并聯(lián)機床實驗臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】
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并聯(lián)機床實驗臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計并聯(lián)機床實驗臺的優(yōu)越之處n剛度重量比大:因采用并聯(lián)閉環(huán)桿系結(jié)構(gòu),傳動構(gòu)件理論上為僅受拉壓載荷的二力桿,故傳動機構(gòu)的單位重量具有很高的承載能力。n響應(yīng)速度快:允許動平臺獲得很高的進給速度和加速度,因而特別適于各種高速數(shù)控作業(yè)。n環(huán)境適應(yīng)性強:便于可重組和模塊化設(shè)計,且可構(gòu)成形式多樣的布局和自由度組合。在動平臺上可進行多樣性改裝。n技術(shù)附加值高:并聯(lián)機床具有“硬件”簡單,“軟件”復(fù)雜的特點,是一種技術(shù)附加值很高的機電一體化產(chǎn)品。重要零部件選型 n依照主軸功率確定電主軸型號 n選擇主軸下部刀具夾頭 n工件裝卡夾具選用 電主軸型號n按課題要求主軸切削功率為1kw,以課題的三桿并聯(lián)機床結(jié)構(gòu)來看,周邊立柱呈現(xiàn)120度圓周矩陣形式,主軸必然要在正中心,固定于三連桿下端的動平臺上。所選電主軸參數(shù)n主軸功率1w,可知主軸所產(chǎn)生的外力偶矩m=9550P/n,主軸電機選型轉(zhuǎn)速n=24000r/min,由此可推算出外力偶矩m=95501/24000=0.398Nmn經(jīng)過多方查詢,最終確定了電主軸型號:為XCSD100Z24 銑夾頭軸端連接n銑夾頭與電主軸的連接軸端采用關(guān)節(jié)軸承。n已知關(guān)節(jié)軸承型號,查手冊其裝卡直徑為10mm。彈簧銑夾頭參數(shù)n關(guān)鍵參數(shù)均為已知量,接下來就可以選擇所需的刀具夾頭刀柄了。n并聯(lián)實驗臺的結(jié)構(gòu)確定了它扮演著一臺數(shù)控立銑的角色,所以刀柄的選用范圍也就確定下來,應(yīng)為裝卡直徑10mm的數(shù)控銑夾頭,查詢后得出:JT(BT)40-QH1-75工件裝卡夾具選用 n裝卡范圍:R=175的半球,徑向長度是350,也就是說卡具夾持的最大值至少為350mm。翻閱了卡具設(shè)計手冊,對各種機床的卡具樣式進行了對比,可用于此并聯(lián)實驗臺的有:車床的三抓卡盤(需作改動)、銑床的平口虎鉗。n因為所需加工工件形狀的不確定性,所以以車床的三爪卡盤比較適合,它能夠解決工件夾裝時的自定心問題。只要在車床卡盤的基礎(chǔ)上,取消卡盤隨主軸的轉(zhuǎn)動即可??ūP尺寸確定n按照要求所需夾持直徑350mm。n由右側(cè)表格可知,規(guī)格D500反爪加緊范圍150500,滿足徑向350mm,可定下卡盤規(guī)格為D500。三爪卡盤參數(shù)n依照所要求的裝卡尺寸,選擇外徑500的卡盤。n型號:K11500A/A115 卡盤特殊要求n用于并聯(lián)機床實驗臺的三爪卡盤需作改動,免去了車床卡盤中盤體隨主軸轉(zhuǎn)動這一動作,所以,卡盤中軸部分予以取消。卡盤與機架連接部分只需加工六個圓周陣列的M20的沉頭通孔,用于與機架相連的螺釘貫穿卡盤,其固定作用。