【導(dǎo)讀】本文主要是對(duì)JCS-018型立式加工中心總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。工中心是一種工序高度集中、自動(dòng)化程度高的機(jī)電一體化設(shè)備。法，完成了機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的分析計(jì)算。計(jì)算，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和進(jìn)給絲杠等的設(shè)計(jì)分析和校核計(jì)算。動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了主傳動(dòng)功率–扭矩關(guān)系曲線。重點(diǎn)進(jìn)行了三向進(jìn)給。論文還對(duì)X、Y工作臺(tái)、刀庫(kù)等擴(kuò)展功能輔助部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分。論文研究中充分應(yīng)用先進(jìn)設(shè)計(jì)手段輔助加工中心總體設(shè)計(jì)，利用。造型的初步方案。既使產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程可視化，也提高了設(shè)計(jì)效率。

　　

【正文】 示， 8為升 降液壓缸的活塞桿，齒輪 齒條 7和機(jī)械手臂軸 2分別為圖 614中的齒輪 11，齒條 17和機(jī)械手臂軸 16。連接盤(pán) 3與齒輪 1用螺栓連接，它們空套在機(jī)械手臂軸 2上，傳動(dòng)盤(pán) 5與機(jī)械手臂軸 2用花鍵連接，它上端的銷子 4插入連接盤(pán) 3的銷孔中，故齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)便帶動(dòng)機(jī)械手臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)械手回轉(zhuǎn) 75176。抓刀。 如圖 49所示，抓刀動(dòng)作結(jié)束時(shí)，齒條 17上的擋環(huán) 12壓下行下程開(kāi)關(guān)14，發(fā)出拔刀信號(hào)，于是升降液壓缸 15的上腔通壓力油，活塞桿推動(dòng)機(jī)械手臂軸 16下降拔刀。在軸 16下降時(shí)，傳動(dòng)盤(pán) 10也隨之下降，其下端的銷子 8插入連接盤(pán) 5的銷孔中 ，連接盤(pán) 5和其下面的齒輪 4也是用螺栓連接的，它們空套在軸 16上。當(dāng)拔刀動(dòng)作完成后，軸 16上的擋環(huán) 2壓下行程開(kāi)關(guān) 1，發(fā)出換刀信號(hào)。這時(shí)轉(zhuǎn)位液壓缸 20的右腔通壓力油，活塞桿推動(dòng)齒條 19向左移動(dòng)，帶動(dòng)齒輪和連接盤(pán) 5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)銷子 8由傳動(dòng)盤(pán)帶動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng) 180176。，交換主軸上和刀庫(kù)上的刀具位置。 換刀動(dòng)作完成后，齒條 19上的擋環(huán) 6壓下位置開(kāi)關(guān) 9，發(fā)出插刀信號(hào)， 31 使升降油缸下腔通壓力油，活塞桿帶著機(jī)械手臂軸上升插刀，同時(shí)傳動(dòng)下面的銷子 8從連接盤(pán) 5的銷孔中移出。插刀動(dòng)作完成后，軸 16上的擋環(huán)壓下行程開(kāi)關(guān) 3，使轉(zhuǎn)位油缸 20的 左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條 19向右移動(dòng)復(fù)位，齒輪 4空轉(zhuǎn)，機(jī)械手無(wú)動(dòng)作。齒條 19復(fù)位后，其上擋環(huán)壓下行程開(kāi)關(guān) 7，使液壓缸 18的左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條 17向右移動(dòng)，通過(guò)齒輪 11使機(jī)械手反轉(zhuǎn) 75176。