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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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(yùn)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(yùn)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 9 101-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(yùn)動使刀架實現(xiàn)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動的傳動。進(jìn)給運(yùn)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(yùn)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(yùn)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)1羅曉芳，張金濤，簡玉山，等.數(shù)控刮削滾光機(jī)床的設(shè)計J. 制造技術(shù)與機(jī)床，2012，（12）：3-62邢曉輝，王洪川，王貴飛，等.基于靈敏度分析的數(shù)控機(jī)床床身尺寸優(yōu)化設(shè)計J.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2013，15（4）：35-383李治，張玉花.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟釬焊焊點成形預(yù)測J.熱加工工藝,2013，1（3）：21-244程龍，朱鐵標(biāo)，羅曉芳.一種龍門機(jī)床自動旋轉(zhuǎn)頭庫設(shè)計J.制造技術(shù)與機(jī)床,2013，（9）：1-35叢明，劉冬，崔冬梅，等.基于靈敏度分析的大規(guī)格床身結(jié)構(gòu)模糊優(yōu)化設(shè)計方法J. 大連理工大學(xué)學(xué)報,2011，3（11）：14-186劉飛，梁霖，彭曉南，等.一種直角坐標(biāo)系下圓度誤差最小區(qū)域評價實現(xiàn)方法J. 工具技術(shù), 2011，5（15）：23-287劉飛，梁霖，徐光華，等.一種圓度誤差最小區(qū)域評價方法J.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù), 2011，7（6）：13-198張應(yīng)中，羅曉芳，范超.裝配空間關(guān)系形式表達(dá)J.計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報,2011，9（8）：9-139常京龍，吳慶利.納米微粒復(fù)合鍍層硬度和耐磨性測試J.電鍍與精飾,2011，9（10）：19-21 械制造,2009，6（13）：20-2511 Rahman M , Mansur 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