實驗臺支承部分及其連接的方案 n機架的設(shè)計方案n鑄造機架的材料及熱處理n機架的截面形狀、壁厚及周邊筋的布置 n立柱與底座的連接方式 n底座的造型 機架的設(shè)計n機架作為實驗臺的支承部分,是本次設(shè)計的一個重點。n機架設(shè)計的基本準(zhǔn)則應(yīng)保證:剛度、強度、穩(wěn)定性。n在滿足強度和剛度的前提下,機架的重量應(yīng)要求輕、成本低;抗震性好,把受迫震動振幅限制在允許范圍內(nèi);噪聲小;溫度場分布合理,熱變形對精度的影響小;結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,工藝性良好,便于鑄造、焊接和機械加工;結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整,方便修理和更換零部件;有道軌的機架要求導(dǎo)軌受力合理、耐磨性良好;造型好,使之既適用經(jīng)濟,又美觀大方。n按照以上機架設(shè)計的要求準(zhǔn)則,首先確定機架的制造形式,為鑄造機架。總體結(jié)構(gòu)造型n(1)工作空間呈柱形,具有較大的編程空間與機床體積比,且平行于工作臺任意截面的運動學(xué)性能等同。n(2)位置及速度正、逆解均有顯式解析解答,可實施快速PVT插補和在線運動學(xué)標(biāo)定。n(3)支鏈采用帶消極約束的三桿平行四邊形剛架結(jié)構(gòu),不但可有效地消除鉸鏈間隙,且可大幅度提高動平臺抵抗切削顛覆力矩的能力。n(4)除底座和動平臺外,主要結(jié)構(gòu)件均為三對稱,可大幅度減少零部件設(shè)計工作和制造成本。鑄造機架的材料及熱處理n材料選擇查閱鑄造機架常用材料后得出,鑄鐵機架用于并聯(lián)實驗臺比其他金屬性價比高,是機架使用最多的一種材料,它的流動性好,體收縮和線收縮小,容易獲得形狀復(fù)雜的鑄件。n鑄鐵機架的時效處理時效處理的目的是在不降低鑄鐵力學(xué)性能的前提下,是鑄鐵的內(nèi)應(yīng)力和機加工切削應(yīng)力得到消除或隱定,以減少長期使用中的變形,保證幾何精度。n人工時效普遍應(yīng)用熱處理方法,將鑄件緩慢加熱到共析點以下(一般為500600),保溫一段時間,然后緩慢冷卻,消除內(nèi)應(yīng)力。機架的截面形狀 n此種空心矩形的抗彎、抗扭慣性矩比值分別為:抗彎慣性矩相對值:3.45 抗扭慣性矩相對值:1.27 n鑄件壁厚的選擇取決于其強度、剛度、材料、鑄件尺寸、質(zhì)量和工藝等因素。n就鑄鐵機架而言,按目前工藝水平,砂模鑄造鑄鐵件的壁厚,可利用當(dāng)量尺寸N,來確定。nN=(2L+B+H)/3 L、B、H分別為主見的長、寬、高n利用上述公式,結(jié)合查表鑄鐵機架的壁厚,確定出實驗臺立柱的壁厚為20mm。壁厚及加強筋n對于保證立柱剛度的加強筋和肋,由于次實驗臺設(shè)有頂端端蓋,用于安裝并聯(lián)機構(gòu)。為了能夠更好的保障立柱剛度,立柱內(nèi)部設(shè)有交叉十字肋;另外柱體外側(cè)周邊添置筋板有效地提高了剛度、穩(wěn)定性和抗振能力。n筋的尺寸查表可知:厚度=0.8s 高度1.5s s為立柱的壁厚n得出筋高為100,厚16。肋厚度查表 為立柱壁厚的0.6倍 厚度為12mm。n加入肋后,尤其是45度對角肋,對扭轉(zhuǎn)剛度的提高有明顯的效果,抗彎剛度可提高60%,扭轉(zhuǎn)剛度可提高4.58.5倍。立柱與底座的連接方式 n由于立柱與底座需要進行連接,考慮到立柱下端受應(yīng)力較大,而且用螺紋連接打孔不便,綜合各種因素,選怎了焊接的形式。