內圓弧曲面專用數控車床的工作臺設計【含CAD圖紙+文檔】
壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,均可直接下載獲得文件,所見所得,電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985
摘 要對內圓弧曲面專用數控車床的工作臺設計,首先對此類工件的外形結構以及加工工藝進行分析,初步選擇加工方案。根據方案,選擇切削刀具,分析刀具運動軌跡和工件的加工步驟,分析方案的合理性。然后對工作臺的零部件進行計算設計,如小刀夾的設計、工作臺結構、導軌的選擇、進給電機的選用、滾珠絲杠副的計算與校核等。根據以上計算和分析的結構,用AutoCAD繪制各零件圖與裝配圖。此外,通過機床不同部位的精度檢測方法進行闡述說明,分析工作臺在制造要求。最后,模擬工作臺工作的動作,編寫該類工件的加工程序。關鍵詞:內圓弧曲面;專用工作臺;直排式刀架AbstractDesign for the workbench of the circular arc surface in special nc lathe. Firstly, analyze the shape and structure of the workpiece, and then analyze its processing technic. Preliminary select the machining process plan. Choose the cutting tool according to the plan and analyze the movement locus. Analyze the processing steps and the rationality of the machining process plan. Secondly, calculate and design the components and parts of the workbench, such as the design of knife dip, the structure of the workbench, the guide rail, the selection of the feed motor and the calculation of the ball screw. Use AutoCAD to draw the parts drawing and erection drawing according to calculated results. In addition, expound and analyze the workbench build requirements through the precision testing method from different parts of the machine tool. Finally, simulate the action of the workbench and write the work program of this kind of workpiece.Keywords:Arc surface in;special workbench;in-line tool restII目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1 內圓弧曲面類工件的日常應用11.2 加工該類工件在國內外的發(fā)展概況及存在的問題11.3 研發(fā)內圓弧曲面類專用數控機床目的與意義1第二章 工件工藝分析32.1 工件的結構分析及技術要求32.1.1 工件的外形結構分析32.1.2 工件的加工部位32.1.3 工件的加工精度要求42.2 工件的加工精度要求4第三章 加工方案的確定63.1 數控車床刀架的功用63.2 數控車床刀架的分類63.2.1 轉塔式刀架63.2.2 直排式刀架73.3 數控車床刀架的選用7第四章 刀架運動分析84.1 車刀的選用84.1.1 車刀的分類84.1.2 加工部位的車刀選擇94.1.3 刀桿尺寸確定94.2 直排式刀架的加工運動分析94.2.1 刀具的切削軌跡94.2.2 刀具的切削動作分析104.2.3 刀具的切削步驟114.3 刀具的安裝位置124.3.1 外圓車刀和仿形車刀124.3.2 端面車刀和仿形車刀124.3.3 刀具的安裝位置124.3.4 刀具與卡盤的安全距離13第五章 小刀夾設計15第六章 工作臺結構設計176.1 工作臺的結構176.2 導軌設計176.2.1 導軌的功用和分類176.2.2 導軌的選用176.2.3 滑動導軌的截面形狀186.2.4 滑動導軌的組合196.3 工作臺的表面粗糙度和潤滑20第七章 工作臺的傳動機構設計217.1 電機的選擇217.1.1 切削力分析217.1.2 電機的選擇227.2 滾珠絲杠副的選擇247.2.1 機床的日常使用條件247.2.2 滾珠絲杠副計算設計247.3 軸承的選擇267.3.1 滾珠絲杠的軸端形式267.3.2 軸承的選擇26第八章 工作臺的總裝288.1 工作臺的總裝配圖288.2 工作臺在機床的安裝29第九章 機床精度檢驗309.1 機床精度內容309.2 機床精度保持性309.3 機床精度檢驗方法30第十章 加工程序編寫39結 論41致 謝42參考文獻43附件一 英文文獻翻譯442第一章 緒論1.1 內圓弧曲面類工件的日常應用內圓弧曲面類工件,在我國家電、模具、汽車制造及社會其它的各個領域,都廣泛被應用。