刀具刃磨中心X轴进给系统设计与建模.doc
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1、刀具刃磨X轴进给系统设计与建模作者:ee所在单位:(ee)指导老师:ee【摘要】切削刀具是切削加工必不可少的重要工具之一,在机械制造、汽车、模具、医疗器械、国防工业和航空航天等行业中占有十分重要的地位。刀其质量好坏直接影响到加工对象的表面质量、精度及加工效率。采用先进的刀具刃磨机床和有效经济的工艺方法,刃磨出高效率、高精度、高可靠性的刀具,是切削加工技术水平提高的一个重要保证。刀具成本在综合加工成本中占有重要的位置,如何利用刀具刃磨机床修磨好磨损到用钝标准的刀具,延长刀具的寿命,提高刀具的利用率,降低刀具成本,是企业降低生产成本的有效途径之一。在现阶段,我国制造业的发展状况:一方面零件精度、复
2、杂度越来越高;另一方面我国的制造业中普遍存在社别老化的问题。虽然设备老化在现代工业中是不可避免的事情现在设备的设计更新实在太快了。而且,随着机械制造业的飞速发展,产品的更新换代越来越快,传统的生产模式已不能适应现代社会的发展需求,现代产品的小批量生产趋势,为了加工某个零件去购置一台新机床是不合适的。怎样利用现有设备高效快速地加工出新零件是一件很有实际应用价值的课题。【关键词】切削刀具、表面质量、车刀刃磨Tool sharpening X axis feed system design and modelingee(ee)tutor: eeAbstract:The cutting tool is
3、 one of the essential and vital tool of the machining, machinery manufacturing, automotive, mold, medical equipment, defense industry and aerospace industry plays a very important position. Knife its quality directly affects the processing object surface quality, accuracy and processing efficiency.
4、Advanced tool sharpening machine tools and effective economic process, grinding out the high efficiency, high precision and high reliability of the tool, the cutting technology and raise the level of an important guarantee. Tool cost occupies an important position in the integrated processing costs,
5、 and how to use the tool sharpening machine grinding wear to blunt the standard tool to extend tool life, improve the utilization of the tool, reducing tool costs, and enterprises to reduce production costs effective ways. At this stage, the development of Chinas manufacturing sector: on the one han
6、d, part accuracy, complexity, higher and higher; the other hand, Chinas manufacturing industry prevalent in the community do not the problem of aging. Although the aging equipment in modern industry is inevitable thing - design update of the equipment is too fast. Moreover, with the rapid developmen
7、t of the machinery manufacturing industry, the upgrading of products faster and faster, the traditional mode of production can not meet the development needs of modern society, modern products, small batch production trends, in order to a part of the processing to the purchase of a new the machine i
8、s not appropriate. How to make use of existing equipment, fast and efficient processing of new parts is a subject of great practical value。Key words:Cutting tools, tool grinding, surface quality1前言12电动机的选择33进给伺服系统概述54横向进给系统的设计计算84.1导轨摩擦力的计算84.2计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力84.3确定进给传动链的传动比i和传动级数84.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算9
9、4.5滚珠丝杠螺母副承载能力校核104.6计算机械传动的刚度114.7驱动电机的选型与计算134.8机械传动系统的动态分析164.9机械传动系统的误差计算与分析164.10确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号175进给系统的结构设计185.1滚珠丝杠螺母副的设计185.2齿轮传动副的设计205.3齿轮箱的设计215.4床身及导轨225.6轴承端盖的设计25总结与体会26致谢词28【参考文献】291前言我国目前机床总量380余万台,而其中数控机床总数只有11.34万台,即我国机床数控化率不到3。近10年来,我国数控机床年产量约为0.60.8万台,年产值约为18亿元。机床的数控化率仅为6。这些机
10、床中,役龄10年以上的占60以上;10年以下的机床中,自动/半自动机床不到20,FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占60以上)。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床,而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品国内、外市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。而相对于传统机床,数控机床有以下明显的优越性:1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 2、可以实现加工的柔性自动化,从而效率比传统机床提高37倍。 3、加工零件的精度高,尺寸分散度小,使装配容易,不再
11、需要“修配”。 4、可实现多工序的集中,减少零件在机床间的频繁搬运。 5、拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能,可实现长时间无人看管加工。 因此,采用数控机床,可以降低工人的劳动强度,节省劳动力(一个人可以看管多台机床),减少工装,缩短新产品试制周期和生产周期,可对市场需求作出快速反应。 此外,机床数控化还是推行FMC(柔性制造单元)、FMS(柔性制造系统)以及CIMS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。本次设计的内容是机床总体方案设计及总体布局图绘制、纵向及横向伺服进给机构的理论计算、结构设计及绘制装配图、典型零件绘制、数
