龙门铣床-毕业设计正文.doc
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1、 本 科 毕 业 设 计 第 31 页 共 31 页1 引言随着人们生活水平不断提高,高档抛磨石板也越来越受人们的欢迎。面对日益增长的市场需求,我国国内新起了一大批中小型石材加工企业,然而这些企业由于受到资金约束,大多采用廉价低端的石材抛磨设备,难以加工出满足市场要求的高档石板,并且生产率低下,工人劳动强度大。针对这一情况,通过查阅资料和实际调研从石板抛磨工艺原理角度分析,对低端石材抛磨设备的纵向进给系统和机床床身进行改进,以降低石材抛磨设备制造成本,提高抛磨石材质量,提高生产效率,减轻工人劳动强度,为新型廉价中高端石板抛磨机的设计做了铺垫。2 石板抛磨机总体设计设计出一台大批大量生产的石板抛
2、磨机床,设计内容包括石板抛磨机床总体结构设计、纵向工作台传动设计和机床床身设计计算。机床为立式机床,基础支承件形式为龙门式结构。2.1 石板抛磨机主要技术指标设计1、上下料方式:手动或半自动。2、工件规格:根据市场调研,大多数实用石板厚度不超过100mm,故确定工作规格为长宽高20001000(20100)mm 3、生产率:根据机床实际加工速度和加工路线,初定生产率为1块/4min4、为迎合市场高质量的需求,本石板磨削机床要求能够批量生产高级抛磨石板。5、运行模式 根据设计任务书要求该设计机床为单机运行模式。6、驱动类型:通过分析初步确定该设计机床的运动功能有:主轴的回转运动、砂轮的竖直向微量
3、进给运动、砂轮的横向进给运动、横梁的竖直向快速进给运动和工作台的纵向进给运动。根据任务书要求,综合考虑实用性、可靠性、经济性、操作等因素,拟定该设计机床各运动的驱动方式为:主轴回转运动采用普通电机驱动、砂轮的竖直向微量进给运动采用普通机械结构手动调节、砂轮的横向进给运动采用普通电机驱动、工作台的纵向进给运动采用液压驱动、立柱上的快速升降运动采用普通电机驱动。2.2 石板抛磨机总体方案设计在明确了主要设计内容及要求的情况下,进而可以大体地对主机总体方案进行论证参照文献关慧贞,冯辛安主编机械装备设计第三版第二章金属切削机床设计,总体方案设计包括: 1、运动功能设计 包括确定机床所需运动个数、形式(
4、直线运动、回转运动)、功能(主运动、进给运动、其它运动)及排列顺序,最后将画出机床运动原理图,运动功能分配。2、基本参数设计 包括尺寸参数、运动参数和动力参数设计。3、传动系统设计 包括传动方式、传动原理图,及传动系统图设计。4、总体结构布局设计 包括总体布局结构形式及总体结构方案图设计。2.2.1 运动功能设计1、确定机床所需的运动个数、形式、功能及排列顺序。在前边已经提到,。机床运动个数总共为五个,具体为:机床主轴的回转运动为主运动;砂轮的横向运动和工作台的纵向运动为进给运动;砂轮的升降运动和横梁的快速升降运动为辅助运动。其运动功能式为。2、画机床运动原理图,并进行运动功能分配。Y图 2.
