人人文库网 > 毕业设计 > 毕业论文 > 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计【13张图/16800字】【优秀机械毕业设计论文】

说明书正文.doc

后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计【13张图/16800字】【优秀机械毕业设计论文】

资源目录

后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

文献资料

组合机床主轴箱的计算机辅助设计.pdf---(点击预览)

机床爬行问题与消除方法.pdf---(点击预览)

机床工作台的动力学分析.pdf---(点击预览)

机床变速中齿轮的顺利啮合.pdf---(点击预览)

机床主轴定位速度控制的研究.pdf---(点击预览)

机床主传动系统优化设计方法的研究.pdf---(点击预览)

文献资料-陶峥 2009.doc---(点击预览)

数控机床及其传动控制.pdf---(点击预览)

数控机床主运动变速系统设计研究.pdf---(点击预览)

提高数控机床主轴箱装配刚性和精度的有效途径.pdf---(点击预览)

对数控机床主传动_进给传动的探讨.pdf---(点击预览)

A0-左主轴箱总装配图.dwg

A0-机床尺寸联系图.dwg

A0-箱体补充加工图.dwg

A2-主轴箱装配一览表.dwg

A2-前盖补充加工图.dwg

A2-后盖补充加工图.dwg

A2-被加工零件工序图.dwg

A3-主轴.dwg

A3-传动轴.dwg

A3-传动齿轮.dwg

A3-加工示意图.dwg

A4-轴套.dwg

A4-防油套.dwg

压缩包内文档预览：(预览前20页/共42页)

编号：609913 类型：共享资源大小：3.66MB 格式：RAR 上传时间：2016-02-29 上传人：木*** IP属地：江苏

50
积分

版权申诉 word格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载

关键词：: 后桥壳体双面组合机床总体整体主轴设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份，36页，16800字左右。
任务书一份。
开题报告一份。
外文翻译一份。
实习报告一份。
课题申报表一份。

图纸共13张，如下所示
A0-左主轴箱总装配图.dwg
A0-机床尺寸联系图.dwg
A0-箱体补充加工图.dwg
A2-主轴箱装配一览表.dwg
A2-前盖补充加工图.dwg
A2-后盖补充加工图.dwg
A2-被加工零件工序图.dwg
A3-主轴.dwg
A3-传动轴.dwg
A3-传动齿轮.dwg
A3-加工示意图.dwg
A4-轴套.dwg
A4-防油套.dwg

目录
1 前言 1
2 组合机床总体设计 3
2.1 总体方案论证 3
2.1.1加工对象工艺性的分析 3
2.1.2 机床配置型式的选择 3
2.1.3 定位基准的选择 4
2.1.4 滑台型式的选择 4
2.2 切削用量的确定及刀具选择 4
2.2.1 切削用量选择 4
2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 6
2.3 组合机床总体设计—三图一卡 9
2.3.1 被加工零件工序图 9
2.3.2 加工示意图 10
2.3.3机床尺寸联系总图 13
2.3.4 机床生产率计算卡 16
3 组合机床左主轴箱设计 18
3.1 绘制多轴箱设计原始依据图 18
3.2 主轴结构型式的选择及动力计算 19
3.2.1 主轴型式的选择 19
3.2.2 主轴直径和齿轮模数的初步确定 19
3.3 左主轴箱的传动设计和计算 20
3.4 传动系统设计 20
3.4.1 拟定传动路线 20
3.4.2 确定各轴间传动比 22
3.4.3 确定各轴齿轮齿数及传动轴位置 24
3.4.4 各传动轴直径的确定 26
3.5 左主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图 26
3.5.1 计算传动轴的坐标 26
3.5.2 绘制坐标检查图 28
3.6 轴、齿轮的校核 29
3.6.1 齿轮的校核 29
3.6.2轴的校核 31
4 左主轴箱体及其附件的选择设计 35
4.1左主轴箱的选择设计 35
4.2 左主轴箱上的附件材料的设计 35
5.结论 36
致谢 37
参考文献 38
附录 39

后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计
摘要：后桥壳体是需要大量生产的零件。为了提高加工精度和生产效率，需要设计组合机床来改善加工情况。本课题设计的是后桥壳体双面钻组合机床。该组合机床设计包括总体设计和部件设计两部分。总体设计包括机床配置型式的确定、结构方案的选择以及“三图一卡”的绘制。部件设计为左主轴箱设计，其中主轴箱设计包括绘制主轴箱设计原始依据图、确定主轴和齿轮、完成动力计算、设计传动系统。主轴箱根据变速箱体所需要加工孔的数量、位置来确定切削用量和主轴类型，采用1000mm×630mm的通用主轴箱。同时借助钻套引导麻花钻从而保证被加工孔的位置。设计过程中尽量使用了标准零部件，设计出的组合机床结构简单，操作方便，加工精度高，减轻了劳动强度，提高了加工效率，具有较好的经济性。

