SK40立式數(shù)控銑床設計－主軸部件設計

SK40立式數(shù)控銑床設計－主軸部件設計,SK40立式數(shù)控銑床設計－主軸部件設計,sk40,立式,數(shù)控,銑床,設計,主軸,部件 文獻綜述 課題題目 ：SK40立式數(shù)控銑床設計——－主軸部件設計 所在學院： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 合作導師： 日期： 2013 年 11 月 15 日 前言 數(shù)控銑床引是在一般銑床的基礎上發(fā)展起來的，兩者的加工工藝基本相同，結(jié)構(gòu)也有些相似，但數(shù)控銑床是靠程序控制的自動加工機床，所以其結(jié)構(gòu)也與普通銑床有很大區(qū)別。 數(shù)控銑床形式多樣，不同類型的數(shù)控銑床在組成上雖有所差別，但卻有許多相似之處，但是任何一種數(shù)控機床都主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機械系統(tǒng)組成。 一、 數(shù)控系統(tǒng)? 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，是數(shù)控機床的“指揮系統(tǒng)”。?數(shù)控系統(tǒng)通常是一臺帶有專門系統(tǒng)軟件的專用微型計算機。 二、 伺服系統(tǒng)? 伺服系統(tǒng)（或稱驅(qū)動系統(tǒng)）是數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，是由驅(qū)動和執(zhí)行兩大部分組成。用于實現(xiàn)數(shù)控機床的進給伺服控制和株洲伺服控制。它接受數(shù)控裝置的指令信息，并按指令信息的要求控制執(zhí)行部件的進給熟讀、方向和位移。? 三、 機械系統(tǒng)? 數(shù)控機床的機械系統(tǒng)，除機床基礎件意外，有下列各部分組成:? (1)主軸部件：包括主軸電動機和主軸傳動系統(tǒng)。? (2)進給系統(tǒng)：包括進給執(zhí)行電動機和進給傳動系統(tǒng)。? (3)實現(xiàn)共建回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件。? (4)實現(xiàn)某些部件動作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置。? (5)刀庫和自動換刀裝置(Autormatic?Tools?Changer,?簡稱?ATC)? (6)自動托盤交換裝置（Autormatic?Pallet?Changer，簡稱?APC） 而我主要來介紹說明一下機械系統(tǒng) 主題部分 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)包括主軸電動機，傳動系統(tǒng)和主軸組件。與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比數(shù)控機床在結(jié)構(gòu)上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調(diào)速來承擔。省去了繁雜的齒輪變速機構(gòu)，還有一些數(shù)控機床設計中還存在二級或三級齒輪變速機構(gòu)用以擴大主軸電動機無級變速的范圍。 1. 數(shù)控機床對主傳動的要求? （1）?范圍：?各種不同的機床對調(diào)速范圍的要求不同，多用途，通用性比較大的機床，要求主軸的調(diào)速范圍大，不但有低速大轉(zhuǎn)距的功能，而且還要有比較高的速度。? （2）熱變形：電動機、主軸及傳動件都有熱源。降低溫升，減少熱變形是對主傳動系統(tǒng)要求的重要指標。? 2.?旋轉(zhuǎn)精度和運動精度? （1）主軸的旋轉(zhuǎn)精度:是指裝配后，在無載荷，低速轉(zhuǎn)動條件下，測量主軸前端和300mm處的徑向和軸向跳動值。? （2）主軸在以工作速度旋轉(zhuǎn)時，測量上述兩項精度稱為運動精度。?4.?主軸的靜剛度和抗振性? 由于數(shù)控機床的加工精度比較高，主軸的轉(zhuǎn)速又很高。因此，主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻以及主軸組件的阻尼等，對主軸組件的靜剛度和抗振性都會產(chǎn)生影響。? 3.?主軸組件的耐磨性?? 主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之能夠長期保持要求的準確精度。凡是有機械摩擦的部位，軸承，錐孔等都要有足夠的硬度，軸承還應具有良好的潤滑。 數(shù)控銑床主傳動的配置方式? 數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，以保證進行加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)效率、加工精度和表面質(zhì)量。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此機構(gòu)必須適應自動操作的要求。大多數(shù)的數(shù)控銑床是用無級變速系統(tǒng)控制的。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有以下三種配置方式：? 1.?帶有變速齒輪的主傳動? 這種配置方式在大中型數(shù)控機床中采用比較普遍。它通過少數(shù)幾對齒輪進行降速，使之能夠分段變速，確保低速時擁有足夠的扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性。