2071 CJK6256B數(shù)控車床主軸箱的改進設(shè)計含全套畢業(yè)說明書和機械CAD圖紙

1、前言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜，改型也日益頻繁，對機床的性能、精度、自動化程度等提出了越來越高的要求。機械加工工藝過程自動化是實現(xiàn)上述要求的重要技術(shù)措施之一，不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，還能改善工人的勞動條件。為此，許多企業(yè)采用自動機床、組合機床和專用機床組成自動或半自動生產(chǎn)線。但是，采用這種自動、高效的設(shè)備，需要很大的初期投資以及較長的生準(zhǔn)備周期，只有在大批量的生產(chǎn)條件（如汽車、拖拉機、家用電器等工業(yè)主要零件的生產(chǎn)），才會有顯著的經(jīng)濟效益。在機械制造工業(yè)中，單件、小批量生產(chǎn)的零件約占機械加工總量的70%80%?？茖W(xué)技術(shù)的進步和機械制造產(chǎn)品市場競爭的日趨激烈

2、，致使機械產(chǎn)品不斷改型、更新?lián)Q代，批量相對減少，質(zhì)量要求越來越高。采用專用的自動機床加工這類零件就顯得很不合理，而且調(diào)整或改裝專用的“剛性”自動生產(chǎn)線投資大、周期長，有時從技術(shù)上甚至是不可能實現(xiàn)的。采用各類仿型機床，雖然可以部分地解決小批量復(fù)雜零件的精度很難達(dá)到的要求。為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適用于產(chǎn)品頻繁變化的“柔性”自動化機床。隨著計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，1952年，美國帕森斯公司(Parsons)和麻省理工學(xué)院（MIT）合作，研制成功了世界上第一臺以數(shù)字計算機為基礎(chǔ)的數(shù)字控制(numerical c

3、ontrol,簡稱NC)3坐標(biāo)直線插補銑床，從而使機械制造業(yè)進入了 一個新階段。 因此，在畢業(yè)設(shè)計到來時，根據(jù)我們專業(yè)與企業(yè)的要求，在徐衛(wèi)國老師的指導(dǎo)下，本人選擇了數(shù)控車床的改造這一課題。通過研究，改造主要有三個部分：（1）主軸箱（2）電器（3）自動刀架此課題有本人承擔(dān)，本人改造主軸箱中的主軸部件是機床重要組成部分之一。除了與普通機床一樣要求具有良好的旋轉(zhuǎn)精度、靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及耐磨性外，由于數(shù)控機床在加工過程中不進行人工調(diào)整，且數(shù)控機床要求的轉(zhuǎn)速更高，功率大。所以數(shù)控機床的主軸部件在上述幾方面要求更高且更嚴(yán)格。在主軸部件的改造方面，本人采取盡可能按原機床傳動路線，并選用主軸脈沖發(fā)生器

4、來輸出主軸轉(zhuǎn)速，主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，主軸脈沖發(fā)生器 發(fā)出1024個脈沖。數(shù)控車床的電器也很重要，車床的自動化程度也就在此體現(xiàn)。電器方面，本人參考CJK6256B簡易數(shù)控車床的電器原理，該結(jié)構(gòu)簡單，能較好的實現(xiàn)對主軸電機主軸變頻器，刀臺電機正反轉(zhuǎn)，風(fēng)扇等等的控制。自動刀架也是數(shù)控車床與普通車床的重要區(qū)別之一，它具有準(zhǔn)確的重復(fù)定位功能，具有較高的精度。 目錄第一章數(shù)控機床的主傳動及主軸部件 1.1數(shù)控機床主傳動裝置4-6 1.1.1特點 1.1.2變速方式 1.1.3選擇電動機 1.1.4選擇帶輪 1.1.5確定傳動方式1.2主軸組件設(shè)計7-9主軸主件類型主軸設(shè)計 1.2.3主軸支承 1.2.4主軸停止功

