金属切削机床设计课程及参考PPT推荐.ppt
- 文档编号:7172486
- 上传时间:2023-05-08
- 格式:PPT
- 页数:185
- 大小:16.30MB
金属切削机床设计课程及参考PPT推荐.ppt
《金属切削机床设计课程及参考PPT推荐.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《金属切削机床设计课程及参考PPT推荐.ppt(185页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
对于单机工作形式的普通机床,是由人进行物料交接的,要求机床的使用、操作、清理、维护方便。
对于自动化柔性制造系统,机床与物流系统(如输送线)是自动进行物料交接的,要求机床结构形式开放性好,物料交接方便。
7.柔性,机床的柔性,是指其适应加工对象变化的能力,包括空间上的柔性和时间上的柔性。
所谓空间柔性也就是功能柔性,指在同一时期内,机床能够适应多品种小批量的加工,即机床的运动功能和刀具数目多,工艺范围广。
所谓时间上的柔性也就是结构柔性,指的是在不同时期,机床各部件重新组合,即通过机床重构,改变其功能,以适应产品更新变化快的要求。
8.环境保护,噪声损坏人的听觉器官和生理功能,是一种环境污染。
机床噪声源自:
机械噪声、液压噪声、电磁噪声、空气动力噪声等四个方面。
机床噪声影响正常的工作环境,危害人的身心健康。
所以,设计机床时应尽量设法降低其噪声。
机床的油雾、粉尘和腐蚀介质等都是对人体有害的,设计时应考虑尽量避免这些有害物质向四周扩散而污染环境,避免操作者与这些有害物质直接接触而危害人体。
3.1.2机床的设计方法,传统方法:
理论分析、计算和试验研究相结合的设计方法。
计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)等技术,已经应用于机床设计的各个阶段。
改变了传统的设计方法,由定性设计向定量设计、可以提高机床的设计质量和设计效率。
机床的设计方法还应考虑机床的类型,如通用机床应采用系列化设计方法等。
3.1.3机床的设计步骤,调查研究:
市场对机床的需求情况;
国内外同类型机床的先进技术、发展趋势和有关的科技动向等。
主要技术指标设计总体方案设计:
包括运动功能、基本参数、机床总体布局、传动系统、电气系统、液压系统、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济综合分析等。
技术详细设计:
绘制机床总图、部件装配图、液压与电气装配图,并进行运动计算和动力计算,然后进行零件图设计和编写各种技术文件。
整机综合评价。
3.1.4机床的总体布局,1.定义:
按工艺要求决定机床所需的运动,确定机床的组成部件,确定各个部件的相对运动和相对位置关系,同时也要确定操纵和控制机构在机床中的配置。
2.影响机床总体布局的基本因素3.模块化设计,影响机床总体布局的因素,
(1)表面成形方法
(2)机床运动的分配(图31)(3)工件的尺寸、质量和形状(图32)(4)工件的技术要求(5)生产规模和生产率(6)其它,机床运动的分配,模块化设计,模块化设计是对具有同一功能的部件或单元(如刀架),根据用途或性能不同,设计出多种能够互相换用的模块,让用户能根据生产需要选用,从而组合成各种通用机床、变型机床或专用机床。
3.1.5机床主要参数的确定,3.1.5.1主参数和尺寸参数3.1.5.2运动参数
(1)主运动参数
(2)主轴转速和变速范围(3)标准公比和标准转速数列(4)进给运动参数3.1.5.3动力参数
(1)确定主传动功率
(2)确定进给传动功率,主参数和尺寸参数,机床主参数是代表机床规格大小及反映机床最大工作能力的一种参数。
通用机床的主参数通常都以机床的最大加工尺寸来表示,专用机床的主参数一般以与通用机床相对应的主参数表示。
