【正文】 7800N，松刀力12000N，通過蝶形彈簧的壓縮和放松來提供夾緊力。 軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。若軸的撓度過大而導(dǎo)致軸頸偏斜過大時(shí)，將使軸頸和軸承發(fā)生邊緣接觸，造成不均勻磨損和過度發(fā)熱。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。（1）軸的彎曲剛度校核計(jì)算 常見的軸大多數(shù)可視為簡(jiǎn)支梁。若是光軸，可直接用材料力學(xué)中的公式計(jì)算其撓度或偏轉(zhuǎn)角；若是階梯軸，若果對(duì)計(jì)算精度要求不高，則可用當(dāng)量直徑法作近似計(jì)算。即把階梯軸看成是當(dāng)量直徑為的光軸，然后再按照力學(xué)中的公式計(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)。主軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：圖65 主軸計(jì)算簡(jiǎn)圖 其中F=95%=，則最大撓度 （6—2）其中E=200GPa。故算得 （6—3） 軸的彎曲剛度條件為：撓度。軸的允許撓度及允許偏轉(zhuǎn)角見下表 表63各類軸承的性能，故軸的剛度滿足要求。(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)角來表示。圓軸扭轉(zhuǎn)角 [單位為（176。）/m]的計(jì)算公式為：光軸 （6—4）式中：T——軸所受的扭矩，Nmm； G——軸的材料的剪切彈性模量，MPa，對(duì)于鋼材，； ——軸截面的極慣性矩，對(duì)于圓軸，； L——階梯軸受扭矩作用的長(zhǎng)度，mm；、——分別代表階梯軸第i段上所受的扭矩、長(zhǎng)度和極慣性矩，單位同前； Z——階梯軸受扭轉(zhuǎn)矩作用的軸段數(shù)。，則，故滿足要求。(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。 Pd==(2)選出同步帶型號(hào) 根據(jù)設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1，在同步帶選型圖上查出同步帶型號(hào)。如下圖。 表64同步帶選型圖 n1/(r/min) (3)確定帶輪齒數(shù)z與直徑d。 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。(4)選擇同步帶長(zhǎng)度Lp。根據(jù)已知中心距A（mm）的要求或初選中心距A，計(jì)算同步帶的長(zhǎng)度Lp。 （6—5）其中已知中心距A=208mm (5)計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)中心距A 其中Pb可以在參考書中表格里面查取Pb=同步帶齒數(shù)zb=50其中(6)選擇帶寬bs選擇帶寬的目的是限制作用在同步帶整個(gè)寬度上的拉力，以保證同步帶的強(qiáng)度和使用壽命。 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。 （6—7）此時(shí)帶寬尚未確定，由該式可建立帶寬 bs 與基準(zhǔn)帶寬bs0的關(guān)系。⑤確定額定功率P。 kw （6—8）⑥選擇帶寬bs根據(jù)設(shè)計(jì)要求，同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd應(yīng)小于所選帶型的額定功率P，即Pd《P,根據(jù)此條件，導(dǎo)出帶寬bs 的計(jì)算公式如下： mm （6—9）查表可取標(biāo)準(zhǔn)帶寬bs0=，代號(hào)為300。(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。②帶輪：齒數(shù)z1=z2=18，直徑d1=d2=72mm；③中心距A=。 在本課題中，我采用定期張緊裝置。如下圖所示 圖66 同步帶電機(jī)張緊裝置 在水平或傾斜不大的傳動(dòng)中，可采用圖示的方法，將裝有帶輪的電動(dòng)機(jī)安裝在裝有滑道的基板上。通過旋動(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。 GM7系列交流伺服變頻（主軸）電機(jī)可與國(guó)內(nèi)外各類變頻器或主軸變頻器配套，進(jìn)行開環(huán)控制運(yùn)行，或閉環(huán)控制運(yùn)行，取得與配套普通交流變頻電機(jī)完全不同的優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、建材、塑機(jī)、紡織、輕工機(jī)械、冶金、輸送線、等需要調(diào)速的場(chǎng)合。 GM7系列交流伺服變頻（主軸）電機(jī)由定子、鼠籠轉(zhuǎn)子、低噪音風(fēng)機(jī)、高精度編碼器（開環(huán)控制時(shí)不需要）等組成，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，磁路優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用F級(jí)特殊絕緣結(jié)構(gòu)及整機(jī)加工和高精度動(dòng)平衡工藝，使該電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，功率密度高； （2）采用了特殊設(shè)計(jì)，電磁振動(dòng)小，噪音低，旋轉(zhuǎn)精度高，恒轉(zhuǎn)矩及恒功率調(diào)速范圍寬； （3）轉(zhuǎn)子慣量小，響應(yīng)速度快；（3）氣隙均勻，平衡精度高，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)?。?（4）全密封設(shè)計(jì)，防護(hù)等級(jí)IP54； （5）特殊F級(jí)絕緣結(jié)構(gòu)，抗浪涌電流及電暈現(xiàn)象 （6）耐沖擊，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠； （7）性價(jià)比高。