车铣复合加工中心毕业设计方案专项方案.doc

毕业设计方案题 目 CXH500数控车铣复合机床主传动系统设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程 二一七 年 月 日设计题目 CXF500数控车铣复合机床主传动系统设计 一、选题背景与意义1. 选题背景及国内外研究现状车铣复合机床在数控车床基本上增长了主轴分度和动力刀架功能，可以实现曲面、端面车削以及工件圆柱面铣削、钻孔、攻丝等功能。1982年，奥地利林茨机床公司（WFL）开发出了全世界第一台车铣数控专用机床WVC500S车铣加工中心。通过近不断努力，车铣复合机床已经能实现车削、铣削、镗削、插齿及滚齿等各种加工。进入21世纪以来，数控车铣复合机床发展非常迅速，不但规格齐全，硬件功能完善，且软件功能也十分强大，如WFLM系列和MAZAKE-H系列等1。当前，先进五轴车铣复合机床除了可以进行车、铣、钻、镗、攻丝等加工外，还可以进行镗型腔、钻深孔、滚齿、铣叶片以及进行磨削加工和工件在线测量，实现各种误差补偿、刀具在线监控和适应控制等。国外主流车铣复合机床呈现出了配有仿真系统、多轴控制扩大机床加工能力及高速度、高精度、智能化特点，其应用也由单机向系统化、集成化和网络化高层次发展。国内数控车铣复合机床研制工作起步比较晚，在由沈阳数控机床厂制造出国内第一台SSCKZ63-5五轴车铣复合机床，该机床引进了德国玛斯廖拉公司（MAXMULLER）技术，达到了国际90年代末水平。当前通过国家有关政策支持，咱们在车铣复合加工机床成功获得多方面突破，例如：攻克了动力驱动单元，大直径大通孔高速强力主轴，刀架，机床热平衡，精度补偿等多项核心技术，主传动兼顾了大扭矩输出和高速输出。开发出五轴车铣复合加工中心并完毕了系列化，规格化产品设计和生产。由于咱们整体技术基本不太坚实，和国外技术相比缺少数十年经验积累，加之加工手段和工艺性比较薄弱，整体车铣复合加工技术和欧洲和日本相比尚有不小差距。当前国际上最先进车铣技术仍掌握在MAZAK,OKUMAMORISEIKE,DMG和WFL等一流机床生产商手中2。 2. 选题目及意义车铣复合加工技术先进理念就是提高产品质量和缩短产品制造周期，是一种集成了当代先进控制技术、精密测量技术和CAD/CAM应用技术先进机械加工技术。该技术提供了一种完善加工解决办法：一次装夹可实现零件各种表面或复杂形面加工，大大简化了工件装夹和刀具系统复杂性，减少了夹具和非生产时间。本次设计目是依照给定技术参数对加工中心主传动系统构造进行设计，得出最优主传动系统设计方案，使之达到高自动化、高柔性、高精度、高效率性能。通过本次设计培养综合运用基本知识和专业知识，解决工程实际问题能力，使工程绘图、数据解决、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能及能力得到训练和提高。二、设计内容1. 设计内容研究数控车铣复合机床主传动系统重要由伺服电机、齿轮传动、主轴组件、C轴及其传动构成，可实现主运动传动和主轴夹持工件分度。本毕业设计重要内容为数控车铣复合机床主传动系统设计，涉及主传功系统方案设计、装配图及零件图设计，以及进行有关计算和重要零件校核。详细设计内容如表1所示。