【正文】 刀具，否則極易損壞設(shè)備。當(dāng)所需刀具被選中后，刀庫會將刀具送到換刀位置，等待通過刀庫和主軸的相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)刀具的交換。這樣每一把刀具在加工中就可以重復(fù)使用，刀具使用完之后，不需要放回原來的刀座中，也就不存在因?yàn)榈毒叻胖庙樞蝈e(cuò)誤而引發(fā)事故。故此種刀庫的編碼識別器可以放在較適合的地方，不用受刀柄結(jié)構(gòu)限制。識別器可以通過刀座上的編碼來選擇旁邊刀座中的刀具。選擇任意選擇刀具中的刀具編碼方式。當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)動時(shí)，借助皮帶和帶輪之間的摩擦或嚙合，將動力通過皮帶傳遞給從動輪。這種傳動方式與帶傳動相比，無滑動和打滑現(xiàn)象，能保持較準(zhǔn)確地傳動比，傳動效率高，由于無需張緊而對軸徑向力較小，結(jié)構(gòu)緊湊，且適應(yīng)在溫度高、濕度高的環(huán)境下工作，成本較低。主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：①效率高，在四重常見機(jī)械傳動中，齒輪傳動的效率最高。本課題中選擇了圓盤式刀庫，刀庫將放置在立柱的上面，由于鏈傳動和帶傳動一般用于平行軸間的傳動，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，不利于刀庫在立柱上的安裝。蝸輪采用拼鑄式蝸輪，在鑄鐵的輪芯上加鑄青銅齒圈。 滾動直線導(dǎo)軌是由導(dǎo)軌、滑塊 、鋼球、反相器、保持架、密封端蓋及擋板組成。反向器兩端裝有防塵密封端蓋，可以有效防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。導(dǎo)軌的承載量與導(dǎo)軌規(guī)格一般由下表中所列的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。 ——溫度系數(shù)，參見表溫度系數(shù)； ——接觸系數(shù)，參見表接觸系數(shù)； ——精度系數(shù)，參見表溫度系數(shù)； ——載荷系數(shù)，參見表載荷系數(shù)； ——額定動載荷（N）； F——計(jì)算載荷（N）。 滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動與回轉(zhuǎn)運(yùn)動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)他們套裝在一起便形成了滾珠的螺旋滾道。工作臺采用滾動直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的動、,主軸箱的定位精度為20181。 表56切削狀況表 切削方式進(jìn)給速度/(m/min) 時(shí)間比例/(%) 備注 強(qiáng)力切削 10主電動機(jī)滿功率下切削 一般切削 30 粗加工 精加工切削 1 50 精加工 快速進(jìn)給 18 10空載條件下工作臺快速進(jìn)給(2)總體方案設(shè)計(jì) 為了滿足以上設(shè)計(jì)要求，采取以下技術(shù)方案。 ④采用伺服電機(jī)驅(qū)動。根據(jù)表21可得工作臺縱向切削分力F橫向切削分力Fc和垂向切削力Fv分 （5—5） （5—6） （5—7）進(jìn)給系統(tǒng)導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 ①計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力，此時(shí)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，查表得導(dǎo)軌緊固力，則 （5—8） ②計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和導(dǎo)軌靜摩擦力F0。立式加工中心滾珠絲杠的計(jì)算 表57切削力的計(jì)算切削方式軸向載荷/N進(jìn)給速度/(m/min)時(shí)間比例（%） 備注強(qiáng)力切削10一般切削（粗加工） 30精細(xì)加工（精加工）50快移和鉆鏜定位10③計(jì)算滾珠絲杠螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速ni。查表得，根據(jù)載荷性質(zhì)，有輕微沖擊，取載荷系數(shù)；查表得，根據(jù)初步選擇滾珠絲杠的精度等級為2級精度，取精度系數(shù)；查表230，一般情況下可靠性應(yīng)達(dá)到97%，故可靠性系數(shù)。