機電裝備設(shè)計(13)ppt課件

.,1,6.1.4總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計,機床幾何運動機構(gòu)原理圖是根據(jù)工藝要求確定的，所確定的僅僅是刀具與工件之間的相對運動。如刨削平面，可以由刀具作往復(fù)運動如牛頭刨床，也可以由工件作往復(fù)運動如龍門刨床實現(xiàn)，兩者效果是一樣的。至于哪些運動由刀具一側(cè)完成，哪些運動由工件一側(cè)完成還未確定，基礎(chǔ)支承件設(shè)在何處是未知數(shù)。所以，首先要進(jìn)行運動功能的分配。,.,2,1幾何運動功能分配設(shè)計,坯料的形式加工卷料的小型自動車床，由于工件不能旋轉(zhuǎn)，主運動必須由刀具來完成。刀具裝在刀具盤上，刀具盤繞工件高速旋轉(zhuǎn)，常稱為“套車”。加工的尺寸比例立式鉆床和搖臂鉆床，由鉆頭同時作回轉(zhuǎn)主運動和軸向進(jìn)給運動。但在深孔鉆床上鉆深孔時，為了減少孔的歪斜和便于排屑，常由工件作回轉(zhuǎn)主運動，鉆頭只作軸向進(jìn)給運動。工件的重量一般來說，都是使重量較輕的部件運動。,.,3,.,4,.,5,通過幾何運動功能分配設(shè)計確定了基礎(chǔ)支承件，即運動功能式中“接地”的位置，用“”符號表示?！啊狈栕髠?cè)的運動由工件完成，右側(cè)的運動由刀具完成。機床的運動功能式中添加上“”接地符號后，可稱為運動分配式。一個運動功能方案，經(jīng)過運動功能分配設(shè)計，可以得幾個運動分配式。,目前采用的方法,.,6,2結(jié)構(gòu)布局設(shè)計,.,7,五軸鏜銑機床的結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖,.,8,3總體結(jié)構(gòu)草繪設(shè)計,設(shè)計主要依據(jù)：機床總體結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖，驅(qū)動與傳動設(shè)計結(jié)果、機床動力參數(shù)、加工空間尺寸參數(shù)以及機床整機的剛度及精度分配。,.,9,總體結(jié)構(gòu)草繪設(shè)計設(shè)計過程,.,10,.,11,6.2主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計,機床主參數(shù)代表機床規(guī)格大小，反映機床最大工作能力的一種參數(shù)。有些機床還規(guī)定有第二主參數(shù)，通用機床主參數(shù)已有標(biāo)準(zhǔn)。專用機床的主參數(shù)，一般以加工零件或被加工面的尺寸參數(shù)來表示。金屬切削機床型號編制方法GB/T15375一1994,包括機床的尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)。,6.2.1主參數(shù)和尺寸參數(shù),.,12,機床的類別和分類代號,.,13,機床的通用特性代號,.,14,6.2.2運動參數(shù),運動參數(shù)：指機床執(zhí)行件如主軸、工作臺和刀架等的運動速度。1主運動參數(shù)對于主運動是回轉(zhuǎn)運動的機床，其主運動參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速，它與切削速度的關(guān)系是,對于主運動是直線運動的機床，如插床或牛頭刨床，主運動參數(shù)是插刀或刨刀的每分鐘往復(fù)次數(shù)(次/分)。,.,15,主軸要進(jìn)行變速，確定變速范圍及最低和最高轉(zhuǎn)速，并確定采用無級變速，還是采用有級變速。確定nmax和nmin的方法，主要是分析所設(shè)計的機床可能進(jìn)行的工序，從中選擇要求最高、最低轉(zhuǎn)速的典型工序，按照典型工序刀具、工件材料、切削速度和刀具(或工件)的直徑，計算出nmax、nmin及變速范圍Rn,.,16,2進(jìn)給運動參數(shù),大部分機床的進(jìn)給量用工件或刀具每轉(zhuǎn)的位移量表示，即單位為mm/r，如車床、鉆床、鏜床、滾齒機等。直線往復(fù)運動的機床，如刨、插床，以每一往復(fù)的位移表示。銑床和磨床，由于使用的是多刃刀具，進(jìn)給量常以每分鐘的位移量表示，即單位為mmmin。機床上廣泛采用有級或無級變速方式來實現(xiàn)進(jìn)給量的變換。