立式铣床设计文献

.吉林化工学院文 献 综 述立式数控铣床传动系统设计Vertical CNC milling machine transmission design性 质: R毕业设计 毕业论文教 学 院： 机电工程学院系 别：机械电子系学生学号：11410227学生姓名：孟凡华专业班级：机自1102指导教师：田爱华/申东辉职 称：教授/助教起止日期：2015.3.22015.3.28吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology.SK125立式数控铣床传动系统关键部件设计及发展趋势摘 要：本文主要介绍了立式数控铣床常用铣刀及其特点和用途，为大家在实际生产中选用合适的铣刀加工零件提供参考。应用锤击法对立式 数控铣床进行了试验模态分析 , 研究了该立式数 控铣床的动 态特性 , 获得 该立式数控 铣床低频段的固有频率 、 阻尼比和振型 。 通过对整机各 阶模态振型的分析 , 找到了立 式数控铣床 结构的薄弱 环节 , 并为进 行结构优化设计提出了改进措施 。关键词：立式数控铣床 面铣刀 立铣刀；动态特性；模态分析；锤击；激振1 立式数控铣床的常见形式和工作方式立式数控铣床有小型和中型之分小型数控铣床一般为立式升降台结构，即机床的主运动和进给运动都是由工作台完成的；而中型立式铣床的主运动Z方向由主轴箱完成，进给运动X和Y方向运动由工作台完成。由于立式数控铣床一般都是三坐标机床，根据可控制联动的坐标轴数分类，立式数控铣床有三坐标联动数控铣床和两轴半坐标联动数控铣床。立式数控铣床常加工的零件有平面轮廓类零件、空间曲面轮廓类零件和模具类零件等，可用于零件的平面铣削、平面型腔铣削、外形轮廓铣削、三维及三维以上复杂型面铣削等1。2 立式铣床大平面加工常用刀具硬质合金可转位面铣刀面铣刀的定义立式数控铣床加工大平面类零件时，一般选用面铣刀，也称端铣刀。面铣刀有一个大直径的刀盘，切削面积大，切削效率高。面铣的主切削刃分布在铣刀周围的圆柱面和圆锥面上，副切削刃分布在铣刀的端面上。硬质合金面铣刀的分类及应用立式数控铣床最常用的面铣刀是硬质合金可转位面铣刀，根据刀片主偏角的不同分为45面铣刀、75面铣刀和90面铣刀等。45面铣刀由于振动小，被经常使用，可加工平面和斜面、倒角面等。用该类刀具加工平面时，刀片破损率低，耐用度高。75面铣刀的抗震性较90面铣刀有较大改善，切削平稳、轻快，在面加工中应优先选用。该类面铣刀为通用型刀具，适用范围较广，可用于粗加工。90面铣刀既可加工台阶面，又可加工平面，但加工时振动大，要求机床具有较大功率和足够的刚性，一般用于薄壁件加工。面铣刀直径和齿数选择方法面铣刀直径选择时，主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内，也可将机床主轴直径作为选取的依据。面铣刀直径可按公式 D1 .5 d 选取。在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。面铣刀有粗齿、中齿和细齿之分。粗齿齿数少，容屑空间大，刀齿强度大，适合用于粗加工；中齿铣刀切平稳，应用广泛；细齿铣刀齿数多，容屑空间小，刀齿的强度小，适合用于精加工2-6。3 立式数控铣床轮廓加工常用刀具立铣刀3.1立铣刀的定义立铣刀是数控铣床上利用率最高的刀具，可以加工平面、零件轮廓和一些开口通槽和成形面等。立铣刀的形状是圆柱形的，一般有三刃以上，主切削刃分布在铣刀的圆柱面上端面上是副切削刃，铣刀端面的形状有中心孔式或是开口式。2.立铣刀的螺旋角及其用立铣刀有左螺旋和右螺旋之分，铣削刃也有左刃和右刃之分，最常见的是右刃右螺旋。立铣刀圆柱表面上的刃可以是直刃，也可以是螺旋刃。但直刃是断续切削，振动大，表面质量不好；而螺旋刃是连续切削各刀齿沿切削刃逐渐切入和切出，振动很小，从而提高了切削过程的平稳性和工件的加工表面质量，带有螺旋刃的立铣刀最常见。螺旋角般有30和45两种。对于一些加工要求较低的工件，一般用30螺旋角，用大进给量小转速。而如果零件要求质量较高，就要选用45螺旋角，用小进给量、大转速，提高零件的表面质量。3.立铣刀的齿数选择立铣刀的容屑槽随着刃数的增多而减小，而刚性则相反，刃数越多的立铣刀刚性越好，而刚性影响着铣削时刀具的平稳性。所以，一般将刀齿个数为36个的立铣刀用于粗加工，而将刀齿个数为510个的立铣刀用于精加工7-9。3.2立铣刀的进给立铣刀在应用时，有一个禁忌，即一般不能沿铣刀的轴向做进给运动，而推荐沿铣刀的径向做进给运动。但是如果改变加工方式，也可以沿Z方向切深进刀。常见的进刀方如下。（1）利用钻头和工艺孔进刀。