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開 題 報(bào) 告 題 目 斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 一 選題背景與意義 1 機(jī)床行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)裝備產(chǎn)業(yè) 也是裝備制造業(yè)發(fā)展的重中之重 機(jī)床產(chǎn)業(yè)對于發(fā)展 發(fā)展新技術(shù)產(chǎn)業(yè) 國民經(jīng)濟(jì)和增強(qiáng)國家的綜合國力有著十分重要的作用 機(jī)床產(chǎn)品的發(fā)展是高 精 高速 高效 一批多坐標(biāo) 復(fù)合 智能型 我國機(jī)床工具行業(yè)已取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步 但是 與發(fā)達(dá)國家相比 我們的差距仍然明顯 主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)方法的落后 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)很難和 國際發(fā)達(dá)國家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相接軌 在機(jī)械加工行業(yè)中 由于需要加工復(fù)雜的工件 普通的機(jī)床 已經(jīng)不能滿足加工要求 從而出現(xiàn)了自動(dòng)控制機(jī)床以及數(shù)字控制機(jī)床 來加工復(fù)雜的曲面和形 狀的工件 斜床身數(shù)控車床因其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 因而成為數(shù)控車床中比較出色的床種 是數(shù) 控車床中主要的品種之一 在數(shù)控機(jī)床當(dāng)中占非常重要的位置 近幾十年來一直受到了世界各 國的普遍關(guān)注與重視并且得到了快速的發(fā)展 我國機(jī)床行業(yè)近幾年雖然取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步 但是與發(fā)達(dá)國家相比 我們的差距仍 然明顯 我國在這類機(jī)床上也是平平淡淡 沒有很大的成就 低檔產(chǎn)品產(chǎn)能過剩 從國內(nèi)的機(jī) 床行業(yè)發(fā)展情況可看出 大部分機(jī)床廠都在生產(chǎn)數(shù)控車床 數(shù)控機(jī)床成本較高 不夠智能化 沒有突出的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 科技基礎(chǔ)薄弱 產(chǎn)品質(zhì)量水平低 產(chǎn)品在使用過程中 經(jīng)常出現(xiàn)故障與 癱瘓 以至于生產(chǎn)效率很難提高 我國機(jī)床工業(yè)技術(shù)水平低 重大技術(shù)裝備和關(guān)鍵產(chǎn)品遠(yuǎn)不能 滿足國名經(jīng)濟(jì)快速增長的需要 與發(fā)達(dá)國家相比 我國機(jī)床工業(yè)企業(yè)物流在產(chǎn)品質(zhì)量 技術(shù)水 平還是在市場競爭能力方面 均存在著階段性的差距 而且還有進(jìn)一步拉大的趨勢 不少企業(yè) 裝備陳舊 生產(chǎn)工藝落后 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定 一些基礎(chǔ)元器件和零部件的可靠性差 基礎(chǔ)機(jī)床 的精度 效率較低 由于國產(chǎn)機(jī)床的質(zhì)量不能滿足用戶的需求 導(dǎo)致近幾年機(jī)床進(jìn)口驟增 進(jìn) 出口逆差巨大 盡管國內(nèi)機(jī)床市場需求旺盛 但將近一半的國內(nèi)市場被外商占領(lǐng)了 目前高精 尖產(chǎn)品市場被西方發(fā)達(dá)國家占領(lǐng) 大型 重型和普通機(jī)床市場被俄羅斯占領(lǐng) 普及型數(shù)控機(jī)床 臺灣產(chǎn)品大量涌入 2 畢業(yè)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生學(xué)完大學(xué)課程及先行課程之后 在大學(xué)的最后階段進(jìn)行的實(shí)習(xí)性創(chuàng) 新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié) 是大學(xué)生的必修環(huán)節(jié) 本次設(shè)計(jì)目的在于通過機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 是在擬定傳動(dòng)和變速結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程中 得到設(shè)計(jì)構(gòu)思 方案分析 結(jié)構(gòu)工藝性 機(jī)械制圖 零件計(jì)算 編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練 樹立正確的設(shè)計(jì)思想 掌握基本的設(shè)計(jì)方法 并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力 二 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是斜身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該機(jī)床能實(shí)現(xiàn)兩聯(lián)動(dòng) 具有刀具參 數(shù)補(bǔ)償 剛性攻絲 軌跡圖形等先進(jìn)功能 能夠一次裝夾完成對復(fù)雜零件的外圓 端面 內(nèi)孔 螺紋等加工 主要用于加工高精度回轉(zhuǎn)體類型零件如軸類 盤類 套類 以及高精度各種規(guī)格 的內(nèi)外螺紋 可一次裝夾完成外形及內(nèi)孔的加工 此次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是 斜床身臥式車床傳動(dòng)系統(tǒng) 主軸箱設(shè)計(jì) 主軸箱內(nèi)軸的結(jié)構(gòu) 2 設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)說明書等 1 根據(jù)所選工件計(jì)算切削用量 進(jìn)一步選定電動(dòng)機(jī) 2 分析制定傳動(dòng)方案 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng) 3 對動(dòng)力部件的齒輪 軸和軸承等部件詳細(xì)計(jì)算和校核 滿足強(qiáng)度要求 4 確定出最終的結(jié)構(gòu) 繪制相關(guān)的零件圖和裝配圖 5 編寫設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)課題涉及到課題的分析 資料的查詢整理 深入機(jī)床廠生產(chǎn)一線向使用者 設(shè)計(jì)者學(xué) 習(xí) 從而了解所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的成本 生產(chǎn)效率 用途和設(shè)計(jì)理念等 側(cè)重于設(shè)計(jì) 計(jì)算與制圖 能力的培養(yǎng)和工程基本訓(xùn)練 具體要求包括 1 合理選擇各零件的材料 合理進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核 完成斜身車床的詳細(xì)計(jì)算 進(jìn)一步鞏固 和掌握機(jī)械專業(yè)設(shè)計(jì) 積極聯(lián)系實(shí)踐 增強(qiáng)自己的知識儲備和設(shè)計(jì)創(chuàng)新思維 2 二維三維圖的設(shè)計(jì) 手工繪圖和計(jì)算機(jī)加強(qiáng)了專業(yè)繪圖技能 熟練掌握繪圖軟件 提高 運(yùn)用和組織構(gòu)思能力 3 學(xué)會搜集相關(guān)資料文獻(xiàn) 提高分析和解決問題的能力 4 要求設(shè)計(jì)斜身車床 機(jī)床總體設(shè)計(jì)要考慮涉及幾點(diǎn) 1 根據(jù)工件計(jì)算切削用量 選用合適的電動(dòng)機(jī) 2 合理選擇機(jī)床的通用部件 3 選擇合理的機(jī)床的配置形式 4 設(shè)計(jì)高效率的工具 刀具和主軸箱 預(yù)期研究結(jié)果 1 機(jī)床采用高剛度 45 度斜床身布置 這種布局形式排屑容易 熱鐵屑不會堆積在導(dǎo)軌上 也便于自動(dòng)安裝排屑器 操作方便易于安裝機(jī)械手 以實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化 2 直線導(dǎo)軌滿足高速高效要求 減少摩擦阻力及溫升變形 提高加工精度 并確保證了切 削加工精度的長期穩(wěn)定性 3 X Y 軸伺服電機(jī)通過彈性聯(lián)軸器與精密滾珠絲杠直連 精度高 絲杠兩端固定 受力 穩(wěn)定 提高了支撐座的支撐剛度 使頻繁高速定位 重切時(shí)引起的扭曲變形減到最低程度 4 高剛度的立式轉(zhuǎn)塔刀架 定位精度高 重切變形小 三 設(shè)計(jì)方案 1 數(shù)控車床總裝配草圖 斜床身數(shù)控車床的主視圖如圖 1 所示 左視圖如圖 2 所示 斜床身數(shù)控車床主要是由主傳動(dòng)系 統(tǒng) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 刀架系統(tǒng)和尾座等組成 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 床身 2 主軸箱 3 傳動(dòng)座 4 絲杠 5 螺釘 6 工作臺 7 軸承 8 滑動(dòng)導(dǎo)軌 9 尾座 10 燕尾導(dǎo)軌 圖 1 斜床身車床的主視圖 圖 2 斜床身數(shù)控車床的左視圖 2 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)大多數(shù)采用的是無級變速 無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服 主軸系統(tǒng)兩種 一般是采用直流或者交流主軸電機(jī) 通過帶傳動(dòng)來帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn) 通過帶傳動(dòng) 和主軸箱內(nèi)的減速齒輪來帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn) 變速齒輪如圖 3 所示 帶傳動(dòng)如圖 4 所示 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)要求較大的調(diào)速范圍 且變速按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行 因此變速機(jī)必須 適應(yīng)自動(dòng)操作的要求 所以采用無級變速系統(tǒng) 