根據市場調查,僅僅是湛江地區(qū),光是電飯煲這類家電,年產量達5000萬個/年,可見該產品在國內的產量是相當大的。而電飯煲的其中主要元件發(fā)熱盤,是典型的雙內圓弧曲面工件。為了實現節(jié)能目的,該元件的使用要求要具備高的傳熱效率功能。則在產品外形設計方面,盡量和電飯煲膽外形一致;尺寸和表面精度方面,尺寸精度要求高,內圓弧曲面表面的幾何精度和粗糙度要求嚴格,是重要的技術指標,其精度的優(yōu)劣直接影響傳熱效果。因此對其加工工藝,提出了更高的要求,為了達到加工目的,所使用的工藝裝備需具備高效率、高精度、高穩(wěn)定性的特點。1.2 加工該類工件在國內外的發(fā)展概況及存在的問題對內圓弧曲面類工件的加工,國內傳統(tǒng)的加工方法是專用普通車床結合靠模,但由于普通電機轉速限制,已不能滿足產品的切削效率和精度的要求。而采用數控車床,我國的數控機床產品主要還是以中、低端的低附加值產品為主,且存在加工精度不穩(wěn)定和效率不高的缺點。當前專用的內圓弧曲面數控車床在國內外較為少見,一些進口的高精度數控車床,可以滿足加工此類零件的需要,但需配套相應的工裝裝備。而且價格較高價格從幾十萬到一百多萬不等。成本相當高,不適合我國國情。而目前我國自行開發(fā)研制的主要有普通專用液壓車床,實現了多刀聯動的功能,加工效率由原來通用的數控車床:件/2-3分鐘,提高到:件/0.60.7分鐘,加工效率提高了35倍,造價低。但由于全部依靠機械結構聯動,液壓傳動定位,因而定位精度相對數控機床要低,且不穩(wěn)定,又電機轉速不夠高,因而加工質量不穩(wěn)定,可靠性較差。1.3 研發(fā)內圓弧曲面類專用數控機床目的與意義隨著國內外制造業(yè)的不斷發(fā)展,各種加工方法日新月異,尤其一些帶內圓弧曲面工件的加工方法,由原來的傳統(tǒng)方法到現代的數控制造,由普通車床到專用車床,多種多樣,但目的是為了達到低成本、高效率和高精度。傳統(tǒng)加工方法的特點是低成本;普通專用機床的加工特點是高效;數控機床加工方法的特點是高精度,各有其特點。目前,內圓弧曲面類工件的加工方法,以電飯煲的碗形發(fā)熱盤為例,用數控車床車削,加工成本達二十元,而且加工效率低(每件加工時間要23分鐘)。不能發(fā)揮數控設備高效、高精度的優(yōu)點。因此通用數控車床加工不能提高生產效率。而用普通的專用車床,由于轉速不能太高及機械控制定位精度的局限性,內圓弧面的加工精度不穩(wěn)定。從上述看出內圓弧曲面工件的加工制造方法存在著不少的問題(精度和成本),因此研制一種數控專用加工車床很有必要。該車床既能提高加工效率、又能滿足加工精度。該工藝裝備目前在國內還未見開發(fā)研究的實例。項目立項建設將填補國內內圓弧曲面類工件專用數控車床的空白,有效地提高國內自制專用數控機床的質量及性能,加強企業(yè)的國際市場競爭力,推動企業(yè)技術的不斷進步,擴大國產內圓弧曲面類工件專用數控車床的銷售量。隨著數控技術的發(fā)展,數控機床的發(fā)展日新月異,高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成為數控機床發(fā)展的趨勢和方向。而開發(fā)研制集普通專用機床和數控機床一體的針對加工內圓弧曲面工件的專用數控車床,具智能化、高速化、成本低、精度高等特點,適合我國現有以中、小型規(guī)模的企業(yè)為主的國情,市場前境廣闊。開發(fā)內圓弧曲面數控專用車床根據中國的實際情況,消化吸收國外先進的技術和經驗,為社會提供高精度、高效率、低消耗的生產設備。本項目開發(fā)的內圓弧曲面數控專用車床,先以電飯煲發(fā)熱盤為試切工件,產品切削成功后,再通過調整安裝刀具的位置,加工其它規(guī)格同類型的產品,具有專用性的同時也具備通用特點。該設備集普通專用車床和數控車床的優(yōu)點,價格定位低,目標是8萬元/臺,并且產品質量和加工效率都能滿足需要,符合國內加工內圓弧面曲面工件的要求。高精度高效率數控專用機床的研制是我國數控機床研制發(fā)展的一個重要方向。產品研制成功,投入使用,不但可解決部分人的就業(yè)情況,同時也為企業(yè)創(chuàng)造經濟收益。將會產生較大的經濟效益和社會效益。51第二章 工件工藝分析2.1 工件的結構分析及技術要求2.1.1 工件的外形結構分析如圖2.1所示,該電飯煲的發(fā)熱盤屬于旋轉類外形內圓弧曲面類工件,一般可以通過車削加工或銑削加工的方式生產。發(fā)熱盤的碗型托面由23個弧面組成,該曲面結構與電飯煲內膽的外形結構相似,可以大幅度的增加發(fā)熱盤傳熱的接觸面積,提高熱能的傳遞效果和效率,節(jié)能的效果佳。另外,在圓弧面上分別有3處工藝夾頭位,適用于通用夾具裝夾。圖2.1 電飯煲發(fā)熱盤工件2.1.2 工件的加工部位該工件的毛坯位精鑄件,材料為硅鋁合金。毛坯精加工的余量為0.40.5mm。