为了更完整地表示机床的工作能力和加工范围,可在主参数后面标出第二主参数,如最大工件长度、最大跨距等。
机床尺寸参数是指机床主要结构的尺寸参数。
与工件有关的尺寸参数;
与工、夹、量具有关的尺寸参数。
主运动参数,主运动为旋转运动时,机床的主运动参数是主轴转速n(单位为rmin):
n=1000v/d主运动为往复直线运动时,主运动参数是刀具或工件的每分钟往复次数(单位为次min)。
专用机床可根据特定工序实际使用的切削速度和工件(或刀具)的直径确定主轴转速,且大多数情况只需一种速度。
通用机床,为适应各种不同的加工要求,主轴应有一定的变速范围和变速方式(有级或无级变速)。
主轴转速和变速范围,标准公比和标准转速数列,转速数列是递增的,规定标准公比1,并规定Amax不大于50,故12。
标准公比见表31。
用于自动化与半自动化机床,因为要求较高的生产率,相对转速损失要小,故要取小些,可取1.12或1.25;
对于大型机床,选择合理的切削速度对提高生产率作用较大,故也取小些,取1.12或1.25;
对中型通用机床,通用性较大,要求转速级数Z要多一些,但结构又不能过于复杂,常取125或141;
对于非自动化小型机床,其加工时间常比辅助时间少,转速损失影响不大,要求结构简单一些,损失。
但此类机床主传动链应配置机械或电气可取158或178。
当选定标准公比之后,转速数列可从表32中查出。
表中给出了公比为1.06的从115000的数列,其它公比的数列可由此派生得到。
表31和表32均适用于转速、双行程和进给系列,也可以用于机床尺寸和功率参数等数列。
进给运动参数,机床的进给运动多数是直线运动,进给量用工件或刀具每转位移表示,即mmr;
也可以用每一往复行程的位移表示,即mm行程。
机床进给量的变换可用无级变速(数控机床)和有级变速方法。
采用有级变速方式时,进给量一般为等比数列。
进给量也是等差数列。
而用交换齿轮改变进给量大小的自动车床,其进给量就不是按一定规则排列的。
动力参数,动力参数指主运动、进给运动和辅助运动的动力消耗,它主要由机床的切削载荷和驱动的工件质量决定。
对于专用机床,机床的功率可根据特定工序的切削用量计算或测定;
对于通用机床,目前单纯用计算的方法来确定功率是困难的,故通常用类比、测试和近似计算几种方法互相校核来确定。
下面介绍用近似计算的方法确定机床动力参数。
主传动功率的确定,当主传动链的结构方案尚未确定时:
当主传动链的结构方案确定时:
进给传动功率的确定,进给运动与主运动合用一个电动机,进给运动消耗功率远小于主运动。
进给运动中工作进给与快速进给合用一个电机时,由于快速电机所需功率远大于工作进给功率,且二者不同时工作,所以不必考虑工作进给所需功率。
进给运动采用单独电动机驱动时,进给电动机功率:
数控机床的进给运动,伺服电动机按转矩为:
3.2主传动系统设计,3.2.1必须满足的设计基本要求3.2.2主传动系统分类与传动方式3.2.3分级变速主传动系统3.2.4无级变速主运动传动系统设计3.2.5数控机床主传动系统设计,3.2.1须满足的设计基本要求,1)满足机床使用性能要求。
机床的末端执行件(如主轴)应有足够的转速范围和变速级数。
2)机床的动力源和传动机构应能够输出和传递足够的功率和转矩,并有较高的传动效率。
3)机床的传动结构,特别是末端执行件必须有足够的精度、刚度、抗振性能和较小的热变形。
4)应该合理地满足机床的自动化程度和生产率的要求。
5)机床的操作和控制要灵活,安全可靠,噪声小,维修方便。
机床的制造要方便,成本要低。
3.2.2主传动系统分类与传动方式,
(一)主传动系分类:
(1)按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。
交流电动机驱动中又可分单速交流电动机或调速交流电动机驱动。
调速交流电动机驱动又有多速交流电动机和无级调速交流电动机驱动。
