卧式普通车床改双面铣床进给与控制系统设计

i 卧式普通车床改双面铣床进给与控制系统设计卧式普通车床改双面铣床进给与控制系统设计 摘摘 要要 机床改造又称机床再制造，它实际上是一种基于废旧机床资源循环利用的机床制造 新模式,对于循环再利用我国量大面广的老、旧机床设备资源以及更新提升我国制造业 机床整体质量和制造加工能力具有重要意义,并将导致若干新兴产业的形成。普通机床 的专机化改造是在目前国情下对其进行重新翻新利用的主要手段，本文通过对普通机床 进给系统进行改造使其成为一台专用机床，它不仅能大大提高劳动生产效率、降低生产 成本、减轻工人劳动强度，同时还给企业带来了可观的经济效益。 本文介绍了继电器-接触器在普通机床改双面铣床进给与控制系统中的应用，分析 了双面铣床的工作过程,设计了传动系统和蜗杆-蜗轮减速器，实现了双面铣床的自动循 环加工，大大提高了其自动化程度和工作效率。 关键词关键词: 机床改造； 专用铣床； 减速器； 电气控制 ii The Feed and Control System Design of Transforming the Horizontal Ordinary Lathe into the Double-sided Milling Machine ABSTRACT Machine transformation ,which is also called machine tool remanufacturing , is actually a new manufacturing mode of machine tool，which has great significance for recycling and reusing the worn-out resources and upgrading the whole quality and ability of our countrys manufacturing industry，and will lead to the formation of some new industries . The special modification of ordinary lathes is the primary means to reuse these old machines under the present national conditions. In this article, we make it a dedicated machine to transform the feed system of the ordinary machine. Not only can it enhance the productivity, reduce the processing cost and the workers labor intensity, but also bring the considerable economic benefits for the enterprise. This article describes the applications of relay - contactor in the double-sided milling machine and introduces the process of double-sided milling. After that, the transmission system and the worm and worm gear reducer are designed. Finally, the automatic cycle of the machine tool processing was realized and the machine greatly improved the automation level and work efficiency. Keywords: machine transformation; special milling machine; Decelerator; electrical control 目目 录录 摘 要 .I ABSTRACT .II 目 录 .1 第一章 绪论 .1 1.1 本课题的研究背景及意义.1 1.2 国内外机床改造的现状.1 1.3 机床技术改造的原则.2 1.4 机床改造的发展趋势和方向.3 第二章 对普通机床进行专机化改造的意义与方法 .4 2.1 普通机床与专用机床的特点分析.4 2.2 对普通机床进行专机化改造的意义.4 2.3 对普通机床进行专机化改造的方法.5 第三章 卧式普通车床改双面铣床的进给系统体设计 .7 3.1 专用机床与普通车床进给系统分析对比.7 3.2 机床进给系统工作原理.7 3.3 进给系统改造设计方案分析.7 3.4 进给系统改造方案设计.9 3.4.1 进给电机的选择 .9 3.4.2 选择丝杆 .11 3.4.3 变速箱的设计 .12 3.3.4 输出轴的计算校核 .15 3.4.5 输出轴轴承的计算校核 .19 3.4.6 轴承的配置 .22 第四章 双面铣床控制系统的设计 .24 4.1 电气控制系统的简介.24 4.2 电气控制系统的设计及要求.25 4.3 电气控制系统的结构及组成.25 4.4 电气控制系统的分析与设计.26 4.4.1 分析机床动作循环过程.26 4.4.2 各回路电气系统的设计.26 4.4.3 电气控制系统图的合成 .29 4.4.4 电气控制系统接线图 .29 结束语 .31 致谢 .33 参考文献 .34 附录 .35 0 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 本课题的研究背景及意义本课题的研究背景及意义 机械制造行业是国民经济的装备部，机械制造水平的高低决定着国家经济实力的强弱。 中国是目前世界上机床保有量最大的国家，很多机床在不久的几年将面临淘汰或报废， 对这些老而旧的机床进行技术改造，因而有关于机床技术改造的研究将得到大力的发展和加 强，因此机床专机化改造在我国的发展前景非常广阔。 普通机床的特点是加工灵活大，适应性强，对人的技术要求较高，易于维护，但加工精 度不高，容易受到人为因素的影响，且劳动强度很大。而专用机床是以通用部件为基础，配 以为特定工件特定外形和工序而设计的专用部件和夹具，然后才组成的半自动或自动专用机 床。专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通 用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经被标准化和系列化，因而我们可根据需要灵活配 置，这样就可以缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、 大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。 普通车床进给系统的改造的意义在于比原先的进给系统有了更好的准确性，稳定性，它 不仅能提高劳动生产效率、降低劳动成本、减轻工人劳动强度，同时还给企业带来了可观的 经济效益。 本次课程设计让我对机床有了更深的了解，使我学到了书本上学不到的知识，为我以后 走上工作岗位打下坚实的基础。 1.21.2 国内外机床改造的现状国内外机床改造的现状 在国外，机床改造也称机床再制造，它已有较长的历史。在美国有旧机床买卖改造组织 MDNA，到目前为止成立已有 50 多年，现在已有 400 多个会员厂家。同时国际上许多重要的 机床制造国家也都在开展机床再制造业服务，而且已经形成了一个独立的新的行业，同时形 成了成套的技术理论，产生了机床翻修、改进、改装、改造、再生、再制造等各种多样的技 术术语及相关的比较成熟的理论体系。在美国、日木和德国等发达国家的机床改造己成为新 的经济增长点，并早己实现了产业化发展。国外对机床技术改造的研究已趋于成熟，目前已 形成了一套普遍公认的机床改造方法，有翻修、重调、改装和再造等五种改造方法以及其他 一些较成熟的改造理论等。 1 在中国，机床改造研究和发展的起步时间相对世界上主要机床制造国家较晚，技术水平 也较落后。与国外机床技术改造的五种方式相比，我们所谓的机床改造包含了“改进”、 “改装”和“再造”三种方式，主要是指改装，是属于“再造”工程的范畴。但目前我国说 的机床改造还主要集中在机床的数控化改造阶段。另外，由于中国是目前世界上机床保有量 最大的国家，很多机床在不久的几年将面临大修提升甚至报废或淘汰，对这些老而旧的机床 进行技术改造，使其恢复生产意义重大。同时技术改造也是企业面对危机时期为摆脱困境首 先应考虑到的解决方法和途径，通过进行技术改造，它可以降低企业的生产成本，为企业赢 得生存的空间。再次，我国正处于工业化进程初期向工业化中后期转变的过程。在这一过程 中，经济增长的方式将由外延式扩张向内涵式增长转变，由粗放型向集约型转变，其最主要 的特点就是制造业设备更新改造加速，大量机床特别是各种高效机床投入使用，这就需要依 靠不断的技术改造与创新来维持工业化进程。另一方面，目前我国生产力总体水平还不高, 自主创新能力还不强,长期形成的结构性矛盾和粗放型增长方式尚未根本改变,很多企业经济 的增长仍未摆脱对资源投入的较高依赖,投入大、消耗高、效益低的局面没有得到根本改变， 这种粗放型的投资增长方式制约着企业经济发展。