【正文】 （ 2）高速定位 工作臺(tái)由直流伺服電機(jī)，通過聯(lián)軸器，滾珠絲杠帶動(dòng)xy 方向移動(dòng)，速度可達(dá) 14m/min，主軸箱 Z 向移動(dòng)可達(dá) 10m/min ，定位精度可達(dá) ~。 JCS018 數(shù)控加工中心簡(jiǎn)介 JCS018 型立式加工中心是一種工序高度集中，自動(dòng)化程度高的機(jī)電一體化設(shè)備。不論新型儀器的性能和功能多么現(xiàn)金和強(qiáng)大，都不可能完全脫離機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)而獨(dú)立存在，常規(guī)的精密機(jī)械設(shè)計(jì)方法仍是實(shí)現(xiàn)精密儀器的機(jī)械系統(tǒng)的重要手段。他是儀器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和必不可少的組成部分，被越來(lái)越廣泛地 在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域中，是實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信息進(jìn)行采集，傳輸，轉(zhuǎn)換，處理，存儲(chǔ)，顯示和控制的基本部分。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品；當(dāng)然，沒有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但費(fèi)傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命 性的變?cè)?，制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)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(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢(shì)。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過 CAD/CAM 及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。在現(xiàn)代制造業(yè)系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，他集微電子，計(jì)算機(jī)，信息處理，自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度，高效率，柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化，集成化，智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。 CAD/CAM和 CNC 之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過程 CNC只是一個(gè)封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 從我國(guó)其本國(guó)請(qǐng)的角度出發(fā)，以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以提高制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選畢業(yè)論文 2 擇能夠主導(dǎo) 21 世紀(jì)初期我國(guó)制造裝備也發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)，配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備也的跨越式發(fā)展。 在高精簡(jiǎn)裝備研發(fā)方面，要強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)以及最終用戶的緊密結(jié)合，按國(guó)家意志實(shí)施攻關(guān)，以解決國(guó)家之需。在當(dāng)今信息時(shí)代，精密機(jī)械不僅促進(jìn)了光電技術(shù)，傳感技術(shù)，微電子技術(shù)，通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，而且也通過和這些技術(shù)的結(jié)合，加速了精密機(jī)械自身的發(fā)展，并形成了一些新的研究領(lǐng)域和技 術(shù)，如微機(jī)械控制，微光電系統(tǒng)。不同的知是運(yùn)用了新的工具和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)常規(guī)的設(shè)計(jì)。工件在一次裝夾后，可連續(xù)地進(jìn)行銑，鉆，鏜，鉸，攻螺紋等多種工序的加工。 （ 3）采用隨機(jī)換刀 隨機(jī)換刀有數(shù)控系統(tǒng)管理，刀具和刀座上不設(shè)固定編號(hào)，換刀由機(jī)械手執(zhí)行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠。 （ 7）承載能力 工作臺(tái)允許負(fù)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(jī)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(shí)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(dāng)量 最大指令值177。 （ 2）具有自動(dòng)裝卸刀具的機(jī)械手 在加工中心機(jī)床上刀具的自動(dòng)更換，多數(shù)借助機(jī)械手來(lái)進(jìn)行。該裝置由拉桿 6和頭部的四個(gè)鋼球 碟形彈簧 活塞 8和螺旋彈簧 7 組成。當(dāng)需要夾緊刀柄時(shí)，活塞 8 的上端無(wú)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(jìn)入刀柄尾部拉釘 3 的環(huán)形槽內(nèi)將刀柄拉緊。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(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) 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。