C620車床主傳動系統(tǒng)結構設計【含CAD圖紙+文檔】

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Deckel FP4NC 銑床(a) 增加精度的附加裝置;(b) 增產(chǎn)附加裝置命名法 ae 切削寬度 高速加工（HSM）在汽車、飛機和模具工業(yè)中起著至關重要的作用。通過增加主軸 轉(zhuǎn)速，實驗切削力和溫度的降低已被實驗觀察到2?？蛇_到的切削去除率主要在 QW 1501500 cm 之間，切削速度 Vc 達到 10000 min -1 達到2。切削條件對降低能耗、提高加工效率起著重要作用?；醿?nèi)賈德等。比較了在不同的切削條件下，過時的 FP4 和新的DMG DMU50 銑床的能耗。目的是確定影響不同工具、工藝和材料可達到的去除率的因素。結果表明，特別是在精加工過程中，最大可能的主軸轉(zhuǎn)速是最大可達到的去除 率的瓶頸?？傊?，發(fā)現(xiàn)在切削操作中，過時的機床具有比 40%更高的比能耗。由于最大主軸轉(zhuǎn)速和主軸功率的限制，過時的機床不能達到更高的去除率。在加工材料方面，能 量效率進一步受到限制，這允許比 FP4 提供的更高的切削速度，例如鋁合金3。 12ap 切削深度 D 刀具直徑 Fcmz 平均切削力 fz 每齒進給量 hm 平均厚度 壓力角 kc 切削力 K 矯正因子（Kv：切削速度，KVer:：刀具磨損 K :：切屑厚度） m 斜率 n 主軸轉(zhuǎn)速 s 切削角 Q 切削去除率 z 齒數(shù) 為了提高加工效率,一系列工作開始展開。Rangalajand 和 Dornfeld 進行了一個案例研究，以確定一個最佳角度的面銑削和粗加工4。通過對動能回收系統(tǒng)（KER）的仿 真，提出了一種提高機床能效的有效方案，仿真結果表明，KER 的使用可減少 525%的功耗（5）。石棉實驗測量了切削條件對功率消耗的影響。通過改變切削速度、進給速 度、徑向和軸向切削深度，端銑刀的功耗降低了約 40%。6 為了提高傳統(tǒng)機床的主軸速度，可以通過所謂的 SSI 靈活地升級，參見圖 2。這些SSI 要么由機床主軸驅(qū)動，要么作為機械變速器工作，或者它們由集成流體或電驅(qū)動來驅(qū)動。 在他們的文章中，薩爾加多和阿隆索描述了高速加工機械 SSI 的設計過程7。其目的是通過一個乘法器齒輪箱升級一個傳統(tǒng)的機床。為了通過機械傳動增加主軸速度， 使用了四構件行星齒輪系（PGT）（圖 2）。在減小各自設計方案的體積和動能的同時， 實現(xiàn)了大于 1:10 的速度比。 圖 2.SSI（a）機械傳動；（b）流體驅(qū)動（冷卻劑和空氣）7，9除了提高主軸速度 Yamanaka 等其他人采用楔形滾子牽引傳動改善表面粗糙度。此外，所設計的SSI 能夠通過壓電薄膜8定量地測量切削力。 應用流體驅(qū)動主軸對大型機床進行改造，拓寬了應用范圍。因此舒伯特等人提出一 種用于半精加工、精加工和微銑削工藝的冷卻劑驅(qū)動主軸9。特別是對于加工模具和 模具，需要高主軸功率和精加工操作的粗加工過程的組合，其中需要高主軸速度，可以 通過冷卻劑驅(qū)動的主軸。對于一個示例性的渦輪部件，結果表明制造時間可以減少約75%。 正如前面所討論的，SSI 的應用受到所需切削功率的限制。因此，考慮了不同的切削參數(shù)（刀具直徑、工件材料和切削速度），以估計所需的切削力、功率和可實現(xiàn)的切 削去除率。所有的數(shù)值都是通過計算估算的，在機械加工試驗中沒有得到檢驗。沒有或 具有機械SSI 的過程的值取決于所使用的機器。這意味著只有 FP4 銑床的結果是有效的。它的最大主軸速度為 N3150/分鐘，并作為過時的傳統(tǒng)銑床的典型例子。重點介紹了三種 SSI 模型：機械式、空氣驅(qū)動式和冷卻劑驅(qū)動型 SSI。對于每種類型，已經(jīng)選擇了一個例子進行比較。機械齒輪的傳動比為 5?？諝怛?qū)動的主軸提供 N40000/分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)和N30000/分鐘的冷卻劑驅(qū)動。它們的旋轉(zhuǎn)數(shù)分別取決于空氣和冷卻劑的壓力和流速。 為了計算銑削過程的平均切削力，采用 KiZZLE 方程10。因此，平均芯片厚度 HM 是需要的，并且可以通過以下方程獲得： mzh = 114.6 ffs aeD (1) 和 cosjs = (1 - 2ae )D (2) 在方程（1）和（2）中， S 表示切削弧角O，fz 每齒進給mm ，ae 切削寬度mm 和D 刀具直徑mm 。