XK714數(shù)控銑床總體設(shè)計(jì)及主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 立柱設(shè)計(jì) 床身設(shè)計(jì)【三維SW建?!?/h1>
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XK714數(shù)控銑床總體設(shè)計(jì)及立柱的設(shè)計(jì)
專業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào): 姓名: 指導(dǎo)老師: 職稱:
摘要
本文是以XK714型立式數(shù)控銑床立柱的設(shè)計(jì)為研究對(duì)象,主要進(jìn)行立柱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)給定的參數(shù)的要求,對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和各部件:導(dǎo)軌、絲杠、支撐軸承、驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行具體計(jì)算、并選型,再逐一對(duì)選定的部件進(jìn)行強(qiáng)度、壽命校核確定各設(shè)計(jì)部件的可靠性和可行性。導(dǎo)軌采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌,摩擦系數(shù)小,反應(yīng)速度快,動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。進(jìn)給傳動(dòng)采用雙螺母滾珠絲杠,確保高定位精度;同時(shí)滾珠絲杠采用預(yù)拉伸裝置,補(bǔ)償熱膨脹。最后通過(guò)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的誤差計(jì)算與分析從理論上確定所設(shè)計(jì)的各部件符合設(shè)計(jì)要求。利用solidworks繪制出立柱部分總裝配圖和關(guān)鍵零件圖。
關(guān)鍵詞:立式數(shù)控銑床; 導(dǎo)軌; 絲杠; 校核
一.緒論
(一).概述
1.我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)一些專家在對(duì)我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了分析,得出了如下的結(jié)論:
一是我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化低,與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)相比仍有很大差距。
二是高速、柔性、精密機(jī)床配套技術(shù)的自主研發(fā)能力低。數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造的配套環(huán)節(jié)、集成技術(shù)和制造工藝等方面比較落后。
三是適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需求的以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系尚未形成,無(wú)法有效整合相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和資源優(yōu)勢(shì),形成合力開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān),共同打造技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)。
四是缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境,造成數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新能力不足。
五是對(duì)國(guó)外技術(shù)重引進(jìn)、輕消化吸收的問(wèn)題仍很突出。
2.我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)
目前,世界先進(jìn)制造技術(shù)不斷興起,超高速切削、精密加工等技術(shù)的應(yīng)用,柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟,對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床正在朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展。
(1) 高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo),它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
(2) 多功能化配有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的各類數(shù)控銑床,能在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)實(shí)現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴(kuò)孔、攻螺紋等多種工序加工,現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床還采用多主軸,多面體切削,即同時(shí)對(duì)一個(gè)零件的不同部位進(jìn)行不同方式的切削加工。
(3) 智能化現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床將引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù),根據(jù)切削條件的變化,自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù),使加工過(guò)程中能保持最佳工作狀態(tài),從而得到較高的加工境地和較小的表面粗糙度,同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。
二. 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(一)數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)組成
1.數(shù)控銑床組成
