【正文】 JCS018 型立式加工中心的外形 及布局見圖 367。在工件的一次裝夾中，機床可連續(xù)自動地對上平面進行銑削和對垂直孔進行鉆、擴、鉸、鏜、锪、攻絲等多種加工。 ○4具有自動排屑、自動潤滑和自動報警的系統(tǒng)等。 ○2具有自動裝卸刀具的機械手 在加工中心機床上刀具的自動更換，多數(shù)借助機械手來進行。立柱的左后部為數(shù)控柜 16，左下側(cè)為潤滑油箱 18。 3 個寬調(diào)速直流伺服電動機 1 13 分別經(jīng)滾珠絲杠螺母副將運動傳給工作臺 滑座 3，實現(xiàn) X、 Y 坐標的進給運動，傳給主軸箱 5 使其沿立柱導軌作 Z 坐標的進給運動。該機床適用于小型板件、盤件、殼體件、模具和箱體件等復雜零件的多品種、小批量加工。的兩路脈沖信號。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。這是目前應(yīng)用最多的傳感器， 光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。 綜上幾點，選用電磁離合器。 ○ 3 組裝維護容易 ， 屬于滾珠軸承內(nèi)藏的磁場線圈靜止形，所以不需要將中蕊取出也不必利用碳刷，使用簡單。 離合器 的選擇 為了傳遞動力，我采用了 電磁離合器 ，其 特點 包括一下幾點： ○ 1 高速響應(yīng)：因為是干式類所以扭力的傳達很快，可以達到便捷的動作。 （ 6） 效率驗算 滾珠絲杠副的傳動效率 η 為 η =)tan(tan ????=)118112tan( 112tan ??? ?= Η 要求在 90%~95%之間，所以該絲杠副合格。 m=178。本課題中取摩擦系數(shù)為 tanρ =，則得 ρ =8′ 40〞 . T=3800*250 *103? *tan（ 8′ 40〞 +2176。 m）共同作用下引起的每個導程的變形量 △ L0（ m）為 xxxx 大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 33 △ L0=?? EApF ??c22 GJTpπ 式中， A 為絲杠截面積， A=41 π 12d （ m2 ）； Jc 為絲杠的極慣性矩， Jc=321 π 14d （ m4 ）； G為絲杠切變模量，對鋼 G=8303GPa； T 為轉(zhuǎn)矩。 r/min 所以該絲杠副工作穩(wěn)定。 r/min=5*103 mm178。 r/min。 臨界轉(zhuǎn)速 ncr （ r/min）可按下式計算： ncr =9910212)l(μdf c ，得 ncr =10927 r/min 因為， ncr ＞ nmax ，所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。 依題意， Ia= 4164dπ=*（ ） 4 /64=*107 m4 取μ =2/3,則 Fcr=*105 N 安全系數(shù) S= mcrFF = 101035* * =， 「 S」 =3~4 S＞ 「 S」 ，所以絲杠安全，不會失穩(wěn) 2)高速長絲杠工作時可能發(fā)生共振，因此需要驗算其不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 — 臨界轉(zhuǎn)速 ncr 。 38′ 滾珠直徑 d0= 由 《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》 P17 中尺寸計算公式 計算得 軌道半徑 R==*= 偏心距 e=（ R20d ） =*（ ） mm=*102? mm 絲杠內(nèi)徑 d1=D0+2e2R=（ 50+2**102? 2*） mm= ○ 4 穩(wěn)定性驗算 1）由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù) S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安裝系數(shù) 「 S」 ,見下表 表 310 穩(wěn)定性系數(shù) 有關(guān)系數(shù) 支撐方 式 一端固定一端自由（ FO） 一端固定一端游動（ FS） 兩端固定 「 S」 3~4 ~ —— μ 2 2/3 —— fc xxxx 大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 32 絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 Fcr（ N）按下式計算： Fcr= ）（ μπ l 22 aEI 式中， E為絲杠材料的彈性模量，對于鋼， E=206GPa； l為絲杠工作長度（ m） 。