車銑復(fù)合加工中心畢業(yè)設(shè)計(jì)方案

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)方案題目CXH500 數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院專業(yè)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程二一七年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)題目 CXF500 數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、選題背景與意義1. 選題背景及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀車銑復(fù)合機(jī)床在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上增加了主軸分度和動(dòng)力刀架功能，可以實(shí)現(xiàn)曲面、端面車削以及工件圓柱面的銑削、鉆孔、攻絲等功能。1982 年，奧地利林茨機(jī)床公司（WFL ）開發(fā)出了全世界第一臺(tái)車銑數(shù)控專用機(jī)床WVC500S車銑加工中心。經(jīng)過近20 年的不斷努力，車銑復(fù)合機(jī)床已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)車削、銑削、鏜削、插齒及滾齒等多種加工。進(jìn)入21 世紀(jì)以來，數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床發(fā)展非常迅速，不僅規(guī)格齊全，硬件

2、功能完善，且軟件功能也十分強(qiáng)大，如WFL的 M 系列和 MAZAK 的 E-H 系列等 1 。目前，先進(jìn)的五軸車銑復(fù)合機(jī)床除了可以進(jìn)行車、銑、鉆、鏜、攻絲等加工外，還可以進(jìn)行鏜型腔、鉆深孔、滾齒、銑葉片以及進(jìn)行磨削加工和工件的在線測(cè)量，實(shí)現(xiàn)各種誤差補(bǔ)償、刀具在線監(jiān)控和適應(yīng)控制等。國(guó)外的主流車銑復(fù)合機(jī)床呈現(xiàn)出了配有仿真系統(tǒng)、多軸控制擴(kuò)大機(jī)床加工能力及高速度、高精度、智能化的特點(diǎn)，其應(yīng)用也由單機(jī)向系統(tǒng)化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化的高層次發(fā)展。我國(guó)數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床的研制工作起步比較晚，在2001 年由沈陽數(shù)控機(jī)床廠制造出我國(guó)第一臺(tái)SSCKZ63-5五軸車銑復(fù)合機(jī)床，該機(jī)床引進(jìn)了德國(guó)瑪斯廖拉公司（MAXMULL

3、ER）的技術(shù)，達(dá)到了國(guó)際90 年代末的水平?，F(xiàn)在通過國(guó)家相關(guān)的政策的支持，我們?cè)谲囥姀?fù)合加工機(jī)床成功取得多方面突破，例如：攻克了動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元，大直徑大通孔的高速?gòu)?qiáng)力主軸，刀架，機(jī)床熱平衡，精度補(bǔ)償?shù)榷囗?xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，主傳動(dòng)兼顧了大扭矩輸出和高速輸出。開發(fā)出五軸車銑復(fù)合加工中心并完成了系列化，規(guī)格化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。由于我們的整體技術(shù)基礎(chǔ)不太堅(jiān)實(shí)，和國(guó)外技術(shù)相比缺少數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)積累，加之加工手段和工藝性比較薄弱，整體車銑復(fù)合加工技術(shù)和歐洲和日本相比還有不小的差距。目前國(guó)際上最先進(jìn)的車銑技術(shù)仍掌握在MAZAK,OKUMAMORISEIKE,DMG和 WFL 等一流的機(jī)床生產(chǎn)商手中2。2. 選題的目的及

4、意義車銑復(fù)合加工技術(shù)的先進(jìn)理念就是提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短產(chǎn)品制造周期，是一種集成了現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)和CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)的先進(jìn)機(jī)械加工技術(shù)。該技術(shù)提供了一種完善的加工解決方法：一次裝夾可實(shí)現(xiàn)零件多個(gè)表面或復(fù)雜形面的加工，大大簡(jiǎn)化了工件裝夾和刀具系統(tǒng)的復(fù)雜性，減少了夾具和非生產(chǎn)時(shí)間。此次設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)對(duì)加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，得出最優(yōu)的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，使之達(dá)到高自動(dòng)化、高柔性、高精度、高效率的性能。通過本次設(shè)計(jì)培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，解決工程實(shí)際問題的能力，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、程序編制、使用手冊(cè)等基本技能及能力得到訓(xùn)練和提高。-

5、1-濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容研究數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要由伺服電機(jī)、齒輪傳動(dòng)、主軸組件、C 軸及其傳動(dòng)組成,可實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)和主軸夾持工件的分度。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) , 包括主傳功系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、裝配圖及零件圖設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和重要零件的校核。詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容如表1 所示。表 1詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容具體設(shè)計(jì)分析車銑復(fù)合主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)C 軸控制傳動(dòng)設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要參數(shù)：最大回轉(zhuǎn)直徑（mm）： 500主軸轉(zhuǎn)速 (rpm) ：45-4500主電機(jī)功率 (KM) ： 11/15C 軸分度： 0.001°， 360 連續(xù)

