自動(dòng)銑削機(jī)動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)

濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE281前言1.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21世紀(jì)的制造業(yè)正面臨著越來(lái)越激烈的全球化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，以信息技術(shù)為核心的數(shù)字化開(kāi)發(fā)支持技術(shù)在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的大量應(yīng)用，推動(dòng)了全球制造業(yè)和新產(chǎn)品的迅速發(fā)展[1]。國(guó)內(nèi)的制造業(yè)已轉(zhuǎn)向新產(chǎn)品的自主開(kāi)發(fā)和支持技術(shù)的改造方面。塑鋼門(mén)窗在建筑方面有廣泛的應(yīng)用，所以塑鋼門(mén)窗加工設(shè)備成為制造業(yè)中新型部分。塑鋼門(mén)窗行業(yè)的蓬勃發(fā)展,有力地推動(dòng)著塑窗加工設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和更新?lián)Q代。在我國(guó),早期的塑窗加工設(shè)備很落后,其生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性不高。而國(guó)外進(jìn)口的塑窗加工設(shè)備價(jià)格普遍較高。這在一定程度上制約了我國(guó)塑料門(mén)窗的發(fā)展。近年來(lái),國(guó)內(nèi)技術(shù)人員對(duì)國(guó)外塑窗技術(shù)的研究與學(xué)習(xí),使國(guó)內(nèi)塑窗在技術(shù)水平和自動(dòng)化程度上都有了很大的發(fā)展和提高。我國(guó)塑鋼門(mén)窗行業(yè)起步較晚,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比裝備比較落后,在這種情況下國(guó)家大力推廣制造業(yè)信息化技術(shù)，國(guó)內(nèi)塑窗裝備制造企業(yè)開(kāi)始開(kāi)發(fā)研制塑窗鋸銑加工中心。自動(dòng)銑削機(jī)作為鋸銑加工中心的主要組成部分,它將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)智能控制與氣動(dòng)控制技術(shù)、合理的機(jī)械裝置融為一體,可對(duì)36種不同型材進(jìn)行加工,能實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的銑削工序,具有良好的加工性能。鋸銑加工中心初步實(shí)現(xiàn)了鋸銑生產(chǎn)過(guò)程控制的自動(dòng)化,提高了企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平[3]。1.2選題的目的及意義塑鋼門(mén)窗作為新一代建筑門(mén)窗,以節(jié)能、環(huán)保、隔音等諸多優(yōu)良特性受到用戶(hù)廣泛歡迎,被列為國(guó)家建筑節(jié)能的重點(diǎn)產(chǎn)品。我國(guó)塑料門(mén)窗加工設(shè)備有鋸切類(lèi)、銑削類(lèi)、焊接類(lèi)、清角類(lèi)、加工中心自動(dòng)線類(lèi)等7大類(lèi)[3]。銑削類(lèi)設(shè)備有仿形銑、水槽銑、鎖孔銑、玻璃壓條銑等多種產(chǎn)品,但總體來(lái)看銑削類(lèi)設(shè)備還是不夠智能，自動(dòng)化程度沒(méi)有國(guó)外高。自動(dòng)銑削機(jī)動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)方面需要采用跨越式思維模式，需要?jiǎng)?chuàng)新，從中可以鞏固和加強(qiáng)大學(xué)里所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)提高自己的創(chuàng)新能力和運(yùn)用知識(shí)的能力，為以后工作打下良好的基礎(chǔ)。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和方案2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容塑窗自動(dòng)銑削機(jī)作為鋸銑加工中心主要單元，將信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、氣動(dòng)控制技術(shù)等與制造技術(shù)相結(jié)合，可自動(dòng)高速加工36種不同型材，并將多種復(fù)雜的銑削工序集中在一臺(tái)設(shè)備上自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，具有良好的柔性加工性能[3]。