根據(jù)本課題加工中心的設(shè)計(jì)要求，主電機(jī)功率：，主軸轉(zhuǎn)速范圍20~8000r/min,查找該型號(hào)的數(shù)控電機(jī)類型表（見附錄附錄附錄3）后選擇GM71304SB61型號(hào)的主軸電機(jī)。 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。隨著一大批高新技術(shù)的涌現(xiàn)，對(duì)于機(jī)械制造行業(yè)來說，高性能的加工制造將不會(huì)以高速為唯一指標(biāo)，也會(huì)考慮到高效率和高質(zhì)量，總的來說就是兼顧生產(chǎn)效率和保持高速速、高精度、高可靠性和環(huán)保等幾項(xiàng)重要指標(biāo)。因此，開發(fā)綜合性能優(yōu)異的數(shù)控機(jī)床將在提高中國(guó)制造業(yè)的水平和增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的事業(yè)中扮演重要角色。高速精密臥式加工中心是一種順應(yīng)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)以高速化為基本指標(biāo)、向多軸聯(lián)動(dòng)加工和超高精度方向發(fā)展的一種數(shù)控加工裝備。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。本論文的研究工作始終圍繞盤式刀庫(kù)自動(dòng)換刀系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)以及要求，對(duì)度臥式加工中心換刀系統(tǒng)涉及的理論和關(guān)鍵技術(shù)，包括換刀系統(tǒng)的總體布局、主要功能部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析、關(guān)鍵零部件的選用、支承方式的選擇、刀具的編碼技術(shù)以及刀庫(kù)換刀流程的設(shè)計(jì)等進(jìn)行系統(tǒng)的研究和實(shí)踐?？偨Y(jié)論文的研究工作，主要有以下主要結(jié)論：（1） 自動(dòng)換刀系統(tǒng)作為數(shù)控加工中心的重要部件，以后必將朝著大刀具容量，結(jié)構(gòu)緊湊高速換刀、精確選刀的方向去發(fā)展。對(duì)于本課題刀具數(shù)量少的情況，單圓盤式刀庫(kù)的直徑不會(huì)太大，故可以選用。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)代零件加工面越來越復(fù)雜，精度要求越來越高，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)來優(yōu)化刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)。（2） 為保證刀庫(kù)完成換刀動(dòng)作，必須要提供不同于進(jìn)給系統(tǒng)的獨(dú)立動(dòng)力，由于換刀時(shí)涉及到選刀，需要對(duì)刀具的精確選擇，所以傳動(dòng)必須要平穩(wěn)且結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較靈活，傳統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)里就是蝸輪蝸桿傳動(dòng)較為適合。本課題采用刀盤和主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)拉刀和夾刀，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是依靠刀庫(kù)主軸中的液壓活塞，液壓裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，有利于降低加工中心的成本。（3） 立柱上采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌來實(shí)起到對(duì)主軸箱Y軸方向移動(dòng)的導(dǎo)向作用，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的接觸為點(diǎn)接觸或線接觸，具有較小的摩擦系數(shù)。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)部體積過小，故采用平衡油缸來實(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。（4）在主軸的設(shè)計(jì)上具有以下特點(diǎn)：①充分利用角接觸球軸承在高轉(zhuǎn)速下的優(yōu)良特性，通過采用前4角接觸球軸承后l的雙列圓柱滾子軸承的軸承配置形式來實(shí)現(xiàn)主軸兼具高速特性和剛性。②主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的發(fā)熱是影響主軸精度的主要原因，通過采用油氣潤(rùn)滑的方式帶走主軸產(chǎn)生的熱量，將主軸由于過熱而產(chǎn)生的變形量盡量降低來實(shí)現(xiàn)主軸的穩(wěn)定切削，增強(qiáng)主軸的剛性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的精密高速切削。③主軸中由夾頭、拉刀、碟形彈簧、導(dǎo)向套、鎖緊螺母、單活塞桿液等組成拉刀機(jī)構(gòu)，利用對(duì)單活塞桿液壓缸兩邊不同時(shí)候的通油和卸荷來實(shí)現(xiàn)對(duì)碟形彈簧的壓縮和放松，蝶形彈簧壓縮時(shí)主軸松刀，碟形彈簧放松時(shí)，利用蝶形彈簧的彈力實(shí)現(xiàn)拉刀夾緊刀具。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。（5） 就整體設(shè)計(jì)而言運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析手段，進(jìn)行了臥式加工中心換刀系統(tǒng)主要功能部件如主軸系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、刀庫(kù)及立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出臥式加工中心無機(jī)械手盤式刀庫(kù)設(shè)計(jì)方法和分析方法。