毕业设计（论文）-焊接板件铣边机设计论文

第一章 概述 1.1 铣削加工的基本知识一、常用铣床概论（一）万能卧式铣床 铣床的主轴中心线与工作台面平行。其工作台有三个方向即垂直横向及纵向都可以移动。纵向工作台在水平面内还能向左右旋转045度的角度。如选择合理的附件和工具，几乎可以对任何形状的机械零件进行铣削。（二）立式铣床 铣床的主轴中心线与工作台面垂直，有的立铣因为加工需要，主轴还能向左右倾斜一定角度，以便铣削倾斜面。立式铣床一般用于铣削平面斜面或沟槽，齿轮等零件。（三）龙门铣床此铣床具有足够的刚度，适用与强力铣削，加工大型零件的平面，沟槽等。铣床通常有二轴、三轴甚至更多主轴以进行多刀、多工位的铣削加工，生产效率很高。铣镗加工中心在生产中也获得了广泛应用，他可承担中小型零件的铣削或复杂面的加工。铣镗加工中心尚可进行铣、钻、绞、镗、纹丝等综合加工，在一次工件装夹中可以自动更换刀具，进行铣、钻、绞、镗、纹丝等多工序操作。二、铣床加工范围及加工特点（一）铣床加工范围可加工水平面，台阶面，垂直面，齿轮，齿条，各种沟槽（直槽，T型槽，燕尾槽，V型槽）或成形面等。（二）铣床加工特点加工范围广，适合批量加工，效率高。铣刀属多齿工具，根据刀具的不同，出现断续切削，刀齿不断切入或切出工件，切削力不断发生变化，产生冲击或振动，影响加工精度和工件表面粗糙度。铣床加工精度为179177。表面粗糙度为Ra6.3-1.6um。三、铣削加工与铣削工艺（一）铣削加工 铣削加工是在铣床上利用铣刀旋转对工件进行切削加工方法。铣刀是旋转的多刃具。铣削是多刃加工，且铣刀可使用较大的切削速度，无空回程，故生产效率高。（二）铣削用量 它包括铣削速度，进给量和铣削宽度和深度。1、切削速度V c 切削速度即为铣刀最大直径的线速度： V c=dn/1000 m/min2、 进给量： 指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。 有三种方式：（1） 每齿进给量f z mm/z（2） 每圈进给量f mm/r（3） 每分钟进给量 mm/min 铣床多用于每分钟进给量 f=fn=f zz n mm/min3、背吃刀量 也就是切削深度a p,它是沿铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。4、侧吃刀量就是切削宽度a e,它是沿垂直与铣刀轴线上的测量的切削层尺寸。（三）选择铣削用量的次序首先选择较大的铣削宽度、深度，其次是加大进个量。最后才是根据刀具耐用度的要求，选择适宜的铣削速度。（四）铣削方式1、逆铣铣刀的旋转方向与工件进给方向相反的铣削形式称为逆铣。2、顺铣铣刀旋转方向与工件进给方向相同的铣削方式称顺铣。3、端铣端铣的铣削方式有对称和不对称铣削两种。铣削时铣刀的轴线位于工件中心，这种铣削称为对称铣削。铣刀的轴线偏于工件的一侧时的铣削，称为不对称铣削。1.2 铣削加工的历史切削加工是用切削工具，把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。 任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削工具、工件和切削运动。切削工具应有刃口，其材质必须比工件坚硬；不同的刀具结构和切削运动形式，构成不同的切削方法。用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。 切削加工是机械制造中最主要的加工方法。虽然毛坯制造精度不断提高，精铸、精锻、挤压、粉末冶金等加工工艺应用日广，但由于切削加工的适应范围广，且能达到很高的精度和很低的表面粗糙度，在机械制造工艺中仍占有重要地位。 切削加工的历史可追溯到原始人创造石劈、骨钻等劳动工具的旧石器时期。在中国，早在商代中期(公元前13世纪)，就已能用研磨的方法加工铜镜；商代晚期(公元前12世纪)，曾用青铜钻头在卜骨上钻孔；西汉时期(公元前206公元23)，就已使用杆钻和管钻，用加砂研磨的方法在“金缕玉衣”的4000多块坚硬的玉片上，钻了18000多个直径12毫米的孔。 17世纪中叶，中国开始利用畜力代替人力驱动刀具进行切削加工。如公元1668年，曾在畜力驱动的装置上，用多齿刀具铣削天文仪上直径达2丈(古丈)的大铜环，然后再用磨石进行精加工。 18世纪后半期，英国工业革命开始后，由于蒸汽机和近代机床的发明，切削加工开始用蒸汽机作为动力；到19世纪70年代，切削加工中又开始使用电力。 对金属切削原理的研究始于19世纪50年代，对磨削原理的研究始于19世纪80年代，此后各种新的刀具材料相继出现。19世纪末出现的高速钢刀具，使刀具许用的切削速度比碳素工具钢和合金工具钢刀具提高两倍以上，达到25米/分左右；1923年出现的硬质合金刀具，使切削速度比高速钢刀具又提高两倍左右；30年代以后出现的金属陶瓷和超硬材料(人造金刚石和立方氮化硼)，进一步提高了切削速度和加工精度。 随着机床和刀具的不断发展，切削加工的精度、效率和自动化程度不断提高，应用范围也日益扩大，从而大大促进了现代机械制造业的发展。 