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ZUO半自动液压专用铣床液压系统设计

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zuo 半自动 液压 专用 铣床 系统 设计
资源描述:

半自动液压专用铣床液压系统设计


1   概述………………………………………………………………3

 1.1课题背景………………………………………………………3

 1.2课题内容………………………………………………………3

 1.3课题的意义……………………………………………………4

 1.4课题的创新点…………………………………………………4

2  机械制造技术毕业设计的基本任务与要求………………………4

2.1 设计任务…………………………………………………………5

2.2 毕业设计基本要求……………………………………………5

3 刀库的设计……………………………………………………………5

3.1 确定刀库容量…………………………………………………5

3.2 确定刀库形式…………………………………………………6

3.3 刀库结构设计…………………………………………………7

3.4 初估刀库驱动转距及选定电机………………………………8

3.4.1初选电动机与降速传动装置………………………………8

3.4.2初估刀库驱动转距…………………………………………8

3.5刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计…………………8

3.6刀库驱动转矩的校核…………………………………………10

3.7花键联接的强度计算…………………………………………14

3.8夹紧机构插销剪切强度的校核……………………………15

3.9确定刀具的选择方式…………………………………………15

3.10刀库的定位与刀具的松夹…………………………………15

4 刀具交换装置的设计……………………………………………16

4.1确定换刀机械手形式………………………………………17

4.2换刀机械手的工作原理……………………………………19

4.3机械手的自动换刀过程的动作顺序………………………21

4.4机械手回转轴4上的齿轮齿条设计………………………21

4.5自动换刀装置的相关技术要求…………………………22

4.5.1主轴准停装置……………………………………………24

4.5.2换刀机械手的安装与调试………………………………24

4.6自动换刀程序的编制……………………………………24

5 夹具设计研资料究原始………………………………………24

5.1拟定夹具的结构方案………………………………………24

5.2确定工件的定位方式及夹具体元件的材料………………25

5.3 工件的夹紧方式,计算夹紧力并设计夹紧装置………26

5.4机械加工工艺规程卡片……………………………………30

6. 致谢…………………………………………………………33

参考文献书目…………………………………………………34






1概述

1.1 课题背景

现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术极其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。

广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料以及降低生产成本,有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。

工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很高,应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测,机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计,世界机器人市场前景看好,从20世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代,机器人产品发展速度较快,年增长率平均在10%左右。2004年增长率达到闯记录的20%。其中,亚洲机器人增长幅度最为突出,高达43%。

在自动化生产领域中,工业机械手是近几十年发展起来的。工业机械手的是从工业机器人中分支出来的。
其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业具有准确性和各种环境中完成作业的能力。
机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器,它有多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
机械手由执行机构、驱动-传动机构、控制系统、智能系统、远程诊断监控系统五部分组成。驱动-传动机构与执行机构是相辅相成的,在驱动系统中可以分:机械式、电气式、液压式和复合式,其中液压操作力最大。

本课题是数控机床上专用于工件和零件的夹持和自动运转的装置,其运动自由度多,且有严格的动作顺序要求、用液压驱动可实现动作自动循环,利于自动化和高效率等要求。

1.2课题内容

本课题的基本内容是:

1)功能原理方案分析

2)液压系统原理图设计

3)液压系统的计算

4)油箱与执行元件工作图设计

5)编写计算说明书

1.3课题的意义

本课题所研究的数控机床的装夹装置属于工业机器人这一范畴,对它的研究实际上就是对工业机器人的研究。现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术极其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。

广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料以及降低生产成本,有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。

