专用数控铣床自动进出料系统设计【含10张CAD图纸】

摘要本次毕业设计名为专用数控铣床自动进出料系统设计，从研究数控铣床加工中心工作台入手，借鉴国内外先进经验，设计了一个适合与加工中心工作台匹配的自动进出料装置，完成具有动作快速、定位准确以及可以长时间连续作业等优点的自动进出料装置设计，满足了生产和设计的需要，主要设计包括一套专用夹具、输送机构等主要部件。认真了考虑“实用、安全、经济”等各项因素，进行必要的方案计较后，最终确定最佳方案为专用夹具选用了电动装置作为夹紧装置，设计了压杆及内外压板进行工件的夹紧、定位。输送机构选用了机电装置，采用了步进电机、滚动直线导轨、滚珠丝杠螺母副和联轴器等进行工件的自动进出料。设计主要进行了与加工中心工作台匹配的输送机构自动进出料装置以及专用夹具的结构设计，并进行了分析。论述了采用步进电机、滚动直线导轨、滚珠丝杠螺母副以及电动夹紧装置的优点。详细介绍了主要部件的结构设计过程及相关的计算校核。另外汇总了有关技术参数。关键字自动进出料；夹具；步进电机；滚珠丝杠副IABSTRACTTHEGRADUATIONPROJECTDEDICATEDCNCMILLINGMACHINEAUTOMATICFEEDINGSYSTEMDESIGNCALLEDOUT,STARTINGFROMTHERESEARCHBENCHCNCMILLINGMACHININGCENTERS,ADVANCEDEXPERIENCEATHOMEANDABROAD,HASDESIGNEDADEVICESUITABLEFORAUTOMATICACCESSTOMATERIALPROCESSINGCENTERTABLEWITHMATCHINGFINISHWITHACTIONAUTOMATICFEEDINGDEVICEDESIGNEDOUTFAST,ACCURATEPOSITIONINGANDLONGTIMECONTINUOUSOPERATION,ETC,TOMEETTHENEEDSOFPRODUCTIONANDDESIGN,THEMAINCOMPONENTSOFTHEMAJORDESIGNINCLUDESADEDICATEDFIXTURE,TRANSPORTATIONAGENCIESSERIOUSLYCONSIDERING“PRACTICAL,SAFEANDECONOMICAL“ANDOTHERFACTORS,MAKETHENECESSARYCAREPROGRAMAFTERFINALIZATIONCHOOSETHEBESTSOLUTIONFORSPECIALFIXTURESELECTRICDEVICEASACLAMPINGDEVICE,DESIGNEDINSIDEANDOUTSIDETHEBARANDCLAMPINGPLATEWORKPIECEPOSITIONINGDELIVERYMECHANISMCHOSENELECTROMECHANICALDEVICE,USINGASTEPPERMOTOR,LINEARGUIDES,BALLSCREWPAIRANDCOUPLINGSFORAUTOMATICACCESSTOMATERIALOFTHEWORKPIECETHEGRADUATIONPROJECTDEDICATEDCNCMILLINGMACHINEAUTOMATICFEEDINGSYSTEMDESIGNCALLEDOUT,STARTINGFROMTHERESEARCHBENCHCNCMILLINGMACHININGCENTERS,ADVANCEDEXPERIENCEATHOMEANDABROAD,HASDESIGNEDADEVICESUITABLEFORAUTOMATICACCESSTOMATERIALPROCESSINGCENTERTABLEWITHMATCHINGFINISHWITHACTIONAUTOMATICFEEDINGDEVICEDESIGNEDOUTFAST,ACCURATEPOSITIONINGANDLONGTIMECONTINUOUSOPERATION,ETC,TOMEETTHENEEDSOFPRODUCTIONANDDESIGN,THEMAINCOMPONENTSOFTHEMAJORDESIGNINCLUDESADEDICATEDFIXTURE,TRANSPORTATIONAGENCIESKEYWORDSAUTOMATICACCESSTOMATERIALSFIXTURESTEPPERMOTORBALLSCREWII目录引言11绪论211国外数控机床业自动进出料的发展状况及趋势212国内数控机床业自动进出料的发展状况及存在问题213课题研究的目的及意义314课题主要任务32总体方案设计321方案拟定3211输送机构的设计方案3212专用夹具的设计方案53专用数控铣床自动进出料装置机械结构设计731滚珠丝杠副的设计7311滚珠丝杠副主要尺寸参数7312滚珠丝杠副的支承形式8313滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧8314滚珠丝杠副的计算与选型8315滚珠丝杠副的安装联接尺寸1132导轨的选型12321直线滚动导轨副的工作原理与装配方式13322直线滚动导轨副的计算与选型14323直线滚动导轨副的安装联接尺寸15324导轨间隙的调整15325导轨材料的热处理15326导轨的润滑和防护1633联轴器的选型1634电机的选型184专用夹具设计2041定位方案20411定位方案的选择2142夹紧方案2143夹具装配图25III44夹具装配图上的尺寸、公差和技术要求2545夹具经济性分析265主机支架设计276自动进出料装置控制系统简介297总结30谢辞31参考文献32第1页共32页引言随着机械制造产业的发展，自动控制系统在工业上的应用越来越广泛，如工业自动化机床控制，计算机控制，机器人等。