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《机械制造装备设计》PPT课件

时间:2020-02-22   来源: 龙8国际pt官方网站  点击:

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  《机械制造装备设计》 主页 第一章 第二章 第三章 第四章 绪论 机械制造装备设计方法 金属切削机床设计 工业机器人设计 主页 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计 第一章 绪论 第 一 章 绪 论 第一节 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 第二节 机械制造装备应具备的主要功能 第三节 机械制造装备的分类 1.1 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 1、制造业是一个国家或地区经济发展的重 要支柱 2、机械制造业是制造业的核心 3、机械制造业的发展状况 第 一 章 绪 论 1.2 机械制造装备应具备的主要功能 退出 1、一般的功能要求 (1)加工精度方面的要求 (2)强度、刚度和抗振性方面的要求 (3)加工稳定性方面的要求 (4)耐用性方面的要求 (5)技术经济方面的要求 2、柔性化 3、精密化 4、自动化 5、机电一体化 6、节材 7、符合工业工程要求 8、符合绿色工程要求 第 一 章 绪 论 返回本章 上一页 下一页 返 回 主 页 1。机械制造装备的分类 3 机械制造装的分类 1.3 机械制造装备包括加工装备、工艺装备、仓储运输装 备和辅助装备四大类。 1、加工装备 主要指机床。机床是制造机器的机器,也称工作母机。 2、工艺装备 各种刀具、模具、夹具、量具等总称为工艺装备。它 是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率 的重要手段。 3、仓储运输装备 仓储运输装备包括各级仓储、 物料运输、机床上下料、机器 人等。 返回本章 上一页 进入下一章 退出 第 机 一 械 章 制 造 绪 装 论 备 设 计 返 回 主 页 第二章 机械制造装备设计方法 退出 第一节 机械制造装备设计的类型 第二节 机械制造装备设计的方法 第三节 机械制造装备设计的评价 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 上一页 下一页 返 回 主 页 2.1 机械制造装备设计的类型 退出 1、创新设计 2、变形设计 3、组合设计 返回本章 上一页 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 返 回 主 页 下一页 2.2 机械制造装备设计的方法 退出 一、机械制造装备设计的典型步骤 二、系列化设计 三、模块化设计 四、合理化工程 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 返 回 主 页 2.2.1 机械制造装备设计的典型步骤 需求分析 调查研究 预测 可行性分析 编制设计任务书 对设计任务的抽象 建立功能结构 图1 寻求原理解与解决方法 初步设计方案的形成 图3 初步设计方案的评价与筛选 1、 产品规划阶段 2、 方案设计阶段 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 返回本节 下一页 返回主页 退出 2.2.1 机械制造装备设计的典型步骤 确定结构原理方案 3、 技术设计阶段 总体设计 结构设计 零件图设计 完善装备图 商品化设计 编制技术文档 4、 施工设计阶段 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 返回本节 下一页 返回主页 退出 2.2.2 系列化设计 1、 系列化设计的基本概念 2、 系列化设计的优缺点 3、 系列化设计的步骤 (1) 主参数和主要性能指标的确定 (2) 参数分级 纵系列产品 (3) 制定系列型谱 横系列产品 跨系列产品 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 返回本节 下一页 返回主页 退出 2.2.3 模块化设计 1、 模块化设计的基本概念 (1) 模块是具有一定功能的零件、组件或部件。模块上 具有特定的联接表面和联接方法,以保证相互组合 的互换性和精确度。 (2) 模块化设计是提高产品质量、降低成本、加快设计 进度、进行组合设计的重要途径。 2、 模块化设计的优缺点 3、 模块化设计的步骤 (1) 明确任务 (2) 建立功能结构 图4、图6 (3) 合理确定产品的系列型谱和参数 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 返回本节 下一页 返回主页 退出 2.2.4 合理化工程 合理化工程是一种管理哲理。 