精品文檔畢業設計方案題 目 CXH500數控車銑復合機床主傳動系統設計 學 院 機械工程學院 專 業 機械工程 二一七 年 月 日- 8 -歡迎下載- 8 -歡迎下載。設計題目 CXF500數控車銑復合機床主傳動系統設計 一、選題背景與意義1. 選題背景及國內外研究現狀車銑復合機床在數控車床的基礎上增加了主軸分度和動力刀架功能，可以實現曲面、端面車削以及工件圓柱面的銑削、鉆孔、攻絲等功能。1982年，奧地利林茨機床公司（WFL）開發出了全世界第一臺車銑數控專用機床WVC500S車銑加工中心。經過近20年的不斷努力，車銑復合機床已經能實現車削、銑削、鏜削、插齒及滾齒等多種加工。進入21世紀以來，數控車銑復合機床發展非常迅速，不僅規格齊全，硬件功能完善，且軟件功能也十分強大，如WFL的M系列和MAZAK的E-H系列等1。目前，先進的五軸車銑復合機床除了可以進行車、銑、鉆、鏜、攻絲等加工外，還可以進行鏜型腔、鉆深孔、滾齒、銑葉片以及進行磨削加工和工件的在線測量，實現各種誤差補償、刀具在線監控和適應控制等。國外的主流車銑復合機床呈現出了配有仿真系統、多軸控制擴大機床加工能力及高速度、高精度、智能化的特點，其應用也由單機向系統化、集成化和網絡化的高層次發展。我國數控車銑復合機床的研制工作起步比較晚，在2001年由沈陽數控機床廠制造出我國第一臺SSCKZ63-5五軸車銑復合機床，該機床引進了德國瑪斯廖拉公司（MAXMULLER）的技術，達到了國際90年代末的水平。現在通過國家相關的政策的支持，我們在車銑復合加工機床成功取得多方面突破，例如：攻克了動力驅動單元，大直徑大通孔的高速強力主軸，刀架，機床熱平衡，精度補償等多項關鍵技術，主傳動兼顧了大扭矩輸出和高速輸出。開發出五軸車銑復合加工中心并完成了系列化，規格化產品的設計和生產。由于我們的整體技術基礎不太堅實，和國外技術相比缺少數十年的經驗積累，加之加工手段和工藝性比較薄弱，整體車銑復合加工技術和歐洲和日本相比還有不小的差距。目前國際上最先進的車銑技術仍掌握在MAZAK,OKUMAMORISEIKE,DMG和WFL等一流的機床生產商手中2。 2. 選題的目的及意義車銑復合加工技術的先進理念就是提高產品質量和縮短產品制造周期，是一種集成了現代先進控制技術、精密測量技術和CAD/CAM應用技術的先進機械加工技術。該技術提供了一種完善的加工解決方法：一次裝夾可實現零件多個表面或復雜形面的加工，大大簡化了工件裝夾和刀具系統的復雜性，減少了夾具和非生產時間。此次設計的目的是根據給定的技術參數對加工中心的主傳動系統的結構進行設計，得出最優的主傳動系統設計方案，使之達到高自動化、高柔性、高精度、高效率的性能。通過本次設計培養綜合運用基礎知識和專業知識，解決工程實際問題的能力，使工程繪圖、數據處理、外文文獻閱讀、程序編制、使用手冊等基本技能及能力得到訓練和提高。二、設計內容1. 設計內容研究數控車銑復合機床主傳動系統主要由伺服電機、齒輪傳動、主軸組件、 C軸及其傳動組成, 可實現主運動傳動和主軸夾持工件的分度。本畢業設計的主要內容為數控車銑復合機床主傳動系統設計, 包括主傳功系統方案設計、裝配圖及零件圖設計，以及進行相關的計算和重要零件的校核。詳細設計內容如表1所示。