大多数企业整体上呈现技术水平过低，技 术陈旧、设备老化、工艺落后等状况，致使资源消耗比率和总量都显得过大，企业迫切需要 通过进行技术改造来更新老化的各种设备设施以恢复企业的 正常生产活动。 另外，随着中国的崛起，世界各国都把眼光投向了中国市场，大量公司、企业进军 中国市场。面对国外的先进技术产品严峻挑战，中国机床业面临技术改造和设备更新的 客观要求，只有这样才能缩短与国外高品质产品的差距并在此基础上赶超外国的先进技 术。 机床改造也称机床再制造，它实际上是一种废旧机床资源循环再利用的一种机床制 造新模式，对其进行研究并用它来指导循环再利用我国量大面广的老旧机床设备资源以 及提升我国制造业机床整体质量和制造加工能力具有重要意义，并将导致若干新兴产业 的形成。本文正是针对目前阶段企业迫切需要进行技术改造、不断创新的形势要求来分 析和研究有关机床行业进行技术改造的目的、改造方法和途径等相关的问题以及现阶段 国内外研究状况和其发展趋势，并用它来指导企业有针对性、有效地进行机床改造实践。 1.31.3 机床技术改造的原则机床技术改造的原则 机床行业进行技术改造的原则是在综合考虑企业现有的工艺能力、技术水平和资金承受 能力等因素的条件下，用较低的投入采用较合理的技术来革新原来的旧的生产设备，以达到 2 提高原设备的加工效率、自动化水平和操作的方便性等目的。因而改造要适度，不能盲目的 去改造，否则它可能会增加改造的成本是改造失去意义。改造时既要考虑企业资金承受能力， 还要考虑企业的改造技术水平以及机床各配套设备之间的匹配平衡关系等因素。只有综合考 虑各方面的影响因素，才能以较低的成本采用合适的技术水平进行机床改造，从而既充分利 用了各个设备的性能的同时又使整体经济效益达到最大化。 1.41.4 机床改造的发展趋势和方向机床改造的发展趋势和方向 (1）向低碳和绿色环保的方向发展 随着人们环保意思的加强，机床进行技术改造也加 入了环保的新要求，新一阶段的制造技术将是绿色制造的时代，它不但要求新一代的机床对 环境污染要小，同时还包括机床本身部件能循环利用。 （2）向节能省材方向发展 由于世界范围内的能源与资源的有限和短缺，对机床的制造 和改造提出了节能和节约材料的新要求，通过减少机床对能源和原材料的浪费，它大大降低 了企业的生产成本，为企业带来了客观的经济价值。 （3）向产业化、模块化和标准化方向发展 由于机床再制造的诸多优点，使得其在国外 很快得发展，现在已形成一个独立的新的行业。很多机床制造企业专门成立了自己的机床改 造的服务部门，另外还有的企业的主营业务就是帮助其他企业进行机床改造，同时它的专业 化和产业化发展同时又促进了相关机床零部件的标准化，进而保证改造的进度，提高效率。 3 第二章第二章 对普通机床进行专机化改造的意义与方法对普通机床进行专机化改造的意义与方法 2.12.1 普通机床与专用机床的特点分析普通机床与专用机床的特点分析 普通机床的特点： 普通机床的优点是加工灵活性大，适应性强，对人的技术要求较高，易于维护，但加工 精度不高，容易受到人为因素的影响，另外工人的劳动强度大。 专用机床的特点 （1）由于专机采用了大量的通用部件和标准零件和少量的专用部件较少，因此设计和 制造的周期短，投资少，经济效果好。 （2）改造后的专机一般采用多刀、多面、多工位加工，而且有一定的自动化程度，因 而生产效率较其他机床高，同时产品质量稳定，工人劳动强度低。 （3）由于采用了相应的专用夹具和导向装置等，加工质量主要由相应工艺设备来保证， 较低了操作工人技术水平的要求，同时还大大减低了工人的工件装夹的工作量。 （4）由于专用机床采用了大量的通用部件和标准件，方便了机床的维修工作，同时当 机床不再使用时，其相应的通用部件和标准件和可以重复利用，不必另行设计和制造，造成 不必要的资源浪费。 （5）它还易于与其他专机组合成生产流水线，以适应大规模的生产要求。 所以，与普通机床相比，专用机床有着无可比拟的优点。 2.22.2 对普通机床进行专机化改造的意义对普通机床进行专机化改造的意义 我国普通机床普遍存在数量大、技术含量低、设备陈旧等问题，从而导致企业生产效率 低，生产的产品质量不高等，而且一般的机床对于特定的工件则无法加工。为此设备的更新 成为很多企业持续发展的必须解决的问题，然而购买新机床来替换旧机床将要花费一大笔资 金，这对于一般的中小企业来说是一个难以承受的资金压力，同时将原有旧机床一并报废也 是一种浪费。问题的解决办法就是我们可以充分利用这些废旧的的机床设备，通过对其进行 改造，使其能满足生产加工的要求，这样不仅充分利用了现成资源，为企业节约了大笔购买 设备的资金，同时还满足了生产加工要求，生产实践也证明了这是一种既经济又有效的解决 问题的办法。