后復(fù)位。機(jī)械手復(fù)位后，齒條 17上的擋環(huán)壓下行程開(kāi)關(guān) 13，發(fā)出換刀完成信號(hào)，使刀套向上翻轉(zhuǎn) 90176。，為下次選刀做好準(zhǔn)備，同時(shí)機(jī)床繼續(xù)執(zhí)行后面的操作。 其它輔助機(jī)構(gòu) 機(jī)床還應(yīng)具備刀具的冷卻、加工區(qū)域的沖屑排屑系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、氣動(dòng)控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)部位的潤(rùn)滑系統(tǒng)、機(jī)床全封閉防護(hù)系統(tǒng)。 32 第 五 章 機(jī)床三維布局及造型輔助設(shè)計(jì) 作為一臺(tái) 加工中心的 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還需要對(duì) 加工中心 制作完成后的整體情況做測(cè)算，規(guī)劃。一方面繪制出機(jī)床的總圖，標(biāo)注出機(jī)床的外輪廓尺寸、主要幾何參數(shù)；另一方面通過(guò)三維軟件虛擬仿真，直接從三維空間輔助 加工中心 的總體設(shè)計(jì)、 加工中心 外觀的造型設(shè)計(jì) 。我們使用工程界普遍使用的三維設(shè)計(jì)軟件之 一的 SolidWorks應(yīng)用軟件來(lái)進(jìn)行JCS018型立 式加工中心的虛擬仿真設(shè)計(jì) 。 三維 CAD 軟件 SolidWorks 簡(jiǎn)介 SolidWorks應(yīng)用軟件是一套三維實(shí)體機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，它采 用了大家所熟悉的 windows圖形用戶界面 。 其用戶界面友好，運(yùn)行環(huán)境大眾化，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師能快速地按照其設(shè)計(jì)思想繪制出草圖，運(yùn)用特征與尺寸，制作三維實(shí)體模型和詳細(xì)的工程圖 。 通常，從繪制草圖開(kāi)始，然后運(yùn)用軟件提供的拉伸、切除等工具生成基體特征，并在模型上添加更多的特征以完成設(shè)計(jì)構(gòu)想的三維實(shí)體模型 。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，即可添加模型特征，也可對(duì)模型特征進(jìn)行編輯，還可以將模型特征重新排序，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)。 SolidWorks應(yīng)用軟件中的零件、裝配體及工程圖具有相關(guān)性，當(dāng)其中一個(gè)文檔或視圖改變時(shí)，其它所有文檔和視圖也自動(dòng) 相應(yīng)改變。還可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中隨時(shí)生成工程圖或裝配體 。 SolidWorks的基礎(chǔ)版功能包括： l、草圖； SolidWorks草圖可以插入?yún)⒖紙D片，圖線可以自由拖 動(dòng)，自動(dòng)解算，自動(dòng)標(biāo)注，自我修復(fù) ； 陣列 ； 除了常見(jiàn)的規(guī)則陣列，更含有草圖驅(qū)動(dòng)、特征驅(qū)動(dòng)、曲線驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)文件驅(qū)動(dòng)等多種陣列能力，比如：僅僅用一個(gè)曲線驅(qū)動(dòng)陣列，就能模擬電纜拖鏈的動(dòng)態(tài)占位效果； 多實(shí)體建模：多實(shí)體建模為復(fù)雜模型建造帶來(lái)更多的實(shí)用手段， 33 甚至能像裝配那樣移動(dòng)、重組實(shí)體，完美地實(shí)現(xiàn)零件插入零件的復(fù)合造型； 鈑金：強(qiáng)大的鈑金功能含有多 種造型模式，能完成復(fù)雜鈑金件的快速建模，比如：放樣鈑金造型能夠展平含有復(fù)雜曲面的鈑金件，為相關(guān)工藝準(zhǔn)備提供迅捷支持； 曲面造型：全面而富于特色的曲面工具，豐富的選項(xiàng)，甚至能完成動(dòng)物、運(yùn)動(dòng)鞋那樣的復(fù)雜模型。