C620机床传动系统结构设计【三维SW模型】【含9张CAD图纸】
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三维SW模型
含9张CAD图纸
C620
机床
传动系统
结构设计
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附录 1 外文翻译第十四届可持续制造全球会议，GCSM 3-5 2016 年 10 月，南非 Stellenbosch由于不同的机器操作、切割材料和相应的铣床的进给运动，需要大范围的主轴速度。 现代机床偶尔配备两个主轴以覆盖更广泛的应用范围，特别是在提高类似铝合金一样的 软材料切削速率时，过时的机床不能提供高的主轴转速。主轴速度增加（SSI）是可能 的解决方案，以便灵活地提高铣刀的切削去除率。本文研究了 SSI 在不同铣床上的应用， 以及在资源和能源效率方面的研究现状。因此，基于各自的加工操作、主轴输入和铣床， 提供了一种选择方法来证明现有 SSI 应用的可行性。这使得在理论基础上估算可持续效益。 为了开发一种资源有效的升级传统铣床的方法，作者提出了在协作研究中心（CRC） 1026 B5 项目中应用附加组件的方法。这个方法的目的是以灵活的方式增强各自机床的特 定 功 能 。 图 1 示 出 了 X 和 Y 平面 1 中 的 铣 床 （ thereafter: FP4 ）。 Fig. 1. Deckel FP4NC 铣床(a) 增加精度的附加装置;(b) 增产附加装置切削宽度 ae 命名法 高速加工（HSM）在汽车、飞机和模具工业中起着至关重要的作用。通过增加主轴 转速，实验切削力和温度的降低已被实验观察到2。可达到的切削去除率主要在 QW 1501500 cm 之间，切削速度 Vc 达到 10000 min -1 达到2。切削条件对降低能耗、提高加工效率起着重要作用。基尼内贾德等。比较了在不同的切削条件下，过时的 FP4 和新的 DMG DMU50 铣床的能耗。目的是确定影响不同工具、工艺和材料可达到的去除率的因素。结果表明，特别是在精加工过程中，最大可能的主轴转速是最大可达到的去除 率的瓶颈。总之，发现在切削操作中，过时的机床具有比 40%更高的比能耗。由于最大主轴转速和主轴功率的限制，过时的机床不能达到更高的去除率。在加工材料方面，能 量效率进一步受到限制，这允许比 FP4 提供的更高的切削速度，例如铝合金3。 C620 机床传动系统结构设计 齿数 z 切削去除率 Q 切削角 s 主轴转速 n 斜率 m 矫正因子（Kv：切削速度，KVer:：刀具磨损 K :：切屑厚度） K 切削力 kc 压力角 平均厚度 hm 每齿进给量 fz 平均切削力 Fcmz 刀具直径 D 切削深度 ap 为了提高加工效率,一系列工作开始展开。Rangalajand 和 Dornfeld 进行了一个案例研究，以确定一个最佳角度的面铣削和粗加工4。通过对动能回收系统（KER）的仿 真，提出了一种提高机床能效的有效方案，仿真结果表明，KER 的使用可减少 525%的功耗（5）。石棉实验测量了切削条件对功率消耗的影响。通过改变切削速度、进给速 度、径向和轴向切削深度，端铣刀的功耗降低了约 40%。6 为了提高传统机床的主轴速度，可以通过所谓的 SSI 灵活地升级，参见图 2。这些SSI 要么由机床主轴驱动，要么作为机械变速器工作，或者它们由集成流体或电驱动来驱动。 在他们的文章中，萨尔加多和阿隆索描述了高速加工机械 SSI 的设计过程7。其目的是通过一个乘法器齿轮箱升级一个传统的机床。为了通过机械传动增加主轴速度， 使用了四构件行星齿轮系（PGT）（图 2）。在减小各自设计方案的体积和动能的同时， 实现了大于 1:10 的速度比。 图 2.SSI（a）机械传动；（b）流体驱动（冷却剂和空气）7，9除了提高主轴速度 Yamanaka 等其他人采用楔形滚子牵引传动改善表面粗糙度。此外，所设计的 SSI 能够通过压电薄膜8定量地测量切削力。 应用流体驱动主轴对大型机床进行改造，拓宽了应用范围。因此舒伯特等人提出一 种用于半精加工、精加工和微铣削工艺的冷却剂驱动主轴9。特别是对于加工模具和 模具，需要高主轴功率和精加工操作的粗加工过程的组合，其中需要高主轴速度，可以 通过冷却剂驱动的主轴。对于一个示例性的涡轮部件，结果表明制造时间可以减少约75%。 正如前面所讨论的，SSI 的应用受到所需切削功率的限制。