毕业设计（论文）-内藏式车铣加工中心YB轴的设计（全套图纸）

目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 车铣加工中心概述 1 1.2 车铣加工中心 YB 轴介绍 5 1.3 本文的内容 5 第二章 车铣加工中心 YB 轴的的传动系统设计 . 6 2.1 车铣加工中心 YB 轴的驱动装置的方案拟定 6 2.2 车铣加工中心 YB 轴的 5锁紧机构的方案拟定 . 7 2.3 车铣加工中心 YB 轴的任意角度锁紧机构的方案拟定 9 2.4 车铣加工中心 YB 轴的安全刹车机构的方案拟定 10 2.5 车铣加工中心 YB 轴支撑部分的方案拟定 10 2.6 车铣加工中心 YB 轴配油系统的方案拟定 12 第三章 车铣加工中心 YB 轴参数设计计算 . 15 3.1 设计的关键参数要求 15 3.2 三齿盘锁紧扭矩计算 15 3.3 摩擦片锁紧扭矩计算 16 3.4 力矩电机扭矩计算 17 3.5 刹车选型计算 19 3.6 B 轴轴承寿命计算 . 20 第四章 基于 SolidWorks 软件车铣加工中心 YB 轴建模与装配 21 4.1 soliworks 软件的介绍 . 21 4.2 基于 SolidWorks 软件车铣加工中心 B 轴建模错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.3 基于 SolidWorks 软件车铣加工中心 YB 轴模型的装配错误！未定 义书签。 错误！未定 义书签。 结 论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附 录 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 内藏式车铣加工中心 YB 轴的设计 摘要摘要: 内藏式车铣加工中心 YB 轴是车铣加工中心机床的重要组成部分之 一，针对于内藏式车铣加工中心 YB 轴是车铣加工中心，本文针对于内藏 式车铣加工中心 YB 轴，根据车削加工、铣削加工工件的必要的力学及运 动学参数，设计出一套满足上述加工要求的车铣加工中心的 YB 轴。基于 机械设计及相关理论的研究,正确的计算出了内藏式力矩电机的参数，实 现了力矩电动机型号的合理选择，同时运用 SolidWorks 软件对内藏式车 铣加工中心 YB 轴进行了结构设计。 关键词：关键词：车铣加工中心;力矩电机电机参数的选择;结构设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 The capacitor and milling machining center YB shaft design Abstract Capacitor and milling machining center and milling machining center, YB axis is one of an important part of the machine tool for capacitor and milling machining center is YB axis milling machining center, this article for capacitor YB and milling machining center axis, according to the need of turning, milling machining mechanics and kinematics parameters, design a set of milling machining center to meet the processing requirements of YB axis. Based on the research of mechanical design and related theory, the right to calculate the working torque of the motor parameters, realized