車銑復(fù)合下刀架單元設(shè)計【4張CAD圖帶】
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I車銑復(fù)合下刀架單元設(shè)計摘要車銑復(fù)合數(shù)控機床廣泛應(yīng)用于各種機械加工行業(yè)，車銑復(fù)合加工可以提高加工精度，減少裝夾次數(shù)，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，其性能優(yōu)于一般的數(shù)控車床和數(shù)控銑床，如今，各國的車銑復(fù)合技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，歐美的發(fā)展水平尤為突出。本次畢業(yè)設(shè)計在大連機床集團(tuán)（DMTG）完成，針對車銑復(fù)合數(shù)控機床完成了下刀架單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過伺服電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動上皮帶輪轉(zhuǎn)動，然后上皮帶輪通過皮帶帶動下皮帶輪轉(zhuǎn)動，最終下皮帶輪把轉(zhuǎn)矩傳遞給滾珠絲杠螺母副，從而實現(xiàn)刀具的進(jìn)給運動。對滾珠絲杠、伺服電機、脹套、皮帶輪和導(dǎo)軌做了選擇計算校核工作，還列出了絲杠軸整體尺寸的安排，畫出了絲杠支座、滑板、床鞍這三個 CAD 零件圖，還畫了一張刀架單元的 CAD 裝配圖，并且采用了三維制圖軟件 Solid Works 對絲杠支座、滑板這兩個零部件進(jìn)行了三維建模工作。關(guān)鍵詞：車銑復(fù)合；下刀架；進(jìn)給系統(tǒng)；三維建模IIABSTRACTTurn milling compound NC. machine tools are widely used in all kinds of mechancal processing industry, Turn milling compound machining can improve the machining accuracy, decrease The Times of the clamping and reduce production cost, improve production efficiency, its performance is better than that of general NC.lathe and NC.milling machine, today, the Turn milling compound technology is booming, especially the development level of Europe and the United States.The graduation design in Da lian machine tool group (DMTG) is complete, for Turn milling compound structure design of NC. machine tools to complete the rest under the units, through the torque servo motor, drive pulley on the rotation, and then on the pulley driven by belt pulley, the pulley set the torque passed on to the ball screw nut pair, so as to realize the feed movement of the cutting tool. Of ball screw, servo motor, locking, pulley, and guide the selection calculation and checking work, also lists the overall size of the screw shaft is arranged, draw out the screw bearings, skateboard, bed saddle these three CAD drawing, also drew a CAD assembly drawing tool post unit, and adopted the 3 d drawing software Solid Works for screw bearing, slide the two parts of three dimensional modeling work.Key Words：turn-milling technology; The tool post; Feed system;3 d modelingIV目 錄1 緒論....................................................................12.車銑復(fù)合機床下刀架單元方案設(shè)計.....................................32.1 車銑復(fù)合機床的介紹...................................................32.2 刀架單元總體方案.....................................................32.3 刀架單元總體結(jié)構(gòu)設(shè)計.................................................33.下刀架單元結(jié)構(gòu)主要零件的校核.......................................53.1 滾珠絲杠的選擇校核..................................................53.2 伺服電動機的選擇校核...............................................113.3 錐套的選擇校核.....................................................133.4 皮帶輪的選擇計算...................................................133.5 導(dǎo)軌選擇計算.......................................................173.6 絲杠軸尺寸安排.....................................................173.7 工作說明...........................................................174.