(2)按传动装置类型可分为机械传动装置、-液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合。
(3)按变速的连续性可以分为分级变速传动和无级变速传动。
3.2.2主传动系统分类与传动方式,分级变速传动在一定的变速范围内只能得到某些转速,变速级数一般不超过2030级。
传动方式有滑移齿轮变速、交换齿轮变速和离合器(如摩擦式、牙嵌式、齿轮式离合器)变速。
传递功率较大,变速范围广,传动比准确,工作可靠,广泛应用于通用机床。
缺点是有速度损失,不能在运转中进行变速。
无级变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速,以便得到最有利的切削速度;
能在运转负载中变速,便于实现变速自动化。
无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、液压无级变速器和电气无级变速器实现。
3.2.2主传动系统分类与传动方式,
(二)主传动系的传动方式:
1集中传动方式主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内,称为集中传动方式。
通用机床中多数机床的主变速传动系都采用这种方式。
适用于普通精度的大中型机床。
特点是结构紧凑,便于实现集中操纵,安装调整方便。
缺点是运转的传动件在运转过程中所产生的振动、热量,会使主轴产生变形,使主轴回转中心线偏离正确位置而直接影响加工精度。
3.2.2主传动系统分类与传动方式,2分离传动方式主传动系中的大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独变速箱中,然后通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式,称为分离传动方式。
特点是变速箱各传动件所产生的振动和热量不能直接传给或少传给主轴,从而减少主轴的振动和热变形,有利于提高机床的工作精度。
运动由皮带经齿轮离合器直接传动,主轴传动链短,使主轴在高速运转时比较平稳,空载损失小;
当主轴需作低速运转时,运动则由皮带轮经背轮机构的两对降速齿轮传动后,转速显著降低,达到扩大变速范围的目的。
3.2.3分级变速主传动系统,
(一)转速图与结构式
(二)各变速组的变速范围及极限传动比(三)主传动系统设计的基本原则与方法(四)主传动系统的几种特殊设计(五)扩大传动系变速范围的方法(六)齿轮齿数的确定(七)计算转速(八)变速箱内传动件的空间布置与计算,1.转速图,1)距离相等的竖直线代表传动系统的各轴。
从左到右依次标注。
2)距离相等的横直线与竖直线相交点,代表各级转速。
3)坐标取对数坐标,在相交点直接写出转速的数值。
4)相邻两轴之间相应转速的连线代表相应传动副的传动比,从左向上斜是升速传动,从左向下斜是降速传动。
1.转速图,转速图的基本规律,1)变速系统的变速级数是各变速组传动副数的乘积。
2)机床的总变速范围Rn是各变速组变速范围的乘积。
3)变速组的传动比之间关系变速的基本规律是:
变速系统是以基本组为基础,再通过扩大组(可以有第一扩大组、第二扩大组)把转速范围(级数)加以扩大。
若要求变速系统是一个连续的等比数列,则基本组的级比等于,级比指数X。
1;
扩大组的级比xj,级比指数xj应等于该扩大组前面的基本组传动副数和各扩大组传动副数的乘积。
2.结构式,结构式简单、直观,能清楚地显示出变速传动系中主轴转速级数Z、各变速组的传动顺序、传动副数和各变速组的级比指数,一般表达式为以12级转速为例,传动方案有:
1243;
1234;
12322;
12232;
12223变速组的级比是指主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动线的比值,相当于由上述相邻两传动线与被动轴交点之间相距的格数。