本次以自動(dòng)銑削機(jī)動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)為畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容，要求實(shí)現(xiàn)多種型材的排水孔、通風(fēng)孔、鉸鏈孔、門(mén)窗鎖孔、滑輪孔以及其他各種五金件安裝孔、槽的加工，其孔、槽既可為規(guī)則形狀亦可為異形。鋸銑加工中心由電腦控制臺(tái)、自動(dòng)輸料臺(tái)、送料機(jī)械手、自動(dòng)銑削機(jī)、自動(dòng)鋸切機(jī)、鋸后輸送和收塵等幾大部分組成。圖2.1為加工中心各組成單元配置圖。圖2.1加工中心各組成單元配置1—送料機(jī)械手2—主控柜3—自動(dòng)銑削機(jī)4—廢料輸送5—收塵設(shè)備6—鋸后輸送7—自動(dòng)鋸切機(jī)8—電腦控制臺(tái)9—自動(dòng)送料臺(tái)自動(dòng)銑削機(jī)的重要部分是動(dòng)力裝置，設(shè)計(jì)要求滿(mǎn)足一下參數(shù)：（1）自動(dòng)銑床能夠?qū)崿F(xiàn)25×25~120×120截面鋁塑型材的規(guī)則及異型孔槽的銑削；（2）銑刀直徑為（3）可以銑削鋁合金及塑料門(mén)窗型材；（4）要求設(shè)計(jì)方案合理，結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、質(zhì)量達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2.2設(shè)計(jì)方案2.2.1自動(dòng)銑削機(jī)裝置自動(dòng)銑削裝置,見(jiàn)圖由2.2兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),通過(guò)滾珠絲杠控制其上下和左右運(yùn)動(dòng),調(diào)整刀具相對(duì)于型材的位置。刀具則在進(jìn)給驅(qū)動(dòng)氣缸的作用下,快進(jìn)后進(jìn)行切削。這一設(shè)計(jì)得到很高的精度和生產(chǎn)效率。圖2.2自動(dòng)銑削裝置1－銑削裝置支架2—銑刀頭3—?dú)飧?—電動(dòng)機(jī)5—滾珠絲杠6—上下移動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)此自動(dòng)銑削裝置安裝14把刀具可實(shí)現(xiàn)在型材截面內(nèi)多方向的進(jìn)給。切削加工采用兩種方式進(jìn)行,通過(guò)氣缸直接進(jìn)給或配合送料機(jī)械手進(jìn)行小孔及排水槽等的加工,另一方式則為送料機(jī)械手與銑削裝置支架帶動(dòng)刀具的伺服進(jìn)給實(shí)現(xiàn)較大孔或異形孔、槽的加工。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式具有明顯的柔性加工性能及其他一些優(yōu)點(diǎn),具體表現(xiàn)在:（1）在型材同一截面內(nèi)可進(jìn)行多方向的孔、槽加工,滿(mǎn)足用戶(hù)多方面需要;（2）自動(dòng)銑削裝置的兩個(gè)伺服軸配合送料機(jī)械手的縱向伺服進(jìn)給,可實(shí)現(xiàn)各種規(guī)則及異形孔、槽的加工;（3）滾珠絲杠及工作頭進(jìn)給氣缸較大的行程范圍配合送料機(jī)械手的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng),可加工36種不同規(guī)格的型材;（4）具有較高的加工精度和加工效率。因刀具位置或軌跡由伺服系統(tǒng)控制,且根據(jù)需要,某幾把刀可同時(shí)加工;（5）進(jìn)給采用帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸進(jìn)行控制,不污染環(huán)境,成本較低[3]。2.2.2氣動(dòng)控制設(shè)計(jì)時(shí)考慮塑鋼門(mén)窗應(yīng)在清潔的環(huán)境中生產(chǎn),而氣動(dòng)控制相對(duì)液壓控制有不污染環(huán)境、成本較低等許多優(yōu)點(diǎn),且切削PVC塑料切削力較小,故夾緊和切削進(jìn)給均采用了氣動(dòng)控制,其原理圖見(jiàn)圖2.3。圖2.3刀具進(jìn)給及夾緊機(jī)構(gòu)氣動(dòng)控制系統(tǒng)1、2—液壓閥3—刀具進(jìn)給氣缸4—調(diào)速接頭5—垂直夾緊上氣缸6—垂直夾緊氣缸7—水平夾緊氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)主要由氣源處理器、電磁閥、壓力繼電器、氣缸及各種氣路接頭等組成,氣缸速度全部由調(diào)速接頭4調(diào)整,可調(diào)整行程。當(dāng)型材固定好以后，由氣缸帶著刀具進(jìn)給以及銑削。