主要零部件三維建模..................................................204.1 Solidworks 軟件介紹.............................. ..................204.2 絲杠支座建模.......................................................214.3 滑板建模...........................................................215 結(jié)論 .................................................................22參考文獻(xiàn)...............................................................23附錄 1：外文翻譯......................................................25附錄 2：外文原文......................................................32致謝...................................................................38畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 1 -1.緒論國際上對復(fù)合化機床尚無明確定義，目前正處于創(chuàng)新發(fā)展之中。復(fù)合加工又叫完全加工、多功能加工。早期曾將加工中心稱為復(fù)合加工機床,但是隨著復(fù)合加工技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)在的復(fù)合加工機床與以前所稱的復(fù)合加工機床有了本質(zhì)上的區(qū)別。復(fù)合加工機床通過一次裝夾零件完成多種加工工序，縮短了加工時間，提高了加工精度，因而受到用戶的歡迎。數(shù)控車銑復(fù)合機床是復(fù)合加工機床的一種主要機型，通常是在數(shù)控車床上實現(xiàn)平面銑削、鉆孔攻絲、銑槽等銑削加工工序，具有車削、銑削以及鏜削等復(fù)合功能，能夠?qū)崿F(xiàn)一次裝夾、全部完工的加工理念。隨著計算機技術(shù)、機床技術(shù)以及加工工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的用單一加工方法分工序加工已不能滿足人們對加工速度、效率和精度的要求。在這樣的背景下，車銑復(fù)合加工技術(shù)應(yīng)運而生 [1]。車銑復(fù)合加工的理念是“一次裝夾，全部完工”，這種加工模式無需人工干預(yù)，在一次裝夾定位情況下，機床可以進(jìn)行車、銑、鉆、鏜和車銑等加工任務(wù)。車銑復(fù)合加工技術(shù)作為一種高效率、高精度，且適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)多品種、小批量、個性化發(fā)展需求的先進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)，日益受到重視。車銑復(fù)合加工為復(fù)雜零件、高精密零件和難加工零件提供了先進(jìn)的解決方案，解決了傳統(tǒng)加工中心難以解決的加工難題。車銑復(fù)合加工設(shè)備的主要優(yōu)勢在于加工工藝更加靈活、工序更加集中，從而可以縮短產(chǎn)品制造工藝鏈、提高工藝的有效性、減少零件在整個加工過程中的裝夾次數(shù)、提高位置加工精度。國外發(fā)達(dá)國家在數(shù)控機床行業(yè)的發(fā)展起步較早，在研發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)制造方面擁有非常豐富的經(jīng)驗，其效率、精度、可靠度等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均有較大優(yōu)勢。德國的肖特公司是當(dāng)今世界上最負(fù)盛名的刀架生產(chǎn)企業(yè)，其產(chǎn)品發(fā)展可分為三條主線：液壓刀架產(chǎn)品線，電動刀架產(chǎn)品線和伺服刀架產(chǎn)品線。其中，伺服刀架產(chǎn)品線主要面對中高端市場，也是肖特目前產(chǎn)品種類最為豐富，發(fā)展意愿最為強烈的產(chǎn)品系列。經(jīng)過長期的發(fā)展和積累，肖特在刀架研發(fā)領(lǐng)域有著較大的優(yōu)勢，并且擁有諸多關(guān)鍵技術(shù)，如降噪減震技術(shù)，伺服刀架控制技術(shù)，動力刀具驅(qū)動模塊與傳動技術(shù)，離合器技術(shù)，定位嚙合技術(shù)，阻尼升壓結(jié)構(gòu)技術(shù)，中心軸配油配氣技術(shù)和端面齒輪傳動技術(shù)、腔內(nèi)正壓防水密封技術(shù)等，這些關(guān)鍵技術(shù)在刀架領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，大大提高了整個刀架和數(shù)控機床的技術(shù)水平，在一定程度上推動了整個制造業(yè)的發(fā)展。我國在立式車銑復(fù)合加工中心方面研究較晚,沒有系列產(chǎn)品,整體性能的穩(wěn)定性、重復(fù)精度、定位精度、加工效率等方面畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 2 -與國外同類產(chǎn)品相比,還具有較大的距離,立式車銑復(fù)合加工中心系列產(chǎn)品的生產(chǎn)基本上是空白,國內(nèi)在此方面需求設(shè)備基本依賴進(jìn)口 [2]。數(shù)控刀架按刀架的動力驅(qū)動和鎖緊方式分類：分為電動刀架，液壓刀架和伺服刀架。（1）電動刀架電動刀架是指刀架的轉(zhuǎn)位動力源為電機，一般指力矩電機，除此之外沒有其他的動力源，如液壓和氣動等。