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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 題 目 軸瓦定位唇專用銑床夾具設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué) 號 109511104 學(xué) 生 王彤 指 導(dǎo) 教 師 段鐵群 答 辯 日 期 2013 年 12月 哈工大華德學(xué)院 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 I 摘 要 隨著制造業(yè)對數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛 速進(jìn)步 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大 并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加 工的需要 在現(xiàn)有汽車發(fā)動機(jī)軸瓦定位唇加工中 所用的設(shè)備大多為普通銑 床 我國汽車軸瓦制造技術(shù)水平仍較低 其制造工藝發(fā)展緩慢 加工裝備 落后 加工自動化水平低 提高軸瓦壽命和可靠性等技術(shù)攻關(guān)未能取得突破 本文在充分調(diào)研了國內(nèi)外軸瓦定位唇專用銑床實(shí)際應(yīng)用的前提下 深入 了解和分析了國內(nèi)外現(xiàn)有的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢 隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對精密 程度的要求越來越高 機(jī)械加工設(shè)備的專項(xiàng)專用要求越來越高 且對批量生 產(chǎn)和高速生產(chǎn)的需要 這已經(jīng)越來越制約著當(dāng)今機(jī)械工業(yè)的發(fā)展 越來越多 的專用機(jī)械加工設(shè)備相繼出現(xiàn) 而在中國的機(jī)械加工設(shè)備的銑床中普通車床 沒有對各種型號軸瓦銑削用的專業(yè)銑床 所以對銑床機(jī)型專業(yè)方面專用機(jī)床 的設(shè)計(jì)和國產(chǎn)化是非常必要的 關(guān)鍵詞 軸瓦定位唇 銑床 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 II Abstract With surging demand of numerical control machine and the rapid advance so as satisfy the needs of the production and processing In the processing of the existing is still relatively low level The slow development of manufacturing technology processing equipment is backward processing the low level of automation improve bearing life and reliability technology research has failed to make a breakthrough Investigation of the subject in bearing bush positioning lip milling in home and abroad under the premise of understanding analysis of the characteristics and the development tend of the technology in this article we present the overall design of the bearing efficiency We are also based on finite element theory the use of ANSYS the dynamic analysis of the main shaft of bearing bush positioning lip milling was analyzed to verify the structural design is reasonalble and reliable Bearing bush positioning lip milling in this article is one of the few types of bearing bush positioning lip milling both domestic and overseas at present it belongs to there are no special lathes which are used to produce bearing bush in China Moreover it is expensive to import the same type lathes and the maintenance charge is very high It is vitally necessary to design and produce special purpose machines by ourselves Keywords positioning bearing bush lip milling structural design 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 III 目錄 摘 要 I Abstract II 第 1章 緒論 1 1 1 課題研究的背景 1 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1 2 1 國外研究現(xiàn)狀 2 1 2 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 5 1 3 主要工作內(nèi)容 6 第 2章 軸瓦定位唇銑床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 2 1 工藝流程 8 2 2 總體設(shè)計(jì)的基本要求 9 2 3 總體結(jié)構(gòu)布局 10 2 3 1 總體結(jié)構(gòu)布局原則 10 2 3 2 方案的擬定 10 2 3 3 基本構(gòu)成 11 2 4 總體結(jié)構(gòu)及工作原理 12 2 4 1 總體結(jié)構(gòu) 12 2 4 2 工作原理 13 2 5 運(yùn)動和動力分析 15 2 5 1 運(yùn)動分析 15 2 5 2 動力分析 16 2 3 2 電動機(jī)功率計(jì)算 17 第 3章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 3 1 1 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)方案 18 3 1 2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 18 3 1 3 動力箱的設(shè)計(jì)方案 19 3 1 4 本章小結(jié) 20 第 4章 三維軟件分析 21 4 1 Solidworks 軟件介紹 21 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 IV 4 2 銑削狀態(tài)研究 24 4 3 適應(yīng)軸瓦的加工范圍 24 4 4 銑床綜合分析 25 致 謝 26 結(jié) 論 27 參考文獻(xiàn) 29 附 錄 1 31 附 錄 2 34 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符 此行不會被打印 在目錄上點(diǎn)右鍵 更新域 然后 更新整個(gè)目錄 打印前 不要忘記把上面 Abstract 這一行后 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 1 第 1章 緒論 1 1 課題研究的背景 進(jìn)入 21 世紀(jì) 隨著我國經(jīng)濟(jì)與國際的接軌 迎來了一個(gè)快速發(fā)展的新 時(shí)期 機(jī)床制造業(yè)既遭遇到加入 WTO 后帶來的國際市場競爭的壓力同時(shí)也 是一個(gè)發(fā)展的良機(jī) 加快推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)度是當(dāng)今機(jī)床制造業(yè)的重中 之重 隨著制造業(yè)的飛速發(fā)展以及現(xiàn)代微機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步 數(shù)控機(jī)床也得 到了較快的發(fā)展 如圖 1 1 所示 為了防止軸瓦在軸承座內(nèi)移動 把軸瓦一 端或兩端做成凸緣進(jìn)行軸向定位 即軸瓦定位唇 在現(xiàn)有軸瓦定位唇加工中 由于國內(nèi)的專用加工設(shè)備發(fā)展緩慢 迄今所 