不仅可以可以加工特定零件的特定工序，还大大提高了生产效率。专机化改造 可以适时的根据企业生产要求的变化不断调整，具有很高的灵活性。 4 2.32.3 对普通机床进行专机化改造的方法对普通机床进行专机化改造的方法 对于普通机床的专机化改造主要有两种方式：1.用技术性能更为先进的新机床代替技术 性能老化的旧机床；2.根据生产工艺需要对普通设备进行针对性的、有效的专机化改造技术 改造，使旧设备适应新的生产需要。显然第一种方案需要大量资金的支持，对于流动资金较 少、规模小，难以从银行获得大额贷款的企业来说无疑是难以实现的。而第二种以少量的投 资、较小的工作量，对原有设备进行技术改造，其针对性强、周期短可以保证改装机床能及 时、有效地适应技术发展的要求。结合课题，这里主要对根据生产工艺需要对普通设备进行 针对性的、有效的专机化改造的技术改造步骤进行分析。具体改造方法如下： 对专机改造只需要保留原有机床的床身、导轨等，把其余的零部件如主轴箱、方刀架等 拆除。加工时采用双面同时铣削，故需在工件两侧分别布置电动机和铣轴箱，电动机与铣轴 箱之间由联轴器连接。该机主运动为由两台主电动机提供动力驱动工件两侧端面铣刀的旋转 运动，进给运动则是由横拖板带动工件的横向直线运动。故机床的大体布局为两侧分别为主 电机、铣轴箱、端面铣刀，中间为被加工的减速器箱体以及专门设计的工件夹具和横拖板等， 专机的主运动是主电机+铣轴变速箱+铣刀，进给运动由进给电机+变速箱+丝杠提供，其大体 布置如下图： 电机 联轴器 铣轴箱 夹具体 图 2-1 双面铣床布置图 5 俯视图如下： 图 2-2 机床俯视图 6 第三章第三章 卧式普通车床改双面铣床的进给系统体设计卧式普通车床改双面铣床的进给系统体设计 3.13.1 专用机床与普通车床进给系统分析对比专用机床与普通车床进给系统分析对比 普通车床进给系统在连续的使用过程中，由于磨损等原因，使丝杠与丝母间隙过大，产 生轴向窜动，影响进给精度。通过调整可消除丝杠与丝母间的间隙，但实践证明，这种调整 方法只消除了丝母的磨损间隙，而没有消除丝杠的磨损间隙。如果按丝杠磨损较大部位调整 丝母，则在丝杠磨损较小部位可能因间隙过小而使进给手柄转动太沉。经过长期的观察和实 践，发现几乎所有的机床都在很大程度上存在着进给机构精度因磨损而严重下降的问题。普 通车床的进给机构因其使用频繁且承受很大的切削力，所以，磨损程度比较严重，如果能够 有效地解决车床的进给精度问题对其它类似的机构都有指导意义。目前 针对普通车床横向 进给机构的进给精度问题多采用以下解决方案:更换新的横向进给丝母。必要时，对横向进 给丝杠进行修复，然后再配作丝母，这种办法并没有从根本上解决横向定位精度问题。机床 只是在修复后最初阶段能够保障横向进给精度，数月后就进人反复调整阶段.而且加大了维 修成本。也有人试图用改进进给丝杠支承结构或减小丝杠变形的方法来解决问题。这种方案 仅提高了丝杠的刚度，虽然能够间接地减缓丝杠和丝母的磨损，但仍然没有从实质上解决问 题。这种方法的缺点是改造的成本和维修费用很大。 进给系统的具体改造如下：机床的横拖板尺寸大，不能满足工件和夹具的安装放置要求， 同时纵拖板的导轨长度也不能满足工件的最大加工行程，故需要去除原来机床的进给传动系 统，重新设计机床的进给系统。考虑制造等工艺性问题，我们可把重新设计的进给结构分作 三层，上层是横拖板，中间层是导向板,上层和中间层之间通过燕尾导轨副来进行导向从而 获得工件所需要的横向进给运动，其次底层是底板，其放置并固定在原机床导轨上，为上面 两层提供基础。另外， 再在中间层导向板上加上传动丝杠，使其与固定在横拖板上的螺母 构成丝杠螺母传动副，丝杠外侧再与变速器和进给伺服电机等相连接，便构成了机床的横向 进给系统,具体构成是：进给电机变速箱-丝杠-拖板（工作台） 。电动机与铣轴箱之间 由联轴器连接，该机主运动为由两台主电动机提供动力驱动工件两侧端面铣刀的旋转运动， 进给运动则是由横拖板带动工件的横向直线运动。改造后机床进给机构的进给精度大大提高， 具有普通机床无可比拟的优点。 3.23.2 机床进给系统工作原理机床进给系统工作原理 机床进给系统的工作原理: 按下主运动按钮，两侧主运动电机带动铣轴箱主轴旋转； 7 同时，冷却液泵电机起动，带动冷却液泵工作。再按下进给电机的按钮，使得进给电机也开 始工作，进给电机通过联轴器带动蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器通过联轴器连接丝杠副， 带动丝杠做旋转运动，丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直 线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。