SK40立式数控铣床设计-主轴部件设计【含10张CAD图纸、说明书】
目 录摘 要 IAbstract .II第 1 章 绪论 11.1 数控技术及数控加工的基本概念 .11.2 数控机床的组成与分类 .21.3 数控机床的特点与数控机床的发展方向 .41.4 SK40 主轴与刀柄简介 .4第 2 章 SK40 立式数控铣床主传动系统方案的确定 62.1 立式数控铣床主传动系统简介 .62.2 对立式数控铣床主传动系统的要求 .62.3 主传动的类型及方案选择 .7第 3 章 电机的选择 93.1 确定主轴传动功率 .93.2 电机的选择 .103.3 主轴的变速过程 .11第 4 章 主轴系统参数计算及部件设计 124.1 主传动变速系统主要参数计算 .124.1.1 计算切削功率 .124.1.2 计算主传动功率 .134.1.3 变速级数 Z 的确定 .134.2 主轴组件设计 .134.2.1 概述 .134.2.2 主轴结构设计 .144.2.3 主轴强度的校核 .194.3 轴承的设计 .234.3.1 概述 .234.3.2 轴承的类型选择 .234.3.3 轴承游隙等级的选择 .244.3.4 轴承的寿命计算 .244.3.5 轴承布局 .244.3.6 轴承装置的设计 .25第 5 章 主轴的加工工艺设计 295.1 主轴加工工艺的主要内容 .295.2 对电主轴进行工艺分析 .295.3 电主轴的工艺路线设计 .305.3.1 工序的划分 .305.3.2 工步划分 .305.4 电主轴加工工序设计 .305.5 制定加工工艺卡 .31参考文献I摘 要本 文 介 绍 了 立 式 数 控 铣 床 的 一 些 基 本 概 况 , 简 述 了 机 床 主 传 动 系 统 方 面 的 原 理 和 类 型 , 分 析 了 各 种 传 动 方 案 的 机 理 。 立 式 数 控 铣 床 主 传 动 系 统 包 括 了 主 轴 电 动 机 、 主 轴 传 动 系 统 和 主 轴 组 件 三 部 分 组 成 。 本 文 详 细 介 绍 了 立 式 数 控 铣 床 主 传 动 系 统 的 设 计 过 程 , 该 立 式 数 控 铣 床 主 轴 变 速 箱 是 靠 齿 轮 进 行 传 动 的 , 主 轴 箱 传 动 系 统 采 用 齿 轮 传 动 , 传 动 形 式 采 用 集 中 式 传 动 , 主 轴 变 速 系 统 采 用 多 联 滑 移 齿 轮 变 速 。 齿 轮 传 动 具 有 传 动 效 率 高 , 结 构 紧 凑 , 工 作 可 靠 、 寿 命 长 , 传 动 比 准 确 等 优 点 。 文 中 介 绍 了 立 式 数 控 铣 床 主 传 动 系 统 各 种 传 动 方 案 优 缺 点 的 比 较 、 主 传 动 方 案 的 选 择 和 确 定 、 主 传 动 变 速 系 统 的 设 计 计 算 、 主 轴 组 件 的 设 计 、 轴 承 的 选 用 及 润 滑 、 关 键 零 件 的 校 核 等 设 计 过 程 。 关 键 词 : 立 式 数 控 铣 床 ; 主 传 动 系 统 ; 主 轴 组 件 ; 主 轴 电 动 机 IIAbstractThis text introduces the sign type number to control some basic general situations of the miller, Chien says the tool machine lord to spread the principle and types of move the systems, analyzing various mechanism that spreads to move the project.The sign type number controls the miller lord to spread to move the system to include the principal axis electric motor, principal axis to spread to move the system and the principal axis module three partses to constitute.Detailed introduction of this text the sign type number controls the design process that the miller lord spreads to move the system, should the sign type number control the miller principal axis to become soon the box is to is carry on by wheel gear to spread to move of, the principal axis box spreads to move the system adoption wheel gear to spread to move, spreading to move the form adoption concentration type to spread to move, the principal axis become soon many of the system adoption slip to move the wheel gear to become soon.The wheel gear spreads to move to have to spread to move the efficiency high, the structure tightly packed, work credibility, the life span is long, spreading