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開題報(bào)告
題目
刀剪專用數(shù)控磨床的旋轉(zhuǎn)消隙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
英文題目
Design for the rotation removing gaps mechanism of the cutter in the dedicated NC grinder.
學(xué)院
年級(jí)
專業(yè)
程
學(xué)號(hào)
姓名
張 建 城
指導(dǎo)教師
鄧 宇
20xx年3月12日
畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
題目
刀剪專用數(shù)控磨床的旋轉(zhuǎn)消隙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
時(shí)間
本課題的目的意義
（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）
1、掌握工程設(shè)計(jì)的基本方法，加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)規(guī)定，技術(shù)文件的理解和應(yīng)用，提高查閱科技資料的能力。
2、運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，獨(dú)立解決設(shè)計(jì)中碰到的各種問題，通過設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、技術(shù)數(shù)據(jù)處理、撰寫技術(shù)報(bào)告等專業(yè)技能的訓(xùn)練，逐步掌握解決本專業(yè)工程技術(shù)文件及技術(shù)問題的處理方法和手段。
設(shè)計(jì)(論文)的基本條件
及設(shè)計(jì)(論文)依據(jù)
1、李洪 《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》 沈陽 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 1999.1
2、《機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社
3、《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》，冶金工業(yè)出版社
4、《金屬切削機(jī)床》上海科學(xué)技術(shù)出版社
5、《互換性與技術(shù)測量》中國計(jì)量出版社
6、《材料力學(xué)》，高等教育出版社。
7、《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社
本課題的主要內(nèi)容、
重點(diǎn)解決的問題
主要內(nèi)容：
（1）刀剪磨削工藝分析。
（2）消隙機(jī)構(gòu)原理分析。
（3）旋轉(zhuǎn)消隙機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
（4）消隙精度校核。
重點(diǎn)解決的問題：
刀剪數(shù)控磨床的旋轉(zhuǎn)消隙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性、可加工性、旋轉(zhuǎn)消隙機(jī)構(gòu)的使用壽命、材料的選用。
本課題欲達(dá)到的目的
或預(yù)期研究的結(jié)果
通過這次的設(shè)計(jì)，希望能使我們更好的掌握大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)，能更清楚機(jī)械設(shè)計(jì)要求和技巧，更明確機(jī)械加工與設(shè)計(jì)。同時(shí)也希望我們能更好的把書本的知識(shí)和實(shí)際操作融合在一起。為即將面臨的工作打下牢固的基礎(chǔ)。
計(jì) 劃 進(jìn) 度
時(shí) 間
工 作 內(nèi) 容
備 注
12/3～15/3（4周）
查閱、收集國內(nèi)外與課題有關(guān)文獻(xiàn)資料15篇以上，并寫出6000～8000字的文獻(xiàn)綜述。
16/3（4周）
寫出設(shè)計(jì)開題報(bào)告與導(dǎo)師進(jìn)行設(shè)計(jì)思想交流。
19/3～23/3（5周）
檢索與閱讀與設(shè)計(jì)題目相關(guān)的外文資料，并書面翻譯3000～5000漢字（附外文原文及出處）的外文資料；準(zhǔn)備與本設(shè)計(jì)所用的工具書
26/3～6/4（6、7周）
畫出設(shè)計(jì)零件的2D及3D圖。初步確定設(shè)計(jì)方案，畫出草圖。
9/4～13/4（8周）
分析確定設(shè)計(jì)的最佳方案。
16/4～18/5
（9-13周）
繪制模具總裝配圖和主要零件圖。編寫設(shè)計(jì)（論文）說明書
21/5～1/6
（14、15周）
修改與完善、打印、裝訂、裝袋
4/6～15/6
（16、17周）
答辯前準(zhǔn)備，答辯
指
導(dǎo)
教
師
意
見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
專
業(yè)
教
研
室
意
見
教研室主任簽名：
年 月 日
文獻(xiàn)綜述
學(xué)院（系）
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
數(shù)控立式復(fù)合磨床的興起與發(fā)展趨勢(shì)
在2008年4月第五屆中國數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)上和10月舉行的第九屆中國國際機(jī)床工具展覽會(huì)上，展出了不少數(shù)控立式復(fù)合磨床。數(shù)控復(fù)合磨床成為這兩個(gè)展會(huì)的亮點(diǎn)，不僅展品較多，而且水平普遍較高，顯示了國內(nèi)各專業(yè)廠對(duì)該類機(jī)床的重視。該類機(jī)床順應(yīng)了當(dāng)今世界機(jī)床工業(yè)“高速、復(fù)合、智能、環(huán)保”的發(fā)展潮流，適合了多品種小批量、變品種變批量的生產(chǎn)方式。機(jī)床可廣泛地應(yīng)用于對(duì)圓柱、圓錐、球軸承內(nèi)、外套圈、滾道及端面各表面的多批量、多品種、多規(guī)格的精加工磨削;也適用于齒輪類、套筒類等零件的高精度磨削加工。
1. 數(shù)控立式復(fù)合磨床的興起
數(shù)控立式復(fù)合磨床是近年來興起并發(fā)展迅速的一種機(jī)床品種，主要針對(duì)中大型圓柱、圓錐類工件不能一次裝夾在臥式外圓磨床上完成磨削的難題而專門開發(fā)的。數(shù)控復(fù)合磨床是目前在國際上流行的高新技術(shù)機(jī)床產(chǎn)品，具有較高的技術(shù)含量。在市場調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，許多用戶反映目前在端面和外圓磨削360mm以上工件時(shí)，沒有適合的加工設(shè)備。近年來，要貫徹新的國際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)齒輪的精度提出更高的技術(shù)要求，急需采用磨削的工藝手段來貫標(biāo)。
數(shù)控立軸復(fù)合磨床針對(duì)了用戶的需求，順應(yīng)了當(dāng)今世界機(jī)床工業(yè)“高速、復(fù)合、智能、環(huán)保”的發(fā)展潮流，適合了多品種小批量、變品種變批量的生立方式。數(shù)控復(fù)合磨床可以通過一次裝夾就完成零件的內(nèi)圓、外圓、端面、錐面等的復(fù)合磨削加工，具有高效率、高精度、操作方便等特點(diǎn)，機(jī)床的組合性強(qiáng)，可以安裝ATC砂輪庫、APC交換工作臺(tái)、AMS自動(dòng)測量系統(tǒng)及機(jī)械手等功能部件，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。同時(shí)還由于立式布置夾緊力小，夾具比較簡單，占地面積小，節(jié)約設(shè)備的購置費(fèi)用。該機(jī)床適合于磨削加工盤類、智囊軸類、套筒類等長徑比比較小的零件，特別適用于汽車配件、齒輪加工、軸承以及其它行業(yè)多品種、小批量的零件加工。
2. 復(fù)合磨床的特點(diǎn)與主要結(jié)構(gòu)
1）復(fù)合磨床的特點(diǎn)
立式磨床具有磨削精度高、加工效率高、占地面積小、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。特別在大工件的裝夾方面具有臥式磨床沒有的優(yōu)點(diǎn)。用立式磨床可利用重力固定工件，主軸不會(huì)變形。此外，與臥式磨床相比，用于固定工件的夾力較小，工件本身幾乎不會(huì)發(fā)生變形。通過利用工件本身的質(zhì)量，可與固定側(cè)端面緊密相貼，而使工件的落座位置保持穩(wěn)定。
2）復(fù)合磨床的主要結(jié)構(gòu)：
以圓工作臺(tái)為中心，周圍分布不同的磨頭。主要結(jié)構(gòu)有轉(zhuǎn)塔式立柱，可360度旋轉(zhuǎn)，磨頭安裝在轉(zhuǎn)塔不同的面上。這種結(jié)構(gòu)比較緊湊，制造難度較大。另有采用整體鑄造的和橫梁連成一體的立柱，具有較好的剛性，有利于提高加工精度，適用于中型機(jī)床使用。還有采用立軸圓臺(tái)雙立柱龍門結(jié)構(gòu)，橫梁上裝有拖板及磨床，一般適用于大型機(jī)床使用。
3. 國內(nèi)外數(shù)控復(fù)合磨床的生產(chǎn)概況
