買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 1 - 目 錄 前 言 1 第一章 技術參數分析及方案的確定 術參數分析 2 步方案制定 2 床總體方案的制定 2 于主軸部件的確定 3 軸轉塔頭的結構設計 3 第二章 設計計算 動機的選擇 5 算總傳動比 5 算各傳動裝置的運動和動力參數 5 傳動的設計 6 齒輪傳動的設計 7 柱齒輪設計 10 軸部分的設計計算 12 的設計 14 承的計算 19 強度的校核 22 第三章 操作 /使用說明 本要求 24 作注意事項 25 第四章 性能分析及設計總結 26 第五章 小結 27 參考文獻 28 致謝 29 附錄 30 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 2 - F he is is of in of of at at in a of a of if we to on of We of of is to to of to of in in of to It Im of of I of of of of is to in to of in of er of to be it to of of in so to on of on of it is us to on 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 3 - of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 4 - 摘 要 數控機床是一種高科技的機電一體化產品，是現代制造技術中不可缺少的生產手段。隨著科技的不斷發展，數控機床在國內也進入了實用化階段，但在目前我國許多國營大廠都有一批老機床，若在老機床的基礎上對其進行改造，配以數控技術，這樣不僅可降低成本，而且可提高老機床的使用壽命。因此，我們畢業設計的題目就是將普通銑床改為集鏜、銑、鉆為一體的八軸轉塔式簡易加工中心，實現不用人工換刀的情況下，短時間內進行鏜、銑、鉆的轉換，這樣不僅可以提高生產效率和加工精度，并且還可以降低成本。我主要負責機床的整體布局和八軸轉塔自動換刀裝置的設計。在機床的整體布局方面，我從人機工程學和產品造型兩方面對機床進行設計。八軸轉塔自動裝置的工作原理是在八個軸上事先根據工序的安排將加工中所需要的刀具裝夾好，當將油注入中心油缸后，產生壓力帶動整個轉塔頭使八軸轉塔旋轉，使其實現自動換刀的功能。這套簡易的數控加工中心也應用了近年來才發展起來的變頻技術，從而提高了其中的科技含量。由于現在國內的國營大廠都面臨老機床淘汰的情況，因此在老機床的基礎上進行數控改造是很有市場前景的，從而進行這次畢業設計也是比較實用的。 關鍵詞 ：數控技術，八軸轉塔頭，變頻技術，自動 換刀 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 5 - 前 言 在這次畢業設計中接到的課題是對數控機床的部分進行設計，我設計的是八軸轉塔自動換刀裝置。接到課題后，進行了充分的調研工作，查閱了大量的相關資料。數控機床是一種高科技的機電一體化產品，集微電子技術、計算機技術、自動控制技術及伺服驅動技術、精密機械技術于一身的高度機電一體化產品，是現代機床技術水平的重要標志，是當前世界機床技術進步的主流。 數控機床隨著微電子技術、計算機技術、自動控制技術的發展而得到飛躍的發展。目前幾乎所有的傳統機床都有數控機床的品種，數控機床逐漸成為機械工業技術改造的首選 設備。但我們了解到我國的國營大廠仍有一批老機床，隨著數控機床的發展這批老機床一定會被淘汰，但若對其進行改造，將這批老機床改造成數控機床，這樣不但能延長這批老機床的壽命、降低了成本，而且還能滿足機床自動化的要求。因此，我們準備對普通升降式銑床進行改造。通過查閱有關書籍及大量的資料，我們將升降式銑床改為八軸轉塔式簡易加工中心，實現不人工換刀的情況下短時間內進行銑、鏜、鉆的轉換。 