the selection of proper torque motor model, at the same time using the SolidWorks software to invisible YB and milling machining Keyword: The capacitor and milling machining center; Torque motor motor parameter choice; The structure design 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 车铣加工中心概述车铣加工中心概述 车铣加工中心具有五轴五联动功能的车铣加工中心，是一种集成了车、铣，钻、 镗、 攻丝等功能于一台设备上的高柔性机床， 可以加工盘类、 轴类零件的外圆、 内孔、 端面、切槽、螺纹以及锥面、圆弧曲面等，对于航空、航天、船舶、军工以及民用工 业中的一些形状复杂、精度要求高的异形回转体零件，可在一次装夹中完成全部或大 部分工序的加工，既可保证精度，又可以提高效率、降低成本。尺寸公差为 IT6 级； 粗糙度为 Ra1.6;圆度为 5。 该机床显著特点是铣削加工叶片螺旋面、 加工偏心零件、 铣削斜面等，特别适用于军工、航天、航空等加工制造行业的复杂零件的加工。 车铣加工中心由带 Y、B 轴的动力单元、Cf 轴、自动台尾、32 工位刀库、机械手 自动换刀装置等主要部分组成，为五轴(X,Y,Z,CF,B)车铣加工中心。车铣加工中心的 组成如图 1.1 所示。 图 1.1 车铣加工中心的组成 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 2 该车铣加工中心除了具备车床的一些基本功能，例如：加工直线、斜线、圆弧、 公、英螺纹、直、锥螺纹、平面螺纹及多头螺纹外，还可进行铣削直、斜面、螺旋槽、 钻直、斜孔等镗、铣 钻加工。该设备特别适合于军工、航空航天、船舶、运输等行 业对高精度、形状复杂的大型回转体零件“一次装夹，全部加工”完成的要求。 1.1.1 床身床身 床身为 45整体铸造床身,内部为波浪筋结构,并采用减振技术； Z 轴导轨为高刚 性低摩擦的滚柱直线导轨，其导轨跨距 650mm，提高了机床整体的刚性和稳定性； 台尾导轨为淬硬磨削的矩形滑动导轨，床身外形，如图 1.2 所示。 图 1.2 床身示意图 1.1.2 主轴性能及结构主轴性能及结构 主传动系统采用交流宽调速主电机驱动，经减速机、皮带变速传至主轴实现无 级调速和恒速切削的性能。主轴的示意图如图 1.3 所示。 改变主电机方向时，可以得到相同的主轴正反转。主轴刹车是由主电机自行刹 车来实现。 螺纹切削是通过与主轴 1:1 传动的主轴脉冲发生器发出同步脉冲信号来实 现。 主轴的最高转速为 2000r/min。加工时,根据要求选择适当转速.该机床的卡盘和 卡盘油缸是与主轴最高转速相匹配的,用户更换时要注意。 主轴采用的轴承配置和结构刚性好转速高精度好；在装配时已配好,能够保 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 3 证轴承具有所要求的预负荷,用户勿需进行调。 图 1.3 主轴示意图 1.1.3 CF 轴性能及结构轴性能及结构 Cf 轴为独立部分,经减速机降速，从而增大了传递扭矩，再经一对齿轮与主轴进 行切换。 Cf 轴为伺服主轴,既可定向停车,又可与其它轴进行插补。通过 Cf 轴的参与,可 以完成机床的铣、钻等功能。 Cf 轴与主轴的切换为固定位置切入或脱开,这样可以保证精度的稳定,所以每次 切入前 Cf 轴和主轴都要先回零。 1.1.4 动力主轴性能与结构动力主轴性能与结构 带 YB 轴的动力主轴，刀具接口为 CAPTO C6，可进行车镗铣钻等各种 加工。动力主轴由侍服电机驱动，经皮带及两级伞齿轮最终传递至动力主轴，其最高 转速可达到 4000r/min，额定输出扭矩为 320N.m。 动力主轴在车削位置时的锁紧由一套三齿盘实现,由液压驱动。 动力主轴在 Y 轴方向的行程为-140/+230.