2.3最優(yōu)方案確定2.3.1電機(jī)電機(jī)都采用交流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)有以下特點(diǎn)：(a)、自動(dòng)調(diào)整(b)、高速高響應(yīng)(c)、低振動(dòng)(d)、當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，位置精度非常準(zhǔn)確2.3.2進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選擇滾珠絲杠，因?yàn)闈L珠絲杠有以下特點(diǎn)：(a)傳動(dòng)效率高。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率很高,可達(dá)92%～98%,是普通絲杠的2～4倍。(b)摩擦力小。因?yàn)閯?dòng)、靜摩擦系數(shù)相差小,因而傳動(dòng)靈敏,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低速不容易產(chǎn)生爬行,隨動(dòng)精度和定位精度高。(c)使用壽命長(zhǎng)。滾珠絲杠采用優(yōu)質(zhì)合金制造,表面粗糙度小,其滾道表面淬火硬度可達(dá)60HRC～62HRC。另外,因?yàn)槭菨L動(dòng)摩擦,磨損更小。(d)經(jīng)預(yù)緊后可以消除軸向間隙,提高了系統(tǒng)的剛度。(e)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)空行程,可以提高軸向運(yùn)動(dòng)精度。(f)不能自鎖,有可逆性。2.3.3動(dòng)力裝置動(dòng)力裝置采用氣動(dòng)，氣動(dòng)有以下特點(diǎn)：(a)、氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。壓力等級(jí)低、故使用安全。(b)、工作介質(zhì)是取之不盡的空氣、空氣本身不花錢(qián)。排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，成本低。3主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地進(jìn)行開(kāi)、停、變速、換向和制動(dòng)等。3.1.1選銑刀根據(jù)設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)多種型材的排水孔、通風(fēng)孔、鉸鏈孔、門(mén)窗鎖孔、滑輪孔以及其他各種五金件安裝孔、槽的加工，其孔、槽既可為規(guī)則形狀亦可為異形，從要求我們可以知道主要是銑削溝槽與工件上各種形狀的孔，能滿(mǎn)足要求的銑刀是立銑刀。由于本課題中鋁塑型材鋸銑加工中心的切削材料主要是鋁塑型材，對(duì)加工刀具的要求不高，可以用高速鋼，所選銑刀如圖3.1。圖3.1直柄立銑刀名稱(chēng)基本尺寸d1（mm）基本尺寸d2（mm）基準(zhǔn)型L1（mm）長(zhǎng)型L1（mm）基準(zhǔn)型L2（mm）長(zhǎng)型L2（mm）齒數(shù)高速鋼直柄立銑刀556475558631324466657576868132447810605774681630488106366828019384表3.1所選銑刀的參數(shù)高速鋼直柄立銑刀的螺旋角30°～40°，主前角20°，主后角20°～25°，副后角8°。銑削速度在該刀具材料下銑削硬度比較低的材料一般的銑削速度為：15~35(m/min)，因?yàn)槲覀円_(dá)到一個(gè)比較高的加工表面的粗糙度，所以我們選擇比較高的的一個(gè)速度，暫定為35(m/min)。(b)進(jìn)給量f(3.1)：銑刀每分鐘進(jìn)給量（毫米/分）；z：銑刀齒數(shù)；一般fz的范圍是：0.05~0.15（mm/z）。所以進(jìn)給量f的范圍是：0.2～0.6（mm/z）。(c)銑削深度半精加工銑削深度ap的范圍是：0.5～2（mm）,對(duì)于硬度比較低的鋁合金材料銑削深度ap的范圍可以取為：0.5～4（mm）。3.1.2選電機(jī)（a）高速鋼直柄立銑刀銑削鋁合金的計(jì)算(3.2)表3.2各種銑刀加工不同材料的CF值銑刀名稱(chēng)切削系數(shù)Cf值鋼料可鍛鑄鐵青銅灰鑄鐵鋁鎂合金端銑刀808490368490177立銑刀669294222294167三面刃銑刀670294221294167表3.3高速鋼銑刀切削力修正系數(shù)kF值前角γ05ο10ο15ο20οkF1.081.00.920.85表3.3銑削時(shí)各分力與圓周力的比值銑削條件比值不對(duì)稱(chēng)銑立銑ae=0.05d0(mm)af=0.1~0.2(mm/z)逆銑順銑FH/FZFV/FZFa/FZ1.0~1.20.2~0.30.35~0.40.8~0.90.75~0.80.35~0.4由以上表我們可以知道CF=167，kF=0.85，因?yàn)閐0=5~8，所以我們?nèi)0=8，那么ae=0.05d0=0.4，af=fz=0.2，Z=4,ap=4,將以上各值代入式3.2中，我們可得最大銑削力為：(N)(b)計(jì)算電機(jī)功率(3.3)我們已經(jīng)知道FZ=54.2，V是最大切削速度為35，彈性聯(lián)軸器η=0.99～0.995，我們選η=0.99，將以上代入式3.3中，可得：(c)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速(3.4)當(dāng)V=35，d0=5時(shí)，n取最大值，把V、d0代入式3.4中，可得：(r/min)(d)電機(jī)選型知道電機(jī)功率不小于1.9KW，轉(zhuǎn)速不小于2229r/min。