随着我国数控铣床业的发展，工件的加工质量趋于准确，加工速度更加快，但对工件的自动进出料也提出了更高的要求。移动工件功能的自动化装置能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。自动化装置越来越广泛的得到了应用，在机械行业里它可用于加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更加普遍。它适用于大批量生产，结构紧凑，而且适应性很强。目前我国的自动化装置技术及其工程应用的水平和国外相比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，为提高我国的自动化技术水平，进行铣床的自动进出料装置设计是十分必要的。目前，在国内很多工厂的生产线上，数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大，生产效率低。为了提高生产加工的工作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代自动化大生产，针对具体生产工艺，利用现在自动化技术，设计一套与数控铣床加工中心相匹配的自动进出料装置代替人工工作，以提高劳动生产率，改善现代工人劳动条件。第1页共32页1绪论11国外数控机床业自动进出料的发展状况及趋势（1）国外数控机床自动进出料技术现状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。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。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。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。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。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。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。（2）国外数控系统自动进出料的发展趋势平台数字化。运行高速化。加工高精化。功能复合化。控制智能化。伺服驱动高性能控制。12国内数控机床业自动进出料的发展状况及存在问题数控机床是当代机械制造业的主流装备，国产数控机床的发展经历了30年跌宕起伏，已经由成长期进入了成熟期，可提供市场1,500种数控机床，覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域，产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。特别是在五轴联动数控机床、数控超重型机床、立式卧式加工中心、数控车床、数控齿轮加工机床领域部分技术已经达到世界先进水平。其中，五轴坐标联动数控机床是数控机床技术的制高点标志之一。由于中国技术水平和工业基础还比较落后，数控机床自动进出料的性能、水平和可靠性与工业发达国家相比，差距还是很大，尤其是数控自动进出料系统的控制可靠性还较差，数控产业尚未真正形成。因此加速进行数控自动进出料系统的工程化、商品化，尽快建成与完善数控机床自动进出料和数控产业成为当前的主要任务。目前存第2页共32页在着核心技术严重缺乏、民族品牌与国际品牌差距明显、技术创新和成果转化与市场脱节、缺乏先进的管理机制等问题。13课题研究的目的及意义在机械加工的过程中，人工上下料不仅劳动强度大，而且效率低，工作环境也差。相对于人工上下料而言，自动上下料装置具有动作快速、定位准确以及可以长时间连续作业等优点。设计自动进出料装置能够改善工人工作条件，提高产品生产效率，提高数控铣床的零件加工质量。14课题主要任务本次毕业设计拟设计一个适合与加工中心工作台匹配的自动进出料装置，该装置主要能够实现以下功能（1）具有与主机联控的独立动力，能够自动将指定工件输送至加工正确位置；（2）设计一套专用夹具实施定位、夹紧动作，以确保加工过程的位置稳定；（3）加工完毕后，工件能够自动退出到指定位置。2总体方案设计21方案拟定总体方案主要包括输送机构设计和专用夹具设计两个方案。根据设计要求，结合实际生产经验，每个部分的设计至少初定两个方案，并加以比较，从而选择有利于设计的最优方案。211输送机构的设计方案输送机构主要是能实现待加工工件的自动进出料。进料系统与出料系统分开工作，进料完成后，工件在数控铣床加工中心进行加工，加工完毕，由出料系统完成工件输送至指定位置的工作。对于输送机构，初步设计两种方案加以比较进行选择，方案如下方案一是采用液压系统进行自动进出料。液压系统用油液作为工作介质，在一定功率条件下，可大大减小工件的尺寸。液压系统的加速能力较好，易实现无极调速。初步采用液压泵、液压阀、推杆、轴等来输送工件。但是液压系统装置容易漏油，因第3页共32页而会影响运动的平稳性，并使效率降低；液体粘度受温度影响，使供油量和执行机构的运动速度不稳定；需要一套专门的供油系统，成本高。