機(jī)床主軸的傳動(dòng)系統(tǒng)則采用交流伺服電動(dòng)機(jī)直 接驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng) 如圖 5 所示 圖 3 變速齒輪 圖 4 帶傳動(dòng) 圖 5 電機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 3 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用伺服進(jìn)給系統(tǒng) 機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動(dòng)系 統(tǒng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使刀架實(shí)現(xiàn)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)執(zhí)行構(gòu)件是主軸和刀架 車削螺紋時(shí) 主軸和刀架之間有著嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 車端面和圓柱面時(shí) 刀架和主軸之間無嚴(yán) 格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 橫向進(jìn)給系統(tǒng)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)分別如圖 6 的 a 和 b 所示 橫向和縱向進(jìn)給傳動(dòng)用滾珠絲杠安裝在與普通車床相應(yīng)的安裝裝置 選用步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn) 電機(jī)經(jīng)無間隙聯(lián)軸器與滾珠絲杠副相連 絲杠采用的是可預(yù)緊安裝方式 以減小或消除因絲杠 自重而產(chǎn)生的彎曲變形 使絲杠的拉壓剛度有較大提高 絲杠不會因發(fā)熱而伸長 進(jìn)步電機(jī)與 絲杠的聯(lián)接如圖 7 所示 a 橫向進(jìn)給系統(tǒng) 5 b 縱向進(jìn)給系統(tǒng) 圖 6 橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 絲杠 2 套筒聯(lián)軸器 3 7 錐銷 4 螺母 5 墊圈 6 支架 8 支架套 9 步進(jìn)電機(jī) 圖 7 進(jìn)步電機(jī)與絲杠的聯(lián)接 4 刀架系統(tǒng) 設(shè)計(jì)采用的是立式回轉(zhuǎn)刀架 也稱轉(zhuǎn)塔式刀架如圖 8 所示 通過回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)車床的 自動(dòng)換刀 刀架動(dòng)作的順序?yàn)?系統(tǒng)發(fā)出換刀信號 刀架電機(jī)正轉(zhuǎn) 刀臺上升并轉(zhuǎn)位 刀架到 位信號 刀架電機(jī)反轉(zhuǎn) 粗定位夾緊 精定位夾緊 電機(jī)停轉(zhuǎn) 回答信號 加工 圖 8 轉(zhuǎn)塔刀架 5 尾座 6 數(shù)控車床上配置的尾座 一般是液壓尾座 尾座是裝在床身導(dǎo)軌上 沿著床身導(dǎo)軌移動(dòng) 根據(jù)工件長短來調(diào)節(jié)位置 尾座的作用是利用套筒安裝頂尖 來支撐較長工件的一端 也可以 安裝鉸刀 鉆頭等道具來進(jìn)行孔加工 尾座的外形要做到美觀 與機(jī)床設(shè)計(jì)風(fēng)格相稱 尾座的 材料用 1 級鑄鐵 并且經(jīng)過時(shí)效處理 同時(shí)也可以用偏心機(jī)構(gòu)把尾座固定在需要的位置上 尾 座和床頭箱頂尖水平面的偏移 4 參考文獻(xiàn) 1 羅曉芳 張金濤 簡玉山 等 數(shù)控刮削滾光機(jī)床的設(shè)計(jì) J 制造技術(shù)與機(jī)床 2012 12 3 6 2 邢曉輝 王洪川 王貴飛 等 基于靈敏度分析的數(shù)控機(jī)床床身尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì) J 組合機(jī)床 與自動(dòng)化加工技術(shù) 2013 15 4 35 38 3 李治 張玉花 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟釬焊焊點(diǎn)成形預(yù)測 J 熱加工工藝 2013 1 3 21 24 4 程龍 朱鐵標(biāo) 羅曉芳 一種龍門機(jī)床自動(dòng)旋轉(zhuǎn)頭庫設(shè)計(jì) J 制造技術(shù)與機(jī)床 2013 9 1 3 5 叢明 劉冬 崔冬梅 等 基于靈敏度分析的大規(guī)格床身結(jié)構(gòu)模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 J 大連 理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2011 3 11 14 18 6 劉飛 梁霖 彭曉南 等 一種直角坐標(biāo)系下圓度誤差最小區(qū)域評價(jià)實(shí)現(xiàn)方法 J 工具技 術(shù) 2011 5 15 23 28 7 劉飛 梁霖 徐光華 等 一種圓度誤差最小區(qū)域評價(jià)方法 J 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù) 2011 7 6 13 19 8 張應(yīng)中 羅曉芳 范超 裝配空間關(guān)系形式表達(dá) J 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào) 2011 9 8 9 13 9 常京龍 吳慶利 納米微粒復(fù)合鍍層硬度和耐磨性測試 J 電鍍與精飾 2011 9 10 19 21 械制造 2009 6 13 20 25 11 Rahman M Mansur M A Feng Z Fabrication and evaluation of a steel fibre reinforced concrete column for grinding machines J Materials Design 1995 3 4 205 209 12 Zhou B L Bio inspired study of structural materials J Materials Science and Engineering 2000 C11 13 18 13 Cen H T Wang S Chen W Y New development in structural bionics J Journal of machine design 2003 11 1 4 in Chinese 14 Ren L Q Han Z W Li J Q Tong J Effects of non smooth characteristics on bionic bulldozer blades in resistance reduction against soil J Journal of Terramechanics 2002 39 221 230 15 Milwich M Speck T Speck O Stegmaier T Planck H Biomimetics and technical textiles Solving engineering problems with the help of nature s wisdom J American Journal of Botany 2006 93 1455 1465 16 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 M 第 5 版 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2008 3 103 130 7 五 指導(dǎo)教師評語 指導(dǎo)教師 簽字 年 月 日 六 審核意見 系主任 簽字 年 月 日 Journal of materials processing technology 109 2001 290 293 三軸數(shù)控機(jī)床的部分程序自動(dòng)檢查 羅伯托利卡里亞 埃內(nèi)斯托羅富豪 馬里奧皮亞琴蒂尼 意大利迪卡塔尼亞大學(xué) 卡塔尼亞 意大利 摘 要 仿真和確認(rèn)數(shù)控的數(shù)控加工對于 NC 銑床代碼是一項(xiàng)非常重要的任務(wù) 這項(xiàng)工作的目的 是限制測試需要驗(yàn)證正確的部分程序的編寫的數(shù)量 達(dá)到節(jié)約時(shí)間 人力資源和金錢的目的 這是通過固體之間的布爾運(yùn)算 在 AutoCAD 環(huán)境中 由該工具覆蓋量的部分期間決定的操作程序 由愛思唯爾科學(xué)家 B V 于 2001 年發(fā)表 關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床 AutoCAD 部分程序 1 簡介 最近 我們參與到了電腦不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展 現(xiàn)在更廉價(jià) 更友好 因此 現(xiàn)代 工業(yè)更加分散 計(jì)算機(jī)已經(jīng)在工業(yè)部門不同的階段使用了好幾年 在設(shè)計(jì)規(guī)劃階段 采用 CAD 系統(tǒng) 在這個(gè)過程中的規(guī)劃階段使用的 CAPP 系統(tǒng) 生產(chǎn)階段使用了 CAM 系統(tǒng) 自從幾年前 這三個(gè)階段進(jìn)行孤立的 每一個(gè)階段 應(yīng)該有一個(gè)具體的問題和 對問題來解答 有時(shí)候 會發(fā)生生產(chǎn)階段是其他的階段實(shí)行一些必要條件的情況 例如 因?yàn)橛胁糠质菣C(jī)器無法或難以生產(chǎn)設(shè)計(jì)確立公差 或在生產(chǎn)階段有必要作 出一部分改變 但三個(gè)階段嚴(yán)格分開的 此外 有人認(rèn)為這不可能對于不同的方案 不同的程序員用不同的邏輯去編寫 去互相交流 最近 不同的程序試圖溝通 以解決一些問題 但這是非常困難去實(shí) 現(xiàn)的 存在一定數(shù)量的程序是可行的 但它們不是 萬能 的程序 他們是非常專業(yè) 的程序 可用到具體領(lǐng)域中唯一的強(qiáng)大計(jì)算機(jī)程序 事實(shí)上 有必要研發(fā)一個(gè)通用 軟件容易被簡單的 常用的和非常廉價(jià)的電腦所使用 數(shù)控機(jī)器是很常用的 他們有能力幫助行業(yè)實(shí)現(xiàn)增加生產(chǎn)效率和保證質(zhì)量的最低 成本 事實(shí)上 數(shù)控機(jī)器比傳統(tǒng)的機(jī)器速度更快 更準(zhǔn)確 他們的工作的表面非常 精確 然而更昂貴而且它比傳統(tǒng)的機(jī)器更難以操作 此外 有必要編制一個(gè)專業(yè)的程序以獲取需要準(zhǔn)確移動(dòng)工具的數(shù)據(jù) 該方案 稱為 方案的一部分 被使用特定的編程語言寫入 可以由每個(gè)數(shù)控機(jī)床讀取 1 有類 似機(jī)器 車床 端銑機(jī)等 我們遇到的第一個(gè)問題就是使用數(shù)控機(jī)床 