工作台装配主轴箱装配与BF3控制系统设计Word文档格式.docx
- 文档编号:22599852
- 上传时间:2023-02-04
- 格式:DOCX
- 页数:39
- 大小:342.02KB
工作台装配主轴箱装配与BF3控制系统设计Word文档格式.docx
《工作台装配主轴箱装配与BF3控制系统设计Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《工作台装配主轴箱装配与BF3控制系统设计Word文档格式.docx(39页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(2)高速定位工作台由直流伺服电机,通过联轴器,滚珠丝杠带动xy方向移动,速度可达14m/min,主轴箱Z向移动可达10m/min,定位精度可达0.006~0.015mm/30mm。
(3)采用随机换刀随机换刀有数控系统管理,刀具和刀座上不设固定编号,换刀由机械手执行,结构简单,可靠。
(4)机床采用CNC系统换刀和主轴准停由程序控制器控制,有自诊功能。
2机床主要性能参数
(1)工作台
工作台外形尺寸(工作面)1000mm*320mm
工作台T形槽宽*槽数18mm*3mm
(2)移动范围
工作台左右行程(X轴)750mm
工作台前后行程(Y轴)40mm
主轴箱上下行程(Z轴)470mm
主轴端面距工作台距离180~650mm
(3)主轴箱
主轴锥孔
锥度7:
24,BT-45
主轴转速(标准型/高速型)
225~2250r/min,45~4500r/min
主轴驱动电动机
3.8KW,ACZ130交流电动机系列
(4)进给速度
快速移动速度(X、Y轴)
14m/min
进给速度(X、Y、Z轴)
1~4000mm/min
进给驱动电动机
1.5KW,ACS130电机系列
(5)自动换刀装置
刀库容量
12把
选刀方式
任选
最大刀具尺寸
Φ100mm*Φ300mm
最大刀具质量
10kg
刀库电动机
(6)精度
定位精度
±
0.012mm/300mm
重复定位精度
0.006mm
(7)承载能力
工作台允许负载
500kg
滚珠丝杠尺寸(X、Y、Z轴)Φ40mm*10mm
钻孔能力(一次钻出)
Φ32mm
攻螺纹能力
M24mm
铣削能力
100cm3/min
(8)其他
气源
49~68.6Pa(250L/min)
机床质量
4.5t
占地面积
3500mm*3060mm
.数控装置(FANUC-BESK7CMCNC系统)
(1)规格
控制轴数
3轴
同时控制轴数
(X、Y、Y、Z、Z、X)或3轴
轨迹控制方式
直线/圆弧方式或空间直线/螺旋方式
纸带代码
EIA/ISO
程序格式
写地址式可变程序段
脉冲当量
0.001mm/脉冲
最大指令值±
99999.9999mm或±
9999.9999英寸
纸带存储和编辑
30m纸带信息(12KB)
3机床的结构特点
为了充分发挥数控机床自身的优越性,加工中心机床在结构设计上要比一般的数控机床设计得更加完美,制造得更精密。
加工中心机床的结构除了具有一般数控机床的结构特点外,还具有独特的结构要求:
(1)具有存储加工所需刀具的刀库
刀库用于存储刀具,并根据要求将各工序所用的刀具运送到取刀位置。
(2)具有自动装卸刀具的机械手
在加工中心机床上刀具的自动更换,多数借助机械手来进行。
(3)具有主轴准停机构、刀杆自动夹紧松开机构和刀柄切屑自动清除装置
这是加工中心机床主轴部件中三个主要组成部分,也是加工中心机床能够顺利地实现自动换刀所具备的结构特征。
(4)具有自动排屑、自动润滑和自动报警的系统等。