此外，特定切削力 kc 是必需的，并且可以用以下方法來估算 (3) kc1n=kcmm 在方程式（3）中，kc1 代表特定切削力 N / mm2 和m 斜率的主值。利用這些方程可以計算出平均切削力 Fcmz : Fcmz= apsin k hm kc Kg Kv KVer (4) 在方程（4）中， 是壓力角和ap 的切割深度。K , Kv 和KVer 代表了切屑厚度、切削速度和刀具磨損的校正因素。對不同刀具直徑的平均切削力進行估算，并與主軸以 最高速度提供的力進行比較。只要切削力小于主軸力，刀具直徑就可以使用。對于最高 可能的刀具直徑，使用公式（5）計算去除率 Q： Q = ae ap f z z n(5) 在方程式（5）中，Z 是齒數(shù)和N 的轉(zhuǎn)數(shù) 1min 。對于這個例子，銑刀有推薦的切削寬度。 ae = 0.1 D(6) 推薦切割深度為： ap = 1.5 D(7) 表 1 和表 2 概述了在最大轉(zhuǎn)數(shù)下不同刀具直徑的不同 SSI 的去除率。標記為星（*） 的條目僅是理論值，而 FP4 銑床無法實現(xiàn)，因為所計算的切削力超過所提供的扭矩。由于FP4 的動態(tài)特性，刀具直徑、切削寬度和切削深度的限制還沒有考慮。這些表顯示了SSI 的應用范圍。可以清楚地看出，高刀具直徑僅在沒有 SSI 的情況下才可用。對于需要小刀具直徑的工藝，空氣和冷卻劑驅(qū)動的 SSI 具有優(yōu)勢，尤其是銑削鋁時。切削力相對較小，切削速度大。 冷卻劑驅(qū)動的SSI 可以達到比機械或無 SSI 更高的去除率。 表 1.鋼銑削去除率Q cm3 / min的比較刀具直徑 mm0.512468101216未使用的0.0020.0150.1210.9683.6747.62013.60821.773*43.062機械的0.0100.0760.6054.838.18.37138.102*68.040*108.864*215.309*空氣驅(qū)動 的0.0240.1921.53612.288*46.656*96.768*172.800*276.480*546.816*冷卻液驅(qū) 動0.0180.1441.1529.216*34.992*72.576*129.600*207.360*410.112*表 2.鋁銑削去除率Q cm3 / min的比較*理論值刀具直徑 mm0.512468101216未使用的0.0010.0110.0810.7262.1095.68511.90721.50148.868*機械的0.0070.0570.4543.62910.54628.42659.535*107.503*244.339*空氣驅(qū)動 的0.0180.1441.1529.216*26.784*72.192151.200*273.024*620.544*冷卻液驅(qū) 動0.0140.1080.8646.91220.08854.144*113.400*204.768*465.408*理論值表 3 和表 4 顯示了不同主軸增速器的去除率，其中最大可能的刀具直徑。由于所提供的低功率，空氣和冷卻劑驅(qū)動的主軸不能提供允許使用高刀具直徑的扭矩。盡管主軸 轉(zhuǎn)速高，流體驅(qū)動 SSI 達到相對較低的去除率。這與沒有 SSI 的FP4 銑床相比，減少了加工時間。與此相反，機械模型將切削去除率提高了約 30%，這導致了時間利潤，從而提高了生產(chǎn)率。刀具直徑越小，切削寬度 ae 和切削深度ap 越小，刀具直徑越大。 表 3.具有最高可能刀具直徑的鋼銑削的去除率。主軸增速器未使用的機械的空氣驅(qū)動的泠卻液驅(qū)動的最大可能刀具直徑mm10622切削寬度ae mm10.60.20.2切削深度ap mm15933每齒進給量fz mm0.0720.0540.0160.016齒數(shù)4444轉(zhuǎn)數(shù)nmin -1 3,15015,75040,00030,000去除率Qcm3/min13.60818.3711.5361.152表 4. 鋁銑削刀具的最大切削直徑主軸增速器未使用的機械的空氣驅(qū)動的泠卻液驅(qū)動的最大可能刀具直徑mm12824切削寬度ae mm1.20.80.20.4切削深度ap mm181236每齒進給量fz mm0.0790.0470.0120.024齒數(shù)4444轉(zhuǎn)數(shù)nmin -1 3,15015,75040,00030,000去除率Qcm3/min21.50128.4261.1526.912SSI 作為添加劑的應用是一種有前途的措施，以提高過時的 FP4 銑床的生產(chǎn)率，特別是通過提高去除率。對于具有高刀具直徑的粗加工，機械 SSI 有助于提高去除率，從而節(jié)省加工時間。適用于銑削直徑為 8 mm 的鋼和鋁。