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CJK6200数控车床设计【原创】【4张图纸】【优秀】

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cjk6200 数控车床 设计 原创 图纸 优秀
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CJK6200数控车床设计

72页 21000字数+说明书+任务书+开题报告+4张CAD图纸

CJK6200数控车床设计开题报告.doc

CJK6200数控车床设计说明书.doc

主轴箱展开图.dwg

任务书.doc

实习总结.doc

示意图.dwg

纵向进给系统装配图.dwg

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目  录

摘  要I

AbstractII

第1章  绪论1

1.1  数控技术1

1.1.1  数字控制1

1.1.2  数控机床1

1.1.3  数控系统1

1.1.4  数控程序1

1.1.5  数控编程1

1.1.6  数控加工2

1.2  数控机床的产生和发展2

1.3  我国数控技术发展概况3

1.4  数控机床的特点及适用范围4

1.4.1  数控机床的特点4

1.4.2  数控机床的适用范围4

1.5  数控车床的分类5

1.6  简易数控车床的特点5

第2章  数控车床的总体方案设计6

2.1  数控车床的组成6

2.2  工艺范围的确定6

2.3   数控车床的安全防护6

2.3.1  热变形的防止6

2.3.2  噪声的防止6

2.3.3  振动的防止7

2.4  基本参数的确定7

2.4.1  主参数和尺寸参数7

2.4.2  运动参数的确定7

2.4.3  动力参数8

第3章 机床主传动系统设计11

3.1  主传动方案11

3.2  主轴转速的确定11

3.2.1  计算主轴转速11

3.2.2  计算主轴的变速范围12

3.3  传动轴转速的确定12

3.4  变速箱的设计12

3.4.1  选取变速箱公比12

3.4.2  计算变速箱的变速级数12

3.4.3  分级变速箱转速图的绘制13

3.5  主传动系统结构设计及校核13

3.5.1  带传动的结构设计13

3.5.2  Ⅰ轴上的齿轮结构设计及校核15

3.5.3  Ⅱ轴上齿轮的结构设计21

第4章  机床主轴部件设计23

4.1  主轴组件的设计23

4.1.1  对主轴组件的基本要求23

4.1.2  主轴参数的确定24

4.1.3  轴承的选择及校核25

4.1.4  主轴的结构设计预校核27

4.2  传动轴的设计30

4.2.1  传动轴应满足的要求30

4.2.2  传动轴的材料和构造30

4.2.3  轴径的确定和轴承的选择31

第5章  伺服进给传动系统设计32

5.1  伺服进给系统的设计要求32

5.1.1  纵向进给系统传动方案32

5.1.2  横向进给系统方案32

5.2  伺服进给系统的设计要求33

5.2.1  稳定性33

5.2.2  精度33

5.2.3  快速响应性33

5.3  纵向进给系统的设计33

5.3.1  主要工作条件的确定33

5.3.2  传动系统设计33

5.3.3  滚珠丝杠的选择34

5.3.4  丝杠支撑方式的选择35

5.3.5  选择伺服电动机35

5.3.6  伺服系统增益36

5.3.7  精度验算37

5.4  横向进给系统的设计39

5.4.1  主要工作条件的确定39

5.4.2  传动系统设计39

5.4.3  滚珠丝杠的选择40

5.4.4  丝杠支承方式的选择40

5.4.5  选择伺服电动机41

5.4.6  伺服系统增益42

5.4.7  精度验算43

5.4.8  同步齿形带的设计计算44

第6章  机床总体结构与布局47

6.1  机床床身结构47

6.1.1  对床身结构的基本要求47

6.1.2  床身的结构47

6.2  机床导轨的选择48

6.2.1  导轨的作用48

6.2.2  导轨应满足的要求48

6.2.3  导轨的主要失效形式48

6.2.4  选择导轨49

6.3  支承件的选择49

6.3.1  支承件的功用49

6.3.2  支承件的基本要求49

6.3.3  支承件的静刚度50

6.3.4  支承件的动态特性50

第7章  液压传动52

7.1  数控车床的液压系统及应用52

7.1.1  卡盘动作的控制53

7.1.2  回转刀架动作的控制53

7.1.3  尾座套筒动作的控制53

7.2  滑移齿轮的液压传动54

7.2.1  确定工作要求54

7.2.2  负载54

7.2.3  确定液压缸主参数54

第8章  润滑与冷却系统设计56

8.1  润滑系统设计56

8.1.1  主轴组件的润滑56

8.1.2  导轨及滚珠丝杠的润滑56

8.2  冷却系统设计56

8.2.1  冷却系统的基本组成59

8.2.2  冷却液及冷却装置的选择59

结论59

致谢60

参考文献61



摘  要


   2l世纪,随着计算机技术的快速发展,数控机床在机械工业中的应用比例逐渐增大,其中数控车床的应用最为广泛。数控车床与普通车床相比,在提高生产减轻工人劳动强度、降低生产成本和增加效益方面都有其优越性。因此,设计一种功能全面、操作方便、安全可靠、价格经济的数控车床具有重要意义。

   本文主要从经济实用上对数控车床的总体机械结构进行了设计。电动机通过变速箱与主轴进行联接,使主轴的功率、扭矩特性和电机的功率扭矩特性相匹配,这样适用范围就更宽,在使用方面也容易控制。为使数控车床具有更好的定位精度,本系统采用半闭环伺服系统。

   设计不仅对横向进给系统,纵向进给系统进行了设计和详细计算。还对数控系统、导轨的设计、液压传动以及润滑与冷却系统进行了阐述。

关键词:数控车床;电动机;调速箱;轴;定位精度


第2章  数控车床的总体方案设计

2.1  数控车床的组成

   数控车床由程序编制及载体、输入装置、数控装置(CNC)、伺服驱动及位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几个部分组成。

2.2  工艺范围的确定

   数控车床的工艺范围是指在该机床适应不同的生产要求的能力。数控车床由于其数字控制的优越性,常常使其工艺范围普通车床更宽,更适合用于机械制造业多品种大批量的要求。

   数控车床能进行多种表明加工。如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及回转面、端面、螺纹以及进行钻孔、铰空、镗孔、切槽、切断等工作。

   按加工精度和表面粗糙度可分为粗加工、半精加工、精加工、光整加工等。  

2.3  数控车床的安全防护

2.3.1  热变形的防止

    在设计机床时应特别注意机床内部热源的影响。一般可采用下列措施减少热源的发热量:将热源置于易散热的位置;增加散热面积;强迫通风冷却;将热源的部分热量移至构件温升较低处以减少构件的温差。

2.3.2  噪声的防止

   减少噪声的主要途径是控制噪声的生成和隔声。控制噪声的生成应找出主要的噪声源,并采取降低噪声的措施。如传动系统的合理安排,轴承及齿轮结构的合理设计,提高主轴箱体和主轴系统的刚度,避免结构共振,选用合理的润滑方式个轴承结构形式等。在隔声方面降低噪声主要是根据噪声的吸收和隔离原理,采取隔声措施。如齿轮箱严格密封,选用吸声材料做箱体罩壳等。

2.3.3  振动的防止

   不平衡的电动机常常是机床中的一个受迫振源。为了减小由于电动机不平衡所激励的受迫振动,应合理安排电动机的位置。方案一:数控车床的电动机可安装在床头箱上面,把床头箱、床身、床腿作为支承部分;方案二:把电动机安装在机床底版上,把底板作为支承部件。方案二的电动机一支承件的固有频率较高,远离激振频率,因此机床的振动较小;选择第二种方案。