关键词：后桥壳体；钻孔；组合机床；主轴箱

Design of General and Left Headstock of Modular Machine Tool for Drilling Holes on Two-Side of rear axle shaft housing
Abstract: The rear axle shaft housing is a product which needs massive production. In order to improve the precision and the production efficiency, it is needed to design a high effective modular machine tool to make. This task is to design the general scheme and left headstock of modular machine tool for drilling holes on two-side of rear axle shaft housing. The design of modular machine tool includes the system design and the part design. The system design includes the definition of the modular machine tool, the selection of the structure plan and the completing of the technological drawings of the part which need to be manufactured, the general drawing of modular machine tool, drawings of cutter display and the efficiency card of manufacture. The part design includes headstock design, the headstock design includes drawing the primitive basic chart for the gear box, determing the spindle and the gears, completing the power computation, designing the transmission system, drawing the gear box assembly drawing and the part processing charts. The headstock is designed by the quantity, the location of the holes which are needed to be processed. The headstock has been selected 1000mm×630mm as the general body. The headstock uses the standard one, with the aid of drill bush to guide the twist drill and guarantee the precision of processed hole. During the design process, we must use standard component as much as possible to design the modular machine tool in order to simplifying the structure. The modular machine tool is easy to be operated, has high machining precision and can reduce the working intensity, enhance the machining efficiency and had the very good efficiency.

Keywords: rear axle shaft housing; Drill hole; Modular machine tool; Headstock.
一、设计内容
设计一台加工后桥壳体的双面钻组合机床，具体进行总体设计和左主轴箱
设计。主要内容有：
1．总体设计
1）制定工艺方案，确定机床配置型式及结构方案。
2）三图一卡设计，包括：
(a) 被加工零件工序图， (b) 加工示意图，(c) 机床联系尺寸图，
(d) 生产率计算卡，(e) 有关设计计算、校核。
2．主轴箱设计
(a) 主轴箱装配图，(b) 主轴箱零件图，
(d) 有关计算、校核等。

二、设计依据
1．课题来源：盐城市超越组合机床有限公司
2．产品名称：后桥壳体
3．被加工零件：机体（附零件图）
4．工件材料：HT200
5．加工内容：左面锪平4×φ25深3mm,15×φ10.2深23，7×φ10.2深23，2×φ8.5
深18，右面锪平5×φ25深3mm,6×φ8.5深15,22×φ10.2深23。表面粗糙度均。
为3.2微米；
6. 生产纲领：大批大量。
7. 批量：本机床设计、制造一台。

三、设计要求
1．机床应能满足加工要求，保证加工精度；
2．机床应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整；
3．机床尽量能用通用件（中间底座可自行设计）以便降低制造成本；
4．机床各动力部件用电气控制。
5．设计图样总量：折合成A0幅面在3张以上；工具要求：应用计算机软件绘图。过
程要求：装配图需提供手工草图。
6．毕业设计说明书相关要求
7．查阅文献资料10篇以上，并有不少于3000汉字的外文资料翻译；
8．到相关单位进行毕业实习，撰写不少于3000字实习报告；
9．撰写开题报告

四、毕业设计物化成果的具体内容及要求

1、毕业设计说明书要求：
按教务处毕业设计（论文）格式规范统一编排、打印，字数不少于2万字。
1）毕业设计说明书 1 份
2）被加工零件工序图 1 张
3）加工示意图 1 张
4）机床联系尺寸图 1 张
5）生产率计算卡 1 张
6）主轴箱装配图 1 张
7）主轴箱部分零件图若干张（待指定）
2、外文资料翻译（英译中）要求
1）外文翻译材料中文字不少于3000字。
2）内容必须与毕业论文课题相关；
3）所选外文资料应是近10年的文章，并标明文章出处。