并可绕 Y 轴旋转(B 轴),其范围为 -110/+90,由软限位和行程开关控制。 B 轴为伺服轴,由伺服电机驱动.当 B 轴需要在非 5 的倍数角度锁紧时,锁紧功能 由刹车片夹紧机构实现,;当 B 轴需在 5 的倍数角度锁紧时,锁紧功能由三齿盘机构实 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 4 现.当 B 轴参与插补时,则不能被锁紧.两套锁紧机构的松开和锁紧均有信号反馈。 1.1.5 X 轴、Y 轴、Z 轴丝杠连接和调整 X 轴Y 轴、Z 轴滚珠丝杠两端固定在支架上，由伺服电机通过胀套连接，通过 同步齿型带带动滚珠丝杠）作旋转运动，从而带动滑板滑鞍作纵向滑动。当运动中 出现失步时，需要调紧胀紧套，拧动压盖上均布的螺钉就可压紧。胀紧套螺钉应使用 力矩扳手对角、交叉均匀地拧紧。如胀紧套损坏，应及时更换，以防损坏电机轴头。 X 轴伺服电机带抱闸,当 X 轴不进给时,可以防止 X 轴滑板因重力而下滑.一旦皮 带发生断裂,则另有一套安全电磁式刹车，可防止滑板下滑。 1.1.6 刀库刀库 刀库为圆盘式结构,容量为 32 位.由一个带减速机的伺服电机通过一对皮带驱动. 刀库的最大装刀直径为120,最大装刀长度为 350mm。 1.1.7 机械手自动换刀装置机械手自动换刀装置 机械手自动换刀装置由侍服电机驱动，由齿轮齿条传动，带动机械手运输车到动 力主轴的换刀位置，机械手转位，与动力主轴实现刀具的互换。 机械手进行转位换刀时,由限位开关控制转位角度不得超过 360,否则会引起 电器配线的损坏。 1.1.8 尾座尾座 机床采用的是可编程尾座，尾座运动分为尾座主轴运动及尾座体运动。 尾座主轴前后移动由数控系统 M 功能自动实现， 也可以通过操纵面板上的按钮手 动实现。 控制尾座主轴的前限位挡块发出主轴伸出到位信号，以确保顶紧工件，根据被加 工件长度来调整这个限位挡块位置。注意：如果尾座主轴伸出不到位，挡块发不出信 号，机床主轴就不能启动。后限位挡块是为工厂自动化设置的。在本机床中也可作为 尾座套筒退回后端时的确认信号。 尾座体的移动是由床鞍带动的。当移动到连接位置上，床鞍停止移动，台尾上的 插销自动插入床鞍上，同时尾座与床身的锁紧松开，连接成功。 用点动进给（最大进给量：2000mm/min）将尾座体移至所需要的位置，松开尾座 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 5 与床鞍的连接，同时尾座体被锁紧在床身上 1.2 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴介绍轴介绍 车铣加工中心的 B 轴的驱动部分选择考虑驱动装置所需的特点如下。 1.2.1 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴动力介绍轴动力介绍 1）当车铣加工中心的 B 轴进行对工件的铣削作业时，根据工件形状的要求，需 要 YB 轴带动铣头（动力铣头）一边铣削，一边进行 B 轴的转动，故 B 轴需要较大 的旋转扭矩； 2）当车铣加工中心 B 轴上的铣头在进行加工时，旋转的速度不宜过大，以免铣 头在铣削过程中，由于转动速度过快，造成刀具的损毁。 1.2.2. 安装结构要求安装结构要求 车铣加工中心的 B 轴的驱动装置除上述的动力学参数外， 驱动装置需要内藏在 B 轴上， 由于 B 轴的外部完整的套在滑枕上， B 轴的外部没有安装空间电机的安装空间。 1.3 本文的内容本文的内容 本文的设计主要围车铣加工中心 YB 轴设计进行展开的， 从车铣加工加工参数为 研究背景入手，逐步的对车铣加工中心 YB 轴进行方案设计、运用 solidworks 软件进 行车铣加工中心 YB 轴结构设计具体的章节安排如下： 摘要 第一章 绪论 第二章 车铣加工中心 YB 轴的传动方案拟定 第三章 车铣加工中心 YB 轴的传动参数计算 第四章 车铣加工中心 YB 轴的主体部分结构设计 第五章 基于 solidworks 软件进行车铣加工中心 YB 轴的建模及装配 第六章 结论 