加工中心在箱体上的应用.docx
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加工中心在箱体上的应用
毕业设计(论文)
(说明书)
题目:
加工中心在箱体上的应用
姓名:
编号:
摘要3
第1章主轴部件精度5
第2章主轴部件结构5
2.1主轴5
第3章加工中心的结构6
3.1基础部件6
3.2主轴部件6
第4章加工中心对结构的要求6
4.1具备更高的静动刚度6
4.2有更小的热变形7
4.3运动件间的摩擦小并消除传动系统间隙7
4.4寿命高、精度保持性好7
第5章加工中心的其他装置9
5.1、支撑系统9
5.2刀库及自动换刀装置10
5.3加工中心的自动换刀装置10
5.4二轴转动式换刀装置11
5.5、位置检测装置12
5.5.1光栅12
5.5.2磁栅的结构和工作原理12
第6章加工中心加工工件的安装13
6.1加工中心加工定位基准的选择:
13
6.2加工中心夹具的确定:
14
6.3.加工中心夹具的选用原则:
14
6.4加工中心刀具选择技巧14
第7章加工中心掉刀故障分析与处理简介15
7.1心掉刀故障分析与处理15
7.2工中心参考点及其故障诊断16
7.2.1.使用绝对脉冲编码器的机床回原点时的原点漂移18
7.2.2.全闭环系统中的原点漂移19
7.2.3.原点漂移数个脉冲19
第8章考虑轴向切削力的立式加工中心刀具伸出长度测量20
8.1数控车床和加工中心典型加工零件的高效加工工艺研究成果介绍21
8.1.1关键技术21
8.1.2.取得的主要成果22
8.2RFMH80/RFMH80P卧式加工中心系列24
8.2.1零件工艺过程分析及工序安26
8.2.2毛坯准备26
8.2.3工序1夹具的设计和使用及加工工艺过程26
8.2.4工序2夹具的设计和适用及工艺过程27
8.3程序编制27
8.4切削用量选择28
8.5刀具选择28
第9章结论29
摘要
随着数控技术的发展和普及,加工中心的作用越发突显它的重要性。
为进一
步提高数控机床的加工效率,数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成
多道工序或全部工序加工的方向发展,因此出现了各种类型的加工中心机床,如
车削中心、镗铣加工中心、钻削中心等等。
这类多工序加工的数控机床在加工过
程中要使用多种刀具,因此必须有自动换刀装置,也就是所说的刀库,以便选用
不同刀具,完成不同工序的加工工艺。
自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具
重复定位精度高、足够的刀具储备量、占地面积小、安全可靠等特性。
本论文是开发设计出一种体积小、结构紧凑、价格较低、生产周期短的小型
立式加工中心刀库本文。
首先介绍了国内外加工中心研究现状及发展趋势,阐明
了本课题研究的目的、意义。
然后进一步介绍本小型加工中心刀库总体结构和各
部件方案的选择,并在此基础上进行了小型加工中心刀库的机械结构的设计计算,
主要包括刀盘部件设计(含刀盘,夹块,刀爪),刀库转动定位机构设计(含转臂,
槽轮,滚子,锁止盘),刀库总体机构设计(含轴承套,轴,箱盖,箱体)刀库移
动部分设计。
Alongwiththenumericalcontroltechnologydevelopmentandthe
popularization,theprocessingcenterfunctionrevealsitsimportanceevenmore
suddenly.Forfurtherenhancesthenumericalcontrolenginelathstheprocessing
efficiency,thenumericalcontrolenginelathsisclampingtotheworkpieceinan
enginelathsattirethencompletesthemulti-channelworkingprocedureorthecomplete
workingprocedureprocessingdirectiondevelops,thereforeappearedeachkindoftype
processingcenterenginelaths,liketheturningcenter,theboringmillprocessingcenter,
drillstruncatescenterandsoon.Thiskindofworkingprocedureprocessingnumerical
controlenginelathsmustusemanykindsofcuttingtoolsintheprocessingprocess,
thereforemusthavetradestheknifeinstallmentautomatically,alsoistheknife
storehousewhichsaid,inordertoselectthedifferentcuttingtool,completesthe
differentworkingproceduretheprocessingcraft.Tradestheknifeequipmenttohave
automaticallytohavetradestheknifetimeshort,thecuttingtoolrepetitionpointing
accuracyhigh,theenoughcuttingtoolmargin,theareasmall,safereliableandsoon
thecharacteristics.
