機(jī)電裝備設(shè)計(jì)(13)ppt課件

.,1,6.1.4總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),機(jī)床幾何運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖是根據(jù)工藝要求確定的，所確定的僅僅是刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如刨削平面，可以由刀具作往復(fù)運(yùn)動(dòng)如牛頭刨床，也可以由工件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)如龍門(mén)刨床實(shí)現(xiàn)，兩者效果是一樣的。至于哪些運(yùn)動(dòng)由刀具一側(cè)完成，哪些運(yùn)動(dòng)由工件一側(cè)完成還未確定，基礎(chǔ)支承件設(shè)在何處是未知數(shù)。所以，首先要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)功能的分配。,.,2,1幾何運(yùn)動(dòng)功能分配設(shè)計(jì),坯料的形式加工卷料的小型自動(dòng)車(chē)床，由于工件不能旋轉(zhuǎn)，主運(yùn)動(dòng)必須由刀具來(lái)完成。刀具裝在刀具盤(pán)上，刀具盤(pán)繞工件高速旋轉(zhuǎn)，常稱為“套車(chē)”。加工的尺寸比例立式鉆床和搖臂鉆床，由鉆頭同時(shí)作回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)和軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。但在深孔鉆床上鉆深孔時(shí)，為了減少孔的歪斜和便于排屑，常由工件作回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，鉆頭只作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。工件的重量一般來(lái)說(shuō)，都是使重量較輕的部件運(yùn)動(dòng)。,.,3,.,4,.,5,通過(guò)幾何運(yùn)動(dòng)功能分配設(shè)計(jì)確定了基礎(chǔ)支承件，即運(yùn)動(dòng)功能式中“接地”的位置，用“”符號(hào)表示?！啊狈?hào)左側(cè)的運(yùn)動(dòng)由工件完成，右側(cè)的運(yùn)動(dòng)由刀具完成。機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能式中添加上“”接地符號(hào)后，可稱為運(yùn)動(dòng)分配式。一個(gè)運(yùn)動(dòng)功能方案，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)功能分配設(shè)計(jì)，可以得幾個(gè)運(yùn)動(dòng)分配式。,目前采用的方法,.,6,2結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì),.,7,五軸鏜銑機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖,.,8,3總體結(jié)構(gòu)草繪設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)主要依據(jù)：機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖，驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果、機(jī)床動(dòng)力參數(shù)、加工空間尺寸參數(shù)以及機(jī)床整機(jī)的剛度及精度分配。,.,9,總體結(jié)構(gòu)草繪設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過(guò)程,.,10,.,11,6.2主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì),機(jī)床主參數(shù)代表機(jī)床規(guī)格大小，反映機(jī)床最大工作能力的一種參數(shù)。有些機(jī)床還規(guī)定有第二主參數(shù)，通用機(jī)床主參數(shù)已有標(biāo)準(zhǔn)。專用機(jī)床的主參數(shù)，一般以加工零件或被加工面的尺寸參數(shù)來(lái)表示。金屬切削機(jī)床型號(hào)編制方法GB/T15375一1994,包括機(jī)床的尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。,6.2.1主參數(shù)和尺寸參數(shù),.,12,機(jī)床的類別和分類代號(hào),.,13,機(jī)床的通用特性代號(hào),.,14,6.2.2運(yùn)動(dòng)參數(shù),運(yùn)動(dòng)參數(shù)：指機(jī)床執(zhí)行件如主軸、工作臺(tái)和刀架等的運(yùn)動(dòng)速度。1主運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)于主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，其主運(yùn)動(dòng)參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速，它與切削速度的關(guān)系是,對(duì)于主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如插床或牛頭刨床，主運(yùn)動(dòng)參數(shù)是插刀或刨刀的每分鐘往復(fù)次數(shù)(次/分)。,.,15,主軸要進(jìn)行變速，確定變速范圍及最低和最高轉(zhuǎn)速，并確定采用無(wú)級(jí)變速，還是采用有級(jí)變速。確定nmax和nmin的方法，主要是分析所設(shè)計(jì)的機(jī)床可能進(jìn)行的工序，從中選擇要求最高、最低轉(zhuǎn)速的典型工序，按照典型工序刀具、工件材料、切削速度和刀具(或工件)的直徑，計(jì)算出nmax、nmin及變速范圍Rn,.,16,2進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù),大部分機(jī)床的進(jìn)給量用工件或刀具每轉(zhuǎn)的位移量表示，即單位為mm/r，如車(chē)床、鉆床、鏜床、滾齒機(jī)等。