復(fù)合磨床的加工對(duì)象是大型的圓工件，這類工件的加工長期以來是采用立式磨床。立式磨床是以立式車床為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)制造的，其布局形式和總體結(jié)構(gòu)都與立式車床相似。機(jī)床一般具有較高的剛性和抗振性，加工精度高于立式車床。生產(chǎn)廠家也多為重型機(jī)床制造廠家。主要的生產(chǎn)廠家均為國際上著名的重型機(jī)床生產(chǎn)廠，如法國MEL重型機(jī)床集團(tuán)下屬的貝蒂公司、德國的DOERRIES（多列士）公司、日本的O-M公司、美國的莫奇（MOTCH）公司等等。
近年來，隨著用戶需求的增加，工件的規(guī)格擴(kuò)展到中小尺寸，立式磨床的生產(chǎn)也隨之?dāng)U展到一些著名的磨專業(yè)廠，產(chǎn)品的技術(shù)含量也得到較大的提升，在機(jī)床的結(jié)構(gòu)、總體布局、控制技術(shù)以及先進(jìn)的配置方面都有很大的發(fā)展，逐步形成了較完整的數(shù)控復(fù)合磨床系列產(chǎn)品。同時(shí)，復(fù)合磨床配置了自動(dòng)砂輪交換系統(tǒng)、自動(dòng)測量等，逐步演變?yōu)槟ハ骷庸ぶ行?，有些廠家還與其它的金屬加工手段如銑削、鉸削等相結(jié)合，形成效率更高、加工范圍更廣、加工集成度更高的加工中心。
目前，國外主要的生產(chǎn)廠家有日本太陽工機(jī)、意大利法力圖、國際斯來福臨集團(tuán)下屬的MAEGERIE公司、德國ELB公司、西班牙的達(dá)諾巴特公司、臺(tái)灣的大光長榮等生產(chǎn)廠家。這些廠長大多生產(chǎn)中大型的復(fù)合磨床，其中日本的太陽工機(jī)從1991年起生產(chǎn)和銷售數(shù)控復(fù)合磨床，形成了能磨削大中小型工件的NVG系列，其中小型立軸轉(zhuǎn)塔式復(fù)合磨床IGV-INT、IGV-3NT型，能磨削的外圓直徑為10mm。小型轉(zhuǎn)塔式立柱機(jī)床在世界上獨(dú)具一格。Maegerle公司生產(chǎn)的能進(jìn)行其它金屬切削的復(fù)合磨床，該公司批量生產(chǎn)以MGC和MFp系列機(jī)床為基型的多用途機(jī)床，不但可以承擔(dān)成形磨削、平面磨削和外圓磨削以及內(nèi)圓磨削，還可以承擔(dān)車削、銑削、螺紋磨削、精密鉆削和鉸削以及內(nèi)孔的精密鏜削。
與國外相比，國內(nèi)的數(shù)控立式復(fù)合磨床起步較晚，但目前生產(chǎn)這類機(jī)床的已有無錫機(jī)床有限公司、無錫明鑫、杭機(jī)集團(tuán)、四川富臨集團(tuán)成都機(jī)床有限責(zé)任公司、天津第二機(jī)床廠、北京廣宇大成數(shù)控機(jī)床有限公司等，已形成一定的生產(chǎn)批量，產(chǎn)品技術(shù)水平逐步提高，無錫明鑫機(jī)床公司還有部分機(jī)床出口。其中，無錫市明鑫機(jī)床有限公司是國內(nèi)最早生產(chǎn)立式復(fù)合磨床的企業(yè)，已形成較完整的產(chǎn)品系列。
近年來杭州機(jī)床集團(tuán)通過國際合作而積極開發(fā)高精度數(shù)控立軸復(fù)合磨床系列，其中MGKF600高精度立軸復(fù)合磨床已研制成功，工作臺(tái)直徑為600mm，計(jì)劃根據(jù)市場的需求，機(jī)床最大規(guī)格將達(dá)到5000mm，目前正在研制的有5種規(guī)格。MGKF600高精度數(shù)控立軸復(fù)合磨床已試制成功并交付用戶使用，使該公司成為全球綜合磨床供應(yīng)服務(wù)商的戰(zhàn)略目標(biāo)大大邁進(jìn)了一步。
四川富臨集團(tuán)成都機(jī)床有限責(zé)任公司的前身是有50多年歷史的成都機(jī)床廠，主導(dǎo)產(chǎn)品是各類內(nèi)圓磨床。近年來，根據(jù)生產(chǎn)需求和自身產(chǎn)品發(fā)展的需要，發(fā)展并形成了數(shù)控立式磨床系列，已有MKD2850、MKD2880、MKD28125、MKD28160等，最大工作臺(tái)直徑達(dá)1600mm。
天津第二機(jī)床廠二年前研制成功的2MKM95250數(shù)控立式萬能磨床，彩了氣壓卸荷導(dǎo)軌和正反防護(hù)2項(xiàng)發(fā)明專利，具有較高的水平。該公司目前最大的規(guī)格是3150mm，目前正在研制加工直徑為4000mm的重型數(shù)控精密立式萬能磨床。此外，北京廣宇大成數(shù)控機(jī)床有限公司在2008中國數(shù)控機(jī)床展上展出了MKG28100數(shù)控高精度立式萬能磨床，尚未形成批量和產(chǎn)業(yè)化。中國齊重?cái)?shù)控的BVG數(shù)控立式磨床制造水平較高，機(jī)床最大加工直徑達(dá)2500mm，加工精度達(dá)到0.003mm，機(jī)床主要用于風(fēng)電行業(yè)。遼寧朝陽博文機(jī)床有限公司也生產(chǎn)VGk110立式數(shù)控萬能磨床，還有一臺(tái)可以磨削曲線的立式磨床。
4. 立式復(fù)合磨床的發(fā)展趨勢(shì)以及應(yīng)注意的幾個(gè)問題
與國外同類技術(shù)相比，國內(nèi)的復(fù)合磨床起步較晚，在加工精度、自動(dòng)化程度、加工的集約性方面尚有一定差距，而且符合機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)是把不同機(jī)床加工結(jié)合在同一臺(tái)機(jī)床上，如在磨床上結(jié)合銑削、車削，形成效率更高、操作更方便的復(fù)合機(jī)床新品種，在這一方面，我們還有很長的路程要走。
（1)根據(jù)用戶的要求，立式復(fù)合磨床的規(guī)格向大小兩頭發(fā)展，逐步發(fā)展工作臺(tái)直徑達(dá)2.5米、3米、4米甚至5米的機(jī)床。小規(guī)格機(jī)床的發(fā)展受到市場因素的制約，用戶對(duì)小規(guī)格的復(fù)合磨床的需求并不緊迫，用立式復(fù)合磨床替代臥式端面的內(nèi)圓磨床有一定的難度。從國外立式復(fù)合磨床來看，除了日本太陽工機(jī)有小規(guī)格機(jī)床外，其它的廠家基本上都是大規(guī)格的機(jī)床。但是，從發(fā)展的觀點(diǎn)看，小型立式復(fù)合磨會(huì)有潛在的市場需求，一旦現(xiàn)有加工設(shè)備不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，就會(huì)急需用新設(shè)備來替代老設(shè)備。如果能實(shí)現(xiàn)替代，市場潛力就不可估量。如果新設(shè)備能大幅度提高磨削效率，即使價(jià)格比較高，也會(huì)有很大競爭力。
（2）復(fù)合的手段將呈現(xiàn)多樣化，機(jī)床采用模塊化設(shè)計(jì)原理，可把不同種類的磨頭以及采用其它金屬加工手段的裝置結(jié)合在一起，形成各種復(fù)合機(jī)床。
（3）采用先進(jìn)的部件，向磨削中心和加工中心的方向發(fā)展。機(jī)床將采用砂輪交換裝置、刀具交換裝置、機(jī)械手、自動(dòng)測量裝置，形成集成程度更高的復(fù)合機(jī)床。
（4）立式復(fù)合磨床將在風(fēng)能電行業(yè)發(fā)揮重要的作用，我國風(fēng)能資源豐富，近海和海上可開發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約7.5億kw。2010年，風(fēng)機(jī)電裝機(jī)容量達(dá)到500萬千瓦，風(fēng)機(jī)需使用大型的軸承、如洛陽軸承最大轉(zhuǎn)盤軸承5.5m左右，風(fēng)力發(fā)電的主軸、風(fēng)機(jī)輪轂等的需求量很大，這些大型零件的磨削加工必須采用復(fù)合磨床。
5、 在發(fā)展數(shù)控立式復(fù)合磨床時(shí)應(yīng)當(dāng)引起注意的幾個(gè)問題：
（1）應(yīng)避免生產(chǎn)廠一哄而上，造成劇烈的市場競爭和資源浪費(fèi)。目前，該種機(jī)床的制造廠增加很大，大家都想吃頭口水，但由于市場的容量還不能預(yù)計(jì)，具有較大的風(fēng)險(xiǎn)。生產(chǎn)量應(yīng)與需求量相適應(yīng)，否則會(huì)造成經(jīng)濟(jì)效益低下的結(jié)果。
?。?）機(jī)床的配置應(yīng)當(dāng)與用戶的實(shí)際生產(chǎn)需求相適應(yīng)，并不是機(jī)床的配置越好銷路就越好。在我們社會(huì)主義初級(jí)階段的國情下，有些高技術(shù)含量的機(jī)床品種如高檔的復(fù)合磨床、磨加工中心尚缺乏銷售動(dòng)力。先進(jìn)技術(shù)的前瞻性與現(xiàn)實(shí)往往存在一定的距離，因價(jià)格等原因造成“叫好不叫座”的局面。
?。?）應(yīng)加強(qiáng)行業(yè)工作，以標(biāo)準(zhǔn)為紐帶，適時(shí)組織制定相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范復(fù)合磨床的制造。
?。?）在條件成熟時(shí)，由機(jī)床協(xié)會(huì)牽頭召開制造廠經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)，推進(jìn)數(shù)控復(fù)合磨生產(chǎn)。
?。?）目前，復(fù)合磨床的型號(hào)名稱較多，有的叫立式萬能磨床、有的叫立式磨床，給用戶選帶來一定的困難。
參考文獻(xiàn)
［1］中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)行業(yè)發(fā)展部.CIMT2001巡禮［J］.世界制造技術(shù)與裝備市場，2001(3)：18-20.
［2］梁訓(xùn)王宣,周延佑.機(jī)床技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向［J］.世界制造技術(shù)與裝備市場，2001(3)：21-28.
［3］中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)控系統(tǒng)分會(huì).CIMT2001巡禮［J］.世界制造技術(shù)與裝備市場，2001(5)：13-17.
