【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的加工中心。立式加工中心一般具有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，工作臺(tái)具有分度和旋轉(zhuǎn)功能，可在工作臺(tái)上安裝—個(gè)水平軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)用以加工螺旋線零件。立式加工中心多用于加工筒單箱體、箱蓋、板類零件和平面凸輪的加工。立式加工中心具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。 （ 3） 龍門加工中心 與龍門銑床類似，適應(yīng)于大型或形狀復(fù)雜的工件加工。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） （ 4） 萬能加工中心 萬能加工中心也稱五面加工中心小工件裝夾能完成除安裝面外的所有面的加工；具有立式和臥式加 工中心的功能。常見的萬能加 工中心有兩種形式：一種是主軸可以旋轉(zhuǎn) 900 既可象立式加工中心一樣，也可象臥式加工中心一樣；另一種是主軸不改變方向，而工作臺(tái)帶著工件旋轉(zhuǎn) 900 完成對(duì)工件五個(gè)面的加工。在萬能加工中心安裝工件避免了由于二次裝夾帶來的安裝誤差，所以效率和精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)也高 [1， 2]。 （ 1） 帶刀庫(kù)機(jī)械手的加工中心 加工中心換刀裝置由刀庫(kù)、機(jī)械手級(jí)組成，換刀動(dòng)作由機(jī)械手完成。 （ 2） 機(jī)械手的加工中心 這種加工中心的換刀通過刀庫(kù)和主軸箱配合動(dòng)作來完成換刀過程。 （ 3） 轉(zhuǎn) 塔刀庫(kù)式加工中心 一般應(yīng)用于小型加工中心，主要以加工孔為主。 加工中心常按主軸在空間所處的狀態(tài)分為立式加工中心和臥式加工中心，加工中心的主軸在空間處于垂直狀態(tài)的稱為立式加工中心，主軸在空間處于水平狀態(tài)的稱為臥式加工中心。主軸可作垂直和水平轉(zhuǎn)換的，稱為立臥式加工中心或五面加工中心，也稱復(fù)合加工中心。按加工中心立柱的數(shù)量分；有單柱式和雙柱式（ 龍門式 ） [7]。 加工中心根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)控制功能的不同 分：有三軸二聯(lián)動(dòng)、三軸三聯(lián)動(dòng)、四軸三聯(lián)動(dòng)、五軸四聯(lián)動(dòng)、六軸五聯(lián)動(dòng)等。三軸、四軸是指加工 中心具有的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)數(shù)，聯(lián)動(dòng)是指控制系統(tǒng)可以同時(shí)控制運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)工件的位置和速度控制 [11]。 類 有單工作臺(tái)加工中心、雙工作臺(tái)加工中心，和多工作臺(tái)加工中心。 類 （ 1） 普通加工中心 普通加工中心，分辨率為 1μm，最大進(jìn)給速度 15～25m/min，定位精度 l0 μm左右。 （ 2） 高精度加工中心 高精度加工中心， 分辨率為 ，最大進(jìn)給速度為15～ 100m/min，定位精度為 2μm左右。介于 2～ l0 μm之間的，以 177。5 μm較多，可稱精密級(jí) [3]。 加工中心的主要加工對(duì)象 加工中心適宜于加工復(fù)雜、工序多、要求較高、需用多種類型的普通機(jī)床和眾多刀具夾具，且經(jīng)多次裝夾和調(diào)整才能完成加工的零件。其加工的主要對(duì)象有箱體類零件、復(fù)雜曲面、異形件、盤套板類零件和特殊加工等五類 [46]。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 箱體類零件一般是指具有一個(gè)以上孔系，內(nèi)部有型腔，在長(zhǎng)、寬、高方向有一定比例的零件。這類零件在機(jī)床、汽車、飛機(jī)制造等行業(yè)用的較多。箱體類零件一般都需要進(jìn)行多工位孔系及平面加工，公差要求較高，特別是形位公差要求較為嚴(yán)格，通常要經(jīng)過銑、鉆 、擴(kuò)、鏜、鉸、锪，攻絲等工序，需要刀具較多，在普通機(jī)床上加工難度大，工裝套數(shù)多，費(fèi)用高，加工周期長(zhǎng)，需多次裝夾、找正，手工測(cè)量次數(shù)多，加工時(shí)必須頻繁地更換刀具，工藝難以制定，更重要的是精度難以保證。 加工箱體類零件的加工中心，當(dāng)加工工位較多，需工作臺(tái)多次旋轉(zhuǎn)角度才能完成的零件，一般選臥式鏜銑類加工中心。當(dāng)加工的工位較少，且跨距不大時(shí)，可選立式加工中心，從一端進(jìn)行加工。 復(fù)雜曲面在機(jī)械制造業(yè)，特別是航天航空工業(yè)中占有特殊重要的地位。復(fù)雜曲面采用普通機(jī)加工方法是難以甚至無法完成的。在我國(guó)，傳 統(tǒng)的方法是采用精密鑄造，可想而知其精度是低的。