后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计

内容简介：: 河南科技 2 0 0 7 . 9 上河南省职业技术学院赵军华曹和平M A T E R I A L S C I E N C 科学对数控机床主传动、进给传动的探讨数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床。主传动装置应具有很宽的变速范围 , 并能无级变速 ; 进给传动装置应具有很高的传动精度、灵敏性和稳定性。本文结合数控机床的发展特点 , 对其机构性能进行分析探讨。一、主传动运动的变速系统数控机床的主传动运动是产生主切削力 , 速度较高 , 消耗的切削功率最大。例如 , 数控车床上主轴带动工件的旋转运动 , 立式加工中心上主轴带动铣刀、镗刀和砂轮等的旋转运动。数控机床的主传动运动是通过主传动电机拖动的。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的 , 因此 , 变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流变速主轴电机的调速系统日趋完善 , 不仅能方便地实现宽范围的无级变速 , 而且减少了中间传递环节和提高了变速控制的可靠性。因此 , 在数控机床的主传动系统中更能显示出它的优越性。1 . 带有变速齿轮的主传动。这是大、中型数控机床采用较多的一种方式。通过少数几对齿轮减速 , 增大了输出扭矩 , 以满足主轴对输出扭矩特性的要求。一部分小型数控机床采用此种传动方式 , 以获得强力切削时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压油缸带动齿轮实现。2 . 通过皮带传动的主传动。主要应用在小型数控机床上 , 可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。但它只适用于输出转矩较小的主轴。3 . 由调速电机直接驱动的主传动。这种主传动方式是由电动机直接驱动主轴 , 即电动机的转子直接装在主轴上 , 大大简化了主轴箱体与主轴的结构 , 有效地提高了主轴部件的刚度。但主轴输出扭矩小 , 电机发热对主轴的精度影响较大。近年来 , 多采用交流伺服电动机。二、进给传动系统1 . 联轴器。联轴器是连接进给机构两根轴使之一起回转来传递扭矩和运动的一种装置。目前联轴器的类型繁多 , 有液力式、电磁式和机械式。其中 , 机械式联轴器的应用最为广泛。2 . 减速机构。( 1 ) 齿轮传动装置。各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个。一是将高转速的转矩的伺服电机( 如步进电机、直流和交流伺服电机等 ) 的输出变为低转速大转矩的执行件的输入 ; 另一个是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中占有较小的比重。此外 , 对于开环系统还可以保证所要求的运动精度。为了尽量减小齿侧间隙对数控机床加工精度的影响 , 经常在结构上采取措施 , 以减小或消除齿轮副的空程误差。数控机床进给传动链中采用齿轮减速装置 , 易产生低频振荡。因此 , 减速机构中常配置阻尼器来改善动态性能。( 2 ) 同步齿形带。同步齿形带传动是一种新型的带传动。它利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次啮合传递运动和动力 , 因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点 , 且无相对滑动 , 平均传动比较准确 , 传动精度高 , 而且齿形带的强度高、厚度小、重量轻 , 故可用于高速传动。齿形带无需特别张紧 , 故作用在轴和轴承上的载荷小 , 传动效率也高 , 现已在数控机床上广泛应用。3 . 滚珠丝杠螺母副。为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行 , 必须降低数控机床进给系统的摩擦并减少静、动摩擦系数之差。因此 , 形成不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠螺母副。它的作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。特点是传动效率高 , 摩擦力小 , 寿命长 , 经预紧后可消除轴向间隙 , 无反向空行程。滚珠丝杠副作为数控机床直线驱动执行单元 , 在机床行业得到广泛运用 , 极大的推动了机床行业的数控化发展。滚珠丝杠副的传动效率高达 9 0 % 以上 , 是普通滑动丝杠副的 2 4 倍。整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杠的 1 /3 左右 , 发热率得以大幅度的降低。滚珠丝杠副的摩擦角小于 1 , 因此不能自锁。如果滚珠丝杠副驱动升降运动 ( 如主轴箱或升降台的升降 ) , 则必须有制动装置。