⑦按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。⑨確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力由式（225）得 （5—25）⑩確定滾珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號由式（233）計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷。已知軸承的工作轉(zhuǎn)速與滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速相同，?。惠S承的基本額定壽命，軸承所承受的軸向載荷。 因?yàn)闈L珠絲杠螺母副擬采用兩端固定的支承方式，所以將選用60176。角接觸球軸承背對背安裝，型號為760307TNI，尺寸（內(nèi)徑外徑寬度）為35mm80mm21mm，選用油脂潤滑。 圖53 （1）滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)本工作臺的滾珠絲杠支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲杠始終受拉而不受壓。（3） 滾珠絲杠螺母副額定壽命的效驗(yàn) 查表得滾珠絲杠的額定動載荷=30000N，軸向載荷=，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)=。由絲杠計(jì)算簡圖可知，滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離a=時(shí)，滾珠絲杠具有最小拉壓剛度， （5—40）當(dāng) 時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有的最大拉壓剛度，得 （5—41）②計(jì)算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度。 已知滾珠絲杠的密度ρ=，故可得（2—47）②計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量。 切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力，電動機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動距離L=10mm=，進(jìn)給傳動系統(tǒng)的總效率，則 （5—51） ②計(jì)算摩擦負(fù)載力矩。取進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益，則加速時(shí)間，故 （5—54）②計(jì)算階躍加速力矩。 （5—57） 計(jì)算空載時(shí)快進(jìn)力矩。其技術(shù)參數(shù)如下：額定功率，；額定轉(zhuǎn)速，2000r/min。因此，不管是快進(jìn)還是工進(jìn)，本電機(jī)均滿足驅(qū)動力矩要求。一般按的要求來設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。(3)計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 ①計(jì)算由扭轉(zhuǎn)矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量。 本加工中心采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，、應(yīng)滿足下列要求： （定位精度）= （5—70） （定位精度）= （5—71）滾珠絲杠螺母副擬采用的精度等級為2級，查表得==8。公稱直徑與導(dǎo)程：40mm，10mm；螺紋長度：932mm；絲杠長度：1412mm；類型與精度：P類，2級精度。一般采用經(jīng)驗(yàn)類比法，確定主軸軸承內(nèi)徑確定為60mm。采用此種方式潤滑時(shí)，一定要采用相應(yīng)的密封方式，避免潤滑油滲入到主軸中，一般采用迷宮密封的密封方式。相比較而言，油脂潤滑就具有主軸結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝、成本低、好維護(hù)、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。另一方面，過大的的預(yù)緊量會減少疲勞壽命，增加摩擦發(fā)熱量，易使軸承磨損，甚至在極端情況下產(chǎn)生燃燒等不良現(xiàn)象。所以降低運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主軸的溫度以達(dá)到主軸溫度不變是主軸冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。