高精密立式车镗复合加工中心毕业答辩

1、毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息答辩人：黄二朝答辩人：黄二朝指导老师：于贺春指导老师：于贺春时间：时间：2012年年5月月28日日高精度立式车镗复合加工中心高精度立式车镗复合加工中心X X轴及轴及Z Z轴设计轴设计毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息绪论绪论机床整体结构方案设计机床整体结构方案设计关键部件设计分析关键部件设计分析结论与展望结论与展望主要内容主要内容毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息绪论绪论1.1 研究意义研究意义随着工业技术的发展，对加工精度的要求越来越高；主轴作为机床的核心部件，其制造精度及回转精度决定了机床加工精度；轴套作为主

2、轴的核心部件需要一次性高精度的加工。我组所设计的高精度立式车镗复合加工中心完全能够胜任此项工作，即能够一次性装夹完成所有加工任务。这样，不仅提高了轴套的加工精度，同时也使生产的效率得到大幅提升。我所设计的部分是镗刀主轴及X轴、Z轴进给系统的设计工作。其结构设计对于保证本台加工机床的加工精度具有非常重要的影响。毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息图图 1 1 机床整体结构机床整体结构整体方案设计整体方案设计X轴进给系统Z轴进给系统镗刀主轴车刀刀架C轴该立式车镗复合加工中心采用龙门式布局形式，左右两侧设计两个立柱。每个立柱上设有双排导轨，活动横梁两端安装在两个立柱上并由驱动机构带动，

3、沿两个立柱进行Z轴方向移动，动梁上面装有X轴滚珠丝杠，其上装有驱动机构，镗刀主轴可沿活动横梁的导轨进行X轴方向移动，进而完成镗孔加工。同时在车削过程中C轴带动工件以一定的转速运动，安装在立柱左侧的刀架在驱动伺服电机的带动下沿W方向移动，从而完成车削工作毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息我所设计的结构如右图所示Z轴进给高精度立式车镗复合加工中心X轴及Z轴X轴进给镗刀主轴毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息所设计部分性能参数如下所设计部分性能参数如下移动范围：工作台左右行程（X轴）： 600mm镗刀主轴箱上下行程（Z轴）： 720mm加工范围：镗孔最大直径： 150m

4、m加工工件最大高度： 700mm转速范围：额定转速： 1500r/min最大转速： 6000r/min毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息精度范围镗刀主轴回转精度： 0.005mm 直线定位精度： 0.010mm重复定位精度： 0.005mm电机功率： 11KW最大进给速度： 0.5m/s毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息传动系统传动系统电主轴电机液压油缸刀具加紧装置镗刀电主轴采用内置超同步主轴电动机，机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。故电机功率可以几乎100%传递给机床主轴，又由于缩短了传动链，也提高了机械

5、加工的精度。电主轴三维视图如右图所示：镗刀主轴传动系统镗刀主轴传动系统图图1 镗刀主轴传动系统镗刀主轴传动系统转轴毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息X轴及轴及Z轴传动系统轴传动系统X轴及Z轴进给系统均采用发那科（FANUC）伺服电动机驱动，电动机转轴与滚轴丝杠轴端用精密弹性膜片联轴器直接相联。其中，X轴进给传动系统采用一台iF 8/3000型1.6KW的电 机 驱 动 ； Z 轴 进 给 传 动 系 统 采 用 两 台iS12/4000型2.7KW的电动机驱动。而伺服电动机内置的角度编码器确保了进给的准确性。X轴及Z轴进给传动的导向系统采用成对使用的THK公司导轨滑块，使镗刀主

6、轴刀具在进给切削过程中准确可靠！毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息X轴进给传动系统连接如图所示轴进给传动系统连接如图所示膜片联轴器伺服电机滚珠丝杠导轨滑块镗刀主轴电机安装座图图 2 X轴进给传动系统轴进给传动系统毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息伺服电机弹性联轴器滚珠丝杠导轨滑块平衡油缸镗刀主轴Z轴进给传动系统连接如图所示轴进给传动系统连接如图所示图图3 Z轴进给传动系统轴进给传动系统毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息部件结构设计部件结构设计光栅盘扫描单元电主轴电机拧紧螺母图图4 4 海德汉角度编码器海德汉角度编码器 使用海德汉角度编码器设置在镗

7、刀主轴的端部，用来检测镗刀主轴角度位移所产生的误差。角度编码器是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理，测量精度达到正负5分。镗刀主轴角度编码器安装位置如下图所示：镗刀主轴检测装置设计镗刀主轴检测装置设计毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息X轴直线光栅尺光栅扫描头Z轴直线光栅尺图图5 5 直线光栅尺安装位置直线光栅尺安装位置直线进给传动检测装置设计直线进给传动检测装置设计使用直线光栅尺设置在X轴及Z轴进给方向上。因为直线光栅尺测量直线轴位移时不存在任何附加的机械传动