所以说丝杆可以将旋转运 动转化为直线运动，带动工作台向前进给，由左右两铣刀同时完成轴孔两端面的加工，延时 20s 后电机反转，自动实现后退，压下行程开关后，延时 20s 进行装卸工件，装上工件后开 始下一轮进给。 3.33.3 进给系统改造设计进给系统改造设计方案分析方案分析 在进给传动系统上，一般机床的横拖板较短，工件尺寸比机床的横拖板尺寸大，不能满 足工件和夹具的安装放置要求，同时纵拖板的导轨长度也不能满足工件的最大加工行程，故 需要去除原来机床的进给传动系统，重新设计机床的进给系统。考虑制造等工艺性问题，我 们可把重新设计的进给结构分作三层，上层是横拖板，中间层是导向板, 上层和中间层之间通过燕尾导轨副来进行导向从而获得工件所需要的横向进给运动，其次底 层是底板，其放置并固定在原机床导轨上，为上面两层提供基础。另外， 再在中间层导向 板上加上传动丝杠，使其与固定在横拖板上的螺母构成丝杠螺母传动副，丝杠外侧再与变速 器和进给伺服电机等相连接，便构成了机床的横向进给系统, 进给运动由进给电机+变速箱+ 丝杠提供。进给传动系统图如下图 3-1 所示： 图 3-1 进给传动系统图 8 总体方案所要求加工过程：开机（按钮，铣刀开始旋转）装夹工件开始（按钮） 横向工进（进给伺服电机转动）加工到位暂停 20 秒横向工退（进给电机反转）回到 原位（进给电机暂停）卸工件停机（主电机和进给电机都停止工作） 。工件的暂停和装 卸工件位置确定由行程开关+死挡铁控制，时间继电器控制完成，整个工作循环由电气控制 完成。 工作循环图如下图 3-2 所示： 图 3-2 工作循环图 3.43.4 进给系统改造方案设计进给系统改造方案设计 3.4.1 进给电机的选择 (1)确定电动机所需功率 电动机所需功率为，工作机所需要的有效功率为. =FV/1000 F为运行阻力，V为工作机受力方向上的速度(m/s)，其中F=5000N; 9 已知进给量S=1.2mm/r,运行阻力F=5000N，铣轴箱主轴转速为n=200r/min; =S*n =1.2mm/r*200r/min =240mm/min=4*m/s = 4*m/s *5000/1000 =0.02kw 是为克服阻力所需要的最小功率，是进给速度 联轴器效率，=0.99(见机械设计课程设计P19表33) 一对滚动轴承效率，=0.99(见机械设计课程设计P19表33) 2 丝杆效率，=0.95(见机械设计手册 P5) 蜗杆传动效率，=0.75(见机械设计手册 P5) =* =0.99*0.99*0.95*0.75 =0.69 所以进给电机功率 : Pw=/ =0.02/0.69 =0.029kw (2)选择电动机型号 由计算所得，进给电机功率为29w，查机械设计课程设计手册P176，选择电机的型号是 YS5024，该电机功率是40w。 根据电机型号，得到电机的转速n=1400r/min，效率 3.4.2 选择丝杆 10 (1)丝杆直径计算 根据机械实用手册，查得螺杆中径公式： = =0.8，整体式螺母=1.22.5，取=2； 进给速度 : = =S*n =1.2mm/r*200r/min =240mm/min=4*m/s =0.24m/min S是给定的进给量，n是给定的铣轴箱主轴转速。 该速度小于2.4m/min,所以此速度为低速，许用压强 P=7.513，取p=10;(见机械设计课程设 计手册p6) 所以 = =0.8*=12.65mm 公称直径 : =+ H 螺纹的工作高度： H=0.5P =0.5*5=2.5mm 导程根据标准通用的丝杆来选取，一般直径小于35mm，P取5mm =+ H =12.65+1.25 =13.9mm 根据机械手册中标准通用的丝杠标准，取=16mm 11 (2)丝杆长度选取 根据机床的俯视图可以得到行程长度l=520mm,所以选取丝杆长度L=1000mm 3.4.3 变速箱的设计 1、计算变速箱传动比 =/p =240mm/min/5mm =48r/min 是丝杆的转速，P是导程。 传动比 I=n/ 1 n =1400/48 =29.1 根据传动比选择变速箱的变速方法,由于降速比比较大，所以可以选择蜗杆-蜗轮减速器来 作为变速箱。 2、选择材料 根据 GB/T10085-1988 推荐，采用渐开线圆柱蜗杆传动（ZI） 蜗杆采用 45 钢，考虑效率高些，耐磨性好些，蜗杆螺旋面进行表面淬火，硬度为 4555HRC。蜗轮采用铸锡青铜 ZCuSn10Pb1，金属铸模制造，为节省贵重金属，仅齿圈用青 铜制成，轮芯用铸铁 HT100 制造 3、确定蜗杆头数 蜗杆头数根据传动比和效率来选定。