5、能11.3中間軸的設(shè)計101.4輸入軸的設(shè)計111.5主軸箱的裝配12第二章電器13-14第三章自動刀架15 結(jié)論16 參考文獻(xiàn)17附錄18第一章數(shù)控機床的主傳動及主軸組件 1.1數(shù)控機床主傳動裝置1.1.1特點數(shù)控機床的主傳動與普通機床的相比具有以下特點：（1） 主軸傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速高，功率大，能滿足數(shù)控機床大功率切削和高速切削的要求，實現(xiàn)機床高效率工作。（2） 傳動系統(tǒng)調(diào)速范圍較大，變速迅速可靠，并能實現(xiàn)自動無級調(diào)速，使切削工作始終在最佳狀態(tài)下進行。（3） 為實現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，主軸上具有特殊的刀具安裝結(jié)構(gòu)。（4） 主軸部件要求有較大的剛度和較高的精度。1.1.2變速方式本人根據(jù)原機床結(jié)

6、構(gòu)采用雙向內(nèi)齒離合器來使主軸實現(xiàn)四級變速。1.1.3選擇電動機選用Y160L-4 A型鼠籠轉(zhuǎn)子電動機系列。功率15KW轉(zhuǎn)速1460r/min.額定轉(zhuǎn)矩2.2kn/m。1.1.4選擇帶輪根據(jù)電動機的輸出功率、輸出軸所需的轉(zhuǎn)速、工作時間，選擇并校核帶輪，確定小帶輪與大帶輪的基準(zhǔn)直徑，大帶輪如裝配圖 所示，基準(zhǔn)直徑為304mm，采用孔板式結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)可以避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲，傳動比較準(zhǔn)確，傳動精度高、平穩(wěn)、噪聲小，維修保養(yǎng)方便，不需潤滑。采用無級變速主軸電機（直流或交流），主軸箱內(nèi)齒輪變速級數(shù)很少（一般最多為四級）。主軸箱內(nèi)設(shè)置齒輪變速，主要目的是重復(fù)利用電機的恒功率，輸出范圍一般多用于大

7、中型機床，一部分小型機床為了獲得強力切削也在應(yīng)用。變速級改變通常是用液壓控制齒輪滑移來實現(xiàn)，一般小型數(shù)控機床的主軸箱步設(shè)置齒輪變速機構(gòu)其噪聲與振動大大減少由于主軸功率特性在不斷改進，無齒輪變速的主傳動得到越來越多的應(yīng)用。液壓刀架使用廣泛，性能比較穩(wěn)定，電機帶動的刀架沒有液壓管路，結(jié)構(gòu)簡單。1.1.5確定傳動方式傳動路線如下：離合器1撥叉向左 電動機帶輪 離合器1撥叉向右 離合器2撥叉向左離合器2撥叉向右離合器2撥叉向左離合器2撥叉向右 1.2主軸組件設(shè)計 主軸組件由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動件和密封件等組成。機床加工時，主軸帶動工件或刀具直接參與表面成型運動，所以主軸的精度、剛度和熱變形

8、對加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率等有著重要的影響，而且由于數(shù)控機床在加工過程中心線的平均空間位置稱為瞬時回轉(zhuǎn)中心線。瞬時回轉(zhuǎn)中心線相對于理想回轉(zhuǎn)中心線的距離，就是主軸的回轉(zhuǎn)誤差。而回轉(zhuǎn)不進行人為調(diào)整，這些影響就更為重要。（1） 回轉(zhuǎn)精度高回轉(zhuǎn)中心線的空間位置，在理想的情況下應(yīng)是固定不變的， 稱為理想中心線。實際上，由于主軸組件中各種因素的影響，回轉(zhuǎn)中心線的空間位置每一瞬間都是變化的，這些瞬時回轉(zhuǎn)中誤差的范圍，就是主軸的回轉(zhuǎn)精度。徑向誤差、角度誤差和軸向誤差很少單獨存在，當(dāng)徑向誤差和角度誤差同時存在時，構(gòu)成徑向跳動，而軸向誤差和角度誤差同時存在時構(gòu)成端面跳動。（2） 剛度大主軸組件的剛度是指受外力作用時，主

9、軸組件抵抗變形的能力。主軸組件的剛度越大，主軸受力后的變形越小。若主軸組件的剛度不足，在切削力及其它力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形，不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會破壞齒輪、軸承的正常工作條件，加快其磨損，降低精度。主軸部件的剛度與主軸的結(jié)構(gòu)尺寸、支承跨距、所選用的軸承類型及其配置形式、軸承間隙的調(diào)整、主軸上傳動元件的位置關(guān)系等有關(guān)。（3） 抗振性強主軸組件的抗振性是指切削加工時，主軸保持平穩(wěn)運轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的能力。若主軸組件抗振性差，工作時容易產(chǎn)生振動，不僅會降低加工質(zhì)量，而且限制了機床生產(chǎn)率的提高，使就刀具的耐用度下降。（4） 溫升低主軸組件運轉(zhuǎn)中的溫升過高會引起兩個方面的不良結(jié)果：一是