加工中心刀柄有 ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）、 GB（中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）、 MAS（日本標(biāo)準(zhǔn)）、ANSI（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）、 DIN（德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）等多種標(biāo)準(zhǔn)和 2 4 50、 60等規(guī)格。它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理，對(duì)主軸箱的工作性能有很大的影響。主軸外圓柱面上有前后支承軸承的配合面。根據(jù)主軸功率 。一般車、銑床主軸后軸頸的直徑 D2=(~)D1， D1 為前軸頸尺寸。 表 32 主軸 懸伸量與前軸頸直徑之比 機(jī)床和主軸的類型 α /D 通用和精密車床，自動(dòng)車床和短主軸端銑床，用滾動(dòng)軸承支承，適用于高精度和普通精度要求 中等長(zhǎng)度和較長(zhǎng)主軸端的車床和銑床，懸申不太長(zhǎng)（不是細(xì)長(zhǎng)）的精密鏜床和內(nèi)圓磨床，用滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承支撐，適用于絕大部普通生產(chǎn)的要求。 若 L 實(shí) 〉 L0時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)主軸剛度；反之， L 實(shí) L0時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)軸承剛度。主軸孔徑越大，機(jī)床是使用范圍越廣，同時(shí)主軸部件的重量也越輕。為了方便加工，取內(nèi)孔徑 d=28mm 主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性和熱處理變形大小等因素確定。 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖在 xz 平面內(nèi)： F 1F 2R 2 R 1 圖 32 軸計(jì)算簡(jiǎn)圖 圓軸： d idi?? 慣性矩： I= 644id? 矩形花鍵軸： d1= 2dD? ?id 6442? 慣性矩： 64 ))((624 dDdDzdI ???? ? 軸的分解和變形合成： 對(duì)于復(fù)雜受力的變形，先將受力分解為三個(gè)垂直面上的分力，應(yīng)用彎曲變形公式求出所求截面的兩個(gè)垂直平面的 ? 和 y。㎜ 22 CVCHC MMM ??? = N 3 支承方式的選擇 (1)選擇軸承的型號(hào) 由于絲杠工作時(shí)，既承受軸向載荷又承受徑向載荷 ,故支承絲杠的軸承選用能同時(shí)承受徑向載荷與單向軸向載荷的角接觸球軸承 .絲杠在傳動(dòng)是要正反轉(zhuǎn) ,則軸承承受的軸向力的方向可能反復(fù)變化 ,故采用兩個(gè)軸成面對(duì)面安裝 .如圖所示 : 畢業(yè)論文 14 圖 33 角接觸球軸承面對(duì)面安裝 軸承型號(hào) : 1 9 9 4292 TGB DFAC 7 0 0 7 (2)計(jì)算軸承的壽命 所謂軸承 的壽命 ,是指軸承中任一滾動(dòng)體或內(nèi) ,外圈輥道上出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下工作的小時(shí)數(shù) .滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算的目的是防止軸承在預(yù)期工作時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生點(diǎn)蝕破壞 ,其壽命與所受載荷的大小有關(guān) ,作用載荷越大 ,引起的接觸應(yīng)力也就越大 ,因而在發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)也就越少 ,即軸承的壽命越短 . 圖 34 滾動(dòng)軸承的疲勞曲線 軸承的壽命 : )(6010 6 PCfnL th ? 畢業(yè)論文 15 C 基本額定動(dòng)載荷 P 當(dāng)量動(dòng) 載荷 n 軸承轉(zhuǎn)速 tf 溫度系數(shù) ? 壽命指數(shù) ,球軸承 3?? ； 滾子軸承 310?? 對(duì)角接觸球軸承 ,其徑向當(dāng)量動(dòng)載荷為 : ) ( 3 5 1 0 . 6 NYFXFP AR??????? X 軸向動(dòng)載荷系數(shù) Y 徑向動(dòng)載荷系數(shù) RF 軸承所承受的徑向載荷 AF 軸承所承受的軸向載荷 由于軸承工作時(shí)的溫度低于 120 C0 ,查表的溫度系數(shù) tf =3 軸承成對(duì)安裝故 (KN ) r39。準(zhǔn)停裝置分機(jī)械式和電氣式兩種。當(dāng)活塞桿向右移到位時(shí)，行程開關(guān) lSl 發(fā)出滾輪 5退出凸輪定位盤凹槽的信號(hào)，此時(shí)主軸可啟動(dòng)工作。這種準(zhǔn)停裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)磁體與磁感傳感器間沒有接觸摩擦，準(zhǔn)停的定位精度可達(dá)177。 5 刀具自動(dòng)夾緊裝置、切屑清除裝置 在加工中心上，為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸，并保證刀具在主軸中正確定位，主軸必須設(shè)計(jì)有刀具自動(dòng)夾緊、切屑清除和主軸準(zhǔn)停裝置。刀桿 1采用 7： 24 的大錐度錐柄，在尾部軸頸拉緊的同時(shí)，通過錐面的定心和摩擦作用關(guān)鍵所在刀桿 1 夾緊于主軸 2的端部。當(dāng)機(jī)械手將新刀裝入后，壓力油通入油缸 11 左腔，活塞向右退回原位，碟彈簧8 又拉緊刀桿 1。為了保持主軸錐孔的清潔，常用壓縮空氣吹屑。為了保證自動(dòng)換刀時(shí) 使刀桿的鍵槽對(duì)準(zhǔn)主軸上的端面鍵，主軸需停在一個(gè)固定不變的方位上，這由主軸準(zhǔn)停裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)定位盤 10 上的感應(yīng)片對(duì)準(zhǔn)無(wú)觸點(diǎn)開關(guān) 14 時(shí)，發(fā)出信號(hào)切斷主軸的傳動(dòng)使其作低速慣性空轉(zhuǎn)。 