我們可以選電機(jī)為：表3.4GSH電機(jī)性能參數(shù)型號(hào)規(guī)格額定電壓(v)額定功率(KW)基準(zhǔn)頻率(Hz)同步轉(zhuǎn)速(r/min)最高轉(zhuǎn)速(r/min)額定電流(A)額定轉(zhuǎn)矩(N.m)GSH-2.2-06A42220/3802.21006000900010.45/6.053.502所選電機(jī)的尺寸如下圖3.2：表3.5電機(jī)尺寸型號(hào)ABCGSHA4237565225圖3.2GSH-2.2-06A42的尺寸圖3.1.3聯(lián)軸器的選型由于轉(zhuǎn)速比較高，尺寸比較小，我就選擇了脹緊套聯(lián)接單向膜片聯(lián)軸器，此聯(lián)軸器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;傳遞力矩大；吸收振動(dòng)；拆裝方便；使用壽命長(zhǎng)；可補(bǔ)償軸的角度偏差、偏心、軸向竄動(dòng)。表3.6脹緊套聯(lián)接單向膜片聯(lián)軸器型號(hào)d(mm)D(mm)L(mm)A(mm)B(mm)DM626圖3.3脹緊套聯(lián)接單向膜片聯(lián)軸器3.1.4脹緊套的選擇根據(jù)要求以及聯(lián)軸器的型號(hào)，我們選用Z1型脹緊連接套：表3.7Z1型脹緊連接套d×D(mm)L(mm)l(mm)25×306.35.3圖3.4Z1型脹緊連接套尺寸圖3.1.5彈簧夾頭的選擇根據(jù)銑刀選擇的彈簧夾頭為ER卡簧。表3.8ER卡簧型號(hào)D(mm)L(mm)d(mm)ER3232403～20圖3.5ER卡簧3.1.6主軸的設(shè)計(jì)主軸的設(shè)計(jì)取決于安裝的刀具，安裝銑刀需要用彈簧夾頭，所以主軸前端設(shè)計(jì)成空心的，用來(lái)安裝彈簧夾頭，后端與聯(lián)軸器聯(lián)接，設(shè)計(jì)尺寸如圖3.6。圖3.6主軸3.2進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)我選擇伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠，其特點(diǎn)：1.摩擦損失小，傳動(dòng)效率；2.運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高，低速時(shí)無(wú)爬行；3.軸向剛度高，反向定位精度高；4.磨損小，壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單；5.同步性好；6.有專(zhuān)業(yè)的廠家生產(chǎn)。對(duì)于滾珠絲杠的安裝我們選用了一端固定一段自由安裝的形式。圖3.7滾珠絲杠安裝示意3.2.1電機(jī)的選型對(duì)帶動(dòng)絲杠上下移動(dòng)的電機(jī)要求不高，因?yàn)樗还軒е都苌舷乱苿?dòng)，切削時(shí)不用移動(dòng)，這樣的電機(jī)功率可以小，轉(zhuǎn)速可以小，然而帶著絲杠水平移動(dòng)的電機(jī)，切削時(shí)也要配合移動(dòng)。所以電機(jī)按水平電機(jī)選擇。我們先假設(shè)電機(jī)的額定功率為2KW、額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，絲杠的螺距是6mm,那么絲杠的進(jìn)給速度V1=1000×6=6m/min,絲杠主軸受力有以下公式：(3.5)(3.6)(3.7)根據(jù)式3.6=9550×=19100(N·mm)根據(jù)式3.7Fx=Fz÷4=54.2÷4=13.55式3.5中f=0.15、dz=35把以上數(shù)據(jù)代入式3.5中，可得：絲杠功率P1=Fm×V1=177.26×6=1.06(KW)彈性聯(lián)軸器的效率η=0.99～0.995，角接觸球軸承的效率η=0.99，用兩個(gè)角接觸球軸承，所以電機(jī)最大功率：=1.09因?yàn)镻2=1.09<2，所以電機(jī)的額定功率為2KW，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min是符合的。表3.9電機(jī)性能參數(shù)型號(hào)相數(shù)及線電壓(V)額定功率(KW)額定轉(zhuǎn)速(RPM)最高轉(zhuǎn)速(RPM)額定轉(zhuǎn)矩(N·m)最大轉(zhuǎn)矩(N·m)額定電流(A)轉(zhuǎn)子慣量(Kg·cm2)電機(jī)長(zhǎng)度L(mm)130L2M3-2202.01000130019579.344313圖3.8電機(jī)尺寸圖3.2.2聯(lián)軸器的選擇這也選脹緊套聯(lián)接單向膜片聯(lián)軸器如圖3.3，所選型號(hào)如下表3.10：表3.10脹緊套聯(lián)接單向膜片聯(lián)軸器型號(hào)d(mm)D(mm)L(mm)A(mm)B(mm)DM1263.2.3絲杠軸的設(shè)計(jì)初步確定軸的最小尺寸，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)下列公式：dmin=A0(3.8)取A0為120，P1=1.06，n=1000代入式3.8中則：dmin=120×=12(mm)以下圖3.9是我設(shè)計(jì)的絲杠軸，最小直徑是22mm，符合要求，前端與脹緊套聯(lián)接單向膜片聯(lián)軸器聯(lián)接，中間有螺紋的安裝一個(gè)小圓螺母為了固定軸承，后端安裝軸承。