减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床设计【含29张CAD图纸、说明书】
1摘 要组合机床是一种高效率专用机床,有一定的使用条件,不是在所有情况下都可以收到良好的经济效益,在确定设计机床前,需要进行具体的经济技术论证。加工同一个产品的零件,通常会有很多种工艺方法,不同的方法会有不同的经济效益,影响技术经济的成分有很多,有时技术指标先进的方发,经济指标不一定先进,因此,需要对技术、经济指标作综合评估,综合多数的意见,选出优化方法进行经济效果评估,如果满意即可决定采用哪种方法。本课题设计的是双端面孔加工组合机床。其来源于惠发特精密机械有限公司。在设计中:通过研究被加工零件的特点,对相关数据进行计算,对相关部件进行选择,从而确定机床的整体布局。并绘制出被加工示意图,加工零件工序图,机床联系尺寸图和生产率计算卡。在此条件上拟定了主轴箱的传动路线,设计了轴的结构,进行了皮带轮及轴等相关零件的强度,刚度校核,并绘制出主轴箱总装图和相关零件图。该机床对零件的两端孔同时进行加工,加工的工艺性好,工件装夹方便。采用滚珠丝杠导轨实现刀具进给。工件采用 V 形块定位,液压夹紧,一次装夹完成不止保证了孔的加工精度,而且还提升了加工效率,降低了工人的劳动强度。关键词: 组合机床;双端面孔加工;液压夹紧2AbstractCombination machine tools is an efficient special machine tool, has the certain conditions of use, can not in all cases received good economic benefits, before the design of machine tool is determined, specific economic and technical argument is required. Processing parts of the same product, usually there are many kinds of processing methods, different methods have different economic efficiency, influence the composition of the technical and economic has a lot of, sometimes technical indicators advanced party, advanced economic indicator does not necessarily, therefore, need to make a comprehensive evaluation of technical and economic indicators, comprehensive the opinions of the majority, to select the optimal method for economic evaluation, if satisfaction can be decided to use which method.This topic design is of double end face processing combination machine tools. It is derived from HuiFa precision machinery co., LTD. In design: by studying the characteristics of the processed parts and the related data to calculate, to choose of related parts, to determine the overall layout of machine tool. And map out the process diagram, process diagram, processing parts machine tool contact card size chart and productivity calculation. Conditions on which to formulate the spindle box of transmission route, design the structure of the shaft, the pulley and shaft parts related to strength, stiffness, and draw out the spindle box assembly diagram and related detail drawings. The machine tool and parts at both ends of the hole processing, processing of good manufacturability, workpiece clamping and convenient. With ball screw feed ? guide implementation tools. Key words: combination