经济型数控铣床主传动系统模块化设计大学毕设论文Word文档格式.docx
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要实现对机床的控制,需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。
例如,进给速度,主轴转速,主轴正反转,换刀,冷却液的开/关等。
这些信息按一定的格式形成加工文件存放在信息载体上,然后由机床上数控系统读入,通过对其译码,从而使机床动作和加工零件。
在机械加工工业中大批量零件的生产宜采用专用机床或自动化生产线。
当零件不太复杂,生产批量较小时,宜采用通用机床;
当生产批量大时,宜采用专用机床;
而当零件复杂程度较高时,宜采用数控机床。
这是由数控机床的特点决定的。
数控机床能完成很多普通机床难以胜任,或者根本不可能加工出来的复杂型面的零件,这是由于数控机床具有多坐标轴联动功能,并可按零件加工的要求变换加工程序,因此数控机床在航空航天等领域获得广泛的应用。
数控机床可以获得较高的加工精度,加工质量稳定。
数控机床的传动件,特别是滚珠丝杠精度很高。
机床导轨采用滚动导轨或粘接有摩擦系数很小的合成塑料,因而减少了摩擦阻力,消除了低速爬行。
闭环、半闭环伺服系统,装有精度很高的位置检测元件,并随时把位置误差反馈给控制系统,使之能够及时进行误差校正。
数控机床的一切操作都是由程序装配的,没有人为干扰,因而加工质量稳定。
有较高的生产率,切削速度高,空行程的速度可达10mm以上,再因辅助时间很短。
目前,现代数控机床正发展迅速,正朝以下几个趋势发展:
1、具有先进的自检能力使之长期可靠的工作。
在现在机床上装有多种监控、检测装置,从而提高了机床的综合性能。
2、向高速,高精度发展。
新型的数控系统及伺服系统,有很高的分辨率和进给速度,更高的生产率和利用率。
3、单元模块化,数控机床的主轴部件、变速箱立柱、工作台、刀架等都可以模块化生产,有专门生产厂家供货。
不仅可以提高产品质量,也大大的缩短了机床的生产周期。
所罗门(CarlSalomon)于1931年提出的加工理论申请了德国专利,核心内容是:
当切削速度达到一定的数值时,切削刃处的切屑去除温度开始降低。
他同时还给出了一个推论:
用传统刀具在更高切削速度下加工时,有可能提高生产率。
工业发达国家对高速切削加工的研究起步早,水平高。
在此项技术中,处于领先地位的主要有德国、日本、美国和意大利等国家。
自20世纪80年代中后期以来,商品化的高速切削机床不断出现,高速机床从单一的高速铣床发展成为高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。
瑞士、英国、日本也相继推出自己的高速机床。
日本日立精机的HG400111型加工中心,主轴最高转速36000~40000r/min,工作台快速移动速度为3640m/min。
采用直线电机的美国Ingersoll公司的HVM800型高速加工中心,进给移动速度为60m/min。
在工业发达国家,高速切削加工技术已成为切削加工的主流,日益广泛地应用于模具、航空、航天、高速机车和汽车工业等领域,并已取得了巨大的经济效益。
模具制造工业中,德国、日本、美国等大约有30%~50%的模具公司,用高速切削加工技术,加工放电加工(EDM)电极、淬硬模具型腔、塑料和铝合金模型等,加工效率高,质量好,减少了后续的手工打磨和抛光工序。
在航空与高速机车行业,飞机的骨架与机翼、高速机车的车厢骨架均为铝合金整体薄壁构件,都需要切除大量的金属,从毛坯开始的切除量甚至达到90%,采用高速切削加工技术,加工时间缩短到原来的几分之一。
汽车工业的发动机铝合金和铸铁缸体,广泛采用高速切削加工技术,大大地提高效率,降低成本。
此外,高速切削加工技术还应用于快速成形、光学精密零件和仪器仪表等加工领域。
数控技术的发展,对我国国民经济的发展起着巨大的作用,特别是对我国要机械制造工业的现代化起到至关重要的作用。
为此,我们要加大数控机床的研究和探讨,把数控加工中心主轴设计作为我的毕业设计,也是对我大学期间学习成果的一次全方位的检验。
第1章主传动系统设计概述
主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统,它应具有一定的转速{速度}和一定的变速范围。
以便采用不同材料的的刀具,加工部同材料、不同尺寸、不同要求的工件,并能方便的实现运动的开停、变速、换向和制动等。
数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴组件。
与普通机床的主传动系统相比数控机床在结构上比较简单,这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担,省去了繁杂的齿轮变速机构,还有一些数控机床设计中还存在二级或三级齿轮变速机构用以扩大主轴电动机无级变速的范围。
1.1主传动系统的基本要求
数控机床和普通机床一样,主传动系统也必须通过变速,才能使主轴获得不同的转速,以适应不同的加工要求。
并且,在变速的同时,还要求传递一定的功率和足够的转矩,满足切削的要求。
数控机床作为高度自动化的设备,它对主传动系统的基本要求有以下几点:
(1)为了达到最佳的切削效果,一般要求应在最佳切削条件下工作,因此,主轴一般都要求能自动实现无级变速。
(2)要求机床主轴系统必须具有足够高的的转速和足够大的功率,以适应高速、高效的加工需要。
(3)为了降低噪音、减轻发热、减少振动,主传动系统应简化结构,减少传动件。