单头蜗杆的传动比较大，但是效率较低，为了提高效 率，应增加蜗杆头数。但是头数过多，又会给加工带来困难，所以取 4、按齿面接触疲劳强度进行计算设计： (1)确定作用在蜗轮上的转矩 T2 按，估取效率为0.8，则作用在蜗轮上的转矩 66 w 2 2 0.04 0.8 9.55 109.55 106370 1440 29 P TN mm n 12 (2）确定载荷系数 K 因载荷平稳，故取载荷分布不均匀系数，由机械设计书 P253 表 115 选取使用1 K 系数 KA=1.15,由于转速不高冲击不大，可取 KV=1.05. 21 . 1 05 . 1 15 . 1 1 K KKK A (3)确定弹性影响系数 ZE 因为选用的是铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配，所以 ZE=160MPa1/2 (4）确定接触系数 ZP 先假设蜗杆分度圆直径 D1和传动中心距 a 的比值为 0.35，从机械设计图 1118 中可以 查得 ZP=2.9。 (5）确定许用接触应力 蜗轮材料为铸锡青铜 ZCuSn10Pb1，金属铸模制造蜗杆硬度 45HRC，查机械设计P254 表 117 得蜗轮的基本许用接触应力为。MPa H 268 应力循环次数：N= 60jn2Lh=60*1*1440/29.1*48000=1.38*108 寿命系数: 7 8 8 10 1.16 1.38 10 HN K 所以许用应力为：1.16 268311.58 HHNH KMPa (6)计算中心距: 假设 d/a=0.35 2 2 33 2 160 2.9 1.21 5466.8424.477 311.58 E H Z Z aKTmmmm 校核 取中心距为 a=40，因 i=29.1，故从机械设计P245 表 112 中取模数 m=2mm，蜗杆分度 圆直径 d1=22.4mm，这时,从机械设计P253 图 1118 中可查得，因为 1 0.56 d a 2.6 p Z 所以以上计算的结果可用。 ZZ 5、蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸 （1）蜗杆的尺寸 轴向齿距 Pa=m=19.792mm，直径系数 q=10.0；齿顶圆直径 da1=d+2ha*m=75.6mm 13 齿根圆直径，分度圆导程角mmmChdCmhdhdd aaff 25.47222 * * 1 * 1111 r=11.31。蜗杆轴向齿厚。mmmSa896 . 9 2 1 （2）蜗轮尺寸: 蜗轮齿数取整 z2=58; 21 z29.1 258.2iz 验算传动比： i= / =58/2=29 2z1z 这时传动比误差 =0.34%,这是允许的 蜗轮分度直径: 22 2*58116dmzmm 变位系数 12 2 4022.4 116 9.14 222 2 dda x mm 蜗轮喉圆直径: * 22 * 2222 2 22 ()1162 219.1483.44mm aa aa a hm hx ddhdm xh 蜗轮齿根直径: * 22 222 21162 219.140.2574.44 fa ff hm hxc ddhmm 6.校核齿根弯曲疲劳强度 疲劳强度： FFaF YY mdd KT 2 21 2 53 . 1 当量齿数 2 2 3 59.5 cos v z z 根据 x2=-9.14,zv2=59.5 从图机械设计P255 图 1119 中可查得齿形系数 YFa2=3.7,已 知31.11 螺旋角的系数 。9192 . 0 140 1 Y 14 许用弯曲应力 FNFF K 从表 11-8 中查得由 ZCuSn10P1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力。 Mpa56 F 寿命系数 66 99 8 1010 0.578 1.38 10 FN K N 56 0.57832.39 F MPa 按照表 13-6,取 按照表 13-5，X=0.44，Y 值需在已知型号和基本额定静载荷后才能求出。现暂选一近似中间 值。去 Y=1.2,则 P=1.2*(0.44*320+1.2*227)=496N 根据式（13-6）求轴承应有的基本额定动载荷值 查机械设计得到 是使用时间，一般来说，使用时间为 10 年，每年工作 300 天，每天工作 16 小时,所以 =10*300*16=48000h。 按照机械设计选择 C=10KN 的 7004AC 轴承如下： （1） 求相应的 e 值和 Y 值。相对轴向载荷为,在表中介于 0.0290.058， 对应的 e 值为 0.40.43，Y 值为 1.41.3. （2） 用线性插入法求 Y 值。 