machine; double-face processing; the hydraulic clamping3目录摘要.III ABSTRACT.IV目录.V1 绪论 .11.1 本课题的研究内容和意义 .11.2 国内外的发展概况 .11.3 本课题应达到的要求 .12 对总体设计的理解 .32.1 机床的主要用途 .32.2 机床的主要部件 .32.3 总体设计工艺方案的制定 32.3.1 工序 .32.3.2 安装 .42.3.3 拟订加工工艺路线 52.3.4 两种加工路线的比较 52.3.5 刀具与夹具的比较 62.3.6 工序的集中与分散 72.3.7 确定加工工艺路线 73 进给系统设计 .83.1 确定传动方式 .83.2 联轴器的选用 .83.3 导轨形式的确定(选用和载荷计算) .83.3.1 选用 83.3.2 载荷计算 93.4 滚珠丝杆的机械特性的设计计算 .93.5 滚珠丝杆副的选用 .133.6 滚珠丝杆的验算 .133.7 步进电机的选用 .143.8 传动系统的结构设计 .173.8.1 螺母 173.8.2 活灵座 173.8.4 拖板 223.8.5 丝杆夹具 233.9 进给系统图 .244 夹具设计 .2544.1 被加工零件的加工要求 .254.2 夹具设计的主要依据 .264.2.1 被加工零件的加工精度和加工工序 274.2.2 被加工零件特点 274.2.3 零件的生产批量 274.3 工件的定位方案确定 .284.3.1 加工示意图的作用和内容 284.3.2 加工示意图的画法及注意事项 284.3.3 选择刀具,工具,导向装置并标注其相关位置及尺寸 284.4 工件夹紧方案确定 .294.4.1 夹紧方向 294.4.2 夹紧部件 .304. 5 定位元件,夹紧元件的设计 354.5.1 定位元件的设计 .354.5.2 夹紧元件设计 354.6 夹紧力计算 .364.7 夹紧油缸设计 .364.7.1 液压缸的载荷组成与计算 374.7.2 初选系统工作压力 394.7.3 液压缸的主要结构尺寸 414.7.4 油缸密封 414.8 夹具体及其他零件设计 .414.8.1 外形简图 414.8.2 材料选择 424.9 夹具的安装与调整 .434.9.1 安装 434.9.2 调整 434.9.3 夹具的可调节性 435 总结与展望 .44致 谢 .45参考文献 .4651 绪论1.1 本课题的研究内容和意义人们在生活中的每个方面都离不开机械设备。专业为机械方面的人,毕业后想要从事机械设计及制造工作都需要具备机械方面的基础知识与基础技能。毕业设计是概括性,综合性的实践课程,是工科各专业学生的必经之路,是所有学生离开学校之前最重要的任务。本毕业设计是从事专业机床设计。包括总体设计,进给系统,床身部件,液压系统,主轴箱和机床夹具部分。课程来源于无锡市惠发特精密机械有限公司。本课题系机动车减震器缸筒加工的专用机床设计,对于摩托车及其这一些激动车的减震器缸筒加工均有一定的参考价值,在减震器行业技术更新中起相当的作用。 1.2 国内外的发展概况回首过去几十年来,机床行业已经能够实现平稳较快发展,得益于该行业在新形势下,把握“抓创新,调结构,促改革”的工作主线,使虽然在此期间显著改善产业格局,广大员工在机床行业和公司的大力支持下,各个方面的共同努力,已取得长足的进步,2009年,中国的机床产量位居第一,在世界,在国内市场占有率国内机床工具的80以上,但应该可以看到机床行业,我们只能将其视为一个“发展中的国家”在中国的机床工具产品结构,价格实惠的产品仍然占了很大的比例;国家重点发展领域的一些必要的高端产品仍然需要依赖进口,我们的机床出口,仍然依靠大量的低价值,低成本的仿制产品,以支持,但总是有进口进出口逆差。尽管多年的努力,中国的机床工具企业,有已经被一些国际影响力的群体,一些世界先进水平和机床出口的国际竞争力已经开始,但整个行业的整体,自主创新能力,基础制造,低水平的同质化现象严重,低水平重复建设,难以解决的问题仍然存在自主创新产品推广应用,产品的质量和服务水平还有待提高,所以贯彻落实科学发展观,转变经济增长方式,大力调整的工业结构和产品结构,并力求在未来的一个重大突破,这将是中国机床工具行业的共同努力我们的方向和目标,组合机床的发展有28年的历史,它的研究和生产是相当的基础上,应用程序也已经渗透到许多行业。机械制造行业目前的产品更新,技术创新,提高生产效率和高速发展的必备设备。如何加快,高效率,高品质的加工是一个指导性意义的课题。外国如英国研究公司哈曼机械研究项目中的类,具有无可争议的领导者,在其技术已经非常完善。在我们的研究在这个项目上,他们仍然有较大的距离。1.3 本课题应达到的要求此次毕业设计任务要求机床功能得到进一步的完善,能够提高零件的加工精度和加工效率,能够降低加工成本。该零件属摩托车减震器用,其材料为铸铝,要求单班制生产,年产量 5 万件。机床结构表达清晰合理,说明书工整并有理论依据。进给系统应采用一般简易数控专用机床的滚珠丝杆付及滚动导轨的传动方案,并选用步进电机。绘制6进给系统总图一份。绘制夹具总图一份,所设计之夹具必须根据工件尺寸大小有一定的调节范围。编写说明书,要求包括必要的计算并且文字简洁通顺,表达清晰,字数一万字左右。专业英文资料翻译一万字左右。此次毕业设计从十一月十二日开始至五月二十五日结束。 