内容简介:
本科毕业设计开题报告 题 目: CJK6200数控车床设计 院 (系): 机械工程学院 班 级: 机制08-3班 姓 名: 李晨光 学 号: 080514020410 指导教师: 芦玉梅 教师职称: 讲师 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目CJK6200数控车床设计来源工程实际1、研究目的和意义数控是制造业实现自动化、柔性化、集成化的基础;数控技术说平高低和数控设备的拥有量是体现衡量工业现代化的重要标志。意义及价值是更好的解决时间紧任务重的生产状况,改善了工作环境。数控技术是先进制造技术的基础技术和共性技术,是衡量一个国家制造业水平的重要标志。研究数控技术不仅能提高产品质量、提高生产率、降低生产成本,还能够极大地改善劳动者的生产条件。2、国内外发展情况(文献综述)随着计算机技术的高速发展,传统的制造业开始了根本性变革,各工业发达国家投入巨资,对现代制造技术进行研究开发,提出了全新的制造模式。在现代制造系统中,数控技术是关键技术,它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体,具有高精度、高效率、柔性自动化等特点,对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前,数控技术正在发生根本性变革,由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上,数控系统实现了超薄型、超小型化;在智能化基础上,综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术,数控系统实现了高速、高精、高效控制,加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数,实现了在线诊断和智能化故障处理;在网络化基础上,CAD/CAM与数控系统集成为一体,机床联网,实现了中央集中控制的群控加工。从1952年至今,数控机床按照控制机的发展,已经历了五代。世界第一台数控机床在美国诞生,是由美国小型飞机工业承包商帕森斯公司(Par-sons Co.)和麻省理工学院伺服机构研究所(Servo Mechanisms Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology)为推进导弹和飞机的研制联合开发的,1955年进入实用阶段,这时数控机床的控制系统(专用电子计算机)采用的电子管,其体积庞大,功耗高,仅在一些军事部门中承担普通机床难于加工的形状复杂零件,这是第一代数控系统。1959年,由于在计算机行业中研制出晶体管元件,因而在数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板,从而跨入了第二代。1965年,出现小规模集成电路,由于它体积小、功耗低,使数控系统的可靠性得以进一步提高。数控系统发展到第三代。以上三代系统,都是采用专用控制计算机的硬接线数控系统,我们称之为硬线系统,统称为普通数控系统(NC)。随着计算机技术的发展,小型计算机的价格急剧下降,激烈地冲击着市场。数控系统的生产厂家认识到,采用小型计算机来取代专用控制计算机,经济上是合算的,许多功能可以依靠编制专用程序存在计算机的存储器中,构成所谓控制软件而加以实现,提高了系统的可靠性和功能特色。这种数控系统,成为第四代系统,即计算机数控系统(CNC)。在1970年前后,美国英特尔(Intel)公司开发和使用了四位微处理器,微处理芯片渗透到各个行业,数控系统也开始了采用了相应技术。因此,我们把以微处理技术为特征的数控系统称为第五代系统(MNC)。进入21世纪以来,我国数控机床已由成长期进入成熟期,五轴联动数控机床是数控机床技术制高点标志之一,目前,我国意境推出了3种用于航空、航天、造船、冶矿等工业的重型龙门移动式数控五轴联动镗铣床。我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展,在一些关键技术发面也取得了重大突破。这一切说明,我国的机床数控技术已经进入了一个新的发展时期。预计在不远的将来,我国将会赶上和超过世界先进国家水平。3、研究/设计的目标:综合运用知识,多种方案比较,确定技术性能参数:最大加工直径:200mm,最大加工长度:550mm,进给速度:vf=15m/s。确定最优方案。完成A0号图纸2张: 1.主轴箱展开图,2纵向进给系统。A1号图纸1张:1.cjk6200数控车床示意图。:手工图1张。设计说明书一份(1.5万2万字)。 4、 设计方案(研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等):(1)总体设计方案1.确定数控机床的组成2.确定工艺范围3.确定数控车床的安全防护4确定数控车床的总体结构 (2)机床主传动系统设计机床主伐和系统可分为分级变速传动和无级变速传动。传动方案有二:方案一,由电动机直接驱动,如图1所示。主轴电动机与主轴通过联轴器直接连接,或采用内装式主轴电动机直接驱动。这种传动的特点是主轴转速的变化,输出转矩与电动机的特性完全一致。但由于主轴的功率和转矩特性直接决定于主轴电动机的性能,因而使这种变速传动的应用受到一定限制。方案二,采用定比传动,如图1所示。主轴电动机经定比传动传递给主轴。定比传动可采用带传动或齿轮传动。带传动具有传动噪声小、振动小的优点,一般应用在中,小型数控车床上。采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围,即在一定程度上能满足主轴功率与转矩的要求。图1根据以上分析采用方案二定比传动。(3) 伺服进给系统设计伺服系统可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统。为使数控车床具有更好的定位精度,本系统采用半闭环伺服系统。17如图2所示。其传动方案有二:一种是用旋转变压器作为位置反馈装置,旋转变压器的分解精度为每转2000个脉冲,如采用此方案,则须在伺服电动机和旋转变压器之间安装变速齿轮。另一种方案是用脉冲编码器作为位置反馈装置,用倍频器调节每秒脉冲的多少。本系统采用第二种方案。图2 半闭环伺服系统5、方案的可行性分析:CJK6200数控车床包括总体设计,机床主传动系统的设计,各种轴类零件的设计,伺服服进给系统的设计,以及辅助装置,润滑及冷却系统的设计。采用类比法,优化设计法,力学和机械设计,机械原理为基础的公式或经验数据进行计算和设计,并几何计算机绘图。它是一个整体的设计。传动系统由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机的恒功率变速范围,所以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱,以扩大其恒功率调速范围,满足低速大功率切削时对电动机输出功率的要求。为使机床的结构紧凑,宽度方向上的尺寸较小,横向进给系统采用伺服电机通过同步带驱动滚珠丝杠,从而带动刀架作横向进给。本设计选用FANDC的Power Mate O数控系统。此系统特别适合中国国情,主要用于小型车床。该产品具有很高的性能价格比,特别适合普通机床的该造,小型机床的生产应用。目前在国内广泛适用。润滑冷却系统的设计中主轴轴承的润滑采用脂润滑,对于各级齿轮的润滑采用油浴润滑。通过综合分析以上设计方法和设计制造难度,方案可行。6、该设计的创新之处主轴回转精度高,抗震性好,具有较高的切削性能,纵横向滚珠丝杠由步进电机或伺服电机驱动,动态响应优良,整机噪音低,对大、中、小批量,多品种、多规格零件的轮番加工有较强的适应能力,质量稳定可靠。能提高产品质量、提高生产率、降低生产成本,还能够极大地改善劳动者的生产条件。7、设计产品的主要用途和应用领域:数控机床在制造业,特别是在汽车、航空航天及军事工业中被广泛地应用。现代数控机床更是集机械制造技术、液压气动技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感器检测技术、信息处理技术、网络通信技术等于一体。数控机床是发展新兴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)的使能技术和最基本的装备。在提高生产率、降低生产成本、提高加工质量及改善工人劳动强度等方面,都有着突出的优点。而以现代数控机床为代表的先进制造技术成为当前急需加快发展的突破性技术,其新突破将成为整个制造业全面发展的关键。8、时间进程3月19日-3月23日 整理实习日记、撰写实习总结和准备开题3月26日-4月6日 设计计算、总体结构草图设计4月9日-4月27日 总体图和部件图设计4月30日-5月18日 零件图设计5月21日-6月1日 整理、撰写毕业设计说明书6月4日-6月10日 修改说明书和图纸,准备答辩9、参考文献:1祁红志.机械制图M.化学工业出版社2王启平.机械制造工艺学M. 哈尔滨工业大学出版社3哈尔滨工业大学理论力学研究室.理论力学M.高等教育出版社4尚久浩.自动机械设 第二版M.中国轻工业出版社5刘鸿文.材料力学M.高等教育出版社6乔水明,唐锐 机电一体化课程设计指示书M.攀枝花学院机电工程系,2002 7俞盛,陶荣伟,沈坚.数控车床的简单试切对刀法及加工误差分析J.江南学院学报,2000,15(2):6061.8王春梅,吴炳胜,周仕强.数控机床及其传动控制J.河北建筑科技学院学报,2006,23(3):8189.9刘百喜.中国车床制造业现状及数控车床的发展J.机械论坛,2006,(3):4547.10张文.采用开环及半闭环系统的数控车床提高加工精度的措施J.机械研究与应用,2006,19(3):3132.11信丽华,朱建军.数控车削加工工艺的探讨J.上海工程技术大学学报,2006,20(2):6983.12乐光学.数控加工的误差分析与消除方法J.机械工艺师,1996(3):2324.13刘百喜.中国数控车床的现状和发展趋势分析J.机械工程师,2006,(8):8185.14 Lee, W.,Bang,et al. Development of a PC-based milling machine operated by STEP-NC in XML format. International Journal of Computer Integrated Manufacturing,2006. 19(6): 593-60215 WU Yi-jie,LENG Hong-bin. Design Method and Numerical Control Machining Principle for an Arbitrary n- polygon Noncircular Section. Front. Mech. Eng. China 2006(1):71-75 16 Ko, Tae Jo, Kim, et al. Chip volume prediction using a numerical control verification model. International Journal of Machine Tools and Manufacture,2006. 