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 车铣加工中心 YB 轴的传动系统设计 6 第二章 车铣加工中心 YB 轴的的传动系统设计 2.1 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴的驱动装置的方案拟定轴的驱动装置的方案拟定 2.1.1 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴的驱动装置要求轴的驱动装置要求 机械常用的驱动装置有电机驱动、液压马达、气动装置等能源装置充当设备的驱 动装置，选择驱动装置需要考虑多种因素，综合的选择设备的驱动装置。这里指的多 种因数包括驱动装置的所需要的动力学参数、驱动装置安装的结构要求等。本文所述 的车铣加工中心的 B 轴的驱动部分选择考虑驱动装置所需的特点如下。 1. 动力学参数要求 1）当车铣加工中心的 B 轴进行对工件的铣削作业时，根据工件形状的要求，需 要 YB 轴带动铣头（动力铣头）一边铣削，一边进行 B 轴的转动，故 B 轴需要较大 的旋转扭矩； 2）当车铣加工中心 B 轴上的铣头在进行加工时，旋转的速度不宜过大，以免铣 头在铣削过程中，由于转动速度过快，造成刀具的损毁。 2. 安装结构要求 1）车铣加工中心的 B 轴的驱动装置除上述的动力学参数外，驱动装置需要内藏 在 B 轴上，由于 B 轴的外部完整的套在滑枕上，B 轴的外部没有安装空间电机的安 装空间。 2.1.2 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴的驱动部分方案拟定轴的驱动部分方案拟定 考虑到上述力矩电机的动力学参数与力矩电机的安装的结构的特殊要求下， 确定 车铣加工中心的 B 轴的驱动部分装置采用力矩电机进行驱动。 力矩电机的结构如图 2.1、图 2.1 所示，力矩电机主要由力矩电机定子、力矩电 机转子组成。将力矩电机的转子的与 B 轴进行螺栓，力矩电机的定制与滑枕进行螺 栓联接，从而实现对车铣加工中心的 B 轴进行转动的驱动。 力矩电机的特点是具有较大的扭矩，较小的转速。工作过程中产生大量的热量， 为了使电机具有良好的工作环境，力矩电机工作时，必须具有冷却系统进行冷却。所 以在设计时，需要考虑到力矩电机的冷却，力矩电机的冷却液为常见的普通冷却液 冷却水。为了防止力矩电机在冷却时，产生冷却水的泄漏，在力矩电机的定子与滑 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 车铣加工中心 YB 轴的传动系统设计 7 枕的连接位置采用密封圈进行密封圈的静密封。 本文中车铣加工中心的 B 轴的驱动部分采用力矩电机进行驱动。 图 2.1 力矩电机结构图 图 2.2 力矩电机结构图 2.2 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴的轴的 5锁紧机构的方案拟定锁紧机构的方案拟定 2.2.1 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴的轴的 5锁紧机构要求锁紧机构要求 1）车铣加工中心 YB 轴的铣头在钻削工件时，要求具有能钻 5的整数倍的深 孔。在钻孔时，要求力矩电机具有足够的刚度，不能产生铣头的转动，必须进行车铣 加工中心的 B 轴锁死。 2） 车铣加工中心 YB 轴的铣头在进行工件的车削加工时， 要求 B 轴具锁紧能力。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 车铣加工中心 YB 轴的传动系统设计 8 在车削时，要求力矩电机具有足够的刚度，不能产生铣头的转动，必须进行车铣加工 中心的 B 轴锁死。从而保证在车铣加工中心在进行外圆车削的时，能够保证车削的 工件的精度。 2.2.2 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴的轴的 5锁紧机构方案拟定锁紧机构方案拟定 1）锁紧机构的组成 锁紧机构由三个齿轮组成，每一个齿轮的齿面均在端面。