to move than accurate etc. advantage.It introduced the sign type number to control the miller lord to spread to move various comparison, lord that spreads to move the project merit and shortcoming of system to spread in the text the choice and assurance, lords of move the projects spread to move to become soon system of design, bearings of design calculation, the principal axis module choose the control of the school pit, and the principal axis electric motor of use the lubrication, the key spare parts etc. the design process.Key words: The sign type number controls the miller;The lord spreads to move the system;Principal axis module;Principal axis electric motor.1第 1 章 绪论1.1 数控技术及数控加工的基本概念1、 数 控 技 术 数 控 技 术 是 本 世 纪 中 期 发 展 起 来 的 机 床 控 制 技 术 , 是 用 数 字 信 息 对 机 械 运 动 和 工 作 过 程 进 行 控 制 的 技 术 。 数 控 装 备 是 以 数 控 技 术 为 代 表 的 新 技 术 对 传 统 制 造 产 业 和 新 兴 制 造 业 的 渗 透 行 程 的 机 电 一 体 化 铲 平 , 即 所 谓 的 数 字 化 装 备 1。 (1)数 控 与 数 控 机 床 数 字 控 制 (Numerical Control, 简 称 NC) ,国 家 标 准 定 义 为 : 是 用 数 字 化 信 号 对 机 床 的 运 动 及 其 加 工 过 程 进 行 控 制 的 一 种 方 法 2。 定 义 中 的 机 床 , 不 仅 指 金 属 切 削 机 床 , 还 包 括 其 他 各 类 机 床 , 如 线 切 割 机 床 等 。 数 控 机 床 (Numerical Control Machine Tools) 是 技 术 密 集 度 及 自 动 化 程 度 很 高 的 机 电 一 体 化 加 工 装 备 。 简 单 地 说 就 是 采 用 了 数 控 技 术 的 机 床 , 或 者 说 是 装 备 了 数 控 系 统 的 机 床 3。 国 际 信 息 处 理 联 盟 (Internaional Federationof Information Proceccing, 简 称 IFIP)第 五 技 术 委 员 会 对 数 控 机 床 作 了 如 下 定 义 : 数 控 机 床 是 一 种 装 有 程 序 控 制 系 统 的 机 床 , 该 系 统 能 逻 辑 地 处 理 具 有 特 定 代 码 和 其 他 符 号 编 码 指 令 规 定 的 程 序 。 (2)数 控 系 统 数 控 系 统 (NC System) 就 是 上 诉 定 义 中 所 指 的 那 种 程 序 控 制 系 统 4 , 它 是 逻 辑 地 处 理 驶 入 到 系 统 中 具 有 特 定 代 码 的 程 序 , 并 将 其 译 码 , 从 而 使 机 床 运 行 并 加 工 零 件 。 数 控 系 统 在 本 质 上 是 一 台 计 算 机 。 在 硬 件 方 面 , 它 经 历 了 电 子 管 、 晶 体 管 、 小 规 模 集 成 电 路 、 微 处 理 机 到 当 前 PC 结 构 的 五 代 发 展 ; 在 体 系 结 构 上 , 经 历 了 硬 件 数 控 系 统 (NC) 、 计 算 机 数 控 (CNC ) 、 到 目 前 的 PC 数 控 (PC-NC)三 个 阶 段 5。 2、 数 控 加 工 数 控 加 工 技 术 是 20 世 纪 40 年 代 后 期 为 适 应 加 工 复 杂 外 形 零 件 而 发 展 起 来 的 一 种 自 动 化 加 工 技 术 。 数 控 加 工 就 是 用 数 控 机 床 加 工 零 件 的 方 法 。 数 控 加 工 是 2伴 随 数 控 机 床 的 产 生 、 发 展 而 逐 步 完 善 起 来 的 一 种 应 用 技 术 , 它 是 人 们 长 期 从 事 数 控 加 工 实 践 的 经 验 总 结 。 1.2 数控机床的组成与分类1、 数 控 机 床 的 组 成 数 控 机 床 的 种 类 很 多 , 但 是 任 何 一 种 数 控 机 床 都 主 要 由 数 控 系 统 、 伺 服 系 统 和 机 械 系 统 组 成 。 (1)数 控 系 统 数 控 系 统 是 数 控 机 床 的 核 心 , 是 数 控 机 床 的 “ 指 挥 系 统 ” 。 数 控 系 统 通 常 是 一 台 带 有 专 门 系 统 软 件 的 专 用 微 型 计 算 机 。 (2)伺 服 系 统 伺 服 系 统 ( 或 称 驱 动 系 统 ) 是 数 控 机 床 的 执 行 机 构 6, 是 由 驱 动 和 执 行 两 大 部 分 组 成 。 用 于 实 现 数 控 机 床 的 进 给 伺 服 控 制 和 株 洲 伺 服 控 制 。 它 接 受 数 控 装 置 的 指 令 信 息 , 并 按 指 令 信 息 的 要 求 控 制 执 行 部 件 的 进 给 熟 读 、 方 向 和 位 移 。 (3)机 械 系 统 数 控 机 床 的 机 械 系 统 , 除 机 床 基 础 件 意 外 , 有 下 列 各 部 分 组 成 :a、 主 轴 部 件 : 包 括 主 轴 电 动 机 和 主 轴 传 动 系 统 。 b、 进 给 系 统 : 包 括 进 给 执 行 电 动 机 和 进 给 传 动 系 统 。 c、 实 现 共 建 回 转 、 定 位 的 装 置 和 附 件 。 d、 实 现 某 些 部 件 动 作 和 辅 助 功 能 的 系 统 和 装 置 。 e、 刀 库 和 自 动 换 刀 装 置 (Autormatic Tools Changer,简 称 ATC) 7f、 自 动 托 盘 交 换 装 置 ( Autormatic Pallet Changer, 简 称 APC) 机 床 基 础 件 或 称 机 床 大 件 , 通 常 是 指 床 身 (或 底 座 )、 立 柱 、 滑 座 和 工 作 台 等 , 它 是 整 台 机 床 的 基 础 和 框 架 8。1、 数 控 机 床 的 分 类 (1)按 工 艺 用 途 分 按 照 工 艺 的 不 同 , 数 控 机 床 可 分 为 数 控 车 床 、 数 控 铣 床 、 数 控 钻 床 、 数 控 镗 床 、 数 控 齿 轮 加 工 机 床 、 数 控 电 火 花 加 工 机 床 、 数 控 线 切 割 机 床 、 数 控 冲 床 3、 数 控 剪 床 、 数 控 液 压 机 等 各 种 工 艺 用 途 的 数 控 机 床 9。 (2)按 运 动 方 式 划 分 按 运 动 方 式 即 刀 具 与 工 件 相 对 运 动 方 式 , 数 控 机 床 可 分 为 : 点 位 控 制 、 直 线 控 制 和 轮 廓 控 制 10。 (3)按 伺 服 系 统 类 型 划 分 按 伺 服 系 统 类 型 的 不 同 , 数 控 机 床 可 分 为 : 开 环 伺 服 系 统 数 控 机 床 、 闭 环 伺 服 系 统 数 控 机 床 和 半 闭 环 伺 服 系 统 时 空 机 床 。 a、 开 环 伺 服 系 统 数 控 机 床 开 环 伺 服 系 统 数 控 机 床 是 一 种 不 叫 原 始 的 数 控 机 床 。 这 类 机 床 的 数 控 系 统 将 零 件 的 程 序 处 理 后 , 输 出 数 据 指 令 给 伺 服 系 统 , 驱 动 机 床 运 动 , 没 有 来 自 位 置 传 感 器 的 反 馈 信 号 11。 最 典 型 的 系 统 就 是 采 用 步 进 电 动 机 的 伺 服 系 统 。 这 类 系 统 的 信 息 流 是 单 向 的 , 即 进 给 脉 冲 发 出 去 以 后 , 实 际 移 动 值 不 再 反 馈 回 来 , 所 以 称 为 开 环 控 制 。 这 类 机 床 较 为 经 济 , 但 加 工 速 度 和 加 工 精 度 较 低 。 b、 闭 环 伺 服 系 统 数 控 机 床 闭 环 伺 服 系 统 数 控 机 床 带 有 检 测 装 置 , 直 接 对 工 作 台 的 位 移 量 进 行 检 测 12。这 类 控 制 系 统 , 因 为 把 机 床 工 作 台 纳 入 位 置 控 制 环 , 故 称 为 闭 环 控 制 系 统 。 该 系 统 可 以 消 除 包 括 工 作 台 传 动 链 在 内 的 运 动 误 差 , 因 而 定 位 精 度 高 、 调 节 速 度 快 。 但 由 于 该 系 统 受 进 给 丝 杠 的 拉 压 刚 度 、 扭 转 刚 度 、 摩 擦 阻 尼 特 性 和 间 隙 等 非 线 性 因 素 的 影 响 , 给 调 试 工 作 造 成 较 大 的 困 难 。 由 于 闭 环 伺 服 系 统 复 杂 和 成 本 高 , 故 适 用 于 精 度 要 求 很 高 的 数 控 机 床 , 如 精 密 镗 铣 床 、 超 精 密 数 控 机 床 等 。 c、 半 闭 环 伺 服 系 统 数 控 机 床 大 多 数 数 控 机 床 是 半 闭 环 伺 服 系 统 , 这 类 系 统 介 于 开 环 和 闭 环 之 间 , 精 度 没 有 闭 环 高 , 调 试 却 比 闭 环 方 便 , 因 而 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 (4)按 数 控 机 床 系 统 的 功 能 水 平 划 分 按 数 控 机 床 系 统 的 功 能 水 平 可 分 为 : 低 档 、 中 档 和 高 档 。 按 控 制 轴 数 和 联 动 轴 数 可 分 为 几 轴 联 动 等 多 种 数 控 机 床 ; 按 数 控 机 床 功 能 多 少 可 分 为 经 济 型 数 控 机 床 和 全 功 能 型 数 控 机 床 等 13。41.3 数控机床的特点与数控机床的发展方向1、 数 控 机 床 的 特 点 数 控 机 床 与 普 通 机 床 比 较 具 有 以 下 特 点 。 ( 1) 自 动 化 程 度 高 。 ( 2) 进 给 传 动 机 构 简 单 。 ( 3) 工 艺 复 合 化 和 功 能 集 成 化 。 ( 4) 具 有 加 工 复 杂 形 状 两 件 的 能 力 。 ( 5) 具 有 高 度 柔 性 , 适 用 性 强 。 ( 6) 加 工 精 度 高 、 质 量 稳 定 。 ( 7) 生 产 效 率 高 。 2、 数 控 机 床 的 发 展 方 向 当 今 数 控 机 床 正 朝 着 以 下 几 个 方 向 发 展 。 ( 1) 高 速 度 、 高 精 度 。 ( 2) 多 功 能 化 。 ( 3) 智 能 化 。 ( 4) 目 前 CAD/CAM 图 形 交 互 式 自 动 变 成 已 得 到 较 多 的 应 用 , 是 数 控 技 术 发 展 的 新 趋 势 。 ( 5) 可 靠 性 最 大 化 数 控 机 床 的 可 靠 性 一 直 是 用 户 最 关 心 的 主 要 指 标 。 ( 6) 控 制 系 统 小 型 化 和 时 空 系 统 小 型 化 便 于 将 机 、 电 装 置 结 合 为 一 体 14。1.4 SK40 主轴与刀柄简介加 工 中 心 的 主 轴 锥 孔 通 常 分 为 两 大 类 15, 即 锥 度 为 7: 24 的 通 用 系 统 和 1: 10的 HSK 真 空 系 统 。 SK 系 列 主 轴 与 刀 具 属 于 锥 度 为 7: 24 的 德 国 DIN 标 准 通 用 系 统 。 SK40 刀 柄 如 图 1.1 所 示 , 各 尺 寸 数 值 见 表 1.1。 图 1.1SK40 刀柄表 1.1 SK40 刀柄尺寸 规 格 D1 D2 D3max D4 D5 D6 L1SK40 44.45 17 48 50 63.55 72.3 68.456第 2 章 SK40 立式数控铣床主传动系统方案的确定2.1 立式数控铣床主传动系统简介主 传 动 系 统 是 用 来 实 现 机 床 主 运 动 的 传 动 系 统 , 他 应 具 有 一 定 的 转 速 和 一 定 的 变 速 范 围 , 以 便 采 用 不 同 材 料 的 刀 具 , 加 工 不 同 的 材 料 、 不 同 尺 寸 、 不 同 要 求 的 工 作 、 并 能 方 便 的 实 现 运 动 的 开 停 、 变 速 、 换 向 和 制 动 等 。 数 控 机 床 主 传 动 系 统 主 要 包 括 电 动 机 、 传 动 系 统 和 主 轴 部 件 , 它 与 普 通 机 床 的 主 传 动 系 统 相 比 在 结 构 上 简 单 , 这 是 因 为 变 速 功 能 全 部 或 大 部 分 主 轴 电 动 机 的 无 极 调 速 来 承 担 , 省 去 了 复 杂 的 齿 轮 变 速 机 构 , 有 些 只 有 二 级 或 三 极 齿 轮 变 速 系 统 用 以 扩 大 电 动 机 无 级 调 速 的 范 围 。 在 主 传 动 系 统 方 面 , 具 有 下 列 特 点 : (1)目 前 数 控 机 床 的 主 传 动 电 机 已 不 再 采 用 普 通 的 交 流 异 步 电 机 或 传 统 的 直 流 调 速 电 机 , 它 们 已 逐 步 被 新 型 的 交 流 调 速 电 机 和 直 流 调 速 电 机 所 代 替 。 (2)转 速 高 , 功 率 大 。 它 能 使 数 控 机 床 进 行 大 功 率 切 削 和 高 速 切 削 , 实 现 高 效 率 加 工 。 (3)变 速 范 围 大 。 数 控 机 床 的 主 传 动 系 统 要 求 有 较 大 的 调 速 范 围 , 一 般 Rn100 , 以 保 证 加 工 时 能 选 用 合 理 的 切 削 用 量 , 从 而 获 得 最 佳 的 生 产 率 、 加 工 精 度 和 表 面 质 量 。 (4)主 轴 速 度 的 变 换 迅 速 可 靠 。 数 控 机 床 的 变 速 是 按 照 控 制 指 令 自 动 进 行 的 , 因 此 变 速 机 构 必 须 适 应 自 动 操 作 的 要 求 。 由 于 直 流 和 交 流 主 轴 电 机 的 调 速 系 统 日 趋 完 善 , 不 仅 能 够 方 便 地 实 现 宽 范 围 的 无 级 变 速 , 而 且 减 少 了 中 间 传 递 环 节 , 提 高 了 变 速 控 制 的 可 靠 性 。 2.2 对立式数控铣床主传动系统的要求( 1) 主 轴 具 有 一 定 的 转 速 和 足 够 的 转 速 范 围 、 转 速 级 数 , 能 够 实 现 运 动 的 开 停 、 变 速 、 换 向 和 制 动 , 以 满 足 机 床 的 运 动 要 求 。 ( 2) 主 电 动 机 具 有 足 够 的 功 率 , 全 部 机 构 和 元 件 具 有 是 够 的 强 度 和 刚 度 , 以 满 足 机 床 的 动 力 要 求 。 ( 3) 主 传 动 的 有 关 结 构 , 特 别 是 主 轴 组 件 要 有 足 够 高 的 精 度 、 抗 振 性 , 热 7变 形 和 噪 声 要 小 , 传 动 效 率 要 高 , 以 满 足 机 床 的 工 作 性 能 要 求 。 ( 4) 操 纵 灵 活 可 靠 , 调 整 维 修 方 便 , 润 滑 密 封 良 好 , 以 满 足 机 床 的 使 用 要 求 。 ( 5) 结 构 简 单 紧 凑 , 工 艺 性 好 , 成 本 低 , 以 满 足 经 济 性 要 求 。 2.3 主传动的类型及方案选择数 控 机 床 的 调 速 是 按 照 控 制 指 令 自 动 执 行 的 , 因 此 变 速 机 构 必 须 适 应 自 动 操 作 的 要 求 。 在 主 传 动 系 统 中 , 目 前 多 采 用 交 流 主 轴 电 动 机 和 直 流 主 轴 电 动 机 无 级 凋 速 系 统 。 为 扩 大 调 速 。 为 了 适 应 不 同 的 加 工 要 求 , 目 前 主 传 动 系 统 主 要 有 三 种 变 速 方 式 1、 具 有 变 速 齿 轮 的 主 传 动 这 是 大 、 中 型 数 控 机 床 采 用 较 多 的 一 种 变 速 方 式 。 通 过 几 对 齿 轮 降 速 , 增 大 输 出 扭 矩 , 以 满 足 主 轴 输 出 扭 矩 特 性 的 要 求 , 见 图 2.1所 示 。 一 部 分 小 型 数 控 机 床 也 采 用 此 种 传 动 方 式 以 获 得 强 力 切 削 时 所 需 要 的 扭 矩 。 图 2.1 变速齿轮主传动 图 2.2 带传动主传动2、 通 过 带 传 动 的 主 传 动 通 常 选 用 同 步 齿 形 带 或 多 楔 带 传 动 , 这 种 传 动 方 式 多 见 于 数 控 车 床 , 它 可 避 免 齿 轮 传 动 时 引 起 的 振 动 和 噪 声 , 见 图 2.2所 示 。 