺滑板上 縱向放一水平儀 等距離 近似等于規(guī)定的局部誤差的測量長度 移動工 作臺滑板檢驗 將水平儀的讀數(shù)依次排列 畫出 導軌誤差曲線 曲線相對其兩端點連線的最大坐 標值就是導軌全長的直線度誤差 曲線上任意局 部測量長度的兩端點相對曲線兩端點連線的坐標 差值 就是導軌的局部誤差 2 工作臺導軌 平面度 全長 0 02 局部公差 在任意 100 測 量長度上為 0 01 精密水 平儀 在工作臺滑板上 橫向放一水平儀 等距離 近似等于規(guī)定的局部誤差的測量長度 移動工 作臺滑板檢驗 3 主軸砂輪盤 安裝軸徑徑 向跳動 0 015 指示器 固定指示器使其測頭垂直觸及軸頸 包括圓 錐軸頸 的表面 旋轉(zhuǎn)主軸檢驗 指示器讀數(shù)的 最大差值就是徑向跳動誤差 4 主軸軸向跳 動 0 005 指示器 鋼球 鋼球用黃油可靠固定在主軸中心孔處 固定 指示器使其測頭垂直觸及鋼球的表面 旋轉(zhuǎn)主軸 檢驗 指示器讀數(shù)的最大差值就是軸向跳動誤差 5 主軸中心線 與下滑座 或機頭座 導軌垂直面 內(nèi)平行度 適用端面 切削磨床 0 05 指示器 專用檢 具 專用檢具套在主軸砂輪盤軸徑上 固定指示 器在工作臺上 使其測頭垂直專用檢具上母線 移動下滑板 或機頭 指示器讀數(shù)最大差值為 主軸中心線與下滑座 或機頭座 導軌垂直面內(nèi) 平行度 6 主軸中心線 與下滑座 或機頭座 導軌水平面 內(nèi)平行度 適用端面 切削磨床 0 05 指示器 專用檢 具 專用檢具套在主軸砂輪盤軸徑上 固定指示 器在工作臺上 使其測頭垂直專用檢具側(cè)母線 移動下滑板 或機頭 指示器讀數(shù)最大差值為 主軸中心線與下滑座 或機頭座 導軌垂直面內(nèi) 平行度 7 主軸中心線 與工作臺導 軌垂直面內(nèi) 平行度 適 用圓周面切 削磨床 0 05 指示器 專用檢 具 專用檢具套在主軸砂輪盤軸徑上 固定指示 器在工作臺上 使其測頭垂直專用檢具上母線 移動工作臺滑板 指示器讀數(shù)最大差值為主軸中 心線與工作臺導軌垂直面內(nèi)平行度 28 序 號 檢驗項目 允差 mm 檢驗工 具 檢驗方法 8 主軸中心線 與下滑座 或機頭座 導軌水平面 內(nèi)垂直度 適用圓周 面切削磨床 0 05 指示器 專用檢 具 專用檢具套在主軸砂輪盤軸徑上 固定指示 器在工作臺上 使其測頭垂直專用檢具端面 移 動工作臺滑板 指示器讀數(shù)最大差值為主軸中心 線與工作臺導軌水平面內(nèi)垂直度 9 主軸中心線 與磁盤表面 垂直度 適 用立磨 斜 磨 允差 前后 0 05 0 1 只允許前傾 左右 0 02 指示器 在所檢磨床上 精磨磁盤后 固定指示器在 主軸上 使其測頭垂直磁盤表面 轉(zhuǎn)動主軸測得 前后和左右方向的垂直度 10 數(shù)控軸線位 置精度 a 重復定位精度 R 0 012 b 反向偏差 B 0 012 c 定位精度 A 0 03 激光干 涉儀 和其他 檢測 工具 用激光干涉儀或線紋尺和讀數(shù)顯微鏡測量 采用線性循環(huán)方法 用指示器和量塊測量 采用 階梯循環(huán)方法 測量時用快速進給 每個位置正 反向各重 復測量5 次 測量實測值與指令值之差 讀數(shù)分 別記錄 如在Pj位置正向測得 5 個讀數(shù) 記為X1j X2j X5j 反向測得5 個讀數(shù) 記為X1j X2j X5j 求平均位置偏差 51jijj jijjX 求標準偏差 512 4j jijjS 512j jijj X a 重復定位精度R R 取6Sj 或6Sj 各位置中最大值 b 反向偏差B B X j X j max c 定位精度A A X j 3S j max X j 3S j min 29 結(jié) 論 本文是對刀剪專用數(shù)控磨床的旋轉(zhuǎn)消隙機構(gòu)進行設計計算 主要包括回轉(zhuǎn)刀架的 工藝分析 回轉(zhuǎn)刀架各部件的選擇與計算 機床精度檢驗等 內(nèi)容嚴謹 依據(jù)充足 但是 由于本次設計的過程基本上都基于理論和假設 所以回轉(zhuǎn)機構(gòu)在實際制造和工 作上可能會存在一些的問題 例如加工出來的精度不夠高 制造成本高 還有行程調(diào) 整和系統(tǒng)控制等問題 因此 該回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設計還需通過實際制造與運行的測試 根 據(jù)其反饋的問題 不斷地改進細節(jié)內(nèi)容 28 致 謝 本次設計能夠順利的完成 除了我個人的努力和專心之外 還要特別地感謝陳銀 清老師的指導和幫忙 每次我遇到有問題的時候 老師都會耐心地和我探究或講解 而且為了我的畢業(yè)設計 陳老師還特定安排我到茂名怡華機械有限公司進行實習 讓 我得到不少有用的資料和信息 此處也要感謝機械廠里面的鐘科長和其他的師傅 他 們都不厭其煩地跟我講解各類機床的知識 有問必答 此外 還要感謝我的同學 他 們都給了我不少的建議 支持和幫助 最后 還有大學四年來所有教導過我 幫助過 我的老師 沒有他們的悉心教導 我就不會有如此扎實的知識基礎(chǔ) 畢業(yè)設計也就不 會如此順利地完成 所以在這里 我要衷心地感謝他們 29 參考文獻 1 陸玉主編 機械設計課程設計 第四版 機械工業(yè)出版社 2010 2 薄宵主編 磨工使用技術(shù)手冊 江蘇科學技術(shù)出版社 2002 3 楊可楨 程光蘊 李仲生主編 機械設計基礎(chǔ) 第五版 高等教育出版社 2006 4 李伯民 超波主編 現(xiàn)代磨削技術(shù) 機械工業(yè)出版社 2003 5 李澄 吳天生 聞百橋主編 機械制圖 第二版 高等教育出版社 2003 6 范云漲 陳兆年主編 金屬切削機床設計簡明手冊 機械工業(yè)出版社 1993 7 機床設計手冊 編寫組 機床設計手冊 上冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1978 8 機床設計手冊 編寫組 機床設計手冊 下冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1978 9 呂宏 王慧 機械設計 M 北京 北京大學出版社 2009 10 沈蓮 機械工程材料 M 北京 機械工業(yè)出版社 2007 11 劉鴻文 材料力學 M 北京 高等教育出版社 2004 12 黃鎮(zhèn)昌 互換性與測量技術(shù) M 廣州 華南理工大學出版社 2009 30 譯文及原文影印件 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 1 國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況 隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展 傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革 各工業(yè)發(fā)達國家 投入巨資 對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā) 提出了全新的制造模式 在現(xiàn)代制造系統(tǒng) 中 數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù) 它集微電子 計算機 信息處理 自動檢測 自動控制等 高新技術(shù)于一體 具有高精度 高效率 柔性自動化等特點 對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動 化 集成化 智能化起著舉足輕重的作用 目前 數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革 由 專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展 在集成化 基礎(chǔ)上 數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型 超小型化 在智能化基礎(chǔ)上 綜合了計算機 多媒 體 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡等多學科技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速 高精 高效控制 加 工過程中可以自動修正 調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù) 實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理 在網(wǎng)絡化基礎(chǔ)上 CAD CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體 機床聯(lián)網(wǎng) 實現(xiàn)了中央集中控制 的群控加工 長期以來 我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu) CNC只能作為非智能的機床運 動控制器 加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設定 加工程序在實際加工前 用手工方式或通過CAD CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制 CAD CAM和CNC之間沒有反饋控 制環(huán)節(jié) 整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu) 在復雜環(huán)境以及多變 條件下 加工過程中的刀具組合 工件材料 主軸轉(zhuǎn)速 進給速率 刀具軌跡 切削 深度 步長 加工余量等加工參數(shù) 無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時 動態(tài)調(diào)整 更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD CAM中的設定量 因而影響CNC的工 作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量 由此可見 傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式 體系結(jié)構(gòu) 限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展 已不適應日益復雜的制造過程 因 此 對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行 2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 2 1 性能發(fā)展方向 1 高速高精高效化 速度 精度和效率是機械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標 由于 采用了高速CPU芯片 RISC芯片 多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交 流數(shù)字伺服系統(tǒng) 同時采取了改善機床動態(tài) 靜態(tài)特性等有效措施 機床的高速高精 31 高效化已大大提高 2 柔性化 包含兩方面 數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性 