72 对总体设计的理解2.1 机床的主要用途双工位扩绞专用机床是用于减震器生产线上铝筒加工的专用设备。双工位钻床的使用可以稳定高效地保证铝筒加工的精度,得到优良的加工质量,并可大幅度的降低加工成本,企业增效显著。双工位扩绞专用机床是一种简易的数控专用机床,受制造成本的制约,为了节约成本结构要求简单,制造维修方便。2.2 机床的主要部件本机床主要由床身、主轴箱、夹具、进给系统和液压系统等部件组成。2.3 总体设计工艺方案的制定机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法的工艺文件。生产规模的大小,工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。因此,机械加工工艺规程设计是一项重要而又严肃的工作。为能具体确切地说明工艺过程,一般将机械加工工艺过程分为工序、安装、工位、工步和走刀。这是设计专用机床最重要的一步。工艺方案制定得正确与否,将决定机床能否达到“体积小,重量轻,结构简单,使用方便,效率高,质量好”的要求。我们想让工艺方案采用的正确,必定先认真的分析加工零件的图纸,走进厂房详细的知道产品的结构突出点,加工地方,精度要求技术要求,粗糙度,定位夹紧方式采用的工艺和生产过程所采用的刀类,辅具,切屑用量情况及产生率要求高,分析其优缺点,总结设计,制造,使用单位和操作者的丰富的实践经验,以求理论紧密联系生产实际,从而确定零件在组合机床上完成的工艺(工序)内容及方法,决定刀具种类,结构型式,数量及切屑用量等。根据选定的工艺方案确定机床的配置型式,并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案,以确保零件的加工精度,技术要求及生产率;又要考虑机床的操作方便可靠,易于维修,且冷却,排屑情况良好。以上两个步骤是十分重要的。对于同一个零件的加工,可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案,在最后决定采取哪种方案时,决不能草率,要全面地看问题,综合分析各方面的情况,进行多种方案对比,从中选择最佳方案 2。2.3.1 工序被加工零件为一棒铝合金 MgZAlSi9牌号: 代号 铸造方法: 金属型li91048热处理: 淬火+人工时效力学性能: 抗拉强度 伸长率 : 2145:/MPab(%)5布氏硬度 )3025/(HBS铸造铝合金应具有良好的铸造性能,其成分应接近共晶点。此外,为了提高其力学性能,常常采用变质处理和固溶热处理。双孔加工,左端 14.5,表面粗糙度 Ra=6.3 微米” 右端阶梯孔 最大 37.5,最小28,表面粗糙度 Ra=6.3 微米其他技术要求见孔位图,要求生产纲领为年产量 5 万件,单班制生产。机械加工工艺过程的工序是指:一个(或一组)工人在一个工作地点对一个(或同时对几个)工件连续完成的那一部分加工过程。图 2.1 减震器零件图 其加工内容是 : 对左右两端钻孔 加工深孔 去毛刺这些加工内容安排在 3 个工序中完成,如下表所示。表 2-1 铝合金缸筒工序安排方案工 序 号 工 序 内 容 设 备1 对左右两端钻孔 专业钻床2 加工深孔 专业钻床3 手工去毛刺92.3.2 安装在同一个工序中,工件每定位和夹紧一次所完成的那部分加工称为一个安装。此次全部工序的完成需要两次定位和夹紧。如下表所示。表 2-2 铝合金缸筒的工序和安装工序号安 装 号 安 装 内 容 设 备1 1 左右两端钻孔 专业钻床2 2 加工深孔 专业钻床2.3.3 拟订加工工艺路线根据厂方要求,该零件有两种加工方案,一是先加工深孔再加工双端面孔,二是先加工双端面孔再加工深孔。金属切屑机床又称工作母机,是机械制造业的基础装备。随着社会需求和科学技术的发展,对机床设计技术要求越来越高。一方面为了适应社会需求的变化,出现了柔性制造系统(FMS)等先进的自动化制造系统,除了传统的机床设计要求之外,还要求机床增加柔性,并能与系统有机结合。另一方面数控技术和 CAD 技术的发展,为机床设计提供了新的条件和支撑。因此机床的设计方法和设计技术也在发生着深刻变化。2.3.4 两种加工路线的比较A 先加工深孔再加工两端面孔路线根据加工深孔时工件旋转而刀具不转的原理,此方案在先加工深孔时需要一个导航设备,以确保刀具能够精准地校准工件中心。在工件夹紧方面,工件左面可考虑选用三爪卡盘夹具,这样可以带动工件高速旋转。由于深孔加工的特殊要求,工件若只夹紧一侧,会由于震动而导致误差偏大,达不到工件的精度要求。故而需要设计一辅助夹具,用来夹紧工件的另一侧,以确保工件能够达到厂方要求。但由于工件需要高速旋转,此辅助夹具也必须能够高速旋转。这一特殊要求将给此辅助夹具的设计带来相当大的困难,暂考虑以同样的三爪卡盘来夹紧工件的另一侧。由于深孔加工对刀具的特殊要求,刀具在加工时需要一个导航设备,以避免刀具在加工时产生较大的偏移。经这样考虑,辅助夹具和导航设备的安装又将是另一难题。若将此两个设备以前后顺序安装于同一板垫上,则或多或少会影响加工精度。现在来考虑加工两端面孔。我们要求两端面孔要同时加工,这样不仅可以提高工作效率,对两端孔的中心线的合一也能够很好的解决,避免了先后加工两端面孔时由于拆卸工件所带来的认为误差。由于这一要求,所以对夹具的设计要进行一番考虑。现设计夹具为臂杆式,左右各一个,如“T”型状,利用液压缸夹紧,简图如下。