因此，該特點避免了由于液壓油泄露造成的污染，具有體積小，控制簡單和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。但該類刀架的剛度和刀盤的鎖緊力小，只適合中低載荷切削情況，并且電機頻繁正反轉(zhuǎn)容易燒毀，換刀速度較慢，低檔刀架一般為電動刀架。（2）液壓刀架液壓刀架是指刀架的轉(zhuǎn)位動力為液壓馬達(dá)或者液壓缸驅(qū)動齒輪條。該刀架使用了集成式液壓分度馬達(dá)，它具有自動順序控制加減速功能并且可在內(nèi)部實現(xiàn)粗定位。其采用了獨特的液壓反饋機制，具有轉(zhuǎn)位快速連續(xù)平穩(wěn)沒有沖擊且可以雙向旋轉(zhuǎn)就近換刀的特點。此類刀架采用液壓來實現(xiàn)刀架的松開與鎖緊，夾緊力大，適用于重載切削，特別適用于重型數(shù)控車床。全液壓刀架對液壓油的品質(zhì)要求較高，另外該刀架的體積比較大，調(diào)整和維護(hù)較為復(fù)雜。（3）伺服刀架伺服刀架是指刀架轉(zhuǎn)位動力采用伺服電機，通過伺服電機驅(qū)動刀架，通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)刀盤的松開與鎖緊。該刀架在最大程度地克服了電動刀架和液壓伺服刀架的缺點的同時，吸收了兩者的優(yōu)點，簡化了數(shù)控刀架的結(jié)構(gòu)，大大提高了數(shù)控刀架的性能，使數(shù)控刀架的很多性能指標(biāo)，如換刀時間、可靠性、精度、轉(zhuǎn)位速度和轉(zhuǎn)位的平穩(wěn)性等得到很大提高 [3]。加工效率和精度是金屬加工領(lǐng)域追求的永恒目標(biāo)，這個目標(biāo)激勵著一代又一代機械工作人員不懈努力，以提高國家的機械加工水平。畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 3 -2. 車銑復(fù)合機床下刀架單元方案設(shè)計2.1 復(fù)合機床的介紹本次畢業(yè)設(shè)計是與大連機床集團(tuán)有限公司合作完成的，機床型號是 CHD-25。CHD-25 機床的床身總的來看是傾斜的，配置有兩個刀架，上刀架與下刀架。這個機床適用于外形復(fù)雜、質(zhì)量要求高的零部件的加工。機床床身有良好的方便于機械加工的性能，比如振動比較小、受熱不易膨脹、可承載重物而不易彎曲。刀架可以在兩個方向上運動，配合機床的正負(fù)主軸的工作，本次論文根據(jù)要求只設(shè)計一個方向的運動。2.2 下刀架單元總體方案方案一、電機軸通過脹套與上皮帶輪連接，上皮帶輪通過圓弧形同步帶與下皮帶輪連接，下皮帶輪通過脹套與滾珠絲杠軸連接，絲杠軸與絲杠螺母組相對移動，從而帶動刀架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生移動，實現(xiàn)進(jìn)給運動。方案二、將滾珠絲杠換成滑動絲杠。滾珠絲杠與滑動絲杠相比有更高的傳動效率，在 94%以上，是滑動絲杠的 2 倍多，并且滾珠絲杠副運動比較平穩(wěn)，摩擦力較小，靈敏度較高，低速而無爬行等一些特點，確實比滑動絲杠好一些。方案三、將滾珠絲杠螺母副換成齒輪傳動。不僅滾珠絲杠螺母副傳動功率損失小，齒輪副的傳動功率損失相對來說也很小，但是，滾珠絲杠在精度方面比齒輪的精度高得多。綜上，用滾動絲杠螺母副精度高，效率高，穩(wěn)定性好，所以選擇方案一。2.3 刀架單元總體結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及到的零部件主要有滑板、床鞍、伺服電動機、伺服刀塔、皮帶輪、滾珠絲杠螺母副、線軌等。電機通過電機支架固定在滑板上，電機支架下面有一個調(diào)整塊，電機軸通過脹套與上皮帶輪連接，上皮帶輪通過同步帶與下皮帶輪連接，下皮帶輪通過脹套與絲杠軸連接，絲杠軸穿過軸承，由軸承支撐著，軸承的固定是通過軸承座限制的，軸承座被挨著的擋塊限制住，端蓋與隔套固定著軸承座的端口，這樣軸承就固定了，然后還有鎖定螺母鎖緊，其中軸承座里面加個密封圈；接著絲杠穿過絲杠螺母，絲杠螺母支座畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 4 -把絲杠螺母固定在床鞍上，床鞍上面有四個墊塊，上面放著線軌中的滑塊，滑塊內(nèi)側(cè)有壓緊塊，壓緊塊由擋板固定；滑塊上面放著線軌中的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌與滑板固定，由許多導(dǎo)軌壓塊壓緊，導(dǎo)軌壓塊外側(cè)有支架，支架起防護(hù)作用，滑板上也有一個支架，也起防護(hù)作用，滑板上放個調(diào)整塊，調(diào)整塊上放著動力電機，通過皮帶帶動伺服刀架工作。整個所設(shè)計的結(jié)構(gòu)單元將來是通過床鞍固定在機床上的，所以在床鞍側(cè)下方也要有壓板，壓板是為了壓緊將來的導(dǎo)軌，床鞍下面有調(diào)整墊，有擋板固定。畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 5 -3 車銑復(fù)合下刀架單元的主要零件的校核3.1 滾珠絲杠的選擇校核（1）確定滾珠絲杠的精度表 3-1 標(biāo)準(zhǔn)公差等級表標(biāo)準(zhǔn)公差等級 任意 300mm 內(nèi)的變動量 umV/301 級 m06.?2 級 83 級 12.4 級機床的定位精度是 0.012mm，按照習(xí)慣，滾珠絲杠的公差等級應(yīng)為定位精度的1/3 到 1/2，在符合絲杠精度的情況下，查表 [4]3-1 可知，1 級精度比較合適。 （2）導(dǎo)程的選擇快移速度 V=30m/min 是此次設(shè)計的唯一數(shù)據(jù)要求。為達(dá)到快移速度 V=30m/min（0.5m/s），可選用電機轉(zhuǎn)速 N 為 3000r/min 和導(dǎo)程為=10mm 的滾珠絲杠副。hP（3-1）PVh*?式中：V-快移速度N-電機轉(zhuǎn)速-導(dǎo)程hP數(shù)據(jù)帶入式子 3-1 驗算，符合要求。（3）滾珠絲杠疲勞強度計算導(dǎo)程為 10mm，但是導(dǎo)程為 10mm 的絲杠副的公稱直徑有多種，且先把直徑定為40mm（不合適再重選）。