【正文】 39將來步入社會，學會以誠待人，用心和各界人事交流。從李教授那里能夠學到的不僅僅是專業(yè)方面的知識，也學會了許多做人處事的道理。在此，我對李教授的指導幫助表示非常的感謝，感謝李教授帶領我接觸學習了數(shù)控機床的設計，在我的腦海中形成了一種設計的思維。 畢業(yè)設計期間，李教授以嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度對 我們的設計進行嚴格的要求，以其淵博的知識為我們的設計解難釋疑，以其平易近人的態(tài)度來指導我們。 38 如何首先從理論上了解和運用高速加工機理，是擺在國內(nèi)機床制造企業(yè)開發(fā)人員面前必須去逾越的難題。 目前，國際上已出現(xiàn)主軸轉數(shù)超過 4萬轉／分，進給速度超過 80米／分的高速加工機床。細化機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。 為了獲得主軸更寬的恒功率特性范圍、主軸低速時更大的扭矩，我們在主傳動系統(tǒng)中串聯(lián)了變速箱，其自動更換的 1： l和 l： 2兩檔變速，實現(xiàn)了機床主軸特性高速與中載的兼顧。 通過對 加工中心 主體結構的設計，確 定了三向進給傳動和主軸傳動的結構形式 。并進一步確定了機床的參數(shù)指標、布局形式。 經(jīng)過周密的市場需求分析， 類比 國內(nèi)外 立式加工中心機床布局、參數(shù)，綜合分析技術先進性、市場競爭力，實施 的可行性等因素，確定了切合實際的最優(yōu)開發(fā)方案。 37刀庫機械手臂旋轉完成刀具交換 ； 機床的排 屑裝置布置在的床身的前端，機床加工產(chǎn)生的切屑、冷卻水通過床身左右 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、工作臺交換臺站下面的鏈式排屑器輸送到機床的左側，自動提升后落入集屑車；冷卻水箱布置在主機的左側，鏈式 排 屑器放在水箱上面，由鏈式 排 屑器完成切屑與冷卻水的過濾分離。 36 為此，在運用 SolidWorks應用軟件完成了 加工中心 主體模型設計的基礎上，增加相應輔助功能部件的建模，完成 加工中心 整體三維結構布局的設計 。主軸箱正掛在立柱框架內(nèi)，運行導 軌對稱中心線和驅動絲杠軸線盡量靠近主軸箱部件的重心。 35 驅動伺服電機位于立柱頂部，通過彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直聯(lián)。 Z 向導軌同樣采用滾柱直線導軌。立柱的截面尺寸較大，內(nèi)壁設置有較高的豎向 筋和橫向環(huán)形筋，剛度較大。驅動電機通過彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直聯(lián) 。 兩個方向導軌均采用滾柱直線導軌 。運用 SolidWorks應用軟件進行 JCS018型立式加工中心機床的主體建模。 