10* hm Ln =(3600*3 410* 15000*100 )N=16123N ○ 3 根據(jù) C`a 選擇滾珠絲杠副 假設(shè)選用 FC1型號，按滾珠絲杠副的額定動載荷 Ca等于或稍大于 C`a 的原則，查 《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》 P23 表 29， 試選用一下型號 FC140055,Ca=21183N ,Ca=20202N 綜合考慮各種因素選用 。當步進電動機 1停止轉(zhuǎn)動時，電磁鐵線圈也同時斷電，在壓簧 3作用下摩擦離合器 5 被壓緊，使?jié)L珠絲杠不能自由轉(zhuǎn)動，則主軸箱就不 會因自重而下滑。當機床工作時，電磁鐵線圈 4通電吸住壓簧 3，打開摩擦離合器 5。 2— 螺母 3— 平鍵 4— 調(diào)整螺母 5— 鎖緊螺母 圖 310 螺紋調(diào)整間隙法 xxxx 大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 29 (3)本 設(shè)計中，我采用了電磁離合器作為滾珠絲杠的制動裝置，其結(jié)構(gòu)和原理如下 1步進電動機 2齒輪 3壓簧 4電磁鐵線圈 5摩擦離合器 6滾珠絲杠 7主軸箱 圖 311 制動裝置示意 圖 (4) 由于滾珠絲杠副的傳動效率高，但無自鎖能力，故需要安排制動裝置以滿 足其傳動要求，特別是其處于垂直傳動時，意義更為明顯。 由于要求加工中心的精度要求較高，故本課題采用了此法。 圖 37 絲杠螺母的預緊 滾珠絲杠副間隙的調(diào)整方法 有以下幾種方式 (1)墊片調(diào)整間隙法 如圖 38 所示，調(diào)整墊片 4 的厚度使左右兩螺母產(chǎn)生方向相反的軸向位移，使兩個螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋形滾道的兩個方向相反的側(cè)面上，從而消除間隙和產(chǎn)生預緊力，然后用螺釘和定位銷將兩個螺母緊固在螺母座上而不能轉(zhuǎn)動。滾珠絲杠的預加載荷一般應(yīng)不低于絲杠最大軸向載荷的 1/3。在圖 36a所示結(jié)構(gòu)中，墊片厚度比零間隙時兩螺母端面間的距離 b 加厚 ，使左、右螺母向兩邊撐開進行預緊。為了提高傳動精度的穩(wěn)定性及進給系統(tǒng)的剛度，滾珠絲杠在過盈條件下工作比較有利。 滾珠絲杠傳動對其軸向間隙有嚴格的要求，這不僅是由于它會造成反向沖擊，更主要的是它會引起反向“死區(qū)”，即當工作臺換向時，由于絲杠與螺母之間存在間隙，絲杠在反向轉(zhuǎn)動一定角度后，才能帶動工作臺反向移動。滾珠絲杠常用的支承方式見下圖。滾珠絲杠的軸向負載不大時，也可用接觸角為 60176。圖 35 所示為數(shù)控機床上常用的插管式外循環(huán)滾珠絲杠 ,本課題也采用了外循環(huán) 。當絲杠和螺母相對運動時，滾珠沿著絲杠螺旋滾道面滾動，滾動數(shù)圈后離開絲杠滾道面，通過插管 4 返回其入口處繼續(xù)循環(huán)。 下 圖為滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)示意圖。為了提高進給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和低速運動穩(wěn)定性，必須設(shè)法減小有關(guān)傳動副的摩擦并減小靜、動摩擦系數(shù)的差值。 xxxx 大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 25 得 Ca= fff fTCTHWS KF3 / 其中， F=F?/M=3000/4N=750N,則 Cax=42405N Cay=40002N 查《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》 P32 表 213，其中 HJGD45 型號的導軌的 Ca 值為 43800N，能滿足五年的使用要求，所以可選用 HJGD45 型號的滾動直線導軌。 6） 設(shè)計計算 已知作用在滑座的載荷 F?=3000N,滑座個數(shù) M=4，單向行程長度lsx =， lsy =， 每分鐘往復次數(shù)為 4，用于輕型銑床的工作臺，每天開機 6h，一年按 300 個工作日計算，壽命要求 5 年以上。 以下，導軌滾道硬度為 60HRC,無明顯沖擊和振動，并且按每根導軌上的滑座配置數(shù)為xxxx 大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 24 2，則 錯誤 !未找到引用源。速度小于 60m/min ~2 有外部沖擊或振動的高速運動場合。 100 100~150 150~200 200~250 xxxx 大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 23 表 34 接觸系數(shù) 表 35 負荷系數(shù) 工 作 條 件 無外部沖擊或振動的低速運動場合。 為工作單行程長度（ m）， n 為每秒往復次數(shù)（次/s）。 