46 (12-13): 1326-1335 指导教师意见教师签字:年 月 日开题答辩小组意见:组长签字: 成员签字:年 月 日毕业设计领导小组意见: 组长签字:年 月 日摘 要2l世纪,随着计算机技术的快速发展,数控机床在机械工业中的应用比例逐渐增大,其中数控车床的应用最为广泛。数控车床与普通车床相比,在提高生产减轻工人劳动强度、降低生产成本和增加效益方面都有其优越性。因此,设计一种功能全面、操作方便、安全可靠、价格经济的数控车床具有重要意义。本文主要从经济实用上对数控车床的总体机械结构进行了设计。电动机通过变速箱与主轴进行联接,使主轴的功率、扭矩特性和电机的功率扭矩特性相匹配,这样适用范围就更宽,在使用方面也容易控制。为使数控车床具有更好的定位精度,本系统采用半闭环伺服系统。设计不仅对横向进给系统,纵向进给系统进行了设计和详细计算。还对数控系统、导轨的设计、液压传动以及润滑与冷却系统进行了阐述。关键词:数控车床;电动机;调速箱;轴;定位精度Abstract21st century, with the fast development of computer technology, CNCmachine tools are enlarged in application proportion among mechanical industry, among which the numerical control lathe is the most popularapplication. Comparing with ordinary lathe, the numerical control lathe has its superiority in boosting productivity, lightening workers labor intensity, reducing the production cost and increasing benefit. Therefore, it is meaningful to design a kind of numericai control late with overall functions, safe and reliable, price economy easy to operate.The overall inechanical structure of numerical control late has beendesigned in this paper, mainly from economy and practical value. The motoris linked to spindle, making power and torsion characteristic of match to torsion characteristic power of the electrical machinery. In this case the scope of application is wider and it is easy to control during machining. In order to make the numerical control lathe have the better precision of localization, this system adopts servo system the half-closed loop.Horizontal feed system and vertical feed system are designed andcalculated in details in this design. In addition, numerical control system, guide-design, hydraulic transmission, lubrication and cooling system are expounde.Keyword:numerically controlled lathe;the transmission;shaft;Positioning accuracy目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 数控技术11.1.1 数字控制11.1.2 数控机床11.1.3 数控系统11.1.4 数控程序11.1.5 数控编程11.1.6 数控加工21.2 数控机床的产生和发展21.3 我国数控技术发展概况31.4 数控机床的特点及适用范围41.4.1 数控机床的特点41.4.2 数控机床的适用范围41.5 数控车床的分类51.6 简易数控车床的特点5第2章 数控车床的总体方案设计62.1 数控车床的组成62.2 工艺范围的确定62.3 数控车床的安全防护62.3.1 热变形的防止62.3.2 噪声的防止62.3.3 振动的防止72.4 基本参数的确定72.4.1 主参数和尺寸参数72.4.2 运动参数的确定72.4.3 动力参数8第3章 机床主传动系统设计113.1 主传动方案113.2 主轴转速的确定113.2.1 计算主轴转速113.2.2 计算主轴的变速范围123.3 传动轴转速的确定123.4 变速箱的设计123.4.1 选取变速箱公比123.4.2 计算变速箱的变速级数123.4.3 分级变速箱转速图的绘制133.5 主传动系统结构设计及校核133.5.1 带传动的结构设计133.5.2 轴上的齿轮结构设计及校核153.5.3 轴上齿轮的结构设计21第4章 机床主轴部件设计234.1 主轴组件的设计234.1.1 对主轴组件的基本要求234.1.2 主轴参数的确定244.1.3 轴承的选择及校核254.1.4 主轴的结构设计预校核274.2 传动轴的设计304.2.1 传动轴应满足的要求304.2.2 传动轴的材料和构造304.2.3 轴径的确定和轴承的选择31第5章 伺服进给传动系统设计325.1 伺服进给系统的设计要求325.1.1 纵向进给系统传动方案325.1.2 横向进给系统方案325.2 伺服进给系统的设计要求335.2.1 稳定性335.2.2 精度335.2.3 快速响应性335.3 纵向进给系统的设计335.3.1 主要工作条件的确定335.3.2 传动系统设计335.3.3 滚珠丝杠的选择345.3.4 丝杠支撑方式的选择355.3.5 选择伺服电动机355.3.6 伺服系统增益365.3.7 精度验算375.4 横向进给系统的设计395.4.1 主要工作条件的确定395.4.2 传动系统设计395.4.3 滚珠丝杠的选择405.4.4 丝杠支承方式的选择405.4.5 选择伺服电动机415.4.6 伺服系统增益425.4.7 精度验算435.4.8 同步齿形带的设计计算44第6章 机床总体结构与布局476.1 机床床身结构476.1.1 对床身结构的基本要求476.1.2 床身的结构476.2 机床导轨的选择486.2.1 导轨的作用486.2.2 导轨应满足的要求486.2.3 导轨的主要失效形式486.2.4 选择导轨496.3 支承件的选择496.3.1 支承件的功用496.3.2 支承件的基本要求496.3.3 支承件的静刚度506.3.4 支承件的动态特性50第7章 液压传动527.1 数控车床的液压系统及应用527.1.1 卡盘动作的控制537.1.2 回转刀架动作的控制537.1.3 尾座套筒动作的控制537.2 滑移齿轮的液压传动547.2.1 确定工作要求547.2.2 负载547.2.3 确定液压缸主参数54第8章 润滑与冷却系统设计568.1 润滑系统设计568.1.1 主轴组件的润滑568.1.2 导轨及滚珠丝杠的润滑568.2 冷却系统设计568.2.1 冷却系统的基本组成598.2.2 冷却液及冷却装置的选择59结论59致谢60参考文献61VCONTENTSAbstractIChapter 1 Introduction11.1 CNC technology11.1.2 CNC machine tools11.1.3 CNC system11.1.4 CNC program11.1.5 CNC Programming11.1.6 CNC machining21.2 The emergence and development of CNC machine tools21.3 Our CNC technology development overview31.4 CNC machine tools, characteristics and application41.4.1 The characteristics of CNC machine tools41.4.2 The scope of application of CNC machine tools41.5 Classification of CNC lathes51.6 Simple CNC lathe features5Chapter 2 CNC lathes overall design62.1 Composition of CNC lathes62.2 Process to determine the scope62.3 CNC lathe security62.3.1 Thermal deformation to prevent62.3.2 The noise prevention62.3.3 Vibration prevention72.4 The determination of basic parameters72.4.1 Main parameters and dimensions of the parameters72.4.2 The determination of motion parameters72.4.3 Dynamic Parameters8Chapter 3 of the machine tool main drive system design113.1 The main drive program113.2 Spindle speed113.2.1 calculate the spindle speed113.2.2 Calculation of the variable speed range of spindle123.3 Driveshaft speed123.4Gearbox design123.4.1 Select the