如T68型鏜床的進(jìn)給數(shù)列是；0.05、0.07、0.10、0.13、0.19、0.27、0.37、0.52、0.74、1.03、1.43、2.05、2.9、4、5.7、8、11.1、16共18級，公比為1.41。如刨床和插床等，為使進(jìn)給機構(gòu)簡單，采用間歇進(jìn)給棘輪機構(gòu)，進(jìn)給量由每次往復(fù)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)(1、2、3)而定，是等差數(shù)列。,.,17,3動力參數(shù),動力參數(shù)包括電動機的功率、液壓缸的牽引力、液壓馬達(dá)或步進(jìn)電機的額定轉(zhuǎn)矩等。機床各傳動件的結(jié)構(gòu)參數(shù)是根據(jù)動力參數(shù)設(shè)計計算的。如果動力參數(shù)定得過大，將使機床過于笨重，浪費材料和電力：如果定得過小，又將影響機床的性能。計算方法在現(xiàn)階段只能做為參考，原因為：通用機床使用情況復(fù)雜，切削用量的變化較大；對某些加工過程中切削力和進(jìn)給力的規(guī)律還沒有很好地掌握；機床傳動系統(tǒng)中的摩擦損失，尤其是高速下的損失研究得也不夠。,.,18,1)主傳動電動機功率的確定,空載功率：機床主運動空轉(zhuǎn)時，由于傳動件摩擦、攪油、空氣阻力和其他動載荷等原因，電動機要消耗一部分功率，為空轉(zhuǎn)功率損失Pq，其值隨傳動件轉(zhuǎn)速的增大而增大，與傳動件預(yù)緊程度及裝配質(zhì)量有關(guān)。,.,19,2）進(jìn)給傳動系統(tǒng)驅(qū)動功率的確定,機床進(jìn)給運動驅(qū)動功率的確定有幾種情況：(1)進(jìn)給運動與主運動共用一個電動機，如臥式車床、鉆床等。統(tǒng)計結(jié)果：臥式車床進(jìn)給功率Pf=(0.030.04)PL，鉆床Pf=(0.030.04)PL，銑床Pf(0.030.04)PL。(2)進(jìn)給運動中工作進(jìn)給與快速進(jìn)給共用一個電動機，由于快速進(jìn)給所需功率遠(yuǎn)大于工作進(jìn)給的功率，且兩者不同時工作，所以不必單獨考慮工作所需功率，如升降臺銑床。(3)進(jìn)給運動采用單獨電動機驅(qū)動，則需要確定進(jìn)給運動所需功率(或轉(zhuǎn)矩)。對普通交流電動機，進(jìn)給電動機功率由下式計算,.,20,6.3刀架和自動換刀裝置設(shè)計,6.3.1功能和基本要求,1功能,刀架是安放刀具的重要部件，直接承受極大的切削力，是工藝系統(tǒng)中的較薄弱的環(huán)節(jié)。,隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，采用自動更換刀具裝置，實現(xiàn)了大容量存儲刀具和自動交換刀具的功能，存放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動交換刀具的時間從幾十秒減少到幾秒甚至零點幾秒。加工中心（MC),.,21,.,22,按照安裝刀具的數(shù)目,6.3.2類型,單刀架,多刀架,按結(jié)構(gòu)形式,方刀架,轉(zhuǎn)塔刀架,回輪式刀架,按驅(qū)動刀架轉(zhuǎn)位的動力分,手動轉(zhuǎn)位刀架,自動(電動和液動)轉(zhuǎn)位刀架,.,23,數(shù)控車床常用的自動換刀裝置方式,.,24,加工中心的刀庫和換刀裝置方式,.,25,（1）盤形刀庫應(yīng)用較廣，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，因刀具單環(huán)排列、定向利用率低，大容量刀庫的外徑將較大，轉(zhuǎn)動慣量大，選刀運動時間長。這種形式的刀庫容量較小，一般不超過32把刀具。（2）鏈?zhǔn)降稁烊萘枯^大，當(dāng)采用多環(huán)鏈?zhǔn)降稁鞎r，刀庫外形較緊湊，占用空間較小，適用于大容量的刀庫。（3）格子箱刀庫容量較大，結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但布局不靈活，通常將刀庫安放于工作臺上。（4）直線式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，刀庫容量較小，應(yīng)用于數(shù)控車床、數(shù)控鉆床或個別加工中心。