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数控车削中心主轴箱及自驱动刀架的设计(论文 DWG图纸).rar

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    编号:20180802233207106    类型:共享资源    大小:1.01MB    格式:RAR    上传时间:2018-08-02
      
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    数控 车削 中心 主轴 驱动 刀架 设计 论文 DWG 图纸
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    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。关键词:数控系统 加工中心 刀库 机械手ABSTRACTAlong with the numerical control technology development and thepopularization, the processing center function reveals its importance even moresuddenly.For further enhances the numerical control engine laths the processingefficiency, the numerical control engine laths is clamping to the work piece in anengine laths attire then completes the multi-channel working procedure or the completeworking procedure processing direction develops, therefore appeared each kind of typeprocessing center engine laths, like the turning center, the boring mill processing center,drills truncates center and so on.This kind of working procedure processing numericalcontrol engine laths must use many kinds of cutting tools in the processing process,therefore must have trades the knife installment automatically, also is the knifestorehouse which said, in order to select the different cutting tool, completes thedifferent working procedure the processing craft.Trades the knife equipment to haveautomatically to have trades the knife time short, the cutting tool repetition pointingaccuracy high, the enough cutting tool margin, the area small, safe reliable and so onthe characteristics.The present paper is the development designs one kind of volume slightly, thestructure compact, the price is low, production cycle short small vertical processingcenter knife storehouse this article.First introduced the domestic and foreignprocessing center research present situation and the trend of development, haveexpounded this topic research goal, the significance.Then further introduced this smallprocessing center knife storehouse overall structure and various parts plan choice, andhas carried on the small processing center knife storehouse mechanism