僅僅一個(gè)填補(bǔ)曲面的功能，令許多費(fèi)力費(fèi)時(shí)的曲面修補(bǔ)變得懿此輕松 ； 焊件功能：僅僅選擇路徑即可快速完成型材組構(gòu)焊件，自動(dòng)生成下料清單，并統(tǒng)計(jì)材料類型與長(zhǎng)度等等 ； 材質(zhì)紋理：快速獲褥重量、重心等數(shù)據(jù)，甚至不用渲染，僅僅使用表面紋理即可獲得滿意的真實(shí)視覺(jué)效果： 尺寸關(guān)聯(lián)：通過(guò)建模過(guò)程中設(shè)定的關(guān)鍵數(shù)據(jù) 關(guān)聯(lián)，比如：當(dāng)改變軸承的型號(hào)時(shí)，相關(guān)的軸徑、軸承座等零件自動(dòng)變化，無(wú)須單獨(dú)修改； 自定義資源：會(huì)有多種項(xiàng) 目 的自定義資源極大地提高設(shè)計(jì)效率，比 如 ：在軸上開(kāi)一個(gè)圓頭 鍵槽 或是在管端生成一個(gè)法蘭，僅僅通過(guò)拖放、選參數(shù)、確定等三到五次鼠標(biāo)點(diǎn)擊即可完成 ； 裝配：僅僅是拖放即可自動(dòng)建立合適的配合關(guān)系，智能零部件與扣件還能自動(dòng)調(diào)整參數(shù) 以 適應(yīng)裝配需要，具各動(dòng)態(tài)模擬的能力，甚至能模仿真實(shí)碰撞致動(dòng)的效果，使用圖塊，在裝配中更方便地進(jìn)行自頂而下的設(shè)計(jì)工作，使得總體布局草圖兼?zhèn)浜?jiǎn)潔靈活而詳細(xì)的能力； ll、工程圖：零件與裝 配體的工程圖都是自動(dòng)投影生成，自動(dòng)填寫(xiě)標(biāo)題欄，可控地自動(dòng)投影尺寸，還能根據(jù)不同的配置，給出零件不同狀態(tài)的工程圖，為工藝準(zhǔn)備帶來(lái)極大便利，并且完全支持圖層、線型等二維 CAD能力，并能生成二維 CAD可讀的文件； 1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換： SolidWorks配有豐富的數(shù)據(jù)接口，含有自動(dòng)修復(fù)模型能力，它所鏈夠打開(kāi)玖及轉(zhuǎn)出的數(shù)據(jù)格式也許是最多的，比如：它銫直接打開(kāi) PRO／ E文件，并讀取特征使之成為可編輯的 SolidWorks模型。 34 機(jī)床主要功能部件三維參數(shù)化建模 根據(jù)前四章內(nèi)容確定的機(jī)床主體結(jié)構(gòu)和參數(shù)。運(yùn)用 SolidWorks應(yīng)用軟件進(jìn)行 JCS018型立式加工中心機(jī)床的主體建模。 床身 床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)部件，為整體 T型結(jié)構(gòu)， XY工作臺(tái)在其上作 X、Y向移動(dòng) (X向行程 750mm， Y向行程 40mm)。 兩個(gè)方向?qū)к壘捎脻L柱直線導(dǎo)軌 。 滾珠絲杠安裝在床身兩向?qū)к壍闹胁浚菽缸謩e固定在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和立柱的底部。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直聯(lián) 。 立柱 本機(jī)床的立柱為封閉的箱型結(jié)構(gòu)，如圖 51所示，立柱承受兩個(gè)方向的彎矩和扭矩，故其截面形狀近似地取為正方形。立柱的截面尺寸較大，內(nèi)壁設(shè)置有較高的豎向 筋和橫向環(huán)形筋，剛度較大。 立柱 固定在 床身上，而主軸箱在 箱形 立柱 導(dǎo)軌 上下運(yùn)動(dòng)形成 Z 向移動(dòng) (Z 向行程470mm)。 Z 向?qū)к壨瑯硬捎脻L柱直線導(dǎo)軌。 Z 向滾珠絲杠安裝在 箱形 立柱 導(dǎo)軌 中 間 ，絲杠螺母固定在主軸箱上 。 驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)位于立柱頂部，通過(guò)彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直聯(lián)。 