3153998517数控磨床自动移动中心架毕业设计说明书.doc
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1、e题 目 数控磨床自动移动中心架设计 学生姓名 e 学号 e 所在学院 机械工程学院 专业班级 e 指导教师 e 完成地点 e 2009年6月18日数控磨床自动移动中心架设计e(e) 指导教师:e 摘要 一般来讲,轴的长度和直径之比越大,则刚度越小.特别是细长轴,由于工件的刚性减弱,切削力使工件变形加大,在磨削过程中,细长轴在磨削力和磨削热的作用下容易产生变形、发生震动、出现较大的加工误差。应此,磨削细长轴的关键是如何增加工件的支撑刚度,减小磨削力和磨削热。故机床在加工细长轴这类特殊零件的时候,采用方法之一就是中心架支撑,中心架是保证这类工件在数控机床上加工精度的主要附件之一。为了解决上述问题
2、,本文对传统现有的中心架进行分析对比,设计了一种液压自动定心中心架,主要完成了从方案的初步设计再到结构设计原理说明进行了详细的介绍。难点在于安装中心架时支持中心与工件中心相重合。磨削后的支撑圆的径向跳动偏差在0.020.03mm之间。能实现自动定心、自动移动,绘制了装配图及安装图,阐述了液压控制原理并且此液压中心架在数控磨床上安装方便、运行可靠。能更好的满足数控磨床在加工工件时的精度要求。 关键词 中心架; 数控磨床; 自定心; 液压控制 Design of the automatically move CNC grinder center frameee)Tutor:e Abstract:
3、Generally speaking, shaft length and diameter is bigger, the stiffness is smaller. Especially the slender shaft, the rigidity of the workpiece is abate, the cutting force so that the workpiece deformation increase, in the grinding process, the grinding force and the grinding of slender shaft under t
4、he action of heat easily deformed, vibrate, appear the processing error, the larger the grinding of slender shaft. The key is how to increase the stiffness of workpiece support, reducing the grinding force and the grinding heat. Therefore, in the processing of slender shaft of this kind of special p
5、arts of the machine tool, the method is one of the central frame support, center frame is one of the main accessories of this kind of workpiece in CNC machine tool accuracy. In order to solve the above problem, this paper carries on comparative analysis of existing center frame, design of a hydrauli
6、c automatic centering fixture, mainly completed the preliminary design to the structure design principle that were introduced in detail. The difficulty lies in the center and the center of support coincide installation center frame. After grinding the radial support circular runout deviation between
7、 0.02 0.03mm. Can realize the automatic centering, auto mobile, draw assembly drawing and installation diagram, the hydraulic control principle and the hydraulic pressure center frame in CNC grinding machine has the advantages of convenient installation, reliable operation. When processing a workpie
8、ce precision CNC grinding machine can better meet. Keywords: Centre frame; CNC grinder; Self-centering; Hydraulic control目 录1. 绪论1 1.1 本课题的设计目的和研究意义1 1.2 我国机床附件中心架的设计发展情况和研究主要成果2 1.3 数控磨床的简介以及我国数控磨床的发展趋势32. 设计方案的构思及分析42.1 设计方案的介绍、对比及确定42.1.1 机械可调式中心架42.1.2新型自动补偿中心架 52.1.3液压中心架 62.2 本次课题设计所选择数控机床类型的相
9、关介绍72.2.1机床型号及性能分析 72.2.2机床参数及平面布局的介绍 83. 液压中心架的总体设计 113.1 液压自定心中心架的设计目标及工作原理11 3.1.1 液压中心架的设计目标 11 3.1.2 液压中心架的工作原理及分析过程113.2 设计计算123.2.1 中心架数量的确定及计算123.2.2 磨削力及液压压力的计算123.3 液压中心架的液压控制原理133.4 液压中心架的机械安装设计143.5 液压中心架的润滑153.6 中心架的使用方法163.7 液压中心架的油雾气密封介绍173.8 液压中心架的特点及优势173.9 液压中心架的实际应用情况183.10 本次课题设计
