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机械毕业设计论文

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机械毕业设计160移动式数控龙门铣床的总体设计,机械毕业设计论文

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数 控 技 术 ! #$%&()(*+ , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , -, 移 动 式 数 控 龙 门 铣 床 的 总 体 设 计张 坚（ 浙 江 百 业 机 械 有 限 公 司 ， 浙 江 宁 波 ./0122）摘 要 ： 阐 述 了 移 动 式 数 控 龙 门 铣 床 的 总 体 设 计 ， 并 重 点 分 析 了 双 边 齿 轮 齿 条 副 驱 动 机 构 的 设 计 要 点 ， 对 !轴 的 导 轨 安 装 面 作 了 介 绍 。关 键 词 ： 移 动 式 数 控 龙 门 铣 床 设 计!#$%& ( )*+,- .+&/01 232 )$-$&% )+45$&3456 789（ 3&$:89* ;98+$ ， ?A ， 8*B( ./0122， !4）本 文 所 述 的 移 动 式 数 控 龙 门 铣 床 是 指 龙 门 框 架 作纵 向 移 动 的 龙 门 铣 床 。 移 动 式 龙 门 铣 床 的 最 大 优 点是 ：（ /） 机 床 占 地 面 积 小 。 工 作 台 移 动 式 龙 门 铣 床 ， 整机 长 度 必 须 两 倍 于 纵 向 行 程 长 度 ， 而 移 动 式 龙 门 铣 床的 整 机 长 度 只 需 纵 向 行 程 加 上 龙 门 架 侧 面 宽 度 即 可 。（ 1） 机 床 的 动 态 响 应 好 。 移 动 式 龙 门 铣 床 采 用 的 是 固定 工 作 台 ， 一 般 与 床 身 整 体 铸 出 ， 龙 门 框 架 纵 向 运 动 的驱 动 力 矩 等 值 不 变 ， 不 会 因 工 件 的 承 载 重 量 的 改 变 而变 化 ， 从 而 保 证 了 加 工 精 度 和 机 床 的 响 应 性 能 。笔 者 独 立 设 计 的 移 动 式 数 控 龙 门 铣 床 （ 图 /） ， 现已 作 为 专 机 投 入 生 产 应 用 ， 能 满 足 大 型 铸 件 、 钢 件 的镗 、 铣 、 钻 等 多 工 序 加 工 ； 配 上 直 角 铣 头 ， 还 可 对 工 件 的- 个 侧 面 进 行 加 工 。 由 于 设 计 思 想 正 确 ， 配 套 零 部 件质 量 过 关 ， 该 机 床 各 项 指 标 均 已 达 到 数 控 龙 门 铣 床 相 关国 家 标 准 的 要 求 。 该 龙 门 铣 床 的 主 要 设 计 参 数 如下 ： 工 作 台 面 积 为 / C22 DD E- 222 DD， ! 轴 行 程 为- 222 DD， 轴 行 程 为 1 222 DD， # 轴 行 程 为 F02 DD，主 轴 功 率 /CG 0 HI， 各 轴 快 速 进 给 为 /2 DJ D8。! 机 械 部 分 设 计整 机 分 为 床 身 、 龙 门 架 、 滑 台 、 主 轴 箱 、 三 轴 进 给 驱动 机 构 机 械 部 分 及 相 关 数 控 伺 服 部 分 。 现 把 设 计 过 程中 的 重 点 阐 述 如 下 。床 身 是 本 次 设 计 工 作 的 基 础 ， 床 身 的 尺 寸 设 计 影响 着 对 整 机 的 设 计 ， 而 且 设 计 的 合 理 性 直 接 影 响 到 整机 的 刚 度 。 