車銑復(fù)合機(jī)床設(shè)計(jì)

1、摘要 摘要復(fù)合機(jī)床己成為機(jī)床產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)之一，作為機(jī)床中占有相當(dāng)比重的車床與銑床如果能夠結(jié)合起來(lái)，無(wú)疑將大大提高機(jī)床的加工范圍和工作效率，提高加工精度等等。自上個(gè)世紀(jì)車銑復(fù)合加工機(jī)床誕生以來(lái)，這類機(jī)床得到了飛速的發(fā)展并得到了廣泛的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)了一種通用型數(shù)控五軸聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工機(jī)床，并完成了對(duì)XYZ進(jìn)給系統(tǒng)的PRO-E三維建模。機(jī)床車削主軸采用主軸電機(jī)直聯(lián)聯(lián)軸器的方式，通過(guò)一級(jí)變速驅(qū)動(dòng)主軸。銑削主軸采用電主軸直接驅(qū)動(dòng)使其具有較強(qiáng)的銑削加工能力和很好的可控制性。它的銑削部分可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向直線進(jìn)給以及A、C兩個(gè)擺角轉(zhuǎn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)，同時(shí)銑削電主軸采用HSK-A63刀柄自動(dòng)裝夾系統(tǒng)，從而既可以

2、裝夾車刀進(jìn)行車削，也可以裝夾銑刀進(jìn)行銑削。X，Y進(jìn)給系統(tǒng)采用直線電機(jī)進(jìn)給，Z軸進(jìn)給采用滾珠絲杠。A、C雙擺銑頭采用內(nèi)裝力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)。關(guān)鍵詞數(shù)控；車銑復(fù)合機(jī)床；五軸聯(lián)動(dòng)AbstractAbstractMultiple machine tools have been becoming a tendency. As the two important kinds ofMachine tool，if the turning machine and the milling machine can be joined, it must be helpful for a machine tool to br

3、oaden the range of work., raise the availability , improve the working accuracy, and so on.This paper designed a universal NC Five-axis turn-mill machine tools, And completed the machine PRO-E 3D modeling.Turning Spindle  of the machine tool use

4、 a spindle motor to drive the belt directly. Because the turning spindle is also a C-axis with precision, it can provide an accurate angle for milling. The milling principal axis is an electricity principal axis，so it has stronger milling process capability and good controll

5、ability. Its milling system can carry out X, Y and Z three directions of allied move, the milling principal axis can also carry out to move with uniting of milling principal axis at the same time. thus the machine has more complicated process capability out of the simple turning and milling . The ca

6、rry system adopts servo dynamo to directly drive silk Gang. In this way it wipe - out the change of the drive compares impact to the accuracy.Keywords NC; turn-mill machine; Five-axis目 錄摘要IAbstractII第一章 緒論.11.1車銑復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展.11.2車銑復(fù)合加工機(jī)床特點(diǎn)及其發(fā)展.3第二章 機(jī)床設(shè)計(jì)方案分析及確定.42.1機(jī)床整體布局方案分析及確定.42.2進(jìn)給系統(tǒng)方案分析及確定.52.2.1伺服

7、進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求.52.2.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求.62.2.3驅(qū)動(dòng)方案分析及確定.72.2.4傳動(dòng)方案分析及確定.72.3車削主軸系統(tǒng)方案分析及確定.92.4銑削主軸系統(tǒng)方案分析及確定.9第三章 車削主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì).113.1主軸電機(jī)的選擇113.1.1主軸電機(jī)初選.113.1.2主軸電機(jī)功率校核.113.2主軸尺寸選擇.123.3車削力計(jì)算13第四章 銑削主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì).154.1銑削力及銑削功率計(jì)算.154.2電主軸的選擇.16第五章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì).185.1 X、Y方向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì).185.2 Z方向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) .20第六章 雙擺銑頭設(shè)計(jì).23 6.1雙擺銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).236.2內(nèi)裝