表1 详细设计内容设计内容详细设计分析车铣复合主传动运动设计(1) 分派各级传动比，拟定构造式或构造网(2) 拟定转速图，并画出转速图(3) 拟定各传动构件形式及构造尺寸(4) 设计各级传动轴(5) 依照运动参数，拟定各级轴支撑构件等(6) 设计主轴，拟定主轴组件，拟定主轴组件 润滑与密封方式(7) 依照原则，对各级传动轴及主轴等进行校核C轴控制传动设计(1) 传动装置(2) 结合、分离装置主传动系统构造设计(1) 传动构件布置与排列(2) 主传动开停、制动装置(3) 车铣复合机床主轴箱构造重要参数：最大回转直径（mm）：500 主轴转速(rpm)：45-4500 主电机功率(KM)：11/15 C轴分度：0.001，360持续 课题重要规定有：（1）有关外文翻译资料一份（译文字数不少于中文）；（2）毕业实习报告一份（约5000字）；（3）毕业设计方案1份，且符合毕业设计规范；（4）总设计图量不少于3.0张A0，其中手工绘图不少于折合成图幅为A0号图纸1张，计算机辅助绘图不少于折合成图幅为A0号图纸1张，装配图有充分零件图支撑；（5）设计阐明书1份（不少于1.2万字），查阅文献15篇以上，外文文献2篇以上。2. 预期研究成果 通过本次课题设计任务书上规定，运用所学有关理论及专业知识，通过设计计算、构造设计、核心零部件校核等手段设计出满足使用规定、符合国标数控车铣复合机床主传动系统，使其能满足给定重要参数规定，并实现定位精度高，运营过程平稳等长处。三、设计方案1. 主轴传动方案拟定在机床设计中有各种主轴传动方式，普通依照不同加工场合工艺规定及传动方式自身特点进行选取，为了拟定最为优化车铣复合机床主轴传动方式，如下列举出了几种常用传动方式，并且依照本设计详细规定拟定适合方案1.1 主轴传动类型图1 主轴传动方式(1) 带有变速齿轮主传动(图a)，普通大、中型数控机床多采用这种方式。通过少数几对齿轮传动来扩大变速范畴。由于电动机在额定转速以上恒功率调速范畴为25，当需要扩大这个调速范畴时惯用变速齿轮办法来扩大调速范畴，滑移齿轮位移大都采用液压拨叉变速机构来实现。齿轮传动具备传动效率高、构造紧凑、机械工作寿命长和传动比固定特点，但是，在实际齿轮制造以及安装规定需要很高精度导致成本较高，并且传动距离受限制，不适当有太远距离跨度3。(2) 带传动方式(图b) 这种方式重要应用在转速较高、变速范畴不大，低转矩小型数控机床上，电动机自身调节就能满足规定，不用齿轮变速，可避免齿轮传动时引起震动和噪声缺陷，但它只合用于低扭矩特性规定。惯用有同步齿形带、多楔带、v带、平带。(3) 两个电动机分别驱动主轴(图c) 这是上述两种方式混合传动类型，兼有上述两种方式性能。高速时，由一种电动机通过带传动；低速时，由另一种电动机通过齿轮传动，齿轮起到降速和扩大变速范畴作用，因而就使恒功率区增大，扩大了变速范畴，避免了低速时转矩不够，且电动机功率不能充分运用问题，但两个电动机不能同步工作。(4) 调速电机直接驱动主传动 一种为：主轴电动机输出轴通过精密联轴器与主轴连接(图d)，长处为构造紧凑，传动效率高，但主轴转速变化及输出完全与电动机输出特性一致，因而受一定限制。另一种为：内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体(图e)。长处为构造紧凑，惯性小，可提高启动、停止相应特性，缺陷为电动机发热使主轴产生变形。因而，要注意温度控制。这种方式大大简化了主轴箱体与主轴结够，有效提高了主轴部件刚度，但是主轴输出扭矩小，电机发热对主轴影响较大。1.2 主轴传动方案分析比较及方案拟定结合本次数控车铣复合机床主传动系统设计规定及上述各传动方式优缺陷，本次设计采用传动效率高、构造紧凑、机械工作寿命长带有变速齿轮主传动方式，采用液压拨叉变速机构实现滑移齿轮变速。2. C轴控制传动方案设计2.1 C轴控制传动类型方案一 精密蜗杆副C轴构造 C轴分度和伺服控制采用可啮合和脱开精密蜗杆蜗轮副构造。它有一种C轴分度和伺服控制采用可啮合和脱开精密蜗轮副构造,它由一种伺服电动机驱动蜗杆1及主轴上蜗轮3。