n焊接時,會產(chǎn)生局部應(yīng)力,為了保證定位精度,立柱下端設(shè)計了定位銷孔,孔徑為d8。分別布置在力主四個底角的中心位置。n在焊接前,現(xiàn)將定位銷插入銷孔,兩者過渡連接,使其立柱在焊接過程中不會由于焊接應(yīng)力的原因,與底座產(chǎn)生相對偏移。焊坡參數(shù)n焊縫尺寸的確定方法一般為:按焊縫的工作應(yīng)力;安等強原則;按剛度條件。由于焊接機床的床身,立柱,橫梁和箱體等一般按剛度設(shè)計,所以焊縫尺寸宜采用依照剛度原則確定。n按剛度條件選擇角焊縫尺寸的經(jīng)驗做法是:根據(jù)被焊鋼板中較薄的鋼板強度的33%、50%n、100%作為焊縫強度來確定焊縫尺寸。n為了保證實驗臺的良好剛度,經(jīng)過查詢,立柱與機床機架的角焊縫尺寸有鋼板剛度的100%確定得出:板厚h 按照100%強度設(shè)計 則焊縫寬度=3/4hn前邊已經(jīng)確定板厚h=20mm 所以得出焊縫寬度K=3/4x20=15mmn接下來考慮焊縫應(yīng)力問題,在焊接接頭處,由于機床實驗臺加工時的并聯(lián)機構(gòu)擺動,會使立柱底端受剪切力,為了減小這種損害性力,焊坡需要呈現(xiàn)45度角,從而解決應(yīng)力過度集中的問題。底座的造型 n首先確定出了立柱的結(jié)構(gòu),底座的造型就要基于立柱而確定。呈現(xiàn)三根立柱120度圓周陣列的連接體,高度200mm。與立柱材料一致,采用灰鑄鐵HT150,鑄造后同樣需要人工時效處理。前邊已經(jīng)確定了立柱、卡盤的構(gòu)造,在底座上要預(yù)留出配合時的安裝孔。有安裝卡盤的螺紋孔,還有定位立柱的銷孔,兩種孔的加工都已標(biāo)準(zhǔn)件螺釘和定位銷為基準(zhǔn),采用輕微過盈量。在鑄造完畢時效處理后,按照表逐漸配合尺寸打孔、攻絲。n考慮到并聯(lián)實驗臺的自身重量,底座邊緣分別留出了三個32mm的地腳螺栓安裝孔,以便實驗臺安裝時的水泥澆筑地腳螺栓。實驗臺電路設(shè)計 n電路布線方案 n電路控制要求 n電路控制連線原理圖 電路布線方案 n實驗臺電源配置380V三相交流電,在裝配圖中,按照電主軸及并聯(lián)機構(gòu)驅(qū)動電機電源入口,在機架立柱上預(yù)留了一個50mm的電源孔,四周有安裝配電箱螺釘?shù)目?。主電源線由地面,上連到配電箱,電源線外側(cè)套有絕緣蛇皮管。n電主軸和并聯(lián)機構(gòu)的配電,經(jīng)過配電箱的電源線,經(jīng)立柱內(nèi)側(cè)分配到各個電源接口。n電主軸已經(jīng)選出,實驗臺裝配時,將電主軸用螺栓固定于動平臺上。則主軸位于動平臺中央,連接電源線須從立柱上端引出線,從實驗臺頂蓋向下連入電主軸。n并聯(lián)機構(gòu)驅(qū)動電機的電源入口,就在絲杠套筒的端口,所以和電主軸一樣,電源從立柱上端引出。電路控制要求 n并聯(lián)機構(gòu)在此不予考慮,那么電主軸的控制相對于并聯(lián)部分就簡單的多,只需用繼電器控制電主軸的正反轉(zhuǎn)、加減速的簡單動作。電路控制連線原理圖 n左半部分是主軸正反轉(zhuǎn)連線;右邊部分是主軸正反轉(zhuǎn)、加減速、制動控制部分。答辯陳述完結(jié)篇感謝各位老師
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上傳時間:2021-04-14
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