数控平旋盘管螺纹车床的设计与研究

摘要

随着国民经济的持续快速发展，各行业对管材的需求量将不断增大。目前，生产企业对管材端头螺纹部分的加工，通常采用工件旋转而刀具安装在床鞍上做直线进给运动加工的管螺纹车床进行加工，当加工管子口径较大(大于Φ200mm)且较长(大于5000mm)的管子时，由于管子轴线自身存在的不柱度误差，致使管子在旋转过程中不仅会产生振动，严重时还会损坏托架，因此机床生产效率低，；由于管子装夹时必需穿过车床主轴内孔，用两个卡盘夹紧，因此工人劳动强度大。为解决这一生产实际问题，根据管螺纹机床生产企业提出的要求，本课题研究设计了一种新型的数控管螺纹车床。
　　 本课题所研究设计的管螺纹机床采用管子不旋转，刀具旋转并做进给运动方式对管螺纹进行加工，通过研究普通机床加工螺纹的方式研究，找出其存在的不足之处，进行创新设计。制定出传动方案，并对其进行可行性论证。最终综合运用了机械设计、CAD技术、SolidWorks技术、设计出机床的主传动部分。对关键性部件主轴箱用Ansys有限元软件进行动特性分析和优化，本课题设计完成了该机床的主传动链、进给传动链；以及主轴箱、平旋盘部分，为整个机床的设计奠定一个良好的基础。
　　 首先从加工方式出发，详细阐述了该机床的传动方式。其技术核心是利用电子传动链代替机械传动链实现运动合成。径向进给伺服电机通过圆柱齿轮、锥齿轮和丝杠螺母，将电机的旋转运动转化为滑板沿平旋盘的径向进给运动，从而完成刀具的径向进给功能。
　　 并且，利用AutoCAD软件设计出机床各部分的装配图及零部件图。利用SolidWorks软件对设备中的零部件进行建模，对零件和子装配体进行总体结构的虚拟装配，检查设备在装配上是否发生了干涉，并不断修正设计中的错误。虚拟装配完成后，利用SolidWorks中的Animator插件对装配体进行动画演示，检查设备各运动部件的空间位置以及各运动部件之间的协调情况。
　　 课题还利用Ansys有限元软件对主轴、主轴箱进行动特性分析，来预测机床工作时候的受力和变形情况。根据预测结果优化原始设计的尺寸，确定最理想的零部件尺寸。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

第1章绪论

1.1数控机床概况

1.1.1机床数控技术的基本概念

1.1.2数控机床的工作流程

1.1.3数控技术的发展历程

1.2螺纹零件的特点及传统加工方法

1.2.1螺纹零件的特点

1.2.2螺纹零件的传统加工方法

1.3课题研究意义及现状

1.3.1课题研究意义

1.4论文主要研究内容

1.5本章小结

第2章数控管螺纹机床总体设计拟定

2.1机床方案设计拟定

2.1.1机床的总体布局

2.1.2机床的主要部件

2.2机床的总体联系尺寸

2.3机床的主要技术参数和加工范围

2.3.1主要技术参数

2.3.2机床的加工范围

第3章数控机床主传动系统理论计算

3.1数控机床的理论设计要求

3.1.1提高机床的静、动刚度

3.1.2减少机床的热变形

3.1.3减少运动件的摩擦和消除传动间隙

3.1.4提高机床的寿命和精度保持性

3.2大口径管件加工工艺工序及设计思想

3.2.1主传动设计思想

3.2.2技术方案和实施措施

3.3传动系统理论计算

3.3.1数控管螺纹机床主传动变速方式分析

3.3.2主传动链分析

3.3.3机床主运动参数的确定

3.3.4最低与最高转速nmin和nmax的确定

3.3.5主切削力的计算

3.3.6主轴电机的计算

3.3.7交、直流无机调速电机的功率扭矩特性

3.4本章小结

第4章 主进给及径向进给系统理论计算

4.1进给伺服系统的组成

4.1.1进给伺服系统的特点

4.1.2进给伺服系统的组成

4.1.3数控机床的位置调节系统

4.2进给机械传动系统

4.2.1齿轮或带轮传动副

4.2.2滚珠丝杠螺母副和静压丝杠螺母副

4.3伺服驱动装置

4.4滚珠丝杠规格的计算

4.5伺服电机的计算

4.6本章小结

第5章机床主体结构原理性设计

5.1主轴传动系统设计

5.1.1主轴组件设计

5.1.2主轴的主要结构参数

5.1.3主轴轴承

5.2主轴箱的设计

5.3径向进给系统的设计与控制

5.3.1径向进给系统的设计

5.3.2径向进给的控制

5.4纵向进给系统设计

5.5液压定心夹具的设计

5.6平旋盘及组件设计计算

5.6.1平旋盘的结构设计

5.6.2滚动直线导轨的计算与选择

5.7本章小结

第6章有限元分析

6.1有限元分析软件(ANSYS)的概述

6.1.1有限元法的基本思想

6.1.2 ANSYS软件的功能及分析流程

6.2 ANSYS实体建模与有限元模型的生成

6.2.1主轴箱实体建模

6.2.2网格划分

6.2.3边界约束条件

6.2.4载荷情况

6.2.5静力分析

6.2.6模态分析

6.3本章小结

结论

参考文献

致谢

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