随着加工行业在我国的迅速发展,各行各业的自动化装备水平越来越高,现代化加工车间,常常配有机械手,以提高生产效率,代替工人完成恶劣环境下危


内容简介:
本科毕业设计开题报告题 目:铣床液压系统设计 系 别: 机电系 专 业: 机械设计制造及其自动化 姓 名: 学 号: 指导教师: 年 月 日- 14 -本科毕业设计开题报告系别机电系专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号联系方式题目铣床液压系统设计一、选题背景 铣床是一种主要用于金属切削的机床。于1818年由美国数位机械工程师共同发明的。铣床是用于切削平面,或者用特殊的形状的铣刀铣出成型表面、螺旋槽或齿轮的齿形等。铣床分为卧式铣床、立式铣床、龙门铣床、仿形铣床、和万能铣床等。由于铣床具有较高的工作效率以及加工出来的零件精度高等特点,现在已成为各行业中不可缺少的设备,特别是数控铣床。这种铣床更是用于国防、航空、汽车、拖拉机、造船、机床和工具制造部分发展品种、推进技术高招的重要设备。铣床拥有量已占机床量得1/10以上。而液压系统优点多应用也很广泛,一般用于液压传动。在一般工程机械、加工机械、压力机械、机床等,行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等,发电厂涡轮调速装置、测量浮标、升降旋转舞台等,军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等。随着现代加工行业在我国的迅速发展,数控铣床在制造业仲应用越来越广泛,所以数控铣床的研制和推广是加速机械工业技术革命的有效途径之一,成为了推动生产发站内信的重要设备。液压技术作为实现现代传动与控制的关键基础技术之一,已成为各行各业重要的技术基础。而液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术。利用液压技术可在较宽范围内进行无级调速,具有良好的换向及转接功能,易于实现工作循环等优点,完成工件及刀具的夹紧,控制进给速度和驱动主轴作业。易管现代数控机床、加工中心等先进制造设备中采用机电伺服系统,但采用液压传动与控制仍然是现代金属切削机床自动化的重要途径。据1995年全国第三次工业普查统计,我国液压、气动和密封件工业乡及乡以上年销售收入在100万元以上的国营、村办、私营、合作经营、个体、“三资”等企业共有1300余家,其中液压约700家,气动和密封件各约300余家。按1996年国际同行业统计,我国液压行业总产值23.48亿元,占世界第6位;气动行业总产值4.19亿元,占世界第10位。二、课题设计2.1课题的内容 本课题主要研究的是铣床液压系统的设计,重点在于液压设计,设计过程所要完成的是对工作缸的参数设计和结构设计,液压阀块的设计、液压站的设计、和每个过程中的标准件、常用件的选择和设计,最后要进行验算,查验压力损失和系统温升是否符合要求,最后要得出结论,此系统是否为最优系统,效率的高低,加工的难易程度都要考虑进去。 课题要求设计的内容1、完成系统的传动原理图。2、根据拟定的原理图,完成所有参数、尺寸的计算、查表和确定相应的元器件规格型号。3、完成设计的最终原理图、油箱结构图及液压缸装配图和零件图(折合2张0 # 以上图纸)。4、完成设计说明书(至少50页)。2.2课题的目的 1、巩固和深化已学知识,掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤,培养相对于的工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力;2、正确和你地确定执行机构,选用标准液压元件;能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统;3、熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对以后在计算、制图、运用技术资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的进行一次奠定基础训练,以提高这些技能的水平。2.3课题的意义 铣床是现代工业生产必不可少的,而且液压不单单推动了铣床,更推动了社会的发展。结合课本上的知识,通过动手动脑,去完成这份设计。在拥有专业知识的帮助下,我通过专业书本的辅助,学会了: 1、学会了液压系统的设计过程,进而推广到其他液压系统的设计。 2、学会了如何查表。 3、学会了如何结合其他科目的知识去增加这份毕业设计的看点,譬如:通过Plc、机械制图等知识来完善来增加看点。三、课题研究现状3.1国外研究现状 在美国、日本和德国等发达国家,它们将机床改造作为新的经济增长行业,生意盎然,正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步,机床改造是个“永恒”的课题。在美国、日本、德国,用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场,己形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国,机床改造业称为机床再生 (Remanufacturing)业。从事再生业的著名公司有:Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd(得宝)服务集团、US设备公司等。美国得宝公司己在中国开办公司。在日本机床改造业称为机床改装(Retrofitting)业。从事改装业的著名公司有:大限工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。而现在国外现状偏向于:1、高速高精与多轴加工成为数控机床的主流,纳米控制已经成为高速高精加工的潮流。2、多任务和多轴加工数控机床越来越多地应用到能源、航空航天等行业。3、机床与机器人的集成应用日趋普及,且结构形式多样化,应用范围扩大化,运动速度高速化,多传感器融合技术实用化,控制功能智能化,多机器人协同普及化。4、智能化加工与监测功能不断扩充,车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息,分析相关数据,预测机床的状态,提前进行相关的维护,避免事故的发生,减少机床的故障率,提高机床的利用率。5、最新的机床误差检测与补偿技术能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量,与传统的激光干涉仪相比,对机床误差的补偿精度能够提高34倍,同时效率得到大幅度提升。6、最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数 控机床的加工提供了强有力的支持,可以大幅度提高加工效率。7、刀具技术发展迅速,众多刀具的设计涵盖了整个加工过程,并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求。 图(1)为P800M型高速五面加工数控铣床是由德国Metrom公司生产的,它结构新颖、布局紧凑。机床首次采用5杆并联机构和5环驱动的主轴部件,在并联运动机构设计 图(1)P800M型高速五面加工数控铣床 图(2)德国马泰克matec-30P理论上有所突破,从而实现主轴部件偏转角大于90,能够真正进行5面加工。P800M型高速五面加工数控铣床工作空间大,占地面积小,机床的外形尺寸为2300mmx2000mmx2500mm,工作台直径达8001200mm,有效加工空间为600mmx600mmx450mm。