电动装岩机提升机构设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

电动装岩机提升机构设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

在挂轮箱内； (5)为使加工过程中不超程，纵横向要安装行程限位开关； (6)为实现回参考点的动作，须在纵横向安装接近开关。 (7) 纵、横向齿轮箱和丝杠全部加防护罩 ,以 防脏物、油污和切屑等进入 ,机床整体也要加装防护罩 ,以防止加工过程中的切屑飞溅伤人。 车床总体改造如图 21 所示。 1X 向滚珠丝杠副 2X 向电机 3X 向减速器 4尾座 5Z 向减速器 6Z 向电机 7支架 8Z 向滚珠丝杠副 9数控转位刀架 10主轴脉冲编码器 图 21 C6132普通车床数控化改造示意图 本科毕业设计 8 主传动系统的改造 主轴无级变速的实现 C6132 车床的主轴变速为手动、有级变速 (正转 24 级、反转 12级 )。 考虑到数控车床在自动加工的过程中负载切削力随 时会发生变化，为了保证工件表面加工质量的一致性、提高工件加工质量，主轴要能实现恒切削速度切削。 这就要求主轴能实现无级变速。 目前实现无级变速主要有两种方式，其一是采用变频器驱动电机的方式； 同时保留原有的主传动系统和变速操纵机构，这样既保留了车床的原有功能，又减少了改造量； 其二是直接采用伺服电机实现无级变速。 采用方式二需要重新购买主轴伺服电机，另外主轴箱也要做相应的改造以安装伺服电机。 机床改造相对较麻烦，另外在这种改造方式下，主传动系统也要拆除并进行重新设计，这样可以得到加工精度和稳定性更高的车床，但是加大了改 造成本。 考虑到改造的成本，我们决定采用第一种方式，这样可以利用原车床的三相异步电动机。 即由数控系统控制变频器，变频器驱动异步电动机实现主轴无级变速。 电动机转速 n 与频率 f 之间的关系为： n=。 因此，改变电源频率 f 即可改变电动机的转速 n。 变频器能方便地与数控系统连接，控制电动机的正转、反转、停止和变速。 交流异步电动机的转速与电源频率，电动机磁极对数 nfp以及转差率之间的关系式为：  sp fn  160 对于 C6132，电动机磁极对数和转差率是定值 ，因此利用变频器改变电源频率 fn即可改变电动机的转速。 另外，变频器能方便地与数控系统连接，控制电动机的正转、反转及停止。 变频器的控制方式主要有 U／ f恒定控制方式、无反馈矢量控制方式和有反馈矢量控制方式。 数控车床除了在车削毛坯时，负荷大小有较大变化外，以后的车削过程中，负荷的变化通常是很小的。 因此，就切削精度而言，选择 U／ f恒定控制方式是能够满足要求的。 但在低速切削时，需要预置较大的 U／ f，在负载较轻的情况下，电动机的磁路常处于饱和状态，励磁电流较大。 因此，从节能的角度看，并不理想。 数控车床属于高精度、 快响应的恒功率负载加工设备，应尽可能选用矢量控制高性能型通用变频器，而且中、小容量变频器以电压型变频器为主。 有反馈矢量控制方式虽然是运行性能最为完善的一种控制方式，但由于需要增加编码器等转速反馈环节，不但增加了费用，而且编码器的安装也比较麻烦。 所以，除非对加工精度有特殊要求，一般没有必要选择此种控制方式。 目前，无反馈矢量控制方式的变频器已经能够做到在 0． 5Hz时稳定运行。 所以，完全可以满足主运动系统的要求。 而且无反馈矢量控制方式能够克服 U／ f控制方式的缺点，因本科毕业设计 9 此可以说，是一种最佳选择。 数控车床连续运 转时所需的变频器容量 (kVA)计算式如下： MCNMMCNMCNkIIIkUPkPP 3103c o s 式中 PM—— 负载所要求的电动机的轴输出功率； η —— 电动机的效率 (通常约 O． 85)； cosφ —— 电动机的功率因素 (通常约O． 75) MU—— 电动机的电压， 380V； MI—— 电动机工频电源时的电流，为 15． 4A； k—— 电流波形的修正系数 (PWM方式时取 1． 051． 10)； PCN—— 变频器的额定容量， kVA； ICN—— 变频器的额定电流， A； 由以上公式可得：   AkIIk V AIkUPk V AkPPMCNMMCNMCN o s33 选择变频器时应同时满足以上三个等式的关系。 