根據其結構的分析,發(fā)熱盤需要加工的部位如圖2.2所示,分別有外圓柱面1、端面2、倒圓角3、雙內圓弧曲面4、內孔倒角5、內孔面6。圖2.2 工件的加工部位2.1.3 工件的加工精度要求各加工部位的表面要求:刀紋路細膩均勻,清晰美觀,不留刀痕;尺寸精度控制在IT7級之內。對于內圓弧面,其表面粗糙度要求在Ra1.6以內,形狀精度要求達到0.0010.01mm之間。2.2 工件加工工藝分析碗型發(fā)熱盤選用的毛坯位硅鋁合金的精鑄鑄件,且加工余量較小,故切削力較小,屬于很容易切削的材料。所以,車削加工與銑削加工均可滿足工件的加工要求。但是,該工件一般為大批量生產的產品,因此,從加工效率的角度上考慮,工件采用效率更高的車削加工方式。對于內圓弧曲面類工件的加工方法,通常由普通的專用車床和數控車床加工。采用普通的專用車床加工。雖然加工的效率較高(0.60.7分鐘/件),但是由于普通的專用車床加工全部事依靠機械結構聯動,液壓傳動定位,而且電機的轉速較低,所以,加工工件,特別是內圓弧面的精度不穩(wěn)定,可靠性較差。而使用普通的數控車床車削,加工的成本較高,而且加工效率較低(23分鐘/件),不能發(fā)揮數控設備高效率、高精度的優(yōu)點。而且在加工過程中,由于工件的外形結構,刀具容易產生過切現象。因此,針對該類內圓弧曲面的工件,應該設計一種集普通的專用車床與數控車床一體的專用數控車床,該車床兼有智能化、高速化、低成本、高精度等特點。加工內圓弧曲面類工件的專用數控車床的總體結構如圖2.3所示,它是由機械系統(tǒng)、強電系統(tǒng)和數控系統(tǒng)3部分組成得幾點一體化集成系統(tǒng)。其中強電系統(tǒng)和數控系統(tǒng)與一般的車床相類似。本次設計主要是針對機械系統(tǒng)中進給運動執(zhí)行部件進行設計說明。圖2.3 專用數控車床結構成框圖第三章 加工方案的確定3.1 數控車床刀架的功用1數控車床的刀架是機床的重要組成部分,刀架用于夾持切削用的刀具,因此其性能和結構直接影響機床的切削性能、切削效率和體現了機床的設計和制造技術。刀架是直接完成切削加工的執(zhí)行部件,所以,刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度,以承受加工時的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置,所以要求數控車床選擇可靠的定位方案和合理的定位結構,以保證有較高的重復定位精度。此外,刀架的設計還應滿足換刀時間短、結構緊湊和安全可靠等要求。 3.2 數控車床刀架的分類13.2.1 轉塔式刀架轉塔式刀架是數控車床最常用的一種典型刀架,如圖3.1(a)所示。刀架通過旋轉分度定位來實現機床的自動換到動作。根據刀架回旋軸與安裝地面的相對位置,刀架一般分為立式刀架和臥式刀架;根據加工要求可設計成四方、六方刀架或者圓盤式刀架,并相應地安裝4把、6把或者更多的刀具。轉塔式刀架的轉刀東為可分為刀架抬起、刀架轉位和刀架鎖緊等幾個步驟。它的動作時由數控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的。(a) 轉塔式刀架(b) 直排式刀架圖3.1 數控車床刀架3.2.2 直排式刀架直排式刀架是數控車床用刀架的一種特殊形式。它一般用于小規(guī)格數控車床,以加工棒料或盤類零件為主。該刀架的結構形式為,夾持著各種不同用途刀具的小刀夾沿著機床X軸方向排列在橫向滑板上。刀架的典型布置方式如圖3.1(b)所示,這種刀架在刀具布置和機床換到都較方便、迅速??梢园凑樟慵能囅鞴に囈螅我饨M合成各種不同用途的刀具,并按機床形成的大小來確定刀具的安裝數量。一把刀完成車削任務后,橫向滑板只要按程序沿X軸方向移動至預先設定的距離,第二把刀就準備到達加工位置。這樣就完成了機床的換刀動作。這種換刀方式快速省時,可以大大提高數控機床的生產效率。而且刀架也可以安裝各種不同用途的動力刀具, 鉆、銑、攻螺紋等加工工序,使零件在一次裝夾中完全全部或大部分的工序。3.3 數控車床的刀架的選用轉塔式刀架的結構比較復雜,制造成本較高,而且加工時,動作較多,效率較低。因為發(fā)熱盤的外形結構簡單,回轉直徑不大,且加工工序較小。故該數控專用車床的刀架采用直排式刀架。第四章 刀架運動分析4.1 車刀的選用4.1.1 車刀的分類5車刀一般可以分為整體式車刀、焊接式車刀、機械夾固定式車刀、可轉位式車刀四種。整體式車刀,如圖4.1(a)所示,一般使用高速鋼材料整刀制造,刀材比較浪費且切削的性能不理想。焊接式車刀,如圖如圖4.1(b)所示,是把一定形狀的硬質合金刀片釬焊在普通碳鋼刀桿上,再經刃磨制成。雖然結構簡單,制造方便,但是焊接容易導致刀片強度下降,而且其換刀和對刀的時間較長,且一般都是整刀報廢,與現代化生產理念不相符。故本次設計不采用上述兩種車刀。(b) 焊接式車刀(a) 整體式車刀(d) 可轉位式車刀(c) 機械夾固定式車刀圖4.1 車刀的分類機械夾固定式車刀式將標準硬質合金刀片用機械夾固定的方法安裝在刀桿上,如圖4.1(c)所示,結構簡單、可靠,有效避免焊接式車刀因焊接帶來的缺陷。但是它仍然存在著重磨刀刃時可能引起的裂紋問題。