用的設(shè)備大多為普通銑床 在定位唇銑削加工時(shí) 由手工將軸瓦放入模具中 通過調(diào)整銑刀位置和下模來完成軸瓦定位唇加工工序 其存在的主要問題 一是精度難以保障 用手將軸瓦放入模具時(shí)是否到位全憑手感和經(jīng)驗(yàn) 公差 一致性和穩(wěn)定性很難保證 二是安全性差 從放料到取料均手工操作 易造 成工傷事故 三是效率低 全靠手工操作 無法提高工作效率 圖 1 1 軸瓦定位唇 面對越來越高的技術(shù)質(zhì)量要求 招工難 工人工資高 人員不穩(wěn)定 工 人跳槽率高等原因 全行業(yè)渴望得到高性價(jià)比 高水平的全自動生產(chǎn)線來解 決技術(shù)質(zhì)量和成本瓶頸的呼聲越來越強(qiáng)烈 盡快研制高性價(jià)比 具有自主知 識產(chǎn)權(quán)的車用軸瓦全自動柔性加工生產(chǎn)線的任務(wù)就擺在了國人面前 龐大的市場和高技術(shù)含量帶來的高附加值自然會讓設(shè)備制造業(yè)人士神往 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 2 但是國內(nèi)至今尚沒有投入高端自動線研制的消息 究其原因是國內(nèi)目前的設(shè) 備專業(yè)隊(duì)伍大多缺乏產(chǎn)品制造技術(shù)訣竅的有力支撐 沒有扎實(shí)的機(jī)電一體化 理論和實(shí)踐的基本功 最缺乏的還是沒有多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)的協(xié)調(diào)能力和實(shí)踐 本課題軸瓦定位唇專用銑床與現(xiàn)有的普通銑床技術(shù)相比 由于整個(gè)加工 都是全自動化的 各個(gè)環(huán)節(jié)減少了人工的勞動強(qiáng)度因而減少了因人的失誤而 造成的不必要的錯(cuò)誤的發(fā)生 避免一些工傷不安全因素的發(fā)生 其次 由于 整個(gè)運(yùn)行過程均是自動控制 這樣可以在加工時(shí)使其對每個(gè)軸瓦的力量均衡 確保了加工每個(gè)軸瓦定位唇的穩(wěn)定和精度 進(jìn)而保證了加工出的定位唇的外 形一致性 成品率也得到提高 由于本設(shè)備從送料到取料 均是自動控制 加工效率大大的提高了 另外采用立式銑的結(jié)構(gòu) 不但可以避免加工屑的影 響 而且減小占地面積 1 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 由于機(jī)床事業(yè)發(fā)展已久 有較長的發(fā)展歷史 國內(nèi)外對機(jī)床的研究非常 的深入 涉及的內(nèi)容非常的豐富 下面介紹一下國內(nèi)外對機(jī)床都做了那些研 究 1 2 1 國外研究現(xiàn)狀 國外在機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化 有限元分析 參數(shù)化設(shè)計(jì)方面都有不少研究 2 美國 Catholi 大學(xué) GBianchi 等學(xué)者將機(jī)床的動態(tài)設(shè)計(jì)與控制相結(jié)合 3 Lowa 州立大學(xué)的 J M ance 與 ISU 研究中心的 T P Yeh 等學(xué)者應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí) 技術(shù)進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì) 4 Michigan 大學(xué)的 T Jiang 等在應(yīng)用有 限元法和動態(tài)分析的基礎(chǔ)上 提出了一種數(shù)學(xué)模型來模擬機(jī)床結(jié)構(gòu)的聯(lián)接形 式 建立整機(jī)的模型并對機(jī)床結(jié)合面的連接件 如焊點(diǎn) 螺栓等 的位置和數(shù) 量進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì) 5 下面綜合概括有關(guān)國外在對機(jī)床主要零部件做動態(tài)優(yōu)化分析和設(shè)計(jì)時(shí)的 一般步驟 首先依托計(jì)算機(jī)平臺 利用 CAD 軟件對機(jī)床整體及部件進(jìn)行三 維實(shí)體建模 并在不丟失其重要數(shù)據(jù)的情況下對其進(jìn)行簡化 以便我們得到 一個(gè)合理的有限元模型 6 根據(jù)仿真結(jié)果的分析 對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的情況下 有效的避免了機(jī)床粗大笨現(xiàn)象的出現(xiàn) 利用一些 阻尼裝置對其進(jìn)行減震設(shè)計(jì) 避免由某些激勵下引起機(jī)床的振動 從而有效 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 3 的改善了機(jī)床的加工精度 利用 CAD 軟件對優(yōu)化過的機(jī)床進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的 詳細(xì)設(shè)計(jì) 7 在上述過程中還有許多理論與應(yīng)用問題有待研究和解決 首先 隨著各 行業(yè)的迅速發(fā)展低精度的機(jī)床已不能滿足加工要求 對高精度機(jī)床的呼聲越 來越高的情況下 有限元分析設(shè)計(jì)難以滿足 這樣當(dāng)機(jī)床工作時(shí) 其各部件 的運(yùn)動必然導(dǎo)致部件質(zhì)心的改變 各個(gè)交點(diǎn)力的改變等對機(jī)床仿真結(jié)果造成 的不良影響無法模擬出來 使結(jié)果偏離了實(shí)際情況 8 虛擬樣機(jī)技術(shù)的問世使上訴問題迎刃而解 它是以機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)及運(yùn) 動學(xué)為核心的一項(xiàng)新的應(yīng)用技術(shù) 同時(shí)它還集成了三維建模技術(shù) 機(jī)電液控 制技術(shù)等 它可以比較真實(shí)的反映出機(jī)床實(shí)際工作時(shí)整機(jī)的動力學(xué)性能 9 為物理樣機(jī)前期的設(shè)計(jì)和制造提供理論依據(jù) 有效地避免不必要失誤的出現(xiàn) 提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比 虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)方法有如下特別之處 它能在早 期設(shè)計(jì)時(shí)確定一些關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù) 簡化新產(chǎn)品的開發(fā)流程和提高產(chǎn)品性價(jià) 比等 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不僅使產(chǎn)品的質(zhì)量難以提高和產(chǎn)品更新?lián)Q代慢 而且時(shí) 間和金錢消耗特別大 如圖 1 2 所示為傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程 而虛擬樣機(jī)的 設(shè)計(jì)方法 可以在制造樣機(jī)前通過計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行檢測 事先發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不合 理的地方 提高了設(shè)計(jì)效率 縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期 其開發(fā)流程如圖 1 3 所 示 概念 設(shè)計(jì) 詳細(xì) 設(shè)計(jì) 制造物 理樣機(jī) 物理樣 機(jī)測試 產(chǎn)品定 型生產(chǎn) 發(fā)現(xiàn)問題 修改設(shè)計(jì) 并從新制造樣機(jī) 圖 1 2 傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)流程 概念 設(shè)計(jì) 詳細(xì) 設(shè)計(jì) 物理樣 機(jī)測試 產(chǎn)品定 型生產(chǎn) 圖 1 3 虛擬樣機(jī)開發(fā)流程 數(shù)控銑床是一種基高智能化 高精度和高生產(chǎn)率于一身的自動化程度非 常高的機(jī)床 對機(jī)床本身有比較高的要求比如 為了保證加工的精度要求 機(jī)床要具備一定的剛度還必須能承受一定的載荷 還得具備高的切削能力和 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 4 穩(wěn)定性 增加加工零件的成品率 同時(shí)還應(yīng)必備自動檢測 自動監(jiān)控等智能 化的功能 而國外正向柔性化和智能化水平更高的趨勢發(fā)展 下面就談?wù)剣?