综合以上分析计算，确定选用三菱FRA540系列变频器，具体型号为 FRA5407． 5KCH。 其最大输出功率为 ，额定容量为 13kVA，额定电流为 17A，过载能力为 150%60秒， 200%，额定输出电压为 3相380V/50Hz，电源电压允许波动范围为 323V至 528V。 其外形如图 22。 主轴脉冲编码器 的 安装 为了使改造后的数控车床能自动加工螺纹，须配置主轴脉冲编 码器作为车床主轴位置信号的反馈元件，其目的是用来检测主轴转角的位置，通过主轴 → 脉冲编码器 → 数控系统 → 步进电机的信息转换系统，实现主轴转一转，刀架纵向移动一个导程的车螺纹运动。 主轴脉冲编码器的安装，通常采用两种方式：一是同轴安装，二是异轴安装，同轴安装的结构简单，缺点是安装后不能加工穿出车床主轴孔的零件，限制了零件的加工长度。 因此，异轴安装较合适。 主轴通过主轴箱中 58/58 和 33/33 两级齿轮 (实现传动比 l：1)把动力传递给挂轮轴 X，主轴编码器 1 通过支架 2固定，并通过联轴器 3与闷头 4相图 22 三菱 变频器外形图 本科毕业设计 10 连，闷头 4 通过过盈配合与 主轴箱内轴 X连接，如图 2 24 所示。 图 23 主轴编码器安装实物图与外形图 2固定支架 4闷头 5轴 X 图 24 编码器安装图 主轴编码器选用长春第一光学有限公司的 ZXB1型编码器，如图 22 所示。 该编码器结构坚固，可靠性高，寿命长，耐环境性强。 主轴编码器与轴的连接可采用刚性连接和柔性连接。 刚性连接是指常用的轴套连接。 此方式对连接件制造精度及安装精度有较高的要求，否则，同轴度误差的影 响，会引起主轴编码器发生偏扭而造成信号不准，严重时损坏光栅盘。 柔性连接，是较为适用的连接，是采用弹性元件的连接。 弹性联轴器选用日本东方电机的 MC 型联轴器，该联轴器有固定螺钉型和夹钳型两种。 固定螺钉型是将螺钉押入轴内进行安装的连接方式。 因螺钉前端直接碰触轴面，有可能引起轴受损，因此我们选用夹钳型弹性联轴器。 夹钳型是利用螺丝的锁紧力，收缩孔径，锁紧轴部。 因此能在不损伤轴的情况下，进行轻松的安装与拆卸工作。 选用的型号为 MC202020C，外形如图 25所示，规格如表 21所示。 锁紧时使用扭力扳手，紧固转矩为 1Nm。 本科毕业设计 11 图 25 联轴器外形及尺寸图 表 21 MC202020C 型联轴器规格 尺 寸 常用 转矩 N178。 m 重量 g 惯性 惯量 kg178。 m 2 容许 偏心 mm 容许 偏角 (176。 ) 容许 轴间 偏移 mm 外形 A (mm) 长度 W mm 轴孔径 d1 mm 轴孔径 d2 mm L mm 使用 螺丝 20 26 6 8 M3 18 11179。 710 2 177。 纵横向进给 传动系统的改造 纵向 （ Z 方向） 进给传动系统的改造 此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。 如需要完整说明书和 设计 图纸等 .请联系 扣扣： 九七 一 九二 零八零零 另提供全套机械毕业设计下载。 该论文已经通过答辩 纵向进给传动系统的改造如图 26 所示。 纵向步进电机 1 通过一对减速齿轮 2 把动力传递给纵向滚珠丝杠 3，再由滚珠丝杠螺母副拖动工作台 4 做往复移动。 原车床的进给箱保留，滚珠丝杠左端仍然采用原固定支承结构，支撑轴 6 通过套筒联轴器 5与滚珠丝杠 3 相连，这种联轴器用两个互相垂直的锥销将支撑轴与丝杠连接起 来，结构简单，径向尺寸小，可防止被连接轴的位移和偏斜所带来的装配困难和附加应力。 如图 27所示，滚珠丝杠右端仍利用原有的滑动轴承支承座 10，通过一对深沟球轴承 7实现径向支承，丝杠左端通过一对圆螺母 (图中未画出 )实现滚珠丝杠的预拉伸和锁紧。 因此纵向滚珠丝杠的支承形式为一端固定，一端浮动，三点支承。 滚珠丝杠采用双螺母螺纹预紧方本科毕业设计 12 式消除丝杠和螺母间的间隙，调整方便。 步进电机 1通过消隙齿轮 8 减速，减速器输出轴用套筒联轴器 12与丝杠 3连接，固定销 9 防止减速器转动。 