图(2)为德国马泰克matec-30P是由德国梅萨德利希机床有限公司生产的。该机床适合于高质量要求的机械和模具等的生产。科学设计的龙门尺寸结构保证了加工中工件轮廓外形的稳定和表面质量。由于卓越的稳定性和排屑性能,该机床广泛用于各种加工和焊接工业领域。 3.2国内研究现状我国是机床生产大国,又是使用大国。数控机床是机械工业发展的关键产品,我国的数控机床在机床产品中的比例总体水平低。但是我国是发展中国家,许多企业财力薄弱,不可能花费大量的资金添置许多全新的数控机床,同时大量的通用机床不可能全部淘汰。 因此,把普通机床改造为数控机床则不失为是一条提高数控化率的有效途径,机床改造花费少,改造针对性强,时间短,改造后的机床大多能克服原机床的缺点和存在的问题,生产效率高。所以现在的国内现在偏向于:1、低技术水平的产品竞争激烈,互相靠压价促销;2、高技术水平、全功能产品主要靠进口;3、配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口;4、应用技术水平较低,联网技术没有完全推广使用;5、自行开发能力较差,相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口装。图(3)为数控铣床XK1060其机身及主要构件均为高强度铸铁,金相组织稳定,确保机床长期使用的稳定性。可用于航天航空,汽车零件,机械加工及模具制造领域,能适应从粗加工到精加工的加工要求,可完成铣、镗等多种工序。3.3国内外数控机床技术发展的趋势1、 高速度与超精度化 速度和精度是数控机床 图(3)数控铣床XK1060的两个重要指标,它直接关系到加工效率和产品的质量。高速度、超精度加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩 短生产周期和提高市场竞争能力。2 、高可靠性 随着数控机床网络化应 用的发展,数控机床的高可靠性已经成为数控系统制 造商和数控机床制造商追求的目标。3、 多功能化 在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上,为了尽可能降低这些无用时间,人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上,因此数控机床实现了一机多能,以最大限度 图(4)M2-550微型多功能机床地提高设备利用率。如图(4)M2-550微型多功能机床4 、多轴化 随着 5轴联动数控系统和编程软件的普及,5轴联动控制的加工中心和数 控铣床已经成为当前的一个开发热点。如图(5)VS 1580五轴联动数控加工中心5、 网络化 数控机床的网络化,主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网,然后再经由因特网通向企业外部, 图(5)VS 1580五轴联动数控加工中心这就是所谓 Internet/Intranet 技术。6 、柔性化、智能化 数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是:从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、 分布式网络集成制造系统)的方向发展,另一方面向注重应用性和经济 性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段,是各国制造业发展的主流趋势,是先进制造领域的基础技术。其重点是以 提高系统的可靠性、实用化为前提,以易于联网和集成为目标;注重加强单元技术的开拓、完善;CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。7 、绿色化 21世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置,即要实现切削加工工 艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上,这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康,又增加资源和能源的消耗。8、体系开放化向未来技术开放:由于软硬件接口都遵循公认的标准协议,只需少量的重新 设计和调整,新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容, 图(6)西马特微型多功能车床钻铣床MJ9515这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于 长生命周期。9、极端化(大型化和微型化)国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。如图(6)西马特微型多功能车床钻铣床MJ9515四、课题设计方案 因为在我国油压机械设备需求越来越多,所以液压系统的速度和工作效率成为了现在液压系统的主要竞争方面,所以现在为了快速运动和提高工作进给速度,以及提高工作的需要,社会的需要,最终决定设计的方案为:设计速度控制回路。4.1设计方案选型与分析一、调速方案方案一:节流调速 图(7)为节流调速原理图节流调速,采用定量泵供油,由流量控制阀改 变流入和流出执行元件的流量以调节速度,这种系统称阀控系统。如图(7)其优点是:能量损失较小,结构简单,控制简单,使用维护方便。而缺点是:效率较低,发热大。方案二:容积调速容积调速,采用变量泵或变量马达,以改变泵或马达的排量调节速度。这种系统称泵控系统。如图(8)其优点是:效率高,发热小,使用维护方便。缺点是:结构相对复杂 方案三:容积节流调速容积节流调速,采用压力反馈式变量泵供油,由流量控制阀改变流入或流出执行元件的流量,进而调节速度, 图(8)为容积调速原理图同时又使变量泵的流量与通过流量控制阀的流量相适应。 其优点是:没有溢流损失,效率较高,速度稳定性相对好。缺点是:会有节流损失。如图(9)方案的确定:选用以上那种!二、快进方案方案一:液压缸差动连接快速调速差动连接是,活塞无杆端面比有杆端面的受压面积大(大杆的面积),(这面积差 图(9)为容积节流调速原理图是差动的根本原因。)在两端面受 压力(压强)相同时,无杆端面的总压力大,会将活塞推着向有杆端移动,这就是差动。这时,将有杆腔排出的油导入无杆腔,就在泵油的基础上增加了流量,能使活塞更快移动,形成差的快速。这种油路的连接方法。 其优点是:活塞杆伸出时能获得较快的速度,即使泵的流量较小.但这时油缸的出力较小,不适合重载.油缸设计合理时,不需要调节,就可以使活塞杆伸出和回缩时速度相等。缺点:噪声大。如图(10) 图(10)为液压缸差动连接原理图方案二:采用蓄能器的快速调速 蓄能器是,液压或气动系统中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来,当系统需要的时,又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来,重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时,它可以吸收这部分的能量,以保证整个系统压力正常。如图(11) 其优点是:反应灵敏,工作可靠。缺点是:制造困难,密封性要求高。 图(11)为蓄能器快速调速原理图方案三:双泵供油快速调速 双泵供油是,用两个泵来提供动力,其中一个为大流量泵,用以实现快速运动;另外一个是小流量泵,则用以实现工作进给。