當(dāng)程序員在寫部分程序的時(shí)候犯錯(cuò) 誤 產(chǎn)品將無法達(dá)到我們預(yù)期 但它有一個(gè)不同形狀或不同的特性 但可能更危險(xiǎn) 的 也很昂貴 如果程序給工具提供了錯(cuò)誤的指令 可以造成工具和機(jī)器的部分碰 撞 是由于數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)速高于傳統(tǒng)機(jī)床 我們使用數(shù)控機(jī)床存在著其他問題 例如怎樣選用合適的深度和進(jìn)給速度 或 如何選擇工件的形態(tài) 來減少材料浪費(fèi) 作為一項(xiàng)原則 為解決一些問題的切削試 驗(yàn)是十分重要的 但實(shí)施他們都是非常昂貴的 因?yàn)樗鼈兪侨祟惿鐣馁Y源 時(shí)間 原料和金錢的浪費(fèi) 此外 并不是所有的問題都很容易解決只通過進(jìn)行一個(gè)測試 測試要再進(jìn)行一 遍又一遍 它應(yīng)該是非常有用的 利用計(jì)算機(jī)的 虛擬 切削試驗(yàn)取代數(shù)控機(jī)床實(shí) 驗(yàn)并且應(yīng)該有可能在空間上顯示機(jī)床在加工過程中的交叉工作區(qū)域 電子顯示系統(tǒng)在機(jī)械件中的廣泛應(yīng)用要求我們使用它們 來實(shí)現(xiàn)三軸端銑機(jī)虛 擬的切削試驗(yàn) 我們的任務(wù)是創(chuàng)建一個(gè)軟件 可以直接讀取并翻譯方案的一部分 并且顯示它 使用 AutoCAD 的實(shí)體造型 我們的軟件使這一切成為了可能 我們能使測試件或者 與該項(xiàng)目或與工件一塊在屏幕上進(jìn)行比較 它顯示出了刀具走刀路徑 對于危險(xiǎn)的 碰撞能夠進(jìn)行監(jiān)測 2 切削過程 切削過程是一個(gè)工具于工件的干涉的結(jié)果 它可由一個(gè)基元之間的布爾操作數(shù) 模擬 該工具 端銑刀工具 可以由一個(gè)立體 AutoCAD 革命為代表 該工具的 容積 排量 可以通過表面的代表 而且邊和頂點(diǎn)本卷是由該工具創(chuàng)建的方案 每個(gè)原始 創(chuàng)建自己的 容積排量 根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向 例如 一個(gè)圓柱形工具可以在下面的一行 移動(dòng) 可平行或垂直于刀具軸 在第一種情況 容積排量 是一個(gè)更高的汽缸 在 第二種情況下 容積排量 是一個(gè)框和兩個(gè)半圓筒的組合 圓線切割過程可以表示為在一個(gè)封閉的折線 該工具的橫截面議案 圍繞旋轉(zhuǎn) 軸 這些立體可以從工件的立體描繪上被減去 為了模擬端銑切削過程 3 AutoCAD 2 Autodesk 的 AutoCAD 對于個(gè)人電腦是最流行和非常強(qiáng)大的 CAD 軟件 自從它是 在 1982 年推出 一直以來提供 AutoLISP 和 ADS 編程接口 以開發(fā)定制的應(yīng)用程序 由于版本 R11 ADS 是更有效 更容易相比 LISP 的使用 并且它已被視為替代接口 廣告使用的編程語言的 ANSI C 因?yàn)樗恢笔亲顝V為接受的對于雜項(xiàng)應(yīng)用程序的 開發(fā) 它也可以使用所有便攜式的 ANSI C 庫 1996 年我們開發(fā)利用 AutoCAD R12 的軟件 當(dāng)時(shí)使用的 AME 公司的 AutoCAD 的 實(shí)體建模 但它已經(jīng)開始使用以來預(yù)報(bào)版本 R13 類標(biāo)準(zhǔn) 隨著新發(fā)布的 R14 的 我 們決定提升我們的軟件 因?yàn)?ACISs 軟件更快的計(jì)算效率 更精確地描述立體 此 外 它減少了圖紙文件的大小 因此 ACIS 是能夠處理非常復(fù)雜的模型比 AME 公司 可以更好 4 開發(fā)的軟件 我們的軟件是用 C 語言編寫將在 AutoCAD 的 ADS 環(huán)境中執(zhí)行一些特殊指令到 AutoCAD 命令的執(zhí)行 該軟件分為兩個(gè)基本部分組成 第一部分創(chuàng)建一個(gè)組成部分之間計(jì)劃和在 AutoCAD 環(huán)境的接口 第二部分 使這部分程序數(shù)據(jù)隨時(shí)可以閱讀和解釋 該項(xiàng)目的一部分 包括有關(guān)該工具的路徑 Gxx 指令 幾何特征像點(diǎn) 坐標(biāo)或 聯(lián)合一些指示半徑 技術(shù)特性 進(jìn)給速度 主軸轉(zhuǎn)速等 該軟件的幾何解釋說明 該軟件運(yùn)行在 AutoCAD 與經(jīng)營者可以借助于的工件或負(fù)載為一個(gè)外部文件中 選擇工具形態(tài) 有四種類型的工具 圓柱 圓柱球頭 一半球體 球體 其尺寸 軟件計(jì)算并提請代表性的工具 是一個(gè) AutoCAD 折線 現(xiàn)在 該公司已加載的部分 程序和仿真可以開始 該程序 首先 分析了幾何特征和舉辦日期順序 例如 在 X 坐標(biāo)的一種通用 的方案的出發(fā)點(diǎn)是所謂的 X 的 X 坐標(biāo)終點(diǎn)他們被稱為 X 在此之后的第一步 該軟件的說明解釋的方案 G00 G01 G02 及 G03 所獲得的部 分方案 并提請他們通過 AutoCAD 的命令 擠壓 和 旋轉(zhuǎn) 擠壓 的 AutoCAD 命令可以添加三維到二維封閉折線 而 旋轉(zhuǎn) AutoCAD 命令實(shí)現(xiàn)了一個(gè)旋 轉(zhuǎn)立體的二維封閉折線 G00 指令代表的工具時(shí) 不觸及工件的運(yùn)動(dòng) 我們工作中它是代表一個(gè)棱柱 AutoCAD 的立體 立體的截面是作為工具一樣 它是由 擠出 獲得指令 這項(xiàng)方 案是有用的模擬 以驗(yàn)證與夾具碰撞的可能性 G01 指令代表了該工具的議案當(dāng)它接觸工件 在我們的工作是由棱鏡 AutoCAD 的 3 立體代表 立體的截面仍然是相同的工具 它是由 擠出 獲得指令 擠壓的 AutoCAD 命令使用一個(gè)部分 它的啟動(dòng)點(diǎn) X Y Z 坐標(biāo)和結(jié)束點(diǎn) X Y Z 坐標(biāo) 請注意 為了執(zhí)行 擠壓 命令 它必須有 Z 型與該部分和折線在 X Y 平面躺在 軸對齊 為此 我們已經(jīng)創(chuàng)建了同樣的指示 改變的 AutoCAD 坐標(biāo)系 水下通信系 統(tǒng) 用戶坐標(biāo)系統(tǒng) 的原因 該 G02 及 G03 為代表的旋轉(zhuǎn)立體 這些立體創(chuàng)建由刀具的截面圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 得到 這軸開始從圓角中心和垂直的 X Y 平面 由于部分計(jì)劃不包括 AutoCAD 的需要 以便作出這樣的立體的信息 這是我們 需要實(shí)現(xiàn)一些計(jì)算子程序 以便從他們那里獲得的部分程序數(shù)據(jù)的重要資料 現(xiàn)在 運(yùn)營商就可以開始模擬 他選擇的工件 或者繪制它 他選擇的形狀和尺寸的工具 該軟件會自動(dòng)繪制折線并提出了所謂的 休息點(diǎn) 使它遠(yuǎn)離工件 該工具有一個(gè) 編程點(diǎn) 它是點(diǎn)后面的部分方案軌跡 當(dāng)我們的軟件處理一個(gè) G00 或 G01 指令 它有兩個(gè)選擇 1 開始 Z 點(diǎn)坐標(biāo)與最終 Z 點(diǎn)坐標(biāo)不同的 我們有一個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)和軟件繪制與刀具半 徑相同的圓柱體并且 H Z2 Z1 2 開始 Z 點(diǎn)坐標(biāo)與終點(diǎn)的 Z 坐相同的 在 X Y 平面移動(dòng)的工具和軟件復(fù)制工具 截面線部分并走向了它動(dòng)作的起點(diǎn) 該軟件改變了 UCS Z 軸是從起點(diǎn)至終點(diǎn)段對齊 和旋轉(zhuǎn)的折線 因?yàn)樗仨毷谴怪睂τ?Z 軸 現(xiàn)在 折線可擠壓和軟件繪制了工具 動(dòng)作的立體旋轉(zhuǎn) I 摘 要 斜床身臥式數(shù)控車床在機(jī)床產(chǎn)品中是比較實(shí)用機(jī)床 其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大的方 便 保證工件質(zhì)量的同時(shí)提高了加工效率 目前 斜床身臥式數(shù)控車床在我們國家 普遍使用 斜床身數(shù)控機(jī)床在我們國家普遍適應(yīng) 更多的是用于汽車 軍工等精密 加工中 該機(jī)床型主要適用在加工高精度的零部件 比如軸類 盤類 套類 以及各種 類型各種型號的內(nèi)外螺紋 在加工外形和內(nèi)孔過程中間不必?fù)Q裝 該機(jī)床適用于多 類型 批量不是很大的工件的加工 對于一些加工困難 要求高的零部件上能夠充 分顯示出它的特點(diǎn) 以滿足不同用戶的加工需要 可以根據(jù)不同的需求 加工不同 品種的工件 可以配置不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及加工方式 在本文中進(jìn)行了對斜床身臥式數(shù)控車床的設(shè)計(jì) 其中包括機(jī)床的床身 傳動(dòng)系 統(tǒng) 刀架系統(tǒng) 尾座等 著重對傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) 主軸相連的伺服電機(jī)用皮帶把運(yùn)動(dòng)傳到主軸上 帶輪及同步齒形帶與主軸用鍵聯(lián)接 而進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 即車床上 X Z 向的運(yùn)動(dòng)則通過絲杠運(yùn)轉(zhuǎn) 絲杠都通過兩端固定的方 式固定 一端都通過聯(lián)軸器與伺服電機(jī)相連 關(guān)鍵詞 滾珠絲杠 伺服電機(jī) 臥式 數(shù)控車床 斜床身 II ABSTRACT Slant bed horizontal series CNC lathe is an economic and practical processing machine tools mature product structure quality stable and reliable performance it sets the versatility and the characteristics of the special lathe using inclined bed ball linear guide The most widely coverage of a CNC machine tool widely used in automobile petroleum military industry and many kinds of mechanical processing industry This series of machine varieties complete specifications are mainly used for machining high precision of rotors type parts such as shaft plate set of classes all kinds of internal and external