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文檔簡介
PAGEPAGEVPAGEV摘要隨著機械制造業(yè)的飛速進展,為進一步提高教同學(xué)產(chǎn)類中小型數(shù)控車床的性價比,提高主軸轉(zhuǎn)速,增加機床剛性,對原有的數(shù)控車床作了肯定的結(jié)構(gòu)改進設(shè)計。本次課題我不但擔(dān)當(dāng)了CK6132數(shù)控車床機床本體設(shè)計、而且還擔(dān)當(dāng)了主軸部件等的設(shè)計。在設(shè)計中,CK6132車床不但可以選擇步進電機,而且可以選擇伺服電機。選擇恰當(dāng)?shù)闹鬏S支承方式以及軸承選用及潤滑等也是相當(dāng)?shù)闹匾?,同時,主軸組件的安裝如何保證精度等,在本課題中有相應(yīng)的敘述。本次完成了進給驅(qū)動的相關(guān)設(shè)計問題,能滿意教同學(xué)產(chǎn)類中小型數(shù)控車床加工相關(guān)零件的要求,同時該機床也有較好的性價比,最終達到本次設(shè)計的綜合訓(xùn)練的目的.關(guān)鍵詞:數(shù)控車床主軸床身AbstractAlongwithmechanicalmanufacturingindustrydevelopfast.Ononehand,toraisetheratioofperformanceandincreasetherigidityofmachineandpriceoftheteachingkindofsmall—sizedmachinetoolofnumericalcontrol。Ontheotherhand,toraisetherotatespeedofthespindles。Thisprogramhascarriedoutthedesignofthelathebedball-bearingnutofnumericalcontrolofturningmachineCK6132.Inthedesign,wecannotonlychooseunitmotorfortheCK6132lathe,butalsocanchoosetheservomotorfortheCK6132lathe.Thefeedanddrivepartswithappropriateoptiontheballthreadshaftarealsoconsiderableimportant.Atthesametime,howtoguaranteeprecisionbytheinstallationoffeedanddrivepartswhichhascorrespondingstat(yī)ementinthisprogram。Thisdesignhassolvedtherelatedproblemoffeedanddrivepartsbasically。Itcanreachtherequirementoftheteachingkindofsmall—sizedmachinetoolofnumericalcontrol。Italsogetscertaineconomyandreachesthepurposeofthisdesign。Keywords:turningmachineSpindlelathebed名目TO(shè)C\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK摘要 PAGEREF_Toc326831486\hIHYPERLINK\l"_Toc326831487"Abstract PAGEREF_Toc326831487\hIIHYPERLINK\l"_Toc326831489"第1章緒論?PAGEREF_Toc326831489\h1HYPERLINK\l"_Toc326831490"1.1數(shù)控機床簡介?PAGEREF_Toc326831490\h1HYPERLINK\l”_Toc326831491"1。2課題意義及本文主要工作?PAGEREF_Toc326831491\h1HYPERLINK\l"_Toc326831492”1.2.1選題意義?PAGEREF_Toc326831492\h1HYPERLINK第2章數(shù)控車床簡介 PAGEREF_Toc326831494\h3HYPERLINK\l"_Toc326831495"2.1數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點 PAGEREF_Toc326831495\h3HYPERLINK\l"_Toc326831496”2.1.1工藝范圍與分類?PAGEREF_Toc326831496\h3HYPERLINK\l"_Toc326831497"2.1。2數(shù)控車床的特點與進展?PAGEREF_Toc326831497\h3HYPERLINK\l”_Toc326831498”2.1.3數(shù)控車床的組成 PAGEREF_Toc326831498\h4HYPERLINK\l"_Toc326831499"2.2數(shù)控車床的總體布局?PAGEREF_Toc326831499\h4HYPERLINK2。2。1數(shù)控機床總體布局的概念?PAGEREF_Toc326831500\h4HYPERLINK\l"_Toc326831501"2。2.2數(shù)控車床布局的結(jié)構(gòu)特點及影響布局的因素 PAGEREF_Toc326831501\h6HYPERLINK\l”_Toc326831502”2.3CK6132數(shù)控車床的總體布局?PAGEREF_Toc326831502\h9HYPERLINK\l"_Toc326831503"第3章主傳動系統(tǒng)的設(shè)計 PAGEREF_Toc326831503\h10HYPERLINK\l"_Toc326831504"3.1主傳動系統(tǒng)變速方式?PAGEREF_Toc326831504\h10HYPERLINK\l"_Toc326831505”3。2主運動功率的確定?PAGEREF_Toc326831505\h12HYPERLINK\l"_Toc326831506"3.2.1切削用量的選擇 PAGEREF_Toc326831506\h12HYPERLINK\l"_Toc326831507"3.2.2車削時切削力的計算 PAGEREF_Toc326831507\h13HYPERLINK\l"_Toc326831508”3。2.3主傳動中電機的功率和型號的確定 PAGEREF_Toc326831508\h14HYPERLINK\l”_Toc326831509"3。3皮帶輪的設(shè)計計算 PAGEREF_Toc326831509\h15HYPERLINK4.1.1車削時切削力的計算 PAGEREF_Toc326831512\h18HYPERLINK\l"_Toc326831513"4.1。2主軸內(nèi)徑 PAGEREF_Toc326831513\h18HYPERLINK\l"_Toc326831514"4.1.3主軸前端懸伸量a確定 PAGEREF_Toc326831514\h19HYPERLINK4。1.4主軸跨距的確定 PAGEREF_Toc326831515\h20HYPERLINK4.1。5主軸的剛度計算 PAGEREF_Toc326831516\h25HYPERLINK\l”_Toc326831517"4.2主軸軸承的選擇?PAGEREF_Toc326831517\h26HYPERLINK4.2.2角接觸球軸承 PAGEREF_Toc326831519\h27HYPERLINK\l”_Toc326831520"4。3軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊?PAGEREF_Toc326831520\h28HYPERLINK\l”_Toc326831521"4.4主軸組件的潤滑和密封?PAGEREF_Toc326831521\h29HYPERLINK5.1。1數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)要求 PAGEREF_Toc326831526\h32HYPERLINK\l"_Toc326831527"5.1.2計算進給部件傳動功率的相關(guān)公式及原理 PAGEREF_Toc326831527\h33HYPERLINK\l"_Toc326831528"5.1。3進給驅(qū)動部件的功率和扭矩的計算?PAGEREF_Toc326831528\h35HYPERLINK\l”_Toc326831529”5.2滾珠絲杠副的型號 PAGEREF_Toc326831529\h39HYPERLINK5.3滾珠絲杠副軸承的選用?PAGEREF_Toc326831530\h40HYPERLINK\l"_Toc326831531"第6章導(dǎo)軌、導(dǎo)軌架及床身的設(shè)計 PAGEREF_Toc326831531\h41HYPERLINK6.3床身的設(shè)計?PAGEREF_Toc326831539\h45HYPERLINK\l"_Toc326831540"結(jié)論?PAGEREF_Toc326831540\h46HYPERLINK\l"_Toc326831541"致謝?PAGEREF_Toc326831541\h47HYPERLINK\l"_Toc326831542"參考文獻?31542\h48CONTENTSTOC\o"1—3"\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc326831486”Abstract PAGEREF_Toc326831486\hIHYPERLINK\l"_Toc326831489"Chapter1Introduction PAGEREF_Toc326831489\h1HYPERLINK\l"_Toc326831490"1。