斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計【含11張CAD圖紙+PDF圖】
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開題報告
題 目 斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計
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一、選題背景與意義
1.機(jī)床行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)裝備產(chǎn)業(yè),也是裝備制造業(yè)發(fā)展的重中之重。機(jī)床產(chǎn)業(yè)對于發(fā)展發(fā)展新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、國民經(jīng)濟(jì)和增強(qiáng)國家的綜合國力有著十分重要的作用。機(jī)床產(chǎn)品的發(fā)展是高精、高速、高效,一批多坐標(biāo)、復(fù)合、智能型。我國機(jī)床工具行業(yè)已取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步。但是,與發(fā)達(dá)國家相比,我們的差距仍然明顯。主要表現(xiàn)在設(shè)計方法的落后、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)很難和國際發(fā)達(dá)國家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相接軌。在機(jī)械加工行業(yè)中,由于需要加工復(fù)雜的工件,普通的機(jī)床已經(jīng)不能滿足加工要求,從而出現(xiàn)了自動控制機(jī)床以及數(shù)字控制機(jī)床,來加工復(fù)雜的曲面和形狀的工件。斜床身數(shù)控車床因其具有獨特的優(yōu)點,因而成為數(shù)控車床中比較出色的床種,是數(shù)控車床中主要的品種之一,在數(shù)控機(jī)床當(dāng)中占非常重要的位置,近幾十年來一直受到了世界各國的普遍關(guān)注與重視并且得到了快速的發(fā)展。
我國機(jī)床行業(yè)近幾年雖然取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步,但是與發(fā)達(dá)國家相比,我們的差距仍然明顯。我國在這類機(jī)床上也是平平淡淡,沒有很大的成就,低檔產(chǎn)品產(chǎn)能過剩。從國內(nèi)的機(jī)床行業(yè)發(fā)展情況可看出,大部分機(jī)床廠都在生產(chǎn)數(shù)控車床,數(shù)控機(jī)床成本較高,不夠智能化,沒有突出的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),科技基礎(chǔ)薄弱、產(chǎn)品質(zhì)量水平低。產(chǎn)品在使用過程中,經(jīng)常出現(xiàn)故障與癱瘓,以至于生產(chǎn)效率很難提高。我國機(jī)床工業(yè)技術(shù)水平低,重大技術(shù)裝備和關(guān)鍵產(chǎn)品遠(yuǎn)不能滿足國名經(jīng)濟(jì)快速增長的需要,與發(fā)達(dá)國家相比,我國機(jī)床工業(yè)企業(yè)物流在產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)水平還是在市場競爭能力方面,均存在著階段性的差距,而且還有進(jìn)一步拉大的趨勢,不少企業(yè)裝備陳舊,生產(chǎn)工藝落后,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,一些基礎(chǔ)元器件和零部件的可靠性差,基礎(chǔ)機(jī)床的精度、效率較低。由于國產(chǎn)機(jī)床的質(zhì)量不能滿足用戶的需求,導(dǎo)致近幾年機(jī)床進(jìn)口驟增,進(jìn)出口逆差巨大,盡管國內(nèi)機(jī)床市場需求旺盛,但將近一半的國內(nèi)市場被外商占領(lǐng)了。目前高精尖產(chǎn)品市場被西方發(fā)達(dá)國家占領(lǐng),大型、重型和普通機(jī)床市場被俄羅斯占領(lǐng),普及型數(shù)控機(jī)床臺灣產(chǎn)品大量涌入。