通過這次畢業設計，我不但對數控機床的結構有了系統的了解，并且還掌握了一種工業系統設計的思維方式，對今后的工作及實踐都有幫助。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 6 - 第一章 技術參數分析及方案的制定 術參數分析 由于主軸部件直接參與切削，因而數控機床的加工質量很大程度上要靠它保證。因此，主軸部件主要參數有以下幾項： 主軸部件旋轉精度。表現在工作時主軸回轉中心位置的不斷變化，即“主軸軸心漂移現象”，應通過采用回轉精度好的軸承和提高與軸承配合表面的精度等方法來提高。 靜剛度。靜剛度不足會造成加工的尺寸誤差和形狀誤差，并且會影響主軸部件的工作性能和壽命。因此，應通過適當加粗主軸直徑、選擇最佳跨距等方法來提高靜剛度。 抗振性。由于傳動齒輪中存 在缺陷或切削過程的再生自振等所引起的沖擊或交變力的干擾，從而使主軸產生振動，這不但會影響加工精度和表面質量，甚至會使加工無法進行。因此，應提高主軸的剛度。選用阻尼比大的主軸軸承，并且要求主軸部件的運動件要有足夠的精度并進行動平衡。 熱穩定性。主軸部件工作時，由于與主軸相聯系的傳動件或刀具傳來的切削熱等原因，主軸部件的溫度將上升，造成主軸部件的變形，影響主軸部件的工作性能。因此，應通過減少部件中的發熱量，減少外部熱量傳入及創造良好的散熱條件來提高熱穩定性。 步方案制定 床總體 方案的制定 機床主機是數控機床的主體，它包括床身、底座、立柱、工作臺、主軸箱、進給機構、刀架及自動換刀裝置等機械部件。它是在數控機床上自動完成各種切削加工的機械部分。通常用提高結構系統的靜剛度、增加阻尼、調整結構件質量和固有頻率等方法來提高機床主機的剛度和抗振性，使機床主機能適應數控機床連續自動地進行切削加工的需要。采取改善機床結構布局、減少發熱、控制溫升及采用熱位移補償等措施，可減少熱變形對機床主機的影響；采用高性能的主軸伺服驅動和進給伺服驅動裝置，使數控機床的傳動鏈縮短，可簡化機床機械傳動系統的結構；采用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和傳動元件，如：滾動絲杠螺母副、滑動導軌等傳動元件。輔助裝置作為數控機床的配套部件，是保證充分發揮數控機床功能所必需的配套裝置。輔助裝置包括：液壓裝置，冷卻、潤滑裝置，防護、照明買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 7 - 等。液壓裝置是應用液壓系統，使機床完成自動換刀所需的動作，實現運動部件的制動，完成工作臺的自動夾緊、松開，工件、刀具定位表面的自動吹屑等輔助功能。排屑裝置的作用是將切屑從加工區域排出。迅速有效地排除切屑是保證數控機床高效率地自動進行切削加工的一種必備裝置。 于主軸部件的確定 在主 軸電機的選擇上，為了能量轉換的高效率與信息轉換的高精度，快響應和高度的穩定性，對伺服電機的基本要求是： 功率大， 功率比大， 良好的調速性能， 優良的控制特性， 便于維護， 散熱性好，其次價格方面也應考慮。通過查閱資料，我了解到目前大多數數控機床的主傳動系統都是使用直流或交流伺服電機通過變速齒輪帶動主軸轉動的方案。因為在直流伺服電機與交流伺服電機之間，交流伺服電機有構造簡單，可達到的輸出功率最大，可達到的最大轉速最高，不許要維護，防爆特性好等特點，所以我選擇了交流電機。為了避免振動和噪聲，我采用 了電機通過皮帶帶動主軸轉動的傳動方案。 對于主軸轉速的確定。由于采用了變頻器進行變頻調速，并且因為變頻器在頻率為 50，主軸轉速為 750r/變頻器的變頻范圍為 50 200主軸的轉速范圍為 150 3000r/ 對主軸軸承配置的主要形式的選擇。軸承配置的主要形式有三種： 前軸承采用高精度雙列向心推力球軸承，這種方案有良好的高速性，但承載能力小； 雙列和單列圓錐滾子軸承的組合，這種方案能承受重載荷，安裝調整性好，但限制主軸轉速和精度； 前軸承采用雙列短圓柱滾子軸承及角接觸球軸承 組合，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，此配置可提高主軸的綜合剛度，可滿足強力切削的要求。