毕业设计论文焊接板件铣边机设计含图纸Word文档格式.docx

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指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量

有三种方式

每齿进给量fzmmz

每圈进给量fmmr

每分钟进给量mmmin铣床多用于每分钟进给量γff·

nfz·

znmmmin

3背吃刀量

也就是切削深度ap它是沿铣刀轴线方向测量的切削层尺寸

4侧吃刀量

就是切削宽度ae它是沿垂直与铣刀轴线上的测量的切削层尺寸

三选择铣削用量的次序

首先选择较大的铣削宽度深度其次是加大进个量最后才是根据刀具耐用度的要求选择适宜的铣削速度

四铣削方式

1逆铣

铣刀的旋转方向与工件进给方向相反的铣削形式称为逆铣

2顺铣

铣刀旋转方向与工件进给方向相同的铣削方式称顺铣

3端铣

端铣的铣削方式有对称和不对称铣削两种铣削时铣刀的轴线位于工件中心这种铣削称为对称铣削铣刀的轴线偏于工件的一侧时的铣削称为不对称铣削

12铣削加工的历史

切削加工是用切削工具把坯料或工件上多余的材料层切去使工件获得规定的几何形状尺寸和表面质量的加工方法

任何切削加工都必须具备三个基本条件切削工具工件和切削运动切削工具应有刃口其材质必须比工件坚硬不同的刀具结构和切削运动形式构成不同的切削方法用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削钻削镗削铣削刨削拉削和锯切等用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削研磨珩磨和抛光等

切削加工是机械制造中最主要的加工方法虽然毛坯制造精度不断提高精铸精锻挤压粉末冶金等加工工艺应用日广但由于切削加工的适应范围广且能达到很高的精度和很低的表面粗糙度在机械制造工艺中仍占有重要地位

切削加工的历史可追溯到原始人创造石劈骨钻等劳动工具的旧石器时期在中国早在商代中期公元前13世纪就已能用研磨的方法加工铜镜商代晚期公元前12世纪曾用青铜钻头在卜骨上钻孔西汉时期公元前206～公元23就已使用杆钻和管钻用加砂研磨的方法在金缕玉衣的4000多块坚硬的玉片上钻了18000多个直径1～2毫米的孔

17世纪中叶中国开始利用畜力代替人力驱动刀具进行切削加工如公元1668年曾在畜力驱动的装置上用多齿刀具铣削天文仪上直径达2丈古丈的大铜环然后再用磨石进行精加工

18世纪后半期英国工业革命开始后由于蒸汽机和近代机床的发明切削加工开始用蒸汽机作为动力到19世纪70年代切削加工中又开始使用电力

对金属切削原理的研究始于19世纪50年代对磨削原理的研究始于19世纪80年代此后各种新的刀具材料相继出现19世纪末出现的高速钢刀具使刀具许用的切削速度比碳素工具钢和合金工具钢刀具提高两倍以上达到25米分左右1923年出现的硬质合金刀具使切削速度比高速钢刀具又提高两倍左右30年代以后出现的金属陶瓷和超硬材料人造金刚石和立方氮化硼进一步提高了切削速度和加工精度

随着机床和刀具的不断发展切削加工的精度效率和自动化程度不断提高应用范围也日益扩大从而大大促进了现代机械制造业的发展

金属材料的切削加工有许多分类方法常见的有按工艺特征按材料切除率和加工精度按表面成型方法三种分类方法

切削加工的工艺特征决定于切削工具的结构以及切削工具与工件的相对运动形式因此按工艺特征切削加工一般可分为车削铣削钻削镗削铰削刨削插削拉削锯切磨削研磨珩磨超精加工抛光齿轮加工蜗轮加工螺纹加工超精密加工钳工和刮削等

13铣削加工现状

高速铣削加工HighSpeedMillingHSM以其巨大的优势迅速成为现代加工制造领域最重要的加工手段之一也是衡量一个国家装备制造水平的重要标志因为高速切削加工技术已广泛应用于航空航天汽车船舶等关系到国计民生的重要领域也代表着现代切削制造技术的发展趋势

