XK714數(shù)控銑床總體設(shè)計(jì)及主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 立柱設(shè)計(jì) 床身設(shè)計(jì)【三維SW建模】

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T he machine can meet the requirements in teaching application, and is helpful toimprove the studentsknowledge of CNC milling machine.Key words: CNC machine tools, Mechanical structure design, Servo?feed system? ? 數(shù)控機(jī)床作為一種高自動(dòng)化、 高柔性、 高精度、高效率的機(jī)械加工設(shè)備, 決定了它在現(xiàn)代制造業(yè)中占有越來越重要的作用。近年來, 我國(guó)在中高檔數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)上有了較大突破, 創(chuàng)造出一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果。目前, 在實(shí)際應(yīng)用中有部分工件在加工微型孔或銑削平面時(shí), 加工精度不高。如果我們用傳統(tǒng)的數(shù)控銑床對(duì)其加工, 將導(dǎo)致加工效率低且加大設(shè)備和電力的損耗。根據(jù)這種情況, 我們?cè)O(shè)計(jì)了一種小型數(shù)控立式銑床。該銑床造價(jià)大大低于傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床, 還能夠滿足教學(xué)上的使用, 提高學(xué)生對(duì)數(shù)控銑床的理解與認(rèn)識(shí)。下文就對(duì)它的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作一介紹。1? 機(jī)床的總體布局本機(jī)床是一臺(tái)采用立式布置的小型數(shù)控銑床,機(jī)床床身尺寸( 長(zhǎng)? 寬? 高) 為 600 mm ? 800 mm ?1 405 mm, 主要由( 如圖 1 機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖所示) 機(jī)床底座, 橫向溜板, X 、 Y、 Z 方向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī), 工作臺(tái), 機(jī)床床身, 三相異步電動(dòng)機(jī), 主軸箱以及相關(guān)的電氣系統(tǒng)等部分組成。機(jī)床的加工過程為: 被加工零件固定于工作臺(tái) 4上, 能夠?qū)崿F(xiàn)橫向、 縱向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng); 銑刀裝夾在主軸箱 8 上, 能夠沿立柱的上下移動(dòng), 進(jìn)行銑削加工。整個(gè)加工過程由 PC 進(jìn)行控制, 實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)加工。該數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)為:最大鉆孔直徑: 28 mm;最大銑削能力: 平面 2. 6? 105mm2;主軸箱上下移動(dòng)最大行程: 345 mm;工作臺(tái)工作面積: 730 mm ? 350 mm;工作臺(tái)最大縱向行程: 450 mm;工作臺(tái)最大橫向行程: 250 mm;機(jī)床底座面積: 400 mm ? 680 mm;主軸變速范圍: 80 1 650 r/ min。圖 1? 機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2? 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸組件設(shè)計(jì)2. 1? 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)由主軸電動(dòng)機(jī)、 傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件等部分組成, 它與普通機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)相比結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單, 這是由于變速功能主要由無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)來承擔(dān)。機(jī)床主傳動(dòng)為主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),負(fù)載為恒功率型, 選用 Y802- 4 型號(hào)的三相異步電動(dòng)機(jī)即可滿足要求。由于主軸要求的恒功率變速范圍 Rnp遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍Rdp, 在電動(dòng)?51?新技術(shù)新工藝? ?數(shù)字技術(shù)與機(jī)械加工工藝裝備? 2010年 ? 第 2期機(jī)與主軸之間串聯(lián)了一個(gè)分級(jí)變速箱, 以擴(kuò)大其恒功率變速范圍, 滿足低速大功率切削時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出功率要求。通過計(jì)算, 變速箱的變速級(jí)數(shù)確定為 2 級(jí)傳動(dòng)。