滚珠丝杠的静、动摩擦系数实际上几乎没有什么差别。滚珠丝杠副发热率低 , 温升小以及在加工过程中对丝杠采取预拉伸并预紧消除轴向间隙等措施 , 使丝杠副具有高的定位精度和重复定位精度。5 6栏目主持!邢立显!?+#$&%!3345!#553A&5!B&机床附件工装!冷加工!#年第$%期 !#$%&()!$*!$提高数控机床主轴箱装配刚性和精度的有效途径济南一机床集团有限公司!#!朱!慧!崔!鸿!韩晓鹏!主轴箱是数控机床最关键的部件之一其装配精度的高低直接影响着数控机床的制造精度 #本文根据数控机床主轴箱及主轴部件的技术要求制定了适合数控机床主轴部件特点的装配工艺流程 $零件投入%零件清洗%零件装配%间隙选配%主轴组合%主轴组合体动平衡%主轴预装准备%零件清洗%主轴预装%主轴箱成装%主轴箱试运转%送检%总装 #以下从装配角度分析主轴箱装配过程中影响装配质量 %装配精度的主要因素及关键保证环节 #一 !主轴与轴承及轴承套箱体孔的定间隙装配主轴与轴承及轴承套箱体孔的配合选用优化定间隙既能保证配合间隙的合理又可获得良好的支承刚性 #机床设计图上一般都选择了配合公差但其公差带分布范围大采用互换法满足不了数控机床主轴部件对温升与刚性的要求 #通过多年的实践我们确定了数控车床主轴部件的配合定隙表见附表 #数控车床主轴箱配合定隙表!&单位 $%箱体与轴承套轴承套与轴承轴承与主轴前支撑!&$!$ W$!$# $R$!$# $R$!$*!$!&$ W$!$) $R$!$) $R$!$)后支撑!*$!($ W$!$* $R$!$* $R$!$)!$!*$ W$!$) $R$!$) $R$!$)注 $(4)表示间隙 (R)表示过盈在检测选择定间隙配合时应检测工件的圆度 %锥度其公差一般应控制在$!$)%以内圆度从严要求 #经选配后应在工件明显位置上标注出大直径的位置以便于部件装配时尽可能地使配合工件大直径对准大直径减少装配变形在测量工件直径时应每相邻*# 一次直径按测量的平均值计 #在测量锥度时宽度大于#%的孔与轴都应在前后位置上每相邻/$ 一次见图#图!二 !主轴与轴承及轴承套箱体孔的定向装配主轴与轴承采用定向装配的目的就是在现有工件精度条件下通过定向装配的手段选择最佳装配方向以提高工件组合后和部件装配后的几何精度 #!主轴锥孔轴线径向圆跳动高点检测主轴前后支撑轴颈位于上在位于主轴端)$%处每相隔/$ 一次检验棒检测主轴锥孔轴线径向圆跳动高点 #如仅有一处高点在高点同相位上标注高点位置 *如有两处高点则在中间位置上做出标注 #注意在主轴的轴向上多做几处标注便于在部件成装工序装配后轴承时观察标注点的方位防止后轴承的方位弄错 #在主轴上配键装入齿轮 %带轮等工件然后重新检测主轴锥孔轴线径向圆跳动高点装工件前与装工件后的高点相位应一致否则应重新修配被装入的工件直到相位一致为止 #轴承内圈径向高点的检测主轴上的轴承在设计时或在订货时应向轴承厂提出设计或工艺所需的检验项目 #一般应检查的项目有 $轴承内 %外圈的直径内圈的径向圆跳动高点端面振摆及成组轴承在设计轴向负荷下的轴向间隙和径向游隙 #如果需自检轴承内圈跳动高点时应使轴承外圈定!机床附件工装?+#$&%!3345!#553A&5!B&!#年第$%期!#$%&()!$*!$冷加工图!位在轴承内圈插入约# 检验棒回转检验棒测得内环跳动高点并在内圈端面上标注所测值 #详见图#$主轴与轴承的定向装配由于主轴内锥孔轴线 $前后轴承内圈都标注有径向圆跳动的高点在此基础上使其径向圆跳动高点都处于同一截面内进行分析见图)#其中图)0$ 后轴承内圈高点位于主轴同侧 0图为主轴高点偏向回转中心线主轴高点背向回转中心线 #图&主轴系统的设计轴向负荷 D&轴承滚动体数&轴承接触角6&轴承滚动体直径 %0&轴承原始间隙 %0&轴承内环轴向预紧量 %通过计算法可求出以上轴承的预紧量 #图!*#用实测法测出滚动轴承轴向预紧量(角接触球轴承!在轴向上支撑轴承外圈在轴承内圈上施加相当于主轴系统的轴向力在平板上用杠杆千分表测出轴承内圈外端面在轴面上的差值该值为单轴承的轴向预紧量 #对于成组装配的轴承按所有轴承装配形式的代数和求算轴承轴向预紧量 #见图*#(调心滚子轴承预紧量!把轴承预装到主轴上在轴承和圆螺母间装一个工艺环套拧紧主轴上圆螺母通过工艺环套!?+#$&%!3345!#553A&5!B&机床附件工装!冷加工!#年第$%期 !#$%&()!$*!$对轴承内圈加轴向力使轴承外圈刚刚不能自由滑落然后在轴承外圈上施加#$ 向力检测轴承外圈的位移量此位移量可作为轴承的装配间隙一般控制在$!$%此时轴承内圈在主轴上轴向的位置即是轴承预紧后的位置可通过测量手段测出轴承内圈端面至主轴轴肩的距离 #此段距离公差应控制在$!$%之内 #见图#图!#四 !主轴组合装配!轴承滚道润滑脂的注入量数控机床主轴轴承多采用油脂润滑 #采用润滑脂结构简单无需配置专门的润滑装置在制造中加入润滑脂后可保证数年使用 #一般球轴承润滑脂的注入量可控制在滚道空间的#A滚子轴承可控制在$A#轴承滚道空间体积的计测法是 $在轴承一侧的内圈 %外圈端面上均匀涂布微量润滑脂并将带脂的一侧放到平板上或玻璃板上用量杯盛入煤油或耗系统用油向轴承滚道内注液并计取刚注满时的液体注入量以求得轴承滚道空间的体积 #轴承滚道润滑脂的注入量 $6式中!