【正文】 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)控電火花成型機(jī)床的直線進(jìn)給由工作臺(tái)完成，附件頭主要實(shí)現(xiàn)在 AB 兩軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 8 圖 16 坐標(biāo)軸分布 該數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)不僅可以沿 X、 Y、 Z 方向做平行移動(dòng)，還可以沿 A、 B 方向做旋轉(zhuǎn)進(jìn)給或者分度運(yùn)動(dòng)，升級(jí)后的數(shù)控機(jī)床，它的新工作臺(tái)可以和原來(lái)的工作臺(tái)作為一個(gè)整體，既可以做 3 坐標(biāo)的直線運(yùn)動(dòng)，還可以做繞 3坐標(biāo)中的兩個(gè)做旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或分度，因此該機(jī)床的適用范圍很廣，不僅適合于簡(jiǎn)單的直線，斜線，圓弧加工外還等適應(yīng)那些更加復(fù)雜的曲面以及球面零件的加工。北村機(jī)械株式會(huì)社的 Mytrunnion 系列加工中 心采用新開發(fā)的門式結(jié)構(gòu)，這是繼箱中箱結(jié)構(gòu)的加工中心后的又一種新結(jié)構(gòu)的加工中心，其 x、 Y、Z軸均采用了雙滾珠絲杠。主軸轉(zhuǎn)速 15000r／ min(50 號(hào)錐度 )至 20210r／ min (40 號(hào)錐度 )，主要用途是取消鑄造而直接由實(shí)體坯料加工出形狀復(fù)雜的箱體件。 Mikron 米克郎公司的 400U 高速加工中心，可進(jìn)行高速 5軸聯(lián)動(dòng)加工。 美國(guó)捷力公司 RMV250RT 型立式 5軸聯(lián)動(dòng)加工中， B/C軸應(yīng)用了滾子蝸輪傳動(dòng)， C軸臺(tái)面直徑 Ф 250mm； B/C 軸細(xì)分角度最小設(shè)定單位 176。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 6 XH764A 及 XH765B 型轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面規(guī)格為 500mm，是帶交換臺(tái)面型式的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，交換形式為扁擔(dān)式交換。 在現(xiàn)代加工中心的開發(fā)中，數(shù)控回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)與制造，成為研制機(jī)床的核心任務(wù)之一，而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)臺(tái)）既作為數(shù)控回轉(zhuǎn)軸，同時(shí)也起著承載工件重量、夾持工件的功能，故要重視其創(chuàng)新設(shè)計(jì)。工作臺(tái)尺寸 1200 700mm178。 5DGBC50 五軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心 采用高剛性的龍門型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 5DMCH63 臥式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心 采用了箱中箱結(jié)構(gòu)和直線雙絲杠高速同步驅(qū)動(dòng)技術(shù)。 其中沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)有限公司展出的 GMC2060u 橋式龍門五軸加工中心，采用橋式龍門框架結(jié)構(gòu)，兩側(cè)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有良好的定位精度和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)供求的需要，數(shù)控機(jī)床在裝備制造業(yè)得到了廣泛的普及，清晰的表達(dá)出了時(shí)代的特征，并成為了提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。 圖 12 19892021年間中國(guó)金屬加工機(jī)床產(chǎn)量的變化發(fā)展 CITM2021 中國(guó)國(guó)際機(jī)床展 調(diào)查報(bào)告顯示，中外機(jī)床的差距主要體現(xiàn)在三個(gè)方面： 機(jī)床 加工精度（ %）、可靠性（ %）、機(jī)床內(nèi)部電氣控等配置（ %）。 五軸數(shù)控機(jī)床 學(xué)術(shù)背景 2021 年在北京舉辦的第 12 屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，數(shù)控機(jī)床、加工中心、復(fù)合機(jī)床在裝備制造業(yè)內(nèi)已呈現(xiàn)出量大面廣態(tài)勢(shì)，這類工作母機(jī)在各類制造業(yè)已經(jīng)普及應(yīng)用，并清晰地表達(dá)出時(shí)代特征與發(fā)展潮流。