合理化工程的主要目的是采用先进的信息处理技 术,进行产品结构的重组、产品设计开发过程的 重组和设计/管理系统信息集成,尽可能减少产品 零部件的类别数,从而缩短产品的开发周期,提 高产品设计质量。 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 返回本节 进入下一节 返回主页 退出 2.3 机械制造装备设计的评价 退出 一、技术经济评价 二、可靠性评价 三、人机工程学评价 四、结构工艺性评价 返回本章 五、产品造型评价 六、标准化评价 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 返 回 主 页 上一页 下一页 2.3.1 技术经济评价 技术经济评价的步骤 1、 建立目标系统和确定评价标准 2、 确定重要性系数 图7 3、 确定各设计方案的评价分数 4、 总权重值ZQj 5、 技术评价Tj 6、 经济评价Ej: 经济评价是理想生产成本CL与实际生产成本Cs之比,即: Ej = CL/Cs 通常理想成本CL应低于市场同类产品最低价格的70%。经济评价Ej 越大,代表经济效果越好,Ej=1的方案经济上最理想。如经济评 价值小于0.7,说明方案的实际生产成本大于市场同类产品的最低 价,一般不予考虑。 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 7、 技术经济评价TEj: 当Tj和Ej的值相差不太悬殊时,可用均值法计算Ej值: TEj = ( Tj+Ej)/2 当Tj和Ej的值相差很悬殊时,建议用双曲线法计算Ej值: TEj = Tj+Ej 返回本节 下一页 返回主页 退出 2.3.2 可靠性评价 1、 可靠性特征量 产品可靠性指标 可靠性 累 积 失 效 概 率 维修性 平 均 修 复 时 间 有效性 耐久性 安全性 可 靠 度 失 效 率 平 均 寿 命 可 靠 寿 命 维 修 度 修 复 率 瞬 时 有 效 度 平 均 有 效 度 极 限 有 效 度 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 2、 3、 可靠性预测 可靠性指标的分配 返回本节 下一页 返回主页 退出 2.3.3 人机工程学评价 1、人因素方面 2、机器因素方面 3、环境因素方面 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 4、人机系统方面 返回本节 下一页 返回主页 退出 2.3.4 结构工艺性评价 结构工艺性评价的目的是降低生产成本、缩短生产时间、 提高产品质量。结构工艺性应从加工、装配、维修和运输 等方面来评价。 1、 加工工艺性 2、 装配工艺性 3、 维修工艺性 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 返回本节 下一页 返回主页 退出 2.3.5 产品造型评价 机械产品的造型的总原则是经济实用、美观大方。“经济” 指的是造型成本低,并有助于提高产品的可靠性、寿命和人 机界面。“实用”指的是实用操作方便、舒适、符合人体的 生理和心理特征。 尺度与比例 对称与均衡 安定与轻巧 对比与调和 1、 产品造型设计 过度与呼应 节奏与韵律 重点与一般 色调选择 2、 产品色彩 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 配色方法 返回本节 下一页 返回主页 退出 2.3.6 标准化评价 1、 2、 标准化及其目的 技术标准 标准分类 工作标准 管理标准 图21 3、 企业标准体系结构 4、 产品设计的标准化 图22 企业标准的审查 设计文件的标准化审查 工艺文件的标准化审查 工装设计文件的标准化审查 第 二 章 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 返回本节 进入下一章 返回主页 退出 第三章 金属切削机床设计 退出 第一节 概述 第二节 金属切削机床设计的基本理论 第三节 金属切削机床总体设计 第四节 主传动系设计 上一页 下一页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返 回 主 页 第三章 金属切削机床设计 退出 第五节 进给传动系设计 第六节 主轴部件设计 第七节 支承件设计 第八节 导轨设计 上一页 下一页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返 回 主 页 第三章 金属切削机床设计 退出 第九节 第十节 机床刀架和自动换刀装置设计 机床控制系统设计 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返 回 主 页 上一页 下一页 3.1 概述 退出 一、机床设计应满足的基本要求 二、机床设计方法 三、机床设计步骤 返回本章 上一页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返 回 主 页 下一页 3.1.1 机床设计应满足的基本要求 (1)工艺范围 (3)与物流系统的可亲性 (5)精度 (7)成产率和自动化 (9)生产周期 (11)造型与色彩 (2)柔性 (4)刚度 (6)噪声 (8)成本 (10)可靠性 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.1.2 机床设计方法 机床设计正在向着“以系统为主的机床设计”方向 发展,即在机床设计时要考虑它如何更好地适应FMS 等先进制造系统的要求,例如要求具有时、空柔性, 与物流的可亲性等等。 