文档介绍：前言
在这次毕业设计中接到的课题是对数控机床的部分进行设计,我设计的是八轴转塔自动换刀装置。接到课题后,进行了充分的调研工作,查阅了大量的相关资料。数控机床是一种高科技的机电一体化产品,集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一身的高度机电一体化产品,是现代机床技术水平的重要标志,是当前世界机床技术进步的主流。
数控机床随着微电子技术、计算机技术、自动控制技术的发展而得到飞跃的发展。目前几乎所有的传统机床都有数控机床的品种,数控机床逐渐成为机械工业技术改造的首选设备。但我们了解到我国的国营大厂仍有一批老机床,随着数控机床的发展这批老机床一定会被淘汰,但若对其进行改造,将这批老机床改造成数控机床,这样不但能延长这批老机床的寿命、降低了成本,而且还能满足机床自动化的要求。因此,我们准备对普通升降式铣床进行改造。通过查阅有关书籍及大量的资料,我们将升降式铣床改为八轴转塔式简易加工中心,实现不人工换刀的情况下短时间内进行铣、镗、钻的转换。
通过这次毕业设计,我不但对数控机床的结构有了系统的了解,并且还掌握了一种工业系统设计的思维方式,对今后的工作及实践都有帮助。
第一章技术参数分析及方案的制定
§ 技术参数分析
由于主轴部件直接参与切削,因而数控机床的加工质量很大程度上要靠它保证。因此,主轴部件主要参数有以下几项:①主轴部件旋转精度。表现在工作时主轴回转中心位置的不断变化,即“主轴轴心漂移现象”,应通过采用回转精度好的轴承和提高与轴承配合表面的精度等方法来提高。②静刚度。静刚度不足会造成加工的尺寸误差和形状误差,并且会影响主轴部件的工作性能和寿命。因此,应通过适当加粗主轴直径、选择最佳跨距等方法来提高静刚度。③抗振性。由于传动齿轮中存在缺陷或切削过程的再生自振等所引起的冲击或交变力的干扰,从而使主轴产生振动,这不但会影响加工精度和表面质量,甚至会使加工无法进行。因此,应提高主轴的刚度。选用阻尼比大的主轴轴承,并且要求主轴部件的运动件要有足够的精度并进行动平衡。④热稳定性。主轴部件工作时,由于与主轴相联系的传动件或刀具传来的切削热等原因,主轴部件的温度将上升,造成主轴部件的变形,影响主轴部件的工作性能。因此,应通过减少部件中的发热量,减少外部热量传入及创造良好的散热条件来提高热稳定性。
§ 初步方案制定
§ 机床总体方案的制定
机床主机是数控机床的主体,它包括床身、底座、立柱、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动完成各种切削加工的机械部分。通常用提高结构系统的静刚度、增加阻尼、调整结构件质量和固有频率等方法来提高机床主机的刚度和抗振性,使机床主机能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善机床结构布局、减少发热、控制温升及采用热位移补偿等措施,可减少热变形对机床主机的影响;采用高性能的主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置,使数控机床的传动链缩短,可简化机床机械传动系统的结构;采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和传动元件,如:滚动丝杠螺母副、滑动导轨等传动元件。辅助装置作为数控机床的配套部件,是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置。辅助装置包括:液压装置,冷却、润滑装置,防护、照明等。液压装置是应用液压系统,使机床完成自动换刀所需的动作,实现运动部件的制动,完成工作台的自动夹紧、松开,工件、刀具定位表面的自动吹屑等辅助功能。排屑装置的作用是将切屑从加工区域排出。迅速有效地排除切屑是保证数控机床高效率地自动进行切削加工的一种必备装置。
§ 对于主轴部件的确定
在主轴电机的选择上,为了能量转换的高效率与信息转换的高精度,快响应和高度的稳定性,对伺服电机的基本要求是:①功率大,②功率比大,③良好的调速性能,④优良的控制特性,⑤便于维护,⑥散热性好,其次价格方面也应考虑。通过查阅资料,我了解到目前大多数数控机床的主传动系统都是使用直流或交流伺服电机通过变速齿轮带动主轴转动的方案。因为在直流伺服电机与交流伺服电机之间,交流伺服电机有构造简单,可达到的输出功率最大,可达到的最大转速最高,不许要维护,防爆特性好等特点,所以我选择了交流电机。为了避免振动和噪声,我采用了电机通过皮带带动主轴转动的传动方案。
对于主轴转速的确定。由于采用了变频器进行变频调速,并且因为变频器在频率为50HZ时,主轴转速为750r/min,而变频器的变频范围为50—200HZ,故主轴的转速范围为150—3000r/min。
对主轴轴承配置的主要形式的选择。轴承配置的主要形式有三种:①前轴承采用高精度双列向心推力球轴承,这种方案有良好的高速性,但承载能力小;②双列和单列圆锥滚子轴承的组合,这种方案能承受重载荷,安装调整性好,但限制主轴转速和精度