但也有一部分小型數(shù)控機床也采用這種傳動方式，以獲得強力切削時所需要的扭矩。? 2.?通過帶傳動的主傳動? 主要應用在中小數(shù)控機床上，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但它只能適用于低扭矩特性要求的主軸。同步帶有多楔帶，齒形帶，圓弧帶等，是一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的新型傳動。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過帶輪與輪齒相嵌合，做無滑動的嚙合傳動。帶內(nèi)采用了承載后無彈性伸長的材料作強力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主動和從動帶輪可做無相對滑動的同步傳動。與一般帶傳動相比，同步帶傳動具有以下優(yōu)點：? （1）無滑動，傳動比準確。?（2）傳動效率高，可達98%以上。?（3）?傳動平穩(wěn)可靠，噪聲小。? （4）?使用范圍廣，速度要達到50m/s，速比可達10左右，傳動功率由幾瓦到數(shù)千瓦。? （5）?修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。? 但是同步帶也有不足之處，其安裝時中心距要求嚴格，帶與帶輪制造工藝較復雜，成本高。? 3.?由調(diào)速電動機直接驅(qū)動的主傳動? 這種主傳動方式大大簡化了主軸箱與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電動機轉(zhuǎn)動時發(fā)出的熱量對主軸的精度影響比較大。在低于額定轉(zhuǎn)速時為恒轉(zhuǎn)矩輸出，高于額定轉(zhuǎn)矩時為恒功率輸出。使用這種電動機可實現(xiàn)電氣定向。我們把機床主軸驅(qū)動與一般工業(yè)的驅(qū)動相比較，便可知機床要求其驅(qū)動系統(tǒng)有較高的速度精度和動態(tài)剛度，而且要求具有能連續(xù)輸出的高轉(zhuǎn)距能力和非常寬的恒功率運動范圍。隨著功率電子，計算機技術(shù)，控制理論，新材料和電動機設計的進一步發(fā)展和完善，矢量控制交流主軸電動機驅(qū)動系統(tǒng)的性能已經(jīng)達到甚至超過了直流電動機驅(qū)動系統(tǒng)，交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)正在逐步取代直流系統(tǒng)。 主軸組件主要包括：主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動件、密封件等，因為主軸帶動工件或刀具直接參加工件表面形成運動，所以它的工作性能對加工質(zhì)量和生產(chǎn)率產(chǎn)生直接影響，是機床最重要的部件之一。 主軸組件的設計要求? 1.?回轉(zhuǎn)精度???? 主軸組件的回轉(zhuǎn)精度,是指主軸的回轉(zhuǎn)精度。當主軸做回轉(zhuǎn)運動時，線速度為零的點的連線稱為主軸的得回轉(zhuǎn)中心線?；剞D(zhuǎn)中心線的空間位置，每一瞬間都是變化的，這些瞬間回轉(zhuǎn)中心線的平均空單位轉(zhuǎn)移不為理想回轉(zhuǎn)中心線。瞬時回轉(zhuǎn)中心線相對于理想回轉(zhuǎn)中心線在空間位置的距離，就是主軸的回轉(zhuǎn)誤差，而回轉(zhuǎn)誤差的范圍，就是主軸的回轉(zhuǎn)精度。純徑轉(zhuǎn)誤差、角度誤差和軸向誤差，它們很少單獨存在。當徑向誤差和角度誤差同時存在構(gòu)成徑向跳動，而軸向誤差和角度誤差同時存在構(gòu)成端面跳動。由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是一個空間旋轉(zhuǎn)矢量，它并不是在所有的情況下都表示為被加工工件所得的加工形狀。 2.?主軸剛度? 主軸組件的剛度是指受外力作用時，主軸組件抵抗變形的能力。通常抵以主軸前端產(chǎn)生單位位移時，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。主軸組件的剛度越大，主軸受力的變形就越小。主軸組件的剛度不足，在切削力及其他力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形，不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會破壞齒輪、軸承的正常工作條件，使其加快磨損，降低精度。主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸、支撐跨距、所選軸承類型及配置形勢、砂間隙的調(diào)整、主軸上傳動元件的位置等有關。? 3.?主軸抗振性? 主軸組件的抗振性是指切削加工時，主軸保持平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的能力。主軸組件抗振性及在必要時安裝阻尼（消振）器。另外，使主軸固有頻率遠遠大于激振力的頻率。 4.?主軸溫升? 主軸組件在運轉(zhuǎn)中，溫升過高會起兩方面的不良結(jié)果：一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機床其他件的相對位置會有變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。嚴重時甚至會發(fā)生：“抱軸”。數(shù)控機床在解決溫升問題時，一般采用恒溫主軸箱。? 5.?主軸的耐磨性? 主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應該淬硬，或者經(jīng)過氮化處理，以提高硬度增加耐磨性。