,加工中心刀庫的類型及特點,.,26,6.3.3刀具交換裝置,刀具交換裝置指數(shù)控機床的自動換刀裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置。,定義：,刀具交換方式分類：,利用刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換,機械手交換刀具,.,27,1利用刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換,（1）換刀時間較長（2）工作臺的有效使用面積小,特點：,.,28,2刀庫機械手刀具交換裝置,特點：,（1）換刀靈活（2）換刀時間短,勾手,抱手,伸縮手,叉手,.,29,雙刀庫機械手換刀裝置,特點:用兩個刀庫和兩個單臂機械手進(jìn)行工作，工作行程大為縮短，有效地節(jié)省了換刀時間。,自動換刀數(shù)控機床使用的刀具的刀柄形式有：圓柱形和圓錐形。,.,30,6.3.4換刀機械手,在自動換刀數(shù)控機床中，機械手的形式是多種多樣的，常見的形式如圖所示。,1單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手,可以回轉(zhuǎn)不同的角度，均靠單一卡爪裝卸刀，換刀時間較長。,.,31,2單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手,一個卡爪從主軸上取下“舊刀”，另一個卡爪則由刀庫取出“新刀”送到主軸，換刀時間較單爪回轉(zhuǎn)式機械手要少。,3雙臂回轉(zhuǎn)式機械手,兩個卡爪可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)180度后又同時將刀具放回刀庫及裝入主軸。,換刀動作順序如圖所示,.,32,.,33,4雙機械手,這種機械手相當(dāng)于兩個單臂單爪機械手，互相配合起來進(jìn)行自動換刀。其中一個機械手從主軸上取下舊刀送回刀庫，另一個機械手由刀庫里取出新刀裝入機床主軸。,5雙臂往復(fù)交叉式機械手,一個手臂從主軸上取下舊刀送回刀庫，另一手臂由刀庫中取出新刀裝入主軸，整個機械手可沿某導(dǎo)軌直線移動或繞某個轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)。,6雙臂端面夾緊式機械手,這種機械手夾緊刀柄的兩個端面換刀，以前的幾種均靠夾緊刀柄的外圓表面以抓取刀具。,.,34,6.3.5手爪,手爪在抓住刀具后，必須具有鎖刀功能，以防止在換刀過程中掉刀或刀具被甩出。當(dāng)機械手松刀時，刀庫的夾爪既起著刀套的作用，又起著手爪的作用。,.,35,6.3.6結(jié)構(gòu)原理,1手動和半自動轉(zhuǎn)位刀架,1)手動轉(zhuǎn)位刀架,.,36,2)半自動轉(zhuǎn)位刀架,沿床身三角形導(dǎo)軌和平導(dǎo)軌作縱向進(jìn)給運動。,.,37,數(shù)控車床上使用的轉(zhuǎn)位刀架是一種最簡單的自動換刀裝置。,2自動轉(zhuǎn)位換刀裝置,對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀尖位置不進(jìn)行人工調(diào)整，有可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，具有盡可能高的重復(fù)定位精度(一般為0.001-0.005mm)。,1）四方轉(zhuǎn)位刀架,一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床采用的螺旋升降式四方自動刀架，適用于軸類零件的加工，如下圖所示。,.,38,刀架抬起,刀架轉(zhuǎn)位,刀架壓緊,四方轉(zhuǎn)位刀架換刀過程,.,39,2）數(shù)控車床12個刀位的液壓回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)圖,.,40,3帶刀庫的自動換刀系統(tǒng),1)目的：為了滿足復(fù)雜零件的加工工序高度集中的要求，一般多采用刀庫式自動換刀裝置。2)組成：由刀庫和刀具交換機構(gòu)組成。