【正文】 ?? ，所以主軸 滿足剛度要求。其中 ?取值如表 51 所示。 車銑復(fù)合加工中心主軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到對(duì)稱循環(huán)彎應(yīng)力和脈動(dòng)循環(huán)剪應(yīng)力。 垂直面的剪力圖和彎矩圖，如圖 52 所示。 主軸受力分析 主軸主要受切削力 cF 、支承反力 AF 和 BF 、自重 P 、同步帶的壓軸力 Q 和扭矩 QM 的作用，為了便于校核計(jì)算，將主軸簡(jiǎn)化為如圖 51 所示受力模型。主軸在全部受力后會(huì)產(chǎn)生兩種形式的位移，如圖 54 所示。 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 圖 52 主軸支承形式 主軸前端受力處距離前支承作用點(diǎn)為主軸的懸伸量，可以理想化為懸臂梁模型，懸伸量越小主軸的剛性越好。主軸內(nèi)孔設(shè)計(jì)要遵循滿足工作性能而且不削弱主軸剛度的前提下取其最大值的原則。 表 51 主軸前軸頸的前直徑 切削功率 /kw ～25 ～ ～ ～ ～ 11 11～ ～ ～22 22～ 車床 60～ 88 70～ 90 70～ 105 95～ 130 110～145 140～165 150～ 190 220 230 銑床 50～ 90 60～ 90 60～ 95 75～ 100 90～ 105 100～115 —— —— —— 外圓磨床 —— 50～ 60 55～ 70 70～ 80 75～ 90 75～ 100 90～ 100 105 105 而對(duì)于普通車床，主軸的性能由被裝夾的工件的特征尺寸表示，也可以參考設(shè)計(jì)要求（即主參數(shù)）來確定主軸的前軸頸直徑。因此，對(duì)車銑復(fù)合加工中心的主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定與優(yōu)化極為重要。 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 5 主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 本部分主要涉及車銑復(fù)合加工中心的主軸設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)，主軸在切削加工的時(shí)候，主要受到反支承力和切削力的作用。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》可以查得基準(zhǔn)額定功率 0P 計(jì)算公式： 1000 )( 20 vmvTP a ?? 式 () 式中 aT —— 許用工作拉力 (N)，查表 45； m —— 單位長(zhǎng)度的質(zhì)量 (kg/m)，查表 45。由圖 42，可選擇最接XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 近計(jì)算結(jié)果的同步帶規(guī)格 500H，其齒數(shù)為 100，節(jié)線長(zhǎng) pL 為 。 同步帶輪中心距確定 同步輪之間的距離需要進(jìn)行初選與校核，距離過大則會(huì)導(dǎo)致皮帶振動(dòng)，傳動(dòng)不平穩(wěn)。 鍵的計(jì)算校核 鍵的受力情況如圖 41 所示，作為普通的靜聯(lián)接，所以其主要的失效形式是鍵的側(cè)面被壓潰甚至于剪斷，所以需要對(duì)鍵進(jìn)行強(qiáng)度校核。首先需要針對(duì)傳遞力矩的工作條件特點(diǎn)，再綜合各種形式鍵的特點(diǎn)選擇鍵的類型。 同步帶輪鍵的選擇及校核 主軸的動(dòng)力是電機(jī)通過同步帶輪進(jìn)行傳遞的，而帶輪與主軸之間是鍵實(shí)現(xiàn)連接的。 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 各類型的 同步帶的帶速要求不同，具體的帶速范圍可以參考《機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》，其標(biāo)準(zhǔn)如表 44 所示。首先確定小帶輪 的節(jié)徑 1d ，其有計(jì)算公式如下： ?/11 zpd b? 式 () 式中 1p —— 同步帶的節(jié)距 (mm)； 1z —— 小帶輪的齒數(shù)。同步 帶按其齒形的不同，有梯形齒形帶和圓弧形齒形帶兩種，本設(shè)計(jì)使用的是梯形齒形帶。為了使設(shè)計(jì)的車銑復(fù)合加工中心具有較長(zhǎng)的工作潛力，設(shè)定每天工作 8小時(shí)以上，并以此作為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)。 則總功率為 kwPPP ?????? 附加總 ， 所以所選的電機(jī)復(fù)合功率需求。