對(duì)于降速傳動(dòng), 為防止從動(dòng)齒輪的直徑過大而使變速機(jī)構(gòu)的徑向尺寸太大, 常限制傳動(dòng)副的最大傳動(dòng)比 im ax? 4, 并且采用? 前慢后快?的原則, 即前面?zhèn)鲃?dòng)組的傳動(dòng)比小些, 后面的傳動(dòng)組的傳動(dòng)比大些。由此可確定第 1 級(jí)的傳動(dòng)比 i11= 2 ?65,第 2 級(jí)高速檔的傳動(dòng)比 i21= 1, 第 2級(jí)低速檔 i22=3。 小齒輪齒數(shù)分別為 22、 40、 20, 即 i11=2258, i21=4040, i22=2060, 如圖 2 所示。圖 2? 機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)圖2. 2? 主軸組件主軸組件由主軸、 軸承、 傳動(dòng)件和固定件等部分組成, 如圖 2 所示。機(jī)床工作時(shí), 由主軸夾持著刀具直接進(jìn)行表面成形運(yùn)動(dòng)。所以主軸組件的工作性能, 對(duì)加工零件的質(zhì)量和機(jī)床生產(chǎn)率都有重要的影響。機(jī)床主軸承受的軸向載荷較大, 徑向載荷稍小,精度要求不高。通過分析, 機(jī)床的主軸支撐方案確定為: 前軸承選用 3 個(gè)推力角接觸球軸承 7015AC,其中前面 2 個(gè)軸承開口向主軸前端, 接觸角為 25?,用以承受軸向載荷; 第 3 個(gè)軸承開口朝里, 接觸角為14?。3 個(gè)軸承的內(nèi)外圈軸向由軸肩和箱體孔的臺(tái)階固定, 以承受軸向載荷。后軸承由一對(duì)背對(duì)背的推力角接觸球軸承 7010AC 組成, 只承受徑向載荷。圖 2? 主軸組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3? 機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)作用是接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào), 由伺服驅(qū)動(dòng)電路作轉(zhuǎn)換和放大后, 經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置( 直流、 交流伺服電動(dòng)機(jī), 功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī), 電液脈沖電動(dòng)機(jī)等) 和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)、 主軸頭架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 3 所示, 它的基本參數(shù)為: 工作臺(tái)及夾具總重力為 1 000 N, 工作臺(tái)縱向行程為 450 mm, 進(jìn)給速度為 10 400mm/ min, 快速進(jìn)給速度為 Vmax= 15 m/ min, 定位精度為? 0. 02/ 300 mm。機(jī)床選擇 NL2505 型內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副, 直徑為 25mm, 導(dǎo)程為 5 mm, 滾珠直徑為 3. 969 mm, 每個(gè)螺母滾珠有 4 列, 經(jīng)計(jì)算符合設(shè)計(jì)要求。機(jī)床的滾珠絲杠采用兩端軸向固定, 用一對(duì)接觸角為 25?的7001AC 型角接觸球軸承面對(duì)面組配。此種固定方法能對(duì)絲杠施加預(yù)緊力, 又能通過軸承端蓋來補(bǔ)償絲杠的熱變形, 保持預(yù)緊力幾乎不變。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的力矩經(jīng)計(jì)算, 選用 90BF003 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可滿足設(shè)計(jì)要求。圖 3? 機(jī)床縱向進(jìn)給結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖 4? 機(jī)床主軸箱進(jìn)給結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖機(jī)床主軸箱的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 4所示, 工作臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)最大行程為 345 mm, 進(jìn)給速度為 10 200 mm/ min, 快速進(jìn)給速度為 Vmax= 10 m/ min,?52?新技術(shù)新工藝? ?數(shù)字技術(shù)與機(jī)械加工工藝裝備? 2010年 ? 第 2期熱加工工藝技術(shù)與材料研究固體潤(rùn)滑高分子涂層材料研究進(jìn)展張? 利, 律微波, 王緒科, 張新恩, 李金輝, 王? 林, 張榮軍(山東省科學(xué)院 新材料研究所, 山東 濟(jì)南 250014)摘? 要: 固體潤(rùn)滑材料已經(jīng)成為摩擦學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。本文介紹了高分子基涂層材料研究發(fā)展和應(yīng)用研究狀況, 綜述了聚苯硫醚( PPS) 、 環(huán)氧樹脂、 聚酰亞胺( PI) 、 聚四氟乙烯( PTFE) 、 聚醚醚酮( PEEK)作為固體潤(rùn)滑材料的研究應(yīng)用進(jìn)展。關(guān)鍵詞: 固體潤(rùn)滑; 摩擦; 高分子中圖分類號(hào): T Q 31? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: AResearch Advance on Solid Lubricant Polymer Coating MaterialsZHANG Li, LV Weibo, WANG Xuke, ZHANG Xinen, LI Jinhui, WANG Lin, ZHANG Rongjun( New Material Institute of Shandong Sciences Academy, Jinan 250014, China)Abstract:The research on the solid lubricant polymer coating materials are one of the hot points of the tribology re?search. In this paper, the research advance and applications of the polymer coating materials are introduced. Finally the re?search and application advances of the PPS, EP, PI, PTFE, PEEK composites are summarized.Key words: Solid lubricating, Friction, Polymer? ? 近年來, 固體潤(rùn)滑已經(jīng)成為摩擦學(xué)( 摩擦、 磨損與潤(rùn)滑) 領(lǐng)域重要的研究課題之一。固體潤(rùn)滑涂層技術(shù)是指將固體物質(zhì)涂或鍍于摩擦副界面, 作為固體潤(rùn)滑材料或固體潤(rùn)滑劑, 對(duì)摩擦副界面進(jìn)行潤(rùn)滑的方法, 以降低摩擦或減少磨損。利用固體潤(rùn)滑材料進(jìn)行潤(rùn)滑的方法稱為固體潤(rùn)滑。摩擦副表面實(shí)施固體潤(rùn)滑涂層處理可在高溫、 高負(fù)荷、 超低溫、 超高真空、 強(qiáng)氧化還原、 強(qiáng)輻射、 少油或無油潤(rùn)滑的工況下使用, 明顯降低摩擦因數(shù), 提高耐磨性能, 既可簡(jiǎn)化潤(rùn)滑機(jī)構(gòu), 延長(zhǎng)使用壽命, 同時(shí)又提高了設(shè)備的可定位精度為? 0. 02/ 300 mm。經(jīng)分析計(jì)算, 機(jī)床選用 NL3008 型內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副, 滾珠絲杠采用一端軸向固定, 一端游動(dòng)的支承方式。固定端采用 4 個(gè)接觸角為 25?的角接觸球軸承, 2 個(gè)同向、 面對(duì)面安裝, 加上預(yù)緊, 軸向剛度和承載能力能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選用由奧托尼克斯電子( 嘉興) 有限公司生產(chǎn)的具有制動(dòng)功能的步進(jìn)電動(dòng)機(jī), 型號(hào)為 A110K- G5913。4? 結(jié)語(yǔ)小型數(shù)控鉆銑床的機(jī)械部分設(shè)計(jì)的研究工作包括總體布局、 主傳動(dòng)系統(tǒng)、 主軸組件和進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)。歸納研究成果, 得出如下結(jié)論。1) 總體設(shè)計(jì)采用單立柱布置方案, 加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度高, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 緊湊、 具有較好的綜合特性。2) 機(jī)床主軸采用變頻電動(dòng)機(jī)調(diào)速, 無級(jí)變速,調(diào)速范圍寬, 性能穩(wěn)定優(yōu)良。3) 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制,定位精度滿足要求, 穩(wěn)定性較好, 成本較低, 調(diào)試維修方便。本機(jī)床使用范圍較廣, 可進(jìn)行中小型機(jī)械零部件的加工及修配。同時(shí), 該機(jī)床具有鉆床、 立銑床等功能, 可以完成鉆直孔、 斜孔; 銑水平面、 鉛重面、 斜面、 圓弧面; 攻絲、 鏜孔、 鉸孔等加工, 配以適當(dāng)?shù)墓ぞ呖蛇M(jìn)一步擴(kuò)大機(jī)床的功能。參考文獻(xiàn)1 文懷興, 夏田. 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.2 北京航空學(xué)院機(jī)械加工教研室. 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng) M. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1977.3 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組編. 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)( 第二冊(cè)、 第三冊(cè)) M . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1980.4 曹巨江, 趙云龍. 弧面凸輪加工專用數(shù)控銑床設(shè)計(jì) J.制造技術(shù)與機(jī)床, 2003, 12: 26 ?28.作者簡(jiǎn)介: 李武波(1986?) , 男, 碩士研究生, 主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。收稿日期: 2009 年 9 月 5 日責(zé)任編輯 ? 呂德龍?53?新技術(shù)新工藝? ?熱加工工藝技術(shù)與材料研究? 2010 年 ? 第 2 期