立式车床进给系统结构设计毕业设计.docx
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1、摘要数控技术和数控装备是制造工业现代化的根底,这个根底是否牢固直接影响到一个国家的经济开展和综合国力,关系到国家的战略地位。立式加工中心主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统。包括电动机、传动系统和主轴部件。本文介绍了立式加工中心的一些根本概况,简述了机床主传动系统方面的原理和类型,分析了各种传动方案的机理.立式加工中心主传动系统包括r主轴电动机、主轴传动系统和主釉组件三局部组成。本文详细介绍了立式加工中心主传动系统的设计过程,该立式加工中心选用例弧齿同步带传动,该种传动方式的特点在于它能使主传动系统的结构比拟简单,而且防止尚轮传动的振动和噪声。文中介绍r立式加工中心主传动系统各种传动方案优
2、缺点的比拟、主传动方案的选择和确定、主传动变速系统的设计计算、主轴组件的设计以及关键零件的校核等设计过程。关键词:数控机床;立式加工中心;主传动系统;主轴组件Abstracthenumerica1.contro1.techno1.ogyandthenumerica1.contro1.equipmentarethefactoryindustrym(x1.ernizationfoundations,doesIhiSfoundationwheherre1.iab1.eimmediateinf1.uencetoacountr,seconomicdeve1.opmentandthecomprehensi
3、venationa1.strength,re1.ateIhccountrythestrategicposition.MachiningCentertoo1.masterdrivesystemisusesfortorea1.izetheenginebedmainmovementtransmissionSysteinJnc1.udinge1.ectricmotor,transmissionsystemandspind1.eunit.Somebasicconceptsand(hegenera1.know1.edgeofthevertica1.machiningcenterwereintroduced
4、inthispaper.Briefdescriptiontheprincip1.eandtypesofthemaindrivesystem,ana1.ysismechanismofthetransmissionproject.Thespind1.edrivesystemofvertica1.machiningcenter,inc1.udingspind1.edrivenoor,transmissionandspind1.esubassemb1.y.Thedesignprocessofvertica1.machiningcentermaindrivesystemwereintroducedind
5、etai1.inthispaper.Thevertica1.machiningcenterusedarctoothtimingbe1.tdrive,theSPeCieStransmissionfeaturesisthatitenab1.esthestructureofmaindrivesystemisre1.ative1.ysimp1.e,and(oavoidthenoiseandvibration.Tinspapera1.sodetai1.edcompareoftheprogrammeritanddemerit,detai1.edtheprogramoptionsanddetermineso
6、fvertica1.machiningcenterspind1.edrivesystem,thedesignofmaingearshiftsystemandspind1.esubassemb1.y.KeyWords:CNC;Vertica1.machiningcenier;Maindrivesystem;Spind1.esubassemb1.y目录I绪论0错误!未定义书签.错误!未定义书签错误!未定义书签.错误!未定义书签.1.3 立式车削中心的概述22立式车削中心主传动系统方案幽实定4错误!未定义书签.2.2 立式车削中心主传动系统的设计要求42.3 主传动方案确实定43主传动系统的设计计算
7、53.1 主传动系统的设计要求53.2 主轴组件的设计6错误!未定义书签.,去京书售3.3 主轴最其组件的总计与校核9错误!未定义书签.3.3.2主轴主要参数确实定I1.错误!未定义书签.错谩!未定义书签.错误!未定义书筌.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.21错误!未定义书签.错误!未定义书筌.幡误!未定义书签.错误!未定义书签.4根底结构部件的设计34错误!未定义书签.幡误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!
8、未定义书签.错误!未定义书签.4.3工作台的设计40错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.错误!未定义书签.43献44论文谢考结参致1绪论装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是开展高新技术产业和尖端工业(如:信息技术及其产业,生物技术及其产业,航空,航天等国防工业产业)的高能技术和最根本的装备。制造技术和装备是人类生产活动的最根本的生产资料,而数控技术那么是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业兴旺国家还