所以我選擇了第三種方案。 對定位裝置的確定，由于機床要求精度較高，故我選擇用鼠齒盤定位。鼠齒盤是數控機床常用的定位裝置，相對于其他定位裝置，它有定位精度高、定心精度好、定位剛度好、使用于需要多種分度的場合并且磨損小。 軸轉塔式自動換刀裝置結構的設計 八軸轉塔頭上徑向分布著八根結構完全相同的主軸 1，主軸的回轉運動由齒輪21 輸入。當數控裝置發出換刀指令時，先通過液牙撥叉（圖中未示出）將移動齒輪6 與齒輪 21 脫 離嚙合，同時在中心油缸 18 的上腔通壓力油。由于活塞桿和活塞 16固定在底座上，因此中心油缸 18 帶著由兩個止推軸承 13 和 15 支承的轉塔刀架體14 抬起，兩個鼠齒盤 7 脫離嚙合。然后壓力油進入轉位油缸，推動活塞齒條，再經買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 8 - 過中間齒輪（圖中均未示出）使大齒輪 5 與轉塔刀架體 14 一起回轉 45，將下一工序的主軸轉到工作位置。轉位結束之后，壓力油進入中心油缸 18 的下腔使轉塔頭下降，兩個鼠齒盤 7 重新嚙合，實現精確的定位。在壓力油的作用下，轉塔頭被壓緊，轉位油缸退回原位。最后通過液壓撥叉撥動移動齒輪 6，使它與新換上的主軸齒輪21 嚙 合（標號見圖 02）。 為了改善主軸結構的裝配工藝性，整個主軸部件裝在套筒 4 內，只要卸去螺釘，就可以將整個部件抽出。主軸前軸承 24 采用錐孔雙列圓柱滾子軸承，調整時先卸下端蓋 2，然后擰動螺母 3，使內環作軸向移動，以便消除軸承的徑向間隙。為了便于卸出主軸錐孔內的刀具，每根主軸都有操縱桿 19，只要按壓操縱桿，就能通過斜面推動頂桿 22，頂出刀具。 轉塔主軸頭的轉位，定位和壓緊方式與鼠齒盤式分度工作臺極為相似。但因為在轉塔上分布著許多回轉主軸部件，使結構更為復雜。由于空間位置的限制，主軸部件的結構不可能設計得十分堅實， 因而影響了主軸系統的剛度。為了保證主軸的剛度，主軸的數目必須加以限制，否則將會使結構尺寸大為增加。 轉塔主軸頭換刀方式的主要優點在于省去了自動松夾、卸刀、裝刀、加緊以及刀具搬運等一系列復雜的操作，從而提高了換刀的可靠性，減少了刀具的裝卸造成的定位誤差，并顯著的縮短了換刀時間。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 9 - 第二章 設計計算 動機的選擇 1. 確定電動機類型。參閱同類機床，選擇 異步電動機，其額定功率為： 載轉速為： 720 r/ 2. 確定主軸轉速。 由于主軸轉速范圍為： 150 3000 轉 /分。 主軸轉速為： 150 轉 /分。 算總傳動比 1. 傳動裝置總傳動比。 i=720/150=. 由機械設計課程指導表 2 1 可得 帶傳動的傳動比為： 圓柱齒輪的傳動比為： 齒輪的傳動比為： 算各傳動裝置的運動和動力參數 1 各軸轉速。 n =720 r/n =n /20/2=360 r/n =n /60 r/n =n /60/50 r/. 各軸輸出功率。 由 機械設計課程指導表 2 4 可查得 電動機至主軸各傳動機構和軸承的效率為：帶傳動： 1=動軸承： 2=齒輪： 3=柱齒輪： 4= 由于電機輸出功率為： 7.5 P = 7.5 = P * 1* 2 =P = P * 2* 3 =k P = P * 2* 4 =文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 10 - 3. 各軸轉矩： T =9550*P /n =9550*20=m T =9550*P /n =9550*60=m T =9550*P /n =9550*60=m T =9550*P /n =9550*50=389 Nm 傳動的設計 1. 確定計算功率 由機械設計表 查得 計算功率 A*. 選取 V 帶帶型。 根據 n ,由機械設計圖 ,應選用型。 3. 確定帶輪基準直徑。 由機械設計表 和表 ，取主動輪基準直徑： 00 根據式： D2=*100=200 表 取 24 驗算帶速：由式 v= *D1*n /60/1000= 故主動輪上的包角合適。 