復(fù)雜曲面類零件如：各種葉輪，導(dǎo)風(fēng)輪，球面，各種曲面成形模具，螺旋槳以及水下航行器的推進(jìn)器，以及一些其它形狀的自由曲面。這類零件均可用加工中心進(jìn)行加工。銑刀作包絡(luò)面來逼近球面。復(fù)雜曲面用加工中心加工時(shí)，編程工作量較大，大多數(shù)要有自動(dòng)編程技術(shù)。 異形件是外形不規(guī)則的零件，大都需要點(diǎn)、線、面多工位混合加工。異形件的剛性一般較差，夾壓變形難以控制，加工精度也難以保證，甚至某些零件的有的加工部位用普通機(jī)床難以完成。用加工中心加工時(shí)應(yīng)采用合理的工藝措施，一次或二次裝夾，利用加工中心多工位點(diǎn)、線、面混合加工的特點(diǎn)，完成多道工序或全部的工序內(nèi)容。 、套、板類零件 帶有鍵槽，或徑向孔，或端面有分布的孔系，曲面的盤套或軸類零件，如帶法蘭的軸套，帶鍵槽或方頭的軸類零件等，還有具有較多孔加工的板類零件，如各種電機(jī)蓋等。端面有分布孔系、曲面的盤類零件宜選擇立式加工中心，有徑向孔的可選臥式加工中心。 在熟練掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工裝和專用工具，利用加工中心可完成一些特殊的工藝工作，如在金屬表面上刻字、刻線、刻圖案；在加工中心的主 軸上裝上高頻電火花電源，可對(duì)金屬表面進(jìn)行線掃描表面淬火；用加工中心裝上高速磨頭，可實(shí)現(xiàn)小模數(shù)漸開線圓錐齒輪磨削及各種曲線、曲面的磨削等 [7， 8]。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 加工中心（ Machining Center）是典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)、制造的水平，因此在國(guó)內(nèi)外企業(yè)界都受到高度重視。如今，加工中心已成為現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展的主流方向，加工廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造中 [8， 9]。與普通數(shù)控機(jī)床相比，它具有以下幾個(gè)突出特點(diǎn) ： 加工中心備有刀庫(kù)并能自動(dòng)更換刀具，對(duì)工 件進(jìn)行多工序加工，使得工件在一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序，自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及其他輔助功能，現(xiàn)代加工中心更大程度地使工件在一次裝夾后實(shí)現(xiàn)多表面、多特征、多工位的連續(xù)、高效、高精度加 工，即工序集中 ， 這是加工中心最突出的特點(diǎn)。 加工中心生產(chǎn)的柔性不僅體現(xiàn)在對(duì)特殊要求的快速反應(yīng)上．而且可以快速實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 加工中心同其他數(shù)控機(jī)床一樣具有加工精度高的特點(diǎn)，而且加工中心由于加工工序集中，避免了長(zhǎng)工藝流程，減少了人為千擾，故加工精度更高，加工質(zhì)量更加穩(wěn)定。 零件加工所需要的時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間與輔助時(shí)間兩部分。加工中心帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置，在一臺(tái)機(jī)床上能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測(cè)量和機(jī)床的調(diào)整時(shí)間，減少工件半成品的周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，使機(jī)床的切削利用率（切削時(shí)間和開動(dòng)時(shí)間之比）高于普通機(jī)床 3～ 4 倍，達(dá) 80％以上。 加工中心對(duì)零件的加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的，操作者除了操作鍵盤、裝卸零件、進(jìn)行關(guān)鍵工序的中間 測(cè)量以及觀察機(jī)床的運(yùn)行之外，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度和緊張程度均可大為減輕，勞動(dòng)條件也得到很大的改善。 使用加工中心加工零件時(shí)，分?jǐn)傇诿總€(gè)零件上的設(shè)備費(fèi)用是較昂貴的，但在單件、小批生產(chǎn)的情況下，可以節(jié)省許多其他方面的費(fèi)用，因此能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。例如，在加工之前節(jié)省了劃線工時(shí)，在零件安裝到機(jī)床上之后可以減少調(diào)整、加工和檢驗(yàn)時(shí)間，減少了直接生產(chǎn)費(fèi)用。