數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計 功 能覆蓋面大 可裁剪性強 便于滿足不同用戶的需求 群控系統(tǒng)的柔性 同一群控系 統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求 使物料流和信息流自動進行動態(tài)調(diào)整 從而最大限度 地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能 3 工藝復合性和多軸化 以減少工序 輔助時間為主要目的的復合加工 正朝 著多軸 多系列控制功能方向發(fā)展 數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一 次裝夾后 通過自動換刀 旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施 完成多工序 多表面的復 合加工 數(shù)控技術(shù)軸 西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸 4 實時智能化 早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境 其作用是如何 調(diào)度任務 以確保任務在規(guī)定期限內(nèi)完成 而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的 各種智能行為 科學技術(shù)發(fā)展到今天 實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合 人工智能正向 著具有實時響應的 更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展 而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的 更加復 雜的應用發(fā)展 由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域 在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域 實時智能 控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展 自適應控制 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡控制 專家控制 學習控制 前饋控制等 例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng) 故障診斷 專家系統(tǒng) 參數(shù)自動設定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在高速加工時的 綜合運動控制中引入提前預測和預算功能 動態(tài)前饋功能 在壓力 溫度 位置 速 度控制等方面采用模糊控制 使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高 從而達到最佳控制的 目的 2 2 功能發(fā)展方向 1 用戶界面圖形化 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口 由于不同 用戶對界面的要求不同 因而開發(fā)用戶界面的工作量極大 用戶界面成為計算機軟件 研制中最困難的部分之一 當前INTERNET 虛擬現(xiàn)實 科學計算可視化及多媒體等技 術(shù)也對用戶界面提出了更高要求 圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用 人 們可以通過窗口和菜單進行操作 便于藍圖編程和快速編程 三維彩色立體動態(tài)圖形 顯示 圖形模擬 圖形動態(tài)跟蹤和仿真 不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的 實現(xiàn) 2 科學計算可視化 科學計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù) 使信息 交流不再局限于用文字和語言表達 而可以直接使用圖形 圖像 動畫等可視信息 可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合 進一步拓寬了應用領(lǐng)域 如無圖紙設計 虛擬樣 機技術(shù)等 這對縮短產(chǎn)品設計周期 提高產(chǎn)品質(zhì)量 降低產(chǎn)品成本具有重要意義 在 數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域 可視化技術(shù)可用于CAD CAM 如自動編程設計 參數(shù)自動設定 刀具 補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等 32 3 插補和補償方式多樣化 多種插補方式如直線插補 圓弧插補 圓柱插補 空間橢圓曲面插補 螺紋插補 極坐標插補 2D 2螺旋插補 NANO插補 NURBS插補 非均勻有理B樣條插補 樣條插補 A B C樣條 多項式插補等 多種補償功能如 間隙補償 垂直度補償 象限誤差補償 螺距和測量系統(tǒng)誤差補償 與速度相關(guān)的前 饋補償 溫度補償 帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)?4 內(nèi)裝高性能PLC 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊 可