thread and high precision it can be finished once clamping appearance and inner hole machining In order to meet the processing needs of different users According to the needs of users optional different numerical control system and accessories In this article has carried on the design of slant bed horizontal CNC lathe including the machine tool bed transmission system tool post system tailstock Of the transmission system of main drive system and feed drive system design The main servo motor through a belt drive the movement to the spindle the spindle on the pulley and the synchronous cog belt wheel and spindle by linkage And feed movement namely lathe on X Z to exercise by screw screw fixed with both ends fixed way end are connected to the servo motor through the coupling Key words ball screw servo motor horizontal type Distributed Numerical Control DNC Slant bed III 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 1 前言 1 1 1 斜床身臥式數(shù)控車床的設(shè)計(jì)背景 1 1 2 斜床身數(shù)控車床設(shè)計(jì)的國內(nèi)外背景 1 1 3 斜床身數(shù)控車床設(shè)計(jì)的目的 1 1 4 斜床身數(shù)控車床設(shè)計(jì)的內(nèi)容 2 2 機(jī)床總體方案設(shè)計(jì) 3 3 機(jī)床各系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 3 1 床身 4 3 2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 3 2 1 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 3 2 2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 3 3 主軸的要求及結(jié)構(gòu) 8 3 4 刀架系統(tǒng) 9 3 5 刀架系統(tǒng) 9 4 機(jī)床各系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 10 4 1 切削力計(jì)算 10 4 2 滾珠絲杠螺和選型 10 4 2 1 縱車外圓的計(jì)算 10 4 2 2 橫向進(jìn)給的計(jì)算 13 4 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 15 4 3 1 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 15 4 3 2 軸上零件的周向定位 16 4 3 3 確定軸上圓角和倒角尺寸 16 4 3 4 帶立式座外深溝球軸承的校核 17 4 3 5 鍵的校核 20 4 3 6 軸的校核 21 4 3 7 校核軸的強(qiáng)度 21 4 4 伺服電機(jī)的選型和計(jì)算 21 4 4 1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)的計(jì)算 21 4 4 2 電機(jī)力矩計(jì)算 22 IV 5 結(jié)論 25 參考文獻(xiàn) 26 致謝 27 1 1 前言 1 1 斜床身臥式數(shù)控車床的設(shè)計(jì)背景 現(xiàn)在一些精密的零件都會用機(jī)床來進(jìn)行加工 在工件的制造加工中 機(jī)床給我 們的工作帶來很大方便 機(jī)床行業(yè)的發(fā)展方向很明確 越來越精密 越來越自動(dòng)智 能 1 我們國家與一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家比較而言 我們國家相對于他們還相差很多 很多 我們國家機(jī)床發(fā)展起步晚 發(fā)展的速度慢 以及科技含量比較低 導(dǎo)致了與 發(fā)達(dá)國家有一定的差距 在制造加工中 零件的尺寸變得很細(xì)致 一些精密程度變 得很苛刻 迫使對加工工具進(jìn)行深入改革 創(chuàng)新 在工件加工中 尤其是對一些復(fù) 雜精密的零件加工中 斜床身數(shù)控機(jī)床表現(xiàn)出了它的優(yōu)點(diǎn) 并得到了大家的認(rèn)可 在機(jī)床行業(yè)中普遍認(rèn)同 受到了各國加工行業(yè)的普遍認(rèn)可 在此基礎(chǔ)上它發(fā)展的很 快 很好 1 2 斜床身臥式數(shù)控車床的國內(nèi)外狀況 我們國家機(jī)床發(fā)展起步晚 發(fā)展的速度慢 以及科技含量比較低 導(dǎo)致了與發(fā) 達(dá)國家有一定的差距 這種機(jī)床在我們國家比較低端 發(fā)展的不夠成熟 不夠完善 所以 我們國家應(yīng)極力著眼于這類機(jī)床的發(fā)展 從而帶動(dòng)其他類型機(jī)床的發(fā)展 從我 們國家目前機(jī)床行業(yè)發(fā)展來看 機(jī)床的造價(jià)太高 研究比較表面 沒有高科技的含 量 沒有我們自己的東西 機(jī)床在出現(xiàn)一些小毛病的時(shí)候 整個(gè)機(jī)床都會停止工作 影響到工件的加工效率 這種情況使得我國數(shù)控車床在國際市場 和多樣化的今天是 很難占據(jù)了重要的地位 因此拉大與發(fā)達(dá)國家的科研設(shè)計(jì)制造的差距 我們要正確面 對我們國家目前所處的困境與問題 從主要問題出發(fā) 攻堅(jiān)克難 逢山開路 遇河 架橋 發(fā)揮不怕困難的精神 打造我們自主產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)與特點(diǎn) 2 將我們打國產(chǎn)機(jī) 床在世界機(jī)床行業(yè)中打造成優(yōu)等產(chǎn)品 占據(jù)一席之地 敢于先進(jìn)發(fā)達(dá)國家的機(jī)床產(chǎn) 品相媲美 相抗衡 1 3 斜床身數(shù)控車床設(shè)計(jì)的目的 首先這是一次畢業(yè)設(shè)計(jì) 只有在這次設(shè)計(jì)過程 認(rèn)真學(xué)習(xí) 積極查閱資料 對 自己的設(shè)計(jì)課題進(jìn)行深入的研究 并有自己的構(gòu)思 自己的想法 在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 以及參考文獻(xiàn)的幫助下完成自己的這次設(shè)計(jì)才能夠順利的畢業(yè) 其次 我們在大學(xué) 四年的時(shí)間里 對我們的專業(yè)課有了很好地熟悉與學(xué)習(xí) 通過這次設(shè)計(jì) 我們可以 查缺補(bǔ)漏 對我們所學(xué)的只是進(jìn)一步鞏固 更好運(yùn)用在今后的工作與生活中 1 4 斜床身數(shù)控車床設(shè)計(jì)的內(nèi)容 2 其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括車床箱體 傳動(dòng)零部件部分 主軸 工作臺 刀架系統(tǒng) 尾架 等部分的設(shè)計(jì)工作 在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要是對滾珠絲杠的設(shè)計(jì)選型 安裝方式以 及在傳動(dòng)系統(tǒng)中的作用于安置 3 2 機(jī)床總體方案設(shè)計(jì) 這次設(shè)計(jì)的任務(wù)是斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整體方案采用 45 度 常見 的傾斜角度有 45 60 75 等 后置斜床身布置 這樣的設(shè)計(jì)方便工人師傅在加工 過程裝夾零部件 當(dāng)然更有利于對加工屑進(jìn)行排除 在機(jī)床中都會包含以下幾部分 主軸 進(jìn)給系統(tǒng) 刀架 尾座等 結(jié)構(gòu)如圖 2 1 所示 圖 2 1 斜床身臥式數(shù)控車床結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計(jì)要求和參數(shù)的擬定如表 2 1 所示 表 2 1 機(jī)床設(shè)計(jì)參數(shù) 機(jī)床名稱 斜床身臥式數(shù)控車床 最大工件回轉(zhuǎn)直徑 mm 400 最大工件長度 mm 1000 最大切削長度 mm 930 最大切削直徑 mm 400 床身 滑板上最大回轉(zhuǎn)直徑 mm 210 X 軸坐標(biāo)進(jìn)給速度 mm min 3600進(jìn)給 Y 軸坐標(biāo)進(jìn)給進(jìn)度 mm min 4500 主電機(jī)功率 kw 7 5 主軸最高轉(zhuǎn)速 r min 1400主軸 機(jī)床最小設(shè)定單位 mm 0 01 刀架形式 電動(dòng)多工位立式刀架刀架 重復(fù)定位精度 mm 0 01 尾架 最大行程 mm 150 定位精度 X Z mm 0 045 0 05精度 重復(fù)定位精度 X Z mm 0 010 0 015 4 加工工件精度 IT6 IT7 3 機(jī)床各系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 1 床身 在機(jī)床種最主要的也是最基礎(chǔ)的就是床身 是最基本的部分 在床身上將會放 置機(jī)床中的各個(gè)組件以及組裝各個(gè)零部件 在構(gòu)思床身的結(jié)構(gòu)時(shí)候主要從兩方面考 慮 一是機(jī)床各個(gè)零部件在床身上的安放位置以及方式 二是其本身的制造材料 床身的結(jié)構(gòu)一般由放置其上面的組件位置來設(shè)計(jì)構(gòu)思的 在機(jī)床行業(yè)中 一般 把車床劃分兩大類型 臥式的和立式的 在車床中臥式的又可由導(dǎo)軌的安置方向分 為兩大類型 傾斜導(dǎo)軌的和水平導(dǎo)軌的 3 在一些加工行業(yè)中大都采用的是傾斜導(dǎo)軌 的機(jī)床 使用其的主要有以下原因 一是便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 二是便于很好的排 屑 并且便于自動(dòng)排屑器的安裝 三是從工件上切下來的熾熱切屑很方便的排到了 排屑箱里 不會積留在導(dǎo)軌上 保證了導(dǎo)軌的精度 四是人機(jī)設(shè)計(jì)好 