【正文】 畢業(yè)論文 1 一 引言 隨著數(shù)控計算技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性的變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造業(yè)技術進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造業(yè)系統(tǒng)中，數(shù)控技術是關鍵技術，他集微電子，計算機，信息處理，自動檢測，自動控制等高新技術于一體，具有高精度，高效率，柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化，集成化，智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術正在由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型，超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機， 多媒體，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡等多學科技術，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速，高精，高效控制，加工過程中可以自動修正，調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡化基礎上， CAD/CAM 與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。 長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系機構， CNC 只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗一固定參數(shù)形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過 CAD/CAM 及自動編程系統(tǒng)進行編制。 CAD/CAM和 CNC 之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程 CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的道具組合，工件材料，主軸轉速，進給速率，刀具軌跡，切削深度，步長，加工余量等加工參數(shù)，無法再現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM 中的設定量，因而影響 CNC 的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng) CNC 系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉制體系結構，限制了 CNC 向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術實行變革勢在必行。 數(shù)控技術的應用不但費傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命 性的變話，制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè) (IT,汽車，輕工，醫(yī)療等 )的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是實現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢。 從我國其本國請的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導向，以提高制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方法，選畢業(yè)論文 2 擇能夠主導 21 世紀初期我國制造裝備也發(fā)展的關鍵技術以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術，配套技術作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實現(xiàn)制造裝備也的跨越式發(fā)展。 強調(diào)以市場需求為導 向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機（如量大面廣的數(shù)控車床，銑床，高速高精高性能數(shù)控機床，典型數(shù)字化機械，重點行業(yè)關鍵設備等）帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關功能部分（數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機，告訴電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等）的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品；當然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。 