金属材料的切削加工有许多分类方法，常见的有按工艺特征、按材料切除率和加工精度、按表面成型方法三种分类方法。 切削加工的工艺特征决定于切削工具的结构，以及切削工具与工件的相对运动形式。因此按工艺特征，切削加工一般可分为：车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。1.3 铣削加工现状高速铣削加工（High Speed Milling, HSM）以其巨大的优势，迅速成为现代加工制造领域最重要的加工手段之一，也是衡量一个国家装备制造水平的重要标志。因为高速切削加工技术已广泛应用于航空航天、汽车、船舶等关系到国计民生的重要领域，也代表着现代切削制造技术的发展趋势。近几年来，我国对数控机床需求急剧增加，2000年至2005年，我国数控金切机床产量从14053台跃至59639台，年增长率为33.5。我国金切机床产值数控化率从1996年的11.6提高到2005年的47.3。这表明我国的数控机床行业有了极大的发展。另一方面，我国数控机床进口额连年激增，从2001年的24.1亿美圆增至2005年的64.95亿美圆，国有数控机床的市场占有率却呈现出逐年下滑的趋势，尤其是高速、高精度多轴机床，几乎完全依赖进口1。这些数据可以看出我国的机床制造业尤其是高端加工中心落后于发达国家。因此，国家在“十五”、“十一五”规划中都把以数控机床为核心的装备制造作为重大专项，以期在这方面有所突破。数控技术是一门集计算机技术、自动控制技术、机械电子技术以及计算机图形处理技术于一体的综合性技术。其中NC编程是这一技术的灵魂。NC编程成为各种CAM软件的核心。因为NC编程直接影响着数控机床的使用效率和加工质量。所以国内外投入了大量的人力和物力来提高CAD/CAM软件的编程效率，加工效果以及智能化水平。现代高速切削加工发展概况由于目前绝大部分的机械零件必须经过切削加工实现，切削加工在机械制造中占用十分重要的地位。经济全球化使制造国际化，因此竞争也越来越激烈。如何提高效益、降低成本、加快产品开发周期成为每一个面对市场竞争的企业的迫切愿望。高速切削加工所具有的明显优势，近年来得到广泛应用并迅速发展。高速铣削加工（High Speed Milling，简称HSM）的概念源于德国切削物理学家C.J .Salomon博士于1931年所提出的著名切削实验及物理引申2,他认为对应一定的工具材料有一个临界切削速度，达到此温度切削温度最高。当超过这一临界切削速度，切削温度反而会降低，而大幅度提高机床的生成效率。高速铣削加工技术作为一门新兴的技术，以其与传统加工相比无可比拟的优点，在加工制造业中得到了越来越广泛的应用，也带来了巨大的经济效益。我国要实现由制造业大国向制造业强国的跨越，必须有强大的制造装备业及相关产业体系作支撑。我国目前的高速数控技术也得到了迅速的发展。但是，我国还缺少高速铣削加工的核心技术，还有许多基础性的研究工作有待开展，这也是我国走向制造业强国的必由之路！第二章 方案设计一、方案1：该设计机床的升降运动由顶部的电动机通过联轴器1传到1号减速箱，带动滑动丝杆螺母机构，由滑动丝杆螺母机构带动动力头作升降运动，铣床的进给运动则由底部的电动机经联轴器2传递到2号减速箱，由2号减速箱输出给与之相配合的滑动丝杆螺母机构，从而带动机架部分沿工作台上的导轨面运动，作横向进给。刀具的旋转运动由动力头提供。二、方案2：该方案与方案1的不同之处在于升降运动和进给运动都是在钢丝绳的牵引作用下实现的。三、方案3：该方案与方案1的不同之处在于控制升降运动和进给运动的滑动丝杆螺母机构由滚动丝杆螺母机构代替。四、方案比较： 方案1：该方案的升降运动和进给运动是由滑动丝杆螺母机构实现，而滑动丝杆螺母机构具有降速比大、运动平稳和运动精度高、轴向牵引力大、自锁性能好等优点，但是它的不足之处是它的传动效率不高、刚度较低。方案2：在该方案中，钢丝绳起了重要的作用，电动机的转动给钢丝绳一个牵引力，通过此力实现机床的升降运动和进给运动。这个方案的优点在于钢丝绳制造简单、维修方便、成本低、传动效率较高，但是它运动不够平稳且运动精度低，在传动过程中易产生颤动、不能够自锁、降速比不大。方案3：该方案中采用了滚动丝杆螺母机构，通过该机构来传递运动，以满足机床的要求。该方案中的滚动丝杆螺母机构具有摩擦损失小，传动效率高、动作灵敏，低速运动时无爬行现象、磨损小，精度保持性好、可消除轴向间隙，轴向刚度高、摩擦系数小等优点，但是它的工艺复杂，生产成本高，不能实现自锁。综合考虑，最终选取方案1为最终设计方案，通过其Solid Edge绘图如下图2所示。 图1 方案1初步设计工程图五、其工作原理如下：该铣床由三个动力部分组成；分别由三个电动机提供动力来源，即电动机1、电动机2及动力头。其中：1号电动机通过联轴器带动1号减速箱旋转，从而带动1号丝杆旋转，控制小托板在垂直方向做上下移动，同时使动力头在垂直方向上做上下移动，适合于不同厚度的焊接板件的加工。