【正文】 在以上幾種換刀方式中采用最多。這種換刀裝置和之前幾種換刀方式相比，機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一根主軸，在結(jié)構(gòu)上可以提高主軸的剛性，適合用于精密加工和切削。有換刀過(guò)程繁多、時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。但這種換刀方式不易保持較高主軸精度來(lái)進(jìn)行精鏜加工。而且滾動(dòng)導(dǎo)軌在安裝過(guò)程中施加了一定的負(fù)荷，阻尼特性較好，但這種阻尼特性相比于傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌的阻尼特性存在一定差距。而歌德式牙型其接觸角能保持不變，剛性亦較穩(wěn)定。存在以下幾大特點(diǎn)：（1）高效率：利用滾動(dòng)摩擦，所以靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的摩擦系數(shù)都很小，一般是在0．003—0．005。在正常的機(jī)械上工作8—10年，精度可以基本不變，磨損量不到0．01mm。滾珠絲杠兩螺母副通過(guò)平鍵與外套相聯(lián)，用兩個(gè)鎖緊螺母調(diào)整絲杠螺母的預(yù)緊量。加工過(guò)程中需卸調(diào)整墊片進(jìn)行修磨，為易于實(shí)現(xiàn)，調(diào)整墊片做成半環(huán)。內(nèi)齒圈固定在螺母座上，預(yù)緊時(shí)脫開內(nèi)齒圈，兩螺母向同一方向進(jìn)給一樣的齒數(shù)，合上內(nèi)齒圈，兩螺母的軸向位置發(fā)生變化達(dá)到調(diào)整間隙和施加預(yù)緊力的目的。電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，需要為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，所以電機(jī)的選擇至關(guān)重要，電機(jī)的動(dòng)力需要靠連接裝置來(lái)將動(dòng)力傳動(dòng)到主軸上，所以連接裝置的選擇也同樣重要。脈沖數(shù)增加，位移量隨之增加；脈沖頻率增高，則位移變化的速度增高。(2)伺服電機(jī)伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W 三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。因此，齒輪傳動(dòng)副常采用消隙措施來(lái)盡量減小齒輪側(cè)隙，但此措施結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。（3）電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接與絲杠連接電動(dòng)機(jī)軸與絲杠之間采用錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)接或高精度十字聯(lián)軸器聯(lián)接，從而使進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)具有較高的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)剛度，并大大簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。單盤式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，取刀也很方便，因此采用廣泛。為增加鏈?zhǔn)降稁?kù)的儲(chǔ)存量，可采用多排鏈?zhǔn)降稁?kù)。選刀符合要求的刀具時(shí)，刀庫(kù)會(huì)將刀具送到換刀位置，等待機(jī)械手來(lái)拾取。因此普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床的主軸。但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸精度精度影響大。③電機(jī)經(jīng)齒輪變速傳動(dòng)主軸 如圖81（c）所示，主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)二級(jí)齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，使之成為分段無(wú)級(jí)調(diào)速，這種現(xiàn)置方法在大中型數(shù)控機(jī)床中采用較多，通過(guò)齒輪傳動(dòng)減速后，輸出轉(zhuǎn)矩可以擴(kuò)大，以滿足主軸低速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。6. 設(shè)計(jì)方案要求：確定滾珠絲杠支承方式、型號(hào)與結(jié)構(gòu)；選擇滾動(dòng)直線導(dǎo)軌型號(hào)與 支承方式；選擇交流伺服電機(jī)型號(hào)與安裝方式；確定主軸支承方 式。用過(guò)的刀具放回原來(lái)的刀座中，也可以按加工順序放入下一個(gè)刀座中。