在高精簡裝備研發(fā)方面，要強調(diào)研究開發(fā)以及最終用戶的緊密結合，按國家意志實施攻關，以解決國家之需。 對數(shù)控方面，強調(diào)創(chuàng)新，強調(diào)研究 考法具有自主知識產(chǎn)權的技術和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)，裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。 精密機械在生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展過程中起著重要的作用。他是儀器設計的基礎和必不可少的組成部分，被越來越廣泛地 在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防和科學技術現(xiàn)代化建設的各個領域中，是實現(xiàn)對各種信息進行采集，傳輸，轉換，處理，存儲，顯示和控制的基本部分。在當今信息時代，精密機械不僅促進了光電技術，傳感技術，微電子技術，通信技術和計算機應用技術的發(fā)展，而且也通過和這些技術的結合，加速了精密機械自身的發(fā)展，并形成了一些新的研究領域和技 術，如微機械控制，微光電系統(tǒng)。 隨著光學，電子學，自動控制，計算機等現(xiàn)代科學技術的進步和發(fā)展，人類綜合應用各方面知識和技術，不斷創(chuàng)造出光，機，電，計算機一體化的新型的精密機械及產(chǎn)品。這些產(chǎn)品擴大了精密機械的的應用范圍，也為精密機械學科的發(fā)展開辟了更加廣闊的途徑。不論新型儀器的性能和功能多么現(xiàn)金和強大，都不可能完全脫離機械系統(tǒng)和機構而獨立存在，常規(guī)的精密機械設計方法仍是實現(xiàn)精密儀器的機械系統(tǒng)的重要手段。不同的知是運用了新的工具和方法來實現(xiàn)常規(guī)的設計。因此，在現(xiàn)代儀器設計中，精密機械仍占有不可替代的地位。 對于現(xiàn)代精密儀器總體設計人來說，在掌握好光學，電子學和計算機等先進技術的同時，一定要掌握好精密機械的基本原理和方法，才能設計出先進的，多畢業(yè)論文 3 功能的和智能化的光，電，機，計算機一體化的新型儀器和設備，以滿足國家的經(jīng)濟建設和國防建設的需要。 JCS018 數(shù)控加工中心簡介 JCS018 型立式加工中心是一種工序高度集中，自動化程度高的機電一體化設備。工件在一次裝夾后，可連續(xù)地進行銑，鉆，鏜，鉸，攻螺紋等多種工序的加工。該機床適用于小型板件，盤件，殼體件，模具和箱體件等復雜零件的多品種，小批量加工。 1 JCS018 立式加工中心具有如下的特點 （ 1）可進行強力切削 機床機床主軸箱電動機變速范圍中恒功率范圍寬，低速轉矩大，機床主要構件剛度高，可進行強力切削。 （ 2）高速定位 工作臺由直流伺服電機，通過聯(lián)軸器，滾珠絲杠帶動xy 方向移動，速度可達 14m/min，主軸箱 Z 向移動可達 10m/min ，定位精度可達 ~。 （ 3）采用隨機換刀 隨機換刀有數(shù)控系統(tǒng)管理，刀具和刀座上不設固定編號，換刀由機械手執(zhí)行，結構簡單，可靠。 （ 4）機床采用 CNC 系統(tǒng) 換刀和主軸準停由 程序控制器控制，有自診功能。 2 機床主要性能參數(shù) （ 1）工作臺 工作臺外形尺寸（工作面） 1000mm*320mm 工作臺 T 形槽寬 *槽數(shù) 18mm*3mm （ 2）移動范圍 工作臺左右行程（ X 軸） 750mm 工作臺前后行程（ Y 軸） 40mm 主軸箱上下行程（ Z 軸） 470mm 主軸端面距工作臺距離 180~650mm 畢業(yè)論文 4 （ 3）主軸箱 主軸錐孔 錐度 7： 24， BT45 主軸轉速（標準型 /高速型） 225~2250r/min， 45~4500r/min 主軸驅(qū)動電動機 ， ACZ130 交流電 動機系列 （ 4）進給速度 快速移動速度（ X、 Y 軸） 14m/min 進給速度（ X、 Y、 Z 軸） 1~4000mm/min 進給驅(qū)動電動機 ， ACS130 電機系列 （ 5）自動換刀裝置 刀庫容量 12 把 選刀方式 任選 最大刀具尺寸 Φ 100mm*Φ 300mm 最大刀具質(zhì)量 10kg 刀庫電動機 ， ACS130 電機系列 （ 6）精度 定位精度 177。 重復定位精度 177。 （ 7）承載能力 工作臺允許負載 500kg 滾珠絲杠尺寸（ X、 Y、 Z 軸）Φ 40mm*10mm 鉆孔能力（一次鉆出） Φ 32mm 攻螺紋能力 M24mm 銑削能力 100cm3/min （ 8）其他 氣源 49~（ 250L/min） 機床質(zhì)量 占地面積 3500mm*3060mm .