第二章-金属切削机床设计7总结.ppt

1,第二章金属切削机床的设计,机械与汽车工程学院,2,2.1概述2.2金属切削机床设计的基本理论2.3金属切削机床总体设计2.4主传动系设计2.5进给传动系设计2.6机床控制系统设计*,第二章金属切削机床设计,3,2.4主传动系统设计,一、必须满足的设计基本要求二、主传动系统分类与传动方式三、分级变速主传动系统设计四、无级变速主传动系统设计五、数控机床主传动系统设计*,4,四、无级变速主传动系统设计,(一)无级变速装置的分类,(二)无级变速主传动系设计原则,5,无级变速是指在一定范围内，转速(或速度)能连续地变换，从而获取最有利的切削速度。,无级变速的特点：可以获得最有利的切削速度能实现不停车变速，便于实现机床自动变速换向迅速和平稳，可以大大简化齿轮箱，缩短传动链，提高传动的平稳性，成本较高。应用：数控机床、高精度机床和大型机床等。,四、无级变速主传动系统设计,6,（一）无级变速装置的分类,1变速电动机,机床上常用的变速电动机有直流复励电动机和交流变频电动机。在额定转速以上为恒功率变速，通常调速范围仅23；额定转速以下为恒扭矩变速，调整范围很大，可达30甚至更大。上述功率和扭矩特性一般不能满足机床的使用要求。为了扩大恒功率调速范围，在变速电动机和主轴之间串联一个分级变速箱。广泛用于数控机床、大型机床中。,7,2机械无级变速装置,机械无级变速装置有柯普(Koop)型、行星锥轮型、分离锥轮钢环型、宽带型等多种结构。它们都是利用摩擦力来传递扭矩，通过连续地改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速。由于变速范围小，多数是恒扭矩传动，通常较少单独使用，而与分级变速机构串联使用，以扩大变速范围。应用于要求功率和变速范围较小的中小型车床、铣床等机床的主传动中，更多地是用于进给变速传动中。,8,液压无级变速装置通过改变单位时间内输入液压缸或液动机中液体的油量来实现无级变速。特点是变速范围较大、变速方便、传动平稳、运动换向时冲击小、易于实现直线运动和自动化。常用在主运动为直线运动的机床中，如刨床、拉床等。,3液压无级变速装置,9,(1)尽量选择功率和扭矩特性符合传动系要求的无级变速装置。作直线主运动恒扭矩传动如龙门刨床的工作台如直流电动机；作旋转主运动恒功率传动如车床或铣床主轴如机械无级变速,(二)无级变速主传动系设计原则,(2)无级变速装置与机械分级变速箱串联在一起使用，以扩大恒功率变速范围和整个变速范围。无级变速系统装置单独使用时，其调速范围较小，满足不了要求，尤其是恒功率调速范围往往远小于机床实际需要的恒功率变速范围。,10,无级变速装置作为传动系中的基本组，而分级变速作为扩大组。由于机械无级变速装置属于摩擦传动，有相对滑动现象，可能得不到理论上的转速。为了得到连续的无级变速，设计时应该使分级变速箱的公比略小于无级变速装置的变速范围。,(二)无级变速主传动系设计原则,11,由公式：可知，分级变速箱的级数为：,例题：设机床主轴变速范围Rn=60，无级变速箱的变速范围Rd=8，设计机械分级变速箱，求出其级数，并画出转速图。,解：机械分级变速箱的变速范围为：,机械分级变速箱的公比为：,12,13,2.5进给传动系设计,一、进给传动的特点,二、进给传动系的分类和组成,三、进给传动的基本要求,四、分级进给传动的设计原则,五、无级变速进给传动系统,14,1、恒转矩传动:在各种不同进给量的情况下，都有可能达到最大进给力。因此，进给传动系统最后输出轴的最大转矩可近似地认为相等。,一、进给传动的特点,15,2、进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速,进给系统是恒扭矩传动，在各种进给速度下，末端输出轴上扭矩是相同的T末。进给传动系中各传动件(包括轴和齿轮)所受的扭矩由下式算出：,在进给传动系的最大升速链中，各传动件至末端输出轴的传动比最大，承受的扭矩也最大。故各传动件的计算转速是其最高转速。,16,传动件至末端输出轴的传动比越大，传动件承受的扭矩越大，即采用扩大顺序与传动顺序不一致的结构式，如：Z=16=28242221。这样可以使进给系内更多的传动末端输出轴的速比较小，承受的扭矩也较小，从而减小各中间轴和传动件的尺寸。,3、进给传动的转速图为前疏后密结构,17,18,6、快速空程传动的采用快速与工进需在带负载运行中变换。采用超越离合器、差动机构或电气伺服进给传动等。,7、微量进给机构的采用微量进给机构有自动和手动两类。自动微量进给机构采用各种驱动元件使进给自动地进行；手动微量进给机构主要用于微量调整精密机床的一些部件.,19,二、进给传动系的分类和组成,1.进给传动系的分类,20,二、进给传动系的分类和组成,2.进给传动系的组成,21,2.进给传动系的组成,22,2.进给传动系的组成,23,2.进给传动系的组成,24,2.