液压系统实现自动进出料的示意图如下图21所示1电动机；2液压泵；3过滤器；4块式集成液压阀组；5冷却器；6液压缸；7排屑油过滤器；8电机齿轮泵组；9随动油箱；10推进装置；11推杆；12油封头进油软管；13油封头；14对开式轴承座；15工件；16三爪卡盘；17液压马达座；18液压马达；19液压马达油管；20床身图21液压系统实现自动进出料结构示意图方案二是采用机电装置实现自动进出料。机电装置机械结构紧凑，灵活，准确，调整和维修方便。初步采用步进电机提供动力，设计一控制系统控制电机的正反运转与停止，实现工件到达加工位置及出料指定位置。利用滚珠丝杠副使工件移动。示意图如下图22所示第4页共32页图22机电装置实现自动进出料结构示意图两种方案的分析比较液压系统主要用于系统的动力部分比较合适，不宜在控制系统中采用，而机电装置能很好地满足本设计的要求，因此采用方案二。机电装置进料系统动力采用步进电机提供，利用滚珠丝杠副来移动工件。工件设计一托板加以支承，并在进料机构处增加导向板。托板固定在丝杠上，设计一导轨以完成移动部件的要求。步进电机与丝杠之间采用联轴器联接，传动效率较高。丝杠与联轴器联接时，支撑部件之间采用向心轴承支承以保证转动平稳可靠。出料系统装置与进料系统装置相同，但出料装置不加导向板，并且只要控制电机的正反转即可实现进出料。设计一控制系统实现电机的正反转与停止。采用光电传感器确保工件中心移动至加工中心位置。212专用夹具的设计方案设计一套专用夹具用于工件的定位与夹紧。采用内外压杆作为夹紧元件，台面板与底板用于工件的定位。其中夹具的动力装置初步设计两种方案加以比较供选择。方案如下一是采用液动夹紧，二是采用电动夹紧。方案一液动夹紧采用的是油缸结构，用压力油作为动力源，通过管道、液压阀、液压缸等元件夹紧工件。需要单独为液压装置专门配备专门泵站，成本高，对密封性能要求高，需要一套压力油供应系统，为单一夹具设计不经济。如下图23所示第5页共32页1气缸；2油缸图23液动夹紧装置方案二是采用电动夹紧，设计的是凸轮机构，用低速大扭矩步进电机提供动力。凸轮只要适当地设计出其轮廓曲线，就可以使推杆得到预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。如下图24所示1推杆；2滚子轴承；3凸轮；4键槽图24电动夹紧凸轮机构第6页共32页本设计使用夹具是从工件两边进行夹紧，需要动力夹紧装置从两边同时夹紧，同步性要好，而液压系统同步性差，而且成本高，不能满足此要求。电动夹紧可满足本设计的要求。故选择电动夹紧凸轮机构。3专用数控铣床自动进出料装置机械结构设计专用数控铣床自动进出料装置的机械结构设计主要包括以下部分输送机构动力的设计，如电机；输送机构传动部件的设计，如滚珠丝杠副；传动部件的支承部件设计，如导轨；各部件之间的联接设计，如联轴器等。31滚珠丝杠副的设计滚珠丝杠副是在丝杠和螺母的滚道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。其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。丝杠或螺母转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置，滚珠通过此装置自动返回其入口，形成循环回路6。滚珠丝杠副外形如图31、32所示图31滚珠丝杠副外形图32滚珠丝杠副外形滚珠丝杠副具有传动效率高、运动平稳、使用寿命高等特性，广泛运用于数控机床等。滚珠丝杠副由专门工厂制造，当型号计算选定后，可以外购或定制。311滚珠丝杠副主要尺寸参数滚珠丝杠副的主要尺寸参数（1）公称直径0D（2）节圆直径通常与公称直径相等PWD（3）导程HP第7页共32页（4）公称导程0PH（5）行程L（6）有效行程U此外还有丝杠螺纹外径、丝杠螺纹底径、螺母体外径、螺母体螺纹底径1D2D1D、螺母体螺纹内径、滚珠直径、丝杠螺纹全长等。2D3DW1L312滚珠丝杠副的支承形式滚珠丝杠副的支承主要用来约束丝杠的轴向窜动，其结构形式可分为四种类型，根据轴向刚度要求高、无压杆稳定性问题，本次设计选择了双推双推支承形式。313滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧为了提高滚珠丝杠副的传动精度和轴向刚度，安装时需要消除丝杠与螺母之间的传动间隙，并对丝杠螺母进行预紧。单螺母的丝杠副在出厂前通常采用过盈滚珠预紧或变导程自预紧，丝杠与螺母之间几乎没有间隙，所以用户使用时不必考虑。对于双螺母丝杠副，常采用垫片调整预紧和螺纹调整预紧两种方式6。本设计选择了单螺母丝杠副，采用过盈滚珠预紧，在出厂前已经过预紧。314滚珠丝杠副的计算与选型1最大工作载荷的计算MF表31实验计算公式及参考系数MF导轨类型实验公式K矩形导轨GKYZXM11015燕尾导轨Z21402三角形导轨FX115015018式中为进给方向载荷，横向载荷，为垂直载荷，单位均为N；XFYFZF为移动部件总重力，单位为N；G为颠覆力矩影响系数；K为导轨的摩擦系数。2最大动载荷的计算QF最大动载荷的计算公式如下31QMHWFFL30第8页共32页式中为滚珠丝杠的寿命，单位为0LR610（32）6/LNT其中为使用寿命，数控机床的为,为丝杠每分钟转数；TH5为载荷系数，平稳或轻度冲击为，中等冲击，较大冲击或振动为WF210152；251为硬度系数，（等于50HRC时，取156）；HF为滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为N。MF根据设计参数，工件质量,输送机构直线移动速度取滚动副承KG302MIN/2受的负载为输送机构部分重量以及其负载重量（工件重量），估算为，即50N。