因此，考虑了不同的切削参数（刀具直径、工件材料和切削速度），以估计所需的切削力、功率和可实现的切 削去除率。所有的数值都是通过计算估算的，在机械加工试验中没有得到检验。没有或 具有机械 SSI 的过程的值取决于所使用的机器。这意味着只有 FP4 铣床的结果是有效的。它的最大主轴速度为 N3150/分钟，并作为过时的传统铣床的典型例子。重点介绍了三种 SSI 模型：机械式、空气驱动式和冷却剂驱动型 SSI。对于每种类型，已经选择了一个例子进行比较。机械齿轮的传动比为 5。空气驱动的主轴提供 N40000/分钟的转数和 N30000/分钟的冷却剂驱动。它们的旋转数分别取决于空气和冷却剂的压力和流速。 为了计算铣削过程的平均切削力，采用 KiZZLE 方程10。因此，平均芯片厚度 HM 是需要的，并且可以通过以下方程获得： mzh = 114.6 ffs aeD (1) 和 cosjs = (1 - 2ae )D (2) 在方程（1）和（2）中， S 表示切削弧角O，fz 每齿进给mm ，ae 切削宽度mm 和 D 刀具直径mm 。此外，特定切削力 kc 是必需的，并且可以用以下方法来估算 (3) kc1n=kcmm 在方程式（3）中，kc1 代表特定切削力 N / mm2 和 m 斜率的主值。利用这些方程可以计算出平均切削力 Fcmz : Fcmz= apsin k hm kc Kg Kv KVer (4) 在方程（4）中， 是压力角和 ap 的切割深度。K , Kv 和 KVer 代表了切屑厚度、切削速度和刀具磨损的校正因素。对不同刀具直径的平均切削力进行估算，并与主轴以 最高速度提供的力进行比较。只要切削力小于主轴力，刀具直径就可以使用。对于最高 可能的刀具直径，使用公式（5）计算去除率 Q： Q = ae a p f z z n(5) 在方程式（5）中，Z 是齿数和 N 的转数 1min 。对于这个例子，铣刀有推荐的切削宽度。 ae = 0.1 D(6) 推荐切割深度为： a p = 1.5 D(7) 表 1 和表 2 概述了在最大转数下不同刀具直径的不同 SSI 的去除率。标记为星（*） 的条目仅是理论值，而 FP4 铣床无法实现，因为所计算的切削力超过所提供的扭矩。由于 FP4 的动态特性，刀具直径、切削宽度和切削深度的限制还没有考虑。这些表显示了SSI 的应用范围。可以清楚地看出，高刀具直径仅在没有 SSI 的情况下才可用。对于需要小刀具直径的工艺，空气和冷却剂驱动的 SSI 具有优势，尤其是铣削铝时。切削力相对较小，切削速度大。 冷却剂驱动的 SSI 可以达到比机械或无 SSI 更高的去除率。 表 1.钢铣削去除率 Q cm3 / min的比较刀具直径 0.512468101216mm未使用的0.0020.0150.1210.9683.6747.62013.60821.773*43.062机械的0.0100.0760.6054.838.18.37138.102*68.040*108.864*215.309*空气驱动 0.0240.1921.53612.288*46.656*96.768*172.800*276.480*546.816*的冷却液驱 0.0180.1441.1529.216*34.992*72.576*129.600*207.360*410.112*动*理论值表 2.铝铣削去除率 Q cm3 / min 的比较刀具直径 0.512468101216mm未使用的0.0010.0110.0810.7262.1095.68511.90721.50148.868*机械的0.0070.0570.4543.62910.54628.42659.535*107.503*244.339*空气驱动 的0.0180.1441.1529.216*26.784*72.192151.200*273.024*620.544*冷却液驱 动0.0140.1080.8646.91220.08854.144*113.400*204.768*465.408*理论值表 3 和表 4 显示了不同主轴增速器的去除率，其中最大可能的刀具直径。由于所提供的低功率，空气和冷却剂驱动的主轴不能提供允许使用高刀具直径的扭矩。尽管主轴 转速高，流体驱动 SSI 达到相对较低的去除率。这与没有 SSI 的 FP4 铣床相比，减少了加工时间。与此相反，机械模型将切削去除率提高了约 30%，这导致了时间利润，从而提高了生产率。刀具直径越小，切削宽度 ae 和切削深度 ap 越小，刀具直径越大。 表 3.具有最高可能刀具直径的钢铣削的去除率。