橡膠輪胎硫化機(jī)熱盤加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)
橡膠輪胎硫化機(jī)熱盤加工專用機(jī)床設(shè)計(jì),橡膠輪胎硫化機(jī)熱盤加工專用機(jī)床設(shè)計(jì),橡膠輪胎,硫化,機(jī)熱盤,加工,專用,機(jī)床,設(shè)計(jì)
摘 要
組合機(jī)床是一種高效率專用機(jī)床，有特定的使用條件，不是在任何情況下都可以收到良好的經(jīng)濟(jì)效益，在確定設(shè)計(jì)機(jī)床前，應(yīng)該進(jìn)行具體的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。加工同一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的零件，通常會(huì)有很多種工藝方案，不同的方案會(huì)有不同的經(jīng)濟(jì)效果，影響技術(shù)經(jīng)濟(jì)的因素有很多，有時(shí)技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)的方案，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不一定優(yōu)越，因此，需要對(duì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作綜合評(píng)價(jià)，綜合多數(shù)的意見，選出優(yōu)化方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)，如果滿意即可決定。
本課題設(shè)計(jì)的是橡膠輪胎硫化機(jī)熱盤加工專用機(jī)床。其來源于江陰昌明橡膠機(jī)械有限公司。在總體設(shè)計(jì)中：根據(jù)合同中的產(chǎn)量要求，來計(jì)算工件的加工時(shí)間以及專用機(jī)床的進(jìn)給速度等。接著從工件下手，圖紙和工件材料來計(jì)算出動(dòng)力部件所需要的切削力和切削功率等，從而來合理的選擇出所需要的動(dòng)力部件。然后根據(jù)切削力以及工件的重量來設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局。根據(jù)工件體積重量等相關(guān)資料，合理設(shè)計(jì)床身、立柱、橫梁等部件。繪制焊接圖和總裝配圖。本設(shè)計(jì)在保證加工效率和質(zhì)量的前提下，盡可能的減少專用機(jī)床的制造成本，將效率、效益最大化。
關(guān)鍵詞：專用機(jī)床；總體設(shè)計(jì)；制造成本
Abstract
Combination machine is a high efficiency special purpose machine, there are specific conditions of use, not in any case, it can receive good value for money, in determining the design of the machine, it should carry out specific economic and technical analysis. Machining of parts with a mechanical product, there is usually a variety of technology programs, different programs have different economic effects, technical and economic factors that affect a lot, and sometimes technical indicators advanced solutions, economic indicators are not necessarily advantageous, therefore, need on the technical, economic indicators for comprehensive evaluation, comprehensive views of the majority to elect the economic effect evaluation optimization program, you can decide if satisfied.
Design of this project is a rubber tire vulcanizing machine hot plate special machine. It derives from Jiang Yin Changming Rubber Machinery Co., Ltd.. In the overall design: the production requirements under the contract, to calculate the machining time and the special machine tool feed speed. Then start from the workpiece, workpiece material drawings and to calculate the dynamic component of the cutting force and the cutting power required, so as to select a reasonable part of the power needed. Then according to the weight of the workpiece and the cutting force to design the structure and layout of the feed system. Volume weight of the workpiece and other relevant information, the rational design bed, column, beams and other components. Plot welding drawings, and assembly drawings. This design process to ensure the efficiency and quality of the premise, as far as possible to reduce the manufacturing cost of special machine that will efficiently, maximize efficiency.
Key words: special purpose machine; overall design; manufacturing costs
目錄
摘 要 III
Abstract IV
目錄 V
1 緒論 1
1.1 江陰昌明橡膠機(jī)械有限公司簡介 1
1.2 本設(shè)計(jì)任務(wù)簡介 1
1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān)要求 1
1.4 熱盤工件圖樣 2
2 加工方法選擇 2
2.1 工藝方案的制定 3
2.2 采用立式銑削加工的理由 3
2.3數(shù)控編程 4
2.3.1機(jī)床總體設(shè)計(jì) 4
2.3.2 數(shù)控編程坐標(biāo)系的選取 4
3 專用機(jī)床總體設(shè)計(jì) 7
3.1 機(jī)床的選擇 7
3.2 專用機(jī)床的設(shè)計(jì) 8
3.2.1 主要部件 8
3.2.2 部件材料及制造方法 9
3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì) 9
3.3.1 導(dǎo)軌的選擇 9
3.3.2 滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 10
3.3.3 步進(jìn)電機(jī)的選用 13
3.4 確定專機(jī)的驅(qū)動(dòng)，切削力，切削功率、電動(dòng)機(jī)選擇等計(jì)算 14
3.5 通用部件的選用 16
3.5.1 通用部件選用的方法和原則 16
3.5.2 動(dòng)力部件的選用 17
3.5.3 其它通用部件的確定 17
3.6 床身部件的設(shè)計(jì) 18
3.7 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19
3.7.1 冷卻液的作用和選擇 19
3.7.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19
3.8 繪制專機(jī)總圖 19
3.8.1專機(jī)尺寸聯(lián)系圖 19
3.8.2 專機(jī)總裝配圖 21
4 床身部件的設(shè)計(jì) 23
4.1 材料的選擇 23
4.2 焊接方式以及注意事項(xiàng) 23
4.2.1 焊接方式 23
4.2.2焊接加工的注意事項(xiàng) 23
4.3 加工工藝路線 24
4.4 床身圖及技術(shù)要求說明 24
5 結(jié)論與展望 27
5.1 結(jié)論 27
5.2不足之處及未來展望 27
參考文獻(xiàn) 28
致謝 29
附錄 30
33
橡膠輪胎硫化機(jī)熱盤加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 江陰昌明橡膠機(jī)械有限公司簡介
江陰昌明橡膠機(jī)械有限公司,位于風(fēng)景秀麗的江蘇省無錫市江陰祝塘鎮(zhèn)文林社區(qū)，距無錫市五十公里,水陸交通十分便利。
該公司專門從事橡膠機(jī)械的生產(chǎn).其各項(xiàng)性能指標(biāo)均已達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平， 目前，該公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的產(chǎn)品已為國內(nèi)外幾十家生產(chǎn)廠家配套。該公司除對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品精益求精外,還可根據(jù)用戶需要專業(yè)設(shè)計(jì),制造特殊的產(chǎn)品。
公司秉承“創(chuàng)新理念、追求卓越、迅速改善、永續(xù)經(jīng)營“的經(jīng)營理念；并以“質(zhì)量是第一工作”，“顧客的滿意是我們的榮譽(yù)”作為我們永遠(yuǎn)不變的質(zhì)量政策；以愛護(hù)環(huán)境、回報(bào)社會(huì)、關(guān)愛雇員等社會(huì)責(zé)任為己任；把“誠信、負(fù)責(zé)、創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)”作為公司不斷的追求和目標(biāo)，愿與廣大朋友攜手共創(chuàng)美好的明天！
1.2 本設(shè)計(jì)任務(wù)簡介
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為“橡膠輪胎硫化機(jī)熱盤加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)”，本設(shè)計(jì)的專題為“專用機(jī)床的總體設(shè)計(jì)和床身部件設(shè)計(jì)”。課題來源于江陰昌明橡膠機(jī)械有限公司。本課題系橡膠輪胎硫化機(jī)熱盤加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)，對(duì)于橡膠輪胎硫化機(jī)及其這一些橡膠輪胎硫化機(jī)熱盤加工均有一定得參考價(jià)值，在硫化機(jī)熱盤加工行業(yè)技術(shù)更新中起相當(dāng)?shù)淖饔谩?