/&轴承滚道空间体积 %)6&润滑脂比重 Y!%)D&润滑脂注入量 &润滑脂注入系数球轴承取$!#滚子轴承取$!$#用温差法装配主轴对有配合关系的工件加温 %降温使过盈配合的工件在装配时产生较大的间隙成为瞬间的间隙配合避免了装配过程中的机械挤压与损伤从而达到比较好的配合状态 #其具体实施工艺是 $(轴承加热到比室温高*$用医用注射器把润滑脂按量注入到轴承滚道中各滚动体间 %各滚柱端面都应均匀注入润滑脂然后使轴承内圈标注点与主轴标注点对正装入 #成组轴承应注意顺序轴承内圈外圈配合较紧的应靠近主轴头端一侧特别注意各轴承内圈外圈的标注点应在同一相位上 #(加热轴承使之与所配工件温差在)$左右然后使轴承套圆度大直径与轴承外圈大直径标注点对正装入 #)(装入前支撑处的其余工件装入圆螺母并进行调整 #因为轴承轴向预紧量已选择好圆螺母紧固后再稍微向反方向松动一下即可调整好轴承的预紧量 #*(以主轴前支承座为支点千分表座吸附在轴承套上千分表头触及在主轴后支撑轴颈上回转主轴检测主轴后轴颈跳动其值在工艺控制范围内为合格反之应调整圆螺母直至合格见图&#图!&五 !主轴箱部装加热主轴箱体高于室温*$箱体孔端面螺孔拧入工艺导向杆箱体后支承孔装入导向工艺套主轴组合体的轴承套与箱体孔圆度大直径对正在箱体端面上工艺导向杆与箱体后工艺导向套的引导下可迅速地将主轴组合体推入箱体孔内并紧固好各螺钉 #后支承处的轴承与轴承套也应用定向定隙温差法组合当后支承的组合体向主轴箱上装配时必须注意轴承内圈标注点应与主轴上的标注点对正装入 #装配完毕后应用木锤敲击箱体前后支承处释放装配应力 #主轴箱体或单元体试车前后都应检测主轴锥孔轴线的径向圆跳动跳动值变化越小证明装配质量越好 #!收稿日期 $($)$(数控机床主运动变速系统设计研究刘吉兆 1 崔晓莉 1 周立 211 湖南建材高等专科学校 ,湖南衡阳 421008;2 1 湖南大学衡阳分校 ,湖南衡阳 421000摘要 :在分析调速主轴电机及机床主轴的功率扭矩特性的基础上 ,研究了采用调速电机的数控机床主运动变速系统各参数之间的关系 ,并建立了确切的公式 ,分析讨论了机电串联分段无级调速主运动变速系统的设计原则。关键词 :数控机床 ;调速电机 ;主运动 ;分段无级调速中图分类号 : 文献标识码 :A 文章编号 :10012002) 06 ma 调速电机功率扭矩特性图 2 机床主轴功率扭矩特性为了满足加工不同表面时切削速度的基本恒定及自动换刀系统中不同刀具的合理切削速度 ,数控机床主运动多采用无级调速系统 ,且一般都用直流或交流调速电机作动力源 ,但因其与机床主运动变速系统所需的功率扭矩特性不匹配 ,因而 ,往往需在电气调速系统之后串接机械有级变速 ,来使它们相匹配。从而实现分段无级调速主运动传动系统。1 调速主轴电机的功率扭矩特性目前 ,全功能数控机床主运动系统多采用直流和交流调速主轴电机 ,其功率扭矩特性见图 1。从图 1中可知 , 时满足电机全功率和最大扭矩的唯一转速 ,称电机的基本转速 , 恒功率调速段。一般直流调速主轴电机的恒功率调速范围 R n 1 2 ,很少超过 3 4。交流调速主轴电机的恒功率调速范围 R 3 5 , 于恒扭矩调速。而调速主轴电机恒扭矩调速范围 R n dj/ 大 ,可达 30 以上 ,甚至超过 100 。调速主轴电机的变速范围 R d = R R 2 数控机床主轴的功率扭矩特性主运动系统中的主轴和传动件尺寸主要取决于其所传递的扭矩大小 ,而扭矩大小则与所传递的功率及转速有关。通用机床与数控机床在实际使用中 ,低转速范围加工 ,如粗加工、螺纹加工、铰孔等工序时都不需要使用机床的全部功率 ,若按最低转速设计计算 ,势必造成各传动件粗大、浪费。通常机床主运动只是从某一被称之为计算转速速度开始才可能使用电机全部功率。由此可得机床主轴的功率、扭矩与速度特性曲线如图 2。从图中可知 , 同时满足电机全功率和主轴最大扭矩的唯一转速。机床主轴在 nj 能传递电机的全部功率 ,属恒功率变速范围 ,R 在内机床主轴并不能传递全部功率 ,而传递的扭矩则为常数且为最大值 ,属恒扭矩变速范围 R 机床的整个变速范围 R n = R 通常恒功率区约占主运动总变速范围的 2/ 33/ 4。同时数控机床主运动变速范围 R n 较宽 , 一般R n =100 200 ,甚至更大。3 无级调速主传动系统的设计由上述调速主轴电机及机床主轴的功率扭矩特性532002 年第 6期图 3 调速电机变速系统的功率扭矩特性图 4 无级调速主运动系统的结构网可知无级调速电机的恒扭矩调速范围满足机床所需的恒扭矩变速范围 ,但其恒功率调速范围却不能满足机床所需的恒功率变速范围的要求 ,因此必须在无级调速机后串联一齿轮变速组。齿轮变速组的变速级数 Z 和公比可由下式计算 : R R ( Z 即 : Z = ( / 1或 : = ( R R 1/ ( Z (1)式中 R Z 齿轮变速组的变速范围由于齿轮变速组的变速级数 Z 通常为 2 4 ,当 R 知值时 ,将 Z =2 , 3 , 4 等值代入 (1) 式 ,即可求得对应于不同 Z 的值。