8、元件。用直线光栅尺控制位置的控制环节包括了全部进给机构。安装在活动横梁上的直线光栅尺可以检测出机械传递误差并能在控制系统电路中予以修正。因此它能修正以下潜在的误差：l由于滚珠丝杠温度特性所导致的位置误差；l反向间隙；l滚珠丝杠螺距误差导致的运动特性误差。直线光栅尺在X轴及Z轴进给方向安装位置如右图所示：毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息图图6 6 镗刀电主轴前轴承安装方式镗刀电主轴前轴承安装方式轴承润滑油口锁紧螺母BT45型刀柄XC7019C.T.P4S轴承支撑设计轴承支撑设计选择怎样的轴承及轴承的安装方式决定了镗刀主轴所能达到的最高切削转速和回转精度。本次设计中选择电主轴标配

9、角接触陶瓷球轴承。这种轴承标准化程度高，对机床结构改动小，便于维护保养，特别适合于高速运行场合其组装的高速电主轴，具有高速、高刚度、大功率、长寿命等优点。同时陶瓷球热膨胀系数小,在高温环境下不会因为温度的原因导致轴承球膨胀,这样大大提高了整个轴毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息XC7017C.T.P4S轴承润滑油口角度编码器液压油缸图图7 7 镗刀电主轴后轴承安装方式镗刀电主轴后轴承安装方式油管及电线入口轴承的使用温度,可以达到220度以上。轴承安装方式如右图所示：毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息图图8 8 电主轴电机冷却方式电主轴电机冷却方式水流方向水流方向

10、转轴冷却装置设计冷却装置设计由于电机内置于转轴之中无疑在其结构的内部增加了一个热源。其中定子绕组的发热占电动机总发热量的以上。其中定子绕组的发热占电动机总发热量的以上。另外电动机转子在主轴壳体内的高速搅动使内腔中的空气也会发热，这些热源产生的热量主要通过主轴壳体和主轴进行散热，所以电动机产生的热量有相当一部分会通过主轴传到轴承上去，毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息水流方向水流方向图图9 9 前轴承冷却方式前轴承冷却方式转轴因而影响轴承的寿命，并且会使主轴产生热伸长，影响加工精度。除了电动机的发热之外，主轴轴承的发热也不容忽视，引起轴承发热各种摩擦会随着主轴转速的升高而加剧，发

11、热量随之增大，温升增加，轴承的预紧量增大，这样反过来又加剧轴承的发热。由此可见，为保证电主轴良好的性能，冷却装置的设计不容忽视。所设计的电主轴电机及前端轴承的散热系统水道如下图所示：本次设计中采用从两端进出冷却水的方式，其中从主轴前端四个进水口进水，从主轴的后端出水。这种设计的优点在于冷却均匀且可靠，同时紧凑不会影响到镗刀主轴加工工件，且安全可靠。毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息润滑方向图图10 10 前轴承油雾润滑方式前轴承油雾润滑方式电主轴中间体润滑装置设计润滑装置设计通过研究发现影响电主轴回转精度的主要原因就是轴承磨损，轴及接触面磨损。为了保证我们的电主轴能在保证精度的

12、情况下正常工作，我们就要尽可能的降低轴承相关部位的磨损率，而降低磨损的主要方式就是润滑，对轴承进行润滑处理，保证良好的润滑及冷却效果。因此选择合理正确的润滑方式是保证电主轴正常工作的重要条件。 在 设 计 中 采 用 西 技 联（北京）贸易有限公司所设计的微量油气润滑系统（Technosystems）微量油气润滑系统 ，广泛用于机床高速主轴-电主轴-滚珠丝杠等。毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息润滑方向热量及水汽散出入口蝶型弹簧图图11 11 后轴承润滑方式后轴承润滑方式毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息刀具加紧装置设计刀具加紧装置设计主轴内部刀具自动夹紧机构是

13、数控机床特别是加工中心的特有机构。下图为加工中心主轴结构部件图，其刀具可以在主轴上自动装卸并进行自动夹紧，其工作原理如下：当刀具装到主轴孔后，其刀柄后部的拉钉2便被送到主轴拉杆4的前端，在碟形弹簧5的作用下，通过钢球3将刀具拉紧。当需要换刀时，电气控制指令给液压系统发出信号，使液压缸8的活塞左移，推动固定在拉杆4上的轴套6，使整个拉杆4向左移动，当钢球3向前推出一段距离后，在弹性力作用下，钢球3自动松开拉钉2，此时拉杆4继续向左移动，喷气嘴10的端部把刀具顶松，机械手便可把刀具取出进行换刀。装刀之前，压缩空气从喷气嘴10中喷出，吹掉锥孔内脏物，当机械手把刀具装入之后，压力油通人液压缸11的左腔

14、，使推杆退回原处，在碟形弹簧的作用下，通过拉杆4又把刀具拉紧。毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息1234567891、BT45型刀柄 2、拉钉 3、钢球 4、拉杆 5、蝶形弹簧 6、拉杆套 7、小圆螺母 8、活塞杆 9、位置开关 10、喷气嘴 11、液压缸图图12 12 刀具自动加紧装置刀具自动加紧装置1011毕业答辩毕业答辩博学弘德博学弘德 自强不息自强不息本次设计是在认真分析所设计机床能够完成的加工范围的基础之上，同时参考国内外相关类似产品的同时，综合各方面的因素设计出具有龙门式布局的高精度立式车镗复合加工中心。先后完成了对镗刀主轴轴系的设计和校核，X轴进给系统的设计和Z轴进给系统的设计工作，并使这三部分工作实现完美的结合。该加工中心具有加工轴类零件独特的优势