12、控系统(硬件连接图)设计、典型零件的数控车削加工程序编制及外文资料文献翻译,并撰写毕业设计论文。设计的目的是培养综合运用基础知识和专业知识,解决工程实际问题的能力,提高综合素质和创新能力,受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能得到训练和提高,培养正确的设计思想、严肃认真的科学态度,加强团队合作精神。在设计中,先通过参观及查阅等了解有关系统的工作原理,作用及结构特点。选择合适的算法,根据计算结果查阅手册,得出相关的结构或零件。 刀具成本在综合加工成本中占有重要的位置,如何利用刀具刃磨机床修磨好磨损到用钝标准的刀具,延长刀具的寿
13、命,提高刀具的利用率,降低刀具成本,是企业降低生产成本的有效途径之一。随着数控机床、自动生产线以及无人车间的应用和 普及,机械制造业对切削加工过程的稳定性要求越来越 高、对刀具几何角度的刄磨精度要求越来越高。智能化 车刀刃磨要求刃磨机能按照车刀的设计角度自动将被磨 刀面调整到与砂轮磨削平面相“重合”的位置。能否实 现这一要求是智能车刀刃磨机研究的技术关键之一,本 文建立了以刀尖为坐标圆点的车刀坐标系,推导了外圆 车刀各刀面的方程式,给出了各刀面从安装初始位姿到 刃磨位姿的坐标变换以及实现该坐标变换的车刀位姿调 整机构的传动原理,为智能车刀刃磨机的研制提供了必 要的技术保证。在现阶段,我国制造业
14、的发展状况:一方面零件精度、复杂度越来越高;另一方面我国的制造业中普遍存在社别老化的问题。虽然设备老化在现代工业中是不可避免的事情现在设备的设计更新实在太快了。而且,随着机械制造业的飞速发展,产品的更新换代越来越快,传统的生产模式已不能适应现代社会的发展需求,现代产品的小批量生产趋势,为了加工某个零件去购置一台新机床是不合适的。怎样利用现有设备高效快速地加工出新零件是一件很有实际应用价值的课题。数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床组成机床本体的各机械部件组成,如图1.1:图1.1 系统组成图2.电机选择2.1电动机选择(倒数第三页里有东东)2.1.1选择电动机类型2.1.2选择电动
15、机容量电动机所需工作功率为:;工作机所需功率为:;传动装置的总效率为:;传动滚筒 滚动轴承效率 闭式齿轮传动效率 联轴器效率 代入数值得:所需电动机功率为:略大于 即可。选用同步转速1460r/min ;4级 ;型号 Y160M-4.功率为11kW2.1.3确定电动机转速取滚筒直径1.分配传动比(1)总传动比(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比则低速级的传动比2.1.4 电机端盖组装CAD截图 图2.1.4电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1电动机轴 2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速轴2.2.5滚筒轴3.齿轮计算3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿
16、数1按传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度(GB 10095-88)。3材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280 HBS,大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240 HBS,二者材料硬度差为40 HBS。4选小齿轮齿数,大齿轮齿数。取5初选螺旋角。初选螺旋角3.2按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式(10-21)进行试算,即3.2.1确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数1。(2)由机械设计第八版图10-30选取区域系数。(3)由机械设计第八版图10-26查得,则。(4)计算小齿轮传递的转矩。(5)由机械设计第八版表10-
17、7 选取齿宽系数(6)由机械设计第八版表10-6查得材料的弹性影响系数(7)由机械设计第八版图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ;大齿轮的接触疲劳强度极限 。13计算应力循环次数。(9)由机械设计第八版图(10-19)取接触疲劳寿命系数; 。(10)计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%,安全系数S=1,由机械设计第八版式(10-12)得(11)许用接触应力3.2.2计算(1)试算小齿轮分度圆直径=49.56mm(2)计算圆周速度(3)计算齿宽及模数 =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01(4)计算纵向重合度0.tan=20.73(5)计算载
18、荷系数K。已知使用系数根据v= 7.6 m/s,7级精度,由机械设计第八版图10-8查得动载系数由机械设计第八版表10-4查得的值与齿轮的相同,故由机械设计第八版图 10-13查得由机械设计第八版表10-3查得.故载荷系数11.111.41.42=2.2(6)按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径,由式(10-10a)得(7)计算模数 3.3按齿根弯曲强度设计由式(10-17)3.3.1确定计算参数(1)计算载荷系数。 =2.09(2)根据纵向重合度 ,从机械设计第八版图10-28查得螺旋角影响系数(3)计算当量齿数。(4)查齿形系数。由表10-5查得(5)查取应力校正系数。由机械设计第八版表1
19、0-5查得(6)由机械设计第八版图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ;大齿轮的弯曲强度极限 ;(7)由机械设计第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ,;(8)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S1.4,由机械设计第八版式(10-12)得(9)计算大、小齿轮的 并加以比较。=由此可知大齿轮的数值大。3.3.2设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由齿面齿根弯曲疲劳强度计算 的法面模数,取2,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm 来计算应有的齿数。于是由取 ,则 取 3.4几何尺寸计算3.4.1计算中心距
20、a=将中以距圆整为141mm.3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多,故参数、等不必修正。3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径3.4.4计算齿轮宽度圆整后取.低速级取m=3;由 取圆整后取表 1高速级齿轮:名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m22压力角2020分度圆直径d=227=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径表 2低速级齿轮:名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m33压力角2020分度圆直径d=327=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径4.轴的设计4.1低速轴4.1.1求输出轴上的功率转速和转矩 若取每级齿轮的传动的效率,则4.1.
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