結構設計圓鉆銑刨床結構設計圓鉆銑刨床結構設計1國外組合機床發展概況1.1組合機床的概念專用機床是針對一定的加工對象而設計制造的，用于完成一個工件的一道或幾道工序。這種機床通常使用多把刀具同時切削，并實現輔助動作的自動化，因此生產效率高，加工質量可以穩定保證，同時可以減輕勞動強度.但是，專用機床是為特定零件的特定工藝而設計的。當產品更新換代或加工對象稍有變化時，改裝困難，往往需要單獨設計制造。組合機床是特種機床的一種重要類型，它是一種將通用部件和少量特殊部件組合在一起的高效專用機床。組合機床是一種自動化或半自動化的機床。無論是機械電氣控制還是液壓電氣控制均可實現自動循環。通用元件按其功能可分為五類：動力元件、支撐元件、輸送元件、控制元件和輔助元件。動力元件是為組合機床提供主運動和進給運動的元件。主要有動力箱、切割頭和動力滑軌。支撐部分用于安裝動力滑臺、切割頭或帶進給機構的夾具等。有側座、中座、支架、可調支架、立柱和立柱底座。輸送部分是用來將工件或主軸箱輸送到加工工位的部分，主要包括分度轉臺、環形分度轉臺、分度滾筒和往復移動臺。控制元件是用來控制機床自動工作循環的元件，包括液壓站、電氣柜和控制臺。輔助部件包括潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置。組合機床克服了一般專用機床的缺點。它對各種專用機床的結構進行了總結和分析，并將其劃分為若干具有一定功能的獨立部件。在配置不同結構的專用機床時，一些獨立的部件可以相互通用。1.2組合機床的特點專用機床區別于普通機床的最基本的特點是專用機床是伴隨著汽車工業的興起而來的。在專用機床中，一些零件由于反復使用而逐漸發展為通用零件，從而產生組合機床。最早的組合機床是1911年在美國制造的，用于加工汽車零件。早期，每個機床制造商對通用部件都有自己的標準。為了提高不同廠家通用零件的互換性，方便用戶使用和維修，1953年，美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造商協商確定通用零件標準化的原則組合機床，即嚴格規定各部件之間的連接尺寸，但不規定部件的結構。與一般專用機床相比，組合機床具有以下優點：(l)、設計制造周期短。這是因為組合機床通用化程度高，通用件、通用件和標準件約占70-90%，其中很多是預制件，制造新機床時可根據需要選擇.只需要設計和制造少量的特殊零件。（2）組合機床的通用零件經過生產實踐的反復修改定型，因此結構的可靠性和可制造性較好，性能比較穩定，有利于穩定保證加工質量。（3）組合機床的通用零件已標準化、系列化，可批量生產，既能提高制造精度，又能降低機床成本，加快專用機床的制造速度。機械工具。(4)組合機床自動化程度高，維修方便。通用耗材和易損件可以提前準備好，必要時甚至可以更換整個通用部件。(5)、方便產品更新。改變加工對象時，通用零件可重復使用，改裝成新的專用機床。但是，由于組合機床的通用部件不是針對某一類型的機床而設計的，它們的適應范圍很廣，而且規格也有限，這就使得組合機床的結構比機床的結構要稍微復雜一些。一般專用機床。組合機床改裝時，大約有10-20%的零件不能使用，改裝的工作量也很大。.1.3組合機床應用范圍從生產規模上看，由于組合機床是一種高效的自動化機床，可以多方面、多工位同時對一個或多個工件進行多刀加工，特別適用于加工批量和大量定型產品。.目前，我國組合機床在汽車、拖拉機、燃氣輪機、電機、閥門、自行車、縫紉機、儀器儀表、機床制造和國防工業等領域的應用越來越廣泛。從加工能力來看，組合機床的一個顯著特點是加工時大部分零件是固定的，加工周期由刀具的轉動和進給完成。因此，目前主要用于孔加工和平面加工，如鉆孔、鉸孔、鉸孔、槽和成形面加工、銑端面、軌跡平面和螺紋加工。此外，還可以進行短圓車削、平面磨削、拉削和切槽，也可以完成一些非切削加工，如簡單的裝配程序、檢查等。