半自动液压专用铣床液压系统设计

半自动液压专用铣床液压系统设计目 录1 概述 31.1 课题背景 31.2 课题内容 31.3 课题的意义 41.4 课题的创新点42 机械制造技术毕业设计的基本任务与要求42.1 设计任务52.2 毕业设计基本要求 53 刀库的设计53.1 确定刀库容量 53.2 确定刀库形式 63.3 刀库结构设计 73.4 初估刀库驱动转距及选定电机 83.4.1 初选电动机与降速传动装置83.4.2 初估刀库驱动转距83.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计83.6 刀库驱动转矩的校核103.7 花键联接的强度计算143.8 夹紧机构插销剪切强度的校核153.9 确定刀具的选择方式153.10 刀库的定位与刀具的松夹 154 刀具交换装置的设计164.1 确定换刀机械手形式174.2 换刀机械手的工作原理194.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序214.4 机械手回转轴 4 上的齿轮齿条设计214.5 自动换刀装置的相关技术要求224.5.1 主轴准停装置244.5.2 换刀机械手的安装与调试244.6 自动换刀程序的编制 245 夹具设计研资料究原始245.1 拟定夹具的结构方案245.2 确定工件的定位方式及夹具体元件的材料255.3 工件的夹紧方式，计算夹紧力并设计夹紧装置 265.4 机械加工工艺规程卡片306. 致谢 33参考文献书目 341 概述11 课题背景现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从 1962 年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术极其产品发展很快，已成为柔性制造系统（FMS ） 、自动化工厂（ FA） 、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲委员会（UNECE）和国际机器人联合会（IFR ）的统计，世界机器人市场前景看好，从 20 世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入 20 世纪 90 年代，机器人产品发展速度较快，年增长率平均在 10%左右。2004 年增长率达到闯记录的 20%。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达 43%。在自动化生产领域中，工业机械手是近几十年发展起来的。工业机械手的是从工业机器人中分支出来的。其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业具有准确性和各种环境中完成作业的能力。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。机械手由执行机构、驱动-传动机构、控制系统、智能系统、远程诊断监控系统五部分组成。驱动-传动机构与执行机构是相辅相成的，在驱动系统中可以分：机械式、电气式、液压式和复合式，其中液压操作力最大。本课题是数控机床上专用于工件和零件的夹持和自动运转的装置，其运动自由度多，且有严格的动作顺序要求、用液压驱动可实现动作自动循环，利于自动化和高效率等要求。12 课题内容本课题的基本内容是：1）功能原理方案分析2）液压系统原理图设计3）液压系统的计算4）油箱与执行元件工作图设计5）编写计算说明书13 课题的意义本课题所研究的数控机床的装夹装置属于工业机器人这一范畴，对它的研究实际上就是对工业机器人的研究。现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从 1962 年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术极其产品发展很快，已成为柔性制造系统（FMS） 、自动化工厂（FA） 、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改善着人类的生产和生活方式。随着加工行业在我国的迅速发展，各行各业的自动化装备水平越来越高，现代化加工车间，常常配有机械手，以提高生产效率，代替工人完成恶劣环境下危险、繁重的劳动。14 课题的创新点采用手动换向阀变换夹持方式，既可以双夹持也可以单夹持。2 机械制造技术毕业设计的基本任务与要求2 .1、设计任务（1）设计一个中等复杂的零件的加工工艺规程；（2）设计一个专用夹具；（3）编写设计说明书。2 .2、毕业设计基本要求（1）内容完整，步骤齐全。（2）设计内容与说明书的数据和结论应一致，内容表达清楚，图纸准确规范，简图应简洁明了，正确易懂。（3）正确处理继承与创新的关系。（4）正确使用标准和规范。（5） 尽量采用先进设计手段。3 刀库的设计刀库是带刀库自动换刀装置的主要部件之一，其容量形式、布局及具体结构对数控机床的性能有很大影响。