1CNCmachinetoolsIntroduction?PAGEREF_Toc326831490\h1HYPERLINK1.2。2Inthispaper,theworkandstructure PAGEREF_Toc326831493\h2HYPERLINK\l"_Toc326831494”Chapter2CNClatheIntroduction PAGEREF_Toc326831494\h3HYPERLINK2。1ThestructuralcharacteristicsofCNClat(yī)hes PAGEREF_Toc326831495\h3HYPERLINK\l”_Toc326831496”2.1.1ProcessScopeandClassification PAGEREF_Toc326831496\h3HYPERLINK\l”_Toc326831497”2。1.2CNClathefeaturesanddevelopment?PAGEREF_Toc326831497\h3HYPERLINK2.2.2CNClat(yī)heslayoutofthestructuralfeatures?PAGEREF_Toc326831501\h6HYPERLINK\l”_Toc326831502"2。3CK6132CNClathe,theoveralllayoutof?PAGEREF_Toc326831502\h9HYPERLINK\l”_Toc326831503”Chapter3Themaintransmission?PAGEREF_Toc326831503\h10HYPERLINK\l"_Toc326831504"3。1Themaindrivesystemofvariablespeedway?PAGEREF_Toc326831504\h10HYPERLINK\l"_Toc326831505”3.2Themainsportspower PAGEREF_Toc326831505\h12HYPERLINK\l”_Toc326831506"3.2.1Thechoiceofcuttingparameters?PAGEREF_Toc326831506\h12HYPERLINK\l"_Toc326831507"3.2.2Themaindrivemotorpowerandmodels?PAGEREF_Toc326831507\h13HYPERLINK3.3Pulleydesigncalculations?PAGEREF_Toc326831509\h15HYPERLINK\l”_Toc326831510"Chapter4ofthespindleassemblydesign?PAGEREF_Toc326831510\h18HYPERLINK\l”_Toc326831511”4.1Spindlemainparametersofthecalculationof 11\h18HYPERLINK4。1.1Turningcuttingforcecalculat(yī)ion PAGEREF_Toc326831512\h18HYPERLINK4。1.5Spindlestiffnesscalculation PAGEREF_Toc326831516\h25_Toc326831519"4。2.2Theangularcontactballbearing?PAGEREF_Toc326831519\h27HYPERLINK\l”_Toc326831520”4.3Bearingclearanceadjustmentandpreload PAGEREF_Toc326831520\h28HYPERLINK\l"_Toc326831521”4。4Spindlecomponents,lubricationandsealing PAGEREF_Toc326831521\h29HYPERLINK4.4.1Spindlelubricationofrollingbearings PAGEREF_Toc326831522\h29HYPERLINK\l"_Toc326831523”4。4。2Thesealingofthespindlecomponents PAGEREF_Toc326831523\h30HYPERLINK5.1.1TheCNCmachinetoolfeeddrivesystemrequirements?PAGEREF_Toc326831526\h32HYPERLINK6。1Guidethedesign?PAGEREF_Toc326831532\h41HYPERLINK\l”_Toc326831533"6.1.1Typesofslidingrails?PAGEREF_Toc326831533\h41HYPERLINK6。1.2Thesliderailsgapadjustingmechanism?PAGEREF_Toc326831534\h43HYPERLINK6。1.3Slidingraillubrication?PAGEREF_Toc326831535\h43HYPERLINK\l”_Toc326831536”6.2Railframedesign PAGEREF_Toc326831536\h43HYPERLINK\l"_Toc326831537”6.2.1Thebasicrequirementsofrailstructure PAGEREF_Toc326831537\h43HYPERLINK\l”_Toc326831538”6.2.2CK6132CNClat(yī)herailframestructure?PAGEREF_Toc326831538\h44HYPERLINK\l”_Toc326831539"6.3Bodydesign?PAGEREF_Toc326831539\h45HYPERLINKSummary?PAGEREF_Toc326831540\h46HYPERLINK\l"_Toc326831541"Thanks?PAGEREF_Toc326831541\h47HYPERLINK\l”_Toc326831542"References PAGEREF_Toc326831542\h48第1章緒論1.1數(shù)控機床簡介隨著科學(xué)技術(shù)的進展,機電產(chǎn)品日趨精密簡潔。產(chǎn)品的精度要求越來越高、更新?lián)Q代的周期也越來越短,從而促進了現(xiàn)代制造業(yè)的進展。尤其是宇航、軍工、造船、汽車和模具加工等行業(yè),用一般機床進行加工(精度低、效率低、勞動度大)已無法滿意生產(chǎn)要求,從而一種新型的用數(shù)字程序掌握的機床應(yīng)運而生。這種機床是一種綜合運用了計算機技術(shù)、自動掌握、精密測量和機械設(shè)計等新技術(shù)的機電一體化典型產(chǎn)品。數(shù)控機床是一種裝有程序掌握系統(tǒng)(數(shù)控系統(tǒng))的自動化機床。該系統(tǒng)能夠規(guī)律地處理具有使用號碼,或其他符號編碼指令(刀具移動軌跡信息)規(guī)定的程序.簡略地講,把數(shù)字化了的刀具移動軌跡的信息輸入到數(shù)控裝置,經(jīng)過譯碼、運算,從而實現(xiàn)掌握刀具與工件相對運動,加工出所需要的零件的機床,即為數(shù)控機床。1。2課題意義及本文主要工作1。2。1選題意義目前,世界各國對數(shù)控機床各種新技術(shù)的討論與進展進程,是與各國經(jīng)濟形勢緊密相連的。機床工業(yè)與國家的經(jīng)濟相互促進和進展,進入21世紀(jì)知識機警時代,人們的知識所起的作用更加突出,而機床工業(yè)作為機器制造業(yè)的基礎(chǔ),其重點地位與戰(zhàn)略意義也更加明顯。在世界范圍內(nèi),對新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)、新單元、新元件的討論開發(fā)工作正在大力開展,如對新的主軸結(jié)構(gòu)、高速電主軸、高速直線電機等方面提出了更高的要求。對加工超硬、難切削材料及特殊復(fù)合材料及簡潔零件、不規(guī)章曲面等也有了更多的需求。我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家,但數(shù)控機床的產(chǎn)品競爭力在國際市場中仍處于較低水平,即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢:一方面國內(nèi)市場對各類機床產(chǎn)品格外是數(shù)控機床有大量的需求,而另一方面卻有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓,國外產(chǎn)品機床充斥市場,嚴重影響我國數(shù)控機床自主進展的勢頭。這種現(xiàn)象的消滅,除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品質(zhì)量上和促銷手段上的緣由外,還有一個主要的緣由就是我國生產(chǎn)的數(shù)控機床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進,新產(chǎn)品的開發(fā)周期長,不能即使針對用戶的需求供應(yīng)滿意的產(chǎn)品.雖然高、尖、新的數(shù)控機床固然重要,但在此背后,假如教學(xué)類數(shù)控機床也用類似的機床似乎有些不合適,市場也需要中小型的數(shù)控機床來作為教學(xué)時使用.原有的教學(xué)類數(shù)控車床轉(zhuǎn)速相對來說不高,在此基礎(chǔ)上公司盼望通過提高轉(zhuǎn)速來擴大市場競爭力。1.2.2本文主要工作及結(jié)構(gòu)本次畢業(yè)設(shè)計主要設(shè)計數(shù)控車床機械本體部分,其中本課題主要完成機床本體的設(shè)計、主軸部件及主要零部件的設(shè)計。在此次設(shè)計中,其次章簡潔介紹了數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點及總體布局對機床的影響。第三章主要介紹了主傳動系統(tǒng)的計算,如主傳動系統(tǒng)變速方式、主運動功率的確定、皮帶輪的設(shè)計計算等.