机床设计方法是根据其设计类型而定。通用机床采用 系列化设计方法。系列中基型产品属创新设计类型, 其他属变形设计类型。有些类型,如组合机床属组合 设计类型。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 在创新设计类型中,机床总体方案的产生方法可采用 分析式设计或创成式设计。 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.1.3 机床设计步骤 1、确定结构原理方案 2、总体设计 3、结构设计 4、工艺设计 5、机床整机综合评价 6、 定型设计 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 进入下一节 返回主页 退出 3.2 金属切削机床设计的基本理论 退出 1、 机床的运动学原理 机床运动学是研究、分 析和实现机床期望的加 工功能所需要的运动功 能配置 返回本章 上一页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返 回 主 页 下一页 几何表面的形成原理图示 2 2 1 a) 平面 b) 圆柱面 1 2 1 c) 平面 2 1 d) 圆锥面 1 母线 导线 a) n2 f n1 b) f d) a)点刃车刀车外圆柱面 d)盘铣刀铣外圆柱面 e) b)宽刃车刀车外圆柱面 e)滚齿加工 c)砂轮磨外圆柱面 工件表面的形成方法 几何表面的形成原理图示 发生线的形成图示 发生线)展成法(滚切法) 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 机床运动功能方案设计 (1)工艺分析 (2)选取坐标系 (3)写出机床运动功能式 (4)画出机床运动功能图(例:滚齿机) Ba a) 回转运动 b) 直线运动 Zf Cp Cf Ya 运动功能图形符号 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 (5)绘制机床传动原理图 返回本节 下一页 W/CfYaZfBaCp/T 返回主页 退出 3.2 金属切削机床设计的基本理论 几何精度 退出 2、 精度 运动精度 传动精度 定位精度 工作精度 精度保持性 3、 4、 5、 6、 刚度 抗振性 热变形 噪声 返回本章 上一页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返 回 主 页 下一页 3.3 金属切削机床总体设计 退出 一、机床系列型谱的制定 二、机床的运动功能设计 三、机床总体结构方案设计 四、机床主要参数的设计 返回本章 上一页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返 回 主 页 下一页 3.3.1 机床系列型谱的制定 中型卧式机床的简略系列型谱表 型式 最大 工件直径/mm 万 能 式 马 鞍 式 提 高 精 度 无 丝 杠 式 卡 盘 式 球 面 加 工 端 面 车 床 250 320 400 500 630 800 1000 注: ——基型, 返回本节 ——变型 下一页 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 退出 3.3.2 机床的运动功能设计 金属切削机床的基本功能是提供切削加工所必须的运 动和动力。其基本工作原理是:通过刀具与工件之间 的相对运动,由刀具切除工件加工表面多余的金属材 料,形成工件加工表面的几何形状、尺寸,并达到其 精度要求。 工件表面的形成方法 机床运动功能方案设计 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.3.3 机床总体结构方案设计 1、运动功能分配设计 2、结构布局设计:立式、卧式、斜置式 3、机床总体结构的概略形状与尺寸设计 设计的主要依据是:机床总体结构布局设计阶段评 价后所保留的机床总体结构布局形态图,驱动与传 动设计结果,机床动力参数及加工空间尺寸参数, 以及机床整机的刚度及精度分配。 评价的主要因素有:1)性能 2)制造成本 3)制造周期 4)生产率 5)与物流的可亲性 6)外观造型 7)机床总体结构方案设计修改与确定 返回本节 下一页 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 退出 3.3.4 机床主要参数的设计 机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数,基本参数可 包括尺寸参数、运动参数和动力参数。 