8、力矩電機(jī)選擇.23第七章 測(cè)量及限位裝置的選擇.247.1光柵尺的選擇247.2限位器的選擇25結(jié)論.26參考文獻(xiàn)27附錄130附錄2.38附錄3.47 緒論第一章 緒論1.1車銑復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展車銑復(fù)合技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的復(fù)合加工技術(shù)，是一種在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)和精密制造技術(shù)基礎(chǔ)上，集成了現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)和CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)的先進(jìn)機(jī)械加工技術(shù)。這種加工技術(shù)的實(shí)質(zhì)是一種基于現(xiàn)代科技技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的工藝創(chuàng)新并引發(fā)相關(guān)產(chǎn)業(yè)工藝進(jìn)步和產(chǎn)品質(zhì)量提升的新技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，五軸車銑中心發(fā)展非常迅速，不僅規(guī)格齊全，在硬件功能上十分完善，且軟件功能也十分強(qiáng)大，如WFL的

9、M系列和MAZAK的E-H系列等。在規(guī)格上，WFL的M系列從M30到M150，共有7個(gè)規(guī)格系列，基本上涵蓋了直徑從300mm到1500mm，長(zhǎng)度最長(zhǎng)到6500mm的所有工件，而MAZAK的E-H系列則基本上覆蓋了車削直徑從610mm到920mm的中型規(guī)格工件。在硬件功能上，除了標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊配置外，還有一些可選模塊。如WFL的M系列可選模塊有輔助周模塊、下刀塔模塊、長(zhǎng)鏜刀桿模塊和對(duì)刀尖的ATC更換模塊、帶徑向自動(dòng)進(jìn)給的鏜刀桿模塊、角度頭模塊。而MAZAK的E-H系列的可選模塊有副主軸模塊、下刀塔模塊、長(zhǎng)鏜刀桿模塊和對(duì)其刀尖的ATC更換模塊。在軟件功能上，都具備在線檢測(cè)功能、刀具在線實(shí)時(shí)監(jiān)控及適

10、合控制功能、自動(dòng)對(duì)刀功能、溫度補(bǔ)償功能、CAD/CAM自動(dòng)編程功能等。目前，最先進(jìn)的五軸車銑加工中心出了可以進(jìn)行車、銑、鉆、鏜、攻絲等加工外，還可以進(jìn)行鏜型腔、鉆深孔、滾齒、銑葉片以及進(jìn)行磨削加工和工件的在線測(cè)量，實(shí)現(xiàn)各種誤差補(bǔ)償、刀具在線監(jiān)控和適應(yīng)控制等。然而同樣的設(shè)計(jì)理念，在眾多的生產(chǎn)廠家中，所走的路線卻各不相同，各有各的特點(diǎn)，產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合也有較大區(qū)別。主要分為兩大流派。一個(gè)是歐式風(fēng)格，以WFL、NILES、沈陽(yáng)數(shù)控為代表，一個(gè)是以DMG、MAZAK為代表的日式風(fēng)格。兩種流派的機(jī)床設(shè)計(jì)在考慮車銑效率時(shí)，實(shí)現(xiàn)的手段是不一樣的，日式車銑復(fù)合加工中心是以高速、小切深、大進(jìn)給為基礎(chǔ)來(lái)確定機(jī)床的參

11、數(shù)的，利用了刀具的上線切削速度，適合于模具圓角和材料較軟的被加工零件切削。歐式車銑復(fù)合加工中心是以重切削為條件，即大切深、大進(jìn)給、高線速度來(lái)確定機(jī)床參數(shù)的。兩種高效切削方式實(shí)現(xiàn)方法明顯不一樣。以高速為基礎(chǔ)的方式實(shí)現(xiàn)高效，從經(jīng)濟(jì)上考慮，刀具壽命低，零件制造成本相對(duì)提高；以重切削為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的機(jī)床，剛性好，刀具使用中高轉(zhuǎn)速壽命長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性好。目前機(jī)械式動(dòng)力主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)9000r/min，有效地解決了小圓角切削線速度低的問(wèn)題。 圖1-1DMG數(shù)控加工中心1.2車銑復(fù)合加工機(jī)床特點(diǎn)及其發(fā)展車銑復(fù)合機(jī)床擁有如下優(yōu)點(diǎn)：1、高精度：避免了工序分散的人為、機(jī)床誤差；2、高效率：有效減少了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高了機(jī)床使