查數(shù)控加工手冊 [4]表 2-11-15 可知滾珠絲杠的額定動載荷 =54723N ，額定靜載aC荷 = 139455N，接觸剛度 R=2690N/um 導(dǎo)軌以上的部分質(zhì)量為 m=600kg0aC= + + （3-2） maxF01cosug)in(0切F畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 6 -= + （3-3）minF01cosug)in(0（3-4）3/)*2(miaxp??式中：-最大載荷maxF-最小載荷in平 均 載 荷?p m-質(zhì)量 600kgu-摩擦系數(shù) 0.04-切削力 4000N切F將數(shù)據(jù)帶入 3-2、3-3、3-4 得出：5252.678N ?max1252.678N in3919.345Np滾珠絲杠最高轉(zhuǎn)速為 N=3000r/min，則平均轉(zhuǎn)速 =2000r/min。pN滾珠絲杠的當(dāng)量動載荷= （3-5）mC??123/*fLFp式中：-軸向平均載荷（N）pF-絲杠最大工作載荷（N）max-絲杠最小工作載荷（N）inL-工作壽命，單位為 10^6 轉(zhuǎn)。 L= =180??610/*6hNp-平均轉(zhuǎn)速（r/min）p 32minaxP??-額定壽命（ h），數(shù)控機床可取 =15000 小時 [5]h-精度系數(shù)。1 級和 2 級取 =1；f 1f-運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)。2表 3-2 運轉(zhuǎn)狀態(tài)表運轉(zhuǎn)狀態(tài) 2f無沖擊 1----1.2一般情況 1.2----1.5有沖擊震動 1.5----2.5畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 7 -機床的穩(wěn)定性應(yīng)該高一些，如果穩(wěn)定性差就容易發(fā)生振動，那么會很容易影響精度，則的表 [4]3-2 取 額定動載荷大于當(dāng)量動載荷，即 計算得出 L=180 ， 12?f maC?=2000r/min,帶入數(shù)據(jù)之后算出 =26143N，而 =54723N，可知 。pNmCaa查數(shù)控加工手冊第一卷 [4]表 2-11-15 可知：絲杠直徑 =40mm0d鋼球直徑 =6mmw導(dǎo)程 =10mm，內(nèi)循環(huán)hp絲杠剛度為 R=2690N/um循環(huán)圈數(shù) 6。預(yù)加載荷為 =Ca/4=13680.7N， =Cm/3=8714.3N, ，符合要求。yCdCdyC?（4）選擇絲杠軸承由于滾珠絲杠螺母副中的螺母固定在絲杠螺母支座里，絲杠螺母支座緊固在床鞍上，絲杠限制在絲杠支座里，而絲杠支座緊固在上滑體上，所以螺母與絲杠之間有大幾率會出現(xiàn)同軸度不符合要求，所以都要求軸承可以自己調(diào)節(jié)一些同軸度誤差，對于兩個軸承相接觸觸線的線與中心軸線相交的點之間的距離，面對面組配式時它們之間的距離會比較小，自動調(diào)節(jié)比較容易，背對背組配時距離會比較大，沒有自動調(diào)節(jié)作用，所以絲杠軸承選用的組配方式是面對面。軸承組配方式如圖所示：圖 3-1 軸承面對面配對表 3-3 軸承參數(shù) [6]項目 數(shù)值內(nèi)徑 30mm外徑 62mm寬度 15mm畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 8 -額定動載荷 = 35.5KN zC025??（3-6）??6*1pNLH式中：平均載荷 =3919.345NpF平均轉(zhuǎn)速 =2000r/min N軸承壽命 L= =742.94 3)/(pzC數(shù)據(jù)帶入 3-6 計算得 =6191.58h，能滿足要求。H（5） 驗算壓桿穩(wěn)定性（3-7）wdd*2.102??（3-8）204/)4.3(LfFzerDw=0.6* （3-9）hp式中：-當(dāng)量直徑（ m）2d-絲杠公稱直徑（ m） 0-滾珠直徑（ m）w-絲杠支撐方式系數(shù) zf-絲杠最大受壓長度（m）L=180mm0L表 3-4 絲杠支撐方式系數(shù) [4]絲杠支撐方式 zf xf一端緊固，一端自由 0.25 1.875一端緊固，一端半自由2.0 3.927兩端緊固 4.0 4.730數(shù)據(jù)帶入 3-3 可得 =32.8mm2d查表 3-4 可知 =0.25，帶入公式 3-4 計算得出臨界載荷 =303647N zf erF已知額定動載荷 =54723N， ,符合要求。aCaerCF?（6） 驗算臨界轉(zhuǎn)速（3-10）wdd*2.102??畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 9 -（3-11）22/)*910(cxcLdfN?式中：-當(dāng)量直徑（ m）2d-絲杠公稱直徑（ m）0-滾珠直徑（m） w-絲杠支撐方式系數(shù)xf-臨界轉(zhuǎn)速計算長度（ m）cL-臨界轉(zhuǎn)速（r/min）N=6mmwd=40mm0=409mmcL數(shù)據(jù)帶入 3-10 可得 =32.8mm2d查表 3-4 可知 =1.875xf帶入公式 3-11 可得出臨界轉(zhuǎn)速 =6831r/mincN已知最高轉(zhuǎn)速 N=3000r/min，由此可知 =2.277>1.3，符合臨界轉(zhuǎn)速比最高轉(zhuǎn)c/速高 30%的要求，以免發(fā)生共振。（7）滾珠絲杠螺母副額定壽命校核* （3-12）??3341/)*067.(pah FNCL?21/f式中：-絲杠額定動載荷aC-精度系數(shù)1f-載荷穩(wěn)定性系數(shù)2-絲杠平均載荷pF-絲杠平均轉(zhuǎn)速N=54723NaC=3919.345Np=2000r/min1?f2f帶入公式 3-12 可得 h>15000h，符合要求。7.21?hL畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 10 -（8）滾珠絲杠螺母副最小抗壓剛度的計算（3-13）??22110*4/)*(??aEdKs?式中：-滾珠絲杠螺紋小徑1dE-滾珠絲杠彈性模量a-滾珠絲杠螺母中心到固定端中心之間的距離=34mm1d21/0*mNE?滾珠絲杠支撐方式如圖所示圖 3-2 滾珠絲杠支撐方式圖當(dāng)滾珠絲杠螺母中心到固定端中心的距離 =460.5mm 的時候具有最小抗度1b=394.32N/um??22110*4/)*(??aEdKs?