故在現(xiàn)今加工中心設(shè)計(jì)中使用較少。任意選擇刀具法的特點(diǎn)是刀庫(kù)中刀具的擺放順序和加工順序無(wú)關(guān)，刀具可以循環(huán)使用。同時(shí)，縮短了換刀用的時(shí)間，簡(jiǎn)化了換刀動(dòng)作。缺點(diǎn)是換刀時(shí)，刀具必須擺放在編碼對(duì)應(yīng)的刀座中，增加了換刀動(dòng)作，降低了換刀效率。此種編碼方式為臨時(shí)性的編碼，當(dāng)?shù)毒呷〕鰰r(shí)，刀座中的編碼也會(huì)隨之消失，因此具有更大的靈活性。 刀庫(kù)為保證換刀動(dòng)作的順利完成，常采用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置。這種傳動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在機(jī)械中應(yīng)用很廣。但是鏈傳動(dòng)只能平行軸間的同向傳動(dòng)，無(wú)法保證瞬時(shí)傳動(dòng)比的恒定，工作時(shí)存在噪聲，無(wú)法在高速、載荷變化大的情況下工作。②結(jié)構(gòu)緊湊，同等傳動(dòng)條件下，齒輪傳動(dòng)的所需的空間最?。虎蹅鲃?dòng)可靠、壽命長(zhǎng)，一般的齒輪傳動(dòng)，只有結(jié)構(gòu)合理正確，及時(shí)進(jìn)行良好的潤(rùn)滑維護(hù)，壽命可長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年。同時(shí)這兩種傳動(dòng)方式傳動(dòng)不夠平穩(wěn)，將會(huì)影響換刀動(dòng)作的精確完成。同時(shí)為了使刀庫(kù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不與刀盤產(chǎn)生干涉，必須將蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傾斜15176。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊做相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的滾道滾動(dòng)（導(dǎo)軌上有四條經(jīng)過(guò)淬硬和精密磨削加工而成的滾道）。具有以下優(yōu)點(diǎn)：①導(dǎo)軌動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別小，隨動(dòng)性好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔短，有效的提高了數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度；②可以實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度；③成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”從而可以降低基礎(chǔ)件的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度；④簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。 表51導(dǎo)軌承載量與導(dǎo)軌規(guī)格對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系承載量/N3000以下3000~50005000~1000010000~2500025000~5000050000~80000導(dǎo)軌規(guī)格 30 35 45 55 65 85（1）滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的計(jì)算由于給定承載量為4000N，且采用了平衡油缸使其平衡了大約承載量的95%，故實(shí)際的承載量為200N。 （5—2）式中：l——形成長(zhǎng)度（m） N——每分鐘往次數(shù)。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的的兩端連接起來(lái)構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母（或滾珠絲杠）軸向移動(dòng)。m，重復(fù)定位精度為10181。 ①工作臺(tái)工作面尺寸（寬度長(zhǎng)度）確定為400mm1200mm。 ⑥采用膜片彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直連。 （5—9） （5—10）（4）計(jì)算進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力①由式（210a）計(jì)算最大軸向負(fù)載力Famax。 （5—14） （5—15） （5—16） （5—17）④由式（217）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速nm。 （5—20）因?qū)L珠絲杠螺母副將實(shí)施預(yù)緊，所以還可以按式（521）估算最大軸向載荷。