1纵向步进电动机 2减速齿轮 3纵向滚珠 丝杠 4工作台 5套筒联轴器 6支承轴 图 26 纵向进给系统图 7深沟球轴承 8消隙齿轮 9固定销 10滑动轴承支承座 11圆螺母 12套筒联轴器 图 27 纵向步进电机装配图 滚珠丝杠 3 仍安装在原滑动丝杠的空间位置，其螺母副通过支架 l安装在床鞍的底部，如图 2 29 所示。 支架 1 做成可移动的形式方便装配，丝杠位置调整好后，由螺钉拧紧。 1支架 2丝杠托架 3纵向滚珠丝杠 4丝杠防护罩 5大托板 6过渡板 图 28 纵向滚珠丝杠装配图 本科毕业设计 13 图 29 纵向滚珠丝杠安装实物图 横向 （ X 方向） 进给系统的改造 横向滚珠丝杠也采用一端固定，一端浮动，三点支承的形式，也通过双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙，如图 210 所示。 横向步进电机 1 及减速器 2 安装在床鞍的后部。 靠近操作者一端，布置一根支撑短轴 11，通过套筒联轴器 10 与滚珠丝杠7 连接起来。 右端仍利用原支承横向进给丝杠的滑动轴承支座作为径向支承，并对原支承处作适当改造，布置一对推力球轴承 12，以承受双向轴向力。 左端则将原车床的悬空结构改为支承结构，用一个联轴套 4和一根连接短轴 6 把 滚珠丝杠 7 与减速器输出轴 3连接起来，并通过一对圆螺母 5实现对整个丝杠的预拉伸和锁紧，以提高其轴向刚度。 螺母通过螺母座 9直接固定在中拖板 8上。 1横向步进电机 2减速器 3减速器输出轴 4联轴套 5圆螺母 6连接短轴 7横向滚珠丝杠 8中拖板 9螺母座 10套筒联轴器 11支撑短轴 12推力球轴 图 210 横向进给系统图 齿轮传动间隙的消除 数控车床在加工过程中，会经常变换移动方向。 当进给方向改变时，如果齿侧存在间隙会造成进给运动滞后于指令信号，丢失指令脉冲并产生反 向死区，影响传动精度和系统稳定。 因此，必须消除齿侧间隙。 通常齿侧间隙的消除主要有刚性调整法和柔性调整法。 刚性调整法虽然结构简单，但侧隙调整后不能自动补偿，柔性调整法是调整后齿侧间隙仍本科毕业设计 14 可自动补偿的调整法。 因此决定采用柔性调整法中的双片齿轮错齿消隙法和周向弹簧调整法。 双片齿轮错齿消隙法 图 211是双片齿轮错齿式消除间隙结构。 两个相同齿数的薄齿轮1和 2与另一个厚齿轮 (图中未画出 )啮合。 齿轮 l空套在齿轮 2上并可作相对回转。 每个齿轮的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳 3和 8。 齿轮 1的端面还有另外四 2— 薄齿轮 8— 凸耳 4— 弹簧 6— 螺母 7— 调节螺钉 图 211 双圆柱薄片齿轮错齿消隙结构 个通孔，凸耳 8可以在其中穿过。 弹簧 4的两端分别钩在凸耳 3和调节螺钉 7上，通过转动螺母 5就可以调节弹簧 4的拉力，调节完毕用螺母 6锁紧。 弹簧的拉力使薄片齿轮 1和 2错位，即两个薄齿轮的左、右齿面分别紧贴在厚齿轮齿槽的左、右齿面上，消除了齿侧间隙。 这种方法适合直径较大，有充分安装螺钉空间的圆柱齿轮。 2）周向弹簧调整法 图 211是周向弹簧消隙结构。 同样是两个齿数、模数相同的两片薄齿轮 2和 3。 齿轮 2空套在齿 轮 3上可以做相对回转运动。 在齿轮 3上开有三个周向圆弧槽，齿轮 2上均布着三个螺纹孔，装配时在齿轮 3的槽中放置 3个弹簧， 本科毕业设计 15 图 212 周 向弹簧消隙结构 利用齿轮 2上安装的螺钉顶住弹簧，装配完成后两片齿轮在弹簧力作用下错齿，从而达到消除间隙的目的。 这种结构适合齿轮直径偏小，安装空间较小的情况下。 刀架部分的改造 拆除原手动刀架和小拖板，安装由数控系统控制的四工位电动刀架。 根据车床的型号及主轴中心高度，选用常州市宏达机床数控设备厂生产的 LD4CK6132 型电动刀架，该刀架内带 90W 三相交流异步电 动机用于驱动正转选刀。 内置的 4只霍尔元件检测刀位位置，电动机反转完成刀具定位锁紧。 安装时，拆除车床上的原小拖板，置刀架于中拖板上，卸掉电机风罩，逆时针方向转动电机，使刀架转动到 45。 左右时，装上螺钉，然后固定刀架即可。 电机安装好如图 213 所示。 LD4C。