1、主参数和尺寸参数 机床主参数是代表机床规格大小即反映机床最大工作能力 的一种参数,有些机床还规定有第二主参数。 2、运动参数 运动参数是指机床执行件如主轴、工作安装部件(工作 台、刀架)的运动速度。 主运动参数:(1) 最低(nmin)和最高(nmax)转速的确定 (2)主轴转速数列呈等比级数规律分布,转数范围内 的转数相对均匀损失率为:A= (n-nj)/n 产生的最大转速相对损失为: A=(nj+1-nj)/ nj+1=1 - nj/nj+1 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.3.4 机床主要参数的设计 3、动力参数 主电动机功率的确定 进给驱动电动机功率的确定 快速运动电动机功率的确定 金属切削机床实例课外资料 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 进入下一节 返回主页 退出 3.4 主传动系设计 退出 一、主传动系设计应满足的基本要求 二、主传动系分类和传动方式 三、分极变速主传动系 四、无极变速主传动系 五、数控机床主传动系 设计特点 返回本章 上一页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返 回 主 页 下一页 3.4.1 主传动系设计应满足的基本要求 1、 满足机床使用性能要求 2、 满足机床传递动力要求 3、 满足机床工作性能的要求 4、 满足产品设计经济性的要求 5、 维修调整方便,结构简单、合理, 便于加工和装配。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.4.2 主传动系分类和传动方式 主传动系一般由动力源(如电动机)、变速装置及执行件(如 主轴、刀架、工作台),以及开停、换向和制 动机构等部分组成。 1、主传动系分类 按驱动主传动的电动机类型: 交流电动机驱动、直流电动机驱动 按传动装置类型: 机械传动装置、液压传动装置、 电气传动装置以及它们的组合 按变速的连续性: 分极变速传动、无极变速传动 2、主传动系的传动方式 集中传动方式:主传动系的全部传动和变速机构集中 装在同一个主轴箱内。 图11 分离传动方式 :主传动系中的大部分传动和变速机构 装在远离主轴的单独变速箱中。 图12 返回本节 下一页 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 退出 3.4.3 分级变速主传动系 1、拟定转速图和结构式 转速图 在转速图中可以表示出传动轴的数目 ,传动轴之间的传动关系,主轴的各级转速值及其传 动路线,各传动轴的转速分级和转速值,各传动副的 传动比等。 设一中型卧式车床,其变速传动系 图13 结构式 变速组的级比是指主动轴上同一点传 Xi ? 往被动轴相邻两传动线的比值,用 表示。级比? X i 中的指数值 X i 称为指数,相当于上述相邻两传动线与 被动轴交点之间相距的格数。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.4.3 分级变速主传动系 2、各变速组的变速范围及极限传动比 变速组中最大与最小传动比的比值,称为 该变速组的变速范围。即: Ri ? (umax )i /(umin )i (i=0,1,2,…,j) 在设计机床主传动系时, 一般限制降速最小传动比 u主min ? 1/ 4 直齿圆柱齿轮的 最大升速比 u主max ? 2 斜齿圆柱齿轮可取 u主max ? 2.5 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.4.3 分级变速主传动系 3、主变速传动系设计的一般原则 传动副前多后少的原则 传动顺序与扩大顺序相一致的原则 变速组的变速要前慢后快,中间轴的转 速不宜超过电动机的转速 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.4.3 分级变速主传动系 4、主变速传动系的几种特殊设计 具有多速电动机的主变速传动系设计采用多速异 步电动机和其他方式联合使用,可以简化机床的 机械结构,使用方便。 多刀半自动车床的主变速传动系图和转速图16 具有交换齿轮的变速传动系交换齿轮的变速组应 设计成对称分布的。交换齿轮可用较少的齿轮, 以得到多级转速,并使变速箱结构大大简化。 液压多刀半自动车床主变速传动系图17 采用公用齿轮的变速传动系采用公用齿轮可以减 少齿轮的数目,简化结构,缩短轴向尺寸。 铣床主变速传动系图11 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.4.3 分级变速主传动系 5、扩大传动系变速范围的方法 增加比变速组 采用背轮机构 采用双公比的传动系 采用分支传动 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 3.4.3 分级变速主传动系 6、齿轮齿数的确定 对于定比传动的齿轮齿数和带轮直径,可 依据机械设计手册推荐的方法确定。 确定齿轮齿数时,选取合理的齿数和是很 关键的。各对传动副的齿数和应该是相同的。 齿轮的中心距取决于传递的转矩。