三机床主轴箱设计及相关计算
1主要部件结构
(1)主轴部件
图3-70为JCS-018型立式加工中心的主轴结构图,刀具自动夹紧装置装在主轴内孔中。
该装置由拉杆6和头部的四个钢球4、碟形弹簧5、活塞8和螺旋弹簧7组成。
图示位置为刀柄夹紧状态,当需要松开刀柄时,液压缸的上腔进油,活塞8向下移动压缩螺旋弹簧7,并推动拉杆6向下移动,碟形弹簧5被压缩,钢球4随拉杆一起向下移动。
当钢球4移至主轴孔径较大处时,便松开了刀柄1,刀具连同刀柄一起被机械手拔出。
此机床采用靠弹簧力夹紧刀柄、靠液压力松开刀柄的刀柄夹紧机构,其优点是:
如果突然停电,刀柄不会自行松脱。
当需要夹紧刀柄时,活塞8的上端无油压,弹簧7使活塞8上移,拉杆5在碟形弹簧5的作用下上移,钢球4进入刀柄尾部拉钉3的环形槽内将刀柄拉紧。
活塞8孔的上端接有压缩空气,机械手将刀具从主轴中拔出后,压缩空气通过活塞杆和拉杆6中的孔,可将主轴轴端装刀柄的定位锥孔吹干净。
该机床用钢球拉紧刀柄,易将主轴孔和刀柄拉钉压出坑痕,现已改用弹性卡爪结构。
图3-1是一种使用弹性卡爪的刀具自动夹紧机构。
弹性卡爪4由两瓣组成,装在主轴
图3-1使用弹性卡爪的刀具自动夹紧机构
1——主轴2——刀柄3——拉钉4——弹性卡爪5——蝶形弹簧6——拉杆
1内孔的轴向槽中。
夹紧刀柄时(图3-71a),液压缸无压力油作用(参见图3-70活塞推杆8),液压缸推杆上移,在碟形弹簧5的弹力作用下,拉杆6带动弹性卡爪上移;
卡爪在主轴内孔锥面的作用下逐渐被收紧,卡住拉钉3,夹紧刀柄。
松开刀柄时(图3-71b),液压缸推杆推动拉杆6克服碟形弹簧5的弹力下移,弹性卡爪4被推到主轴内孔大孔径处,并被拉杆6下端槽部的锥面撑开,弹性卡爪4与拉钉3脱开,拉杆6继续向下移动将刀柄顶松,机械手便可将刀柄连同刀具取出进行换刀。
(2)刀柄和拉钉
加工中心的刀柄已标准化、系列化,其刀柄模块采用7:
24锥柄,如图3—71所示。
加工中心刀柄有ISO(国际标准)、GB(中国标准)、MAS(日本标准)、ANSI(美国标准)、DIN(德国标准)等多种标准和25、30、40、45、50、60等规格。
固定在锥柄尾部与主轴内拉紧机构相配备的拉钉也已标准化,分为A型和B型,这里选用B型拉钉,装配时首先要将拉钉旋紧在刀柄尾部,主轴内拉紧机构通过滚珠与拉钉的配合来定位刀具。
装配拉钉时要注意清理拉钉与刀柄的表面,防止夹杂铁屑杂物。
2主轴的结构设计
主轴是主轴箱的重要组成部分。
它的结构尺寸和形状、制造精度、材料及其热处理,对主轴箱的工作性能有很大的影响。
为了提高主轴的刚度和便于安装,将JCS——018A立式加工中心的主轴设计成阶梯圆柱形,前端外径大,后端外径小,为实现更换刀具时能自动夹紧,主轴内部设计成空心。
其前端有
7:
24锥孔,用于装锥柄刀具,并有自动定心作用,通过摩擦将刀柄夹紧于主轴的端部,大锥度既利于定心,也便于松夹。
主轴端面装有定向键,既可传递切削的转矩,又可用于刀具的周向定位。
主轴外圆柱面上有前后支承轴承的配合面。
主轴的主要尺寸参数包括:
主轴直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。
(1)主轴直径
主轴直径越大,其刚度越强,但使得轴承和轴上的其他零件的尺寸相应增大。
前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高,工艺性能也越好。
根据主轴功率5.5/7.5KW确定主轴的直径为D1=90mm。
尺寸参数
机床主轴端部结构形状:
主轴中心孔前段锥度,摩氏3-6度。
主轴前轴颈尺寸应按所传递的功率确定,初选时可参照下表初定。