Thepresentpaperisthedevelopmentdesignsonekindofvolumeslightly,the
structurecompact,thepriceislow,productioncycleshortsmallverticalprocessing
centerknifestorehousethisarticle.Firstintroducedthedomesticandforeign
processingcenterresearchpresentsituationandthetrendofdevelopment,have
expoundedthistopicresearchgoal,thesignificance.Thenfurtherintroducedthissmall
processingcenterknifestorehouseoverallstructureandvariouspartsplanchoice,and
hascarriedonthesmallprocessingcenterknifestorehousemechanismdesign
calculationinthisfoundation,mainlyincludestheknifestorehouseoverall
organizationdesign,theelectricalmachineryselection,theknifestorehouserotation
detentmechanismdesignknifestorehousemigrationpartdesignandsoon.
Keywords:
numericallycontrolledlathe;machiningcenters;cutdatabase;
mechanicalhand
第1章主轴部件精度
加工中心主轴部件由主轴动力、传动及主轴组件组成,它是加工中心成型运动的重要执行部件之一,因此要求加工中心的主轴部件具有高的运转精度、长久的精度保持性以及长时fdl运行的精度稳定性。
加工中心通常作为精密机床使用,主轴部件的运转精度决定了机床加工精度的高低.考核机床的运转精度一般有动态检验和静态检验两种方法。
静态检验是指在低速或手动转动主轴情况下,检验主轴部件各个定位面及工作表面的跳动量.动态检验则需使用一定的仪器在机床主轴额定转速下采用非接触的检测方法检验主轴的回转精度。
由于加工中心通常具有自动换刀功能,刀具通过专用刀柄由安装在加工中心主轴内部的拉紧机构紧固。
因此主轴的回转精度要考虑由于刀柄定位面的加工误差所引起的误差。
加工中心主轴轴承通常使用C级轴承,在二支承主轴部件中多采用4-1、2-2组合使用,即前支承和后支承分别用四个向心推力轴承和一个向心球轴承,或前、后支承都使用两个向心推力轴承组成主轴部件的支承体系.对于轻型高精度加工中心,也有前、后支承各使用一个向心推力轴承组成主轴部件的支承体系,该种结构适宜高精度、高速主轴部件的场合.简单的主轴轴承组合,可以大大降低主轴部件的装配误差和热传导引起的主轴隙丧失,但主轴的承载能力会有较大幅度的下降。
第2章主轴部件结构
2.1主轴
主轴前端有7:
24的锥孔.用于装夹BT40刀柄或刀杆.主轴端面有一瑞面键.既可通过它传递刀具的扭矩,又可用于刀具的周向定位.主轴的主要尺寸参数包括:
主轴的直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。
评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构
上艺性和主轴组件的工艺适用范围,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。
主轴材料常采用的有45钢、Gcr15等,需经渗氮和感应加热悴火。
加下中心的主轴支承形式很多.其中立式加工中心的主轴前支承采用四个向心推力球轴承,后支承采用一个向心球轴承,这种支承结构使主轴的承载能力较高,且能适应高速的要求。
主轴支承前端定位,主轴受热向后伸长,能较好地满足精度需要,只是支承结构较为复杂。
⑵刀具自动卡紧机构加工中心可以白动换刀,所以,主轴系统应具备自动松开和夹紧刀具的功能。