3、 由 调 速 电 机 直 接 驱 动 的 主 传 动 这 种 主 传 动 是 由 电 动 机 直 接 驱 动 主 轴 , 即 电 动 机 的 转 子 直 接 装 在 主 轴 上 , 因 而 大 大 简 化 了 主 轴 箱 体 与 主 轴 的 结 构 , 有 效 地 提 高 了 主 轴 部 件 的 刚 度 , 但 主 轴 输 出 扭 矩 小 , 电 机 发 热 对 主 轴 的 精 度 影 响 较 大 。 如 图 2.3所 示 。 图 2.3 直接驱动的主传动近 年 来 , 出 现 了 一 种 新 式 的 内 装 电 动 机 主 轴 , 即 主 轴 与 电 动 机 转 子 合 为 一 体 。 其 优 点 是 主 轴 组 件 结 构 紧 凑 , 重 量 轻 , 惯 量 小 , 可 提 高 起 动 、 停 止 的 响 应 特 性 , 并 利 于 控 制 振 动 和 噪 声 。 缺 点 是 电 动 机 运 转 产 生 的 热 量 亦 使 主 轴 产 生 热 变 形 。 因 此 , 温 度 控 制 和 冷 却 是 使 用 内 装 电 动 机 主 轴 的 关 键 问 题 。 日 本 研 制 的 8立 式 加 工 中 心 主 轴 组 件 , 其 内 装 电 动 机 最 高 转 速 可 达 20000r/min。 本 次 设 计 采 用 调 速 电 机 直 接 驱 动 的 主 传 动 。 使 主 轴 获 得 较 高 的 转 速 和 骄 傲 大 的 转 矩 。 二 级 以 上 齿 轮 变 速 系 统 虽 然 此 种 结 构 复 杂 , 制 造 和 维 修 费 用 高 , 但 和 以 上 两 种 驱 动 方 式 比 , 变 速 装 置 多 采 用 齿 轮 变 速 结 构 , 可 以 使 用 可 调 的 交 、 直 流 无 级 变 速 电 动 机 , 经 齿 轮 变 速 后 , 实 现 分 段 无 级 变 速 , 调 速 范 围 增 加 , 且 能 满 足 各 种 切 削 运 动 的 转 矩 输 出 , 因 此 选 用 调 速 电 机 直 接 驱 动 的 主 传 动 。 9第 3 章 电机的选择 现 在 的 数 控 铣 床 能 够 实 现 无 级 变 速 或 无 级 变 速 加 有 级 变 速 , 数 控 铣 床 一 般 都 采 用 由 直 流 或 交 流 调 速 电 动 机 作 为 驱 动 的 电 气 无 级 调 速 。 由 于 数 控 铣 床 的 运 动 调 速 范 围 较 大 , 单 靠 调 速 电 机 无 法 满 足 这 么 大 的 调 速 范 围 , 另 一 方 面 调 速 电 机 的 功 率 扭 矩 特 性 也 难 于 直 接 与 机 床 的 功 率 和 转 矩 要 求 相 匹 配 。 因 此 , 数 控 机 床 主 传 动 变 速 系 统 常 常 在 无 级 变 速 电 机 之 后 串 联 机 械 有 级 变 速 传 动 , 以 满 足 机 床 要 求 的 调 速 范 围 和 转 矩 特 性 。 3.1 确定主轴传动功率数 控 铣 床 的 加 工 范 围 一 般 都 比 较 大 , 所 传 动 的 额 定 功 率 可 以 根 据 典 型 切 削 工 艺 的 情 况 计 算 , 根 据 设 计 的 铣 床 主 要 的 加 工 范 围 , 查 机 床 设 计 手 册 确 定 如 下 典 型 加 工 工 艺 : 用 高 速 刚 圆 柱 平 刀 铣 削 灰 铸 铁 工 件 平 面 , 刀 具 直 径 D=100mm, 刀 齿 数 为 10, 工 件 材 料 为 HT200, 硬 度 190HBS, 切 削 速 度 =23.5m/min, 进 给 速 v度 为 160mm/min, 背 吃 刀 量 5mm, 切 宽 为 75mm。 ap由 公 式 = 计 算 得 =1200r/minnDv10n则 每 齿 进 给 量 0.013mmsz6120根 据 典 型 切 削 工 艺 公 式 : P 切 2.8 B 102t9.z74.0n9H式 中 : t 切 削 厚 度 , 即 被 吃 刀 量 (mm) 每 齿 进 给 量 (mm)szB 切 削 宽 度 (mm) Z 刀 齿 数 HB材 料 硬 度 代 入 数 值 得 P 切=2.8 5 0.013 75101200 =4300W=4.3KW1029.74.019010主 传 动 的 总 效 率 一 般 可 取 为 =0.700.85, 数 控 机 床 的 主 传 动 多 用 调 速 电 机 和 有 限 的 机 械 变 速 传 动 实 现 , 传 动 链 较 短 , 因 此 效 率 可 取 较 大 值 , 由 此 可 求 得 主 轴 传 递 的 功 率 为 P= = =5.4kwp切 8.0343.2 电机的选择现 在 数 控 机 床 常 用 直 流 电 动 机 和 交 流 调 频 电 机 两 种 。 目 前 , 中 小 型 数 控 机 床 中 , 交 流 调 频 电 机 已 占 优 势 , 有 取 代 直 流 电 机 之 势 。 本 文 所 设 计 的 铣 床 采 用 交 流 调 频 电 机 调 节 电 源 频 率 来 达 到 调 速 的 目 的 , 额 定 转 速 常 为 1500r/min, 如 图 3.1 所 示 是 变 速 电 机 的 功 率 特 性 。 从 额 定 转 速 到 最 高 转 速 的 区 域 为 恒 功 ndmax率 区 , 从 最 低 转 速 至 的 区 域 为 恒 转 矩 区 。 nmid图 3.1 变速电动机的功率特性在 设 计 数 控 铣 床 主 传 动 时 , 必 须 考 虑 电 机 与 机 床 主 轴 功 率 特 性 匹 配 问 题 。 由 于 主 轴 要 求 的 恒 功 率 变 速 范 围 远 大 于 电 机 的 恒 功 率 变 速 范 围 , 所 以 在 Rnp Rdp电 机 与 主 轴 之 间 要 串 联 一 个 分 级 变 速 箱 , 以 扩 大 其 功 率 调 速 范 围 , 满 足 低 速 大 功 率 切 削 时 对 电 机 的 输 出 功 率 要 求 。 