当机床处在铣削或钻削状态，即主轴需要通过 C轴分度或对圆周进给进行伺服控制时，蜗轮与蜗杆啮合，该蜗轮蜗杆副由一种可固定精准调节滑块来调节，以消除啮合间隙。 C轴分度精度由一种脉冲编码器7来保证。如下图所示。图2.1 精密蜗杆副C轴构造1-蜗杆 2-主轴 3-蜗轮 4-齿形带 5-主轴电动机 6-齿形带 7-脉冲编码器8-C轴伺服电机 9-传送带方案二 滑移齿轮控制C轴传动图2.2为经滑移齿轮控制C轴传动图，由主轴箱9和C轴控制箱16构成。主轴在普通车削状.态时,换位液圧缸6使滑移齿轮5与主轴齿轮7脱开,制动液圧缸10脱离制动,主轴电动机通过皮带驱动主轴8旋转。当主轴需要C轴控制作分度或回转运动时,主轴电动机处在停止状态,滑移齿轮5与主轴齿轮7啮合，在制动液圧缸10未制动状态下，C轴伺服电机15依照指令脉冲值旋转，通过C轴变速箱变速，经滑移齿轮5、主轴齿轮7使主轴分度，然后制动液圧缸使主轴制动。当进行铣削时，除制动液压缸制动主轴外，其她动作与上述相似，此时主轴按指令作缓慢持续旋转进给运动。图2.2 滑移齿轮控制C轴传动14-传动齿轮 5-滑移齿轮 6-换位油缸 7-主轴齿轮 8-主轴 9-主轴箱 10-制动油缸 11-带轮 12-主抽制动盘 13-齿形带轮 14-脉冲编码器 15-C轴伺服电动机 16-C轴控制箱方案三 带C轴功能主轴电动机直接控制C轴控制除了以上简介用伺服电机通过机械构造实现外，还可以用带 C轴功能主轴电动机直接进行分度和定位。四、参照文献1 夏焕金,蔡慧慧. 车铣复合加工技术发展及应用J. 金属加工,(21):19-21.2 江崇民. 数控车床技术发呈现状及趋势J. 机械工程师,(4):98-100.3 杨雪宝. 机械制造装备与设计M. 西安：西北工业大学出版社,.4 马宏伟. 数控技术M. 北京：电子工业出版社,.5 刘桂芝. 影响车铣复合机床加工精度因素分析J. 中华人民共和国制造业信息化,40(7):68-69.6 张曙. 机床主轴部件创新J. 制造技术与机床,(11):6-9.7 杨永年. 基于C6132A数控车铣复合中心主运动系统改造J. 机械工程与自动化,(1):105-107.8 刘凤利,李辉. 机床主传动系统优化设计J. 河北理工学院学报,1(2):33-36.9 杨美英. 数控机床主轴组件设计及刚度计算J. 机械工程及自动化,(2):71-74.10 戴曙. 数控机床主运动系统设计J. 中华人民共和国学术期刊,(9):49-52.11 贾利刚,张宇，郭勤静等. CAD/CAM一体化技术在车床主传动系统设计上应用与研究J. 机床与液压,(10):91-93.12 韩进宏. 互换性与技术测量M. 北京：机械工业出版社,.13 颜克辉,孔祥志，李鹏等. 车铣复合加工中心中锁紧及锁紧力计算J. 制造技术与机床,(8):41-43.14 Umnt Karaguzel,Emre Uysal. Effects of tool axis offset in turn-milling processJ. Journal of Materials Processing Technology,(231):239-247.15 Devidi Elza. TILTABLE MILLING HEAD WITH A BUILT IN AUTOMATIC SPEED CHANGER:EN,WO/032936P.-03-30.五、指引教师评语（涉及学生对国内外研究现状理解状况、设计办法、手段、文献综述等评价，应在评语末尾处写出与否批准该学生开题决定）指引教师（签字） 201 年 月 日六、审核意见系主任（签字） 201 年 月 日