10、主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機床其它元件的相對位置發(fā)生變化，直接影響到加工精度；二是軸承等元件會因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙，破壞正常工作，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生“抱軸”。數(shù)控機床為了解決溫升問題，一般采用恒溫主軸箱。（5） 耐磨性好主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工作安裝部位，以及移動式主軸的工作表面。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬火硬，或氮化處理，以提高硬度，增加耐磨性。主軸軸承也需要有良好的潤滑，以提高其耐磨性。 1.2.1主軸組件的類型主軸組件按運動方式可分為五類：（1）只有旋轉(zhuǎn)運動的主軸組件。這類主軸組件結(jié)構(gòu)較為簡單，如車

11、床、銑床、和磨床等主軸組件。（2）既有旋轉(zhuǎn)運動又有軸向進給運動的主軸組件。（3）既有旋轉(zhuǎn)運動又有軸向調(diào)整移動的主軸組件。如滾齒機、部分立式銑床等的主軸組件。主軸在套筒內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動，并可根據(jù)需要隨主軸套筒一起作軸向調(diào)整運動。主軸組件工作時，用其中的夾緊裝置將主軸套筒夾緊在主軸箱內(nèi)，以提高主軸部件的剛度。（4）既有旋轉(zhuǎn)運動又有徑向進給運動的主軸部件。如臥式鏜床的平旋盤主軸組件、組合機床的鏜孔車端面頭主軸組件。主軸作旋轉(zhuǎn)運動時，裝在主軸前端面平旋盤上的徑向滑塊可帶動刀具作徑向進給運動。（5）主軸作旋轉(zhuǎn)運動又作行星運動的主軸部件。1.2.2主軸設(shè)計主軸是主軸組件的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造

12、精度、材料及其熱處理等。對主軸組件的工作性能都有很大的影響，其主要尺寸參數(shù)包括如下四個部分：（1）主軸直徑（2）內(nèi)孔直徑（3）懸件長度（4）支承跨距根據(jù)原有結(jié)構(gòu)，本人采用原有主軸，改變主軸支承方案來增強主軸的強度與剛性。1.2.3主軸支承根據(jù)各段軸的直徑，確定主軸支承。前支承用3182132型雙短圓柱滾子軸承與8218推力球軸承，后支承采用3182124型雙短圓柱滾子軸承，中間輔助支承為128型單列滾珠軸承。這樣不僅保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，也提高了主軸剛度和抗振性。由于運轉(zhuǎn)中會發(fā)熱，主軸必然會膨脹，為了吸收這個熱膨脹量，希望后支承能沿軸向移動，容易使軸承受損。因此從提高后支承剛性和適應(yīng)主軸熱膨脹的

13、要求來說，前支承采用3182132型雙短圓柱滾子軸承為好，右端用端蓋頂住，左面用調(diào)整螺母來預(yù)緊。 1.2.4主軸停止功能為使停車時克服旋件的慣性，采用液壓摩擦制動器使主軸迅速停止，此裝置結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，主軸通過齒輪嚙合傳至主軸脈沖器。主軸原理床頭箱中的雙向內(nèi)齒離合器和，由操縱油缸中的活塞帶動撥叉和來控制它接通或放松，使主軸實現(xiàn)四級變速。停車時為克服旋轉(zhuǎn)件的慣性，采用液壓摩擦制動器使主軸迅速停止。主軸運動通過齒輪傳至主軸脈沖發(fā)生器，其傳動比為。主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，主軸脈沖發(fā)生器發(fā)出個脈沖。改變主電機正、反轉(zhuǎn)。主軸具有三個支承：前支承為雙列短圓柱滾子軸承；后支承為雙列短圓柱滾子軸承；中間輔助支承為型單

