車銑復(fù)合加工中心畢業(yè)設(shè)計(jì)方案

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)方案題 目 CXH500數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程 二一七 年 月 日設(shè)計(jì)題目 CXF500數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、選題背景與意義1. 選題背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀車銑復(fù)合機(jī)床在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上增加了主軸分度和動力刀架功能，可以實(shí)現(xiàn)曲面、端面車削以及工件圓柱面的銑削、鉆孔、攻絲等功能。1982年，奧地利林茨機(jī)床公司（WFL）開發(fā)出了全世界第一臺車銑數(shù)控專用機(jī)床WVC500S車銑加工中心。經(jīng)過近20年的不斷努力，車銑復(fù)合機(jī)床已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)車削、銑削、鏜削、插齒及滾齒等多種加工。進(jìn)入21世紀(jì)以來，數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床發(fā)展非常迅速，不僅規(guī)格齊全，硬

2、件功能完善，且軟件功能也十分強(qiáng)大，如WFL的M系列和MAZAK的E-H系列等1。目前，先進(jìn)的五軸車銑復(fù)合機(jī)床除了可以進(jìn)行車、銑、鉆、鏜、攻絲等加工外，還可以進(jìn)行鏜型腔、鉆深孔、滾齒、銑葉片以及進(jìn)行磨削加工和工件的在線測量，實(shí)現(xiàn)各種誤差補(bǔ)償、刀具在線監(jiān)控和適應(yīng)控制等。國外的主流車銑復(fù)合機(jī)床呈現(xiàn)出了配有仿真系統(tǒng)、多軸控制擴(kuò)大機(jī)床加工能力及高速度、高精度、智能化的特點(diǎn)，其應(yīng)用也由單機(jī)向系統(tǒng)化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化的高層次發(fā)展。我國數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床的研制工作起步比較晚，在2001年由沈陽數(shù)控機(jī)床廠制造出我國第一臺SSCKZ63-5五軸車銑復(fù)合機(jī)床，該機(jī)床引進(jìn)了德國瑪斯廖拉公司（MAXMULLER）的技術(shù)，達(dá)

3、到了國際90年代末的水平。現(xiàn)在通過國家相關(guān)的政策的支持，我們在車銑復(fù)合加工機(jī)床成功取得多方面突破，例如：攻克了動力驅(qū)動單元，大直徑大通孔的高速強(qiáng)力主軸，刀架，機(jī)床熱平衡，精度補(bǔ)償?shù)榷囗?xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，主傳動兼顧了大扭矩輸出和高速輸出。開發(fā)出五軸車銑復(fù)合加工中心并完成了系列化，規(guī)格化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。由于我們的整體技術(shù)基礎(chǔ)不太堅(jiān)實(shí)，和國外技術(shù)相比缺少數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)積累，加之加工手段和工藝性比較薄弱，整體車銑復(fù)合加工技術(shù)和歐洲和日本相比還有不小的差距。目前國際上最先進(jìn)的車銑技術(shù)仍掌握在MAZAK,OKUMAMORISEIKE,DMG和WFL等一流的機(jī)床生產(chǎn)商手中2。 2. 選題的目的及意義車銑復(fù)合加工技術(shù)

4、的先進(jìn)理念就是提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短產(chǎn)品制造周期，是一種集成了現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)的先進(jìn)機(jī)械加工技術(shù)。該技術(shù)提供了一種完善的加工解決方法：一次裝夾可實(shí)現(xiàn)零件多個表面或復(fù)雜形面的加工，大大簡化了工件裝夾和刀具系統(tǒng)的復(fù)雜性，減少了夾具和非生產(chǎn)時(shí)間。此次設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)對加工中心的主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，得出最優(yōu)的主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，使之達(dá)到高自動化、高柔性、高精度、高效率的性能。通過本次設(shè)計(jì)培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，解決工程實(shí)際問題的能力，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、程序編制、使用手冊等基本技能及能力得到訓(xùn)練和提高。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)

