jcs-018型立式数控铣削加工中心z向工作台装配、主轴箱装配与bf3控制系统设计(编辑修改稿)

jcs-018型立式数控铣削加工中心z向工作台装配、主轴箱装配与bf3控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

部 件。 图 37 镗铣加工中心主轴刀具夹紧机构 刀具自动夹紧装置和切屑清除装置由钢球 空气喷嘴 套筒 拉杆 碟形弹簧 油缸（及活塞） 11 组成。 图示为刀具的夹紧状态，在碟形弹簧 8的作用下，拉杆 7始终保持约 10000N 的拉力，并通过拉杆 7左端的钢球 3将刀杆 1 的尾部轴颈拉紧。 刀杆 1采用 7： 24 的大锥度锥柄，在尾部轴颈拉紧的同时，通过锥面的定心和摩擦作用关键所在刀杆 1 夹紧于主轴 2的端部。 松开刀具，将压力油通入油缸 11 的右腔，使活塞推动拉杆 7 向左移动，同时压缩碟形弹簧 8。 毕业论文 18 拉杆 7的左移使左端的钢球 3位于套筒 5的喇叭口处，从而解除了刀杆 1上的拉力。 当提杆 7继续左移，空气喷嘴 4的端部把刀具顶松，机械手便取出刀杆 1。 当机械手将新刀装入后，压力油通入油缸 11 左腔，活塞向右退回原位，碟弹簧8 又拉紧刀杆 1。 当活塞处于左、右两个极限位置时，相应的限位开关发出松开和夹紧的信号。 自动清除主轴孔中的切屑和灰土是换刀操作中的一个不容忽视的问题。 如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其他污物，在拉紧刀杆时，就会划伤锥孔和锥柄表面，甚至会使刀杆发生偏斜，破坏刀具正确定位，影响加工零件的精度，甚至使零件报废。 为了保持主轴锥孔的清洁，常用压缩空气吹屑。 活塞和拉杆的中心，都有压缩空气通道，当活塞向左移动时，压缩空气经活塞和拉杆的通道，由空气喷嘴喷出，将锥孔清理干净。 喷气小孔要有合理的喷射角度，并均匀分布，以提高吹屑效果。 对自动换刀数控镗铣床，切削扭矩是通过刀杆的端面键来传递的。 为了保证自动换刀时 使刀杆的键槽对准主轴上的端面键，主轴需停在一个固定不变的方位上，这由主轴准停装置来实现。 图 37的主轴准停装置由定位盘 10，滚子 12，定位油缸（及活塞） 13，无触点开关 14 以及限位开关 1 16 组成。 当需要停车换刀时，发出准停信号，主轴转换到最低转速运转。 在时间继电器延时数秒后，接通无触点开关 14。 当定位盘 10 上的感应片对准无触点开关 14 时，发出信号切断主轴的传动使其作低速惯性空转。 再经时间继电器短暂延时，接通定位油缸 13 的滚子 12 时，滚子 12 进入槽内使主轴准确停止。 同时，限位开关 15 发出完成准停信 号，如果在规定时间限位开关 15 未发出完成准停信号，则时间继电器发出重新定位信号重复上述动作，直到完成准停为止。 完成准停后，活塞退回原位，开关 16发出相应信号。 四 Z向工作台设计及相关计算 1 滚珠丝杠螺母副机构 （ 1）滚珠丝杠副的工作原理及特点 滚珠丝杠副是一种新型的传动机构，它的结构特点是具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动件，以减少摩擦，丝杠和螺母上都磨有圆弧形的螺旋槽，这毕业论文 19 两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成螺旋线滚道，在滚道内装有滚珠。 当丝杠回转时，滚珠相对于螺母上的滚道滚动，因此丝杠与 螺母之间基本上为滚动摩擦。 为了防止滚珠从螺母中滚出来，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠能循环流动。 滚珠丝杠副的特点是： 1）传动效率高，摩擦损失小。 滚珠丝杠副的传动效率η＝ ～ ，比常规的丝杠螺母副提高 3～ 4 倍。 因此，功率消耗只相当于常规的丝杠螺母副的 1/4～1/3。 2）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度好。 3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。 