10图 2.2 夹具简图综上所述,方案一需消耗人力,才力和资源比较大,成本高,方案实行比较困难.B 先加工两端面孔再加工深孔路线两端面孔的加工要求同步进行,并在同时间内完成加工任务,在刀具设计方面同上一方案。现在来考虑加工深孔。深孔加工要求工件高速旋转,上一方案考虑用三爪卡盘夹紧两端面里带动工件完成高速运转。此方案在实际亦不可行,现由于工件两端面孔已经加工完成,故可考虑用顶针顶住工件左端面孔,依靠机床结构对工件向左的紧压力所产生的摩擦力带动工件高速运转。根据工件右端面孔的特征,可以设计一个刀具导向套,利于机床部件运动给工件一个向左的压紧力,此刀具导向套简图如下所示。图 2.3 刀具导向套简图这样便可以成功地解决工件高速运转所带来的夹具设计困难问题。此方案不仅方便可行,而且成本低,运用合理,完全能够满足加工要求 3。2.3.5 刀具与夹具的比较 刀具两种方案对刀具的要求是统一的,故不论是哪种方案,其刀具的设计是完全一样的,勿需比较。 夹具方案一所需要的夹具,在加工两端面时与方案二是一样的,但在加工深孔时,夹具的11设计比较困难,成本较高,较难实现。方案二所需的夹具在加工深孔时比较容易,设计简单,成本低,可以顺利达到工件的加工要求。2.3.6 工序的集中与分散同一工件,同样的加工内容可以安排两种不同的形式的工艺规程:一种是工序集中,另一种是工序分散。集中工序有帮助保护各加工面间的相关地位精确度要求,有效于使用高效率机床,节约装配工件的长度,减弱工件的搬动来回。分散工序可让每个工序采取的设备和夹具比较容易,对刀也比较简单,对操作工人的层次要求比较少。采用高效自动化机床,以工序集中的形式组织生产,除了具有上述工序集中的优点以外,生产适应强,因而虽然设备价格昂贵,但仍然受到愈来愈多的重视.综上所述,此次加工采用的是工序集中的工艺规程.2.3.7 确定加工工艺路线根据上述内容,对各种方案的比较,选用先加工两端面孔再加工深孔这一方案比较合理,也比较科学,这一方案不仅降低了生产成本,提高了生产效率,同时也容易完成加工任务.工艺路线简图如下图所示. 钻 两 端 面 孔 钻 深 孔 图 2-3 加工工艺路线简图123 进给系统设计3.1 确定传动方式机械部件中我们经常用的是螺旋传动、齿冷传动、同步带、和各种非线性传动部件等。它的功能主要的是传输转矩和转速,实际上说就是一种转矩和转速变化器。目的是使执行机构和负载之间获得最佳匹配方面的转矩和转速。机械传动部分的传动类型、传输模式、刚度和传输可靠性的机电一体化系统的准确性、稳定性和快速响应有显著的影响,应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运行平稳、传递转矩大的传动部件。丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用于将旋转运动转换成线性运动或直线运动转换成旋转运动。螺杆螺母机构滑动摩擦和滚动摩擦的点。滑动丝杠螺母机构,结构简单,易于加工,制造成本低,具有自锁功能。但摩擦阻力,传动效率低。滚动丝杠螺母机构虽然结构复杂,制造成本高,但其最大的优点是摩擦阻力小,传动效率高,因此在机电一体化系统中得到广泛应用。在本设计中工作台行程的直线运动导轨,主体,以传递运动,需要更高的传输精度和紧凑的,所以使用的进给丝杠螺母驱动机构。3.2 联轴器的选用联轴器主要用来联接不同部件之间的两根轴,使其一同回转并传递转矩。可分为两大类弹性联轴器刚性联轴器和联轴器。挠性接头,根据划分是否弹性元件的非弹性和弹性元件弹性联轴器的弹性联轴器元件。弹性套柱销联轴器加工简单,装拆方便,成本较低,可以补偿综合位移,具有一定的缓冲和吸震能力,适用于正反转或启动频繁的传递中。此次设计中选用弹性套柱销联轴器。它属于非金属弹性元件挠性联轴器。其构造与凸缘联轴器相似,只是用装有弹性套的柱销代替了联接螺栓。弹性套的变形可以补偿两轴的径向位移和角位移。3.3 导轨形式的确定(选用和载荷计算)3.3.1 选用机电一体化系统对导轨的基本要求是导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化小以及结构工艺性好等。按接触面的摩擦性质可分为:A. 滑动导轨副:滑动导轨机构简单,阻尼系数大,刚度大;但易产生低速爬行现象,易磨损。滑动导轨是金属对金属型式,目前在数控机床上很少采用。摩擦系数较大,而且变化范围也大,对于精度高的工件加工心有余而力不足。承载能力中等。接触刚度高。滑动导轨一般仅用于普通精度的机床。数控机床已不采用。13B. 滚动导轨副:直线滚动导轨由导轨和滑块两部分组成。导轨通常为两根,装在支撑件上,每根导轨上有 2 个滑块,固定在移动件导轨体上。 直线滚动导轨副的工作原理就是滑块中装有四组滚珠,在导轨条的滑块的断点,就经合成树脂制造的端面挡板和滑块中的回珠孔回到另一端,经另一端端面挡板再进入循环。四组滚珠各有自己的回株孔,分别处于滑块的四角。四组滚珠和滚道相当于四个直线运动角接触滚珠轴承。接触角为 45 度时,四个方向具有相同的承载能力。C. 液体静压导轨:无磨损,无静摩擦,无低速爬行现象,阻尼系数大;但设计、制造、使用较复杂。D. 气浮导轨:无磨损,无静摩擦,无低速爬行现象,无需回行管道,不产生污染;但刚度小,阻尼系数很小,容易引起振荡。此次设计中选用滚动导轨副。