刀具的自动夹紧机构安装在主轴的内部,图2一7所示为刀具的夹紧状态.刀柄1由主轴抓刀爪2央持,碟形弹簧5通过拉杆4、抓刀爪2,在内套3的作用下将刀栖的拉钉拉紧,当换刀时,要求松开刀柄.此时将主轴上端气缸的上腔通压缩空气,活塞7带动压杆8及拉4向下移动.同时压缩碟形弹簧5,当拉杆4下移到使抓刀爪2的下端移出内套3时.卡爪张开.同时拉杆4将刀柄顶松,刀其即可由机械手或刀库拔出。
待新刀装入后,气缸6的下腔通压缩空气.在碟形弹簧的作用下.活塞带动抓刀爪上移.抓刀爪拉杆贯新进人内套3,将刀柄拉紧。
活塞7移动的两个极限位置分别设有行程开关10,作为刀具夹紧和松开的信号。
第3章加工中心的结构
3.1基础部件
加工中心有各种类型,虽然外形结构各异,但总体上是由以下几大部分组成
由床身、立柱和工作台等大件组成,它们是加工中心结构中的基础部件。
这些大件有铸铁件,也有焊接的钢结构件,它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载,因此必须具备更高的静动刚度,也是加工中心中质量和体积最大的部件。
3.2主轴部件
由主轴箱、主袖电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。
主轴的启动、停止等动作和转速均由数控系统控制,并通过装在主轴上的刀具进行切削。
主轴部件是切削加工的功率输出部件,是加工中心的关键部件,其结构的好坏,对加工中心的性能有很大的影响。
由CNC装置、可编程序控制器、伺眼驱动装置以及电动机等部分组成.是加工中心执行顺序控制动作和控制加工过程的中心。
加工中心与一般数控机床的显著区别是具有对零件进行多工序加工的能力,有一套自动换刀装置。
第4章加工中心对结构的要求
4.1具备更高的静动刚度
加工中心价格昂贵,其加工费用比传统机床要高得多,这就要求必须采取措施大幅度地压缩单件加工时间。
压缩单件加工时间包括两个方面:
一方面是新型刀具材料的发展,使切削速度成倍地提高,大大缩短了切削时回;另一方面,采用自动换刀系统,加快装夹变换等操作,这又大大减少了辅助时间。
这些措施大幅度地提高了生产率,获得了好的经济效益,然而,也明显地增加了机床的负载及运转时间。
另外,机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等部件的结构刚度将影响它们本身的几何精度及因变形所产生的误差.所有这些因素都要求数控机床具有更高的静刚度。
切削过程中的振动不仅直接影响零件的加工精度和表面质量,还会降低刀具寿命,影响生产率。
而加工中.心又是连续作业,不可能在加工中作人为调整(如改变切削用量或改变刀具的几何角度)来消除或减少振动,因此,还必须提高加工中心的动刚度。
在设计加工中心结构时,考虑到这些因素,其基础大件通常采用封闭箱形结构,合理地布且加强筋板以及加强各部件的接触刚度,有效地提高了机床的静刚度。
另外,调整构件的质盘
可能改变系统的自振频率,增加阻尼可以改善机床的阻尼特性.是提高机床动刚度的有效措施。
4.2有更小的热变形
加工中心在加工中受切削热、摩擦热等内外热源的影响,各部件将发生不同程度的热变形,这将影响工件的加工精度。
由于加工中心的主轴转速、进给速度及切削量等都大于传统机床,而且工艺过程自动化,常常是连续加工,因而产生的热里也多于传统机床,这就要求必须采取措施减少热变形对加工精度的影响。
主要措施有:
对发热源采取有效的液冷、风冷等方法来控制温升;改善机床结构,使构件的热变形发生在非误差敏感方向上。
例如卧式加工中心的立柱采用框式双立柱结构.左右对称,热变形对主轴轴线产生垂直方向的平移,它可以由坐标修正量进行补偿,减少发热,尽可能将热源从主机中分离出去。
4.3运动件间的摩擦小并消除传动系统间隙
加工中心工作台的位移最以脉冲当童作为它的最小单位,在对刀、工件找正等情况下,工作台常以极低的速度运动。
这就要求工作台能对数控装置发出的指令作出准确响应,它与运动件的摩擦特性有关。
加工中心采用滚动导轨和静压导轨,滚动导轨和加压导轨的静摩擦力较小,并且在润滑油的作用下,它们的摩擦力随运动速度的提高而加大,这就有效地避免了低速爬行现象,从而使加工中心的运动平稳性和定位精度都有所提高。
进给系统中采用滚珠丝杠代替滑动丝杠,也是基于同样的道理.另外,采用脉冲补偿装置进行螺距补偿,消除了进给传动系统的间隙,也有的机床采用无间隙传动副。
4.4寿命高、精度保持性好
良好的润滑系统保证了加工中心的寿命,导轨、进给丝杠及主轴部件都采用新型的耐磨材料。
使加工中心在长期使用过程中能够保持良好的精度.