組合機床最適合加工箱體零件，如氣缸體、氣缸蓋、變速箱體、電機底座和儀表外殼。還可以對輪盤、軸、前叉和蓋子零件執行許多加工操作。1.4組合機床發展概況組合機床及其自動線是高度綜合自動化制造技術和機電一體化的成套工藝裝備。具有高效、優質、經濟實用等特點，廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家用電器等行業。我國傳統組合機床和組合機床自動線主要采用機械、電氣、氣動、液壓控制，其加工對象主要是生產批量較大的大中型箱體和軸類零件（組合機床加工近幾年發展起來的連桿、板等也占一定份額），完成鉆孔、鉸孔、鉸孔，加工各種螺紋、孔、端面和凸臺、各種孔形狀的槽，以配合銑平面和成型表面。組合機床的種類很多，包括大型組合機床和小型組合機床，單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式、多工位回轉式組合機床等.;隨著不斷進步，一種新型組合機床——柔性組合機床越來越受到人們的青睞。它使用多個主軸箱、可更換主軸箱、編碼隨附夾具和自動更換工具，具有可編程控制。是一種可靈活適應多品種加工的可調變組合機床。此外，近年來，組合機床加工中心、CNC組合機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）在組合機床中所占份額也越來越大工具行業。由于組合機床及其自動線是技術綜合性高的高科技專用產品，是根據用戶的特殊要求而設計的。它涉及加工技術、工具、測量、控制、診斷監測、清潔、組裝和泄漏測試。等技術。我國組合機床和組合機床自動線的整體技術水平與發達國家相比相對落后。國家所需的一些高級組合機床和自動線幾乎都是從國外進口的。工藝設備的大規模進口必然導致投資規模擴大，產品生產成本增加。因此，市場要求我們不斷開發新技術、新工藝、新產品，從過去的“剛性”機床結構向“柔性”方向發展，滿足用戶的需求，真正成為自動化設備兼具剛性和靈活性。隨著市場競爭的加劇和產品需求的提高，高精度、高生產率、柔性化、多品種、短周期的數控組合機床及其自動線正在沖擊著傳統的組合機床行業企業。因此，組合機床設備的發展思路主要攻方向必須是提高組合機床的加工精度、組合機床的柔性化、組合機床的可靠性和組合機床的完備性。工具技術。一方面，加強數控技術應用，提高組合機床產品的數控化率；另一方面，進一步開發新型構件，特別是多坐標構件，使其模塊化、靈活，適應可調、可變、多品種加工。市場需求。由于專用機床是“量身定做”的產品，具有高效、自動化等優點，是大批量生產企業的理想設備。隨著制造技術的進步，數控技術的普及，專用機床數控化的飛速發展，專用機床在生產實踐中占有一定的比重。據有關資料顯示，2001年日本專用機床產值占機床產值的8.8%；這個數字在我國的省份達到了6.9%；而我國只有0.67%。因此，在當前的產品結構調整中，發展專用機床是行業發展中一個值得關注的問題。專用機床及其自動化生產線的制造不同于汽車的大批量生產，也不同于普通機床的制造。它有兩個非常顯著的特點：一是集成。用戶訂購交鑰匙工程專用機床，集加工技術（包括工藝方法和工藝參數）、機床、夾具、工具（包括輔助工具）、檢驗測量（包括進機床前的毛坯檢測、加工（與成品的檢測和測量）、物流的運輸、切屑和冷卻液的保護和處理相結合。它不僅解決了這些問題之一，而且解決了在更廣泛的技術領域中可能遇到的每一個問題。二是單身。幾乎所有的專用機床都是在一個單元中生產的。根據用戶要求，一次開發，一次制造，保證一次成功。2環形沖銑刨床整體設計方案2.1機床加工對象及工藝分析2.1.1機床加工對象1.轉盤：(l)、平面銷齒輪軌道加工，直徑必須Φ5000-12o00mm，寬度100-1200mm；(2)、滾針加工：直徑必須Φ6075mm，孔深150300mm，孔距精度±0.55mm；2.環形梁：(1)、臥式滾輪軌道加工，立面，直徑價格Φ5000a9000mm；(2)、滾針加工：直徑必須Φ6075mm，孔深150300mm，孔距精度±0.55mm；3.