主轴增速器未使用的机械的空气驱动的泠却液驱动的最大可能刀具直径mm10622切削宽度 ae mm10.60.20.2切削深度 ap mm15933每齿进给量 fz mm0.0720.0540.0160.016齿数4444转数 nmin -1 3,15015,75040,00030,000去除率 Qcm3/min13.60818.3711.5361.152表 4. 铝铣削刀具的最大切削直径主轴增速器未使用的机械的空气驱动的泠却液驱动的最大可能刀具直径mm12824切削宽度 ae mm1.20.80.20.4切削深度 ap mm181236每齿进给量 fz mm0.0790.0470.0120.024齿数4444转数 nmin -1 3,15015,75040,00030,000去除率 Qcm3/min21.50128.4261.1526.912SSI 作为添加剂的应用是一种有前途的措施，以提高过时的 FP4 铣床的生产率，特别是通过提高去除率。对于具有高刀具直径的粗加工，机械 SSI 有助于提高去除率，从而节省加工时间。适用于铣削直径为 8 mm 的钢和铝。对于需要小刀具直径的操作，使用空气和冷却剂驱动的主轴的切削去除率比FP4 机床大得多，因为没有更高的切削速度， 或者没有机械 SSI。空气和冷却剂驱动的 SSI 可根据工件材料处理刀具直径达 4 毫米。通过减小切削宽度 AE 和切削深度 AP，刀具直径越大，切削力越小。 这项工作是由德国研究基金会（德意志 FoSunggsEngEnSHIFT）资助的，在合作研究中心 1026（SFB）内。 1 Kianinejad, K.; Thom, S.; Kushwaha, S.; Uhlmann, E.: Add-on Error Compensation Unit as Sustainable Solution for Outdated Milling Machines. Procedia CIRP 40 (2016), p. 174 - 178. 2 Neugebauer, R.; Drossel, W.; Wertheim, R.; Hochmuth, C.; Dix, M.: Resource and Energy Efficiency in Machining Using High-Performance and Hybrid Processes. Procedia CIRP 1 (2012), p. 3 - 16. 3 Kianinejad, K.; Uhlmann, E.; Peukert, B.: Investigation into Energy Efficiency of Outdated Cutting Machine Tools and Identification of Improvement Potentials to Promote Sustainability. Procedia CIRP 26 (2015), p. 533 - 538. 4 Rangarajanl, A.; Dornfeld, D.: Efficient Tool Paths and Part Orientation for Face Milling. CIRP Annals 53 (2004) 1, p. 73 - 76. 5 Diaz, N.; Choi, S.; Helu, M.; Chen, Y.; Jayanathan, S.; Yasui, Y.; Kong, D.; Pavanaskar, S.; Dornfeld, D.: Machine Tool Design and Operation Strategies for Green Manufacturing. 4th CIRP International Conference on High Performance (2010). 6 Mori, M.; Fujishima, M.; Inamasu, Y.; Oda, Y.: A study on energy efficiency improvement for machine tools. CIRP Annals Manufacturing Technology 60 (2011) 1, p. 145 - 148. 7 Salgado, D. R.; Alonso, F. J.: Optimal mechan
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