其优点是:功率损耗小,系统效率高,应用较为普遍。而缺点是:系统结构复杂。如图(12)图(12)为双泵供油快速调速4.2方案的确定以上方案,每个都有它们的优点,而且它们几个可以是说是各抒己见。所以最后选择的调速方法是容积节流调速没有溢流损失,效率较高,速度稳定性相对好。缺点是:会有节流损失。而选择的快速调速方法是液压缸差动连接快速调速。要对比起来,工作效率高而且油的循环利用,速度的调节也比较好,而且结构相对双泵供油,容积调速等方式简单,制造难度比蓄能器低,而且反应灵敏。很符合现在社会的发展需要和工业生产需要。4.3方案的特点及创新这方案的主要特点是,液压缸差动连接可以满足现在工业对机床对机床生产的需要,而且还可以提高工作的效率,还缩短了工作的时间等等的优点,这是它最重要的特点,但是创新点还是有很多的,不管什么事物都是两面的,有优点也有缺点,而它的创新点就取决于:1、改善它的泄漏性。2、降低工作时的噪声。这两方面可以更容易提高液压系统的使用广泛性和提高工作时对环保的保护。4.4方案的想法与构思经过上述的方案选择,方案的构思后,最终的液压原理图最终还是有了初步的草图,而它工作的工步是:1、纵向工进(夹紧)横向快进横向一工进横向二工进2、横向快退纵向快退停止 为了达到以上的工步,最终选择的横向快进方式是:差动连接。使用差动连接有利于提高工作效率。如图(13)横向一工进可以选用的调速方式有:方案一、使用二位二通电磁换向阀加一个调速阀,这样的目的是可以更方便的控制液压的操作,以及更好的控制液压流动的速度和液压回路的自动顺序动作。方案二、使用二位二通电液换向阀和一个调速阀,电液换向阀一般适用于大流量的液压设备,而且具有换向以及节流的作用。4.5液压回路控制在现在的社会环境,基本上电动化是驱动社会进步的一个前进动力,所以应该适当加一些电动化的控制有利于制造的自动化。而现在Plc控制应用广泛,所以最终打算增加一点Plc控制。图(13)横向一工进的液压原理图而最终选用的是方案一,因为这里并不算流量特别大,所以选择方案一。如图(14)横向二工进最终选择的液压回路方法是:加一个调速阀。如图(15)图(14)横向一工进液压原理图图(15)横向二工进液压原理图五、预期结果由于现在的铣床比较多,而且液压系统驱动铣床都已经是主流了,更何况现在社会要求的是一种效率。所以为了适应国际市场和社会发展的趋势,就要出现规模更小,反应速度更快,工作效率更高的液压系统。而对于自己设计的产品定位希望可以得到一些新的创新,而且最好的还是提高它的性价比,而且降低生产的成本。六、设计主要步骤一、明确设计要求 二、工况分析 1、运动分析 2、负载分析 1)、工作负载 2)、摩擦阻力负载 3)、惯性负载 3、执行元件的参数确定 1)、选定工作压力 2)、确定执行元件的几何参数 3)、执行元件最大流量的确定 4、绘制液压执行元件的工况图 1)、工况图的绘制 2)、工况图的作用 三、所用液压执行元件的类型 四、液压回路的选择 五、液压回路的综合 六、液压泵的选择 1、确定液压泵的工作压力 2、确定液压泵的最大供油量3、选择液压泵的规格4、确定液压泵的驱动功率七、阀类元件的选择八、液压辅助元件的选择九、液压系统的验算1、压力损失的验算2、发热温升的验算十、绘制图纸七、进度计划序号任务名称开始时间结束时间1选题第六周第六周2查阅中、外文献资料,外文资料翻译,确定系统设计方案第七周第八周3开题第八周十三周4进行毕业设计十四周十九周5中期检查6上交毕业设计正稿打印版及电子材料,毕业设计及设计说明书光盘,完成毕业答辩ppt7毕业答辩八、参考文献1 杨可桢 程光蕴 李仲生 机械设计基础 高等教育出版社2006.5 2 左健民 液压与气压传动第四版 机械工业出版社 2011.1 3 张丽平 液压气动系统设计手册 机械工业出版社 2008.5 4 周世昌 液压系统设计图集 机械工业出版社 2004.25 周晓邑,涂序斌 机械制造基础 北京理工大学出版社2008.8 6 叶伟昌 机械工程及自动化简明设计手册 机械工业出版社 2008.27 廖常初 S7-200PLC编程及应用 机械工业出版社 2007.8 8 指导教师意见: 指导教师签名: 年 月 日教研室审核意见: 教研室主任签名: 年 月 日备注:本开题报告须装入学生的毕业设计(论文)档案袋存档。半自动液压专用铣床液压系统设计半自动液压专用铣床液压系统设计目 录1 概述 3 1.1 课题背景 3 1.2 课题内容 3 1.3 课题的意义 4 1.4 课题的创新点42 机械制造技术毕业设计的基本任务与要求42.1 设计任务52.2 毕业设计基本要求 53 刀库的设计53.1 确定刀库容量 53.2 确定刀库形式 63.3 刀库结构设计 73.4 初估刀库驱动转距及选定电机 83.4.1 初选电动机与降速传动装置83.4.2 初估刀库驱动转距83.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计83.6 刀库驱动转矩的校核103.7 花键联接的强度计算143.8 夹紧机构插销剪切强度的校核153.9 确定刀具的选择方式153.10 刀库的定位与刀具的松夹 154 刀具交换装置的设计164.1 确定换刀机械手形式174.2 换刀机械手的工作原理194.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序214.4 机械手回转轴 4 上的齿轮齿条设计214.5 自动换刀装置的相关技术要求224.5.1 主轴准停装置244.5.2 换刀机械手的安装与调试244.6 自动换刀程序的编制 245 夹具设计研资料究原始245.1 拟定夹具的结构方案245.2 确定工件的定位方式及夹具体元件的材料255.3 工件的夹紧方式,计算夹紧力并设计夹紧装置 265.4 机械加工工艺规程卡片306. 致谢 33参考文献书目 341 概述1 11 1 课题背景课题背景 现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从 1962 年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术极其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS) 、自动化工厂(FA) 、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料以及降低生产成本,有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很高,应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测,机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计,世界机器人市场前景看好,从 20 世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入 20 世纪 90 年代,机器人产品发展速度较快,年增长率平均在 10%左右。2004 年增长率达到闯记录的 20%。其中,亚洲机器人增长幅度最为突出,高达 43%。在自动化生产领域中,工业机械手是近几十年发展起来的。工业机械手的是从工业机器人中分支出来的。 其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业具有准确性和各种环境中完成作业的能力。