其加工行程为560mm；2号电动机通过2号减速箱带动2号丝杆转到，通过螺母机构带动铣边机的大托板（即机架）左右移动，完成行程为3600mm；可以适用于中小焊接板件的铣边。动力头的功率为5.5kv,转动角度由手轮转动来调节，其转动是通过棘轮调节，达到转动角度为0-90度，能够满足板所有板件的铣边工作。第三章 机床具体参数设计机床的主要技术参数包括主参数和基本参数，其中基本参数又包括尺寸参数、运动参数、动力参数。该机床的主参数已经确定，它是加工焊接板件的专用铣床。其参数如下：一、技术参数如今我以走上了工作的生涯，近段时间对外协这一方面有了一定的了解，其焊接板件在冷作过程中都要经过铣边这一阶段，通过参考厂家铣边的特点以及结合我公司所以工作零件的特点，决定铣边机的工作行程为3600mm，当今的厂家在生产过程中最看重的是效率问题。所以通过生产效率及工作经验初步选择其运动速度为200mm/min。在铣边行程中为了方便对工件的铣边，对动力头在横向方向的运动行程为200mm/min，由于板件的厚度不同，在垂直方向上确定其行程为560mm；铣床的功率为单一工作，其功率的要求不是很大，初步确定其功率为5.5KW。二、动力参数的确定动力参数一般是指机床的电动机的功率，由于该机床属于专用机床，铣刀头的功率为5.5KW，因此，主运动驱动电动机的功率为5.5KW。确定进给驱动电机的功率，由于进给运动的速度较低，空载时的功率很小，在计算时可以忽略，所以进给驱动电机的功率取决于进给的有效功率和传动件的机械效率，根据参考资料【3】得。即式中：-进给驱动电动机功率（KW）； Q-进给抗力（N）； -进给速度（m/min）； -进给传动系统的总机械效率（一般情况下取0.150.2）。初步选去进给驱动电动机的功率为5.5KW。3.1 电动机的选择由于本设计需要两个功率在4.0KW以上，重量不能太大并且采用连续周期工作制的（S6）异步电动机，其安装形式均为B201101，通过查参考资料【3】选得：一、1号电动机Y112M-4，技术数据如下：额定功率4.0KW，转速1440r/min，额定电流8.77A，效率84.5%，功率因数0.82，最大转距/额定转距为2.2，堵转转距/额定转距为2.2，堵转电流/额定电流为7.0，转子转动惯量GD为0.095N*，重量为43。二、2号电动机Y132S-4，技术数据如下：额定功率5.5KW，转速1440r/min，额定电流11.6A，效率85.5%，功率因数0.84，最大转距/额定转距为2.2，堵转转距/额定转距为2.2，堵转电流/额定电流为7.0，转子转动惯量GD为0. 214N*，重量为68。3.2 动力头的选择根据加工要求和机床的结构设计，并考虑到经济因素，选择型号为ITX32的动力头，该铣削动力头功率大、刚性好、切削平稳、精度高、操作调整方便。同时此动力头具有普通级、精密级和高精密级三种，能够与四种传动装置即ING皮带传动、1NGB顶置式齿轮传动、INGC尾置式齿轮传动INGD手柄变速齿轮传动装置配套使用。 该动力头的参数如下：电机功率为5.5KW，电机转速为960r/min，刀盘直径为125-315mm，配套传动装置及主轴转速为ING32 500-1600 r/min，主轴滑套直径为190mm，主轴滑套移动量为80mm，主轴中心高为160mm，主轴前轴承轴径为90mm，选用顶置式，整体重量为305kg。3.3 调角机构的设计根据已有的技术参数：铣刀头手动调节，调节角度为90度，确定调角机构方案：一、 方案1：采用六爪棘轮机构实现转角，六爪棘轮机构结构图如下图2所示 图2六爪棘轮机构结构图16、棘爪0106 7、棘轮 8、棘杆 由于六个棘爪作为一个整体，每次控制棘轮转动的角度为六度，以每转六度作为一次循环，所以棘轮齿数Z 而0106号棘爪控制棘轮转动的角度分别为6度、1度、2度、3度、4度、5度。工作过程：从图示位置开始， 01号棘爪限制棘轮的反转时，其它棘爪处于非工作状态；棘轮顺时针转动1度后，02号棘爪进入工作状态，限制棘轮的反转，01号棘爪和其余棘爪处于非工作状态；棘轮顺时针转动2度后，03号棘爪进入工作状态，限制棘轮的反转，其余棘爪处于非工作状态；棘轮顺时针转动3度后，04号棘爪进入工作状态，限制棘轮的反转，其余棘爪处于非工作状态；棘轮顺时针转动4度后，05号棘爪进入工作状态，限制棘轮的反转，其余棘爪处于非工作状态；棘轮顺时针转动5度后，06号棘爪进入工作状态，限制棘轮的反转，其余棘爪处于非工作状态；棘轮顺时针转动6度后，01号棘爪再次进入工作状态，限制棘轮的反转，其余棘爪处于非工作状态，完成一循环。在上面的机构中，还配有一个止动磨盘，用来辅助六爪棘轮机构。二、 方案2：采用双槽盘式分度机构实现，如下图3所示动力从齿轮1传入，当加工需要进行角度调整的时候，动力从齿轮1传入，通过机械挡块和杠杆的作用，使离合器左移接合，同时把分度定位爪从槽盘1和2的槽口中拔出。运动经离合器传给传动轴I，再经齿轮2、3分别传给齿轮4、5。由于两对齿轮的传动比不同，所以当齿轮4和5开始转动后，两个槽盘上的槽口就错开，因所以只有当齿轮5转过4转，齿轮4转过5转后，此时两个槽盘的槽口才能重新对准，分度定位爪在弹簧的作用下又进入两个槽口中将其定位，同时操纵机构将离合器脱开，再经过挂轮等其它传动环节，使铣刀头转动一定的角度。 