矿用绞车总体设计【JH-8型回柱绞车】
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河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)中期检查表指导教师: 职称: 所在院(系): 教研室(研究室): 题 目矿用绞车总体设计学生姓名专业班级0 学号一、 选题质量:1、 由于各种原因我们学校机械专业有很多科目都是与煤矿、矿山有关的。因此,我的毕业设计选择矿用绞车的设计可以很好的检验以前学过的知识。通过这次毕业设计,从各方面查找的资料也让我进一步了解了矿山设备的各种情况。2、 这个设计是我和另一位同学合作完成的他负责传动系统的设计而我负责总体设计难度适中既很好地检验了我们所学过的知识也给了我们开拓思维动手实践的机会。主要设计任务是减速器传动装置和制动器的选择。3、 我们之前在认识实习时在九里山矿看到过绞车但对它的内部结构并不十分了解,通过网上和从图书馆借来的各种资料的帮助下一点点的完善我们的方案达到设计要求。4、 煤炭在我国的能源消费结构中占有极大的比重,是工业发展的原材料及能源来源,而矿用绞车是煤炭开采的咽喉设备,它是实现地面与井下物料、人员交流的重要工具其重要性不言而喻。它的安全性能、工作效率对生产至关重要。因此,对矿用绞车的研究对生产、经济、社会发展都具有重大意义。二、 开题报告完成情况:已经完成开题报告并经过了老师的批阅三、 阶段性成果:1、通过查阅资料掌握了矿用绞车基本的结构、工作原理。2、完成了对滚筒、大齿轮架的设计、绘图。3、编写了部分说明书。四、 存在主要问题:1、对矿用绞车我们并没有机会十分的详细的观察,各种内部结构、细节很难查找到详尽的资料。2、很多非主要设计结构的尺寸确定需要查找更多的资料。3、对制动器的选择应用需要进一步了解、查资料。五、指导教师对学生在毕业实习中,劳动、学习纪律及毕业设计(论文)进展等方面的评语指导教师: (签名) 年 月 日3河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)开题报告题目名称矿用绞车总体设计学生姓名专业班级学号一、 选题的目的和意义:绞车是工业生产过程中一种常见的机械,在矿山采掘和运输场合,绞车作为重要辅助设备被大量而广泛地应用着是矿山生产中不可缺少的设备之一。我国绞车发展历史大致可分为三个阶段:50年代,仿制设计阶段,从无到有初步发展;60年代,自行设计阶段;70年代以后,标准化,系列化发展阶段,产品初步形成标准化,但是到了现代,我国生产的绞车远远不能满足生产能力不同的煤矿的需要。近十年来,国外制造厂家,为适应国际市场需要,不断加大输送机的功率、采用新结构、新工艺,开发高强度、高耐磨性能的新材料,使产品不断更新,技术性能日趋完善,可靠性不断提高,寿命大幅度增加。而我国生产的矿用绞车整机性能相对比较差,一些关键零部件的寿命、可靠性相对较低,监测、控制方面相对比较弱。具体有以下方面。(1)回绳速度慢。绞车在传动系统中设置了齿轮离合器和锥形摩擦制动器,除个加紧类型绞车可以自由回绳并可以防止钢丝绳松散外,其余所有绞车回绳速度和工作牵引速度是相同的。因此绞车用于回柱放顶,还是用于搬运设备,工作效率太低。随着矿山机械化的发展,综采设备的频率搬迁,但由于用绞车搬运,工作时间长,占用人工多,因此该类绞车应设置快速回绳或自由回绳。(2)牵引速度慢随着支护的发展使用,金属摩擦支柱、单体液压支柱后,回柱前可以部分或全部缷载,回柱只是要把它们接到或拖进工作面再复用。同时绞车也用于搬迁设备的需要,则其牵引速度应从当前的5-7m/min左右提高到8-10m/min或再高一点。(3)绞车实际运行质量较差,效率偏低。 测试中发现大多数绞车均采用手动控制,加速、减速及低速爬行和停车休止时间相对偏长,使绞车提升能力下降,电机电耗增加。 近年来,我国各生产厂家对结构、调速装置等进行了许多改进,并推出了许多更新换代的产品,随着计算机技术的飞速发展,计算机和PLC的运算速度加快、存贮能力加大、功能加强、体积减小,使煤矿机械的功能更强、性能更优、效率更高。所以这次设计有以下目的:1)了解矿用绞车的结构、特点以及工作原理。2)利用学过的知识尽可能的实现设计要求3)培养自己的自主设计能力、动手能力!二、 国内外研究综述:20世纪末期以来,美、澳、英、德等先进采煤国家积极应用机电一体化技术,研制、开发新型自动化运输设备,这些设备采用计算机工况监测监控,在增加传动功率,提高生产能力的同时,使设备的功能内涵发生了重大突破。经过十多年的努力,已经研制出限矩摩擦离合器作为输送机启动或运行时的过载保护,利用调速偶合器实现输送机的软启动和过载保护,通过链条张力自动调节装置来实现矿用绞车随运行工况的变化以调节链条的张紧力。通过工况监测和故障诊断系统,及时了解设备运行的工况,保证设备的安全运行。国内的轻型、中型矿用绞车多采用液力偶合器或双速电机来改善绞车的启动性能,重型矿用绞车采用限矩摩擦离合器保护电机,虽然在个别输送机上使用了调速偶合器和自动伸缩机尾,可是由于不能准确的对输送机运行过程中的数据进行采集、分析,这些设备还不能达到自动控制的要求。三、 毕业设计(论文)所用的主要技术与方法:此设计的传动装置采用减速器传动虽然当今减速器已经成为通用的机械设备,并已经标准化,但是却没有一种专门为矿用绞车而设计的减速器,所以该设计正好填补了这一空白。传动系统放置在滚筒内部节省空间!四、 主要参考文献与资料获得情况:1.现代机械设备设计手册 . 辛一行主编 机械工业出版社 2.机械设计手册 . 徐 灏主编 机械工业出版社 3.减速器和变速器设计与选用手册 程乃士主编 机械工业出版社 4.机械零件设计手册 吴宗泽主编 机械工业出版社5. 机械原理 孙桓、陈作模等主编 西北工业大学出版社6. 机械设计 濮良贵、纪名刚主编 高等教育出版社(第八版)7、机械设计工程学 唐大放,冯小宁,杨现卿主编 中国矿业大学出版社8、机械设计基础课程设计 任济生等主编 中国矿业大学出版社毕业设计(论文)进度安排(按周说明):第一周:确定题目第二周:收集相关资料第三周:确定设计方案第四到六周:进行结构设计第七到八周:进行结构设计审查第九到十周:绘制设计图纸第十一周:编写设计说明书第十二周:修改完善设计说明书第十四至十五周:准备毕业答辩五、 指导教师审批意见: 指导教师: (签名)年 月 日 1 2 前言 .7 1 概论 .8 1.1 绞车的发展 .8 1.1.1 我国绞车的发展 .8 1.1.2 国外绞车的发展 .8 1.1.3 国内外水平对比 .9 1.1.4 总体发展趋势 .9 1.1.5“矿用绞车总体设计 ”设计思路 .10 2 绞车的主要技术参数的设计与计算 .12 2.1 设计的原始参数 .12 2.1.1 电动机的选用 .12 3 总体方案设计 .14 3.1 设计条件 .14 3.2 总体方案的初步拟定 .14 3.3 主要组成部分 .15 4 机械传动系统方案设计 .16 4.1 计算传动装置总传动比和分级传动比 .18 4.1.1 传动装置总传动比 .18 4.1.2 分配各级传动比 .18 4.2 传动装置的运动和动力参数 .19 4.2.1 各轴转速 .19 4.2.2 各轴输入功率 .19 4.2.3 各轴转矩 .19 4.3 高速级传动件设计 .20 4.3.1 选择蜗杆传动类型 .20 4.3.2 选择材料 .20 4.3.3 蜗轮蜗杆设计 .20 4.4 低速级传动件设计 .24 4.4.1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 .24 4.4.2 按齿面接触疲劳强度设计 .25 4.4.3 计算 .26 4.4.4 安齿根弯曲强度设计 .27 4.4.5 设计计算 .28 4.4.6 几何尺寸计算 .29 4.7 高速轴设计(蜗杆轴) .30 4.7.1 轴的材料选择 .30 4.7.2 求作用在蜗杆上的力 .30 4.7.3 初步确定轴的最小直径 .30 4.7.4 轴的校核 .31 3 4.8 中间轴的设计(蜗轮齿轮轴) .34 4.8.1 轴的材料选择 .34 4.8.2 求作用在蜗轮和齿轮上的力 .34 4.8.3 初步估算轴的最小直径 .34 4.8.4 轴的校核 .35 4.9 低速轴的设计 .36 4.9.1 轴的材料选择 .36 4.9.2 求作用在大齿轮上的力 .36 4.9.3 初步确定轴的最小直径 .36 4.9.4 轴的校核 .37 4.9.5 按弯曲合成应力校核轴的强度 .38 4.9.6 按弯曲合成应力校核轴的强度 .38 5 主要部件的选型与结构设计 .40 5.1 制动器的选择 .40 5.1.1 常用绞车制动闸的形式 .40 5.1.2 绞车上应有的安全装置 .40 5.1.3 回柱绞车制动器的作用 .41 5.1.4 制动器的选用和设计 .42 5.2 滚筒的设计 .43 5.2.1 滚筒材料 .43 5.2.2 滚筒的功能 .43 5.2.3 滚筒结构 .43 5.3 轴承支架的设计 .44 6 使用与维护 .47 6.1 回柱绞车的操作要求 .47 6.2 开车前必须认真检查 .47 6.3 运行中必须注意 .47 6.4 钢丝绳断丝原因分析 .48 6.4.1 钢丝绳间断断丝 .48 6.4.2 钢丝绳连续断丝 .48 6.5 绞车的安装操作 .48 6.6 后移 .49 6.7 维护与检修 .50 小结 .51 致 谢 .52 参考文献 .53 4 5 矿用绞车总体设计 摘要 回柱绞车又称慢速绞车,它是能拆除和回收回踩工作面顶柱的一 种机械。牵引力大和牵引速度慢是回柱绞车的主要性能要求。随着机械 化采煤程度的提高,他越来越多的被应用于机械化采煤工作面,作为安 装、回收牵引各种设备备件之用。随着绞的发展趋势向标准化系列方向 发展;向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展;向高效节能寿命长低噪 音一机多能通用化大功率外形简单平滑美观大方方向展回柱绞车也有了 相应的改进,矿用绞车总体设计借鉴 JH-8 回柱绞车和 JT0.86 提升绞 车的参数结构力求达到这一目标。 