床 身 的 截 面 形 状 为 *形 （ 图 1） 。 床 身 的 上平 面 即 工 作 台 面 设 计 有 K 条 # 形 槽 ， 为 方 便 床 身 工 作台 面 和 # 形 槽 的 精 刨 加 工 ， 槽 完 全 贯 通 。 床 身 的 左 、右 两 下 脚 各 设 计 有 一 个 狭 长 平 面 ， 用 来 安 放 滚 动 直 线导 轨 副 。 笔 者 把 导 轨 面 设 计 在 床 身 的 两 下 侧 ， 主 要 是考 虑 力 的 传 递 方 向 与 卸 荷 问 题 。 因 床 身 会 受 到 龙 门 框架 的 重 力 、 切 削 力 和 工 件 的 重 力 ， 这 样 的 设 计 可 使 龙 门框 架 的 重 力 直 接 传 入 到 机 床 的 基 础 上 ， 而 床 身 只 受 到工 件 的 重 力 。 床 身 的 基 本 壁 厚 由 以 下 公 式 初 定 。$ %/-（ 1& ( )）式 中 ： &、 (、 ) 分 别 为 床 身 的 长 、 宽 、 高 尺 寸 ， 单 位 为 D。根 据 当 量 尺 寸 $， 查 阅 相 关 表 格 （ 略 ） ， 取 基 本 壁厚 为 .C DD。主 轴 箱 采 用 .22 DD E.22 DD 截 面 设 计 ， 其 抗 扭nts! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! # $%&()*)+, 数 控 技 术 -.! 抗 弯 能 力 更 强 。 主 轴 变 速 箱 采 用 两 档 滑 移 齿 轮 变 速 机构 ， 可 适 应 粗 精 加 工 需 求 。 主 轴 单 元 采 用 - 支 承 结 构 ，前 面 三 组 角 接 触 球 轴 承 用 来 承 受 切 削 力 ， 主 轴 尾 部 一个 深 沟 球 轴 承 用 来 卸 荷 ， 使 主 轴 不 受 到 滑 移 齿 轮 产 生的 附 加 力 矩 的 影 响 。龙 门 框 架 采 用 的 是 整 体 龙 门 架 的 设 计 概 念 ， 即 把横 梁 与 左 右 立 柱 设 计 成 一 体 ， 虽 然 使 铸 造 和 装 配 调 整时 的 难 度 加 大 ， 但 整 体 龙 门 框 架 的 刚 性 更 好 ， 更 重 要 的是 使 主 轴 箱 、 滑 台 等 部 件 有 了 装 配 基 准 。滑 台 的 设 计 是 在 龙 门 架 和 主 轴 箱 的 几 何 尺 寸 确 定后 ， 按 照 主 轴 的 中 心 尽 量 贴 近 横 梁 上 的 导 轨 面 为 原 则 ，并 把 ! 轴 驱 动 安 装 位 置 设 计 在 滑 台 上 ， 有 效 地 减 轻 了滑 台 的 重 量 。设 计 进 给 驱 动 机 构 的 构 思 如 下 ： 轴 的 进 给 驱 动机 构 采 用 双 边 齿 轮 齿 条 副 加 重 预 压 滚 动 直 线 导 轨 副 ，# 轴 与 轴 采 用 大 直 径 预 压 滚 珠 丝 杠 副 加 硬 导 轨 副 ，且 导 轨 滑 动 部 分 贴 有 工 程 塑 料 ， 避 免 低 速 时 产 生 爬 行现 象 ， 而 且 导 轨 部 分 设 计 有 斜 镶 条 可 调 装 置 。 这 样 设计 使 机 床 的 整 体 进 给 性 能 得 以 协 调 ， 各 轴 的 进 给 速 度和 进 给 力 得 到 了 最 佳 匹 配 。由 于 机 床 的 纵 向 运 动 轴 是 龙 门 框 架 移 动 ， 而 龙门 框 架 重 达 /0 1， 所 以 导 轨 必 须 选 用 直 线 滚 动 导 轨 。因 为 滚 动 导 轨 副 的 摩 擦 系 数 小 ， 非 常 适 合 龙 门 框 架 移动 的 动 静 刚 度 要 求 。 