NM50由转数X导程丝杠转速，导程取,算得丝杠转数N为MIN/RH/5P，则算得，IN/4R601LT36104则MHWQFF38N533规格型号的初选选择滚珠丝杠副的规格时，应使其额定动载荷。当滚珠丝杠副在静态或低QAFC速状态下长时间承受工作载荷时，还应使其额定静载荷，IN/10RMOAF32C查表初选型号参数如下表表32GD系列滚珠丝杠副尺寸参数单位（MM）规格代号公称直径导程滚珠直径丝杠外径额定载荷/N螺母安装尺寸D0PHDWD1CACOAD1DD4LBH1240053405317392119523770060947585159915滚珠丝杠副的传动效率可用下式计算（33）TAN第9页共32页式中为丝杠的螺旋升角，由算得；0/ARCTNDPH为摩擦角，取。则01（34）9TAN4刚度的验算滚珠丝杠副的的轴向变形将引起丝杠导程发生变化，从而影响定位精度和运动的平稳性。轴向变形主要包括丝杠的拉伸或压缩变形、丝杠与螺母之间滚道的接触变形等。丝杠的拉伸或压缩变形量1在总变形量中占的比重比较大，可按下式计算1（32F1MAESM5）式中为丝杠的最大工作载荷，单位为；MFN为丝杠两端支承间的距离，单位为；AM为丝杠材料的弹性模量，钢的；PAM1025为丝杠按底径确定的截面积，单位为；S2D2为转矩，单位为；为丝杠按底径确定的截面惯性矩（）,单位为；264/2D2M其中，“”号用于拉伸，“”号用于压缩。由于转矩一般较小，式中第2项在计算时可酌情忽略。经设计，取，MA10S（36）2D26则M210滚珠与螺纹滚道间的接触变形量2可由产品型号中查出。查机械设计手册得出，GD系列40053的2，因进行了预紧，且预紧力达到轴向工作载荷的1/3时，值减少一Q2半左右，所以第10页共32页（37）21QM305刚度验算丝杠的总变形量。一般总变形量不应大于机床规定的2217定位精度的一半。计算结果符合设计要求。稳定性的验算滚珠丝杠属于受轴向力的细长杆，如果轴向负载过大，则可能产生失稳现象。失稳时的临界载荷应满足KFF（38）KMAF2式中为临界载荷，单位为；KFN为丝杠支承系数，（双推自由取025，双推简支取2，双推双推取4，单推单推取F1）；K为压杆稳定安全系数，一般取254；为滚珠丝杠两端支承间的距离，单位为。AM因为滚珠丝杠两端采用向心轴承并施加了预紧，不会产生失稳现象，因此不用进行稳定性验算及校核。315滚珠丝杠副的安装联接尺寸本设计采用GD系列滚珠丝杠副，其安装尺寸如图33所示第11页共32页图33GD系列40053滚珠丝杠副第12页共32页32导轨的选型导轨装置，在机械中是使用频率最高的零部件之一。没有不使用导轨的金属切削机床；在测量机、绘图机上，导轨是它们的工作基准；在其他机械中，例如轧机、压力机、纺织机等也都离不开导轨的导向。由此可见，导轨的精度、承载能力和使用寿命等都将直接影响机械的工作质量6。导轨的功用是承载和导向。它承受安装在导轨上的运动部件及工件的质量和切削力。运动的导轨称为动导轨，不动的导轨成为静导轨或支撑导轨。动导轨相对于静导轨可以作直线运动或者回转运动。有用于保证主运动轨迹的，也有用于调整部件之间的相对位置的，后者在加工时没有相对运动。实现直线运动的成为直线运动导轨；实现圆周运动的称为圆周导轨。导轨的设计要求如下（1）几何精度就是通常所说的导向精度，即运动的直线度或回转精度，影响导向精度的主要因素有导轨承导面的几何精度、导轨的结构类型、导轨副的接触精度、导轨副的油膜厚度以及导轨和支撑件的热变形；（2）运动精度包括两方面的内容一是运动的平稳性（例如低速不爬行），二是定位精确（线定位和角定位）；（3）精度保持性。导轨精度的保持性主要取决于导轨的耐磨性和导轨材料的尺寸稳定性。耐磨性与导轨副的材料匹配情况、受力情况、加工精度、润滑方式及防护装置的性能等因素有关，导轨及其支撑件的剩余盈利等会影响导轨的精度保持。（4）具有足够的承载能力和刚度，使用寿命长。导轨受力后的变形将影响部件之间的相对位置和导轨精度，这对于高精度机械和仪表尤为重要；（5）对温度变化的适应性。环境温度变化和机械局部热源产生的不均匀性的温度场，都会引起导轨变形，导轨应有良好的适应能力；（6）结构简单、工艺性好、便于调整和维修；（7）具有良好的润滑和防护装置。导轨的设计程序和内容（1）根据工作条件、载荷特点，确定导轨的类型、截面形状和结构尺寸。（2）进行导轨的力学计算，选择导轨材料、表面经加工和热处理方法以及摩擦面硬度匹配。（3）设计导轨的配合间隙和预加载荷调整机构。（4）设计导轨的润滑系统及防护装置。（5）制定导轨的精度和技术条件。有些导轨（如非水平放置的导轨）在移动之后，要求将它的位置固定，因而要用第13页共32页专用的锁紧装置。常用的锁紧方式有机械锁紧和液压锁紧。本设计选用的是直线滚动导轨。在相配的两导轨面之间放置滚动体或滚动支承，是导轨面间的摩擦性质成为滚动摩擦，这种导轨就叫滚动导轨。滚动导轨的最大优点就是摩擦因素小，动、静摩擦因数差小，因此运动轻便灵活，运动所需功率小，摩擦发热少，磨损少，精度保持性好，低速运动平稳性好，移动精度和定位精度高。滚动导轨还具有润滑简单（有时可用油脂润滑），高速运动时不会像滑动导轨那样因为动压效应而使导轨浮起等优点。但滚动导轨结构复杂、制造比较困难，成本比较高、抗震性较差。对赃物比较敏感，因此必须有良好的保护。滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板组成，当导轨与滑块做相对运动时，钢球沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向器进入反向孔后在进入滚道，钢球就这样周而复始的进行运动，返向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部。钢球承载的形式与角接触球轴承相似，一个滑块就像是4个直线运动的角接触球轴承，导轨轴的安装形式可以水平，也可以竖直或者倾斜。可以两条或多条导轨轴平行安装，也可以一条导轨安装，也可以将导轨接长成为长导轨，一条导轨上可以安装一个滑块和两个滑块，以适应各种行程的需要。滚动直线导轨的特点是（1）动、静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率小，只相当于普通机械的十分之一。（2）承载能力大，刚度高。导轨副滚道截面采用合理比值（沟槽曲率半径，为钢球直径）的圆弧沟槽，因而承载能力及刚度比平面与钢球接DR540触大大提高。（3）能是实现高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高10倍。（4）采用滚动直线导轨副可简化设计、制造、装配工作、保证质量、缩短时间、降低成本。导轨副具有“误差均化效应”从而降低基础件的加工精度，精铣或精刨即可满足要求。321直线滚动导轨副的工作原理与装配方式由上述可知直线滚动导轨副具有摩擦系数小、不易爬行、便于安装和预紧、结构紧凑等优点。考虑到工件质量较大，所需运动需要平稳可靠，导向精度要高，由上述导轨类型可知，矩形和燕尾形导轨组合有调整方便承受力巨大的特点，这两种导轨的刚度高，承载能力强，加工、检验和维修方便。为提高低速性能，减少爬行，提高导轨寿命，初选直线滚动导轨副。第14页共32页直线滚动导轨副由导轨和滑块两部分组成，滑块中装有两组滚珠，当滚珠从工作轨道滚到滑块端部时，会经端面挡板和滑块中的返回轨道返回，在导轨和滑块之间的滚道内循环滚动。装配时常将两根导轨固定在支承件上，每根导轨上一般有两个滑块，滑块固定在移动件上。322直线滚动导轨副的计算与选型初选直线滚动导轨副的型号为JSALG25，其尺寸参数如下表33JSALG25直线滚动导轨副装配后组合尺寸导轨尺寸滑块尺寸型号HWBH1IFLOMAXDDH1B1KTT1JSALG25362352322206030007119702912161导轨面的尺寸其中B为斜镶条小端厚度，滑座及镶条斜度K为150；1100。导轨面尺寸包括宽度B和厚度H。导轨的尺寸燕尾导轨选取H40，则H141MM,D32MM；斜镶条小端厚度B6MM；导轨跨度A160MM，B265MM取80MM；（矩形导轨当H40M,则B32MM，A360MM；压板厚度H25MM,B140MM；2额定寿命的计算当滚动体为球时（39）50CL3WFFARTH式中为距离额定寿命，单位为；LMK为额定动载荷，单位为；ACN为滑块上的工作载荷，单位为；F分别为硬度系数（取053）、温度系数（100）、接触系数（100）、WRTHFFF、精度系数（10）、载荷系数（15）；计算得到额定寿命为，即大于球导轨的距离期望寿命（），KM5012LM50K初选的导轨型号符合设计要求。第15页共32页323直线滚动导轨副的安装联接尺寸JSALG25型直线滚动导轨副的尺寸参数如图34所示图34JSALG25导轨副324导轨间隙的调整导轨间隙常用压板、镶条来调整，结构型式很多，设计时一般要求如下（1）调整方便，保证刚度，接触良好。（2）镶条应放在受力小的一侧，如要求调整后中心位置不变，可在导轨两侧各方一根镶条。（3）导轨长度较长（）时，可以一端各装一块支承板和一块导向调整板。M120（4）选择燕尾导轨的镶条时，应考虑部件装配的方式，要便于装配。矩形导轨压板尺寸参考设计。压板螺钉直径，当压板厚度时,DMH16，时，。压板长度，当压板受力较大或导轨工作长度较HD80716H短时，压板长度等于导轨长度。当压板受力不大时或导轨工作长度较长时，只需在运动部件的两端或中间装短压板，其长度可取为导轨工作长度的1/3或1/4。装压板后，导轨可以承受倾覆力矩。第16页共32页325导轨材料的热处理在液压滑台中存在导轨，而在导轨副摩擦中，为了提高耐磨性动导轨和支撑导轨应有不同的硬度，因此尽量采用不同的材料，如果采用同样材料，也要进行不同热处理。由于滑台体属于动导轨，因此可以根据表材料的特点及应用，选择铸铁HT150而滑座与导轨是铸为一体的，属于支撑导轨，铸铁具有良好的减震性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料，故铸铁材料符合要求。由于导轨的材料要耐磨性好、工艺性好、成本低。而HT200用于精度保持要求不高，载荷较小，需刮研加工的导轨。HT300用于较精密的机床导轨。耐磨铸铁用于精密机床6。综合上述材料特点，滑座材料应该选灰铸铁HT200。为提高导轨的硬度，对铸铁导轨常采用高频淬火，超高频淬火，中频淬火及电接触自冷淬火，提高表面硬度，表面淬火硬度一般为4555HRC左右，增加抗硬粒的磨损能力和防止撕伤。326导轨的润滑和防护导轨的良好润滑和可靠防护，可以降低摩擦力，减少磨损，降低温度和防止锈蚀，延长寿命，因此，必须有专门的供油系统，采用自动和强制润滑，并选择合适粘度的润滑油。33联轴器的选型联轴器是一种常用的机械传动装置，主要用来联接轴与轴，以传递运动和转矩。此外，联轴器还有补偿两轴相对位移、缓冲和减震，以及安全防护等功能。无键联接挠性联轴器是机床进给传动中广泛采用的一种无间隙传动联轴器。它不仅可以简化联接结构，降低噪声，而且对消除传动间隙，提高传动刚度都有利，主要用于传递较大转矩的场合。