2.畢業(yè)課程設(shè)計是在學(xué)生學(xué)完大學(xué)課程及先行課程之后,在大學(xué)的最后階段進(jìn)行的實習(xí)性創(chuàng)新設(shè)計環(huán)節(jié),是大學(xué)生的必修環(huán)節(jié)。本次設(shè)計目的在于通過機(jī)床運動機(jī)械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,是在擬定傳動和變速結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程中,得到設(shè)計構(gòu)思,方案分析,結(jié)構(gòu)工藝性,機(jī)械制圖,零件計算,編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練,樹立正確的設(shè)計思想,掌握基本的設(shè)計方法,并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析,結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。
二、設(shè)計內(nèi)容
本次畢業(yè)設(shè)計的課題是斜身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計,該機(jī)床能實現(xiàn)兩聯(lián)動,具有刀具參數(shù)補(bǔ)償、剛性攻絲、軌跡圖形等先進(jìn)功能,能夠一次裝夾完成對復(fù)雜零件的外圓、端面、內(nèi)孔、螺紋等加工,主要用于加工高精度回轉(zhuǎn)體類型零件如軸類、盤類、套類,以及高精度各種規(guī)格的內(nèi)外螺紋,可一次裝夾完成外形及內(nèi)孔的加工。
此次課程設(shè)計的主要內(nèi)容是:斜床身臥式車床傳動系統(tǒng)、主軸箱設(shè)計、主軸箱內(nèi)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)計說明書等。
1) 根據(jù)所選工件計算切削用量,進(jìn)一步選定電動機(jī)。
2) 分析制定傳動方案,設(shè)計傳動系統(tǒng)。
3) 對動力部件的齒輪、軸和軸承等部件詳細(xì)計算和校核,滿足強(qiáng)度要求。
4) 確定出最終的結(jié)構(gòu),繪制相關(guān)的零件圖和裝配圖。
5) 編寫設(shè)計說明書。
設(shè)計課題涉及到課題的分析、資料的查詢整理,深入機(jī)床廠生產(chǎn)一線向使用者、設(shè)計者學(xué)習(xí),從而了解所設(shè)計的產(chǎn)品的成本、生產(chǎn)效率、用途和設(shè)計理念等。側(cè)重于設(shè)計、計算與制圖能力的培養(yǎng)和工程基本訓(xùn)練。
具體要求包括:
1)合理選擇各零件的材料,合理進(jìn)行設(shè)計和校核,完成斜身車床的詳細(xì)計算,進(jìn)一步鞏固和掌握機(jī)械專業(yè)設(shè)計,積極聯(lián)系實踐,增強(qiáng)自己的知識儲備和設(shè)計創(chuàng)新思維。
2)二維三維圖的設(shè)計,手工繪圖和計算機(jī)加強(qiáng)了專業(yè)繪圖技能,熟練掌握繪圖軟件,提高運用和組織構(gòu)思能力。
3)學(xué)會搜集相關(guān)資料文獻(xiàn),提高分析和解決問題的能力。
4)要求設(shè)計斜身車床。
機(jī)床總體設(shè)計要考慮涉及幾點:
1)根據(jù)工件計算切削用量,選用合適的電動機(jī)。
2)合理選擇機(jī)床的通用部件。
3)選擇合理的機(jī)床的配置形式。
4)設(shè)計高效率的工具、刀具和主軸箱。
預(yù)期研究結(jié)果:
1)機(jī)床采用高剛度45度斜床身布置,這種布局形式排屑容易,熱鐵屑不會堆積在導(dǎo)軌上,也便于自動安裝排屑器;操作方便易于安裝機(jī)械手,以實現(xiàn)單機(jī)自動化。
2)直線導(dǎo)軌滿足高速高效要求,減少摩擦阻力及溫升變形,提高加工精度,并確保證了切削加工精度的長期穩(wěn)定性。
3)X、Y軸伺服電機(jī)通過彈性聯(lián)軸器與精密滾珠絲杠直連,精度高,絲杠兩端固定,受力穩(wěn)定,提高了支撐座的支撐剛度,使頻繁高速定位、重切時引起的扭曲變形減到最低程度。
4)高剛度的立式轉(zhuǎn)塔刀架,定位精度高,重切變形小。
三、設(shè)計方案
1 數(shù)控車床總裝配草圖
斜床身數(shù)控車床的主視圖如圖1所示,左視圖如圖2所示。斜床身數(shù)控車床主要是由主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)和尾座等組成。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1-床身 2-主軸箱 3-傳動座 4-絲杠 5-螺釘