关键词回 回柱绞车 提升绞车 改进 Abstract Prop-pulling hoist and says slow winch, it is can dismantle and back to back working on a mechanical spots. Traction and slow speed is prop-pulling hoist traction main performance requirements. With the mining mechanization degree rise, more and more be used in mechanized coal face, as installation, recycling of all kinds of equipment and spare parts with traction. Along with the development trend of the ground to the standardized series development direction; To small volume, light weight, compact structure direction; To the high efficiency and energy saving life long low noise, high power universal machine appearance is beautiful and simple smooth direction exhibition prop-pulling hoist also had 6 the corresponding improvement, mine hoist overall design reference JH-8 prop-pulling hoist and JT0.8 x 6 of the parameters of the hoist structure strive to achieve the this goal. Keyword Prop-pulling hoist hoist improvement 7 前言 毕业设计是我们在大学里的最后一次综合能力的训练,他让我们对 大学里所学过的课程譬如机械零件、机械原理、材料力学、矿山机械机 械设计学等进行离一次全面的了解和加深。四年的大学生活马上就要结 束了,在离开学校走上工作岗位之前,毕业设计是对我们的一个考验, 这既考察了我们大学四年里对知识的全面掌握程度,又考察了我们的实 际应用能力以及解决种种困难时的心态问题! 在以前的学习过程中我们做过了许多次课程设计,完成过几份图纸,但 这次完全使用电脑制图、完成设计对我们还是第一次。因此,这也锻炼 了我们对制图查资料、电脑制图的应用和熟练程度。为我们在以后在工 作岗位上能够更加驾轻就熟打下基础,做好铺垫! 机械行业是一个由许多专业组成的,技术性很强的,需要紧密配合 的系统工程。是促进我国发展的生命线。而目前,我国的机械行业在世 界之林中还尚处于落后的地位。因此,需要我们把握时代的的主流,为 国家为社会做出贡献! 8 1 概论 1.1 绞车的发展 1.1.1 我国绞车的发展 我国的绞车主要经历了仿制、自行设计两个阶段。解放初期使用 的产品主要来自日本与苏联,1958 年以后,这些产品相继被淘汰,并 对苏联绞车进行了改进,于 1964 年进入自行设计阶段。淮南煤机厂曾 设计了摆线齿轮绞车和少齿差传动绞车,徐州矿山设备制造厂也曾设计 制造了摆线和行星齿轮传动绞车,一些厂家还试制了 25kw 的调度绞车。 目前,矿用小绞车已经在标准化方面得到了相应的发展,于 1982 年, 对以前指定的标准进行了修改。 1.1.2 国外绞车的发展 国外矿用小绞车使用很普遍,生产厂家也很多。美国、日本、瑞 典等国家都制造了矿用小绞车,而且国外矿用小绞车种类、规格较多, 比如调度绞车牵引力以 100kgf 到 3600kgf,动力有电动的、液力的、 风动的。工作机构有单筒、双筒、摩擦式。传动形式有皮带传动、链式 传动、齿轮传动、涡轮传动、液压传动、行星轮传动、摆线齿轮传动等。 其中采用行星轮传动的比较多。发展趋势是向着标准化系列化,向着体 积小、重量轻、结构紧凑方向发展,向着高效、节能、寿命长、低噪音、 一机多能通用化、大功率、外形简单、平滑、美观、大方方向发展的。 9 1.1.3 国内外水平对比 (1)品种 国外矿用绞车的规格较多,适用于不同场合,我国的矿用绞车 规格较少品种型号多,也较繁琐,标准化程度不够高。 (2)形式 从工作机构上分,国外有单筒、双筒、摩擦式,而我国则较少。从 原动力上分,国外有电动的、风动的、液压驱动的。我国只有少量的电 动和风动的。但近几年有了较大程度的发展。 (3)结构 我国及国外的调度绞车大多数采用行星齿轮传动,其传动结构简 单,使用方便,但牵引力过小,特别是上山、下山很难实现较大的设备 搬运工作。随着采煤的机械化发展,综采设备的频繁搬迁,绞车也得到 了相应的发展。使得绞车还需要具备快速回绳的功能。 (4)产品性能 主要寿命、噪音、可靠性、等综合指标与国外还有一定差距。 (5)三化水平 虽然我国的矿用绞车参数系列化方面水平优于国外,但标准化和 通用化方面还远不如发达的机械制造国。 (6)技术经济指标 我国的矿用绞车技术经济指标与国外特别是与美国等机械发达的 国家还有一定差距。 1.1.4 总体发展趋势 纵观国内外矿用绞车的发展情况,其发展趋势有以下几点: (1)向着标准化系列化方向发展 10 使各制造公司都有自己的产品系列型谱,在这些型谱中,对绞车的 性能、参数作进一步的明确规定,并强力推行实施,给设计、制造、使 用、维护带来极大的方便。 (2)向体积小、重量轻结、构紧凑方向发展 力求将绞车的运动及传动装置、工作滚筒、制动装置部分底座等主 要部件综合在一个系统中并加以统筹布局,充分利用空间,提高紧凑程 度,做好外形封闭。 (3)向高效节能的方向发展 选取最佳参数,最大限度提高产品功能,采用合理的制造精度, 提高生产效率。向寿命长、低噪音的方向发展,使综合性能指标得到提 高。 (4)向一机多能化、通用化方向发展; (5)向大功率的方向发展; (6)向外形简单、平滑、美观、大方、方向发展。 1.1.5“矿用绞车总体设计”设计思路 我所做的毕业设计题目是“矿用绞车总体设计” ,根据实际情况结 合网上搜到的资料,借鉴矿用回柱绞车的结构布局和 JT0.80.6 型提 升绞车的滚筒技术参数(滚筒直径为 800mm 宽度为 600mm)进行设计改 良。回柱绞车的结构有如下特点: (1)传动系统都有一级减速比很大的蜗轮蜗杆传动,皆具备自锁功 能,不会发生下故重物拉动滚筒旋转情况。 (2)具有整体结构,便于移动和安装,甚至可以用回柱绞车牵引力 来牵引绞车本身移动。 (3)总传动比大(i150230),能在电动机功率较小时,获得较大 11 的牵引力。 (4)因蜗轮蜗杆传动效率低,易造成发热和温升过高,所以必须重视 润滑和维护。 (5)有的在电动机联轴器上装有手动制动闸,有的在蜗轮减速器输 出轴上装有活动齿轮和锥形摩擦制动器,使回柱绞车可以按信号准确停 位,并能从滚筒上自由放绳(不受蜗杆传动自锁影响),且可控制放绳速 度,防止松绳和乱绳。 (6)电气控制装置较简单,皆具备隔爆性能,可用于有瓦斯、煤尘 的环境场所。 12 2 绞车的主要技术参数的设计与计算 2.1 设计的原始参数 表 1-1 绞车的主要技术参数 滚筒直径 mm 滚筒个数 绳速 m/s 电动机功率 额定转速 r/min 800 1 60 37 1500 2.1.1 电动机的选用 (1)电动机类型和结构型式 回柱绞车主要用于井下回收支柱用,为防止瓦斯、粉尘等有害气体 引起爆炸,故绞车的电动机需要选用矿用防爆电机.防爆电机的选型原则 是安全可靠、经济合理、维护方便,同其它的防爆电气设备一样应根据 危险场所的类别和区域等级以及在该场所存在的爆炸性混合物的级别、 组别来选用.在这里我们选用 YB 系列防爆型三相异步电动机.结构为封 闭卧式结构. (2)传动装置的总效率 4321A 式中为从电动机到绳筒之间各传动机构和轴承的效率,由表查的滚 13 动轴承 0.99,蜗杆传动 0.8,圆柱齿轮传动 0.97,弹性 联轴器 0.99,绳筒滑动轴承 0.96 则 20.897.0.96.78 (3)电动机额定功率 根据原始数据选取电动机的额定功率 KWPed3 (4)电动机的转速 因为是在井下工作,要考虑到其安全可靠性,所以选用防爆电机,即 YB 系列防爆三相异步电机,同步转速为 1500m/min,满载时转速为 1480r/min. 14 3 总体方案设计 3.1 设计条件 (1)机器用途:煤矿井下回收支柱用的慢速绞车; (2)工作情况:工作稳定、平稳,间歇工作(工作与停歇时间比为 1:2),绳筒转向定期变换; (3)运动要求:绞车绳筒转速误差不超过 8%; (4)工作能力:储备余量 10%; 3.2 总体方案的初步拟定 根据设计要求,所给原始数据,经过对回柱绞车常用型号的传动方 式比较,最后选用一级为蜗杆传动,一级齿轮传动的传动方式.其传动结 构图如图 1-1 所示。该结构简单,而且占用的空间小,适合井下狭窄空间.第 一级采用蜗杆机构,也符合回柱绞车传动比大的要求,所以经过比较,最 终我选择此种传动方案. 15 图 1-1 JH-8 回柱绞车的结构简图 3.3 主要组成部分 JH-8 型回柱绞车由电动机,圆弧面蜗杆蜗轮减速器,卷筒,底盘 五大部分组成。其传动原理是:动力由电动机通过一对联轴器传动圆弧 面蜗杆、蜗轮,由蜗轮轴上的小齿轮经中间过桥齿轮传动大齿轮,大齿 轮带动卷筒,卷筒引钢丝绳进行工作。这个设计借鉴 JH-8 性回柱绞车 的结构设计:但取消了过桥齿轮,小齿轮通过与大齿轮啮合将动力传到 大齿轮,大齿轮所在的轴通过一对联轴器与滚筒相连将动力传到滚筒。 16 4 机械传动系统方案设计 根据机械器的工艺性能、结构要求、空间位置和总传动比等条件选 择机械传动系统所需的传动类型,并拟定从动力机到工作机构之间机械 传动系统的设计方案和总体布置。 