此類主軸非常適用于對零件中深小孔的加工。(2)適應(yīng)工作環(huán)境的要求，密封性能好，耐腐蝕，磨損小，工作壽命長。曲路密封：靠旋轉(zhuǎn)的與固定的零件之間復(fù)雜而曲折的小間隙來密封。本課題加工中心的的密封方式如下圖： 圖62 主軸裝配圖局部視圖這是主軸前端軸承處采用了間隙密封同時(shí)由于油氣潤滑也實(shí)現(xiàn)了氣密封。(2)松刀動作控制系統(tǒng)發(fā)出松刀信號一電磁閥動作一液壓油通過液壓油通道2進(jìn)入油缸一液壓油推動活塞(向刀具側(cè)移動)一活塞推動推桿一推桿推動0TT拉桿(蝶形彈簧壓縮)一拉爪松開一拉桿繼續(xù)前進(jìn)推動刀柄一刀柄推出脫離主軸錐孔。夾頭被強(qiáng)行夾緊，夾頭中三個(gè)鋼柱也同時(shí)被夾緊，這些鋼柱凸出方形槽的部分夾緊刀座。若軸的撓度過大而導(dǎo)致軸頸偏斜過大時(shí)，將使軸頸和軸承發(fā)生邊緣接觸，造成不均勻磨損和過度發(fā)熱。即把階梯軸看成是當(dāng)量直徑為的光軸，然后再按照力學(xué)中的公式計(jì)算。軸的允許撓度及允許偏轉(zhuǎn)角見下表 表63各類軸承的性能，故軸的剛度滿足要求。，則，故滿足要求。 表64同步帶選型圖 n1/(r/min) (3)確定帶輪齒數(shù)z與直徑d。 （6—5）其中已知中心距A=208mm (5)計(jì)算實(shí)際傳動中心距A 其中Pb可以在參考書中表格里面查取Pb=同步帶齒數(shù)zb=50其中(6)選擇帶寬bs選擇帶寬的目的是限制作用在同步帶整個(gè)寬度上的拉力，以保證同步帶的強(qiáng)度和使用壽命。 kw （6—8）⑥選擇帶寬bs根據(jù)設(shè)計(jì)要求，同步帶傳動的設(shè)計(jì)功率Pd應(yīng)小于所選帶型的額定功率P，即Pd《P,根據(jù)此條件，導(dǎo)出帶寬bs 的計(jì)算公式如下： mm （6—9）查表可取標(biāo)準(zhǔn)帶寬bs0=，代號為300。如下圖所示 圖66 同步帶電機(jī)張緊裝置 在水平或傾斜不大的傳動中，可采用圖示的方法，將裝有帶輪的電動機(jī)安裝在裝有滑道的基板上。根據(jù)本課題加工中心的設(shè)計(jì)要求，主電機(jī)功率：，主軸轉(zhuǎn)速范圍20~8000r/min,查找該型號的數(shù)控電機(jī)類型表（見附錄附錄附錄3）后選擇GM71304SB61型號的主軸電機(jī)。高速精密臥式加工中心是一種順應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢以高速化為基本指標(biāo)、向多軸聯(lián)動加工和超高精度方向發(fā)展的一種數(shù)控加工裝備。對于本課題刀具數(shù)量少的情況，單圓盤式刀庫的直徑不會太大，故可以選用。（3） 立柱上采用滾動直線導(dǎo)軌來實(shí)起到對主軸箱Y軸方向移動的導(dǎo)向作用，滾動直線導(dǎo)軌的接觸為點(diǎn)接觸或線接觸，具有較小的摩擦系數(shù)。③主軸中由夾頭、拉刀、碟形彈簧、導(dǎo)向套、鎖緊螺母、單活塞桿液等組成拉刀機(jī)構(gòu)，利用對單活塞桿液壓缸兩邊不同時(shí)候的通油和卸荷來實(shí)現(xiàn)對碟形彈簧的壓縮和放松，蝶形彈簧壓縮時(shí)主軸松刀，碟形彈簧放松時(shí)，利用蝶形彈簧的彈力實(shí)現(xiàn)拉刀夾緊刀具。9. 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 在本學(xué)期開學(xué)之初，我經(jīng)歷了考研失敗的打擊，在剛知道這個(gè)消息的時(shí)候我一度對自己非常失望，感覺對什么都沒有了信心。在下定決心再考的同時(shí)，我也暗暗發(fā)誓要努力出色的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。第一次自己畫A0的圖紙，真的感覺圖紙好大。幾乎包含了現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床里面的所有主要結(jié)構(gòu)，真是麻雀雖小五臟俱全。于是老師又讓我加畫了兩張主軸箱和立柱的零件圖，等畫完之后我對CAD的使用變得熟練了很多。第一次繪制這么大的圖紙以及面對這么復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，我有點(diǎn)忐忑能不能完成圖紙的繪制，經(jīng)過我一個(gè)星期的努力，我終于完成了三張裝配圖的繪制。經(jīng)過這段時(shí)間的畫圖和理解，我順利的寫出了換刀系統(tǒng)的換刀流程圖。經(jīng)過我的不懈努力我終于還是把立柱、主軸箱。