如果其公比 = R R 则变速段每一档内有部分低转速不能恒扭矩变速。下面分别以这三种情况进行讨论 :(1) R a 为 R 机床功率扭矩特性曲线 ,从图可看出 N - n 曲线出现 “ 缺口 ” (图中变速级数为3) ,称为功率降低区 ,即在使用 “ 缺口 ” 范围内的转速时 ,电动机的输出功率达不到其额定功率 N d 。功率降低区的变速范围 (即 “ 缺口 ” 的宽度 ) 为 : = / R N d/ N 0式中 N 0 功率降低区内的最小输出功率。 R 足的条件因 M =9554 N d/ 3a 知 : n1 j = 9554 N d/ M (2)一档降速比 n1 j/ 3)二档降速比 n2 j/ 4)而 n2 j = 5)三档降速比 n3 j/ 6)而 n3 j = 7)将式 (5) 代入 (3) 式得 : n1 j = ( n2 j/ n 8)将式 (7) 代入 (4) 式得 : n2 j = ( n3 j/ n 式代入 (8) 式得 : n1 j = ( 2 n3 (6) 得 : n3 j = ( n 上式得 :n1 j = ( 3 ( 2)对于 Z =3 ,因 n1 j = ( n 3 = ( 2 式 ( 2) 代入上式得 : ( n 3 = M 9554 2 N d) (9)即 : M (9554 2 N d) (10)如果齿轮变速组有 Z 档 ,可得出主电机恒功率调速范围应满足的条件 :R Z M ( z N d (11)上面各式中 :n1 j 、 n2 j 、 n3 j 第一、二、三档的计算转速 ( r/ 第一、二、三档的最高转速(r/ 机床总效率 ( =0 . 75 0. 8)N d 主电机额定功率 ( 主轴最大扭矩 (N m) N d 应满足的条件设计时为使机床主轴的功率降低区内仍能得到所要求的切削功率 ,应使 :N 0 = N d/ N 选电机的额定功率为N d N 12)N 机床实际需要的最大功率N N切电动机的额定功率常稍大于机床实际需要的最大功率 N 只要 N 0 63 组合机床与自动化加工技术N 就不影响机床的使用性能。所以为使 R 不致过大 ,在恒功率区内保留一定宽度 “ 缺口 ” 的办法 ,在实际设计中经常采用。但值不能过大 ,以避免降低机床使用性能或必须选用较大的电动机功率 ,通常重型机床 26 ,中型机床 41。结构网如图 4a 所示(2) = R b 为其机床功率扭矩特性曲线。从图中可知 ,通过 3 级齿轮变速组使机床主轴在恒功率能获得 3 个转速段 ,每个转速段与相邻的上一转速段相接。 R 足的条件从图 3b 可知 : n2 j = n3 j = 可得 ,三档的齿轮变速组机床采用的主电机的恒功率调速范围应满足 :R3 M (9554 N d) (13)如果齿轮变速组有 Z 档 ,其机床主电机恒功率调速范围应满足的条件 :R Z M N d (14) N d 应满足的条件从图 3b 可以看出 ,这时所选电机的额定功率 N 足 :N d N 15) 结构网如图 4b 所示(3) 1 ) R 足的条件从图 3c 可知 : n2 j = n3 j = 同理可得 ,三档的齿轮变速组机床采用的主电机的恒功率调速范围应满足 :R3 M 2/ (9554 N d) (16)如果齿轮变速组有 Z 档 ,其机床主电机恒功率调速范围应满足的条件 :R Z M ( Z 9554 N d (17) N d 应满足的条件从图 3c 可以看出 ,这时所选电机的额定功率 N 足 :N d N 18) 结构网如图 4c 所示(为作图方便 ,图中取 = R 2)对于一般传动系统 ,原则上应使 = R 但在实际设计中 ,将 Z =2 、 3、 4 代入 (1) 式求得的值往往不是大于 R 小于 R 而很少出现恰好等于 R 况 , 为了简化齿轮变速组的装置 , 通常使 R 只有当因加工需要 ,机床主轴的转速段跨于两档之间且又能够不停车实现连续变速的场合才采用 ,如目前有较多的数控机床的主传动系统就采用了这种设计方式。4 结束语数控机床主运动系统是以功率、扭距特性相匹配为出发点 ,以所选主轴电机的调压调速部分 (恒功率范围 ) 作为串联齿轮有级变速的基本组为设计基础 ,公比的选择依据机床实际加工时的速度变化特点而定。对于一般传动系统 ,原则上应使 = R 公比过小时 ,各变速段速度重合度较大 ,恒功率调速部分的变速连续性较好 ,电机功率利用率较大 ,但结构较复杂 ;公比较大时 ,结构简单 ,但各变速段恒功率部分不连续 ,中间有恒扭矩过渡 ,电机功率利用率较小 ,所选电机功率应比主轴所需功率大。当机床的主要参数确定以后 ,如何正确选用主电机的转速范围及额定功率是主传动系统设计时应先考虑的问题 ,公式 (11) 、 (12) 、 (14) 、 (15) 、 (17) 、 (18) 为设计提供了理论依据。按此原则进行选择 ,就能够保证设计质量。参考文献 1 刘吉兆 . 无级调速电机的主传动系统设计探讨 . 机械 ,1998 (6)2 机床设计手册编写组 . 