近几年来我国对数控机床需求急剧增加2000年至2005年我国数控金切机床产量从14053台跃至59639台年增长率为335％我国金切机床产值数控化率从1996年的116％提高到2005年的473％这表明我国的数控机床行业有了极大的发展另一方面我国数控机床进口额连年激增从2001年的241亿美圆增至2005年的6495亿美圆国有数控机床的市场占有率却呈现出逐年下滑的趋势尤其是高速高精度多轴机床几乎完全依赖进口[1]这些数据可以看出我国的机床制造业尤其是高端加工中心落后于发达国家因此国家在十五十一五规划中都把以数控机床为核心的装备制造作为重大专项以期在这方面有所突破

数控技术是一门集计算机技术自动控制技术机械电子技术以及计算机图形处理技术于一体的综合性技术其中NC编程是这一技术的灵魂NC编程成为各种CAM软件的核心因为NC编程直接影响着数控机床的使用效率和加工质量所以国内外投入了大量的人力和物力来提高CADCAM软件的编程效率加工效果以及智能化水平

现代高速切削加工发展概况

由于目前绝大部分的机械零件必须经过切削加工实现切削加工在机械制造中占用十分重要的地位经济全球化使制造国际化因此竞争也越来越激烈如何提高效益降低成本加快产品开发周期成为每一个面对市场竞争的企业的迫切愿望高速切削加工所具有的明显优势近年来得到广泛应用并迅速发展

高速铣削加工HighSpeedMilling简称HSM的概念源于德国切削物理学家CJSalomon博士于1931年所提出的著名切削实验及物理引申[2]他认为对应一定的工具材料有一个临界切削速度达到此温度切削温度最高当超过这一临界切削速度切削温度反而会降低而大幅度提高机床的生成效率

高速铣削加工技术作为一门新兴的技术以其与传统加工相比无可比拟的优点在加工制造业中得到了越来越广泛的应用也带来了巨大的经济效益我国要实现由制造业大国向制造业强国的跨越必须有强大的制造装备业及相关产业体系作支撑我国目前的高速数控技术也得到了迅速的发展但是我国还缺少高速铣削加工的核心技术还有许多基础性的研究工作有待开展这也是我国走向制造业强国的必由之路

综最终选取方案1为方案

图1方案1初步设计工程图

五其工作原理如下

该铣床由三个动力部分组成分别由三个电动机提供动力来源即电动机1电动机2及动力头其中1号电动机通过联轴器带动1号减速箱旋转从而带动1号丝杆旋转控制小托板在垂直方向做上下移动同时使动力头在垂直方向上做上下移动适合于不同厚度的焊接板件的加工其加工行程为560mm2号电动机通过2号减速箱带动2号丝杆转到通过螺母机构带动铣边机的大托板即机架左右移动完成行程为3600mm可以适用于中小焊接板件的铣边动力头的功率为55kv转动角度由手轮转动来调节其转动是通过棘轮调节达到转动角度为0-90度能够满足板所有板件的铣边工作

机床具体参数设计

机床的主要技术参数包括主参数和基本参数其中基本参数又包括尺寸参数运动参数动力参数该机床的主参数已经确定它是加工焊接板件的专用铣床其参数如下

一技术参数

如今我以走上了工作的生涯近段时间对外协这一方面有了一定的了解其焊接板件在冷作过程中都要经过铣边这一阶段通过参考厂家铣边的特点以及结合我公司所以工作零件的特点决定铣边机的工作行程为3600mm当今的厂家在生产过程中最看重的是效率问题所以通过生产效率及工作经验初步选择其运动速度为200mmmin在铣边行程中为了方便对工件的铣边对动力头在横向方向的运动行程为200mmmin由于板件的厚度不同在垂直方向上确定其行程为560mm铣床的功率为单一工作其功率的要求不是很大初步确定其功率为55KW