为 了 简 化 变 速 箱 结 构 , 变 速 级 数 应 少 些 , 变 速 箱 公 比 可 取 大 于 电 机 的 恒 功 率 调 速 范 围 , 即 。 这 时 , 变 速 f dpfdp箱 每 挡 内 有 部 分 低 转 速 只 能 恒 转 矩 变 速 , 主 传 动 系 统 功 率 特 性 图 中 出 现 “ 缺 口 ” , 称 之 功 率 降 低 区 。 使 用 “ 缺 口 ” 范 围 内 的 转 速 时 , 为 限 制 转 矩 过 大 , 得 不 到 电 动 机 输 出 的 全 部 功 率 。 为 保 证 缺 口 处 的 输 出 功 率 , 电 动 机 的 功 率 应 相 应 的 增 大 。 为 11了 满 足 主 轴 传 递 5.4kw, 最 高 转 速 4000r/min 的 要 求 , 选 择 上 海 富 田 电 机 生 产 的IAG 系 列 变 频 调 速 专 用 感 应 电 动 机 , 其 型 号 为 IAG132M-1500-7.5。 其 中 : IAG系 列 代 号 132 极 座 号 ( 中 心 高 ) M 机 座 长 度 代 号 , 有 S、 M、 L 三 种 类 型 1500 基 本 转 速 ( 单 位 : r/min) Nb7.5 额 定 功 率 ( 单 位 : kw) 电 机 在 60-1500r/min 内 , 实 现 恒 扭 矩 输 出 , 在 1500-500r/min 内 实 现 恒 功 率 输 出 ; 最 高 转 速 可 以 达 到 6000r/min, 当 电 机 转 速 达 到 6000r/min, 扭 矩 特 性 不 好 , 因 此 一 般 情 况 下 转 速 只 达 到 4500r/min3.3 主轴的变速过程为 了 实 现 数 控 铣 床 的 无 级 变 速 , 本 设 计 采 用 的 是 交 流 调 频 电 机 , 通 过 对 电 源 频 率 的 调 节 来 实 现 主 轴 的 增 /减 速 传 动 。12第 4 章 主轴系统参数计算及部件设计4.1 主传动变速系统主要参数计算4.1.1 计算切削功率1、切削力的计算铣 削 时 的 切 削 力 , 公 式 如 下 (4-1)0.74869FpZCBfaD式 中 铣 削 时 的 主 切 削 力 ( N)CF 加 工 材 料 影 响 的 系 数 每 齿 进 给 量 ( mm) Zf 背 吃 刀 量 ( mm) ap 铣 削 宽 度 B 铣 刀 齿 数 Z 铣 刀 直 径 (mm)D用 直 径 =50mm 的 四 齿 锥 柄 立 铣 刀 , 铣 刀 宽 =40mm 的 刚 工 件 , B=0.05mm, =4mm, =68mm,fzapfC计 算 得 : =132NF2、切削功率的计算切 削 时 所 消 耗 的 功 率 称 为 切 削 功 率 。 切 削 功 率 的 公 式 计 算 : (4-2)60CVFP式 中 : 切 削 功 率 (kw)C 切 削 力 (N)F 切 削 速 度 (m/min)V根 据 机 床 设 计 手 册 典 型 加 工 条 件 以 及 钢 材 料 的 铣 削 速 度 范 围 , 取 =100m/minc计 算 得 : =2.2kwCP133、主轴转速范围的确定主 轴 最 高 转 速 为 , 最 低 转 速 为 40/maxrin40/minri4.1.2 计算主传动功率用 下 列 粗 略 估 算 主 电 动 机 的 功 率 (4-3)CLP式 中 , 为 铣 床 主 传 动 系 统 总 机 械 效 率 , 主 运 动 为 回 转 运 动 时 , C; 主 运 动 为 直 线 运 动 时 , 。 0.78C 0.67C取 主 传 动 的 总 效 率 =0.7则 初 选 电 动 机 功 率 2./073.14dkwP取 4dkwP电 动 机 额 定 转 速 为 150/drmin额 定 最 高 转 速 为 ax4/dri4.1.3 变速级数 Z 的确定如 取 变 速 箱 的 公 比 3dpfR则 由 于 无 级 变 速 时 1zznff故 变 速 箱 的 变 速 极 数 可 取 Z=3 (4-4)lg9.52704l3npfZ虽 然 此 中 方 法 功 率 特 性 图 示 连 续 的 、 无 缺 口 (即 没 有 功 率 降 低 区 )和 无 重 但 是 Z=3, 变 速 箱 机 构 较 复 杂 。 因 此 为 简 化 变 速 箱 机 构 , 取 Z=2。 4.2 主轴组件设计4.2.1 概述主 轴 部 件 设 计 是 机 床 重 要 部 件 之 一 , 它 是 机 床 的 执 行 件 。 它 的 功 用 是 支 撑 并 带 14动 工 件 或 刀 具 旋 转 进 行 切 削 , 承 受 切 削 力 和 驱 动 力 等 载 荷 , 完 成 表 面 成 型 运 动 。1、轴的分类轴 是 机 械 传 动 的 一 个 重 要 零 件 , 一 般 作 回 转 运 动 的 零 件 常 要 装 在 轴 上 才 能 实 现 其 回 转 运 动 。 其 承 载 在 载 荷 可 分 为 : ( 1) 转 轴 工 作 时 既 承 受 弯 矩 又 承 受 扭 矩 。( 2) 心 轴 用 于 支 撑 转 动 零 件 , 只 承 受 弯 矩 。 ( 3) 动 轴 传 递 扭 矩 。 在 高 速 传 动 的 轴 不 仅 要 考 虑 轴 的 材 料 、 结 构 、 强 度 和 刚 度 , 而 且 要 防 止 轴 的 振 动 ( 动 平 衡 ) 。 此 外 , 注 意 轴 上 零 件 的 固 定 , 结 构 工 艺 性 , 热 处 理 等 要 求 。 作 为 制 造 机 器 的 机 器 上 的 轴 , 设 计 的 主 要 原 则 是 : 刚 度 原 则 ,本 次 设 计 选 择 转 轴 。 2、主轴材料轴 的 材 料 主 要 是 碳 钢 和 合 金 钢 。 