直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如刨、插床，以每一往復(fù)的位移表示。銑床和磨床，由于使用的是多刃刀具，進(jìn)給量常以每分鐘的位移量表示，即單位為mmmin。機(jī)床上廣泛采用有級(jí)或無(wú)級(jí)變速方式來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給量的變換。如T68型鏜床的進(jìn)給數(shù)列是；0.05、0.07、0.10、0.13、0.19、0.27、0.37、0.52、0.74、1.03、1.43、2.05、2.9、4、5.7、8、11.1、16共18級(jí)，公比為1.41。如刨床和插床等，為使進(jìn)給機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用間歇進(jìn)給棘輪機(jī)構(gòu)，進(jìn)給量由每次往復(fù)轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)(1、2、3)而定，是等差數(shù)列。,.,17,3動(dòng)力參數(shù),動(dòng)力參數(shù)包括電動(dòng)機(jī)的功率、液壓缸的牽引力、液壓馬達(dá)或步進(jìn)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩等。機(jī)床各傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)參數(shù)是根據(jù)動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算的。如果動(dòng)力參數(shù)定得過(guò)大，將使機(jī)床過(guò)于笨重，浪費(fèi)材料和電力：如果定得過(guò)小，又將影響機(jī)床的性能。計(jì)算方法在現(xiàn)階段只能做為參考，原因?yàn)椋和ㄓ脵C(jī)床使用情況復(fù)雜，切削用量的變化較大；對(duì)某些加工過(guò)程中切削力和進(jìn)給力的規(guī)律還沒(méi)有很好地掌握；機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦損失，尤其是高速下的損失研究得也不夠。,.,18,1)主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定,空載功率：機(jī)床主運(yùn)動(dòng)空轉(zhuǎn)時(shí)，由于傳動(dòng)件摩擦、攪油、空氣阻力和其他動(dòng)載荷等原因，電動(dòng)機(jī)要消耗一部分功率，為空轉(zhuǎn)功率損失Pq，其值隨傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速的增大而增大，與傳動(dòng)件預(yù)緊程度及裝配質(zhì)量有關(guān)。,.,19,2）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)功率的確定,機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率的確定有幾種情況：(1)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)，如臥式車(chē)床、鉆床等。統(tǒng)計(jì)結(jié)果：臥式車(chē)床進(jìn)給功率Pf=(0.030.04)PL，鉆床Pf=(0.030.04)PL，銑床Pf(0.030.04)PL。(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中工作進(jìn)給與快速進(jìn)給共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)，由于快速進(jìn)給所需功率遠(yuǎn)大于工作進(jìn)給的功率，且兩者不同時(shí)工作，所以不必單獨(dú)考慮工作所需功率，如升降臺(tái)銑床。(3)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，則需要確定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所需功率(或轉(zhuǎn)矩)。對(duì)普通交流電動(dòng)機(jī)，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)功率由下式計(jì)算,.,20,6.3刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì),6.3.1功能和基本要求,1功能,刀架是安放刀具的重要部件，直接承受極大的切削力，是工藝系統(tǒng)中的較薄弱的環(huán)節(jié)。,隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，采用自動(dòng)更換刀具裝置，實(shí)現(xiàn)了大容量存儲(chǔ)刀具和自動(dòng)交換刀具的功能，存放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動(dòng)交換刀具的時(shí)間從幾十秒減少到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。加工中心（MC),.,21,.,22,按照安裝刀具的數(shù)目,6.3.2類型,單刀架,多刀架,按結(jié)構(gòu)形式,方刀架,轉(zhuǎn)塔刀架,回輪式刀架,按驅(qū)動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位的動(dòng)力分,手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架,自動(dòng)(電動(dòng)和液動(dòng))轉(zhuǎn)位刀架,.,23,數(shù)控車(chē)床常用的自動(dòng)換刀裝置方式,.,24,加工中心的刀庫(kù)和換刀裝置方式,.,25,（1）盤(pán)形刀庫(kù)應(yīng)用較廣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，因刀具單環(huán)排列、定向利用率低，大容量刀庫(kù)的外徑將較大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，選刀運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。這種形式的刀庫(kù)容量較小，一般不超過(guò)32把刀具。