本設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的要求：
（1）對(duì)熱盤加工工藝（經(jīng)簡化）方案的簡要分析比較；
（2）完成本設(shè)計(jì)的機(jī)床總圖及床身等部件圖；
（3）設(shè)計(jì)說明書一份，要求對(duì)機(jī)床的總體設(shè)計(jì)部分詳細(xì)分析說明，并包括必要的計(jì)算，文字簡潔通順；
（4）對(duì)制造廠家調(diào)研，了解其對(duì)質(zhì)量、成本要求，所設(shè)計(jì)的專機(jī)要結(jié)合廠方具體生產(chǎn)條件；
（5）作為總體設(shè)計(jì)要求對(duì)各部件設(shè)計(jì)提出恰當(dāng)?shù)囊蟆?
1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān)要求
根據(jù)廠方的要求，本設(shè)計(jì)于四月初定稿，五月開始試制，七月裝配完成并投入生產(chǎn)。每只零件加工費(fèi)用為800元到900元，要求年產(chǎn)量1000件并簽訂了兩年的合同，但考慮到今后如有長期合同，則現(xiàn)有的專用機(jī)床不能完全滿足生產(chǎn)需要，需購入大型立式鏜銑加工中心加工，但該機(jī)床售價(jià)160萬左右，目前經(jīng)濟(jì)上尚不能實(shí)現(xiàn)，所以如果這兩年合同完成后，又有（三年以上）長期加工合同，則可以考慮購買立式加工中心。出于對(duì)盈利的考慮，此設(shè)計(jì)需要盡量降低造價(jià)，力爭造價(jià)在5萬元以內(nèi)。
1.4 熱盤工件圖樣
圖1.1 熱盤工件圖樣
2 加工方法選擇
2.1 工藝方案的制定
機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機(jī)械加工工藝過程和操作方法的工藝文件。生產(chǎn)規(guī)模的大小，工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機(jī)械加工工藝規(guī)程來體現(xiàn)。因此，機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要而又嚴(yán)肅的工作。為能具體確切地說明工藝過程，一般將機(jī)械加工工藝過程分為工序、安裝、工位、工步和走刀。
這是設(shè)計(jì)組合機(jī)床最重要的一步。工藝方案制定得正確與否，將決定機(jī)床能否達(dá)到“體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，效率高，質(zhì)量好”的要求[1]。為了使工藝方案制定的合理，先進(jìn)，必須從認(rèn)真的分析被加工的零件（或同類零件）圖紙開始，深入現(xiàn)場全面了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位夾緊方式工藝方法和加工過程所采用的刀具，輔具，切屑用量情況及產(chǎn)生率要求高，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)設(shè)計(jì)，制造，使用單位和操作者的豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以求理論緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，從而確定零件在組合機(jī)床上完成的工藝（工序）內(nèi)容及方法，決定刀具種類，結(jié)構(gòu)型式，數(shù)量及切屑用量等。
根據(jù)選定的工藝方案確定機(jī)床的配置型式，并定出影響機(jī)床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案，以確保零件的加工精度，技術(shù)要求及生產(chǎn)率；又要考慮機(jī)床的操作方便可靠，易于維修，且冷卻，排屑情況良好。
以上兩個(gè)步驟是十分重要的。對(duì)于同一個(gè)零件的加工，可能會(huì)有各種不同的工藝方案和機(jī)床配置方案，在最后決定采取哪種方案時(shí)，決不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進(jìn)行多種方案對(duì)比，從中選擇最佳方案。
2.2 采用立式銑削加工的理由
由于銑削具有工藝范圍廣、生產(chǎn)效率高、容易產(chǎn)生振動(dòng)、刀齒散熱條件好等特點(diǎn)，所以立式銑床的銑削加工時(shí)中小零件的加工中非常普遍。
立式銑床銑削加工的特點(diǎn)：銑刀是典型的多刃刀具，加工過種有幾個(gè)刀齒同時(shí)參加切削， 點(diǎn)的切削寬度較大，銑削時(shí)的主運(yùn)動(dòng)是銑刀的旋轉(zhuǎn)，有利于進(jìn)行高速切削，故銑刀的生產(chǎn)率高于刨削加工。銑削加工范圍廣，可以加刨削無法加工或難以加工的表面。立式銑床銑削過程中，就每個(gè)刀齒而言是依次參加切削，刀齒在離開工件的一段時(shí)間內(nèi)，可以得到一次冷卻[2]。因此，刀齒散熱條件好，有利于減少銑刀的磨損，延長了使用壽命。由于是斷續(xù)切削，刀齒在切入切出工件時(shí)產(chǎn)生沖擊，而且每個(gè)刀齒的切削厚度也時(shí)刻在變化，這就引起切削面積和切削力的變化，因此銑削過程不平穩(wěn)，容易產(chǎn)生振動(dòng)，直接影響工件表面粗糙度。
立式銑床銑刀比刨床刨刀結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，銑刀的制造與刃磨比刨刀困難，所以銑削成本比刨削高。銑削與刨削的加工質(zhì)量大致相同，經(jīng)粗精加工后都可達(dá)到中等精度，但在加工大平面時(shí)，刨削后明顯接刀痕，而且直徑小于工件寬度的端銑刀加工時(shí)，各次走刀間有明顯的接刀痕，影響表面質(zhì)量，銑削加工用于單件小批量生產(chǎn)，也造用于大批量生產(chǎn)。
2.3 數(shù)控編程
2.3.1 關(guān)于數(shù)控編程
我們都知道，在普通機(jī)床上加工零件時(shí)，一般是由工藝人員按照設(shè)計(jì)圖樣事先制訂好零件的加工工藝規(guī)程。在工藝規(guī)程中制訂出零件的加工工序、切削用量、機(jī)床的規(guī)格及刀具、夾具等內(nèi)容。操作人員按工藝規(guī)程的各個(gè)步驟操作機(jī)床，加工出圖樣給定的零件。也就是說零件的加工過程是由人來完成。例如開車、停車、改變主軸轉(zhuǎn)速、改變進(jìn)給速度和方向、切削液開、關(guān)等都是由工人手工操縱的[3]。
在由凸輪控制的自動(dòng)機(jī)床或由仿形機(jī)床加工零件時(shí)，雖然不需要人對(duì)它進(jìn)行操作，但必須根據(jù)零件的特點(diǎn)及工藝要求，設(shè)計(jì)出凸輪的運(yùn)動(dòng)曲線或靠模，由凸輪、靠?？刂茩C(jī)床運(yùn)動(dòng)，最后加工出零件。在這個(gè)加工過程中，雖然避免了操作者直接操縱機(jī)床，但每一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)或靠模，只能加工一種零件。當(dāng)改變被加工零件時(shí)，就要更換凸輪、靠模。因此，它只能用于大批量、專業(yè)化生產(chǎn)中。
數(shù)控機(jī)床和以上兩種機(jī)床是不一樣的。它是按照事先編制好的加工程序，自動(dòng)地對(duì)被加工零件進(jìn)行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量、切削參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)給量、背吃刀量等)以及輔助功能(換刀、主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、切削液開、關(guān)等)，按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這程序單中的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上(如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲(chǔ)器)，然后輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，從而指揮機(jī)床加工零件。