要使主轴转速为连续的等比数列,必须有一个变速组的级比指数为1,此变速组称为基本组。
应尽量使变速组的扩大顺序和传动顺序一致。
各变速组的变速范围及极限传动比,
(1)变速组中最大与最小传动比的比值,称为该变速组的变速范围:
(2)变速组的极限传动比一般限制降速的最小传动比min14,对升速的最大传动比max22.5。
这样主传动系统各变速组的变速范围限制在r810之间。
为使最后传动组的变速范围不超出允许值,最后扩大组的传动副一般取P=2较合适。
主传动系统设计的基本原则,1传动副前多后少原则主变速传动系从电动机到主轴,通常为降速传动,接近电动机的传动件转速较高,传递的扭矩较小,尺寸小一些;
反之,靠近主轴的传动件转速较低,传递的扭矩较大,尺寸就较大。
在拟定主变速传动系时,应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面,传动副数少的变速组放在后面,使主变速传动系中更多的传动件在高速范围内工作,尺寸小一些,以便节省变速箱的造价,减小变速箱的外形尺寸。
按此原则,123X2X2,122X3X2,122X2X3,三种不同传动方案中以前者为好。
主传动系统设计的基本原则,1传动副前多后少原则在变速级数Z一定时,减少变速组个数势必增加各变速组的传动副数,并且降速过快而导致齿轮的径向尺寸增大,为使变速箱中的齿轮个数最少,每个变速组的传动副数最好取23个。
当机床的传动功率为定值时,转速n越高,转矩就小,零件尺寸就较小。
所以应该尽量选择传动副数多的变速组放在传动顺序前面的高速范围,而把变速组传动副数少的放在传动顺序的后面。
主传动系统设计的基本原则,2传动顺序与扩大顺序相一致的原则(前密后疏),后种方案因第一扩大组在最前面,轴的转速范围比前种方案大。
如两种方案轴的最高转速一样,后种方案轴的最低转速较低,在传递相等功率的情况下,受的扭矩较大,传动件的尺寸也就比前方案大。
将图314a所示方案与其它多种扩大顺序方案相比,可以得出同样的结论。
主传动系统设计的基本原则,3变速组的降速要前慢后快(前慢后快)从电动机到主轴之间的总趋势是降速传动,在分配各变速组传动比时,为使中间传动轴具有较高的转速,以减小传动件的尺寸,前面的变速组降速要慢些,后面变速组降速要快些,但中间轴的转速不应过高,以免产生振动、发热和噪声。
中间轴的最高转速不超过电动机的转速。
上述原则在设计主变速传动系时一般应该遵循。
但有时还须根据具体情况加以灵活运用。
I轴上装有双向摩擦片式离合器,轴向尺寸较长,为使结构紧凑,第一变速组采用了双联齿轮,而不是按照前多后少的原则采用三个传动副。
X62W铣床的主传动系统分析,主轴转速范围为301500rmin,主轴18级转速,公比126。
共三个变速组。
主传动系统的总降速比为l48。
增加一对2654的降速传动齿轮副,使中间的两个变速组降速得以缓慢一些,齿轮的径向尺寸可小一些。
(四)主变速传动系的几种特殊设计,1.具有多速电动机的主变速传动系设计,多刀半自动车床采用双速电动机,电动机变速范围为2,转速级数共8级。
公比141,其结构式为电变速组作为第L扩大组,I一轴间的变速组为基本组,传动副数为2,一轴间变速组为第二扩大组,传动副数为2,缺点就是当电动机在高速时,没有完全发挥其能力。
可简化机床的机械结构,使用方便,并可在运转中变速,适于半自动、自动机床及普通机床。
机床上常用双速或三速电动机,多速电动机总是在变速传动系的最前面,作为电变速组。
当电动机变速范围为2时,变速传动系的公比应是2的整数次方根。
(四)主变速传动系的几种特殊设计,2.具有交换齿轮的变速传动系设计,为了减少交换齿轮的数量,相啮合的两齿轮可互换位置安装,即互为主、被动齿轮。
反映在转速图上,交换齿轮的变速组应设计成对称分布的。
可用少量齿轮,得到多级转速,不需要操纵机构,变速箱结构大大简化。