9、将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取道大措施来开展自己的数控技术及其产业而且在“高精尖”数控关键技术和装驾方面对我国实行封锁和限制政策.本课题是以加工中心为研究目标,从其主传动系统结构及其电气系统控制系统入手,对其系统结构设计、结构组成分析、分级变速分析、传动件的计算分析和主传动电气控制系统的设计的几个方面进行设计研究.为优化传动系统结构和改善传动系统的精度及稳定特性提供必要的理论依据通过本课题的研究,使加工中心结构更加紧凑,性能更加优越,生产加工更加精密。与普通数控机床的工艺装备相比拟,加工中心工艺装备的制造精度更高、灵活性好、适用性更强,一般采用电动、气动、液压以及计算机控制,
10、其自动化程度更高。合理使用加工中心的工艺装备,能提高零件的加工精度0各种类型加工中心所配置的数控系统虽然各有不同,但各种数控系统的功能,除一些特殊功能不尽相同外,其主要功能根本相同。总之,大力开展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各兴旺国家加速经济开展.提高综合国力和国家地位的重要途径。数控机床是数字控制机床(Computernumerica1.contro1.machinetoo1.s)的简称,是-种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能筋逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,用代码化的数字表示,通过信息载体输入数控装理“经运算处理由数控装置发出各种控制信号,
11、控制机床的动作,按图纸要求的形状和尺J,自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了发杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题,是种柔性的、高效能的自动化机床,代表了现代机床控制技术的开展方向,是种典型的机电一体化产品。以下图1-1所示为数控组成图:图I-I数控机床的根本组成1952年,美国PARSON公司与麻省理工学院(MIT)合作,研制出世界上第一台数控机床.从此机床行业,乃至整个制造业和相关产业进入了一个新的开展阶段。在机床行业,由于采用了数控技术,许多过去在普通机床上无法完成的工艺内容得以完成,大量普通机床为数控机床所代替,这就极大地促进了机床行业的技术进步和行业开展.对丁整个制造业,由于
12、大量引用数控机床,使得产品质量大幅度提高,新产品开发周期明显缩短,满足了广阔消费者求新和追求个性化的要求,从而形成了制造业与市场相互促进的开展趋势。段时期内机床行业在技术开展上曾被视为“夕阳工业”,如今再度受到全世界的高度武视。在这一历史转变中,数控机床的产生与开展功不可没。此外,数控机床的开展,还带动了众多相关产业和技术的开展.综上所述,数控机床在促进技术进步和经济开展,提高人类生存质量和创造新的就业时机等方面,起着非常重要的作用。(I)加工中心的根本概念在数控车床的根底上,如果再配以刀具库和自动换刀系统,就构成加工中心。加工中心的特点是它的刀具库能存放几十把甚至更多的刀具,由程序控制换刀机
13、构自动调用与更换,这样就可以在没有人工干预的情况下,一次完成很多工艺内容。加工中心是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行许多工序加工的数控机床。在加工中心上,工件经一次装夹后,数控系统能控制机床按不同工序自动选择和更换刀具,自动改变机床主轴转速、进给母、刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能,依次完成工件个或几个面上多工序的加工。加工中心能集中完成多种工序,因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间,减少工件周转、搬运和存放时间,使机床的切削利用率(切削时间和开放时间之比)可达80%以上,高于普通机床34倍。尤其是在加工形状比拟史杂,精度要求较高、品种更换频掇的零件时,加工中心更表达出良好的加工
14、效果。所以说,加工中心不仅提高了工件的加工精度,而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。加工中心最先是在镣铳类机床上开展起来的,可称为镣铳加工中心,习惯上简称为加工中心。(2)加工中心的分类按照加工中心的形态不同进行分类,可分为立式、卧式和五册标加工中心。I)立式加工中心立式加工中心的主轴轴心线为垂直状态配置,结构形式多为固定立柱式,工作台为长方形,适合加工小型板类、盘类、亮体类零件。立式加工中心结构简单,占地面积小,价格底,配符各种附件后,可进行大局部工件的加工。2)卧式加工中心卧式加工中心的主轴轴心线为水平状态配置,通常都带有可进行分度回转运动的工作台,适合加工箱体类零件。它与
15、立式加工中心相比,结构复杂、占地面积大、质量大、价格亦高。3)五坐标加工中心五坐标加工中心兼具立式和卧式加工中心的功能,工件一次3装夹后能完成除安装面外的所仃测面和顶面等五个面的加工,因此也叫五面加工中心。常见的五坐标加工中心有两种结构形式,一种是主轴可以90旋转,另一种是工作台可以900旋转。1.3立式车削中心的概述立式车削中心是以数控立式车床为主机,配以自动换刀系统,可实现车、铳、镣多工序集中加工的机床。具有自动对刀,刀具磨损自动补偿、工件尺寸自动检测等功能.单柱立式车削中心为单柱固定型(包括单柱横梁固定式和单柱横梁升降式两种),通常带有一个垂直刀架,一个12把刀的盘式刀库的自动换刀装置,