一般情况下,尽管动力机的输出功率满足工作机构的要求,但输出 的转速、扭矩或运动形式很难符合工作机构的需要,这时就需要采用某 种机械传动装置。这是绝大多数机械设计的共同特点。 按照传动原理的不同,机械传动装置可分为摩擦传动、啮合传动和 推压传动三种。根据传动比能否改变,机械传动装置又可分为可调传动 比传动、固定传动比传动和变传动比传动三类。回柱绞车一般采用固定 传动比传动。 减速器传动:本回柱绞车由于总减速比较大,而采用动力蜗杆减速 器。蜗杆传动的主要特点是:传动比大、结构紧凑、工作平稳、无噪声、 自锁性能好。对于回柱绞车,要求卷筒能够自锁。即卷筒的正反转只能 由电动机的正反转来控制;当电源切断时绞车马上停止工作;卷筒本身 不能自由转动,以免发生事故。这就需要设计一个装置来控制卷筒的自 转。而蜗轮蜗杆传动就起到了这个作用。因为若取蜗杆的蜗旋线开角 小于齿轮间的当量摩擦角 ,则当蜗轮主动时,机构自锁,即只能v 蜗杆带动蜗轮,而不能蜗轮带动蜗杆。因此,采用蜗轮蜗杆减速器,就 能保证卷筒的自锁性。这就是回柱绞车采用蜗杆减速器的一个重要原因。 但是,采用蜗杆减速器也有一缺点,就是传动效率低,这点应在具 17 体的蜗杆减速器设计中充分重视,并设法提高。 采用圆弧齿圆柱蜗杆,就是提高效率的一种措施,这是一种新型的 传动装置。它与普通的蜗杆传动相比,其不同在于,具有良好的润滑条 件使齿面之间建立连续的润滑油膜形成液体摩擦,从而降低摩擦系数, 减轻磨损,提高了承载能力和效率。因此,它具有承载能力大,使用寿 命长,效率高(高 10-15%)等优点。 齿轮传动:选择齿轮传动,是由于齿轮传动具有工作可靠,使用寿 命长,瞬时传动比为常数;传动效率高、结构紧凑、功率和速度适用范 围广等优点。因斜齿轮传动时会产生轴向力,对传动不利。若采用人字 齿轮,虽可使齿轮轴向力自行抵消,但人字齿轮制造比较困难,所以选 择直齿轮传动。 从结构上看:如果让蜗轮轴上的齿轮与主轴上的齿轮啮合,由于传 动比大,会造成两齿轮大小相差过甚,大齿轮太大以至于不好安装和制 造,而且外形尺寸也太大。另外,涡轮轴上的小齿轮也不能太小,因为 根据强度要求限制了轴径,从而控制小齿轮的尺寸只能小到某一程度。 否则,会给加工成本带来诸多不便。况且卷筒和大齿轮以及蜗轮尺寸都 较大,让蜗轮上的齿轮与卷筒上的齿轮直接啮合,受尺寸限制,不容易 做到。基于以上原因,决定增加一中间轴,轴上安装一过桥齿轮。这样, 既可以得到合适的传动比,又可以令整体布局合理。 现代生产的发展,无论在承载能力、工作可靠稳定方面,还是在结 构尺寸和重量方面,对齿轮的传动的要求愈来愈高。标准齿轮由于存在 一些缺点限制了它的应用范围。为了满足设计要求,我们决定设计三个 变位齿轮,作为改善齿轮传动质量的有效方法。 已知条件:钢绳牵引力 F=37kN,最大速度 V=60m/min,绳筒直径 D=800mm,钢绳直径 d=14mm ,则滚筒转速为 18 min8.238014.36 6D106n rvw 1 初步拟定出二级传动的传动方案。因为是井下工作,是多粉尘,潮湿, 易燃易爆的场合,而且传递的功率大,传动要求严格,尺寸要求紧凑, 所以最后选定蜗杆-齿轮二级减速器。计算传动装置总传动比和分级传 动比 4.1 计算传动装置总传动比和分级传动比 根据机械传动系统的设计方案把总传动比分配到各级传动上,并要 求各级传动结构紧凑,承载能力高,工作可靠,制造经济和效率高。 4.1.1 传动装置总传动比 628.23 140i 2 4.1.2 分配各级传动比 取蜗杆传动比 ,圆柱齿轮传动比36.2i18.2i 19 4.2 传动装置的运动和动力参数 4.2.1 各轴转速 高速轴为 1 轴,中间轴为 2 轴,低速轴为 3 轴,则 min4801 rnm 3ir2.63.12i 4 min238.623nri 5 4.2.2 各轴输入功率 按电动机的额定功率计算各轴输入功率,即 kwped371 wk01.298.2212 6 5.7.0.923213 7 20 4.2.3 各轴转矩 mNn75.23814095011pT 8 98.41.60922 9 4.3 高速级传动件设计 4.3.1 选择蜗杆传动类型 根据 GB/T100851988 的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI) 4.3.2 选择材料 根据设计要求,并考虑到蜗杆传动传递的功率不大适中,速度是慢速,故 蜗杆用 20Cr,因需要效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火, 硬度为 45-55HRC.蜗轮用铸铝铁青铜 ZCuAl10Fe3,金属模铸造.为了节约 贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,二轮芯用灰铸铁 HT100 铸造. 4.3.3 蜗轮蜗杆设计 (1)按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度设计,再校核 齿根弯曲疲劳强度. 21 23()EHZaKT 9 (2)确定作用再蜗轮上的转矩 由计算可知 10mN87.34912.601950T2 (3)确定载荷系数 K 因工作较稳定,故取载荷分布不均有系数 ;由表选取使用系K 数 ;由于转速不高 ,冲击不大,可取动载系数 ,1.5AK 1.05V 则 11.0.21 (4)确定弹性影响系数 EZ 因选用得式铸造铝铁青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故 1/260EZMPa (5)确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径 和传动中心距 a得比值 1/.35d,从中1d 查得 6.2Zp (6)确定许用接触应力 H 根据蜗轮材料为铸铝铁青铜 ZCuAl10Fe3,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面 硬度46HRC,可得蜗轮得基本许用应力 MPaH260 应力循环次数 1072 958.102.jNLnh 12 22 寿命系数 8.095.87HN1K 13 则 MPaHNH2086. 14 (7)计算中心距 m36.21.10765)28.16(489021.a33 15 取中心距 ,根据传动比,从手册中取模数 ,蜗杆分度5am 8 圆直径 .这时 ,可得接触系数 ,因为180d1/0.35da51.2ZP ,因此以上计算结果可用.Z (8)蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 蜗杆 轴向齿距 ;直径系数 ;齿顶圆直径 ;齿13.25Pa10qm196adm 根圆直径 分度圆导程角 ;蜗杆轴向齿厚mf860d1 32.0 .2.5as 蜗轮 蜗轮齿数 ;变位系数 X=-0.5452Z 验算传动比 23 5.24i12z 16 这时传动比误差为 这是允许的%63.0.36.2 蜗轮分度圆直径 17mz04582d 蜗轮喉圆直径 18mhaa 37682622 蜗轮齿根圆直径 19dff .5.13722 蜗轮咽喉母圆半径 20mag 376222r (9)校核齿根弯曲疲劳强度 21.53FFaFKTYd 21 当量齿数 2272.493.054cosz332 v 根据 , ,从中可查得齿形系数7.2v.x278.2Fa 螺旋角系数 239.014Y0 24 许用弯曲应力 FFNKA 24 从中可得由 ZCuAl10Fe3 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力MPaF120 寿命系数 25635.0958.7 6FN1K 所以 , MPaF2.7635.012 26 27MPa8.692.078360.491.1F 弯曲强度是满足的. (10)验算效率 )tan(96.05.)( 28 已知 , ; 与相对滑动速度 有32.10fvarctnvvs 关。 25 smnd/32.6cos10648cos106v0s 29 从表中用插值法查得 28.fv.0v 带人式中得 大于原估计值,因此不用重算。86.0 (11)精度等级公差 考虑到所设计和表面粗糙度的确定的蜗杆传动是动力传动,属于通用 机械减速器,从 GB/T 10089-1988 圆柱蜗杆,蜗轮精度中选择 8 级精度, 侧隙种类为 f,标注为 8f GB/T 10089-1988.然后由有关手册查得要求的 公差项目及表面粗糙度,具体见图纸。 4.4 低速级传动件设计 4.4.1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1)选用直齿圆柱齿轮 (2)绞车为一般工作机器,速度不高,故选用 7 级精度(GB10095-88) (3)材料选择 选择小齿轮材料为 40Cr(调质)硬度为 280HBS,大 齿轮材料为 45 钢(调质)硬度为 240HBS,两者材料硬度差为 40HBS (4)选小齿轮齿数 ,26z1 则大齿轮齿数 758.4.2 26 4.4.2 按齿面接触疲劳强度设计 3211.