上選修的時(shí)候?qū)W過UG，但是學(xué)的不深，面對復(fù)雜的零件還是力不從心。為了讓我能夠明白換刀系統(tǒng)的整個(gè)換到動作的實(shí)現(xiàn)過程，老師讓我對三大部件中的關(guān)鍵部分進(jìn)行了零件圖的拆畫，雖然以前的書本知識學(xué)得不錯(cuò)，但是時(shí)間過得太久，有些機(jī)構(gòu)我還是忘記了。作為一名技術(shù)人員，即使在電腦辦公的今天，手繪圖紙作為一項(xiàng)基本技能同樣不能荒廢。這也激起了我迎難而上的勇氣，我下決心一定要做好這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。第一次接觸到整個(gè)換刀系統(tǒng)這個(gè)部件，雖然在數(shù)控技術(shù)的課堂上學(xué)過，但是卻從沒深入了解它的具體結(jié)構(gòu)，還是被這些機(jī)械結(jié)構(gòu)的巧妙和精確所震撼。每天早上八點(diǎn)去制圖室，晚上八九點(diǎn)再回寢室，我再一次找到了上課時(shí)那忙碌而又充實(shí)的感覺。所以剛開始的那幾天我完全沒有心思做畢業(yè)設(shè)計(jì)，是范老師在拒絕了讓我立刻投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求后，特意放了我?guī)滋旒僮屛衣{(diào)節(jié)一下心情。（5） 就整體設(shè)計(jì)而言運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析手段，進(jìn)行了臥式加工中心換刀系統(tǒng)主要功能部件如主軸系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、刀庫及立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出臥式加工中心無機(jī)械手盤式刀庫設(shè)計(jì)方法和分析方法。（4）在主軸的設(shè)計(jì)上具有以下特點(diǎn)：①充分利用角接觸球軸承在高轉(zhuǎn)速下的優(yōu)良特性，通過采用前4角接觸球軸承后l的雙列圓柱滾子軸承的軸承配置形式來實(shí)現(xiàn)主軸兼具高速特性和剛性。（2） 為保證刀庫完成換刀動作，必須要提供不同于進(jìn)給系統(tǒng)的獨(dú)立動力，由于換刀時(shí)涉及到選刀，需要對刀具的精確選擇，所以傳動必須要平穩(wěn)且結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較靈活，傳統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)里就是蝸輪蝸桿傳動較為適合。本論文的研究工作始終圍繞盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)以及要求，對度臥式加工中心換刀系統(tǒng)涉及的理論和關(guān)鍵技術(shù)，包括換刀系統(tǒng)的總體布局、主要功能部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析、關(guān)鍵零部件的選用、支承方式的選擇、刀具的編碼技術(shù)以及刀庫換刀流程的設(shè)計(jì)等進(jìn)行系統(tǒng)的研究和實(shí)踐。隨著一大批高新技術(shù)的涌現(xiàn)，對于機(jī)械制造行業(yè)來說，高性能的加工制造將不會以高速為唯一指標(biāo)，也會考慮到高效率和高質(zhì)量，總的來說就是兼顧生產(chǎn)效率和保持高速速、高精度、高可靠性和環(huán)保等幾項(xiàng)重要指標(biāo)。 GM7系列交流伺服變頻（主軸）電機(jī)可與國內(nèi)外各類變頻器或主軸變頻器配套，進(jìn)行開環(huán)控制運(yùn)行，或閉環(huán)控制運(yùn)行，取得與配套普通交流變頻電機(jī)完全不同的優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、建材、塑機(jī)、紡織、輕工機(jī)械、冶金、輸送線、等需要調(diào)速的場合。②帶輪：齒數(shù)z1=z2=18，直徑d1=d2=72mm；③中心距A=。 （6—7）此時(shí)帶寬尚未確定，由該式可建立帶寬 bs 與基準(zhǔn)帶寬bs0的關(guān)系。(4)選擇同步帶長度Lp。 Pd==(2)選出同步帶型號 根據(jù)設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1，在同步帶選型圖上查出同步帶型號。圓軸扭轉(zhuǎn)角 [單位為（176。主軸的計(jì)算簡圖如下：圖65 主軸計(jì)算簡圖 其中F=95%=，則最大撓度 （6—2）其中E=200GPa。（1）軸的彎曲剛度校核計(jì)算