已知X軸工作臺(tái)的定位精度為20，重復(fù)定位精度為10，根據(jù)式（522）、式（523）以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求得 （5—22） （5—23）取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即。 （5—26）計(jì)算軸承的預(yù)緊力。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為 （5—29） （5—30）因?yàn)?，所以查表得，DF組合徑向系數(shù)X軸向系數(shù)Y1分別為。角接觸球軸承背對(duì)背安裝，以承受兩個(gè)方向的軸向力。該軸承的預(yù)載荷能力為N，大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力。因此，不存在壓桿不穩(wěn)定問(wèn)題。 滾珠絲杠轉(zhuǎn)速n=1800r/min,則計(jì)算可得 （5—38） （5—39）一般來(lái)講，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)保證數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠螺母副的總工作壽命≥20000h，故滿足要求。 已知軸承接觸角，滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=17，軸承的最大軸向工作載荷=，可得（2—42）③計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度。 （5—48）③計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力（即為空載時(shí)的導(dǎo)軌摩擦力），故 （5—52）③計(jì)算由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩。加速時(shí)間，故 （5—55）③計(jì)算坐標(biāo)軸所需折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩。 （5—58） 計(jì)算切削時(shí)工進(jìn)力矩。額定力矩，21Nm；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，；質(zhì)量。 ②慣量匹配驗(yàn)算。 (1)計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的反向死區(qū) 已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導(dǎo)軌靜摩擦力，得 （5—66）即，故滿足要求。負(fù)載力矩T=。當(dāng)螺紋長(zhǎng)度為932mm時(shí)，=15，故滿足設(shè)計(jì)要求。 由主軸裝配圖可知主軸采用，前側(cè)采用4列角接觸球軸承（DBB型），后側(cè)采用高剛度雙列圓柱滾子軸承。根據(jù)軸承系列尺寸選定主軸軸承外徑為110mm。(2)油霧潤(rùn)滑 此種方式除起到較好的潤(rùn)滑作用外，同時(shí)也可以起到散熱的作用，但是有可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。油脂潤(rùn)滑的最大缺點(diǎn)就是發(fā)熱量太大不易散熱。因此，要根據(jù)主軸的具體情況具體分析，根據(jù)需要施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，以避免過(guò)大的預(yù)緊量損壞主軸。在冷卻液的選擇上，有空氣，水，冷卻專用油和主軸油等。 主軸部件密封裝置的作用，首先防止?jié)櫥瑒牟考辛鞒觯浯我惨乐估鋮s液、濕氣、灰塵、切屑及雜質(zhì)等侵入部件內(nèi)，導(dǎo)致主軸、軸承和傳動(dòng)件等腐蝕及磨損過(guò)快，影響主軸的工作性能。(3)結(jié)構(gòu)盡可能的緊湊，特別是主軸前支撐處的密封裝置，軸向尺寸盡量小，以減少主軸前端部懸伸量，提高主軸部件剛度。墊圈式密封：靠離心力作用甩去油和雜志來(lái)密封的。 圖63 主軸裝配圖局部視圖這是主軸后端處采用間隙密封和墊圈密封。(3)拉到機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 拉刀機(jī)構(gòu)主要由拉爪、拉桿、碟形彈簧、導(dǎo)向套、鎖緊螺母、單活塞桿液壓缸等組成。②蝶形彈簧，由于本加工中心主軸采用的BT40規(guī)格刀柄，主軸扭矩在200～300NM之間，故拉刀力7800N，松刀力12000N，通過(guò)蝶形彈簧的壓縮和放松來(lái)提供夾緊力。因此，在設(shè)計(jì)有剛度要求的軸時(shí)，必須進(jìn)行軸的剛度校核計(jì)算。當(dāng)量直徑（單位為mm）為 （6—1）其中：——階梯軸第i段的長(zhǎng)度，mm； ——階梯軸第i段的直徑，mm； ——階梯軸的計(jì)算長(zhǎng)度，mm； ——階梯軸計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)的軸段數(shù)。