這種從零件圖的分析到制成控制介質(zhì)的全部過程叫數(shù)控程序的編制。從以上分析可以看出，數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工零件的區(qū)別在于控機(jī)床是按照程序自動(dòng)加工零件，而普通機(jī)床要由人來操作，我們只要改變控制機(jī)床動(dòng)作的程序就可以達(dá)到加工不同零件的目的。因此，數(shù)控機(jī)床特別適用于加工小批量且形狀復(fù)雜要求精度高的零件。
從外觀看，數(shù)控機(jī)床都有CRT屏幕，我們可以從屏幕上看到加工各種工藝參數(shù)等內(nèi)容。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，數(shù)控機(jī)床沒有變速箱，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是由直流或交流無級(jí)變速伺服電動(dòng)機(jī)來完成另外，數(shù)控機(jī)床一般都有工件測量系統(tǒng)，在加工過程中，可以減工件進(jìn)行人工測量的次數(shù)。所以數(shù)控機(jī)床在各行各業(yè)中的使用將來越普及。
由于數(shù)控機(jī)床要按照程序來加工零件，編程人員編制好程序以后，入到數(shù)控裝置中來指揮機(jī)床工作。程序的輸入是通過控制介質(zhì)來的。具體的方法有多種，如穿孔紙帶、數(shù)據(jù)磁帶、軟磁盤及手動(dòng)輸入即MDI。
2.3.2 數(shù)控編程坐標(biāo)系的選取
2.3.2.1 直角坐標(biāo)系數(shù)控編程
機(jī)床中使用順時(shí)針方向的直角坐標(biāo)系（右手笛卡爾直角坐標(biāo)系），機(jī)床中的運(yùn)動(dòng)是指刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是道具相對(duì)于靜止工件的運(yùn)動(dòng)。
直角坐標(biāo)系的編程程序更加適用于縱向工作臺(tái)?？v向工作臺(tái)由縱向絲杠帶動(dòng)在轉(zhuǎn)臺(tái)的導(dǎo)軌上作縱向移動(dòng)，以帶動(dòng)臺(tái)面上的工件作縱向進(jìn)給[4]。臺(tái)面上的 T形槽用以安裝夾具或工件。根據(jù)工件加工的需要，在機(jī)床上各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的數(shù)字控制可以是相互獨(dú)立的，也可以是聯(lián)動(dòng)的?？v向工作臺(tái)在精度，穩(wěn)定和快速相應(yīng)等方面十分配合系統(tǒng)，且縱向工作臺(tái)價(jià)格較低，設(shè)計(jì)也相對(duì)簡單，使用更加便捷。
使用直角坐標(biāo)系編寫的數(shù)控編程見圖2.1
圖2.1直角坐標(biāo)系的數(shù)控編程
2.3.2.2 極坐標(biāo)數(shù)控編程
在數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)系是由極點(diǎn)、極軸和極角組成，然而在數(shù)控車銑加工中心上的極坐標(biāo)系的概念與數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)系完全不同，在車銑加工中心上的極坐標(biāo)系是在與機(jī)床Z軸垂直的平面內(nèi)，由相互垂直的實(shí)軸（第一軸）X和虛軸（第二軸）C組成，極坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)與程序原點(diǎn)重合，且虛軸C的單位不是度或弧度，而是與實(shí)軸X軸的單位一樣，均為毫米。
極坐標(biāo)系編程適應(yīng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是機(jī)械加工中常用的機(jī)床附件，用于鏜床，銑床，鉆床等需要多面轉(zhuǎn)位加工的工件。
使用極坐標(biāo)編寫的數(shù)控編程見圖2.2
圖2.2 極坐標(biāo)系的數(shù)控編程
2.3.2.3 坐標(biāo)系的選擇
極坐標(biāo)的數(shù)控編程適合分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，這樣的工作臺(tái)，機(jī)床占地面積比較小，但是該工作臺(tái)上料很不方便，要增加一個(gè)工作臺(tái)推出機(jī)構(gòu)或者一臺(tái)上料機(jī)，這樣的話，專機(jī)的制造成本將會(huì)增加，而且分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)繁瑣，造價(jià)比較昂貴并且不便于大型工件裝夾。
直角坐標(biāo)系的數(shù)控編程適合縱向移動(dòng)的工作臺(tái)加工，這樣的話，工作臺(tái)自己就能縱向推出，方便上料，而且縱向移動(dòng)的工作臺(tái)結(jié)構(gòu)相對(duì)于分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來說更加簡單，所以對(duì)于它的設(shè)計(jì)和制造，跟分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)相比之下，成本更低，設(shè)計(jì)制造簡單方便。
所以綜上所述，由于造價(jià)成本的需求，此次選用直角坐標(biāo)系進(jìn)行編程。
3 專用機(jī)床總體設(shè)計(jì)
3.1機(jī)床的選擇
立式銑床（見圖3.1）與臥式銑床（見圖3.2）相比較，主要區(qū)別是主軸垂直布置，除了主軸布置不同以外，工作臺(tái)可以上下升降， 立式銑床用的銑刀相對(duì)靈活一些，適用范圍較廣?？墒褂昧姷?、機(jī)夾刀盤、鉆頭等。可銑鍵槽、銑平面、鏜孔等。臥式銑床也可使用上面各種刀具，但不如立銑方便，主要是可使用掛架增強(qiáng)刀具（主要是三面刃銑刀、片狀銑刀等）強(qiáng)度?？摄姴?、銑平面、切斷等。臥式銑床一般都帶立銑頭，雖然這個(gè)立銑頭功能和剛性不如立式銑床強(qiáng)大，但足以應(yīng)付立銑加工。這使得臥式銑床總體功能比立式銑床強(qiáng)大[5]。立式銑床沒有此特點(diǎn)，不能加工適合臥銑的工件。生產(chǎn)率要比臥式銑床高。立式銑床是一種通用金屬切削機(jī)床。本機(jī)床的主軸錐孔可直接或通過附件安裝各種圓柱銑刀、成型銑刀、端面銑刀、角度銑刀等刀具。
產(chǎn)品用途：適用于加工各種零部件的平面、斜面、溝槽、孔等，是機(jī)械制造、模具、儀器、儀表、汽車、摩托車等行業(yè)的理想加工設(shè)備。所以現(xiàn)在很多廠家，都選用臥式銑床加立銑頭，節(jié)省設(shè)備投資。但是由于立銑的零活多，這種臥式銑床加立銑頭的方式，實(shí)際上是天天掛著立銑頭，當(dāng)立銑用，反而不如立式銑床更適合。 臥銑多用于齒輪,花鍵,開槽,切割等加工,立式銑床除多用于平面加工方面外,平面有高低曲直幾何形狀的工件,如模具類,立銑也可以發(fā)揮很大的作用。
圖3.1立式銑床 圖3.2臥式銑床
龍門銑床簡稱龍門銑（見圖3.3），是具有門式框架和臥式長床身的銑床。龍門銑床上可以用多把銑刀同時(shí)加工表面，加工精度和生產(chǎn)效率都比較高，適用于在成批和大量生產(chǎn)中加工大型工件的平面和斜面。數(shù)控龍門銑床還可加工空間曲面和一些特型零件。龍門銑床的外形與龍門刨床相似，區(qū)別在于它的橫梁和立柱上裝的不是刨刀刀架而是帶有主軸箱的銑刀架，并且龍門銑床的縱向工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)不是主運(yùn)動(dòng)，而是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)[6]。且龍門銑床具有足夠的剛性，效率高，操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，性能全面性等特點(diǎn)。另外，由于龍門銑床的特殊結(jié)構(gòu)，十分便于大型工件的裝夾。
通過對(duì)于立式銑床與龍門銑床的性能分析，本次設(shè)計(jì)將龍門銑床與立式銑床相結(jié)合，立銑式龍門銑床不僅大大節(jié)約了機(jī)床的制造成本，并且提高了工件的裝夾效率。