designcalculation in this foundation, mainly includes the knife storehouse overallorganization design, the electrical machinery selection, the knife storehouse rotationdetent mechanism design knife storehouse migration part design and so on.Keywords: numerically controlled lathe; machining centers ; cut database ;mechanical hand1、绪言……………………………………………………………42、毕业设计工艺要求的基本任务和要求……………………………………42.1、基本任务………………………………………………………………………52.1.1、工艺设计的基本任务……………………………………………………62.1.2、夹具设计的基本任务……………………………………………………62.2、设计要求……………………………………………………62.2.1、工艺设计的设计要求……………………………………………………62.2.2、夹具设计的设计要求……………………………………………………63.1 刀库的结构设计……………………………………………………………83.1.1 刀库主要参数的确定………………………………………………… 103.1.2 刀盘部分的设计……………………………………………………… 103.1.3 刀库转动定位机构的设计……………………………………………103.1.4 轴的设计…………………………………………………………………113.1.5 滚动轴承的选择计算…………………………………………………123.1.6 键的选用与计算……………………………………………………… 133.1.4 刀库的支承部分的设计…………………………………………… 143.2 刀库移动部分的设计…………………………………………………… 143.2.1 刀库支承横梁和导轨的设计……………………………………… 143.2.2 刀库移动丝杠和电机的选择…………………………………… 153.3 刀库、横梁的安装…………………………………………………… 164 刀具交换装置的设计…………………………………………………… 164.1 确定换刀机械手形式………………………………………………………184.2 换刀机械手的工作原理……………………………………………………224.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序………………………………………224.4 机械手回转轴 4 上的齿轮齿条设计………………………………………234.5 自动换刀装置的相关技术要求……………………………………………244.5.1 主轴准停装置…………………………………………………………244.5.2 换刀机械手的安装与调试……………………………………………244.6 自动换刀程序的编制…………………………………………………… 265 自动换刀装置的控制原理………………………………………………… 275.1 自动换刀装置的液压系统原理图……………………………………… 285.2 自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程……………………………… 296、经济型数控机床改造时数控系统的选用……………………… 31小结………………………………………………………………………………31参考文献…………………………………………………………………………321、绪言1.1、毕业设计的目的(1)培养工程意识(2)训练基本技能(3)培养质量意识(4)培养规范意识2、毕业设计工艺要求的基本任务和要求2.1、基本任务2.1.1、工艺设计的基本任务(1)绘制零件工作图一张(2)绘制毛坯 -零件合图一张(3)编制机械加工工艺规程卡片一套(4)编写设计说明书一份2.1.2、夹具设计的基本任务(1)收集资料 ,为夹具设计做好准备(2)绘制草图 ,进行必要的理论计算和分析以及夹具的结构方案(3)绘制总图和主要非标准件零件图,编写设计说明书(4)编制夹具的使用说明或技术要求2.2、设计要求2.2.1、工艺设计的设计要求(1)保证零件加工质量 ,达到图纸的技术要求(2)在保证加工质量的前提下,尽可能提高生产效率(3)要尽量减轻工人的劳动强度,生产安全(4)在立足企业的前提下,尽可能采用国内技术和装备(5)工艺规程应正确 .清晰,规范化,标准化的要求2.2.2、夹具设计的设计要求 (1)保证工件的加工精度(2)提高生产效率(3)工艺性好(4)使用性好(5)经济性好第3 章 刀库的设计刀库是加工中心的象征,是加工中心区别于NC 镗床和NC 铣床的本质所在,因此来说,刀库的设计是加工中心设计的核心。