二动力参数的确定

动力参数一般是指机床的电动机的功率由于该机床属于专用机床铣刀头的功率为55KW因此主运动驱动电动机的功率为55KW

确定进给驱动电机的功率由于进给运动的速度较低空载时的功率很小在计算时可以忽略所以进给驱动电机的功率取决于进给的有效功率和传动件的机械效率根据参考资料3得即

式中---------进给驱动电动机功率KW

Q-------------进给抗力N

------------进给速度mmin

-------------进给传动系统的总机械效率一般情况下取015～02

初步选去进给驱动电动机的功率为55KW

31电动机的选择

由于本设计需要两个功率在40KW以上重量不能太大并且采用连续周期工作制的S6异步电动机其安装形式均为B201101通过查参考资料3选得

一1号电动机Y112M-4技术数据如下

额定功率40KW转速1440rmin额定电流877A效率845功率因数082最大转距额定转距为22堵转转距额定转距为22堵转电流额定电流为70转子转动惯量GD2为0095N㎡重量为43㎏

二2号电动机Y132S-4技术数据如下

额定功率55KW转速1440rmin额定电流116A效率855功率因数084最大转距额定转距为22堵转转距额定转距为22堵转电流额定电流为70转子转动惯量GD2为0214N㎡重量为68㎏

32动力头的选择

根据加工要求和机床的结构设计并考虑到经济因素选择型号为ITX32的动力头该铣削头功率大刚性好切削平稳精度高操作调整方便此动力头具有普通级精密级和高精密级三种与四种传动装置即ING皮带传动1NG顶置式齿轮传动ING尾置式齿轮传动ING手柄变速齿传动装置配套使用

而01～06号棘爪控制棘轮转动的角度分别为6度1度2度3度4度5度

工作过程从图示位置开始01号棘爪限制棘轮的反转时其它棘爪处于非工作状态棘轮顺时针转动1度后02号棘爪进入工作状态限制棘轮的反转01号棘爪和其余棘爪处于非工作状态棘轮顺时针转动2度后03号棘爪进入工作状态限制棘轮的反转其余棘爪处于非工作状态棘轮顺时针转动3度后04号棘爪进入工作状态限制棘轮的反转其余棘爪处于非工作状态棘轮顺时针转动4度后05号棘爪进入工作状态限制棘轮的反转其余棘爪处于非工作状态棘轮顺时针转动5度后06号棘爪进入工作状态限制棘轮的反转其余棘爪处于非工作状态棘轮顺时针转动6度后01号棘爪再次进入工作状态限制棘轮的反转其余棘爪处于非工作状态完成一循环

在上面的机构中还配有一个止动磨盘用来辅助六爪棘轮机构

方案2

采用双槽盘式分度机构实现如下图3所示

动力从齿轮1传入当加工需要进行角度调整的时候动力从齿轮1传入通过机械挡块和杠杆的作用使离合器左移接合同时把分度定位爪从槽盘1和2的槽口中拔出运动经离合器传给传动轴I再经齿轮23分别传给齿轮45由于两对齿轮的传动比不同所以当齿轮4和5开始转动后两个槽盘上的槽口就错开因

所以只有当齿轮5转过4转齿轮4转过5转后此时两个槽盘的槽口才能重新对准分度定位爪在弹簧的作用下又进入两个槽口中将其定位同时操纵机构将离合器脱开再经过挂轮等其它传动环节使铣刀头转动一定的角度