6-工作臺 7-軸承 8-滑動導(dǎo)軌 9-尾座 10-燕尾導(dǎo)軌
圖1 斜床身車床的主視圖
圖2 斜床身數(shù)控車床的左視圖
2 主傳動系統(tǒng)設(shè)計
數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)大多數(shù)采用的是無級變速,無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種,一般是采用直流或者交流主軸電機(jī),通過帶傳動來帶動主軸旋轉(zhuǎn)、通過帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪來帶動主軸旋轉(zhuǎn)。變速齒輪如圖3所示,帶傳動如圖4所示。
數(shù)控機(jī)床的主傳動要求較大的調(diào)速范圍,且變速按照控制指令自動進(jìn)行,因此變速機(jī)必須適應(yīng)自動操作的要求。所以采用無級變速系統(tǒng),機(jī)床主軸的傳動系統(tǒng)則采用交流伺服電動機(jī)直接驅(qū)動主傳動,如圖5所示。
圖3 變速齒輪 圖4 帶傳動 圖5 電機(jī)直接驅(qū)動
3 進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計
數(shù)控車床進(jìn)給傳動系統(tǒng)一般采用伺服進(jìn)給系統(tǒng)。機(jī)械傳動部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動系統(tǒng)。進(jìn)給運動使刀架實現(xiàn)縱向和橫向進(jìn)給運動的傳動。進(jìn)給運動的兩個執(zhí)行構(gòu)件是主軸和刀架,車削螺紋時,主軸和刀架之間有著嚴(yán)格的運動關(guān)系:車端面和圓柱面時,刀架和主軸之間無嚴(yán)格的運動關(guān)系。橫向進(jìn)給系統(tǒng)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)分別如圖6的(a)和(b)所示。
橫向和縱向進(jìn)給傳動用滾珠絲杠安裝在與普通車床相應(yīng)的安裝裝置,選用步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)經(jīng)無間隙聯(lián)軸器與滾珠絲杠副相連。絲杠采用的是可預(yù)緊安裝方式,以減小或消除因絲杠自重而產(chǎn)生的彎曲變形,使絲杠的拉壓剛度有較大提高,絲杠不會因發(fā)熱而伸長。進(jìn)步電機(jī)與絲杠的聯(lián)接如圖7所示。
(a) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)
(b) 縱向進(jìn)給系統(tǒng)
圖6 橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1-絲杠 2-套筒聯(lián)軸器 3、7-錐銷 4-螺母 5-墊圈 6-支架 8-支架套 9-步進(jìn)電機(jī)
圖7 進(jìn)步電機(jī)與絲杠的聯(lián)接
4 刀架系統(tǒng)
設(shè)計采用的是立式回轉(zhuǎn)刀架,也稱轉(zhuǎn)塔式刀架如圖8所示,通過回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)車床的自動換刀。刀架動作的順序為:系統(tǒng)發(fā)出換刀信號→刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)→刀臺上升并轉(zhuǎn)位→刀架到位信號→刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)→粗定位夾緊→精定位夾緊→電機(jī)停轉(zhuǎn)→回答信號→加工。
圖8 轉(zhuǎn)塔刀架
5 尾座
數(shù)控車床上配置的尾座,一般是液壓尾座,尾座是裝在床身導(dǎo)軌上,沿著床身導(dǎo)軌移動,根據(jù)工件長短來調(diào)節(jié)位置。尾座的作用是利用套筒安裝頂尖,來支撐較長工件的一端,也可以安裝鉸刀、鉆頭等道具來進(jìn)行孔加工。尾座的外形要做到美觀,與機(jī)床設(shè)計風(fēng)格相稱,尾座的材料用1級鑄鐵,并且經(jīng)過時效處理,同時也可以用偏心機(jī)構(gòu)把尾座固定在需要的位置上,尾座和床頭箱頂尖水平面的偏移。
四、 參考文獻(xiàn)
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