而可轉位式車刀可通過可轉位刀片快速換刀,如圖4.1(d)所示,避免了焊接、重磨帶來的缺陷,生產效率和質量大大提高。綜合上述,本次設計采用可轉位式車刀。4.1.2 加工部位的車刀選擇因為直排式刀架的結構特點,刀具的刀桿與機床主軸平行。因此,根據工件加工部位的特點,對于外圓柱面,采用裝SN型刀片偏頭外圓車車刀加工;對于端面,采用裝TN型刀片的直頭端面車刀加工;對于內孔面、內孔倒角、雙內圓弧面、倒圓角,均可采用裝DN型刀片的仿形車刀加工。4.1.3 刀桿尺寸確定5因為工件毛坯的加工余量很小,只有0.40.5mm,材料為硅鋁合金,切削力很小,故可以可以采用截面面積較小的刀桿。根據可轉位式車刀的標準尺寸(GB5343.2-85),采用刀桿截面為20X20的方形,長度為125mm的刀桿。4.2 直排式刀架的加工運動分析4.2.1 刀具的切削軌跡因為機床采用直排式刀架加工工件,所以刀架上的刀具的運動軌跡分別包括X軸方向的橫向直線運動、Z軸方向的縱向直線運動和兩周聯動所作的圓弧運動。根據工件外形結構、加工部位分析以及直排式刀架的特點,工件可以一次加工成形。根據圖4.2刀具的切削軌跡分析,可知刀具的切削軌跡,見表4.1。表4.1 刀具的切削軌跡加工部位圖示位置加工部位圖示位置外圓柱端面雙內圓弧曲面端面內孔倒角倒圓角和內孔面X軸方向Z軸方向圖4.2 刀具的切削軌跡分析圖4.2.2 刀具的切削動作分析對于外圓柱面和內孔面,刀具的運動軌跡均屬于Z軸方向的直線運動。因此,可以根據外圓柱面與內孔面之間的相對距離,設置好外圓車刀和仿形車刀的相對位置,直排式刀架一次的Z軸進給中就能同時加工外圓柱面和內孔面。對于內孔倒角,因為其尺寸很小(),所以只要注意仿形車刀刀片的切削角度,避免過切發(fā)生,可以與內孔面一并加工完成。對于端面,刀具的運動軌跡與直排式刀架的換刀動作一樣均為X軸方向的直線運動。因此,只要設置好端面車刀與工件端面的垂直距離,在直排式刀架換刀的時候,端面可以一并加工完成。對于雙內圓弧曲面和倒圓角和,仿形車刀是通過X軸和Z軸共同聯動完成切削軌跡。因為該加工部位與內孔面采用同一把車刀,所以可以將內孔面與雙圓弧曲面一并加工。但是需要注意的是,由于偏頭仿形車刀刀桿的形狀和刀片的角度,如果車刀加工圓角的時候,直接從點加工至點, 刀片不可避免的會發(fā)生過切的現象。因此,仿形車刀加工圓角時,應該先從工件的一端加工外圓角(或內圓角),然后再從工件的另一端加工內圓角(或外圓角)。4.2.3 刀具的切削步驟根據刀具的切削軌跡及其動作分析,并將其最優(yōu)化,可得工件的加工步驟如圖4.3所示:a)加工開始,直排式刀架運動,仿形車刀到達點,開始加工外圓角;b)外圓角加工完成,端面車刀到達加工位置,開始加工端面;c)刀架沿X軸方向運動,端面車刀加工端面完成,外圓車刀和仿形車刀同時到達加工位置;d)刀架沿Z軸方向進給,外圓車刀加工外圓柱面完成,仿形車刀加工內孔面完成;e)刀架沿Z軸方向進給反方向退刀,仿形車刀到達點,開始加工內孔倒角;f)刀架通過X軸和Z共同聯動,仿形車刀加工內孔倒角完成,仿形車刀到達點,開始加工雙內圓弧曲面;g)刀架通過X軸和Z共同聯動,仿形車刀加工雙內圓弧曲面完成,仿形車刀到達點,開始加工內圓角;h)刀架通過X軸和Z共同聯動,仿形車刀加工內圓角完成,待直排式刀架退至原始位置,加工結束。d)c)b)a)h)g)f)e)圖4.3 工件的加工步驟圖4.3 刀具的安裝位置直排式刀架上各刀具的安裝位置取決刀具刀尖的相對位置,根據上述刀具的運動分析可以計算出各刀具刀尖的相對位置。4.3.1 外圓車刀和仿形車刀a)軸向距離當仿形車刀到達內孔面的加工位置時,外圓車刀也要到達外圓柱面加工位置,因為內孔面比外圓柱面的加工距離要長,所以,兩刀的軸向距離要大于或者等于點與的水平距離,即,故取。b)徑向距離因為外圓車刀和仿形車刀同時加工外圓柱面和內孔面,因此,兩刀的的徑向距離等于與的垂直距離,即。4.3.2 端面車刀和仿形車刀a)軸向距離當仿形車刀加工外圓角完成后,此時,端面車刀應該到達加工位置,即與工件的端面平齊,因此,兩刀的軸向距離等于點與的的軸向距離,即。b)徑向距離當仿形車刀加工外圓角時,端面車刀位于工件之內,但不能與工件內圓弧面發(fā)生接觸,因此,兩刀的徑向距離要大于點到雙內圓弧面而的徑向距離,即,但是考慮刀片的形狀以及小刀夾的安裝位置,故取。4.3.3 刀具的安裝位置a)仿形車刀的伸出距離當仿形車刀完成加工內孔面完成時,直排式刀架沿Z軸方向進給距離最大,此時,刀架不能工件發(fā)生接觸,因此,仿形車刀刀尖與刀架的軸向距離要大于點與的水平距離,即,故取。b)各刀具的安裝位置如圖4.4所示。圖4.4 刀具的安裝位置圖4.3.4 刀具與卡盤的安全距離a)卡盤的選擇從圖2.1工件的外形尺寸圖可以看出,發(fā)熱盤的碗型托面有3處工藝夾頭位,因此裝夾可以選用通用的短圓柱三爪自定心卡盤??ūP的外形尺寸根據工件的內孔大小和工藝夾頭位確定。工件的內孔直徑為,工藝夾頭位直徑為,因此選擇直徑為,內孔直徑為的短圓柱三爪自定心卡盤,其具體結構尺寸如圖4.5所示。圖4.5 短圓柱三爪自定心卡盤基本結構尺寸b)刀具的安全距離當刀架加工工件,刀具不能與卡盤發(fā)生接觸,這樣會損壞刀具和卡盤。根據刀具安裝位置和卡盤尺寸,通過作圖,如圖4.6所示,當仿形車刀加工內孔面完成時,刀架進給距離最大,外圓車刀與端面車刀與卡盤均沒有發(fā)生接觸,即刀具和卡盤的安全距離足夠,所以,刀具的安裝位置符合安全要求,不需要調整。