5、1 机床运动原理图 W/Y X Z C/T C Z设计石板抛磨机机床运动原理图如图2.3-1所示,经过对比,选择其最佳的运动功能式为。其中主运动由砂轮连接的主轴旋转完成,竖直向辅助运动由主轴相对主轴箱上下运动来完成,横向进给动由主轴箱相对横梁的运动来完成,竖直向辅助运动由横梁相对立柱的上下运动来完成。纵向进给运动由工作台相对床身的运动来完成。2.2.2 基本参数设计机床基本参数包括尺寸参数、运动参数和动力参数。1、 尺寸参数设计依据以上分析,机床由以下几个模块组成,即工作台、液压缸、床身、立柱、横梁和主轴。被加工工件规定为:长宽高20001000(20100)(mm)。根据被加工石材的尺寸,工
6、作台面积必须大于石板的面积,同时考虑到工作台上夹具的安装、加工暂停时砂轮必须在工件侧边,在此适当增加工作台的尺寸,工作台长宽20001000(mm)。参考JB/10602.1-2006,龙门平面磨床参数选取工作台宽度为1250mm,为保证工作台的刚度,取高度为100mm,对于工作台长度,应综合考虑工件和纵向进给液压缸的安装来确定,最终确定工作台长度为2480mm。工作台面T型槽尺寸:宽度为22mm;间距为160mm,8个槽平均分布,(参考JB/T 158-1996)对于床身及纵向导轨,工作台加工过程能够覆盖的长度大约为两倍的工作台长度,即4200mm,考虑到纵向进给为液压驱动,液压杆长应大于两
7、倍的行程,即大于4000mm,而液压杆必须安装在机床床身上,所以在此选择床身和导轨长度由工作台的行程和液压缸的必要零部件及其安装尺寸决定。考虑立柱和辅件的安装,对于床身宽度,在工作台宽度的基础上两侧各加一半的主轴箱宽度。考虑工人的工作舒适性,取工作台到地面的距离800mm到1000mm。为保证立柱和横梁的刚度,横梁和立柱应尽可能地低,在此设计横梁与主轴电机及减速装置齐高,一般电机及其减速装置高度350mm左右,取磨削头高度100mm,再加最大的加工厚度100mm,则横梁顶部到工作台的高度为350+100+100=550mm,横梁顶部到地面的高度为450+600=1150mm。为保证刚度,立柱和
8、横梁截面选定为边长600mm,宽度为300mm的长方形。具体尺寸参照设计图纸。2、运动参数设计参照金属切削手册第三版,龙门式磨床为平面磨,结合传动方案,选取磨头为杯形砂轮。又因为加工石材面积大,为提高加工效率,选择较大的杯形砂轮,参照标准中国国家标准GB 2485-84(表1所示),选取杯形参数为D=250mm对于磨削运动,主轴转速由主运动切削速度决定,并根据以下公式得出:参考孙凤池主编的机械加工工艺手册 第二卷第十二章第12-56页,大石材一般磨削速度为v=1015m/s,在此选择10m/s,即v=600m/min。则磨盘转速为n=(1000600)/(250)=764(r/min)。对于进
9、给速度,按孙凤池主编的机械加工工艺手册 第二卷第十二章非金属切削加工第12-55页表12.2-16桥式磨机主要参数,选取v=5m/min,在磨削过程中横向和纵向进给速度、均取5m/min。磨削深度参考金属切削手册第三版9.40页表9-22,对于平面磨为0.020.05mm,在此取磨削深度为=0.05mm。切削用量和速度参数列出如下:磨削速度 V=10m/s主轴转速 n=764r/min横向和纵向进给速度 =5m/min磨削深度 =0.05mm3、 动力参数设计动力参数主要包括机床各驱动电机的功率或转矩和液压驱动中系统压力、流量和液压泵电机功率。动力参数设计主要包括确定主轴电机功率及转矩。为了使
10、石材得到更好的表面质量,在每次磨削行程中磨头采用半边磨削,如图6 磨削模型c)中所示。为此,根据文献郭隐彪,工振忠所译,庄司克雄(日)所著磨削加工技术中等五章磨削力,建立图6所示磨削模型。其中和分别为压轴力的纵向和横向分力,用于纵向进给的功率估算,用于横向进给的功率估算。磨削过程中将产生周向磨削力用以估算主轴输入功率(图中未标出)。压轴力和周向磨削力计算公式如下:vnnFFxFy切削区非切削区图2.2 磨削模型a)b)c)bn式中参数V为进给速度,V=5m/min;参数为切削深度,=0.05mm;参数b为切削宽度,因为每次磨削行程中磨头采用半边磨削所以b=D/2=12.5mm,而且夹角=45;