()tEtdHKTZud 1 确定公式内的各计算数值 (1)试选载荷系数 (初选)1.3tK (2)小齿轮传递的转矩 mNNn 418902.60955.922p0T 2 (3)选齿宽系数 5.0d (4)由此可得的材料的弹性影响因数 1/289.EZMPa (5)按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限 ,大齿min60Hl 轮接触疲劳强度极限 min250HlPa (6)计算应力循环次数 181 6.2)538(1.60LNhj 3 08829. (7)可得接触疲劳寿命系数 , 493.01kHN5.02HN (8)计算接触疲劳许用应力 27 取失效概率为 1,安全系数 S1 5MPasHNHk586093.lim12in52.lKaS 4.4.3 计算 (1)试计算小齿轮分度圆直径 ,代入 中的较小的值d1t H 6mud ttTk45.275.819(.23148903.2E(.3 21 )Z) (2)计算圆周速度 7snt /78.0160.160v (3)计算齿宽 b 8mdt 3.45.27.1 (4)计算齿宽与齿高 b/h 模数 9mzdtt 7.82645.1 齿高 10t 6.19.5.h 28 8.56.1973bh 11 (5)计算载荷系数 K 根据 ,7 级精度,查图得动载荷系数s/m29.3v 06.1kv 直齿轮, ;1kFaH 由表 10-2 查得使用系数 ;A 由表用插值法查得 7 级精度,小齿轮相对支承非对称布置时38.1F 故动载荷系数 518.432.106.k HvA 12 (6)按实际的载荷系数教正所算得的分度圆直径得 1mkdtt 51.239.8145.27331 3 (7)计算模数 m mzd2.9651.31 14 29 4.4.4 安齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 15321)(mFSadYzTk (1)确定公式内的各计算数值 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ;大齿轮的弯MPa501FE 曲强度极限 ;MPa380FE2 由图取弯曲疲劳寿命系数 ,86.0k1FN89.FN2 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 则得 MPaaSFENF 14.3074.158601 k5.2.922 计算载荷系数 K 463.1806.1FavA 查取齿形系数 由表查得 .2Y1Fa 2.Fa 查取应力校正系数 由表查得 49.1Sa68.12Sa 计算大小齿轮的 并加以比较aF 30 0126.4.37962Y1SaF 5.82SaF 大齿轮的数值较大 4.4.5 设计计算 m5.601.48963.12m32 对此计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数 M 大于由齿根弯 曲疲劳强度计算的模数,由于齿数模数 M 的大小主要取决于弯曲强度所 决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直 径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由弯曲强度算得的模数 6.555 并 就近圆整为标准值 M = 8 mm ,按接触强度算得的分度圆直径 ,m51.239d1 算出小齿轮齿数 304.8.1z 大齿轮的齿数 取 .6.23087z2 这样设计出的齿轮传动,既满足了齿面接触疲劳强度,又满足了 齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。 31 4.4.6 几何尺寸计算 (1)计算分度圆直径 m240831dz m69722 (2)计算中心距 48a1 (3)计算齿轮宽度 md1205.0b1 取 mB1202 结构设计及绘制齿轮零件图(见图纸) 4.7 高速轴设计(蜗杆轴) 4.7.1 轴的材料选择 选用 45 号钢,调质。 4.7.2 求作用在蜗杆上的力 已知: , , ,蜗杆分度圆kw37p1min/1480rmN238750T1 直径 . 所以,80dm 圆周力 1NT75.9680231tF 轴向力 NdTa 89.234041921F 32 径向力 NadT8463tan36041892tnF02r1 4.7.3 初步确定轴的最小直径 取 ,于是得01A mnp16.3248071330mind 2 最小直径处是安装联轴器得直径 ,为使所选的轴直径与联轴器的1d 孔径相适应,故需同时选联轴器的型号. 联轴器的计算转矩 ,查表 14-1,取 ,则0caATK1.3AK mNk 075238.1 3 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准 GB/T5014- 1985,选用 TL7 型弹性套柱销联轴器,公称转矩 ,许用转速50 2800r/min.半联轴器孔 径为 48mLathesLathes are machine tools designed primarily to do turning, facing and boring, Very little turning is done on other types of machine tools, and none can do it with equal facility. Because lathes also can do drilling and reaming, their versatility permits several operations to be done with a single setup of the work piece. Consequently, more lathes of various types are used in manufacturing than any other machine tool.The essential components of a lathe are the bed, headstock assembly, tailstock assembly, and the leads crew and feed rod.The bed is the backbone of a lathe. It usually is made of well normalized or aged gray or nodular cast iron and provides s heavy, rigid frame on which all the other basic components are mounted. Two sets of parallel, longitudinal ways, inner and outer, are contained on the bed, usually on the upper side. Some makers use an inverted V-shape for all four ways, whereas others utilize one inverted V and one flat way in one or both sets, They are precision-machined to assure accuracy of alignment. On most modern lathes the way are surface-hardened to resist wear and abrasion, but precaution should be taken in operating a lathe to assure that the ways are not damaged. Any inaccuracy in them usually means that the accuracy of the entire lathe is destroyed.The headstock is mounted in a foxed position on the inner ways, usually at the left end of the bed. It provides a powered means of rotating the word at various speeds . Essentially, it consists of a hollow spindle, mounted in accurate bearings, and a set of transmission gears-similar to a truck transmissionthrough which the spindle can be rotated at a number of speeds. Most lathes provide from 8 to 18 speeds, usually in a geometric ratio, and on modern lathes all the speeds can be obtained merely by moving from two to four levers. An increasing trend is to provide a continuously variable speed range through electrical or mechanical drives.Because the accuracy of a lathe is greatly dependent on the spindle, it is of heavy construction and mounted in heavy bearings, usually preloaded tapered roller or ball types. The spindle has a hole extending through its length, through which long bar stock can be fed. The size of maximum size of bar stock that can be machined when the material must be fed through spindle.The tailsticd assembly consists, essentially, of three parts. A lower casting fits on the inner ways of the bed and can slide longitudinally thereon, with a means for