5、內(nèi)容研究數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動系統(tǒng)主要由伺服電機(jī)、齒輪傳動、主軸組件、 C軸及其傳動組成, 可實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動傳動和主軸夾持工件的分度。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì), 包括主傳功系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、裝配圖及零件圖設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和重要零件的校核。詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容如表1所示。表1 詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容具體設(shè)計(jì)分析車銑復(fù)合主傳動運(yùn)動設(shè)計(jì)(1) 分配各級傳動比，擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)(2) 擬定轉(zhuǎn)速圖，并畫出轉(zhuǎn)速圖(3) 確定各傳動構(gòu)件的形式及結(jié)構(gòu)尺寸(4) 設(shè)計(jì)各級傳動軸(5) 根據(jù)運(yùn)動參數(shù)，確定各級軸的支撐構(gòu)件等(6) 設(shè)計(jì)主軸，擬定主軸組件，確定主軸組件 的潤滑與密封方式(7) 根

6、據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對各級傳動軸及主軸等進(jìn)行校核C軸控制傳動設(shè)計(jì)(1) 傳動裝置(2) 結(jié)合、分離裝置主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1) 傳動構(gòu)件的布置與排列(2) 主傳動的開停、制動裝置(3) 車銑復(fù)合機(jī)床主軸箱的構(gòu)造主要參數(shù)：最大回轉(zhuǎn)直徑（mm）：500 主軸轉(zhuǎn)速(rpm)：45-4500 主電機(jī)功率(KM)：11/15 C軸分度：0.001°，360連續(xù) 課題的主要要求有：（1）相關(guān)外文翻譯資料一份（譯文字?jǐn)?shù)不少于2000漢字）；（2）畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告一份（約5000字）；（3）畢業(yè)設(shè)計(jì)方案1份，且符合畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范；（4）總設(shè)計(jì)圖量不少于3.0張A0，其中手工繪圖不少于折合成圖幅為A0號的圖紙1張，計(jì)算

7、機(jī)輔助繪圖不少于折合成圖幅為A0號的圖紙1張，裝配圖有充分的零件圖支撐；（5）設(shè)計(jì)說明書1份（不少于1.2萬字），查閱文獻(xiàn)15篇以上，外文文獻(xiàn)2篇以上。2. 預(yù)期研究結(jié)果 通過本次課題設(shè)計(jì)任務(wù)書上的要求，運(yùn)用所學(xué)相關(guān)理論及專業(yè)知識，經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零部件校核等手段設(shè)計(jì)出滿足使用要求、符合國家標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動系統(tǒng)，使其能滿足給定主要參數(shù)的要求, 并實(shí)現(xiàn)定位精度高，運(yùn)行過程平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。三、設(shè)計(jì)方案1. 主軸傳動方案的確定在機(jī)床設(shè)計(jì)中有多種主軸傳動方式，一般根據(jù)不同加工場合的工藝要求及傳動方式自身特點(diǎn)進(jìn)行選擇，為了確定最為優(yōu)化的車銑復(fù)合機(jī)床主軸的傳動方式，以下列舉出了幾種常見

8、的傳動方式，并且根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體要求擬定適合的方案1.1 主軸傳動類型圖1 主軸傳動方式(1) 帶有變速齒輪的主傳動(圖a)，一般大、中型數(shù)控機(jī)床多采用這種方式。通過少數(shù)幾對齒輪傳動來擴(kuò)大變速范圍。由于電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上的恒功率調(diào)速范圍為25，當(dāng)需要擴(kuò)大這個調(diào)速范圍時(shí)常用變速齒輪的辦法來擴(kuò)大調(diào)速范圍，滑移齒輪的位移大都采用液壓撥叉變速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。齒輪傳動具有傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械工作壽命長和傳動比固定的特點(diǎn)，但是，在實(shí)際齒輪制造以及安裝要求需要很高的精度導(dǎo)致成本較高，而且傳動距離受限制，不宜有太遠(yuǎn)距離跨度3。(2) 帶傳動方式(圖b) 這種方式主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大，低轉(zhuǎn)矩的小

9、型數(shù)控機(jī)床上，電動機(jī)本身的調(diào)整就能滿足要求，不用齒輪變速，可避免齒輪傳動時(shí)引起震動和噪聲的缺點(diǎn)，但它只適用于低扭矩特性要求。常用的有同步齒形帶、多楔帶、v帶、平帶。(3) 兩個電動機(jī)分別驅(qū)動主軸(圖c) 這是上述兩種方式的混合傳動類型，兼有上述兩種方式的性能。高速時(shí)，由一個電動機(jī)通過帶傳動；低速時(shí)，由另一個電動機(jī)通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，因而就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，避免了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠，且電動機(jī)功率不能充分利用的問題，但兩個電動機(jī)不能同時(shí)工作。(4) 調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動的主傳動 一種為：主軸電動機(jī)輸出軸通過精密聯(lián)軸器與主軸連接(圖d)，優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，