外今后在機(jī)床智能化方面的發(fā)展趨勢 1 高速化發(fā)展 自動換刀裝置 ATC 是高速加工中心的關(guān)鍵裝置 自動換刀裝置的智能化和速度化也成為高速加工中心的重要技術(shù)指標(biāo) 快速化的自動換刀技術(shù)的目的是盡可能把輔助加工時(shí)間降到最低 從而 提高單件生產(chǎn)率 也就是刀具在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行一次自動交換 如采用機(jī) 械凸輪式裝置要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液壓式換刀裝置和氣動式換刀裝置 日本 SODIC 公司研制的立式加工中心 MC450 所采用的換刀機(jī)構(gòu) 使一次換刀時(shí)間降 低到 0 6s 同時(shí)為了提高自動換刀速度還采用了如奧地利 ANGERG 公司研 制的多主軸加工中心中使用多主軸換刀機(jī)構(gòu) 使一次換刀時(shí)間降低到 0 4s 德國 CHIRON 公司使用的多機(jī)械手換刀機(jī)構(gòu) 使一次換刀時(shí)間降低到 1 5s 自動換刀機(jī)構(gòu)的快速發(fā)展為更好地實(shí)現(xiàn)高速加工起到了推動作用 10 要實(shí)現(xiàn)高速加工必須配以高效率的 CNC 控制系統(tǒng) 因?yàn)樗菦Q定機(jī)床 本身性能 如 加工速度 精度等 的重要因素 程序段處理時(shí)間快慢標(biāo)志 著 CNC 的工作效率 好壞 比如在加工高精度空間曲面時(shí) 復(fù)雜的刀具軌跡 需要龐大的加工程序 這時(shí)程序處理的快慢至關(guān)重要 目前海德漢研制 iTNC530 控制系統(tǒng) 不但可以把程序段處理時(shí)間降低至 0 5ms 還能用納米 的分辨率進(jìn)行工作的 Nurbs 和樣條插補(bǔ)功能 這樣就能在高速加工時(shí)得到較 高的加工精度和表面質(zhì)量 另外 其必須具備能與不同廠家的 CAD CAM 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換功能 尤其對 5 軸聯(lián)動加工 巨大的數(shù)據(jù)程序可以直接通 過 CAD CAM 系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以很高的速度傳送到控制系統(tǒng)上 在較大程度 上縮短了調(diào)整時(shí)間和編程時(shí)間 2 向智能化發(fā)展 機(jī)床的智能化 對切削過程中的機(jī)床性能的各種參 數(shù) 通過各種測量元件對其進(jìn)行監(jiān)測 由 CNC 控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測 當(dāng)出現(xiàn) 不正常的狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)能自動對其故障加以補(bǔ)償和調(diào)整 使其達(dá)到正常狀態(tài) 以保證加工的順利進(jìn)行 確保加工件的質(zhì)量 減少停機(jī)檢查時(shí)間 從而提高 了生產(chǎn)率 隨著科技的進(jìn)步智能化在 80 年代初就開始了 隨后各種智能化 產(chǎn)品被逐漸應(yīng)用到各種場合 這標(biāo)志著智能化的時(shí)代到來了 下面就國外數(shù) 控加工中心所配備的功能做簡要的說明 1 刀具參數(shù)的管理功能 它是指在進(jìn)行零件加工前應(yīng)測量刀具的參 數(shù) 例如 直徑和長度的測量 這樣方便我們確定該切削程序中要求的參 數(shù)范圍是否與該刀具的尺寸參數(shù)相符合 如果不符合則系統(tǒng)將會自動加以補(bǔ) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 5 償或自動換新刀 在零件加工過程中系統(tǒng)一旦監(jiān)測出刀具破損 機(jī)床就會自 動停止加工等自動換刀結(jié)束后重新進(jìn)行加工 11 2 切削過程監(jiān)控 就是對主軸功率的監(jiān)控或著是對主軸扭矩的監(jiān)控 來保證切削過程的正常運(yùn)行 只要把刀具工作時(shí)正確的切削功率和扭矩輸入 到控制器中 控制器就能通過切削時(shí)檢測出的實(shí)際功率或扭矩與正常范圍對 比后 自動調(diào)節(jié)進(jìn)給速度值的大小使實(shí)際的功率或扭矩被調(diào)節(jié)到功率或扭矩 規(guī)定的正常范圍 這不但改善了生產(chǎn)的速度同時(shí)還避免了工件或刀具因功率 超出正常范圍而造成的切削損壞 這一技術(shù)已經(jīng)達(dá)到可直接通過對刀具磨損 前后切削功率對比 來確定刀具的磨損情況 當(dāng)?shù)毒吣p到一定程度后可起 到報(bào)警作用 此功能和刀具管理功能聯(lián)合使用 刀具磨損到一定程度就能自 動換刀 12 3 銑床動態(tài)測試分析技術(shù) 隨著對機(jī)床本身性能 例如 加工精度 生產(chǎn)率等 的要求不斷提高 國外現(xiàn)已把銑床的動態(tài)特性作為一項(xiàng)重要研究 內(nèi)容納入日程 特別是隨著銑床運(yùn)動的速度越來越快的情況下 動態(tài)特性不 容忽視 所以 銑床的設(shè)計(jì)開始由原始的靜態(tài)強(qiáng)度設(shè)計(jì)進(jìn)入到了動態(tài)設(shè)計(jì) 13 1 2 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前 國內(nèi)在機(jī)床機(jī)構(gòu)優(yōu)化方面也在不斷的研究 而且研究的內(nèi)容非常 豐富 包括結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析 動態(tài)分析等 目前國內(nèi)有限元分析法有以下幾 個(gè)方面應(yīng)用在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 14 15 東南大學(xué)和無錫機(jī)床股份有限公司研制內(nèi)圓磨床 M2120A 時(shí) 對其 床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的有限元分析 通過分析和研究得出提高床身結(jié)構(gòu)的靜 動態(tài)性能最簡便 最直接的方法是改變床身的筋板類型和布局設(shè)計(jì) 16 17 并 且提出了床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù) 導(dǎo)軌的振動變形量 然后構(gòu)建出床身有 限元模型 確定設(shè)計(jì)變量 床身的結(jié)構(gòu)參數(shù) 和目標(biāo)函數(shù) 各設(shè)計(jì)變量對床 身動態(tài)性能貢獻(xiàn)加權(quán) 18 確定好以上參數(shù)時(shí)開始優(yōu)化 經(jīng)過數(shù)次的嘗試和 修改最終得到在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下床身結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案 同時(shí)他們 也在參數(shù)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域進(jìn)行了一些研究 為我們在這方面填補(bǔ)了些空白 給 我們提供了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)和解決此類問題的辦法 使我們少走一些彎路 19 20 東南大學(xué)張潤建 倪向陽在研制龍門加工中心時(shí) 對其做了動力學(xué)建模 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 6 與優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面的研究 在對此進(jìn)行高級有限元分析時(shí)引用了靈敏度分析 根據(jù)其分析結(jié)果在新機(jī)中引用了調(diào)諧阻尼器 實(shí)際應(yīng)用效果表明整機(jī)的動態(tài) 性能和加工精度都得到了提高 21 大連理工大學(xué)梁延德以有限元的拓?fù)鋬?yōu)化為基礎(chǔ) 建立了車床的有限元 模型之后 對床身的上平面和前后兩個(gè)主平面進(jìn)行了平面拓?fù)鋬?yōu)化 經(jīng)過多 次的研究和調(diào)試最終得到優(yōu)化結(jié)果 由優(yōu)化結(jié)果可知 只要適當(dāng)對床身中筋 板布置方式 筋板截面形狀和面積加以改變 即可滿足結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 避 免了為達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度而造成結(jié)構(gòu)形式的粗大笨 使我們的結(jié)構(gòu)更加美觀 更 加合理 22 南京航空航天大學(xué)的羅輝利用 ANSYS 有限元分析軟件 把臥式 MCH63 加工中心作為研究對象 建立了有限元模型 并對機(jī)床的床身 立柱 立滑板等主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了動靜力學(xué)分析研究 