四 Z向工作臺(tái)設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算 1 滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu) （ 1）滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn) 滾珠絲杠副是一種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)件，以減少摩擦，絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽，這畢業(yè)論文 19 兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來(lái)就形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率η＝ ～ ，比常規(guī)的絲杠螺母副提高 3～ 4 倍。 4）運(yùn)動(dòng)具有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。 7）不能自鎖。 基本導(dǎo)程 L0：絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn) 2π弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的 軸向位移。精度要求高時(shí)，應(yīng)將導(dǎo)程取小些，這樣在一定的軸向力作用下，絲杠上的摩擦阻力較小。因此導(dǎo)程的數(shù)值在滿足機(jī)床加工精度的條件下，應(yīng)盡可能取大些。 CF = FK ? HK ? KA ? mF 查表 26 取 FK =，查表 27 取 KH =， 因?yàn)榫鹊燃?jí)為Ｄ級(jí)，因此 KA ＝ 所以 CF ＝ ? ? ? 70＝ 4800Ｎ （ 2）計(jì)算額定動(dòng)載荷計(jì)算值 aC aC ＝ CF 43 ?? hm Ln ＝ 4800 3 120xx1500 ?? ＝ 21686Ｎ 額定動(dòng)載荷 21686N＜ 22556N 故查《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 29 考慮各種因素 選用 由表選擇滾珠 絲杠副數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑： D0 =50mm 導(dǎo) 程：Ｐ＝ 6ｍｍ 螺 旋 角： ? ＝ 552 ?? 滾珠直徑：ｄ 0 ＝ 滾道半徑：Ｒ＝ 0d? =? = 偏 心 距：ｅ =? （Ｒ－ｄ 0 /2）＝ (－ ） = 310?? mm 畢業(yè)論文 21 絲杠內(nèi)徑：ｄ 1 ＝ D0 ＋ｅ－ 2Ｒ = （ 3）穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于一端軸固定的絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)車生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)，其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)允許安全系數(shù) [S] 計(jì)算臨界載荷 crF crF ＝ 22)( lEIa?? 剛彈性模量 E＝ ? 1011 ｐａ 根據(jù)已知條件： aI ＝ ? ｄ 1 4 /64=? /64= 910?? 4m 選?。酰?2/3【 3】 crF ＝29112)(????? ??= 安全系數(shù)： Ｓ＝ crF / mF =查表 210 知 [S]＝ ～ Ｓ ? ??S 即絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。 （ 5）滾珠絲杠要求 D0 n? 410? mmr/min 0D ｎ＝ 50? 100＝ 410? mmr/min〈 410? mmr/min 所以該絲杠副工作穩(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求。 3 導(dǎo)軌的選擇 導(dǎo)軌，他是有運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件組成，目的是用來(lái)支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)件外在驅(qū)動(dòng)下按給定的方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，依定位原理，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，必須限制運(yùn)動(dòng)件的五個(gè)自由度，而保留其按規(guī)定方向移動(dòng)的自由度。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副承受能力會(huì)隨滾到中心距增大而加大。 c:預(yù)加負(fù)載的選擇 畢業(yè)論文 23 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的沖擊，振動(dòng)情況以及精度要求，選擇合適的預(yù)壓值。 選擇離合器可按以下公式確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 對(duì)于牙嵌式離合器 Tc=KT 對(duì)于摩擦式離合器 Tc=TVKKKT 式中 Tc 離合器計(jì)算轉(zhuǎn)矩， 。 離合器形式與結(jié)構(gòu)選擇 選用離合器首先應(yīng)在國(guó)家，機(jī)械行業(yè)以及企鵝也標(biāo)準(zhǔn)離合器中進(jìn)行選擇，采用國(guó)標(biāo)或者機(jī)標(biāo)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)離合 器產(chǎn)品便于易損件的配套互換。 c. 長(zhǎng)期打滑的工況，則應(yīng)選擇電磁和液壓傳遞能量的離合器。 （ 3） 根據(jù)機(jī)械設(shè)備的工作要求確定 離合器的容量，包括轉(zhuǎn)矩容量和熱容量，轉(zhuǎn)矩容