3)形式：盤形刀庫鏈?zhǔn)降稁旄褡酉涞稁?4)三種典型換刀裝置,（1）直接在刀庫與主軸(或刀架)之間換刀的自動換刀裝置（2）用機械手在刀庫與主軸之間換刀的自動換刀裝置（3）用機械手和轉(zhuǎn)塔配合刀庫進(jìn)行換刀的自動換刀裝置,.,41,（1）直接在刀庫與主軸(或刀架)之間換刀的自動換刀裝置,機床自動換刀過程,刀架快速右移刀庫下降刀庫回轉(zhuǎn)刀庫上升刀架帶著新刀具離開刀庫，快速移向加工位置,.,42,（2）用機械手和轉(zhuǎn)塔配合刀庫進(jìn)行換刀,實質(zhì)上這種自動換刀裝置是轉(zhuǎn)塔式換刀裝置和刀庫式換刀裝置的結(jié)合。,由以上幾種自動換刀裝置可知，刀庫的驅(qū)動方式一般采用液壓和電氣兩種方式。小型刀庫可直接由蝸桿蝸輪傳動，大型刀庫還需采用鏈條傳動。,.,43,6.3.7轉(zhuǎn)位機構(gòu)和定位機構(gòu)設(shè)計,1轉(zhuǎn)位機構(gòu)設(shè)計,常用的轉(zhuǎn)位機構(gòu)有以下幾種：1）液壓（或氣動）驅(qū)動的活塞齒條齒輪轉(zhuǎn)位機構(gòu)2）圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機構(gòu)3）伺服電動驅(qū)動的刀架轉(zhuǎn)位,.,44,調(diào)速范圍大，緩沖制動容易，轉(zhuǎn)位速度可調(diào)；運動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)尺寸較小，制造容易，因而應(yīng)用較為廣泛；轉(zhuǎn)位角度的大小可由活塞桿上的限位擋塊來調(diào)整；,液壓驅(qū)動特點：,結(jié)構(gòu)簡單、速度可調(diào)，但運動不平穩(wěn)，有沖擊；結(jié)構(gòu)尺寸大，驅(qū)動力小。,氣動驅(qū)動特點：,應(yīng)用場合：一般多用在非金屬切削的自動化機械和自動線的轉(zhuǎn)位機構(gòu)中。,1）液壓（或氣動）驅(qū)動的活塞齒條齒輪轉(zhuǎn)位機構(gòu),.,45,2）圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機構(gòu),轉(zhuǎn)位速度高、精度較低；運動特性可以自由設(shè)計選??；制造較為困難、成本較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大。,特點：,這種轉(zhuǎn)位機構(gòu)可以通過控制系統(tǒng)中的邏輯電路或PC程序來自動選擇回轉(zhuǎn)方向，以縮短轉(zhuǎn)位輔助時間,應(yīng)用：,.,46,3伺服電動驅(qū)動的刀架轉(zhuǎn)位,現(xiàn)代技術(shù)中，采用直流(或交流)伺服電動機驅(qū)動蝸桿、蝸輪(消除間隙)實現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位的速度和角位移均可通過半閉環(huán)反饋進(jìn)行精確控制加以實現(xiàn)。,.,47,2定位機構(gòu)設(shè)計,由于圓柱銷和斜面銷定位時容易出現(xiàn)間隙，目前在刀架的定位機構(gòu)中多采用錐銷定位和端面齒盤定位。,1）端齒盤定位,端齒盤定位由兩個齒形相同的端面齒盤相嚙合而成,由于嚙合時各個齒的誤差相互抵償，起著誤差均化的作用，定位精度高。,齒型角一般有2等于90和60兩種,.,48,.,49,2）端齒盤定位的特點,(1)定位精度高研齒的齒盤其分度精度一般可達(dá)3左右，最高可達(dá)0.4以上，一對齒盤嚙合時具有自動定心作用。,(2)重復(fù)定位精度高出于多齒嚙合相當(dāng)于上下齒盤齒的反復(fù)磨合對研，越磨合精度越高，重復(fù)定位精度也越高。,(3)定位剛性好和承載能力大兩齒盤多齒嚙合，由于齒盤齒部強度高，并且一般齒數(shù)嚙合率不小于90，齒面嚙合長度不小于60，定位剛性好，承載能力大。,.,50,6.3.8鏈?zhǔn)降稁斓臉?gòu)成,1類型,圖示為方形鏈?zhǔn)降稁斓牡湫徒Y(jié)構(gòu)示意圖,鏈?zhǔn)降稁焓悄壳皯?yīng)用得最多的一種形式，由一個主動鏈輪帶動裝有刀套的鏈條。,常用的鏈條形式有,（1）帶導(dǎo)向輪的SK04型鏈條,（2）HP型鏈條,.,51,（1）帶導(dǎo)向輪的SK04型鏈條,.,52,（2）HP型鏈條,該鏈條是種套筒式鏈條，其輥子本身就是刀套。,選用時應(yīng)確定刀柄號和拉釘種類、刀套間距、定位安裝位置和刀套號標(biāo)牌位置。,.,53,SK型懸掛式鏈條