表3-1主轴前轴径的直径mm
功率KW
D
车床
1.47-2.5
2.6-3.6
3.7-5.5
5.6-7.3
7.4-11
11-14.7
14.8-18.4
18.5-22
22-29.5
卧式车床
60-80
70-90
70-105
95-130
220
230
铣床
50-90
60-90
60-95
75-100
90-105
------
-----
外圆磨床
----
55-70
70-80
75-90
90-100
105
(2)为装配方便,车床主轴直径通常是从前向后逐段递减。
一般车、铣床主轴后轴颈的直径D2=(0.7~0.9)D1,D1为前轴颈尺寸。
所以63<
D2<
81。
根据情况我们选D2=80mm
主轴前端面到前支撑径向支反力作用点之间的距离为主轴悬伸量,减小悬伸量对提高主轴组件的刚度与抗振性有明显效果。
主轴悬伸量的选择,可参照下表确定。
表3-2主轴悬伸量与前轴颈直径之比
机床和主轴的类型
α/D
通用和精密车床,自动车床和短主轴端铣床,用滚动轴承支承,适用于高精度和普通精度要求
0.6-1.25
中等长度和较长主轴端的车床和铣床,悬申不太长(不是细长)的精密镗床和内圆磨床,用滚动轴承和滑动轴承支撑,适用于绝大部普通生产的要求。
1.25-2.5
孔加工机床,专用加工细长深孔的机床,由加工技术决定,需要有长的悬伸刀杆或主轴可移动,因切削较重而不适用于有高精度要求的机床。
〉2.5
初步确定时可取a=D1。
主轴最佳跨距可据下列经验公式初定
式中L0——最佳跨距a——悬伸量
(悬伸量大的机床
若实际跨距L实与最佳跨距L0不能相等时,可取合理跨距。
若L实〉L0时,应适当加强主轴刚度;
反之,L实<
L0时,应适当加强轴承刚度。
其他传动轴的径向尺寸,可按该轴所传递的扭矩初定,轴向尺寸必须保证各轴间齿轮不相干涉。
滑移齿轮在一对齿轮彻底脱开后,下一对才能进行啮合,并且留有1-2mm间隙的实际需要的基础上,据结构要求确定。
(3)主轴内孔直径
JCS——018A立式加工中心的主轴内径是用来通过刀具夹紧装置固定刀具的。
主轴孔径越大,机床是使用范围越广,同时主轴部件的重量也越轻。
但是孔径的大小受主轴刚度的制约。
.
主轴内孔直径
∵
其中,----空心主轴的刚度和截面惯性矩
K,I----实心主轴的刚度和截面惯性矩
当主轴孔径与主轴直径之比小于0.3时空心主轴的刚度几乎与实心主轴的刚度相当,大于0.7时空心主轴的刚度就急剧下降。
此处取其比值为0.3,则主轴内孔直径为90*0.3=27mm。
为了方便加工,取内孔径d=28mm
主轴材料的选择主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素确定。
主轴材料选用38CrMoAIA。
(4)主轴的刚度验算
轴的变形和允许值
轴上装齿轮和轴承处的绕度和倾角(y和)应该小于弯曲变形的许用值
即y
表3-3绕度和倾角(y和)应该小于弯曲变形的许用值
轴的类型
(mm)
变形部位
(rad)
一般传动轴
4.0003~0.0005l
装向心轴承处
0.0025
刚度的要求较高
-0.0002l
装齿轮处
0.001
安装齿轮轴
(0.01~0.00)m
装单列圆锥滚子轴承
0.006
其中:
L表跨距,m表模数
轴的变形计算公式
计算轴本身弯曲变形产生的绕度y及倾角时,一般常将轴简化为集中载荷下的简支梁。
按材料力学相关公式计算,主轴的直径相差不大且计算精度要求不高的时候,可把轴看作等径轴,采用平均直径D来计算。
轴的计算简图在xz平面内:
图3-2轴计算简图
圆轴:
d
惯性矩:
I=
矩形花键轴:
d1=
轴的分解和变形合成:
对于复杂受力的变形,先将受力分解为三个垂直面上的分力,应用弯曲变形公式求出所求截面的两个垂直平面的和y。
然后进行叠加,在同以平面内的可进行代数叠加,在两平面内的按几何公式,求出该截面的总绕度和总倾角。
提高轴刚度的一些措施:
加大轴的直径,适当减少轴的跨度或增加第三支承,重新安排齿轮在轴上的位置改变轴的布置方位等。
轴的校核计算:
主轴的传动功率:
P主==5.9974KW
主轴转矩:
T主==143188Nmm
支点上的力:
根据弯矩平衡:
求得:
RHE=-244.9N
根据力得平衡:
5)垂直平面得弯矩:
=868.6N
=501.1N
根据平面内得弯矩平衡有:
再根据力得平衡:
R
则可得B、C点得弯矩图:
在B点和C点为最危险截面,要满足要求,B、C点满足即可,在B、C截面得弯矩为:
=110489.6N·
㎜
=708402.5N·
扭矩图为:
经分析可知B所在得位置为最危险截面,只要B满足条件即可,则刚度满足。
计算弯矩
M==942100N·
轴得抗弯截面系数为:
=58.94
故满足第三强度理论
刚度验算:
在水平面内,单独作用时:
=
=-0.018147mm
在单独作用下:
=-0.00551mm
在两力得共同作用下:
在垂直面内有(在单独作用时)
=-0.0066mm
=-0.001515mm
所以在共同作用下,x处为危险截面,其最大绕度为
而一般的刚度=0.21~0.35mm
所以符合刚度要求,其转角就不用验算了。
3支承方式的选择
(1)选择轴承的型号
由于丝杠工作时,既承受轴向载荷又承受径向载荷,故支承丝杠的轴承选用能同时承受径向载荷与单向轴向载荷的角接触球轴承.丝杠在传动是要正反转,则轴承承受的轴向力的方向可能反复变化,故采用两个轴成面对面安装.如图所示:
图3-3角接触球轴承面对面安装
轴承型号:
(2)计算轴承的寿命
所谓轴承的寿命,是指轴承中任一滚动体或内,外圈辊道上出现疲劳点蚀前所经历的总转数或一定转速下工作的小时数.滚动轴承寿命计算的目的是防止轴承在预期工作时间内产生点蚀破坏,其寿命与所受载荷的大小有关,作用载荷越大,引起的接触应力也就越大,因而在发生点蚀破坏前所经历的总转数也就越少,即轴承的寿命越短.
图3-4滚动轴承的疲劳曲线
轴承的寿命:
----基本额定动载荷
----当量动载荷
----轴承转速
----温度系数
----寿命指数,球轴承;
滚子轴承
对角接触球轴承,其径向当量动载荷为:
---轴向动载荷系数
----径向动载荷系数
----轴承所承受的径向载荷
----轴承所承受的轴向载荷
由于轴承工作时的温度低于120,查表的温度系数=3
轴承成对安装故
故轴承的寿命
轴承的预期寿命一般约为5000~20000h.本设计满足要求。
4主轴准停装置
在数控钻床、数控铣床以及镗铣为主的加工中心上,由于特殊加工或自动换刀,要求主轴每次停在一个固定的准确的位置上。
所以在主轴上必须没有准停装置。
准停装置分机械式和电气式两种。
图5-8所示机械准停装置的工作原理如下:
准停前主轴必须是处于停止状态,当接收到主轴准停指令后.主轴电动机以低速转动,主轴箱内齿轮换挡使主轴以低速旋转,时间继电器开始动作,并延时4--6s,保证主轴转稳后接通无触点开关1的电源,当主轴转到图示位置即凸轮定位盘3上的感应块2与无触点开关1相接触后发出信号,使主轴电动机停转。
另一延时继电器延时0.2--0.4s后,压力油进入定位液压缸下腔,使定向活塞向左移动,
图3-5机械式主轴准停装置
1-无触点开关2-感应块3-凸轮定位盘4-定位液压缸5-定向滚轮6-定位活塞
图3-6电器式主轴准停装置