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器,它有多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 机械手由执行机构、驱动-传动机构、控制系统、智能系统、远程诊断监控系统五部分组成。驱动-传动机构与执行机构是相辅相成的,在驱动系统中可以分:机械式、电气式、液压式和复合式,其中液压操作力最大。本课题是数控机床上专用于工件和零件的夹持和自动运转的装置,其运动自由度多,且有严格的动作顺序要求、用液压驱动可实现动作自动循环,利于自动化和高效率等要求。1 12 2 课题内容课题内容本课题的基本内容是:1)功能原理方案分析2)液压系统原理图设计3)液压系统的计算4)油箱与执行元件工作图设计5)编写计算说明书1 13 3 课题的意义课题的意义本课题所研究的数控机床的装夹装置属于工业机器人这一范畴,对它的研究实际上就是对工业机器人的研究。现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从 1962 年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术极其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS) 、自动化工厂(FA) 、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料以及降低生产成本,有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。随着加工行业在我国的迅速发展,各行各业的自动化装备水平越来越高,现代化加工车间,常常配有机械手,以提高生产效率,代替工人完成恶劣环境下危险、繁重的劳动。1 14 4 课题的创新点课题的创新点采用手动换向阀变换夹持方式,既可以双夹持也可以单夹持。2 机械制造技术毕业设计的基本任务与要求机械制造技术毕业设计的基本任务与要求2 .1、设计任务、设计任务(1)设计一个中等复杂的零件的加工工艺规程;(2)设计一个专用夹具;(3)编写设计说明书。2 .2、毕业设计基本要求、毕业设计基本要求(1)内容完整,步骤齐全。(2)设计内容与说明书的数据和结论应一致,内容表达清楚,图纸准确规范,简图应简洁明了,正确易懂。(3)正确处理继承与创新的关系。(4)正确使用标准和规范。(5) 尽量采用先进设计手段。3 3 刀库的设计刀库的设计刀库是带刀库自动换刀装置的主要部件之一,其容量形式、布局及具体结构对数控机床的性能有很大影响。3.1 确定刀库容量确定刀库容量决定刀库容量时,首先要考虑加工工艺的需要,同时还要调查分析同类型、相近规格的自动换刀机床的刀库容量及其发展趋势。由于带自动换刀装置的数控机床主要是在多品种、单件小批生产时使用,因而应根据广泛的工艺统计,依大多数工件加工时需要的刀具数来确定刀库容量。例如,对功能较为齐全的加工中心而言,它可承担多个工件的切削任务,因而要配备刀具的种类和规格较多。通常,配备的刀具越多,机床能加工工件的比率也越高,但它们并不是成正比例关系。图 3-1 为刀库容量与机床能加工工件的比率统计曲线。刀库储存量过大,导致刀库的结构庞大而复杂,影响机床总体布局;储存量过小,则不能满足复杂零件的加工要求。因此,刀库容量应在经济合理的条件下,力图将一组类似的零件所需的全部刀具装入刀库,以缩短每次装刀所需的装调时间。对自动换刀数控机床的刀库容量,有关资料曾对 15000 个零件进行分组统计,指出不同工序加工时必须的刀具数不同,如图 3-1 所示。由图可知,4 把铣刀可完成加工工件的 95左右的铣削工艺,10把孔加工刀具可完成 70的钻削工艺, 14 把刀的容量就可完成 70以上工件的钻铣工艺,配有 1440 把刀具的刀库就能够满足 70-95工件的加工需要。因此,对XKA5032A/C 数控立式升降台铣床,从使用和经济效率角度来看,容量为 6 的刀库就可满足要求了。3.2 确定刀库容量由以上考虑 XKA5032A/C 数控立式升降台铣床的结构布局等原因,决定采用轴向放置的鼓盘式刀库形式。这种刀库结构简单,刀具排列较为紧凑,在刀库容理定为 6 的情况下体种不大,且取刀也较为方便,但需要考虑机械手的换刀动作空间。3.3 刀库结构设计如刀库装配图所示,当数控系统发出换刀指令后,直流伺服电动机接通,其运动经过十字联轴器、波传动减速器、套筒式联轴器、蜗杆、蜗轮后,再经花键联接传到刀盘上,刀盘带动刀座上的 6 个刀套转动,完成选刀动作。刀库装配图3.4初估刀库驱动转矩及选定电机初估刀库驱动转矩及选定电机刀库回转运动多数采用液压马达、直流电动机驱动,并没有降速传动装置。3.4.1初选电动机与降速传动装置刀库的驱动系统中,由于本刀库的驱动转矩小,且所需转速小,所以决定采用直流伺服电动机驱动。直流伺服电动机具有体积小,重量轻、伺服性好、力能指标高等优点,且该电机可用信号电压进行无级调速。采用型号为 90SZ03 的 SZ 系列电磁式直流伺服电动机,其基本参数为:功率 0.092KW,转速 3000R/MIN(袖珍机械师设计手册P1275) ;降速传动装置型号为 XB3-50-100A 的扁平式谐波传动减速器,其基本参数为:输入功率 0.092KW,输出转矩 18Nm(袖珍机械师设计手册P1078-1079) 。3.4.2初估刀库驱动转矩由于刀库容量 6,下面就以 THK6363 型自动换刀数控镗铣床的刀库为设计参考(查参考资料 14) ,采用经验法初估回转所需转矩。THK6363 型自动换刀数控镗铣床的刀库也是采用轴向放置的鼓盘式刀库形式,其容量为 36 把刀具,最大刀具重达 10kgf,刀库回转由最大扭矩为 25Nm 的液压马达经谐波减速器驱动。现在由于设计的刀库容量为 6 把刀具,可初估刀库驱动转矩(主要是指直接驱动刀盘转动的转矩)为 T0=8Nm。3.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计刀库的主运动是圆周回转运动,如图 3-3 所示,直流伺服电动机 1 通过弹性柱销联轴器与谐波传动减速器 2 联接减速后驱动蜗杆 3,设计刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动. 由刀库转位机构实现。己知直流伺服电动机 1 的功率为 0.092KW,转速为 3000R/MIN,谐波传动减速器 2 的传动比为 100.传动效率为 80%,1 经 2 减速后驱动蜗杆 3,蜗杆为主动,蜗轮为从动,要求传动此为 6,单向旋转,单班工作制,预计寿命为 5 年. 图示 3-3 刀库转位机构传动示意图1)选择蜗杆传动类型根据 GB1008588 的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI) 。2)选择材料蜗杆采用 45 钢,齿面淬火,硬度为 4550HRC;蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuSn10Pb1,金属模铸造,=220 MPa,=220 MPa。2HP2FP3)确定主要参数蜗杆蜗轮传动,以蜗杆为主动,蜗轮为从动。为了提高传动效率,取 Z1=6,传动比取6,单向旋转,单工作制,预计寿命为 5 年。则 Z2= Z1i= 66=36。