對于需要小刀具直徑的操作，使用空氣和冷卻劑驅(qū)動的主軸的切削去除率比FP4 機床大得多，因為沒有更高的切削速度， 或者沒有機械 SSI?？諝夂屠鋮s劑驅(qū)動的 SSI 可根據(jù)工件材料處理刀具直徑達 4 毫米。通過減小切削寬度 AE 和切削深度AP，刀具直徑越大，切削力越小。 這項工作是由德國研究基金會（德意志 FoSunggsEngEnSHIFT）資助的，在合作研究中心 1026（SFB）內(nèi)。 1 Kianinejad, K.; Thom, S.; Kushwaha, S.; Uhlmann, E.: Add-on Error Compensation Unit as Sustainable Solution for Outdated Milling Machines. Procedia CIRP 40 (2016), p. 174 - 178. 2 Neugebauer, R.; Drossel, W.; Wertheim, R.; Hochmuth, C.; Dix, M.: Resource and Energy Efficiency in Machining Using High-Performance and Hybrid Processes. Procedia CIRP 1 (2012), p. 3 - 16. 3 Kianinejad, K.; Uhlmann, E.; Peukert, B.: Investigation into Energy Efficiency of Outdated Cutting Machine Tools and Identification of Improvement Potentials to Promote Sustainability. Procedia CIRP 26 (2015), p. 533 - 538. 4 Rangarajanl, A.; Dornfeld, D.: Efficient Tool Paths and Part Orientation for Face Milling. CIRP Annals 53 (2004) 1, p. 73 - 76. 5 Diaz, N.; Choi, S.; Helu, M.; Chen, Y.; Jayanathan, S.; Yasui, Y.; Kong, D.; Pavanaskar, S.; Dornfeld, D.: Machine Tool Design and Operation Strategies for Green Manufacturing. 4th CIRP International Conference on High Performance (2010). 6 Mori, M.; Fujishima, M.; Inamasu, Y.; Oda, Y.: A study on energy efficiency improvement for machine tools. CIRP Annals Manufacturing Technology 60 (2011) 1, p. 145 - 148. 7 Salgado, D. R.; Alonso, F. J.: Optimal mechanical spindle speeder gearbox design for high-speed machining. The International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology 40 (2009) 7-8, p. 637 - 647. 8 Yamanaka, M.; Sugimoto, K.; Hashimoto, R.; Inoue, K.: Intelligent speed-increasing spindle using traction drive. Precision Engineering 35(2011) 2, p. 191 - 196. 9 Schubert, A.; Harpaz, O.; Books, B.; Eckert, U.; Wertheim, R.: HPC for improved efficiency on standard machine tools by using new fluid-driven spindles. 11th Global Conferene on Sustainable Manufacturing (2013). 10 Hirsch, A.: Werkzeugmaschinen. Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag, 2012. 附錄 2 外文原文