表1 詳細設計內容設計內容具體設計分析車銑復合主傳動運動設計(1) 分配各級傳動比，擬定結構式或結構網(2) 擬定轉速圖，并畫出轉速圖(3) 確定各傳動構件的形式及結構尺寸(4) 設計各級傳動軸(5) 根據運動參數，確定各級軸的支撐構件等(6) 設計主軸，擬定主軸組件，確定主軸組件 的潤滑與密封方式(7) 根據標準，對各級傳動軸及主軸等進行校核C軸控制傳動設計(1) 傳動裝置(2) 結合、分離裝置主傳動系統結構設計(1) 傳動構件的布置與排列(2) 主傳動的開停、制動裝置(3) 車銑復合機床主軸箱的構造主要參數：最大回轉直徑（mm）：500 主軸轉速(rpm)：45-4500 主電機功率(KM)：11/15 C軸分度：0.001，360連續 課題的主要要求有：（1）相關外文翻譯資料一份（譯文字數不少于2000漢字）；（2）畢業實習報告一份（約5000字）；（3）畢業設計方案1份，且符合畢業設計規范；（4）總設計圖量不少于3.0張A0，其中手工繪圖不少于折合成圖幅為A0號的圖紙1張，計算機輔助繪圖不少于折合成圖幅為A0號的圖紙1張，裝配圖有充分的零件圖支撐；（5）設計說明書1份（不少于1.2萬字），查閱文獻15篇以上，外文文獻2篇以上。2. 預期研究結果 通過本次課題設計任務書上的要求，運用所學相關理論及專業知識，經過設計計算、結構設計、關鍵零部件校核等手段設計出滿足使用要求、符合國家標準的數控車銑復合機床主傳動系統，使其能滿足給定主要參數的要求, 并實現定位精度高，運行過程平穩等優點。三、設計方案1. 主軸傳動方案的確定在機床設計中有多種主軸傳動方式，一般根據不同加工場合的工藝要求及傳動方式自身特點進行選擇，為了確定最為優化的車銑復合機床主軸的傳動方式，以下列舉出了幾種常見的傳動方式，并且根據本設計的具體要求擬定適合的方案1.1 主軸傳動類型圖1 主軸傳動方式(1) 帶有變速齒輪的主傳動(圖a)，一般大、中型數控機床多采用這種方式。通過少數幾對齒輪傳動來擴大變速范圍。由于電動機在額定轉速以上的恒功率調速范圍為25，當需要擴大這個調速范圍時常用變速齒輪的辦法來擴大調速范圍，滑移齒輪的位移大都采用液壓撥叉變速機構來實現。齒輪傳動具有傳動效率高、結構緊湊、機械工作壽命長和傳動比固定的特點，但是，在實際齒輪制造以及安裝要求需要很高的精度導致成本較高，而且傳動距離受限制，不宜有太遠距離跨度3。(2) 帶傳動方式(圖b) 這種方式主要應用在轉速較高、變速范圍不大，低轉矩的小型數控機床上，電動機本身的調整就能滿足要求，不用齒輪變速，可避免齒輪傳動時引起震動和噪聲的缺點，但它只適用于低扭矩特性要求。常用的有同步齒形帶、多楔帶、v帶、平帶。(3) 兩個電動機分別驅動主軸(圖c) 這是上述兩種方式的混合傳動類型，兼有上述兩種方式的性能。高速時，由一個電動機通過帶傳動；低速時，由另一個電動機通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，因而就使恒功率區增大，擴大了變速范圍，避免了低速時轉矩不夠，且電動機功率不能充分利用的問題，但兩個電動機不能同時工作。(4) 調速電機直接驅動的主傳動 一種為：主軸電動機輸出軸通過精密聯軸器與主軸連接(圖d)，優點為結構緊湊，傳動效率高，但主軸轉速的變化及輸出完全與電動機的輸出特性一致，因而受一定限制。另一種為：內裝電動機主軸，即主軸與電動機轉子合為一體(圖e)。優點為結構緊湊，慣性小，可提高啟動、停止的相應特性，缺點為電動機發熱使主軸產生變形。因此，要注意溫度控制。這種方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結夠，有效提高了主軸部件的剛度，但是主軸輸出扭矩小，電機發熱對主軸影響較大。1.2 主軸傳動方案分析比較及方案確定結合本次數控車銑復合機床主傳動系統設計要求及上述各傳動方式優缺點，本次設計采用傳動效率高、結構緊湊、機械工作壽命長的帶有變速齒輪的主傳動方式，采用液壓撥叉變速機構實現滑移齒輪變速。