6. 計算 V 帶的根數 z。 由式 z= 查機械設計表 c 和 d 得 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 11 - 表 和 得 z= z=6 7. 計算預緊力 式 00* v/z+查表 （機械設計）得 q=kg/m 則 8. 計算作用在軸上的壓軸力 Q 由式 Q=2*z*F0* 1/2) 得 Q= 齒輪傳動的設計 1初步設計。 由式 1951*（ * 1/3 行估算。 由機械設計手冊表 234 22 和圖 232 18d 可查得 K= 300 N/ u=n1/60/360=1, 1300/182 N/ 1951（ 182） 1/3=85.1 幾何計算。 根據機械設計手冊表 234 4 計算如下： 齒數：取 9,則 z2=u*9 分錐角： 1=5 2=90 =45 大端模數： me=9=取 .5 端分度圓直徑： z1*9*5.5 z2*9*5.5 均分度圓直徑： R= )=mm 均模數： Mm=)=錐距： Re=* =寬： b= R*取齒寬為 20端齒頂高： 1+.5 .5 端齒根高： 1+c*文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 12 - 1+c*頂角： 根角： e= 頂錐角： 1+ 5 += 根錐角： 1- 5 = 大端齒頂圓直徑： *=mm 裝距：根據結構確定 002=100頂距： =k2=端分度圓齒厚： s1= /2+2*x1* * 端分度圓弦齒厚： 6/=mm 端分度圓弦齒高： =量齒數： z1/=27 7 端面重合度 : +/2 式中： (2= 且標準齒中 , 1,c*= =20 則 接觸強度校核。 由式 H=（ A*u+1)/u） 1/2*zE*zH* 分度圓的切向力為： 由機械設計手冊表 234 21、表 234 24、式 234 3、 234 4、表 234 25、圖234 21、表 232 29 和式 234 10 可得： 使用系數 載荷系數 荷分布系數 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 13 - 載荷分配系數 1 節點區域系數 性系數 重合度、螺旋角系數 =齒輪系數 H= 而 x*機械設計手冊圖 232 18d 和圖 232 21 可得 試驗齒輪接觸疲勞極限 300 N/壽命系數 潤滑油膜影響系數 小安全系數 尺寸系數 工作硬化系數 ,由表 10 3 查得 由機械設計表 10 2、 10 4 及圖 10 13 查得： 使用系數 載荷系數 K=V* 按實際的載荷系數校正所算的得分度圓直徑。 由機械設計式 10 10a 得： d1= K/5.6 計算模數 m. m=d1/按齒根彎曲強度 設計。 由式 m 2K* d/( F) 1/3 進行計算。 確定公式內的各計算數值。 由機械設計圖 10 20d 、 10 18，查得 大小齒輪的彎曲疲勞強度極限 80 曲疲勞壽命系數 計算彎曲疲勞許用應力。 取彎曲疲勞安全系數 s= s= 計算載荷系數 K. K=V* 由表 10 5（機械設計）查得： 齒形系數 力校正系數 計算大小齒輪的 F,并加以比較 小齒輪的數值大。 設計計算。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 16 - 由以上條件可得： m3. 63 比計算結果，由齒面接觸疲勞強 度計算的模數大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數。由于齒輪模數的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（及模數與齒數的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數 整為標準值 m=4 接觸強度算得的分度圓直徑為 95.6 z 1=d1/m= 4 z2=u*8 4幾何尺寸計算。 