由于作者所要设计的加工中心是一个主要用来加工中小批量电子元件等小型零件的小型加工中心,在满足加工要求,经济实用的条件下,应尽量使加工中心的结构紧凑,减小加工中心的外形轮廓尺寸,刀库在满足使用要求的前提下,尽量结构使其简单紧凑,易制造,从而降低生产加工中心的成本。3.1 刀库的结构设计在总体设计方案中已确定:自动换刀系统采用无机械手换刀,且刀库置于立柱侧面的横梁上。刀库在横梁上的移动采用滚珠丝杠传动和快速移动电机。采用盘型刀库,由槽轮机构实现回转、分度和转位,由交流伺服电机驱动。刀库的结构设计从以下几个方面进行。3.1.1 刀库主要参数的确定1.刀库容量本加工中心主要用来加工小型零件或多孔零件上的小孔和小平面,所以刀库上主要安装一些孔加工刀具(如钻头、扩孔钻等)和加工小平面的立铣刀及小直径的面铣刀;同时又考虑到所选用电主轴轴端的尺寸及刀盘直径等的限制;再考虑到主要用于中小批生产及教学实验等,刀具的品种不宜过多,以免造成不必要的浪费和刀库尺寸过大,采用8 把刀。2.刀具最大直径和长度立铣刀的最大直径定为40mm,钻头的最大直径定为10mm,最大工作部分长度定为150mm.3.刀具最大重量为1kg.4.刀具最大运动线速度为22m/min~30m/min.3.1.2 刀盘部分的设计1.刀盘尺寸的确定刀盘采用轮辐式结构,这样既能满足使用的要求,又能保证刀盘的强度。在整个设计的过程中要保证各个尺寸在换刀过程不发生干涉即可,刀盘直径为720mm,其他尺寸见刀盘零件图。2.刀爪尺寸的设计刀爪的外型尺寸根据30 号刀柄设计。3.1.3 刀库转动定位机构的设计1.刀库转动定位机构的选择目前圆盘式刀库大多采用的是单头双导程蜗轮蜗杆传动,此传动机构在使用中可随时调整蜗轮蜗杆的传动间隙,实现准确的转位分度,保证刀库工作的可靠性,但此传动机构较复杂,而且单头双导程蜗轮和蜗杆的加工较困难。槽轮机构具有冲击小,工作平稳性较高,机械效率高,可以在较高转速下工作,且结构简单,易制造等优点,在目前生产的鼓轮式刀库的加工中心机床上很多采用槽轮机构来驱动刀库的分度回转运动。因此本设计采用槽轮机构,来实现刀库的转动、分度和定位。但此机构定位精度不够高,为提高其定位精度可采用带制动器和交流伺服电机,从而可保证较高的定位精度。2.槽轮机构的工作原理槽轮机构(又称马耳他机构)能把主轴的匀速连续运动转换为从动轴的周期性间歇运动,常用于各种分度转位机构中。槽轮机构又三种基本类型:外啮合槽轮机构、内啮合槽轮机构和球面槽轮机构。此刀库采用外啮合槽轮机构。外啮合槽轮机构的工作原理如图3.1 所示。外啮合槽轮机构的转臂回转轴线与槽轮回转轴线平行,通常转臂作等速回转,当转臂上的滚子进入槽中,就拨动槽轮作反向转位运动,当滚子从槽中脱出,槽轮即静止不动,并由锁止盘定位。当只有一个滚子时,转臂转一周,槽轮作转一个角度的步进运动,从而实现转位、分度和定位。1.转臂 2.槽轮 3.滚子 4.锁止盘图3.1 外啮合槽轮机构的工作原理槽轮机构的设计1)槽数Z 因刀库容量为 8 把刀,所以槽轮槽数Z = 8 .2)槽间角2 2ϕ ο ο ο 8 452 360 360 2 ϕ = Z = = (3.1)3)槽轮每次转位时曲柄的转角1 2ϕ2 180ο 2 135ο __________1 2 ϕ= −ϕ= (3.2)4) 槽轮与锁止盘间的中心距L 为了使转为定位机构的结构紧凑,采用L = 360mm。5)主动曲柄长度1 R R LSin 360Sin22.5 138mm 1 2 = ϕ= ο = (3.3)6)槽轮半径R2 R LCos 360Cos 22.5 333mm 2 2 = ϕ= ο = (3.4)7)圆销半径r r R 6 23mm1386 = 1 = = (3.5)8) 槽底高b b L (R r) (3 ~ 5) 194mm 1 = −+ −= (3.6)9) 槽深h h R b 139mm 2 = − = (3.7)10) 锁止弧半径x R R R r e x = −−1 式中, e = (0.6 ~ 0.8)r ,且必须大于3~5mm,取e mm R mm x = 18 , = 97 (3.8)根据以上参数可设计出槽轮和锁止盘的尺寸,如槽轮和锁止盘的零件图所示。3.刀库转动电机的选择刀库的回转驱动电机的选择时,须考虑由摩擦引起的负载转据和各负载的转动惯量。1)负载的转动惯量JLC 和刀库系统转动惯量JC2 .  . = ΣmiLC i nJ J n (3.9)C mc LC J = J + J (3.10)式中 Ji—各旋转件的转动惯量,kgm2;ni—各旋转件的转速,r/min;JmC—电机的转动惯量,kgm2;nmC—电机的转速,r/min。( )mCCLC DP Z CL SP nnJ = J + J + J + J (3.11)式中 JDP 、JZ、JCL、JSP—分别为刀盘、轴、槽轮和锁止盘的转动惯量,kgm2;nC—刀盘的转速,r/min。DP DP DP J 7.8 10 12 D4 L32= × × − π(3.12)式中 DDP—刀盘直径,mm;LDP—刀盘厚度,mm。