transmission common ratio123.4.2 Calculate the transmission speed Series123.4.3 The classification of the transmission speed map rendering133.5 The main transmission system design and checking133.5.1 The structural design of the drive133.5.2 I-axis gear structure design and checking153.5.3 The structural design of the II-axis gear21Chapter 4 of the spindle components design234.1 The design of the spindle components234.1.1 The basic requirements of the spindle components234.1.2 Spindle parameters244.1.3 The bearing selection and checking254.1.4 The structural design of the spindle pre-check274.2 The drive shaft design304.2.1 driveshaft shall meet the requirements304.2.2 The drive shaft of the material and construction304.2.3 Shaft and bearing the choice31Chapter 5 Servo feed drive system design325.1 Servo feed system design requirements325.1.1 The vertical feed system transmission scheme325.1.2 The transverse feed system solutions325.2 Servo feed system design requirements335.2.1 Stability335.2.2 The accuracy335.2.3 The rapid responsiveness335.3 Vertical feed system design335.3.1 The main conditions335.3.2 Design of Transmission System335.3.3 Ball screw selection345.3.4 Screw support mode selection355.3.5 Select the servo motor355.3.6 Servo system gain365.3.7 Accuracy checking375.4 Horizontal feed system design395.4.1 The main conditions395.4.2 Transmission System Design395.4.3 The ball screw selection405.4.4 Screw bearing mode of choice405.4.5 Select the servo motor415.4.6 Servo system gain425.4.7 Accuracy checking435.4.8 Timing belt design calculations44Chapter 6 The overall structure and layout476.1 Machine bed structure476.1.1 The basic requirements for the structure of the bed476.1.2 Structure of the bed476.2 Selection of machine tool guide486.2.1 Rails role in486.2.2 The rail shall meet the requirements486.2.3 Rail main failure mode486.2.4 Select rail496.3 Supporting the choice496.3.1 Supporting the function496.3.2 Support the basic requirements496.3.3 Supporting the static stiffness506.3.4 Support dynamic characteristics50Chapter7 Hydraulic transmission527.1 CNC lathe, hydraulic systems and applications527.1.1 Chuck controlling the motion537.1.2 Rotary turret movement control537.1.3 Tailstock sleeve controlling the motion537.2 Slip gear hydraulic transmission547.2.1 Determine job requirements547.2.2 Loaded547.2.3 Determine the main parameters of the hydraulic cylinder54Chapter 8 Lubrication and cooling system design568.1 Lubrication system design568.1.1 Spindle components in the lubrication568.1.2 Rail and ball screw lubrication568.2 Cooling system design588.2.1 The cooling system of the basic composition598.2.2 The choice of coolant and cooling devices59Conclusion59Thanks60References6162第1章 绪论1.1 数控技术1.1.1 数字控制 数字控制(NumericalControl,NC)是20世纪50年代发展起来的一种自动控制技术,是用数字信号对机床的运动及加工过程进行控制的一种方法。在数控技术中引用计算机技术,称CNC(ComputerNumericalContr01)。CNC具有柔性好、功能强、可靠性高、经济性好以及易于实现机电一体化等特点,使数控技术在质的方面完成了一次飞跃。1.1.2 数控机床 数控机床(Numerical ControlMachineTools)是一种采用了数字控制技术的机床,或者说是一种装有数字控制系统的机床。1.1.3 数控系统 数控系统(Numerical Control System)是一种控制系统,能自动完成信息的输入、译码和运算,从而控制机床的运动。一般包括数控装置、可编程控制器(PLC)、各类输入输出接口、显示器以及操作键盘等。本设计选用FANDC的Power Mate O数控系统。1.1.4 数控程序 数控机床严格按照从机床外部输入的程序自动完成工件的加工。因此,将从外部输入数控系统用于加工工件的程序称为数控加工程序,简称数控程序。1.1.5 数控编程 在数控机床上加工零件时,需要把零件的全部工艺过程、工艺参数和位移数掘,以信息的形式记录在控制介质上,用控制介质的信息宋控制机床,实现对零件的全部加工过程。故将从零件图纸到得到数控加工程序所需控制介质的全过程,称为数控编程。1.1.6 数控加工数控加工是指在数控机床上加工零部件的一种工艺方法,数控加工技术除了用于机械加工外,还用于电加工、激光加工、绘印加工及编织加工等工艺。1.2 数控机床的产生和发展 数控(英文名字:Numerical Control 简称:NC)技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制,因此数控也称为计算机数控(Computerized Numerical Control ),简称CNC,国外一般都称为CNC,很少再用NC这个概念了。 它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年,穿孔的金属薄片互换式数据载体问世;19世纪末,以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明;1938年,香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输,奠定了现代计算机,包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。Keaney&Treckre公司在1959年开发成功了具有刀库、换刀装胃和回转工作台的数控铣床。从此加工中心出现了,并逐步成为数控机床的主力。数控车床是数控机床中的一类,在工业生产中应用也最为普遍。随着电子技术、计算机技术的发展,印证了数控机床的几个发展阶段。 第一阶段:1952年由Parson公司和麻省理工学院联合研究开发的第一台电子管数控系统。第二阶段:1960年,出现了晶体管和印刷电路板的数控系统。第三阶段:1965年,出现了小规模集成电路的数控系统。 第四阶段:1970年,出现了小型计算机数控系统的硬件,并以软件形式实现数控功能的数控系统。 第五阶段:1974年,出现微处理器或微型计算机数控系统。 第六阶段:20世纪90年代后期,出现了PC+CNC智能数控系统。以PC机为控制系统的硬件部分,WindowsNT为PC机的操作系统平台,在PC机上安装NC软件系统,即为加工中心的控制系统。德国Roeders公司生产的RFM600型加工中心就是典型的PC+CNC系统。PC+CNC系统的优点集中表现为如下几点: (1)与PC硬件的完全通用,使数控系统能随着PC技术的升级而升级,系统维护方便;(2)充分共享PC丰富的软件资源; (3)由于PC机有标准化的接口,方便地联入局域网及Intemet,易于实痴网络化制造。 20世纪80年代以来,数控技术的发展,形成了一批著名的专)比生产厂。如德国的西门子、Bosh、Reoders、日本的三菱电机、FANUC、法国的NUM、西班牙的EAGOR等。随着数控技术的成熟,数控机床向着高精度化、高速化、高柔性化、高自动化、智能化、复合化、高可靠性、网络化方面发展。