給出了主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了高速滾珠絲杠和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌組合結(jié)構(gòu)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提出進(jìn)給系統(tǒng)絲杠電機(jī)選擇的負(fù)載慣量以及扭矩的計(jì)算，通過對(duì)比確定了盤式刀庫(kù)蝸桿蝸輪副傳動(dòng)方式以及電機(jī)與蝸桿通過彈性膜片聯(lián)軸器的傳動(dòng)連接方式。9. 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 在本學(xué)期開學(xué)之初，我經(jīng)歷了考研失敗的打擊，在剛知道這個(gè)消息的時(shí)候我一度對(duì)自己非常失望，感覺對(duì)什么都沒有了信心?？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。所以剛開始的那幾天我完全沒有心思做畢業(yè)設(shè)計(jì)，是范老師在拒絕了讓我立刻投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求后，特意放了我?guī)滋旒僮屛衣{(diào)節(jié)一下心情。經(jīng)過幾天的調(diào)整我慢慢從考研失敗的陰影中走了出來，同時(shí)范老師給了我一些建議，讓我對(duì)未來重新進(jìn)行了規(guī)劃，有了目標(biāo)也就有了動(dòng)力。在下定決心再考的同時(shí)，我也暗暗發(fā)誓要努力出色的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。再休息兩天后我正式開始了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。每天早上八點(diǎn)去制圖室，晚上八九點(diǎn)再回寢室，我再一次找到了上課時(shí)那忙碌而又充實(shí)的感覺。老師開始陸續(xù)的給我有關(guān)課題的圖紙，讓我去了解機(jī)構(gòu)的各個(gè)部件，從裝配圖上拆畫各個(gè)部件的零件圖。第一次自己畫A0的圖紙，真的感覺圖紙好大。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?。第一次接觸到整個(gè)換刀系統(tǒng)這個(gè)部件，雖然在數(shù)控技術(shù)的課堂上學(xué)過，但是卻從沒深入了解它的具體結(jié)構(gòu)，還是被這些機(jī)械結(jié)構(gòu)的巧妙和精確所震撼。當(dāng)我旁邊的同學(xué)都在設(shè)計(jì)一整個(gè)機(jī)床的時(shí)候，我一度認(rèn)為我的這個(gè)課題比較簡(jiǎn)單，僅僅只是包含了加工中心的換刀系統(tǒng)，但是當(dāng)后來開始寫開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述等文字資料時(shí)我才發(fā)現(xiàn)我的這個(gè)機(jī)構(gòu)包含了寄給系統(tǒng)、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)、刀庫(kù)等三大部件。幾乎包含了現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床里面的所有主要結(jié)構(gòu)，真是麻雀雖小五臟俱全。原來我的課題比別人的包含內(nèi)容更多也更難。這也激起了我迎難而上的勇氣，我下決心一定要做好這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。剛開始的時(shí)候?yàn)榱擞?xùn)練CAD老師給了我一個(gè)機(jī)床床身的零件圖，一開始CAD用的很不熟練，而且那張零件圖上面虛線特別多，我差不多花了一個(gè)星期才畫完，的確是有點(diǎn)慢了。于是老師又讓我加畫了兩張主軸箱和立柱的零件圖，等畫完之后我對(duì)CAD的使用變得熟練了很多。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)。作為一名技術(shù)人員，即使在電腦辦公的今天，手繪圖紙作為一項(xiàng)基本技能同樣不能荒廢。所以在進(jìn)行CAD訓(xùn)練之后，我進(jìn)行了裝配圖的手繪工作。第一次繪制這么大的圖紙以及面對(duì)這么復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，我有點(diǎn)忐忑能不能完成圖紙的繪制，經(jīng)過我一個(gè)星期的努力，我終于完成了三張裝配圖的繪制。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)。為了讓我能夠明白換刀系統(tǒng)的整個(gè)換到動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)過程，老師讓我對(duì)三大部件中的關(guān)鍵部分進(jìn)行了零件圖的拆畫，雖然以前的書本知識(shí)學(xué)得不錯(cuò)，但是時(shí)間過得太久，有些機(jī)構(gòu)我還是忘記了。通過對(duì)電機(jī)支架、單活塞桿液壓油缸等零部件的拆畫，不僅使我回憶起了以前所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)也讓我換刀系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞過程。經(jīng)過這段時(shí)間的畫圖和理解，我順利的寫出了換刀系統(tǒng)的換刀流程圖。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)三維制圖。上選修的時(shí)候?qū)W過UG，但是學(xué)的不深，面對(duì)復(fù)雜的零件還是力不從心。于是我就變化邊學(xué)，不會(huì)的就看書看示例。經(jīng)過我的不懈努力我終于還是把立柱、主