為額定動載荷（ N）；額定工作時間 壽命 錯誤 !未找到引用源。 為溫度系數(shù)，按表 216 選??； 錯誤 !未找到引用源。 式中， K 為壽命系數(shù)，一般取 K=50km， F 為滑座工作載荷（ N）； 錯誤 !未找到引用源。 為額定靜載荷（ N）。 為傾斜角，常取 錯誤 !未找到引用xxxx 大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 22 源。 為接觸角，常取 錯誤 !未找到引用源。 αθ 式中， K0 為適應(yīng)比系數(shù)，可按表 214 確定，其中 R 為圓弧滾道半徑（ mm）；錯誤 !未找到引用源。 為額定動載荷（ N）。 為鋼球直徑（ mm）； 錯誤 !未找到引用源。 導軌條 循環(huán)滾柱滑座 抗振阻尼滑座 循環(huán)滾柱滑座 導軌條 圖 34 直線滾動導軌副的外形圖 滾動直線導軌的 設(shè)計 計算 1） 額定動載荷 Ca額定動載荷是指滾動直線導軌的額定長度壽命 Ts=50km時，作用在滑座上大小和方向均不變化的載荷。 圖 34 所示是直線滾動導軌副的外形圖，直線滾動導軌由一根長導軌(導軌條 )和一個或幾個滑塊組成。梯形導軌能承受較大的垂直 載荷，而其他方向的承載能力較低，但對于安裝基準的誤差調(diào)節(jié)能力較強。目前使用較多的是鋼珠式。 ○ 5 具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力 裝配調(diào)整容易，因此降低了對配件加工精度要求。所以直線導軌在工作時能承受較大的沖擊和振動。 (4) 滾動直線導軌 (簡稱直線導軌 ) 1） 滾動直線導軌的特點 ○ 1 承載能力大 其滾道采用圓弧形式，增大了滾動體和圓弧滾道接觸面積，從而大大地提高了導軌的承載能力，可達到平面滾道形式的 13 倍。 2)滾 珠 導軌 這種導軌的承載能力和剛度都比滾珠導軌大，適用于載荷較大的數(shù)控機床。 2)以環(huán)氧樹脂為基體，加入 MoS膠體石墨、 TiO2 等制成的抗磨涂 層材料。 (6)結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好 所設(shè)計的導軌應(yīng)使制造和維修方便，在使用時便于調(diào)整和維護。 (5) 疲勞和壓潰 導軌面由于過載或應(yīng)力不均勻而使導軌表面產(chǎn)生彈性變形，反復運行多次后就會形成疲勞點，呈塑性變形，表面形成龜裂、剝落而出現(xiàn)凹坑，這種現(xiàn)象就是壓潰。 (4)低速運動平穩(wěn)性 低速運動時，作為運動部件的動導軌易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象低速運動的平穩(wěn)性與導軌的結(jié)構(gòu)和潤滑，動、靜摩擦系數(shù)的差值，以及導軌的剛度等有關(guān)。為減輕和平衡外力的影響，可采用加大導軌尺寸或添加輔助導軌的的方法提高剛度。 導軌的 耐磨性是指導軌在長期使用過程中能否保持一定的導向精度。 (2)耐磨性好 耐磨性是指導軌在長期使用過程中能否保持一定的導向精度。 (1)導向精度高 導向精度主要是指動導軌沿支承導軌運動的直線度或圓度 及 機床的運動部件沿導軌移動時的直線性和其有關(guān)基準面之間的相互位置的準確性。xxxx 大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 18 運動導軌相對于支承導軌的運動，通常是直線運動或回轉(zhuǎn)運動。 導軌主要用來支承和引導運動部件沿一定的軌道運動。這個任務(wù)就有導向機構(gòu)來完成。為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，轉(zhuǎn)子能沿固定方向均勻地連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷與外施直流電源相接，換向片與電樞導體相接。轉(zhuǎn)子由矽鋼片疊成，表面嵌有線圈，通以直流電時，在定子磁場作用下產(chǎn)生帶動負載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。永磁式磁極由永磁材料制成；它激式磁極由沖壓矽鋼片疊成，外繞線圈，通以直流電流即產(chǎn)生恒定磁場。磁場由定子的磁極產(chǎn)生。這里我選用的電機，是在永磁式電機的基礎(chǔ)上，為數(shù)控機床開發(fā)的力矩電機，它廣泛用于閉環(huán) (包括半閉環(huán)）伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 最大鉆孔直徑 d=100mm，最大攻絲直徑 M24，銑削能力 100cm3 /min 主軸電機 機械部件的選擇 直流伺服電動機的選用 直流電動機有永磁式、它激式、串激式與并激式幾種。 450mm，加工范圍為 300mm179。 。