根據(jù)之前關(guān)于主傳動(dòng)功率的估算，并結(jié)合西門子伺服電機(jī)的型號(hào)參數(shù)，如圖 32 所示，選擇1PH7 型號(hào)的伺服電機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊，具有高功率密度，而且在零速的情況下轉(zhuǎn)矩不會(huì)變化，基于這些性能的伺服電機(jī)符合車銑復(fù)合加工中心的性能要求。) 實(shí)驗(yàn)條件 名稱 牌號(hào) 熱處理狀態(tài) 硬度/HBS 刀具 幾何參數(shù) 切削用量范圍 鋼材 45 正火或熱軋 187 1962（ 200） ???075150???srK?? 前刀面帶卷屑槽 01??b smvrmmfmmacp/~/~5~1??? 調(diào)質(zhì) 229 2305（ 235） ?20~01?????b 40Cr 正火或熱軋 212 1962(200) 01??b 條件 285 2305（ 235） ?20~01?????b 灰口鑄鐵 HT200 退火 170 1118（ 114） 01??b平前刀面為卷木屑槽 smv rmmfmmacp/~/~10~2??? XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 查的切削 條件修正系數(shù)為 ，單位切削力為 196，將設(shè)定的參數(shù)代入式 (33)可得 主切削力為： NF c 4 1 9 6 2 ????? 由此可進(jìn)一步求得切削功率： 33 ?? ??? ??? ccce vFPP 主傳動(dòng)的效率 ? 為 80%， 主傳動(dòng)的功率估算為： kwPP e 18%80 ??? ? 確定電機(jī) 電機(jī)選型 圖 32 西門子交流伺服電機(jī)型號(hào)相關(guān)參數(shù) XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 交流電動(dòng)機(jī)，特別三相異步電機(jī)被廣泛地用來驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作，它作為動(dòng)力源提供切削力，主要起到轉(zhuǎn)換能量的作用，但是在車銑 復(fù)合 加工中心，不僅需要提供切削所需的能量，而且為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，可以在任意角度準(zhǔn)停進(jìn)行銑削，具有轉(zhuǎn)換傳遞控制信號(hào)的任務(wù)。接下來將以主切削力為出發(fā)點(diǎn)，求解近似的電機(jī)最低功率。 車銑復(fù)合加工中心在切削加工時(shí)所消耗的功率 eP (W)可以細(xì)分為兩部分組成 —— 切削功率 cP (W)和進(jìn)給功率 fP (W)。 主傳動(dòng)的功率估算 為了估算主傳動(dòng)的功率，可以采用假設(shè)車銑復(fù)合加工中心進(jìn)行重 切 [4]時(shí)，計(jì)算機(jī)床所能提供的最大扭矩 ,現(xiàn)作如表 31 所示的參數(shù)設(shè)定： 表 31 切削參數(shù) 工件材料 45 號(hào)鋼 工件直徑 mm250 刀具材料 硬質(zhì)合金刀具 刀具參數(shù) ??75rK 切削用量 背吃刀量 mm5ap ? 進(jìn)給量 r/ ? 切削速度 r/mim250vc ? 首先對(duì)車銑復(fù)合加工中心進(jìn)行重切時(shí)的切削力計(jì)算。車銑復(fù)合加工中心主軸對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及穩(wěn)定扭矩有著較高的要求，而且所選的動(dòng)力源要利于控制，實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同加工精度要求提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和扭矩。為了提高工件的定位精度，對(duì)于軸端面的定位表面要求表面質(zhì)量高和硬度大。因此，要選擇彈性模量大的材料制造主軸，鋼材作為首選材料，鋼材之間的彈性模量 差別不大。但在一般情況下會(huì)聯(lián)合使用迷宮溝槽或者與其他的密封方式聯(lián)合配置，會(huì)達(dá)到更好的密封效果， 圖 212 迷宮密封的結(jié)構(gòu)種類 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 主軸的材料選擇與熱處理 主軸的機(jī)械 性能，包括其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，往往決定于主軸的材料選擇和熱處理方式。 動(dòng)密封主要由兩種 —— 接觸式和非接觸式 [3]。 主軸的密封 主軸系統(tǒng)為了運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，降低組件的磨損，往往會(huì)使用潤(rùn)滑油以及油脂。 