石墨电极镗孔专机机械系统设计_学士学位论文(编辑修改稿)

石墨电极镗孔专机机械系统设计_学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

鑫源碳素 镗孔专机采用半闭环控制，采用广州数控 GSK96 系统， 该系统具有操作简单，维护方便，性能优越 ，加工质量稳定、加工精度高、具有高度柔性、生产率高、改善劳动条件、利于生产管理现代化并且能全自动的加工石墨电极，减轻工作人员压力，降低生产成本，提高经济效益等优点。 机床结构设计 镗孔专机机床主要结构如图 所示 4。 尘罩（刀具） 图 机床结构示意图 动力头为机床主轴提供动力，是机床的重要动力 部件，为机床主轴提供主运动。 主运动由电机驱动，经过减速器和链轮传递给主轴， 机床主轴带动刀具旋转完成 镗孔动作。 进给运动采用伺服电机通过 滚珠丝杠 机构传动， 刀具的进给运动为机床在水平面内的前进与退回运动。 进给系统总体方案框图 如图 所示。 北华大学学士学位论文 6 动力滑台伺服电机驱动器数控系统x 向图 进给系统总体方案框图 运动 方案设计 夹紧装置要求具 有较高的同步性，采用液压控制方式， 其优点是结构简单，运行可靠，安装调试方便。 液压同步缸控制动力滑台运动，滑台上装有夹紧机构来完成工件的夹紧。 鑫源碳素镗孔专机是数字控制专用机床， 本章主要对系统控制方式、机床参数以及运动方式进行了阐述， 了解 了 机床的特点，明确了本专机机械结构 设计内容。 北华大学学士学位论文 7 第三 章 主传动 设计 按在加工过程中 遇到的最大切削力和最大切削速度来计算， 鑫源炭 素镗孔加工由于使用专用刀具，切削力较大，所以根据铣削进行计算。 即： 10n 1w0 F  KKd ZafaCF F FF q eyzXpFC () 式中 FC—— 切削力 (N)； pa —— 切削深度 (mm)； zf —— 每齿进给量（ mm/z） ； ea —— 切削宽度（ mm） ； 0d —— 刀具直径（ mm） ； K—— 刀具前角对切削力的影响系数 ； K1—— 切削速度对切削力的影响系数 ； n—— 铣刀转 速 (r/min)。 由于石墨硬度未 知，可按灰铸铁进行参数选择，根据《切削用量简明手册》 5查得 如 表 所示。 表 铣削参数 铣刀类型 刀具材料 公式中的系数及指数 cF xF yF F wF qF 加工灰铸铁硬度 190HBS 端铣刀 硬质合金 0 圆柱铣刀 58 0 圆柱铣刀 立铣刀 高速钢 30 0 根据加工电极最大直径为 600mm， 由 石墨电极接头参数 选 择 刀具直径d0=125mm， 齿数 Z=12， 主轴转速 n=196r/min， 铣刀每齿进给量 fz=， 切削深度 pa =。 因刀具材料为硬质合金，所以按硬质合金刀具进行铣削参数选择。 如 表 所示。 表 刀具前角对切削力影响系数 K 前 角 0 15 15 5 0 5 10 15 20 K 1 刀具前角 0=5，所以 K=。 铣削速度： 北华大学学士学位论文 8 min/ 0c mnd   () 根据 表 所示切削速度对切削力的影响系数。 表 切削速度对切削力影响系数 1K 切削速度c(m/min) 50 75 100 125 150 175 200 250 K1 选取 K1= 算得最大铣削力 KNKKd ZafaCF F FFF q ueyzXpFC 0 F   () 铣削最大功率 KWVFP CCC 0 0 0 0 0 0 0 0  () 因为所选减速器传动比为 1:11， 链轮传动比为 1:1，所以主轴电机功率 KWFP C  () 由于实际 加工环境较恶劣 ， 影响铣削力的因素又有很多，例如： （ 1） 刀具的齿数； （ 2） 刀具的直径； （ 3） 切削速度； （ 4） 切削宽度； （ 5） 每齿进给量； 所以 本设计只是给出其中一种设计计算的方案，结合实际加工时的情况 选择电机型号为 11KW 三项异步电机，型号为 Y2— 160M— 4，额定电 压为 380V，满载转速为1460r/min,防护等级 IP55. 的设计 链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成。 通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。 链传动在机械制造中应用广泛。 与摩擦型的带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率高；又因为链条不需要像带那样张的很紧，所以作用于轴上的径压力较小；链条采用金属材料制造，在同样的制造条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时，链传动能在高温和潮湿的环境中工作。 与齿轮传 动相比，链条的安装精度要求较低，成本低。 在远距离传动时，其结构北华大学学士学位论文 9 比齿轮传动轻便的多。 链传动的缺点是：只能实现平行轴之间的传动；运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声。 取小链轮齿数 Z1=25， 大链轮的齿数 2525112  izz () 根据 《 机械设计手册 》 第四版 6查得 AK ， ZK ， 单排链，则计算功率为 KWKWPKKP ZAca  () 式中： AK 工况系数 ZK 主动链轮齿数系数 P 电动机额定功率 根据及 KWPca  及 min1361 /rn  ，查《机械设计》，纪名刚主编， 可选16A1。 查得链条节距为 p。 初选中心距 mmmmpa )5030()5030(0  () 取 mma 8000 。 