34僅僅一個填補曲面的功能，令許多費力費時的曲面修補變得懿此輕松 ； 焊件功能：僅僅選擇路徑即可快速完成型材組構焊件，自動生成下料清單，并統(tǒng)計材料類型與長度等等 ； 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視覺效果： 尺寸關聯(lián)：通過建模過程中設定的關鍵數(shù)據(jù) 關聯(lián)，比如：當改變軸承的型號時，相關的軸徑、軸承座等零件自動變化，無須單獨修改； 自定義資源：會有多種項 目 的自定義資源極大地提高設計效率，比 如 ：在軸上開一個圓頭 鍵槽 或是在管端生成一個法蘭，僅僅通過拖放、選參數(shù)、確定等三到五次鼠標點擊即可完成 ； 裝配：僅僅是拖放即可自動建立合適的配合關系，智能零部件與扣件還能自動調(diào)整參數(shù) 以 適應裝配需要，具各動態(tài)模擬的能力，甚至能模仿真實碰撞致動的效果，使用圖塊，在裝配中更方便地進行自頂而下的設計工作，使得總體布局草圖兼?zhèn)浜啙嶌`活而詳細的能力； ll、工程圖：零件與裝 配體的工程圖都是自動投影生成，自動填寫標題欄，可控地自動投影尺寸，還能根據(jù)不同的配置，給出零件不同狀態(tài)的工程圖，為工藝準備帶來極大便利，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)轉換： SolidWorks配有豐富的數(shù)據(jù)接口，含有自動修復模型能力，它所鏈夠打開玖及轉出的數(shù)據(jù)格式也許是最多的，比如：它銫直接打開 PRO／ E文件，并讀取特征使之成為可編輯的 SolidWorks模型。 33還可以在設計過程中隨時生成工程圖或裝配體 。 在設計過程中，即可添加模型特征，也可對模型特征進行編輯，還可以將模型特征重新排序，進一步完善設計。 其用戶界面友好，運行環(huán)境大眾化，機械設計工程師能快速地按照其設計思想繪制出草圖，運用特征與尺寸，制作三維實體模型和詳細的工程圖 。我們使用工程界普遍使用的三維設計軟件之 一的 SolidWorks應用軟件來進行JCS018型立 式加工中心的虛擬仿真設計 。 第 五 章 機床三維布局及造型輔助設計 作為一臺 加工中心的 總體結構設計，還需要對 加工中心 制作完成后的整體情況做測算，規(guī)劃。 為下次選刀做好準備，同時機床繼續(xù)執(zhí)行后面的操作。后復位。插刀動作完成后，軸 16上的擋環(huán)壓下行程開關 3，使轉位油缸 20的 左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條 19向右移動復位，齒輪 4空轉，機械手無動作。 31交換主軸上和刀庫上的刀具位置。當拔刀動作完成后，軸 16上的擋環(huán) 2壓下行程開關 1，發(fā)出換刀信號。 如圖 49所示，抓刀動作結束時，齒條 17上的擋環(huán) 12壓下行下程開關14，發(fā)出拔刀信號，于是升降液壓缸 15的上腔通壓力油，活塞桿推動機械手臂軸 16下降拔刀。連接盤 3與齒輪 1用螺栓連接，它們空套在機械手臂軸 2上，傳動盤 5與機械手臂軸 2用花鍵連接，它上端的銷子 4插入連接盤 3的銷孔中，故齒輪轉動時便帶動機械手臂軸轉動，使機械手回轉 75176。此時，機械手 21正處在圖中所示的上面位置，液壓缸 18右腔通壓力油，活塞桿推動齒條 17向左移動，帶動齒輪 11轉動。如前 三章所 述刀庫結構，刀套下轉 90176。 圖 49 機械手的傳動結構圖 圖 49為機械手的傳動結構圖。 機械手 刀庫 作為加工中心必不可少的功能之一，刀庫是機床實現(xiàn)連續(xù)加工自動化更換刀具的機構。 屬立式主軸 ， 可選用曲路密封 (迷宮式密封 )， 這裝置密封 ， 墊圈和曲路相結合的密封 。這里取 l=4a=4? 63=252(mm)。 合理跨距范圍為 : (0 . 7 5 1 . 5 ) 2 2 6 . 