6、課題的主要要求有：（ 1）相關(guān)外文翻譯資料一份（譯文字?jǐn)?shù)不少于（ 2）畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告一份（約 5000 字）；(1) 分配各級(jí)傳動(dòng)比，擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)(2) 擬定轉(zhuǎn)速圖，并畫出轉(zhuǎn)速圖(3) 確定各傳動(dòng)構(gòu)件的形式及結(jié)構(gòu)尺寸(4) 設(shè)計(jì)各級(jí)傳動(dòng)軸(5) 根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，確定各級(jí)軸的支撐構(gòu)件等(6) 設(shè)計(jì)主軸，擬定主軸組件，確定主軸組件的潤(rùn)滑與密封方式(7) 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各級(jí)傳動(dòng)軸及主軸等進(jìn)行校核(1) 傳動(dòng)裝置(2) 結(jié)合、分離裝置(1) 傳動(dòng)構(gòu)件的布置與排列(2) 主傳動(dòng)的開停、制動(dòng)裝置(3) 車銑復(fù)合機(jī)床主軸箱的構(gòu)造2000 漢字）；（ 3）畢業(yè)設(shè)計(jì)方案 1 份，且符合畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范；（ 4）總設(shè)

7、計(jì)圖量不少于 3.0 張 A0 ，其中手工繪圖不少于折合成圖幅為A0號(hào)的圖紙 1 張，計(jì)算機(jī)輔助繪圖不少于折合成圖幅為A0 號(hào)的圖紙 1張，裝配圖有充分的零件圖支撐；（ 5）設(shè)計(jì)說明書 1 份（不少于1.2 萬字），查閱文獻(xiàn) 15 篇以上，外文文獻(xiàn)2篇以上。-2 -濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案2. 預(yù)期研究結(jié)果通過本次課題設(shè)計(jì)任務(wù)書上的要求，運(yùn)用所學(xué)相關(guān)理論及專業(yè)知識(shí)，經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零部件校核等手段設(shè)計(jì)出滿足使用要求、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)，使其能滿足給定主要參數(shù)的要求, 并實(shí)現(xiàn)定位精度高，運(yùn)行過程平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。三、設(shè)計(jì)方案1. 主軸傳動(dòng)方案的確定在機(jī)床設(shè)計(jì)中有多種主軸傳

8、動(dòng)方式，一般根據(jù)不同加工場(chǎng)合的工藝要求及傳動(dòng)方式自身特點(diǎn)進(jìn)行選擇，為了確定最為優(yōu)化的車銑復(fù)合機(jī)床主軸的傳動(dòng)方式，以下列舉出了幾種常見的傳動(dòng)方式，并且根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體要求擬定適合的方案1.1 主軸傳動(dòng)類型圖 1 主軸傳動(dòng)方式(1) 帶有變速齒輪的主傳動(dòng) (圖 a)，一般大、中型數(shù)控機(jī)床多采用這種方式。通過少數(shù)幾對(duì)齒輪傳動(dòng)來擴(kuò)大變速范圍。由于電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上的恒功率調(diào)速范圍為25，當(dāng)需要擴(kuò)大這個(gè)調(diào)速范圍時(shí)常用變速齒輪的辦法來擴(kuò)大調(diào)速范圍，滑移齒輪的位移大都采用液壓撥叉變速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械工作壽命長(zhǎng)和傳動(dòng)比固定的特點(diǎn)，但是，在實(shí)際齒輪制造以及安裝要求需要很高的精

9、度導(dǎo)致成本較高，而且傳動(dòng)距離受限制，不宜有太遠(yuǎn)距離跨度 3 。(2) 帶傳動(dòng)方式 (圖 b) 這種方式主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大，低轉(zhuǎn)矩的小型數(shù)控機(jī)床上，電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)整就能滿足要求，不用齒輪變速，可避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起震動(dòng)和噪聲的缺點(diǎn)，但它只適用于低扭矩特性要求。常用的有同步齒形帶、多楔帶、v 帶、平帶。-3-濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案(3) 兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 (圖 c) 這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)類型，兼有上述兩種方式的性能。高速時(shí)，由一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)；低速時(shí)，由另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳動(dòng)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，因而就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，避免了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠，