圖 51 立柱 35 主軸箱 主軸箱是 加工中心 主傳動(dòng)的安裝基體，由主軸電機(jī)與速箱連接并通過(guò)齒型皮帶傳動(dòng)給高速主軸組件的整個(gè)傳動(dòng)鏈安裝在主軸箱體內(nèi)。主軸箱正掛在立柱框架內(nèi)，運(yùn)行導(dǎo) 軌對(duì)稱中心線和驅(qū)動(dòng)絲杠軸線盡量靠近主軸箱部件的重心。 加工中心 整體三維結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì) 圖 51 加工中心三維圖 完成 加工中心 的主體建模后，在滿足 加工中心 主體功能的前提下，圍繞對(duì)主體功能提供支持、以及對(duì) 加工中心 整體功能的豐富與完善，需要增加冷卻排屑、液壓控制站、刀庫(kù)、防護(hù)等輔助功能部件 。 為此，在運(yùn)用 SolidWorks應(yīng)用軟件完成了 加工中心 主體模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加相應(yīng)輔助功能部件的建模，完成 加工中心 整體三維結(jié)構(gòu)布局的設(shè)計(jì) 。 36 如圖 51所示，機(jī)床的操作系統(tǒng)控制柜布置在主機(jī)的右面 (正對(duì)機(jī)床看 )，操作者 在機(jī)床的右邊操作 ； 機(jī)床的換刀系統(tǒng)布置在 立柱 的左 側(cè) ，主軸箱垂向移動(dòng)到規(guī)定的位置。刀庫(kù)機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn)完成刀具交換 ； 機(jī)床的排 屑裝置布置在的床身的前端，機(jī)床加工產(chǎn)生的切屑、冷卻水通過(guò)床身左右 排 水溝 (可 安裝螺旋排屑器 )輸送到床身前端，再由布置在床身前端、工作臺(tái)交換臺(tái)站下面的鏈?zhǔn)脚判计鬏斔偷綑C(jī)床的左側(cè)，自動(dòng)提升后落入集屑車；冷卻水箱布置在主機(jī)的左側(cè)，鏈?zhǔn)?排 屑器放在水箱上面，由鏈?zhǔn)?排 屑器完成切屑與冷卻水的過(guò)濾分離。 37 第六章 結(jié)論 伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展、機(jī)床行業(yè)市場(chǎng)的全球化、以及我國(guó)政府 加強(qiáng)自主知識(shí)創(chuàng)新舉措的牽引，投資開(kāi)發(fā)高自動(dòng)化、高附加值、高利潤(rùn)的 立式 加工中心機(jī)床產(chǎn)品的時(shí)機(jī)趨于成熟。 經(jīng)過(guò)周密的市場(chǎng)需求分析， 類比 國(guó)內(nèi)外 立式加工中心機(jī)床布局、參數(shù)，綜合分析技術(shù)先進(jìn)性、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)施 的可行性等因素，確定了切合實(shí)際的最優(yōu)開(kāi)發(fā)方案。在低速大扭矩、中速適用以及高速加工三種機(jī)床結(jié)構(gòu)性能的分類中，選定了中速適用型的開(kāi)發(fā)方向。并進(jìn)一步確定了機(jī)床的參數(shù)指標(biāo)、布局形式。 通過(guò)對(duì)三向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了驅(qū)動(dòng)電機(jī)規(guī)格、進(jìn)給絲杠規(guī)格、主傳動(dòng)功率 — 扭矩曲線。 通過(guò)對(duì) 加工中心 主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，確 定了三向進(jìn)給傳動(dòng)和主軸傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式 。 為彌補(bǔ) 絲杠發(fā)熱膨脹對(duì)進(jìn)給精度的影響，三向進(jìn)給傳動(dòng)從支撐結(jié)構(gòu)上對(duì)絲杠 軸向進(jìn)行了可靠的預(yù)拉伸 。 