本设计采用无键链接挠性联轴器3。1联轴器的类型根据传递的转矩的大小和转速高低，以及对缓冲和振动的要求，参考各类联轴器的特点，选择适用的联轴器类型。2计算联轴器的转矩传动轴上的公称转矩可用下式进行计算MNT（310）NP950则。482NT式中为传递的功率，单位为；PKW第17页共32页为轴的转速，单位为。NMIN/R实际计算时，应将公称转矩乘以工作情况系数，得到计算转矩TAK（311）KAC原动机是电动机的属于类转矩变化小的机械，15。AMNTAC3273确定联轴器的型号根据计算转矩及所选的联轴器类型按照确定联轴器的型号。为所选CATCAT联轴器的许用转矩。4核定最高转速联轴器工作过程的最高转速，不应超过其允许的最高转速即MIN/40RMAXNAX5协调轴孔直径多数情况下，每一型号联轴器适用轴的直径均有一个范围，被联接两轴的直径应当在此范围之内。所选联轴器型号为表34GL3联轴器型号公称扭矩TNM许用转速R/MIN轴孔直径MM轴孔长度MMGL310040002448第18页共32页联轴器示意图如图35所示1外齿套；2弹簧垫圈；3六角螺栓；4端盖；5O形圈；6凹内齿；7油杯8胶制螺栓；9凸内齿；10标准弹垫；11螺母；12O形圈；13端盖；14O形圈；15外齿套；图35联轴器34电机的选型1电动机的选择合理选择电动机类型，对工作机械有效的工作，以及机组运行的可靠性、安全、节能及降低设备造价都有重要意义。选择电动机时综合考虑下列问题根据机械负载性质和生产工艺对电动机起动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型。根据负载转矩、转速变化范围和起动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制，并确定通风冷却方式。容量选择应适当留有余量。根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、腐蚀和易燃气体等考虑必要的防护等级和结构与安装方式。根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级与类型。第19页共32页根据生产机械的转速要求与减速机械的复杂程度，选择电动机的额定转速。由于目前已有相当多的派生与专用产品系列，对各自相应的行业生产特殊要求能较好地适应与满足，可优先考虑选用系列产品。运行经济性从降低整个电动机驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机类型，针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型；对一些使用时间很短、年使用时数也不高的机械，电动机效率低些也不会使总能耗产生较大的变化，所以并不注重电动机的效率但另一类年利用时间较长的机械，如空调设备、循环泵、冰箱压缩机、装箱机等，就需要选用效率高的电动机以降低总能耗。另外，条件通用性、安装与维修是否方便、产品价格、建设费用和运行维修费用等方面，也应在综合考虑之列。丝杠所传递的功率计算水平使用，电机驱动，滚珠丝杠传动，导轨承重和导向，理想安装，丝杠所承受的最大轴向载荷为，则丝杠扭矩为NM50FT（311）1432/TNPH设,得9401NM523式中为丝杠轴向最大载荷，单位为；MF为丝杠导程，单位为；HPM为进给丝杠正效率；1N所以丝杠传递的功率可根据下式计算（312）NP950T即0877KW877W丝杠的传动效率，滚动轴承的传动效率，挠性联轴器的传动效率091092，传动装置的传动效率为，所以电机需要传0938321递功率为。W6P/0根据以上参数，可选择电机型号参数如下表35110BYG5801电机参数型号步距角相数驱动电压（V）相电流（A）保持转矩转动惯量（KGCM2）110BYG5801045580310113第20页共32页第21页共32页4专用夹具设计在机床上对工件进行加工时，为了保证加工表面相对其它表面的尺寸和位置精度，首先需要使工件在机床上占有准确的位置，并在加工过程中能承受各种力的作用而始终保持这一准确位置不变。前者称为工件的定位，后者称为工件的夹紧，这一过程称为工件的装夹。所使用的工艺装备称为夹具。5本设计设计一套专用夹具用于工件的定位与夹紧。工件分析工件材料为灰铸铁，质量2030KG,则根据（51）MGG查表得灰铸铁的密度，算得工件体积为，估算3/1027K310248M工件的大致尺寸为长宽高。5841定位方案（1）六点定位原理工件在没有采取定位措施以前，与空间自由状态的刚体相似，每个工件在夹具中的位置可以是任意的不确定的。对一批工件来说，它们的位置是不一致的。这种状态在空间坐标系中可以用以下六个方面的独立部分来加以表示5即沿（绕）X轴的不定度，沿（绕）Y轴的不定度，沿（绕）Z轴的不定度。六个方面的不定度都存在，是工件在夹具中所占空间位置不确定的最高程度，即工件在空间最多只能有六个不定度。限制工件在某一方面的不定度，工件在夹具中某一方向的位置就得以确定。在夹具中，用分别适当的与工件接触的六个支撑点，来限制六个自由度的原理，称为六点定位原理。（2）应用定位原理的几种情况完全定位即工件在夹具中，六个不定度都被限制。部分定位工件在夹具中，六个不定度没有都被全部限制。欠定位工件在夹具中定位时，若实际定位支承点或实际限制的不定度个数少于工序加工要求应予限制的不定度个数，则工件的定位不足。叫做欠定位。（3）确定要限制的自由度第22页共32页根据零件的结构特点及数控铣加工特点，加工时应限制零件的四个不定度，即采用部分定位。