缺点是更换交换齿轮较费时费力;
如果装在变速箱外,润滑密封较困难,如装在变速箱内,则更换麻烦。
对于成批生产用的机床,加工中一般不需要变速或仅在较小范围内变速;
但换一批工件加工,需要变换成别的转速或在一定的转速范围内进行加工。
为简化结构,常采用交换齿轮变速方式,或将交换齿轮与其它变速方式(如滑移齿轮、多速电动机等)组合应用。
交换齿轮用于每批工件加工前的变速调整,,(四)主变速传动系的几种特殊设计,3.采用公用齿轮的传动系设计,在变速传动系中,即是前一变速组被动齿轮,又是后一变速组主动齿轮,称为公用齿轮。
可减少齿轮的数目,简化结构,缩短轴向尺寸。
按相邻变速组内公用齿轮的数目,常用的有单公用和双公用齿轮。
采用公用齿轮时,两个变速组的模数必须相同。
因为公用齿轮轮齿受的弯曲应力属于对称循环,弯曲疲劳许用应力比非公用齿轮要低,因此应尽可能选择变速组内较大的齿轮作为公用齿轮。
(五)扩大传动系变速范围的方法,1增加变速组是扩大变速范围最简便的方法。
但由于受变速组极限传动比的限制,增加的变速组的级比指数往往不得不小于理论值,并导致部分转速的重复。
(五)扩大传动系变速范围的方法,2采用背轮机构又称回曲机构.在机床上应用得较多。
设计时应注意当高速直联传动时(图例为离合器M接通),应使背轮脱开,以减少空载功率损失,噪声和发热,以及避免超速现象。
图示的背轮机构不符合上述要求。
(五)扩大传动系变速范围的方法,3采用双公比的传动系机床在使用中,每级转速使用的机会不太相同。
经常使用的转速一般是在转速范围的中段,转速范围的高、低段使用较少。
针对这一情况而设计的。
主轴的转速数列有两个公比,转速范围中经常使用的中段采用小公比,不经常使用的高、低段用大公比。
双公比变速传动系是在常规变速传动系基础上,通过改变基本组的级比指数演变来的。
如要演变成双公比变速传动系,基本组的传动副数常选为2。
将基本组的级比指数X1增大到“1+2n”,n是大于1的正整数。
(五)扩大传动系变速范围的方法,4采用分支传动分支传动是在串联型式变速传动系的基础上,增加并联分支以扩大变速范围。
本例主变速传动系采用分支传动方式,变速范围扩大到R。
140010140。
采用分支传动方式还具有缩短高速传动路线,提高传动效率,减少了噪声的优点。
(六)齿轮齿数的确定,对于定比传动的齿轮齿数和带轮直径,可依据机械设计手册推荐的计算方法确定。
对于变速组内齿轮的齿数,如传动比是标准公比的整数次方时,变速组内每对齿轮的齿数和Sz及小齿轮的齿数可从表36中选取。
表中所列值是传动副的被动齿轮齿数;
齿数和Sz减去被动齿轮齿数就是主动齿轮齿数。
表中所列的u值全大于1,即全是升速传动。
对于降速传动副,可取其倒数查表,查出的齿数则是主动齿轮齿数。
(六)齿轮齿数的确定,确定齿轮齿数时,选取合理的齿数和是很关键的。
齿轮的中心距取决于传递的扭矩。
一般来说,主变速传动系是降速传动系,越后面的变速组传递的扭矩越大,因此中心距也越大。
为简化工艺,变速传动系内各变速组的齿轮模数最好一样,通常不超过23种模数。
因此越后面的变速组的齿数和选择较大值,有助于实现上述要求。
(六)齿轮齿数的确定,变速传动组齿数和的确定有时需经过多次反复,即初选齿数和,确定主、被动齿轮齿数,计算齿轮模数,如模数过大应增大齿数和,反之则减少齿数和。
为减少反复次数,按传递扭矩要求可先初选中心距,设定齿轮模数,再算出齿数和。
齿轮模数的设定应参考同类型机床的设计经验,如齿轮模数设定得过小,齿轮经不起冲击,易磨损;
如设定得过大,齿数和将较少,使变速组内的最小齿轮齿数小于17,产生根切现象,最小齿轮也有可能无法套装到轴上。
(六)齿轮齿数的确定,采用三联滑移齿轮时,应检查滑移齿轮之间的齿数关系:
三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差应大于或等于4。