图3 双槽盘式分度机构工作原理图1、齿轮1 2、离合器 3、齿轮2 4、槽盘1 5、槽盘2 6、齿轮3 7、齿轮4 8、分度定位爪 9、齿轮5 I、传动轴 II、转轴三、方案比较：方案1结构简单、操作简便、易于维护，且生产成本低，方案2传动精度高，但是维修困难，制造不便，成本高，操作较繁琐。综合分析两个方案，并考虑到实际的情况，最终选择方案1。3.4 传动件设计及计算3.4.1齿轮传动设计及计算在本设计中电动机有3个作用：一是：用来带动铣刀头运转，进行加工；二是：通过减速箱1及丝杆结构了来控制滑套及动力头的上下移动；三是：通过减速箱2及丝杆结构带动机架沿工作台的导轨面进行铣削加工。因此本设计的传动方案不是很复杂，可以理解为2个运动，齿轮传动和丝杆传动。为实现减速要求还需采用蜗轮蜗杆对它进一步减速，为实现减速要求还需对它进行进一步减速，此处是空间交错的 两轴间运动和力的传动，可采用蜗轮蜗杆传动、圆锥齿轮传动等减速方案进行减速。这里选用蜗轮蜗杆传动，因为它具有以下特点：查机械设计手册【3】得：蜗轮蜗杆能实现比较大的传动比一般为I=580与其它减速方案比较它具有传动比大，零件数目少，结构紧凑等特点。为保证焊接质量要求磨辊的运动平稳而蜗轮蜗杆在传动中由于蜗杆齿是连续不断的，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低满足要求。为了方便磨辊的装夹要求传动能够自锁，而当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动就能实现自锁而齿轮传动就不能实现。因此在此处选用蜗轮蜗杆减速是比较理想的减速方案。由于传动要求较低这里选用普通圆柱蜗杆传动，通过计算减速比为62.9，查机械设计手册采用公称减速比63。本设计传动比I=63，采用立式结构，向下输出的传动方案。要求能使用5年，每天24小时工作（一年按300天计算）一、选定蜗杆传动类型 根据GB/T100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI).二、选择材料 根据各材料的性能,并考虑到蜗杆传递的功率不大,速度不高,因此蜗杆采用40Cr；要求蜗杆螺旋齿面表面淬火处理，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10P1，金属模铸造。三、按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强由齿面接触强度。按计算公式进行试算传动中心距a，即：（一）确定作用在蜗轮上的转矩T2 按Z1=1，估取效率=0.8，则（二）确定载荷系数K 查参考资料【3】得，因工作载荷较稳定，故去载荷分布不均匀系数K =1，查表选取使用系数KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数K v=1.05；则 （三）确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和40Cr蜗杆相配，故Z e=189.8MPa。（四）确定接触系数Z 先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值为d1/a=0.35，从图11-18中查得Z =2.9（五）确定许用接触应力H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜蜗轮ZcuSn10P1，金属模铸造，蜗杆蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，查参考资料【4】表11-7中查得蜗轮的基本许用应力 。 应力循环次数 寿命系数 则 （六）计算中心距 取中心距a=100mm，因I=63，故从表11-2中取模数m=2.5mm，蜗杆分度圆直径d1=45mm，这时d1/a=0.45，查参考资料【4】图11-18中查得接触系数为2.652.9，所以计算结果可用。四蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（一）蜗杆轴向齿距Pa=7.85mm；直径系数q=18；齿顶圆直径da1=50mm；齿根圆直径df1=39mm，分度圆导程角=14度12分36秒；轴向齿厚Sa=3.925mm。（二）蜗轮蜗轮齿数Z2=63；变位系数；验算传动比I=63/1=63蜗轮分度圆直径 d2=155mm蜗轮喉圆直径 da2=d2+2ha2=160+5=165mm蜗轮齿根圆直径 df2=149mm五校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数 根据查参考资料【4】图11-19中查得齿形系数螺旋角系数 许用弯曲应力查参考资料【4】表11-8中查得由ZcuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数 于是有 由于，故弯曲强度满足要求。