牛皮切邊機的數(shù)控系統(tǒng)及傳動機構(gòu)設(shè)計
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總體方案設(shè)計
國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
專用機床是一種專門適用于特定零件和特定工序加工的機床，而且往往是組成自動生產(chǎn)線式生產(chǎn)制造系統(tǒng)中，不可缺的機床品種。組合機床是專用機床的一種，它以標(biāo)準(zhǔn)化部件為基礎(chǔ)，配以少量的專用部件組成。而目前一些機床廠對其生產(chǎn)的通用機床若作改動時，也習(xí)慣用專用機床來取代。比如數(shù)控車床由于盤改為專用設(shè)計的，這臺數(shù)控車床則不用原機床型號，而采取編專用機床號的辦法。由于專用機床是一種《量體裁衣》產(chǎn)品，具有高效自動化的優(yōu)點，是大批量生產(chǎn)企業(yè)的理想裝備。隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)的普及，專用機床的數(shù)控化發(fā)展也很快，專用機床在生產(chǎn)實踐中占有一定的比重。據(jù)有關(guān)資料介紹，日本2001年專用機床產(chǎn)值占機床產(chǎn)值的比達(dá)到8.8%；我國臺灣省這一數(shù)字達(dá)到6.9%;而我國僅為0.67%。所以，在當(dāng)前產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整中，發(fā)展專用機床是行業(yè)發(fā)展中的一個值得注意的問題。
專用機床及其自動化生產(chǎn)線的制造，與大量生產(chǎn)汽車等性質(zhì)不一樣，也與普通機床的制造性質(zhì)不一樣，它具有兩個極其鮮明的特征：一是集成性。用戶訂購專用機床都是要求交鑰匙工程，它集加工工藝（含工藝方法及工藝參數(shù)），機床、夾具、工具（包含輔助）的開發(fā)設(shè)計與選擇，檢驗測量（包括進(jìn)入機床前的毛坯檢驗、加工中及成品的檢驗測量）物流的輸送，切屑和冷卻液的防護(hù)與處理等于一體。它不僅僅解決其中的某一問題，而是要解決好涉及較寬的技術(shù)領(lǐng)域可能遇到的每一個問題。二是單一性。專用機床幾乎都是單臺性生產(chǎn)，要根據(jù)用戶提出的要求，進(jìn)行一次性開發(fā)，一次性制造，而且還要保證一次性成功。
根據(jù)長期有關(guān)從事專用機床及其自動生產(chǎn)線開發(fā)制造的人員的體會，將專用機床制造業(yè)的工作歸納為以下八個特點：
A.技術(shù)難度大。由于它是集加工工藝、機床、夾具、輔具、刀具、檢驗測量、物流等于一體，實現(xiàn)交鑰匙工程，從而涉及技術(shù)領(lǐng)域?qū)捛覐?fù)雜，又是一次性制造，要保證一次成功，所以技術(shù)難度大。
B.是經(jīng)營風(fēng)險率高。專用機床（或自動線）根據(jù)用戶訂單“量體裁衣”制造的，不可能有試制探索過程，要確保一次成功，有相當(dāng)大的技術(shù)風(fēng)險。由于技術(shù)方案不當(dāng)，造成局部或整體報廢的情況屢見不鮮；由于一次性制造，在制造調(diào)試過程中難保不出現(xiàn)問題，解決這些總是需要時間，從而按期交貨也有一定的風(fēng)險；由于裝備是專門為某一用戶訂做的，當(dāng)該用戶因種種原因不能如期付款、甚至無力付款時，勢必造成制造企業(yè)的損失；在現(xiàn)行的金融制度還無法約束對方，產(chǎn)品無法轉(zhuǎn)讓他人的情況下，經(jīng)營顯而易見。
C.是協(xié)作困難大。由于是一次性制造，它不像汽車零部件那樣大量生產(chǎn)，也不像通用設(shè)備那樣批量生產(chǎn)，找協(xié)作廠家很困難。條件一般的企業(yè)，很難保證一次性制造出合格的產(chǎn)品；條件好的企業(yè)，又不愿當(dāng)配角，對這種委托協(xié)作看不上。