工人方便操 作等 床身的材料在選擇上一般采用普通鑄鐵 圖 3 1 斜床身結(jié)構(gòu)側(cè)視圖 另外 車床的導(dǎo)軌具有很多優(yōu)點(diǎn) 如接觸剛度大 結(jié)構(gòu)簡單 加工方便 我們 之前采用的普通導(dǎo)軌有很多不足的地方 摩擦阻力較大 容易磨損 在追求高質(zhì)量 更好的表現(xiàn) 更高的加工效率 更好的加工表現(xiàn) 在條件許可的范圍內(nèi) 我們選用 表現(xiàn)更好的滑動(dòng)導(dǎo)軌 比傳統(tǒng)的導(dǎo)軌更優(yōu)秀 4 選材上 因淬硬合金鋼耐磨性較高 所以制造導(dǎo)軌的材料使用淬硬合金鋼材料 綜合以上因素 將 GCR15 軸承鋼淬硬到 HRC65 62 加工導(dǎo)軌 再利用外在的約束把導(dǎo)軌安裝在它所在的位置 更好地增加 其硬度 5 3 2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在機(jī)床中傳動(dòng)系統(tǒng)都有很大的共同之處 無論是斜床身臥式數(shù)控車床還是普通 的車床 都可以分為進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸傳動(dòng)系統(tǒng) 3 2 1 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在目前的機(jī)床行業(yè)中大都采用較先進(jìn)的無極變速系統(tǒng) 無級變速自研發(fā)出來使 用到現(xiàn)在 在使用的過程中不斷改進(jìn) 不端增加科技含量 如今技術(shù)已經(jīng)比較成熟 車床中的主軸電機(jī)一般采用伺服電機(jī) 這樣與編碼器相配合 更能來控制主軸的轉(zhuǎn) 速 達(dá)到加工要求 伺服電機(jī)與主軸之間才有帶傳動(dòng) 提高傳動(dòng)效率 5 如圖 3 2 a 所示 或者通過帶傳動(dòng)來帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn) 如圖 3 2 b 所示 因?yàn)橹鬏S電 機(jī)采用的是伺服電機(jī) 所以速度很容易被控制和調(diào)節(jié) 這樣就會使主軸的速度以及 主軸箱的結(jié)構(gòu)變得很簡單 斜床身臥式數(shù)控機(jī)床在加工零件的過程中 速度是很不 固定 經(jīng)常會改變其主軸的轉(zhuǎn)速來加工不同的表面以及結(jié)構(gòu) 這樣才會發(fā)揮其加工 復(fù)雜精度高的優(yōu)點(diǎn)以及特點(diǎn) 在加工零件之前都會先把加工程序編制好 輸入數(shù)控 機(jī)床的微電腦中 來控制電機(jī)以及刀具來對材料進(jìn)行加工 在加工過程中就會按照 程序來按部就班的進(jìn)行 所以無級變速更能適合此處的要求 發(fā)揮無級變速的優(yōu)點(diǎn) 如圖 3 2 c 所示 a 變速齒輪 b 帶傳動(dòng) c 電機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 圖 3 2 電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)的方式 采用皮帶將主軸伺服電機(jī)和主軸連接起來進(jìn)行傳遞動(dòng)力 這種傳動(dòng)方式與其他 傳動(dòng)方式相比 這樣就會很大的提高了軸部件的剛度 是主軸轉(zhuǎn)動(dòng)更平穩(wěn) 更能達(dá) 到比較好的加工效果 根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)任務(wù) 可以把主軸電機(jī)的型號進(jìn)行選 擇出來 據(jù)要求電動(dòng)機(jī)的功率是 7 5kw 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 附表選 額定功率 7 5kw 額定轉(zhuǎn)速 1500r min 額定轉(zhuǎn)矩 5 0N m 2CE6 10MB75D 6 3 2 2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在進(jìn)給傳動(dòng)的構(gòu)思以及方案制定時(shí)一定要充分照顧到本機(jī)器所要面對的工件尺 寸以及運(yùn)動(dòng)范圍 在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)事前的調(diào)查以及分析計(jì)算合理地規(guī)劃和設(shè)計(jì)本部分 在對工件進(jìn)行車削的過程中 進(jìn)給系統(tǒng)對其所采用的方式以及車削的效果起著舉足 輕重地作用 6 所以這一部分一定要嚴(yán)格要用設(shè)計(jì)思想去規(guī)劃和設(shè)計(jì) 在加工過程 中 刀架不但要延 X 向運(yùn)動(dòng) 還要延 Z 向運(yùn)動(dòng) 所以刀架的設(shè)計(jì)要考慮它的運(yùn)動(dòng)方 向以及幅度 工作臺的運(yùn)動(dòng)方式以及運(yùn)動(dòng)方式也是設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的 因?yàn)樵诩庸さ倪^程 中 它也要延 X 向和 Z 向不時(shí)的移動(dòng)來帶動(dòng)刀架來回運(yùn)動(dòng)從而對零部件進(jìn)行車削加 工 所以我在這兩個(gè)方向的進(jìn)給上采用的是滾珠絲杠 利用滾珠絲杠可以保證進(jìn)給 的準(zhǔn)確性以及平穩(wěn)性 這樣才能夠使工件被加工的更好 得到令人滿意的效果 7 利用滾珠絲杠來帶動(dòng)這兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)就會變得更輕松 更靈活 在滾珠絲杠的安 裝時(shí)可以對其先預(yù)緊 通過這種方式消除自重產(chǎn)生的變形 如下圖 3 3 a b 和 圖 3 4 所示 a 橫向進(jìn)給系統(tǒng) b 縱向進(jìn)給系統(tǒng) 圖 3 3 橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7 1 絲杠 2 套筒聯(lián)軸器 3 7 錐銷 4 螺母 5 墊圈 6 支架 8 支架套 9 進(jìn)步電機(jī) 圖 3 4 伺服電機(jī)與絲杠的聯(lián)接 滾珠絲杠在進(jìn)給系統(tǒng)中廣泛的運(yùn)用 是因?yàn)樗芨淖冞M(jìn)給的運(yùn)動(dòng)方向 獲得多 方向的進(jìn)給 滾珠 螺桿和螺母是滾珠絲杠的三大組成部分 8 利用滾珠絲杠可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng) 更好地運(yùn)用到機(jī)床結(jié)構(gòu)中 滾珠絲杠設(shè)計(jì)與運(yùn)用的重要意義是 把軸承從滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成了滑動(dòng)運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)在滾珠絲杠在很多的精密設(shè)備中被應(yīng)用 是因?yàn)樗哂心Σ磷枇κ中〉奶攸c(diǎn) 在一些精度要求高的機(jī)械中大都都會采用滾珠絲杠 因?yàn)樗鼤M足精度要求 除此之外 它還會改變進(jìn)給的運(yùn)動(dòng)方向 獲得多方面的進(jìn)給 來滿足加工要求 1 與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為 1 3 在傳動(dòng)系統(tǒng)中如果采用了滾珠絲杠 驅(qū)動(dòng)力就會是其他傳動(dòng)方式的三分之一 因?yàn)樗袧L珠在滾動(dòng) 相當(dāng)于是用了滑動(dòng)絲杠副 1 3 的力矩達(dá)到了相同的效果 9 2 高精度的保證 滾珠絲杠副在制造加工過程中 無論是在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上還是在加工條件上都采用 和執(zhí)行的是世界上最先進(jìn)最嚴(yán)格的技術(shù)要求 正是因?yàn)樵谶@嚴(yán)格的條件下 使用目 前最先進(jìn)的加工設(shè)備 才加工制造出了現(xiàn)在這種具有高精度的滾珠絲杠副 3 微進(jìn)給 正是由于在滾珠在滾珠絲杠副中滾動(dòng) 才使得滾珠絲杠在加工過程中能夠?qū)崿F(xiàn)精 密的微進(jìn)給 避免了爬行現(xiàn)象的出現(xiàn) 4 無側(cè)隙 剛性高 在滾珠絲杠副上加上預(yù)緊壓力 就可以大大的降低軸向間隙 從而變得無間隙無 側(cè)隙 因而滾珠絲杠就可獲得很好的剛性 3 3 主軸的要求及結(jié)構(gòu) 1 主軸的要求 1 旋轉(zhuǎn)精度 在傳動(dòng)系統(tǒng)中 主軸的旋轉(zhuǎn)精度要求很高 這就要求在主軸裝配完成后 對主 軸的旋轉(zhuǎn)精度進(jìn)行檢測 保證無載荷的情況下的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng) 2 靜剛度 在對工件進(jìn)行車削的過程中為了保證工件所被車削的精度 從而對主軸上地靜 剛度規(guī)定很嚴(yán)格苛刻 10 在主軸組件中很多原因可在運(yùn)轉(zhuǎn)中影響主軸的剛度 原因 有很多 在眾多的原因中最主要的還是主軸的結(jié)構(gòu)尺寸 滾動(dòng)軸承的型號 數(shù)量 配置形式 3 抗振性 8 在加工過程中如果出現(xiàn)了震動(dòng)的現(xiàn)象 就會產(chǎn)生很多對工件不利的影響 然而 主軸的這種不良現(xiàn)象受到很多原因影響 比如其靜剛度 零部件的分布等一些因素 4 溫升和熱變形 大家在學(xué)習(xí)物理知識是就學(xué)到了物體的形狀和尺寸受溫度的改變而改變 在加 工過程中 在刀具與工件的摩擦中以及主軸的旋轉(zhuǎn)過程中會使部件的溫度上升 受 熱膨脹 從而使得組件變形 偏離原本的位置 偏離加工軌跡 對零件的精度產(chǎn)生 誤差 甚至加工的零件作廢 所以一定要考慮到這一點(diǎn) 保證材料在受熱的情況下 變形最小 從而保證零部件的加工精度 11 達(dá)到更好的加工效果 5 耐磨性 機(jī)床在加工過程中很多時(shí)候是長時(shí)間的 不間斷的 所以這就要求其耐磨性一 定要好 精度受很多因素影響 首先就是軸承對其產(chǎn)生很大的影響 12 除此之外還 有夾具對其產(chǎn)生的影響 為了避免上述問題的產(chǎn)生 要將主軸上的一些部位淬硬至 HRC60左右 這樣才能有效地提高其耐磨性 6 材料和熱處理 主軸在選材時(shí)一般不把強(qiáng)度作為依據(jù) 主軸上的尺寸以及主軸的直徑取決于零 部件在其上安裝位置以及軸肩的位置 尺寸 當(dāng)這些尺寸都定下來以后 主軸的尺 寸也就定了下來 13 因此 在選擇材料是主要考慮到主軸的材料能夠在溫度影響下 產(chǎn)生的形變最小 一定要滿足這個(gè)要求 才能使主軸在旋轉(zhuǎn)的過程中更穩(wěn) 達(dá)到更 好的加工效果 目前 在主軸地加工制造中 常常采用45號或60號優(yōu)質(zhì)中碳鋼作為 主軸上加工型號 然后材料在加工完畢之前 