1—工作臺(tái) 2、9—水平銑頭 3—橫梁 4、8—垂直系統(tǒng)
5、7—立柱 6—頂梁 10—床身
圖3.3 龍門銑床
3.2專用機(jī)床的設(shè)計(jì)
3.2.1主要部件
（1）機(jī)床立柱是機(jī)床重要的結(jié)構(gòu)件之一，起著機(jī)床上下運(yùn)動(dòng)及支撐作用。立柱主要是對(duì)主軸箱起到支撐作用，滿足主軸的Z向運(yùn)動(dòng)。普遍采用的是雙立柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，對(duì)于大中型的移動(dòng)立柱固定于滑座上。因?yàn)榱⒅沁B接床身與主軸、刀庫的重要部件，所以它的設(shè)計(jì)必須得到重視。對(duì)于主軸來講，正確的安裝立柱對(duì)于加工中心加工出合格的零件有著不能忽視的作用，而立柱的安裝主要反映在其與工作臺(tái)的垂直度上。
（2）橫梁是機(jī)床的主要支承件，對(duì)整個(gè)機(jī)床的性能影響非常大。因此應(yīng)該根據(jù)載荷情況以及機(jī)床的使用要求，設(shè)計(jì)橫梁的結(jié)構(gòu)形式。龍門式機(jī)床橫梁的受力結(jié)構(gòu)為兩點(diǎn)簡支梁支承形式，造成橫梁變形的主要原因是重力和加工時(shí)的切削力。除了衡量本身重量大造成穩(wěn)定變形以外，當(dāng)考慮橫梁上的托板和主軸箱等移動(dòng)不見從一端移動(dòng)到中部時(shí)，引起橫梁不穩(wěn)定的彎曲變形。由于結(jié)構(gòu)的原因，主軸箱呈懸臂結(jié)構(gòu)，其重力會(huì)引起橫梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。對(duì)于大型和重型機(jī)床，移動(dòng)件的重量大，切削力也很大，因此進(jìn)行受力分析時(shí)，必須同時(shí)考慮移動(dòng)件重力和切削力等載荷作用[7]。要根據(jù)機(jī)床的受力結(jié)構(gòu)和工作要求，分析得出極限工作載荷，作為設(shè)計(jì)橫梁結(jié)構(gòu)的依據(jù)。
（3）機(jī)床床身的用途，床身起支撐作用；為機(jī)械提供運(yùn)行軌道；為各種運(yùn)動(dòng)提供良好的精度服務(wù)。床身需要有足夠剛性；有足夠表面硬度和耐磨性；有相對(duì)穩(wěn)定較小熱脹冷縮系數(shù)，能為各種運(yùn)動(dòng)提供良好的精度服務(wù)。鋼板焊接床身制造成本低的另一個(gè)原因是鋼板焊接的床身重量比鑄鐵的床身要輕許多，一般可以減輕重量的30%左右。因?yàn)榇采淼膭傂耘c材料的彈性模數(shù)成正比，鋼的彈性模數(shù)E=2公斤/厘米2，而灰鑄鐵的彈性模數(shù)E=1.15公斤/厘米2，從而鋼板焊接床身壁和筋的厚度比鑄件還薄。用鋼板焊接床身制造起來速度快，這對(duì)技改中自制設(shè)備特別有利。用一部普通的交流電焊機(jī)，用手弧焊來焊接機(jī)床的床身，兩個(gè)工人大約用兩三個(gè)星期就可以完成。如果采用那個(gè)一般鑄造的方法制造機(jī)床床身，不僅要考慮造型，而且還要準(zhǔn)備芯鐵和砂箱等，澆鑄后要清砂整形，即使不把模型制造周期計(jì)算在內(nèi)，也往往要比焊接結(jié)構(gòu)的床身制造周期要長，使用的人力要多。采用鋼板焊接的床身還可以避免鑄件因鑄造缺陷而報(bào)廢的問題，氣割、焊補(bǔ)，用料拼接和加工都很方便。由于鋼板焊接的床身具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以近年來在國內(nèi)外得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
（4）機(jī)床工作臺(tái)分為開槽工作臺(tái)，焊接工作臺(tái)，鏜銑床工作臺(tái)等。工作臺(tái)主要用于機(jī)床加工工作平面使用，上面有孔和T型槽，用來固定工件，和清理加工時(shí)產(chǎn)生的鐵屑。按JB/T7974-99標(biāo)準(zhǔn)制造，產(chǎn)品制成筋板式和箱體式，工作面采用刮研工藝，工作面上可加工V形、T型、U型槽和圓孔、長孔。
3.2.2部件材料及制造方法
機(jī)床部件結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜時(shí)，可以選擇使用焊接方式將其焊接起來。這樣極大得節(jié)省了加工時(shí)間和人力物力。較之鑄造結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度和剛度高、重量輕、生產(chǎn)周期短以及施工簡單等優(yōu)點(diǎn)。焊接后同樣需經(jīng)過熱處理過程。
焊接是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過程，焊接區(qū)由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮，冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力，矯正焊接變形。
現(xiàn)代焊接技術(shù)已能焊出無內(nèi)外缺陷的、機(jī)械性能等于甚至高于被連接體的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱為焊接接頭，接頭處的強(qiáng)度除受焊縫質(zhì)量影響外，還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關(guān)。接頭的基本形式有對(duì)接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。
對(duì)接接頭焊縫的橫截面形狀，決定于被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式。焊接較厚的鋼板時(shí)，為了焊透而在接邊處開出各種形狀的坡口，以便較容易地送入焊條或焊絲。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口。選擇坡口形式時(shí)，除保證焊透外還應(yīng)考慮施焊方便，填充金屬量少，焊接變形小和坡口加工費(fèi)用低等因素。
厚度不同的兩塊鋼板對(duì)接時(shí)，為避免截面急劇變化引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，常把較厚的板邊逐漸削薄，達(dá)到兩接邊處等厚。對(duì)接接頭的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度比其他接頭高。在交變、沖擊載荷下或在低溫高壓容器中工作的聯(lián)接，常優(yōu)先采用對(duì)接接頭的焊接[8]。
搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡單，裝配方便，焊接變形和殘余應(yīng)力較小，因而在工地安裝接頭和不重要的結(jié)構(gòu)上時(shí)常采用。一般來說，搭接接頭不適于在交變載荷、腐蝕介質(zhì)、高溫或低溫等條件下工作。
3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)
3.3.1導(dǎo)軌的選擇
機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。
按接觸面的摩擦性質(zhì)可分為：
（1） 滑動(dòng)導(dǎo)軌副：
滑動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)簡單，阻尼系數(shù)大，剛度大；但易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象，易磨損。滑動(dòng)導(dǎo)軌是金屬對(duì)金屬型式，目前在數(shù)控機(jī)床上很少采用。摩擦系數(shù)較大，而且變化范圍也大，對(duì)于精度高的工件加工心有余而力不足。承載能力中等。接觸剛度高。滑動(dòng)導(dǎo)軌一般僅用于普通精度的機(jī)床。數(shù)控機(jī)床已不采用。
（2） 滾動(dòng)導(dǎo)軌副：
直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由導(dǎo)軌和滑塊兩部分組成。導(dǎo)軌通常為兩根，裝在支撐件上，每根導(dǎo)軌上有2個(gè)滑塊，固定在移動(dòng)件導(dǎo)軌體上。