圖4.6 刀架進給最大時刀具與卡盤的相對位置第五章 小刀夾設計因為刀具加工工件需要的切削力很小,因為刀具的固定可以采用常用的螺旋夾緊方式固定。因為直排式刀架是用過橫向滑板沿X軸方向運動實現換刀的動作,因此每把的刀具均采用單刀夾裝夾。裝夾刀具,可以通過刀具的懸伸長度調整刀尖的軸向距離。而調整刀具的徑向距離,可在橫向滑板上加工T型槽,通過小刀夾在橫向滑板上的安裝位置,即可實現調節(jié)。小刀夾的結構尺寸如圖5.1所示。圖5.1 小刀夾結構尺寸小刀夾的安裝如圖5.2所示。圖5.2 小刀夾的安裝第六章 工作臺的結構設計6.1 工作臺的結構數控機床的工作臺的的機械結構包括傳動機構和執(zhí)行機構兩大部分,其中,傳動機構包括滾珠絲杠副、滾動軸承、伺服電機等部件,而執(zhí)行機構包括滑板和滑板座,兩者之間用導軌連接。因為刀架的運動軌跡分別有X軸、Z軸的直線運動以及兩軸聯動所作的曲線運動,因此,工作臺根據其運動方向分為兩部分,一部分對應X軸方向,X軸向的滾動絲杠置于橫向滑板底座之中,通過伺服電機傳動,滾動絲杠帶動橫向滑板沿X軸方向運動,橫向滑板上固定各種刀具;另一部分是對應Z軸方向,其結構基本一樣,只是該部分置于X軸向部分的下方,橫向滑板底座固定在縱向滑板上,縱向滑板運動時,帶動整個X軸向部分作沿Z軸運動,從而實現兩軸聯動。工作臺的滑板和滑板底座均采用鑄造制成,材料為灰鑄鐵HT200。鑄造出來的毛坯再經過機床精加工軌道和底座內腔。綜合考慮工作臺的加工性能,初步取橫向滑板的長度為1500mm,寬度為350mm,X軸向絲杠的有效行程為750mm,Z軸向絲杠的有效行程為450mm。6.2 導軌設計6.2.1 導軌的功用和分類2導軌主要用來支承和引導運動部件沿著一定的軌跡運動,兩相對運動部件的配合面組成一隊導軌副。導軌是機床的關鍵部件之一,其性能好壞,將直接影響機床的加工精度、承載能力和使用壽命。常用的導軌分別有滑動導軌、滾動導軌、塑料導軌、靜壓導軌、動壓導軌和鑲金屬導軌等等。6.2.2 導軌的選用一般的機床或者數控機床應用最廣泛的導軌分別有滑動導軌和滾動導軌?;瑒訉к壗Y構結構簡單,使用維修方便,但是磨損較大、壽命低、運動精度不穩(wěn)定;而滾動導軌的運動靈敏度高、定位精度高、磨損少,但是結構復雜,剛醒和抗振性差,導向精度低,成本較高。本次設計的工作臺導軌的精度要求如下:導軌縱向的直線度,橫向平行度。雖然滑動導軌的精度沒有滾動導軌高,但是滑動導軌也能滿足工作臺設計的精度要求,因此,從成本化與結構簡單化考慮,工作臺采用滑動導軌6.2.3 滑動導軌的截面形狀2滑動導軌截面的基本形狀主要有4種:三角形、矩形、燕尾形和圓柱形,每種之中還有凸凹之分,如圖6.1所示。圖6.1 導軌的截面形狀圖6.1(a)是三角形導軌,它的導向性能隨頂角的大小而不同,越小導向性越好。但是當減少時導軌面的當量摩擦系數加大。通常去三角形導軌取三角形導軌的頂角為。對于大型或重型機床,由于載荷大,常取較大的頂角,如,不僅保證了必要的導向性,而且在一定的壓強下使導軌高度最低。當導軌面有了磨損時,三角形導軌的工作臺會自動下沉補償磨損量。支承導軌為凸三角(山)形時,不易寄存較大的鐵屑,但也不易存留潤滑油,因此,適合于不易防護、速度較低的進給運動軌跡。支承導軌為凹三角(V)形時,由于能得到較充足的潤滑,可用于主運動導軌,但是必須很好地防護,以免落入鐵屑和灰塵。圖6.1(b)是矩形導軌,與三角型導軌相比,摩擦系數低,剛性高,加工、檢驗和維修都較方便。但是矩形導軌不可避免地存在側面間隙,因而導向性差,需要有間隙調整裝置。矩形導軌適合于載荷較大、而導向性要求略低的機床。圖6.1(c)是燕尾形導軌,它的高度較小,間隙調整方便,可以承受顛覆力矩;但剛性較差,加工、檢驗和維修都不大方便。這種導軌適用于手里小、層次多、要求間隙調整方便的地方,例如車床刀架。圖6.1(d)是圓柱形導軌,它制造方便,不易積存較大的鐵屑,但磨損后很難調整和補償間隙。與上述幾種形狀相比,應用最少。6.2.4 滑動導軌的組合2滑動通常由兩條導軌組合而成,如圖6.2所示圖6.2 滑動導軌的形狀和組合圖6.2(a)為雙三角形導軌,它的導向性和精度保持性都高,但是由于超定位,加工、檢驗和維修都比較困難。因此它多用于精度要求較高的機床,例如絲杠車床、單柱坐標鏜床和齒輪加工機床等,頂角常取為。圖6.2(b)為雙矩形導軌,它的剛度高,承載能力高,加工、檢驗和維修都方便,多用于普通精度的機床和重型機床,例如組合機床、龍門銑床、臥式鏜床、拉床和重型車床的床身導軌。矩形導軌存在側向間隙,必須用鑲條進行調整。圖6.2(c)是三角形和矩形導軌的組合,它兼有導向性好、制造方便和剛度高的優(yōu)點,應用最為廣泛。例如,車床溜板、磨床、龍門刨床、龍門銑床、滾齒機、坐標鏜床的工作臺軌道。圖6.2(d)是燕尾形導軌,它是閉式導軌中接觸面最少的一種結構,間隙調整方便,用一根鑲條就可以調節(jié)各接觸面的間隙。常用于牛頭刨床和插床得滑枕導軌,升降臺銑床的刀架導軌以及儀表機床等。圖6.2(e)是矩形和燕尾形導軌的組合,它兼有調整方便和能承受較大力矩的優(yōu)點。多用于橫梁、立柱和搖臂等的導軌,以及多刀車床的刀架導軌等。