三个齿轮中一个齿轮与 车铣加工中心的 B 轴进行螺栓联接，称为动齿轮。一个齿轮与车铣加工中心 B 轴的 固定零件轴套进行螺栓固定，称为定齿轮。一个齿轮为浮动的齿轮，称为锁紧齿轮， 图 2.3 为锁紧机构组成部分。 图 2.3 锁紧机构组成 2）锁紧机构的工作原理 每一个齿轮的端面齿数均为 72 个，每两个相邻的齿数之间的度数为 5，当动 齿轮随着 B 轴转动到与定齿轮的齿面一致时，浮动齿轮在具有压力的液压油的作用 下，可以实现齿轮的轴向移动，使得动齿轮、定齿轮、锁紧齿轮三者啮合在一起，使 车铣加工中心的 B 轴进行锁紧。每一次的锁紧时，均需要保证动齿轮、定齿轮方向 一致， 所以每次锁紧均为 5的整数倍。 当锁紧机构的不进行深孔钻或者车削加工时， 需要锁紧机构脱开保证正常的运动， 只需要锁紧机构反向的通液压油， 锁紧齿轮脱开， B 轴恢复原有的运动。 锁紧机构的锁紧与松开均均有检测装置，可以检测出锁紧机构的锁紧，当锁紧检 测机构发出锁紧信号时，车铣加工中心 B 轴方可进行深孔加工或者车削加工，当车 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 车铣加工中心 YB 轴的传动系统设计 9 铣加工中心的 B 轴锁紧机构的检测装置发出松开信号时，车铣加工中心的 B 轴才可 在力矩电机的驱动进行转动，锁紧机构的结构如图 2.4 所示。 图 2.4 锁紧机构的原理 2.3 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴的任意角度锁紧机构的方案拟定轴的任意角度锁紧机构的方案拟定 车铣加工中心 YB 轴的铣头在铣削时， 要求铣头可以在铣削的任何角度具有在任 何角度具有静止铣削的能力，此时，任意角度的锁紧机构相对于 5锁紧机构的锁紧 力小些。 图 2.4 任意角度锁死机构结构图 根据上述要求，B 轴的任意角度锁紧机构的方案如图 2.4 所示，任意角度锁紧机 构由两片摩擦片构成，其中一片在外力作用下产生变形，该片摩擦片称为动摩擦片， 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 车铣加工中心 YB 轴的传动系统设计 10 另一片与 B 轴固定，将其称为动摩擦片。铣削的任何角度的锁紧机构采用具有良好 的摩擦性能的材料进行摩擦制动，当 B 轴在某一位置（非 5的整数倍位置），在压 力油的作用下，使得动摩擦片产生变形与静摩擦片接触产生摩擦力而制动，实现 B 轴的任意角度锁死。 当不需要锁死机构时， 液压油停止通入， 并无压力作用于摩擦片， 在具有一定压力的弹簧的作用下，动摩擦片与静摩擦片实现分离，锁死功能解除 2.4 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴的安全刹车机构的方案拟定轴的安全刹车机构的方案拟定 车铣加工中心 YB 轴的铣头在铣削过程中，当该机床出现突然断电，铣头由于重 力作用，铣头会产生突然下落。设想如果正在进行车铣加工的铣头，当机床突然出现 断电， 铣头会在重力的作用下， 会砸向工件导致铣头的损坏， 给企业带来巨大的损失。 图 2.5 安全刹车装置 为了避免上述情况的发生，车铣加工中心的 YB 轴上都会采用安全刹车装置，本 方案的刹车装置采用专用的刹车机构，当机床断电时，安全刹车机构会瞬间产生刹车 力矩，使得铣头不会以为断电产生的铣头下落带来的不必要的损失。 安全刹车装置直接安放在车铣刹车中心的 YB 轴上， 在安全刹车机构的外部为安 装编码器留有空间，安全刹车装置的安装结构图如图 2.5 所示。 2.5 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴支撑部分的方案拟定轴支撑部分的方案拟定 2.5.1 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴支撑部分要求轴支撑部分要求 车铣加工中心 B 轴是带动铣头转动， B 轴的支撑部分是必不可少的。 支撑部分起 到的作用非常大， B 轴的支撑部分是分隔 B 轴的运动部分和静止部分的桥梁， 机械的 运动部件和静止部件的连接部分即为轴承。