六、精度等级公差和表面粗糙度的确定 考虑到所设计的蜗杆是动力传动，属于通用机械减速器，GB/T10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T10089-1988。然后由相关的手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。3.4.2 丝杆传动设计及计算丝杆的工作载荷主要是扭矩、拉力或压力。在本设计中，采用滑动丝杆螺母机构，梯形螺纹。下面对其进行设计验算：一、耐磨性计算影响磨损的主要因素是螺纹工作面上的平均压强P，式中Q-丝杆最大牵引力（N）； d-螺纹的中径（mm）； h-螺纹工作面高度，等于螺纹高度减去螺纹顶隙（mm）； T-丝杆螺纹的导程（mm）； K-螺纹头数； L-螺母的长度（mm）； -螺纹工作表面上的许用压强（MPa）。查设计资料【3】表1选取许用压强=11 MPa 表1 许用压强 （MPa）应 用 范 围丝 杆 - 螺 母 材 料钢（不淬硬）-铸铁钢（不淬硬）-青铜钢（淬硬抛光）-青铜精密丝杆传动 2 3 6一般丝杆传动 5 11 15根据以上的选取和公式计算螺纹中径d，对于梯形螺纹代入上式 其中=3.0，考虑到其它因素的影响选取d=38mm。则上述说明满足耐磨性要求。二、刚度计算 由于该丝杆属于低速传动类，所以应从不发生爬行现象的要求进行验算其拉压刚度。 根据实验，丝杆的拉压变形约占整个传动系统变形的30%50%，丝杆的拉压刚度为 式中E-弹性模量。对于钢 ；d和L-丝杆的根径和工作长度（mm）。 因此有 假设丝杆的拉压变形占整个传动系统变形的50%，则整个传动系统的刚度 查表得 代入下式也就是说升降速度低于42mm/min时，就有可能出现爬行现象。而升降速度因此满足刚度要求。三、受压丝杆的稳定性计算受压丝杆的稳定性计算与其构造及支承的特性有关，查参考资料【5】大柔度压杆稳定性计算公式，受压丝杆失稳的最大轴向载荷为 查表得知丝杆的稳定性符合要求。3.5蜗杆轴的设计及计算由于该主轴所传递的扭矩极小在计算时可按心轴公式计算且为实心故其轴径计算公式为d - 轴的直径, mmM - 轴在计算截面所受的弯矩，N mm 轴的许用弯曲应力，MPa, 根据参考资料【5】表5-1-1查取为280MPa弯矩可由弯矩图最大弯矩在轴承支点处，如下图4所示。 RA RB P 图4轴受力图 由材料力学计算有RA=-1789.11N RB=5689.10N P=G=3900 N最大为故轴径为d=20mm取安全系数1.5故轴径为30mm轴的结构设计如下图5所示 图5蜗杆轴结构图3.6蜗杆与减速箱之间的连接蜗杆与减速箱之间的连接从结构和要求综合考虑采用联轴器连接，由于焊接转台振动很小，转矩也很小。因此采用结构简单的刚性突缘联轴器即能胜任，传动的转矩为其中G为转台综合重量；f为滚动轴承摩擦因数查表8.9-1 f=0.01；查机械设计手册【3】表8.9-1得 =0.4即Tmax=351N.m转矩很小远远小于标准减速箱输出轴径所需配合的联轴器因此选用YLD14联轴器J1110140GB/T5843-19863.7导轨的设计及强度计算一、导轨功用、分类和应满足的要求（一）导轨的功用和分类导轨的作用是导向和承载在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，不动的一方叫做支承导轨动导轨相对于支承导轨只能有一个自由度的运动，以保证单一方向的导向性。通常动导轨相对于支承导轨作直线运动或者旋转运动导轨按运动性质分有主运动导轨、进给运动导轨和移置导轨三类。若按摩擦性质分则又可以分成滑动导轨和滚动导轨两类。另一种分类是把导轨分为开式导轨和闭式导轨。（二）导轨应满足的要求：导轨应满足的要求包括对导轨的一般要求、对导轨的精度和光洁度的要求。对导轨的一般要求有以下这些：导向精度；精度保持性；低速运动的平稳性；机构简单、工艺性好。对导轨的精度和光洁度的要求：几何精度；接触精度；表面光洁度。（三）导轨的精加工导轨精加工的方法有精刨（精铣）、磨削和刮研等几种。精刨可以满足普通精度机床导轨的精度和光洁度要求，而且成本低、生产率高。磨削精加工导轨面能够达到较高的精度和表面光洁度，生产率也高，而且是加工淬硬导轨的唯一方法。磨削最初只用来精加工支承导轨，与其配合的动导轨则采用配刮，现在动导轨可以配磨，甚至互换。导轨的磨削方式有周边磨削和端面磨削两种。周边磨削与端面磨削相比，质量好，生产率高，已经逐渐取代了端磨。刮研可以达到最高的精度，同时还具有变形小、接触好、表面可以存油的优点。它的缺点是劳动强度大、生产率低。这种加工方式至今还被应用于高精度机床导轨的精加工上，例如座标镗床和导轨磨床导轨的精加工。二、导轨的选择由设计资料【3】表2可以知道，选择镶钢、镶金属导轨是最经济、最合理的。 表2 导轨的类型、特点导轨的类型主要特点普通滑动导轨（滑动导轨）1. 结构简单，使用维修方便2. 