計算分度圓直徑。 d1=m*6 d2=m*32 計算中心距。 a=(d1+2=164 計算齒輪寬度。 b= d*9.2 取 5 0 驗算。 T1/ t/b=224 N/00 N/ 合格。 軸部分的設計計算 1. 確定主軸材料。 參閱有關資料，選取主軸材料為 402. 主軸直徑的選擇。 由金屬切削機床設計表 5 12 查得： 主軸前軸徑 0 100, 取 00 軸徑 1=80 主軸內孔直徑、懸伸量、合理跨距及主軸長度。 當 d/D=心軸的剛度為實心主軸剛度的 90%，也就是對剛度影響不大，平均直徑 D=90 主軸內孔直徑 d=D/2=45 設計方案選：前軸承為 3182120 型，后軸承選為 318211 型 按類比法參考金屬切削機床設計表 5 14： 取 a/ 定懸伸量為 a=100 金屬切削機床設計圖 5 57，查出前、后軸承的剛度為： 1000000 N/ 500000 N/ c1/文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 17 - 且慣性距： I=/64*(9 *9 =302 =EI/c1/a=金屬切削機床設計圖 5 44 查得 : L0/a= 50 主軸長為 350 . 主軸靜剛度的計算。 1） 切削力的作用點： s = a+w (對銑床 w=B) 而對端銑刀： B=60 s=160 軸組件計算簡圖 l=250 s=160 b=150 c=100 A B C Q 已知切削力： （縱向） （橫向） 垂直） ) 計算切削力 P 作用在 s 點引起主軸前端點的撓度 *(90 06 P=(1/2 =P*3l+s)*(l+c)/ sc/= 3) 計算力偶矩 M 作用在主軸前端 c 點產生的撓度 *c2/l+c)/ c/其中 M= =0=176202N* ) 計算驅動力 Q 作用在兩支承之間時，主軸前端 c 點的撓度 -b*c*(2(6l+c)*(=) 求主軸前端 c 點的綜合撓度 p= = Q = = 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 18 - 由于順銑 M =0 p+=z 軸上的分量代數和為： p+ 綜合撓度 ： 1/2= *c= zs/c= 1/2= 且 J=000 JJ=120 n/m 故 合格。 的設計 1. 軸的材料：第一軸選用 45 鋼，并進行調質或正火處理，第二軸選用 40 2. 估算軸的直徑。 由機械設計表 16 2 取 12， 10 第一軸 ： 12*(60) 1/3=二軸： 10*(60) 1/3=. 軸的強度校核。 第一軸。 軸的結構圖、空間受力圖、彎矩圖及扭矩圖。 A Q C D B a) A C B b) A C D B (c) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 19 - A C D d) C (e) D B A C D B f) 計算小錐齒輪受力。 T / F=Ft* * * 又已知帶輪的直徑為 200 錐齒輪平均直徑為 輪壓軸力為 。 計算支成反力。 第一軸的空間受力圖如圖 (a)所示，則該軸在 面內的受力如下圖所示： A C D B Q A 點取矩得： Q*D+ 對 B 點取矩得： *B =0 對 D 點 :左邊： D Q*邊： D+Fa*D=矩圖如圖 b。 該軸在 面圖如下圖所示： A C D B 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 20 - A 取矩得： D B=0 對 B 取矩得： B B 彎矩圖如圖 c。 則合成彎矩為： 1/2=D=成彎矩圖如圖 d。 扭矩： t1*=矩圖如圖 e 所示。 由于軸的材料為： 45 鋼， B=600 由 機械設計表 16 3 得： +1b=200 -1b=55 =55/200= 當量 扭矩 T=當量彎矩為： =(T) 1/2=D= =量彎矩圖如圖 f 所示。 a) 校核軸徑。 -1b) 1/3=e e 由機械設計表 13 5 查得： 軸承 1： 承 2： , 由表 13 6 查得 P1=1*2* P2=2*2* 1, 應以軸 承 2 的受力大小驗算。 驗算壽命。 2*8*300*2=9600 h 06/60n(c/ =20786 h 故 合 格。 2. 第二軸的軸承。 初選第二軸的軸承為： 7407受力圖如下圖所示： 2 已知： 230 N 計算兩軸承受到的徑向載荷 1/2= 1/2= 求兩軸承計算軸向力 于 70000軸承，按機械設計表 13 7 可得： 內部軸向力 648 N 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 25 - 1648 N 1 壓緊， 2 放松 求兩軸承當量動載荷 已知： e= e e 由機械設計表 13 5 查得： 軸承 1： 承 2： , 由表 13 6 查得 P1=1*2* P2=2*2* 故 合 格。 3主軸軸承的設計計算。 主軸的軸承由前軸承和后軸承組成，前軸承 選用 3182120 型雙列圓柱滾子軸承，和兩個 8120型推力球軸承 后軸承也選用 3182116 型雙列圓柱滾子軸承。 主軸軸承的校核： 已知： 2*8*300*2=9600 h 對前軸承： 雙列圓柱滾子軸承 當量動載荷 P=中 直齒圓柱齒輪所受徑向力等于 主軸所受的徑向切削力等于 而 P= c=125000 N =10/3 06/60n(c/P) =07 h9600 h 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 26 - 故 合格 推力球軸承 其當量動載荷為 P= P= c=63400 N =3 06/60n(c/P) =3773290.9 h9600h 故 合格 對后軸承： 當量動載荷 P=中 直齒圓柱齒輪所受徑向力等于 主軸所受的徑向切削力等于 而 P= c=94200 N =10/3 L h=106/60n(c/P) =h9600 h 合格 故主軸軸承均符合要求。 強度的校核 鍵的材料均為： 1 軸上的鍵： 帶輪： 由機械設計手冊可查得： b=14 h=8 L=50 d=45 l=50 14=36 K= 由機械設計查得： P=80 已知： 85200 N P=2*T1/k*l*d=P 故 強度合格 錐齒輪： 由機械設計手冊可查得： b=12 h=8 L=45 d=44 l=45 12=33 K= 由機械設計查得： P=80 已知： 85200 N文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 27 - P=2*T1/k*l*d=P 故 強度合格 對 2 軸上的鍵： 圓柱齒輪：由機械設計手冊可查得： b=14 h=9 L=36 d=45 l=36 14=22 K=.5 由機械設計查得： P=80 已知： P=2*T2/k*l*d=P 故 強度合格 錐齒輪： 由機械設計手冊可查得： b=12 h=8 L=36 d=42 l=36 12=24 K= 由機械設計查得： P=80 已知： P=2*T2/k*l*d=P 故 強度合格。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 28 - 第三章 操作 /使用說明 本要求 針對八軸轉塔型的數控機床，選擇合理的加工對象。由于這臺機床為立式加工中心，則其加工的典型零件是箱蓋，法蘭盤和蓋板等板類零件的一個面加工。它盡管沒有臥式機床那么大的適應范圍，但對單面加工， 由于機床價格便宜和工件在機床上安裝穩定等特點，同樣取得很好的效果。為了充分發揮機床經濟效益，建議生產管理部門在給這類機床安排 加工工件是考慮以下一些原則： （ 1） 安排重復性加工的工件。它對每個新投產零件的準備工時與機動切削工時比較，所占比例較高。在反復使用時，生產周期可大大縮減，成本減少，取得更好經濟效益。 （ 2） 加工工件批量應大于經濟批量。在普通機床上加工中小批量工件時，由于種種原因，純切削時間只能占實際工時的 10 20，在使用數控機床時，使這比例可能上升到 70 80，因此與