clamping the entire assembly in any desired location, An upper casting fits on the lower one and can be moved transversely upon it, on some type of keyed ways, to permit aligning the assembly is the tailstock quill. This is a hollow steel cylinder, usually about 51 to 76mm(2to 3 inches) in diameter, that can be moved several inches longitudinally in and out of the upper casting by means of a hand wheel and screw.The size of a lathe is designated by two dimensions. The first is known as the swing. This is the maximum diameter of work that can be rotated on a lathe. It is approximately twice the distance between the line connecting the lathe centers and the nearest point on the ways, The second size dimension is the maximum distance between centers. The swing thus indicates the maximum work piece diameter that can be turned in the lathe, while the distance between centers indicates the maximum length of work piece that can be mounted between centers. Engine lathes are the type most frequently used in manufacturing. They are heavy-duty machine tools with all the components described previously and have power drive for all tool movements except on the compound rest. They commonly range in size from 305 to 610 mm(12 to 24 inches)swing and from 610 to 1219 mm(24 to 48 inches) center distances, but swings up to 1270 mm(50 inches) and center distances up to 3658mm(12 feet) are not uncommon. Most have chip pans and a built-in coolant circulating system. Smaller engine lathes-with swings usually not over 330 mm (13 inches ) also are available in bench type, designed for the bed to be mounted on a bench on a bench or cabinet.Although engine lathes are versatile and very useful, because of the time required for changing and setting tools and for making measurements on the work piece, thy are not suitable for quantity production. Often the actual chip-production tine is less than 30% of the total cycle time. In addition, a skilled machinist is required for all the operations, and such persons are costly and often in short supply. However, much of the operators time is consumed by simple, repetitious adjustments and in watching chips being made. Consequently, to reduce or eliminate the amount of skilled labor that is required, turret lathes, screw machines, and other types of semiautomatic and automatic lathes have been highly developed and are widely used in manufacturing. 2 Numerical ControlOne of the most fundamental concepts in the area of advanced manufacturing technologies is numerical control (NC). Prior to the advent of NC, all machine tools ere manually operated and controlled. Among the many limitations associated with manual control machine tools, perhaps none is more prominent than the limitation of operator skills. With manual control, the quality of the product is directly related to and limited to the skills of the operator. Numerical control represents the first major step away from human control of machine tools. Numerical control means the control of machine tools and other manufacturing systems through the use of prerecorded, written symbolic instructions. Rather than operating a machine tool, an NC technician writes a program that issues operational instructions to the machine tool. For a machine tool to be numerically controlled, it must be interfaced with a device for accepting and decoding the programmed instructions, known as a reader.Numerical control was developed to overcome the limitation of human operators, and it has done so. Numerical control machines are more accurate than manually operated machines, they can produce parts more uniformly, they are faster, and the long-run tooling costs are lower. The development of NC led to the development of several other innovations in manufacturing technology: Electrical discharge machining,Laser cutting,Electron beam welding.Numerical control has also made machine tools more versatile than their manually operated predecessors. An NC machine tool can automatically produce a wide of parts, each involving an assortment of widely varied and complex machining processes. Numerical control has allowed manufacturers to undertake the production of products that would not have been feasible from an economic perspective using manually controlled machine tolls and processes.Like so many advanced technologies, NC was born in the laboratories of the Massachusetts Institute of Technology. The concept of NC was developed in the early 1950s with funding provided by the U.S. Air Force. In its earliest stages, NC machines were able to made straight cuts efficiently and effectively. 