加工中心采用多主轴、多刀架及自动换刀装置,一次装央完成名工序的加工,节省了大量装卡换刀时间。
由于不需要人工操作,故采用了封闭或半封闭式加工,使人机界面明快、干净、协调。
机床各部分的互镇能力强,可防止事故发生,改善了操作者的观察、操作和维护条件,并设有紧急停车装置,以避免发生惫外事故.所有操作都集中在一个操作面板上,一目了然,减少了误操作
加工中心(MachiningCenter)是典型的集高新技术于一体的机械加工设备,它的发展代表了一个国家设计、制造的水平,因此在国内外企业界都受到高度重视。
如今,加工中心已成为现代机床发展的主流方向,加工广泛应用于机械制造中。
与普通数控机床相比,它具有以下几个突出特点:
(l)工序集中
加工中心备有刀库并能自动更换刀具,对工件进行多工序加工,使得工件在一次装夹后,数控系统能控制机床按不同工序,自动选择和更换刀具,自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹,以及其他辅助功能,现代加工中心更大程度地使工件在一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工,即工序集中.这是加工中心
最突出的特点。
(2)对加工对象的适应性强
加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求的快速反应上.而且可以快速实现批量生产,提高市场竞争能力。
3)加工精度高
加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点,而且加工中心由于加工工序集中,避免了长工艺流程,减少了人为千扰,故加工精度更高,加工质量更加稳定。
4)加工生产率高
零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。
加工中心带有刀库和自动换刀装置,在一台机床上能集中完成多种工序,因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间,减少工件半成品的周转、搬运和存放时间,使机床的切削利用率(切削时间和开动时间之比)高于普通机床3~4倍,达80%以上。
(5)操作者的劳动强度减轻
加工中心对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的,操作者除了操作键盘、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外,不需要进行繁重的重复性手工操作,劳动强度和紧张程度均可大为减轻,劳动条件也得到很大的改善。
(6)经济效益高
使用加工中心加工零件时,分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的,但在单件、小批生产的情况下,可以节省许多其他方面的费用,因此能获得良好的经济效益。
例如,在加工之前节省了划线工时,在零件安装到机床上之后可以减少调整、加工和检验时间,减少了直接生产费用。
另外,由于加工中心加工零件不需手工制作模型、凸轮、钻模板及其他工夹具,省去了许多工艺装备,减少了硬件投资.还由于加工中心的加工稳定,减少了废品率,使生产成本进一步下降。
(7)有利于生产管理的现代化
用加工中心加工零件,能够准确地计算零件的加工工时,并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。
这些特点有利于使生产管理现代化。
当前有许多大型CAD/CAM集成软件已经开发了生产管理模块,实现了计算机辅助生产管理。
加工中心的工序集巾加工方式固然有其独特的优点,但也带来不少问题,列举如下。
①粗加工后直接进人精加工阶段,工件的温升来不及回复,冷却后尺寸变动,影响零件精度。
②工件由毛坯直接加工为成品,一次装夹中金属切除量大、几何形状变化大,没有释放应力的过程,加工完了一段时间后内应力释放,使工件变形。
③切削不断屑,切屑的堆积、缠绕等会影响加工的顺利进行及零件表面质量,甚至使刀具损坏、工件报废。
④装夹零件的夹具必须满足既能承受粗加工中大的切削力,又能在精加工中准确定位的要求,而且零件夹紧变形要小。
⑤由于ATC的应用,使工件尺寸受到一定的限制,钻孔深度、刀具长度、刀具直径及刀具质量也要加以考虑。
第5章加工中心的其他装置
5.1、支撑系统
⑴床身
床身是机床的基础件,要求具有足够高的静、动刚度和精度保持性。
在满足总体设计要求的前提下,应尽可能做到既要结构合理、筋板布置恰当,又要保证良好的冷、热加工工艺性。
车削加工中心床身,为提高其刚性,一般采用斜床身,斜床身可以改善切削加工时的受力情况,截面可以形成封闭的腔形结构,其内部可以充填泥芯和混凝土等阻尼材料,在振动时利用相对磨损来耗散振动能量。