還在此基礎(chǔ)上對機(jī)床 進(jìn)行靈敏度分析 創(chuàng)建和決定了優(yōu)化模型及需要優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量 并借助有 限元協(xié)同仿真功能 對機(jī)床展開了多目標(biāo)優(yōu)化 如 床身 立柱 立滑板等 從而使機(jī)床的動力學(xué)性能得到了改善 1 3 主要工作內(nèi)容 本課題以軸瓦定位唇專用銑床為研究對象 通過軸瓦定位唇專用銑床設(shè) 計(jì)思想的學(xué)習(xí) 初步確定本課題對以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究和探討 具體工 作內(nèi)容如下 1 在去寧波凱達(dá)軸瓦有限公司 寧波野龍軸瓦有限公司和上海菲特爾 莫古軸瓦有限公司等進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上 結(jié)合了國內(nèi)外軸瓦定位唇專 用銑床的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 提出了軸瓦定位唇專用銑床設(shè)計(jì)方案 2 通過軸瓦定位唇專用銑床的研究 了解了設(shè)計(jì)方案的選取和設(shè)計(jì)方 案的最終選取 以及設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的問題從而提高設(shè)計(jì)的成功率 并對 軸瓦定位唇專用銑床的功能進(jìn)行分析 確定參數(shù)范圍和主參數(shù) 如 運(yùn)動 參數(shù) 動力參數(shù)和其他參數(shù) 基于此 初步擬軸瓦定位唇專用銑床的整體 設(shè)計(jì)方案 詳細(xì)給出了機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)及工作原理 3 對 SolidWorks 的建模 標(biāo)準(zhǔn)件 裝配過程和運(yùn)動仿真進(jìn)行了概述 并運(yùn)用 SolidWorks 三維設(shè)計(jì)軟件建立了整機(jī)模型 使我們的設(shè)計(jì)實(shí)體化 并運(yùn)用其自帶的評估功能進(jìn)行了干涉檢查 間距測量等 在此基礎(chǔ)上我們利 用 時(shí)間軌編輯 來做高級的設(shè)置 對軸瓦定位唇專用銑床進(jìn)行運(yùn)動仿真 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 7 4 基于有限元理論建立了軸瓦定位唇專用銑床的有限元模型 利用 ANSYS 有限元分析軟件 對銑床主軸進(jìn)行了模態(tài)分析 得出了主軸前 7 階 固有頻率與相應(yīng)的振型 在此基礎(chǔ)上還對其做了諧響應(yīng)分析 得出了銑床主 軸的頻率位移響應(yīng)曲線 目前 國外已對軸瓦定位唇銑床的研究比較多 而國內(nèi)在這方面的研究 特別少 和國外的差距特別大 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 8 第 2章 軸瓦定位唇銑床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過程的基礎(chǔ) 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以節(jié)省成 本 提高生產(chǎn)率 是實(shí)現(xiàn)原理方案的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì) 通過結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì) 可 以選定機(jī)械產(chǎn)品的總體布置和產(chǎn)品的系列化以及各傳動部分之間相互聯(lián)系等 2 1 工藝流程 全線長約五十五米 除了始末端的上下料 全線無人操作 工作節(jié)拍 6s 工序間零件傳遞由智能移載物流系統(tǒng)完成 具備故障自我診斷功能 能 柔性加工直徑 50 150mm 的軸瓦 加工精度等級為 0 002mm 產(chǎn)品 100 在 線測量 整條線共有 12 道工序其工序流程圖如圖 2 1 所示 端面車削及 內(nèi)外倒角 銑定 位唇 沖定 位唇 銑油 槽 磨倒 角 沖油 孔 油孔 倒角 外圓 磨光 外圓 拋光 拉周 長 周長測 量機(jī)分 選 內(nèi)圓弧 加工 圖 2 1 工序流程圖 該線涉及的技術(shù)領(lǐng)域有三維機(jī)械設(shè)計(jì) 運(yùn)動仿真 有限元分析 精密制 造及集成 程序總線控制 數(shù)控技術(shù) 觸摸屏人機(jī)對話 氣動 液壓 集中 負(fù)壓排屑等 而本文所要完成的是對軸瓦定位唇專用銑床的研究 2 2 總體設(shè)計(jì)的基本要求 機(jī)床性能優(yōu)劣的評價(jià)指標(biāo)是技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 其若干科學(xué) 簡明 實(shí)用的 評價(jià)指標(biāo)的基本要求 可歸納為如下幾個(gè)方面 24 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 9 1 工藝范圍 工藝范圍內(nèi)容 能加工的工序種類 機(jī)床的生產(chǎn)率和加 工件種類 單件成本和尺寸范圍 生產(chǎn)規(guī)模的適用性等 下面就通用機(jī)床和 專用機(jī)床進(jìn)行對比說明 通用機(jī)床的工藝范圍應(yīng)該寬廣一些它不但可以完成 一定尺寸的各種工件的多種工序加工還可以適應(yīng)不同工序的需要 但專用機(jī) 床工藝范圍就比較特定它是為某一特定工藝要求服務(wù)的 因此 設(shè)計(jì)該類機(jī) 床的基本原則 合理地縮小機(jī)床的工藝范圍以簡化機(jī)床的結(jié)構(gòu) 提高效率 保證質(zhì)量 降低成本 25 2 生產(chǎn)率和自動化程度 機(jī)床的生產(chǎn)率要想提高 就應(yīng)縮短單件加工 時(shí)間 比如切削加工時(shí)間 輔助時(shí)間 切削加工時(shí)間縮短可以采用先進(jìn)刀具 這樣我們就可以加大切削深度 提高進(jìn)給速度等方法 另外 輔助時(shí)間的縮 短也相當(dāng)重要 隨著當(dāng)今微機(jī)的高速發(fā)展有利于我們提高機(jī)床的自動化程度 這樣不但使工人的勞動強(qiáng)度得以大幅度降低 而且使機(jī)床的加工精度也得到 了有力的保證 3 加工精度和表面粗糙度 機(jī)床的靜剛度是影響機(jī)床加工精度的主要 因素 為了保證加工精度 除了機(jī)床具有相當(dāng)?shù)膭偠戎?機(jī)床的熱變形也 是個(gè)不可忽視的因素 機(jī)床的加工工件表面的粗糙度與工件和刀具的材料 進(jìn)給量和切削時(shí)的主軸的振動有關(guān) 機(jī)床在自重 夾緊力和各種激振力等的 作用下其重要零部件的形位精度是動態(tài)精度 26 4 可靠性 機(jī)床的可靠性 其在額定壽命內(nèi) 特定工作環(huán)境下和規(guī)定 時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)故障的幾率 這是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 隨著自動化水平更 高的加工裝置的出現(xiàn) 對可靠性也會有更高的要求 5 機(jī)床的效率和壽命 機(jī)床的效率是指切削消耗的有效功率與電動機(jī) 輸出功率之比 兩者的差值就是損失 主要是摩擦損失 而且 摩擦損失會 對機(jī)床的運(yùn)行帶來不良后果 因?yàn)槟Σ凉⒁詿岬男问缴l(fā) 必將引起機(jī)床 的熱變形 機(jī)床的壽命是指機(jī)床在保持應(yīng)有加工精度的前提下所工作的時(shí)間 即在壽命期內(nèi)和正常工作條件下 機(jī)床應(yīng)具備設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的精度性能 對 于中 小型通用機(jī)床 其壽命在 8a 左右 對于隨著所加工產(chǎn)品的更新而廢 棄專用機(jī)床要求短些 對于大型高端機(jī)床則要求更長的壽命 27 6 造型與色彩 機(jī)床造型主要有曲線型 方型和梯型三種 它是根據(jù) 機(jī)床功能和特點(diǎn) 要簡潔明快 美觀大方 使用舒適方便 目前趨向以后兩 者相結(jié)合的形式 機(jī)床在色彩的設(shè)計(jì)上應(yīng)具備以下要求 有利于產(chǎn)品功能的 發(fā)揮 符合時(shí)代特點(diǎn) 滿足使用對象的審美要求 還應(yīng)充分表達(dá)產(chǎn)品功能特 征并與使用環(huán)境相協(xié)調(diào) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 10 2 3 總體結(jié)構(gòu)布局 2 3 1 總體結(jié)構(gòu)布局原則 機(jī)床的總體布局設(shè)計(jì)是指按工藝要求確定組成部件 決定機(jī)床所需的運(yùn) 動 