I 摘 要 對(duì)刀剪專用數(shù)控磨床的旋轉(zhuǎn)消隙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 首先對(duì)原有刀剪數(shù)控磨床的外形和結(jié) 構(gòu)進(jìn)行分析 查找相關(guān)資料 對(duì)比不同方案的優(yōu)缺點(diǎn) 初步選擇設(shè)計(jì)方案 根據(jù)方案 選擇切削刀具 分析刀具運(yùn)動(dòng)軌跡和制品的加工步驟 分析方案的合理性 然后對(duì)消 隙機(jī)構(gòu)的零部件進(jìn)行計(jì)算或選擇 如齒輪的設(shè)計(jì) 齒條的設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 軸承 的選擇 伺服電機(jī)的選擇 滾珠絲桿副的計(jì)算與校核等等 根據(jù)以上計(jì)算和分析的結(jié) 構(gòu) 采用 autoCAD 繪制各零件圖與裝配圖 此外 通過機(jī)床不同部位的精度檢測方法 校核所選擇方案加工出來的制品是否滿足使用要求 關(guān)鍵詞 刀剪專用數(shù)控磨床 旋轉(zhuǎn)消隙機(jī)構(gòu) 分析計(jì)算 II Abstract Design for the rotation removing gaps mechanism of the cutter in the dedicated NC grinder Firstly analyze the shape and structure of the original cutter in the dedicated NC grinder then search relevant information and comparative advantages and disadvantages of different scheme that preliminary select the machining process plan Choose the cutting tool according to the plan and analyze the movement locus Analyze the processing steps and the rationality of the machining process plan Secondly calculate and design the components and parts of the rotation removing gaps mechanism such as the design of the gear the rack and the drive shaft and the selection of the bearings and the feed motor and the calculation of the ball screw Use AutoCAD to draw the parts drawing and erection drawing according to calculated results In addition checking the options machined out of products meets the requirements of operation through the precision testing method from different parts of the machine tool Keywords the cutter in the dedicated NC grinder the rotation removing gaps mechanism analysis and calculation 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1 1 中國的刀具行業(yè) 1 1 2 加工刀剪的數(shù)控磨床的國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 1 1 3 研發(fā)刀剪專用數(shù)控機(jī)床目的與意義 2 第二章 回轉(zhuǎn)刀架的工藝分析 3 2 1 回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)分析及技術(shù)要求 3 2 1 1 回轉(zhuǎn)刀架的外形結(jié)構(gòu)分析 3 2 1 2 回轉(zhuǎn)刀架的消隙部位 3 2 1 3 回轉(zhuǎn)刀架的精度要求 3 2 2 磨削面的種類及技術(shù)要求 4 2 2 1 磨削面的種類 4 2 2 2 磨削面的技術(shù)要求 4 第三章 設(shè)計(jì)方案的確定 5 3 1 齒輪與軸配合間隙的消除 5 3 1 1 齒輪與軸的安裝方式 5 3 1 2 齒輪與軸的間隙消除 5 3 2 齒輪與齒條配合間隙的消除 6 3 2 1 消除齒輪與齒條配合間隙的種類 6 3 2 2 齒輪與齒條的間隙消除 6 第四章 回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 4 1 回轉(zhuǎn)刀架機(jī)構(gòu)的組成 8 4 2 齒輪齒條的設(shè)計(jì) 8 4 2 1 齒輪齒條的傳動(dòng)特點(diǎn) 8 4 2 2 模數(shù)的選擇 9 4 2 3 齒輪參數(shù)的確 10 4 2 4 齒條參數(shù)的確定 11 4 3 回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 12 2 4 3 1 回轉(zhuǎn)軸的基本直徑的估算 12 4 3 2 回轉(zhuǎn)軸的最小直徑的確定 13 4 3 3 回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 13 4 4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的安裝精度和潤滑 14 第五章 回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 5 1 磨削力的分析 15 5 1 1 磨削力的介紹 15 5 1 2 磨削力的計(jì)算 15 5 1 3 伺服電機(jī)的總功率 17 5 2 電機(jī)的選擇 18 5 3 滾珠絲杠副的確定 19 5 2 1 滾珠絲桿的特點(diǎn) 19 5 2 2 滾珠絲杠副的選擇 20 5 4 軸承的選擇 20 5 4 1 滾珠絲杠的軸端形式 20 5 3 2 軸承的選擇 20 第六章 回轉(zhuǎn)刀架的總裝 22 6 1 回轉(zhuǎn)刀架的總裝配圖 22 6 2 回轉(zhuǎn)刀架在機(jī)床上的安裝 23 第七章 機(jī)床精度檢驗(yàn) 24 7 1 機(jī)床精度內(nèi)容 24 7 2 機(jī)床精度保持性 24 7 3 機(jī)床精度檢驗(yàn)方法 25 結(jié) 論 27 致 謝 28 參考文獻(xiàn) 29 譯文及原文影印件 30 1 第一章 緒論 1 1 中國的刀具行業(yè) 中國的刀具行業(yè)很早就面臨全面對(duì)外開放 國內(nèi)市場早就實(shí)現(xiàn)了刀具采購全球化 外國工具商進(jìn)入中國市場已有十幾年的歷史 銷售網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)服務(wù)體系已相當(dāng)健全 在中國各大城市都有若干辦事處 銷售和技術(shù)服務(wù)從業(yè)人員逾千人 他們以其優(yōu)質(zhì)的 產(chǎn)品 完善的技術(shù)服務(wù) 不斷降低的產(chǎn)品銷售價(jià) 現(xiàn)在的進(jìn)口刀具價(jià)格幾乎已經(jīng)降到 10 年前的 2 3 1 2 幾乎壟斷了中國的高檔刀具市場 在經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程中 跨國工 具公司已占有越來越明顯的技術(shù) 資源 信息服務(wù)等綜合優(yōu)勢(shì) 國產(chǎn)刀具的實(shí)力相差 越來越遠(yuǎn) 1 2 加工刀剪的數(shù)控磨床的國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 當(dāng)前刀剪數(shù)控磨床主要以進(jìn)口為主 其中以是德國的西普曼為代表產(chǎn)品 西普曼 刀剪數(shù)控磨床 以高精度及高效率著稱 但其使用時(shí)要采用進(jìn)口的專用砂輪 無論是 機(jī)床或砂輪 其巨額價(jià)格 機(jī)床約 100 萬元 組 砂輪約 800 元 個(gè) 國人難予承受 臺(tái)灣有生產(chǎn)此類磨床 其機(jī)床價(jià)格約 50 萬元 組 砂輪價(jià)格約 500 元 個(gè) 同樣存在價(jià) 格昂貴的問題 并且 其精度及效率都比不上德國的西普曼產(chǎn)品 同時(shí) 進(jìn)口刀剪數(shù) 控磨床對(duì)刀剪毛坯平直度和厚度尺寸的要求非常嚴(yán)格 進(jìn)一步制約了刀剪數(shù)控磨床的 推廣應(yīng)用 目前國人使用較多的是液壓刀剪機(jī)械 其機(jī)床價(jià)格約 5 萬元 組 砂輪價(jià)格 約 50 元 個(gè) 但其加工的產(chǎn)品質(zhì)量遠(yuǎn)達(dá)不到刀剪數(shù)控磨床加工的水平 近幾年 國內(nèi)也有一些廠家進(jìn)行了刀剪數(shù)控磨床的研制 例如陽江永威刀剪機(jī)械 廠 他們只是在原有的液壓刀剪磨床上加裝數(shù)控車床系統(tǒng)而已 機(jī)床價(jià)格約 12 萬元 組 砂輪價(jià)格約 50 元 個(gè) 雖然價(jià)格上有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì) 但對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)與精度 可靠性 人性化設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)性技術(shù)缺乏研究 忽視了自主開發(fā)能力的培育 設(shè)計(jì)出的磨削機(jī)床 存在磨削精度差 剛性不足 效率低等缺陷 而且對(duì)整體工藝與制造水平不夠重視 加工質(zhì)量得不到穩(wěn)定與提高 產(chǎn)品可靠性差 加工的刀剪產(chǎn)品質(zhì)量與液壓刀剪機(jī)械加 工的無明顯的提高 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異 高速化 高精度化 復(fù)合化 智能化 開放化 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化 網(wǎng)絡(luò)化 極端化 綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì) 和方向 2 1 3 研發(fā)刀剪專用數(shù)控機(jī)床目的與意義 刀剪行業(yè)是我國歷史悠久的傳統(tǒng)行業(yè) 刀剪五金產(chǎn)品 包括菜刀 套刀 小刀 陶 瓷刀和工業(yè)用剪 民用剪刀 裁縫剪刀等 名副其實(shí)地呈現(xiàn) 小商品 大市場 的喜 人形勢(shì) 據(jù) 2009 年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 我國從事刀剪生產(chǎn)的企業(yè)約有三千家 刀剪產(chǎn)品年工業(yè) 總產(chǎn)值約在一百多億元 年出口創(chuàng)匯超過 4 億美元 但在國際市場上 我國的刀剪產(chǎn) 品主要還是以中 低端的低附加值產(chǎn)品為主 到目前為止 還沒有出現(xiàn)一家像德國 雙立人 日本 莊山郎 牌等世界知名品牌的刀剪產(chǎn)品 造成差距的最根本原因 是 產(chǎn)品質(zhì)量 我國刀剪企業(yè)在產(chǎn)品材料 加工工藝 以及刀剪磨削方面與發(fā)達(dá)國家 相比有較大的差距 刀剪需有相當(dāng)高的硬度才可達(dá)到其鋒利度和耐用性 大多刀剪都要通過磨削工藝來 達(dá)到剪切面及刃口的鋒利要求 幾何尺寸要求和外觀要求 目前 刀剪磨削設(shè)備主要 是以液壓磨床仿形磨削為主 存在磨削精度差 生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn) 盡管個(gè)別企業(yè) 例如 陽江永威數(shù)控刀剪機(jī)械廠 將目前的液壓仿形改為數(shù)控方式 由于其機(jī)械制 造精度達(dá)不到使用要求 并且數(shù)控編程只是采取車床系統(tǒng)圓弧插補(bǔ)方式 沒有刀剪加 工專用指令 也難予保證刀剪的磨削的幾何及尺寸精度度及細(xì)膩的紋路 社會(huì)的進(jìn)步和人民生活的提高 人們對(duì)刀剪產(chǎn)品的質(zhì)量也越來越高 并隨著國際市 場的不斷變化 很多企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到 企業(yè)要生存 要發(fā)展 必須要提高產(chǎn)品的質(zhì)量 提高產(chǎn)品檔次 刀剪產(chǎn)品的磨削質(zhì)量直接影刀剪產(chǎn)品的鋒利程度和外觀質(zhì)量 本項(xiàng)目 