8 4 5 3 . 6ll? ? ? ? ? ?0合 理 之 間 為提高剛度 ,應盡量縮短主軸外延伸長度 a,選擇適當?shù)目缇? ,一般推薦取 l/a=35。 1 . 4 1 . 4 511 7 0 0 1 7 0 0 9 0 9 . 2 5 5 1 0 /AK D N m m? ? ? ? ? ? 計算綜合變量 ? = 3AEIKa 此處取彈性橫量 52 10E MPa?? 。 主軸跨距 l 的確定 根據(jù) 金屬切削設計機床 ,計算前支承剛度 有的還與機床其它結構參數(shù)有關 ,如工作臺的行程等 . 因此主要由結構設計確定。 則 / 27 / 90 ??， 滿足要求 。 推薦 ： d=拉桿直徑 +(510)mm。 因此 ,為了不至于過分地削弱主軸剛度 ,一般應使 / ? 。 確定孔徑 d的原則是在滿足對空心主軸孔徑的要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下盡量去大些。 平均軸頸 D= ??2DD 21 取 d=27mm。 因此在滿足剛度要求下應取小值。 加大直徑 1D ,可減少主軸本身彎曲變形引起的主軸軸端位移和軸承彈性變形所引起的軸端位移 ,從而提高主軸部件剛度 。 28 即選擇D,d,a,L使主軸獲得最大的靜剛度 ,也就是使主軸軸端位移最小 ,同時兼顧其他的要求 ,如高速性 ,抗振性能等。這些參數(shù)直接影響主軸的工作性能 。 另外 ， 軸承內(nèi)外環(huán)都是薄壁件 ， 軸的孔和形狀誤差都會反映到軸承滾道上去 ， 如果配合精度選得過低 ， 會降低軸承的回轉精度 ， 所 以 ， 軸承孔的精度應與軸承精度相匹配 。這里前軸承選 C精度 , 后軸承選 D級精度軸承與軸和軸承與箱體孔之間 ， 一般都采用過渡配合 ， 采用比一般軸要松一些 。普通精度級機床的主軸 ,前軸承選 C或 D級 ,后軸承選 D或 E級 。這里前支承選用 3182100型 ， 可承受徑向力 ， 反支承選用一對推力球軸承 ， 承受徑向和 軸向載荷 ， 使主軸軸向定位 。 求。 主軸組件的設計計算 主軸軸承的選擇 主軸部件上的軸承應具有旋轉精度高 ， 剛度高 ， 承載能力強 ， 抗振性好 ， 極限轉速高 ， 適應變速范圍大 ， 摩擦功耗小 ， 噪音低 ， 壽命長的性能 ， 同時應滿足制造簡單 ， 使用維修方便 ， 成本低 ， 結構尺寸小等要 在 這里我們選用 立式安裝的 刀具松開夾緊機構 ，擬采用氣液增壓缸，不需要增加額外的液壓系統(tǒng)，直接將低的氣體壓力轉換為較高的液體壓力，完成對拉桿的 卸刀動作 。 圖 48 主軸組件示意圖 刀具松開夾緊機構 (結構圖 47 中件 7) 刀具的拉緊依靠主軸組件中的拉緊機構，即在主軸內(nèi)孔通過碟簧變形由拉桿拉疑刀具緊貼在主軸前端內(nèi)錐孔上。 26 編碼器 (結構圖 47 中件 4) 為滿足加工中心機床換刀的需要，主軸軸線旋轉的角度值需要準確定位，為此從結構上增加一個編碼器，進行角度的準確檢測和控制。部件詳細設計時，需要計算并選用合適的皮帶規(guī)格。 ，如負荷容量范圍廣 ； 成本低廉等等。同步帶傳動的運轉范圍可以成倍增加．傳動的速比可達 l： 12，并且在全速度范圍內(nèi)的傳動效率都很高 。 、機 械效率高、噪音小 由于是嚙合傳動，所以被動輪的角速度穩(wěn)定，不會出現(xiàn)鏈條傳動那樣由于節(jié)距忽大忽小，而引起的忽松忽緊所產(chǎn)生的振動，它轉動平穩(wěn)，噪音?。