1.3 我国数控技术发展概况 我国于1958年研制出了首台NC机床,到1979年为止,由于缺乏技术基础,总体设计实力差,各种机、电、液;气配套基础元件、NC系统不过关,我国NC机床无法币式尘产,也无法在生产中正式使用;从1980年起,先后引进闩、德、美、西班牙的CNC系统,各种NC机床,各类机、电、液、气基础元件等进行合作生产,提高了产品的质量,解决了可靠性问题,由此NC机床开始在我国批量生产,并正式用于生产制造。1980年,我国NC机床产量为692台,至1999年,产量达9007台,2000年超万台,各类NC全切机床、成形机床、激光加工机床等在品种上已经系列化。从2000年前后起,正经历着一个历史上最好的发展时期,已连续保持30%以上的增长速度。在数控机床的品种看,普及型数控机床所占比例从十多年前的10增长到目前的近40。这个结构的变化说明了中国数控机床行业的整体素质有了很大的改善和提高。就今后的数控机床市场的发展趋势而言,需求量仍将按年平均20%30%的比例增长。同时航空航天、船舶工业、汽车产业、模具加工以及电子产品等零部件制造业等对数控机床提出更高质量、高精度、高速度、高稳定性、高操作性的要求,推动中高档数控机床的需求比例持续上升。另一方面,生产的大规模化和加工产品品种的不断更新和切换等现场生产效率的追求,更将促进数控机床从传统的加工机械向同时具有数据传递、网络通信等功能的复合型信息化加工机械的转变。但对于中、高档次的数控机床还得依靠进口。 目前,我国自主开发的比较成功的数控系统有华中I型、中华II型、航天I型、蓝天I型四个数控系统平台。以华中I型为例,它是典型的PC+CNC系统,主要技术特色如下:(1)独创的SDI曲面直接插补算法:(2)支持NT,Novell,Intemet网络;(3)具有CADCAMCNC集成化的功能。我国的数控技术与国际先进水平相比,存在的差距主要表现在两个方面:其一,数控系统和数控机床的稳定性差;其二,我国数控系统成套性差,数控装置、驱动、电机不配套,伺服驱动、主轴驱动的性能和可靠性比国外产品低,高精度、高速度及重型设备数控系统性能、功能比国外产品差。1.4 数控机床的特点及适用范围1.4.1 数控机床的特点 与其它加工设备相比,数控机床具有加工零件的适应性强,灵活性好、加工精度高,产品质量稳定、生产率高、减少工人劳动强度、生产管理水平提高等特点。1.4.2 数控机床的适用范围 在机械加工中,大批量零件的生产宜采用专用机床或自动线。对于小批量产品的生产由于生产过程中产品品种的变换频繁、批量小、加工方法的区别大,宜采用数控机床。1.5 数控车床的分类 数控车床按加工工艺万法分为:普通数控车床(简易数控车床、经济型数控车床)、多功能数控车床和车削加工中心三个种类。它们在功能和结构上有很大的差别。数控车床是在普通车床的基础上,增加了数控系统和伺服驱动系统,从而形成能够按照预定程序,动完成预定加工过程的车床。普通数控车床是指加工用途、加工工艺相对单一的数控车床,在机械制造行业数量较多。多功能数控车床采用倾斜床身或平床身一斜滑板,具有回轮式刀塔,使用滚动导轨支承刀塔溜扳。回轮刀架上刀具的转位可由液压马达或伺服电机驱动,尾架可以根据需要由液压装置控制其运动。车削加工中心除具有常规的X轴、Z轴控制外,均具有C轴功能。在部分车削加工中心上,还具有Y轴功能和B轴功能,使得机床的工艺 范围进一步的扩大。1.6 简易数控车床的特点 目前我国简易数控系统发展迅速,有力地促进了我国数控事业的发展,简易数控车床有以下特点:1简易数控车床与进口标准车床相比,其价格便宜,性能价格比适中。 2适用于多品种、中小批量产品的自动化生产,对产品的适应性强。保持“万能加工”和“专业高效”两种属性,增强企业的应变能力,为提高企业的竞争力提供了条件。 3不需专用央具,节约大量工装费用,降低生产成本。 4简易数控车床可以获得比原有车床本身精度更高的加工精度和重复精度。特别是当要求重复加工或批量生产时,可以大大提高加工的一致性,使产品质量稳定。 5大大降低了工人的劳动强度。第2章 数控车床的总体方案设计2.1 数控车床的组成数控车床由程序编制及载体、输入装置、数控装置(CNC)、伺服驱动及位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几个部分组成。2.2 工艺范围的确定数控车床的工艺范围是指在该机床适应不同的生产要求的能力。数控车床由于其数字控制的优越性,常常使其工艺范围普通车床更宽,更适合用于机械制造业多品种大批量的要求。数控车床能进行多种表明加工。如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及回转面、端面、螺纹以及进行钻孔、铰空、镗孔、切槽、切断等工作。按加工精度和表面粗糙度可分为粗加工、半精加工、精加工、光整加工等。 2.3 数控车床的安全防护2.3.1 热变形的防止 在设计机床时应特别注意机床内部热源的影响。一般可采用下列措施减少热源的发热量:将热源置于易散热的位置;增加散热面积;强迫通风冷却;将热源的部分热量移至构件温升较低处以减少构件的温差。2.3.2 噪声的防止减少噪声的主要途径是控制噪声的生成和隔声。控制噪声的生成应找出主要的噪声源,并采取降低噪声的措施。如传动系统的合理安排,轴承及齿轮结构的合理设计,提高主轴箱体和主轴系统的刚度,避免结构共振,选用合理的润滑方式个轴承结构形式等。在隔声方面降低噪声主要是根据噪声的吸收和隔离原理,采取隔声措施。如齿轮箱严格密封,选用吸声材料做箱体罩壳等。2.3.3 振动的防止不平衡的电动机常常是机床中的一个受迫振源。为了减小由于电动机不平衡所激励的受迫振动,应合理安排电动机的位置。方案一:数控车床的电动机可安装在床头箱上面,把床头箱、床身、床腿作为支承部分;方案二:把电动机安装在机床底版上,把底板作为支承部件。方案二的电动机一支承件的固有频率较高,远离激振频率,因此机床的振动较小;选择第二种方案。2.4 基本参数的确定2.4.1 主参数和尺寸参数该车床最大加工工件直径D=200mm2.4.2 运动参数的确定1最低和最高转速的确定最大长度L=550mm。按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直径,由公式(2-1) 可计算出nmax,namin及变速范围Rn (2-1) 式(21)中的vmax,vmin可粮据切削用量手册、现有机床使用情况调查或者切削试验确定,通用机床的dmax和dmin。并不是指机床上可能加工的最大和最小直径,对于通用机床,一般取: dmax=KD , dmin=Rddmax (2-2)式中 D机床能加工的最大直径,mm; K系数; Rd计算直径范围,mm。卧式车床,K=0.5 , Rd=0.25。所以有: (mm), (mm)根据工艺分析,用硬质合金车刀对小直径钢材半精车外圆时,主轴转速为最高。参考切削用量资料取Vmax=200m/min,所以有: (r/min) 通常用高速钢刀具精车合金钢材料的梯形螺纹时主轴转速较低,取vmin=1.5m/min,在的数控车床上加工丝杠的最大直径。则: 考虑到典型工艺不一定只有一种可能,同时为今后技术发展储备,最后确定nmax=3200r/min,nmin=10r/min。2.4.3 动力参数1 电动机的选择(1)主切削力的计算 (2-5)式中 P 单位切削面积上的主切削力,N/mm2;Ap切削深度,mm;F 进给量,min/r; 进给量对Fz的修正系数; 前角对Fz的修正系数; 刀具磨损对Fz的修正系数 。p=2305Nmm2,ap=4mm,f=0.3mm/r,。则:吃刀抗力:1944(N)进给抗力:1196(N)(2) 切削功率的计算: (2-6)式中 v切削速度,ms; A单位切削功率,kW。p=230510-6kWs/mm2其余各个参数同前一样。 式中 p电动机功率,kW;传动效率。查表72一l13得。则: (3)选取主电机 由P=553kW,查表23-1-671。选取主电机型号为YCT225-A2YCT小型电磁调速异步电动机,标称功率为55kW,额定电流12A,额定转矩365Nm,转子转动惯量00214kgm2,重量80kg,同步转速1500rmin,最高转速4500r/min。2 进给驱动电机功率的确定 (1)进给牵引力的计算 由表2-34查得牵引力计算公式 式中 K考虑颠覆力矩影响的系数:矩形导轨的K=0.1015; 为当量摩擦系数:矩形导轨的0.13 ; G移动件的重力,N。 取K=I,G=2000(N),则: (2)计算进给功率由式(210)4,得进给功率计算公式:式中 vf进给速度,mmin; 进给传动系机械效率。由设计任务确定vf=15m/s;取。则: 第3章 机床主传动系统设计3.1 主传动方案机床主伐和系统可分为分级变速传动和无级变速传动。传动方案有二:方案一,由电动机直接驱动,如图3-1(a)所示。主轴电动机与主轴通过联轴器直接连接,或采用内装式主轴电动机直接驱动。这种传动的特点是主轴转速的变化,输出转矩与电动机的特性完全一致。但由于主轴的功率和转矩特性直接决定于主轴电动机的性能,因而使这种变速传动的应用受到一定限制。方案二,采用定比传动,如图3-1(b)所示。主轴电动机经定比传动传递给主轴。定比传动可采用带传动或齿轮传动。带传动具有传动噪声小、振动小的优点,一般应用在中,小型数控车床上。采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围,即在一定程度上能满足主轴功率与转矩的要求。此方案采用第二套方案。图3-1 传动方案3.2 主轴转速的确定3.2.1 计算主轴转速查表2-64得计算主轴转速公式 (3-1)则: 3.2.2 计算主轴的变速范围 (3-2)3.3 传动轴转速的确定主轴的计算转速,轴使主轴获得的最低一级转速为10r/min,不能传动全部功率,所以轴的计算转速和主轴的计算转速相同。轴的计算转速3.4 变速箱的设计由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机的恒功率变速范围,所以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱,以扩大其恒功率调速范围,满足低速大功率切削时对电动机输出功率的要求。3.4.1 选取变速箱公比为了简化变速箱结构,变速箱级数应少些。变速箱公比可取大于电动机的恒功率调速范围,即。=取=33.4.2 计算变速箱的变速级数由式2264得变速级数计算公式= (3-3)取Z=2。3.4.3 分级变速箱转速图的绘制主轴的最大转速3200r/min,最小转速10r/min,电动机的额定转速为1500r/min,最低转速为45r/min。转速图绘制如图3-2所示。图3-2 分级变速箱转速图由转速图可以看出带传动的传动比=1/,齿轮传动的传动比=,=1/。3.5 主传动系统结构设计及校核3.5.1 带传动的结构设计电动机轴与轴之间运动及动力的传递用多楔带。多楔带兼有平带和V带的优点:柔性好,摩擦力大,能传递的功率大,并解决了多根V带长短不一而使各带受力不均的问题。1. 