為提高刀剪產(chǎn)品磨削設(shè)備的加工質(zhì)量和加工效率 而致力研究開發(fā)高精刀剪專用數(shù)控 磨床 項(xiàng)目立項(xiàng)建設(shè)將填補(bǔ)國內(nèi)刀剪專用數(shù)控磨床的空白 有效地提高國內(nèi)自制刀剪 數(shù)控磨床的質(zhì)量及性能和降低同類型產(chǎn)品的進(jìn)口數(shù)量 加強(qiáng)企業(yè)的國際市場競爭力 推動(dòng)企業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步 擴(kuò)大國產(chǎn)刀剪專用數(shù)控磨床銷售量 發(fā)展地方經(jīng)濟(jì) 繁榮 市場 目的明顯 意義重大 3 第二章 回轉(zhuǎn)刀架的工藝分析 2 1 回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)分析及技術(shù)要求 2 1 1 回轉(zhuǎn)刀架的外形結(jié)構(gòu)分析 如圖 2 1 所示 該回轉(zhuǎn)刀架由垂直方向的伺服驅(qū)動(dòng)服帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng) 通過滾 珠絲桿副把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng) 從而帶動(dòng)齒條來回移動(dòng) 經(jīng)齒輪齒條嚙合 繼而帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 由于刀架與回轉(zhuǎn)軸固定在一起 故回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)定會(huì)帶 動(dòng)刀架一起轉(zhuǎn)動(dòng) 這便使刀架上的工件可轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度 角度的多少由與回轉(zhuǎn)從動(dòng) 齒輪嚙合的齒條的長度和滾珠絲桿副的移動(dòng)距離所決定 圖 2 1 回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu) 2 1 2 回轉(zhuǎn)刀架的消隙部位 由于刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)是由齒條帶動(dòng)齒輪 再由齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)的 而齒輪與齒條 的嚙合之間必定存在間隙 此外 要保證制品的高精度 齒輪與軸之間不能存在間隙 且必須保證齒輪的軸線與軸的軸線之間的同軸度 2 1 3 回轉(zhuǎn)刀架的精度要求 各加工部位的表面要求 刀紋路細(xì)膩均勻 清晰美觀 不留刀痕 尺寸精度控制 在 IT7 級(jí)之內(nèi) 對(duì)于加工出來的制品所要達(dá)到的精度要求 要求一般磨削面粗糙度達(dá)到 Ra0 4 3 2 內(nèi) 刃口 剪切面達(dá) Ra0 2 0 4 4 2 2 磨削面的種類及技術(shù)要求 2 2 1 磨削面的種類 刀剪五金產(chǎn)品的磨削面除基本平面 斜面外 還應(yīng)磨削非平面類成型面 如弧面 波浪面 外凸面 內(nèi)凹面 螺旋面等 a 弧面 波浪面 將刀具或剪具裝夾時(shí)形成相應(yīng)要求的角度 利用數(shù)控兩軸運(yùn)行 角度垂直下的投影線 磨出相應(yīng)的弧面 波浪面 b 外凸面 內(nèi)凹面 將工作臺(tái)擺一定的角度 讓刀具或剪具與桶形砂輪形成一定 的角度 利用桶形砂輪的外側(cè)面或內(nèi)側(cè)面進(jìn)行磨削 磨出外凸面 內(nèi)凹面 c 螺旋面 在工作臺(tái)上增加一伺服控制的旋轉(zhuǎn)刀架 在磨削過程中可進(jìn)行相應(yīng)的 旋轉(zhuǎn)要求而磨出螺旋面 d 在磨削過程中 要處理好砂輪面接觸磨削弧線與弧線過度時(shí)不能出現(xiàn)明顯磨削 粗紋現(xiàn)象 2 2 2 磨削面的技術(shù)要求 a 表面質(zhì)量 磨削面粗糙度一般要求在 Ra0 4 3 2 內(nèi) 刃口 剪切面達(dá) Ra0 2 0 4 也可通過調(diào)整磨料粒度 線速來獲得高質(zhì)量表面 b 成型面精度 刀剪五金產(chǎn)品成型面的磨削 一般靠幾何仿形獲得 通過仿形板理 論曲線逼近法 也可通過電腦數(shù)控 由伺服電機(jī)控制完成 精度可達(dá)到 0 001 0 01 5 第三章 設(shè)計(jì)方案的確定 3 1 齒輪與軸配合間隙的消除 3 1 1 齒輪與軸的安裝方式 軸上固定的齒輪 與軸的配合形式 視具體情況不同而有所不同 要考慮使用情 況 如傳遞功率的大小 負(fù)載的平穩(wěn)性 沖擊性等 還要考慮裝配的工藝性 一般的 載荷小 平穩(wěn) 采用間隙配合就可以 H7 h6 載荷大 有沖擊性 采用過渡配合 H7 k6 H7 m6 以上 2 種是常見的配合形式 如果是重載 嚴(yán)重沖擊 就要考慮過盈 配合了 在實(shí)際裝配時(shí) 過渡配合是既有間隙配合的可能 又有過盈配合的可能 只有零 件加工成形后 在裝配時(shí)才能決定的配合形式 可以適當(dāng)選取過渡配合 如間隙配合 性較大的過渡配合 或過盈配合性較大的過渡配合 由于在此傳動(dòng)中 傳動(dòng)功率較小 且負(fù)載平穩(wěn) 沖擊性小等 故可選用小過盈量 的配合 3 1 2 齒輪與軸的間隙消除 由于采用間隙配合 齒輪與軸之間必定存在間隙 在傳動(dòng)的過程中 存在的問題是 鍵槽一方面使工作壓力沿工作面的分布不均勻 造成軸與輪轂的變形不對(duì)稱 另一方面 若有配合間隙 軸與輪轂工作時(shí)容易產(chǎn)生互相磨損 配合表層材料剝蝕 造成聯(lián)結(jié)失效 這對(duì)于要求制品具有高質(zhì)量 高精度是不允許的 對(duì)于齒輪與軸之間的間隙可采用加 入脹緊聯(lián)結(jié)套的形式予以消除 如圖 3 1 所示 6 3 2 齒輪與齒條配合間隙的消除 3 2 1 消除齒輪與齒條配合間隙的種類 a 差動(dòng)齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)方式 齒條為普通金屬制成 從動(dòng)齒輪是由三層尺寸相同的齒輪鉚接的組合齒輪 上下 兩層是磷青銅齒輪 中間裝一層薄尼龍齒輪 雖然按同一尺寸加工 但在鉚接后中間 尼龍層略微擠出比銅輪稍大些 借以補(bǔ)償誤差消除間隙 這是差動(dòng)齒輪 適用于精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 因?yàn)樗芰淆X輪的傳動(dòng)間隙比較大 所以經(jīng)常 要用這種結(jié)構(gòu)來減少傳動(dòng)間隙 但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 而且對(duì)于機(jī)床上使用的齒輪齒條 一般為金屬制成 傳動(dòng)間隙較小 故一般不采用此種方式 b 拉簧控制齒輪齒條間隙消除裝置 從齒輪中間開槽后鑲嵌一個(gè)小齒條 小齒條一端彈性碟片固定 在運(yùn)動(dòng)過程中 主動(dòng)齒條以往復(fù)移動(dòng)驅(qū)動(dòng)從動(dòng)齒輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 當(dāng)傳動(dòng)過程中存在間隙時(shí) 由彈性碟 片控制的小齒條便會(huì)與大齒條形成一定的位錯(cuò) 使小齒條在運(yùn)動(dòng)中始終與齒輪的另一 側(cè)相接觸 從而消除嚙合間隙 如圖 3 2 所示 c 磁性齒輪齒條裝置 磁性齒輪齒條傳動(dòng)裝置應(yīng)用在小扭矩的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中 將齒輪齒條進(jìn)行磁化 磁化 后齒輪軸孔為 S 極 輪齒為 N 極 齒條輪齒為 N 極 背面為 S 極 顯然輪齒側(cè)面都具 有相同的磁性 在嚙合傳動(dòng)中利用輪齒間的斥力降低嚙合間隙的影響 減少輪齒間的 7 沖擊與噪音 與傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)相比 磁性齒輪齒條具有低噪聲 高效率 便于維護(hù) 高可靠性以 及過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn) 但缺點(diǎn)是 對(duì)齒輪齒條材料的抗疲勞強(qiáng)度要求較高 另外制造較復(fù) 雜 需要專門的設(shè)備 因而使其制造成本較高 3 2 2 齒輪與齒條的間隙消除 方案一 差動(dòng)齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)方式 適用于精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 因?yàn)樗芰淆X輪的 傳動(dòng)間隙比較大 所以經(jīng)常要用這種結(jié)構(gòu)來減少傳動(dòng)間隙 但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 而且對(duì) 于機(jī)床上使用的齒輪齒條一般為金屬制成 傳動(dòng)間隙較小 故一般不采用此種方式 方案二 磁性齒輪齒條裝置 雖然與傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)相比 磁性齒輪齒條具有低噪聲 高效率 便于維護(hù) 高可靠性以及過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn) 但對(duì)齒輪齒條材料的抗疲勞強(qiáng)度 要求較高 另外制造較復(fù)雜 需要專門的設(shè)備 因而使其制造成本較高 方案三 拉簧控制齒輪齒條間隙消除裝置 只需在齒條上開槽鑲嵌一個(gè)消隙用的 小齒條 并采用彈性碟片固定 結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 綜上所述 依據(jù)在滿足使用要求的前提下盡可能降低經(jīng)濟(jì)成本的原則 采用方案 三是最好的選擇 如圖 3 2 所示 圖 3 2 拉簧控制齒輪齒條間隙消除裝置 1 齒條 2 消隙齒條 3 壓蓋 4 脹緊聯(lián)結(jié)套 5 回轉(zhuǎn)軸 6 齒輪 7 蝶形彈簧 8 9 第四章 回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 1 回轉(zhuǎn)刀架機(jī)構(gòu)的組成 數(shù)控磨床的回轉(zhuǎn)刀架機(jī)構(gòu)的包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)兩大部分 其中 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 包括齒條 滾珠絲杠副 滾動(dòng)軸承 伺服電機(jī) 支座等部件 而回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)軸 齒輪 滾動(dòng)軸承 前 后支座等部件 兩者之間通過齒條與齒輪嚙合進(jìn)行傳動(dòng) 因?yàn)榈都裟ハ鲿r(shí)除了 X 軸 Z 軸方向進(jìn)行磨削 對(duì)有曲面要求的刀剪還需要進(jìn)行曲 面磨削 而對(duì)刀剪的曲面磨削就是由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)兩部分聯(lián)動(dòng)所作的曲線運(yùn)動(dòng) 完成的 在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中 通過伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 經(jīng)滾珠絲杠副帶動(dòng)齒條作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng) 而在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中 由于齒條與齒輪嚙合 回轉(zhuǎn)齒輪在齒條的帶動(dòng)下作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 通過 控制齒條移動(dòng)的距離控制齒輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù) 而齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過一定的度數(shù) 從而使制品轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度而實(shí)現(xiàn)砂輪對(duì)制品的曲面磨削 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的支座和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的前后支座均采用鑄造制成 材料為灰鑄鐵 HT200 