機器：平面軌道加工，直徑上海Φ2800a3000mm，工件高度600a2500mm；2.1.2機器的組成1、數控轉臺數控轉臺承載了機床的大部分負荷，分度定位精度高、定位剛性好、分度時間短、精度保持時間長、工作安全可靠是對轉臺的要求。工作臺由伺服系統、減速機、齒輪回轉支承等部分組成。2.鉆銑回轉臂鉆銑回轉臂是機床的重要組成部分，為銑削動力頭和鉆削動力頭提供支撐，可實現360”旋轉，完成工件各種工序的加工。3.動力頭送料部分由伺服電機驅動，導軌和滾珠絲杠共同實現動力頭的水平和垂直進給，同時由磁尺計數。4、滾動支撐和電磁鎖緊裝置電磁鎖緊裝置主要是為了保證機床在加工過程中的穩定性，提高加工精度，同時也為機床的伺服系統提供一定的保護。5.環形導軌支撐小車在環形導軌上滾動，為擺臂提供支撐。6.通用組件常用部件主要有銑削動力頭、鉆孔動力頭和切削液系統。切削液系統主要包括切削液供給系統和切削液。切削液的主要作用是潤滑、冷卻、清洗和防銹。2.1.3機床加工技術1.索引鉆孔：(l)數控轉臺由伺服電機、減速機、齒輪式回轉支承、轉臺組成；數控系統實現分度旋轉，保證0.55Inln的孔距精度，實現環銷齒輪的分度加工。轉臺上安裝環形磁尺，記錄分度定位位置，形成閉環數控系統。(2)在轉臂上設置鉆孔動力頭，由數控系統控制分度鉆孔，在轉臂上設置移動滑臺12000mm。沖孔要求。(3)鎖緊機構：在支車與導軌面之間設置電磁鎖緊裝置，在分度、沖孔時進行定位鎖緊。2、銑削環形平面和圓柱面：(l)轉臂安裝在數控轉臺上，動力頭垂直進給機構安裝在轉臂上。垂直進給機構通過動力頭實現不同工件高度的調節，調節行程可達1.2m.(2)銑環形平面和圓柱平面：銑削動力頭的銑刀可以90度，通過轉動改變動力頭的垂直位置和水平位置。加工平面時，動力頭垂直，加工垂直平面時，動力頭水平。2.2機床總體布局根據加工對象的特點，通過對機床加工工藝的分析，該機床采用圓形布局，可以大大提高加工效率，降低勞動強度。總體布局圖如圖2-1所示。該機床由數控轉臺、鉆銑回轉臂、垂直升降裝置、環形導軌、銑削動力頭、鉆孔動力頭、配套動力車等組成。數控轉臺由伺服電機驅動，并由磁尺保證分度準確，帶動鉆銑轉臂360"旋轉。銑削動力頭和鉆削動力頭可在平臺上水平移動導軌，可同時上下移動，保證零件加工要求。基礎采用鋼筋混凝土結構，環形導軌安裝在基礎外圓的凸臺上。鑒于該機床為大型機床，為保證加工過程的安全性和穩定性，在鉆銑轉臂外側安裝了支撐滾動和電磁鎖緊機構。2.3機床主要技術參數轉臺伺服電機：20.4kw銑削動力頭電機：7.skw鉆孔動力頭電機：7.skw水平進給電機：0.75kw垂直進給電機：3.skw磁吸盤：72W總功率：43.9kw尺寸：13x13x3m2.4機床電氣控制設計方案機床的設計分為機械結構部分和電氣控制部分。本文重點對機床的機械結構部分進行研究和探討。本節僅對電氣控制系統進行簡要概述。2.4.1數控系統的選擇鑒于本系統主要用于完成高精度分度的單軸數控系統，選用西門子sinumerik802CBL數控系統，其主要特點如下：(l)、結構緊湊、高度集成的數控單元、操作面板和輸入輸出單元。（2）機床調試配置數據少，系統與機床匹配更快更容易。(3)簡單友好的編程界面保證了快速生產，優化了機床的使用。(4)、可獨立安裝其他組件。堅固且節省空間的設計使其可以安裝在最方便用戶使用的位置。(5)操作面板提供所有CNC操作、編程和機床控制按鍵，8英寸液晶顯示屏，同時提供12個帶LED的用戶自定義按鍵。工作模式選擇（6種）、進給速度調整、主軸速度調整、CNC啟動和CNC停止、系統復位均以按鈕的形式操作。(6)、可實現4層嵌套子程序功能，子程序最多可運行9999次。(7)、256K大容量掉電保護內存，最大容量50個程序，保證復雜程序加載。轉臺采用西門子IFT6高性能交流伺服電機和SIMODRIVE611驅動，系統定位采用高精度全閉環控制方式，性能優越。