12、用率；3、減小成本：可實(shí)現(xiàn)雙主軸同時(shí)工作，減少了機(jī)床數(shù)，從而更易于規(guī)劃生產(chǎn)，節(jié)省了投資成本和車間面積。正是由于車銑復(fù)合加工機(jī)床所具有的如此之多的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是這些優(yōu)點(diǎn)都符合現(xiàn)代金屬加工行業(yè)對(duì)高效率、高利潤(rùn)、低成本加工方式的需求。所以車銑加工機(jī)床的發(fā)展必然會(huì)在市場(chǎng)的推動(dòng)下走上更高的層次。綜合現(xiàn)在車銑復(fù)合機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及市場(chǎng)對(duì)這類機(jī)床的性能要求我們不難發(fā)現(xiàn)車銑復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展放向。1、以現(xiàn)有機(jī)床為基礎(chǔ)的改進(jìn)型車銑復(fù)合機(jī)床，以較低成本獲得相對(duì)較高的企業(yè)效益。對(duì)原CK0630數(shù)控車床進(jìn)行改造，使其由一個(gè)普通的數(shù)控車床通過(guò)相對(duì)低的投入轉(zhuǎn)化為一個(gè)具有車、銑雙重功能的復(fù)合機(jī)床。在未來(lái)幾年甚至一二十年內(nèi)相

13、信這類機(jī)床會(huì)在一定范圍內(nèi)備受青睞。2、車銑復(fù)合機(jī)床將朝著更大工藝范圍、更高效率、大型化以及模塊化發(fā)展。而且極有可能與其他加工方式進(jìn)行更高層次的復(fù)合，從而形成新一代功能更強(qiáng)大加工精度更高的復(fù)合機(jī)床。預(yù)計(jì)主軸轉(zhuǎn)速將達(dá)到40000r/min，最大進(jìn)給速度120m/ min，最大加速度3m/s2。在另一方面，這種機(jī)床也會(huì)朝著小型、微型化發(fā)展，以滿足微型零件加工的要求。30機(jī)床設(shè)計(jì)方案分析及確定第二章 機(jī)床設(shè)計(jì)方案分析及確定2.1機(jī)床整體布局方案分析及確定采用傳統(tǒng)的龍門式五軸加工中心布局，3D預(yù)覽圖如下 圖2-1 龍門式布局該方案的優(yōu)點(diǎn)在于：龍門式聯(lián)動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)質(zhì)量降低到了極限，尤其適合于大型工件的加工

14、。獨(dú)特的機(jī)身構(gòu)造使加工中產(chǎn)生的震動(dòng)減小到最低，因此保證了最高的尺寸精度、最佳的表面質(zhì)量和最大的切削效率。通過(guò)裝夾HSK-A63刀柄的自動(dòng)換刀電主軸，既可裝夾車刀進(jìn)行車削，又可裝夾銑刀進(jìn)行銑削，避免二次裝夾帶來(lái)的精度損失2.2進(jìn)給系統(tǒng)方案分析及確定2.2.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求帶有數(shù)字調(diào)節(jié)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都屬于伺服系統(tǒng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)不僅是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要組成部分，也是數(shù)控機(jī)床區(qū)別于一般機(jī)床的一個(gè)特殊部分。數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為：定位精度要高；跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。(1) 穩(wěn)定性：所謂穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量改變、啟動(dòng)狀態(tài)或外界干擾作用下，其輸出量經(jīng)過(guò)幾

15、次衰減振蕩后，能夠迅速的穩(wěn)定在新的或原有的平衡狀態(tài)下。它是進(jìn)給伺服系統(tǒng)能夠正常工作的基本條件。它包含絕對(duì)穩(wěn)定性和相對(duì)穩(wěn)定性(穩(wěn)定裕度)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼以及系統(tǒng)增益都有關(guān)系。 適當(dāng)?shù)倪x擇系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)( 主要有阻尼、剛度、諧振頻率和失動(dòng)量等 )和電氣參數(shù)，并使它們達(dá)到最佳匹配，是進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一。(2) 精度：所謂進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度(偏差)，即準(zhǔn)確性。它包含動(dòng)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過(guò)程出現(xiàn)的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)存在的偏差；靜態(tài)誤差，即元件誤差和干擾誤差。常用的精度指標(biāo)有定位精度、重復(fù)定位精度和輪廓跟隨精度。精度