圖6.2(f)是雙圓柱導軌,常用于只受軸向力的場合。如推床、攻絲機和機械手等。因為刀架的切削力很小,故選擇導軌優(yōu)先考慮導軌精度和制造的方便性。因此,根據上述各軌道組合的特點,橫向滑板與其底座之間采用燕尾形導軌,圖6.2(d)所示;縱向滑板與其底座之間采用雙三角形導軌,如圖圖6.2(a)所示。6.3 工作臺的表面粗糙度和潤滑1因為工作臺選用滑動導軌,所以機床直接從滑板和底座加工而成。為了保證軌道精度,滑板上的動軌道,表面粗糙度要求為;底座上的固定軌道,表面粗糙度要求為,兩軌道之間用軌道油做潤滑劑。而工作臺中的傳動機構,采用潤滑脂(黃油)作潤滑劑。第七章 工作臺的傳動機構設計7.1 電機的選擇7.1.1 切削力分析a)切削合力分解11切削合力是切削加工過程中的重要問題之一。它直接影響切削熱的產生和刀具磨損,進一步影響工件的加工質量和生產率。在生產中切削合力又是計算切削功率、設計和使用機床、刀具、夾具的必要依據。切削合力是一個非常復雜的空間里,其大小和方向不易直接測定,也無測定的必要。為了適應設計和工藝分析的需要,而將切削合力分解為三個相互垂直的切削分離,如圖7.1所示圖7.1 切削合力的分解1)切削力(切向力)是切削合力在切削速度方向上的分力,垂直于基面,其大小約占總切削合力的85%90%。消耗的功率最多,約占車削90%以上。2)背向力(徑向力)是切削合力在切削深度方向上的分力。它在基面內與切深方向相反。3)進給力(軸向力)是切削合力在進給方向上的分力。它在基面內,與進給方向平行,但方向相反。做功很小,只占總功的1%5%。b)切削力及切削功率計算1假如機床適用于通用材料工件的切削加工,假定有盤類工件直徑為,材料為調質結構鋼(40Cr),硬度HBS為229;現用該機床進行外圓粗加工,刀具為硬質合金,切削深度,工作臺進給量,根據工件材料、切削深度和進給量,選擇車刀的切削速度。1)車削時切削力 式(7.1)式中,、為系數,對于刀具材料為硬質合金,加工形式為縱車或者橫車的情況下,、;為使用條件改變時切削力的修正系數,對于刀具材料為硬質合金,工件為硬度HBS為229的結構鋼,。2)切削力消耗的功率 式(7.2)3)車削合力消耗的總功率 式(7.3)4)進給傳動消耗的總功率 式(7.4)5)電機所需要的總功電機與滾珠絲杠用聯軸器相連,所以, 式(7.5)式中,、分別為聯軸器和絲杠的傳動效率。7.1.2 電機的選擇a)根據電機所需要的功率,初步選擇伺服電機EDSMT-2T130-040B,其額定功率為,額定轉速為,額定力矩為,峰值力矩為。因為該專用機床一般用于精加工材料為硅鋁合金,直徑小于的盤類鑄件,加工余量很小,所有條件均遠小于上述假設條件,因此,電機的功率條件完全滿足機床工作臺實際的工作條件。b)校核伺服電機的力矩對于數控機床而言,因為動態(tài)性能要求較高,所以用電動機力矩主要是用不斷產生加速度的,而負載力矩占的比重很小,一般小于電動機力矩的10%30%,所以可以先計算快速空載啟動力矩,據此校核電機。橫向滑板的長度,寬度,因為上表面要加工T型槽,因此取厚度。1)橫向滑板的質量 式(7.6)式中,為灰鑄鐵的密度,。2)工作臺折算到絲杠上的轉動慣量假設橫向滑板底座和縱向滑板的總質量為橫向滑板質量的兩倍,對于Z軸向的滾珠絲杠,所以, 式(7.7)式中,為絲杠螺距,初選絲杠。3)絲杠折算到電機軸上的轉動慣量因為滾珠絲杠與電機用聯軸器連接,所以,4)電機的最大加速力矩 式(7.8)式中,為電機的轉速;為進給系統(tǒng)的時間常數,這里取。工作臺對電機的最大的加速力矩加速力小于伺服電機EDSMT-2T130-040B的峰值力矩(),因此,改用伺服電機EDSMT-2T130-077B,該電機的具體參數見表7.1。表7.1 伺服電機參數表伺服電機EDSMT-2T130-077B額定功率()反電勢()額定線電壓() 力矩系數()額定線電流()轉子慣量()額定轉速()線組(線間)電阻()額定力矩()線組(線間)電感()峰值力矩()電氣時間常數()7.2 滾珠絲杠副的選擇17.2.1 機床的日常使用條件假如數控車床的的可靠性為,各種切削方式的進給力,進給速度和時間比例如見表7.2。表7.2 機床日常使用條件切削方式進給力()進給速度()時間比例()強力切削20000.610一般切削10000.825精細切削500170快速定位01057.2.2 滾珠絲杠副計算設計因為Z軸向的絲杠負荷較大,所以先對Z軸向絲杠計算設計。如果Z軸向絲杠可以滿足機床傳動要求,X軸向絲杠肯定滿足。a)絲杠的導程和轉速電動額定轉速為。電動機與絲杠直連,工作臺最大的速度,故選擇絲杠導程為。絲杠轉速:強力切削,一般切削,精細切削,快速定位。b)導軌的摩擦力和絲杠工作負荷 式(7.9)式中,為滑動導軌的摩擦系數,對于雙三角形導軌,。工作載荷:強力切削:, 一般切削:, 精細切削:,快速定位。c)當量轉速和當量載荷 式(7.10) 式(7.11)d)初選滾珠絲杠副假定該數控機床的滾珠絲杠使用壽命。由,可得 式(7.12)初選絲杠為內循環(huán)、浮動返向器、雙螺母墊片預緊。,3列。型號為FFZD401010-3,額定動負荷,大于算出的值()。預緊力,大于最大軸向載荷的,這種絲杠是可用的。e)校核極限轉速 式(7.13)式中,為滾珠絲杠支承系數,當絲杠支承結構為兩端固定式時,;為絲杠安裝距離,考慮絲杠行程與底座的結構,這里取。