11、参数v为磨削速度,v=10m/s;参数2为砂轮磨粒切削刃的前端顶角,是与砂轮牌号有关的参数,参照文献郭隐彪,工振忠所译,庄司克雄(日)所著磨削加工技术图5-4,选用砂轮牌号GC,得花岗岩=20;参数为砂轮磨削材料与石材的摩擦因素,查李大成主编机械设计手册第四版第一卷表1-1-7常用材料的摩擦因素,选择=0.25;参数为与被加工材料有关的参数,查文献郭隐彪,工振忠所译,庄司克雄(日)所著磨削加工技术表5-1即下表1.1,各种材料的值,得花岗岩=4300N/mm表1.1各种材料的值工件材料花岗岩硅纯铁铸铁(kgf/mm)4300550028004900代入各参数算得=606N,=207N。= =c
12、os45=430N。由此得:主轴负载转矩T= D/2=25.75Nm;主轴输入功率= v=20710=2.07KW;纵向进给机构,工作台输入功率= V=430560=0.035 KW;同样横向进给输入功率= V=430560=0.035 KW。以上为稳定工作时所需要的功率,并不能用于源动机的选择,源动机的选择应结合传动件的效率以及各种工作状态来计算源动机应保证的最大功率,以及应保证的最大转矩,以此为参考确定机床功率以及选择源动机参数。在所设计机床中动力部分包括电机驱动的主动系统,横向进给运动系统,竖直方向运动系统,和液压驱动的纵向进给系统,由于设计务为纵向进给运动系统,所以在以下章节给出纵向进
13、给运动的动力参数。2.2.3传动系统设计 机床传动系统设计主要包括:主传动系统设计与主轴微量手动调整系统设计、砂轮横向进给传动系统设计、工作台纵向传动系统设计和横梁的快速升降传动系统设计。1、 主传动系统设计 由前面分析可知该石板抛磨机磨头转速很低,运动形式简单,速度稳定,而一般电机转速均可满足要求,故可选择传统的机械传动方案来实现主轴运动要求,其传动原理图如图2.3-1所示。2、 磨头横向传动系统设计 磨头横向进给运动由液压驱动,为无级变速传动。因为行程太大,故采用双杆活塞缸,其中缸筒与主轴箱固连,活塞杆通过螺母副与立柱上的快速移动机构相连,即主轴箱通过液压缸在活塞杆上移动,实现磨头的横向进
14、给运动。3、 工作台纵向传动系统设计 工作台纵向传动由液压驱动,采用无级变速调速方案,同样因为行程太长,而选择采用双杆活塞缸,其中活塞杆与床身固连,缸筒与工作台固连,并带动工作台在活塞杆上作纵向进给运动。4、 立柱上的快速升降传动系统设计 立柱上的快速升降运动为辅助运动,本设计采用普通机械传动方案,因为要保证横梁在两立柱上同时移动,故采用由一个电机驱动,通过一组对称传动方案带动立柱上两根丝杠做同步转动。2.3 总体结构布局设计石板抛磨机床为龙门式结构,床身为基础支撑件,两个立柱对称安装在床身两边,立柱底端由床身通过螺栓连接,顶端由顶梁固定连接,这样,床身、立柱、顶梁形成一个矩形空间,为保证两立
15、柱安装后的平行度,立柱在顶梁上的定位应有调整垫片。横梁安装在两立柱上,主轴箱安装于横梁上。横梁在立柱上的布局有两种方式,一种是横梁安装于两立柱侧边,如图2.1所示,一种是横梁安装于两立柱之间,如图2.2所示。对比两种安装方式,若以前一种方式安装,则主轴箱在横梁上的安装也应是在横梁同一侧的侧边,主轴箱对横梁有一个倾覆力矩,同时,立柱也受到主轴箱和横梁两者叠加的倾覆力矩,对机床的刚度不利。若以后一种方式安装,横梁可由两条型钢组成,主轴箱安装于两条型钢中间,通过安装在型钢上的导轨导向,此时,主轴箱对横梁的作用力为对称的压力,无倾覆力矩,同时,主轴箱和横梁对立柱的压力与立柱轴线重合,也不会产生弯矩,这
16、样的结构布置对机床的整体刚度有利。通过以上分析,最终确定按横梁安装于两立柱之间的方式安装,横梁由两端的支撑块加两条与导轨一体的型钢焊接而成。图2.1 横梁布局1图2.2 横梁布局22.4 石板抛磨机总体图的绘制石板抛磨机总体图见图SBPMJ-00。3 石板抛磨机纵向进给传动系统设计确定石板抛磨机床纵向工作台各零部件装配关系以及各零部件的具体尺寸,并绘制石板抛磨机纵向工作台装配图。具体设计内容包括、导轨设计、液压缸设计。3.1 导轨设计按动学原理,所谓导轨就是将运动约束到只有一个自由度的装置。这一个自由度可以是直线运动或者是回转运动,导轨装置的精度、承载能力和使用寿命都将直接影响机械工件质量。3