為了獲得主軸更寬的恒功率特性范圍、主軸低速時(shí)更大的扭矩，我們?cè)谥鱾鲃?dòng)系統(tǒng)中串聯(lián)了變速箱，其自動(dòng)更換的 1： l和 l： 2兩檔變速，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸特性高速與中載的兼顧。 運(yùn)用 SolidWorks計(jì)算機(jī)三維建模應(yīng)用軟件進(jìn)行 立式 加工中心 總體仿真建模。細(xì)化機(jī)床輔助功能部件的布局，并確定了 立式 加工中心 外觀造型的初步方案。隨著金屬切削加工領(lǐng)域向高速化的不斷發(fā)展，未來(lái)機(jī)床行業(yè)需要提供的是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的加工設(shè)備 。 目前，國(guó)際上已出現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)數(shù)超過(guò) 4萬(wàn)轉(zhuǎn)／分，進(jìn)給速度超過(guò) 80米／分的高速加工機(jī)床。這種呈數(shù)量級(jí)地高出我們現(xiàn)階段機(jī)床的參數(shù)，是諸如電主軸、直線電機(jī)等新結(jié)構(gòu)新原理質(zhì)的飛躍實(shí)現(xiàn)的，本文論述的計(jì)算與校核方式方法將完全不適用 。 如何首先從理論上了解和運(yùn)用高速加工機(jī)理，是擺在國(guó)內(nèi)機(jī)床制造企業(yè)開(kāi)發(fā)人員面前必須去逾越的難題。 38 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)的最后一門(mén)課程，我深感榮幸能夠遇到李教授如此負(fù)責(zé)認(rèn)真的老師來(lái)指導(dǎo)我完成這最后一課，為我的大學(xué)生活劃上一個(gè)完滿的句號(hào)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，李教授以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度對(duì) 我們的設(shè)計(jì)進(jìn)行嚴(yán)格的要求，以其淵博的知識(shí)為我們的設(shè)計(jì)解難釋疑，以其平易近人的態(tài)度來(lái)指導(dǎo)我們。從李教授那里我們學(xué)會(huì)如何設(shè)計(jì)，更學(xué)會(huì)了一絲不茍的學(xué)習(xí)精神，她的那種工作態(tài)度使我終身受益。在此，我對(duì)李教授的指導(dǎo)幫助表示非常的感謝，感謝李教授帶領(lǐng)我接觸學(xué)習(xí)了數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)，在我的腦海中形成了一種設(shè)計(jì)的思維。拓寬了我的知識(shí)面，也為我日后的工作學(xué)習(xí)提供了一個(gè)新的平臺(tái)新的起點(diǎn)。從李教授那里能夠?qū)W到的不僅僅是專業(yè)方面的知識(shí)，也學(xué)會(huì)了許多做人處事的道理。 大學(xué)生活四年，我也非常感謝我的母校，她給我提供了良好的學(xué)習(xí)生活環(huán)境，從內(nèi) 心深處深深的感激那些曾經(jīng)教導(dǎo)我的老師，讓我能順利的完成這四年的大學(xué)生活，還有我的同學(xué)和朋友們，感謝他們對(duì)我的幫助、支持與鼓勵(lì)，是你們陪伴我度過(guò)了大學(xué)這美好的時(shí)光，這將是我一生都無(wú)法忘卻的經(jīng)歷。將來(lái)步入社會(huì)，學(xué)會(huì)以誠(chéng)待人，用心和各界人事交流。本人能力有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些疏漏、錯(cuò)誤，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正我我一定虛心接受老師對(duì)我的悉心教導(dǎo)！ 參考文獻(xiàn) [1] 《數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)》李福生主編 . 北京出版社 , 1996. 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