14、列滾珠軸承。這樣不僅保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，也提高了主軸剛度和抗振性。. 1.3中間軸的設(shè)計 根據(jù)傳動方式，中間軸與主軸通過一對斜齒輪來傳動，中間軸由兩段軸、共同組成，兩段都裝有與內(nèi)齒離合器55相嚙合的齒輪48、57，從而實現(xiàn)變速，用來使主軸迅速停止的液壓摩擦制動器23就裝在前一段軸22上，中間軸后端用制動器23固定，前端則用調(diào)整螺栓結(jié)構(gòu)62頂住，中間軸用滾動軸承與單列圓錐滾子球軸承來支承，可用來支承較大的徑向力。其中，前一個單列圓錐滾子球軸承用軸肩與調(diào)整螺栓62來固定調(diào)整，后一個則用箱壁與斜齒輪61固定，深溝球軸承58用擋圈、套筒、軸肩來固定。 1.4輸入軸的設(shè)計 根據(jù)傳動比與功率確定輸入軸的各

15、段結(jié)構(gòu)。輸入軸也又兩段，分別為軸和軸，其后端與帶輪28通過鍵31來連接并用調(diào)整螺母30來預(yù)緊，前端用端蓋56頂住軸承。軸用深溝球軸承支承，兩段軸也分別裝有與離合器42相嚙合的齒輪39和47。通過離合器42與55一起實現(xiàn)四級變速。齒輪53用擋圈固定。同樣，深溝球軸承也用套筒與彈性擋圈固定。輸入軸后端為1：15的錐度，以便拆裝。1.5主軸箱裝配主軸箱裝配不作說明，詳見裝配圖。 第二章 電器電器部分，數(shù)控車床的電器有兩部分組成，強電部分與弱電部分。介與本人的專業(yè)水平有限，因此本人所改裝的車床主要采用簡易數(shù)控車床CKJ6256B的電器結(jié)構(gòu)。弱電部分，由于本人能力有限，便不作詳細(xì)說明，強電部分則參考上述

16、車床的電器圖講一下電器結(jié)構(gòu)，此部分由十一個部分構(gòu)成：1.空氣開關(guān)2.主軸變頻器3.刀臺電機正反轉(zhuǎn)4.冷泵電機5.驅(qū)動電源6.工作燈7.VC電源8.控制電源9.主軸電機風(fēng)扇10.穩(wěn)壓源11.潤滑泵電機以上結(jié)構(gòu)在圖中表達(dá)的很清楚。另外電器圖中的各個元件代號的名稱如下：QF 空氣開關(guān)FR 熱繼電器M1 主電機M2 刀臺電機 M3 冷卻電泵 M4、M5 軸流風(fēng)扇FU 熔斷器1RC3RC 三相滅弧器4RC8RC 單相滅弧器 KM 交流接觸器R 電阻TC1 驅(qū)動電源變壓器TC2 照明控制電源變壓器VC 24V直流穩(wěn)壓源EL 工作燈KA 中間繼電器SQ2SQ7 霍爾元件SQ8 安全開關(guān)SQ9、SQ11、SQ

17、13 X、Z軸軟限位SQ10、SQ12、SQ14 回零開關(guān)SB1 急停開關(guān)SQ15、SQ16 接近開關(guān)根據(jù)本人的設(shè)計任務(wù)，主要繪制了主軸電機與刀臺電機的電器原理，這一部分詳見原理圖。第三章 自動刀架數(shù)控機床為了能在工作一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序，以減少輔助時間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須具備自動裝置。一般數(shù)控機床常采用轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置，如數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架、數(shù)控鉆鏜床的多主軸轉(zhuǎn)塔頭等，這種換刀裝置能裝6-8個刀具，由于受液壓刀架使用廣泛，性能比較穩(wěn)定，電機帶動的刀架沒有液壓管路，結(jié)構(gòu)簡單。在這里本人采用四方自動刀架，設(shè)計原則參考CK6136刀架，此刀架就是采用液壓來控制，下面就