f)壓桿穩(wěn)定性驗算因為絲杠兩端固定,絲杠一般不會受壓,故不需進行壓桿穩(wěn)定性驗算。型號為FFZD401010-3的滾珠絲杠副具體結構尺寸如圖所示。因為X軸向絲杠所需要的工作載荷沒有Z軸向的絲杠大,因此,X軸向絲杠可選取與Z軸向絲杠一樣的型號為FFZD4010X10-3的滾珠絲杠副。具體結構尺寸如圖7.2所示圖7.2 FFZD4010X10-3滾珠絲杠副結構尺寸圖7.3 軸承的選擇17.3.1 滾珠絲杠的軸端形式根據絲杠的的安裝與應用,其軸端形式如圖7.3所示(b)連接電機端(a)無電機端圖7.3 絲杠軸端形式7.3.2 軸承的選擇軸承采用60接觸角推力角接觸球軸承,型號7602030TVP,內徑,外徑,寬度,額定動負荷,加負荷,具體結構尺寸如圖7.4所示圖7.3 7602030TVP軸承結構尺寸圖軸承采用面對面組配,這種組配方式的受力作用線內向收斂,所以軸承間的有效支點距離縮小,這種組配方式也可承受雙向的軸向載荷和徑向載荷,但承受傾斜力矩的能力較差,并較多地降低軸承的極限轉速,一般適用于需要精密調心的場合。第八章 工作臺的總裝8.1 工作臺的總裝配圖經過上述一系列的設計與計算,工作臺的總裝配圖如圖8.1所示。圖8.1 工作臺的總裝配圖8.2 工作臺在機床的安裝該工作臺的機床上的安裝如圖8.2所示。1.床身機架;2.Z軸進給伺服電機;3.縱向滑板;4. 橫向滑板;5.小刀夾;6.主軸驅動部件;7.數控顯示器;8.卸荷大皮帶輪;9.小皮帶輪;10.電動機;11.X軸進給伺服電機;12.電器柜圖8.2 數控機床的總裝配圖第九章 機床精度檢驗9.1 機床精度內容1機床精度能夠反映機床本身誤差的大小,包括下列內容:(a)幾何精度幾何精度是指機床在無負載不運動或低速運轉下的精度,如主軸的軸向竄動,定心軸頸的徑向跳動等。幾何精度高低主要取決于加工和裝配質量。(b)運動精度運動精度是指機床主要零部件在以工作狀態(tài)速度運動時的精度。包括回轉精度和直線運動不均勻精度,這對于加工精度要求較高的機床尤為重要。運動精度取決于機床傳動鏈設計、元件制造與裝配質量、運動速度及其它特性的影響。(c)傳動精度傳動精度是指機床內聯系傳動鏈兩端件之間相對運動的準確性。它主要取決于傳動鏈各元件,特別是末端件(如母蝸輪或母絲杠)的加工、裝配精度以及傳動鏈設計的合理性。(d)定位精度定位精度是指機床有關部件在所有坐標(直線和回轉坐標)中定位的準確性,它取決于機床測量系統(tǒng)、進給系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及有關特性的影響。(e)工作精度工作精度是指機床在有負載和正常工作速度時的精度。它主要取決于機床的剛度、抗振性和熱變形。9.2 機床精度保持性1精度保持形是指機床長期保持其原始精度的能力。該項指標是由機床某些關鍵零件的首次大修期所決定。為提高零件耐磨性,需注意選材、熱處理、潤滑與防護等。中型機床的首次大修期應保持在810年以上。9.3 機床精度檢驗方法19機床的精度檢驗方法見表9.1。表9.1 機床精度檢驗方法序號簡圖檢驗項目公差檢驗工具檢驗方法G1A-床身導軌調平a.縱向導軌在垂直平面內的直線度精密水平儀或光學儀器在溜板上靠近前導軌處,縱向放一水平儀。等距離(近似等于規(guī)定的局部誤差的測量長度)移動溜板檢驗。將水平儀的讀數一次排列。畫出導軌誤差曲線,曲線相對其兩端點連線的最大坐標值就是導軌全長的直線度誤差,曲線上任意局部測量長度的兩端點相對曲線兩端點連線的坐標差值,就是導軌的局部誤差。也可將水平儀直接放在導軌上進行檢驗。(凸)(凸)(凸)(凸)局部公差在任意250測量長度上為最大工件長度每增加1000公差增加:局部公差在任意500測量長度上為b.橫向導軌的平行度精密水平儀在溜板上橫向放一水平儀,等距離移動溜板檢驗(移動距離同a)。水平儀在全部測量長度上讀數的最大代數差值就是導軌的平行度誤差。 也可將水平儀放在專用橋板上,在導軌上進行檢驗。序號簡圖檢驗項目公差檢驗工具檢驗方法G2B-溜板溜板移動在水平面內的直線度(盡可能在兩頂尖軸線和刀尖所確定的平面內檢驗)a指示器和檢驗棒或指示器和平尺b鋼絲和顯微鏡或光學儀器a.將指示器固定在溜板上,使其測頭觸及主軸和尾座的頂尖間的檢驗棒表面上,調整尾座,使指示器在檢驗棒兩端的讀數相等。移動溜板在全部行程上檢驗。指示器讀數的最大代數差值就是直線度誤差。b.用鋼絲和顯微鏡檢驗。在機床中心高的位置上繃緊一根鋼絲,顯微鏡固定在溜板上,調整鋼絲,使顯微鏡在鋼絲兩端的讀數相等。等距離(移動距離同G1移動溜板,在全部行程上檢驗。顯微鏡讀數的最大代數差值就是直線度誤差。最大工件長度每增加1000公差增加:最大公差G3尾座移動對溜板的平行度:a.在垂直平面內;b在水平面內a和b0.03/a和d0.04局部公差在任意500測量長度上為0.02指示器將指示器固定在溜板上,使其測頭觸及尾底體端面的頂尖套上;a.在垂直平面內;b在水平面內。鎖緊頂尖套,使尾座與溜板儀器移動,在溜板全部行程上檢驗。 a、b的誤差分別計算,指示器在任意500mm行程上和全部行程上的最大差值就是局部長度和全長上的平行度誤差。