2 Numerical ControlOne of the most fundamental concepts in the area of advanced manufacturing technologies is numerical control (NC). Prior to the advent of NC, all machine tools ere manually operated and controlled. Among the many limitations associated with manual control machine tools, perhaps none is more prominent than the limitation of operator skills. With manual control, the quality of the product is directly related to and limited to the skills of the operator. Numerical control represents the first major step away from human control of machine tools. Numerical control means the control of machine tools and other manufacturing systems through the use of prerecorded, written symbolic instructions. Rather than operating a machine tool, an NC technician writes a program that issues operational instructions to the machine tool. For a machine tool to be numerically controlled, it must be interfaced with a device for accepting and decoding the programmed instructions, known as a reader.Numerical control was developed to overcome the limitation of human operators, and it has done so. Numerical control machines are more accurate than manually operated machines, they can produce parts more uniformly, they are faster, and the long-run tooling costs are lower. The development of NC led to the development of several other innovations in manufacturing technology: Electrical discharge machining,Laser cutting,Electron beam welding.Numerical control has also made machine tools more versatile than their manually operated predecessors. An NC machine tool can automatically produce a wide of parts, each involving an assortment of widely varied and complex machining processes. Numerical control has allowed manufacturers to undertake the production of products that would not have been feasible from an economic perspective using manually controlled machine tolls and processes.Like so many advanced technologies, NC was born in the laboratories of the Massachusetts Institute of Technology. The concept of NC was developed in the early 1950s with funding provided by the U.S. Air Force. In its earliest stages, NC machines were able to made straight cuts efficiently and effectively. However, curved paths were a problem because the machine tool had to be programmed to undertake a series of horizontal and vertical steps to produce a curve. The shorter the straight lines making up the steps, the smoother is the curve, Each line segment in the steps had to be calculated. This problem led to the development in 1959 of the Automatically Programmed Tools (APT) language. This is a special programming language for NC that uses statements similar to English language to define the part geometry, describe the cutting tool configuration, and specify the necessary motions. The development of the APT language was a major step forward in the fur ther development from those used today. The machines had hardwired logic circuits. The instructional programs were written on punched paper, which was later to be replaced by magnetic plastic tape. A tape reader was used to interpret the instructions written on the tape for the machine. Together, all of this represented a giant step forward in the control of machine tools. However, there were a number of problems with NC at this point in its development.A major problem was the fragility of the punched paper tape medium. It was common for the paper tape containing the programmed instructions to break or tear during a machining process. This problem was exacerbated by the fact that each successive time a part was produced on a machine tool, the paper tape carrying the programmed instructions had to be rerun through the reader. If it was necessary to produce 100 copies of a given part, it was also necessary to run the paper tape through the reader 100 separate tines. Fragile paper tapes simply could not withstand the rigors of a shop floor environment and this kind of repeated use.This led to the development of a special magnetic plastic tape. Whereas the