另外，由于加工中心加工零件不需手工制作模型、凸輪、鉆模板及其他工夾具，省去了許多工藝裝備，減少了硬件投資．還由于加工中心的 加工穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 用加工中心加工零件，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算零件的加工工時(shí)，并有效地簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)和工夾具、半成品的管理工作。這些特點(diǎn)有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。當(dāng)前有許多大型 CAD/CAM 集成軟件已經(jīng)開發(fā)了生產(chǎn)管理模塊，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理。 形式 加工中心使用的刀庫(kù)最常見的形式是圓盤式刀庫(kù)和機(jī)械手換刀刀庫(kù) [2]。 圓盤式刀庫(kù)應(yīng)該稱之為固定地址換刀刀庫(kù)，即每個(gè)刀位上都有編號(hào)，一般從 1編到 1 1 24 等， 即為刀號(hào)地址。操作者把一把刀具安裝進(jìn)某一刀位后，不管該刀具更換多少次，總是在該刀位內(nèi)。 （ 1） 制造成本低。主要部件是刀庫(kù)體及分度盤，只要這兩樣零件加工精度得到保證即可，運(yùn)動(dòng)部件中刀庫(kù)的分度使用的是非常經(jīng)典的 “馬氏機(jī)構(gòu) ”，前后、上下運(yùn)動(dòng)主要選用氣缸。裝配調(diào)整比較方便，維護(hù)簡(jiǎn)單。一般機(jī)床制造廠家都能自制。 （ 2） 刀號(hào)的計(jì)數(shù)原理。一般在換刀位安裝一個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)， 1 號(hào)刀位上安裝擋板。每次機(jī)床開機(jī)后刀庫(kù)必須 “回零 ”，刀庫(kù)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，只要擋板靠近（距離為）無觸點(diǎn)開關(guān)，數(shù)控系統(tǒng)就默認(rèn)為 1 號(hào)刀。并以此為計(jì)數(shù)基準(zhǔn) ， “馬氏機(jī)構(gòu) ”轉(zhuǎn)過幾次，當(dāng)前就是幾號(hào)刀。只要機(jī)床不關(guān)機(jī)，當(dāng)前刀號(hào)就被記憶。刀具更換時(shí)，一般按最近距離旋轉(zhuǎn)原則，刀號(hào)編號(hào)按逆時(shí)針方向，如果刀庫(kù)數(shù)量是 18，當(dāng)前刀號(hào)位 8，要換 6 號(hào)刀，按最近距離換刀原則，刀庫(kù)是逆時(shí)針轉(zhuǎn)。如要換 10號(hào)刀，刀庫(kù)是順時(shí)針轉(zhuǎn)。機(jī)床關(guān)機(jī)后刀具記憶清零。 （ 3） 固定地址換刀刀庫(kù)換刀時(shí)間比較長(zhǎng)國(guó)內(nèi)的機(jī)床一般要 8 秒以上（從一次切削到另一次切削）。 （ 4） 圓盤式刀庫(kù)的總刀具數(shù)量受限制，不宜過多，一般 40刀柄的不超過 24把， 50的不超過 20 把，大型龍門機(jī)床也有把圓盤轉(zhuǎn)變?yōu)殒準(zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，刀具數(shù)量多達(dá) 60 把 [813]。 機(jī)械手刀庫(kù)換刀是隨機(jī)地址換刀。每個(gè)刀套上無編號(hào)，它最大的優(yōu)點(diǎn)是換刀迅速、可靠。 （ 1） 制造成本高。刀庫(kù)有一個(gè)個(gè)刀套鏈?zhǔn)浇M合起來，機(jī)械手換刀的動(dòng)作有凸輪機(jī)構(gòu)控制，零件的加工比較復(fù)雜。裝配調(diào)試也比較復(fù)雜，一般由專業(yè)廠家生產(chǎn)，機(jī)床制造商一般不自制。 （ 2） 刀號(hào)的計(jì)數(shù)原理。與固定地址選刀一樣，它也有基準(zhǔn)刀號(hào)： 1 號(hào)刀。但我們只能理解為 1 號(hào)刀套，而不是零件程序中的 1 號(hào)刀： T1。系統(tǒng)中有一張刀具畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 表。它有兩欄。一欄是刀套號(hào)，一欄是對(duì)應(yīng)刀套號(hào)的當(dāng)前程序刀號(hào)。假如我們編一個(gè)三把刀具的加 工程序，刀具的放置起始是 1 號(hào)刀套裝 T1（ 1 號(hào)刀）， 2 號(hào)刀套裝 T2， 3 號(hào)刀套裝 T3，我們知道當(dāng)主軸上 T1 在加工時(shí)， T2 刀即準(zhǔn)備好，換刀后，T1 換進(jìn) 2 號(hào)刀套，同理，在 T3加工時(shí)， T2 就裝在 3 號(hào)刀套里。一個(gè)循環(huán)后，前一把刀具就安裝到后一把刀具的刀套里。