21 Y=1.3+=1.36 故 （3） 求当量动载荷 P=1.2*(0.44*320+1.36*227)=539N （4） 验算 7004AC 的寿命 =5833935h48000h 即高于预期计算寿命，故可用 7004AC 轴承。 3.4.6 轴承的配置 一般来说，一根轴需要来两个支点,每个支点可由一个或一个以上的轴承组成。合理地轴承 配置应考虑轴在机器中有正确的位置、防止轴向窜动以及轴受热膨胀后不致将轴承卡死等因 素。 通常轴承的配置方法有三种： （1） 双支点各单向固定 （2） 一支点双向固定，另一端支点游动 （3） 两端游动支承 双支点各个单向固定的轴承常用两个反向安装的角接触轴承或圆锥滚子轴承，两个轴承各限 制轴在一个方向的轴向移动，这种配置在受热变形方面，因运转时轴的温度一般高于外壳温 度，轴的径向和轴向膨胀会大于外壳的膨胀，所以可能会导致卡死。因此对于跨距较大且工 作温度较高的轴，其伸长量大，应采用一支点 固定，另一支点游动的支承结构。因此选用 第二中轴承，即一支点双向固定，另一支点游动的轴承。 所以蜗杆轴上轴承的配置方案如下图所示： 22 图 3-5 轴承的配置图 23 第四章第四章 双面铣床控制系统的设计双面铣床控制系统的设计 4.14.1 电气控制系统的简介电气控制系统的简介 电气控制技术是随着科学技术的发展和对生产工艺不断提出新要求而迅速发展起来的。 回顾电气控制技术的发展历程，它已经从手动控制发展到自动控制、从断续控制发展到连续 控制、从有触电的硬件控制发展到以微处理器为核心的软件控制。随着新的控制理论、新型 电器及新型器件的出现，电气控制技术仍将继续发展。 在生产机械电力拖动的早期，主要采用电气控制线路比较简单的集中拖动方式，即一台 电动机拖动多台生产设备。后来随着生产机械功能的增多，其机械结构越来越复杂，为简化 传动机构也就随之出现了分散拖动方式，即各个传动机构分别由不同的电动机拖动，使电气 控制电路复杂化。对于以开关量控制为主的断续控制方式，普遍采用由低压电器组成的继电 器-接触器控制系统。这种控制系统的缺点是往往需要在多种低压电器之间进行复杂的硬件 接线，才能实现某一固定的逻辑功能。若想改变其控制功能就必须改变继电器控制电路的硬 件接线，显然这样的控制电路使用起来不灵活、触点易损坏、可靠性差。 从上世纪中叶开始，企业为了提高生产效率而寻求另外一种全新的控制方式。设想有这 样一种控制装置，它既具有计算机控制的功能性、灵活性、通用性，又具有继电器-接触器 控制方式的简单性、操作方便性、价廉性，这就是可编程序控制器，它的出现开创了以微电 子技术为核心的数字化电气控制技术的新局面，它用软件手段来实现各种控制功能，这一全 新的技术很快得到了飞速的发展。现在的可编程序控制器不仅具有逻辑控制功能，而且还增 加了数据运算、传送与处理功能，成为具备计算机功能的一种通用工业自动控制装置。目前 在国际上，可编程序控制器已作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制领域。 上世纪中叶，电气控制领域进行了一场重要的技术变革，即原来只能用于恒速传动的交 流电动机实现了速度控制，而引发这一技术变革的导火线就是变频器。近 20 年的时间内， 变频器经历了由模拟控制到全数字控制和由采用 BJT 器件到采用 IGBT 器件两个大的发展进 程。目前从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动 到多机协调传动，几乎都可采用交流调速传动。当前，机械制造业发展的一个明显趋势是越 来越广泛地应用数控技术。普通机械逐渐被数控机械所代替，数控机床则是数控机械的典型 代表。步进电机、伺服电机及其驱动控制系统在数控机床等现代机电设备中得到了广泛的应 用。 24 随着信息时代的到来，电气控制技术相继出现了直接数字控制系统、集散控制系统、现 场总线控制系统等高新技术，这些高新技术将电气控制技术推进到了更高的水平。 综上所述，电气控制技术的发展总是和社会生产力的发展状况息息相关的。社会生产规 模的扩大、生产水平的提高要求电气控制技术不断地发展创新，而电气控制技术的进步又促 进了社会生产力的发展。 4.24.2 电气控制系统的设计及要求电气控制系统的设计及要求 电气控制设计包括电气原理图设计和电气工艺设计两部分。电气原理图设计使为满足生 产机械及其工艺要求而进行的电气控制系统的设计；电气工艺设计是为满足电气控制系统装 置本身的制造、使用、运行、以及维修的需要而进行的生产工艺设计，包括机箱设计、布线 工艺设计、保护环节设计、人体工学设计及操作、维修工艺等等。 电气原理图设计的质量决定着一台设备的实用性、先进性和自动化程度的高低，是电气 控制系统设计的核心。 