16、用誤差來(lái)表示，定位誤差是指工作臺(tái)由一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí)，指令值與實(shí)際移動(dòng)距離的最大差值。重復(fù)定位精度是指工作臺(tái)進(jìn)行一次循環(huán)動(dòng)作后，回到初始位置的偏差值。輪廓跟隨誤差是指多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)時(shí)，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與給定運(yùn)動(dòng)軌跡之間的最大偏差值。影響精度的參數(shù)很多，關(guān)系也很復(fù)雜。采用數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)可以提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度。(2) 快速響應(yīng)特性：所謂快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對(duì)指令輸入信號(hào)的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、傳動(dòng)裝置的加速能力。它直接影響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率。系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，則加工效率越高，軌跡跟隨精度也越高。但響應(yīng)速度過(guò)快會(huì)造成系統(tǒng)的超調(diào)，甚至?xí)鹣到y(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，對(duì)于點(diǎn)位

17、控制的機(jī)床，主要應(yīng)保證定位精度，并盡量減少定位時(shí)間。對(duì)于輪廓控制的機(jī)床，除了要求高的定位精度外，還要求良好的快速性及形成輪廓的各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的一致性。對(duì)于開(kāi)環(huán)及半閉環(huán)的控制形式。主要是應(yīng)滿足定位精度的要求，而對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)，則主要是穩(wěn)定性問(wèn)題。2.2.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求機(jī)床的位置調(diào)節(jié)對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)提出了很高的要求。其中：(1) 在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面有：1能夠克服摩擦力和負(fù)載；2很小的進(jìn)給位移量；3高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度；4足夠的調(diào)速范圍，滿足快進(jìn)和工進(jìn)的需要；5進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)，無(wú)爬行現(xiàn)象。(2) 在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有：1具有足夠的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)距，以便快速地完成啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)

18、程。2具有良好的動(dòng)態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意地表面質(zhì)量；3負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能?。?3) 對(duì)于數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件則有以下要求：1被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有較小的慣量；2高的剛度；3良好的阻尼；4傳動(dòng)部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和間隙等方面具有盡可能小的非線性。2.2.3驅(qū)動(dòng)方案分析及確定方案一：X，Y，Z方向均采用滾住絲杠實(shí)現(xiàn)進(jìn)給方案優(yōu)缺點(diǎn)：本方案使用傳統(tǒng)的滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)3軸進(jìn)給，控制方便，技術(shù)成熟，成本較低，但是加工精度一般。方案二：X，Y，Z方向均采用直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給方案優(yōu)缺點(diǎn)：本方案使用新型的直驅(qū)技術(shù)，不需要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，零件耗損低，加工精度高，

19、但直線電機(jī)不易實(shí)現(xiàn)失電保護(hù)自鎖，豎直安裝技術(shù)不成熟。方案三：X，Y方向采用直線電機(jī)，Z方向采用滾住絲杠方案優(yōu)缺點(diǎn)：本方案將直線電機(jī)與滾住絲杠結(jié)合使用，在盡量提高精度的情況下使結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，Z軸絲杠裝配制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)失電保護(hù)自鎖。但混合使用進(jìn)給系統(tǒng)將給編程控制帶來(lái)不便。結(jié)合三種方案優(yōu)缺點(diǎn)，由于機(jī)床要求精度較高，控制技術(shù)日趨成熟，所以選擇方案三作為最終方案。2.2.4傳動(dòng)方案分析及確定方案一：采用伺服電機(jī)與聯(lián)軸器相連，通過(guò)齒輪降比傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)部件。圖2-2進(jìn)給系統(tǒng)簡(jiǎn)圖方案優(yōu)缺點(diǎn)：該方案可放大電機(jī)扭矩，使得設(shè)計(jì)中可采用較小的電機(jī)，降低成本。但是由于齒輪間隙的存在，使得這種傳動(dòng)方案的傳動(dòng)精度受到一定的限制