鑄 造出來的毛坯再按照尺寸精度要求進(jìn)行精加工 4 2 齒輪齒條的設(shè)計(jì) 4 2 1 齒輪齒條的傳動(dòng)特點(diǎn) 齒輪作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 齒條作直線運(yùn)動(dòng) 齒條可以看作一個(gè)齒數(shù)無窮大的齒輪的一部 分 這時(shí)齒輪的各圓均變?yōu)橹本€ 作為齒廓曲線的漸開線也變?yōu)橹本€ 當(dāng)齒條為主動(dòng) 件時(shí) 齒條的速度等于齒輪節(jié)圓的線速度 齒條直線的速度 與齒輪分度圓直徑 轉(zhuǎn)vd 速 之間的關(guān)系為n 式 4 1 式中 齒輪分度圓直徑 dm 齒輪轉(zhuǎn)速 ninr 其嚙合線 與齒輪的基圓相切 由于齒條的基圓為無窮大 所以嚙合線與齒12N1N 條基圓的切點(diǎn) 在無窮遠(yuǎn)處 齒輪與齒條嚙合時(shí) 不論是否標(biāo)準(zhǔn)安裝 齒輪與齒條標(biāo)準(zhǔn)安裝即為齒輪的分度圓 與齒條的分度圓相切 其嚙合角 恒等于齒輪分度圓壓力角 也等于齒條的齒形角 齒輪的節(jié)圓也恒與分度圓重合 只是在非標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí) 齒條的節(jié)線與分度線不再重合 sv 60 10 齒輪與齒條正確嚙合條件是基圓齒距相等 齒條的基圓齒距是其兩相鄰齒廓同側(cè) 直線的垂直距離 即 cossbPm 齒輪與齒條的實(shí)際嚙合線為 即齒條頂線及齒輪齒頂圓與嚙合線 的交點(diǎn)12B12N 及 之間的長度 齒輪齒條的嚙合如圖 6 1 所示 2B1 圖 4 1 齒輪齒條的嚙合 4 2 2 模數(shù)的選擇 分度圓上的齒距 對(duì) 的比值稱為模數(shù) 用 表示 單位 即 齒輪的p m pm 主要幾何參數(shù)都與模數(shù)成正比 越大 越大 輪齒也越大 輪齒抗彎能力也越強(qiáng) p 所以模數(shù) 又是輪齒抗彎能力的重要標(biāo)志 m 齒輪模數(shù)是齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 齒輪嚙合時(shí) 一對(duì)齒嚙合和兩對(duì)齒嚙合之間的彎 曲差是齒輪產(chǎn)生激振的主要原因 因此應(yīng)提高齒輪的彎曲強(qiáng)度 而齒輪的彎曲強(qiáng)度與齒 輪模數(shù)成正 比 故從提高齒輪強(qiáng)度減少激振的角度出發(fā) 總是希望齒輪模數(shù)大一些 但 是 齒輪模數(shù) 的增大 同時(shí)也意 味著齒輪誤差的增大 在齒輪的單向誤差項(xiàng) 目中 基 節(jié)誤差和齒形誤差對(duì)噪聲的影響最大 基節(jié)誤差和齒形誤差可用如下式 4 2 式 4 3 表示 式 4 2 式 4 3 式中 0 mduJt 54 05 2cos mdJt 11 由此可見 上述兩項(xiàng)齒輪誤差與模數(shù) m 有關(guān) 模數(shù)越大 基節(jié)誤差 齒形誤差亦越 大 由于基節(jié)誤差和齒形誤差破壞了齒輪正確嚙合條件 使齒輪產(chǎn)生沖擊 故齒形誤差 和基節(jié)誤差越大 齒輪噪聲也就越高 也就是說 如果是 同一級(jí)精度的齒輪 其產(chǎn)生的 基節(jié)誤差和齒形誤差隨模數(shù)的減小而減小 即同樣的齒輪 減小模數(shù) 而不是提高精度 卻能得到較小誤差的齒輪 因此降低了齒輪的噪聲 因此 從低噪聲觀點(diǎn)出發(fā) 理想的設(shè)計(jì)是 若齒輪強(qiáng)度允許 盡可能選小模數(shù) 當(dāng) 輪齒彎曲的影響大于加工誤差的影響時(shí) 增大模數(shù)較為合理 當(dāng)輪齒輕載 輪齒彎曲 的影響較小時(shí) 則應(yīng)優(yōu)先考慮加工誤差的影響而采用模數(shù)小的齒輪 由于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中 齒輪傳動(dòng)的功率 扭矩都較小 通過類比法 參照類似的設(shè)備 機(jī)械裝置 傳動(dòng)功率 轉(zhuǎn)速相近 使用條件相近 有可比性 并結(jié)合齒 輪 模 數(shù) 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) GB1357 78 初選齒 輪模數(shù) m2 4 2 3 齒輪參數(shù)的確 a 齒數(shù) 1Z 閉式齒輪傳動(dòng)一般轉(zhuǎn)速較高 為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性 減小沖擊振動(dòng) 以齒數(shù)多 一些為好 小齒輪的齒數(shù)可取為 雖然該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速不高 但因?yàn)榫?0 21 Z 度要求很高 且考慮到安裝空間 初選回轉(zhuǎn)齒輪的齒數(shù) 401 Z b 壓力角 螺旋角1 1 在兩齒輪節(jié)圓相切點(diǎn) P 處 兩齒廓曲線的公法線 即齒廓的受力方向 與兩節(jié)圓 的公切線 即 P 點(diǎn)處的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)方向 所夾的銳角稱為壓力角 也稱嚙合角 對(duì)單個(gè) 齒輪即為齒形角 標(biāo)準(zhǔn)齒輪的壓力角一般 201 由于該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的齒輪采用的是圓柱直齒齒輪 故螺旋角 01 c 變位系數(shù) 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù)x 1ah 1C 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒條且按標(biāo)注中心距進(jìn)行安裝的 其變位系數(shù) 齒頂高系數(shù)x 頂隙系數(shù) 1 ah25 0 1 C d 齒輪分度圓直徑 1d 查 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第五版 知 58Pmzd8042m1 e 齒輪中心到齒條中心距 H 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 可知對(duì)于齒輪齒條傳動(dòng) 其中心距 xdH421 12 f 齒寬 1b 齒寬是依據(jù)受力大小參考設(shè)計(jì)的 如果模數(shù)小 受力大 齒寬就大 如果模數(shù)小 受力小 則齒輪就相對(duì)較小 本機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)齒輪模數(shù)小 受力小 故齒寬應(yīng)較小 查 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第五版 知 齒輪相對(duì)于軸承非對(duì)稱布置的情況 齒寬175P 系數(shù)取 故齒輪傳動(dòng)的齒寬 齒寬系數(shù) X 中心距2 1 d 取 mHb480 b01 g 齒頂高 齒根高 齒全高 齒距1ah1f 1h1p 查 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第五版 知 58P a2 1 mCf 2 0m hf 4 p8 64 31 4 2 4 齒條參數(shù)的確定 1 齒數(shù) 2Z 回轉(zhuǎn)齒輪的齒數(shù)為 每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒 回轉(zhuǎn)齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過 因此401 9 為了保證回轉(zhuǎn)齒輪在齒條的帶動(dòng)下 轉(zhuǎn)過的角度超過 必須使齒條不管向前還是 30 向后作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)齒輪至少都轉(zhuǎn)過 4 個(gè)齒 另外中間嚙合時(shí)需要 1 個(gè)齒 因此 齒條 的齒數(shù)可取 2Z 2 壓力角 螺旋角2 由于齒條與齒輪是靠嚙合傳動(dòng)的 所以齒條的螺旋角與壓力角是與配套齒輪完全 相同的 而標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的壓力角一般 螺旋角 故齒條的壓力角 201 01 012 012 3 變位系數(shù) 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù)x 2ah 2C 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒條且按標(biāo)注中心距進(jìn)行安裝的 其變位系數(shù) 齒頂高系數(shù)0 x 頂隙系數(shù) 1 2 ah5 0 2 C 4 齒寬 2b 已知從動(dòng)齒輪的齒寬 齒條的齒寬可取 這樣既能保證mb1 mb5012 輪齒有足夠的嚙合寬度 同時(shí)方便加工 13 5 齒頂高 齒根高 齒全高 齒距2ah2fh2h2p 由于是標(biāo)準(zhǔn)的齒條與齒輪且是按標(biāo)準(zhǔn)中心距進(jìn)行安裝的 故齒條的齒形與是與配 套齒輪完全相同的 參考 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第五版 知 58Pma1 2 mChf 25 0 f 42 p8 64 32 6 齒條的長度 L 由 同時(shí)考慮到齒條的固定 可取 mZ0 92 12 mL80 4 3 回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 4 3 1 回轉(zhuǎn)軸的基本直徑的估算 通常 軸的最小徑向尺寸 亦稱為軸的基本直徑 用 表示 在設(shè)計(jì)軸時(shí) mind 該尺寸是應(yīng)首先確定的關(guān)鍵尺寸 其它尺寸的確定都是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的 而且 這 個(gè)尺寸往往就是端軸頭或端軸頸尺寸 輪轂 軸承尺寸的確定都直接與其相關(guān) 軸 的基本直徑確定的方法很多 如按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行初步計(jì)算 憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估計(jì) 類比設(shè)計(jì)等等 下表 4 1 是多年來采用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對(duì)實(shí)際生活中軸徑的選擇進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 得出來的 在實(shí)際設(shè)計(jì)中使用方便又可靠 表 4 1 軸的基本直徑 mindmd in 14 4 3 2 回轉(zhuǎn)軸的最小直徑的確定 由于回轉(zhuǎn)軸的作用是當(dāng)砂輪需要對(duì)工件進(jìn)行曲面加工時(shí)由齒條帶動(dòng) 從而連同刀 架板轉(zhuǎn)過一定的角度 其傳動(dòng)的功率 扭矩都較小 轉(zhuǎn)速也很低 參照類似的設(shè)備 機(jī)械裝置 容易得知其傳動(dòng)功率小于 轉(zhuǎn)速小于 現(xiàn)假設(shè)回轉(zhuǎn)軸的傳kw5 1min 10r 動(dòng)功率為 轉(zhuǎn)度為 則軸的最小直徑 可選擇 kw5 1min 10rid3 4 3 3 回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 由上述可知 該段用于裝配回轉(zhuǎn)齒輪和端蓋 其長度必須必齒輪d3min1 寬度和端蓋厚度要長一些 而齒輪齒寬為 端蓋厚度為 故可取該軸段長50m8 度 L601 為齒輪的定位部分 取 其長度 2d62L25 段要裝配軸承 查 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè) 第 377 頁表 6 17 選用型號(hào)3 為 6254911 的滾針軸承 則 由于 段部分還需要安裝軸用鋼絲擋圈 且md53 3d 必須經(jīng)前支座固定在工作臺(tái)上 故該段的長度 mm5 6214 4 段主要考慮刀架連接塊的固定與回轉(zhuǎn)軸的拆裝 可取 其長度依據(jù)4d d50 刀架連接板的長度即工作臺(tái)的長度進(jìn)行確定 取 對(duì)該軸段的加工 則考L4 慮刀架連接板的固定是否牢固 其加工面長度比刀架連接板多出 加工面寬度約 為刀 段要裝配滾針軸承 查 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè) 第 377 頁表 6 17 選用6d 型號(hào)為 6254907 的滾針軸承 則 由于 段部分還需要安裝墊圈 同時(shí)是md356 6d 雙向推力球軸承的定位部分 故該段的長度可取 mL523 段為雙向推力球軸承的安裝部分 查 