在未形成完全液体摩擦时低速易爬行3. 磨损大、寿命低、运动精度不稳定。塑料导轨1. 动导轨表面贴塑料软带等与铸铁或钢导轨搭配，摩擦系数小，且动、静摩擦系数相近，不易爬行。2. 贴塑工艺简单3. 刚度低、耐热性差，容易蠕变。镶钢、镶金属导轨1. 在支承导轨上镶装有一定硬度的钢板或钢带，提高导轨的耐磨性，改善摩擦或满足焊接床身结构的需要2. 在动导轨上镶有青铜之类的金属防止咬合磨损，提高耐磨性、运动平稳、精度高滚动导轨1. 运动灵敏度高、低速运动平稳性好，定位精度高2. 精度保持性好，磨损少、寿命长3. 刚度和抗振性差，结构复杂，成本高，要求有良好的防护动压导轨1. 速度高，形成液体摩擦2. 阻尼大、抗振性好3. 结构简单，不需复杂供油系统，使用维护方便4. 油膜厚度随载荷与速度而变化，影响加工精度，低速重载易出现导轨面接触静压导轨1. 摩擦系数小，驱动力小2. 低速运动平稳性好3. 承载能力大，刚性、吸振性好4. 需要一套液压装置，结构复杂、调整困难（一）导轨截面形状的选择，截面形状有以下几种，1. V形导轨（山形导轨、三角形导轨）： 导向精度高，磨损后能够自动补偿； 凸形有利于排屑，不易保存润滑油、用于低速； 凹形的特点与凸形特点刚好相反，高、低速时都可以采用； 对称形截面制造方便、应用较广，两侧压力不均匀时采用非对称形； 顶角a一般为90度，重型一般采用a为110度120度，精密机床采用a小于90度以提高导向精度。2. 矩形导轨（平导轨）： 制造简单、承载能力大、不能自动补偿磨损，必须用镶条调整间隙，导向精度低，需要良好的防护； 主要用于载荷大的机床或者组合导轨。3. 燕尾形导轨： 制造较复杂、磨损不能自动补偿，用一根镶条可以调整间隙，尺寸紧凑，调整方便； 主要用于要求高度小的部件中，如车床刀架4. 圆柱形导轨： 制造简单，内孔可珩磨、外圆采用磨削可达配合精度，磨损不能自动调整间隙 主要用于受轴向载荷场合。综合分析各个导轨截面的优缺点，结合实际的情况和要求，选取V形导轨，材料为HT200，其机构设计如下图6所示， 图6 导轨设计图（二）滑动导轨压强的计算导轨的许用压强根据参考资料【2】表9.3-20选取铸铁导轨的许用压强为2.53.0MPa，作如下假设；导轨本身刚度大于接触刚度。此时只考虑接触变形对压强的影响，沿导轨的接触变形和压强，按线性分布，在宽度上视为均布。每个导轨面上所受的载荷，都可以简化为一个集中力F和一个颠覆力矩M的作用，如图7所示 图7导轨压强导轨所受的最大、最小和平均压强分别为式中 -导轨所受集中力（N）； -导轨受的颠覆力矩（Nmm）； -由集中力引起的压强（MPa）； -由颠覆力矩的压强（MPa）； -导轨宽度（mm）； -动导轨长度（mm）。有前面的设计可知 由于 所以导轨面将出现一段长度不接触，要采用压板，在此设计中，采用了下部加置一块导轨，与上面的导轨形成对称，从而达到减小单位面积的受力和力矩的影响。导轨间隙的调整；导轨结合面配合的松动对机床的工作性能有相当大的影响，配合过紧的话，将使操作费力，同时加剧磨损；倘若过松则将影响运动精度，有可能还会产生振动，所以除了在装配的过程中要仔细的调整导轨的间隙外，在使用一段时间后，还要对其进行重调，此设计中选用镶条来调整。这是由于镶条制造简单，成本低，易于操作，修复容易。第四章 PLC控制部分4.1机床的电路分析及确立主电路图该机床主要有主轴转动，升降台的上下运动和工作台的进给运动。这三个运动分别由三个电动机控制，主轴转动之后，升降台的上下运动和工作台的进给运动才能进行；工作台作进给运动时，升降台的上下运动不能进行；主轴最后停止。 主电路图如下图8所示 图8主电路图4.2 PLC选择及接线图4.2.1 PLC选择根据计算可以得知：有14个输入信号和6个输出信号，采用继电器输出，故I/O点数为14+6=20点。故应该选用FX2N-64MR-001系列，输入可用点数为24点，输出可用点数为24点，扩展模块可用点数为4864点（不需要用到），即可达到本设计的要求。采用AC 24V电源、DC输入、横式端子排、标准输出。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 为大量实际应用而开发的特殊功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要-模拟I/O，高速计数器。定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。 网络和数据通信连接到世界上最流行的开放式网络 CC-Link，Profibus Dap和Device Net或者采用传感器层次的网络解决您的通信需要。 时钟功能和小时表功能 在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。 