2.4.2控制方法為方便遠程調試和操作，設備設有主、輔兩個操作站，主站和電氣柜放在一起，輔助站隨回轉臂移動。邏輯10采用sinumerik802CBL數控系統設定的PLC控制。為了彌補PLC點數的不足，系統配置了一個32輸入輸出的PLC擴展模塊。這樣PLC總點數可以達到輸入80點，輸出48點，完全可以滿足設備的需要。另外，采用PLC控制可以大大簡化接線，不僅安裝十分方便，而且工作可靠，故障率降低，維修量減少，工作效率提高。2.4.3電氣定位精度由于分度要求精度高，鉆銑回轉臂較長，為保證系統定位精度并考慮機床工作環境，數控回轉工作臺采用圓形磁柵作為位置反饋元件，圓形磁柵安裝在旋轉臂上。回轉支承的一端與回轉臂同步轉動，與伺服電機形成閉環控制。動力頭的進給采用長磁柵作為反饋元件，讀數頭安裝在動力頭的移動支架上，進行進給控制和反饋。2.5總結從機床的整體情況出發，進行機床的整體布局設計。根據機床的加工對象，進行機床的工藝分析，同時確定機床的相關配置，為下面的進一步設計奠定基礎。3環形沖銑刨床機械結構設計本章在總體方案設計的基礎上，主要闡述了環形沖銑刨床機械結構部分的詳細設計過程。環形鉆銑刨床由數控轉臺、鉆銑轉臂、滾動支架及電磁鎖緊、通用零件等組成，如圖3-1所示。1-底座2-推力軸承3-箱體4-大齒輪5-環導軌6-主軸7-回轉支承8-圓磁柵9-旋轉臂10-長磁柵11-導軌12-滾珠絲杠13-滾珠絲杠14-銑削動力頭15-伺服電機16-滾珠絲杠17-導軌18-伺服電機19-滾珠絲杠20-導軌21-鉆孔動力頭22-伺服電機23-伺服電機24-電磁鎖25-滾動支架26小齒輪27小軸28-行星減速機29-伺服電機3.1數控轉臺設計數控轉臺承載了機床的大部分負載。分度定位精度高、定位剛性好、分度時間短、精度保持時間長、工作安全可靠是對轉臺的要求。工作臺由伺服系統、減速機、齒輪回轉支承等部分組成。3.1.1伺服系統的組成轉盤伺服系統由以下部分組成：(1)、上位機系統：為用戶提供人機界面，將轉盤的工作狀態參數致給上位機，顯示轉盤的工作狀態。(2)運動控制系統：它包括使轉盤按一定運動規律轉動的伺服電機、伺服驅動單元、角度檢測單元和實時控制計算機。它們組成位置閉環控制系統，可以精確控制電機的旋轉角度，從而保證轉盤在任意角度的運動規律和穩定性，并連續跟蹤。(3)機械系統：傳動機構（減速機）、執行機構（轉盤）。3.1.2伺服電機的選擇伺服電機又稱執行電機，是在自動控制系統中作為執行元件，將接收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流伺服電機和交流伺服電機兩大類。其主要特點是當信號電壓為零時，無轉動現象，轉速隨轉矩的增大而均勻下降。常用的伺服電機有直流伺服電機、交流伺服電機、步進電機三種。直流伺服電機具有體積小、扭矩大、功率重量比大、功率體積比大、穩定性好等優點。缺點是可維護性差，散熱差。交流伺服電機具有可靠性高、維護要求低、易散熱、轉子慣量小、快速性好、功率體積比大等特點。帶來的種種缺點，尤其是交流伺服電機的過載特性和低慣量，體現了交流伺服系統的優越性。交流伺服比較好，因為是正弦波控制，轉矩脈動小。步進電機轉子的運動位移取決于脈沖數，速度取決于脈沖頻率。好處是誤差不會長時間累積。它最大的缺點是容易丟步，尤其是在大負載和高速的情況下。，更容易發生失步。直流伺服電機的維護成本高，不能保證長期運行，因此本系統不宜選用直流伺服電機；步進電機用于開環伺服系統，開發的系統是閉環控制系統，不適合該系統。轉臺伺服系統需要以下伺服電機：位置控制靈活方便，定位精度高；可靠性好，電腦控制方便；響應速度快，換向性能好；可長時間連續工作，無需維護。交流伺服電機控制技術非常成熟，市面上也有非常好的產品，在性能上完全滿足這個伺服系統的要求，所以這個伺服選擇了交流伺服電機。根據負載慣量選擇電機模型，通過CATIA軟件建立實體模型，計算出最大負載慣量約為。