设计功率 (3-4)式中 为工况系数传动功率由表13-1-111查得=。则:2. 选择带型由,查图13-1-71选取PL型多楔带3. 确定传动比传动比已由前面确定4. 小带轮有效直径由表13-1-231查得小带轮有效直径,有效线差5. 大带轮有效直径 =364(mm) (3-5)由表13-1-241选取6. 带速 = (3-6)7. 初定中心距中心距范围: (3-7)取=500mm8. 带的有效长度 (3-8) = =1850(mm)查表13-1-221取带的有效长度9. 计算中心距 = =550(mm) (3-9)10. 小带轮包角 =157 (3-10)11. 带每楔所传递的额定功率查表13-1-2813-1-301得12. 带每楔所传递的额定功率13. 带的楔数 (3-11)式中 、 分别为包角系数和带长修正系数查表13-1-311和表13-1-321得,。则:选取楔数14. 有效圆周力 = (3-12)15. 带的紧边拉力 =541 (3-13) 16. 带的松边拉力 =711.1 (3-14)17. 作用在轴上的力 = (3-15)3.5.2 轴上的齿轮结构设计及校核1. 选择齿轮材料两个齿轮的材料均采用45号钢,表面淬火,表面硬度达到5662HRC。2. 确定主要参数 (1) 确定中心距由表133-1-771和表13-1-791选取,齿数比i= (3-16)(2) 小齿轮传递扭矩 = (3-17)(3)中心距 (3-18) =453=取a。3. 确定模数、齿数、齿宽等几何参数(1) 模数查表14-1-31得: (3-19)(2) 齿数查表14-1-31得: (3-20) 取Z。,取=35。(3) 齿宽 (3-21)式中 为齿宽系数。则:(4) 小齿轮分度圆直径 (3-22) (5) 大齿轮分度圆直径 (3-23)4. 按齿面接触强度校核(1) 分度圆上的圆周力 (3-24)(2) 使用系数由表14-1-641查得=。(3) 动载系数由表14-1-181查得=。(4) 齿向载荷分布系数 (3-25) (5) 齿间载荷分布系数 由表13-1-191查得=(6) 节点区域系数 由表14-1-201=(7) 弹性系数由表14-1-661查得= (8) 重合度系数(接触强度计算) 由表14-1-671查得 (9) 齿轮单对啮合系数、 由表13-1-1041查得=1,=1(10)接触强度计算的螺旋系数由表14-1-61得=(11) 计算接触应力 (3-26) 由于,所以(12) 寿命系数应力循环系数: (3-27) 由表13-1-1061公式计算 (3-28) (13) 润滑剂系数选用的矿物油润滑 (14) 速度系数 由图14-1-231按查得(15) 粗糙度系数由图14-1-241查得(16) 齿面工作硬化系数由表14-1-261得,(17) 接触强度计算的尺寸系数(18) 安全系数 (3-29) (3-30) 、均达到规定的可靠度,最小安全系数的要求,齿面接触强度校核通过。5. 轮齿弯曲强度校核(1) 齿向载荷分布系数由表14-1-91查得 (3-31) (3-32)(2) 齿间载荷分布系数 = (3) 齿形系数由表14-1-271查得=,(4) 应力修正系数由图14-1-271查得=,(5) 计算齿根应力 (3-33) (6) 试验齿轮应力修正系数由表13-1-1111查得=。(7) 寿命系数 由表13-1-1121查得: (3-34)(8) 不平度为10 (9) 相对齿根表面状况系数按值和调质钢,由图14-1-301查得=1(10) (11) 尺寸系数由图14-1-311查得(12) 弯曲强度的安全系数 (3-35) 、均达到较高可靠度,齿面弯曲强度校核通过。6. 滑移齿轮的结构设计滑移齿轮中小齿轮与电机轴上的大齿轮相互啮合,其基本结构尺寸已由前面计算出。(1) 选择齿轮材料此对齿轮的材料与前面的齿轮材料相同,也采用45号钢,进行表面淬火,表面硬度达到5662HRC。(2) 确定主要参数1) 中心距已由前面算出2) 模数 为了方便机械加工模数与前面齿轮的模数相同,取 3) 传动比 由转速图可以看出传动比4) 齿数 (3-36)取,,取。5) 齿宽 (3-37)6) 小分度圆直径 (3-38)7) 大分度圆直径3.5.3 轴上齿轮的结构设计1. 斜齿轮的结构设计及校核为了保证主轴的运动平稳性和回转精度,轴与主轴之间的传动采用斜齿轮传动。斜齿轮与直齿圆柱齿轮相比具有重合度大,啮合平稳,安全可靠等诸多优点。(1) 选择齿轮材料齿轮的材料采用45号钢,表面淬火,表面硬度达到5662HRC。查图13-1-531得。(2) 确定主要参数 1) 确定中心距载荷系数;由表13-1-771和表13-1-791选取,则,齿数比i=2) 齿轮传递扭矩 = (3-39)3) 中心距 (3-40) =453取。 (3) 确定模数、齿数、齿宽等几何参数1) 模数取mm。2) 齿数 (3-41)取Z。3) 齿宽 (3-42)式中 为齿宽系数。则:4) 分度圆直径查得= (3-43)第4章 机床主轴部件设计主轴轴承以及安装在主轴上的传动件等所组成的部件称之为主轴部件。它是机床上的一个重要组成部分。主轴是机床的执行件,它的功能是支承并带动工件或刀具旋转进行切削,承受切削力和驱动力等载荷。完成表面成形运动,因此,主轴部件的工作性能对加工质量和机床生产率有直接影响。4.1 主轴组件的设计4.1.1 对主轴组件的基本要求1. 旋转精度主轴组件的旋转精度是指主轴装配后,在无载荷、低速运动的条件下,主轴前端安装工件的部位的径向跳动和轴向跳动。2. 静刚度主轴组件的静刚度反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。它可以定义为:使主轴前端产生单位位移时,在位移方向测量处所需施加的力。即: N/m(4-1)3. 抗振性主轴组件工作时产生振动会降低工件的表面质量,缩短主轴轴承使用寿命,还会产生噪声影响环境。振动表现为强迫振动荷自激振动两种形式。影响抗振性的因素主要有:主轴组件的静刚度、质量分布和阻尼。主轴的固有频率应远大于自激振动的频率,使它不易发生共振。4. 温升和热变形主轴部件的热变形是指机床工作时因各相对运动处的摩擦和搅油等耗损而发热造成的温升,使主轴部件在形状和位置上产生的畸变。5. 精度保持性主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力。该能力丧失的主要原因是磨损,易磨损的部位是轴承和装夹工件或刀具的定位表面。6. 主轴的结构为了提高刚度,主轴的直径应尽量大些。前轴承至主轴前端面的距离应尽可能小些。为了便于装配,主轴常做成阶梯型的为便于安装夹具,主轴前端做成短圆锥面。7. 主轴的技术要求(1) 径A和B安装轴承处的圆度A=,B=。(2) 莫氏锥孔和A、B面用涂色法检查接触率。(3) 莫氏锥孔对轴径得径向圆跳动:查表5-16得A处mm,B处mm。(4) 短锥C对轴径A、B的径向圆跳动查表5-16得mm。端面D对轴径A、B的端面圆跳动mm。(5) 端面D对轴径A、B的端面圆跳动mm。8. 材料的热处理主轴材料的选择主要根据耐磨性和热处理变形来考虑。材料选用45号钢,进行表面淬火,硬度可达到60HRC。4.1.2 主轴参数的确定1. 主轴前轴径直径D1的确定根据主电动机功率P=kW,查图6.1-833得D=100mm,后径D2=D=100=80(mm)2. 主轴内孔直径的确定 (4-2)3. 主轴悬伸量a的确定根据结构要求初步确定悬伸量a=120mm。4. 主轴最佳跨距L的选择由经验关系式 L=(2)a=240420 (4-3)取L=300mm。4.1.3 轴承的选择及校核1. 轴承类型及精度的选择根据载荷分析,径向载荷与轴向载荷同时存在,所以前轴承选用3个角接触球轴承,前面两个大口向外,后面一个大口向里布置,形成背靠背组合形式。主轴的后支承采用2个角接触球轴承背靠背布置。前后轴承的精度均取级。 (1) 轴承支反力主轴最大输出扭矩 (N) (4-4)床身最大加工工件直径为180mm。半径R=m (N) (4-5) =0.5(N) (4-6)总切削力 (N) (4-7) 前后支反力分别为: (N) (4-8) (N) (4-9)(2) 确定轴承的型号及基本参数我国生产的角接触球轴承有3种:36000型=15、46000型、66000型。根据轴径查表7-2-521可选轴承有9种,初步确定前轴承型号为46407 和46207。 2. 基本额定动载荷计算校核(1) 前支承由表7-2-491查得当量动载荷计算公式 (4-10) (N)基本额定动载荷 (4-11)式中 为寿命系数;为速度因数;为力矩载荷因数;为冲击载荷因数;为温度因数。查表7-2-4到表7-2-71得。则:(N)由于前支承是由三个角接触球轴承背靠背布置,则:i=3 (N) (4-12)满足设计要求。(2) 后支承由表11.41查得当量动载计算公式 Pr=Fr+0.92RB(N) (4-13)基本额定动载荷(N)由于后支承是由两个角接触球轴承支承。则:(N)满足设计要求。3. 轴承的预紧使轴承滚动体与滚道之间有一定的过盈量称为预紧,13保持合理的轴承间隙或进行适当的预紧对主轴组件的工作性能和轴承寿命有重要影响。当有过盈时,则受载的滚子数目增多,滚子受力均匀,误差也可均化。因此,适当的预紧可以提高轴承的精度和寿命。前支承角接触球轴承采用径向预紧,后支承轴承也采径向预紧。4.1.4 主轴的结构设计预校核1. 材料及热处理选择轴的材料为45号钢,并且进行表面淬火处理,硬度达到5662HRC。由表6-1-13查得2. 确定轴的输入端直径轴的输入端直径已确定:D=100mm。3. 主轴的结构设计齿轮的轴向定位采用套筒和轴肩。4. 键的选择与强度校核选用型平键,与斜齿轮连接处的键的尺寸由表4-1-181查得。与齿轮套筒链接处的键的尺寸。因斜齿轮承受的载荷较大,故需对此键进行校核。键所传递的扭矩: (4-14)键工作面的压强为: (4-15)查表4-3-17和表4-3-181得mm,mm。则:键的强度校核通过。5. 计算主轴的支反力、弯矩和扭矩(1)主轴的受力简图、水平面及垂直面弯矩图如图41所示。图4-1 主轴弯矩扭矩图(2) 支反力的计算前面已算出。则: (N)(4-16) (N)(4-17)(N)(4-18) (N) (4-19) (N) (4-20) (N) (4-21)(3) 弯矩计算水平方向:面:面:垂直方向:面:面:总弯矩:面:面:(4)扭矩计算6. 轴的疲劳强度校核(1) 校核危险截面的安全系数由表6-1-241得截面模数。弯曲疲劳极限MPa,MPa。查表6-1-11钢的平均应力折算系数。圆角处有效应力集中系数。不同表面粗糙度的表面质量系数。绝对尺寸影响系数。弯曲应力幅及平均应力: (4-22) (4-23)扭转应力幅及平均应力 (4-24)(4-25)危险截面安全系数 (4-26)许用安全系数。故轴的疲劳强度校核通过。7. 轴的静强度校核由表5-1-24到表5-1-261查得截面模数,弯曲平均应力=,静强度校核通过。