7.8 10 12 (2104 8 304 244) 10 148 10 4 232J kgm DP= × × −× −× −× ≈ × − π同理可求得:JZ≈2.16×-4kgm2JCL≈17.3×10-4kgm2JSP≈5.2×10-4kgm224.5 / min3.14 2601000 20 1000 rDn VDPc ≈××=×=π(3.13)nmC=3000r/minJLC≈1.4×10-4kgm20.45 10 4 23kgmJJ LCmC≥ ≈ × − 初选电机为 MQMA042A1D,其额定转矩为 1.3Nm,最大转矩为 3.82 Nm,转动惯量为 0.64×10-4 kgm2。JC= JmC + JLC=0.64 + 1.4 = 2.04×10-4 kgm22)摩擦引起的负载转矩计算由重力产生的摩擦力矩 TFC(Nm)TFC ≈ μGCRSP (3.14)式中 μ—槽轮和锁止盘间摩擦系数,取 0.15GC—刀盘、轴、槽轮等的重量,N;GC= 25.6 +12.6 + 9.8 + 8 +16 = 72NRSP—滚子中心到锁止盘中心的距离,31mm,TFC ≈ 0.15×72×31×10-3 = 0.335Nm0.335Nm〈1.3Nm(电机的额定转矩),符合要求。3)最大加速转矩 Tcam当电机从静止升至 nmax 时CaCcam C tnT J602 max π= (3.15)式中 ncmax—电机最高转速,3000r/min;tca—加速时间(s) 取 0.2sT Kgm Nm Cam 0.32 3.260 0.22.04 10 4 2 3000 ≈ =××= × −π4)电机的最大启动转矩TCr=Tcam+TFC (3.16)Tcr=3.2+0.335=3.535NmTCr=3.535≤3.82Nm( 电机的最大转矩),符合要求。最终确定电机型号为 MQMA042A1D,其输出功率为 400W。相应的伺服驱动器选择与电机相匹配的 MQMA043A1A 型号。3.1.4 轴的设计轴是机械设备中的重要零件之一.其主要功能是支承作回转运动的零件,并传递运动和动力.根据轴的受力情况不同,可把轴分成心轴、转轴和传动轴3 种.轴的常用材料轴的材料主要采用碳素钢和合金钢,常用材料为优质中碳钢,如35、45、50 钢,这里选取45 钢为材料.轴的结构设计轴的合理外形应满足:轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置;轴上的零件应便于装拆和调整;轴应具有良好的制造工艺性.影响轴结构的主要因素包括:轴的受力性质、大小、方向及分布情况;轴上零件的布置和固定形式;所采用的轴承类型和尺寸;轴的加工工艺等.)轴的强度计算由于功率P=400W 已知,转速n =375r/min,β取0.5,A 取110, [т]取35MPa,则轴径 3nd ≥ A p (3.17)d 114.4mm375≥ 1103 400 =式中 d--计算剖面处轴的直径(mm);P--轴的传递功率(KW);n--轴的转速(r/min);故d 最小应取115mm.轴径取120mm。校核轴转矩nT = 9.55×106 p (3.18)T 10186N.mm3759550000 0.4 =×=式中 p--功率;n—转速。圆周力 Ft1=2T1/d1=2×10186/120=1700N;Ft2=2T2/d2=2×130822/120=681.4N;Ft3=2T3/d3=620N;径向力 Fr1=Ft1tanα=1488N;Fr2=Ft2tanα=248N;Fr3=Ft3tanα=226N.则由受力分析图可知:FAy=3687.4N,FAz=1342N,FBy=1020.2N,FBz=372N,水平面弯矩 Mcx=1342×30=40260N·mm;Mdx=226×195=44070N·mm;徐州工程学院07 届本科生毕业设计(论文)第31 页则 = 2 + 2 = 402602 + 440702 = 59691 X cx dx M M M N·mm ;垂直面弯矩 Mcy=3687.4×30=110622 N·mm;Mdy=620×195=120900 N·mm;则 = 2 + 2 = 106222 + 209002 = 21872 X cy dy M M M N·mm ;求当量弯矩 取修正系数α为0.62 ( )2 596912 (0.6 10186)2 52371M = M + T = + × = I x α N·㎜2 ( )2 218722 (0.6 10186)2 19384M = M + T = + × = II x α N·㎜确定危险截面及校核强度WMII σ =(3.19)14.30.1 12523710.1 3523713 =×= = = dII Wσ M Mpa11.60.1 12193840.1 3193843 =×= = = dIII Wσ M Mpa由参考文献(机械设计手册)知[ ] 1 60 b s - = Mpa,满足 [ ] e 1b s s- £ 的条件,故设计的轴有足够的强度,并有一定裕度。因此,此轴不必在做修改轴的结构和受力分析如图(3.2)所示:Fr3FVA FVB
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