則應(yīng)該對材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理和淬火 2 主軸的結(jié)構(gòu) 在其材料確定后 其次就要要對它的主要的尺寸來構(gòu)思 來制定方案 來決定 它的加工方式及方法 主軸通常制造成階梯形 還有軸肩 這樣更方便裝配 主軸 上一些零部件根據(jù)主軸上的軸肩位置進(jìn)行裝配 再加上軸套以及定距環(huán)使得其他零 部件在主軸的位置是固定的 在主軸加工時(shí) 通常是把主軸加工成中空的 這樣會 通過頂錐或者是棒料 在車床的主軸中中空比其他的機(jī)床大一些 但由于剛度條件 的影響和限制 在加工時(shí)孔徑應(yīng)該保持在外徑的70 以內(nèi) 14 3 4 刀架系統(tǒng) 刀具是放置在刀架結(jié)構(gòu)上的 而不是單獨(dú)裝夾在床身上的 因此 刀架的設(shè)計(jì) 也要考慮到刀具的進(jìn)給活動(dòng)所必須的要求 在某種程度上 一個(gè)車床的刀架設(shè)計(jì)的 水平和先進(jìn)科技性可使機(jī)床的性能得到很好的提升 在車床加工過程中 刀架是直 接對工件進(jìn)行車削加工的 正是因?yàn)樗c工件進(jìn)行直接接觸 所以在加工過程中受 到很大的切削抗力 因此 剛度和強(qiáng)度在設(shè)計(jì)和構(gòu)思前要充分的分析和研究 15 因 9 為刀具直接與工件接觸 直接對工件進(jìn)行去材料加工 所以對刀具位置的要求很嚴(yán) 格 不僅要做到這些 還要在刀架的設(shè)計(jì)過程過程中做到以下幾點(diǎn) 不僅要考慮到 刀架的材料與刀具的位置 還要考慮到安全性問題 在換刀的過程一定要保證刀具 的轉(zhuǎn)換安全 不可對工人的安全造成威脅 3 5 尾座 目前的機(jī)床的設(shè)計(jì)和使用中上一般都使用的是液壓型尾座 把尾座安裝在導(dǎo)軌 上 通過導(dǎo)軌的滑動(dòng)作用 在上面往返滑動(dòng) 滑動(dòng)的位置由工件的長度以及位置來 確定 大家都知道 車床上尾座是用來裝夾住頂尖 從而能夠來頂住尺寸較長的工 件 還有在工件要求鉆孔 攻絲的時(shí)候 也可以把鉆頭裝夾在尾座上 來進(jìn)行加工 16 尾座的材料要用 1 級鑄鐵 并要經(jīng)過時(shí)效處理 10 4 機(jī)床各系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 4 1 切削力計(jì)算 縱車外圓時(shí) 5360 N 5 1max670DFz 1 540 4 1 車床床身最大加工半徑 單位 mm maxD 求出主切削力后 由 1 0 25 0 4yxzF 可求出 走刀方向的切削力 1340 Nx 垂直走刀方向的切削力 2144 Ny 橫切端面時(shí) 主切削力 可以取縱切時(shí) 的 1 2 所以 1 2 2680 NF zF zFz 同理 1 0 25 0 4 y xz 可得 走刀方向的切削力 670 N x 垂直走刀方向的切削力 1072 N yF 4 2 滾珠絲杠螺母副選型 在設(shè)計(jì)滾珠絲杠螺母副的的時(shí)候應(yīng)該著重對一下幾方面進(jìn)行一下構(gòu)思 首先是 滾珠循環(huán)的方式 其次再是其預(yù)緊方式 除此之外的要求就是考慮到 外徑 導(dǎo)程 和精度等級等 4 2 1 縱車外圓的計(jì)算 11 1 計(jì)算進(jìn)給率引力 mF 燕尾型導(dǎo)軌 4 2 2 GFfKyzx 式中 切削力yxzF G 移動(dòng)部件的重量 N K 考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 此處 K 1 4 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) 此處 0 2 f f 帶人數(shù)據(jù)得 1 4 1340 0 2 5360 2 2144 800 2272 N mF 2 計(jì)算最大動(dòng)載荷 最大動(dòng)載荷 4 3 mwFfLC3 式中 工作壽命 單位 106r L610nT 絲杠轉(zhuǎn)速 n01Lvns 最大切削力條件下的進(jìn)給速度 m min 此處取 0 6sv sv 絲杠導(dǎo)程 mm 6mm0L0 使用壽命 h 對數(shù)控車床取 15000hTT 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 此處為一般運(yùn)轉(zhuǎn) 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 6 2 34 可知一般wF 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 取 1 3 帶入數(shù)據(jù)可得 絲杠轉(zhuǎn)速 50r min05 61Ln 工作壽命 45605 L 最大動(dòng)載荷 10505 6N 273 143C 根據(jù)求出的條件查表可得 采用外循環(huán)螺紋預(yù)緊的雙螺母滾珠 12 絲杠副 其額定動(dòng)載荷為 16400N 螺 距 為 40mm 精度等級為 3 級 4061LW0D 3 傳動(dòng)效率計(jì)算 傳動(dòng)效率 4 4 tan 式中 絲杠螺旋長升角 型滾珠絲杠副 為 2 44 4061LW 摩擦角 滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0 003 0 004 其摩擦角約等于 f 10 代入數(shù)據(jù)可得 tan 1042 t 0 94 4 剛度校驗(yàn) 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 6 3 23 據(jù) 2272N 40mm 知 1 2 10 5 mm mF0D0L 則 1 2 10 5 1000 1 2 10 2 mm 4 5 L 01 由于兩端用角接觸軸承和深溝球軸承 對絲杠螺母進(jìn)行了拉伸 剛度可提高四 倍 則變形量縮小為 0 3 10 2 1 4 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 5 3 55 知 W 系列 2 5 圈 1 列型絲杠副和螺紋滾道間的 接觸變形量 6 4 由于預(yù)緊 3 2 QC um4 62 QCum 撐滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 3 用 7304C 角接觸軸承 35mm 滾動(dòng)體直徑 5 35mm 滾動(dòng)體得數(shù)量1d0d 13 Z 18 所以 0 0077 mm 4 6 32320 185 74 4 zdFmc 由于預(yù)緊的存在 0 00386 mm 13c 綜上可得 變形量 0 003 0 0032 0 00386 0 01006 mm 故選用 型滾珠絲杠副符合要求 4061LW 5 穩(wěn)定性校驗(yàn) 滾珠絲杠在安裝的時(shí)候采用的是推力軸承 在其轉(zhuǎn)動(dòng)的過程很穩(wěn) 所以不用進(jìn) 行穩(wěn)定性的校驗(yàn) 4 2 2 橫向進(jìn)給的計(jì)算 1 計(jì)算牽引力之 mF 1 4 670 0 2 2680 2 1072 600 2022 8 N 2 4 1 GfFyzxm 4 7 2 計(jì)算最大負(fù)荷 C 絲杠轉(zhuǎn)速 30 r min 4 8 5 0310 Lvns 工作壽命 27 4 9 6610T 最大負(fù)載 3 1 2 2022 8 7282 08 N 4 10 WFfLC 3 根據(jù)求出的條件查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 6 7 58 可得 采用外循環(huán)螺紋預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副 型 1 列 2 5 圈 其額定動(dòng)載荷201L 為 8800N 螺距 為 40mm 精度等級為 3 級 0D 3 傳動(dòng)效率計(jì)算 傳動(dòng)效率 tan 14 型滾珠絲杠副絲杠螺旋長升角 為 4 33 摩擦角 為 10 2051LW 故 0 965 103 tan 4 剛度校驗(yàn) 由橫向進(jìn)給的支撐方式 如圖 4 1 所示 圖 4 1 橫向進(jìn)給支撐方式 由最大牽引力為 2022 8N 支撐間距為 450mm 絲杠長度較 長 需母及軸承預(yù)緊 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 查表 據(jù) 2202 8N 20mm 知 4 2 10 5 則 mF0D0L 4 2 10 5 450 1 9 10 2 mm 01 4 11 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 查表知 W 系列 2 5 圈 1 列型絲杠副和螺紋滾道間的接觸變形量 6 4 mQC 由于預(yù)緊 3 2 m 4 622 QC 撐滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 3 用 7319C 角接觸軸承 l5mm 滾動(dòng)體直徑 4 74 mm 滾動(dòng)體得數(shù)量1d0d Z 12 所以 0 0094 mm 4 12 32320 174 80 4 zdFmc 由于預(yù)緊的存在 0 0047 mm 4 13 09 13c 綜上可得 變形量 0 019 0 0032 0 0047 0 0269mm 定位精度 15 變形量 0 019 0 0032 0 0047 0 0083mm 定位精度41 由此可知 將滾珠絲杠進(jìn)行拉伸之后 使用 型 1 列 2 5 圈絲杠副符合要201LW 求 5 穩(wěn)定性校驗(yàn) 首先計(jì)算產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載用下列公式 4 14 2 EIfFzk 式中 E 絲杠材料彈性模量 鋼材量 N cm264 1dI I 截面慣性矩 單位 cm 4 絲杠截面慣性矩 d1 為絲杠螺紋64 1I 的底徑 絲杠兩支撐端距離 cm z 絲杠的長度支撐系數(shù) 如表 4 1 所示 表 4 1 絲杠長度支撐系數(shù) 方式 一端固定一段自由 兩端簡支 一端固定一段簡支 兩端固定zf 0 25 1 00 2 00 4 00 本設(shè)計(jì) 絲杠采用兩端固定 故 取 4 00 zf 則 截面慣性矩 0 3899 cm4 4 15 6478 1 I 臨界負(fù)載 6429 8 N 4 16 2 628139 0 kF 臨界負(fù)載 與最大負(fù)載 之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù) 如果 kFmKn KmkKnF 則絲杠不致失穩(wěn) 為許用穩(wěn)定性安全系數(shù) 一般取 2 5 4 則根據(jù)以求得數(shù)據(jù) Kn 2 83 故橫向進(jìn)278 649 Kn 給絲杠選用 W1L2005 型絲杠不會產(chǎn)生失 16 穩(wěn) 4 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 3 1 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1 為了滿足從動(dòng)端半聯(lián)軸器的軸向定位要求 