在加工中心上,还必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置,以及主轴定向准停装置,以保证刀具和主轴、刀库、机械手的正确啮合。
(4)为了扩大机床功能,实现对C轴位置(主轴回转角度)的控制,主轴还需要安装位置检测装置,以便实现对主轴位置的控制。
1.2主传动的无级变速
主传动的无级变速通常有以下三种办法:
(1)采用交流主轴驱动系统实现无级变速传动,在早期的数控机床或大型数控机床(主轴功率超过1000kW)上,也采用直流主轴驱动系统的情况。
(2)在经济型、普及型数控机床上,为了降低成本,可采用变频器带变频电动机或普通交流电动机实现无级变速的方式。
(3)在高速加工机床上,广泛使用主轴和电动机一体化的新颖功能部件——电主轴。
电主轴的电动机转子和主轴一体,无须任何传动件,可以使主轴达到每分钟数万转、甚至十几万转的高速。
1.3数控铣床对主传动系统的要求
对主传动系统的要求有:
(1)范围:
各种不同的机床对调速范围的要求不同,多用途,通用性比较大的机床,要求主轴的调速范围大,不但有低速大转距的功能,而且还要有比较高的速度。
(2)热变形:
电动机、主轴及传动件都有热源。
降低温升,减少热变形是对主传动系统要求的重要指标。
(3)旋转精度和运动精度:
主轴的旋转精度是指装配后,在无载荷,低速转动条件下,测量主轴前端和300mm处的径向和轴向跳动值。
主轴在以工作速度旋转时,测量上述两项精度称为运动精度。
数控机床要求有较高的旋转精度和运动精度。
(4)主轴的静刚度和抗振性:
由于数控机床的加工精度比较高,主轴的转速又很高。
因此,主轴组件的质量分布是否均匀以及主轴组件的阻尼等,对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响。
(5)主轴组件的耐磨性:
主轴组件必须有足够的耐磨性,使之能够长期保持要求的准确精度。
凡是有机械摩擦的部位,轴承,锥孔等都要有足够的硬度,轴承还应具有良好的润滑。
1.4小结
数控加工中心的主传动系统,涉及到主轴的精度,电机的选择,以及对主传动系统的各项要求,是此次设计的主题。
第2章主传动系统的配置方式
数控铣床的主传动系统要求有较大的调速范围,以保证进行加工时能选用合理的切削用量,从而获得最佳的生产效率、加工精度和表面质量。
数控机床的变速是按照控制指令自动进行的,因此机构必须适应自动操作的要求。
大多数的数控铣床是用无级变速系统控制的。
数控机床主传动系统主要有以下三种配置方式:
2.1带有变速齿轮的主传动
这种配置方式在大中型数控机床中采用比较普遍。
它通过少数几对齿轮进行降速,使之能够分段变速,确保低速时拥有足够的扭矩,以满足主轴输出扭矩特性。
但也有一部分小型数控机床也采用这种传动方式,以获得强力切削时所需要的扭矩。
如图2-1(a)齿轮变速。
图2-1 数控机床主传动的三种配置方式
(a)齿轮变速;
(b)带传动;
(c)联轴器传动
2.2通过同步带传动的主传动
主要应用在中小数控机床上,可以避免齿轮传动时引起的振动和噪声,但它只能适用于低扭矩特性要求的主轴。
同步带有多楔带,齿形带,圆弧带等,是一种综合了带传动和链传动优点的新型传动。
带的工作面及带轮外圆上均制成齿形,通过带轮与轮齿相嵌合,做无滑动的啮合传动。
带内采用了承载后无弹性伸长的材料作强力层,以保持带的节距不变,使主动和从动带轮可做无相对滑动的同步传动。
与一般带传动相比,同步带传动具有以下优点:
无滑动,传动比准确;
传动效率高,可达98%以上:
传动平稳可靠,噪声小:
使用范围广,速度要达到50m/s,速比可达10左右,传动功率由几瓦到数千瓦:
修保养方便,不需要润滑,但是同步带也有不足之处,其安装时中心距要求严格,带与带轮制造工艺较复杂,成本高。
如图2-1(b)带传动。
2.3带有联轴器的主传动
该机构通过键实现轴与毂之间的无间隙连接传递转矩,并可任意调节两连接件之间的角度位置。
2.4主轴轴承的支撑形式
主轴轴承的支撑形式主要取决于主轴转速特性的速度因素和对主轴刚度的要求。
主轴轴承常见的支撑形式有以下三种,如图2-2所示。
图2-2 主轴轴承常见的支撑形式
(a)形式一;
(b)形式二;
(c)形式三
(1)前支撑采用双列短圆柱滚子轴承和60°
角接触双列向心推力球轴承组合,后支撑采用成对向心推力球轴承(见图2-2(a))。
此配置可提高主轴的综合刚度,满足强力切削的要求。
它普遍用于各类数控机床主轴。
(2)前支撑采用高精度双列向心推力球轴承(见图2-2(b))。
向心推力轴承有良好的高速性,主轴最高转速可达4000r/min,但它的承载能力小,适于高速、轻载、高精密的数控机床主轴。
(3)前后支撑分别采用双列和单列圆锥滚子轴承(见图2-2(c))。
这种轴承的径向和轴向刚度高,能承受重载荷,尤其是可承受较强的动载荷。
其安装、调整性能好,但这种支撑方式限制了主轴转速和精度,因此可用于中等精度、低速、重载的数控机床的主轴。
2.5小结
主传动系统要求有较大的传动范围,所以其配置要求比较严格,此次设计分别对三种配置形式及支撑方式进行研究。
第3章主轴传动系统的设计思想
主传动系统由主轴电动机传动,电动机安装在主轴箱的侧面,由连接在主轴电动机上的同步带轮通过同步带进行传动,由其带动安装在主轴上的另一个同步带轮转动,或由联轴器直接与中间轴连接,使主轴完成转动任务。
小结
对于主轴传动系统的设计思想,是整个设计的灵魂。
通过设计思想,了解设计的思路,是整个设
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- 经济型 数控 铣床 传动系统 模块化 设计 大学 论文