其中主要進行了主電機的選擇.第四章是主軸部件設(shè)計。第五章是滾珠絲杠的選用及校核,主要敘述了滾珠絲杠的型號、滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊方式,此后對所選的滾珠絲杠進行了校核。第六章介紹了導(dǎo)軌、導(dǎo)軌架及床身的設(shè)計.對導(dǎo)軌架的尺寸進行了估算.由于時間較短,本文主要商量的是關(guān)于數(shù)控機床機械本體的設(shè)計。對于數(shù)控車床電氣設(shè)備只是在設(shè)計過程中有初步的了解,本文沒有深化商量此方面的問題.第2章數(shù)控車床簡介2.1數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點2。1.1工藝范圍與分類車床主要是用于車削加工,在車床上一般可以加工各種回轉(zhuǎn)表面,如內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成型回轉(zhuǎn)表面及螺紋面等。在數(shù)控車床上還可以加工高精度的曲面與端面螺紋。用的刀具主要是車刀,各種孔加工用刀具(如鉆頭、絞刀、鏜刀等)及螺紋刀具。車床主要用于加工各種軸類,套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面.數(shù)控車床加工零件的尺寸精度可達IT5~IT6,表面粗糙度可達1.6um以下。2。1。2數(shù)控車床的特點與進展與傳統(tǒng)車床相比,數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)有以下特點:1.由于數(shù)控車床刀架的兩個方向運動分別由兩臺伺服電動機驅(qū)動,所以它的傳動鏈短.不必使用掛輪、光杠等傳動部件,用伺服電動機直接與絲杠聯(lián)接帶動刀架運動。伺服電動機絲杠間也可以用同步皮帶副或齒輪副聯(lián)結(jié)。2。多功能數(shù)控車床是采納直流或溝通主軸掌握單元來驅(qū)動主軸,按掌握指令作無級變速,主軸之間不必用多級齒輪副來進行變速。為擴大變速范圍,現(xiàn)在一般還要通過一級齒輪副,以實現(xiàn)分段無級調(diào)速,即使這樣,床頭箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)已比傳統(tǒng)車床簡潔得多.數(shù)控車床的另一個結(jié)構(gòu)特點是剛度大,這是為了與掌握系統(tǒng)的高精度掌握相匹配,以便適應(yīng)高精度的加工。3。數(shù)控車床的第三個結(jié)構(gòu)特點是輕拖動。刀架移動一般采納滾珠絲杠副。滾珠絲杠副是數(shù)控車床的關(guān)鍵機械部件之一,滾珠絲杠兩端安裝的滾動軸承是專用鈾承,它的壓力角比常用的向心推力球軸承要大得多。這種專用軸承配對安裝,是選配的,最好在軸承出廠時就是成對的。4.為了拖動輕松,數(shù)控車床的潤滑都比較充分,大部分采納油霧自動潤滑。5.由于數(shù)控機床的價格較高、掌握系統(tǒng)的壽命較長,所以數(shù)控車床的滑動導(dǎo)軌也要求耐磨性好.數(shù)控車床一般采納鑲鋼導(dǎo)軌,這樣機床精度保持的時間就比較長,其使用壽命也可延長很多。6。數(shù)控車床還具有加工冷卻充分、防護較嚴密等特點,自動運轉(zhuǎn)時一般都處于全封閉或半封閉狀態(tài)。7.?dāng)?shù)控車床一般還配有自動排屑裝置.現(xiàn)在,數(shù)控車床技術(shù)還在不斷向前進展著,數(shù)控車床進展趨勢如下:隨著掌握系統(tǒng),機床結(jié)構(gòu)和刀具材料的技術(shù)進展,數(shù)控車床將向高速化進展,進一步提高主軸轉(zhuǎn)速,刀架快速移動以及轉(zhuǎn)位換刀速度;工藝和工序?qū)⒏訌?fù)合化和集中化;數(shù)控車床將向多主軸,多刀架加工方向進展;為實現(xiàn)長時間的無人全自動操作,數(shù)控車床將向全自動化方向進展;機床的加工精度將向更高方向進展。同時,數(shù)控車床也會向簡易型進展.2。1.3數(shù)控車床的組成數(shù)控車床一般由程序編制及程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置(CNC)、伺服驅(qū)動及位置檢測裝置、幫助掌握裝置、車床本體等幾部分組成。2。2數(shù)控車床的總體布局2.2.1數(shù)控機床總體布局的概念數(shù)控機床是一種全自動化的機床,但是像裝卸工件和刀具(加工中心可以自動裝卸刀具)、清理刀屑、觀察加工情況和調(diào)整等幫助工作,還得由操作者來完成,因此在考慮數(shù)控機床總體布局時,不僅要遵循機床布局的一般原則,還要考慮在使用方面的特定要求:1.?dāng)?shù)控機床的布局首先要滿意用戶提出來的要求,如機床的加工范圍,工作精度,生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性等等.2.確保在加工過程中工件和刀具之間的相對位置和相對運動.在經(jīng)濟、合理的條件下,盡量采納較短的傳動鏈,簡化機構(gòu),提高傳動精度和傳動效率。3。確保數(shù)控機床具有大的切削率,高的靜、動態(tài)剛度和良好的抗振性能4。確保數(shù)控機床具有較高的幾何精度、傳動精度、定位精度和熱穩(wěn)定性5。便于同時操作和觀察,數(shù)控機床的操作按鈕開關(guān)都放在數(shù)控裝置上,對于小型數(shù)控機床,將數(shù)控裝置放在機床的近旁,操作者一邊在數(shù)控裝置上進行操作,一邊觀察機床的工作情況,還是比較便利的。但是,對于尺寸較大的機床,這樣的布局方案,因工作區(qū)與數(shù)控裝置之間距離較遠,使操作者的操作與觀察會有顧此失彼的問題,因此,要設(shè)置吊掛按鈕站,可由操作者移至需要和便利的位置,對機床進行操作和觀察。對于重型數(shù)控機床這一點尤為重要,在重型數(shù)控機床上,總是設(shè)在接近工作區(qū)域并可以隨工作區(qū)變動而移動的操作臺或數(shù)控裝置放在操作臺上,以便同時操作和觀察。6。刀具、工件裝卸、夾緊便利,除了自動換刀的加工中心機床以外,數(shù)控機床的刀具和工件的裝卸和夾緊松開,都是由操作者來完成的,要求易于接近裝卸區(qū)域,而且安裝裝夾機構(gòu)要省力簡便。7.數(shù)控機床的效率高、切屑多,所以機床結(jié)構(gòu)的布局要便于排屑和冷卻。8.體積小,重量輕,節(jié)省原材料,成本要低,縮小機床的占地面積,外形要美觀。這次設(shè)計的CK6132數(shù)控車床,采納一般車床最常用的臥式布局形式。2.2.2數(shù)控車床布局的結(jié)構(gòu)特點及影響布局的因素1.?dāng)?shù)控車床布局的結(jié)構(gòu)特點數(shù)控車床的床身結(jié)構(gòu)和導(dǎo)軌有很多種形式,主要有水平床身、傾斜床身以及水平床身斜滑板等。一般中小型數(shù)控車床多采納傾斜床身或水平床身斜滑板結(jié)構(gòu).由于這種布局結(jié)構(gòu)具有機床外形美觀,占地面積小,易于排屑和冷卻液的排流,便于操作者操作與觀察,易于安裝上下料機械手,實現(xiàn)全面自動化等特點。傾斜床身還有一個優(yōu)點是可采納封閉截面整體結(jié)構(gòu),以提高床身的剛度.床身導(dǎo)軌傾斜角度多為45°、60°和70°,但傾斜角度太大會影響導(dǎo)軌的導(dǎo)向性及受力情況.水平床身加工工藝性好,其刀架水平放置,有利于提高刀架的運動精度,但這種結(jié)構(gòu)床身下部空間小,排屑困難。床身導(dǎo)軌常采納寬支撐V—平形導(dǎo)軌,絲杠位于兩導(dǎo)軌之間。數(shù)控車床多采納自動回轉(zhuǎn)刀架來夾持各種不同用途的刀具,受空間大小的限制,刀架的工位數(shù)量不行能太多,一般都采納6、8、10或12。數(shù)控車削中心是在數(shù)控車床的基礎(chǔ)之上進展起來的,一般具有C軸掌握,在數(shù)控系統(tǒng)的掌握下,實現(xiàn)C軸Z軸插補或C軸X軸插補。它的回轉(zhuǎn)刀架還可以安置動力刀具,使工件在一次裝夾下,除完成一般車削外,還可在工件軸向或徑向等部位進行鉆銑等加工。2.影響數(shù)控車床布局的因素(1)工件的外形、尺寸和質(zhì)量隨著工件尺寸、外形和質(zhì)量的變換,數(shù)控車床的布局可有臥式車床、落地車床、單立柱立式車床、雙立柱立式車床和龍門移動式立式車床的變化.當(dāng)工件的直徑小于1250mm時,可用一般臥式車床加工;當(dāng)工件直徑小于mm時,采納單立柱立式車床加工;當(dāng)工件直徑為2500~8000mm時,采納雙立柱立式車床加工。依據(jù)以上要求以及任務(wù)書中給定的數(shù)據(jù)(最大加工直徑320mm、拖板上最大加工直徑160mm、最大加工長度為500mm),綜合考慮,本次設(shè)計的CK6132數(shù)控車床采納臥式一般車床的形式。(2)車床的生產(chǎn)率要求隨著生產(chǎn)率要求的不同,數(shù)控車床的布局可以產(chǎn)生單主軸單刀架、單主軸雙刀架、雙主軸雙刀架等不同的結(jié)構(gòu)變化.本次設(shè)計的CK6132數(shù)控車床是小型的數(shù)控車床,它的生產(chǎn)率不是很高,因此,這次的數(shù)控車床采納單主軸單刀架的形式.(3)機床精度隨著機床精度的不同,數(shù)控車床的布局要考慮到切削力、切削熱、和切削振動的影響。要是這些因素對精度影響最小,機床的布局就要考慮都各部件的剛度、抗振性和在受熱時使得熱變形的影響在不敏感的方向。由此可看出,在臥式數(shù)控車床的布局中,刀架和導(dǎo)軌的布局已成為重要的影響因素。刀架和導(dǎo)軌的位置較大的影響了機床和刀具的調(diào)整、工件的裝卸、機床操作的便利性以及機床的加工精度.