20、。方案二：采用伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲杠直接相連的方案。傳動(dòng)比i=1。 圖2-3進(jìn)給系統(tǒng)簡(jiǎn)圖方案優(yōu)缺點(diǎn)： 直接驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)精度由電機(jī)直接保證。但是需要電機(jī)扭矩較大。方案分析：結(jié)合兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)，由于機(jī)床要求精度較高，所以采用方案二作為最終方案。2.3車削主軸系統(tǒng)方案分析及確定方案一： 主軸系統(tǒng)采用普通步進(jìn)電機(jī)作為車削主動(dòng)力，采用二級(jí)齒輪變速箱變速。在輸出軸加一個(gè)伺服電機(jī)作為車削主軸提供C軸功能時(shí)的動(dòng)力源，采用編碼器對(duì)主軸轉(zhuǎn)角進(jìn)行檢測(cè)，再通過(guò)加上一些其它的設(shè)備形成一個(gè)分度系統(tǒng)。方案特點(diǎn)：采用了類似傳統(tǒng)數(shù)控車床的傳動(dòng)方案，加裝的分度系統(tǒng)可使主軸具有較好的C軸功能。成本相對(duì)較低。但是由于采用了齒輪

21、傳動(dòng)，存在一定的傳動(dòng)誤差，同時(shí)系統(tǒng)復(fù)雜，體積大。方案二：直接采用具有C軸功能的電主軸作為動(dòng)力源。方案特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度很高，但是成本高。方案三：采用具有C軸功能的主軸電機(jī)作為動(dòng)力源，通過(guò)齒輪一級(jí)降速后驅(qū)動(dòng)主軸。方案特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，精度高，成本較低。方案確定：綜合考慮各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，采用方案三作為本機(jī)床主軸傳動(dòng)方案。2.4銑削主軸系統(tǒng)方案分析及確定方案一：采用普通銑床銑頭方案特點(diǎn)：設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本低，可直接選購(gòu)現(xiàn)有銑頭。但是銑頭質(zhì)量較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積大，且可控性較差。方案二：采用銑削用電主軸方案特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，加工精度高。但成本較高。方案確定：由于本機(jī)床的特殊結(jié)構(gòu)，銑削主軸質(zhì)量體積不

22、可過(guò)大，否則對(duì)機(jī)床剛度影響較大。所以采用方案二作為最終方案。車削主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三章 車削主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1主軸電機(jī)的選擇3.1.1主軸電機(jī)初選表3-1主軸電機(jī)參數(shù) 圖3-1主軸電機(jī)性能曲線3.1.2主軸電機(jī)功率校核中型普通車床典型重切削條件下的用量刀具材料：YT15 工件材料45號(hào)鋼，切削方式：車削外圓查表可知：切深ap=3.5mm 進(jìn)給量f(s)=0.35mm/r切削速度V=90m/min切削功率： 轉(zhuǎn)速圖設(shè)計(jì)如下nj=200r/min則電動(dòng)機(jī)在1500r/min時(shí)的功率即額定功率P6.45KW所以選取7.5KW可行。3.2主軸尺寸選擇表3-2主軸前軸頸直徑（mm）主電動(dòng)機(jī)功率(KW) 5.

23、57.51115臥式車床60-9075-11090-120100-160升降臺(tái)銑床60-9075-10090-110100-120外圓磨床55-7070-8075-9075-100由表3-2可選取前軸承軸頸d1=100mm，后軸承軸頸d2=80mm根據(jù)實(shí)際情況確定主軸尺寸如LZJ-01-013.3車削力計(jì)算采用指數(shù)公式計(jì)算，即以硬質(zhì)合金YT15刀具，=598MPa的45號(hào)鋼工件為假設(shè)進(jìn)行計(jì)算：刀具幾何參數(shù)=15° 切削用量 f=0.3mm/r 對(duì)于查表3-4.2得 查表3-4.4得鋼的強(qiáng)度和硬度改變時(shí)切削力的修正系數(shù) 查表3-4.5得使用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，刀具幾何參數(shù)改變時(shí)切削力的修正