1-主轴2-同步感应器3-主轴电动机4-永久磁铁5-磁传感器
当定向活塞上的定向滚轮5顶入凸轮定位盘的凹槽内时,行程开关LS2发出信号,主轴准停完成。
若延时继电器延时1S后行程开关IS2仍不发信号,说明准停没完成,需使定向活塞6后退,重新准停。
当活塞杆向右移到位时,行程开关lSl发出滚轮5退出凸轮定位盘凹槽的信号,此时主轴可启动工作。
机械准停装置比较准确可靠,但结构较复杂。
现代的数控铣床一般都采用电气式主轴准停装置,只要数控系统发出指令信号主轴就可以准确地定向。
如常用磁力传感器检测定向的工作原理如图5-9所示是在主轴上安装有一个永久磁铁4与主轴一起旋转,在距离永久磁铁4旋转轨迹外1—2mm处固定有一个磁传感器5,当铣床主轴需要停车换刀时,数控装置发出主轴停转的指令,主轴电动机3立即降速,使主轴以很低的转速回转,当永久磁铁4对准磁传感器5时,磁传感器发出准停信号,此信号经放大后,由定向电路使电动机准确地停止在规定的周向位置上。
这种准停装置机械结构简单,发磁体与磁感传感器间没有接触摩擦,准停的定位精度可达±
1。
能满足一般换刀要求。
而且定向时间短,可靠性较高。
5刀具自动夹紧装置、切屑清除装置
在加工中心上,为了实现刀具在主轴上的自动装卸,并保证刀具在主轴中正确定位,主轴必须设计有刀具自动夹紧、切屑清除和主轴准停装置。
如图5-10所示为设计有以上三种装置的自动换刀卧式镗床(镗铣加工中心)的主轴部件。
图3-7镗铣加工中心主轴刀具夹紧机构
刀具自动夹紧装置和切屑清除装置由钢球3、空气喷嘴4、套筒5、拉杆7、碟形弹簧8、油缸(及活塞)11组成。
图示为刀具的夹紧状态,在碟形弹簧8的作用下,拉杆7始终保持约10000N的拉力,并通过拉杆7左端的钢球3将刀杆1的尾部轴颈拉紧。
刀杆1采用7:
24的大锥度锥柄,在尾部轴颈拉紧的同时,通过锥面的定心和摩擦作用关键所在刀杆1夹紧于主轴2的端部。
松开刀具,将压力油通入油缸11的右腔,使活塞推动拉杆7向左移动,同时压缩碟形弹簧8。
拉杆7的左移使左端的钢球3位于套筒5的喇叭口处,从而解除了刀杆1上的拉力。
当提杆7继续左移,空气喷嘴4的端部把刀具顶松,机械手便取出刀杆1。
当机械手将新刀装入后,压力油通入油缸11左腔,活塞向右退回原位,碟弹簧8又拉紧刀杆1。
当活塞处于左、右两个极限位置时,相应的限位开关发出松开和夹紧的信号。
自动清除主轴孔中的切屑和灰土是换刀操作中的一个不容忽视的问题。
如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其他污物,在拉紧刀杆时,就会划伤锥孔和锥柄表面,甚至会使刀杆发生偏斜,破坏刀具正确定位,影响加工零件的精度,甚至使零件报废。
为了保持主轴锥孔的清洁,常用压缩空气吹屑。
活塞和拉杆的中心,都有压缩空气通道,当活塞向左移动时,压缩空气经活塞和拉杆的通道,由空气喷嘴喷出,将锥孔清理干净。
喷气小孔要有合理的喷射角度,并均匀分布,以提高吹屑效果。
对自动换刀数控镗铣床,切削扭矩是通过刀杆的端面键来传递的。
为了保证自动换刀时使刀杆的键槽对准主轴上的端面键,主轴需停在一个固定不变的方位上,这由主轴准停装置来实现。
图3-7的主轴准停装置由定位盘9、10,滚子12,定位油缸(及活塞)13,无触点开关14以及限位开关15、16组成。
当需要停车换刀时,发
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工作台 装配 主轴 BF3 控制系统 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)