以及確定機(jī)床的各個(gè)部件的相對運(yùn)動和位置關(guān)系 同時(shí)還得定出操縱 控制機(jī)構(gòu)在機(jī)床中的位置關(guān)系 通用機(jī)床的布局主要采用傳統(tǒng)的型式 但是 隨著數(shù)控等新技術(shù)的出現(xiàn) 傳統(tǒng)的布局也跟著在發(fā)生變化 專用機(jī)床的布局 靈活性特別大 沒有什么固定的布局形式 在進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù) 被加工工件要求 進(jìn)行工藝分析 為了能得到軸瓦定位唇專用銑床合理的總 體布局提出以下是幾點(diǎn)基本要求 1 保證機(jī)床具有相當(dāng)?shù)膭偠群涂拐裥詠磉_(dá)到所要求的加工精度 2 操作 調(diào)整 維修等方便 便于工件的輸送 裝卸 3 性價(jià)比好 占地面積少等 4 造型美觀 機(jī)床總體布局的一般步驟 首先在滿足工藝的情況下確定出機(jī)床各部件 運(yùn)動 并選擇傳動支承形式 然后確定操作部位 并擬定措施改善機(jī)床性能 和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 2 3 2 方案的擬定 本文所研究的軸瓦定位唇專用銑床主要包括控制系統(tǒng) 用于定位軸瓦的 定位板 上端設(shè)置的絲杠和下端設(shè)置彈簧 在所述絲杠和彈簧之間設(shè)有模具 在下箱體內(nèi)設(shè)有動力箱 其中控制系統(tǒng)用于控制所述絲杠和彈簧的動作 加 工時(shí) 軸瓦位于所述定位板內(nèi) 并且沿所述定位板在絲杠和彈簧動作下被推 入至所述的模具與所述銑刀之間的加工位置 而后所述絲杠 彈簧在控制系 統(tǒng)的作用下帶動模具 它還包括自動送料機(jī)械手裝置 該裝置主要包括用于定位軸瓦的定位板 和兩個(gè)氣動滑臺 一個(gè)前后端行程可調(diào)另一個(gè)兩端都不可調(diào)的 在氣動滑臺 的推桿上設(shè)有推料板 當(dāng)軸瓦被傳送帶送至推料板位置時(shí) 所述氣動滑臺帶 動推料板將軸瓦推入定位板內(nèi) 另外 它還包括一個(gè)取料機(jī)械裝置 該裝置主要包括一個(gè)前端行程可調(diào) 的氣動滑臺 氣爪以及用于連接氣動滑臺連接板等 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 11 方案初步擬定如圖 2 2 所示 1 伺服電機(jī) 2 聯(lián)軸器 3 滾珠絲杠 4 直線導(dǎo)軌 5 工作臺 6 滑臺 7 彈簧 8 電機(jī) 9 銑削頭 圖 2 2 軸瓦定位唇專用銑床方案擬定 2 3 3 基本構(gòu)成 本機(jī)床有兩大部分組成 第一加工部分機(jī)構(gòu) 第二進(jìn)出料部分機(jī)構(gòu) 加 工部分機(jī)構(gòu)如圖 2 2 所示 它由伺服電機(jī) 聯(lián)軸器 滾珠絲杠 直線導(dǎo)軌 滑臺 工作臺 氣缸控制軸瓦的壓緊 電機(jī)提供動力 銑削頭可通過縱橫向 調(diào)解實(shí)現(xiàn)軸瓦定位唇的銑削加工 進(jìn)出料部分機(jī)構(gòu)如圖 2 3 所示 由電動機(jī) 減速器 氣缸 氣爪 輸送 帶 帶輪 氣動滑臺組成 由電機(jī)驅(qū)動減速器轉(zhuǎn)動 使帶輪帶動輸送帶 并 通過氣缸帶動機(jī)械手將軸瓦輸送到工作臺 進(jìn)行軸瓦定位唇的銑削加工 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 12 1 電機(jī) 2 減速器 3 氣缸 4 氣爪 5 輸送帶 6 帶輪 7 氣動滑臺 圖 2 3 進(jìn)出料部分機(jī)構(gòu) 2 4 總體結(jié)構(gòu)及工作原理 2 4 1 總體結(jié)構(gòu) 本課題軸瓦定位唇專用銑床與現(xiàn)有的普通銑床技術(shù)相比 由于整個(gè)加工 都是全自動化的 各個(gè)環(huán)節(jié)減少了人工的勞動強(qiáng)度因而減少了因人的失誤而 造成的不必要的錯(cuò)誤的發(fā)生 避免一些工傷等不安全因素的發(fā)生 其次 由 于整個(gè)運(yùn)行過程均是自動控制 這樣可以在加工時(shí)使其對每個(gè)軸瓦的力量均 衡 確保了加工每個(gè)軸瓦定位唇的穩(wěn)定和精度 進(jìn)而保證了加工出的定位唇 的外形一致性 成品率也得到了提高 30 由于本設(shè)備從送料到取料 均是自 動控制 加工效率大大的提高了 另外采用立式銑的結(jié)構(gòu) 不但可以避免加 工屑的影響 而且減小了機(jī)身 軸瓦定位唇銑削專用銑床總體結(jié)構(gòu)可以分為 加工部分和進(jìn)出料部分 由于加工裝置的模具下端的彈簧穩(wěn)定性比較差 且 根據(jù)計(jì)算需要三根彈簧 不能保證彈簧精確的同步運(yùn)動 因此改用氣壓缸夾 緊工件的運(yùn)動 綜合上述設(shè)計(jì)思想 本設(shè)計(jì)的軸瓦定位唇銑床的總體結(jié)構(gòu)簡圖如圖 2 4 所示 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 1 機(jī)架 2 伺服電機(jī) 3 滾珠絲杠 4 取料機(jī)械手 5 取料輸送帶 6 滑臺 7 送料機(jī) 械手 8 送料輸送帶 9 下汽缸 10 支架 11 底座 12 調(diào)整機(jī)構(gòu) 13 動力箱 14 脫模機(jī)構(gòu) 15 工作臺 圖 2 4 銑床總體結(jié)構(gòu)簡圖 2 4 2 工作原理 軸瓦定位唇專用銑床加工軸瓦時(shí)的工作過程可描述如下 1 預(yù)先根據(jù)軸瓦的直徑和定位唇尺寸 調(diào)整機(jī)床內(nèi) 外的對刀機(jī)構(gòu) 保證銑刀與被加工軸瓦間的距離 2 擋料機(jī)械手退回把輸送帶上等待加工的軸瓦 上一工序加工完的 送給送料機(jī)械手 當(dāng)軸瓦被傳送帶送至推料板位置時(shí) 所屬氣動滑臺帶動推 料板將軸瓦推入工作臺 3 此時(shí)工作臺 在伺服電機(jī)與滾珠絲杠和下汽缸的動作下對軸瓦進(jìn) 行夾緊定位在夾具內(nèi) 而后所述伺服電機(jī)與滾珠絲杠 下汽缸在控制系統(tǒng)的 作用下帶動模具進(jìn)行加工 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 14 4 此時(shí)擋料機(jī)械手開始動作讓下一個(gè)軸瓦通過輸送帶再送給送料機(jī) 械手 送料機(jī)械手把軸瓦送到工作臺時(shí) 由已加工好軸瓦由未加工的頂出 5 取料機(jī)械手將加工完的軸瓦取出放在輸送帶上 使其進(jìn)行下一工 序的加工 軸瓦定位唇專用銑床的工作循環(huán)見圖 2 5 工步 部件 進(jìn)退 動作過程 快進(jìn) 工進(jìn)夾緊進(jìn)給 伺服電 機(jī)滾珠 絲杠 快退 進(jìn)氣缸 上位 退 進(jìn)送料 氣缸 下位 退 進(jìn)氣缸 退 夾緊取料 氣爪 松開 進(jìn)擋料 氣缸 退 進(jìn)送料 定位 氣針 退 運(yùn)行時(shí)間 s t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 圖 2 5 工作循環(huán) 2 5 運(yùn)動和動力分析 2 5 1 運(yùn)動分析 運(yùn)動學(xué)分析主要是確定機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù) 一般是指機(jī)械執(zhí)行件的運(yùn) 動速度 時(shí)間等 如機(jī)床等加工機(jī)械的主軸轉(zhuǎn)速 工作臺 刀架的運(yùn)動速度 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 15 變速器主軸的輸出轉(zhuǎn)速等 1 伺服電機(jī) 2 聯(lián)軸器 3 角接觸球軸承 4 滾珠絲杠 5 直線導(dǎo)軌 6 工作臺 7 圓錐滾子軸承 8 小帶輪 9 大帶輪 10 電動機(jī) 圖 2 6 傳動系統(tǒng)示意圖 由圖 2 6 可知 此傳動系統(tǒng)由進(jìn)給系統(tǒng)和主運(yùn)動系統(tǒng)組成 進(jìn)給系統(tǒng)是 由伺服電動機(jī) 軸承 滾珠絲杠 直線導(dǎo)軌和工作臺等組成 伺服電動機(jī)用 于提供所需的運(yùn)動和動力 同時(shí)可以調(diào)節(jié)其輸出的運(yùn)動速度 絲杠副主要是 把回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動 通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)保證工作臺直線運(yùn)動的位置精度 主運(yùn)動系統(tǒng)由電機(jī) 帶輪 主軸 銑刀等組成 根據(jù)電動機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作 特性要求 可確定其各基本參數(shù) 1 進(jìn)給運(yùn)動計(jì)算 進(jìn)給運(yùn)動是由伺服電動機(jī)通過聯(lián)軸器直接輸出給絲 杠的 所以輸出運(yùn)動轉(zhuǎn)速 n 為 0 3000r min 2 銑削運(yùn)動計(jì)算 主運(yùn)動是由電動機(jī)通過帶輪傳動 