机床设计手册 (第三册 ) . 北京 :机械工业出版社 ,19863 机床设计手册编写组 . 机床设计手册 (第五册 ) . 北京 :机械工业出版社 ,19864 戴曙主编 . 金属切削机床 . 北京 :机械工业出版社 ,1994收稿日期 :2002 简介 :刘吉兆 (1964- ) ,男 ,湖南常宁人 ,湖南建材高等专科学校副教授 ,在读硕士研究生。(编辑江复 )732002 年第 6期收稿日期 :2005 简介 :王春梅 (1980- ) ,女 ,重庆垫江人 ,硕士研究生 ,从事液压传动与控制的研究。文章编号 :10072006) 03 机床及其传动控制王春梅 1 ,吴炳胜 1 ,周仕强 2(1. 河北工程大学水电学院 ,河北邯郸 056038;2. 中国水利水电第九工程局 ,贵阳 550002)摘要 :详细介绍了数控机床的特点、结构、控制方式 ,并以车床为例具体说明数控车床的构成、传动过程及其控制方式 ,以及针对现有的车床存在的问题 ,提出更新技术 ,将其控制方式由开环控制方式改为闭环控制 ,表明了其不仅具有高精度的位置控制功能而且还有极高的稳定性和易调试性。机床精度得以提高 ,从而使产品质量也得到提高。关键词 :数控车床 ;传动过程 ;电气控制中图分类号 : 文献标识码 : 科学技术的进步 ,数控机床得到了飞速的发展。机床装备日新月异 ,机械产品日趋精密 ,复杂。特别是宇航、精密仪器、军事工业、计算机工业等机械零件要求精度高 ,形状复杂 ,批量小 ,加工困难 ,生产效率低 ,只有采用了数控机床 ,这一系列问题才会得到解决。现代机械产品日趋精密复杂 ,改型换代频繁 ,发展现代数控机床是当前机械制造业技术改造、技术更新的必由之路。当前数控车床的控制方式主要有三种 : 无测量反馈装置的开环控制方式 ,该方式不具有反馈装置 ,对实际位移量不进行检测 ,无反馈与原指令值进行比较 ,不进行误差校正 ,系统的位移精度低。编码器等反馈的半闭环控制方式 ,该方式检测元件安装在中间传动件上 ,间接测量执行部件的位置 ,它只能补偿系统环内部部分元件的误差 ,其精度比闭环方式的低 ,其结构与调试部较闭环时方式简单。光栅等测量反馈的全闭环控制方式 ,该方式可以消除整个放大和传动环节的误差、间隙和失动 ,具有很高的位置控制精度。目前我国在开发性能价格比高、可靠性好、完整配套的数控系统能力还较低 ,特别是成系列的交流伺服放大器和交流主轴、伺服电机几乎没有。数控技术是数控装置和伺服装置完整结合的技术 ,缺一都不能很好地发展。对于我国自己开发的数控系统应注重产品的配套及可靠性 ,提倡创新、加强服务。数控机床最重要的目标是提高加工零件的精度和速度 ,不断开发高精高速的功能是数控技术创新的体现。本文针对车床的控制方式作出改进 ,将其开环系统改为闭环系统 ,使之位置控制精度高 ,产品质量达到用户要求。1 数控机床的特点1)生产柔性大 : 在数控机床上加工不同零件时 , 只需改变加工程序即可 , 而不需要制造或更换许多工具 , 模具和夹具 , 这一特点满足了当前产品更新快的市场竞争需要。因此 ,数控机床特别适合于零件频繁更换或单件和中小批量的生产场合。2) 加工精度高 :数控机床由精密机械和自动化控制系统组成。所以 ,数控机床本身具有很高的控制精度和制造精度。数控机床加工零件的过程是按照预定的程序自动进行的 ,消除了操作者的人为误差 ,提高了同一批零件加工尺寸的一致性 ,使加工质量稳定 ,产品合格率高。3) 生产效率高 :数控机床具有良好的刚性 ,可以采用较大的切削用量 ,并且又是自动进行加工 ,节省了机动时间。数控机床通常不需要专用的工夹具 ,因而 ,可省去工夹具的设计和制造时间 ,所以 ,数控机床的生产效率高。4) 减轻劳动强度 ,改善劳动条件 :数控机床是按照预先编好的程序自动加工的 ,操作者只需操作键盘 ,装卸零件和观察 ,监视加工过程 ,不需要进行繁重的 ,重复性的手工操作 ,劳动趋于智力型工作。数控机床一般是封闭式加工 ,既清洁又安全。5)良好的经济效率 :数控机床可以提高质量 ,第 23 卷第 3 期河北建筑科技学院学报月材料及资源损耗 ,降低生产成本 ;可以缩短产品开发生产的周期 ,降低生产设备投资的费用 ,提高生产率。2 控车床的结构数控机床的种类很多 ,但其主要是由程序载体 ,输入装置 ,数控装置 ,伺服装置和机床本体及其辅助装置组成。2. 1 程序载体在加工过程中 ,机床的全部动作过程和刀具相对于工件的运动轨迹 ,都是通过编制加工程序以一定的格式和代码 ,存储在一种载体上 ,如穿孔纸带 ,磁带 ,磁盘等。车床采用磁盘作为存储器。2. 2 输入装置输入装置的作用是将程序载体内有加工的信息输入到数控装置。根据程序载体的不同 ,输入装置可以是光电阅读机 ,录音机或软盘驱动器等。现代数控机床可以利用机床上的晶 ) 显示屏及键盘手动输入加工程序指令 (即输入 ) ;也可以利用在计算机上编程 ,然后通过计算机通讯方式将程序传送到数控装置。车床采用 320 3 240 显示器和轻触式薄膜面板手动输入加工程序指令 ,也可以利用在计算机上编程 ,然后通过计算机用接口串行通信方式将程序传送到数控装置。2. 