D.是技術(shù)依賴性強。專用機床及其自動線從設(shè)計、工藝編制、生產(chǎn)制造到裝配調(diào)試的全過程，都需要一批有經(jīng)驗的技術(shù)人員、管理人員和技術(shù)工人。
E.是利潤空間小。在國外不同的生產(chǎn)模式的企業(yè)（指大量生產(chǎn)、批量生產(chǎn)或單件小批生產(chǎn)），其生產(chǎn)產(chǎn)品的效益相差不會太大，但國內(nèi)這幾種生產(chǎn)模式的企業(yè)效益卻相差懸殊。如果做一比較，就很能說明問題，假如國外的某種產(chǎn)品價格為1，相對國內(nèi)轎車價格則為1.15-1.25，對通用機床國內(nèi)的價格為0.7左右，而國內(nèi)專用機床的價格僅為0.3-0.4。
由于國情或用戶對專用機床制造業(yè)不夠理解等原因，專用機床的銷售價格總體偏低。近幾年，國內(nèi)市場專用機床的單臺平均售價呈下降趨勢，以組合機床為例，其單臺平均售價從1996年的31萬多元下降到2000年的23萬多元，降幅達(dá)25%。在國外購買一臺標(biāo)準(zhǔn)的加工中心的費用和為其配全成加工某種零件所需的夾具、刀具及相關(guān)輔具的費用之比，一般是100:60左右，之所以后者占有如此高的比例，是因為除了考慮硬件的消耗外，更多是考慮技術(shù)的投入和由此而帶來的風(fēng)險。而國內(nèi)這一比值一般用戶僅能接受100:25左右。如果在考慮5%的質(zhì)量保證金要在一年后才能拿到，這種種原因把產(chǎn)品的利潤壓縮到極小的空間。
F.是技術(shù)成長期長。專用機床的設(shè)計制造涉及專業(yè)面廣，要具備較豐富的工藝知識，要比較熟悉用戶的制造工藝，要保證一次成功，培養(yǎng)一名熟練的主管設(shè)計師，要花幾年時間，才能做出好的產(chǎn)品設(shè)計、好的制造工藝，生產(chǎn)出好的產(chǎn)品，技術(shù)成長期要長。
G.是人員流動困難。由于訂單不均衡，會引起生產(chǎn)的不均衡，國外除了零部件外協(xié)條優(yōu)越外，還有成熟的技術(shù)勞動力市場，企業(yè)可以根據(jù)訂單情況輸出或吸收有關(guān)勞動力，使這與企業(yè)生產(chǎn)相適應(yīng)。國內(nèi)則無法做到這一點，有時可以招些臨時工，但多數(shù)只能承擔(dān)一些輔助性工作，熟練技工則難以尋求。
H.是技術(shù)引進(jìn)困難，與國外合作難。由于專用機床是一次性設(shè)計制造，引進(jìn)技術(shù)若僅供一次使用，則成本太高，很難實現(xiàn)。到目前為止，我國專用機床制造業(yè)沒有一家談成合資，雖有接觸，但都僅限于具體項目的合作。
八個特點，八種原因，既相互關(guān)聯(lián)，又各具特性，但確實是影響我國專用機床制造業(yè)發(fā)展的重要方面。今天，我們要調(diào)整機床工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展專用機床是一項十分重要的工作。
為此，從總體戰(zhàn)略和技術(shù)路線兩個層次及數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、數(shù)控整機等幾個具體方面探討了新世紀(jì)的發(fā)展途徑。
國外利用數(shù)字計算機進(jìn)行控制加工，是從40年代開始的，當(dāng)時計算機用于對機機翼加工路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。1952年美國麻省理工學(xué)院在一臺立式銑床上裝了一套試驗性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實現(xiàn)同時控制三軸的運動，它成了世界上第一臺數(shù)控機床。此后，從60年代開始，其他一些工業(yè)國家如德國、日本等陸續(xù)地開發(fā)生產(chǎn)及使用數(shù)控機床。1974年微處理機直接用于數(shù)控機床，進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)控機床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。從此，數(shù)控機床在制造業(yè)中擔(dān)當(dāng)了十分重要的角色。