帶動刀具銑削的 所以輸出運(yùn)動轉(zhuǎn)速 n 為 1000r min 2 5 2 動力分析 在設(shè)計(jì)中構(gòu)件的參數(shù)都是由動力參數(shù)計(jì)算得到的 如果動力參數(shù)選的過 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 16 大 就會導(dǎo)致構(gòu)件粗大笨影響整機(jī)的美觀 耗材 運(yùn)輸和占地面積 如果參 數(shù)定的過小 又將導(dǎo)致整機(jī)工作性能不佳達(dá)不到工作要求 1 銑削力 切削力對計(jì)算功率消耗 對制定合理的切削用量 優(yōu)化刀 具幾何參數(shù) 都具有非常重要意義 在自動化生產(chǎn)中 還可通過切削力來監(jiān) 控加工過程和刀具加工狀態(tài) 銑削力公式如下 N 2 1 epfttazFPd 式中 F t為銑削力 N 為銑刀的切削接觸弧深度 取 6 1mm p為銑削 的切削深度 取 0 35mm f為每齒進(jìn)給量 取 0 04mm z 為銑刀齒數(shù) 10 齒 由以上公式計(jì)算可得銑削力 Ft為 148 81N 2 傳動效率 進(jìn)給系統(tǒng)傳動效率如下所示 2 2 2413j 式中 1 為聯(lián)軸器效率 0 99 2 為滾動軸承效率 一對 0 98 3 為螺旋 傳動效率 0 95 4 為導(dǎo)軌傳動效率 0 98 將以上參數(shù)帶入式 2 2 可得進(jìn)給系統(tǒng)的傳動效率為 0 833 同樣的道 理可以得到主運(yùn)動的傳動效率為 0 86 3 電機(jī)功率 由圖 2 6 傳動系統(tǒng)可知 進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電動分為快進(jìn) 1000r min 和工進(jìn) 150 r min 因此電動機(jī)構(gòu)的有效功率為 2 3 2電動機(jī)功率計(jì)算 16 40 679 5TnN kW 式中 T 為輸出轉(zhuǎn)矩 N m n 為輸出轉(zhuǎn)速 r min 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動的實(shí)際工作情況 其運(yùn)動所需功率為 0 804kW 和 0 120kW 由圖 2 6 傳動系統(tǒng)可知 主運(yùn)動電動機(jī)構(gòu)的有效功率為 kW 2 3 5366010tttFvdnNp 式中 P m為銑削功率 kW 為銑削速度 m min d t為銑刀直徑 取 30mm n t為電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù) r min 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 由以式 2 3 計(jì)算可得在 nt取 1000r min 時(shí) 銑削功率 Pm分別為 0 06kW 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動的實(shí)際工作情況 其運(yùn)動所需功率為 0 07kW 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 18 第 3章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1 1 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)方案 隨著當(dāng)今機(jī)床業(yè)的飛速發(fā)展 為了滿足加工要求 提高加工精度 在進(jìn) 給系統(tǒng)中多采用絲杠進(jìn)給 在加工精度較高的機(jī)床中進(jìn)給系統(tǒng)采用的是滾珠 絲杠 由于它具有以下方面的優(yōu)點(diǎn) 反向間隙小 傳動效率高 不需附屬裝 置而得到了廣泛的應(yīng)用 是使用極為方便的絲杠 滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式可分為內(nèi)和外兩種循環(huán)方式 內(nèi)循環(huán)方式 常用于各種高精度 高剛度的定位系統(tǒng) 外循環(huán)方式常用于重型載荷 高速 運(yùn)動及精密定位系統(tǒng)特別是在大導(dǎo)程 多頭螺紋中顯示其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn) 綜上所述 確定本銑床進(jìn)給系統(tǒng)的滾動絲杠螺母副采用單圓弧 內(nèi)循環(huán) 雙螺母螺紋調(diào)速方式的結(jié)構(gòu)形式 并采用兩端鉸支的支承方式 由于本論文 篇幅有限沒有對滾珠絲杠的剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核計(jì)算 其型號 25TAC62BDF 3 1 2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 隨著社會生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活節(jié)奏不斷加快 人們對生產(chǎn)效率也不 斷提出新要求 機(jī)械手能模仿人的一些基本動作 它可以通過計(jì)算機(jī)程序的 控制代替人類在環(huán)境復(fù)雜的地方完成人無法完成的 對人類造成傷害的 枯 燥乏味的工作 降低我們的勞動強(qiáng)度 提高勞動生產(chǎn)率 隨著科技的進(jìn)步社會的需求 科學(xué)家把目光轉(zhuǎn)向了機(jī)械手的研究 尤其 是在航空航天制造業(yè) 醫(yī)學(xué)設(shè)備 精密儀器制造業(yè)等取得了驚人的效果 應(yīng) 用較為廣泛 現(xiàn)在科學(xué)家把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手結(jié)合使用 代替人類做一些危 險(xiǎn) 重復(fù)的工作 盡量把危險(xiǎn)降到最低 使其逐漸形成全自動柔性加工生產(chǎn) 單元 此類全自動柔性加工裝置對中小批量零部件的加工特別適用 不但使 傳輸裝置簡便 而且輸送非?？煽?快速 避免由于人疲勞帶來的錯(cuò)誤 減 少了整機(jī)的占地面積 因此 進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的 軸瓦定位唇專用銑床的機(jī)械手分為兩部分 送料機(jī)械手主要負(fù)責(zé)把進(jìn)料 輸送帶傳輸來的軸瓦送到模具位置 取料機(jī)械手主要負(fù)責(zé)把加工好的軸瓦取 出放到取料輸送帶上去進(jìn)行下一工序加工 根據(jù)所給數(shù)據(jù) 經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 19 所得軸瓦定位唇專用銑床機(jī)械手部裝部分總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 7 和圖 2 8 1 推件板 2 連接板 3 連接板 4 氣動滑臺 前后端行程可調(diào) 5 過渡板 6 氣動滑臺 7 滑板 8 擋板 圖 2 7 送料機(jī)械手 1 氣動滑臺 前端行程可調(diào) 2 連接板 3 連接板 4 連接板 5 氣爪 行程 4mm 6 連接板 圖 2 8 取料機(jī)械手 3 1 3 動力箱的設(shè)計(jì)方案 軸瓦定位唇專用銑床加工部分主要結(jié)構(gòu)是銑削動力頭 軸瓦由輸送帶輸 送到銑床的指定位置 被進(jìn)出料部分的送料機(jī)械手推到銑床的滑臺上 通過 工作臺和氣缸的調(diào)解 使軸瓦固定在滑臺上 以便于軸瓦定位唇的銑削加工 每加工一批工件之前要對銑削刀進(jìn)行對刀試驗(yàn) 加工完畢后 被進(jìn)出料 部分的取料機(jī)械手取出 放到輸送帶上 進(jìn)行下一工序的加工 圖 2 9 所示 是動力箱結(jié)構(gòu)圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 20 1 螺母 2 主軸 3 帶輪 4 圓錐滾子軸承 5 軸套 6 螺桿 7 圓錐滾子軸承圖 圖 2 9 動力箱結(jié)構(gòu)圖 主軸是主軸組件必不可少的組成部分 它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 材料的選擇 加 工技術(shù)要求等 對主軸組件的工作性能影響較大 根據(jù)本銑床的設(shè)計(jì)要求 按照 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 中關(guān)于主軸的設(shè)計(jì)過程 3 1 4 本章小結(jié) 通過軸瓦定位唇專用銑床的研究 了解了設(shè)計(jì)方案的選取和設(shè)計(jì)方案的 最終選取 以及設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的問題從而提高設(shè)計(jì)的成功率 并對軸瓦 定位唇專用銑床進(jìn)行功能分析 確定參數(shù)范圍和主參數(shù) 如尺寸參數(shù) 運(yùn)動 參數(shù) 動力參數(shù)和其他參數(shù) 