3.3.2 载荷计算垂直载荷为 Fz=1200N,取计算导轨的静安全系数 ,代入式 ,计0.4fSLPCfSL/0算出为导轨的基本静额定载荷;工作载荷:(3.1)3642)0841(5.0FPNC56根据计算结果查有关资料初选导轨: CDA依据速度 v=5.84 m/min 和选定导轨的基本动额定载荷验算导轨的工作寿命 :Ln(3.2)hvPLn2015608.15/7)(33)(3.4 滚珠丝杆的机械特性的设计计算滚珠丝杠被认为是如今所有机床进给的主要传动装置,以其长使用、高强度、高效果、高灵活度、无间隔等明显优点而得以宽泛使用,成为各种机床的关键配合部分,并已实现了好通用,标准好。数控机床,以满足进给速度高,定位精度高,稳定性高,响应速度快的要求,必须选择滚珠丝杆,并进行必要的验算。14表 3 -1 滚珠丝杠的计算列表说明 备注1.1 额定动载荷 在轴向载荷 Fa 以较高速运转 转。其61090%的滚珠丝杆副不产生疲劳剥落,此时的 Fa 即为 Ca,1.2 额定静载荷滚珠丝杆副在静止或者转速较低状态下,承受最大接触应力的滚珠和滚珠接触面的塑性变形量之和为钢珠直径的十万分之一的轴向载荷13 回转寿命 L 709362163awFfCL式中 L回转寿命额定动载荷 a Na18轴向载荷 F724载荷系数 wf .wf1轴向载荷寿命1.4 时间寿命 nLh60式中 年回转寿命5.13N转速=5.84 ,r/min见尺寸规格表)(103NfFLnCacamhm式中 预期工作时间,Hh普通机械 5L普通机床 10h数控机床 2精密机床 hL2 按预期工作时间确定预期额定动载荷测试机床 15015航空机床 10hL续表 3-1 说明 备注精度系数af精度 1.2.3 0.1af4.5 0.97 0.810 0.8可靠性系数,一般cf 1cf载荷系数w无冲击平稳 2.1wf轻微冲击 5.拌有冲击,震动当量转速 ,r/min, mn 92.minaxnm3.按预期工作时间确定预期额定动载荷 Cam当量载荷 ,N, FNF487632inax3.1 滚珠丝杆螺母间的预加负荷NmP1653式中 当量载荷 ,NF当轴向载荷不能确定时取 108aPCF过大,影响寿命及摩擦力矩增大;过小,会出现轴向间隙,影响定位精度3.2 对预拉伸滚珠丝杆副的行程补偿值 C 和预紧3.2.1 滚珠丝杆轴在制造时,可提出目标行程的行程补偿 C, mttLua3541式中 温度变化值,一般取3t 2滚珠丝杆副的有效行程,u 18a丝杆膨胀系数为 60.C16续表 3-1 说明 备注3.22 滚珠丝杆副安装时丝杆的拉伸力 NtdEdtaLAFtpl 4539.1422式中 滚珠丝杆的温升,一般取 3t滚珠丝杆螺纹底径,2dm9.27E弹性模量, 25/10.NE全长总修正量,tLtaLst,丝杆在两支撑轴间距离,s3954滚珠丝杆副的极限转速和允许转速4.1极限转速 min)/(rcmin)/(102602rLdfAEIkbbc 式中 k 安全系数,一般去 0.8安装间距 35mmbLA丝杆横截面积 611mm滚珠丝杆螺纹底径 27.9mm2dI丝杆最小截面惯性矩 29728mmE弹性模量材料密度、 表示与支撑形式有关的系数f固定自由 875.14.3f支持支持 29固定支持 .1.f固定固定 703.4高速运转时,避免产生震动现象17续表 3-1说明 备注4.2 允许转速 min)/(axrN式 D滚珠丝杆的公称直径,20637max32mm3.5 滚珠丝杆副的选用综合上述所选主要技术参数,根据滚珠丝杠产品样本,即可确定所选滚珠丝杠副型号规格 3207-4。图 3-1 滚珠丝杠3.6 滚珠丝杆的验算(1) 刚度验算滚珠丝杠副在工作载荷 F=7284N max 和扭矩 M1 共同作用下,所引起的螺纹每米导程变形总误差 按下式计算 :3max10)510(GIMEAFK(3.3)18式中:A丝杠截面积, rdA241mG丝杠材料剪切弹性模量,对钢 2/80NGK安装方式系数(固定自由:K=1 ;固定固定:K=0.25)。验算不等式为: (300mm 单一导程变动量 )。30V(2) 效率验算(3.4)%90)(1tg式中:丝杠螺纹螺旋升角; =arctg为摩擦角。如上述验算不满足要求,需另选其它型号,重复以上步骤,直至满足要求为止。丝杠受工作负载引起的导程变化量很小,可忽略不计。就不在具体计算总长变形量、滚道接触变形量、轴承轴向变形量了 10。3.7 步进电机的选用A 步进电机的分类及优缺点步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的,每当电机绕组接收一个脉冲,转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比,在时间上与输入脉冲同步。因而,只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可得到所需转动的速度和方向。步进电机有反应式、永磁式和混合式三种类型。步进电机的主要特性指标:步距角、最高启动频率、最高连续工作频率等。步进电机的主要特性:1 步进电机必须加驱动才能运转,动力来源必须是脉冲号码,没有脉冲的时候,步进电机关闭,当加入合理的脉冲信源,就会转动一定角度。转动的速度和脉冲的频率成一定关系;2 步进电机的步进角度为 7.5 度,一圈 360 度,需要 48个脉冲实现;3 步进电机含有瞬时启动并且快速停住的好处;4 为实现改变转动方位可以改变脉冲顺序。