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 车铣加工中心 YB 轴的传动系统设计 11 1）车铣加工中心 YB 轴支撑部分受力特点 B 轴的本身具有较大的质量，车铣加工中心 YB 轴支撑轴承承受较大的轴向力， 考虑到 B 轴的结构特点，B 轴是连接铣头的工具。B 轴的结构特点具有靠近铣头部位 质量较大、集中。 2）车铣加工中心 YB 轴支撑部分结构特点 车铣加工中心 YB 轴的功能主要是连接铣头的纽带，铣头在加工时，具有精确的 分度功能，在深孔钻削、车削时，具有铣头的锁紧功能，任意角度锁紧功能。在断电 时，铣头还需要保护功能。这些功能就决定了 B 轴上应具有编码器、固定位置锁紧 装置、任意位置锁紧装置、安全保护装置。 2.5.2 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴支撑部分的方案确定轴支撑部分的方案确定 考虑到车铣加工中心 YB 轴重量较大，车铣加工中心 YB 轴在进行车铣加工时， 承受轴向力和径向力仍然较大，决定轴承需要承受较大的径向力以及车铣加工中心 YB 轴安装空间有限等因数，决定了轴承所要轴承具有承受径向力和轴向力的能力， 除此之外，轴承安装空间尽可能的小。 图 2.6 组合轴承 图 2.7 组合轴承安装结构 本设计选择组合轴承为车铣加工中心 YB 轴支撑部分，组合轴承结构形式如图 2.6 所示。组合轴承的功能决定轴承的安装需要尽可能的靠近 B 轴的铣头部位，采用 将组合轴承的定圈与轴套进行螺栓联接，将组合轴承动圈与 B 轴进行螺栓联接，B 轴的组合轴承的安装形式如图 2.7 所示。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 车铣加工中心 YB 轴的传动系统设计 12 2.6 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴配油系统的方案拟定轴配油系统的方案拟定 2.6.1 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴配油系统要求轴配油系统要求 1）铣头管路的功能及数量统计 考虑到车铣加工中心的铣头部分的功能， 要求对通向铣头的液压管路进行统计归 纳，铣头部分需要铣削主轴刀具夹紧功能（介质液压油）、铣削主轴锥孔清洁（介质 空气）、铣削主轴刀具松开（介质液压油）、铣削主轴松开（介质液压油）、铣削主 轴电机冷却水出口（介质水）、铣削主轴刀具内冷（介冷却液）、铣削主轴轴承密封 （介质空气）、铣削主轴锁紧（介质液压油）、铣削主轴刀具外冷（介冷却液）、铣 削主轴电机冷却水入口（介质水）。 由上述统计可知系统的配置共需要十路管路，除了考虑到管路的数量外，还需要 清除每一个管路的功能与管路中的介质，为后续配油系统的设计打下坚定的基础。 2）除了铣头外管路的功能及数量统计 除了考虑到车铣加工中心的铣头部分的功能， 还需要清楚地了解铣头的外部的功 能需要配置的液压管路及管路的功能及管路的内部介质。 通向铣头外的液压管路进行 统计归纳。 首先，对于车铣加工中心的 YB 轴的 5锁紧机构的驱动部分需液压油，锁紧机 构的三齿盘在压力油的作用下，进行锁紧与松开。锁紧机构的三齿盘需要锁紧与松开 分别需要单独的液压油，故需要两路的液压管路，这里的介质为液压油。 其次，对于车铣加工中心的 YB 轴的任意角度锁紧装置的驱动部分也需要液压 油，但是对于任意角度的锁紧机构的锁紧需要单路的液压油，对于任意角度的锁紧机 构的松开不需要液压油的驱动，由含有预应力的压簧驱动动摩擦片松开。所以，车铣 加工中心的 YB 轴的任意角度锁紧机构的锁紧与松开共需要一路液压油。 再次，对于对于车铣加工中心的 YB 轴的驱动力矩电机在工作时，需要对力矩电 机进行冷却，否则力矩电机会因为工作过热导致力矩电机过热而烧坏，力矩电机的正 常工作需要循环的冷却水， 所以车铣加工中心的 YB 轴的力矩电机的冷却系统需要两 路冷却管路，介质为冷却水。