图3双槽盘式分度机构工作原理图

1齿轮12离合器3齿轮24槽盘1

5槽盘26齿轮37齿轮48分度定位爪

9齿轮5I传动轴II转轴

三方案比较

方案1结构简单操作简便易于维护且生产成本低方案2传动精度高但是维修困难制造不便成本高操作较繁琐

综合分析两个方案并考虑到实际的情况最终选择方案1

34传动件设计及计算

com动设计及计算

在本设计中电动机有3个作用一是用来带动铣刀头运转进行加工二是通过减速箱1及丝杆结构了来控制滑套及动力头的上下移动三是通过减速箱2及丝杆结构带动机架沿工作台的导轨面进行铣削加工因此本设计的传动方案不是很复杂可以理解为2个运动齿轮传动和丝杆传动

为实现减速要求还需采用蜗轮蜗杆对它进一步减速为实现减速要求还需对它进行进一步减速此处是空间交错的两轴间运动和力的传动可采用蜗轮蜗杆传动圆锥齿轮传动等减速方案进行减速这里选用蜗轮蜗杆传动因为它具有以下特点

查机械设计手册3得蜗轮蜗杆能实现比较大的传动比一般为I5～80与其它减速方案比较它具有传动比大零件数目少结构紧凑等特点

为保证焊接质量要求磨辊的运动平稳而蜗轮蜗杆在传动中由于蜗杆齿是连续不断的它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的同时啮合的齿对较多故冲击载荷小传动平稳噪声低满足要求

为了方便磨辊的装夹要求传动能够自锁而当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时蜗杆传动就能实现自锁而齿轮传动就不能实现因此在此处选用蜗轮蜗杆减速是比较理想的减速方案

由于传动要求较低这里选用普通圆柱蜗杆传动通过计算减速比为629查《机械设计手册》采用公称减速比63

本设计传动比I63采用立式结构向下输出的传动方案要求能使用5年每天24小时工作一年按300天计算

一选定蜗杆传动类型

根据GBT100851988的推荐采用渐开线蜗杆ZI

二选择材料

根据各材料的性能并考虑到蜗杆传递的功率不大速度不高因此蜗杆采用40Cr要求蜗杆螺旋齿面表面淬火处理硬度为45～55HRC蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10P1金属模铸造

三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进行设计再校核齿根弯曲疲劳强由齿面接触强度按计算公式进行试算传动中心距a即

一确定作用在蜗轮上的转矩T2

按Z11估取效率η08则

二确定载荷系数K

查参考资料3得因工作载荷较稳定故去载荷分布不均匀系数Kβ1查表选取使用系数KA115由于转速不高冲击不大可取动载荷系数Kv105则

三确定弹性影响系数

因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和40Cr蜗杆相配故Ze1898MPa

四确定接触系数Zρ

先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值为d1a035从图11-18中查得Zρ29

五确定许用接触应力〔σH〕cuSn10P1金属模铸造蜗杆蜗杆螺旋齿面硬度＞

应力循环次数

寿命系数

则

六计算中心距

取中心距a100mm因I63故从表11-2中取模数m25mm蜗杆分度圆直径d145mm这时d1a045查参考资料4图11-18中查得接触系数为265＜γ14度12分36秒轴向齿厚Sa3925mm

二蜗轮

蜗轮齿数Z263变位系数

验算传动比I63163

蜗轮分度圆直径d2155mm

蜗轮喉圆直径da2d22ha21605165mm

蜗轮齿根圆直径df2149mm

五．校核齿根弯曲疲劳强度

当量齿数

根据查参考资料4图11-19中查得齿形系数

螺旋角系数

许用弯曲应力

查参考资料4表11-8中查得由ZcuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力

寿命系数

于是有

由于故弯曲强度满足要求

六精度等级公差和表面粗糙度的确定

考虑到所设计的蜗杆是动力传动属于通用机械减速器GBT10089-1988圆柱蜗杆蜗轮精度中选择8级精度侧隙种类为f标注为8fGBT10089-1988然后由相关的手册查得要求的公差项目及表面粗糙度