这样才能使工件在机床上的位置确定，定位准确也就有了保证。411定位方案的选择工件在夹具位置中的确定，主要是通过各种类型的定位元件实现的。定位元件类型主要是根据被加工工件的表面形状，选择其上的平面、圆柱面、圆锥面或几者的组合面作为定位基准。由定位基本原则知，应尽可能使定位基准与零件的设计基准重合，这样才能保证做到定位误差最小化的要求。根据零件的形状，本设计选择平面定位元件。当零件由进料板输送至指定位置时，夹具固定在进料板与出料板的中间位置，工件处于两块板之间，出料完成时夹具即可夹紧工件进行加工。由于输送机构尺寸确定，能较好地安装夹具，处于加工中心的位置，定位比较准确可靠。内压板属于可调支承元件，除了辅助支承外，对工件主要起定位作用。42夹紧方案在机械加工过程中，工件会受到切削力等力的作用。为了保证在这些外力的作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动和位移。在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢。工件定位后将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。选择工件的夹紧装置，选择工件的夹紧方案，必须与选择定位方法同时结合起来考虑。从夹紧的要求及夹具的工艺性考虑，采用压杆和双向内外压板组成的定心、对中夹紧机构，将工件夹紧在内外压板之间的夹紧方案。（1）夹紧装置的组成动力装置动力来源可以分为手动夹紧、机动夹紧。因为是自动进出料以及自动化加工，手动夹紧不符合设计要求，所以采用机动夹紧。机械夹紧装置初定两个方案一是采用液动夹紧；二是采用电动夹紧。液动夹紧采用的是油缸结构，需要单独为液压装置专门配备专门泵站，成本高，最主要的是本设计使用夹具是从工件两边进行夹紧，需要动力夹紧装置从两边同时夹紧，同步性要好，而液压系统不能满足此要求。二是采用电动夹紧，设计的是凸轮机构，用低速大扭矩步进电机提供动力。凸轮只要适当地设计出其轮廓曲线，就可以使推杆得到预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。凸轮机构的设计第23页共32页选用盘形凸轮，推杆使用滚子推杆，滚子推杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力。滚子采用特制结构的球轴承。根据设计任务的工作要求选定合适的推杆的运动规律和有关基本尺寸，然后根据选定的推杆的运动规律设计出所需的凸轮的轮廓曲线。推杆的运动规律为多项式运动规律，表达式如下（52）NCC3210S式中为凸轮转角；S为推杆位移；为待定系数，可以边界条件来确定。、本设计采用一次多项式运动规律，设凸轮以等角速度转动，凸轮的运动角为，0推杆完成行程H，如下式设取边界条件为在始点处，0,S在终点处，。H则推杆推程的运动方程为回程时的运动方程为式中为凸轮回程运动角。0则由上述，取推杆的运动规律为等速运动规律，推杆会使凸轮机构承受较大的刚性冲击。因此所使用的推杆需能够承受一定的弯曲，不能够使用脆性材料，使用弹簧钢板。材料为60SI2MN。根据设计工作要求，机器的工作过程只要求凸轮转过某一角度时，推杆完成一0行程H，因此推杆的运动规律无严格要求。推杆只需要推动夹具的外压板使内压板移动至工件进行夹紧即可。凸轮机构基本尺寸的确定第24页共32页初步确定凸轮基圆半径，推杆滚子半径为，偏心距为，当MR80MR80凸轮转过时，推杆完成行程32MM，此时凸轮停止不动，推杆停止不动。当凸轮继90续转过时，推杆后退32MM，此时凸轮停止不动，推杆停止不动。所以初步设计凸轮最大半径与最小半径之差为32MM，即。R32MINAX传力机构它是介于动力源和夹紧元件之间传递力的机构。传力机构的作用是改变作用力的方向改变作用力的大小；具有一定的自锁功能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态。所设计的凸轮机构具有一定的自锁功能，当凸轮推动推杆，推杆推动夹具外压板夹紧工件，凸轮静止不动时具有自锁功能。夹紧元件它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。设计的内压板直接夹紧工件，并且外压板与滑套之间设计有压簧，保证夹紧运动往复运动的平稳性。2）夹紧装置设计原则夹紧装置的设计和选用是否正确，对于保证价格质量、提高生产率、减轻工人劳动强度有很大影响。为此，对夹紧装置提出了如下基本要求夹紧力应有助于定位，而不应破坏定位；夹紧力的大小应能保证加工过程中工件不发生移动和振动，并能在一定范围内调节；工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不应超出允许的范围；应有足够的夹紧行程，手动时要有一定的自锁作用；结构紧凑、动作灵活，制造、操作、维护方便，省力、安全，并有足够的强度和刚度。为满足上述要求，其核心问题是正确地确定夹紧力。3）夹紧力的确定夹紧力的方向夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。为使夹紧力有助于定位，则工件应紧靠支承面，并保证各个定位基准与定位元件接触可靠。夹紧力垂直作用于内压板面上，有利于工件的加工质量。夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。切削力与夹紧力方向相反，工件的重力由进出料板支承。