扭矩越大, 中心矩越大。 在主传动中,一般取最小齿轮齿数Z min ? 18 ~ 20 三联滑移齿轮的最大于此大齿数之间的齿 数差应大于或等于4。 齿轮齿数确定后,还应验算转速误差: (n?n) / n ? ?10(? ? 1)% 式中: n’---主轴实际转速 n--主轴的标准转速 ? --公比 返回本节 下一页 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 退出 3.4.3 分级变速主传动系 7、计算转速 机床的功率扭转特性 驱动直线运动工作台的这类机床的主运 动属恒转矩传动。如刨床的工作台。 主运动是旋转运动的机床基本上是恒 功率传动。如车床、铣床的主轴。 主轴或各传动件传递全部功率的最低 转速为它们的计算转速 n j 变速传动系中传动件计算转速的确定 变速传动系中的传动件包括轴和齿轮,它 们的计算转速可根据主轴的计算转速和转速图 确定。确定的顺序是先定出主轴的计算转速, 再顺次由后往前,定出各传动主轴的计算转速 ,然后再确定齿轮的计算转速。 返回本节 下一页 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 退出 3.4.3 分级变速主传动系 8、变速箱内传动件的空间布置与计算 变速箱内各传动轴的空间布置 各传动轴是空间布置 (卧式车床主轴箱横截面图23,展开图24) 各传动轴在一个铅直平面内 (卧式铣床变速箱图25) 变速箱内各传动轴的轴向固定 轴向固定的方法有: 一端固定图26、两端固定图27。 各传动轴的估算和验算 按扭转刚度估算轴的直径 按弯曲刚度验算轴的直径 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.4.4 无级变速主传动系 1、无级变速装置的分类 机床主传动中常采用的无级变速装置 有三大类:变速电动机、机械无级变速 装置、液压无级变速装置 2、无级变速主传动系设计原则 尽量选择功率和转矩特性符合传动系要求 的无级变速装置。 无极变速系统装置单独使用时,其调速范 围较小,满足不了要求,尤其是恒功率调 速范围往往远小于机床实际需要的恒功率 变速范围。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.4.5 数控机床主传动系设计特点 1、主传动采用直流或交流电动机无级调速 直流电动机无级调速,一般直流电动机 恒转矩调速范围较大,达30,甚至更大; 而恒功率调速范围较小,仅能达到2~3。 交流电动机无级调速,一般交流电动机 体积小,转动惯性小,动态响应快;采 用全封闭结构,具有空气强冷,保证高 转速和较强的超载能力,具有很宽的调 速范围。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.4.5 数控机床主传动系设计特点 2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计 在设计数控机床主传动系时,必须考虑 电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由 于主轴要求的恒功率变速范围 Rnp 远大于 电动机恒功率变速范围 Rdp ,所以在电动 机与主轴之间要串联一个分级变速箱,以 扩大其恒功率调速范围,满足低速大功率 切削对电动机输出功率的要求。 设计分级变速箱时,考虑机床结构的 复杂程度,运转平稳性要求等因素,变速 箱公比的选取有下列三种情况: 返回本节 未完待续…… 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 退出 3.4.5 数控机床主传动系设计特点 2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计 取变速箱的公比? f 等于电动机的恒功率 调速范围 RdN,即? f = RdN ,功率特性图 是连续的,无缺口和无重合。 若要简化变速箱结构,变速级数应少些, 变速箱公比 ? f 可取达于电动机的恒功率 调速范围 RdN ,即 ? f RdN 。 图31、图32 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 未完待续…… 返回主页 退出 3.4.5 数控机床主传动系设计特点 2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计 如果数控机床为了恒线速切削需在运 ? f 小于电动机的 转中变速时,取变速公比 恒功率变速范围,即 ? f RdN ,在主传动 系功率特性图上有小段重合,这时变速箱 的变速级数将增多。图33、图34 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回主页 退出 3.4.5 数控机床主传动系设计特点 2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计 例题: 某数控车床,主轴最高转数 nmax =3000 r/min, 最低转数 nmin =40 r/min,计算转速 n j=160 r/min, 采用直流电动机,电动机功率P电=15KW,电 动机的额定转速为 d =1500 r/min,最高转速为 3500 r/min。