17、.1.1 导轨类型及其特点导轨按结构形式可以分为开式导轨和闭式导轨。开式导轨是指在部件自重和外载作用下运动导轨和支承导轨的工作面始终保持接触、贴合。其特点是结构简单,但不能承受较大的颠覆力矩作用。闭式导轨借助于压板使导轨能承受较大的颠覆力矩作用,适用于轻型有且有较大颠覆力矩的传动系统。在此设计的龙门式石板磨削机,为重型机床,且工作台和工件的质量都较大,颠覆力矩相对工作台和工件的质量来说很小,所以在纵向工作台的导轨选择为开式导轨。导轨副按导轨面的摩擦性质分,可分为滑动导轨副和滚动导轨副,滑动导轨副相对滚动导轨稳定性好,刚度大;滚动导轨副相对滑动导轨副来说摩擦因素小,且静动摩擦因素比值小,所以不易
18、产生爬行现象,但是刚度和稳定性不如滑动导轨副。而在此设计的龙门式石板磨削机,为重型机床,且工作台和工件的质量都较大,纵向进给为低速进给,所以在此选择导轨副类型为滑动导轨副。3.1.2 导轨应满足的要求导轨应满足如下要求:精度高、承载能力大、刚度好、摩擦阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长等。 1、 导向精度高。导向精度是导轨副在空载荷或切削条件下运动时,实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的符合程度。影响导向精度的因素有很多,如导轨的几何精度和接触精度、导轨的结构形式、导轨和支撑件的刚度、导轨的油膜厚度和油膜刚度、导轨和支撑件的热变形等。直线运动导轨的几何精度一般包括:导轨在竖直平面内的直线度;导
19、轨在水平面内的直线度;导轨面之间的平行度。具体要求可参阅国家有关机床精度检验标准。接触精度指导轨副间摩擦面实际接触面积占理论接触面积的百分比,或用着色法检查25mm25mm面积内的接触点数。不同加工方法所生成导轨的表面,检查标准是不同的。2、 承载能力大、刚度好。根据导轨承受载荷的性质、方向和大小,合理地选择导轨的截面形状和尺寸,是导轨具有足够的刚度,保证机床的加工精度。3、 精度保持性好。精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的,常见的磨损形式有磨料磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。影响耐磨性的因素有导轨材料、载荷状况、摩擦性质、工艺方法、润滑和防护条件等。4、 低速运动平稳。当动导轨低速运
20、动或微量进给时,应保证运动始终平稳,不出现爬行现象。影响低速运动平稳性的因素有导轨的结构形式,润滑情况,导轨摩擦面的静、动摩擦因数差值,以及传动导轨运动的传动系刚度。5、 结构简单、工艺性好。3.1.3滑动导轨选择滑动导轨类型和特点如下表。龙门式磨床结构类似龙门工铣床,且由于床身为焊接床身,导轨不易与床身做成整体,所以参照下表选择镶钢导轨。导轨安装总长为5000mm,螺钉排布参照现有产品,每个导轨两排螺钉,相临两螺钉距离为200mm。具体设计参见图SBPMJ-0-0.表3.1 导轨的类型,特点及应用导轨类型主要特点应用普通滑动导轨(滑动导轨)1 结构简单,使用维修方便2 未完全形成液体摩擦时,
21、低速易爬行3 磨损大、寿命低、运动精度不稳定普通机械、冶金设备上应用普遍塑料导轨(贴塑导轨)1. 动导轨表面贴塑料软带等与铸铁或钢导轨搭配,摩擦系数小,且动、静摩擦系数相近。不易爬行,且抗磨损性能好2. 贴塑工艺简单3. 刚度较低、耐热性差,容易里蠕变主要应用于中、大型机床压强不大的导轨,应用日趋广泛镶钢、镶金属导轨1 在支承导轨上镶有一定硬度的钢板或钢带,提高导轨的耐磨性(比灰铸铁高510倍),改善摩擦或满足焊接床身的需要2 在动导轨上镶有青铜之类的金属防止咬合磨损,提高耐磨性、运动平稳、精度高镶钢导轨工艺复杂,成本高。常用于重型机床,如立车、龙门铣床和导轨上滚动导轨1. 动作灵敏度高、低速
22、运动平稳性好,定位精度高2. 精度保持性好,磨损小、寿命长3. 刚性和抗振性差,结构复杂成本高,要求良好的防护广泛用于各类精密机床、数控机床、纺织机床等动压导轨1. 速度高(90m/min600m/min),形成形成液体摩擦2. 阻尼大、抗振性好3. 结构简单,不需要复杂供油系统,使用维护方便4. 油膜厚度随载荷与速度而变化,影响加工精度,低速重载易出现导轨面接触主要用于速度高、精度要求一般的机床主运动导轨静压导轨1 摩擦系数很小,驱动力小2 低速运动平衡性好3 承载能力大,刚性、吸振性好4 需要一套液压装置,结构复杂、调整困难各种大型、重型机床、精密机床、数控机床的工作台3.2 液压缸设计通
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