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，可以鍛煉學(xué)生查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)資料、工程繪圖等工作能力，使學(xué)生掌握科學(xué)研究的基本方法和思路。這樣通過(guò) A軸與 C軸的組合，固定在工作臺(tái)上的工件除了底面之外，其余的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工。 design and check parts。河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 I 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是 電火花數(shù)控機(jī)床主軸附件頭 AB 軸 設(shè)計(jì)。 draw the part drawing, assembly drawing. Key words： The numeric controls, Turning round the work set, Five sit the mark and connect to move 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 III 前言 裝備制造業(yè)是一國(guó)工業(yè)之基石，它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供了重要的手段，是不可缺少的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。 A軸和 C 軸最小分度值一般為 度，這樣又可以把工件細(xì)分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。 鞏固和深化所學(xué)的專業(yè)課知識(shí)，培養(yǎng)自己獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，為以后從事設(shè)計(jì)工作打下良好基礎(chǔ)。柔性、復(fù)合、五軸聯(lián)動(dòng)、高精、高速化仍然是數(shù)控機(jī)床的發(fā)展主流。緊跟其后的是加工速度和外形方面的色彩、精美程度等，均占 %（詳見(jiàn)圖 13）。我國(guó)有關(guān)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的研究起步于上世紀(jì) 70 年代。橋梁和工作臺(tái)固定，剛性好，承載大，適用于大型工件復(fù)雜型面的加工。其工作臺(tái)采用了 3套大扭矩 力矩電機(jī)， A 軸配有 2 套大扭矩力矩電機(jī)， B 軸采用高速旋轉(zhuǎn)的大扭矩力矩電機(jī)。內(nèi)藏式主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸 ,最高轉(zhuǎn)速 18000 r/min，該機(jī)工作臺(tái)面尺寸為 Ф 500mm178。最大載重 1000kg， 三向行程（ x/y/z） 1200mm 900mm 700mm， 主軸端面至工作臺(tái)臺(tái)面高度為 100mm～ 800mm， X、 Y 軸快速移動(dòng)速度 120m/min， Z軸快速移動(dòng)速度80m/min。現(xiàn)在復(fù)合機(jī)床主流形式是以車銑復(fù)合加工實(shí)現(xiàn)工序集約，以加工中心為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的車銑復(fù)合機(jī)床。轉(zhuǎn)臺(tái)承載能力 500kg；分度定位制動(dòng)扭矩為 1650Nm；油壓35kg/cm2 ；鎖緊時(shí)最大切削扭矩 1500Nm。； B/C 軸減速比 75/48； B/C軸最高轉(zhuǎn)速 50/100r/min。液體冷卻的主軸電機(jī)由陶瓷軸承支承，轉(zhuǎn)速高達(dá) 30000r／ min、42021r／ min、 60000r／ min，并有整體式托盤架和托盤交換裝置。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 7 (3)復(fù)合化：提高機(jī)床切削率和生產(chǎn)效能促使機(jī)床功能的擴(kuò)展，由原來(lái)的單主軸、單刀架，擴(kuò)展為雙主軸、雙刀架結(jié)構(gòu)，組成臥式平行雙主軸結(jié)構(gòu)或立式雙主軸結(jié)構(gòu)。 目前 數(shù)控 回 轉(zhuǎn) 工作臺(tái)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總的發(fā)展 趨勢(shì)是： 1． 在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)； 2． 在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力； 3． 在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。如沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司開發(fā)的五軸加工車銑中心 。