主軸軸承也需要有良好的潤滑，提高其耐磨性。? 以上這些要求，有的還是矛盾的，例如高剛度和高速，高速和高精度等，這就要具體問題具體分析，例如設計高效數(shù)控機床的主軸組件的主軸應滿足高速和高剛度的要求；設計高精度數(shù)控機床時，主軸應滿足高剛度、低溫升的要求。同時，主軸結(jié)構(gòu)要保證個部件定位可靠，工藝性能好等要求。 6.?提高主軸組件抗振性的措施? （1）盡量縮短主軸前軸承結(jié)構(gòu)的長度，?適當增大跨矩；?（2）盡量提高前軸承的剛度和阻尼；? （3）提高前軸承的精度，把推力軸承放在前支撐初可提高抗振性；? （4）對高速旋轉(zhuǎn)的零件作靜、動平衡，提高齒輪、主軸的制造精度都可適當減少強迫振動源；? （5）對于非連續(xù)切削過程的銑削，滾削等加裝飛輪可減少振動；? （6）應用阻尼器消耗振動能量是有效的措施；考慮系統(tǒng)的固有頻率，避免共振。? 7.?減少主軸組件熱變形的措施?（1）把熱源移至機床以外。? （2）改善主傳動的潤滑條件。如進行箱外循環(huán)潤滑，用低粘度的潤滑油、油霧潤滑等，特別注意前軸承的潤滑情況。? （3）采用冷卻散熱裝置。例如用熱管冷卻減少機床各部位的溫差,進行熱補償。如可以在結(jié)構(gòu)設計采用一些自動補償?shù)难b置設法使熱變形朝不影響加工精度的方向發(fā)展。還可以在工藝上減少熱變形的影響。如先空運轉(zhuǎn)一段時間再加工。把粗、精加工分開等。 主軸傳動裝置箱體的作用? 通過傳動軸承支撐傳動件的軸；存儲潤滑劑，實現(xiàn)傳動件和軸承的潤滑；密封作用，減少環(huán)境不良因素；保護機器操作者的人身安全，避免傷亡事故。 軸承的選擇和軸承的精度? 選用軸承時，首先是選擇類型。選擇軸承類型應考慮多種因素，如軸承所受載荷的大小、方向及性質(zhì)；軸向的固定方式；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境；調(diào)心性能要求；經(jīng)濟性和其他特殊要求等。滾動軸承的選，用原則課概括如下。? 1.?載荷條件? 軸承承受載荷的大小、方向、性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。載荷較大時應選用線接觸的滾子軸承。受純軸向載荷時通常選用推力軸承；主要受徑向載荷時應選用深溝球軸承；同時受徑向和軸向載荷時應選用角接觸軸承；受沖擊載荷時宜選用滾子軸承。? 2.?轉(zhuǎn)速條件? 當轉(zhuǎn)速較高且旋轉(zhuǎn)精度要求較高時，應選用球軸承。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速低。當工作轉(zhuǎn)速較高，而軸向載荷不大時，可采用角接觸軸承或深溝球軸承。對高速回轉(zhuǎn)的軸承，為減小滾動體施加于外圈滾道的離心力，宜選用外徑和滾動體直徑較小的軸承。? 3.?裝調(diào)性能? 3類（圓錐滾子軸承）和N類（圓柱滾子軸承）的內(nèi)外圈可分離，便于裝拆。為方便安裝在長軸上軸承的裝拆和緊固，可選用帶內(nèi)綴孔和緊定套的軸承。? 4.?調(diào)心性能? 軸承內(nèi)、外圈軸線間的偏位角應控制在極限值之內(nèi)，否則會增加軸承的附加載荷而降低其壽命。對于剛度差或安裝精度較差的軸組件，宜選用調(diào)心軸承，如1類（調(diào)心球軸承）、2類（調(diào)心滾子軸承）軸承。? 5.?經(jīng)濟性? 在滿足使用要求的情況下優(yōu)先選用價格低廉的軸承。一般球軸承的價格低于滾子軸承。軸承的精度要求越高價格就越高。在同精度的軸承中深溝球軸承的價格最低。同型號不同公差等級軸承的價格比為：P0:P6:P5:P4=1:1.5:1.8:6。選用高精度軸承時應進行性能價格比的分析。? 本次設計中選用了的軸承是角接觸軸承和雙向推力向心球軸承。角接觸軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷的聯(lián)合作用，其軸上載荷能力的大小，隨接觸角的增大而增大；軸承的精度，分為2、4、5、6、0五級。其中2級最高，0級為普通精度級。主軸軸承以4級為主。高精度主軸可用P2級。要求較低的主軸或三支撐主軸的輔助軸承可用P5級。P6級和P0級一般不用。 總結(jié) 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們越來越要求一切東西的質(zhì)量好。選擇一個好的主軸，減少環(huán)境污染，高效，節(jié)能，加工零件精度高等特點，正是符合現(xiàn)在人們所追求。在我選擇的幾篇文章中，介紹了很多不同的數(shù)控銑床主軸選擇方案，我將在我的畢業(yè)設計中選擇和參考一種最適合的控制方式去完成我的畢業(yè)設計。 參考文獻 [1] 陳心昭.現(xiàn)代實用機床設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.8 [2] 李洪.實用機床設計手冊[M].沈陽：遼寧科學技術(shù)出版社，1999.1 [3] 文懷興，夏田.數(shù)控機床系統(tǒng)設計[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社，2005.5 [4] 吳玉厚.數(shù)控電主軸單元技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.3 [5] Paul Kenneth.21st Century Manufacturing[M].Prentice Hall and TingHua University Press,2002 [6] Robert L. 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