综上所述，车铣加工中心的 YB 轴的铣头外部的功能共 需要五路管路，介质为三种分别为液压油、冷却液、水。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 车铣加工中心 YB 轴的传动系统设计 13 2.6.2 车铣加工中心车铣加工中心 YB 轴配油系统方案轴配油系统方案 1）铣头的尺寸 铣头（铣头的连接尺寸如图 2.8 所示）与 B 轴直接相连，所以通向铣头上的管路 的需要从 B 轴上引入，B 轴上的尺寸是由铣头决定的。从 B 轴的外侧进入 B 轴，而 B 轴的外侧是静止的， B 轴是运动的。 这样就需将介质从静止部分通向运动的部件中。 图 2.8 铣头的连接尺寸 2）车铣加工中心 B 轴动静处的配油方案 图 2.9 铣头通的油方案 车铣加工中心 YB 轴铣头的配油系统由 B 轴的后端配油轴套进入， 通过配油轴上 的内部油路传到 B 轴最后进入到铣头的内部，铣头通的油方案如图 2.9 所示。静止的 配油环与转动的配油轴之间的油路之间的隔离采用旋转的密封圈， 密封圈除了起到密 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 车铣加工中心 YB 轴的传动系统设计 14 封的作用外，还起到了阻尼的作用，但是阻尼不能太大，否则会使力矩电机的效率降 低。所以，合理的设计配油环和配油轴之间的距离对控制阻尼起到了关键性作用 图 2.10 内部刹车的通的油方案 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 车铣加工中心 YB 轴参数设计计算 15 第三章 车铣加工中心 YB 轴参数设计计算 3.1 设计的关键参数要求设计的关键参数要求 3.1.1 锁紧机构的锁紧力要求锁紧机构的锁紧力要求 当车铣加工中心的进行车削加工时，B 轴静止不动，锁紧扭矩 T 不小于 5000NM 3.1.2 任意角度锁紧机构的锁紧力要求任意角度锁紧机构的锁紧力要求 当车铣加工中心进行铣削加工时，在任意角度具有保持锁紧的能力，锁紧的扭矩 不应低于 700Nm 3.1.3 驱动力的参数驱动力的参数 （1）B 轴使用的最高转速不得高于 80r/min （2）最大扭矩 T 不得小于 500 Nm 3.1.4 刹车的参数要求刹车的参数要求 刹车部分应保证 B 轴轴线两侧的装置对 B 轴的扭矩分别不小于 100NM 3.1.5 轴承的使用寿命要求轴承的使用寿命要求 B 轴的轴承使用时寿命不小于 100000 h 3.2 三齿盘锁紧扭矩计算三齿盘锁紧扭矩计算 图 2.3 锁紧机构组成 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 车铣加工中心 YB 轴参数设计计算 16 锁紧机构由三个齿轮组成，每一个齿轮的齿面均在端面。三个齿轮中一个齿轮与 车铣加工中心的 B 轴进行螺栓联接，称为动齿轮。一个齿轮与车铣加工中心 B 轴的 固定零件轴套进行螺栓固定，称为定齿轮。一个齿轮为浮动的齿轮，称为锁紧齿轮， 图 2.3 为锁紧机构组成部分。 锁紧齿盘锁紧液压缸的有效面积A： 2 22 mm 41057= 4 265265-350350 = 4 )r =A ）（ （ R 式中， 锁紧液压缸的外径mm350=R 锁紧液压缸的内径mm265=r 取锁紧压强50bar=P，则锁紧力： N 205285=410575=AP=F 锁紧力安全系数取 3，则轴向力： N 68428 3 205285N 3 F =Fa= 取动齿盘的轴向力为锁紧齿盘的轴向力的 40%，动齿盘的轴向力： 27371NN 684284 . 0684284 . 00.4F=Fa= 动 动齿盘的切向力： N47406 tan30 27371 tan30 Fa =Fu= = N 动 动 动齿盘的锁紧扭矩： 7300Nm=Nm 4 )0.298+(0.31874064 = 4 d+DFu =T 动 ）（ 结论：三齿盘的锁紧扭矩 T=7300Nm，符合要求。 