改造后的专机要求的运行过程如下： （1）按下主运动按钮，两侧主运动电机带动铣轴箱主轴旋转；同时，冷却液泵电机起 动，带动冷却液泵工作。 （2）装卸工件。（手动） （3）为提高加工效率和自动化程度，要求当工件夹紧后，左右端面加工由该专机自动 完成。具体过程如下： 当操作者按下进给运动按钮后，进给电机起动，带动拖板（工作台），运载工件向前进 给，由左右两铣刀同时完成轴孔两端面的加工；压下行程开关（前端的）后，停止进给（进 给电机断电），延时 20 秒后电机得电并反转，自动实现后退；压下行程开关（后端的，也 就是起始端）后停止进给（进给电机断电）；开始卸工件，并装下一个工件。 进给系统除有电气保护外，还要求设有行程机械保护措施。 4.34.3 电气控制系统的结构及组成电气控制系统的结构及组成 双面铣床控制电路分为主控制电路、照明电路、指示电路和控制电路，主控制电路一共 配置有四台电机，分别是两台主电机，只需正转；冷却液电机一台，也只需正转；进给电机 只有一台，需要正反转，其中 M1、M2 是主电机，分别有 M1、M2 控制，M3 是冷却电机，由 接触器 M3 控制，M4 是进给电机,由接触器 M4 控制。FU 是旋转式熔断器，对电路进行短路保 护，FR1-FR5 是热继电器，分别对电机进行过载保护,短路保护由熔断器 FU 实现。主控制电 25 路图如下所示： 图 4-1 主控制电路图 4.44.4 电气控制系统的分析与设计电气控制系统的分析与设计 4.4.1 分析机床动作循环过程 当操作者按下进给运动按钮后，进给电机起动，带动拖板（工作台），运载工件向前进 给，由左右两铣刀同时完成轴孔两端面的加工；压下行程开关（前端的）后，停止进给（进 给电机断电），延时 20 秒后电机得电并反转，自动实现后退；压下行程开关（后端的，也 就是起始端）后停止进给（进给电机断电）；开始卸工件，并装下一个工件。 4.4.2 各回路电气系统的设计 1、主电动机的控制： 合上电源开关 QS,电源指示灯亮；旋转按钮 SA2 用于控制照明电路。当按下 SB1,KM1 线圈通 电，KM1 的主触点闭合，主电动机 1 启动，按下 SB2,KM2 线圈通电，KM2 的主触点闭合，主 电动机 2 启动。SB4 是急停按钮，紧急时刻切断电源，防止事故。SQ3 和 SQ4 是限位开关， 起保护作用，切断接触器线圈控制电路避免运动部件因超出极限位置而发生事故。FU6 是熔 断器，起短路保护作用。 26 图 4-2 主电动机的控制回路图 2、冷却电机的控制： 按下转换按钮 SA2,KM3 线圈通电，KM3 的主触点闭合，冷却电机开始工作；断开 SA2，冷却 电机停止工作。冷却电机是在主电机启动后才启动的。电路图如下所示： 图 4-3 冷却电机的控制图 3、进给电机的控制: 27 SQ1、SQ2 是行程开关，SQ3、SQ4 是限位开关，SQ3、SQ4 与急停按钮和过热保护开关都串接 在控制电路的一开始, 起保护作用，切断接触器线圈控制电路避免运动部件因超出极限位置 而发生事故。 (1）开始加工，按下进给电机启动按钮 SB3-接触器 KM4 线圈得电-KM4 常开触头闭合 自锁-进给电机正转；同时 KM4 常闭触头打开-切断反转电路（互锁） ；工件开始进给。 (2）进给完成，当压下行程开关 SQ1 时，-切断正转电路（线圈 KM4 失电） ，正转停止， 靠死挡铁限制工作台前移；同时接通时间继电器 KT1 进行延时控制。 (3）工作台停留也就是延时时间到-KT1 延时常开触头闭合-接触器 KM5 线圈得电- -接通进给电机反转电路-工作台后退； (4）后退压下行程开关 SQ2-切断后退电路（KM5 失电） ，工作台移动用死挡铁限制；同时 接通时间继电器 KT2 进行延时控制。 (5）延时时间到，KT2 延时常开触头闭合-第二个工作循环开始。 电路图如下图所示： 图 4-4 进给电机的控制回路 4、指示灯及照明电路部分： 下图分别是指示电路和照明电路，照明电路用选择开关 SA2 控制，按下开关 SA2，灯泡 EL 发光，切断照明电路就断开 SA2，FU4、FU5 是旋转式熔断器，对电路进行短路保护，而指示 电路不需要开关控制，当启动主动电机是指示灯就发光。 28 图 4-5 指示灯及照明电路 4.4.3 电气控制系统图的合成 设计好各个回路后，就需要将它们合成一张整体的电气控制系统图,电气控制系统图有 主控电路和控制电路两部分；主控电路电压 360V ，控制电路只有 36V，所以需要在中间加 上变压器，在设计控制系统时还需要在电路中加上保护装置。图中 FU1-FU6 是熔断器，起到 短路保护的作用,主控电路和控制电路都需要有；FR1-FR5 是热继电器，分别对电机进行过 载保护；限位保护保