絲杠直徑為35mm,絲杠長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成400mm。圖3.9絲杠軸3.2.4脹緊套的選擇配合聯(lián)軸器選擇Z1型脹緊連接套如圖3.4：表3.11Z1型脹緊連接套d×D(mm)L(mm)l(mm)22×2.5軸承的選擇由于在此處主要受軸向力，角接觸球軸承能承受一定的徑向力和較大的軸向力，所以我們選擇了角接觸球軸承，在這受兩個(gè)方向的軸向力所以要成對(duì)使用角接觸球軸承（小端面對(duì)小端面）。4主要零件選擇4.1絲杠的選擇此課題選的是滾珠絲杠，型號(hào)是W3506：表4.1滾珠絲杠單位：mm型號(hào)直徑D0螺距l(xiāng)D1D2D3D4TL額定動(dòng)載荷(N)額定靜載荷(N)W3506356556596821260250011600圖4.1滾珠絲杠4.2氣缸的選擇4.2.1控制銑刀的氣缸的選擇選擇氣缸好壞直接決定切削的質(zhì)量，所以必須嚴(yán)格選擇氣缸，氣缸的輸出力、缸徑和使用壓力的關(guān)系有F1=η×A1×P(4.1)式中F1—?dú)飧椎妮敵隽Γ?N)；η—負(fù)載率；A1—受壓面積，(mm2)；P—使用壓力，(MPa)。根據(jù)查表可知，運(yùn)動(dòng)工況時(shí)η<0.5，P在0.15~1之間，假設(shè)先選個(gè)缸徑為40mm的，它的受壓面積是1260mm2，取η=0.3，P=0.15,A1=1260代入式4.1可得F1=0.3×1260×0.15=56.7>54.2，所以此氣缸合理可用。表4.2氣缸型號(hào)缸徑(mm)行程(mm)MBB40-200402004.2.2平衡氣缸的選擇同理取η=0.3，P=0.15，選個(gè)缸徑為100mm的，它的受壓面積是7850mm2，取η=0.3，P=0.8,A1=7850代入4.1可得F1=0.4×7850×0.8=2512>2000(通過(guò)估算豎直絲杠所受最大軸向載荷)，所以此氣缸合理可用。表4.3氣缸型號(hào)缸徑(mm)行程(mm)MBB100-4001004004.3導(dǎo)軌以及導(dǎo)軌滑塊的選擇4.3.1這里我們選線性導(dǎo)軌，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便。線性導(dǎo)軌又稱(chēng)滑軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載，同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)。圖4.2線性滑軌表4.4線性導(dǎo)軌單位：mm型號(hào)H1D×h×dEPW1H2MSA25LS2211×9×72060236.5MSA20LS189.5×8.5×62060205MSA15S157.5×5.3×4.52060154.24.3.導(dǎo)軌滑塊與導(dǎo)軌是配合的，導(dǎo)軌確定了導(dǎo)軌滑塊也就確定了，如圖4.1：表4.5導(dǎo)軌滑塊單位：mm型號(hào)Hd1TBCWKW2LL1NGS×lMSA25LS403.3103550485.812.5100.6781012M6×8MSA20LS303.383250445.81288.867.2512M5×6MSA15S283.37.22626343.29.556.339.38.37M4×55主要零件的校核5.1絲杠的校核所選滾珠絲杠的型號(hào)是W3506，它的額定動(dòng)載荷是2500N，額定靜載荷是11600N。5.1.1計(jì)算最大動(dòng)載荷C選用滾珠絲杠副的直徑D0時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱(chēng)為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載C，可用下式計(jì)算：(5.1)式中L—壽命，以106轉(zhuǎn)為一單位，L=(5.2)n—絲杠轉(zhuǎn)速，(r/min)T—為使用壽命，(h)對(duì)于數(shù)控機(jī)床取T=15000h；fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，見(jiàn)表5.1。表5.1運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)無(wú)沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)1.0~1.2一般運(yùn)轉(zhuǎn)1.2~1.5有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)1.5~2.5把n=1000,T=15000代入式5.2，可得：(h)把Fm=177.26，fw=1.2，L=900代入式5.1，可得：(N)這樣C=2054<C0=2500，符合要求。