paper carried the programmed instructions as a series of holes punched in the tape, the plastic tape carried the instructions as a series of magnetic dots. The plastic tape was much stronger than the paper tape, which solved the problem of frequent tearing and breakage. However, it still left two other problems.The most important of these was that it was difficult or impossible to change the instructions entered on the tape. To made even the most minor adjustments in a program of instructions, it was necessary to interrupt machining operations and make a new tape. It was also still necessary to run the tape through the reader as many times as there were parts to be produced. Fortunately, computer technology became a reality and soon solved the problems of NC associated with punched paper and plastic tape.The development of a concept known as direct numerical control (DNC) solved the paper and plastic tape problems associated with numerical control by simply eliminating tape as the medium for carrying the programmed instructions. In direct numerical control, machine tools are tied, via a data transmission link, to a host computer. Programs for operating the machine tools are stored in the host computer and fed to the machine tool an needed via the data transmission linkage. Direct numerical control represented a major step forward over punched tape and plastic tape. However, it is subject to the same limitations as all technologies that depend on a host computer. When the host computer goes down, the machine tools also experience downtime. This problem led to the development of computer numerical control.3 TurningThe engine lathe, one of the oldest metal removal machines, has a number of useful and highly desirable attributes. Today these lathes are used primarily in small shops where smaller quantities rather than large production runs are encountered.The engine lathe has been replaced in todays production shops by a wide variety of automatic lathes such as automatic of single-point tooling for maximum metal removal, and the use of form tools for finish on a par with the fastest processing equipment on the scene today.Tolerances for the engine lathe depend primarily on the skill of the operator. The design engineer must be careful in using tolerances of an experimental part that has been produced on the engine lathe by a skilled operator. In redesigning an experimental part for production, economical tolerances should be used.Turret Lathes Production machining equipment must be evaluated now, more than ever before, this criterion for establishing the production qualification of a specific method, the turret lathe merits a high rating. In designing for low quantities such as 100 or 200 parts, it is most economical to use the turret lathe. In achieving the optimum tolerances possible on the turrets lathe, the designer should strive for a minimum of operations.Automatic Screw Machines Generally, automatic screw machines fall into several categories; single-spindle automatics, multiple-spindle automatics and automatic chucking machines. Originally designed for rapid, automatic production of screws and similar threaded parts, the automatic screw machine has long since exceeded the confines of this narrow field, and today plays a vital role in the mass production of a variety of precision parts. Quantities play an important part in the economy of the parts machined on the automatic screw machine. Quantities less than on the automatic screw machine. The cost of the parts machined can be reduced if the minimum economical lot size is calculated and the proper machine is selected for these quantities.Automatic Tracer Lathes Since surface roughness depends greatly on material turned, tooling , and feeds and speeds employed, minimum tolerances that can be held on automatic tracer lathes are not necessarily the most economical tolerances.In some cases, tolerances of 0.05mm are held in continuous production using but one cut . groove width can be held to 0.125mm on some parts. Bores and single-point finishes can be held to 0.0125mm. On high-production runs where maximum output is desirable, a minimum tolerance of 0.125mm is economical on both diameter and length of turn. 中文翻译:1.车床车床主要是为了进行车外圆、车端面和镗孔等项工作而设计的机床。车削很少在其他种类的机床上进行,而且任何一种其他机床都不能像车床那样方便地进行车削加工。