试设计分级变速箱的传动系统, 画出其转速图。 n 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 未完待续…… 返回主页 退出 3.4.5 数控机床主传动系设计特点 2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计 解: R n ? 3000/ 160 ? 18.75 Rd ? 3500/ 1500? 2.33 Rn ? ? fZ ?1Rd ? f =2,由于? f 小于R , 方案一:取Z=4, d 所以转速图上有重复。 ? f =2.84,由于? f 大于Rd , 方案二:取Z=2, 所以转速图上有缺口。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 未完待续…… 返回主页 退出 3.4.5 数控机床主传动系设计特点 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 未完待续…… 返回主页 退出 3.4.5 数控机床主传动系设计特点 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.4.5 数控机床主传动系设计特点 3、数控机床高速主传动设计 提高主传动系中主轴转速是提高切削速度 最直接最有效的方法。对于高速和超高速 数控机床主传动,一般采用两种设计方式: 一种是采用联轴节将机床主轴和电动机轴 串接成一体;另一种是将电动机与主轴联 合为一体,制成内装式电主轴(图35)。 4、数控机床采用部件标准化、模块化结构 设计 中小型数控车床主传动系设计中,广泛采 用模块化的变速箱和主轴单元形式。 数控车床模块部件构成图36 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.4.5 数控机床主传动系设计特点 5、数控机床的柔性化、复合化 数控机床对满足加工对象变换有很强的 适应能力(即柔性),因此发展很快。 车削中心各控制轴示意图37 6、虚拟轴机床设计 虚拟机床采用平台闭环并联结构,具有 刚度高,运动部件质量轻,机械结构简 单,制造成本低等优点。 虚拟轴机床外形图38 并联机床课外资料 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 进入下一节 返回主页 退出 3.5 进给传动系设计 退出 一、进给传动系设计应满足的基本要求 二、电气伺服进给系统 返回本章 上一页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返 回 主 页 下一页 3.5.1 进给传动系设计应满足的基本要求 1、进给传动系的组成 动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、 过载保险机构、运动转换机构和执行件等。 2、进给传动系设计应满足的基本要求 具有足够的静刚度和动刚度; 具有良好的快速响应性,不爬性; 抗振性好; 具有足够宽的调速范围; 进给系统的传动精度和定位精度高; 结构简单,加工和装配工艺性好。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.5.2 电气伺服进给系统 1、电气伺服系统的分类 电气伺服进给系统按有无监测和反馈装置分为: 开环、闭环和半闭环系统。 开环系统 典型的开环系统采用步进电动机,其精度取决于步 进电动机的步距角精度,步进电动机只执行部件间 传动系的传动精度。这类系统的定位精度较低,但 结构简单,调试方便,成本低。适用于精度要求不 高的数控机床中。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 未完待续…… 返回主页 退出 3.5.2 电气伺服进给系统 1、电气伺服系统的分类 闭环系统 检测反馈装置有两类:用旋转变压器作为位置反 馈,测速发电机作为速度反馈;用脉冲编码器兼 作位置和速度反馈。后者用的多。 闭环控制的定位精度取决于检测装置的精度。其 控制精度、动态性能都较好,但是较复杂,安装 调试较麻烦,成本高,用于精密型的机床上。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 未完待续…… 返回主页 退出 3.5.2 电气伺服进给系统 1、电气伺服系统的分类 半闭环系统 半闭环的精度比闭环差,但系统稳定性好,且结 构比较简单,调整容易,价格低。 综上所述,对伺服系统的基本要求是: 稳定性好,精度要高,快速 响应性好,定位精度 高。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.5.2 电气伺服进给系统 2、电气伺服进给系统驱动部件 伺服驱动部件如步进电动机、直流伺服 电动机、交流伺服电动机等。 