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè) 第 365 頁7 表 6 11 選用型號(hào)為 8206 的雙向推力球軸承 則 考慮到軸承的固定所需07 要的最少長度為 故該段長度可取 m2117 段位末端螺紋加工時(shí)的退刀槽 其軸徑依據(jù)末端軸徑進(jìn)行設(shè)計(jì) 由于末端用于8d 安裝 則該段軸徑可取 長度 7Mmd248 L28 段為圓螺母的安裝部分 用于雙向推力球軸承的固定 取 其長度9 md279 依據(jù)螺母寬度和圓螺母止動(dòng)墊片厚度進(jìn)行設(shè)計(jì) 取 59 回轉(zhuǎn)軸的形狀如圖 4 2 所示 其具體尺寸及熱處理要求參考零件圖 15 圖 4 2 回轉(zhuǎn)軸 4 4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的安裝精度和潤滑 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)各部分零件裝配后 應(yīng)保證主軸徑向跳動(dòng) 0 01mm 主軸軸向竄動(dòng) 0 005mm 以保證磨床的加工精度 另外 為了符合環(huán)保的要求應(yīng)保證低污染 對(duì)回 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的潤滑部分的潤滑油全部密封并可回收 在機(jī)床磨削過程中產(chǎn)生的水霧和粉塵 全通過專用裝置排出處理 所采用的潤滑油中加入一些添加劑 如提高表面張力的油 膜添加劑 抗氧化劑 抗腐蝕劑和抗起泡劑等 以使油的性能更好 16 17 第五章 回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 1 磨削力的分析 5 1 1 磨削力的介紹 為便于分析問題 磨削力可為相互垂直的三個(gè)分力 即沿砂輪切向的切向磨削力 沿砂輪徑向的法向磨削力 以及沿砂輪軸向的軸向磨削力 一般磨削中 軸向tFnFaF 力 較小 可以不計(jì) 由于砂輪磨粒具有較大的負(fù)前角 所以法向磨削力 大于切向a n 磨削力 通常 在 范圍內(nèi) 稱 為磨削力比 需要指出一點(diǎn)的是 t tn 3 5 1tnF 磨削力比不僅與砂輪的銳利程度有關(guān) 且隨被磨削材料的特性不同而不同 例如磨削 普通碳鋼材料時(shí) 磨削淬硬鋼時(shí) 磨削鋼鐵時(shí) 8 6 tnF 62 91 tn 磨削陶瓷時(shí) 可見材料愈硬硬脆 磨削力比越大 23 7 tnF2 5 tn 此外 的數(shù)值還與磨削方式有關(guān) t 5 1 2 磨削力的計(jì)算 查 現(xiàn)代磨削技術(shù) P43 得平面磨削力公式的數(shù)學(xué)模型為 N 式 5 1 zsywxpPtvaF 式中 對(duì)式 5 1 取自然對(duì)數(shù) 可得回歸方程 swppt vzyaxFlnllnln 式 5 2 3210 xbby 對(duì)磨削用量進(jìn)行水平編碼 大值為 1 小值為 1 對(duì)磨削力的試驗(yàn)值均取自然對(duì) 數(shù)如表 5 1 所示 試驗(yàn)條件 M7120 型平面磨床 砂輪 A60KV 工件材料 45 調(diào)質(zhì)鋼 250HB 乳化液冷卻 smvvazyxFss wwpp 35 0 in1862 18 表 5 1 平面磨削力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 首先按角正回歸分析法求回歸方程的四個(gè)系數(shù) 的值 3210b 0825 44 592 0464 3321322130 yybyyb 再求回歸方程中三個(gè)變量值 式 5 3 64 ln 105 ln2 l1 pp aax 設(shè) 可得64 aA Ap1 式 5 4 26 4ln8 16ln82 wwvvx 設(shè) 可得 5820 1 rR rRxw2 式 5 5 13 45ln97 1230ln53 ss vv 磨削條件 水平編碼 切向磨削力 序 號(hào) map 1in vw1 smvs0b123btFln 1 0 005 6 30 1 1 1 1 18 89 21 y 2 0 005 18 35 1 1 1 1 25 3 3 0 020 18 30 1 1 1 1 96 56 4 4 0 020 6 35 1 1 1 1 50 y Nt 19 設(shè) 可得13 4597 12 tT tvTxs ln3 將 代入回歸方程 5 2 中可得321x 式 5 6 swpswp vTbRaAbtrab trvAy lnllnln32132102 取反自然對(duì)數(shù)后可得 式 5 7 TbsRwAptbrabt veF3213210 最后可將 和 及 值代入下列四個(gè)方程 可求得待定3210b tr 系數(shù) 值如下 zyxFp 07 19 2085 44 86321267 10320 TbzRyAeetbrab 將 值代入式 1 得 zxFP 式 5 8 Nvavae swpswpt 07 14 85 007 4 85 0267 26 假定有 10 寸陶瓷刀需要進(jìn)行磨削加工 現(xiàn)用該機(jī)床進(jìn)行平面磨削 砂輪為 80 金 剛石砂輪 切削深度 工件進(jìn)給速度 根據(jù)工件材料 切削深mp3 min 3 vw 度和進(jìn)給量 選擇砂輪的線速度 故svs 60 式 NvaeFswpt 67 5860 2877 1485 0 14 85 0267 1 5 1 3 伺服電機(jī)的總功率 1 刀具對(duì)砂輪的反作用力 F 由于砂輪對(duì)刀具的磨削力與刀具對(duì)砂輪的反作用力是相等的 則 NFt67 538 2 回轉(zhuǎn)軸受到的扭矩 T 由于刀具是裝夾在刀架板上 且是緊貼著刀架板 而刀架板 防護(hù)罩 刀架連接 塊 回轉(zhuǎn)軸之間是直接用螺釘固定在一起的 故刀具對(duì)砂輪的反作用力可近似看成回 轉(zhuǎn)軸的圓周力 因?yàn)榈毒叩交剞D(zhuǎn)軸的距離為 92mm 故回轉(zhuǎn)軸受到的扭矩 20 式 5 9 mNDFT 78 24209 67538 3 回轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)的功率 P 由第四章可知 回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速小于 現(xiàn)設(shè)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 則in 1r in 10r 式 5 10 kwn26 09578 40 4 伺服電機(jī)所需的總功率 P 回轉(zhuǎn)軸的傳動(dòng)功率是由伺服電機(jī)通過套筒 角接觸球軸承傳給滾珠絲桿副 再通 過齒輪 齒條的嚙合以及滾針軸承傳到回轉(zhuǎn)軸上的 查 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 第 4 版 P86 可得 98 0 45 4312 故 式 5 11 kwkwP 34 076 298 045 264321 5 2 電機(jī)的選擇 1 初步選擇伺服電機(jī) 根據(jù)電機(jī)所需要的功率 選擇伺服電機(jī) 80SJT M024C 其參數(shù)如下表 5 2 所示 采 用高性能稀土永磁材料 功率密度高 過載能力強(qiáng) 反電勢(shì)正弦性好 采用正弦波電 流驅(qū)動(dòng) 低速特性好 電動(dòng)機(jī)慣量特別適合機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng) 部分采用 F 級(jí)絕緣材料 延長電動(dòng)機(jī)壽命 采用全封閉式結(jié)構(gòu) 外形美觀 結(jié)構(gòu)緊湊 因?yàn)樵搶Ｓ脵C(jī)床一般用 于精加工材料為硬質(zhì)合金 厚度小于 10mm 的刀具 加工余量很小 所有條件均遠(yuǎn)小于 上述假設(shè)條件 因此 電機(jī)的功率條件完全滿足機(jī)床工作臺(tái)實(shí)際的工作條件 表 5 2 伺服電機(jī) 80SJT M024C 參數(shù)表 額定功率 kW5 1反電勢(shì) rimV 1068 額定線電壓 V20額定轉(zhuǎn)速 n1000 額定線電流 A3額定力矩 N 2 4 2 校核伺服電機(jī)的力矩 對(duì)于數(shù)控機(jī)床而言 因?yàn)閯?dòng)態(tài)性能要求較高 所以用電動(dòng)機(jī)力矩主要是用不斷產(chǎn) 生加速度的 而負(fù)載力矩占的比重很小 一般小于電動(dòng)機(jī)力矩的 10 30 所以可以先 計(jì)算快速空載啟動(dòng)力矩 據(jù)此校核電機(jī) 支座的長度 寬度 高度 因?yàn)橹ё慕Y(jié)構(gòu)非常mL384 mB135 mh153 21 復(fù)雜 難以直接計(jì)算 結(jié)合鑄鐵的密度 估算支座的質(zhì)量約為3 1025 7mkg kgM30 3 支座折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 1J 由以上可知支座的質(zhì)量約為 對(duì)于 Z 軸向的滾珠絲杠 所以 kg30 式246 2621 1072 304 71 kgPJ 5 12 式中 為絲杠螺距 初選絲杠 mP7 4 絲杠折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 因?yàn)闈L珠絲杠與電機(jī)用套筒連接 所以 241072 3kgJ 5 電機(jī)的最大加速力矩 T 式 5 13 mNtnJ 53 10 6917 3 4 式中 為電機(jī)的轉(zhuǎn)速 為進(jìn)給系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù) 這里取 n 025 t 支座對(duì)電機(jī)的最大的加速力矩 加速力小于伺服電機(jī) 的額定力矩TCMSJT48 因此 所選的伺服電機(jī)滿足使用要求 mN 4 2 5 3 滾珠絲杠副的確定 5 2 1 滾珠絲桿的特點(diǎn) 1 與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為 1 3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) 所以能得到較 高的運(yùn)動(dòng)效率 與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到 1 3 以下 即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果 所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的 1 3 在省電方面很有幫助 2 高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的 特別是在 研削 組裝 檢查各工序的工廠環(huán)境方面 對(duì)溫度 濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制 由于完善 的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證 3 微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng) 所以啟動(dòng)力矩極小 不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬 行現(xiàn)象 能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給 4 無側(cè)隙 剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓 由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值 進(jìn)而得到較高的剛性 22 滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力 在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí) 由于滾珠的斥力可使絲母 部的剛性增強(qiáng) 5 高速進(jìn)給可能 滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高 發(fā)熱小 所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給 運(yùn)動(dòng) 5 2 2 滾珠絲杠副的選擇 綜合考慮滾珠絲桿副所承受的轉(zhuǎn)矩 功率以及伺服電機(jī)的軸頸 選擇漢江滾珠絲 桿 型號(hào)為 HJG S3300 03 型號(hào)為 HJG S3300 03 的滾珠絲杠副具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示 圖 5 1 HJG S3300 03 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸圖 5 4 軸承的選擇 