导 轨 的 滑 块 选 用 加 长 加 宽 型 ， 每个 滑 块 的 动 载 荷 可 达 到 /0 1。 考 虑 到 安 全 系 数 ， 每 根导 轨 安 装 2 个 滑 块 。 龙 门 框 架 的 驱 动 源 为 双 边 齿 轮 齿条 副 （ 见 图 2） ， 进 给 运 动 由 轴 3 输 入 ， 通 过 两 对 斜 齿 轮将 运 动 传 给 轴 / 和 轴 2， 然 后 由 两 个 直 齿 轮 - 和 . 去 传动 齿 条 ， 从 而 带 动 龙 门 框 架 移 动 。 轴 3 上 两 个 斜 齿 轮的 螺 旋 线 的 方 向 相 反 。 通 过 弹 簧 在 轴 3 上 作 用 一 个 轴向 力 $， 使 斜 齿 轮 产 生 微 量 的 轴 向 移 动 ， 这 时 轴 / 和 轴2 便 以 相 反 的 方 向 转 过 微 小 的 角 度 ， 使 齿 轮 - 和 . 分别 与 齿 条 的 两 齿 面 贴 紧 ， 消 除 了 间 隙 。主 轴 箱 的 上 下 垂 直 运 动 ! 轴 采 用 滚 珠 丝 杠 副 传动 。 由 于 本 机 床 不 是 高 速 铣 床 ， ! 轴 的 进 给 系 统 为 伺服 电 动 机 通 过 传 动 比 为 - 的 平 行 轴 定 比 齿 轮 箱 带 动 滚珠 丝 杠 旋 转 。 笔 者 在 设 计 中 特 别 注 意 ! 轴 的 安 全 问题 。 首 先 选 用 带 电 磁 刹 车 的 伺 服 电 动 机 ， 其 次 在 滚 珠丝 杠 上 装 有 一 双 向 超 越 离 合 器 ， 防 止 滚 珠 螺 母 自 转 引起 主 轴 箱 机 械 式 下 垂 。 当 然 ， 为 了 保 护 ! 轴 进 给 机 构的 精 度 ， 还 在 滑 台 上 装 有 两 个 平 衡 油 缸 。 平 衡 力 % 等于 主 轴 箱 部 件 质 量 的 4.&。主 轴 箱 的 左 右 移 动 为 # 轴 ， 为 了 保 证 # 轴 的 传 动精 度 ， 并 使 丝 杠 只 受 水 平 轴 向 力 ， 故 采 用 伺 服 电 动 机 与滚 珠 丝 杠 直 联 方 式 。 笔 者 选 用 的 联 轴 器 带 有 过 载 保 护装 置 ， 在 过 载 时 联 轴 器 会 自 动 脱 开 。! 数 控 系 统 选 型数 控 系 统 采 用 的 是 西 门 子 4-05， 因 为 此 系 统 提 供了 龙 门 轴 的 同 步 功 能 。 使 用 此 功 能 ， 本 机 床 可 以 对 龙门 框 架 进 给 轴 （ /， 3） 实 现 无 机 械 偏 差 的 位 移 。 运 动的 实 际 值 可 进 行 连 续 比 较 ， 即 使 最 小 的 偏 差 也 可 以 得到 纠 正 ， 因 此 提 高 了 轴 的 运 动 精 度 。 结 语笔 者 最 后 要 说 明 的 是 ， 根 据 专 业 机 床 零 部 件 厂 商提 供 的 设 计 样 本 进 行 设 计 会 达 到 事 半 功 倍 的 效 果 。 在此 次 设 计 过 程 中 ， 笔 者 对 数 控 系 统 、 主 轴 单 元 、 变 速 箱 、齿 轮 齿 条 副 和 丝 杠 导 轨 等 都 按 照 样 本 上 的 经 验 公 式 得出 ， 不 仅 大 大 缩 短 了 设 计 时 间 ， 同 时 使 设 计 的 可 靠 性 更高 。 同 时 在 设 计 机 床 中 要 注 重 适 时 应 用 三 维 软 件 ， 如在 部 件 草 图 确 立 后 就 应 立 即 进 行 三 维 模 型 装 配 ， 通 过进 行 装 配 干 涉 检 查 ， 避 免 机 床 在 装 配 时 出 现 的 碰 撞 干涉 返 工 现 象 。作 者 ： 张 坚 ， 男 ， /674 年 生 ， 工 程 师 ， 在