(2)軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角來(lái)表示。(1)計(jì)算設(shè)計(jì)功率Pd kw （6—5） Pm為課題已知的Pm=；k0為載荷修正系數(shù)，可以查資料得出經(jīng)驗(yàn)值，k0=；k1為使用張緊輪的修正系數(shù)，k1=0；k2為增速傳動(dòng)修正系數(shù)，k2=0。 表65 帶輪最小許用齒數(shù)小帶輪速 n1/（r/min）同步帶型號(hào)MXLXXLXLLHXHXXH同步帶輪最小許用齒數(shù)900——1012142222》900~120012121012162424》1200~180014141214182626》1800~3600161612162030—》3600~48001818151822——查表得z1=18 i=1 z1=z2 Pb= 圓整取。 bs=70mm①根據(jù)帶型、小帶輪齒數(shù)z1=18及轉(zhuǎn)速n1由附錄表可以查出對(duì)應(yīng)的同步帶基準(zhǔn)寬度bs0（mm）及基準(zhǔn)額定功率P0（kw） bs0= P0=②計(jì)算同步帶傳動(dòng)的嚙合齒數(shù)zm （6—6）③計(jì)算嚙合齒數(shù)系數(shù)Kz當(dāng)zm》6時(shí)， 有Kz=1當(dāng)zm6時(shí)， 有所以Kz=1④確定齒寬系數(shù)Kw。(7)同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要結(jié)果構(gòu)成①同步帶：型號(hào)H，節(jié)距Pb=，齒數(shù)=50，帶長(zhǎng)Lp=635mm，長(zhǎng)度代號(hào)235H，帶寬=，帶寬代號(hào)為300。通過(guò)旋動(dòng)下側(cè)的調(diào)節(jié)螺釘，將電動(dòng)機(jī)向上推移到所需位置后，擰緊電動(dòng)機(jī)安裝螺釘即可實(shí)現(xiàn)張緊。 圖71 整體三維造型8. 課題設(shè)計(jì)結(jié)論 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)床發(fā)展的最前沿，影響著一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的水平的提升，必須要引起足夠的重視。本課題是一個(gè)既能了解當(dāng)前數(shù)控技術(shù)發(fā)展潮流并具有重要實(shí)際應(yīng)用意義的研究。但是加工中心的最大特點(diǎn)就是在同一裝夾工位上完成多道工序的加工，隨著現(xiàn)代零件加工面越來(lái)越復(fù)雜，精度要求越來(lái)越高，相應(yīng)的刀具的數(shù)量會(huì)增多，為減小刀庫(kù)的體積，就不能再采用單盤式刀庫(kù)，而是采用鏈?zhǔn)降稁?kù)等新式結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)。又由于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌在組裝時(shí)施加了一定量的預(yù)加負(fù)荷，具有較好的阻尼特性，實(shí)現(xiàn)主軸的精確準(zhǔn)停和快速移動(dòng)，考慮到臥式加工中心立柱中內(nèi)部體積過(guò)小，故采用平衡油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的平衡，大約可以平衡負(fù)載的95%,避免由于突然失去動(dòng)力后主軸箱突然下墜造成的重大事故。此種方式既能完整實(shí)現(xiàn)換刀中的拉刀和松刀，同時(shí)拉刀是中空的，構(gòu)成了主軸油氣潤(rùn)滑散熱的完整通路，此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，非常巧妙?？佳惺俏沂俏乙恢钡睦硐?，有感于當(dāng)前嚴(yán)峻的就業(yè)形勢(shì)，我很早就定下了考研的目標(biāo)，為此我也付出了很多，最后的結(jié)果的確讓我失望。再休息兩天后我正式開始了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。但是覺得自己離工程師的夢(mèng)想又近了一步，即使每天畫的腰酸背痛，學(xué)到了東西還是會(huì)讓我感到非?？鞓贰Ｔ瓉?lái)我的課題比別人的包含內(nèi)容更多也更難。畢業(yè)設(shè)計(jì)作為一個(gè)實(shí)踐的環(huán)節(jié)，就是要讓我們?cè)诋厴I(yè)之間盡可能的熟練我們的技能以及運(yùn)用我們所學(xué)的知識(shí)。這不僅鍛煉了我的手工制圖能力，同時(shí)我也對(duì)機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)有了初步的認(rèn)識(shí)。在了解整個(gè)結(jié)構(gòu)及流程之后，老師讓我開始練習(xí)UG三維制圖，畢竟在現(xiàn)代，三維制圖是發(fā)展的潮流和趨勢(shì)，為了以后的發(fā)展必須得學(xué)會(huì)三