a)后斜床身-斜滑板
b)直立床身-直立滑板
c)平床身—平滑板
d)前斜床身—平滑板
e)平床身—斜滑板圖2-1床身布局數(shù)控車床的床身和導(dǎo)軌的布局主要有水平床身、傾斜床身、水平床身斜滑板、立式床身等,如圖2—1所示。其中平床身的加工工藝性好,部件精度容易保證.另外,平床身機床工件重量產(chǎn)生的變形方向向下,它與刀具運動方向垂直,對加工精度的影響較小。雖然操作、防護性能稍差,但其放開面寬,起吊容易,裝卸比較便利.在本次設(shè)計中,依據(jù)客戶要求,CK6132采納平床身-平滑板式.2.3CK6132數(shù)控車床的總體布局這次設(shè)計的CK6132數(shù)控車床是在做了周密和必要的調(diào)查討論后和滿意用戶提出的要求的前提下,查閱了大量的設(shè)計手冊、相關(guān)的書籍和參考了同類型數(shù)控車床的設(shè)計實例而設(shè)計的.依據(jù)上面提到的數(shù)控機床的布局原則和影響布局的因素,則CK6132數(shù)控車床采納臥式車床的布局形式。床身的左端是主軸箱,V帶傳動.主軸是由變頻電動機驅(qū)動.機床可以無級調(diào)速和恒線速度切削。主軸前端采納莫氏3號錐度。主軸支撐軸承為角接觸球軸承以保證主軸的剛度和精度。主軸面對操作者,便于裝卸工件。數(shù)控車床的Z軸和X軸都是采納電機和滾珠絲杠直接連接的形式。脈沖編碼器與主軸相聯(lián)。第3章主傳動系統(tǒng)的設(shè)計3。1主傳動系統(tǒng)變速方式為了適應(yīng)不同的加工要求,數(shù)控機床主傳動主要有以下幾種配置方式:1。帶有變速齒輪的主傳動.這種方式在大、中型數(shù)控機床采納較多.通過少數(shù)幾對齒輪降速,擴大了輸出扭矩,以滿意主軸的輸出扭矩特性的要求,一部分小型數(shù)控機床也采納此種傳動方式.以獲得強有力的切削時所需要扭矩。數(shù)控機床使用可調(diào)無級變速溝通、直流電動機。所以經(jīng)齒輪變速后,實現(xiàn)8段無級變速,調(diào)速范圍增加。其優(yōu)點是可滿意各種切削運動輸出轉(zhuǎn)矩,具有大范圍調(diào)速能力。但是由于結(jié)構(gòu)簡潔,需要增加潤滑及溫度掌握裝置。成本較高,此外,制造和維修也比較困難。如圖3—1(a)2.一級帶傳動變速方式。這種傳動方式主要應(yīng)用在中小型數(shù)控機床上。采納V型帶或同步帶傳動,可以避開齒輪傳動時可引起的振動與噪聲,適用于低扭矩特性要求的主軸.這種方式結(jié)構(gòu)簡潔,安裝便利,調(diào)試容易,被廣泛用于很多數(shù)控機床傳動中。如圖3-1(b)3。調(diào)速電機直接驅(qū)動方式,這種主軸傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu),有效地提高主軸部件的剛度,由于結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間少,加工中心的可加工空間相對變大。但是主軸轉(zhuǎn)速的變化及扭矩的輸出和電動機輸出特性完全全都,電動機的發(fā)熱對主軸的精度影響大,最好裝有冷卻裝置,否則使用還是受到約束。如圖3-1(c)綜上所述,進行各種傳動方式優(yōu)缺點進行分析和比較來選取本設(shè)計所采納的主軸傳動方式。首先是該設(shè)計為數(shù)控車床,主軸選用帶傳動,主軸主要是車削加工,必須保證其加工精度,而帶傳動能緩和沖擊、汲取振動,故傳動平穩(wěn).由此選用一級帶傳動變速方式。(a)帶有變速齒輪的主傳動(b)一級帶傳動變速方式(c)調(diào)速電機直接驅(qū)動方式圖3-1主傳動系統(tǒng)變速方式3.2主運動功率的確定3.2.1切削用量的選擇依據(jù)加工工藝的要求合理的選擇切削用量,是確定機床參數(shù)的基本依據(jù)。切削用量包括三要素為切削速度、進給量、背吃刀量..因此在選擇切削用量的時候,應(yīng)該要考慮到以下幾個方面的關(guān)系:1。切削加工生產(chǎn)率在切削加工中,材料的切除率與切削用量三要素、、均保持線性關(guān)系,其中任一參數(shù)增大,都可使生產(chǎn)率提高。但由于刀具壽命的制約,當(dāng)任一參數(shù)增大時,其它兩參數(shù)必須減小。因此,在指定切削用量時,使三要素獲得最佳組合,此時的高生產(chǎn)率才是合理的。2。刀具壽命切削用量三要素對刀具壽命影響的大小,按挨次為、、。因此,從保證合理的刀具壽命動身,在確定切削用量時,應(yīng)先采納盡可能大的背吃刀量;然后再選用大的進給量;最后依據(jù)確定的刀具壽命公式求出切削速度。對于專用機床來說,為了保證刀具的使用壽命,切削用量不宜過大。3.加工表面粗糙度對于粗加工,在切削力和刀片大小允許時,首先應(yīng)進卡能的加大.,相應(yīng)的降低、,使粗糙的毛坯表面在一次吃刀中切除。在機床、工件、刀具和刀具夾持剛度等允許時,粗加工也可以盡可能提高,并適當(dāng)降低;對于精加工,增大進給量將增大加工表面粗糙度值。因此,它是精加工時抑制生產(chǎn)率提高的主要因素。在多刀切削或使用組合刀具切削時,應(yīng)按各把刀具允許的切削用量中最低的參數(shù),作為調(diào)整機床的參數(shù)。對自動化加工,各工位加工工序的切削用量,要按生產(chǎn)節(jié)拍進行平衡。在車床上粗加工零件時,切削力和切削用量都比較的大,所以選擇粗車直徑為40mm,材料為45鋼的棒料的外圓面為典型的工況。假設(shè)棒料經(jīng)過調(diào)制處理,依據(jù)[3]表8-7優(yōu)質(zhì)碳素鋼可知45鋼的硬度為217~255HB.依據(jù)參考[4]P734表10-1硬質(zhì)合金車刀縱車削外圓的切削速度可選取刀具材料為YT15。依據(jù)參考[5]P507表2.4-3硬質(zhì)合金及高速鋼車刀粗車外圓和端面時的進給量選取車刀刀桿尺寸BH為1625、工件直徑為40mm、ap=2mm時進給量f=0。5mm/r。依據(jù)參考[4]P1056表14-1切削速度計算公式中結(jié)構(gòu)碳鋼在出粗加工時,切削深度為2mm時的切削速度(3-1)式中——系數(shù)--車刀的耐用度3.2。2車削時切削力的計算依據(jù)參考[4]1058頁表14—2切削力的計算NNN式中——系數(shù)3.2.3主傳動中電機的功率和型號的確定查閱參考[6]可以知道主電動機功率的計算式即:(kW)(3-2)式中——主傳動電動機的功率,單位為kW;——切削功率,單位為kW;——主傳動鏈的總效率,一般在通用機床上可取=0.70~0.85。當(dāng)結(jié)構(gòu)簡潔,轉(zhuǎn)速較低時取大值.切削功率的確定應(yīng)該在加工工藝的基礎(chǔ)上來進行分析。通用機床應(yīng)該選擇對切削功率有決定性影響的若干加工情況;專用機床應(yīng)該要按典型工件的加工情況來考慮,然后依據(jù)選用的切削用量來計算切削功率.本次設(shè)計的CK6132數(shù)控車床是通用型的小型數(shù)控車床,所以它的切削功率有決定性的影響著若干的加工情況。查閱參考[7]公式(2-11)可得切削功率的計算公式:(kW)(3—3)所以機床的切削功率為:kW由于本次設(shè)計的CK6132數(shù)控車床中主電機與主軸之間的連接是通過V帶傳動來實現(xiàn)的,通過參考[7]表1.1—10可以查得V帶的傳動效率,因此主運動電機的功率為:kW(3-4)依據(jù)上面計算的結(jié)果,可以確定選擇額定功率為4kW的三相變頻電動機是完全能夠滿意本次設(shè)計的CK6132數(shù)控車床的正常運行的。查閱網(wǎng)上資料,選用上海森力瑪YPNC系列主軸變頻專用電機YPNC—33.3-4-B.依據(jù)網(wǎng)上查閱采納上海森力瑪YPNC系列變頻主軸電機,該系列電機的特點有:運行轉(zhuǎn)速精度更高,更能滿意超低俗運行,且能保持輸出額定專柜不變.恒功率范圍廣,基頻50Hz的馬達可達4倍,基頻33.3Hz的馬達可達6倍導(dǎo)入基頻33.3Hz設(shè)計,達成低速力矩大,確保低速強力切削,超寬恒功率調(diào)速范圍,保障高速切削光滑度。