A 軸段上端需制出一軸肩 又因 為在 B 段上需要安裝軸承及軸承座 故取初步取 B 段的直徑 40 mm 下端用軸Bd 端擋圈定位 參照標(biāo)準(zhǔn) GB T 891 1986 按軸端直徑取擋圈直徑 D 45mm 標(biāo)記為 GB T 892 B45 從動(dòng)端半聯(lián)軸器孔長度 50mm 為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在2L 軸的端面上 故 A 段長度應(yīng)比 略短一些 現(xiàn)取 58mm AL 2 初步選擇滾動(dòng)軸承 因軸承同時(shí)承受較大的徑向力和較小的軸向力的作用 故選用深溝球軸承 同時(shí)考慮實(shí)際工作情況及安裝的方便性 選擇帶座外球面球軸 承 參照 B 段直徑 支架套筒內(nèi)徑及帶立式座外球面球軸承標(biāo)準(zhǔn) GB T 7810 1995 表 7 2 101 初步選取型號為 UCP208 的帶座軸承 參照標(biāo)準(zhǔn) GB T 7810 1995 表 7 2 101 知 該帶座軸承總寬 B 49 2 mm 為了 安裝方便 取 B 段長度 60 mm BL 3 由于支架套筒需要從立軸上方裝入 故支架套筒下方需要軸肩定位 又因支 架套筒內(nèi)徑為 d 50 mm 且主要承受徑向力 故取 70 mm 15 mm CdCL 4 已知支架套筒內(nèi)徑為 d 50 mm 高度為 150 mm 為了便于安裝上軸承座 取 50 mm 155 mm DDL 5 由于 E 段軸上只安裝帶座軸承 故 E 段軸尺寸同 B 段軸 即 40 mm Ed 60 mm EL 4 3 2 軸上零件的周向定位 1 從動(dòng)端半聯(lián)軸器與軸的周向定位 由于工作時(shí)需承受一定的沖擊及變載荷 而且在軸端處 所以采用單圓頭普通平鍵連接 按 35 mm 58mm 參照標(biāo)AdAL 準(zhǔn) GB T 1095 2003 表 5 3 18 選擇鍵的截面尺寸為 寬度 b 10mm 高度 h 8mm 鍵槽用鍵槽銑刀加工 由 長度并參考鍵的長度系列 表 5 3 19 取AL 17 鍵長為 L 56 mm 比 長度小些 從動(dòng)端半聯(lián)軸器與軸的配合為 AL 67kH 2 支架套筒與軸的周向定位 同樣由于工作時(shí)需承受一定的沖擊及變載荷 所 以采用圓頭普通平鍵連接 根據(jù)立軸連接支架套筒處尺寸 d 98 mm 參照標(biāo)準(zhǔn) GB T 1095 2003 表 5 3 18 選擇鍵的截面尺寸為 寬度 b 14mm 高度 h 9 mm 鍵槽用鍵槽銑刀加工 由支架寬度并參考鍵的長度系列 表 5 3 19 取鍵長 L 140 mm 比支架套筒高度小些 支架套筒與軸的配合為 67hH 3 滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的 此處選軸的直徑尺寸公差 為 m6 4 3 3 確定軸上圓角和倒角尺寸 參照標(biāo)準(zhǔn) GB T 6403 1 2008 表 1 5 10 取軸端倒角為 1 6 45 各軸肩處 圓角半徑參照標(biāo)準(zhǔn) GB T 6403 4 2008 表 1 5 12 選取 4 3 4 帶立式座外深溝球軸承的校核 參照標(biāo)準(zhǔn) GB T 276 1994 表 7 2 66 知 對于深溝球軸承 6208 基本額定動(dòng) 載荷 29500N 基本額定靜載荷 18000 N 參照標(biāo)準(zhǔn) GB T 7810 1995 表 7 rCrC0 2 101 對于軸承 UCP208 基本額定動(dòng)載荷 22800N 基本額定靜載荷r 8200 N 球數(shù) z 9 球徑 12 mm r0 WD 1 受力分析 列平面任意力系的平衡方程 即 0 0 xFBAxF 0 0y 21Py 0 0 MA 120830 B 4 17 求解以上方程 得 550 700 1250 N 21PFAy 5565 22 N 230178530182 B 5565 22 N Ax 為負(fù)值 說明他的方向與假設(shè)的方向相反 即應(yīng)指向左 BF 18 則軸承所受徑向載荷 5565 22 NrF 軸向載荷 1250 Na 2 校核動(dòng)載荷 按照手冊公式 7 2 1 計(jì)算 4 18 PfCTndmh 式中 壽命因數(shù) 軸承預(yù)期壽命 5000 h 查表 7 2 23 取 2 71hf hLhf 力矩載荷因數(shù) 力矩載荷較小 取 1 5m mf 沖擊載荷因數(shù) 中等沖擊 查表 7 2 25 取 1 2df df 速度因數(shù) 轉(zhuǎn)速取 15 r min 查表 7 2 24 取 1 305n n 溫度因數(shù) 查表 7 2 26 取 1Tf Tf P 當(dāng)量動(dòng)載荷 按式 7 2 2 計(jì)算 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 P 4 19 arYFX 式中 徑向載荷 由受力分析知 5565 22 NrFr 軸向載荷 由受力分析知 1250 Na a X 徑向動(dòng)載荷系數(shù) 查表 7 2 65 按下面計(jì)算取值 Y 軸向動(dòng)載荷系數(shù) 查表 7 2 65 按下面計(jì)算取值 1 計(jì)算 2WaizDF 0 965 4 20 WaizDF21950 2 取 e 的值 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 7 2 65 根據(jù) 0 965 取 e 0 282Waiz 19 3 計(jì)算 raF 0 225 4 21 2 5610 raF 4 取 X Y 的值 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 7 2 65 單列軸承 且 0 225 e 0 28 0 965ra2WaizDF 故取 X 1 Y 0 5 求當(dāng)量動(dòng)載荷 P arYFXP 1 5565 22 0 1250 5565 22 N 因此 動(dòng)載荷為 PfCTndmh 5565 221305 2 7 20802 N 因 C 29500N 對于 UCP208 同樣 C 22800N r r 故 合適 3 校核靜載荷 按照手冊公式 7 2 6 計(jì)算 4 22 0PSC 式中 安全因數(shù) 旋轉(zhuǎn)軸承 查表 7 2 31 取 1 50S 0S 當(dāng)量靜載荷 計(jì)算公式見表 7 2 29P 計(jì)算當(dāng)量靜載荷 0 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 7 2 29 對于向心球軸承 計(jì)算徑向當(dāng)量靜載荷 4 23 arrFYXP00 取二式中的較大者 其中 rFP 0 20 徑向載荷 由受力分析知 5565 22NrFrF 軸向載荷 由受力分析知 1250 Na a 徑向靜載荷系數(shù) 查表 7 2 650X 軸向靜載荷系數(shù) 查表 7 2 65Y 1 計(jì)算 arrFYP00 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 7 2 65 arrFP5 06 0 0 6 5565 22 0 5 1250 3964 132 N 2 計(jì)算 rF 0 5565 22 N rP 故 取 3964 132 NrP0 因此 靜載荷為 0PSC 1 5 5565 22 8347 835 N 因 18000 N 對于 UCP208 同樣 18200N rC0 rC 故 合適 綜上校核結(jié)果 選擇帶立式座外球面球軸承 型號為 UCP208 標(biāo)記為 UCP208 GB T 7810 1995 4 3 5 鍵的校核 1 從皮帶輪與軸連接處的鍵 由于鍵 立軸 皮帶輪的材料都是鋼 由 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 5 3 17 查得許用 擠壓應(yīng)力 100 120 取其平均值 110 鍵的工作長度 l L b 90 aMPaMP 10 80 mm 鍵與支架鍵槽的接觸高度 k 0 4h 0 4 28 11 2 mm 由表 5 3 16 中查得 21 13 76 11035802 192 3 kldTp aMP aP 故 合適 標(biāo)記為 鍵 GB T 1095 200368B 2 同步齒形帶輪與軸的連接處的鍵 由于鍵 立軸 同步齒形帶輪的材料都是鋼 由 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 5 3 17 查 得許用擠壓應(yīng)力 100 120 取其平均值 110 鍵的工作長度aMPaMP l L b 20 4 16 mm 鍵與支架鍵槽的接觸高度 k 0 4h 0 4 16 6 4 mm 由 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 5 3 16 中查得 6 75 110 35164 0920 3 kldTp aP aP 故 合適 標(biāo)記為 鍵 GB T 1095 200320B 4 3 6 軸的校核 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算 在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí) 要考慮軸的主要尺寸 以及軸上零件的位置 以及外載荷 當(dāng)支反力的作用位置確定后 軸上的載荷就可以通過計(jì)算求出來 因而可按彎扭合 成強(qiáng)度條件對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算 計(jì)算結(jié)果如表 4 2 所示 表 4 2 載荷計(jì)算結(jié)果 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 5565 22N1NF 5565 22N2H 1250N1NF 1250N2V 彎矩 M 139 13Nm1 139 13Nm2 31 25NmM 總彎矩 135 58Nm2215 31 9 M 142 6Nm2 扭矩 T T 190Nm 22 4 3 7 校核軸的強(qiáng)度 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和轉(zhuǎn)矩圖中可以看出截面 C 是軸的危險(xiǎn)截面 所以只校 核危險(xiǎn)截面 C 的強(qiáng)度 按手冊上表 6 1 22 中公式及上表中數(shù)據(jù) 以及軸的材料為 45 鋼 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 取 0 6 45 則的計(jì)算直徑為 p1 4 24 31 22 68 21PTMd 3 2245 906 84 mm 計(jì)算直徑 84 mm 小于選擇直徑 98 mm 故安全 4 4 伺服電機(jī)的選型和計(jì)算 4 4 1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)的計(jì)算 根據(jù)計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg cm2 可由下式計(jì)算 zJ 4 25 2 021 LGWZJsM 式中 