步进电机有其独特的优点,归纳起来主要有:1)步矩值不受各种干扰因素的影响 2)误差不长期积累 3)控制性能好B 伺服电机的分类及优缺点直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。所以区分步进电机与伺服电机的依据条件主要视具体应用情况而定,简单地说要确定:负载的性质(如水平还是垂直负载等) ,转矩、惯量、精度、加减速等要求,上位控制条件(如对端口界面条件和通讯方面条件的使用条件) ,主要控制形式是方位、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源,或者是电池供电,电压范围。以此为依据来确定电机和配用驱动器或控制器的型号。还可以按照下表区别选择步进系统还是伺服系统(步进电机的负荷及扭矩计算):19表 3-2步进电机系统 伺服电机系统小扭矩范围扭矩(20Nm 的普遍以下)小,中,大,全范围低转速范围内(通常在不到2000RPM,高扭矩电机小于1000RPM)高(可达 5000RPM) ,直流伺服电机和 1 至 20000 转/ 分钟控制方式 主要是位置控制 多元化智能控制,位置/速度/转矩模式平滑性 低速振动(但与驱动器的子类型可以显着改善)好,运行平滑精度 一般较低,细分型驱动时较高 高矩频特性 高速时,力矩下降快 力矩特性好,特性较硬过载特性 过载时会失步 可 310 倍过载(短时)反馈方式 的开环控制,也可以被连接到编码器,以防止失步闭环方式,编码器反馈编码器类型 光电旋转编码器(增量/绝对) 旋转变压器型旋转变压器型 一般 快温升 运行温度高 一般维护性 基本可以免维护 较好价格 低 较高所以考虑到这次设计的要求,为了在不影响工作精度条件下,我选择了步进电机。表 3-3 步进电机计算列表说明 备注5电机选择51 外部载荷所产生的摩擦力锯 pT=9696 式中 轴)(2mNFalTpMaF向载荷, =7284NWa切削力, 7224N工作台总重量,1200NN摩擦系数 0.05(滑动或滚珠)导程,418mml20续表 3-3说明 备注5.2 预紧力产生的摩擦力矩 DTMNmlFTPD 30.1)(10232式中 预紧力,1618Np导程,0.418ml预紧滚珠杠副的效率(0.850.9)5.3 支承轴承产生的摩擦力矩查阅轴承样本5.4 加速度产生的负荷扭矩 jT当电机转速从 升至 时: 1n2)(780360)(22mNtjTa当电机从静止升至 时: axnmaxax50862tNjT式中 j加在电机上的惯性矩, 97202mkg电机最高转速,35 r/minmaxn加速时间, 2st5.5 电机总扭矩 mT2653N.MbjDPmTT通常将 限制在电机输出功率的10%30%左右,尤其是选用小电机时更要注意11215.6 进给系统的刚度)/(mNK 43211KK式中 滚珠丝杠的轴向刚度, mN/螺母的轴向刚度,2 /支承轴承的轴向刚度,3K所以步进电动机型号选择为 05110BHYG3.8 传动系统的结构设计3.8.1 螺母螺母的工作原理是采用螺母和螺栓之间的摩擦力进行自锁的。但是在动载荷中这种自锁的可靠性就会降低。在一些重要的场合我们就会采取一些防松措施,保证螺母锁紧的可靠性。其中用锁紧螺母就是其中的一种防松措施。 锁紧螺母也有两种,一种是用两个一样的螺母拧在同一支螺栓上,在两个螺母之间附 加一个拧紧力矩,使得螺栓连接可靠。 另一种是专用的防松螺母,需要和一种可以防松垫片一起使用。专用的防松螺母不是六角螺母,而是一中圆螺母,在螺母的圆周上开有 6 个缺口,这六个缺口既是拧紧工具的着力点,又是防松垫片卡口的卡入处。13 第二种防松方式比第一种更可靠,但是结构相对复杂。这次设计我们选用第 2 种方案3.8.2 活灵座22图 3.2 活灵座主轴箱上电机只带动主轴旋转,和进给运动无关联,所以我们用到了活灵座,起连接丝杆与进给的桥梁。活灵座固定丝杆的螺母,一头固定在滑台上,丝杆轴向固定,旋转时带动螺母和活灵座再带动滑台,实现进给运动。数据显示:长 90mm宽 98mm高 112mm表面粗糙度为 0.83.8.3 轴承座轴承座顾名思义就是轴承的支撑座。轴承座的作用是稳定轴承及其所连接的回转轴,确保轴和轴承内圈平稳回转避免因承载回转引起的轴承扭动或跳动!螺孔是上轴承盖的。23图 3.3 轴承座3.8.3.1 轴承 滚动轴承的种类、类型及尺寸是多种多样的。为使机械装置发挥出预期的性能,选择最适宜的轴承是非常关键的。选它,我们分析多个原因,从各种角度评审选择轴承的条件,并无特殊规格,但一般顺序如下:(1)掌握机械物件和轴承的要求(2)明确对轴承的使用环境(3)选定轴承的类型(4)选定轴承配置方式(5)选定轴承尺寸(6)选定轴承规格(7)选定轴承的安装方法 3.8.3.2 轴承的使用条件与环境条件 正确把握轴承在机械装置的使用部位及使用条件与环境条件是选择适宜轴承的前提。为之,需要取得以下几个方面的数据和资料:(1)机械装置的功能与结构(2)轴承的使用部位(3)轴承负荷(大小、方向)24(4)旋转速度(5)振动、冲击(6)轴承温度(周围温度、温升)(7)周围气氛(腐蚀性,清洁性,润滑性) 3.8.3.3 轴承配置方式的选择通常,轴是以两个轴承在径向和轴向进行支撑的,此时,将一侧的轴承称为固定侧轴承,它承受径向和轴向两种负荷,起固定轴与轴承箱之间的相对轴向位移的作用。