a和b0.04局部公差在任意500測量長度上為0.03序號簡圖檢驗項目公差檢驗工具檢驗方法G4C-主軸a主軸的軸向竄動;b主軸軸肩支承面的跳動aa指示器和專用檢具固定指示器,使其測頭觸及,a.插入主軸錐孔的檢驗棒端部的鋼球上;b.主軸軸肩支承面上。沿主軸軸線加一力F,旋轉主軸檢驗。a、b誤差分別計算。指示器讀數的最大差值就是軸向竄動誤差和軸肩支承面的跳動誤差。bb(包括軸向竄動)G5主軸定心軸頸的徑向跳動指示器固定指示器使其測頭垂直觸及軸頸(包括圓錐軸頸)的表面。沿主軸軸線加一力F。旋轉主軸檢驗。指示器讀數的最大差值就是徑向跳動誤差。G6主軸錐孔軸線的徑向跳動:a.靠近主軸端面;b.距主軸端面L處ab.在300測量長度上為ab.在500測量長度上為指示器和檢驗棒將指示器固定在溜板上,使其測頭觸及尾底體端面的頂尖套上;a.在垂直平面內;b在水平面內。鎖緊頂尖套,使尾座與溜板儀器移動,在溜板全部行程上檢驗。 a、b的誤差分別計算,指示器在任意500mm行程上和全部行程上的最大差值就是局部長度和全長上的平行度誤差。序號簡圖檢驗項目公差檢驗工具檢驗方法G7主軸軸線對溜板移動的平行度:a在垂直平面內;b.在水平面內a在300測量長度上為0.02 a在500測量長度上為0.04 指示器和檢驗棒指示器固定在溜板上,使其測頭觸及檢驗棒的表面:a.在垂直平面內b.在水平面內。移動溜板檢驗。 將主軸旋轉180,再同樣檢驗一次, a、b誤差分別計算。兩次測量結果的代數和之半,就是平行度誤差。(只許向上軸)b在300測量長度上為0.015 b在500測量長度上為0.03 (只許向前偏)G8頂尖的跳動指示器和專用頂尖頂尖插入主軸孔內,固定指示器。使其測頭垂直觸及頂尖錐面上。沿主軸軸線加一力F,旋轉主軸檢驗。指示器讀數除以COS(為錐體半角)后,就是頂尖跳動誤差。G9D-尾座尾座套簡軸線對溜板移動的平行度:a.在垂直平面內;b.在水平面內a在100測量長度上為0.015a在100測量長度上為0.02指示器尾座的位置同G11。尾座頂尖套伸出量約為最大伸出長度的一般,并鎖緊。將指示器固定在溜板上,使其測頭觸及尾座套簡的表面:a.在垂直平面內;b.在水平面內。移動溜板檢驗。a、b誤差分別計算。指示器讀數的最大差值,就是平行度誤差。(只許向上偏)b在100測量長度上為0.01b在100測量長度上為0.015(只許向前偏)序號簡圖檢驗項目公差檢驗工具檢驗方法G10尾座套簡錐孔軸線對溜板移動的平行度:a.在垂直平面內;b.在水平面內a.在300測量長度為0.03a.在500測量長度為0.05指示器和檢驗棒尾座的位置同G11。頂尖套簡退入尾座孔內,并鎖緊。在尾座套簡錐孔中,插入檢驗棒。將指示器固定在溜板上,使其測頭觸及檢驗棒表面:a.在垂直平面內。b.在水平面內。移動溜板檢驗。拔出檢驗棒,旋轉180重新插入尾座頂尖套錐孔中,重復檢驗一次。 a、b誤差分別計算。兩次測量結果的代數和之半,就是平行度誤差。(只許向上偏)b.在300測量長度為0.03b.在500測量長度為0.05(只許向前偏)G11E-兩頂尖床頭和尾座兩頂尖的等高度指示器和檢驗棒在主軸與尾座頂尖間裝入檢驗棒,將指示器固定在溜板上,使其測頭在垂直平面內觸及檢驗棒。移動溜板在檢驗棒的兩極限位置上檢驗。指示器在檢驗棒兩端讀數的差值,就是等高度誤差。當DC小于或等于500mm時,尾座應緊固在床身導軌的末端。當DC大于500mm時,尾座堅固在DC/2處,但最小不于200mm。檢驗時,尾座頂尖套應退入尾座孔內,并鎖緊。(只許尾座高)序號簡圖檢驗項目公差檢驗工具檢驗方法G12F-橫刀架橫刀架橫向移動對主軸軸線的垂直度(偏差方向)指示器和平盤或平尺 將平盤固定在主軸上,指示器固定在橫刀架上,使其測頭觸及平盤。移動橫刀架進行檢驗。 將主軸旋轉180再同樣檢驗一次。 兩次測量結果的代數和之半,就是垂直度誤差。G13刀盤工具孔軸線與主軸軸線的重合度:a.在垂直平面內;d.在水平面內(只適用于刀盤有工具孔的車床)a和d指示器和專用檢具指示器裝在主軸端部的專用檢具上,使其側頭觸及刀盤工具孔表面或觸及緊密插入工具孔中的檢驗棒表面。旋轉主軸,分別在a垂直平面內及b.水平面內檢驗(刀盤依次轉位)。a、b誤差分別計算,誤差以指示器讀數差值之半計。檢驗時刀盤盡量接近主軸端部,觸頭盡量靠近刀盤,每個工具孔均檢驗。序號簡圖檢驗項目公差檢驗工具檢驗方法G14刀盤工具孔軸線對溜板移動的平行度a在垂
收藏
編號:4300303
類型:共享資源
大?。?span id="5pvxh0f" class="font-tahoma">4.62MB
格式:ZIP
上傳時間:2020-01-05
50
積分
- 關 鍵 詞:
-
含CAD圖紙+文檔
圓弧
曲面
專用
數控車床
工作臺
設計
cad
圖紙
文檔
- 資源描述:
-
壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,均可直接下載獲得文件,所見所得,電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985
展開閱讀全文
- 溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
裝配圖網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。