從轉動慣量到伺服電機慣量的換算大致為：為保證足夠的角加速度使系統靈敏并滿足系統的穩定性要求，負載慣量應為限于電機慣量的2.5倍，因此伺服電機的轉動慣量應為本設計選用西門子IFT6交流伺服電機。該機型電機特點如下：功率大、體積小；如圖3-2所示，電機參數見表3-1：表3-1伺服電機參數3.1.3減速機的選擇減速機采用行星減速機，具有結構緊湊、回程間隙小、精度高、使用壽命長、額定輸出扭矩大等優點。減速機減速時，輸出扭矩同時增加，扭矩輸出比乘以電機輸出乘以減速比，但注意不要超過減速機的額定扭矩。減速同時減小了負載的慣量，慣量的減小是減速比的平方。本設計42A選用泰興減速機有限公司生產的NGW型行星減速機，傳動比為100。3.1.4圓形磁尺的選擇為了記錄分度位置，保證定位精度，轉臂上裝有圓形磁尺，與伺服電機形成閉環控制。磁柵傳感器由磁柵、磁頭和檢測電路組成。磁尺是用非導磁材料作為尺座，在尺座上涂上一層均勻的磁性薄膜，然后記錄一定波長的磁信號。磁尺測量工作原理：如圖3-3所示，磁尺是在非導磁材料上涂上一層10-2伽瑪磁膠。這種磁膠多由鎳合金高導磁材料混合膠制成，抗拉強度較高，不易變形。然后在這個磁帶上記錄磁極，N極和S極交替變化。記錄在磁帶上的N極和S極是由記錄磁頭制成，等間距（通常為20伽馬或5伽馬）周期性變化的電信號以磁性方式記錄在磁尺上，用作測量位移的參考標尺。當檢測到位移時，磁尺上記錄的磁信號被磁頭讀取，檢測電路用于讀取磁信號。位移以數字方式顯示或致到位置環。用于測量的磁柵不同于普通的磁帶。為了測量所用磁柵尺的等距和磁記錄精度，磁柵尺需要在高精度專用磁記錄裝置上進行記錄。當磁尺與磁頭的相對運動速度很低或處于靜止狀態時，也可以進行位置測量，測量只與位置有關，與速度無關。1-磁性薄膜2-基體3-磁尺4-磁頭5-鐵芯6-勵磁繞組7-磁拾取器繞組設計中選用德國ELGO公司的EMixZ磁尺，其分辨率可以達到如圖3-4所示0.01mm。3.1.5主軸設計軸是機床中的重要部件。它的作用是支撐機器中的轉動部件，如皮帶輪、齒輪、蝸輪、鏈輪、聯軸器、離合器、滾動軸承等，對其進行定位，并傳遞運動和旋轉。片刻。軸的失效模式與軸的應力性質和大小、軸材料的力學性能、軸的結構形狀、軸的加工方法、軸的工作環境等有關。軸的常見失效模式有：疲勞斷裂、塑性變形或脆性斷裂、彎曲變形或扭轉變形過大、高速工作幅度過大等。主軸結構如圖3-5所示：3.1.5.1主軸強度校核軸的強度計算方法主要有3種：許用剪應力計算、許用彎曲應力計算、安全系數校核計算。計算許用剪應力只需知道扭矩的大小，方法簡單，但計算精度低。主要用于傳遞基于扭矩的傳動軸；許用彎曲應力的計算首先要知道力的大小和作用點的位置、軸承跨距、軸頸等參數，主要用于彎曲和扭轉復合軸，計算精度中等；安全系數校核計算也應在結構設計后進行，計算精度高，但計算復雜，往往需要足夠的數據才能進行。在機床運行過程中，由于回轉臂有回轉支承，主軸主要傳遞扭矩，因此本設計采用許用剪應力計算方法。將上述數據代入從計算結果可以看出，主軸的強度滿足要求。3.1.5.2主軸剛度檢查對于扭轉圓軸，除了強度要求外，還要求有足夠的剛度，即軸在彈性外殼內的扭轉變形不能超過一定限度。如果軸的剛度不足，會影響機床的加工精度或引起扭轉振動。因此，為保證扭轉圓軸具有足夠的剛度，通常規定單位長度的最大扭轉角不超過規定的內容值[θ]，即將數據代入.3.1.6齒輪傳動設計轉臺部分由正齒輪驅動。齒輪機構是各種機構中應用最廣泛的傳動機構，可用于在空間中任意兩軸之間傳遞運動和動力。齒輪傳動的主要優點是：(1)傳動比準確，工作平穩，傳動效率高，一般可達95%以上，高精度圓柱齒輪副可達99%；（2）傳動功率廣，從儀表中齒輪的小功率傳動到幾萬千瓦大動力機械的功率的傳動；(3)速度大，齒輪圓周速度可從v<0.lm/s到200m/s或更高；轉速可從lr/min到20000r/min或更高；(4)結構緊湊，維修方便，使用壽命長。