5.1.2剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，因此考慮絲杠的拉伸或壓縮變形量δ，先用下式計(jì)算受工作負(fù)載Fm的作用引起的導(dǎo)程l的變化量Δl，再計(jì)算滾珠絲杠總長(zhǎng)度上的拉伸和壓縮量δ。(5.3)式中Δl—在工作負(fù)載Fm作用下引起每一導(dǎo)程的變化量，(mm)；Fm—工作負(fù)載；l—滾珠絲杠的導(dǎo)程，(mm)；E—材料彈性模數(shù)，對(duì)鋼E=20.6×104(N/mm2)；F—滾珠絲杠截面積（按內(nèi)徑確定）(mm2)；d1—內(nèi)徑，（mm）d1=D0+2e－2R(5.4)D0—絲杠公稱(chēng)直徑，D0=35mm；e—偏心距，e=0.056mm；R—滾道半徑，R=2.064mm?！?”號(hào)用于拉伸，“－”號(hào)用于壓縮。再計(jì)算絲杠總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮的變形量δ(mm)：(5.5)式中L—滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度，(mm)。先根據(jù)式5.4可得：d1=35+2×0.056－2×2.064=30.984(mm)由式5.3有再根據(jù)式5.5有這么小的變形量符合剛度要求。5.1.3穩(wěn)定性檢驗(yàn)對(duì)已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負(fù)載時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其有沒(méi)有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險(xiǎn)。產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載Fk可用下式計(jì)算：(5.6)式中E—材料彈性模數(shù)，對(duì)鋼E=20.6×104(N/mm2)；I—截面慣性矩(mm4)，絲杠截面慣性矩I=πd14/64（d1為絲杠內(nèi)徑）；L—滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度，(mm)；fz—絲杠的支撐長(zhǎng)度系數(shù)。見(jiàn)表5.2。.表5.2絲杠的支撐長(zhǎng)度系數(shù)方式一端固定一端自由兩端簡(jiǎn)支一端固定一端簡(jiǎn)支兩端固定fz0.251.002.004.00先求I，I=3.14×30.9844/64=4.5×104(mm4)；這里絲杠是一端固定一端簡(jiǎn)支，fz=2.00，根據(jù)式5.6有(N)臨界負(fù)載FK與最大工作負(fù)載Fm之比稱(chēng)為穩(wěn)定性安全系數(shù)nK；nK=FK/Fm>[nK]則絲杠不會(huì)失穩(wěn)，[nK]為許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取[nK]=2.5~4。nK=1.1×106/177.26=6200遠(yuǎn)大于[nK]，所以穩(wěn)定性很好。5.1.4滾珠絲杠副的壽命計(jì)算滾珠絲杠副的壽命，主要是指疲勞壽命。在工程計(jì)算中，采用“額定疲勞壽命”這一概念，它指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲杠，在相同的條件下回轉(zhuǎn)，其中90%不發(fā)生疲勞剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)。也可以總回轉(zhuǎn)時(shí)間或總走行距離來(lái)表示，壽命計(jì)算公式如下：(5.7)(5.8)式中L1—額定疲勞壽命，(r)；Lt—壽命時(shí)間，(h)；C0—額定動(dòng)載荷，(N)，C0=2500N；Fm—軸向載荷，(N)，F(xiàn)m=177.26N；fww—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，fww=1.2；n—絲杠轉(zhuǎn)速，(r/min),n=1000r/min。由式5.7可得(r)由式5.8可得(h)Lt>20000h，所以符合。5.2軸承的校核本軸承主要是解決其壽命問(wèn)題，因此對(duì)本設(shè)計(jì)中的角接觸球軸承進(jìn)行校核，其主要參數(shù)：額定動(dòng)載荷是19.5KN，額定靜載荷是14.2KN。驗(yàn)算軸承壽命，軸承計(jì)算壽命L：L=(5.9)式中ft—溫度系數(shù)Cr—額定動(dòng)載荷，19500N；n—額定轉(zhuǎn)速，1000r/min；ε—指數(shù)，對(duì)于球軸承，ε=3；P—軸承受的載荷，水平軸承受力小不用考慮，豎立安裝的要考慮，估算P=2000N。這樣，計(jì)算壽命為：Lh>12000h，所以此軸承符合。 