5 4 1 滾珠絲杠的軸端形式 根據(jù)絲杠的的安裝與應(yīng)用 其軸端形式如圖 7 3 所示 圖 5 2 絲杠軸端形式 5 3 2 軸承的選擇 依據(jù)滾珠絲桿副安裝軸承部分的軸徑及受力方式 軸承采用角接觸球軸承 型號(hào) 7302AC 內(nèi)徑 外徑 寬度 額定動(dòng)負(fù)荷 md15 mD42 B13 NCr908 額定靜負(fù)荷 具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖 5 3 所示NFao80 a 無電機(jī)端 b 連接電機(jī)端 23 圖 5 3 7302AC 軸承結(jié)構(gòu)尺寸圖 軸承采用反裝形式 這種組配方式的受力作用線外向發(fā)散 所以軸承間的有效支 點(diǎn)距離增大 這種組配方式也可承受雙向的軸向載荷和徑向載荷 但承受傾斜力矩的 能力較差 并較多地降低軸承的極限轉(zhuǎn)速 一般適用于需要精密調(diào)心的場合 24 第六章 回轉(zhuǎn)刀架的總裝 6 1 回轉(zhuǎn)刀架的總裝配圖 經(jīng)過上述一系列的設(shè)計(jì)與計(jì)算 回轉(zhuǎn)刀架的總裝配圖如圖 6 1 所示 圖 6 1 回轉(zhuǎn)刀架的總裝配圖 25 6 2 回轉(zhuǎn)刀架在機(jī)床上的安裝 該回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)床上的安裝如圖 6 2 所示 圖 6 2 數(shù)控機(jī)床的總裝配圖 1 床身機(jī)架 2 回轉(zhuǎn)刀架機(jī)構(gòu) 3 伺服電機(jī) 4 回轉(zhuǎn)軸 5 回轉(zhuǎn)齒輪 6 刀架板 7 工作臺(tái) 8 X 向滑板 9 導(dǎo)軌 10 Y 向滑板 11 Y 向的滾珠絲桿副 12 支座 13 電動(dòng)機(jī) 26 第七章 機(jī)床精度檢驗(yàn) 7 1 機(jī)床精度內(nèi)容 機(jī)床精度能夠反映機(jī)床本身誤差的大小 包括下列內(nèi)容 a 幾何精度 幾何精度是指機(jī)床在無負(fù)載不運(yùn)動(dòng)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下的精度 如主軸的軸向竄動(dòng) 定 心軸頸的徑向跳動(dòng)等 幾何精度高低主要取決于加工和裝配質(zhì)量 b 運(yùn)動(dòng)精度 運(yùn)動(dòng)精度是指機(jī)床主要零部件在以工作狀態(tài)速度運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度 包括回轉(zhuǎn)精度和 直線運(yùn)動(dòng)不均勻精度 這對(duì)于加工精度要求較高的機(jī)床尤為重要 運(yùn)動(dòng)精度取決于機(jī) 床傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì) 元件制造與裝配質(zhì)量 運(yùn)動(dòng)速度及其它特性的影響 c 傳動(dòng)精度 傳動(dòng)精度是指機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈兩端件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性 它主要取決于傳 動(dòng)鏈各元件 特別是末端件 如母蝸輪或母絲杠 的加工 裝配精度以及傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì) 的合理性 d 定位精度 定位精度是指機(jī)床有關(guān)部件在所有坐標(biāo) 直線和回轉(zhuǎn)坐標(biāo) 中定位的準(zhǔn)確性 它 取決于機(jī)床測量系統(tǒng) 進(jìn)給系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)以及有關(guān)特性的影響 e 工作精度 工作精度是指機(jī)床在有負(fù)載和正常工作速度時(shí)的精度 它主要取決于機(jī)床的剛度 抗振性和熱變形 7 2 機(jī)床精度保持性 精度保持性是指機(jī)床長期保持其原始精度的能力 該項(xiàng)指標(biāo)是由機(jī)床某些關(guān)鍵零 件的首次大修期所決定 為提高零件耐磨性 需注意選材 熱處理 潤滑與防護(hù)等 中型機(jī)床的首次大修期應(yīng)保持在 年以上 10 8 27 7 3 機(jī)床精度檢驗(yàn)方法 序 號(hào) 檢驗(yàn)項(xiàng)目 允差 mm 檢驗(yàn)工 具 檢驗(yàn)方法 1 工作臺(tái)導(dǎo)軌 在垂直面內(nèi) 的直線度 全長 0 01 凸 局部公差 在任意 100 測 量長度上為 0 005 精密水 平儀 在工作臺(tái)滑板上 縱向放一水平儀 等距離 近似等于規(guī)定的局部誤差的測量長度 移動(dòng)工 作臺(tái)滑板檢驗(yàn) 將水平儀的讀數(shù)依次排列 畫出 導(dǎo)軌誤差曲線 曲線相對(duì)其兩端點(diǎn)連線的最大坐 標(biāo)值就是導(dǎo)軌全長的直線度誤差 曲線上任意局 部測量長度的兩端點(diǎn)相對(duì)曲線兩端點(diǎn)連線的坐標(biāo) 差值 就是導(dǎo)軌的局部誤差 2 工作臺(tái)導(dǎo)軌 平面度 全長 0 02 局部公差 在任意 100 測 量長度上為 0 01 精密水 平儀 在工作臺(tái)滑板上 橫向放一水平儀 等距離 近似等于規(guī)定的局部誤差的測量長度 移動(dòng)工 作臺(tái)滑板檢驗(yàn) 3 主軸砂輪盤 安裝軸徑徑 向跳動(dòng) 0 015 指示器 固定指示器使其測頭垂直觸及軸頸 包括圓 錐軸頸 的表面 旋轉(zhuǎn)主軸檢驗(yàn) 指示器讀數(shù)的 最大差值就是徑向跳動(dòng)誤差 4 主軸軸向跳 動(dòng) 0 005 指示器 鋼球 鋼球用黃油可靠固定在主軸中心孔處 固定 指示器使其測頭垂直觸及鋼球的表面 旋轉(zhuǎn)主軸 檢驗(yàn) 指示器讀數(shù)的最大差值就是軸向跳動(dòng)誤差 5 主軸中心線 與下滑座 或機(jī)頭座 導(dǎo)軌垂直面 內(nèi)平行度 適用端面 切削磨床 0 05 指示器 專用檢 具 專用檢具套在主軸砂輪盤軸徑上 固定指示 器在工作臺(tái)上 使其測頭垂直專用檢具上母線 移動(dòng)下滑板 或機(jī)頭 指示器讀數(shù)最大差值為 主軸中心線與下滑座 或機(jī)頭座 導(dǎo)軌垂直面內(nèi) 平行度 6 主軸中心線 與下滑座 或機(jī)頭座 導(dǎo)軌水平面 內(nèi)平行度 適用端面 切削磨床 0 05 指示器 專用檢 具 專用檢具套在主軸砂輪盤軸徑上 固定指示 器在工作臺(tái)上 使其測頭垂直專用檢具側(cè)母線 移動(dòng)下滑板 或機(jī)頭 指示器讀數(shù)最大差值為 主軸中心線與下滑座 或機(jī)頭座 導(dǎo)軌垂直面內(nèi) 平行度 7 主軸中心線 與工作臺(tái)導(dǎo) 軌垂直面內(nèi) 平行度 適 用圓周面切 削磨床 0 05 指示器 專用檢 具 專用檢具套在主軸砂輪盤軸徑上 固定指示 器在工作臺(tái)上 使其測頭垂直專用檢具上母線 移動(dòng)工作臺(tái)滑板 指示器讀數(shù)最大差值為主軸中 心線與工作臺(tái)導(dǎo)軌垂直面內(nèi)平行度 28 序 號(hào) 檢驗(yàn)項(xiàng)目 允差 mm 檢驗(yàn)工 具 檢驗(yàn)方法 8 主軸中心線 與下滑座 或機(jī)頭座 導(dǎo)軌水平面 內(nèi)垂直度 適用圓周 面切削磨床 0 05 指示器 專用檢 具 專用檢具套在主軸砂輪盤軸徑上 固定指示 器在工作臺(tái)上 使其測頭垂直專用檢具端面 移 動(dòng)工作臺(tái)滑板 指示器讀數(shù)最大差值為主軸中心 線與工作臺(tái)導(dǎo)軌水平面內(nèi)垂直度 9 主軸中心線 與磁盤表面 垂直度 適 用立磨 斜 磨 允差 前后 0 05 0 1 只允許前傾 左右 0 02 指示器 在所檢磨床上 精磨磁盤后 固定指示器在 主軸上 使其測頭垂直磁盤表面 轉(zhuǎn)動(dòng)主軸測得 前后和左右方向的垂直度 10 數(shù)控軸線位 置精度 a 重復(fù)定位精度 R 0 012 b 反向偏差 B 0 012 c 定位精度 A 0 03 激光干 涉儀 和其他 檢測 工具 用激光干涉儀或線紋尺和讀數(shù)顯微鏡測量 采用線性循環(huán)方法 用指示器和量塊測量 采用 階梯循環(huán)方法 測量時(shí)用快速進(jìn)給 每個(gè)位置正 反向各重 復(fù)測量5 次 測量實(shí)測值與指令值之差 讀數(shù)分 別記錄 如在Pj位置正向測得 5 個(gè)讀數(shù) 記為X1j X2j X5j 反向測得5 個(gè)讀數(shù) 記為X1j X2j X5j 求平均位置偏差 51jijj jijjX 求標(biāo)準(zhǔn)偏差 512 4j jijjS 512j jijj X a 重復(fù)定位精度R R 取6Sj 或6Sj 各位置中最大值 b 反向偏差B B X j X j max c 定位精度A A X j 3S j max X j 3S j min 29 結(jié) 論 本文是對(duì)刀剪專用數(shù)控磨床的旋轉(zhuǎn)消隙機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 主要包括回轉(zhuǎn)刀架的 工藝分析 回轉(zhuǎn)刀架各部件的選擇與計(jì)算 機(jī)床精度檢驗(yàn)等 內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn) 依據(jù)充足 但是 由于本次設(shè)計(jì)的過程基本上都基于理論和假設(shè) 所以回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在實(shí)際制造和工 作上可能會(huì)存在一些的問題 例如加工出來的精度不夠高 制造成本高 還有行程調(diào) 整和系統(tǒng)控制等問題 因此 該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)還需通過實(shí)際制造與運(yùn)行的測試 根 據(jù)其反饋的問題 不斷地改進(jìn)細(xì)節(jié)內(nèi)容 28 致 謝 本次設(shè)計(jì)能夠順利的完成 除了我個(gè)人的努力和專心之外 還要特別地感謝陳銀 清老師的指導(dǎo)和幫忙 每次我遇到有問題的時(shí)候 老師都會(huì)耐心地和我探究或講解 而且為了我的畢業(yè)設(shè)計(jì) 陳老師還特定安排我到茂名怡華機(jī)械有限公司進(jìn)行實(shí)習(xí) 讓 我得到不少有用的資料和信息 此處也要感謝機(jī)械廠里面的鐘科長和其他的師傅 他 們都不厭其煩地跟我講解各類機(jī)床的知識(shí) 有問必答 此外 還要感謝我的同學(xué) 他 們都給了我不少的建議 支持和幫助 最后 還有大學(xué)四年來所有教導(dǎo)過我 幫助過 我的老師 沒有他們的悉心教導(dǎo) 我就不會(huì)有如此扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ) 畢業(yè)設(shè)計(jì)也就不 會(huì)如此順利地完成 所以在這里 我要衷心地感謝他們 29 參考文獻(xiàn) 1 陸玉主編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 第四版 機(jī)械工業(yè)出版社 2010 2 薄宵主編 磨工使用技術(shù)手冊(cè) 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社 2002 3 楊可楨 程光蘊(yùn) 李仲生主編 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第五版 高等教育出版社 2006 4 李伯民 超波主編 現(xiàn)代磨削技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 5 李澄 吳天生 聞百橋主編 機(jī)械制圖 第二版 高等教育出版社 2003 6 范云漲 陳兆年主編 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1993 7 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 編寫組 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 上冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1978 8 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 編寫組 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 下冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1978 9 呂宏 王慧 機(jī)械設(shè)計(jì) M 北京 北京大學(xué)出版社 2009 10 沈蓮 