24、系數(shù)對(duì)于查表3-4.2得 查表3-4.4得鋼的強(qiáng)度和硬度改變時(shí)切削力的修正系數(shù) 查表3-4.5得使用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，刀具幾何參數(shù)改變時(shí)切削力的修正系數(shù)對(duì)于查表3-4.2得 查表3-4.4得鋼的強(qiáng)度和硬度改變時(shí)切削力的修正系數(shù)查表3-4.5得使用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，刀具幾何參數(shù)改變時(shí)切削力的修正系數(shù)銑削主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四章 銑削主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1銑削力及銑削功率計(jì)算工作臺(tái)在用盤銑刀加工零件時(shí)受力最大，所用的最大的盤銑為YT15硬質(zhì)合金端銑刀其直徑為100mm，有5個(gè)齒。表4-1YT15硬質(zhì)合金端銑刀(GB5342-85)銑削結(jié)構(gòu)碳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼(=650MPa)的銑削速度及功率T/min/z/mm/

25、(mm/z) 銑削深度/mm35 9 12V/(m/min)/kwV/(m/min)/kwV/(m/min)/kwV/(m/min)/kw180100/5600.070.100.130.181731501351192.482.883.243.831661441301144.054.505.406.301571351211087.208.109.0010.4-加工中取刀具T=180min，/z=100/5，最大=0.13mm/z，則由上表可知 =5mm時(shí)V=130m/min，=5.4kw。圓周力銑削時(shí)各切削分力與圓周力的比值：表4-2銑削時(shí)各切削力與圓周力比值銑削條件 比值對(duì)稱端銑 不對(duì)稱銑逆銑

26、順銑端銑0.3-0.40.85-0.950.50-0.550.6-0.90.45-0.70.50-0.550.15-0.300.9-1.00.50-0.55立銑、圓柱銑、盤銑和成型銑 1.1-1.20.2-0.30.35-0.40.8-0.90.75-0.80.35-0.4切削條件：端銑，由上表可知由計(jì)算結(jié)果可得在銑削過(guò)程中橫向進(jìn)給力Fx=Fy=2.28kN，縱向進(jìn)給力Fz=1.32kN4.2 電主軸的選擇選擇CyMill公司CS-15-135-A電主軸，功率10kw，額定轉(zhuǎn)速6000r.p.m，最高轉(zhuǎn)速24000r.p.m，具有自動(dòng)換刀裝置，裝配HSK-A63刀柄刀具。電主軸結(jié)構(gòu)如下圖所示。

27、圖4-1電主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 X、Y方向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)X、Y方向進(jìn)給選用直線電機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)如下圖 圖5-1直線電機(jī)安裝結(jié)構(gòu)X方向受車削進(jìn)給力，受銑削力導(dǎo)軌型式kff燕尾形1.40.2矩形1.10.15三角形、組合形1.150.150.18鉆鏜主軸圓導(dǎo)軌0.15滾動(dòng)導(dǎo)軌0.0030.004表5-1導(dǎo)軌摩擦系數(shù)選用滾動(dòng)導(dǎo)軌，摩擦系數(shù)為0.004，摩擦力相對(duì)于切削力可忽略不計(jì)。選用2個(gè)青島同日電機(jī)有限公司的TCB-075直線電機(jī)作為X軸驅(qū)動(dòng)。TCB直線電機(jī)參數(shù)如下： 圖5-2 TCB系列直線電機(jī)參數(shù)Y方向受車削背向力，受銑削力選用青島同日電機(jī)有限公司的TCC-100直

28、線電機(jī)作為Y軸驅(qū)動(dòng)。TCC直線電機(jī)參數(shù)如下： 圖5-3 TCC系列直線電機(jī)參數(shù)5.2 Z方向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)Z軸應(yīng)用滾珠絲杠，根據(jù)機(jī)床精度等級(jí)查THK公司絲杠等級(jí)表可選C3級(jí)軋制滾珠絲杠。伺服電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，則絲杠導(dǎo)程 (5-1)由于脈沖當(dāng)量為a=0.001mm所以電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)應(yīng)發(fā)出脈沖數(shù)為 (5-2)選擇編碼器線數(shù)為2500，倍頻器倍數(shù)為4。.根據(jù)表2.2.2-1，取f=0.004；銑削主軸部分G=500N；受車削力，側(cè)面銑削銑削力F=2280N則絲杠最大載荷 (5-3) (5-4) (5-5)最大進(jìn)給絲杠轉(zhuǎn)速200r/min，則平均進(jìn)給速度 (5-6)絲杠工作壽命取17000h，。 則 (5-7)