4)按齿面接触疲劳强度设计m2d1KT2 (mm3)22215000ZHPa)计算蜗轮轴转矩 T2初估传动效率 =0.95,则T2=9549=9549=95490.95=133.53 Nm12Pn11/Pni0.092 80%30/6其中 n1 =3000/100=30(r/min)b)载荷系数 K=1.05c)许用接触应力2HP=2200.91.48=293.04 MPa2HP2HPVSZNZ式中, =220 MPa, 2HP估计滑动速度5m/s,用浸没润滑,则由(参考文献 11) (P972 图 182)查得滑动速度SV影响系数=0.9,=1.48(其中=60at=60153008=3.6,按VSZNZLZ2n306610图 183 查得) ;d)计算 m2d1值,并选定模数 m 和蜗杆分度圆直径 d1m2d11.05133.53=283.46 mm3;21500036 293.04按表 183 查得模数 m=3.15(mm), d1=35.5 (mm)(m2d1值应大于计算值)5)验算滑动速度SVa)计算蜗杆速度1V=0.0558 m/s1V1160 1000dn35.5 3060 1000b)计算滑动速度SV=/=0.0558/=0.0632 m/sSV1Vcoscos28148其中=,则初估的值合适。111(/)tgZ m d1(6 3.15/35.5)tg28148SV6)验算蜗轮齿弯曲强度验算公式为22212666AVFFSFPT K K KY Yd d ma)使用系数=1AKb)动载荷系数=1.03VKc)载荷分布系数=1Kd1=35.5 mm,=m=3.1536=113.4 mm,其中模数 m=3.15(mm)。2d2Zd)蜗轮齿形系数=4.00FSYe)按蜗轮当量齿数=/=36/=52.34,由图 172 查得。2VZ2Z3cos3cos 28148f)导程角系数=1-/120=1-/120 =0.766Y28148g)许用弯曲应力2FP=700.542=37.94 MPa2FP2FPNYh)计算弯曲应力=22.1322666 133.53 1 1.03 14.00 0.76635.5 113.4 3.15F 由于,故满足蜗轮轮齿强度条件。2F2HP7)计算蜗杆蜗轮的主要参数a)分度圆直径=35.5,=m=3.1536=113.4mm1d2d2zb)中心距 aa=(+2m)/2=35.5+113.4+2(-0.1349)3.15/2=74 mm1d2d2xc)蜗杆导程角 281488)计算其他尺寸a)蜗杆齿顶圆直径 =+2=35.5+23.15=41.8 mm,1ad1ad1d1ah其中为蜗杆齿顶高,且=m=3.15 mm;1ah1ahb)蜗轮喉圆直径 =+2=113.4+20.86513.15=118.85 mm,2ad2ad2d2ah其中为蜗轮齿顶高,且=+=1-0.1349=0.8651 mm;2ah2ahah2xc)蜗轮外圆直径=+m=118.85+3.15=122 mm;2ed2add)蜗杆齿宽 由于=6,故按结构设计,取=64 mm1b1Z1b1be)蜗轮齿宽 0.67=0.6741.8 =28.006mm,取=28 mm;2b2b 1ad2bf)蜗轮齿顶圆弧半径 =-m=-3.15=14.6 mm2aR2aR12d35.52g)蜗轮齿根圆弧半径 =+c=+0.2m=+0.23.15=21.53 mm;2fR2fR12ad12ad41.82h)蜗杆轴向齿厚 =/2=3.15/2=4.948 mm,其中为蜗杆轴1xs1xsxp/2mxp向齿距;i)蜗杆法向齿厚 =4.948=4.368 mm;1ns1ns1xscoscos28148j)蜗轮分度圆齿厚 =0.5=0.53.15=4.948 mm。2s2sm9)热平衡计算蜗杆传动由于效率低,所以工作时发热量大。在闭式传动中,如果产生的热量不能及时地散逸,将因油温不断升高而使润滑油稀释,从而增大磨擦损失,甚至发生胶合。所以必须根据单位时间内的发热量等于同时间内的散热量的条件进行热功平衡1H2H计算,以保证油温稳定牌规定的范围内。由于摩擦损耗的功率=(1-)kW,则产生的热流量(单位为 1W=1j/s)为fP1P=1000(1-)W1H1P式中为蜗杆传递的功率(单位:kW) 。1P以自然冷却方式,从箱体外壁散发到周围空气中去的热流量为=kA(-)W2H1t0t式中 k热导率,一般取 k=8.717.5W(),环境空气流通较差时,取较小值,2mC:否则取较大值;A传动装置散热的计算面积,即内面被没浸溅的,而外面又被空气所能冷却的的箱壳面积() ;2m润滑油的工作温度,一般限制在 6070,最高不能超过 80;1tCC周围环境温度,一般取室温=20。0t0tC按热平衡条件=,可求得在既定工作条件下的没温为1H2H=+ 1t0t11000P 1- kAC在绘制传动装置结构图的基础上进行热平衡计算:=0.09280=0.0736 kW1P00取=20,=0.95, k=10,并估算 A=0. 006,则0tC2m=20+=81.33801t1000 0.0736 1-0.95 10 0.006CC由于80,超过最高工作温度,所以必须采取一些散热措施,以提高散热能力,1tC如在传动箱内装循环冷却管路。3.6刀库驱动转矩的校核刀库驱动转矩的校核蜗轮转速=5r/min,所能传递的功率为 P=0.092800.95=0.07 Kw,此时刀库的驱动2n00转矩为:T=120.3NmT0=8Nm,其中=0.9 为外花9549Nn0.0795490.905键带动刀盘回转的传动效率。由于 TT0,所以,刀库驱动转矩满足要求。3.7刀库驱动转矩的校核刀库驱动转矩的校核在刀库的传动系统中,刀盘是利用花键联接带动刀座上的刀套转动而进行选刀的,花键的联接属于动联接。已知所用的花键类型为渐开线花键 d=26mm,以下对其进行必要的强度计算。计算公式如下:p=pMPa 式中:2ggmTzh L DT转距(Nmm) ,此处 T=120.3Nm=120.31000Nmm;各齿间载荷不均匀系数,通常取=0.70.8,此处取=0.75;:z齿数,此处 z=6;齿的工作高度(mm) ,对渐开线花键,=m,此处 m 为模数,且取ghghm=1.5mm;齿的工作长度(mm) ,此处=48mm;gLgL平均直径(mm) ,对渐开线花键,此处=d=26mm。mDmD于是,把数据代入计算公式,得 p=28.6MPa2ggmTzh L D2 120.3 10000.75 6 1.5 48 26 由于该花键联接为不在载荷作用下移动的动联接,查表 9-13 可知,若齿面经热处理且使用和制造情况为良好时,p可达 4070 MPa,pp,故花键联接的强度满足要求。:3.8 夹紧机构插销剪切强度的校核夹紧机构插销剪切强度的校核刀套在刀座上的夹紧由插销实现(见刀库装配图) 。插销承受的主要是剪切力,以下对单个插销进行剪切强度的校核。插销材料为 45 钢,=60MPa,直径 d=6mm。剪切力由重力引起,估算 P=100N,插销受力如图所示。由图可知该情况为双剪切,且由平衡方程易得 Q=P/2,于是,插销横截面上的剪切力为= Q/A=(100)/=1.8MPa6103 22(6 10 )4故插销满足强度条件要求。3.9 确定刀具的选择方式确定刀具的选择方式按数控装置的刀具指令,从刀库中将所需要的刀具转换到取刀位置,称为自动选刀。在刀库中选择刀具通常采用两种方式。1)顺序选择刀具 2)任意选择刀具3.10 刀库的定位与刀具的松夹刀库的定位与刀具的松夹刀库旋转定位是依靠简易定位装置来实现的。其控制过程示意图如下:发出选刀信号牙嵌离合器脱离啮合从动轴惯性慢转刀库定位停止定位完毕发出信号刀库的定位是由接近开关使直流伺服电机停止转动,然后由双向液压带动定位销 6,插入刀座 5 上的定位孔,实现精确定位。在刀座 5 的每一个刀位上都装有如图所示的弹簧、导柱3、键块 1 和销 2 所组成的刀具固定装置。由此实现刀具在刀库上的固定锁紧。