数 控 主 轴 主 要 传 递 扭 矩 , 且 在 高 速 旋 转 中 产 生 大 量 的 热 , 产 生 一 定 的 轴 伸 长 , 其 他 零 件 的 变 形 , 从 而 影 响 加 工 精 度 和 表 面 质 量 。 从 多 方 面 考 虑 选 用 40Cr 为 本 次 数 控 铣 床 主 轴 材 料 。 4.2.2 主轴结构设计主 轴 部 件 由 主 轴 及 其 支 承 轴 承 、 传 动 件 、 密 封 件 及 定 位 元 件 等 组 成 。 1、主轴部件应满足的基本要求( 1) 旋 转 精 度 主 轴 的 旋 转 精 度 指 装 配 后 , 在 无 载 荷 、 低 转 速 条 件 下 , 在 安 装 工 件 或 刀 具 的 主 轴 部 位 的 径 向 和 端 面 圆 跳 动 。 其 主 要 取 决 于 主 轴 、 轴 承 、 箱 体 孔 等 的 制 造 、 装 配 和 调 整 精 度 。 ( 2) 刚 度 主 轴 部 件 的 刚 度 指 其 在 外 加 载 荷 的 作 用 下 抵 抗 变 形 的 能 力 , 通 常 以 主 轴 前 端 产 生 单 位 位 移 的 弹 性 形 变 时 , 在 位 移 方 向 上 所 施 加 的 作 用 力 来 定 义 。 如 图 4.1 所 示 。 主 轴 部 件 的 刚 度 是 主 轴 、 轴 承 等 刚 度 的 综 合 反 映 。 因 此 , 主 轴 的 尺 寸 和 形 状 、 轴 承 的 类 型 和 数 量 、 预 紧 和 配 置 形 式 、 传 动 件 布 置 形 式 、 主 轴 部 件 的 制 造 和 装 配 质 量 都 影 响 主 轴 部 件 的 刚 度 。 15图 4.1 主轴受载图( 3) 抗 振 性 主 轴 部 件 的 抗 振 性 指 抵 抗 受 迫 振 动 和 自 激 振 动 的 能 力 。 在 切 削 过 程 中 , 主 轴 部 件 不 仅 受 静 态 力 作 用 , 同 时 也 受 冲 击 力 和 交 变 力 的 干 扰 , 使 主 轴 产 生 振 动 。 影 响 抗 振 性 的 主 要 因 素 是 主 轴 部 件 的 静 刚 度 、 质 量 分 布 及 阻 尼 。 其 评 价 指 标 是 主 轴 部 件 的 低 阶 固 有 频 率 与 振 型 。 ( 4) 温 升 和 热 变 形 主 轴 部 件 运 转 时 , 因 相 对 运 动 产 生 的 摩 擦 热 、 切 削 的 切 削 热 等 使 主 轴 部 件 的 温 度 升 高 , 形 状 尺 寸 和 位 置 发 生 变 化 , 造 成 主 轴 部 件 的 热 变 形 。 其 引 起 轴 承 间 隙 变 化 , 润 滑 油 温 度 升 高 会 使 粘 度 降 低 , 这 些 变 化 会 影 响 主 轴 部 件 的 工 作 性 能 , 降 低 加 工 精 度 。 ( 5) 精 度 保 持 性 主 轴 部 件 的 精 度 保 持 性 指 长 期 保 持 其 原 始 制 造 精 度 的 能 力 。 磨 损 是 主 轴 部 件 丧 失 原 始 精 度 的 主 要 原 因 。 因 此 , 必 须 提 高 主 轴 部 件 的 耐 磨 性 。 对 耐 磨 性 影 响 较 大 的 有 主 轴 的 材 料 、 轴 承 的 材 料 、 热 处 理 方 式 、 轴 承 类 型 及 润 滑 防 护 方 式 等 。 由 于 机 械 结 构 的 要 求 而 需 在 轴 中 装 设 其 他 零 件 或 者 减 少 轴 的 质 量 具 有 特 别 重 大 的 作 用 的 场 合 ,则 将 轴 制 成 空 心 的 ,空 心 轴 内 径 与 外 径 的 比 值 通 常 为 0.5-0.6 为 保 证 轴 的 刚 度 和 扭 转 稳 定 性 。 轴 的 设 计 也 和 其 他 的 零 件 的 设 计 相 似 , 包 括 结 构 设 计 和 工 作 能 力 的 计 算 两 方 面 的 内 容 。 轴 的 结 构 设 计 是 根 据 轴 上 零 件 的 安 装 、 定 位 以 及 轴 的 制 造 工 艺 性 等 方 面 的 要 求 ,合 理 地 确 定 轴 的 结 构 形 式 和 尺 寸 。 轴 的 结 构 不 合 理 会 影 响 轴 的 工 作 能 力 和 轴 上 零 件 的 工 作 可 靠 性 ,还 会 增 加 轴 的 制 造 成 本 和 轴 上 零 件 装 配 的 困 难 等 。 因 此 轴 的 结 构 设 计 很 重 要 。 轴 的 工 作 能 力 计 算 指 的 是 轴 的 强 度 、 刚 度 和 振 动 稳 定 性 等 方 面 的 计 算 。 多 数 情 况 下 , 轴 的 工 作 能 力 主 要 取 决 于 轴 的 强 度 。 这 时 只 需 对 轴 进 行 强 度 计 算 , 以 防 止 断 裂 或 塑 性 变 形 。 对 于 机 械 装 备 则 需 刚 度 计 算 , 防 止 工 作 时 产 生 过 大 的 弹 性 变 形 , 影 响 加 工 精 度 和 表 面 质 量 。 对 于 高 速 运 转 的 轴 , 还 应 进 行 振 动 稳 定 性 计 算 , 防 止 发 生 共 振 而 破 坏 。 2、轴的结构设计轴 的 结 构 主 要 取 决 于 以 下 因 素 :16( 1) 轴 在 机 器 中 的 安 装 位 置 及 形 式 ; ( 2) 轴 上 安 装 零 件 的 类 型 、 尺 寸 、 数 量 和 轴 连 接 的 方 法 ; ( 3) 载 荷 的 性 质 、 大 小 、 方 向 及 分 布 情 况 ; ( 4) 轴 的 加 工 工 艺 。 不 论 什 么 条 件 ,轴 的 结 构 应 满 足 以 下 条 件 : ( 1) 轴 和 装 在 轴 上 的 零 件 要 有 准 确 的 工 作 位 置 ,周 向 和 轴 向 要 有 准 确 的 定 位 ; ( 2) 轴 上 的 零 件 应 便 于 装 拆 和 调 整 ; ( 3) 轴 应 具 有 良 好 的 结 构 工 艺 性 和 制 造 工 艺 性 。 