先选用直径较小的钻头加工出工艺孔，再用立铣刀进行Z向垂直切深进给。（2）利用螺旋进刀方法。数控铣床可以实现三轴联动螺旋线进刀，使得Z向进刀和内轮廓加工自然平滑过渡，一般不会产生加工刀痕，因此，这种方式得到广泛应用。（3）斜线进刀方法。采用三轴联动的斜线方式进刀，利用立铣刀的端面刃切削，从而避免了刀具的中心部分参与切削。但不足之处是，这种进刀方式无法实现Z向进刀和内轮廓加工的平滑过渡，容易产生加工痕迹10-14。国外数控铣床现状与发展趋势国外数控铣床的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。从机械结构上看，其发展经历了十字架型（轻型）、门型（小型）、龙门型（大型）3个阶段，相应的型号种类繁多。能够代表数控铣床技术最高水平的厂家主要集中在德国，目前，国外已有厂家在龙门式切割机上安装一个专用切割机械手，开发出五轴控制系统的龙门式专用切割工具，该系统可以在空间切割出各种轨迹，利用特殊的跟踪探头，在切割过程中控制切割运行轨迹。我国工厂的板材下料中应用最为普遍的是数控铣床和等离子切割，所用的设备包括手工下料、仿形机下料、半自动切割机下料及数控切割机下料等。与其他切割方式比较而言，手工下料随意性大、灵活方便，并且不需要专用配套下料设备。但手工切割下料的缺点也是显而易见的，其割缝质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后道加工工序的工作量大，同时劳动条件恶劣。用仿形机下料，虽可大大提高下料工件的质量，但必须预先加工与工件相适应的靠模，不适于单件、小批量和大工件下料。半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一种形状的切割。上述3种切割方式，相对于数控切割来说由于设备成本较低、操作简单，所以在我国的中小企业甚至在一些大型企业中仍在广泛使用。随着国内经济形势的蓬勃发展以及以焊代铸趋势的加速，数控铣床的优势正在逐渐为人们所认识。数控铣床不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率进一步提高。目前，我国金属加工行业使用的数控铣床是以火焰和普通等离子切割机为主，但纯火焰切割，已不能适应现代生产的需要，该类切割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件的加工的需要，因此需求量将会越来越大，但与国外的差距仍极为明显，主要表现为：发达国家金属加工行业90%为数控切割机下料，仅10%为手工下料；而我国数控切割机下料仅占下料总量的10%，其中数控铣床下料所占比例更小。我国数控铣床每年市场需求量约在400500台之间。相较而言，仿形切割机每年销售几千台，半自动切割机每年销售达上万台。由此可见，我国数控切割市场，尤其是数控铣床市场的发展潜力是巨大的15-16。3.3数控技术的现状与发展计算机技术的飞速发展推动了数控技术的更新换代，而这也日益完善了数控铣床的高精、高速、高效功能。代表世界先进水平的欧洲、美国、日本的数控系统生产商利用工控机丰富的软硬件资源开发的新一代数控系统具有开放式体系结构，即数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次产品的开发。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向发展。近几年来，由于对切割质量、劳动环境等的要求越来越高，其相应产品在我国的市场需求量也逐年上升。在我国的数控铣床设备生产行业中，由于缺乏切割理论研究与生产实践相转换的机制，因此新技术运用不广、新产品开发速度不快，制约了数控铣床技术的进一步发展和运用17。4 主轴箱部分包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。我的设计课题是针对SK125立式数控铣床传动系统关键部件设计S铣床类别代号（螺纹加工铣床）K机床特性代号（数控） 125代表主要参数主轴传动系统 及箱体部分1. 范围： 各种不同的机床对调速范围的要求不同，多用途，通用性比较大的机床，要求主轴的调速范围大，不但有低速大转距的功能，而且还要有比较高的速度。2. 热变形：电动机、主轴及传动件都有热源。降低温升，减少热变形是对主传动系统要求的重要指标。3. 旋转精度和运动精度（1）主轴的旋转精度:是指装配后，在无载荷，低速转动条件下，测量主轴前端和300mm处的径向和轴向跳动值。（2）主轴在以工作速度旋转时，测量上述两项精度称为运动精度。