⑵立柱
加工中心立柱主要是对主轴箱起到支承作用,满足主轴的Z向运动,立柱应具有较好的刚性和热稳定性。
加工中心采用封闭的箱形结构,内部采用斜板提高立柱的抗弯、抗扭能力,整个结构采用铸造实现。
⑶导轨
加工中心的导轨大都采用直线滚动导轨,滚动导轨摩擦系数很低、动静摩擦系数差别小,低速运动平稳、无爬行,因此可以获得较高的定位精度。
但是这些精度的实现,必须建立在底座处于正确状态的基础上,否则垂直方向的支撑高低误差会造成结构侧向扭曲.进而造成全行程内摩擦阻力的变化.导致产生定位精度的误差。
以往采用滑动导轨时,导轨的配合面要刮研精修,在装配过程中可发现导轨扭曲现象,并通过修配实现校正。
改用滚动导轨,不存在修正过程,很难避免床身扭曲或安装所造成的轨道扭曲.因此采用三点支撑的底座是治木之道。
5.2刀库及自动换刀装置
加工中心利用刀库实现换刀,这是目前加工中心大量使用的换刀方式。
由于有了刀库,机床只要一个固定主轴夹持刀具,有利于提高主轴刚度。
独立的刀库,大大增加了刀具的储存数量,有利于扩大机床的功能,并能较好地隔离各种影响加工精度的干扰因素。
刀库换刀,按照换刀过程有无机械手参与,分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况在有机械手换刀的过程中,使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出,与此同时,另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出,然后两者交换位置完成换刀过程。
无机械手换刀时,刀库中刀具存放方向与主轴平行,刀具放在主轴可到达位置换刀时,主轴箱移到刀库换刀位置上方,利用主轴Z向运动将加工用毕刀具插人刀库中要求的空位处,然后刀库中待换刀具转到待命位置.主轴Z向运动将待用刀具从刀库中取出,并将刀具插人主轴。
有机械手的系统在刀库配置、与主轴的相对位置及刀具数量上都比较灵活,换刀时间短。
无机械手方式结构简单,只是换刀时间要长。
⑴加工中心刀库形式
刀库有多种形式,加工中心常用的有盘式、链式两种刀库。
盘式结构,刀具可以沿主轴轴向、径向、斜向安放,刀具轴向安装的结构最为紧凑.但为了换刀时刀具与主轴同向,有的刀库中的刀具需在换刀位置作900翻转。
在刀库容量较
大时,为在存取方便的同时保持结构紧凑,可采取弹仓式结构,目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面。
在刀库容量较大时,也有安装在单独的地基上,以隔离刀库转动造成的振动,
链式刀库,通常刀具容量比盘式的要大,结构也比较灵活。
可以采用加长链带方式加大刀库的容量,也可采用链带折叠回绕的力式提高空间利用率,在要求刀具容量很大时还可以采用多条链带结构。
5.3加工中心的自动换刀装置
自动换刀装置可分为五种基本形式,即转塔式、1800回转式、回转插人式、二轴转动式和主轴直接式。
自动换刀的刀具可靠固紧在专用刀夹内,每次换刀时将刀夹直接装人主轴。
1)转塔式换刀装置
用转塔实现换刀是最早的自动换刀方式。
转塔是由若干与铣床动力头(主轴箱)相连接的主轴组成.在运行程序之前将刀具分别装人主轴,需要哪把刀具时,转塔就转到相应的位置。
这种装置的缺点是主轴的数量受到限制。
要使用数量多于主轴数的刀具时,操作者必须卸下已用过的刀具,并装上后续程序所需要的刀具。
转塔式换刀并不是拆卸刀具,而是将刀具和刀夹一起换下,所以这种换刀方式很快。
目前NC钻床等还在使用转塔式刀库。
2)1800回转式换刀装置
最简单的换刀装置是1800回转式换刀装置,接到换刀指令后,机床控制系统便将主轴控制到指定换刀位置;与此同时,刀具库运动到适当位置,换刀装置回转并同时与主轴、刀具库的刀具相配合;拉杆从主轴刀具上卸掉,换刀装置将刀具从各自的位置上取下;换刀装置回转
1800并将主轴刀具与刀具库刀具带走;换刀装置回转的同时,刀具库重新调整其位置,以接受从主轴取下的刀具;接下来,换刀装置将要换上的刀具与卸下的刀具分别装人主轴和刀具库;最后,换刀装置转回原“待命”位置。
至此,换刀完成,程序继续运行。
这种换刀装置的主要优点是结构简单、涉及的运动少、换刀快。
主要缺点是刀具必须存放在与主轴平行的平面内,与侧置后置刀具库相比,切屑及切削液易进人刀夹,因此必须对刀具另加防护。
刀夹锥面上有切屑会造成换刀误差,甚至有损坏刀夹与主轴的可能。
有些加工中心使用了传递杆,并将刀具库侧置。
当换刀指令被调用时,传递杆将刀具库的刀具取下,转到机床前方,并定位于与换刀装置配合的位置。
1800回转式换刀装置既可用于卧式机床,也可用于立式机床。
1)回转插人式换刀装置
回转插人式换刀装置(
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