16、还可根据用户需要扩大附件范用,单柱立式车削中心见图1-2,它的最大车削直径(mm)X最大车削高度(mm)为;I25OIO,I6OOI6,2000X1600,2500X200,3150X2000,图1-2单柱立式车削中心I-刀架滑枕2-立柱3-滑座4-横梁5-水平进绐箱6-刀库7-底座双柱立式车削中心是在双柱数控立式车床根底上,增设一套自动换刀装置,在横梁的端设置个刀库,自动换刀时,刀架返回刀库换刀位置,滑枕下移至刀库取刀点,利用机械手将其用过的刀具送回刀阵,同时从刀库中取出下一工序所需刀具。进入到卜一个加工循环。图1-3所示为双柱立式车削中心,它的最大车削直径(mm)X最大车削高大(mm):3
17、15O2(XM)(2500),4000X2000(3150),5O3I5O(40),6300X4000(50).80400015000)。图1-3双柱立式车削中心I-刀架2-连接梁3-滑座4-右立柱5-右滑板6-走台7-刀库8-工作台9-床身10横梁U-左滑板12-左立柱双柱立式下削中心的刀架和滑枕移动导轨采用滚动与滑动组介导轨,导向移动用滚动导轨,保持位移精度稳定可靠,承受主切削力方向用滑动导轨,保持在断续切削时的平稳性,刀架运动X、Z为联动的数控坐标轴,刀架1X轴)和滑枕(Z轴)移动用直流伺服电动机通过对减速齿轮经滚珠丝杠副传动。进给系统有每分钟进给量和工作台每转进给量两种,可自动转换。双
18、柱立式车削中心的横梁升降使用交流电动机通过中间传动箱带动两立柱上的两个齿轮箱,驱动一对丝杠旋转使横梁升降,立柱横梁导轨采用合金钢淬火精密制成。刀架在横梁上移动时,以辅助梁(图中未表示)来承受刀架!&力,使横梁导向导轨不因刀架重力产生变形,提高刀架在横梁上的位移精度。为保证横梁在立柱上移动后的垂直定位精度,当横梁未夹紧之前,横梁的一侧液压缸总是槌着横梁贴在右立柱同侧导轨的导机面上。2立式车削中心主传动系统方案确实定立式车削中心主传动系统是由主轴电动机、主轴传动系统以及主轴组件组成。它是立式车削中心的主要组成局部.和常规机床主轴系统相比,立式车削中心主轴系统具有更高的转速、更高的回转精度以及更高的
19、结构刚性和抗振性。2.2立式车削中心主传动系统的设计要求主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统,为了方便采用不同材料的刀具,加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工作,他应具有定的转速和变速范围,并且能够方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等,在立式车削中心的主传动系统中,目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无极调速系统,这样大大简化了机械机构,便于实现自动变速、连续变速以及负我下变速。也经常应用齿轮有级调速和电动机无极调速相结合的调速方式来扩大调速位围,适应低速大扭矩的要求。主传动系统是加工中心核心部件,它包括主轴箱及相应的驱动系统,对加工精度起着决定性的作用。加工中心首先要通过对平安、
20、经济、可靠性等方面的综介性考虑进行主传动系统的方案设计。在设计过程中应该使乍削中心的主传动系统满足以下要求:(1)有较大的调速范围并实现无级调速:(2)功率满足各转速段;(3)传动平稔,操作灵活,结构简单紧凑,工艺性好,满足经济性要求。2.3主传动方案确实定数控机床需要自动换刀、自动变速;且在切削不同直径的阶梯轴,曲线螺旋面和端面时,需要切削直径的变化主轴必须通过自动变速,以维持切削速度根本恒定。这些自动变速乂是无级变速,以利于在定的调速范国内选择理想的切削速度,这样有利于提高加工精度,又有利于提商切削效率。无级调速有机械、液压和电气等多种形式,数控机床一般采用由直流或交流调速电动机作为驱动源
21、的电气无级变速,由于数控机床的主运动的调速范围较大(KX)-2(X)R),单靠调速电机无法满足这么大的调速范围,另一方面调速电机的功率扭矩特性也难于直接与机床的功率和转矩要求相匹配。因此,数控机床主传动变速系统常常在无级变速电机之后串联机械有级变速传动,以满足机床要求的调速范围和转矩特性。为简化主轴箱结构,本方案仅采用二级机械变速机构,运动方案如图2.1:有级变速的自动变换方法一般有液压和电蹂离合器两种.图2-1运动方案液压变速机构是通过液压缸、活塞杆带动拨叉推动滑移齿轮移动来实现变速,双联滑移齿轮用一个液压缸,而三联滑移齿轮那么必须使用两个液压缸(差动油缸)实现三位移动。液压拨叉变速是-种有
22、效的方法,工作平稳,易实现自动化。但变速时必须主轴停车后才能进行,另外,它增加了数控机床的更杂性,而且必须招数控装置送来的电信号转换成电磁阀的机械动作,然后再招压力油分配到相应的液压缸,因而增加了变速的中间环节,带来了更多的不可能因素。3主传动系统的设计计算3.1 主传动系统的设计要求数控机床的主传动系统除应满足普通车床主传动要求外,还提出如下要求:(1)具有更大的调速范用并实现无级调速数控机床为了保证加工时能选用合理的切削用收,充分发挥刀具的切围性能.从而获得最高的生产率、加工精度和外表质量,必须具有更高的转速和更大的调速范围.对于自动换刀的数控机床,工序集中,工件一次装夹,可完成许多工序,
23、所以,为了适应各种工序和各种加工材质的要求,主运动的调速范国还应进步扩大。(2)具有较高的精度和刚度,传动平松噪声低数控机床加工精度的提高,与主传动系统的刚度密切相关。为此,应提高传动件的制造精度与刚度,齿轮齿面进行高频感应加热淬火,增加耐磨性:最后一级采用斜齿轮传动,使传动平稳;采用高精度轴承和合理的支承跨距等,以提高主轴组件的刚性。(3)良好的抗振性和热稳定性数控机床上一般既要进行粗加工,又要进行精加工:加工时可能由于断续切削、加工余量均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰,使主轴产生振动,影响加工精度和外表粗糙度,严盘时甚至破坏刀具或零件,使加工无法
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