图中所示为刀具卡在刀座上的状况。当液压缸 4 通油后,将导柱 3拉出,使销 2 退出,此时刀具在刀座上处于自由状态,控制刀具固定装置的液压缸 4有两个,一个和定位销在一起,自动换刀时用,另一个在靠近立柱方向,用于刀库手动装卸刀。 刀库定位示意图 4 4 刀具交换装置的设计刀具交换装置的设计数控机床的自动换刀装置中,实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。刀具的交换方式通常分为两种: 一种是采用机械手交换刀具, 另一种是由刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换即无机械手交换刀具。无机械手交换刀具方式:结构简单,成本低,换刀的可靠性较高;刀库因结构所限容量不多。这种换刀系统多为中、小型加工中心采用。刀具的交换方式及它们的具体结构对机床的工作效率和工作可靠性有直接的影响。由 XKA5032A/C 数控立式升降台铣床的结构特性决定难以实现由刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换,故采用机械手交换刀具的方式。机械手是当主轴上的刀具完成一个工步后,把这一工步的刀具送回刀库,并把下一道工步的所需要的刀具从刀库中取出并装入主轴继续进行加工的功能部件。对机械手的具体要求是迅速可靠,准确协调。4.1 确定换刀机械手形式确定换刀机械手形式在自动换刀数控机床中,换刀机械手的形式是多种多样的,常见的有以下几种。1)两手呈 180的回转式单臂双手机械手; 图 4-1 机械手臂和手爪1.手爪 2.锥销 3.手臂 4.5.弹簧 6.活动销 7.长销 8.锁紧销2)两手互相垂直的回转式单臂双手机械手3)两手平行的回转式单臂双手机械手;4)双手交叉式机械手;由于不同的数控机床(加工中心)的刀库与主轴的相对位置不同。所以各种数控机床所使用的换刀机械手也不尽相同。上图是两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的结构示意图。这种机械手的优点是换刀动作可靠,换好时间短,缺点是刀柄精度要求高,结构复杂,联机调整的相关精度要求高,机械手离加工区较近。一般来说,这种机械手用于刀库刀座轴线与机床主轴轴线垂直,刀库为径向存取刀具形式的自动换刀装置,因此,在 XKA5032A/C 数控立式升降铣床的自动换刀装置中可采用这种机械手形式。4.2 换刀机械手的工作原理下面是以在 XKA5032A/C 数控立式升降台铣床的自动换刀装置中采用这种上机械手换刀的工作原理。该机械手安装在主轴的左侧面,随同主轴箱一起运动。机械手由机械手臂与 45的斜壳体组成。机械手臂 1 形状对称。固定在回转轴 4 上,回转轴与主轴成 45角,安装在壳体 3 上,5 为手臂托,可由液压缸带动(图中未标出) ,机械手有伸缩、回转、抓刀、松刀等动作。伸缩动作:液压缸(图中未标出)带动手臂托架 5 沿主轴轴向移动。回转动作:液压缸 2 中的齿条轮通过齿轮带动回转轴 4 转动。从而实现手臂正向和反向 180的旋转运动。抓刀、松刀动作:机械手对刀具的夹紧和松开是通过液压缸 6。碟形弹簧 7 及拉杆 8、杠杆 9、活动爪 10 来实现。碟形弹簧实现夹紧,液压缸实现松开。在活动爪中有两个销子 11,当夹紧刀具时,插入刀柄凸缘的孔内,确保安全、可靠。4.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序(a) (b) (c) (d)图 4-6 换刀机械手的换刀过程自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。选刀即刀库按照选刀命令(或信息)自动将要用的刀具移动到换刀位置,完成选刀过程,为下面换刀做好准备,换刀即是机械手把主轴上用过的刀具取下,将选好的刀具安装在主轴之上。换刀动作的大致过程为:1)主轴箱回到最高处(z 坐标零点) ,同时实现“主轴准停” 。即主轴停止回转并准确停止在一个固定不变的角度方位上,保证主轴端面的键也在一个固定的方位,使刀柄上的键槽能恰好对正端面键。2)机械手抓住主轴和刀库上的刀具。如图 4-6(a)所示。3)把卡紧在主轴和发库上的刀具松开4)活塞杆推动机械手下行,从主轴和刀库上取出刀具5)机械手回转 180,交换刀具位置,6)将更换后的刀具装入主轴和刀库7)分别夹紧主轴和刀库上的刀具8)机械手松开主轴和刀库上的刀具9)当机械手松开具后,限位开关发出“换刀完毕”的信号,主轴自由,可以开始加工或其他程序动作。在自动换刀的整个过程中,各项运动均由限位开关控制,只有前一个动作完成后,才能进行下一个动作,从而保证了运动的可靠性。4.4 机械手回转轴机械手回转轴 4 4 上的齿轮齿条设计上的齿轮齿条设计1)回转轴上齿轮采用渐开线标准直齿圆柱齿轮形式2)取模数 M=1。5。初取齿数 z=303)下表为齿轮几何尺寸设计的基本参数:名称代号计算公式模数m压力角20o分度圆直径dD=mz=1.5 30=45齿顶高ahaahh1 1.51.5m 齿根高fhfah(h)(1 0.25) 1.51.875c m齿全高hafhhh1.5 1.8753.375齿顶圆直径adad(z2)(302 1) 1.548ahm 齿根圆直径fdfad(2h2)41.25zc m齿距p4.71pm齿厚s/22.35sm顶隙c0.25 1.50.375cc m4)齿条的基本尺寸,按外齿轮几何尺寸的计算公式进行计算4.54.5 自动换刀装置的相关技术要求自动换刀装置的相关技术要求4.5.1 主轴准停装置为了传递扭矩,在主轴的前端装有端键,当刀具刀柄装入锥孔时,刀柄上的键槽位置必须与该键对准才能装入。当机械手从刀库取刀时,为了确保刀具其后能顺利地装入主轴锥孔中,必须使主轴准确地停在刀具交换位置上。同时,由于工艺上的需要,也必须使主轴准停在固定位置上。这种使主轴端在定位键停在固定位置的技术要求称为主轴准停。XKA5032A/C 数控立式升降台铣床的自动换刀装置,在每次自动装卸刀具时,都必须要求主轴准确地停止在固定的周向位置上。因此,可在主轴上安装电气控制的主轴准停装置以实现主轴准停功能。4.5.2 换刀机械手的安装与调试1)换刀机械手安装在主轴箱的左侧面,加工零件时,换刀机械手随主轴箱一起上下运动。2)当初装上换刀机械手后,必须进行调试:用手动操纵主式调整换刀机械手相对于主轴的位置,使用调整心棒,有误差时可调整机械手行程、刀库位置、机械手支座、修正主轴坐标原点等。安装最大重量刀具时,要进行多次刀库到主轴位置的自动交换,使机械手换刀时做到准确无误,无撞击。4.6自动换刀程序的编制1)换刀动作(指令):选刀(T) ;换刀(M06)2)选刀和换刀通常分开进行。3)为提高机床利用率,选刀动作与机床加工动作重合。4)换刀指令 M06 必须在用新刀具进行切削加工的程序段之前,而下一个选刀指令 T 常紧跟在这次换刀指令之后。5)换刀点:多数加工中心规定在机床 Z 轴零点(Z0) ,要求在换刀前用准备功能指令(G28)使主轴自动返回 Z0点。6)换刀过程:接到 T指令后立即自动选刀,并使选中的刀具处于换刀位置,接到M06 指令后机械手动作,一方面将主轴上的刀具取下送回刀库,另一方面又将换刀位置的刀具取出装到主轴上,实现换刀。7)换刀程序编制方法a)主轴返回参考点和刀库选刀同时进行,选好刀具后进行换刀。N02 G28 Z0 T02 Z 轴回零,选 T02 号刀;N03 M06 换上 T02 号刀缺点:选刀时间大于回零时间时,需要占机选刀。