數(shù)控裝置（ FANUCBESK 7CM CNC 系統(tǒng)） （ 1）規(guī)格 控制軸數(shù) 3 軸 同時控制軸數(shù) （ X、 Y、 Y、 Z、 Z、 X）或 3 軸 軌跡控制方式 直線 /圓弧方式或空間直線 /螺旋方式 畢業(yè)論文 5 紙帶代碼 EIA/ISO 程序格式 寫地址式可變程序段 脈沖當量 最大指令值177。 177。 英寸 紙帶存儲和編輯 30m紙帶信息（ 12KB） 3 機床的結構特點 為了充分發(fā)揮數(shù)控機床 自身的優(yōu)越性，加工中心機床在結構設計上要比一般的數(shù)控機床設計得更加完美，制造得更精密。加工中心機床的結構除了具有一般數(shù)控機床的結構特點外，還具有獨特的結構要求： （ 1）具有存儲加工所需刀具的刀庫 刀庫用于存儲刀具，并根據(jù)要求將各工序所用的刀具運送到取刀位置。 （ 2）具有自動裝卸刀具的機械手 在加工中心機床上刀具的自動更換，多數(shù)借助機械手來進行。 （ 3）具有主軸準停機構、刀桿自動夾緊松開機構和刀柄切屑自動清除裝置 這是加工中心機床主軸部件中三個主要組成部分，也是加工中心機床能夠 順利地實現(xiàn)自動換刀所具備的結構特征。 （ 4）具有自動排屑、自動潤滑和自動報警的系統(tǒng)等。 三 機床主軸箱設計及相關計算 1 主要部件結構 （ 1）主軸部件 圖 370 為 JCS018 型立式加工中心的主軸結構圖，刀具自動夾緊裝置裝在主軸內(nèi)孔中。該裝置由拉桿 6和頭部的四個鋼球 碟形彈簧 活塞 8和螺旋彈簧 7 組成。圖示位置為刀柄夾緊狀態(tài)，當需要松開刀柄時，液壓缸的上腔進油，活塞 8向下移動壓縮螺旋彈簧 7，并推動拉桿 6向下移動，碟形彈簧 5被壓縮，鋼球 4隨拉桿一起向下移動。當鋼球 4 移至主軸孔徑較大處時，便松開了刀 柄 1，刀具連同刀柄一起被機械手拔出。此機床采用靠彈簧力夾緊刀柄、靠液壓力松開刀柄的刀柄夾緊機構，其優(yōu)點是：如果突然停電，刀柄不會自畢業(yè)論文 6 行松脫。當需要夾緊刀柄時，活塞 8 的上端無油壓，彈簧 7 使活塞 8上移，拉桿5 在碟形彈簧 5 的作用下上移，鋼球 4進入刀柄尾部拉釘 3 的環(huán)形槽內(nèi)將刀柄拉緊?；钊?8孔的上端接有壓縮空氣，機械手將刀具從主軸中拔出后，壓縮空氣通過活塞桿和拉桿 6中的孔，可將主軸軸端裝刀柄的定位錐孔吹干凈。 該機床用鋼球拉緊刀柄，易將主軸孔和刀柄拉釘壓出坑痕，現(xiàn)已改用彈性卡爪結構。圖 31是一種使用彈性卡爪的刀具自動 夾緊機構。彈性卡爪 4 由兩瓣組成，裝在主軸 圖 31 使用彈性卡爪的刀具自動夾緊機構 1—— 主軸 2—— 刀柄 3—— 拉釘 4—— 彈性卡爪 5—— 蝶形彈簧 6—— 拉桿 1 內(nèi)孔的軸向槽中。夾緊刀柄時（圖 371a），液壓缸無壓力油作用（參見圖370 活塞推桿 8），液壓缸推桿上移，在碟形彈簧 5的彈力作用下，拉桿 6帶動彈性卡爪上移；卡爪在主軸內(nèi)孔錐面的作用下逐漸被收緊，卡住拉釘 3，夾緊刀柄。松開刀柄時（圖 371b），液壓缸推桿推動拉桿 6 克服碟形彈簧 5 的彈力下移，彈性卡爪 4 被推到主軸內(nèi)孔大孔徑處，并被拉桿 6 下端 槽部的錐面撐開，彈性卡爪 4 與拉釘 3脫開，拉桿 6 繼續(xù)向下移動將刀柄頂松，機械手便可將刀柄連同刀具取出進行換刀。 （ 2） 刀柄和拉釘 畢業(yè)論文 7 加工中心的刀柄已標準化、系列化，其刀柄模塊采用 7： 24 錐柄，如圖 3— 71所示。加工中心刀柄有 ISO（國際標準）、 GB（中國標準）、 MAS（日本標準）、ANSI（美國標準）、 DIN（德國標準）等多種標準和 2 4 50、 60等規(guī)格。 固定在錐柄尾部與主軸內(nèi)拉緊機構相配備的拉釘也已標準化，分為 A型和 B型，這里選用 B型拉釘，裝配時首先要將拉釘旋緊在刀柄尾部，主軸內(nèi)拉緊機構 通過滾珠與拉釘?shù)呐浜蟻矶ㄎ坏毒?。裝配拉釘時要注意清理拉釘與刀柄的表面，防止夾雜鐵屑雜物。 2 主軸的結構設計 主軸是主軸箱的重要組成部分。它的結構尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理，對主軸箱的工作性能有很大的影響。 為了提高主軸的剛度和便于安裝，將 JCS—— 018A 立式加工中心的主軸設計成階梯圓柱形，前端外徑大，后端外徑小，為實現(xiàn)更換刀具時能自動夾緊，主軸內(nèi)部設計成空心。其前端有 7： 24 錐孔，用于裝錐柄刀具，并有自動定心作用，通過摩擦將刀柄夾緊于主軸的端部，大錐度既利于定心，也便于松夾。主軸端面裝有定向鍵 ，既可傳遞切削的轉矩，又可用于刀具的周向定位。主軸外圓柱面上有前后支承軸承的配合面。 主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支承跨距。 （ 1）主軸直徑 主軸直徑越大，其剛度越強，但使得軸承和軸上的其他零件的尺寸相應增大。前、后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高，工藝性能也越好。根據(jù)主軸功率 。尺寸參數(shù) 機床主軸端部結構形狀： 主軸中心孔前段錐度，摩氏 36度。 主軸前軸頸尺寸應按所傳遞的功率確定，初選時可參照下表初定。 畢業(yè)論文 8 表 31 主軸前軸徑的直徑 mm 功率 KW D 車床 2. 3. 5. 11 11 14. 1