4.2 传动轴的设计4.2.1 传动轴应满足的要求1. 强度要求:保证轴在反复弯曲载荷和扭转载荷下不发生疲劳破坏。2. 刚度要求:轴在弯曲和扭转载荷下不至于产生过大的变形。15如果刚度不足,则装在轴中部的齿轮会因轴的挠度过大而破坏它们正常的啮合关系,并产生振动。装在轴两端的齿轮和轴承,会因倾角过大而压强分布不均匀,产生不均匀的磨损和过大的噪声。如果扭转刚度不足,则会产生扭振。4.2.2 传动轴的材料和构造通常决定轴的尺寸的主要因素是刚度。各种钢的弹性模量差不多,又与热处理方式相差不大,所以传动轴通常都用45钢,经淬火处理,硬度达到50HRC。4.2.3 轴径的确定和轴承的选择1. 轴径的确定由于轴的跨距、齿轮在轴上位置都还没有确定不可能进行准确的计算,由式4-336得轴径计算公式 cm (4-27)式中 为额定扭矩值可根据每米长度上得扭转角来选择。查表4-106得。则:mm取d=60mm。2. 轴承的选择轴两端采用深沟球轴承,型号为6004;轴两端采用圆锥滚子轴承,型号为32004,中间采用深沟球轴承,型号为6004。第5章 伺服进给传动系统设计数控车床的伺服进给系统不仅要对进给运动的速度实现自动控制,而且还要对刀具相对于工件的位置实现自动控制,16因此与其它机床相比,其进给系统的设计要求更高、难度更大、涉及的问题也更为广泛。5.1 伺服进给系统的设计要求5.1.1 纵向进给系统传动方案伺服系统可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统。为使数控车床具有更好的定位精度,本系统采用半闭环伺服系统。17如图5-1所示。其传动方案有二:一种是用旋转变压器作为位置反馈装置,旋转变压器的分解精度为每转2000个脉冲,如采用此方案,则须在伺服电动机和旋转变压器之间安装变速齿轮。另一种方案是用脉冲编码器作为位置反馈装置,用倍频器调节每秒脉冲的多少。本系统采用第二种方案。图5-1 半闭环伺服系统5.1.2 横向进给系统方案为使机床的结构紧凑,宽度方向上的尺寸较小,横向进给系统采用伺服电机通过同步带驱动滚珠丝杠,从而带动刀架作横向进给。5.2 伺服进给系统的设计要求5.2.1 稳定性稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本条件。21所谓稳定性系统,即系统在起动状态或外界干扰下,系统的输出经多次衰减和振荡后,能迅速地稳定在新的或原有的状态下。它包括绝对稳定性和相对稳定性。5.2.2 精度所谓伺服进给系统的精度,是表示输出量复现输入量的精确程度。它包括动态误差、稳态误差、静态误差三方面的内容。5.2.3 快速响应性所谓快速响应特性是指系统对主令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度。它包括系统的响应时间、传动系统的加速能力等。5.3 纵向进给系统的设计5.3.1 主要工作条件的确定车削时最大进给抗力已由前面计算出F=1196N;要求刀具切削时的进给速度mm/min;快速进给系统1500mm/min。导轨采用矩形滑动导轨,表面粘贴聚四氟乙烯软带,其摩擦系数;估算拖板重量G2000N;定位精度要求mm,重复定位精度mm。5.3.2 传动系统设计根据定位精度要求,初步选用半闭环系统。伺服电动机最高转速r/min或r/min1;电动机通过联轴器直接与丝杠连接,即传动比i=1;取电动机最高转速r/min,则丝杠的最高转速也为1500r/min。丝杠基本导程公式:mm (5-1)根据精度要求,数控机床的脉冲当量可定为脉冲,伺服电机每转发出的脉冲数: (5-2)本系统采用纵向进给传动方案二,选用每转2000个脉冲的编码器,倍频器的倍数为。5.3.3 滚珠丝杠的选择根据本系统所要达到的要求,取滚珠丝杠的精度为P1级,即1级精度丝杠。丝杠的最大载荷为切削时的最大进给力加上摩擦力最小载荷即摩擦力。故丝杠最小载荷(N)(5-3)丝杠最大载荷=(N) (5-4)平均载荷(N) (5-5)丝杠最高转速为r/min,拖板最小进给速度10mm/min,故丝杠的最低转速为r/min。则平均速度r/min。丝杠使用寿命系数查表4.3-105得。故丝杠的工作寿命(r) (5-6)丝杠当量载荷(N)(5-7)查表12-1-171选择南京工艺设备厂双螺母浮动式反向器内循环滚珠丝杠副。规格代号为3205-5,其基本参数额定动载N,静载为50200N,螺母长度108mm,公称直径mm,丝杠底径mm,预紧力N,轴向刚度N/m。5.3.4 丝杠支撑方式的选择本系统的丝杠支撑采用一端轴向固定,一端浮动的结构形式,固定端采用双7024C型角接触球轴承面对面布置;简支端支承采用6024型深沟球轴承,只承受丝杠的重力。5.3.5 选择伺服电动机1. 最大切削负载转矩计算 (5-8)从前面的计算已知最大进给抗力N,丝杠导程mm,预紧力N。查表1-1-31得滚珠丝杠螺母副的效率,因丝杠预紧载荷引起的附加摩擦力矩: (5-9) (5-10)选用7024C型角接触球轴承单个轴承摩擦力矩为Nm,故一对轴承的摩擦力矩Nm。简支端轴承不预紧,摩擦力矩可忽略不计。伺服电机与丝杠直接相连,其传动比i=1。则最大切削负载转矩2. 负载惯量计算拖板最大重量200kg,折算到电动机轴上的惯量为 (5-11)丝杠的名义直径mm,长度mm。丝杠材料钢的密度kg/m3。则丝杠加在电动机轴上的惯量 (5-12)联轴器加上锁紧螺母等的惯量由表13-6-41查得 。故负载总惯量由中小型数控机床惯量匹配条件,所选伺服电动机的转子惯量应在0.001980.00792范围内。根据上述计算由表10-37初步确定交流伺服电动机型号为FANUC5,额定转矩为Nm,最大转矩Nm,转子惯量kgm2,反电动势系数sv/rad,转矩系数Nm/A,电枢电阻,机械时间常数ms。3. 空载加速转矩计算当执行件从静止以阶跃指令加速到最大移动(快速移动)速度时所需的空载加速转矩: (5-13)加速时间通常取,故:(s)取s,则:空载加速转矩不允许超过伺服电动机的最大输出转矩。伺服电动机,满足设计要求。5.3.6 伺服系统增益通常取系统增益,这里取。时间常数(s) (5-14)拖板达到的最大加速度 (m/s2) (5-15)伺服系统要求达到的最大加速度发生在系统处于时间常数内,拖板的速度从增加到时 (m/s2) (5-16)略大于,因而按照加速能力选择s-1是合适的。5.3.7 精度验算1. 伺服刚度 (5-17)式中 为伺服电动机的增益,其近似值;速度控制环的开环增益,取s-1;反电动势系数sv/rad,则rad/sv;电枢直流电阻。故(/rad)折合到拖板的直线刚度N/m (5-18)2. 滚珠丝杠的抗压刚度最小抗压刚度发生在拖板螺母离定位点最远的位置。已知拖板的纵向行程为550mm,丝杠最大跨距mm。丝杠的拉压刚度: (5-19)式中 为丝杠的弹性模量。则(N/m)3. 丝杠轴承的轴向刚度查表4.3-55得7024型轴承的刚球直径mm,刚球数,接触角,预加载荷N,轴向外载荷为导轨摩擦力N。故轴向载荷丝杠轴承轴向载荷刚度 (5-20) (N/m)4. 滚珠丝杠螺母的接触刚度由表6-6-193查得2300N/m。5. 挠性联轴节扭转刚度由表6-6-193查得/rad。折合到工作台拖板的直线刚度: () (5-21)6. 综合刚度 (5-22)由式(5-22)得7. 弹性变形数控车床的定位精度是在不切削空载的条件下检验的,故轴向载荷仅为导轨的摩擦力。因引起的弹性变形 m (5-23) 8. 定位误差验算本系统中滚珠丝杠任意300mm内的导程误差m,加上弹性变形,再加上某些次要因素,将不会超过要求的定位误差,能满足定位精度/300mm的设计要求。5.4 横向进给系统的设计5.4.1 主要工作条件的确定车削时最大吃刀抗力已由前面计算出N;横向进给切槽或切断时采用低速切削,取主轴转速为,查表48得最大进给量f=mm/r,所以最大切削速度mm/min;最小切削速度取10mm/min;快速进给速度9000mm/min。导轨采用矩形滑动导轨,表面粘贴聚四氟乙烯软带,其摩擦系数;估算刀架重量N;定位精度要求mm,重复定位精度mm。5.4.2 传动系统设计根据定位精度要求,初步选用半闭环系统。伺服电动机最高转速或1;电动机通过同步齿形带与丝杠连接,取传动比i=1;电动机最高转速r/min,则丝杠的最高转速也为r/min。丝杠基本导程公式:(mm)根据精度要求,数控机床的脉冲当量可定为mm/脉冲,伺服电机每转发出的脉冲数:本系统选用每转2000个脉冲的编码器,倍频器的倍数为。5.4.3 滚珠丝杠的选择根据本系统所要达到的要求,取滚珠丝杠的精度为P1级,即1级精度丝杠。丝杠的最大载荷为切削时的最大吃刀力加上摩擦力,最小载荷即摩擦力。故丝杠最小载荷(N)丝杠最大载荷=(N)平均载荷(N)丝杠最高转速为r/min,拖板最小进给速度10mm/min,故丝杠的最低转速为r/min。则平均速度:r/min。丝杠使用寿命系数查表4.3-105得。故丝杠的工作寿命(r)丝杠当量载荷(N)查表1-1-301选择南京工艺设备厂双螺母浮动式反向器内循环滚珠丝杠副。规格代号为3205-5,其基本参数额定动载N,静载为50200N,螺母长度108mm,公称直径mm,丝杠底径为mm,预紧力N,轴向刚度N/m。5.4.4 丝杠支承方式的选择因横向进给系统与纵向进给系统所选得丝杠型号相同,故本系统的丝杠支承也采用一端轴向固定,一端浮动的结构形式,固定端采用双7024C型角接触球轴承面对面布置;简支端支承采用6024型深沟球轴承,只承受丝杠的重力。5.4.5 选择伺服电动机1. 最大切削负载转矩计算所选电机的额定转矩应大于最大切削负载转矩最大吃刀抗力N,丝杠导程mm,预紧力N。查表1-1-31得滚珠丝杠螺母副的效率,因丝杠预紧载荷引起的附加摩擦力矩选用7024C型角接触球轴承单个轴承摩擦力矩为Nm,故一对轴承的摩擦力矩Nm。简支端轴承不预紧,摩擦力矩可忽略不计。其传动比i=1。则最大切削负载转矩2. 负载惯量计算刀架最大重量120kg,折算到电动机轴上的惯量为丝杠的名义直径mm,长度mm。丝杠材料钢的密度kg/m3。则丝杠加在电动机轴上的惯量联轴器加上锁紧螺母等的惯量查表13-6-41查得 。故负载总惯量中小型数控机床惯量匹配条件,所选伺服电动机的转子惯量应在范围内。所以横向进给系统也需选用交流伺服电动机FANUC5。 3. 空载加速转矩计算当执行件从静止以阶跃指令加速到最大移动(快速移动)速度时所需的空载加速转矩 (5-24)式(5-24)中。加速时间通常取,故:(s)取s,则:空载加速转矩不允许超过伺服电动机的最大输出转矩。伺服电动机,满足设计要求。5.4.6 伺服系统增益通常取系统增益s-1,这里取s-1。时间常数(s)刀架达到的最大加速度(m/s2)伺服系统要求达到的最大加速度发生在系统处于时间常数内,刀架的速度从增加到时(m/s2)略大于,因而按照加速能力选择s-1是合适的。5.4.7 精度验算1. 