機(jī)械工程材料 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 11 劉鴻文 材料力學(xué) M 北京 高等教育出版社 2004 12 黃鎮(zhèn)昌 互換性與測量技術(shù) M 廣州 華南理工大學(xué)出版社 2009 30 譯文及原文影印件 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 1 國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展 傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革 各工業(yè)發(fā)達(dá)國家 投入巨資 對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā) 提出了全新的制造模式 在現(xiàn)代制造系統(tǒng) 中 數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù) 它集微電子 計(jì)算機(jī) 信息處理 自動(dòng)檢測 自動(dòng)控制等 高新技術(shù)于一體 具有高精度 高效率 柔性自動(dòng)化等特點(diǎn) 對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng) 化 集成化 智能化起著舉足輕重的作用 目前 數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革 由 專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展 在集成化 基礎(chǔ)上 數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型 超小型化 在智能化基礎(chǔ)上 綜合了計(jì)算機(jī) 多媒 體 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速 高精 高效控制 加 工過程中可以自動(dòng)修正 調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù) 實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理 在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上 CAD CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體 機(jī)床聯(lián)網(wǎng) 實(shí)現(xiàn)了中央集中控制 的群控加工 長期以來 我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu) CNC只能作為非智能的機(jī)床運(yùn) 動(dòng)控制器 加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定 加工程序在實(shí)際加工前 用手工方式或通過CAD CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制 CAD CAM和CNC之間沒有反饋控 制環(huán)節(jié) 整個(gè)制造過程中CNC只是一個(gè)封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 在復(fù)雜環(huán)境以及多變 條件下 加工過程中的刀具組合 工件材料 主軸轉(zhuǎn)速 進(jìn)給速率 刀具軌跡 切削 深度 步長 加工余量等加工參數(shù) 無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí) 動(dòng)態(tài)調(diào)整 更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD CAM中的設(shè)定量 因而影響CNC的工 作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量 由此可見 傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式 體系結(jié)構(gòu) 限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展 已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程 因 此 對(duì)數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢(shì)在必行 2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 2 1 性能發(fā)展方向 1 高速高精高效化 速度 精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo) 由于 采用了高速CPU芯片 RISC芯片 多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測元件的交 流數(shù)字伺服系統(tǒng) 同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài) 靜態(tài)特性等有效措施 機(jī)床的高速高精 31 高效化已大大提高 2 柔性化 包含兩方面 數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性 數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì) 功 能覆蓋面大 可裁剪性強(qiáng) 便于滿足不同用戶的需求 群控系統(tǒng)的柔性 同一群控系 統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求 使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整 從而最大限度 地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能 3 工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序 輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工 正朝 著多軸 多系列控制功能方向發(fā)展 數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一 次裝夾后 通過自動(dòng)換刀 旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施 完成多工序 多表面的復(fù) 合加工 數(shù)控技術(shù)軸 西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸 4 實(shí)時(shí)智能化 早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡單的理想環(huán)境 其作用是如何 調(diào)度任務(wù) 以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成 而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的 各種智能行為 科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天 實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合 人工智能正向 著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的 更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展 而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的 更加復(fù) 雜的應(yīng)用發(fā)展 由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域 在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域 實(shí)時(shí)智能 控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展 自適應(yīng)控制 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 專家控制 學(xué)習(xí)控制 前饋控制等 例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng) 故障診斷 專家系統(tǒng) 參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在高速加工時(shí)的 綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能 動(dòng)態(tài)前饋功能 在壓力 溫度 位置 速 度控制等方面采用模糊控制 使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高 從而達(dá)到最佳控制的 目的 2 2 功能發(fā)展方向 1 用戶界面圖形化 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口 由于不同 用戶對(duì)界面的要求不同 因而開發(fā)用戶界面的工作量極大 用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件 研制中最困難的部分之一 當(dāng)前INTERNET 虛擬現(xiàn)實(shí) 科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技 術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更高要求 圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用 人 們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作 便于藍(lán)圖編程和快速編程 三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形 顯示 圖形模擬 圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真 不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的 實(shí)現(xiàn) 2 科學(xué)計(jì)算可視化 科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù) 使信息 交流不再局限于用文字和語言表達(dá) 而可以直接使用圖形 圖像 動(dòng)畫等可視信息 可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合 進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域 如無圖紙?jiān)O(shè)計(jì) 虛擬樣 機(jī)技術(shù)等 這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期 提高產(chǎn)品質(zhì)量 降低產(chǎn)品成本具有重要意義 在 數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域 可視化技術(shù)可用于CAD CAM 如自動(dòng)編程設(shè)計(jì) 參數(shù)自動(dòng)設(shè)定 刀具 補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等 32 3 插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ) 圓弧插補(bǔ) 圓柱插補(bǔ) 空間橢圓曲面插補(bǔ) 螺紋插補(bǔ) 極坐標(biāo)插補(bǔ) 2D 2螺旋插補(bǔ) NANO插補(bǔ) NURBS插補(bǔ) 非均勻有理B樣條插補(bǔ) 樣條插補(bǔ) A B C樣條 多項(xiàng)式插補(bǔ)等 多種補(bǔ)償功能如 間隙補(bǔ)償 垂直度補(bǔ)償 象限誤差補(bǔ)償 螺距和測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償 與速度相關(guān)的前 饋補(bǔ)償 溫度補(bǔ)償 帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)?4 內(nèi)裝高性能PLC 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊 可