进给传动系的组成,25,1)具有足够的静刚度和动刚度；2)具有良好的快速响应性，做低速进给运动或微量进给时不爬行，运动平稳，灵敏度高；3)抗振性好，不会因摩擦自振而引起传动件的抖动或齿轮传动的冲击噪声；4)具有足够宽的调速范围，保证实现所要求的进给量（进给范围、数列），以适应不同的加工材料，满足不同的零件加工要求；5)进给系统的传动精度和定位精度要高；6)结构简单，加工和装配工艺性好。,三、进给传动的基本要求,26,等差数列进给传动,四、分级进给传动的设计原则,随机数列进给传动系统,等比数列进给传动,27,等比数列进给传动应遵循的原则,（1）进给传动系统的极限传动比、极限变速范围,极限变速范围,（2）进给扩大顺序的原则和最小传动比原则,扩大顺序的原则：前疏后密,与主传动系相反，减小进给传动中间轴及其传动件的结构尺寸,28,五、无级变速进给传动系统,普通机床多采用液压无级调速。变速范围可达2000，但不易实现准确的速度。,数控机床一般采用伺服电动机无级调速。,伺服电动机无级调速系统分类,29,1开环系统,步进电机每接受一个脉冲，旋转一个固定的角度（步进角），带动工作台移动一个固定的距离（脉冲当量）Q,Ph滚珠丝杠的导程；i传动比,N个进给脉冲，工作台的移动量S：,开环系统对工作台实际位移量没有检测和反馈装置。采用步进电动机。,系统的精度取决于步进电动机的步距角精度，定位精度较低，一般在(土0.01土0.02)mm.调试方便，成本低。适用于精度要求不高的数控机床中。,30,可消除整个系统的误差、间隙。系统比较复杂，安装、调整和测试比较麻烦，成本高。用于精密数控机床上。,在闭环系统中，使用位移测量元件测量机床执行部件的移(转)动量，将执行部件的实际移(转)动量和控制量进行比较，比较后的差值用信号反馈给控制系统，对执行部件的移(转)动进行补偿，直至差值为零。,闭环系统,31,检测元件不是直接安装在执行部件上，而是安装在进给传动系中间部位的旋转部件,称之为半闭环系统.半闭环系统的精度比闭环差。由于惯性较大的工作台在闭环之外，系统稳定性较好。与闭环相比，半闭环系统结构简单，调整容易，价格低，所以应用较多。,半闭环系统,32,分级变速主传动系统设计,一、转速图的设计,二、齿轮齿数的确定,最小公倍数法,三、计算转速的确定,33,例题：某车床的主轴转速为n401800r/min，公比1.41，电动机的转速n电1440r/min，试拟定结构式，转速图；确定齿轮齿数；求出各轴的计算转速,解：1.计算转速级数Z已知：R=1800/40,1.41。根据R=Z-1，得：,34,根据前密后疏原则，粗选扩大顺序为12=312326第二扩大组的,2.确定传动组、传动副和扩大顺序,根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有：12=322，12=232，12=223,方案，,中，都有三根传动轴，根据传动副前多后少的原则可知：方案比较适合。,最终确定结构式为12=312326,12431234123221223212223,35,3.设计转速图,主轴各级转速：40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250、1800,确定定比传动取轴的转速为900r/min，则电机轴与轴的传动比为：,确定各变速组最小传动比从转速点900r/min到40r/min共有9格，三个变速组的最小传动比平均下降三格，按照前缓后急的原则，第二变速组最小传动线下降3格；第一变速组最小传动线下降3-1=2格；第三变速组最小传动线下降3+1=4格。,36,5/8,电（主轴）,1800r/min1250900630450315224160112805640,-2,-3,2,-4,12=312326,4.绘制转速图,0,abc,37,5.确定齿轮齿数,1）a变速组,38,则:,1）a变速组,39,2）b变速组,40,则:,2）b变速组,41,3）c变速组,42,则:,3）c变速组,43,6.求计算转速,44,各轴的计算转速,IV轴nj=112,III轴nj=160,II轴nj=450,I轴nj=900,45,Z18/Z72齿轮副：,5/8,电,24:48,22:62,60:30,18:72,42:42,36:36,30:42,1800r/min1250900630450315224160112805640,Z18的计算转速为450,Z72的计算转速为112,46,Z60/Z30齿轮副：,5/8,电,24:48,22:62,60:30,18:72,42:42,36:36,30:42,1800r/min1250900630450315224160112805640,Z60的计算转速为160,Z30的计算转速为315,47,Z42/Z42齿轮副：,5/8,电,24:48,22:62,60:30,18:72,42:42,36:36,30:42,1800r/min1250900630450315224160112805640,Z42的计算转速为450,Z42的计算转速为450,48,Z22/Z62齿轮副：,5/8,电,24:48,22:62,60:30,18:72,42:42,36:36,30:42,1800r/min1250900630450315224160112805640,Z22的计算转速为