降低變頻器功率,節(jié)省成本和電源容量。3。3皮帶輪的設(shè)計計算設(shè)一天運轉(zhuǎn)時間8~10小時(按小帶輪計算)1.確定計算功率QUOTE由參考[8]表5-8查得工作情況系數(shù),故計算功率:kW2。依據(jù)和選膠帶型別為:A型3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑QUOTE并驗算帶速選小帶輪直徑mm則大帶輪直徑mm驗算帶速:m/s(3—5)4。確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長度QUOTE初定中心距QUOTEmm由公式計算帶所需的基準(zhǔn)長度mm(3-6)選帶的基準(zhǔn)長度mm計算實際中心距mm5。驗算小帶輪包角6.計算帶的概數(shù)單根V帶傳遞的功率QUOTEQUOTEmmmmr/min查表得kW單根膠帶傳遞功率的增量:kW計算V帶的根數(shù)查表得,kW(3-7)膠帶根數(shù):QUOTE取根。計算單根V帶的初始拉力的最小值QUOTE:N(3-8)應(yīng)使帶的實際初拉力8。作用在軸上的力N(3-9)帶輪寬:mm第4章主軸部件設(shè)計4.1主軸主要參數(shù)的計算主軸的主要參數(shù)是:主軸前端直徑,主軸內(nèi)徑.主軸懸伸量和主軸支撐跨距。4。1.1車削時切削力的計算表4-1主軸(按電機功率)(mm):主電機功率(kW)1。4~2.52~3.63~5.55~7。37.4~11臥式車床60~8070~9070~10595~130110~145銑床及加工中心50~9060~9060~9575~10090~105外圓磨床——50~6055~7070~8075~90車床、銑床、鏜床、加工中心等機床因裝配的需要,主軸直徑常是自前往后逐漸減小的.前軸頸直徑大于后軸直徑.對于車、銑床一般,由上表可取mm。因此可知由式子后端直徑mm圓整后mm4。1.2主軸內(nèi)徑主軸內(nèi)孔徑與機床類型有關(guān),主要用來通過棒料、鏜桿、拉桿或頂尖.確定內(nèi)孔徑原則是為減輕主軸重量,在滿意對空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求下,應(yīng)取最大值。主軸的內(nèi)徑是通過刀具夾具裝置固定刀具、傳動氣動或液壓卡盤等.主軸孔徑越大,主軸部件的相對重量就越輕。主軸的孔徑大小主要受主軸剛度的制約。主軸的孔徑與主軸直徑之比,小于0.3時空心主軸的剛度幾乎與實心主軸相等;等于0.5時空心主軸的剛度為實心主軸的90%;大于0.7時,空心主軸的剛度就急劇下降。一般可取其比值為0。5左右。主軸本身剛度K正比于抗彎斷面慣性矩由式子可知取孔徑的直徑極限為此時若孔徑再大,剛度急劇下降依據(jù)推舉值取mm主軸的內(nèi)徑為50mm4。1。3主軸前端懸伸量a確定主軸懸伸量指主軸前端面到前支承徑向反力作用中點(一般即為前徑支撐中點)的距離,參考[9]表6.1-45,它主要取決于主軸前端部結(jié)構(gòu)形式和尺寸,前支撐軸承配置和密封等。因此主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定。圖4-1主軸懸伸量簡圖懸伸量與主軸部件的剛度及抗振性成反比,故應(yīng)盡量取小值。式中-—材料的彈性模量—-軸慣性距——前剛度值——后剛度值處選a值可參考表4-2確定表4-2主軸懸伸量與前軸頸關(guān)系車床和主軸類型精密車床、自動車床用滾動軸承支承,適用高精度和一般精度要求0.6—1.5中等長度和較長主軸端的車床和銑床,懸伸不太長(不是瘦長)的精密鏜床和內(nèi)圓磨床,用滾動軸承和滑動軸承支承適用于絕大部分一般生產(chǎn)要求1.25-2。5取,mm計算得懸伸量為80mm4.1.4主軸跨距的確定主軸跨距是決定主軸系統(tǒng)動靜剛度的重要影響因素,目的是找出在切削力作用下,主軸前端的柔度值最小的跨距稱為最優(yōu)跨距()。實驗證明,動態(tài)作用下最優(yōu)跨距很接近于推得最優(yōu)值,因此設(shè)計時盡量達到最優(yōu)值。主軸支承跨距是指主軸前—后或前—中支承反力作用點之間的距離,它是決定主軸組件剛度的主要因素之一,由于主軸組件的剛度主要取決于主軸本身的剛度和主軸支承的剛度,而前者與支承跨距有關(guān)。主軸組件的剛度與主軸受力后的端部變形有關(guān)。主軸端部受力后,主軸和主軸的支承都會產(chǎn)生彈性變形,使主軸端部產(chǎn)生位移,依據(jù)位移疊加原理,主軸端部位移由兩部分組成式中——剛性支承(假定支承不變形)上彈性主軸端部的位移。--彈性支承上剛性主軸(假定主軸不變形)端部的位移。1.剛性支承上彈性主軸端部的位移依據(jù)兩支撐點梁和懸臂梁的撓度公式,可得:=+=(mm)式中—-主軸材料的彈性模量;——主軸截面的平均慣性矩。當(dāng)主軸平均直徑為,內(nèi)孔直徑為時,=;當(dāng)無孔時,;2.彈性支承上剛性主軸端部的位移設(shè)前、后支承的剛度分別為,前后支承的彈性變形剛度分別為式中-—前支承的支反力,—-后支承的支反力,因此,,用相像三角形定理可求得:整理后可得:3。主軸端部位移:合理的跨距可依據(jù)上式確定,最小撓度的條件為,這時的應(yīng)為合理跨距,式中用表示:整理后得:4。用計算線圖來定,令綜合變量,代入上式,可解出:(4-1)系無量綱量,它表示抗彎剛度EI與主軸前支承剛度及懸伸量的三次方的比值,由上式可知,僅是比值和的函數(shù),故可用為參變量,為變量,做出的計算圖.5。計算如下:前端角接觸球軸承的剛度:(4-2)N(4-3)N/m(4-4)查軸承樣本額定動載荷,,,kN,?。?,N.同理得:N/m將D=100mm,d=50mm,a=80mm及前后軸承的剛度代入公式(4-1)得:式中——彈性模量,鋼的Pa;——截面慣性距,m查主軸最佳跨距計算線圖得:所以mm計算得主軸跨距為300mm主軸結(jié)構(gòu)和主要尺寸如圖4-2。圖4-2主軸結(jié)構(gòu)和主要尺寸圖4-2主軸結(jié)構(gòu)和主要尺寸4。1.5主軸的剛度計算1.當(dāng)量外徑如果主軸前后軸承由數(shù)段組成,則當(dāng)量直徑mm(4-5)式中,,,,···,,--分別為各段的直徑和長度mm;-—總長,mm如果前后軸承的直徑相差不大,也可把前后軸承直徑的平均值近似地作為當(dāng)量直徑。2。主軸剛度N/m式中--主軸孔徑,——前支撐點距主軸端部的距離3.對于這種機床的剛度要求(4-6)式中-—切削系數(shù)(N/um。mm)——極限切削寬度(mm)—-機床系統(tǒng)的阻尼比——作用力與工件切削表面垂直線的夾角由于該機床屬高效通用機床,主軸的剛度可依據(jù)自激振動穩(wěn)定性決定。取阻尼比;當(dāng)m/mim,mm/r時,N/um。mm,取mm代入式(4—6)得:N依據(jù)穩(wěn)定性指標(biāo)的規(guī)定,工件長度mm,mmN/μm式中-—前支撐點距切削處的距離N/μm所以主軸剛度滿意要求。4.2主軸軸承的選擇4。2。1軸承的選型主軸軸承是主軸組件的重要組成部分,它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機床上主軸軸承常用的有滾動軸承和滑動軸承。滾動軸承摩擦阻力小,可以預(yù)緊,潤滑維護簡潔,能在肯定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作.滾動軸承有專業(yè)化工廠生產(chǎn),選購維修便利,在數(shù)控機床上被廣泛采納。與滑動軸承相比,滾動軸承的噪聲大,滾動體的數(shù)目有限,剛度是變化的,抗震性略差,但總體來說,數(shù)控機床主軸組件在可能的條件下,應(yīng)盡量使用滾動軸承,格外是大多數(shù)立式主軸和主軸在套筒內(nèi)能夠做軸向移動的主軸。這時用滾動軸承可以用潤滑脂潤滑,以避開漏油。