相应的链长节数为 88800 25252 )2(22 202122100   apzzzzpaL P () 取链长节数 88pL 节。  ，确定润滑方式 smsmpzn 11   () 由  m/s 和链号 16A1 可查得采用滴油润滑。 FP 有效圆周力为： NPF   () 链轮水平布置时的压轴力系数 KFp=，则压轴力为 NFKF eFP 3 9 8 1  () 根据以上计算选择链条型号为： 16A188。 北华大学学士学位论文 10 减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器， 将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。 在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。 几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等 .其应用从大动力的传输工作到小负荷、精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。 减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。 它的种类繁多 ，型号各异，不同种类有不同的用途。 按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥－圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。 以下是常用的减速机分类： （ 1） 摆线针轮减速机 （ 2） 硬齿面圆柱齿轮减速器 （ 3） 行星齿轮减速机 （ 4） 软齿面减速机 （ 5） 三环减速机 （ 6） 起重机减速机 （ 7） 蜗杆减速机 （ 8） 轴装式硬齿面减速机 （ 9） 无级变速器 速器的选择 根据工艺要求 、机床结构特点及 转速 选择减速器 ，已知 主轴 电机额定转速n=1460r/min，选择摆线针轮减速器，其型号为 BWD41111，中心高为 200mm，传动比为 1:11。 摆线针轮减速器具有如下优点： ：摆线针轮减速机一级减速时传动比为 1:7 到 1： 87；两级减速时转动比为 121～ 7569，用户也可以根据自己的实际需要选用减速比更大的三级减速。 ； （润滑方式）： 北华大学学士学位论文 11 6125 以下使用不要保养的 专 用高级油脂 ； ，重量轻： 摆线针轮减速机采用行星传动原理，输入轴和输出轴在同一轴线上而且有 与电动机直联呈一体的独特之处，因而摆线针轮减速机本身具有结构紧凑，体积小、重量轻的特点。 用它代替两级普通圆柱齿轮减速器，体积可减少 1/2～ 2/3；重量约减轻 1/3～1/2。 ，容易维修： 由于摆线针轮减速机结构设计合理、拆装简单便于维修，使用零件个数少以及润滑简单。 、故障少、寿命长 ： 主要传动啮合件使用耐磨耗及耐疲劳性能良好的高炭铬轴承钢制造，经淬火处理（ HRC5862）获得高强度，因此摆线针轮减速机机械性能好，耐磨性能好；运转接触采用滚动磨擦，基本上无磨损，故故障少、寿命长，其 寿命较普通齿轮减速器可提高 23 倍。 稳，噪音小 ： 摆线针齿啮合齿数较多，重叠系数大以及具有机件平稳的机理，使振动和噪声限制在最小程度。 镗孔机床主 轴传递的功率为 ， 最大转速 nmax =136r/min， 选用轴的材料为 45 号钢， 机床主轴为传动轴，主要承受扭矩，所以按照扭转强度条件计算。 扭转的强度条件为 6  TTT dPWT  n9 5 5 0 0 0 0 () 式中 T—— 扭转切应力， MPa； T—— 轴所受的扭矩， Nmm； WT—— 轴的抗扭截面系数， mm3； n—— 轴的转速， r/min； P—— 轴传递的功率， KW； d—— 计算截面处轴的直径， mm [T]—— 许用扭转切应力， MPa，见表。 北华大学学士学位论文 12 表 轴常用几种材料的 [T]及 A0 值 轴的材料 Q235A、 20 Q275 35(1Cr18Ni9Ti) 45 40Cr、 35SiMn 38SiMnMo [T]/MPa 1525 2035 2545 3555 A0 149126 135112 126103 11297 由上式可得轴的直径   3033 5 5 0 0 0 0 PAPd T   () 式中 A0=  3 T () 对于空心轴 3 40 ）1（n PAd  () 式中， = d1d ，即空心轴的内径与外径之 比，通常取 = 根据表 ， 选取 [T]=35， =， 所以 A0=  3 T= 5 5 0 0 0 03  () ）（1 3 6 1 0）1（n 3 43 40  PAd () 考虑到实际机床结构要求 以及轴向的定位要求设计轴的基本尺寸 如下： 图 轴的结构 根据轴在实际工作过程中的受力情况 ， 其受力简图如图 所示， 图 主轴受力简图 计算出主轴的外力偶矩如下： 已知主轴电机为 11kW，摆线针轮减速器效率为 93%，链轮效率为 95%， 北华大学学士学位论文 13 MA=MB= AP () 轴的 扭矩图，确定危险截面 图 扭矩图 根据图 ，可以确定危险截面处于 AB 段 ， d=110mm， =  ，许用扭转切应力 [T]=35MPa。  TTWT   ）（1 1 6 8 243maxmax () 所以轴的强度足够。 刚度校核 按照刚度条件式    180maxPGIT () 式中： T—— 横截面上的最大扭矩； G—— 材料的剪切弹性模量； IP—— 横截面对圆心的极惯性矩； —— 单位长度的许用扭转角； )1()1(32d 4444   dIP () 式中。