10、但主軸轉(zhuǎn)速的變化及輸出完全與電動機(jī)的輸出特性一致，因而受一定限制。另一種為：內(nèi)裝電動機(jī)主軸，即主軸與電動機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體(圖e)。優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)緊湊，慣性小，可提高啟動、停止的相應(yīng)特性，缺點(diǎn)為電動機(jī)發(fā)熱使主軸產(chǎn)生變形。因此，要注意溫度控制。這種方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)夠，有效提高了主軸部件的剛度，但是主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對主軸影響較大。1.2 主軸傳動方案分析比較及方案確定結(jié)合本次數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及上述各傳動方式優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械工作壽命長的帶有變速齒輪的主傳動方式，采用液壓撥叉變速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)滑移齒輪變速。2. C軸控制傳動方案設(shè)計(jì)2.1 C軸

11、控制傳動類型方案一 精密蝸桿副C軸結(jié)構(gòu) C軸的分度和伺服控制采用可嚙合和脫開的精密蝸桿蝸輪副結(jié)構(gòu)。它有一個C軸的分度和伺服控制采用可嚙合和脫開的精密蝸輪副結(jié)構(gòu),它由一個伺服電動機(jī)驅(qū)動蝸桿1及主軸上的蝸輪3。當(dāng)機(jī)床處于銑削或鉆削狀態(tài), 即主軸需要通過 C軸分度或?qū)A周進(jìn)給進(jìn)行伺服控制時(shí), 蝸輪與蝸桿嚙合, 該蝸輪蝸桿副由一個可固定的精確調(diào)整滑塊來調(diào)整, 以消除嚙合間隙。 C軸的分度精度由一個脈沖編碼器7來保證。如下圖所示。圖2.1 精密蝸桿副C軸結(jié)構(gòu)1-蝸桿 2-主軸 3-蝸輪 4-齒形帶 5-主軸電動機(jī) 6-齒形帶 7-脈沖編碼器8-C軸伺服電機(jī) 9-傳送帶方案二 滑移齒輪控制的C軸傳動圖2.

12、2為經(jīng)滑移齒輪控制的C軸傳動圖, 由主軸箱9和C軸控制箱16組成。主軸在一般車削狀.態(tài)時(shí),換位液圧缸6使滑移齒輪5與主軸齒輪7脫開,制動液圧缸10脫離制動,主軸電動機(jī)通過皮帶驅(qū)動主軸8旋轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸需要C軸控制作分度或回轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí),主軸電動機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài),滑移齒輪5與主軸齒輪7嚙合，在制動液圧缸10未制動狀態(tài)下, C軸伺服電機(jī)15根據(jù)指令脈沖值旋轉(zhuǎn)，通過C軸變速箱變速, 經(jīng)滑移齒輪5、主軸齒輪7使主軸分度，然后制動液圧缸使主軸制動。當(dāng)進(jìn)行銑削時(shí), 除制動液壓缸制動主軸外, 其他動作與上述相同, 此時(shí)主軸按指令作緩慢的連續(xù)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動。圖2.2 滑移齒輪控制的C軸傳動14-傳動齒輪 5-滑移齒輪 6

13、-換位油缸 7-主軸齒輪 8-主軸 9-主軸箱 10-制動油缸 11-帶輪 12-主抽制動盤 13-齒形帶輪 14-脈沖編碼器 15-C軸伺服電動機(jī) 16-C軸控制箱方案三 帶C軸功能的主軸電動機(jī)直接控制C軸控制除了以上介紹的用伺服電機(jī)通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)外, 還可以用帶 C軸功能的主軸電動機(jī)直接進(jìn)行分度和定位。四、參考文獻(xiàn)1 夏煥金,蔡慧慧. 車銑復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用J. 金屬加工,2011(21):19-21.2 江崇民. 數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢J. 機(jī)械工程師,2012(4):98-100.3 楊雪寶. 機(jī)械制造裝備與設(shè)計(jì)M. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社,2010.4 馬宏偉. 數(shù)控技

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