3.3 摩擦片锁紧扭矩计算摩擦片锁紧扭矩计算 查询机械设计手册，可知两种金属之间的摩擦系数0.1=u； 设计时，设计的摩擦片外径 190mm=D，内径170mm=d，90mm=R中； 所以，接触面积A： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 车铣加工中心 YB 轴参数设计计算 17 2 22 5654mm= 4 170170-901901 = 4 )r =A ）（ （ R 取压强P： MPa 10=P 56540N=565410=AP=F压 5654N=56540N0.1=Fu=F 压摩 1018Nm=56540.092=F2R=M 摩中 ； 所以当压强为 10MPa 时，任意角度的摩擦片锁紧扭矩可达 1018Nm。 结论：摩擦片的锁紧扭矩1018Nm=T，符合要求。 3.4 力矩电机扭矩计算力矩电机扭矩计算 加速角度范围： 50= 安全系数S： .41=S 摩擦力矩 摩 M： 50NmM= 摩 选择舍弗勒公司的 RI11-3P-250x150-WM ,其主要参数如下： 峰值扭矩为 1038Nm，冷却条件下的标称扭矩为 632Nm，冷却条件下的峰值转速 113rpm，转子转动惯量 0.1625。 转动惯量计算： 圆柱体转动惯量公式： 2 md 8 1 圆环体转动惯量公式：)dm(D 8 1 22 + 动齿盘转动惯量：0.086333 调整垫转动惯量：0.018195 套转动惯量： 0.039504 轴转动惯量： 0.790388 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 车铣加工中心 YB 轴参数设计计算 18 轴承转动惯量： 0.157625 连接轴转动惯量：0.99235 电机转子转动惯量 0.1625 其他转动惯量： 0.005056 以上是 B 轴的转动惯量：2.254 铣头的转动惯量：5.978 所以总的转动惯量I： 8.23=I B 轴使用的最高转速n： rpm 80= 1.4 113 =n 最大角速度： rad/s 8.38= 30 0814. 3 = 30 n = 加速时间 1 t： 0.21s 8.38rad/s 50 = w 2 =t1 角加速度： rad/s2 79.2= t 4 = 2 1 考虑摩擦力矩和安全系数后的最大扭矩： 1038NmTNm 982.5=50+8.23*79.21.4=T= 电机峰值 ）（ 插补加工时的切削扭矩为 400Nm，转速为 10rpm，则插补加工时间 2 t： s 2.3= 6360 50-50-240 =t2 减速时间 3 t ： s 0.25=t=t 13 考虑安全系数的有效转矩 632Nmm603 ttt )23 . 8 67(t400t)23 . 8 67(t1.4 T 321 2 3 2 2 2 1 = + + =N 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 车铣加工中心 YB 轴参数设计计算 19 结论：按照设定工况，所需扭矩均小于力矩电机扭矩，符合要求。 3.5 刹车选型计算刹车选型计算 查询所选的 M60 刹车装置的刹车扭矩是 220Nm，延迟时间是 0.055 s。 220Nm 产生的角加速度 1 ： 22 1 rad/s 20=rad/s 8.23 220 = 当角速度为 8.38 rad/s 最大时，刹车时间t： s 0.419=s 20 8.38 =t 此时转过的角度： =128.7= 1800.055+0.4190.055+0.419200.5 ）（）（ 当角速度为：rad/s 1.04（rad/s 1.04= 30 10 ）时，刹车时间： s 0.052=s 20 1.04 =t 此时转过的角度为： =6.6= 1800.055+0.0520.055+0.052200.5 ）（）（ 刹车装置有效。 铣削主轴的重量 200kg，长度是 606mm，B 轴轴线处铣削主轴的 240mm 处，则 B 轴轴线两侧的质量分别约是 79 和 121kg；刀具的长度为 160mm，重量为 8kg。 此时，B 轴轴线两侧的装置对 B 轴的扭矩分别是 1 T、 2 T： Nm 120.4=)0.24+ 2 0.16 (80+ 2 0.24 790 1