10、且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的問題，但兩個(gè)電動(dòng)機(jī)不能同時(shí)工作。(4) 調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)一種為：主軸電動(dòng)機(jī)輸出軸通過精密聯(lián)軸器與主軸連接(圖d)，優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，但主軸轉(zhuǎn)速的變化及輸出完全與電動(dòng)機(jī)的輸出特性一致，因而受一定限制。另一種為：內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸，即主軸與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體(圖 e)。優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)緊湊，慣性小，可提高啟動(dòng)、停止的相應(yīng)特性，缺點(diǎn)為電動(dòng)機(jī)發(fā)熱使主軸產(chǎn)生變形。因此，要注意溫度控制。這種方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)夠，有效提高了主軸部件的剛度，但是主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸影響較大。1.2 主軸傳動(dòng)方案分析比較及方案確定結(jié)合本次數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要

11、求及上述各傳動(dòng)方式優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械工作壽命長(zhǎng)的帶有變速齒輪的主傳動(dòng)方式，采用液壓撥叉變速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)滑移齒輪變速。2. C 軸控制傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.1C 軸控制傳動(dòng)類型方案一精密蝸桿副C 軸結(jié)構(gòu)C 軸的分度和伺服控制采用可嚙合和脫開的精密蝸桿蝸輪副結(jié)構(gòu)。它有一個(gè)C 軸的分度和伺服控制采用可嚙合和脫開的精密蝸輪副結(jié)構(gòu),它由一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿1 及主軸上的蝸輪 3。當(dāng)機(jī)床處于銑削或鉆削狀態(tài), 即主軸需要通過C 軸分度或?qū)A周進(jìn)給進(jìn)行伺服控制時(shí), 蝸輪與蝸桿嚙合 , 該蝸輪蝸桿副由一個(gè)可固定的精確調(diào)整滑塊來調(diào)整, 以消除嚙合間隙。C 軸的分度精度由一個(gè)脈沖編碼器7 來保證

12、。如下圖所示。圖 2.1 精密蝸桿副 C 軸結(jié)構(gòu)1-蝸桿2-主軸3-蝸輪4-齒形帶5-主軸電動(dòng)機(jī)6-齒形帶7-脈沖編碼器8-C 軸伺服電機(jī)9-傳送帶-4-濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案方案二滑移齒輪控制的C 軸傳動(dòng)圖 2.2 為經(jīng)滑移齒輪控制的 C 軸傳動(dòng)圖 , 由主軸箱 9 和 C 軸控制箱 16 組成。主軸在一般車削狀 .態(tài)時(shí) ,換位液圧缸 6 使滑移齒輪 5 與主軸齒輪 7 脫開 ,制動(dòng)液圧缸 10 脫離制動(dòng) ,主軸電動(dòng)機(jī)通過皮帶驅(qū)動(dòng)主軸8 旋轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸需要C 軸控制作分度或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),主軸電動(dòng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài),滑移齒輪 5 與主軸齒輪7 嚙合，在制動(dòng)液圧缸10 未制動(dòng)狀態(tài)下 , C 軸伺服電機(jī)15

13、 根據(jù)指令脈沖值旋轉(zhuǎn)，通過C 軸變速箱變速 , 經(jīng)滑移齒輪5、主軸齒輪7 使主軸分度，然后制動(dòng)液圧缸使主軸制動(dòng)。當(dāng)進(jìn)行銑削時(shí), 除制動(dòng)液壓缸制動(dòng)主軸外, 其他動(dòng)作與上述相同, 此時(shí)主軸按指令作緩慢的連續(xù)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。圖 2.2 滑移齒輪控制的C 軸傳動(dòng)14- 傳動(dòng)齒輪5-滑移齒輪6-換位油缸7-主軸齒輪8-主軸9-主軸箱10-制動(dòng)油缸11-帶輪12-主抽制動(dòng)盤13-齒形帶輪14-脈沖編碼器15-C 軸伺服電動(dòng)機(jī)16-C 軸控制箱方案三帶 C 軸功能的主軸電動(dòng)機(jī)直接控制C 軸控制除了以上介紹的用伺服電機(jī)通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)外, 還可以用帶C 軸功能的主軸電動(dòng)機(jī)直接進(jìn)行分度和定位。-5-濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)

14、計(jì)方案四、參考文獻(xiàn)1夏煥金 , 蔡慧慧 .車銑復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用J.金屬加工 ,2011(21):19-21.2 江崇民 . 數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) J. 機(jī)械工程師 ,2012(4):98-100.3 楊雪寶 . 機(jī)械制造裝備與設(shè)計(jì) M. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社 ,2010.4 馬宏偉 . 數(shù)控技術(shù) M. 北京：電子工業(yè)出版社 ,2014.5 劉桂芝 . 影響車銑復(fù)合機(jī)床加工精度的因素分析 J. 中國(guó)制造業(yè)信息化 ,2011,40(7):68-69.6 張曙 . 機(jī)床主軸部件的創(chuàng)新 J. 制造技術(shù)與機(jī)床 ,2011(11):6-9.7楊永年 .基于 C6132A的數(shù)控車銑復(fù)合中心

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