18、根據(jù)其裝配圖來說明一下其工作原理。刀架的松開、轉(zhuǎn)位和夾緊采用液壓驅(qū)動，運動循環(huán)位：刀架抬起轉(zhuǎn)位定位與夾緊活塞空程退回。活塞4上移，刀架松開，活塞齒條29移動使刀架轉(zhuǎn)位，調(diào)整螺釘22和33可控制活塞齒條29的行程，實現(xiàn)初定位。當(dāng)活塞齒條29行程結(jié)束時，觸頭25壓開關(guān)發(fā)出訊號，液壓油換向，活塞4落下，多齒盤20和21結(jié)合實現(xiàn)精確定位。此時齒輪7和活塞齒條29脫開，而且多齒盤20上的觸頭9和多齒盤上21的四個觸點8中的一個接通，發(fā)出訊號判別刀架位置。接著活塞齒條29空程退回，觸頭25壓合開關(guān)27發(fā)出訊號表示轉(zhuǎn)位結(jié)束。調(diào)整順序閥30和34的彈簧力以保證每個動作按順序進行。刀架上裝有四個快換刀夾，用刀夾

19、上的銷11和刀架上的圓柱銷12定位。 刀架原理刀架的松開、轉(zhuǎn)位和夾緊采用液壓驅(qū)動，運動循環(huán)位：刀架抬起轉(zhuǎn)位定位與夾緊活塞空程退回?；钊弦疲都芩砷_，活塞齒條移動使刀架轉(zhuǎn)位，調(diào)整螺釘和可控制活塞齒條的行程，實現(xiàn)初定位。當(dāng)活塞齒條行程結(jié)束時，觸頭壓開關(guān)發(fā)出訊號，液壓油換向，活塞落下，多齒盤和結(jié)合實現(xiàn)精確定位。此時齒輪和活塞齒條脫開，而且多齒盤上的觸頭和多齒輪上的四個觸點中的一個接通，發(fā)出訊號判別刀架位置。接著活塞齒條空程退回，觸頭壓合開關(guān)發(fā)出訊號表示轉(zhuǎn)位結(jié)束。調(diào)整順序閥和的彈簧力以保證每個動作按順序進行。刀架上裝有四個快換刀夾，用刀夾上的銷和刀架上的圓柱銷定位。結(jié)論本人通過此次畢業(yè)設(shè)計，對數(shù)控車

20、床的結(jié)構(gòu)、原理有了更伸層次的了解，特別是它的主軸箱、電器和自動刀架部分，其優(yōu)點與改造前的普通車床有著明顯的區(qū)別。它能更精確的進行內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。機床主軸的起動、停止和變速，縱向和橫向進給運動的行程和速度，刀具的變換和冷卻，都可以自動控制。并具有直線、錐度、直螺紋和錐螺紋等自動循環(huán)機能。在該機床中采用液壓卡盤、液壓尾座、快換刀夾和機床外對刀裝置。該機床適合用于加工形狀復(fù)雜的中小批量的零件。禰補了普通機床加工精度不高與不能較好的加工復(fù)雜零件的缺點。此次畢業(yè)設(shè)計的課題，就本人個人而言，對于我們數(shù)控專業(yè)的學(xué)生來講有著很重要的意義，它能夠讓我們清楚的搞懂普通機床與數(shù)

21、控機床之間的區(qū)別，能讓我們對三年所學(xué)的專業(yè)知識有一個系統(tǒng)的、全面的、清楚的綜合與回顧。對我們的讀圖能力、實踐能力都有著較高的要求。不過，介于當(dāng)今社會的發(fā)展水平，現(xiàn)代企業(yè)的日新月異，新型的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對機械加工的要求是越來越高，它已不在停留在相對簡單的加工上，它需要的是加工形狀復(fù)雜、精度高的零件，這就需要對機床有更高的要求，它要求有很高的自動化程度，于是，市場上有了很先進的各類數(shù)控機床，但是其經(jīng)濟成本也令一些企業(yè)望而卻步，因此許多企業(yè)都采取了把普通機床改裝成數(shù)控機床。因此我們這一課題很有用，但是，隨之又產(chǎn)生了一系列問題，改裝的數(shù)控機床雖然在經(jīng)濟上比較合適，但其加工精度、自動化程度還是不近人意，所以本人認(rèn)為此課題最好能夠有所改進，本人希望從現(xiàn)在的普通機床的改裝改進為老式數(shù)控機床的改進，把老式的數(shù)控機床的步進電機改為伺服電機，這樣便能夠更精確的來加工較為復(fù)雜的零件，從而達(dá)到要求。還有，本人認(rèn)為在電器方面也需要有更深程度的了解，因為現(xiàn)代企業(yè)對機械已有了更高的要求，它需要機械與電器相結(jié)合，形成機電一體化。從而提高自動化程度，來適應(yīng)現(xiàn)代社