滾動軸承依據(jù)滾動體的結(jié)構(gòu)分為球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承三大類。主軸軸承主要應(yīng)依據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速來選擇,為了提高精度和剛度,主軸軸承間的間隙應(yīng)該是可調(diào)的。線接觸的滾子軸承比點接觸的球軸承的剛度高,但肯定溫升下允許的轉(zhuǎn)速較低,下面就簡述幾種常用的數(shù)控機床主軸的機構(gòu)及適用范圍。4.2.2角接觸球軸承這種軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。常用的接觸角主要有兩種:=25°,=15°,其中=25°的編號為7000AC型,屬于特輕型;或編號為7190AC型,屬于超輕型。=15°的編號為7000C型,屬于特輕型;或編號為7190C型;或編號為7190C型,屬于超輕型.如圖4—3所示.圖4—3角接觸球軸承角接觸球軸承多用于高速主軸,隨接觸角的不同,其應(yīng)用有所區(qū)分,=25°的軸向剛度較高,但徑向剛度和允許的轉(zhuǎn)速略低,多用于車、鏜、銑加工中心等主軸;=15°的轉(zhuǎn)速可更高一些,但是軸向剛度較低,常用于軸向載荷較小、轉(zhuǎn)速較高的磨床主軸或不承受載荷的車、鏜、銑主軸后軸承。這種軸承為點接觸,剛度較低.為了提高剛度和承載能力,常用多聯(lián)組配的方法。所以本設(shè)計前支承采納三聯(lián)組配的方式,后支承采納雙聯(lián)組配的方式,代號為DB,如圖4—4。圖4—4雙聯(lián)角接觸球軸承4.3軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊主軸軸承的內(nèi)部間隙,必須能夠調(diào)整。多數(shù)軸承,還應(yīng)能夠在過盈狀態(tài)下工作,使?jié)L動體和滾道之間有肯定的欲變形,這就是軸承的預(yù)緊。軸承預(yù)緊后,內(nèi)部無間隙,滾動體從各個方向支承主軸,有利于提高運動精度。滾動體的直徑不行能肯定相等,滾道也不行能肯定正圓,因而預(yù)緊前只有部分滾動體和滾道接觸。預(yù)緊后,滾動體和滾道都有了肯定的變形,參加工作的滾動體將更多,各滾動體的受力將更均勻。這都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動,則由于各個方向都有滾動體支承,可以提高抗振性。但是,預(yù)緊后發(fā)熱較多,溫升較高;且太大的預(yù)緊將使軸承的壽命降低,故預(yù)緊要適當(dāng)。本設(shè)計為數(shù)控車床的主軸組件設(shè)計,功率相對較小,所以取中預(yù)緊。4。4主軸組件的潤滑和密封4.4.1主軸滾動軸承的潤滑潤滑的作用是削減摩擦、降低溫升并與密封裝置一起保護軸承不受外物的損傷與腐蝕。潤滑劑和潤滑方式?jīng)Q定于軸承的類型、速度和工作負荷。如果選擇合適,可以降低軸承的工作溫度和延長使用壽命.滾動軸承可以用潤滑脂或潤滑油潤滑。在速度較低時,用潤滑脂比用潤滑油溫升低;速度較高時,用油潤滑較好。1.脂潤滑脂潤滑使用便利,不需要供油管路和系統(tǒng),沒有漏油問題。如果轉(zhuǎn)速不太高(數(shù)值可查軸承樣本),滾動軸承應(yīng)盡量采納脂潤滑,格外是立式主軸或裝在套筒內(nèi)可以伸縮的主軸(如鉆床、坐標(biāo)鏜床、加工中心等的主軸)。潤滑脂使用期限長,如果轉(zhuǎn)速不超極限值,一次充填可使用2000h以上.只要密封良好,不讓灰塵、油污進入軸承,一次充填可始終用到大修時才更換,中間不需填充.潤滑脂填充量不宜過多,尤其不能填滿軸承空間。否則將引起過多的發(fā)熱,并油可能使脂熔化流出。2.油潤滑潤滑滾動軸承所需的油量很少,約每分鐘1~5滴。若油量增大,則由于攪拌作用會使溫度上升。油量增加過大,則冷卻作用為主,溫度會下降,但能耗卻加大了。常用油的粘度為12mm/s~30mm/s(40C時).高速主軸,發(fā)熱較多.為掌握其溫升,盼望潤滑時兼起冷卻的作用。采納油潤滑,用空氣冷卻的方法.常用油霧和油氣潤滑。由于主軸前端采納了角接觸球軸承,速度較高,致使發(fā)熱較多,所以采納油潤滑,在潤滑時也起冷卻的作用。后端采納的是曲路(迷宮)密封為防止油液外漏,用脂潤滑雙列圓柱滾子軸承。4.4.2主軸組件的密封主軸組件密封主要是防止油外泄和塵埃、屑末進入。密封的類型很多,兩個具有相對運動的結(jié)合面之間必定有間隙,它們之間的密封稱為動密封。兩個相對靜止不動的結(jié)合面之間的密封稱為靜密封。靜密封有研磨面密封、墊片密封、密封膠密封等。主軸的密封主軸的密封分接觸式(如圖4—5)和非接觸式(如圖4-6)。(a)形式一;(b)形式二;(c)形式三圖4—5非接觸式密封在本設(shè)計中軸承端蓋與箱體之間的密封屬于靜密封,采納紙封油墊協(xié)作緊定螺釘進行密封,之所以采納此種密封是由于研磨面密封適用與結(jié)合面加工平整、光滑,但本設(shè)計箱體為鑄造,不合適;而密封膠密封又不便端蓋拆卸。(a)油氈圈密封;(b)耐油橡膠密封圈密封圖4-6接觸式密封前、后端軸承端蓋通孔和軸之間的密封屬于動密封。前端軸承為角接觸球軸承,轉(zhuǎn)速較高,采納油潤滑,為防止油液甩出,此處采納了氈圈油封;后端軸承用脂潤滑,此處用迷宮式密封,利用其節(jié)流的作用達到密封的效果,且間隙中布滿著潤滑脂,密封效果更好。第5章進給驅(qū)動部件設(shè)計5。1進給驅(qū)動部件傳動功率的計算進給系統(tǒng)機械傳動結(jié)構(gòu)是伺服進給系統(tǒng)的主要組成部分,主要由傳動機構(gòu)、運動變換機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)、執(zhí)行件組成,它是實現(xiàn)成形加工運動所需的運動及動力的執(zhí)行機構(gòu)。由于數(shù)控機床的進給運動是數(shù)字掌握的直接對象,被加工工件的最終位置精度和輪廓精度都與進給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性有。5。1。1數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)要求為了確保數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性,在設(shè)計機械傳動裝置時,應(yīng)注意以下要求。1.提高傳動精度和剛度.數(shù)控機床本身的精度,尤其是進給傳動裝置的傳動精度和定位精度對零件的加工精度起著關(guān)鍵性的作用,是數(shù)控機床的特征指標(biāo)。為此,首先要保證各個傳動件的加工精度,尤其是提高滾珠絲杠螺母副(直線進給系統(tǒng))、蝸桿副(圓周進給系統(tǒng))的傳動精度。另外,在進給傳動鏈中加入減速齒輪以減小脈沖當(dāng)量(即伺服系統(tǒng)接收一個指令脈沖驅(qū)動工作臺移動的距離),從系統(tǒng)設(shè)計的角度分析,也可以提高傳動精度;通過預(yù)緊傳動滾珠絲杠,消除齒輪、蝸輪等傳動件的間隙等方法,來提高傳動精度和剛度。2.削減各運動零件的慣量.傳動件的慣量對進給傳動系統(tǒng)的啟動和制動特性都有影響,尤其是高速運轉(zhuǎn)的零件,其慣量的影響更大。在滿意傳動強度和剛度的前提下,盡可能減小執(zhí)行部件的質(zhì)量,減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量,以削減運動部件的慣量。3.削減運動件的摩擦阻力。機械傳動結(jié)構(gòu)的摩擦阻力,主要來自絲杠螺母副和導(dǎo)軌。在數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)中,為了減小摩擦阻力,消除低速進給爬行現(xiàn)象,提高整個伺服進給系統(tǒng)穩(wěn)定性,廣泛采納滾珠絲杠和滾動導(dǎo)軌以及塑料導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌等.4.