根據(jù)運(yùn)動和動力計(jì)算結(jié)果 確定了滾珠絲杠的 選型 同時(shí)對機(jī)械手和動力箱進(jìn)行了分析和說明 基于此 初步擬定軸瓦定 位唇專用銑床的整體設(shè)計(jì)方案 詳細(xì)給出了機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)及工作原理 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 21 第 4章 三維軟件分析 4 1 Solidworks軟件介紹 SolidWorks 公司成立于 1993 年 由 PTC 公司的技術(shù)副總裁與 CV 公 司的副總裁發(fā)起 總部位于馬薩諸 SolidWorks2010 啟動頁面塞州的康克爾 郡 Concord Massachusetts 內(nèi) 當(dāng)初的目標(biāo)是希望在每一個(gè)工程師的桌面 上提供一套具有生產(chǎn)力的實(shí)體模型設(shè)計(jì)系統(tǒng) 從 1995 年推出第一套 SolidWorks 三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件至今 至 2010 年已經(jīng)擁有位于全球的辦事處 并經(jīng)由 300 家經(jīng)銷商在全球 140 個(gè)國家進(jìn)行銷售與分銷該產(chǎn)品 1997 年 被法國達(dá)索公司收購 作為達(dá)索中端主流市場的主打品牌 是世界上第一個(gè) 基于 Windows 開發(fā)的三維 CAD 系統(tǒng) 由于技術(shù)創(chuàng)新符合 CAD 技術(shù)的發(fā)展 潮流和趨勢 SolidWorks 公司于兩年間成為 CAD CAM 產(chǎn)業(yè)中獲利最高的 公司 良好的財(cái)務(wù)狀況和用戶支持使得 SolidWorks 每年都有數(shù)十乃至數(shù)百 項(xiàng)的技術(shù)創(chuàng)新 公司也獲得了很多榮譽(yù) 該系統(tǒng)在 1995 1999 年獲得全球微 機(jī)平臺 CAD 系統(tǒng)評比第一名 從 1995 年至今 已經(jīng)累計(jì)獲得十七項(xiàng)國際 大獎 其中僅從 1999 年起 美國權(quán)威的 CAD 專業(yè)雜志 CADENCE 連續(xù) 4 年授予最佳編輯獎 以表彰 SolidWorks 的創(chuàng)新 活力和簡明 至此 所遵 循的易用 穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實(shí)和證明 使用它 設(shè)計(jì)師 大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間 產(chǎn)品快速 高效地投向了市場 由于出色的技術(shù)和市 場表現(xiàn) 不僅成為 CAD 行業(yè)的一顆耀眼的明星 也成為華爾街青睞的對象 終于在 1997 年由法國達(dá)索公司以三億一千萬美元的高額市值將全資并購 公司原來的風(fēng)險(xiǎn)投資商和股東 以一千三百萬美元的風(fēng)險(xiǎn)投資 獲得了高額 的回報(bào) 創(chuàng)造了 CAD 行業(yè)的世界紀(jì)錄 并購后的以原來的品牌和管理技術(shù) 隊(duì)伍繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)作 成為 CAD 行業(yè)一家高素質(zhì)的專業(yè)化公司 三維機(jī)械設(shè) 計(jì)軟件也成為達(dá)索企業(yè)中最具競爭力的 CAD 產(chǎn)品 由于使用了 Windows OLE 技術(shù) 直觀式設(shè)計(jì)技術(shù) 先進(jìn)的 parasolid 內(nèi)核 由劍橋提供 以及良 好的與第三方軟件的集成技術(shù) 成為全球裝機(jī)量最大 最好用的軟件 資料 顯示 目前全球發(fā)放的 SolidWorks 軟件使用許可約 28 萬 涉及航空航天 機(jī)車 食品 機(jī)械 國防 交通 模具 電子通訊 醫(yī)療器械 娛樂工業(yè) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 22 日用品 消費(fèi)品 離散制造等分布于全球 100 多個(gè)國家的約 3 萬 1 千家企業(yè) 在教育市場上 每年來自全球 4 300 所教育機(jī)構(gòu)的近 145 000 名學(xué)生通過 SolidWorks 的培訓(xùn)課程 據(jù)世界上著名的人才網(wǎng)站檢索 與其它 3D CAD 系 統(tǒng)相比 與 SolidWorks 相關(guān)的招聘廣告比其它軟件的總合還要多 這比較 客觀地說明了越來越多的工程師使用 SolidWorks 越來越多的企業(yè)雇傭人才 據(jù)統(tǒng)計(jì) 全世界用戶每年使用的時(shí)間已達(dá) 5500 萬小時(shí) 在美國 包括麻省 理工學(xué)院 MIT 斯坦福大學(xué)等在內(nèi)的著名大學(xué)已經(jīng)把 SolidWorks 列為制 造專業(yè)的必修課 國內(nèi)的一些大學(xué) 教育機(jī)構(gòu) 如清華大學(xué) 北京航空航天 大學(xué) 北京理工大學(xué) 上海教育局等也在應(yīng)用 SolidWorks 進(jìn)行教學(xué)軟件 該軟件功能強(qiáng)大 組件繁多 功能強(qiáng)大 易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是 三大 特點(diǎn) 使得成為領(lǐng)先的 主流的三維 CAD 解決方案 能夠提供不同的設(shè)計(jì) 方案 減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量 不僅提供如此強(qiáng)大的功能 同時(shí)對每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說 操作簡單方便 易學(xué)易用 對于熟悉微軟 的 Windows 系統(tǒng)的用戶 基本上就可以用 SolidWorks 來搞設(shè)計(jì)了 獨(dú)有的 拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì) 資源管理器是同 Windows 資源管理器一樣的 CAD 文件管理器 用它可以方便地管理 CAD 文件 使用 SolidWorks 用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作 能夠 更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場 在目前市場上所見到的三維 CAD 解決方 案中 SolidWorks 是設(shè)計(jì)過程比較簡便而方便的軟件之一 美國著名咨詢公 司 Daratech 所評論 在基于 Windows 平臺的三維 CAD 軟件中 是最著名 的品牌 是市場快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者 在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作 包括 Windows 風(fēng)格的拖 放 點(diǎn) 擊 剪切 粘貼 協(xié)同下 使用 SolidWorks 整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的 零件設(shè)計(jì) 裝配設(shè)計(jì) 和工程圖之間的是全相關(guān)的全動感用戶界面 只有 SolidWorks 才提供了一整套完整的動態(tài)界面和鼠標(biāo)拖動控制 全 動感的 的用戶界面減少設(shè)計(jì)步驟 減少了多余的對話框 從而避免了界面 的零亂 嶄新的屬性管理員用來高效地管理整個(gè)設(shè)計(jì)過程和步驟 屬性管理 員包含所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù) 而且操作方便 界面直觀 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(gè) 同 Windows 資源器類似的 CAD 文件管理器 特征模版為標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)特征 提供了良好的環(huán)境 用戶可以直接從特征模版上調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的零件和特征 并 與同事共享 SolidWorks 提供的 AutoCAD 模擬器 使得 AutoCAD 用戶可 以保持原有的作圖習(xí)慣 順利地從二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向三維實(shí)體設(shè)計(jì)配置管理 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 23 配置管理是 SolidWorks 軟件體系結(jié)構(gòu)中非常獨(dú)特的一部分 它涉及到 零件設(shè)計(jì) 裝配設(shè)計(jì)和工程圖 