3.1.6.1齒輪傳動主要參數的選擇及主要尺寸的計算：(1)齒數和模數對于軟齒面齒輪傳動，齒輪傳動尺寸主要取決于齒面的接觸疲勞強度。當模量足夠大時，齒根的彎曲疲勞強度一般比較豐富。這時，在保持齒輪傳動中心距不變，滿足齒根彎曲疲勞強度要求的前提下，齒數要多一些，模數會相應減少，通常齒數小齒輪齒數z1≥21-30。這樣可以增加重合度，提高傳動穩定性，減少金屬切削量，節省制造成本。對于硬齒面封閉齒輪傳動，應有足夠大的模數，以保證輪齒的彎曲疲勞強度。為了減小傳動尺寸，齒數不宜過多，一般z1=17-23。(2)傳動比齒輪比不宜過大，否則兩齒輪尺寸差大，不利于潤滑。小齒輪比大齒輪磨損快，齒輪傳動結構尺寸大。通常取u簇7，當u>7時，宜采用兩級或多級傳動。(3)齒寬系數齒寬系數大，所需小齒輪分度直徑d1和齒輪傳動中心距a減小，圓周速度降低。但齒寬系數越小，齒越寬，輪齒接觸線載荷越不均勻，因此應合理選擇齒寬系數。本設計采用閉式圓柱齒輪傳動，傳動比u=7，模數m=12，小齒輪齒數z1=21，大齒輪齒數z2=zlu=147，齒寬系數，所以小齒輪的幾何尺寸如下，結構如圖3-6所示：大齒輪的幾何尺寸如下，結構如圖3-7所示：3.1.6.2齒輪傳動強度計算(1)齒面接觸疲勞強度的計算為防止齒面出現疲勞點蝕，齒面的接觸疲勞強度條件為：其中：為接觸應力（MPa）；是內容的接觸應力。齒面最大接觸應力由赫茲公式計算得到，齒面最大接觸應力為考慮載荷系數K后，最大接觸應力為在：計算結果表明，接觸疲勞強度滿足要求。(2)齒彎曲疲勞強度的計算輪齒的彎曲強度在齒根處最低，齒根處彎曲應力的計算公式如下：式中：M為齒根的最大彎矩，W是彎曲截面系數，將M和W代入方程（3.21），我們得到在，為失效概率為1%時試驗齒輪齒根的彎曲疲勞極限，是彎曲疲勞強度的最小安全系數，；將上述數據代入計算結果表明，彎曲疲勞強度滿足要求。3.1.7盒子設計機殼是減速機的重要組成部分。它是傳動部件的基礎，應具有足夠的強度和剛度。由于箱體的結構形狀復雜，計算箱體的強度和剛度極其困難，所以箱體的結構和各部分的尺寸多以經驗值為準。與標準件有關的尺寸（如螺栓、螺釘、銷釘的直徑）應取相應的標準值。3.2鉆銑回轉臂設計鉆銑回轉臂是該系統中的關鍵部件，其強度直接關系到整臺機床的穩定性和加工精度。第四章利用ANSYS軟件對鉆銑轉臂進行有限元分析。這里只簡要討論鉆銑回轉臂的結構。旋轉臂的結構如圖3-8所示。導軌是用來實現給定運動軌跡的導向機構或導向裝置。它支撐和引導機器中的運動部件完成規定的直線運動或曲線運動。導軌采用矩形和燕尾形導軌組合，如圖3-9所示。該導軌具有調整方便、承載能力大的特點，多用于橫梁、立柱、搖臂導軌，以及多車床刀架導軌。3.3動力頭進給設計回轉臂上的銑削動力頭和鉆削動力頭的水平進給和垂直進給由導軌和滾珠絲杠組合而成，由磁尺計數。伺服電機依舊是西門子IFT6型，垂直進給用的伺服電機采用帶剎車的伺服電機，防止停電時動力頭重力引起的自動滑動現象。由于銑削動力頭和鉆削動力頭的進給采用同一型號的滾珠絲杠，本節以銑削動力頭的水平進給絲杠為例進行討論。3.3.1滾珠絲杠副的組成滾珠絲杠是數控機床進給伺服系統中重要的機械傳動部件。滾珠絲杠副主要由絲杠、螺母、滾珠和反向器組成。傳動元件，即滾珠，安裝在帶有螺旋槽的絲杠和螺母之間，滾珠形成循環的球鏈。當絲杠旋轉時，滾珠沿螺紋滾道滾動。在此過程中，滾珠不僅圍繞絲杠旋轉，而且還自行旋轉。因此，球不僅與絲杠和螺母摩擦，而且還相互摩擦。為防止滾珠滾出滾道，在螺母螺旋槽的兩端設有回位導向裝置，與螺旋滾道形成循環回路，使滾珠在滾道上旋轉，并沿其旋轉螺旋滾道。滾珠絲杠副的特點是：①摩擦損失小，傳動效率高滾珠絲杠副的摩擦損失小，傳動效率可達92%～98%，是普通絲杠的2～4倍。②磨損小，壽命長一般滾珠絲杠副的絲杠、螺母和滾珠都經過硬化處理，表面粗糙度低，滾動磨損小，因此具有良好的耐磨性，即精度保持性能好，工作壽命長。