对进给驱动部件的基本要求 调速范围宽,低速运行平稳,无爬行; 快速响应性好; 抗负载振动能力强; 可承受频繁启动、制动和反转; 振动和噪声小,可靠性高,寿命长; 调整维修方便。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 未完待续…… 返回主页 退出 3.5.2 电气伺服进给系统 2、电气伺服进给系统驱动部件 进给驱动部件的类型 步进电动机 直流伺服电动机 交流伺服电动机 直线伺服电动机(旋转变直线) 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 退出 3.5.2 电气伺服进给系统 3、电气伺服进给传动系中的机械传动部件 机械传动部件应满足的基本要求: 采用低摩擦传动; 伺服系统和机械传动系匹配要合适; 选择最佳降速比来降低惯量,最好采用直接 传动方式; 采用预紧办法提高整个系统的刚度; 采用消除传动间隙的方法,减小反向死区误差, 提高运动平稳性和定位精度。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 未完待续…… 返回主页 退出 3.5.2 电气伺服进给系统 3、电伺服进给传动系中的机械传动部件 机械传动部件设计 机械传动部件主要是指齿轮(或同步齿轮带)和 丝杠螺母传动副。 最低降速比的确定 传动副的最佳降速比 应按最大加速度能力和最小惯量的要求确定,以 降低机械传动部件的惯量。 齿轮传动间隙的消除 齿轮传动间隙的消 除有刚性调整法和柔性调整法两类。刚性调整法 是调整后尺侧间隙不能自动进行补偿;柔性调整 法是指调整后的尺侧间隙可以自动进行补偿。 双片直齿轮错齿间隙消除机构图45 返回本节 未完待续…… 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 退出 3.5.2 电气伺服进给系统 3、电伺服进给传动系中的机械传动部件 机械传动部件设计 滚珠丝杠及其支承 滚珠丝杠是将旋转 运动转换成执行件的直线运动的运动转换机构, 图46,它由螺母、丝杠、滚珠、回珠器、密封环 等组成。滚珠丝杠的摩擦系数小,传动效率高。 滚珠丝杠常采用角接触球轴承图47或双向推力圆 柱滚子轴承与滚针轴承的组合轴承图48方式。前 者一般用在中、小型数控机床,后者则用在轴向 刚度高的场合。滚珠丝杠的三种支承方式图49: 一端固定,另一端自由;一端固定,另一端简支 承;两端固定。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 退出 3.5.2 电气伺服进给系统 3、电伺服进给传动系中的机械传动部件 机械传动部件设计 丝杠的拉压刚度计算 丝杠的综合拉压刚 度主要由丝杠的拉压刚度,支承刚度和螺母刚度 三部分组成。 滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧 同齿轮 的传动副一样,滚珠丝杠螺母副必须消除间隙, 并施加预紧力,以保证丝杠、滚珠和螺母之间没 有间隙,提高螺母丝杠副的接触刚度。 滚珠丝杠螺母副通常采用双螺母结构图50 滚珠丝杠的预拉伸 滚珠丝杠常采用预拉 伸的方式,以提高其拉压刚度和补偿丝杠的热变 性。 返回本节 进入下一节 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 退出 3.6 主轴部件设计 退出 一、主轴部件应满足的基本要求 二、主轴部件的传动方式 三、主轴部件结构设计 四、主轴滚动轴承 五、主轴滑动轴承 返回本章 上一页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返 回 主 页 下一页 3.6.1 主轴部件应满足的基本要求 主轴部件是机床的执行件,由主轴及其支承轴承、 传动件、密封件及定位元件等组成。 基本要求: 旋转精度指装配后,在无载荷、低速转 动条件下,在安装工件或刀具的主轴部位的 径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴 承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。 刚度指主轴部件在外加载荷作用下抵抗 变形的能力。主轴部件的刚度是综合刚度, 它是主轴、轴承等刚度的综合反映。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 未完待续…… 返回主页 退出 3.6.1 主轴部件应满足的基本要求 基本要求: 抗振性指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 温升和热变形指主轴部件运转时,因各相对处 的摩擦生热,切削区的切削热等使主轴部件的 温度升高,形状尺寸和位置发生变化,造成主 轴部件的所谓热变形。 精度保持性指长期地保持其原始制造精度的能 力。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 下一页 返回主页 退出 3.6.2 主轴部件的传动方式 主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、 电动机直接驱动等。 