将另一侧称之为自由侧,仅承受径向负荷,轴向可以相对移动,以此解决因温度变化而产生的轴的伸缩部题和安装轴承的间隔误差。对于固定侧轴承,需选择可用滚动面在轴向移动(如圆柱滚子轴承)或以装配面移动(如向心球轴承) 的轴承。在比较短的轴上,固定侧与自由侧无甚别的情况下,使用只单向固定轴向移动的轴承(如向心推力球轴承)。 3.8.3.4 轴承类型的选定 选择轴承类型时,全面掌握轴承的使用条件是至关重要的。下表列出了主要的分析项目: 表 3-4 轴承类型选择应注意问题分析项目 作用 选择方法1)轴承的安装空间能容纳于轴承安装空间内的轴承型由于设计轴系时注重轴的刚性和强度,因此一般先确定轴径,即轴承内径。但滚动轴承有多种尺寸系列和类型,应从中选择最为合适的轴承类型。2)负荷轴承负荷的大小、方向和性质 轴承的负荷能力用基本额定负荷表示,其数值载于轴承尺寸表轴承负载的变化,如负载的大小,是否只有径向负荷,轴向负荷是单向的或双向的,所以振动或冲击的程度。在考虑这些因素后,再选择最合适的轴承类型。一般来说,相同内径的轴承的径向负荷能力按下列顺序:深沟球轴承角接触球轴承圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 调心滚子轴承3)转速能适应机械转速的轴承类型 轴承转速的界限值基准用极限转速表示,其数值载于轴承尺寸表轴承的极限转速不仅取于轴承类型还限于轴承尺寸、保持架型式、精度等级、负荷条件和润滑方式等,因此,选择时必须考虑这些因素。下列轴承大多用于高速旋转:深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承续表 3.4分析项目 作用 选择方法4)旋转精度具有所需旋转精度的轴承类型 轴承的尺寸精度和旋转精度已由 GB 按轴承类型标准化了机床主轴、燃汽轮机和控制机器分别要求高旋转精度、高转速和低摩擦,这时应该使用 5 级精度以上的轴承。一般使用下列轴承:深沟球轴承、接触球轴承、圆柱滚子轴承5)刚性 能满足机械轴系所需刚性 在机床主轴和汽车末级减速装置等部位,在提高轴25的轴承类型轴承承受负荷时,滚动体与滚道的接触部分会产生弹性变形。 “高刚性” 是指这种弹性变形的变形量较小的刚性的同时,还必须提高轴承的刚性。滚子轴承承受负荷生的变形比球轴承小。对轴承施加预紧(负游隙) 可以提高刚性。该方法适用于角接触球轴承和圆锥滚子轴承。6)内圈与外圈的相对倾斜分析使轴承内圈与外圈产生相对倾斜的因素(如负荷引起的轴的挠曲、轴及外壳的精度不良或安装误差),并选择能适应这种使用条件的轴承类型。如果内圈与外圈的相对倾斜过大,轴承会因产生内部负荷造成损伤。因此应选择可以承受这种倾斜的轴承类型。一般来说,允许倾斜角( 或调心角) 按下列顺序递增:圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、深沟球轴承(角接触球轴承) 、调心滚子(球) 轴承7)安装与拆卸定期检查等的装拆频度及装拆方法装拆频繁时,使用内圈与外圈可分离的圆柱滚子轴承,滚针轴承及圆锥滚子轴承较为方便。圆锥孔调心球轴承及圆锥孔调心滚子轴承通过使用紧固件或退卸套可便于装拆。123.8.3.5 轴承结构的选定 机械的类型不一样,轴承的使用条件会有差别,对其性能要求也不尽相同,但一般来说,一根轴上使用的轴承不少于两个。为了便于轴向定位,使用时将一个轴承用作固定端轴承,其余则用作自由端轴承。下表列出了固定端与自由端轴承结构的选择。表 3-5 轴承结构内容 适用的轴承型式固定端轴承用于使轴承轴向定位及固定选用可同时承受径向与轴向负荷的轴承为承受双向轴向负荷,安装时还需要根据轴向负荷的大小考虑相应的强度。深沟球轴承 组合角接触球轴承 双列角接触球轴承 调心球轴承 带挡边圆柱滚子轴承(NUP 型、NH型) 双列滚子轴承 调心滚子轴承固定端轴承用于使轴承轴向定位及固定选用可同时承受径向与轴向负荷的轴承为承受双向轴向负荷,安装时还需要根据轴向负荷的大小考虑相应的强度。深沟球轴承 组合角接触球轴承 双列角接触球轴承 调心球轴承 带挡边圆柱滚子轴承(NUP 型、NH型) 双列滚子轴承 调心滚子轴承续表 3.5内容 适用的轴承形式26不分固定端与自由端时在轴承间距小、轴伸缩的影响不大时,将可承受轴向负荷的两个角接触球轴承或圆锥滚子轴承等正面或背面配置使用。用螺母或垫片调安装后的轴向游隙。深沟球轴承 角接触球轴承调心球轴承 圆柱滚子轴承(NJ 型、NF 型 )圆锥滚子轴承 调心滚子轴承用于立轴时固定端选用可同时承受径向负荷与轴向负荷的轴承。轴向负荷的轴承轴向负荷较大时,将推力轴承与向心轴承并用。同样自由端选用只可承受径向负荷的轴承,以避让轴的伸缩。固定端组合角接触球轴承(背面组合)双列圆锥滚子轴承(37000 型)推力轴承与向心轴承并用 133.8.3.6 轴承的安装 轴承属于精密的机械部件,在安装前请勿打开包装,避免生锈。对已经脂润滑的轴承及双侧具油封或防尘盖,密封圈轴承可直接安装,不必清洗。轴承的安装过程中,必须掌握一个原则,即只能通过相应套圈来传递安装力或力矩。 A.压入配合使轴承内圈与轴紧配合,外圈与轴承内孔松动适合相比,可用压力机把轴承压在轴上面,然后一起把他们压入轴套子里面,压装时在轴承内圈垫上一层用金属做的装备套筒,必须是金属的。轴承外圈与轴承孔紧配合,内圈与轴松动适合相比,我们先把轴承压进套筒里面啊,这个时套筒的直径可能小一点啊。