③高軸向剛度由于滾珠絲杠副可以完全消除傳動間隙而不影響絲杠運動的靈活性，因此可以獲得更高的軸向剛度，通過預緊可以再次提高軸向剛度。④摩擦阻力小，運動平穩由于滾珠絲杠有滾動摩擦，動靜摩擦系數差異極小，其摩擦阻力幾乎與速度無關，靜摩擦力極小，啟動力矩和移動力矩幾乎平等的。因此，靈敏度高，運動比較平穩，啟動時無顫動，低速行駛時無爬行現象。⑤不可自鎖，具有傳動可逆性由于滾珠絲杠副沒有自鎖能力，因此具有傳動的可逆性。用于垂直升降傳動系統時，必須加裝自鎖裝置或制動裝置，以防止反向傳動。滾珠絲杠的精度將直接影響數控機床各坐標軸的定位精度。因此，在數控機床維修和機床數控改造過程中，滾珠絲杠的選擇尤為重要。3.3.2滾珠絲杠副的選擇該系統中的滾珠絲杠副對運行靈敏度、穩定性和精度保持性有很高的要求。絲杠的工作行程長。如果剛性不足，由于絲杠副的自重以及絲杠副與導軌的連接所引起的絲杠撓度，都會影響滾珠絲杠副的運行精度。因此，設計選用雅瑞傳動機械有限公司的SFU4005-4型，精度等級為P5級精密滾珠絲杠。SFU型螺母的特點是：部分循環方式，精磨法蘭式。其結構尺寸如圖3-10所示：3.3.3滾珠絲杠安裝與支撐滾珠絲杠的安裝方式主要有3種，詳見表3-2：顯然，絲杠要求中速高精度運行，所以采用一端固定一端浮動的安裝方式。滾動軸承滾珠絲杠副的要求與滾動軸承主軸和傳動軸的要求相同，即應保證足夠的精度和疲勞壽命。但滾珠絲杠主要承受軸向載荷，除絲杠重量外，一般無徑向載荷。因此，要求滾珠絲杠軸承的軸向精度和剛度很高。進給系統要求操作靈活，對小位移反應靈敏，因此軸承的摩擦力矩應盡可能小。滾珠絲杠轉速不高，高速運轉時間很短，所以發熱不是主要問題。滾珠絲杠軸承中應用最廣泛的滾動軸承是60"接觸角推力角接觸球軸承，其次是滾針和推力滾子軸承的組合軸承，多用于牽引力大、剛性大的大型重型機床.由于制造和裝配誤差，滾珠絲杠副中始終存在間隙。同時，在軸向載荷的作用下，球與螺紋滾道的接觸部分會發生彈性變形。當滾珠絲杠反方向旋轉時，會出現空行程誤差，影響絲杠的傳動精度。因此，通常采用施加預緊力的方法來減小絲杠與螺母的間隙和絲杠的彈性變形，從而提高滾珠絲杠副的剛度和傳動精度。帶預緊滾珠絲杠和不帶預緊滾珠絲杠的彈性變形曲線如圖3-11所示：根據這張圖，當外加載荷正好是預緊力的3倍時，預緊滾珠絲杠的剛度是無預緊滾珠絲杠的兩倍，彈性變形是無預緊滾珠絲杠導程的1/20擰緊。對于不同的螺母結構，采用的預緊方式也不同。雙螺母常采用墊片調整、螺紋調整和齒差調整三種預緊方式，其中墊片調整較為常見。單螺母滾珠絲杠的預緊多采用位移導程的結構形式。此外，還有一種預緊方式，利用壓電陶瓷實時調整預緊力。3.3.5滾珠絲杠的校準滾珠絲杠選好后不能盲目安裝使用，否則會出現一些意想不到的事故和現象。因此，為保證機床安裝調試后的正常運行和工作，必須對滾珠絲杠進行一系列的檢查和計算。3.3.5.1滾珠絲杠的剛度滾珠絲杠的剛度與直徑直接相關，直徑越大，剛度越好，但直徑越大，轉動慣量越低。大大增加。因此，一般在兩者的綜合考慮下選擇最佳直徑。;將上述數據代入公式，我們得到將上述數據代入公式，我們得到3.3.5.2滾珠絲杠副的臨界轉速滾珠絲杠的最高轉速是指快速移動時的轉速。因此，只要此時的速度不旋轉，就可以了。絲杠軸的轉速是否接近絲杠本身的固有振動頻率。如果靠近，會產生共振，影響機床的正常運行。從固有頻率檢查的臨界速度nc一端固定，一端自由。適用于短絲杠和垂直安裝的絲杠，少數=l.875；兩端固定在長絲杠上，剛性和位移精度高的地方，幾個=4.370；一端固定，一端用于長螺絲或水平安裝螺絲，λ=3.927。將上述數據代入公式，我們得到從計算結果可以看出，選用的滾珠絲杠能夠滿足設計要求。3.3.6長磁尺的選擇磁柵可分為長磁柵和圓形磁柵兩大類。長磁柵主要用于直線位移測量，圓形磁柵用于角位移測量。磁尺的工作原理在3.1.4小節中描述。磁性秤以其防水、防油、防塵和防振而著稱2米。