直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的工作原理就是滑塊中裝有四組滾珠，在導(dǎo)軌條的滑塊的斷點(diǎn)，就經(jīng)合成樹脂制造的端面擋板和滑塊中的回珠孔回到另一端，經(jīng)另一端端面擋板再進(jìn)入循環(huán)。四組滾珠各有自己的回株孔，分別處于滑塊的四角[9]。四組滾珠和滾道相當(dāng)于四個(gè)直線運(yùn)動(dòng)角接觸滾珠軸承。接觸角為45度時(shí)，四個(gè)方向具有相同的承載能力。
（3） 液體靜壓導(dǎo)軌：
無磨損，無靜摩擦，無低速爬行現(xiàn)象，阻尼系數(shù)大；但設(shè)計(jì)、制造、使用較復(fù)雜。
（4） 氣浮導(dǎo)軌：
無磨損，無靜摩擦，無低速爬行現(xiàn)象，無需回行管道，不產(chǎn)生污染；但剛度小，阻尼系數(shù)很小，容易引起振蕩。
此次設(shè)計(jì)中選用滾動(dòng)導(dǎo)軌副。
3.3.2 滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
（1）特點(diǎn)
滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置。它具有下列特點(diǎn)。
①摩擦損失小、傳動(dòng)效率高 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率可達(dá)0.92～0.96，是普通滑動(dòng)絲螺母機(jī)構(gòu)的3～4倍，而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅為滑動(dòng)絲杠螺。機(jī)構(gòu)的25%。運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時(shí)無爬行 由于主要存在的是滾動(dòng)摩擦，不僅動(dòng)、靜摩擦因素都很小，且其差值很小，因而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，動(dòng)作靈敏，即使在低速情況下也不會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。
②軸向剛度高、反向定位精度高 由于可以完全消除絲杠與螺母之間的間隙，并可實(shí)現(xiàn)滾珠的預(yù)緊，因而軸向剛度高，反向時(shí)無空行程，定位精度高。
③傳動(dòng)具有可逆性、不能自鎖 由于摩擦因數(shù)小、不能自鎖，因而使該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)具有可逆性，即不僅可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，而且還可以吧直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于不能自鎖，在某些場合，如傳動(dòng)垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)附加制動(dòng)裝置或防止逆轉(zhuǎn)的裝置，以免工作臺(tái)等因自重下降。
④同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置時(shí)，可獲得較高的同步性。有專業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便。
（2）滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式
滾珠的循環(huán)方式可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩大類型。
①內(nèi)循環(huán)
滾珠在循環(huán)過程中與絲杠始終保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。喂了保證承載能力，一個(gè)螺母中要保證有3～4圈滾珠工作。內(nèi)循環(huán)滾珠的回路短，滾珠數(shù)目少，流暢性好，摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，且徑向尺寸緊湊，軸向剛度高。但此種循環(huán)方式不能用于多頭螺紋傳動(dòng)，回珠槽形狀復(fù)雜，需要用三坐標(biāo)數(shù)控銑床加工。適用于各種高靈敏、高剛度的精密進(jìn)給定位系統(tǒng)。重載荷、多頭螺紋、大導(dǎo)程不宜采用。
②外循環(huán)
滾珠在循環(huán)回路中與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)。根據(jù)滾珠循環(huán)回路結(jié)構(gòu)形式的不同可分為螺旋槽式、插管式和蓋板式等。
螺旋槽式的結(jié)構(gòu)在螺母體上的回珠螺旋槽與回珠孔不易準(zhǔn)確平滑連接，拐彎處曲率變化較大，滾珠運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)。擋珠機(jī)構(gòu)剛性差，易磨損，適用于一般機(jī)床，在高剛度傳動(dòng)和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的場合不宜采用。
插管式滾珠螺母是利用插入螺母的管道作為回珠槽，分為凸出式插管型和內(nèi)包式插管型。其結(jié)構(gòu)簡單，工藝性優(yōu)良，適合成批生產(chǎn)?；刂楣芸稍O(shè)計(jì)制造成較理想的運(yùn)動(dòng)管道。適用于重載荷傳動(dòng)、高速驅(qū)動(dòng)及精密定位系統(tǒng)[10]。在大導(dǎo)程、小導(dǎo)程、多頭螺紋中顯示出獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。
（3）滾珠絲杠副的預(yù)緊
滾珠絲杠副的預(yù)緊方式主要有三種：增大鋼球直徑、變位導(dǎo)程和墊片預(yù)緊。詳見表3-1。
表3-1 滾珠絲杠副的預(yù)緊方式
預(yù)緊方式
特點(diǎn)與應(yīng)用
單螺母預(yù)緊
增大鋼球直徑
只適用滾道截面為雙圓弧形。預(yù)緊后，滾珠與滾道呈四點(diǎn)接觸，因而，摩擦阻力較大，易發(fā)熱，預(yù)加載荷小時(shí)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)。適用于預(yù)緊力較小的場合，若預(yù)緊力過大，則裝配困難。
結(jié)構(gòu)最簡單，軸向尺寸最小，消除雙螺母形位誤差的影響。
變位導(dǎo)程
鋼球兩點(diǎn)接觸。由于只用一個(gè)螺母，消除應(yīng)墊片或螺母制造誤差產(chǎn)生螺母的傾斜而影響預(yù)緊轉(zhuǎn)矩。因此，預(yù)緊轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，但承載較小。
結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，避免了雙螺母形位誤差的影響，使用中不能隨時(shí)調(diào)整，只適用于中小負(fù)荷的場合。
續(xù)表3-1
預(yù)緊方式
特點(diǎn)與應(yīng)用
雙螺母預(yù)緊
墊片預(yù)緊
修磨墊片厚度，使兩螺母間產(chǎn)生軸向位移。
結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，剛度高。
調(diào)整不便，滾道有磨損時(shí)，不能隨時(shí)消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊。
鋼球兩點(diǎn)接觸。絲杠副承載能力大，可施加較大預(yù)加載荷，預(yù)加載荷小時(shí)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)。適合于高負(fù)載、有定位精度要求的場合。
螺紋預(yù)緊
旋轉(zhuǎn)前螺母可使雙螺母產(chǎn)生軸向相對(duì)位移，達(dá)到調(diào)整軸向間隙的目的，用后螺母進(jìn)行鎖緊。
結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便，其缺點(diǎn)是調(diào)整量難以精確控制。
齒差預(yù)緊