（2）鏈?zhǔn)降稁?kù)容量較大，當(dāng)采用多環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)時(shí)，刀庫(kù)外形較緊湊，占用空間較小，適用于大容量的刀庫(kù)。（3）格子箱刀庫(kù)容量較大，結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但布局不靈活，通常將刀庫(kù)安放于工作臺(tái)上。（4）直線式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀庫(kù)容量較小，應(yīng)用于數(shù)控車(chē)床、數(shù)控鉆床或個(gè)別加工中心。,加工中心刀庫(kù)的類型及特點(diǎn),.,26,6.3.3刀具交換裝置,刀具交換裝置指數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置。,定義：,刀具交換方式分類：,利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換,機(jī)械手交換刀具,.,27,1利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換,（1）換刀時(shí)間較長(zhǎng)（2）工作臺(tái)的有效使用面積小,特點(diǎn)：,.,28,2刀庫(kù)機(jī)械手刀具交換裝置,特點(diǎn)：,（1）換刀靈活（2）換刀時(shí)間短,勾手,抱手,伸縮手,叉手,.,29,雙刀庫(kù)機(jī)械手換刀裝置,特點(diǎn):用兩個(gè)刀庫(kù)和兩個(gè)單臂機(jī)械手進(jìn)行工作，工作行程大為縮短，有效地節(jié)省了換刀時(shí)間。,自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床使用的刀具的刀柄形式有：圓柱形和圓錐形。,.,30,6.3.4換刀機(jī)械手,在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床中，機(jī)械手的形式是多種多樣的，常見(jiàn)的形式如圖所示。,1單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手,可以回轉(zhuǎn)不同的角度，均靠單一卡爪裝卸刀，換刀時(shí)間較長(zhǎng)。,.,31,2單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手,一個(gè)卡爪從主軸上取下“舊刀”，另一個(gè)卡爪則由刀庫(kù)取出“新刀”送到主軸，換刀時(shí)間較單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要少。,3雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手,兩個(gè)卡爪可同時(shí)抓取刀庫(kù)及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)180度后又同時(shí)將刀具放回刀庫(kù)及裝入主軸。,換刀動(dòng)作順序如圖所示,.,32,.,33,4雙機(jī)械手,這種機(jī)械手相當(dāng)于兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，互相配合起來(lái)進(jìn)行自動(dòng)換刀。其中一個(gè)機(jī)械手從主軸上取下舊刀送回刀庫(kù)，另一個(gè)機(jī)械手由刀庫(kù)里取出新刀裝入機(jī)床主軸。,5雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手,一個(gè)手臂從主軸上取下舊刀送回刀庫(kù)，另一手臂由刀庫(kù)中取出新刀裝入主軸，整個(gè)機(jī)械手可沿某導(dǎo)軌直線移動(dòng)或繞某個(gè)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)。,6雙臂端面夾緊式機(jī)械手,這種機(jī)械手夾緊刀柄的兩個(gè)端面換刀，以前的幾種均靠夾緊刀柄的外圓表面以抓取刀具。,.,34,6.3.5手爪,手爪在抓住刀具后，必須具有鎖刀功能，以防止在換刀過(guò)程中掉刀或刀具被甩出。當(dāng)機(jī)械手松刀時(shí)，刀庫(kù)的夾爪既起著刀套的作用，又起著手爪的作用。,.,35,6.3.6結(jié)構(gòu)原理,1手動(dòng)和半自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架,1)手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架,.,36,2)半自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架,沿床身三角形導(dǎo)軌和平導(dǎo)軌作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。,.,37,數(shù)控車(chē)床上使用的轉(zhuǎn)位刀架是一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置。,2自動(dòng)轉(zhuǎn)位換刀裝置,對(duì)于數(shù)控車(chē)床來(lái)說(shuō)，加工過(guò)程中刀尖位置不進(jìn)行人工調(diào)整，有可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，具有盡可能高的重復(fù)定位精度(一般為0.001-0.005mm)。,1）四方轉(zhuǎn)位刀架,一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床采用的螺旋升降式四方自動(dòng)刀架，適用于軸類零件的加工，如下圖所示。,.,38,刀架抬起,刀架轉(zhuǎn)位,刀架壓緊,四方轉(zhuǎn)位刀架換刀過(guò)程,.,39,2）數(shù)控車(chē)床12個(gè)刀位的液壓回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)圖,.,40,3帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng),1)目的：為了滿足復(fù)雜零件的加工工序高度集中的要求，一般多采用刀庫(kù)式自動(dòng)換刀裝置。2)組成：由刀庫(kù)和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。