夹紧力的作用点夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。即内压板与工件接触的一小部分面积。夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移和偏转；夹紧力的作用点应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。本设计所设计的夹具，采用增大工件受力面积的措施，来尽量减小工件的夹紧变形。夹紧力应尽可能靠近工件加工表面，以提高定位稳定和夹紧可靠性。设计的夹具在靠近加工处增大了刚度，第25页共32页减少了振动。夹紧力的大小夹紧力的大小必须适当。夹紧力过小，工件可能在加工过程中移动而破坏定位，不仅影响质量，还可能造成事故；夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生变形，对加工质量不利，而且造成人力、物力的浪费。计算夹具力，将夹具与工件看作一个刚性系统以简化计算。根据工件受切削力、夹紧力、重力等力后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力，再乘以安全系数K，作为实际所需夹紧力，即0W（53）W0式中为实际所需要的夹紧力（N）；0W为按力平衡条件计算之夹紧力（N）；为安全系数，根据生产经验，一般取。K3K铣削时切削力的作用点、方向和大小都是变化的，应按最危险情况考虑。当开始铣削且切深最大时是最危险情况。引起工件翻转的力矩是，而阻止工件翻转的是LF支承面上的摩擦力矩，当时，根据力矩平衡得21LF2/1WN（54）R21LF考虑到安全系数则所需压板夹紧力为210KWR式中为铣削合力。F当，时，根据经验可取为3K0ML145L352M60F，则计算得到实际所需夹紧力为。N10N70根据所设计的凸轮机构，结合所需实际夹紧力，计算所需扭矩，来选取合适的步进电机以给凸轮提供动力。由转矩计算公式（5DFM5）有推杆转矩为1杆凸轮所需转矩为电机凸轮且凸轮杆M第26页共32页所以计算得到，查表初选电机型M501N501MN134M电机号参数如下表51130BYG2502电机参数型号交流电压电流额定转矩峰值转矩功率转速效率130BYG2502220V6A106NM210NM2KW180RM89643夹具装配图工件夹紧方案确定之后，进行了切削力，夹紧力等力的计算，从而确定了夹紧机构的结构形式及定位元件的结构尺寸和精度。根据定位元件及夹紧机构所需的空间范围以及输送机构工作台的尺寸，确定了夹具体的结构尺寸，先绘制夹具总图如51所示1台面板；2端板；3滑套；4压簧；5外压板；6内六角圆柱头螺钉；7平垫圈；16M8压杆；9底板；10内压板；11内六角圆柱头螺钉。图41夹具装配图44夹具装配图上的尺寸、公差和技术要求如图所示，夹具的有关尺寸，公差及技术要求如下（1）夹具总图上的尺寸，公差第27页共32页夹具最大轮廓尺寸；M17890358各定位元件的位置尺寸为；2夹具体与定位元件的配合为及。6HP3（2）夹具总图应标注的技术条件台面板平面度03，相对底板平行度06；所有紧固件连接牢固、可靠；压杆轴向移动灵活，内外压板复位可靠；未注倒角。45145夹具经济性分析在夹具设计中，尽量采用标准件或推荐的元件，这样在夹具需要更换元件时，可避免重复设计、重复制造带来的麻烦和浪费，减少更换时间，且降低了夹具成本。应尽量采用方便、简单的夹紧装置，这样不仅可以减少劳动强度，还可以降低成本。夹具的装配总图应该遵循机械制图国家标准绘制，图形比例尽量采用11，使绘制的夹具总图有良好的直观性，如果工件过大，采用12比例。图中应以最少数量的视图清楚地表示出夹具结构，定位元件与夹紧元件之间的位置关系等。第28页共32页5主机支架设计支架类零件以其良好的操纵性和良好的稳定性广泛应用于各种机床中。本设计设计支架用于输送机构、夹具体以及凸轮推杆的支承，辅助加工。（1）输送机构支架根据输送机构、夹具以及凸轮机构的尺寸、位置关系，维持整个输送机构的平稳运行的支撑,并为夹具体支架提供良好的支撑,使夹具体在工作过程中保持稳定。采用横梁、衬板及六角螺母等材料，现设计如下图52的支架。图52输送机构支架（2）夹具体支架根据输送机构支架的尺寸及布局，结合夹具体尺寸，现设计一支架来固定夹具体以及保证夹具中心处于加工中心位置，采用Q235钢板、内六角圆柱头螺钉来连接夹具体的底板与夹具体支架上表面，固定住夹具体，保持加工位置不动，设计如图53。第29页共32页图53夹具体支架（3）凸轮推杆支架根据凸轮机构与输送机构支架的相对位置，设计一支架使推杆能够绕其转动，实现对夹具体压板的压紧，如下图54所示。1推杆支架；2推杆；3输送机构支架第30页共32页图54凸轮推杆支架6自动进出料装置控制系统简介本控制系统主要用于控制输送机构电机的正反转与停止，以及提供凸轮机构动力的电机的运转与停止。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件10。将光电传感器编号一置于出料装置出料托板最大行程处，即输送机构总图出料托板（虚线）位置，距离出料托板原始位置352MM。当出料托板由电机运转至指定位置时，传感器编号二将电信号输送至控制系统，电机停止转动。将光电传感器编号二置于加工中心往出料装置方向90MM处。目的是当电机运转，工件被输送至加工中心，即工件中心刚好处于加工中心位置时将阻断传感器的光信号，传感器将光信号转变为电信号输送至控制系统，从而控制系统立即停止输送机构电机的运转，保证工件中心准确置于加工中心