6其它考慮因素6.1潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)潤(rùn)滑的目的就是為了減少工作表面的摩擦以及由此造成的震動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程不穩(wěn)定，能量損失嚴(yán)重等問(wèn)題。潤(rùn)滑可以起到很好的減少工作表面發(fā)熱和磨損，保證機(jī)器的工作精度，運(yùn)動(dòng)精度，提高機(jī)器工作效率等[17]。潤(rùn)滑是左右設(shè)備性能的重要問(wèn)題，潤(rùn)滑劑或潤(rùn)滑方式的合適與否將大大影響其壽命。6.1.1潤(rùn)滑部位的選擇主要潤(rùn)滑部位是：1.角接觸球軸承與滾珠絲杠配合部位2.汽缸內(nèi)部；3.直線導(dǎo)軌副部分；而由于氣缸和導(dǎo)軌副是外購(gòu)件，潤(rùn)滑問(wèn)題參照相應(yīng)公司標(biāo)準(zhǔn)；主要討論角接觸球軸承的潤(rùn)滑問(wèn)題。6.1.2潤(rùn)滑劑的選擇凡是能降低摩擦阻力作用的介質(zhì)都可以作為潤(rùn)滑劑。目前各類(lèi)設(shè)備中常用的潤(rùn)滑劑類(lèi)型為稀油和干油兩大類(lèi)。稀油潤(rùn)滑一般用于下列情況：(1)除完成潤(rùn)滑任務(wù)外，還需要帶走摩擦表面間產(chǎn)生的熱量者；(2)須能夠保證滑動(dòng)平面間為液體摩擦者：液體摩擦軸承、高速移動(dòng)的滑動(dòng)平面之間、止推滑動(dòng)軸承等；(3)能夠用簡(jiǎn)易的手段向嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身及其軸承，同時(shí)提供一種潤(rùn)滑劑的情況；(4)除潤(rùn)滑外，還需要清洗摩擦平面并保持清潔狀態(tài)者；(5)相同情況下，易于對(duì)軸承進(jìn)行密封并能很好防止?jié)櫥屯庖缯?。干油?rùn)滑一般用于下列情況：(1)粘性很好，并能附著在摩擦平面上，不易流失及飛濺，多用于做往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)及短期工作制的重載荷低轉(zhuǎn)速的滑動(dòng)軸承上；(2)密封性好，且給油方便；(3)很適用于低速的滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑，可長(zhǎng)時(shí)間不用加油，維護(hù)方便；(4)防護(hù)性能好，能保護(hù)裸露的摩擦表面免受機(jī)械雜質(zhì)及水等的污染[17]。通過(guò)以上分析，選擇干油潤(rùn)滑，為了確保潤(rùn)滑效果，通過(guò)增加油封，保證潤(rùn)滑油的不流失。7結(jié)論本次設(shè)計(jì)的題目是自動(dòng)銑削機(jī)動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)，在查閱大量資料的基礎(chǔ)上，對(duì)本機(jī)的性能和特點(diǎn)也有了很深的了解，基本上完成了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并畫(huà)出其裝備圖，同時(shí)對(duì)許多零件進(jìn)行計(jì)算選擇，了解了許多零件的功能作用，可以對(duì)本機(jī)進(jìn)行初步的性能評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)評(píng)估。本機(jī)可實(shí)現(xiàn)25×25~120×120截面鋁塑型材的規(guī)則及異型孔槽的銑削，由于銑刀架上有很多刀具，可一次對(duì)型材各個(gè)位置進(jìn)行一次性加工，通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)型材的初步定位，通過(guò)氣缸帶動(dòng)銑刀電機(jī)在導(dǎo)軌上移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)型材的最終定位，然后再用氣缸帶動(dòng)銑刀進(jìn)行切削，實(shí)現(xiàn)對(duì)型材的加工。切削加工采用兩種方式進(jìn)行,通過(guò)氣缸直接進(jìn)給或配合送料機(jī)械手進(jìn)行小孔及排水槽等的加工,另一方式則為送料機(jī)械手與銑削裝置支架帶動(dòng)刀具的伺服進(jìn)給實(shí)現(xiàn)較大孔或異形孔、槽的加工。第一由于本設(shè)備的工作面比較多，刀具多，從而實(shí)現(xiàn)了同時(shí)加工，可節(jié)約大量的時(shí)間和人力，對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)力有很大的優(yōu)勢(shì)，可節(jié)約成本，最大的優(yōu)化資源。其次，本機(jī)對(duì)產(chǎn)品的精度保證要求高，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。