产品说明 规格型号 FX2N-64MR-001 其它说明 最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能 供货地 上海 产地 上海 产品用途 适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 技术参数 输入点数 32点 尺寸（mm）宽*厚*高 220*87*90 输入输出形式 继电器 输出点数 32点、4.2.2 PLC接线图图9 PLC接线图4.2.3 梯形图44 图10 梯形图 4.2.4控制面板的设计如下图11所示图11控制面板控制面板分为2大块：1个灯、6个按钮；在正常启动情况下，红灯先亮，然后才能够进行调节、加工； 上升和下降2个按钮用来控制动力头的垂直位置；左行和右行2个按钮用来控制动力头的进给方向。致谢经过几个月的奋战，终于完成了这个艰巨的任务，完成了大学里面的最后一门功课毕业设计。在这次毕业设计中，我从朱石沙老师身上学到了许多东西。老师认真负责的态度、严谨的治学精神和深厚的理论知识都让我受益匪浅。无论是在学习中还是在实践中，都给予了我很大的帮助，对于我以后的工作和学习都是一种巨大的帮助和财富，衷心的感谢老师细心的辅导。经过这次设计，令我感觉最深的是，任何一台机器的各个零部件都得协调工作，任何一个零件都得通过精心的设计和校核。并且，除了要顾及零件选择的正确性，零件组装的合理性，还要从结构简单，功能齐全，操作以及拆卸方便等方面考虑，特别要以低成本和高生产效率为前提来进行设计。而这些东西正好全面的反应了我们大学四年所学专业知识的综合运用，是对我们专业知识的一次全面性的考察。总之，此次设计给予我一个很好的机会，使我的学习得到很大提高，使我的将来更加坚实和目标明确。参考文献：1 邓星钟主编. 机电传动控制.第三版M武昌：华中科技大学出版社.2001.3； 2戴曙主编.金属切削机床设计M .北京：机械工业出版社.1985.6； 3 成大先.机械设计手册M第三版.北京：化学工业出版社.2002.8；4 濮良贵、纪名刚主编.机械设计（第7版）.M.北京：高等教育出版社.2001.6；5 罗迎社主编.材料力学M.武汉：武汉理工大学出版社.2001.7；6孙桓、陈作模.机械原理M . 北京：高等教育出版社.2001.5；7李世芸主编.Solid Edge v12三维设计教程. M.北京：机械工业出版社.2003.7；8机械设计手册编委会.机械设计手册第二卷.（新版）.M.北京：机械工业出版社.2003.7；9吴宗泽主编.机械零件设计手册.M.北京：机械工业出版社.2004.10；10哈尔滨工业大学理论力学教研室编. 理论力学（第6版）.M.北京：高等教育出版社.2002.8；11 金属切削机床设计编写组. 金属切削机床设计.M .上海：上海科学技术出版社.2002.12；12李建兴主编.可编程序控制器应用技术.M .北京：机械工业出版社.2006.9；附1程序语句表程序:0000 LD X00005 OR M00010 LDI X1 0015 OR M60020 ANB 0025 ANI T0 0030 OUT M00035 LD M00040 AND X20045 OUT T1 0050 K200055 LD T10060 OR M10065 ANI X10070 ANI X60075 ANI X120080 ANI M20085 ANI M40090 ANI M50095 OUT M10100 LD M00105 AND X30110 OUT T2 0115 K200120 LD T20125 OR M20130 ANI X10135 ANI X70140 ANI X130145 ANI M10150 ANI M40155 ANI M50160 OUT M20165 LD M00170 AND X40175 OUT T3 0180 K200185 LD T30190 OR M40195 ANI X10200 ANI X100205 ANI X140210 ANI M10215 ANI M20220 ANI M50225 OUT M40230 LD M00235 AND X50240 OUT T4 0245 K200250 LD T40255 OR M50260 ANI X10265 ANI X110270 ANI X150275 ANI M10280 ANI M20285 ANI M40290 OUT M50300 LD M40305 OR M50310 OR M6 0315 ANI T00320 OUT M60325 LD M60330 ANI M10335 ANI M20340 ANI M40345 ANI M50350 OUT T00355 K600360 END附三 译文：摘要建立在电流变效应上的一种电流变液体和硅氧烷胶体：对于一种人造肌肉的动作。KSTHRNE BOHON.SONIA.KRAUSEPwns Selaer Polytechnic Institnte, De parimant of hemistry Troy, New York 12180-3590Receied29Tuly1997; revised14O ctober1997; accapted15, OCTOBER1997;关键字：电流变液体（ERFS）；聚凝胶体；人造肌肉；电流变效应。