伺服刚度 (5-25)式中 为伺服电动机的增益,其近似值;速度控制环的开环增益,取s-1;反电动势系数sv/rad,则rad/sv;电枢直流电阻。故(/rad)折合到刀架的直线刚度(N/m)2. 滚珠丝杠的抗压刚度根据分析,其最小抗压刚度发生在刀架螺母离定位点最远的位置。已知刀架的横向行程为200mm,丝杠最大跨距mm。代入式(-18)5丝杠的拉压刚度式中 为丝杠的弹性模量,GPa;mm。则:(N/m)3. 丝杠轴承的轴向刚度与纵向进给系统所选用的轴承型号一样,所以钢球直径、钢球数、接触角预加载和等都由前面给出。轴向外载荷为导轨摩擦力(N)轴向载荷(N)丝杠轴承轴向载荷刚度(N/m)4. 滚珠丝杠螺母的接触刚度由表6-6-193查得2300N/m。5. 同步带传动的刚度由表6-6-193查得(/rad)。折合到刀架的直线刚度(N/m)6. 综合刚度 (N/m)7. 弹性变形因引起的弹性变形(m)8. 定位误差验算本系统中滚珠丝杠任意300mm内的导程误差m,加上弹性变形,再加上某些次要因素,将不会超过要求的定位误差,能满足定位精度/3000mm的设计要求。5.4.8 同步齿形带的设计计算1. 同步带的主要失效形式同步带的主要失效形式有:同步带的疲劳断裂、带齿的剪断和齿面压溃与磨损等。2. 同步带传动的设计准则使同步带具有较高的抗拉强度。3. 确定设计功率 (5-26)式(5-24)中为功率系数,查表12-1-671取。为伺服电机的额定功率,。则: 4. 带的型号和节距查图12-1-71取带的型号为。5. 轮齿数、 查表12-1-681取,则。6. 轮的节圆直径、取。7. 验算带速对于L型同步带取,则:,验算通过。8. 同步带节距长度 (5-27) 式(5-27)中a在范围内选取,取。9. 计算同步带齿数取。10. 确定传动中心矩当时 mm11. 确定同步带宽查表12-1-751得,。查表12-1-72得。则:取。第6章 机床总体结构与布局6.1 机床床身结构6.1.1 对床身结构的基本要求机床的床身是整个机床的基础支承件,一般用来放置导轨,主轴箱等重要部件,为了满足数控机床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化程度的要求,与普通机床相比,数控机床应有更高的静,动刚度,更好的抗振性。1. 很高的精度和精度保持性在床身上有很多安装零部件的加工表面和运动部件的导轨面,这些面本身的精度和相互位置精度要求都很高,而且要能长时间保持。19另外,机床在切削加工时,所有的静,动载荷最后往往都传到床身上,所以,床身上的受力很复杂。为此,为保证零部件之间的相互位置或相对运动精度,除满足几何尺寸位置等精度要求外,还需要满足静,动刚度和抗振性、热稳定性、工艺性等方面的技术要求。2. 应具有足够的静,动刚度静刚度包括:床身的自身结构刚度、局部刚度和接触刚度,都应该采取相应的措施,最后达到有较高的刚度质量比。动刚度直接反映机床的动态特性,为了保证机床在交变载荷作用下具有较高的抵抗变形的能力和抵抗受迫振动及自激振动的能力,可以通过适当增加阻尼,提高固有频率等措施避免共振及因薄壁振动而产生的噪声。 3. 较好的热稳定性对数控机床来说,尤其是高精度数控机床,热稳定性已成了一个突出问题,必须在设计上要做到使整机的热变形较小,或使热变形对加工精度的影响较小。6.1.2 床身的结构 根据数控机床的类型不同,床身的结构形式有各种各样的形式。数控车床床身的结构形式有平床身、斜床身、平床身斜导轨和直立床身等四种类型。车床采用“一”字形支承,支承件是床身与底座的组合,采用卧式结构,斜床身形式。为了便于排屑,车床的整体结构采用刀架溜板与水平面成45角。6.2 机床导轨的选择6.2.1 导轨的作用导轨的作用是导向和承载。在导轨副中,运动的一方叫做运动导轨,不运动的一方叫做支承导轨。运动导轨相对于支承导轨只能有一个自由度的运动,以保证单一方向的导向性。6.2.2 导轨应满足的要求1. 导向精度导轨在空载运动和在切削条件下运动时,都应具有足够的导向精度。所谓导向精度是指运动导轨的准确度。它是保证导轨工作质量的前提。影响导向精度的主要因素有:导轨的结构类型;导轨的几何精度和接触精度;导轨和基础件的刚度;导轨的油膜厚度和油膜刚度;导轨和基础件的热变形等。2. 精度保持性精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的,它与导轨的摩擦性质、导轨材料、工艺方法以及受力情况等有关。另外,导轨和基础件上的残余应力,也会使导轨变形而影响导轨的精度保持性。3. 低速运动平稳性 导轨运动的平稳性,就是要保证导轨在作低速运动或微量位移时不出现爬行现象。它与导轨的结构和润滑,动,静摩擦系数的差值,以及传动导轨运动的传动系统的刚度等条件有关。4. 结构简单,工艺性好 设计时要注意使得制造、维修方便,刮研劳动量要少。6.2.3 导轨的主要失效形式1. 磨粒磨损这里的磨粒是指导轨面间存在的坚硬微粒。可能是落入导轨副兼得的切削微粒或是润滑油带进的硬微粒,这些微粒起着切刮导轨面的作用。磨粒磨损的速度和磨损量与相对润滑速度和压强成正比。2. 咬合磨损咬合磨损是指相对滑动的两个表面互相咬齿所产成的咬裂痕迹或擦伤。严重的咬合磨损将使两个导轨面无法运动。3. 疲劳和压溃滚动导轨失效的主要原因是表面疲劳和压溃。表面疲劳是因为表层受接触应力而产生弹性变形,脱离接触时则弹性恢复。这种过程达到一定循环次数后,表层形成龟裂而产生剥落片。压溃是由于接触应力过大使表层产生变形而形成坑。6.2.4 选择导轨本设计采用矩形滑动导轨。在动导轨上粘贴聚四氟乙烯塑料软带,它是以聚四氟乙烯为基体,添加耐磨材料(铜粉)构成的高分子材料。与铸铁导轨组成摩擦副时,摩擦系数为,且动静摩擦系数相近,具有良好的防爬行性能。与塑料软带配合的金属导轨根据表6-2-383选用灰铸铁HT20-40,表面进行高频淬火处理,硬度在HB160以上。表面粗糙度。6.3 支承件的选择6.3.1 支承件的功用 支承件是机床的基本构件,主要是指床身、底座、立柱、横梁、工作台和箱体等大件。在数控车床中,支承件主要有床身底座和主轴箱两大部分。它们的主要作用是支承其他零件,保证它们之间正确的相对位置关系和相对运动轨迹。6.3.2 支承件的基本要求1. 刚度支承件的刚度是指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力。支承件要有足够大的刚度,即在额定载荷作用下,变形不得超过允许值。2. 抗振性支承件的抗振性是指支承件抵抗受迫振动和自激振动的能力。抵抗受迫振动的能力是指受迫振动的振幅不超过允许值,即要求有足够的静刚度。抵抗自激振动的能力是指在给定的条件下,能保证切削的稳定性。3. 热变形 机床工作时,电动机、传动系统的机械摩擦及切削过程等都会发热,机床周围环境温度的变化也会引起支承件温度变化,产生热变形,从而影响机床的工作精度和几何精度,这一点对精密机床尤为重要。4. 内应力支承件还应使排屑通畅,操作方便,吊运安全,切削液及润滑油的回收,加工及装配工艺性好等。6.3.3 支承件的静刚度支承件的变形一般包括三部分:自身变形、局部变形和接触变形。对于床身变形包括自身的变形和导轨的局部变形以及导轨表面的接触变形。6.3.4 支承件的动态特性1. 动态分析(1) 固有特性频率问题固有特性是指系统的各阶固有频率、阻尼和动态模型等。(2) 动力响应问题支承件在外部激振力的作用下受迫产生振动,就是支承件的动力响应。(3) 动力稳定性问题机床在一定条件下会出现自激振动。自激振动主要是由系统本身的动力特性及系统工作过程所决定的振动。产生自激振动的系统称为不稳定的系统。2. 频率和主振形支承件是个连续体,质量和弹性都是连续分布的,所以应具有无穷多个自由度,也就具有无穷多个固有频率和主振形。对于多自由度系统的固有频率和振形,是通过求解系统的无阻尼自由振动方程得到的。其运动方程为: (6-1)式中 m系统的质量矩阵;k系统的刚度矩阵;x系统的位移列阵;系统的加速度矩阵。求解该方程可得n个固有频率和主振形。3. 提高支承件动态特性的措施提高支承件动态特性的主要措施有:合理地设计结构的截面形状、合理布置隔板的筋。此外还应注意整体刚度、局部刚度和接触刚度的匹配等。第7章 液压传动在数控车床的自动化控制中,除了数控系统外,有时还需要配备液压装置来辅助实现整机的自动运行功能。7.1 数控车床的液压系统及应用数控车床的液压系统与普通液压系统类似,也是由能源部分、执行机构部分、控制部分和附件部分组成,能源部分主要包括泵装置和蓄能器,它们能够输出压力油,把原动机的机械能转变为液压能并储存起来。10执行机构部分主要是液压油缸、液压马达等,它们用来带动运动部件,将液体压力转变为使工作部件运动的机械能。控制部分主要是各种液压阀,用于控制流体的压力、流量和流动方向,从而控制执行部件的作用力、运动速度和运动方向,同时,液压阀也可以用来卸载,实现过载保护等作用。20附件部分主要是指液压系统中除以上三部分以外的所有其他元件,如油箱、压力表、滤油器、管路、管接头、加热器、冷却器等。在数控车床中,卡盘的夹紧与松开、卡盘加紧时的高低压转换、回转刀架的夹紧与松开、刀架刀盘的正转反转、尾座套筒的伸出与退回都是由液压系统驱动的,液压系统中各个电磁阀的电磁铁的动作均是由数控系统的PLC控制实现的。液压系统原理如图7-1所示。图7-1 数控车床液压系统原理图7.1.1 卡盘动作的控制 主轴卡盘的夹紧与松开,由一个二位四通电磁阀1控制。9卡盘的高压夹紧与低压夹紧的转换由电磁阀2控制。当卡盘处于正卡(也称外卡)且在高压夹紧状态下,夹紧力的大小由减压阀6来调整,由压力表12显示卡盘压力。系统压力油经减压阀6电磁阀2(左位)电磁阀1(左位)液压缸右腔,活塞杆左移,卡盘夹紧。反之卡盘松开。7.1.2 回转刀架动作的控制回转刀架换刀时,首先是刀盘松开,然后刀盘就近转位到达指定的刀位,最后刀盘复位夹紧。14刀盘的夹紧与松开由一个2位四通电磁阀4控制。刀盘的旋转有正转和反转两个方向,它由一个3位四通电磁阀3控制,其旋转速度分别由调速阀9和10控制,电磁阀4在右位时,刀盘松开,系统压力油经电磁阀3(左位)调速阀10液压马达,则刀架反转。电磁阀4在左位时,刀盘夹紧。7.1.3 尾座套筒动作的控制尾座套筒的伸出与退回由一个3位四通电磁阀5控制,套筒伸出工作时的预紧力大小通过减压阀8来调整,并由压力表13显示。系统压力油经减压阀8电磁阀5(左位)液压缸左腔,套筒伸出。这时液压缸右腔油液经阀11电磁阀5(左位)回油箱。反之,系统压力油经减压阀8电磁阀5(右位)阀11液压缸右腔,套筒退回。这时液压缸左腔油液经电磁阀5(右位)直接回油箱。7.2 滑移齿轮的液压传动7.2.1 确定工作要求根据运动要求,滑移齿轮所要完成的动作是在两个齿轮啮合位置之间的变换。工作循环为:前进与大齿轮啮合后退与小齿轮啮合。前进与退回的速度均取m/s。根据结构要求,工件的最大行程为2
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