齿轮传动其特点是结构简单、紧凑,能够传 递较大的转矩,能适应变转速、变载荷工作, 应用最广。缺点是线速度不能过高,通常小 于12~15m/s,不如带传动平稳。 带传动其特点是靠摩擦力传动(除同步齿形 带外)、结构简单、制造容易、成本低,特 别适用于中心距较大的两轴间传动。皮带有 弹性可吸振,传动平稳,噪声小,适宜高速 传动,带传动在过载时会打滑,能起到过载 保护作用。缺点是有滑动,不能用在速比要 求准确的场合。 返回本节 未完待续…… 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 退出 3.6.2 主轴部件的传动方式 带传动: 同步齿形带图52是通过带上的齿形与带轮上 的轮齿相啮合传递运动和动力。同步齿形 带的齿形有两种:梯形齿和圆弧齿。 电动机直接驱动方式其特点是主轴单元大 大简化了结构,有效地提高了主轴部件的 刚度,降低了噪声和振动;有较宽的调速 范围;有较大的驱动功率和转矩;便于组 织专业化生产。它广泛应用于精密机床、 高速加工中心和数控车床中。 高速内圆磨床电主轴图53 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.6.3 主轴部件结构设计 1、主轴部件的支承数目 多数机床的主轴采用前、后两个支承。 为提高刚度和抗振性,有的机床采用三个 支承。三个支承中可以前、后支承为主要 支承,中间支承为辅助支承,图24; 也可以前、中支承为主要支承,后支承为 辅助支承,图30。后者应用较多。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出 3.6.3 主轴部件结构设计 2、推力轴承的位置配置型式 前端配置指两个方向的推力轴承都布 置在前支承外。这类配置方案在前支承处 轴承较多,发热大,温升高;但主轴受热 后向后伸长,不影响轴向精度,精度高, 对提高主轴部件刚度有利。这种配置用于 轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或 数控机床。 后端配置指两个方向的推力轴承都布 置在后支承处。这类配置方案前支承处轴 承较少,发热小,温升低;但主轴受热后 向前伸长,影响轴向精度。这种配置用于 轴向精度要求不高的普通精度机床,如立 铣、多刀车床等。 返回本节 未完待续…… 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 退出 3.6.3 主轴部件结构设计 2、推力轴承的位置配置型式 两端配置指两个方向的推力轴承分别 布置在前后两个支承处。这类配置方案当 主轴受热伸长后,影响主轴轴承的轴向间 隙。为避免松动,可用弹簧消除间隙和补 偿热膨胀。这种配置常用于短主轴,如组 合机床主轴。 中间配置指两个方向的推力轴承在前 支承的后侧。这类配置方案可减少主轴的 悬伸量,并使主轴的热膨胀向后;但前支 承结构较复杂,温升也可能较高。 以上四种推力轴承配置型式图54 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 退出 3.6.3 主轴部件结构设计 3、主轴传动件位置的合理布置 传动件在主轴上轴向位置的合理布置 合理布置传动件在主轴上的轴向位置,可 以改善主轴的受力情况,减少主轴变形, 提高主轴的抗振性。主轴上传动件轴向布 置时,应尽量靠近前支承,有多个传动件 时,其中最大传动件应靠近前支承。 传动件轴向布置的几种情况图55 驱动主轴的传动轴位置的合理布置 主轴受到的驱动力相对于切削力的方向取 决于驱动主轴的传动轴位置。 返回主页 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 退出 3.6.3 主轴部件结构设计 4、主轴主要结构参数的确定 主轴的主要结构参数有主轴前、后轴径直 径D1和D2,主轴内孔直径d,主轴前端悬 伸量a和主轴主要支承间的跨距L,这些参 数将直接影响主轴旋转精度和主轴刚度。 主轴前轴径直径D1的选取 主轴内孔直径d的确定 主轴前端悬伸量a的确定 主轴主要支承间跨距L的确定 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 回本节 下一页 返回主页 退出 3.6.5 主轴滑动轴承 滑动轴承应有良好的抗振性,旋转精度高,运动 平稳等特点,应用于高速或低速的精密、高精密机床 和数控机床中。主轴滑动轴承按产生油膜的方式,可 分为动压轴承和静压轴承两类。按照流体介质不同可 分为液体滑动轴承和气体滑动轴承。 1、动压轴承 动压轴承按油楔数分为单油楔和多油楔。多油楔 轴承的轴心位置稳定性好,抗振动和冲击性能好。故 多采用多油楔轴承。 多油楔轴承有固定多油楔图74和活动多油楔图75。 第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计 返回本节 下一页 返回主页 退出

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