主軸的潤(rùn)滑 主軸潤(rùn)滑會(huì)減少主軸運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的摩擦、帶走熱量，降低主軸的磨損和熱變形程度。通過控制液壓缸使得活塞同時(shí)向制動(dòng)盤移動(dòng)直至壓緊，可以實(shí)現(xiàn)主軸鎖緊。 圖 210 編碼器 結(jié)合車銑復(fù)合加工中心的切削性能要求，編碼器準(zhǔn)停方式更為復(fù)合設(shè)計(jì)要求。 在早期的數(shù)控機(jī)床上主要使用機(jī)械式的準(zhǔn)停裝置，機(jī)械式利用光電盤或者凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行粗定位，而精定位是通過液動(dòng)的定位銷插入主軸的定位銷槽實(shí)現(xiàn)的。綜上所述，本設(shè)計(jì)車銑復(fù)合加工中心的支承方式采用速度剛度型的支承方案。其中 兩個(gè)角接觸球軸承呈大口朝外的配置，可以承受較大的軸向力，還有一個(gè)與其他兩個(gè)背向布置，可以得到很大的支承跨距，有利于提高抵抗主軸的顛覆力矩的能力 和結(jié)構(gòu)剛度 。圓柱滾子軸承的滾動(dòng) 體是先接觸形式，磨損相對(duì)較小，可以承受更高的徑向負(fù)載。角接觸球軸承中左邊兩個(gè)采用背向布置，相對(duì)于面向布置，它的壓力中心間距離更大，可以使支承剛度更大。 圖 26 車主軸的端面結(jié)構(gòu)示意圖 主軸的支承方式 主軸在切削工件時(shí)，除了有自重，還受到軸向、徑向的切削力作用，而且在高速的狀態(tài)下工作，所以使用合理的軸承配置形式構(gòu)造最優(yōu)的支承方式就顯得格外重要。 (a)傳動(dòng)件布置方式方便同步帶的更換，適合 精度要求較高的機(jī)床主軸設(shè)計(jì)需求。其中 (a)方案放在后支承處懸伸，傳動(dòng)件盡量接近后支承的位置，尤其在帶傳動(dòng)的場(chǎng)合較為多見，方便傳動(dòng)帶的安裝與更換，適合用于精 度要求較高的機(jī)床主軸。帶傳動(dòng)可以對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的主軸實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，能較長(zhǎng)跨距傳動(dòng)，其中同步帶有著類似于齒輪的輪齒，可以保證電機(jī)XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 與軸有著固定的傳動(dòng)比，這對(duì)車銑復(fù)合加工中心主軸可以在任意角度準(zhǔn)停與鎖緊 的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。電主軸相比其他的傳動(dòng)方案，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)平衡性能較好的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高速切削，可以提高了機(jī)床的工件加工精度。帶傳動(dòng)相對(duì)于齒輪傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)和成本低，最為重要的性質(zhì)它可以緩沖吸振，具有過載保護(hù)的功能。齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu) 緊湊、機(jī)械工作壽命長(zhǎng)和傳動(dòng)比固定的特點(diǎn)，但是，在實(shí)際齒輪制造以及安裝要求需要很高的精度導(dǎo)致成本較高，而且傳動(dòng)距離受到限制，不宜有太遠(yuǎn)距離的跨度。 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 車銑復(fù)合加工中心的主要技術(shù)參數(shù)擬定 本設(shè)計(jì)的車銑復(fù)合加工中心的主要技術(shù)參數(shù)表 21 所示： 表 21 車銑復(fù)合加工中心的主要技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 規(guī)格 單位 最大回轉(zhuǎn)直徑 650 mm 最大切削直徑 500 mm 最大切削長(zhǎng)度 1000 mm 主軸的最高轉(zhuǎn)速 3000 r/min 主軸的額定轉(zhuǎn)矩 800 N?m 車銑復(fù)合加工中心主軸部件傳動(dòng)方案的總體設(shè)計(jì) 車銑復(fù)合加工中心在加工工件的過程中不僅需要提供切削力，而且要根據(jù)不同工藝加工需求實(shí)時(shí)變換切削速度。輔助設(shè)備完成冷卻，排削的功能，雖然沒有直接參與切削，但對(duì)提高加工質(zhì)量起到重大影響。