3、草拟轴上零件的装配方案图 4.2 主轴装配图预 定 出 轴 上 主 要 零 件 的 装 配 方 向 、 顺 序 和 关 系 , 如 图 4.2 所 示 立 式 数 控 铣 床 主 轴 的 装 配 。端 盖 ( 曲 路 密 封 ) 、 套 筒 ( 曲 路 密 封 ) 、 前 轴 承 ( 前 支 撑 ) 、 轴 套 、 轴 承 ( 后 支 撑 ) 、套 筒 ( 曲 路 密 封 ) 、 齿 轮 ( 动 力 输 入 部 分 ) 、 圆 螺 母 、 轴 承 、 端 盖 、 依 次 从 轴 的 后 端 向 前 端 安 装 。4、轴 上 零 件 的 定 位为 防 止 轴 上 零 件 受 力 时 发 生 沿 轴 向 和 周 向 的 相 对 运 动 ,轴 上 零 件 除 了 有 游 动 或 空 转 要 求 外 ,都 必 须 进 行 轴 向 和 周 向 定 位 ,以 保 证 其 准 确 的 工 作 位 置 。1) 零 件 的 轴 向 固 定 :通 常 由 轴 肩 、 套 筒 、 轴 端 挡 圈 、 轴 承 端 盖 和 圆 螺 母 来 保 证 ;2) 零 件 的 周 向 固 定 :周 向 固 定 的 目 的 是 限 制 轴 上 零 件 与 轴 发 生 相 对 运 动 。 常 用 周 向 定 位 零 件 有 键 、 花 键 、 销 、 紧 定 螺 钉 以 及 过 盈 配 合 等 ,其 中 紧 定 螺 钉 只 用 在 传 力 不 大 之 处 。 5、各 轴 段 直 径 与 的 确 定由 轴 的 结 构 和 拉 刀 方 式 确 定 出 轴 的 最 小 直 径 : 立 式 数 控 铣 床 主 轴 必 须 制 成 空 心 轴 , 且 又 因 为 为 空 心 轴 的 内 径 与 外 径 d 之 比 , 为 了 保 证 轴 的 刚 度 和 扭 转 刚 1度 ,通 常 在 之 间 ,取 为 0.6。 故 d=50mm。 按 轴 上 零 件 的 装 配 方 案 和 定 位 要 求 0.5617, 从 处 起 逐 一 确 定 各 轴 段 的 直 径 。 在 实 际 的 设 计 中 , 轴 的 直 径 亦 可 凭 设 计 者 mind的 经 验 确 定 , 或 参 考 同 类 机 器 用 类 比 的 方 法 确 定 。 有 配 合 要 求 的 轴 段 , 应 尽 量 采 用 标 准 直 径 。 安 装 标 准 件 的 部 位 的 轴 径 , 应 取 为 相 应 的 标 准 值 及 所 选 的 配 合 公 差 。 且 在 这 样 的 轴 段 需 0.5mm 的 碳 氮 共 渗 层 。 为 了 使 带 轮 、 轴 承 等 有 配 合 要 求 的 零 件 装 配 拆 卸 方 便 , 并 减 少 配 合 面 的 擦 伤 , 在 配 合 轴 段 前 应 采 用 较 小 的 直 径 , 发 挥 轴 肩 的 作 用 。 确 定 各 轴 段 长 度 时 , 应 尽 可 能 使 结 构 紧 凑 , 同 时 还 需 要 保 证 零 件 所 需 的 装 配 或 调 整 空 间 。 轴 的 各 段 长 度 主 要 是 根 据 各 零 件 与 轴 配 合 部 分 的 轴 向 尺 寸 和 相 邻 零 件 必 要 的 空 隙 来 确 定 的 。 为 了 保 证 轴 向 定 位 可 靠 与 带 轮 等 零 件 相 配 合 部 分 的 轴 段 长 度 一 般 应 比 轮 毂 长 度 短 2 3mm, 所 以 取 Dmax=100mm。( 1) 主 轴 悬 伸 量 a 与 前 端 轴 颈 D1 之 比 可 按 下 表 4.1 选 择 : 表 4.1 主 轴 悬 伸 量 与 前 端 轴 颈 之 比机床和主轴的类型 a/D1通 用 和 精 密 机 床 , 自 动 车 床 和 短 主 轴 端 铣 床 , 用 滚 动 轴 承 和 支 架 0.51.5中 等 长 度 和 较 长 主 轴 端 的 车 床 和 铣 床 , 悬 伸 较 长 的 精 密 镗 床 和 内 圆 磨 床 1.252.5孔 加 工 机 床 应 用 加 工 细 长 孔 的 机 床 , 由 加 工 技 术 决 定 , 需 要 有 长 的 悬 伸 刀 杆 或 主 轴 可 移 动 , 因 切 削 较 长 而 不 适 用 于 有 高 精 度 要 求 的 机 床 2.5取 a=65mm( 2) 主 轴 合 理 跨 距 的 选 择 :在 具 体 设 计 时 , 常 常 由 于 结 构 上 的 限 制 , 实 际 跨 距 l 最 佳 合 理 跨 距 。 这 样 0就 造 成 主 轴 组 件 的 刚 度 损 失 。 在 设 计 中 一 般 认 为 l/ = 时 , 刚 度 损 失 不 .751大 ( 5%左 右 ) 。 应 该 认 为 在 合 理 范 围 之 内 , 称 之 为 合 理 跨 距 , 合 理 跨 距 =( 合 理l) 是 一 个 区 域 。 0.710l6、提 高 主 轴 强 度 的 措 施轴 和 轴 上 零 件 的 结 构 、 工 艺 及 轴 上 零 件 的 安 装 布 置 等 对 轴 的 强 度 有 很 大 的 影 响 , 所 以 应 在 这 些 方 面 进 行 考 虑 , 以 利 提 高 轴 的 承 载 的 能 力 , 减 小 轴 的 尺 寸 18和 机 器
收藏
编号:559532
类型:共享资源
大小:1.46MB
格式:ZIP
上传时间:2019-05-27
100
积分
- 关 键 词:
-
sk40
立式
数控
铣床
设计
主轴
部件
10
cad
图纸
说明书
仿单
- 资源描述:
-
展开阅读全文
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 装配图网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
装配图网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。