我國數(shù)控機床的研制是從1958年開始的，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，直至80年代后引進(jìn)了日本、美國、西班牙等國數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術(shù)后，我國的數(shù)控技術(shù)才有質(zhì)的飛躍，應(yīng)用面逐漸鋪開，數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)才逐步形成規(guī)模。目前，我國銑床的加工水平與發(fā)達(dá)國家相比設(shè)備陳舊，技術(shù)水平落后，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)力的發(fā)展，采用先進(jìn)的數(shù)控機床，已經(jīng)成為我國制造加工技術(shù)發(fā)展的總趨勢。
總體方案
由于該設(shè)計是專用機床設(shè)計，所以在考慮具體方案時，應(yīng)遵守的基本原則是在滿足使用要求的前提下，盡量降低成本。要求切削的工作效率高，機床的控制可靠，工作運行平穩(wěn)，應(yīng)用范圍廣。
工作臺的設(shè)計
由于機床采用了專門的控制軟件通過數(shù)控系統(tǒng)控制走刀的路徑。以直線路徑替代加工輪廓的各種曲線，大大提高了工作效率。所以將工作臺設(shè)計成圓形工作臺，使工作臺僅作平穩(wěn)，快速的圓周運動。
工作臺傳動機構(gòu)的設(shè)計
由于工作臺要求是快速，平穩(wěn)，所以采用二級傳動，以減輕步進(jìn)電機對工作臺的沖擊。由步進(jìn)電機帶動蝸桿傳動，再由蝸桿帶動蝸輪軸，在通過一對斜齒帶動工作臺作圓周運動，電機放在工作臺與機床主軸箱之間。
數(shù)控部分設(shè)計
根據(jù)設(shè)計要求，本微機數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。
采用以步進(jìn)電機驅(qū)動的開環(huán)控制。開環(huán)控制多用于負(fù)載變化不大或要求不高的經(jīng)濟型數(shù)控設(shè)備中。因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。
機械部分設(shè)計
傳動部分的說明
本次設(shè)計的牛皮切邊專用機床是雙工位機床，即由一獨立步進(jìn)電機帶動滾軸絲杠，使得走刀路徑走直線運動，在由步進(jìn)電機帶動二個工作臺作圓周運動，完成加工任務(wù)。走刀路徑為X軸，二個工作臺分別為Y軸和Z軸。
總體設(shè)計如圖3-1所示：
圖3-1 機床尺寸聯(lián)系圖俯視圖
蝸輪的設(shè)計
采用圓弧圓柱蝸桿傳動，其特點是：
a.齒廓凸凹齒合的形式，而共軛曲面的當(dāng)量曲率半徑達(dá)。單位齒面壓力小。因而接觸強度得到提高。
b.瞬時接觸線方向與相對滑動速度方向的夾角比較大，有利于形成和保持共軛齒面間的動壓油膜。能夠減小磨損，提高傳動效率及可高性
c.基本齒廓為圓弧齒形，只要齒形參數(shù)選擇合適，就能增大齒跟厚度，提高齒的彎曲強度和抗沖擊能力。
d.設(shè)計方便，工藝簡單。制造加工無需特殊專用機床。
e.采用蝸輪正變位，變位系數(shù)一般在0.5以上齒合性能好，能保證傳動質(zhì)量，當(dāng)然也應(yīng)該注意防止大變位引起的理論齒合區(qū)減少，蝸輪齒面邊切區(qū)擴大。以至齒頂尖等現(xiàn)象。
總之它具有承載能力大，傳動效率高。使用壽命長，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu) ...
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