當(dāng)車削主軸準(zhǔn)停鎖緊時(shí)，可以在確定的角度對(duì)工件進(jìn)行銑削操作，所以車銑復(fù)合加工中心可以實(shí)現(xiàn)工序集中，減少生產(chǎn)周期?；A(chǔ)部分主要指的是機(jī)床床身，其強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和吸振性影響了車銑復(fù)合加工中心的性能，它承受著加工中心的靜態(tài)負(fù)載和在加工過程中的動(dòng)態(tài)負(fù)載。主軸作為機(jī)床的核心部件，它的設(shè)計(jì)是否合理關(guān)系到車銑復(fù)合加工中心的性能的優(yōu)劣，由于高精度 的工件需求，必然對(duì)主軸的制造精度，裝配精度提出了更高的要求。車銑復(fù)合加工的核心技術(shù)包括了先進(jìn)制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)、CAD/CAM 技術(shù)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的銑方復(fù)合中心基本可以滿足一些零件的加工質(zhì)量需求，可是加工質(zhì)量還沒達(dá)到先進(jìn)制造水品。 目前，像日本的馬扎克 ,德國(guó)的 DMG 這樣的國(guó)際上一流的機(jī)床生產(chǎn)商掌握了世界上最先進(jìn)的車銑技術(shù)，尤其高端五軸聯(lián)動(dòng)的車銑復(fù)合加工機(jī)床的技術(shù)，幾乎形成技術(shù)壟斷。 1845 年，轉(zhuǎn)塔車 床問世。同時(shí)也是對(duì)自身本科四年的專業(yè)學(xué)習(xí)，包括機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械原理，理論力學(xué)，材料力學(xué)等相關(guān)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行較為綜合地運(yùn)用，鍛煉提高查閱資料、自主學(xué)習(xí)以及創(chuàng)新的能力，做到學(xué)以致用。目前較為先進(jìn)的車銑復(fù)合加工中心可以實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。具體來說，車銑復(fù)合加工中心很好地結(jié)合了車床和銑床的加工特點(diǎn)，并且運(yùn)用數(shù)控技術(shù)可以提高自動(dòng)化程度來實(shí)現(xiàn)銑削平面，加工回轉(zhuǎn)類零件的表面，鉆削，擴(kuò)孔，鏜孔等加工工序。為此，更為精密高效的機(jī)械加工工藝方法一直是工藝人員所最求的。近些年，復(fù)合加工技術(shù)成為了機(jī)械制造業(yè)的熱門發(fā)展方向，車銑復(fù)合加工中心作為具體實(shí)現(xiàn)裝置，它可以減少裝夾工件的次數(shù)，并且以此提高加工精度及效率。 XXX可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位 論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任 何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。 XXX 有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。目前由于機(jī)械零件制造呈小批量，復(fù)雜工藝過程的特點(diǎn)， 因此，相比傳統(tǒng)的機(jī)械加工模式，這將對(duì)機(jī)床的加工效率，加工精度，自動(dòng)化程度提出了更高的要求。當(dāng)今，機(jī)械制造業(yè)受到了各國(guó)的高度重視，為快速發(fā)展工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)，對(duì)高質(zhì)量、高精度、高效率、自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床的需求更為緊迫。 車銑復(fù)合加工中心作為復(fù)合加工機(jī)床的一種典型形式，具有復(fù)合機(jī)床的共性，可以經(jīng)過一次裝夾零件進(jìn)行多種加工工序，大大地提高了加工效率和加工精度。簡(jiǎn)單來說，就是在車床、銑床或者其他機(jī)床的基礎(chǔ)上，增設(shè)可以進(jìn)行其他工序的加工設(shè)備，所以便可在同一機(jī)床上實(shí)現(xiàn)多工序同時(shí)進(jìn)行，在此基礎(chǔ)上，再結(jié)合數(shù)控技術(shù)提高車銑復(fù)合機(jī)床的自動(dòng)化程度。以期待為車銑中心的相關(guān)設(shè)計(jì)提供一些技術(shù)參考。復(fù)合加工的實(shí)質(zhì)就是工序集中的一種加工方法。 19 世紀(jì)后諸如此類的各種復(fù)合功能機(jī)床在不斷的研發(fā)與發(fā)展。由于 與國(guó)外的制造技術(shù)相比，