（9）滾珠絲杠螺母副支撐軸承的剛度計算選擇的軸承參數(shù)，查機械設(shè)計手冊第二卷 [6]表 8-2-83內(nèi)徑為 30mm接觸角 025??齒數(shù) z=20=6mm wd軸承最大軸向載荷 =5252.678NrF= =91.69N/umbK350)2cos(*18.zdwr（10）滾珠絲杠螺母副滾珠和滾道的接觸剛度查表數(shù)控加工手冊 [4]2-11-15 可知 R= =2690N/umcK（11）綜合抗拉剛度的計算綜合抗拉剛度（3-14）min/1/1cb??畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 11 -把數(shù)據(jù)帶入式子 3-14 可得 K=72.39N/um(12) 定位精度導(dǎo)軌摩擦力 =231.63NfF由于導(dǎo)軌摩擦產(chǎn)生的定位誤差 = =231.63/72.39=3.2um?KFf/導(dǎo)程公差 =?um6?絲杠軸承的軸向跳動 =2.5um?通常機床的定位精度 30/12.（3-15）22??????公式 3-15 帶入數(shù)據(jù)得滿足要求。um4.75.2362??? m012.074.??3.2 伺服電動機的選擇校核（1）伺服電動機的選擇由導(dǎo)程的選擇可知電機應(yīng)選用 3000r/min 的電機，機床需要選擇較大轉(zhuǎn)矩，振動小的電機。電機選西門子伺服電機：型號：1FT7084-5AF71額定轉(zhuǎn)速：3000r/min額定功率：4.55kw額定轉(zhuǎn)矩：14.5Nm轉(zhuǎn)動慣量： 24*10.5mkg?重量 20.8kg（2）伺服電動機轉(zhuǎn)速的驗算0.5m/s= =0.01m*3000r/min=30m/min=0.5/sNpVh*?（3）伺服電動機的轉(zhuǎn)矩的校核（3-16）21max1*2ffhTpFT????式中：畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 12 --折合到電動機軸的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩1T-絲杠所承受的中心軸方向的最大載荷maxF-絲杠導(dǎo)程（ m）hp-摩擦轉(zhuǎn)矩（ N/m）1f-軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩（N/m）2fT-切削時最大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩1T-電動機額定轉(zhuǎn)矩-傳動效率?i=傳動比=4435.806NmaxF=10mmhp=0.3N*m1fT=1.28N*m2f=0.931.%?數(shù)據(jù)帶入式 3-16 計算可得 =9.19N*m T=14.5N*m 可知 M承受軸向力：Ft>=Fx經(jīng)計算滿足條件。3.4 皮帶輪與皮帶的選擇計算皮帶有摩擦型與嚙合型。摩擦型依靠摩擦產(chǎn)生的力來傳遞動力，嚙合型依靠嚙合產(chǎn)生的力來傳遞動力 [7]。摩擦型帶分四種：畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 14 -①平帶傳動②V 帶傳動③多楔帶傳動④圓帶傳動嚙合型帶根據(jù)齒形的不同可以大致也可以分為兩類：①梯形齒②圓弧形齒梯形齒帶可以分為兩類：①單面同步帶②雙面同步帶。同步帶的優(yōu)點：同步帶依靠帶輪的齒與皮帶上的齒嚙合傳遞動力，所以在工作的時候不會產(chǎn)生相對滑動，這樣就可以獲得穩(wěn)定的傳動比。很顯然，同步帶具備齒輪傳動的優(yōu)勢與特性，也具備帶傳動的優(yōu)勢與特性，傳動比大，且可以達(dá)到很高的速度，可傳遞的功率較大，效率也比較高，作用在軸承和軸上的力也很小 [9]。因此選用同步帶，以下是對同步帶和帶輪有關(guān)的選擇計算。（1）工況系數(shù)查機械和設(shè)計手冊第三卷 [7]可知鉆床，車床，沖床龍門刨床等床的工況系數(shù)為1.4，從而得之，所用系數(shù)可以是 1.4。（2）功率 PPd=KA*P （3-20）式中： Pd-電動機功率 數(shù)據(jù)帶入式 3-20，求得 P=3.25Kw（3）選取帶型與節(jié)距為使傳動穩(wěn)定，增加帶的柔韌性和嚙合齒數(shù)，節(jié)距應(yīng)盡量選擇比較小的數(shù)值；根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速查圖 [7]14-1-9，選取帶型為 8M 的圓弧形同步帶，其中附帶可知表 3-5 的參數(shù)：畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 15 -表 3-5 圓弧齒齒形帶參數(shù)表 [7]圓弧齒齒形帶參數(shù) 數(shù)值節(jié)距 8mm齒形角 14 度齒根厚 5.15mm齒高 3.38齒根圓半徑 0.64齒頂圓半徑 2.46mm帶高 6mm（4）上帶輪齒數(shù)帶速 v 和安裝尺寸符合條件的情況下，查表得齒數(shù) z1=36>zmin=17，根據(jù)齒數(shù)z1=36 查機械設(shè)計手冊表 14-1-60 可得:表 3-6 帶輪參數(shù) [7]上帶輪參數(shù)名稱 數(shù)值節(jié)圓直徑 91.67mm頂圓直徑(也稱為外徑) 90.30mm（5）核對帶速帶速 V=(pi*d1*n1)/(60*1000)=14.4m/s3.185Kw，符合要求。 （9）作用在軸上的力 Fr 查機械設(shè)計手冊表 14-1-51 知帶寬 =25mm，由于工況系數(shù) KA=1.4>1.3，所以作用在軸上的sb力 Fr=KF*Pd*1155/v=510.93N，查圖 [7]14-1-12 矢量修正系數(shù) KF=1（10）皮帶輪擋圈的選用與計算查文獻(xiàn)[7] 選帶寬為 25，皮帶輪擋圈最小高度 K=2.85mmR 取 2mm 擋圈厚度 t 取 2.5mm擋圈開始曲折時的直徑，dw=d0+2*R=94.30mm 擋圈外徑 df=dw+2*K=100mm （11）其他計算查機械設(shè)計手冊表 [7]14-1-64 選用 90 度弧內(nèi)節(jié)距累計偏差（變動量） 0.11mm?任意相鄰齒間節(jié)距允許偏差（變動量） 0.025mm?