29、可得當(dāng)量動(dòng)載荷為 (5-8)選擇THK公司的軋制滾珠絲杠無(wú)予壓型BTK 2510-5.3 導(dǎo)程10mm,絲杠外徑25mm，鋼球中心直徑26.8mm，溝槽谷徑20.2mm，負(fù)荷圈數(shù)2X2.65，基本額定負(fù)荷31.2KN，剛性530N/um，軸質(zhì)量絲杠慣性力矩。選擇伺服電機(jī)：最大載荷，絲杠導(dǎo)程，絲杠螺母副摩擦系數(shù)電機(jī)最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (5-9)括號(hào)中后兩項(xiàng)很小，可得 慣量匹配：雙擺銑頭最大質(zhì)量為50kg，折算到電動(dòng)機(jī)主軸，其慣量 (5-10)絲杠直徑d=25mm=0.025m,粗取長(zhǎng)度為1m。則絲杠的慣量為 (5-11)聯(lián)軸器慣量 則可知負(fù)載慣量電動(dòng)機(jī)慣量應(yīng)符合。即 (5-12)可以選擇北京超同步

30、有限責(zé)任公司的CTB-41P5S零速轉(zhuǎn)矩9.55，轉(zhuǎn)子慣量0.003。雙擺銑頭設(shè)計(jì)第六章 雙擺銑頭設(shè)計(jì)6.1 雙擺銑頭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參考CyMill的AC雙擺銑頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由2個(gè)內(nèi)裝力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)A軸進(jìn)行垂直面擺動(dòng)，由2個(gè)內(nèi)裝力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)C軸豎直面擺動(dòng)。其基本結(jié)構(gòu)圖如下 圖6-1 雙擺銑頭結(jié)構(gòu)圖6.2 內(nèi)裝力矩電機(jī)選擇刀頭豎直放置，其在水平方向最大受力為F=2280N，刀頭距離A軸軸線l=250mm，則A軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)所需克服的最大力矩 刀頭水平放置，其在豎直方向最大受力為F=2280N，刀頭距離C軸軸線l=250mm，則C軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)所需克服的最大力矩A、C軸均由2個(gè)內(nèi)裝力矩電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，選擇西門子1

31、FW6090-0XX15-2JC2系列力矩電機(jī)，額定力矩319Nm，最大力矩537Nm。最終設(shè)計(jì)雙擺銑頭具體尺寸結(jié)構(gòu)如圖LZJ-05-01所示。測(cè)量及限位裝置的選擇第七章 測(cè)量及限位裝置的選擇7.1 光柵尺的選擇直線光柵尺測(cè)量直線軸位置過(guò)程期間沒(méi)有任何其他機(jī)械傳動(dòng)件。用直線光柵尺的位置控制環(huán)已包括全部進(jìn)給機(jī)構(gòu)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)誤差被滑板中的直線光柵尺檢測(cè)和被控制系統(tǒng)電路修正。因此，它能消除以下潛在誤差源：1. 滾珠絲杠溫度特性導(dǎo)致的誤差。2. 反向誤差。3. 滾珠絲杠螺距誤差導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)特性誤差。因此，直線光柵尺已成為高精度定位和高速加工不可或缺的必備條件。 X、Y、Z方向均選擇海德漢LC400光柵尺，