響應(yīng)速度快。所謂快速響應(yīng)特性是指進給傳動系統(tǒng)對輸入指令信號的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的飛快程度.快速響應(yīng)是伺服進給系統(tǒng)的動態(tài)性能,反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。工件加工過程中,工作臺應(yīng)能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)靈敏而精確地跟蹤指令,在運行時不消滅丟步和多步現(xiàn)象。進給傳動系統(tǒng)響應(yīng)速度的大小不僅影響到機床的加工效率,而且影響加工精度.設(shè)計中應(yīng)使機床工作臺及傳動機構(gòu)的剛度、間隙、摩擦以及轉(zhuǎn)動慣量盡可能達到最佳值,以提高伺服進給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性.5.較強的過載能力.由于電動機頻繁換向,且加減速度很快,電動機可能在過載條件下工作,這就要求電動機有較強的過載能力,一般要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4~6倍而不損壞。6.穩(wěn)定性好,壽命長。穩(wěn)定性是伺服進給系統(tǒng)能夠正常工作的最基本條件,格外是在低速進給情況下不產(chǎn)生爬行,并能適應(yīng)外加負載的變化而不發(fā)生共振。穩(wěn)定性與系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼及增益等都有關(guān)系,適當(dāng)選擇的各項參數(shù),并能達到最佳的工作性能,是伺服進給系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)。所謂伺服進給傳動系統(tǒng)的壽命,主要指其保持數(shù)控機床傳動精度和定位精度的時間長短,即各傳動部件保持其原來制造精度的能力。為此,應(yīng)合理選擇各傳動部件的材料、熱處理方法及加工工藝,并采納適當(dāng)?shù)臐櫥绞胶头雷o措施,以延長其壽命。7。使用維護便利.數(shù)控機床屬于高精度自動掌握機床,主要用于單件、中小批量、高精度及簡潔的生產(chǎn)加工,機床的開機率相應(yīng)就高,因而進給傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)便于維護和保養(yǎng),最大限度地削減維修工作量,以提高機床的利用率。5。1.2計算進給部件傳動功率的相關(guān)公式及原理在進給傳動和主傳動共用一個電機的通用機床上,如一般車床和鉆床,由于進給傳動所消耗的功率與主運動相比是很小的,因此在一般情況下是可以忽視進給所需要的功率的。在進給運動與空行程傳動共用一個電機的機床上,如升降臺銑床,也不必單獨考慮進給所需要的功率,由于使升降臺快速移動所需要的空行程傳動功率比進給傳動帶來的功率要大的多。對于進給方向的傳動采納單獨電動機驅(qū)動的機床,都需要確定進給傳動所需要的傳動功率,因此在本次設(shè)計的CK6132數(shù)控車床中在進給驅(qū)動的Z軸和X軸方向是通過采納兩個單獨的電機來驅(qū)動的,所以對于這次設(shè)計的進給傳動系統(tǒng)是需要進行傳動功率的計算的。通過參考[9]第497頁的內(nèi)容可以知道,進給方向的傳動功率是由進給牽引力(N)、進給速度(m/min)和機械效率來決定,則三者之間的關(guān)系為:(kW)(5-1)進給牽引力是與導(dǎo)軌有關(guān)系的,對于導(dǎo)軌的選擇在這里不進行簡略的敘述,這方面的內(nèi)容會在后面進行簡略的講解,因此這里只使用現(xiàn)成的結(jié)果。CK6132數(shù)控車床采納滑動導(dǎo)軌,橫向?qū)к壊杉{矩形三角形導(dǎo)軌,徑向?qū)к夁x用燕尾槽形。通過參考[9]第三部部件、機構(gòu)及總體設(shè)計表6。2-34水平導(dǎo)軌的反力和牽引力計算可知:矩形三角形導(dǎo)軌牽引力的計算公式為:(N)(5-2)燕尾形導(dǎo)軌牽引力的計算公式為:(N)(5-3)式中——移動部件的重力,單位為N;——當(dāng)量摩擦系數(shù);—-考慮傾覆力矩影響系數(shù);、、——切削分力,單位為N,其中為沿進給方向的分力;在正常潤滑的情況下,和可取如下的數(shù)值:矩形三角形:=0.15~0。18;燕尾槽形:=1.4;=0.2;5.1.3進給驅(qū)動部件的功率和扭矩的計算要計算出Z軸和X軸進給驅(qū)動功率,首先要初步估算出Z軸和X軸兩方向的步進電動機所需要帶動的移動部件的重力,Z軸和X軸兩個方向需要帶動的部件主要分為四個部分:大拖板、小拖板、X軸的步進電動機、電機的聯(lián)接座以及轉(zhuǎn)塔刀架部分.依據(jù)公式計算牽引力的時候,切削分力在前面一節(jié)中已經(jīng)算出來了,當(dāng)量摩擦系數(shù)和傾覆力矩影響系數(shù)也已經(jīng)在依據(jù)相關(guān)的資料查到了,現(xiàn)在主要求的是各移動部件的重力。在計算重力的時,要考慮到各移動部件的密度、體積V、還有計算重力時的一個慣用常數(shù)g。在機床上,大拖板和小拖板都是鑄件,因此它們所使用的材料是灰鑄鐵;由于轉(zhuǎn)塔刀架、X軸步進電動機和電動機聯(lián)接座是裝配件,其材料和構(gòu)成的結(jié)構(gòu)都是比較簡潔的,因此為了保險起見假設(shè)它們的材料是碳鋼,由于碳鋼具有較高的強度、屈強比和足夠的塑性、韌性;良好的焊接性和冷塑性加工性;具有肯定的耐蝕性。較低的冷脆轉(zhuǎn)化溫度和低的時效敏感性。查閱參考[9]表1。1-3可知各材料的密度,灰鑄鐵的密度kg/m;碳鋼的密度kg/m.在計算的過程中,數(shù)據(jù)都是參考車間里的數(shù)控機床的,由于車間里的數(shù)控機床和我這次設(shè)計的數(shù)控機床都是同一種機床的類型――數(shù)控車床,不一樣的只是我所設(shè)計的車床比車間里的小一個型號,下面我們來進行各移動部件的重力估算:小拖板:mN大拖板:mN轉(zhuǎn)塔刀架:mN電動機及聯(lián)接座:mN式中G—-移動部件的重力,單位為N;V--移動部件的體積,單位為mg—-常數(shù),一般情況為了計算的便利,?。?;Z軸方向的步進電機帶動的是以上四個移動部件,故它的重力為以上四個移動部件的重力之和,即:NX軸方向的步進電動機帶動的是兩個移動部件,即刀架和小拖板,故它的重力為兩移動部件的重力之和,即:N1。Z軸進給方向的牽引力及電動機所需要的轉(zhuǎn)矩的計算Z軸方向是采納矩形三角形導(dǎo)軌的,由上面的計算公式得知Z軸方向的牽引力,?。?。15,=0。18,則:(5—4)NZ軸和X軸方向的絲杠為滾珠絲杠副,簡略的選擇在后面會說到的,這里應(yīng)用的是結(jié)果。通過參考(9)表3。7—22可知,由于數(shù)控車床在Z軸和X軸方向上的絲杠精度等級分別推舉為2、3、4級和3、4、5級,所以在本次的設(shè)計中Z軸和X軸方向的滾珠絲杠同時選用3級精度。依據(jù)參考[9]表1.1—10可知,滾珠絲杠副的機械傳動效率為0.85~0.95,所以這里取一個中間數(shù),即為。Z軸方向的進給速度與進給量和主軸轉(zhuǎn)速有關(guān),則三者的關(guān)系為:(5-5)式中——主軸轉(zhuǎn)速,單位為m/min;——進給量,單位為mm/r;依據(jù)上面?zhèn)鲃庸β实墓娇梢杂嬎愠鯶軸的進給功率為:kW依據(jù)參考[9]第513頁可以知道轉(zhuǎn)矩的公式為:(N)(5—6)式中——轉(zhuǎn)矩,單位為N;——傳動功率,單位為kW;——電動機的轉(zhuǎn)速,單位為;依據(jù)典型工況中計算出來的轉(zhuǎn)速和Z軸方向滾珠絲杠的導(dǎo)程,可以計算出Z軸方向步進電動機的轉(zhuǎn)速為:式中——滾珠絲杠的導(dǎo)程;由此可以計算出步進電動機的轉(zhuǎn)矩,為:N依據(jù)上面計算出來的轉(zhuǎn)矩,Z軸方向的電動機選用常州寶成電機有限公司供應(yīng)的型號為:90BC340AH.