如果轴承套圈与轴和轴承座孔紧,安装时要同时压进去外圈和内圈啊,装配套管的结构应能够一起压紧两端的端面。 B.加热配合俗称热套我们先加热轴承或者轴承座,使用金属的热胀冷缩来实现装配。紧配合转变为松配合。是一种非常常见的方法。这种方法是用过盈量过多的安装,热装前把轴承或者要装配的套圈放入油箱中加热到 80-100,然后从油中取出赶快装到轴上,为了防止冷去后出现装配不紧轴承的的冷却可以重新轴向紧固。轴承外圈与轻金属轴承紧配合,使用加热设备轴承的热方法,可避免表面的划痕。在油箱加热轴承时,在距箱底一定长度处应有一网栅,用钩子拉着轴承,轴承不能挨着箱底上面,怕杂质进去和不均匀加热,油箱中肯定有温度计,严厉控制油的温度不得超过 100,怕发生回火是硬度降低。 C.推力轴承的安装 推力轴承的与轴的配合一般为过渡一起,座圈与轴承座孔的配合一般是间隙配合,27因此这种轴承简单安装,双向推力轴承的中轴应在轴上固定,用来防止相对于轴转动。轴承的安装方式,一般来说是轴旋转的可能比较多,为此内圈与轴的配合必须是过赢配合,轴承外圈与轴承室的配合那是间隙配合。 3.8.3.7 轴承运转检查 轴承安装好后要进行检查,应保证轴承安装到位,旋转灵活,无卡滞现象,如轴承安装不当,会使轴承温度迅速上升而损坏,甚至发生轴承卡死断裂等重大事故。 3.8.3.8 轴承的使用和保管 (1)在轴承使用时,保持周围环境的洁净,不要粘上手汗和污物。规定由熟悉轴承的人员使用,特别需要小心伤、压痕、欠损等。为保证轴承的使用性能,应根椐设备的作业标准,定期对轴承进行维护、保养和检修,内容包括监控运行状态、补充润滑剂、定期拆卸检查。(2)轴承不得直接在地上储存(需离地 30cm 以上),避免直射光线和阴冷的墙壁。为了防止生锈,保管在温度 20左右、湿度 65以下的环境中,轴承放置在酸性空气中,容易生锈、变色,要用手套、木棉回丝擦拭轴承、轴、外壳,垃圾进入轴承内部和配合部分是发生异常的原因,因此需要注意 14。3.8.4 拖板图 3.4 拖板尺寸图简单的说拖板就是支撑工件,工作台和传递进给中介的作用。由于滚珠丝杆的进给,带动了活灵座的运动,活灵座通过与滑台间螺母带动一起运动。数据:长 480mm28宽 369mm高 45mm表面粗糙度为 0.83.8.5 丝杆夹具图 3.5 丝杆夹具尺寸图 作用 1 支撑丝杆2 调整丝杆的平行度3 起电机给齿轮的传递与滚珠丝杆转动的桥梁支撑作用并母作用 1 固定旋转轴2 调整中心度3 支撑作用3.9 进给系统图29如图 3.6 所示双头钻床系统的进给系统装备图。图 3.6 进给系统装备图304 夹具设计此次毕业设计为摩托车减震器(上图所示),其材料为铸铝,硬度为 HBS8389,加工部位及要求为:技术要求见零件图,要求生产纲领为年产量 5 万件,单班制生产。机床夹具应满足的基本要求包括下面几方面:(1) 保证加工精度 这是必须做到的最基本的要求。其关键是正确的定位、夹紧和导向方案,夹具制造的技术要求,定位误差的分析和验算。(2) 夹具的总体方案应与年生产纲领相适应 在大批量生产时,尽量采用快速、高效的定位、夹紧机构和动力装置,提高自动化程度,符合生产节拍要求。在中、小批量生产时,夹具应有一定的可调性,以适应多品种工件的加工。(3) 安全、方便、减轻劳动强度 机床夹具要有工作安全性考虑,必须时加保护装置。要符合工人的操作位置和习惯,要有合适的工件装卸位置和空间,使工人操作方便。大批量生产和工件笨重时,更需要减轻工人的劳动强度。(4) 排屑顺畅 机床夹具中积集切屑会影响到工件的定位精度,切屑的热量使工件和夹具产生热变形,影响加工精度。清理切屑将增加辅助时间,降低生产率。因此夹具设计中要给予排屑问题充分的重视。(5) 机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性 机床夹具设计时,需方便制造、检测、调整和装配,有利于提高夹具的制造精度。4.1 被加工零件的加工要求根据选定的工艺方案制定工序图,表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容,加工部位尺寸,精度,表面粗糙度及技术要求,加工用定位基准,夹压部位和被加工零件的材料使用,重量和在这道工序加工前半成品图纸。它不能来自用户的产品图纸代替,而肯定在原零件图的来源上,显出本机床或自动线的加工内涵,加上必要的说明而绘制的。它是组合机床设计的主要依据,也是制造,使用,检验和调整机床的重要技术文件。图上应表示出:(1) 被加工零件的形状和轮廓尺寸以及本机床设计有关的部位的机构的形状及尺寸。尤其是当须要设置中间导向套时,应表示出零件内部的筋,壁不置及有关结构的形状以尺寸,以便检查工件,夹具,刀具是否发生干涉。(2) 加工用定位基准,夹压部位及夹压方向,以便依此进行夹具的定位支承(包括辅助定位支承) ,限位,夹紧,导向系统的设计。(3) 本道工序加工部位的尺寸,精度,表面粗糙度,形状位置尺寸精度及技术要求,还包括本道工序对前道工序提出的要求(主要是指定位基准) 。(4) 必要的文字说明。如被加工零件的编号,名称,材料,硬度,重量及加工部位的余量等。本次毕业设计零件加工要求深孔直径 26,深孔表面粗糙度 0.2,深孔面与端面的垂直度 0.052。工件左端面用固定锥销顶住,限制了工件的 3 个自由度,即 X,Y ,Z 轴的
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