10、过程中所遇到的问题184. 设计总结 19致 谢20参考文献211. 绪论1.1本课题的设计目的和研究意义随着加工制造业的发展,数控机床以它加工自动化程度高、效率高,加工质量好等特点在加工行业得到广泛的使用。根据加工零件的不同,选择数控机床,特别是大型和加长型数控机床时,机床附件的选择是必须面对的问题。在机床附件当中,中心架是加工较长工件必不可少的选择。当数控机床工件长度跟直径之比大于20倍时,称为细长轴。由于细长轴本身刚性差,因此,在车削和磨削过程中会出现下列问题: 1)工件受切削力、自重和旋转时离心力的作用,会产生弯曲、振动,严重影响其圆柱度和表面粗糙度。 2)在切削过程中,工件受热伸长产
11、生弯曲变形,车削就很难进行,严重时会使工件在顶尖卡住。磨削工件时,固定轴的方法一般是采用轴的一端用头架卡盘夹紧,或用头架顶尖顶紧,另一端用尾架的顶尖将轴支撑起来。由于工件的长径比值较大,加上在工件的自重和切削力的作用下,易使工件弯曲变形,造成工件在加工时发生振动和被磨成腰鼓形,如下图1.1所示。但假如在工件中间部分使用一只中心架,如下图1.2所示,即可增加轴的刚度,以保证工件在加工过程中不至于出现腰鼓形不直度和“让刀”现象。另一方面,此做法也能避免系统振动现象的产生,从而防止了轴的加工误差变大。加工时需采用中心架作为辅助支撑,以此来限制轴的变形,达到提高加工精度的目的,并且在数控磨床上安装方便
12、可靠,经济实用。图1.1 不使用中心架磨削细长工件图1.2 使用中心架磨削细长工件 出现上述加工缺陷的主要原因是因为在加工过程中,尤其是当刀具靠近轴中部的时候,工件会受到自身重力和刀具径向切削力的作用,产生变形,使轴产生不同程度的弯曲,使加工产生误差,从而导致加工完成后的轴成为腰鼓形,即中间大,两端较小的形状。纵截面一致性和圆度无法得到保障。所以为避免此类情况的发生,加工时需采用液压中心架作为辅助支撑,以此来限制轴的变形,减弱上述加工过程中所出现的缺陷,达到提高加工精度的目的。1.2我国机床附件中心架的设计发展情况和研究主要成果 大多数的中心架都应用在数控车床和数控磨床上,中心架的结构形式有很
13、多种,按机床的不同结构和零件的不同要求而变化,其结构形式大概可以分为闭式中心架、开式中心架如下图1.3所示。按控制要求分为手动中心架、自动中心架、液压中心架等。图1.3 闭式中心架和开式中心架 查阅相关资料,可以了解到随着机械工业制造设备的发展,数控机床已广泛应用,长轴类零件外圆及轴端部分加工极为普遍。中心架一般是固定在机床导轨上,中心架触头卡在工件中部外圆。通常闭式中心架用于磨削内孔和阶梯轴,开式中心架用于磨长轴、丝杆和曲轴颈。加工零件外圆时,闭式中心架因刀具不能越过中心架,不能对零件外圆进行连续加工,开式中心架存在一个无法准确定心的问题。定心不准同样会引起精度的不足。加工零件外圆时,因刀具
14、不能过中心架,而不能对零件外圆进行连续加工,所以随着社会的进一步发展,在机械行业,我国传统的中心架已不能满足数控机床加工要求如图1.4所示。图1.4 传统中心架应用示意图1、 卡盘2、工件3、中心架4、车刀5、尾座顶尖为了能够克服传统中心架的一些弊端,提高现代的数控设备加工效率,我国机械行业的先驱者采用新材料、新技术对传统中心架进行不同方面的优化设计来满足现代数控机床行业的需求。先后研究出来的手动中心架、液压中心架、自动补偿中心架以及数控机床专用的套圈式中心架等等。这些设计成果已经在实际制造加工过程中进行广泛应用,并且取得了很好的实际效果。很大程度上提高了加工精度和加工效率。1.3 数控磨床的
15、简介以及我国数控磨床的发展趋势 数控磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工,少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工,如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。数控磨床又简单的分为数控工具磨床、数控平面磨床、数控无心磨床、数控内外圆磨床、数控立式万能磨床、数控坐标磨床、数控成形磨床等。 数控磨床的特点: (1)、适合于复杂曲面、精度要求高的异形零件的加工。 (2)、实现数字计算机控制,液压驱动,排除人为误差。 (3)、通过计算机软件可以实现精度补偿和优化控制。 (4)、加工中心、车削中心、磨削中心、电加工中心等具有刀库和换刀
16、功能,减少了刀具装夹次数,提高了加工精度和加工效率。 (5)、数控机床使机械加工设备增加了柔性化的特点。柔性加工不仅适合于多品种、中小批量生产也适合于大批量生产,且能交替完成两种或更多种不同零件的加工,增加了自动变换工件的功能,可实现夜间无人看管的操作。由几台数控机床(加工中心)组成的柔性制造系统(FMS)具有更高柔性的自动化制造系统,包括加工、装配和检验等环节。查阅相关资料可以看出,我国的自主设计创新能力相比国外有很大差距。我国对国外技术依赖度很高,没有上升到形成产品自主研发能力和技术创新能力的高度。掌握具有高精度、高速、高效、复合功能、多轴联动等技术,这才是我国数控磨床未来发展的最终趋势。
17、随着高精度高速机械零件数量的增加,以及精密铸造和精密锻造加工工艺的发展,磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增加。磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类,主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等等。磨床是金属切削行业的一个重要分支,尤其在汽车、电力、船舶、冶金、军工、航空航天等行业,国产数控磨床正在发挥着越来越重要的作用,“十一五”期间,经过调整和整合期后的磨床行业,将会迎来新一轮的发展期。 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
18、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
19、 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10-7 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
20、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0.318124tan=20.73(5)计算载荷系数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1
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