這種類型的電動機的矩頻特性,在電動機的工作范圍之內(nèi),矩頻特性的曲線遠大于所需要的轉(zhuǎn)矩,因此所選用的電機完全符合這次設(shè)計的要求.2.X軸進給方向的牽引力和電動機所需要的轉(zhuǎn)矩的計算X軸方向采納的是燕尾形導(dǎo)軌,由上面的計算公式可以計算出X軸方向的牽引力,取=1。4,=0.2,則:(5-7)N與上面一樣,同理可得:X軸進給方向的進給速度與切削深度和絲杠轉(zhuǎn)速有關(guān),則三者之間的關(guān)系為:式中——主軸轉(zhuǎn)速,單位為;-—切削深度或背吃刀量,單位為mm;依據(jù)上面的傳動功率的計算公式,可以計算出X軸方向的進給功率為:(5-8)kW依據(jù)典型工況中計算出來的轉(zhuǎn)速和X軸方向滾珠絲杠的導(dǎo)程,可以計算出X軸方向步進電動機的轉(zhuǎn)速為:式中—-滾珠絲杠的導(dǎo)程;由此可以計算出步進電動機的轉(zhuǎn)矩為:N依據(jù)上面計算出來的轉(zhuǎn)矩,X軸方向的電動機選用常州市寶成電機有限公司供應(yīng)的型號為:75BF380。這種類型的電動機的矩頻特性,在電動機的工作范圍之內(nèi),矩頻特性的曲線遠大于所需要的轉(zhuǎn)矩,因此所選用的電機完全符合這次設(shè)計的要求。5.2滾珠絲杠副的型號把上面采納到的滾珠絲杠的各部分的結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,Z軸和X軸的滾珠絲杠采納啟東市華森絲杠制造有限公司供應(yīng)的滾珠絲杠。如圖5-2內(nèi)、外循環(huán)滾珠絲杠。依據(jù)他們公司提高的精密滾珠絲杠副手冊,決定:Z軸方向的滾珠絲杠的代號為:FND2506-3-P3FN――滾珠絲杠的循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán);D――滾珠絲杠采納的預(yù)緊方式為雙螺母墊片式預(yù)緊;25――滾珠絲杠的公稱直徑為25mm;06――滾珠絲杠的導(dǎo)程為6mm;3――滾珠絲杠負荷鋼球圈數(shù)為3圈P3――定位滾珠絲杠,且滾珠絲杠的精度等級為3級;圖5—2內(nèi)、外循環(huán)滾珠絲杠X軸方向的滾珠絲杠的代號為:FND1404-3—P3FN――滾珠絲杠的循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán);D――滾珠絲杠采納的預(yù)緊方式為雙螺母墊片式預(yù)緊;14――滾珠絲杠的公稱直徑為14mm;04――滾珠絲杠的導(dǎo)程為4mm;3――滾珠絲杠負荷鋼球圈數(shù)為3圈;P3――定位滾珠絲杠,且滾珠絲杠的精度等級為3級;5.3滾珠絲杠副軸承的選用滾動軸承與滑動軸承相比,具有摩擦阻力小、效率高、起動容易、潤滑簡便等,同時滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,并由專業(yè)廠家生產(chǎn),選用和更換都很便利,因此本次的設(shè)計中,Z軸和X軸方向的滾珠絲杠副選用滾動軸承。選擇滾動軸承的型號時,一般主要從以下幾個方面因素來考慮:(1)載荷的大小、方向和性質(zhì)(2)軸承的轉(zhuǎn)速(3)調(diào)心性能要求(4)裝配的空間(5)安裝與裝卸要便利(6)具有經(jīng)濟性在本次的設(shè)計中,在考慮過了以上因素以后,Z?軸方向滾珠絲杠的左端采納深溝球軸承與雙向推力球軸承組合的形式,而右端只用了一個深溝球軸承;X軸方向滾珠絲杠的后端也采納深溝球軸承與推力球軸承組合的形式。以上各軸承的型號見CK6132數(shù)控車床進給驅(qū)動部件的裝配圖。第6章導(dǎo)軌、導(dǎo)軌架及床身的設(shè)計6.1導(dǎo)軌的設(shè)計機床上的運動部件必須沿著床身或立柱或橫梁上的導(dǎo)軌運動。導(dǎo)軌的主要功能是導(dǎo)向和承載作用。導(dǎo)軌使運動部件沿肯定軌跡運動,從而保證各部件的相對位置和相對位置精度。導(dǎo)軌承受部件及工件的重量和切削力.導(dǎo)軌在很大程度上決定數(shù)控機床的剛度、精度與精度保持性。導(dǎo)軌簡潔的可以分為兩類:滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌?;瑒訉?dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌相比:結(jié)構(gòu)簡潔、制造便利、接觸剛度大的優(yōu)點;當(dāng)然在相比之下,摩擦阻力大,磨損快,動、精摩擦系數(shù)差別大,低速時易產(chǎn)生爬行等缺點也是很顯而易見的。雖然是如此,但是考慮到本次設(shè)計的CK6132數(shù)控車床精度要求不是很高,而且還要考慮到經(jīng)濟問題,所以本次設(shè)計的數(shù)控車床采納一般滑動導(dǎo)軌。6。1.1滑動導(dǎo)軌的類型導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的凹凸,剛度的大小,減振能力的好壞,摩擦損失的大小,磨損對加工精度影響的大小和受力的情況,在很大程度上取決于導(dǎo)軌的截面外形。下面就來介紹一下滑動導(dǎo)軌的幾種基本類型:1.矩形導(dǎo)軌制造簡潔,剛度和承載能力大,水平方向和垂直方向上的位移互不影響,因此安裝調(diào)試都很便利。矩形導(dǎo)軌中起導(dǎo)向作用的導(dǎo)軌面磨損后不能自動補償間隙,所以需要有間隙調(diào)整裝置。2。雙三角形導(dǎo)軌這種導(dǎo)軌同時起支撐、導(dǎo)向作用,磨損后相對位置不變,能自行補償垂直方向和水平方向的磨損,導(dǎo)向精度高,但要求四個表面的刮削或磨削后接觸,工藝性較差,床身與運動部件熱變形不一樣時,不易保證四個面同時接觸。3。燕尾導(dǎo)軌其磨損后不能自動補償間隙,需用鑲條調(diào)整。兩燕尾面起壓板作用,用一根鑲條就可以調(diào)整水平、垂直方向的間隙。導(dǎo)軌制造、檢驗和修理較簡潔、摩擦阻力大。當(dāng)承受垂直作用力時,它以支撐平面為主要工作面,它的剛度與矩形導(dǎo)軌相像;當(dāng)承受顛簸力矩時,其斜面為主要工作面。剛度較低。燕尾導(dǎo)軌一般用于要求高度小的多層移動部件,兩個導(dǎo)軌面間的夾角為.4.矩形三角形導(dǎo)軌不需要鑲條調(diào)整間隙,導(dǎo)向精度好,加工裝配比較便利,溫度變化不會轉(zhuǎn)變導(dǎo)軌面的接觸情況,但熱變形會使移動部件水平偏移,兩條導(dǎo)軌磨損不同,對位置精度有影響。5.圓柱導(dǎo)軌制造簡潔,主要用于受軸向負荷的導(dǎo)軌(抗彎剛對?。?,適用于同時作直線運動和轉(zhuǎn)動的場合。滑動導(dǎo)軌具有結(jié)果簡潔、制造便利、剛度好、抗震性高等優(yōu)點,但一般滑動導(dǎo)軌存在靜摩擦系數(shù)大,且動摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化.近年來,由于新型工程材料的消滅,消滅了貼塑導(dǎo)軌,其摩擦性能好,耐磨性好,減震性好、工藝性好。綜上所述,在本次的設(shè)計中,對導(dǎo)軌的要求沒有很高的要求,通過參考類似數(shù)控車床的導(dǎo)軌,所以床身上的導(dǎo)軌采納矩形三角形,小拖板采納燕尾形導(dǎo)軌,尾座上的導(dǎo)軌采納矩形三角形導(dǎo)軌,可貼塑處理。(a)矩形導(dǎo)軌;(b)三角形導(dǎo)軌;(c)燕尾槽導(dǎo)軌;(d)圓柱形導(dǎo)軌
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