由于车床还可以用来钻孔和铰孔,车床的多功能性可以使工件在一次安装中完成几种加工。因此,在生产中使用的各种车床比任何其他种类的机床都多。车床的基本部件有:床身、主轴箱组件、尾座组件、溜板组件、丝杠和光杠。床身是车床的基础件。它能常是由经过充分正火或时效处理的灰铸铁或者球墨铁制成。它是一个坚固的刚性框架,所有其他基本部件都安装在床身上。通常在床身上有内外两组平行的导轨。有些制造厂对全部四条导轨都采用导轨尖朝上的三角形导轨(即山形导轨),而有的制造厂则在一组中或者两组中都采用一个三角形导轨和一个矩形导轨。导轨要经过精密加工以保证其直线度精度。为了抵抗磨损和擦伤,大多数现代机床的导轨是经过表面淬硬的,但是在操作时还应该小心,以避免损伤导轨。导轨上的任何误差,常常意味着整个机床的精度遭到破坏。主轴箱安装在内侧导轨的固定位置上,一般在床身的左端。它提供动力,并可使工件在各种速度下回转。它基本上由一个安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮(类似于卡车变速箱)所组成。通过变速齿轮,主轴可以在许多种转速下旋转。大多数车床有812种转速,一般按等比级数排列。而且在现代机床上只需扳动24个手柄,就能得到全部转速。一种正在不断增长的趋势是通过电气的或者机械的装置进行无级变速。由于机床的精度在很大程度上取决于主轴,因此,主轴的结构尺寸较大,通常安装在预紧后的重型圆锥滚子轴承或球轴承中。主轴中有一个贯穿全长的通孔,长棒料可以通过该孔送料。主轴孔的大小是车床的一个重要尺寸,因此当工件必须通过主轴孔供料时,它确定了能够加工的棒料毛坯的最大尺寸。尾座组件主要由三部分组成。底板与床身的内侧导轨配合,并可以在导轨上作纵向移动。底板上有一个可以使整个尾座组件夹紧在任意位置上的装置。尾座体安装在底板上,可以沿某种类型的键槽在底板上横向移动,使尾座能与主轴箱中的主轴对正。尾座的第三个组成部分是尾座套筒。它是一个直径通常大约在5176mm(23英寸)之间的钢制空心圆柱体。通过手轮和螺杆,尾座套筒可以在尾座体中纵向移入和移出几个英寸。车床的规格用两个尺寸表示。第一个称为车床的床面上最大加工直径。这是在车床上能够旋转的工件的最大直径。它大约是两顶尖连线与导轨上最近点之间距离的两倍。第二个规格尺寸是两顶尖之间的最大距离。车床床面上最大加工直径表示在车床上能够车削的最大工件直径,而两顶尖之间的最大距离则表示在两个顶尖之间能够安装的工件的最大长度。普通车床是生产中最经常使用的车床种类。它们是具有前面所叙的所有那些部件的重载机床,并且除了小刀架之外,全部刀具的运动都有机动进给。它们的规格通常是:车床床面上最大加工直径为305610mm(1224英寸);但是,床面上最大加工直径达到1270mm(50英寸)和两顶尖之间距离达到3658mm的车床也并不少见。这些车床大部分都有切屑盘和一个安装在内部的冷却液循环系统。小型的普通车床车床床面最大加工直径一般不超过330mm(13英寸)-被设计成台式车床,其床身安装在工作台或柜子上。虽然普通车床有很多用途,是很有用的机床,但是更换和调整刀具以及测量工件花费很多时间,所以它们不适合在大量生产中应用。通常,它们的实际加工时间少于其总加工时间的30%。此外,需要技术熟练的工人来操作普通车床,这种工人的工资高而且很难雇到。然而,操作工人的大部分时间却花费在简单的重复调整和观察切屑过程上。因此,为了减少或者完全不雇用这类熟练工人,六角车床、螺纹加工车床和其他类型的半自动和自动车床已经很好地研制出来,并已经在生产中得到广泛应用。2.数字控制先进制造技术中的一个基本的概念是数字控制(NC)。在数控技术出现之前,所有的机床都是由人工操纵和控制的。在与人工控制的机床有关的很多局限性中,操作者的技能大概是最突出的问题。采用人工控制是,产品的质量直接与操作者的技能有关。数字控制代表了从人工控制机床走出来的第一步。数字控制意味着采用预先录制的、存储的符号指令来控制机床和其他制造系统。一个数控技师的工作不是去操纵机床,而是编写能够发出机床操纵指令的程序。对于一台数控机床,其上必须安有一个被称为阅读机的界面装置,用来接受和解译出编程指令。发展数控技术是为了克服人类操作者的局限性,而且它确实完成了这项工作。数字控制的机器比人工操纵的机器精度更高、生产出零件的一致性更好、生产速度更快、而且长期的工艺装备成本更低。数控技术的发展导致了制造工艺中其他几项新发明的产生: 电火花加工技术、激光切割、电子束焊接数字控制还使得机床比它们采用有人工操的前辈们的用途更为广泛。一台数控机床可以自动生产很多类的零件,每一个零件都可以有不同的和复杂的加工过程。数控可以使生产厂家承担那些对于采用人工控制的机床和工艺来说,在经济上是不划算的产品生产任务。同许多先进技术一样,数控诞生于麻省理工学院的实验室中。数控这个概念是50年代初在美国空军的资助下提出来的。在其最初的价段,数控机床可以经济和有效地进行直线切割。然而,曲线轨迹成为机床加工的一个问题,在编程时应该采用一系列的水平与竖直的台阶来生成曲线。构成台阶的每一个线段越短,曲线就越光滑。台阶中的每一个线段都必须经过计算。在这个问题促使下,于1959年诞生了自动编程工具(APT)语言。这是一个专门适用于数控的编程语言,使用类似于英语的语句来定义零件的几何形状,描述切削刀具的形状和规定必要的运动。APT语言的研究和发展是在数控技术进一步发展过程中的一大进步。最初的数控系统下今天应用的数控系统是有很大差别的。在那时的机床中,只有硬线逻辑电路。指令程序写在穿孔纸带上(它后来被塑料带所取代),采用带阅读机将写在纸带或磁带上的指令给机器翻译出来。所有这些共同构成了机床数字控制方面的巨大进步。然而,在数控发展的这个阶段中还存在着许多问题。 一个主要问题是穿孔纸带的易损坏性。在机械加工过程中,载有编程指令信息的纸带断裂和被撕坏是常见的事情。在机床上每加工一个零件,都需要将载有编程指令的纸带放入阅读机中重新运行一次。因此,这个问题变得很严重。如果需要制造100个某种零件,则应该将纸带分别通过阅读机100次。易损坏的纸带显然不能承受严配的车间环境和这种重复使用。这就导致了一种专门的塑料磁带的研制。在纸带上通过采用一系列的小孔来载有编程指令,而在塑料带上通过采用一系列的磁点眯载有编程指令。塑料带的强度比纸带的强度要高很多,这就可以解决常见的撕坏和断裂问题。然而,它仍然存在着两个问题。其中最重要的一个问题是,对输入到带中指令进行修改是非常困难的,或者是根本不可能的。即使对指令程序进行最微小的调整,也必须中断加工,制作一条新带。而且带通过阅读机的次数还必须与需要加工的零件的个数相同。幸运的是,计算机技术的实际应用很快解决了数控技术中与穿孔纸带和塑料带有关的问题。在形成了直接数字控制(DNC)这个概念之后,可以不再采用纸带或塑料带作为编程指令的载体,这样就解决了与之有关的问题。在直接数字控制中,几台机床通过数据传输线路联接到一台主计算机上。操纵这些机床所需要的程序都存储在这台主计算机中。当需要时,通过数据传输线路提供给每台机床。直接数字控制是在穿孔纸带和塑料带基础上的一大进步。然而,它敢有着同其他信赖于主计算机技术一样的局限性。当主计算机出现故障时,由其控制的所有机床都将停止工作。这个问题促使了计算机数字控制技术的产生。微处理器的发展为可编程逻辑控制器和微型计算机的发展做好了准备。这两种技术为计算机数控(CNC)的发打下了基础。采用CNC技术后,每台机床上都有一个可编程逻辑控制器或者微机对其进行数字控制。这可以使得程序被输入和存储在每台机床内部。它还可以在机床以外编制程序,并将其下载到每台机床中。计算机数控解决了主计算机发生故障所带来的问题,但是它产生了另一个被称为数据管理的问题。同一个程序可能要分别装入十个相互之间没有通讯联系的微机中。这个问题目前正在解决之中,它是通过采用局部区域网络将各个微机联接起来,以得于更好地进行数据管理。3.车削加工普通车床作为最早的金属切削机床的一种,目前仍然有许多有用的和为人要的特性和为人们所需的特性。现在,这些机床主要用在规模较小的工厂中,进行小批量的生产,而不是进行大批量的和产。在现代的生产车间中,普通车床已经被种类繁多的自动车床所取代,诸如自动仿形车床,六角车床和自动螺丝车床。现在,设计人员已经熟知先利用单刃刀具去除大量的金属余量,然后利用成型刀具获得表面光洁度和精度这种加工方法的优点。这种加工方法的生产速度与现在工厂中使用的最快的加工设备的速度相等。普通车床的加偏差主要信赖于操作者的技术熟练程度。设计工程师应该认真地确定由熟练工人在普通车床上加工的试验件的公差。在把试验伯重新设计为生产零件时,应该选用经济的公差。六角车床 对生产加工设备来说,目前比过去更注重评价其是否具有精确的和快速的重复加工能力。应用这个标准来评价具体的加工方法,六角车床可以获得较高的质量评定。在为小批量的零件(100200件)设计加工方法时,采用六角车床是最经济的。为了在六角车床上获得尽可能小的公差值,设计人员应该尽量将加工工序的数目减至最少。自动螺丝车床 自动螺丝车床通被分为以下几种类型:单轴自动、多轴自动和自动夹紧车床。自动螺丝车床最初是被用来对螺钉和类似的带有螺纹的零件进行自动化和快速加工的。但是,这种车床的用途早就超过了这个狭窄的范围。现在,它在许多种类的精密零件的大批量生产中起着重要的作用。工件的数量对采用自动螺丝车床所加工的零件的经济性有较大的影响。如果工件的数量少于1000件,在六角车床上进行加工比在自动螺丝车床上加工要经济得多。如果计算出最小经济批量,并且针对工件批量正确地选择机床,就会降低零件的加工成本。自动仿形车床 因为零件的表面粗糙度在很大程度上取决于工件材料、刀具、进给量和切削速度,采用自动仿形车床加工所得到的最小公差一定是最经济的公差。在某些情况下,在连续生产过程中,只进行一次切削加工时的公差可以达到0.05mm。对于某些零件,槽宽的公差可以达到0.125mm。镗孔和休用单刃刀具进行精加工时,公差可达到0.0125mm。在希望获得最大主量的大批量生产中,进行直径和长度的车削时的最小公差值为0.125mm是经济的。
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