最后，本機(jī)的制造成本較低，而設(shè)備質(zhì)量過(guò)硬，極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本設(shè)備在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮到了生產(chǎn)過(guò)程，操作人員，環(huán)境，經(jīng)濟(jì)型，可加工性，綠色設(shè)計(jì)，柔性加工等諸多方面，此設(shè)備可完全勝任各種型材的加工，使設(shè)備在加工過(guò)程中發(fā)揮其最大的潛力，可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益與產(chǎn)品布局，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化配置。參考文獻(xiàn)王慧,李剛炎,崔衛(wèi)華,楊麗穎.數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)在塑窗鋸銑加工設(shè)備中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2003,25(10):60-62王慧,昃向博,侯志堅(jiān).基于綠色設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的塑料門(mén)窗銑削機(jī)設(shè)計(jì)[N].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào),2002,16(2):162-164王慧,侯志堅(jiān),王洪增,昃向博,趙方.基于柔性化的塑窗自動(dòng)銑削機(jī)的研制[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2004,(9):67-69王娜,李國(guó)平,趙方,昃向博,艾長(zhǎng)勝.鋁塑型材鋸銑加工中心鋸切機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng),2006,(8):18-20李國(guó)平,王慧,昃向博,王娜,艾長(zhǎng)勝.鋁塑型材鋸銑加工中心銑削機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng),2005,(2):34-35王慧,侯志堅(jiān),昃向博,王娜,時(shí)圣勇.氣動(dòng)控制技術(shù)在塑窗自動(dòng)銑削機(jī)中的應(yīng)用[J].液壓與氣動(dòng),2004,(11):65-67王慧,昃向博,侯志堅(jiān),趙方,艾長(zhǎng)勝.機(jī)電氣一體化柔性塑窗鋸銑加工中心的研制[J].機(jī)床與液壓,2005,(2):53-55張輝,艾長(zhǎng)勝,趙方,昃向博.塑窗型材鋸銑加工中心數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)機(jī)械工程,2008,19(16):1962-1965WendellWilson,Atlanta,DavidM.Martinez,NewBern.MillingMachine[P].UnitedStatesPatent.5308201,1994-5-3ScottF.Justessen,St.North,ForestLake.Right-angleDriveforVerticalMillingMachine[P].UnitedStatesPatent.5025548,1991-6-25楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.8何建民.銑工計(jì)算和常用數(shù)表[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.10:84-85杜君文.機(jī)械制造技術(shù)裝備及設(shè)計(jì)[M].天津:天津大學(xué)出版社,2007.10:220-226濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2006.5吳宗澤,羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,2006.5孫選.機(jī)電專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)[M].濟(jì)南:濟(jì)南大學(xué)機(jī)械學(xué)院,2007機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本氣壓傳動(dòng)與控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開(kāi)發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門(mén)傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專(zhuān)用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門(mén)機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)HYPERLINK"/detail.