傳動效率為 98%計算的節(jié)距為 680mm，則可得齒數(shù)為 85查機械設(shè)計手冊表 [7]14-1-60 可知圓弧齒帶節(jié)線長度為 640mm，齒數(shù)為 80，節(jié)線長度為 720mm，齒數(shù)為 90， 則（640+720）/2=680mm (80+90)/2=85 正好符合需要。畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 17 -3.5 導(dǎo)軌選擇計算導(dǎo)軌采用貼塑導(dǎo)軌。采用貼塑導(dǎo)軌的主要目的在于：（1）避免金屬類材料的摩擦系數(shù)大，抗磨損能力較低，速度緩時頻繁出現(xiàn)嚴(yán)重磨損和人工工作時手感較重等不方便之處。（2）避免出現(xiàn)相互接觸的金屬面的質(zhì)量降低和相關(guān)部件的工作壽命的減短。摩擦因數(shù) u=0.04 極限 =39MPa*m*minpv總重力 F=5880N 導(dǎo)軌與滑塊的接觸長度為 21.2mm，寬度為 148.7mm，由此可得面積為 S=0.315244m^2*cos（20） 壓力一共分給四個一樣的滑塊，可以求得導(dǎo)軌與滑塊接觸部分的壓強為 P=F/（4*S）=7458.43Pa，則 =0.1315MPa*m*min<極限 值，pvpv符合要求。3.6 絲杠軸尺寸安排絲杠軸上從左往右按一定順序依次安裝著，皮帶輪，鎖定螺母，隔套，軸承，絲杠支座。皮帶輪寬 25mm，直徑 24mm，皮帶輪右面預(yù)留出 4mm，左面預(yù)留出 5mm，這樣絲杠直徑 24mm 的部分長度是 34mm。一個軸承的中心軸線方向的長度為 15mm，四個軸承中心軸線方向的長度為 60mm，隔套中心軸線方向的長度為 22mm，鎖定螺母的中心軸線方向的長是 18mm，左邊預(yù)留出3mm，這樣絲杠直徑為 30mm 的部分總長為 103mm。絲杠支座小直徑部分寬度是 33mm，絲杠直徑 40mm，絲杠支座擋塊寬度是 15mm，最大行程加安全距離為 500mm，預(yù)留出 13mm，則絲杠直徑 40mm 的部分長度為 561mm，最右面預(yù)留出 20mm，直徑為 22mm。綜上可得絲杠軸長度 L=34mm+103mm+561mm+20mm=718mm 3.7 工作說明刀架部分的傳動本次畢業(yè)設(shè)計是與企業(yè)合作完成的，其中有些零部件需要從國外進(jìn)口，圖 3—3 伺服動力刀塔就是進(jìn)口意大利的。動力電機通過皮帶把動力傳給伺服動力刀塔，從而這個伺服動力刀塔可以正常工作運動。畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 18 -圖 3-3 伺服動力刀塔安裝在上面的車刀可以有三種把刀方式：①正著把刀②反著把刀 銑刀有三種安裝防式：①徑向安裝②可以正軸向安裝③也可以反軸向安裝這是為了配合在正負(fù)主軸上的加工的需要。從圖 3-4 可以看出軸向把刀與徑向把刀畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 19 -圖 3-4 伺服動力刀塔 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 20 -4.主要部件三維建模4.1 solidworks 介紹（1） solidworks 的特點SolidWorks 是一個三維軟件，可以進(jìn)行三維建模。Solidworks 有功能十分強大，簡單易學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新三大特點，使得 solidworks 成為領(lǐng)先的，主流的三維 cad 解決方案。它可以提供不同的設(shè)計方案，減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。每一個工程師或者設(shè)計者都會感覺它操作方便，簡單易學(xué)。用戶界面用 solidworks 資源管理器可以方便地管理 CAD 文件。Solidworks 資源管理器是唯一一個同 windows 資源管理器類似的 CAD 文件管理器。配置管理配置管理是 solidworks 軟件體系結(jié)構(gòu)中非常獨特的一部分，它涉及到零件設(shè)計，裝配設(shè)計和工程圖。配置管理使得你能夠在一個 CAD 文檔中，通過對不同參數(shù)的變換組合，派生出不同的零件或裝配體。協(xié)同工作用 3DMeeting 通過互聯(lián)網(wǎng)實時地協(xié)同工作。3DMeeting 是基于微軟 NetMeeing的技術(shù)而開發(fā)的專門為 solidworks 設(shè)計人員提供的協(xié)同工作環(huán)境。裝配設(shè)計在 solidworks 中，當(dāng)生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關(guān)系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設(shè)計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體，solidworks 的性能得到極大的提高。工程圖Solidworks 提供了生成完整的，車間認(rèn)可的詳細(xì)工程圖的工具。工程圖是全相關(guān)的，當(dāng)你修改圖紙時，三維建模，各個視圖，裝配體都會自動更新。（2）solidworks 的主要模塊①零件建模②曲面建模③鈑金設(shè)計④幫助文件⑤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換⑥高級渲染⑦圖形輸出⑧特征識別⑨軟件設(shè)計（3）solidworsks 的標(biāo)準(zhǔn)件庫Solidworks 自帶的標(biāo)準(zhǔn)件庫，庫中含有螺栓，螺母，螺釘，螺柱，鍵，銷，墊圈，擋圈，密封圈，彈簧，型材，法蘭等常用零部件，模型數(shù)據(jù)可直接被調(diào)用。畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 21 -4.2 絲杠支座三維建模圖 4-1 絲杠支座三維圖絲杠支座三維圖是經(jīng)過若干拉伸、拉伸-切除、導(dǎo)孔等一系列操作完成的。4.3 滑板三維建模圖 4-2 滑板三維圖滑板三維圖是經(jīng)過若干拉伸拉伸-切除導(dǎo)孔筋圓周陣列直線陣列等一系列操作完成的。畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 22 -5 結(jié)論車銑復(fù)合機床集成了車床和銑床的特點，可以在一臺機床上實現(xiàn)車削與銑削的加工工序，這個車銑復(fù)合技術(shù)大大降低了生產(chǎn)成本，提高了加工精度與定位精度，使得加工出的零部件質(zhì)量更高，更是機械行業(yè)的一次革新發(fā)展。本次畢業(yè)設(shè)計在大連機床集團(tuán)順利完成，通過對車銑復(fù)合機床下刀架單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計，準(zhǔn)確的對下刀架單元進(jìn)給傳動部分的伺服電機、皮帶輪、脹套、導(dǎo)軌、滾珠絲杠螺母副進(jìn)行了選擇、計算、校核，使電機帶動上皮帶輪，上皮帶輪通過皮帶帶動下皮帶輪，然后帶動滾珠絲杠螺母副，從而達(dá)到了所要求的刀具進(jìn)給運動的預(yù)期.本次畢業(yè)設(shè)計完成了下刀架單元中滑板、絲杠支座、床鞍的二維零件圖和下刀架單元的整體裝配圖，并用 Solidworks 完成了絲杠支座和滑板的三維建模。畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目- 23 -參考文獻(xiàn)[1]吳寶海,嚴(yán)亞南,羅明等.車銑復(fù)合加工的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用前[J].航空制造技術(shù),2010,19:42.[2]胡瑩.立式車銑復(fù)合加工中心的研發(fā)與應(yīng)用[J].金屬加工,2016,18:44. 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cook 模型[5]，經(jīng)常在加工過程中使用，[5]，[6]等。這些本構(gòu)方程代表了這三個變量的屈服點的經(jīng)驗依賴關(guān)系:測試材料的應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度。它們可以用來描述材料在標(biāo)準(zhǔn)化測試方法中的變形。但在切削過程中，這些方程并不反映加工材料變形的特性。這是因為三個變量中的兩個，即應(yīng)變速率的商和溫度的升高，并不是獨立于切割的。因此，它們必須建立起來。為了模擬屈服點對應(yīng)變切割的依賴性，有必要將溫度的升高轉(zhuǎn)化為依賴變量。在此基礎(chǔ)上，必須考慮屈服點在切削過程中的依賴程度，不能直接由實驗間接決定。對變形的依賴可以通過對變形工作的依賴程度進(jìn)行分析來得到。利用特定的變形工作作為材料抗變形的抗變形性，在切削過程中典型的淬火，保證了不可能忽略屈服點。首先，還可以從特殊變形工作中得到溫度的升高[7]具體的變形工作是通過在晶片成形區(qū)域內(nèi)的特定切向力來建立的[8]。溫度以某一特定的方式在晶片形成區(qū)域和聚集區(qū)域的變形分布上，取決于剪切帶- 26 -的散熱條件以及溫度與機加工材料的屈服點之間的關(guān)系[7]。此外，本構(gòu)方程用于描述材料在拉伸/壓縮試驗中對塑性變形的阻力的規(guī)律，在切割時不能應(yīng)用于不同的變形區(qū)域，因為這些依賴關(guān)系。對于不同的變形區(qū)有不同的定義[7]。在確定材料去除過程模型的屈服點時，必須考慮到這一點。本文介紹了材料對切削過程阻力的分析結(jié)果。認(rèn)為特殊的變形工作是一種阻力特性，保證了加工過程中不同剪切帶的材料變形特性。2. 切削加工材料的變形特性。在相同的最終溫度下，晶片成形區(qū)和楔片表面與晶片之間的塑性接觸區(qū)，應(yīng)變和相應(yīng)的溫度分布都有很大的差異[9]。由于這種情況，在不同溫度下的應(yīng)變速率大致相同。溫度對屈服點的最大影響是在楔子和晶片之間的塑性接觸面積上發(fā)生應(yīng)變率的函數(shù)。這是因為切割溫度在這個區(qū)域達(dá)到最大值。因此，對于不同溫度的變形區(qū)域，不同的變形區(qū)域必須開發(fā)不同的材料抗塑性變形模型。在非均勻剪切過程中，材料變形的具體特性是形成了不同的變形區(qū)域。一方面，有些地區(qū)存在相對較小的應(yīng)變和低溫，而這些地區(qū)的材料是硬化的。另一方面，有大的帶狀和高溫的區(qū)域形成，材料被軟化。大量的熱耗散可能導(dǎo)致芯片形成區(qū)絕熱塑性流動的穩(wěn)定損失[10]。這是一個靠近芯片形成區(qū)邊界的狹窄區(qū)域的必要條件和區(qū)域構(gòu)造變形[11]。因此，如果機械材料的淬火在其軟化過程中占主導(dǎo)地位，變形就不能在一個狹窄的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。因此，可以將晶片形成區(qū)(原剪切帶)作為一種相對較寬的平行邊界或兩個區(qū)域來表示，即絕熱變形條件普遍存在且材料硬化的廣闊區(qū)域，以及等溫變形條件下的窄區(qū)域[10]。圖 1 描述了切割[12]時芯片的紋理，并分析了不同剪切帶中普遍存在的過程。圖顯示切屑的面積(A),形成的區(qū)域切屑接觸傾斜面(B,C 和 E)以及毀滅性打擊的工具與工件的接觸(D、G)的毀滅性 B 和 C。這標(biāo)志著塑料接觸傾斜面,摘要是彈性接觸面積 G 標(biāo)志著塑料接觸在間隙的臉,和區(qū)域 D 標(biāo)志著彈塑性接觸。晶片形成區(qū) A 有條件地劃分為兩個區(qū)域:一個具有平行邊界的窄區(qū)，在其中，主要的剪切材料的應(yīng)變發(fā)生主區(qū)之后，而一個帶相對較小應(yīng)變的寬闊區(qū)域，發(fā)生在主區(qū)之前。在廣闊的地區(qū)是材料絕熱，在狹窄的區(qū)域是材料等溫軟化。當(dāng)模擬材料在成片區(qū)域軟化的規(guī)律時，必須考慮到絕熱剪切的穩(wěn)定性損失。這種穩(wěn)定性損失導(dǎo)致了在靠近切屑形成區(qū)域邊界的一個狹窄區(qū)域內(nèi)的變形的局部化(s.圖 1)。楔塊與晶片之間的接觸的累積區(qū) B 的特征是相對較小的變形。在塑性接觸區(qū) C 中，有較大的塑性變形和高于 B 區(qū)的溫度。B 區(qū)的變形條件是接近于絕熱的，如果積累區(qū)域B 的溫度高于晶片顆粒的變形溫度。在塑料觸點 C 的區(qū)域，材料的熱軟化主要是由于材料在高溫下由于應(yīng)變率的影響而使材料硬化而得到部分補償。在楔形和工件的側(cè)面之間的接觸區(qū)域 G 中發(fā)現(xiàn)了機械加工材料力學(xué)性能變化的機理。