4. 主轴的静刚度和抗振性由于数控机床的加工精度比较高，主轴的转速又很高。因此，主轴组件的质量分布是否均匀以及主轴组件的阻尼等，对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响。5. 主轴组件的耐磨性 主轴组件必须有足够的耐磨性，使之能够长期保持要求的准确精度。凡是有机械摩擦的部位，轴承，锥孔等都要有足够的硬度，轴承还应具有良好的润滑18-19。5 总结部分数控铣床任然是数控加工行业的中流砥柱，对未来发展方向，有以下看法中国数控铣床虽说价格便宜，但在性能方面还存在不足之处。未来数控铣床技术将朝数字化、高速 高精化、复合化、智能化等方向发展 1、高速高精与多轴加工成为数控铣床的主流，纳米控制成为高速高精加工的潮流。2、多任务和多轴加工数控铣床越来越多地应用到能源、航空航天等行业。3、机床与机器人的集成应用日趋普及，且结构形式多样化，应用范围扩大化，运动速度高速化，多传感器融合技术实用化，控制功能智能化，多机器人协同普及化。4、智能化加工与监测功能不断扩充，车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率。5、最新的机床误差检测与补偿技术能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量，与传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高34倍，同时效率得到大幅度提升 6、CAD/CAM技术为多轴多任务数控铣床的加工提供强有力的支持，可以大幅度提高加工效率。7、刀具技术发展迅速，众多刀具的设计涵盖了整个加工过程，并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求20。参考文献1吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册第二版M.北京:高等教育出版社,1999.2廖念钊,莫雨松,李硕根,杨兴骏.互换性与技术测量第四版M.北京:中国计量出版社,2000.3陈锦昌,刘就女,刘林.计算机工程制图M.广州:华南理工大学出版社,1999.4冯辛安,黄玉美,杜君文.机械制造装备设计M.北京:机械工业出版社,2004.5熊光华.数控机床M. 北京:机械工业出版社,2001.6李峻勤,费仁元.数控机床及其使用与维修M.北京:国防工业出版社,2000.7张柱银,陈思义,明兴祖.数控原理与数控机床M.北京:化学工业出版社,2003.8林东.数控技术M.北京:北京理工大学出版社,1995.9王爱玲,白思远.现代数控机床M.北京:国防工业出版社,2001.10何存兴,张铁华.液压传动与气压传动第二版M.湖北:华中科技大学出版社,2000.11毛谦德,李振清.袖珍机械机械设计师手册第二版M.北京:机械工业出版社,2001.12朱龙根.简明机械零件设计手册M.北京:机械工业出版社,2000.13王可.实用机床设计手册M.辽宁: 辽宁科学技术出版社,1999.14 Zeah M, Siedl D. 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Application of Vertical CNC milling machine hammering experimental modal analysis conducted to study the dynamic characteristics of the vertical CNC milling machine, CNC vertical milling machine to obtain the low frequency natural frequency, damping ratios and mode shapes. Through the whole of each modal modal analysis, found a weakness in the structure of vertical CNC milling machine and structural optimization design for proposed improvements.Keyword : Vertical CNC milling machine; Face milling cutter; Dynamic characteristic; Modal Analysis; Exciting hammering.