b)在 Z 轴回零换刀前就选好刀N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直线插补,选 T02 号刀N11 G28 Z0 M06 Z 轴回零,换 T02 号刀N20 G01 Z_ F_ T03 直线插补,选 T03 号刀N30 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 顺圆弧插补c)有的加工中心(TH5632)换刀程序与上略不同N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直线插补,选 T02 号刀N30 G28 Z0 T03 M06 Z 轴回零,换 T02 号刀,选 T03 号刀N40 G00 Z1N50 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 圆弧插补注:对卧式加工中心,上面程序的 G28 Z0 应为 G28 Y0 。5 夹具设计研资料究原始夹具设计研资料究原始51 拟定夹具的结构方案拟定夹具的结构方案1.确定夹具的类型:以 56 外圆表面自定心三爪卡盘与活动顶尖定位,限制 Y 轴方向和 Z轴方向的四个自由度,这种方按无法保证轴向尺寸精度,再由于夹紧力方向与切削力方向不一致,而且,零件表面可以卡的地方面积太小。( 图 五 ):工件以底面和外圆在夹具体和 V 型块上定位,即可限制零件 Z 轴方向和 X 轴方向的自由度,由于 V 型块定位精度高,能保证加工精度。另外在 V型块上用螺栓紧固零件,就可以最大限度的限制零件在 Y 轴方向的自由度,定位夹紧更加可靠, (如下图所示) 。从以上两个方案比较来看,方案二明显优于方案一,故采用方案二作为本工序的定位方案。 ( 图 六 )5.2 确定工件的定位方式及夹具体元件的材料确定工件的定位方式及夹具体元件的材料工件的定位方式主要取决于工件的加工要求和定位基准的形状尺寸。分析加工工序的技术条件和定位基准选择的合理性,遵循六点定位原则,按定位可靠结构简单的原则,确定定位方式。常见的定位方式有平面定位内孔定位外圆定位和组合表面(一面两销)定位等。在确定了工件的定位方式后,即可根据定位基面的形状,选取相应的定位元件及结构。(1) 平面定位在夹具设计中常用的平面定位元件有固定支承可调支承自位支承及辅助支承,其中固定支承又可分为支承钉和支承板。(2)夹具体材料由于本产品需大批量生产,所以该专用夹具的每个零件需选用较好的材料,且不容易磨损,不容易变形,经济实用,以及热处理。所以 ,本夹具除了导向套使用材料铜,弹簧使用材料 60Si2Mn,螺栓使用材料 35 号钢,其余的零件,我都用 45 号刚来制造。下面我来介绍下 45 号钢。45 号钢1:45 号钢不淬火硬度小于 HRC28,比较软,不耐磨。淬火后硬度可以(注意是可以)大于 HRC55,耐磨性较好,韧性好。 2:变形的问题千万不要相信热处理,如果是专业的人是不会变形的。凡是热处理就会变形,只不过变形能不能接受罢了,零件把精加工放在热处理后就是为了将变形加工掉。 淬火前一定要讲好允许的变形量的大小,校正变形的费用问题。不然的话,热处理方一定会连校正也不作,直接交货的。尽管之前他们肯定会吹得天花乱坠。 3:淬硬的问题。 45 号钢淬火后硬度可以(注意是可以)大于 HRC55。但这是小截面的,截面稍大,得到的硬度就会降低。而且冬天淬裂的可能也是有的。这些方面都要注意。 不要采用表面氮化处理,虽然表面硬度可以提高很多,但基体材料会硬度很低。虽然耐磨了,但会压出小坑来。 将来再做的话,可以采用淬透性好的合金钢,在较大的截面下,仍可以获得较高的硬度,而且变形也比 45 号钢的小。比如 GCr15(滚铬 15,轴承钢) ,在临沂市场比 45 号钢还便宜,硬度、耐磨性、热处理工艺性都好。4:45#钢是含炭量在 0.45%的碳素结构钢5 .3 工件的夹紧方式,计算夹紧力并设计夹紧装置工件的夹紧方式,计算夹紧力并设计夹紧装置(1)工件的夹紧方式夹紧机构应保证工件夹紧可靠安全不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。在设计夹紧装置时必须合理选择夹紧力的方向和作用点,必要时还应进行夹紧力的估算。所以,我选择以底面为基准面,用 V 型块和夹具体夹紧工件,并且在 V 型块两侧用紧固螺栓进行固定,用弹簧紧固零件,侧面用一块挡板限制其自由度,从而更好的固定零件,方便加工。 (如下图所示)由于 45 号钢淬火后硬度可以(注意是可以)大于 HRC55,耐磨性较好。但这是小截面的,截面稍大,得到的硬度就会降低。假如采用表面氮化处理,虽然表面硬度可以提高很多,但基体材料会硬度很低。虽然耐磨了,但会压出小坑来。所以,采用表面淬火的 45 号钢制作螺栓,夹具体,垫圈,V 型块等,而弹簧则选用常用的弹簧材料(60Si2Mn) 。( 图 七 )(2)夹紧力的计算在确定夹紧力的大小时,为简化计算,通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件所受切削力,夹紧力(大型工件还需考虑重力,惯性力等等)的作用情况,找出加工过程中对夹紧最不力的状态,按静力平衡原理计算出理论夹紧力,最后再乘以安全系数,如下:用压板和 V 形块夹紧工件KM sina/2Fwk= df X 1+sina/2Fwk 为所需(实际)夹紧力;M 为切削转矩;K 为安全系数(粗加工时取2.53,精加工时取 1.52);d 为工件直径;f 为工件与支承面间的摩擦系数;其数值参见下表:各种不同接触表面之间的摩擦系数接触表面的形式摩擦系数 f接触表面的形式摩擦系数 f接触表面均为加工过的光滑表面0.120.25夹具夹紧元件的淬硬表面在垂直主切削力方向有齿轮0.4工件表面为毛坯,夹具的支承面为球面0.20.3夹具夹紧元件的淬硬表面有相互垂直的齿轮0.40.5夹具夹紧元件的淬硬表面在沿主切削力方向有齿轮0.3夹具夹紧元件的淬硬表面有网状齿纹0.70.81)刀具的选择切削过程中,刀具的切削刃要承受很高的温度和很大的切削力,同时还要承受冲击与振动,要使刀具能在这样的条件下工作并且保持良好的切削力,刀具应满足以下基本要求: 高硬度以及高耐磨性。 足够的强度和韧性。 良好的耐热性能。 良好的工艺性。 经济性 高速钢是含有较多的 W 、Mo 、Gr 、V 的的高合金工具钢,与碳素工具钢和合金工具钢相比,高速钢具有较高的热稳定性(500650时仍能切削) ,故高速钢刀具允许使用切削速度较高。高速钢还具有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的(其抗弯强度是强硬质合金的 23 倍,韧性是硬质合金的 910 倍) ,具有一定的硬度和耐磨性,切削性能能满足一般加工要求,高速钢刀具制造工艺简单,刃磨易获得锋利的切削刃,能锻造,热处理变形小,所以适合加工本零件。麻花钻是孔加工刀具中应用最为广泛的刀具,特别适合与 D30mm 以下的孔粗加工,有时也用于扩孔。麻花钻按其制造材料分为高速钢麻花钻和硬质合金麻花钻。用高速钢麻花钻加工发孔精度可达 IT11IT13,表面粗糙度 Ra 可达 6.32.5um;硬质合金钻头加工时则分别可达 IT10IT11 和 Ra12.53.2um. (文献 4)2)夹紧力的计算:由下图可知,a=120( 图 八 )所以可得: 2M sin120/2 Fwk=0.0560.2 X 1+sin120/2 式3)切削扭矩 M扭的计算: 2 0.8查文献得 M扭= 210 x D x F 式 其中 D=孔的加工直径 F=轴向进给量 2 0.8 -3M扭
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