數(shù)控銑床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由:(1)主傳動(dòng)系統(tǒng);(2)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng);(3)支撐件;(4)輔助裝。本次設(shè)計(jì)的銑床采用工作臺(tái)移動(dòng),主軸升降轉(zhuǎn)動(dòng)的布局形式。
2.XK714主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定
為了適應(yīng)不同的加工要求,目前主傳動(dòng)系統(tǒng)分為三種變速方式:(1)、二級(jí)以上齒輪變速系統(tǒng);(2)、一級(jí)帶傳動(dòng)方式;(3)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式。
由于二級(jí)以上齒輪變速系統(tǒng)變速裝置多采用齒輪變速結(jié)構(gòu)。通常使用滑移齒輪實(shí)現(xiàn)二級(jí)變速的主傳動(dòng)系統(tǒng)?;讫X輪的移位大都采用液壓驅(qū)動(dòng)。因?yàn)閿?shù)控銑床使用可調(diào)無(wú)機(jī)變速交流、直流電動(dòng)機(jī),所以經(jīng)齒輪變速后,實(shí)現(xiàn)分段無(wú)級(jí)變速,調(diào)速范圍增加。其優(yōu)點(diǎn)是能夠滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出,且具有大范圍調(diào)速的能力。故本次設(shè)計(jì)采用二級(jí)以上齒輪變速系統(tǒng)。
三.?dāng)?shù)控銑床立柱部分總體方案設(shè)計(jì)思路
(一)計(jì)算切削功率
1.切削功率的計(jì)算
銑削時(shí)切削公式: FZ=μPV×103
FZ--主切削力;
μ—機(jī)械效率,取μ=0.8;
v---主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速;
2.電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和初選
用一下公式初選電動(dòng)機(jī)的功率pL=Pcηc=3.1kw;
其中ηc為銑床傳動(dòng)總的機(jī)械效率,ηc=0.90
則主軸電動(dòng)機(jī)選用3.1KW,額定轉(zhuǎn)速為:2500r/min;最高轉(zhuǎn)速為:6000r/min。
(一) .滾珠絲杠覺(jué)得設(shè)計(jì)計(jì)算
1.計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力
最大軸向負(fù)載力:Famax=Fμ+FV=282.65N
最小軸向負(fù)載力:Famin=Fμ0=15.45N
2.滾珠絲杠的動(dòng)負(fù)荷計(jì)算與直徑估算
確定滾珠絲杠的導(dǎo)程L0 L0=Vmaxinmm
3.計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速
絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速:nm=q1100n1+q2100n2+…qn100nn=560r/min
4.確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷
按預(yù)定工作時(shí)間估算:Cm=360nmLhFmfw100ffca=4529.6N
5.數(shù)控銑床滾珠絲杠的計(jì)算
切削方式
軸向載荷/N
進(jìn)給速度/(m/min)
時(shí)間比例/(%)
備注
強(qiáng)力切除
282.65
v1=0.6
10
F1=Famax
粗加工
71.98
v2=0.8
30
F2=Famin+20%Famax
精加工
29.58
v3=1
50
F3=Famin+5%Famax
快移和鉆鏜定位
15.45
v4=8
10
F4=Famin
四.總結(jié)
本次課程設(shè)計(jì)主要是立式數(shù)控銑床總體方案設(shè)計(jì)及立柱部分的設(shè)計(jì)。立柱是承載主軸箱實(shí)現(xiàn)機(jī)床Z向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的重要部件。在其上擬設(shè)計(jì)Z向的導(dǎo)軌,在兩導(dǎo)軌間擬設(shè)計(jì)安裝Z方向的滾珠絲杠裝置。因此,立柱的設(shè)計(jì)同樣要解決好提高剛性的問(wèn)題。
總體方案設(shè)計(jì)的思路主要是對(duì)立柱上Z向進(jìn)給傳動(dòng)的重要部件:滾珠絲杠螺母副的類型、絲杠支撐方式、以及軸承、聯(lián)軸器、電機(jī)、導(dǎo)軌的選擇,以及銑床Z向傳動(dòng)主要精度的提高措施。
1、 選用內(nèi)循環(huán)雙螺母滾珠絲杠螺母副作為Z軸向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2、 為了使設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床達(dá)到預(yù)定的精度、剛度的要求,滾珠絲杠采用兩端固定式(F-F)的支撐方式。
3、 為了保證其高速、高精度可靠性,及經(jīng)濟(jì)因素。選用600接觸角推力角接觸球軸承。兩端選用DF型安裝。
4、 選用利用夾緊螺絲固定的單節(jié)夾緊螺絲固定式聯(lián)軸器,使電機(jī)與滾珠絲杠直接,實(shí)現(xiàn)無(wú)鍵傳動(dòng),無(wú)反向間隙,還可以調(diào)節(jié)安裝時(shí)間軸度。
5、 交流伺服電動(dòng)機(jī)具有響應(yīng)迅速、精度和效率高、負(fù)載能力大、控制性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn),被廣泛使用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中,故本設(shè)計(jì)選用交流伺服電機(jī)。
6、 在立柱兩側(cè)設(shè)置有支撐主軸箱的導(dǎo)軌,導(dǎo)軌采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌,導(dǎo)軌滑塊為四個(gè),導(dǎo)軌采用楔塊進(jìn)行固定安裝。
7、 在Z向?qū)к墸O(shè)計(jì)了伸縮式不銹鋼防護(hù)罩,以防Z向?qū)к壓蜐L珠絲杠;
8、 提高立柱的剛度是設(shè)計(jì)立柱部分的關(guān)鍵。立柱采用長(zhǎng)方體開(kāi)式結(jié)構(gòu),在其內(nèi)腔合理布筋,以加強(qiáng)立柱部件的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。
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