com丝杆传动设计及计算

丝杆的工作载荷主要是扭矩拉力或压力在本设计中采用滑动丝杆螺母机构梯形螺纹下面对其进行设计验算

一耐磨性计算

影响磨损的主要因素是螺纹工作面上的平均压强P

式中Q------丝杆最大牵引力N

d-------螺纹的中径mm

h-------螺纹工作面高度等于螺纹高度减去螺纹顶隙mm

T-------丝杆螺纹的导程mm

K-------螺纹头数

L-------螺母的长度mm

-----螺纹工作表面上的许用压强MPa查设计资料3表1选取许用压强11MPa

表1许用压强MPa

应用范围丝杆-螺母材料钢不淬硬-铸铁钢不淬硬-青铜钢淬硬抛光-青铜精密丝杆传动236一般丝杆传动51115

根据以上的选取和公式计算螺纹中径d对于梯形螺纹

代入上式

其中ψ30考虑到其它因素的影响选取d38mm则

上述说明满足耐磨性要求

二刚度计算

由于该丝杆属于低速传动类所以应从不发生爬行现象的要求进行验算其拉压刚度

根据实验丝杆的拉压变形约占整个传动系统变形的30～50丝杆的拉压刚度为

式中E------弹性模量对于钢

d和L-----丝杆的根径和工作长度mm

因此有

假设丝杆的拉压变形占整个传动系统变形的50则整个传动系统的刚度

查表得

代入下式

也就是说升降速度低于42mmmin时就有可能出现爬行现象而升降速度

〉

因此满足刚度要求

三受压丝杆的稳定性计算

受压丝杆的稳定性计算与其构造及支承的特性有关查参考资料5大柔度压杆稳定性计算公式受压丝杆失稳的最大轴向载荷为

查表得知丝杆的稳定性符合要求

35蜗杆轴的设计及计算

由于该主轴所传递的扭矩极小在计算时可按心轴公式计算且为实心故其轴径计算公式为

d-----轴的直径mm

M-----轴在计算截面所受的弯矩Nmm

轴的许用弯曲应力MPa根据参考资料5表5-1-1查取为280MPa

弯矩可由弯矩图最大弯矩在轴承支点处如下图4所示

RARBP

图4轴受力图

由材料力学计算有RA-178911NRB568910NPG3900N

最大为

故轴径为d20mm取安全系数15故轴径为30mm

轴的结构设计如下图5所示

图5蜗杆轴结构图

36蜗杆与减速箱之间的连接

蜗杆与减速箱之间的连接从结构和要求综合考虑采用联轴器连接由于焊接转台振动很小转矩也很小因此采用结构简单的刚性突缘联轴器即能胜任传动的转矩为

其中G为转台综合重量

f为滚动轴承摩擦因数查表89-1f001查机械设计手册3表89-1得04

即T351Nm转矩很小远远小于标准减速箱输出轴径所需配合的联轴器因此选用YLD14联轴器J1110×

140GBT5843-1986

37导轨的设计及强度计算

一导轨功用分类和应满足的要求

一导轨的功用和分类

导轨的作用是导向和承载．在导轨副中运动的一方叫做动导轨不动的一方叫做支承导轨．动导轨相对于支承导轨只能有一个自由度的运动以保证单一方向的导向性通常动导轨相对于支承导轨作直线运动或者旋转运动．

导轨按运动性质分有主运动导轨进给运动导轨和移置导轨三类若按摩擦性质分则又可以分成滑动导轨和滚动导轨两类另一种分类是把导轨分为开式导轨和闭式导轨

二导轨应满足的要求

导轨应满足的要求包括对导轨的一般要求对导轨的精度和光洁度的要求

对导轨的一般要求有以下这些①导向精度②精度保持性③低速运动的平稳性④机构简单工艺性好

对导轨的精度和光洁度的要求①几何精度②接触精度③表面光洁度

三导轨的精加工

导轨精加工的方法有精刨精铣磨削和刮研等几种

精刨可以满足普通精度机床导轨的精度和光洁度要求而且成本低生产率高

磨削精加工导轨面能够达到较高的精度和表面光洁度生产率也高而且是加工淬硬导轨的唯一方法磨削最初只用来精加工支承导轨与其配合的动导轨则采用配刮现在动导轨可以配磨甚至互换导轨的磨削方式有周边磨削和端面磨削两种周边磨削与端面磨削相比质量好生产率高已经逐渐取代了端磨