并且通過(guò) 伺服電機(jī) 實(shí)現(xiàn)精密控制。 當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)必須處于鎖緊狀態(tài)。因?yàn)楦郊^要安裝在電火花成型加工機(jī)床的主軸上，所以必須對(duì)尺寸大小做嚴(yán)格的控制，不能太大。伺服 電機(jī) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入 信號(hào) 控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng) 電壓 等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相 方式 靈活，可以方波換相或正弦波換相。直流伺服是梯形波。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè) 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。 ⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。 交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。因此，η =η 2η 3η 4= = P0= Pw/η =所以： Pm =(1～ ) =～ Pm在 伺服電機(jī) SM11002030LFB可以輸出的功率范圍內(nèi) 查得電機(jī)最大轉(zhuǎn)速約為 3000rpm B 軸方向上伺服電機(jī)的選擇和及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 同樣地選擇 110 系列 伺服電機(jī) 。 ② 工作性能要求：保證工作可靠、傳動(dòng)效率高等。這樣大的傳動(dòng)比如用 齒輪傳動(dòng) ，則需要采取多級(jí)傳動(dòng)才行 。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價(jià) 格較貴的有色金屬制造。這種蝸桿的齒厚是按線性關(guān)系逐漸增大或減小而變化的。工作日安排每年 300 工作日計(jì)，壽命為 10年。 （ 7） 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 當(dāng)量齒數(shù)由 Zv2=Z2/（ cosγ ） 3 得 Zv2=31/（ cosγ ） 3= 根據(jù) X2=， Zv2=， 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 1119 查得齒形系數(shù) YFa2 = 螺旋角系數(shù) Yβ =1γ /140= 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 21 許用彎曲應(yīng)力 從 機(jī)械設(shè)計(jì) 表 118中查得由 ZcuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 壽命系數(shù) Kf= [ f? ]=56 = σ F=（ 206789 ） /（ 40 124 4） = 所以彎曲強(qiáng)度是滿足要求的 。 蝸桿傳動(dòng)比 i=N/n=3000/40=75 選擇 蝸桿 傳動(dòng)的類型 根據(jù) GB/T10085— 1988的推薦，采用漸開線蝸桿的形式。 18’ 36’’ 蝸桿軸向齒距： P=； 蝸桿齒頂圓直徑： da1=44mm； 蝸桿齒根圓直徑： df1=； 蝸輪 蝸輪齒數(shù)： Z2=31 ，變位系數(shù) X= 驗(yàn)算傳動(dòng)比： i=Z2/Z1=31/1=31，傳動(dòng)比誤差為（ 7531） /75=%，這個(gè)誤差值是允許的。 ⑵根據(jù)軸向和周向定位要求，確定各段直徑和長(zhǎng)度，查文獻(xiàn) 2表 114。 則摩擦力為： f=μF=2461= (472) 此 附件頭 采用八個(gè)液壓缸進(jìn)行加緊，八個(gè)液壓缸的總夾緊力： F=8= (473) 制動(dòng)力矩的演算： M=FL 由初始條件確定回轉(zhuǎn) 附件頭 所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： 由結(jié)構(gòu)知： L=204mm,得 M= 204 = M= 聯(lián)軸器的選擇 從 A、 B 方向上的 渦輪軸 零件圖可以看出，所設(shè)計(jì)的 渦輪 軸最小尺寸都為 Φ 12mm，所以可取兩個(gè)聯(lián)軸器的型號(hào)一致， 選用 G1225T 型 伺服電機(jī) 用剛性聯(lián)軸器。 在兩個(gè)小齒輪軸上安放軸承時(shí)，由于軸承同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，并且工作轉(zhuǎn)速較高，所以選用成對(duì)的角接觸軸承。 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 軸承潤(rùn)滑的目的： 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑目的是減少軸承內(nèi)部摩擦及摩損，防止燒粘、其潤(rùn)滑效用如下。防止軸承過(guò)熱，防止?jié)櫥妥陨砝匣?。