以保证滑移时,齿轮外圆不相碰。
齿轮齿数确定后,还应验算一下实际传动比(齿轮齿数之比)与理论传动比(转速图上给定的传动比)之间的转速误差是否在允许范围之内。
有时在希望的齿数和范围内,找不到变速组各传动副相同的齿数和,可选择齿数和不等,但差数一般小于13的方案,然后采用齿轮变位的方法使各传动副的中心距相等。
(七)计算转速,计算转速nj:
主轴或各传动件传递全部功率的最低转速。
主轴从最高转速到计算转速之间应传递全部功率,而其输出扭矩随转速的降低而增大,称之为恒功率区;
从计算转速到最低转速之间,主轴不必传递全部功率,输出的扭矩不再随转速的降低而增大,保持计算转速时的扭矩不变,传递的功率则随转速的降低而降低,称之为恒扭矩区。
不同类型机床主轴计算转速的选取是不同的。
对于大型机床,由于应用范围很广,调速范围很宽,计算转速可取得高些。
对于精密机床、滚齿机,由于应用范围较窄,调速范围小,计算转速可取得低一些。
各类机床主轴计算转速的统计公式见表3-7。
(七)计算转速,2.变速传动系中传动件计算转速的确定变速传动系中的传动件包括轴和齿轮,它们的计算转速可根据主轴的计算转速和转速图确定。
确定的顺序通常是先定出主轴的计算转速,再顺次由后往前,定出各传动轴的计算转速,然而再确定齿轮的计算转速。
(八)变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内各传动轴的空间布置,变速箱内各传动轴的空间布置首先要满足机床总体布局对变速箱的形状和尺寸的限制,还要考虑各轴受力情况,装配调整和操纵维修的方便。
其中变速箱的形状和尺寸限制是影响传动轴空间布置最重要的因素。
图是卧式车床主轴箱的横截面图。
首先确定主轴的位置,主要根据车床的中心高确定;
确定传动主轴的轴,以及与主轴有齿轮啮合关系的轴的位置;
确定电动机轴或运动输入轴(轴1)的位置;
最后确定其它各传动轴的位置。
各传动轴常按三角布置。
为缩小径向尺寸,还可以使箱内某些传动轴的轴线重合,如图324中的、v两轴。
(八)变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内各传动轴的空间布置,图是卧式铣床的主变速传动机构,利用铣床立式床身作为变速箱体。
床身内部空间较大,所以各传动轴可以排在一个铅直平面内,不必过多考虑空间布置的紧凑性,以方便制造、装配、调整、维修,和便于布置变速操纵机构。
床身较长,为减少传动轴轴承间的跨距,可在中间加一个支承墙。
(八)变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内各传动轴的空间布置,(八)变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内各传动轴的轴向固定,传动轴通过轴承在箱体内轴向固定的方法有一端固定和两端固定两类。
采用单列向心球轴承时,可一端固定,也可两端固定;
采用圆锥滚子轴承时,则必须两端固定。
一端固定的优点是轴受热后可以向另一端自由伸长,不会产生热应力,因此,宜用于长轴。
图a用衬套和端盖将轴承固定,并一起装到箱壁上,它的优点是可在箱壁上镗通孔,便于加工,但构造复杂,对衬套又要加工内外凸肩。
图b虽不用衬套,但在箱体上要加工一个有台阶的孔,因而在成批生产中较少应用。
图c是用弹性挡圈代替台阶,结构简单,工艺性较好图d是两面都用弹性挡圈的结构,构造简单、安装方便,适用于批量较大的机床;
图e的构造是在轴承的外圈上有沟槽,将弹性挡圈卡在箱壁与压盖之间,箱体孔内不用挖槽,构造更加简单,装配更方便,但需轴承厂专门供应这种轴承。
一端固定时,轴的另一端的构造见图f,轴承用弹性挡圈固定在轴端,外环在箱体孔内轴向不定位。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 金属 切削 机床 设计 课程 参考