這里可以注意到。B 地區(qū)- 27 -的溫度分布比 A 區(qū)更均勻，B 區(qū)的屈服點必須大于 A 區(qū)。與晶片形成區(qū)材料電阻的模擬類似，對塑性變形的材料阻力也要在二次區(qū)中進(jìn)行描述，而在楔板與芯片的接觸區(qū)域之間通過使用兩種不同的模型來描述。在材料硬化的情況下，通過具體變形工作的依賴性和屈服點對屈服點的最大屈服點進(jìn)行描述。在C 區(qū)，隨著材料的軟化，它被描述為。溫度對溫度的軟化影響和應(yīng)變率的相對變化對溫度的影響程度有較大的影響。通常情況下，楔形閘板與切割片之間的接觸區(qū)域分為兩個相同長度的子區(qū)域:塑料接觸區(qū) C 1 和彈性接觸區(qū) C E -圖 2。區(qū)域 C 1 被劃分為兩個部分:材料硬化的面積和材料軟化的面積。在晶片形成區(qū) A 和積累區(qū) B 的絕熱變形條件在應(yīng)變分布上存在差異。如果對這些區(qū)域的紋理線的變化進(jìn)行分析，可以認(rèn)為，在晶片形成區(qū) A 的應(yīng)變分布比 B 區(qū)更均勻[10]。那為什么切屑形成地區(qū)平均溫度應(yīng)該低于區(qū)域 B,因為切屑中的應(yīng)變分布更加不均勻形成區(qū)域 A 比堆積區(qū)(圖 2)和平均溫度相應(yīng)降低,屈服點 q 0 在堆積區(qū) B 應(yīng)該大于最高產(chǎn)量點在切屑內(nèi)形成面積 A。這適用于 G（圖 2 s)。這一假設(shè)與眾所周知的事實相對應(yīng)，即在楔形板的傾斜面上形成了相對較低的切削溫度[12]，因為在保持其變形抗力的基礎(chǔ)上，其硬度必須大于通過晶片成形區(qū)的材料的硬度[12]。3 特定變形功的測定。應(yīng)變速率對屈服點的影響隨溫度的變化而變化。溫度和速率因子如何影響產(chǎn)量點的增加，被稱為動態(tài)因子 K 。應(yīng)變速率和相應(yīng)的溫度對動力學(xué)因子的影響顯著[7]。在剪切過程中，在變形區(qū)域內(nèi)的實際速度場的確定是一個復(fù)雜的問題，而且是一個尚未解決的問題，在切割時的應(yīng)變速率只能粗略估計一個或兩個數(shù)量級的精度[12]。據(jù)估計，與拉伸/壓縮試驗相比，切割時應(yīng)變率的相對變化值為 。這樣，就有8710?可能假設(shè)在切割和強度/壓縮試驗中，應(yīng)變率的系數(shù)是恒定的。因此，利用一個乘數(shù)，就可以通過單一的同源溫度的指數(shù)函數(shù)，來表示同源溫度對屈服點的影響:（1）mdTKdTdTeKK0**238*810)10( ???????在切割和拉伸/壓縮試驗中，應(yīng)變率的近似常數(shù)是多少?卡爾的經(jīng)驗常數(shù)考慮了在低溫下應(yīng)變速率增加的直接影響?k 是經(jīng)驗常數(shù)，它代表了溫度升高對屈服點的影響，通過應(yīng)變速率的變化。具體的變形工作是用來確定淬火措施的特性，因為它直接與加工特性有關(guān)。因此，特殊切向力的商是多少?t 和真正的極限強度 R t 強度/壓縮試驗可以表示為一個 w 和最終變形的具體變形量的商，或從 0 到的不同變形的屈服點的積分[7]- 28 -ptwttttt dRAVvbaRFbaRF ???????? ???? 022 1)sin(*)sin(*(2))cos(*,)cos(i)si( 22 rVrKVtatw ?????特定的切向力這里 t 是收益率點的均值。在此基礎(chǔ)上，通過對特定的變形工作1?進(jìn)行區(qū)分，得出了屈服點對應(yīng)變的依賴性:（3）??pwtpdAR???通過對屈服點的積分，確定了具體變形對應(yīng)變的依賴程度。關(guān)于變形溫度對屈服點的影響，以及溫度與特殊變形工作之間的聯(lián)系。在不同的溫度條件下，溫度的升高與變形的具體變形之間存在著較簡單的相關(guān)性。在高速切削時，通常在相對較小的變形區(qū)域內(nèi)的絕熱變形條件。在這些地區(qū)，材料的硬化主要是由于其熱軟化。這種情況發(fā)生在晶片形成區(qū)的廣闊區(qū)域，在楔形的耙面上的堆積區(qū)，接近于[8][0]:（4）mvwTCRAdT*,1??是無量綱復(fù)合體，為機加工材料的特性容積熱容。如果絕熱條件斷裂，則相關(guān)1A的變形溫度和變形條件變得復(fù)雜得多，因為必須考慮到變形區(qū)域內(nèi)的熱耗散。因此，不同的模型將被用于描述材料變形的硬化過程，在絕熱變形條件下，以及在等溫變形條件下發(fā)生的軟化過程。4 晶片成形區(qū)的材料變形模型。4.1 在絕熱變形條件下加工材料硬化模型。摘要為了描述在絕熱變形條件下的材料抗切割特性，在晶片形成區(qū)和次生帶的累積區(qū)中，典型的材料淬火是材料硬化的典型特征，在應(yīng)變、應(yīng)變的情況下，比率和溫度采用以下方程近似于屈服點的依賴關(guān)系：（5）)*exp(*)exp()*e(* dTBKAdTbKAR mpmptp ???? ???A 是無量綱復(fù)合體，是沿 z 軸的相對延伸，m 是變形硬化的經(jīng)驗確定參數(shù)，B 是經(jīng)驗常數(shù)考慮應(yīng)變率和溫度對屈服點的聯(lián)合效應(yīng)，K 是應(yīng)變率對 a 的影響的經(jīng)驗常數(shù)部分恒定的平均溫度。在材料硬化條件下，如果屈服點被特殊變形工作(5)所取代，則可以考慮應(yīng)變、應(yīng)變速率和溫度的影響，以及它們與特定變形工作的相互作用，以微分方程形式:（6）0),*exp(*1???pwmpw dforABKAd ???- 29 -具體變形如何工作 A W 取決于材料硬化狀態(tài)下的應(yīng)變，通過積分式(6)[7]:（7）0*,1**121??????????pwmpw dAKBAInB?由于(4)的關(guān)系，在加工過程中，特殊變形工作的依賴(7)是否允許對流動曲線的分析方程進(jìn)行微分，在絕熱材料中，對溫度和應(yīng)變速率的影響:（8）0,)*1(*1?????pmpmptp dforKAR ????4.2 在等溫變形條件下加工材料軟化模型。圖 3 說明了屈服點在拉伸試驗中切向屈服點時的依賴性。在絕熱變形條件下，根據(jù)式(8)提出。理論曲線 1 對材料硬化的響應(yīng)面積，減小函數(shù)面積對應(yīng)于材料軟化下絕熱變形條件。隨著應(yīng)變溫度的升高，屈服點逐漸減小。這就導(dǎo)致了靠近芯片形成區(qū)域