2. C軸控制傳動方案設計2.1 C軸控制傳動類型方案一 精密蝸桿副C軸結構 C軸的分度和伺服控制采用可嚙合和脫開的精密蝸桿蝸輪副結構。它有一個C軸的分度和伺服控制采用可嚙合和脫開的精密蝸輪副結構,它由一個伺服電動機驅動蝸桿1及主軸上的蝸輪3。當機床處于銑削或鉆削狀態, 即主軸需要通過 C軸分度或對圓周進給進行伺服控制時, 蝸輪與蝸桿嚙合, 該蝸輪蝸桿副由一個可固定的精確調整滑塊來調整, 以消除嚙合間隙。 C軸的分度精度由一個脈沖編碼器7來保證。如下圖所示。圖2.1 精密蝸桿副C軸結構1-蝸桿 2-主軸 3-蝸輪 4-齒形帶 5-主軸電動機 6-齒形帶 7-脈沖編碼器8-C軸伺服電機 9-傳送帶方案二 滑移齒輪控制的C軸傳動圖2.2為經滑移齒輪控制的C軸傳動圖, 由主軸箱9和C軸控制箱16組成。主軸在一般車削狀.態時,換位液圧缸6使滑移齒輪5與主軸齒輪7脫開,制動液圧缸10脫離制動,主軸電動機通過皮帶驅動主軸8旋轉。當主軸需要C軸控制作分度或回轉運動時,主軸電動機處于停止狀態,滑移齒輪5與主軸齒輪7嚙合，在制動液圧缸10未制動狀態下, C軸伺服電機15根據指令脈沖值旋轉，通過C軸變速箱變速, 經滑移齒輪5、主軸齒輪7使主軸分度，然后制動液圧缸使主軸制動。當進行銑削時, 除制動液壓缸制動主軸外, 其他動作與上述相同, 此時主軸按指令作緩慢的連續旋轉進給運動。圖2.2 滑移齒輪控制的C軸傳動14-傳動齒輪 5-滑移齒輪 6-換位油缸 7-主軸齒輪 8-主軸 9-主軸箱 10-制動油缸 11-帶輪 12-主抽制動盤 13-齒形帶輪 14-脈沖編碼器 15-C軸伺服電動機 16-C軸控制箱方案三 帶C軸功能的主軸電動機直接控制C軸控制除了以上介紹的用伺服電機通過機械結構實現外, 還可以用帶 C軸功能的主軸電動機直接進行分度和定位。四、參考文獻1 夏煥金,蔡慧慧. 車銑復合加工技術的發展及應用J. 金屬加工,2011(21):19-21.2 江崇民. 數控車床技術發展現狀及趨勢J. 機械工程師,2012(4):98-100.3 楊雪寶. 機械制造裝備與設計M. 西安：西北工業大學出版社,2010.4 馬宏偉. 數控技術M. 北京：電子工業出版社,2014.5 劉桂芝. 影響車銑復合機床加工精度的因素分析J. 中國制造業信息化,2011,40(7):68-69.6 張曙. 機床主軸部件的創新J. 制造技術與機床,2011(11):6-9.7 楊永年. 基于C6132A的數控車銑復合中心主運動系統改造J. 機械工程與自動化,2010(1):105-107.8 劉鳳利,李輝. 機床主傳動系統優化設計J. 河北理工學院學報,2001,1(2):33-36.9 楊美英. 數控機床主軸組件設計及剛度計算J. 機械工程及自動化,2004(2):71-74.10 戴曙. 數控機床主運動系統設計J. 中國學術期刊,2004(9):49-52.11 賈利剛,張宇，郭勤靜等. CAD/CAM一體化技術在車床主傳動系統設計上的應用與研究J. 機床與液壓,2007(10):91-93.12 韓進宏. 互換性與技術測量M. 北京：機械工業出版社,2007.13 顏克輝,孔祥志，李鵬等. 車銑復合加工中心中的鎖緊及鎖緊力計算J. 制造技術與機床,2011(8):41-43.14 Umnt Karaguzel,Emre Uysal. Effects of tool axis offset in turn-milling processJ. Journal of Materials Processing Technology,2016(231):239-247.15 Devidi Elza. TILTABLE