可以達到磁尺的范圍30這里使用瑞普科技生產的CT-05-A磁尺。如圖3-12所示的標尺特性如下：電磁讀頭與磁尺無接觸位移，無磨損；測量速度快，反應反射靈敏；極耐水、耐油、防塵、抗震；安裝方便，電磁頭與磁柵的公差大；可達到磁柵的測量長度30m。3.4滾動支架和電磁鎖的設計鑒于該機床回轉臂長，動力頭橫向移動范圍大，為保證機床加工運行的穩定性，保護轉臺伺服系統，特設滾輪。安裝在轉臂外側，并提供電磁鎖定。設備。如圖3-13所示，滾輪在環形導軌上滾動，靠電磁吸盤產生的吸力完成支撐電磁鎖緊。工作時，由轉臺帶動轉臂轉動一定角度，電磁吸盤通電吸附在環形導軌上，鎖定固定轉臂。鉆孔后，電磁吸盤斷電，復位彈簧復位。la支撐架2導桿3回位彈簧4電磁吸盤5滾輪電磁吸盤由鐵芯、線圈、面板和支架組成。其中，線圈與鐵芯共用的電磁鐵是電磁吸盤的主要部分。如圖3-14所示，其外殼由鋼盒和鐵芯4組成，鐵芯4中間覆蓋有凸起的鐵芯4，其周圍纏繞有線圈5。電流、磁芯4和隔離鋼筋會被磁化，當吸附體3通電時，也會被磁化，產生與磁盤不同的磁極，并被牢牢吸住。電磁吸盤因設計方法或所用材料的不同而有所不同，并不斷得到發展和改進。隨著行業的發展，對電磁工具的需求越來越大，要求也越來越高，這促使人們對電磁吸盤進行一系列的改進，使其能夠滿足生產的需要。本設計采用臨清艾特有限公司生產的XZI圓形電磁吸盤。1-吸盤體2-蓋板3-吸附體4-芯體5-線圈3.5常用零件的選擇通用部件是具有特定功能的基礎部件，按照標準化、系列化、通用化的原則設計制造。連接尺寸均勻，結構合理，性能穩定。共用元件的選擇是組設計的重要方面之一。3.5.1銑削動力頭的選擇銑削動力頭采用智博機械設備生產的DX系列多面銑，如圖3-15所示，可實現動力頭垂直位置和水平位置的變化，實現多平面加工.其基本參數如下：電機功率：7.5kw電機轉速：1440rpm分度頭角度±90°銑刀盤直徑：125a300mm主軸轉數：I：250、11：415、111：500、IV：675尺寸：1200x560x490mm結構特點：箱外主軸分度頭減小了傳動箱的體積，結構更加緊湊，便于刀具的拆裝。3.5.2鉆頭的選擇鉆孔動力頭采用中捷機床生產的23080x25鉆頭。如圖3所示，主要關鍵部件采用高強度鑄鐵和特殊鋼，經世界一流的熱處理設備加工而成，經久耐用，并經專用設備連續加工，確保基礎部件優良。;多級主軸轉速和進給可選，經濟高效切削。電機功率：7.5kw電機轉速：16至1250rpm最大孔徑：80mm3.5.3切削液系統的選擇切削液系統是切削加工系統的重要組成部分。切削液系統主要包括切削液系統和切削液。傳統的壓力液體噴霧冷卻系統通常由以下幾部分組成：①切削液所需的壓力和流量將切削液供應到切削區域；②切削液罐：儲存備用切削液和沉淀切削液；③輸送裝置：將切削液輸送到加工區；④凈化裝置：去除切削液中的切屑等機械雜質，使加工區使用的切削液保持清潔；在金屬切削過程中，為了提高切削效率，提高工件的精度，降低工件的表面粗糙度，延長刀具的使用壽命，就需要減少刀具與工件之間的摩擦。工件，刀具和切屑之間，帶走材料變形產生的熱量。.為實現這些目標，一方面可以通過開發高硬度、高抗性材料和改進刀具幾何形狀來迅速提高金屬切削加工效率；另一方面，性能優良的切削液往往能顯著提高切削效率，降低工件表面粗糙度，延長刀具壽命，取得良好的經濟效益。切削液的主要作用有：冷卻、潤滑、清洗、防銹等。3.6機床整體裝配模型3.6.1寧德時代燃氣軟件簡介CATIA是一個涵蓋產品設計各個方面的集成應用軟件包：設計輔助（CAD）、計算機輔助工程分析（CAE）和計算機輔助制造（CAM），支持各類協同產品設計。必要的功能也可以無縫集成，全面支持“企業流程末端”解決方案。CATIA為用戶生產效率的提升、產品和流程的優化、整體效率的提升提供多方位的支持，具有諸多優勢.高度集成：CATIA是一個“端到端”的系統，所有產品應用功能都無縫集成。從概念設計到制造，CAT不僅可以識別與其團隊合