刮研可以达到最高的精度同时还具有变形小接触好表面可以存油的优点它的缺点是劳动强度大生产率低这种加工方式至今还被应用于高精度机床导轨的精加工上例如座标镗床和导轨磨床导轨的精加工

二导轨的选择

由设计资料3表2可以知道选择镶钢镶金属导轨是最经济最合理的

表2导轨的类型特点

导轨的类型主要特点普通滑动导轨

滑动导轨结构简单使用维修方便

在未形成完全液体摩擦时低速易爬行

磨损大寿命低运动精度不稳定塑料导轨动导轨表面贴塑料软带等与铸铁或钢导轨搭配摩擦系数小且动静摩擦系数相近不易爬行

贴塑工艺简单

刚度低耐热性差容易蠕变镶钢镶金属导轨在支承导轨上镶装有一定硬度的钢板或钢带提高导轨的耐磨性改善摩擦或满足焊接床身结构的需要

在动导轨上镶有青铜之类的金属防止咬合磨损提高耐磨性运动平稳精度高滚动导轨运动灵敏度高低速运动平稳性好定位精度高

精度保持性好磨损少寿命长

刚度和抗振性差结构复杂成本高要求有良好的防护动压导轨速度高形成液体摩擦

阻尼大抗振性好

结构简单不需复杂供油系统使用维护方便

油膜厚度随载荷与速度而变化影响加工精度低速重载易出现导轨面接触静压导轨摩擦系数小驱动力小

低速运动平稳性好

承载能力大刚性吸振性好

需要一套液压装置结构复杂调整困难

一导轨截面形状的选择截面形状有以下几种

V形导轨山形导轨三角形导轨

导向精度高磨损后能够自动补偿

凸形有利于排屑不易保存润滑油用于低速

凹形的特点与凸形特点刚好相反高低速时都可以采用

对称形截面制造方便应用较广两侧压力不均匀时采用非对称形

顶角a一般为90度重型一般采用a为110度～120度精密机床采用a小于90度以提高导向精度

矩形导轨平导轨

制造简单承载能力大不能自动补偿磨损必须用镶条调整间隙导向精度低需要良好的防护

主要用于载荷大的机床或者组合导轨

燕尾形导轨

制造较复杂磨损不能自动补偿用一根镶条可以调整间隙尺寸紧凑调整方便

主要用于要求高度小的部件中如车床刀架

圆柱形导轨

制造简单内孔可珩磨外圆采用磨削可达配合精度磨损不能自动调整间隙

主要用于受轴向载荷场合

综合分析各个导轨截面的优缺点结合实际的情况和要求选取V形导轨材料为HT200其机构设计如下图6所示

图6导轨设计图

二滑动导轨压强的计算

导轨的许用压强根据参考资料2表93-20选取铸铁导轨的许用压强为25～30MPa

作如下假设导轨本身刚度大于接触刚度此时只考虑接触变形对压强的影响沿导轨的接触变形和压强按线性分布在宽度上视为均布每个导轨面上所受的载荷都可以简化为一个集中力F和一个颠覆力矩M的作用如图7所示

图7导轨压强

导轨所受的最大最小和平均压强分别为

式中------导轨所受集中力N

-------导轨受的颠覆力矩N·

mm

-----由集中力引起的压强MPa

-----由颠覆力矩的压强MPa

-------导轨宽度mm

--------动导轨长度mm

有前面的设计可知

由于

＞

图8主电路图

42PLC选择及接线图

comPLC选择

根据计算可以得知有个输入信号和个输出信号采用继电器输出故IO点数为620点

故应该选用FX2N-64MR-00