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg cm2 MJ 齒輪 Z1 Z 2 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg cm2 由于進(jìn)給系統(tǒng)由 伺服電機(jī)直接和21 絲杠聯(lián)接 則 12Z 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg cm2 sJ 參考同類型機(jī)床 初選反應(yīng)式伺服電機(jī) 150BF 其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 10kg cm2 0 78 10 3 44 150 29 952 kg cm2 4 26 sJ 帶入上式 2 021 LGWJZJsM 23 26 0 895 2 10 40 7 kg cm2 考慮伺服電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量相匹配的問題 0 2467 401 JM 基本滿足慣量匹配要求 4 4 2 電機(jī)力矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工作狀況下 所需要的轉(zhuǎn)矩不同 一下分別按各階段計(jì)算 快速 空啟動(dòng)階段 起M0max f 起 2maxmax106 tnJ 而 3axbpvn 將前面以求得的數(shù)據(jù)代入 450 r min 4 27 360maxbpvn 36075 1 24 啟動(dòng)加速時(shí)間 30msat 571 1 N 2maxax106 tnJM 2103 6453 4 28 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 f 94 120 0 2ZLGFfiLMzf 25 1860 3 6 cmN 4 29 還有附加摩擦力矩 24 19 1 1 2200 iLFMP 1 3202 0 ZLFm 9 01 8 3652 cmN 4 30 綜上所述 571 1 94 19 1 684 2 4 31 0max Mf 起 cmN 快速移動(dòng)階段所需力矩 快 94 19 1 113 1 4 32 c 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 切 273 1 8 026134 9200 iLFMMxftf切 cmN 4 33 由上面的計(jì)算可看出 在從 三種情況下 其中快速啟動(dòng)階段所切快起 需要的力矩最大 以此作為選擇電機(jī)的依據(jù) 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 4 5 22 伺服 電機(jī)0Mf 快 0 951maxjq 最大靜力矩 719 45 4 34 951 02684max qjMcmN 按此力矩查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 4 9 30 SM130 077 30LFB 型電機(jī)允許最大靜 力矩為 931 最高空載啟動(dòng)頻率為 3000Hz 運(yùn)行頻率為 16000Hz 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)cN 和切削進(jìn)給時(shí) 電機(jī)運(yùn)行矩頻特性完全可滿足要求 同理 經(jīng)過計(jì)算橫向進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)選擇 SM110 020 20LFB 其允許最大靜力 矩為 784 最高空載啟動(dòng)頻率為 1500Hz 運(yùn)行頻率為 7000Hz cm 25 5 結(jié) 論 1 斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整體方案采用 45 度 常見的傾斜角度 有 45 60 75 等 后置斜床身布置 這樣的設(shè)計(jì)方便工人師傅在加工過程裝夾零 部件 當(dāng)然更有利于對加工屑進(jìn)行排除 2 我們選用表現(xiàn)更好的滑動(dòng)導(dǎo)軌 比傳統(tǒng)的導(dǎo)軌更優(yōu)秀 3 在傳動(dòng)系統(tǒng)中采用無級變速系統(tǒng) 這樣更有利于速度的調(diào)節(jié) 更好的對工 件進(jìn)行加工 4 主軸通常制造成階梯形 還有軸肩 這樣更方便裝配 主軸上一些零部件 根據(jù)主軸上的軸肩位置進(jìn)行裝配 再加上軸套以及定距環(huán)使得其他零部件在主軸的 位置是固定的 26 5 為了使得螺紋種類的選擇轉(zhuǎn)換方便 可靠 進(jìn)給箱內(nèi)設(shè)有公英制螺紋轉(zhuǎn)換 機(jī)構(gòu) 6 為防止自動(dòng)走刀過載后的機(jī)件損壞 在溜板箱內(nèi)設(shè)有錐形離合器安全裝置 7 滾珠絲杠可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng) 更好地運(yùn)用到機(jī)床結(jié)構(gòu)中 滾 珠絲杠設(shè)計(jì)與運(yùn)用的重要意義是把軸承從滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成了滑動(dòng)運(yùn)動(dòng) 8 尾座上設(shè)有變速裝置 這樣可以滿足鉆孔 鉸孔時(shí)速度的要求 參 考 文 獻(xiàn) 1 羅曉芳 張金濤 簡玉山 等 數(shù)控刮削滾光機(jī)床的設(shè)計(jì) J 制造技術(shù)與機(jī)床 2012 12 3 6 2 邢曉輝 王洪川 王貴飛 等 基于靈敏度分析的數(shù)控機(jī)床床身尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì) J 組合機(jī)床 與自動(dòng)化加工技術(shù) 2013 15 4 35 38 3 李治 張玉花 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟釬焊焊點(diǎn)成形預(yù)測 J 熱加工工藝 2013 1 3 21 24 4 程龍 朱鐵標(biāo) 羅曉芳 一種龍門機(jī)床自動(dòng)旋轉(zhuǎn)頭庫設(shè)計(jì) J 制造技術(shù)與機(jī)床 2013 9 1 3 5 叢明 劉冬 崔冬梅 等 基于靈敏度分析的大規(guī)格床身結(jié)構(gòu)模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 J 大連 理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2011 3 11 14 18 6 劉飛 梁霖 彭曉南 等 一種直角坐標(biāo)系下圓度誤差最小區(qū)域評價(jià)實(shí)現(xiàn)方法 J 工具技 術(shù) 2011 5 15 23 28 7 劉飛 梁霖 徐光華 等 一種圓度誤差最小區(qū)域評價(jià)方法 J 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù) 27 2011 7 6 13 19 8 張應(yīng)中 羅曉芳 范超 裝配空間關(guān)系形式表達(dá) J 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào) 2011 9 8 9 13 9 常京龍 吳慶利 納米微粒復(fù)合鍍層硬度和耐磨性測試 J 電鍍與精飾 2011 9 10 19 21 械制造 2009 6 13 20 25 11 Rahman M Mansur M A Feng Z Fabrication and evaluation of a steel fibre reinforced concrete column for grinding machines J Materials Design 1995 3 4 205 209 12 Zhou B L Bio inspired study of structural materials J Materials Science and Engineering 2000 C11 13 18 13 Cen H T Wang S Chen W Y New development in structural bionics J Journal of machine design 2003 11 1 4 in Chinese 14 Ren L Q Han Z W Li J Q Tong J Effects of non smooth characteristics on bionic bulldozer blades in resistance reduction against soil J Journal of Terramechanics 2002 39 221 230 15 Milwich M Speck T Speck O Stegmaier T Planck H Biomimetics and technical textiles Solving engineering problems with the help of nature s wisdom J American Journal of Botany 2006 93 1455 1465 16 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 M 第 5 版 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2008 3 103 130 致 謝 本設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師咚巴拉老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的 雖然初期本 設(shè)計(jì)給我造成了很大壓力和困難 但咚老師嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神 精 益求精的工作作風(fēng) 深深地感染和激勵(lì)著了我 給了我很大自信 一定要把畢業(yè)設(shè) 計(jì)做好 所以 從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成 咚老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo) 和不懈的支持 其實(shí) 從選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)師一開始 咚老師就給予我很大的支持 在生活上給予了無微不至的關(guān)懷 在學(xué)習(xí)上 給予鼓勵(lì)和肯定 在此 非常感謝咚 老師 在此 我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)們 正是由于你們的幫助 和支持 我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑 直至設(shè)計(jì)的順利完成 在設(shè)計(jì)即將完成之際 我的心情無法平靜 從開始進(jìn)入課題到設(shè)計(jì)的順利完成 有多少可敬的師長 同學(xué) 朋友給了我無言的幫助 在這里請接受我誠摯的謝意 28