3 数控装置数控装置是数控机床的核心 ,数控装置通常由专用 (通用 ) 计算机 ,输入输出接口板及机床控制器等组成。其功能是完成输入信息的存储 ,数据的变换 ,插补运算及实现各种控制。床采用大规模可编程门列矩阵实现各种控制。2. 4 伺服系统伺服系统是数控机床的执行机构 ,其作用是把来自数控装置的脉冲信号转化为机床移动部件的运动。伺服系统的性能影响机床加工精度 ,零件的表面质量和生产率的高低 , 车床采用伺服驱动器 , 混合式步进电机 (分别用110 和 110 带动 X 轴和给 ) ,丝杠副等把脉冲信号转化为机床移动部件的运动。2. 5 机床本体机床本体是数控机床的主体 ,是用于完成各种切削加工的机械部分 ,与传统机床相比 ,具有结构简单 ,精度高 ,结构刚性好 ,可靠性高 ,传动效率高等特点。3 传动及控制3. 1 传动部分车床的加工过程是通过主轴卡盘的转动和刀架的移动 ( X 向 ,Z 向 ) 来实现的 , 车床的主轴卡盘的转动是通过三相交流 /3440 电机作为执行元件 ,并以带传动 (B 型三角带 , 103 的皮带轮 ) ,齿轮传动 (材料分别为 45# 钢 , 来改变传送距离及其旋转的方向和大小 , 满足主轴卡盘的转速。第 3 期王春梅等 :数控机床及其传动控制 77 刀架的移动是采用混合式步进电机 (分别用110 和 110 )作为执行元件 ,步进电机又称脉冲电机 ,它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其输入一个脉冲就转动一步 ,即每当电动机绕组接受一个电脉冲 ,转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比 ,并在时间上与输入脉冲同步。只要控制输入电脉冲的数量 ,频率以及电动机组的通电顺序 ,电动机即可获得所需的转角 ,转速及转向 ,很容易实现数字控制。通过丝杠副将电机的转动转变成刀架的直线进给。 Z 向滚珠丝杠的导程为 T=6,X 向滚珠丝杠副的导程为 T=4 。丝杠的轴承组合及轴承座以及其他零件的连接刚性不足 ,将严重影响滚珠丝杠副的传动精度和刚度 ,因此在实际安装时应认真考虑。为了提高轴向刚度 ,常用止推轴承组合来支承丝杠 ,当轴向载荷较小时 ,也可用角接触球轴承来支承丝杠。车床采用一对8104 型号平底推力球轴承安装在床身来支承 ,采用一对 8103 型号的平底推力球轴承安装在拖板上来支承杠。3. 2 电气控制原理1) 主轴电机的转速控制 :由于变频器可提供几赫兹到几万赫兹的频率信号 ,改变电源的频率 ,就可以调节主电机的速度。因为主电机是采用的交流伺服电机 ,交流伺服电机的基本原理是检测步 ) 型和应 ) 型的气隙磁场的大小和方向 ,用电子变换器代替整流子和电刷 ,并通过与气隙磁场方向相同的磁化电流和与气隙磁场方向垂直的有效电流来控制其主磁通量和转矩 ,所以电流的频率改变 ,电动机的转速改变 ,通过传动部分后的主轴卡盘的转速也就改变。2) 刀架的速度方向和大小的控制 :刀架部分的进给采用混合式步进电机作为执行元件 ,步进电动机的运行特性与配套使用的驱动电源 (驱动器 )有密切关系。驱动电源由脉冲分配器 ,功率放大器等组成 ,驱动电源是将变频信号源 (微机或数控装置等 ) 送来的脉冲信号及方向信号按要求的配电方式自动地循环供给电动机各相绕组 ,以驱动电动机转子正 ,反向旋转。变频信号源是可提供从几赫兹到几万赫兹的频率信号连续可调的脉冲脉冲发生器。因此 ,只要控制点脉冲的数量及频率就可精确控制步进电机的转角及转速。3)电动刀架的换刀控制 :当系统执行 T(换刀 )指令 ,如成第一把刀 ) ,若刀架不在 1 号刀位 ,则系统发生信号 ,继电器吸合 ,刀架正转 ,当转到 1 号刀位时 ,该刀位霍尔元件发出低电平信号 ,系统接收到该信号后发出刀架反转信号 ,此时继电器断开 ,反向继电器吸合 ,刀架电机反转锁紧 ,延时后反转信号断开。4 控车床控制的更新由于车床采用开环控制导致速度的不稳定 ,可以采用光电编码器、光栅尺作为位置检测元件 ,从而实现闭环控制。如果负载增加 ,则电动机转速下降 ,要实现匀速控制可利用编码器测出电动机的实际转速 (编码器两次发出脉冲信号的时间间隔 ) 和光栅尺检测机床直线运动部件的线位移作为反馈信号 ,从而补偿由负载所引起的转速变化。使运动精度提高 ,零件加工精度达到用户的要求。4. 1 闭环方式与开环控制方式的区别无测量反馈装置的开环控制方式 :该方式的驱动装置主要是步进电机、电液脉冲马达等 ,由数控系统送出的进给指令脉冲 ,经驱动电路控制和功率放大后 ,使步进电机转动 ,通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序 ,便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。系统位移精度主要取决于步进电机的角位移精度 ,齿轮丝杠等传动元件的节距精度。该方式不具

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。