介绍：一种横骨骼肌能对少于100ms神经脉冲作出反应。在过去，聚合胶体和引导性胶体已被研究作为人造肌肉。然而，这些材料的主要问题是他们间慢的响应（3s）。另一方面，电流度液体它能以微秒级的速度从一种液态变为弹粘性的固态，这种材料在电子领域中应用，电流变液体正北研究为许多应用装置。包括：阻尼器、离合器、机器人手指衬垫的外形检测器，以及人造肌肉。在电流变液体的研究中，人们最感兴趣的市它那快速又容易被控制的反应时间。这里，我们已经开发利用了电流变反应速度，在混合硅氧烷胶体的强度和弹性下去建立电流变效应，也就是在以100ms的快速时间内对于电脉冲的反应。令人感到高兴的是2ryiniet Al所作的声明，他已经发现一种硅氧烷胶体的延伸物被一种含铁液体所膨胀，在非均匀磁场中。然而，不足的是，没有时间强度为这种磁性材料所提及。实验：胶体和胶体混合物的准备：一种商业性的样品，它由PDMS和绝缘的胶体两部分组成，由德国电子学家Sililones Divisi和Waterford NY配备的RTV6136(A和B)并被使用，这种PDMS胶体是通过混合A和B相等两部分，并让之产生作用而得。令一种胶体市通过在它产生作用之间将硅液与RTV6136混合而成。这种胶体发生作用的时间约一小时。电流变液体是作为一种商业性样品被使用，Bayer corporation putts burgh 提供了Rhtobay VAAI3565电流变液体并使之与硅油中的交键硅氧烷粒子相混合而成。通过把ERF与相互不起作用的RTV6B6胶体（PDMS）相混合而制得混合胶体。然后让之产生作用。被研究的混合胶体是90/10, 60/40, 50/50, 40/60,10/90, PDMS/ERF。这些胶体产生作用的时间是从1小时到98小时排列。PAMS/ERF的比率越小，所得胶体就越软，并且产生作用的时间就越长。99t%纯的KSLN和97%纯的trifoliate同时被加到PAMS的A和B两部分中，与ERF一样让之放置一星期。PDMS胶体和60/40 PDMS/EERF的混合胶体用一些“盐”材料像以上描述的一样被制作。所使用的仪器：一个稳定的610c的高压放大器和一个斯坦福搜索系统DS335,用作为DC和AC功能的3.1MHZ的功率发生器，另外，这种被测试的胶体通过使用最理想的6.0假设分析软件与L诶童总laborlax12 的中心相联，光学显微镜，TV监视器，滨松CCD照相机3000色视频打印机。胶体和胶体的介电常数市通过在一个solartron1260阳抗相位分析仪上测得的电容读数来计算。韧性电极是通过使用一个具有金属源头的丹顿工桌顶喷衣在有静电复映的透明体上喷撒金粒而制得的。结果和讨论：在两韧性电极间的ERFS。如果把韧性电极分开放在一个有电场的液体中，那么它们将相互吸引并离开原来的位置。然而，当韧性电极放在一个有DC的电流变液体中，那么这些粒子即使在像20KV/cm的场强下也会顺着电场方向排成直线来支撑两边的韧性电极。但这些电极乃相互吸引并靠近一个很小的距离。令人不满意的是，当电场消失时，这些ERF粒子乃保持着那样的有序排列，并要花数秒甚至数分钟去返回到最初的那种无序状态，即使在零场强下，也没有迅速的回复力使电极回到初始位置。某些弹性体需用来产生这种回复力。因为我们所用的ERF，它是放在硅油中，所以PDMS胶体被研究。两韧性电极间的胶体：这种PDMS胶体在两相距5mm的韧性电极间产生作用，正如图1所示。在DC和AC场中，在小于10um的胶体内证明有一种微弱的压力。当场强消失DC或当E(AC)=0时，胶体的那种粘弹特性为电极提供了一种回复力，使之回到最初位置。然而，在a15HZ的频率下，由于场强改变过快，以至电极不能与场的改变同步，故仅有一种压力的表现。当所供的场强从3到20kv/cm连续变化且频率也从1HZ到1MHZ之间持续改变时，实验表明，场强的增加并没引起压力的显著增大（1um）。当这种PDMS胶体与硅油混合并有电场作用下产生作用时，这种压力增加明显。但仍是很小的（12um）。对DC和AC响应的反应时间是通过录像装置和使用决定韧性电极何时开始移动的放像装置来决定的。这个反应时间被称为滞后时间，滞后时间是指从DC或AC在电场作用开始，到韧性电极开始运动之间的时间差。PDMS胶体和硅油混合胶体对于电场的反应时间小于100us；这种方法没有考虑到更高的精确性。在韧性电极间的ERFS和胶体：具有不同比率的PDMS/ERF混合胶体在两相距5mm的韧性电极间产生作用，正如图1所示一样。借助一种具有DC场的装置，使PDMS/ERF胶体被相对的压迫，且胶体的反应时间又少于100ms。在AC场中，PDMS/ERF胶体被挤压，并以所加频率的两倍节奏返回到它的原始位置。场强从3到20kv/cm，且频率从1HZ到1MHZ之间的连续变化。当以0.1-15HZ的频率4kv/cm的场强加到这种混合胶体中。则胶体的这种变化正如图2所示。这种被测量的代替市单电极的移动，另一电极也有同样的代替，当高于15HZ，AC场对于PDMS改