3.1 确定刀库容量决定刀库容量时，首先要考虑加工工艺的需要，同时还要调查分析同类型、相近规格的自动换刀机床的刀库容量及其发展趋势。由于带自动换刀装置的数控机床主要是在多品种、单件小批生产时使用，因而应根据广泛的工艺统计，依大多数工件加工时需要的刀具数来确定刀库容量。例如，对功能较为齐全的加工中心而言，它可承担多个工件的切削任务，因而要配备刀具的种类和规格较多。通常，配备的刀具越多，机床能加工工件的比率也越高，但它们并不是成正比例关系。图 3-1 为刀库容量与机床能加工工件的比率统计曲线。刀库储存量过大，导致刀库的结构庞大而复杂,影响机床总体布局；储存量过小，则不能满足复杂零件的加工要求。因此，刀库容量应在经济合理的条件下，力图将一组类似的零件所需的全部刀具装入刀库，以缩短每次装刀所需的装调时间。对自动换刀数控机床的刀库容量，有关资料曾对 15000 个零件进行分组统计，指出不同工序加工时必须的刀具数不同，如图 3-1 所示。由图可知， 4 把铣刀可完成加工工件的 95左右的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成 70的钻削工艺， 14 把刀的容量就可完成 70以上工件的钻铣工艺，配有 1440 把刀具的刀库就能够满足 70-95工件的加工需要。因此，对XKA5032A/C 数控立式升降台铣床，从使用和经济效率角度来看，容量为 6 的刀库就可满足要求了。3.2 确定刀库容量由以上考虑 XKA5032A/C 数控立式升降台铣床的结构布局等原因，决定采用轴向放置的鼓盘式刀库形式。这种刀库结构简单，刀具排列较为紧凑，在刀库容理定为 6 的情况下体种不大，且取刀也较为方便，但需要考虑机械手的换刀动作空间。3.3 刀库结构设计如刀库装配图所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机接通，其运动经过十字联轴器、波传动减速器、套筒式联轴器、蜗杆、蜗轮后，再经花键联接传到刀盘上，刀盘带动刀座上的 6 个刀套转动，完成选刀动作。刀库装配图3.4 初估刀库驱动转矩及选定电机刀库回转运动多数采用液压马达、直流电动机驱动，并没有降速传动装置。3.4.1 初选电动机与降速传动装置刀库的驱动系统中，由于本刀库的驱动转矩小，且所需转速小，所以决定采用直流伺服电动机驱动。直流伺服电动机具有体积小，重量轻、伺服性好、力能指标高等优点，且该电机可用信号电压进行无级调速。采用型号为 90SZ03 的 SZ 系列电磁式直流伺服电动机，其基本参数为：功率 0.092KW，转速 3000R/MIN（袖珍机械师设计手册P1275） ；降速传动装置型号为 XB3-50-100A 的扁平式谐波传动减速器，其基本参数为：输入功率 0.092KW，输出转矩 18Nm（袖珍机械师设计手册 P1078-1079） 。3.4.2 初估刀库驱动转矩由于刀库容量 6，下面就以 THK6363 型自动换刀数控镗铣床的刀库为设计参考（查参考资料 14） ，采用经验法初估回转所需转矩。THK6363 型自动换刀数控镗铣床的刀库也是采用轴向放置的鼓盘式刀库形式，其容量为 36 把刀具，最大刀具重达 10kgf，刀库回转由最大扭矩为 25Nm 的液压马达经谐波减速器驱动。现在由于设计的刀库容量为 6 把刀具，可初估刀库驱动转矩(主要是指直接驱动刀盘转动的转矩)为 T0=8Nm。3.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计刀库的主运动是圆周回转运动，如图 3-3 所示,直流伺服电动机 1 通过弹性柱销联轴器与谐波传动减速器 2 联接减速后驱动蜗杆 3,设计刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动. 由刀库转位机构实现。己知直流伺服电动机 1 的功率为 0.092KW,转速为 3000R/MIN,谐波传动减速器 2 的传动比为 100.传动效率为 80%,1 经 2 减速后驱动蜗杆 3,蜗杆为主动,蜗轮为从动,要求传动此为 6,单向旋转,单班工作制,预计寿命为 5 年.图示 3-3 刀库转位机构传动示意图1)选择蜗杆传动类型根据 GB1008588 的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI） 。2)选择材料蜗杆采用 45 钢，齿面淬火，硬度为 4550HRC；蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuSn10Pb1，金属模铸造， =220 MPa， =220 MPa。2HP2FP3)确定主要参数蜗杆蜗轮传动，以蜗杆为主动，蜗轮为从动。为了提高传动效率，取 Z1=6，传动比取6，单向旋转，单工作制，预计寿命为 5 年。则 Z2= Z1i= 66=36。4)按齿面接触疲劳强度设计m2d1 KT2 (mm3)250ZHPa)计算蜗轮轴转矩 T2初估传动效率 =0.95,则T2=9549 =9549 =9549 0.95=133.53 Nm12Pn1/i0