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)刀套號(hào)及刀具號(hào)的記憶是永久的，關(guān)機(jī)后再開機(jī)刀庫(kù)不用 “ 回零 ” 即可恢復(fù)關(guān)機(jī)前的狀態(tài)。如果 “ 回零 ” ，那必須在刀具表中修改刀套號(hào)中相對(duì)應(yīng)的刀具號(hào)。 （ 3） 機(jī)械手刀庫(kù)換刀時(shí)間一般為 4 秒（從一次切削到另一次切削）。 （ 4） 刀具數(shù)量一般比圓盤刀庫(kù)多，常規(guī)有 1 60 等 （ 5） 刀庫(kù)的凸輪箱要定期更換起潤(rùn)滑、冷卻作用的齒輪油 [813]。 換刀裝置的形式有回轉(zhuǎn)刀架換刀、更換主軸換刀、更換主軸箱換刀、帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng) [1]。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 總體方案的確定 連軸器電動(dòng)機(jī)III 軸II 軸I 軸 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 刀庫(kù)主要參數(shù) 載刀量： 24 把 主軸鼻端：刀具形式 BT40 刀具直徑： ? 80mm 平均重量： 7Kg 初 選刀庫(kù)直徑： ? 660mm 刀盤最低轉(zhuǎn)速： 60r/min 由于刀具形式為 BT40， 其刀具直徑為 ? 80mm， 按初選的刀庫(kù)直徑 ? 660mm來排列可知每把刀之間的間隔約為 6mm， 符合安裝要求。 刀庫(kù)的系統(tǒng)傳動(dòng)部分的簡(jiǎn)圖如上圖 所示。 電動(dòng)機(jī)的初選 （ 1） 選擇電動(dòng)機(jī)類型 按工作要求和條件，選用三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓 380V， Y 型。 （ 2） 選擇電動(dòng)機(jī)的容量 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y2—712—2，其主要參數(shù)如下表 1： 表 21 （需添加表名） 型號(hào) 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量 Y2－ 712－ 2 2820 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn) 矩： ?dT 9550mdnP N? m =9550 N? m = N? m 在此論文中 1? 、 2? 分別為軸承、齒輪傳動(dòng) （包括蝸輪蝸桿） 的傳動(dòng)效率。 取 1? =(滾子軸承 ), 2? =(齒輪精度為 8 級(jí) ,不包括軸承效率 )。 （ 3） 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 刀庫(kù)工作 刀庫(kù)轉(zhuǎn)盤所必需滿足的 轉(zhuǎn)速最低為 ： n = 60 minr 根據(jù)傳動(dòng)比合理取值，取一級(jí)齒輪 的傳動(dòng)比 i39。1 ? 2,二級(jí)渦輪蝸桿減速器傳動(dòng)比i39。2 ? 20，則總傳動(dòng)比合理范圍為 i39。a ? 40，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速約為 n39。d = i39。a ? n=40 60? =2400 minr 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 由選定電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 nm 和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 n,可得傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為 nni ma? （ 21） 總傳動(dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比 1i ,、 2i 、 3i ni??? 的乘積，即 電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y2－ 712－ 2，滿載轉(zhuǎn)速 nm =2820 minr 。 （ 1） 總傳動(dòng)比 由式 (1) nni ma?= ?602820 47 （ 2） 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 按展開式布置?？紤]潤(rùn) 滑條件，得 ?1i 2， 2i = 則此時(shí)的輸出轉(zhuǎn)速為 namin? ?? = minr 確定 各軸轉(zhuǎn)速 、轉(zhuǎn)矩和功率 （ 1） 各軸轉(zhuǎn)速 01 inn m? minr （ 22） 式中： mn ——電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速； 0i ——電動(dòng)機(jī)至 ? 軸的傳動(dòng)比。 以及 IIn =101 iinin mI ?? minr