兩個(gè)滾珠螺母的凸緣上各制有圓柱齒輪，其齒數(shù)分別為Z1和Z2，Z1-Z2=1，兩個(gè)螺母向相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，調(diào)整的軸向位移為△=Ph/Z1Z2.調(diào)整方便，能精確調(diào)整預(yù)緊量。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，多用于高精度的傳動(dòng)。
滾珠絲杠預(yù)緊力的大小應(yīng)使得滾珠絲杠副在承受最大軸向工作載荷時(shí)，絲杠螺母副部出現(xiàn)軸向間隙為最好，要求預(yù)緊力的數(shù)值應(yīng)大于最大軸向工作載荷的1/3。由于雙螺母機(jī)構(gòu)加預(yù)載后會(huì)引起附加摩擦力矩，因此還要考慮效率與壽命問題。所以一般取預(yù)緊力
F0≈1/3Ft
式中 F0——預(yù)緊力，N；
Ft——最大軸向載荷，N。
這時(shí)滾珠絲杠與螺母的接觸變形量比無預(yù)緊力時(shí)減少1/2。
（3）滾珠絲杠副的支承形式
機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)要求獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)安裝不正確以及支承剛度不足，還會(huì)使?jié)L珠絲杠的使用壽命大大下降。常見的絲杠安裝形式有：
①一端固定，一端自由 這種支承形式結(jié)構(gòu)簡單，絲杠的軸向剛度比兩端固定低，絲杠的壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低，設(shè)計(jì)時(shí)盡量使絲杠受拉伸。對(duì)于行程小、轉(zhuǎn)速較低的短絲杠和豎直的絲杠可采用懸臂支承機(jī)構(gòu)。
②兩端游動(dòng) 兩端支承的安裝方法屬于一般的安裝方法，適用于中等轉(zhuǎn)速的場合。
③一端固定，一端游動(dòng) 對(duì)于高精度、中等轉(zhuǎn)速的較長的臥式安裝絲杠，為了防止熱變形造成絲杠伸長的影響，常采用一端軸向固定的支承方式。
④兩端固定 對(duì)于高精度、高速旋轉(zhuǎn)地滾珠絲杠應(yīng)采用兩端固定的安裝方式。
由于現(xiàn)在的機(jī)床都采用的滾珠絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，本設(shè)計(jì)的雙頭加工機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的是內(nèi)循環(huán)，一端固定、一端自由的滾珠絲杠副。
3.3.3 步進(jìn)電機(jī)的選用
（1）步進(jìn)電機(jī)的分類及優(yōu)缺點(diǎn)
步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)是由輸入的電脈沖信號(hào)控制的，每當(dāng)電機(jī)繞組接收一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的角度。其角位移量與輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步。因而，只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的相序，即可得到所需轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和方向。
步進(jìn)電機(jī)有反應(yīng)式、永磁式和混合式三種類型。
步進(jìn)電機(jī)的主要特性指標(biāo)：步距角、最高啟動(dòng)頻率、最高連續(xù)工作頻率等。
步進(jìn)電機(jī)的主要特性：
①步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才能運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)型號(hào)必須是脈沖信號(hào)，沒有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比；
②步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5度，一圈360度，需要48個(gè)脈沖完成；
③步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)我急速停止的優(yōu)越性；
④改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。步進(jìn)電機(jī)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，歸納起來主要有：
1) 步矩值不受各種干擾因素的影響
2) 誤差不長期積累
3)控制性能好
（2）伺服電機(jī)的分類及優(yōu)缺點(diǎn)
直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時(shí)間響應(yīng)。
所以區(qū)分步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)的依據(jù)條件主要視具體應(yīng)用情況而定，簡單地說要確定：負(fù)載的性質(zhì)（如水平還是垂直負(fù)載等），轉(zhuǎn)矩、慣量、轉(zhuǎn)速、精度、加減速等要求，上位控制要求（如對(duì)端口界面和通訊方面的要求）[11]，主要控制方式是位置、轉(zhuǎn)矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源，亦或電池供電，電壓范圍。據(jù)此以確定電機(jī)和配用驅(qū)動(dòng)器或控制器的型號(hào)。還可以按照表3-2來進(jìn)行電機(jī)的選擇。
表3-2步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的區(qū)別
步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)
伺服電機(jī)系統(tǒng)
力矩范圍中小力矩（一般在20Nm以下） 小、中、大，全范圍
速度范圍 低（一般在2000RPM以下，大力矩電機(jī)小于1000RPM）
高（可達(dá)5000RPM）,直流伺服電機(jī)更可達(dá)1~2萬轉(zhuǎn)/分
控制方式
主要是位置控制
多樣化智能化的控制方式，位置/轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩方式
平滑性
低速時(shí)有振動(dòng)（但用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器則可明顯改善）
好，運(yùn)行平滑
精度
一般較低，細(xì)分型驅(qū)動(dòng)時(shí)較高
高
矩頻特性
高速時(shí)，力矩下降快
力矩特性好，特性較硬
過載特性
過載時(shí)會(huì)失步
可3~10倍過載（短時(shí)）
反饋方式
大多數(shù)為開環(huán)控制，也可接編碼器，防止失步
閉環(huán)方式，編碼器反饋
編碼器類型
光電型旋轉(zhuǎn)編碼器（增量型/絕對(duì)值型）
旋轉(zhuǎn)變壓器型
旋轉(zhuǎn)變壓器型
一般
快
溫升
運(yùn)行溫度高
一般
維護(hù)性
基本可以免維護(hù)
較好
價(jià)格
低
較高
綜上所述，考慮到這次設(shè)計(jì)的要求，為了在不影響工作精度條件下，我選擇了步進(jìn)電機(jī)。
3.4 確定專機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，切削力，切削功率、電動(dòng)機(jī)選擇等計(jì)算
切削力、切削扭矩M、切削功率P
（N）
（N﹒m）
(kw) 其中（m/s），,
－銑刀外徑mm；－銑刀轉(zhuǎn)速（r/s）；Z－銑刀齒數(shù)； ap－銑削深度（mm）；ae－銑削接觸弧深度（mm）；af－每齒進(jìn)給量(mm/Z)；－每秒（分）進(jìn)給量(mm/s,mm/min)；f－每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r)。
公式中的系數(shù)及指數(shù)見表3-3、3-4
表3-3 公式系數(shù)