32、此光柵尺為絕對(duì)式直線光柵尺，測(cè)量步距0.1um(分辨率0.005um)，用于有限安裝空間應(yīng)用。 圖7-1海德漢LC400光柵尺7.2限位器的選擇 X、Y、Z方向均選擇山武限位開(kāi)關(guān)。其結(jié)構(gòu)尺寸如下 圖7-2 山武球形柱塞型限位開(kāi)關(guān)圖7-3限位開(kāi)關(guān)組裝方法結(jié)論結(jié)論本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控車銑復(fù)合加工機(jī)床。機(jī)床采用傾斜床身，使得機(jī)床排屑十分簡(jiǎn)單。車削主軸采用了無(wú)級(jí)調(diào)速的主軸電機(jī)。同時(shí)，主軸采用聯(lián)軸器直接傳動(dòng)，這使得系統(tǒng)傳動(dòng)更為精確。由于銑削主軸的支架采用了龍門式結(jié)構(gòu)，所以銑削主軸采用了電主軸，大大減小了銑削主軸支架的承重。同時(shí)，電主軸的采用也擴(kuò)寬了銑削轉(zhuǎn)速和銑削的可控性。機(jī)床的X、Y軸采用直線電

33、機(jī)，大大提高了運(yùn)行精度。Z軸進(jìn)給系統(tǒng)均采用伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)絲杠的傳動(dòng)方式，避免了中間環(huán)節(jié)帶來(lái)的傳動(dòng)誤差，在一定程度上提高了傳動(dòng)精度。整個(gè)機(jī)床的設(shè)計(jì)力求按著現(xiàn)代先進(jìn)機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，但是由于受到精力和資料的限制，設(shè)計(jì)的尾座只是普通的手動(dòng)尾座。機(jī)床床身只設(shè)計(jì)了外形尺寸沒(méi)能完成內(nèi)部焊接結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)完成了工程圖共五張，包括A0加長(zhǎng)一張（總裝圖），A0三張（主軸箱圖、XY裝配圖、Z軸絲杠圖），A1一張（雙擺銑頭結(jié)構(gòu)圖）。對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)行了干涉檢測(cè)并進(jìn)行了改進(jìn)。本次設(shè)計(jì)完成了車削系統(tǒng)主軸、銑削系統(tǒng)主軸、各個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)相關(guān)的計(jì)算，包括電機(jī)的選擇、直線電機(jī)、絲杠、內(nèi)裝力矩電機(jī)的選擇及校核計(jì)算。參考文獻(xiàn)參

34、考文獻(xiàn)1陳嬋娟. 數(shù)控車床設(shè)計(jì). 化學(xué)工業(yè)出版社, 北京, 20062嚴(yán)愛(ài)玲. 機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng). 機(jī)械工業(yè)出版社, 北京, 20023韓榮第.周明.孫玉潔.金屬切削原理與刀具. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 哈爾濱, 19984張超英. 數(shù)控車床. 化學(xué)工業(yè)出版社, 北京, 20035李佳. 數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社, 北京, 20016成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)(第五卷)(第七卷).化學(xué)工業(yè)出版社,北京, 20007吳宗澤. 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)出版社, 北京, 19888畢承恩. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床. 機(jī)械工業(yè)出版社, 北京, 19919王愛(ài)玲，白恩遠(yuǎn)，趙學(xué)良. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床. 國(guó)防工業(yè)出版社

35、，北京, 200310林弈鴻等編著.機(jī)床數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社，北京, 199411白恩遠(yuǎn)主編 . 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床伺服及檢測(cè)技術(shù). 國(guó)防工業(yè)出版社 , 北京, 2002 12畢承恩，丁乃建 . 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床. 機(jī)械工業(yè)出版社，北京, 199413廖效果，劉又午等編著 . 數(shù)控技術(shù). 湖北科學(xué)技術(shù)出版社，武漢. 2000 14孔杰,覃嶺,謝君生,王粟,. 數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)J. 煤炭技術(shù),2010,(10).15南朝子,. 車銑復(fù)合機(jī)床改造的探索J. 甘肅科技,2010,(2).16藤嶋誠(chéng),. 復(fù)合機(jī)床的最新技術(shù)研發(fā)J. 世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng),2009,(3).17畢海峰,. CCMT2010上的車銑復(fù)合機(jī)床J. 金屬加工(冷加工),2010,(14). 18廖萬(wàn)榮,. 車銑復(fù)合機(jī)床應(yīng)用初探J. 航空制造技術(shù),2008,(5).19Okuma，mill-turn machine can see crashes comingJ.