3)形式：盤(pán)形刀庫(kù)鏈?zhǔn)降稁?kù)格子箱刀庫(kù),4)三種典型換刀裝置,（1）直接在刀庫(kù)與主軸(或刀架)之間換刀的自動(dòng)換刀裝置（2）用機(jī)械手在刀庫(kù)與主軸之間換刀的自動(dòng)換刀裝置（3）用機(jī)械手和轉(zhuǎn)塔配合刀庫(kù)進(jìn)行換刀的自動(dòng)換刀裝置,.,41,（1）直接在刀庫(kù)與主軸(或刀架)之間換刀的自動(dòng)換刀裝置,機(jī)床自動(dòng)換刀過(guò)程,刀架快速右移刀庫(kù)下降刀庫(kù)回轉(zhuǎn)刀庫(kù)上升刀架帶著新刀具離開(kāi)刀庫(kù)，快速移向加工位置,.,42,（2）用機(jī)械手和轉(zhuǎn)塔配合刀庫(kù)進(jìn)行換刀,實(shí)質(zhì)上這種自動(dòng)換刀裝置是轉(zhuǎn)塔式換刀裝置和刀庫(kù)式換刀裝置的結(jié)合。,由以上幾種自動(dòng)換刀裝置可知，刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)方式一般采用液壓和電氣兩種方式。小型刀庫(kù)可直接由蝸桿蝸輪傳動(dòng)，大型刀庫(kù)還需采用鏈條傳動(dòng)。,.,43,6.3.7轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),1轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),常用的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)有以下幾種：1）液壓（或氣動(dòng)）驅(qū)動(dòng)的活塞齒條齒輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)2）圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)3）伺服電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的刀架轉(zhuǎn)位,.,44,調(diào)速范圍大，緩沖制動(dòng)容易，轉(zhuǎn)位速度可調(diào)；運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)尺寸較小，制造容易，因而應(yīng)用較為廣泛；轉(zhuǎn)位角度的大小可由活塞桿上的限位擋塊來(lái)調(diào)整；,液壓驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度可調(diào)，但運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，有沖擊；結(jié)構(gòu)尺寸大，驅(qū)動(dòng)力小。,氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：,應(yīng)用場(chǎng)合：一般多用在非金屬切削的自動(dòng)化機(jī)械和自動(dòng)線的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中。,1）液壓（或氣動(dòng)）驅(qū)動(dòng)的活塞齒條齒輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu),.,45,2）圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)位速度高、精度較低；運(yùn)動(dòng)特性可以自由設(shè)計(jì)選??；制造較為困難、成本較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大。,特點(diǎn)：,這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)可以通過(guò)控制系統(tǒng)中的邏輯電路或PC程序來(lái)自動(dòng)選擇回轉(zhuǎn)方向，以縮短轉(zhuǎn)位輔助時(shí)間,應(yīng)用：,.,46,3伺服電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的刀架轉(zhuǎn)位,現(xiàn)代技術(shù)中，采用直流(或交流)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿、蝸輪(消除間隙)實(shí)現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位的速度和角位移均可通過(guò)半閉環(huán)反饋進(jìn)行精確控制加以實(shí)現(xiàn)。,.,47,2定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),由于圓柱銷(xiāo)和斜面銷(xiāo)定位時(shí)容易出現(xiàn)間隙，目前在刀架的定位機(jī)構(gòu)中多采用錐銷(xiāo)定位和端面齒盤(pán)定位。,1）端齒盤(pán)定位,端齒盤(pán)定位由兩個(gè)齒形相同的端面齒盤(pán)相嚙合而成,由于嚙合時(shí)各個(gè)齒的誤差相互抵償，起著誤差均化的作用，定位精度高。,齒型角一般有2等于90和60兩種,.,48,.,49,2）端齒盤(pán)定位的特點(diǎn),(1)定位精度高研齒的齒盤(pán)其分度精度一般可達(dá)3左右，最高可達(dá)0.4以上，一對(duì)齒盤(pán)嚙合時(shí)具有自動(dòng)定心作用。,(2)重復(fù)定位精度高出于多齒嚙合相當(dāng)于上下齒盤(pán)齒的反復(fù)磨合對(duì)研，越磨合精度越高，重復(fù)定位精度也越高。,(3)定位剛性好和承載能力大兩齒盤(pán)多齒嚙合，由于齒盤(pán)齒部強(qiáng)度高，并且一般齒數(shù)嚙合率不小于90，齒面嚙合長(zhǎng)度不小于60，定位剛性好，承載能力大。,.,50,6.3.8鏈?zhǔn)降稁?kù)的構(gòu)成,1類型,圖示為方形鏈?zhǔn)降稁?kù)的典型結(jié)構(gòu)示意圖,鏈?zhǔn)降稁?kù)是目前應(yīng)用得最多的一種形式，由一個(gè)主動(dòng)鏈輪帶動(dòng)裝有刀套的鏈條。,常用的鏈條形式有,（1）帶導(dǎo)向輪的SK04型鏈條,（2）HP型鏈條,.,51,（1）帶導(dǎo)向輪的SK04型鏈條,.,52,（2）HP型鏈條,該鏈條是種套筒式鏈條，其輥?zhàn)颖旧砭褪堑短住?選用時(shí)應(yīng)確定刀柄號(hào)和拉釘種類、刀套間距、定位安裝位置和刀套號(hào)標(biāo)牌位置。,.,53,SK型懸掛式鏈條