銑刀類型
刀具材料
公式中的系數(shù)及指數(shù)
CF
XF
YF
ZF
WF
qF
加工碳素結(jié)構(gòu)鋼σb=0.637GPa
端銑刀
硬質(zhì)合金
790
1.0
0.75
1.1
0.2
1.3
高速鋼
78.5
0.95
0.8
1.1
0
1.1
圓柱銑刀
硬質(zhì)合金
96.7
1.0
0.75
0.88
0
0.87
高速鋼
65
1.0
0.72
0.86
0
0.86
立銑刀
硬質(zhì)合金
11.9
1.0
0.75
0.85
-0.13
0.73
高速鋼
65
1.0
0.72
0.86
0
0.86
圓盤銑刀、切槽及切斷銑刀
硬質(zhì)合金
250
1.1
0.8
0.9
0.1
1.1
高速鋼
65
1.0
0.72
0.86
0
0.86
凹凸半圓及角銑刀
高速鋼
45
1.0
0.72
0.86
0
0.86
加工不銹鋼1Cr18Ni9Ti HB=141
端銑刀
硬質(zhì)合金
218
0.92
0.78
1.0
0
1.15
立銑刀
高速鋼
82
1.0
0.6
0.75
0
0.68
加工灰鑄鐵HB=190
端銑刀
硬質(zhì)合金
54.5
0.9
0.74
1.0
0
1.0
圓柱銑刀
58
1.0
0.8
0.75
0
0.9
圓柱銑刀、立銑刀、圓盤銑刀、切槽及切斷銑刀
高速鋼
30
1.0
0.65
0.83
0
0.83
加工可鍛鑄鐵HB=150
端銑刀
硬質(zhì)合金
491
1.0
0.75
1.1
0.2
1.3
圓柱銑刀、立銑刀、圓盤銑刀、切槽及切斷銑刀
高速鋼
30
1.0
0.72
0.86
0
0.86
加工中等硬度非均質(zhì)銅合金HB=100－140
圓柱銑刀、立銑刀、圓盤銑刀、切槽及切斷銑刀
22.6
1.0
0.72
0.86
0
0.86
表3-4切削條件變化后的修正系數(shù)
工件材料
鋼
灰鑄鐵
可鍛鑄鐵
鉆頭磨鈍
扭 矩 M
軸 向 力 F
未磨損
磨鈍后
未磨損
磨鈍后
K鈍M=0.87
K鈍M=1.0
K鈍F=0.9
K鈍F=1.0
切削力
=
=387.6N
切削扭矩
==9.69N﹒m
切削功率
==3.04kw
其中=7.8m/s
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇電機(jī)功率為4 kw，型號(hào)Y112M-4的電動(dòng)機(jī)
3.5 通用部件的選用
3.5.1 通用部件選用的方法和原則
通用部件的選用是組合機(jī)床設(shè)什的主要內(nèi)容之一。選用的基本方法是:根據(jù)所需的功率,進(jìn)給力，進(jìn)給速度等要求，選擇動(dòng)力部件及其配套部件。選用原則如下:
（1）切削功率應(yīng)滿足加工所需的計(jì)算功率(包括切削所需功率，空轉(zhuǎn)功率及傳動(dòng)功率)。
（2）進(jìn)給部件應(yīng)滿足加工所需要的最大計(jì)算進(jìn)給力、進(jìn)給速度和工作行程及工作循環(huán)的要求，同時(shí)還需考慮裝刀、讓刀的方便性。
（3）動(dòng)力箱與多軸箱尺寸應(yīng)相適應(yīng)和匹配。根據(jù)加工主軸分布位置可大致算出多軸箱尺寸（邊緣主軸與多軸箱邊緣最小距離為70~100mm），并圓整后選用相近尺寸的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格多軸箱，據(jù)此選擇結(jié)合尺寸相適應(yīng)的動(dòng)力箱。
（4）應(yīng)滿足加工精度的要求。選用時(shí)應(yīng)注意結(jié)構(gòu)不同或者結(jié)構(gòu)相同、精度等級(jí)不同的動(dòng)力部件所能達(dá)到的加工精度是不同的。
（5）盡可能按通用部件的配套關(guān)系選用有關(guān)通用部件。
3.5.2 動(dòng)力部件的選用
（1）動(dòng)力部件品種的確定在設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí)，究竟選用哪種動(dòng)力部件，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的加工要求、機(jī)床的配置型式、制造及使用條件等確定。對(duì)于完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件，如鉆削頭、銑削頭、錘削頭等，通常是根據(jù)加工工藝要求和配置型式等確定。
（2）動(dòng)力部件規(guī)格的確定影響動(dòng)力部件規(guī)格的因素有功率、進(jìn)給力、進(jìn)給速度、最大行程及多軸箱外形尺寸等。在確定動(dòng)力部件規(guī)格時(shí)，一般先進(jìn)行功率和進(jìn)給力計(jì)算，再根據(jù)選用動(dòng)力部件的原則，綜合地、全面地考慮其它因素來確定其規(guī)格。必須強(qiáng)調(diào)的是最后所確定的動(dòng)力部件的規(guī)格，應(yīng)全部滿足原則中的各項(xiàng)要求[12]。當(dāng)遇到動(dòng)力部件的功率或進(jìn)給力不能滿足要求，但又相差不太大時(shí)，不要輕易地選用大一規(guī)格的動(dòng)力部件，而應(yīng)適當(dāng)調(diào)整切削用量或改變工藝方法，如將同一面部分通孔順序鉆削刮削端面改為車端面等，但必須以不影響加工精度和生產(chǎn)率要求為前提。
（3）為了滿足加工的需求，這次動(dòng)力部件選用1TX32銑削動(dòng)力頭（見圖3.4），前備量與后備量共70mm，可以根據(jù)工件進(jìn)行調(diào)節(jié)，便于銑刀的裝卸。
圖3.4 1TX32銑削動(dòng)力頭
3.5.3 其它通用部件的確定
對(duì)于支承部件如側(cè)底座、立柱等通用部件，可選與動(dòng)力滑臺(tái)規(guī)格相配套的相應(yīng)規(guī)格。對(duì)于輸送部件可按所需工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)形式、工作臺(tái)臺(tái)面尺寸(根據(jù)估算或夾具草圖)、工位數(shù)、驅(qū)動(dòng)方式及定位精度等來選用。通常根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式及驅(qū)動(dòng)方式等要求，確定輸送部件的品種，很據(jù)所需工作臺(tái)臺(tái)面的大小、工位數(shù)及行程等要求，確定輸送部件的規(guī)格。選擇通用部件時(shí)，還應(yīng)根據(jù)加工精度要求、制造成本等確定通用部件的精度等級(jí)。
3.6 床身部件的設(shè)計(jì)
機(jī)床床身的加工工藝方案一般分為鑄造式和焊接式。表3-5是兩種加工方式特點(diǎn)比較。
表3-5 鑄鐵機(jī)架和焊接機(jī)架特點(diǎn)比較
項(xiàng)目
鑄鐵機(jī)架
焊接機(jī)架
機(jī)架重量
較重
鋼板焊接毛坯比鑄件毛坯輕30%，比鑄鋼毛坯輕20%
強(qiáng)度、剛度及抗震性
鑄鐵機(jī)架的強(qiáng)度與剛度較低，但內(nèi)摩擦大，阻尼作用大，故抗震性能好
強(qiáng)度高、剛度大，對(duì)同一結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度為鑄鐵的2.5倍，鋼的疲勞強(qiáng)度為鑄造的3倍。但抗振性能較差
材料價(jià)格
鑄鐵材料來源方便、價(jià)廉
價(jià)格高
生產(chǎn)周期
生產(chǎn)周期長，資金周轉(zhuǎn)慢，成本高
生產(chǎn)周期短、能使適應(yīng)市場競爭的需要
設(shè)計(jì)條件
由于技術(shù)上的限制，鑄件壁厚不能相差過大。而為了取出芯砂、設(shè)計(jì)時(shí)只能用"開口”式結(jié)構(gòu)，影響剛度
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、壁厚可以相差很大，并且可根據(jù)工況需要不同部位選用不同性能的材料
用途
大批量生產(chǎn)的中小型機(jī)架
1．單件小批生產(chǎn)的大、中型機(jī)架 2．特大型機(jī)架，如大型水壓機(jī)橫梁，底座及立柱，大的軋鋼機(jī)機(jī)架和顎式破碎機(jī)機(jī)架等，可采用小拼大的電渣焊
分別看一下兩種加工工藝的加工方法。
（1）鑄造加工工藝
床身部件尺寸輪廓較大，為箱形結(jié)構(gòu)，有較復(fù)雜的內(nèi)外結(jié)構(gòu)。宜采用鑄造方式加工。若為鑄加工。材料選擇為HT200.