灰膊粫衿狡Щ?v型帶那樣會打滑，導致速度誤差，降低傳動效率 。 玻璃纖維做芯線，伸長變形量極小，一次安裝以后不需要再次調(diào)整，其嚙合的返向間隙也很小，適宜于精密傳動 。并且，皮帶采用 它的特點包括： ，速比準確。 這樣，我們擬定的主傳動結構見圖 47。 由于主軸尾部需要配置 刀具夾緊松開 機構，驅動電機及直聯(lián)的變速箱不能與主軸處在同一個軸線上。 刀具通過尾部的工具圓錐在主軸前端內(nèi)圓錐孔上定位，刀具 尾部安裝拉釘，主軸尾部需要具備 刀具夾緊松開機 構， 該機構 通常通過蝶簧組變形實現(xiàn) 。 24外環(huán)通過法蘭盤固定在基體上；軸承的內(nèi)環(huán)首先由螺母 8擰緊實現(xiàn)預拉伸功能，然后螺母 7反向鎖緊軸承組的內(nèi)環(huán) 。 表 42 Z向進給傳動結構示意零件明細表 序號 名稱 分類 規(guī)格 備注 1 進給電機 Z 向 α 40 日本 FANUC 2 聯(lián)周器 3 絲桿軸承 三個一組 4080100?? 4 滾珠絲杠副 Z 向 5 絲桿軸承 四個一組 圖 45 近電機端支撐軸承 DFD 配對示意圖 序號 5的遠電機端絲杠軸承采用 4個一組的 DFF配對方式。 23如圖 45放大所示，下端兩個軸承同向安裝，然后與上端軸承面對面組合，這樣可以承受軸向雙向載荷。 圖 44 Z向進給傳動結構示意圖 圖中零件明細如下表 42。該設計選擇的配對方式同向軸承數(shù)量為 2。 圖 43 遠電機端支撐軸承 DFD配對示意圖 同向組合的軸承組額定動載荷并不是按數(shù)量增加。右側兩個軸承同向安裝，然后與左側軸承面對面組合 。 序號 5的遠電機端絲杠軸承采用 3個一組的 DFD配對方式。 圖 42 近電機端支撐軸承配對示意圖 如圖 42放大所示，單側緊鄰的兩個軸承為同向安裝，軸承左右 間 為面對面組合，這樣可以承受軸向雙向載荷 。 21 結構示意圖見圖 41。從經(jīng)濟和快捷的角度出發(fā)，也提供精度稍差的萬能配對 (也稱自由組合 )軸承 。 組合配對的角接觸軸承需要施加一定的預加載荷，消除配對間隙。 其中，前兩種方式能夠承受雙向的推力 ； 同向組合只能承受單向的推力，但承載能力較高 。推力角接觸球軸承需要進行組合安裝以實現(xiàn)絲杠的兩端固 定以及預拉伸功能 。 本次 JCS018型立式 加工中心絲杠支撐軸承選用接觸角為 60176。 的推力角接觸球軸承和滾針一雙向推力圓柱滾子組合軸承 。按照這樣的要求，需要采用專門的絲杠支撐軸承。一般無外載荷，因此對絲杠兩端支撐軸承的軸向精度和軸向剛度要求相對更高。 數(shù)控機床進給傳動的絲杠支撐需要采用可靠適用的預拉伸結構 。 裝時，通過預拉伸恢復公稱值。絲杠安 由于絲杠的熱膨脹，進給傳動的定位精度將要超差，為此，需要將絲杠進行預拉伸 。 這種方式還可以對絲杠進行預拉伸。適用于較長的臥式安裝絲杠。 滾珠絲杠的常用安裝方式有三種： 1．一端固定，一端自由．適用于短絲杠和豎直安裝的絲杠。 在前章三向進給傳動系統(tǒng)設計 計算 中已經(jīng)敘述，本機床采用進給電機與滾珠絲杠直聯(lián)驅動的方式。 該立式加工中心 X、 Y軸的快速移動速度為 14m/min， Z軸的快移速度為 10m/min。 X、 Y、Z三個軸各有一套基本相同的進給伺服系統(tǒng)，分別與工作臺、滑座和主軸箱相連。 JCS018型立 式 加工中心的結構設計主要進行三向進給傳動結構、主軸傳動結構， XY工作臺 、刀庫等擴展功能機構的設計 。