单坐标液压仿形铣床结构设计 机械 毕业设计.docx

摘要铣床是用多刃回转刀具进行切削加工的机床。可以进行平面、沟槽、分齿零件、螺旋表面及各种曲面的加工；仿形铣床是利用仿形原理进行金属切削加工的铣床；单坐标液压铣床是只在一个方向进行仿形控制的利用液压系统工作的仿形铣床。本设计说明说详细的论述了单坐标液压仿形铣床结构设计的具体过程，从铣床工作原理的选定，到总体机构的设计；从各系统的机构设计到零部件的选择。其核心分为三个部分：第一，进给系统的设计，包括进给系统设计参数的选定、工况分析、原理的拟定和主要零件的选型和参数计算。第二，仿形系统的设计，按一般的液压控制系统设计的方法设计仿形系统的电液位置伺服控制。第三，电气系统的设计，选择了电气控制系统的主要元件、计算了其参数完成了单元电路和控制部分电气原理图。最后，总结了铣床总体结构设计的可行性，稳定性为本文画上了圆满的句号。关键字：仿形、机构设计、电液伺服、液压系统目录第一章 绪论11.1 仿形铣床发展及现状11.2 研究意义21.3 研究内容3第二章 仿形铣床结构设计52.1 工作原理52.1.1方案拟定52.1.2 工作原理62.2 总体方案72.2.1 回转机构设计72.2.2 进给机构设计82.2.3 仿形机构设计92.3技术参数11第三章 零部件设计123.1进给系统设计123.1.1工况分析123.1.2 拟定系统原理图153.1.3 系统计算和元件选择163.2 仿形系统设计253.2.1设计参数选定263.2.2 拟定系统原理图263.2.3 选择系统组成元件确定其参数27第四章 控制部分设计304.1 控制系统原理304.2 单元电路设计324.3 控制元件设计计算374.3.1 系统的组成374.3.2 元件的选择和参数计算37第五章 总结40参考文献41致谢43附录44第一章 绪论1.1 仿形铣床发展及现状铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。最早的铣床是美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884年前后又出现了龙门铣床；二十世纪20年代出现了半自动铣床。1950年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。铣床种类很多，一般是按布局形式和适用范围加以区分，主要的有升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床和单臂铣床、仪表铣床、工具铣床等。另外，按控制方式，铣床又可分为仿形铣床、程序控制铣床和数控铣床等。1578年，法国的J.贝松首次用仿形法加工木制装饰品和螺纹，此后机械仿形的机床随之出现。至19世纪得到推广。20世纪初出现了带电气机械随动系统的仿形机床。1923年开始生产电接触仿形铣床。20世纪30年代，瑞士、德国和美国等相继生产了液压仿形装置，后经历了一系列的改进。到50年代，液压仿形机床迅速增加。70年代以后，由于电子技术和数字控制机床发展较快，液压仿形机床逐步减少。17世纪中叶法国的Pascal提出的著名的流体静压力传递定律，奠定了液压技术的理论基础。早在第一次世界大战前，液压伺服控制作为操舵装置已经开始应用于海军的航舰中。第二次世界大战前后，由于军事的刺激，自动控制特别是武器和飞机的控制系统的研究得到进一步的发展。1940年底在飞机上首先出现了电液伺服系统，其滑阀有伺服电机拖动，伺服电机的惯量很大，成为了限制系统动态性的主要环节。战后的20世纪50年代，随着世界各国经济的恢复和发展，生产过程的自动化不断增长，使液压技术很快转入了民用工业。20世纪50年代初出现了高速响应的永磁式力矩马达。20世纪50年代后期出现了喷嘴挡板阀作为先导级的电液伺服阀，使电液伺服系统成为了当时相应最快、控制精度最高的伺服系统。同期，德国的阿亨工业大学（TH Aachen）在仿形刀架方面，美国的麻省理工学院（MIT）的学者在电液伺服阀方面的研究取得了很大的进展，并出版了著名的液压气动控制一书，为现代的电液伺服系统的理论和实践奠定了基础。建国初期，我国机床行业中仿形机床是个空白。第一个五年计划期间从国外进口了若干液压仿形机床。我国第一台自动仿形机床是昆明机床厂于1957年试制成功的XB4326型两坐标液压仿形铣床。1958年沈阳第一机床厂和北京机床研究所合作研制成功了液压仿形刀架；20世纪60代起，有数家机床厂相继试制成功了若干种电、液仿形铣床和仿形刀架。与此同时, 一些航空工厂、汽轮机厂、铁道机车车辆厂和民用模具厂亦仿制了一些仿形装置，将普通机床改装为仿形铣床或仿形车床，以解决本厂或本系统的一些外形复杂零件的加工。目前为止我国有数十家工厂生产仿形机床, 十多家工厂、研究院所研制生产仿形触头和仿形刀架。仿形机床的产量总计全国年产量约为数百台左右, 产量受用户订货多寡而变动。产品除供国内使用外, 还销售到欧洲、亚洲和阿拉伯等地的数个国家和地区。1.2 研究意义本课题设计的液压仿形铣床，其控制系统采用单片机控制，即将仿形技术和数控技术有机的结合起来。利用仿形样板可代替复杂数控编程，可进行零件的复杂型面加工；而利用数字控制又可实现程序转换及操作调整，工件换批快,，适用于单件、小批量轮番生产，扩大了机床使用范围，增强了机床适应性；并且不需要熟练技艺和高级技术工人就可以进行操作。本次设计的单坐标液压仿形铣床与普通铣床或普通的仿形铣床相比，具有加工精度高、自动化程度高、加工效率高、便于进行大批量生产获得较高的生产效率等突出优点。与专用铣床和常见的数控铣床相比较，虽说其在加工精度、动态响应特性和自动化程度上上有所欠缺，但是在加工成本、对工人的技术水平要求、使用维护的方便性等方面具用数控铣床远远无法比拟的优越性。本课题拟解决的主要技术难题是，如何实现进给运动和仿形运动的准确、迅速和较自动化得控制，即如何实现设计要求的进给运动和仿形运动。对于回转机构拟依然沿用机械的传动，其技术比较成熟，工艺特性较好，设计计算易于实现。然而进给和仿形机构液压系统中存在着控制精度不容易达到设计任务要求、动态响应特性、控制系统稳定性较理想不高等一系列的问题，将成为本次设计的难点和重点，同时对于这些问题的解决也就体现了这次设计的必要性，及其理论意义和应用价值。1.3 研究内容本次设计任务为单坐标液压仿形铣床的结构设计，相应的其研究内容主要包括以下几个方面：（1）总体结构设计根据单坐标液压仿形铣床的加工工艺特点、适用范围、和工作环境，并紧密结合此次设计任务的要求；拟定仿形铣床的工作原理，设计总体结构方案，并对各主要零部件的结构和完成的功能做了详细的规划设计。最后根据仿形铣床的总体结构和主要尺寸，拟定了但坐标液压仿形铣床的加工工艺技术参数表。（2）零部件的设计根据仿形铣床的总体结构和加工工艺的技术参数表，确定仿形铣床中各个部件的功能及其技术要求，拟定各部件的工作原理，并绘制工作原理图。包括零部件的组成元件、功能，各元件间的配合性能，完成主要零件的结构尺寸，型号选择，参数的设计计算，总体性能的计算、验证等各方面的问题。具体本课题的主要零部件包括了主轴的回转机构、工作台