配置管理使得你能夠在一個(gè) CAD 文檔中 通過對不同參數(shù)的變換和組合 派生出不同的零件或裝配體協(xié)同工作提供了 技術(shù)先進(jìn)的工具 使得你通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同工作 通過 eDrawings 方便地 共享 CAD 文件 一種極度壓縮的 可通過電子郵件發(fā)送的 自行解壓和瀏 覽的特殊文件 通過三維托管網(wǎng)站展示生動的實(shí)體模型 三維托管網(wǎng)站是 SolidWorks 提供的一種服務(wù) 你可以在任何時(shí)間 任何地點(diǎn) 快速地查看產(chǎn) 品結(jié)構(gòu) SolidWorks 支持 Web 目錄 使得你將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存放在互聯(lián)網(wǎng)的文件 夾中 就象存本地硬盤一樣方便 用通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)地協(xié)同工作 3D Meeting 是基于微軟的技術(shù)而開發(fā)的專門為 SolidWorks 設(shè)計(jì)人員提供的協(xié)同 工作環(huán)境裝配設(shè)計(jì)在 SolidWorks 中 當(dāng)生成新零件時(shí) 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(jì)和修改零部 件 對于超過一萬個(gè)零部件的大型裝配體性能得到極大的提高 SolidWorks 可以動態(tài)地查看裝配體的所有運(yùn)動 并且可以對運(yùn)動的零部件進(jìn)行動態(tài)的干 涉檢查和間隙檢測 用智能零件技術(shù)自動完成重復(fù)設(shè)計(jì) 智能零件技術(shù)是一 種嶄新的技術(shù) 用來完成諸如將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的螺栓裝入螺孔中 而同時(shí)按照正 確的順序完成墊片和螺母的裝配 鏡像部件是 SolidWorks 技術(shù)的巨大突破 鏡像部件能產(chǎn)生基于已有零部件 包括具有派生關(guān)系或與其他零件具有關(guān)聯(lián) 關(guān)系的零件 的新的零部件 用捕捉配合的智能化裝配技術(shù) 來加快裝配體 的總體裝配 智能化裝配技術(shù)能夠自動地捕捉并定義裝配關(guān)系 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(shí) 三維模型 各個(gè)視圖 裝配體都會自動更新 從三維 模型中自動產(chǎn)生工程圖 包括視圖 尺寸和標(biāo)注 增強(qiáng)了的詳圖操作和剖視 圖 包括生成剖中剖視圖 部件的圖層支持 熟悉的二維草圖功能 以及詳 圖中的屬性管理員 使用技術(shù) 可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離 進(jìn) 行單獨(dú)操作 以加快工程圖的操作 但保持與三維零件和裝配體的全相關(guān)用 交替位置顯示視圖能夠方便地顯示零部件的不同的位置 以便了解運(yùn)動的順 序 交替位置顯示視圖是專門為具有運(yùn)動關(guān)系的裝配體而設(shè)計(jì)的獨(dú)特的工程 圖功能 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 24 4 2銑削狀態(tài)研究 針對軸瓦定位唇專用銑床銑削桿在工作過程中產(chǎn)生振動的問題 基于刀 具銑削理論與罰函數(shù)算法 采用建模方法對銑刀桿工作狀況合理簡化并施加 合理約束 建立了銑刀桿的有限元模型并進(jìn)行模態(tài)分析 模態(tài)分析得到的銑削 桿前5階固有頻率與實(shí)驗(yàn)方法獲得的數(shù)據(jù)在誤差允許范圍內(nèi) 通過對銑削桿前 5階模態(tài)的分析 發(fā)現(xiàn)銑削主軸兩端采用軸承支撐 銑削過程中變形小 而銑削 桿為懸壁梁支撐 在二 三階固有頻率下發(fā)生大變形 對軸瓦定位唇銑削精確 度影響較大 本課題軸瓦定位唇專用銑床與現(xiàn)有的普通銑床技術(shù)相比 由于 整個(gè)加工都是全自動化的 各個(gè)環(huán)節(jié)減少了人工的勞動強(qiáng)度因而減少了因人 的失誤而造成的不必要的錯(cuò)誤的發(fā)生 避免一些工傷不安全因素的發(fā)生 其 次 由于整個(gè)運(yùn)行過程均是自動控制 這樣可以在加工時(shí)使其對每個(gè)軸瓦的 力量均衡 確保了加工每個(gè)軸瓦定位唇的穩(wěn)定和精度 進(jìn)而保證了加工出的 定位唇的外形一致性 成品率也得到提高 由于本設(shè)備從送料到取料 均是 自動控制 加工效率大大的提高了 另外采用立式銑的結(jié)構(gòu) 不但可以避免 加工屑的影響 而且減小占地面積 4 3 適應(yīng)軸瓦的加工范圍 一般采用6 3噸沖床沖出 用沖床沖定位唇 手工操作勞動強(qiáng)度大 沖壓工 處于緊張的工作狀態(tài) 安全得不到可靠保證 沖壓中類似壓傷手指等事故屢有 發(fā)生 為了從根本上改變這種加工方法 杜絕不安全因素 我廠已于1994年8月 研制成功了軸瓦定位唇半自動壓床它是機(jī)械 液壓 電氣一體化的先進(jìn)加工 設(shè)備 經(jīng)用戶廠壓 S195軸瓦定位唇表明 達(dá)到了較高的加工精度 定位唇寬度 公差 0 10 定位唇高度公差 0 10mm 端距公差 0 10mm 工作情況完全符合 設(shè)計(jì)要求 該半自動壓床的開發(fā)成功 不僅攻克了軸瓦廠長期以來沖壓定位唇 無法實(shí)現(xiàn)自動化的難題 而且杜絕了不安全因素 隨著對機(jī)床本身性能 例 如 加工精度 生產(chǎn)率等 的要求不斷提高 國外現(xiàn)已把銑床的動態(tài)特性作 為一項(xiàng)重要研究內(nèi)容納入日程 特別是隨著銑床運(yùn)動的速度越來越快的情況 下 動態(tài)特性不容忽視 所以 銑床的設(shè)計(jì)開始由原始的靜態(tài)強(qiáng)度設(shè)計(jì)進(jìn)入 到了動態(tài)設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 25 4 4銑床綜合分析 隨著制造業(yè)對數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技 術(shù)的飛速進(jìn)步 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大 并且不斷發(fā)展以更適應(yīng) 生產(chǎn)加工的需要 在現(xiàn)有汽車發(fā)動機(jī)軸瓦定位唇加工中 所用的設(shè)備大多為 普通銑床 在定位唇銑削加工時(shí) 由手工將軸瓦放入模具中 通過調(diào)整銑刀 位置和下模來完成軸瓦定位唇加工工序 我國汽車軸瓦制造技術(shù)水平仍較低 其制造工藝發(fā)展緩慢 加工裝備落后 加工自動化水平低 提高軸瓦壽命和 可靠性等技術(shù)攻關(guān)未能取得突破 本文在充分調(diào)研了國內(nèi)外軸瓦定位唇專 用銑床實(shí)際應(yīng)用的前提下 深入了解和分析了國內(nèi)外現(xiàn)有的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展 趨勢 提出了軸瓦定位唇專用銑床的總體設(shè)計(jì)方案 并完成了軸瓦定位唇專 用銑床動力學(xué)分析 運(yùn)動學(xué)分析和部分主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)中引入了技 術(shù) 利用軟件建立了軸瓦定位唇專用銑床的三維模型和運(yùn)動仿真動畫 使其 能夠?qū)嶓w化 可視化 更加直觀的表現(xiàn)了設(shè)計(jì)思路 從而縮短了設(shè)計(jì)周期 提高了工作效率 還基于有限元理論 利用分析軟件對軸瓦定位唇專用銑床 的主軸進(jìn)行了動態(tài)分析 驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和可靠性 本文所設(shè)計(jì) 的軸瓦定位唇專用銑床 是目前國內(nèi)外為數(shù)不多的軸瓦定位唇專用銑床的一 例 屬于創(chuàng)新型設(shè)計(jì) 隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對精密程度的要求越來越高 機(jī)械 加工設(shè)備的專項(xiàng)專用要求越來越高 且對批量生產(chǎn)和高速生產(chǎn)的需要 這已 經(jīng)越來越制約著當(dāng)今機(jī)械工業(yè)的發(fā)展 越來越多的專用機(jī)械加工設(shè)備相繼出 現(xiàn) 而在中國的機(jī)械加工設(shè)備的銑床中普通車床沒有對各種型號軸瓦銑削用 的專業(yè)銑床 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 26 致 謝 本文是在段鐵群老師的悉心指導(dǎo)下完成的 從畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的