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。壓力（液壓）是否符合規(guī)定。 啟動(dòng)運(yùn)行中注意的事項(xiàng) 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 31 起動(dòng)機(jī)床，應(yīng)注意控制盤上的電流表，通常起動(dòng)高峰電流經(jīng) 30～ 40s 后，就降到正常工作電流，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，也要注意電流表的指示數(shù)，不應(yīng)較長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)規(guī)定的額定電流值，否則容易發(fā)生燒毀電動(dòng)機(jī)事故。 認(rèn)真將班中發(fā)現(xiàn)的機(jī)床問(wèn)題，填到交接班記錄本上，做好交班工作。操作人員在操作前應(yīng)詳細(xì)閱讀有關(guān)說(shuō)明書，對(duì) 附件頭 有一個(gè)詳盡的了解，工作臺(tái)包括機(jī)床結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，機(jī)床的梯形圖和數(shù)控系統(tǒng)的工作原理及框圖，以及它們的電纜連接。 在操作工程中，必須正確操作，旋轉(zhuǎn)的角度必須再限位范圍內(nèi)。 凡連班交接班的設(shè)備，交接班人應(yīng)一起按上述規(guī) 定進(jìn)行檢查，待交接班清楚后，交班人方可離去。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)回 附件頭 上主要的結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核。 考慮到電動(dòng)刀架工作時(shí)轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。 在構(gòu)成軸承 的套圈、滾動(dòng)體及保持器的相互接觸部分，防止金屬接觸，減少摩擦、磨損。 A向蝸桿軸上軸承的選擇：由裝配圖可知軸上裝有大齒輪，考慮到軸的支撐問(wèn)題，需要三處安放軸承。它是依靠主要元件的滾動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。液壓具有很多優(yōu)點(diǎn)： 工作比較平穩(wěn)，反應(yīng)快，沖擊小，能高速啟動(dòng)； 液壓缸的的體 積小、重量輕，慣性小，結(jié)構(gòu)緊湊，能輸出較大的力； 控制調(diào)節(jié)方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化； 由于功率損失所產(chǎn)生的熱量可由流動(dòng)的油帶走，所以可避免在系統(tǒng)某些局部位置所產(chǎn)生的過(guò)度溫升，等等。然后由有關(guān)手冊(cè)查得要求的公差項(xiàng)目及表面粗糙度。蝸輪用鑄錫磷青銅 Zcus n10p1，金屬 模 鑄造。 18’ 36’’ 蝸桿軸向齒距： P=； 蝸桿齒頂圓直徑： da1=44mm； 蝸桿齒根圓直徑： df1=； 蝸輪 蝸輪齒數(shù)： Z2=31 ，變位系數(shù) X= 驗(yàn)算傳動(dòng)比： i=Z2/Z1=31/1=31，傳動(dòng)比誤差為（ 7531） /75=%，這個(gè)誤差值是允許的。 蝸桿傳動(dòng)比 i=N/n=3000/40=75 選擇 蝸桿 傳動(dòng)的類型 根據(jù) GB/T10085— 1988的推薦，采用漸開線蝸桿的形式。 雙螺距蝸桿的嚙合原理與一般蝸桿蝸輪并沒(méi)有什么區(qū)別。 在本次主軸附件頭設(shè)計(jì)中 ，以蝸輪副的嚙合側(cè)隙對(duì)其分度定位精度影響最大，因此消除蝸輪副發(fā)側(cè)隙就成了數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的關(guān)鍵問(wèn)題，由于雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)具有改變嚙合側(cè)隙的特點(diǎn)，能夠始終保持正確的嚙合關(guān)系，并且結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 18 2. 傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú) 噪音 。 ④機(jī)械 的功能要求：應(yīng)滿足 附件頭所需 的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式的要求。額定扭矩小于工作要求，則不能保證工作機(jī)器正常工作，或使電機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載、發(fā)熱大而過(guò)早損壞；額定扭矩過(guò)大，則馬達(dá)價(jià)格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費(fèi)。 A 軸方向上伺服電機(jī)的選擇和及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 采用伺服電機(jī)為