4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动 ，即丝杠和螺母都可以作为主动件。 5）磨损小，使用寿命长。 6）制造工艺复杂。 滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 7）不能自锁。 特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需添加制动装置。 （ 2） 滚珠丝杠副的参数 名义直径 d0：滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。 导程 L：丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。 基本导程 L0：丝杠相对于螺母旋转 2π弧度时，螺母上基准点的 轴向位移。 接触角 β ：在螺纹滚道法向剖面内，滚珠球心与滚道接触点的连线和螺纹轴线的垂直线间的夹角，理想接触角 β 等于 450。 此外还有丝杠螺纹大径 d、丝杠螺纹小径 d螺纹全长 l、滚珠直径 db、螺母螺纹大径 D、螺母螺纹小径 D滚道圆弧偏心距 e 以及滚道圆弧半径 R等参数。 导程的大小是根据机床的加工精度要求确定的。 精度要求高时，应将导程取小些，这样在一定的轴向力作用下，丝杠上的摩擦阻力较小。 为了使滚珠丝杠副具有一定的承载能力，滚珠直径 db不能太小。 导程取小了，就势必将滚珠直径 db取小，滚珠丝杠副的承载能力亦随之 减小。 若丝杠副的名义直径 d0 不变，导程小，则螺旋升角 λ 也小，传动效率 η 也变小。 因此导程的数值在满足机床加工精度的条件下，应尽可能取大些。 毕业论文 20 名义直径 d0与承载能力直接有关，有的资料推荐滚珠丝杠副的名义直径 d0应大于丝杠工作长度的 1/30。 数控机床常用的进给丝杠，名义直径 d0=φ 30~φ 80mm 2 滚珠丝杠副的选择计算 （ 1）滚珠丝杠副的计算 已知：平均工作载荷 Fm=3000N，丝杠工作长度 L=。 平均转速 nm =100r/min，最大转速 nmax =4500r/miｎ，使用寿命Ｌｈ＝ 15000ｈ左右，材料为钢，滚道硬度为 60HRC，传动精度  mm,求计算载荷 CF 【 8】。 CF = FK  HK  KA  mF 查表 26 取 FK =，查表 27 取 KH =， 因为精度等级为Ｄ级，因此 KA ＝ 所以 CF ＝    70＝ 4800Ｎ （ 2）计算额定动载荷计算值 aC aC ＝ CF 43  hm Ln ＝ 4800 3 120xx1500  ＝ 21686Ｎ 额定动载荷 21686N＜ 22556N 故查《机电一体化设计基础》表 29 考虑各种因素 选用 由表选择滚珠 丝杠副数据如下： 公称直径： D0 =50mm 导 程：Ｐ＝ 6ｍｍ 螺 旋 角：  ＝ 552  滚珠直径：ｄ 0 ＝ 滚道半径：Ｒ＝ 0d = = 偏 心 距：ｅ = （Ｒ－ｄ 0 /2）＝ (－ ） = 310 mm 毕业论文 21 丝杠内径：ｄ 1 ＝ D0 ＋ｅ－ 2Ｒ = （ 3）稳定性验算 由于一端轴固定的丝杠在工作时可能会发车生失稳，所以在设计时应验算其安全系数，其值应大于丝杠副传动允许安全系数 [S] 计算临界载荷 crF crF ＝ 22)( lEIa 刚弹性模量 E＝  1011 ｐａ 根据已知条件： aI ＝  ｄ 1 4 /64= /64= 910 4m 选取ｕ＝ 2/3【 3】 crF ＝29112)( = 安全系数： Ｓ＝ crF / mF =查表 210 知 [S]＝ ～ Ｓ  S 即丝杠是安全的，不会失稳。 （ 4）丝杠在高速工作时可能发生共振，因此需验算其不会发生共振的最高转速 ｎ cr ＝ 9910 212)( l dfc 取ｆ c ＝ ， 181。 ＝ 2/3【 3】 ｎ cr ＝ 9910 22)(  =ｎ cr  nmax ＝ 4500ｒ /min。 所以丝杠不会发生共振。 （ 5）滚珠丝杠要求 D0 n 410 mmr/min 0D ｎ＝ 50 100＝ 410 mmr/min〈 410 mmr/min 所以该丝杠副工作稳定，符合设计要求。 （ 6）刚度验算 滚珠丝杠导程变形量： cGJTPEAPFL 2 20  Ｔ＝ Fm 20D tan（  ） 在本次设计中 取摩擦系数为 tan  ，即  毕业论文 22 Ｔ＝ 3000 tan ( 3   552  +） =ｍ CGJTPEAPFL 2 20  = 214EdPFm+ 412216GdTP = 492232113)( )104(16)( 701044   = 210 m 因此丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误 差为 PLlL 0 =  /4 310 = m 要求 mmmL   该丝杠的导程误差满足上式，故其刚度满足要求。 （ 7）效率验算 =tan /tan（  ） = 要求在 — 之间，所以此丝杠副是合格的。 3 导轨的选择 导轨，他是有运动件和承导件组成，目的是用来支承和引导运动件外在驱动下按给定的方向做往复运动，依定位原理，在结构设计上，必须限制运动件的五个自由度，而保留其按规定方向移动的自由度。 直线导轨副具有承载能力大，接触刚性高，可靠性高等特点，主要在机床的床身 ，工作台导轨和立柱上，下升降导轨上使用。 我们可以根据负载大小，受载荷方向，冲击和振动大小等多种情况来选择。 a:根据直线导轨的受力方向 由于滚动直线导轨副的滑块与导轨上通常有四列圆弧滚道，因此能承受四个方向的负荷和翻转力矩。 滚动直线导轨副承受能力会随滚到中心距增大而加大。 b:根据滚动直线导轨副的负荷大小 不同规格有着不同的承载能力，可根据承受负荷大小选择。 为使每副滚动直线导轨都有比较理想的使用寿命，可根据所选厂家提供的近似公式计算额定寿命和额定小时寿命，以便给定合理的维修和更换周期。 还需要考虑滑块承受载荷 之后，滑块滚动阻力的影响，最好要进行滚动阻力的计算，以便确定合理的驱动力。 c:预加负载的选择 毕业论文 23 根据设计结构的冲击，振动情况以及精度要求，选择合适的预压值。 （ 1）导轨型号的选择 已知滑座上的载荷为 F=3000N，滑座个数 4 个，单向行程长度 ，每分钟往返次数为 4 由snlTsT 2 10*s 3 得 Ts=2*9000**4*60/1000=2592KM 因滑座个数为 4 所以没根导轨上使用 2 个滑座，由《机电一体化设计基础》表215~218确定 fc=,fH `=1,fT=1,fW =2 所以由 Ts= KFf Cfff w aTHc3 K为寿命系数，一般取 K=50 ㎞ 得 Ca =37556N 因为 37556N43800N,所以选择 HJG－ D45 型滚动直线导轨 4 离合器的选择 离合器的基本要求： （ 1） 结合平稳，分离彻底，动作准确可 靠。 （ 2） 质量轻，外型小，惯性小，结构简单，工作安全。 （ 3） 操作方便，省力，散热性好，寿命长。 选择离合器可按以下公式确定计算转矩： 对于牙嵌式离合器 Tc=KT 对于摩擦式离合器 Tc=TVKKKT 式中 Tc 离合器计算转矩，。 T 离合器额定转矩，。 K 工况系数 KT 离合器的结合次数修正系数； KV 离合器的圆周速度修正系数。 摩擦面上的平均圆周速度 Vm 圆周速度， m/s Dm 摩擦面平均直径， mm D1 摩擦面的内径， mm D2 摩擦面的外径， mm 毕业论文 24 n 离合器的转速， r/min。 离合器形式与结构选择 选用离合器首先应在国家，机械行业以及企鹅也标准离合器中进行选择，采用国标或者机标产品的标准离合 器产品便于易损件的配套互换。 （ 1） 根据离合器的使用条件，选择离合器的结合元件。 a. 低速，地址转动下离合，不频繁离合可选刚性结合元件，刚性结合原件具有传递力矩大，传动速比不变，不产生摩擦热，体积等特点。 b. 当传动系统要就缓冲，通过离合器吸收峰值力矩，则个选用半刚性结合原件，即摩擦元件。 c. 长期打滑的工况，则应选择电磁和液压传递能量的离合器。 （ 2） 根据工作机的要求选择离合器的操作方式。 a． 结合次数不多，传递力矩不大的离合器常用气动或液压操作系统。 b． 中小型，频繁操作，结合速度快，可采用电磁操作系统。 （ 3） 根据机械设备的工作要求确定 离合器的容量，包括转矩容量和热容量，转矩容量是离合器的基本参数，必须大于机械的载荷力矩和惯性力矩。 （ 4） 离合器的寿命也。