鑄造方法可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。其中砂型澆注的鑄件占鑄件總量的90%以上。特種鑄造是一種少用砂或不用砂，采用專用的工藝裝備使金屬熔液成型 的鑄造方法，能獲得比砂型鑄造更細(xì)的表面粗糙度。更高尺寸精度和力學(xué)性能的鑄件，但鑄造成本較高。選擇普通砂型鑄造[13]。
普通砂型鑄造，又可分為手工造型，一般機(jī)器造型以及高壓造型?？紤]到本機(jī)床無須大量生產(chǎn)，尺寸輪廓較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，選擇手式造型里的組芯造型。砂型選擇自硬型，其特點(diǎn)是“一般不需烘干，強(qiáng)度高，硬化快，勞動(dòng)條件好，鑄型精度較商。適用于單件，小批或成批生產(chǎn)的中、大型鑄件。對(duì)大型鑄件，效果較好。機(jī)床表面導(dǎo)軌有一定的力學(xué)性能要求。需進(jìn)行淬火熱處理。
（2）焊接加工工藝
床身結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜時(shí)，可以選擇使用焊接方式將床身焊接起來。這樣極大得節(jié)省了加工時(shí)間和人力物力。較之鑄造結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度和剛度高、重量輕、生產(chǎn)周期短以及施工簡單等優(yōu)點(diǎn)。焊接后同樣需經(jīng)過熱處理過程。
3.7 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.7.1 冷卻液的作用和選擇
冷卻液起相當(dāng)大的作用，最基本的要求是提高加工精度、減少刀具砂輪的磨損，同時(shí)還必須具有防銹性、防霉性、清洗性，現(xiàn)在又增加了環(huán)保性――不傷害皮膚、無有毒、有害添加劑(如亞硝酸鹽、硝酸鹽、毒性較強(qiáng)的殺菌劑等)、不含礦物油等。
目前國內(nèi)使用的機(jī)加工冷卻液大致分為三類：第一類為傳統(tǒng)的完全水溶型冷卻液(含大量的亞硝酸鹽)、乳化液或叫肥皂水(含大量的機(jī)油及亞硝酸鹽等)及礦物油和動(dòng)植物油；這一類冷卻液主要是成本低，潤滑性能差。第二類為國外進(jìn)口冷卻液，有完全水溶型、乳化型和油基三種，這一類冷卻液使用效果較好，但成本較高。第三類是國內(nèi)近幾年開發(fā)的新型冷卻液，具有國外產(chǎn)品同等的性能，環(huán)保性好。這一類冷卻液價(jià)格適中，特別適合于配套設(shè)施好的磨床、加工中心、大型機(jī)加工設(shè)備。
水基冷卻液在機(jī)加工過程中主要存在的問題是：1、易變質(zhì)；2、防銹性差；3、清洗性差。(油基冷卻液一般用于加工精度更高，加工量小的機(jī)床上，一般比較穩(wěn)定。)
綜上所述,這次冷卻液選擇乳化液。
3.7.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)通過一3KW立式電機(jī)帶動(dòng)一齒輪泵，使切削能順利的排出。本系統(tǒng)油箱內(nèi)裝有三層過濾網(wǎng)，油泵進(jìn)油口裝有濾油器，應(yīng)定期清洗和更換。
冷卻泵采用電機(jī)泵最大壓力2.5Mpa；泵最大流量100L/min；泵轉(zhuǎn)速1450r/min；機(jī)床儲(chǔ)液量450Kg；電機(jī)Y132S-6，3KW，960r/min。
冷卻排屑系統(tǒng)的外形比較自由。放置位置也較自由。相對(duì)貼近于床身即可。
3.8 繪制專機(jī)總圖
3.8.1專機(jī)尺寸聯(lián)系圖
圖3.5 專機(jī)尺寸聯(lián)系圖正視圖
圖3.6 專機(jī)尺寸聯(lián)系圖左視圖
圖3.7 專機(jī)尺寸聯(lián)系圖剖視圖
3.8.2 專機(jī)總裝配圖
圖3.8 總裝配圖正視圖
圖3.9 總裝配圖側(cè)視圖
4 床身部件的設(shè)計(jì)
4.1 材料的選擇
在床身焊接材料的選擇上，考慮到材料焊接性能的因素，故我們選擇低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：Q345（即16Mn），主要特性：綜合力學(xué)性能好，焊接性、冷、熱加工性能和耐蝕性能均好，C、D、E級(jí)鋼具有良好的低溫韌性。多使用于較高載荷的焊接結(jié)構(gòu)件。
我們選擇Q345（即16Mn）型材料作為焊接材料。
4.2 焊接方式以及注意事項(xiàng)
4.2.1焊接方式
焊接方式可分為熔焊，壓焊和釬焊三大類。由于我們選擇的材料為Q345，其優(yōu)越的焊接性能使得基本上任何一種焊接方式都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的焊接加工。在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們從本床身要求數(shù)量不多，以及經(jīng)濟(jì)費(fèi)用等方面出發(fā)考慮，選擇電弧焊方式中，較為普通的涂藥焊物權(quán)法電弧焊，也就是我們常說的手工電弧焊。該焊接方式具有靈活、機(jī)動(dòng)，的特點(diǎn)，適用性廣泛，可進(jìn)行全位置焊接，所用設(shè)備簡單，耐用性好、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)[14]。
顯然，由于本機(jī)床床身結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，內(nèi)腔均可以用鋼板的焊接構(gòu)成。對(duì)于本機(jī)床床身，選擇焊接加工為宜?？s短了加工周期，省卻了較多的財(cái)力、物力。并且使得床身更加輕便。
4.2.2焊接加工的注意事項(xiàng)
（1）材料可焊性
焊接件鋼析的選擇要考慮可焊性，可焊性差的材料會(huì)造成焊接，合焊縫可靠性降低。一般C含量<0.25%的碳鋼和C含量<0.2%的低合金鋼的可焊性良好 。
（2）合理布置焊縫
① 焊縫應(yīng)位于低應(yīng)力區(qū)，以獲得承載能力大，變形小的機(jī)構(gòu)
② 為減小焊縫應(yīng)力集中和變形，焊縫布置盡量能對(duì)稱，最好距中性軸的距離相等
③ 盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，且焊線要短
④ 焊縫不要布置在加工面和需要表面處理的部件上
⑤ 若條件允許應(yīng)將工作焊縫變成聯(lián)系焊縫
⑥ 避免焊縫匯交和密集，讓次要焊縫中斷，主要焊縫連接
（3）提高抗振能力
由于普通鋼材的吸振能力低于鑄鐵，故對(duì)于抗振能
收藏