【正文】 經(jīng)過我的不懈努力我終于還是把立柱、主軸箱。上選修的時(shí)候?qū)W過UG，但是學(xué)的不深，面對復(fù)雜的零件還是力不從心。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。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。第一次繪制這么大的圖紙以及面對這么復(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。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。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CAD的使用變得熟練了很多。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)。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。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。第一次自己畫A0的圖紙，真的感覺圖紙好大。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。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)。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。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)候我一度對自己非常失望，感覺對什么都沒有了信心。（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)械手盤式刀庫設(shè)計(jì)方法和分析方法。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。（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。（3） 立柱上采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌來實(shí)起到對主軸箱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)。（2） 為保證刀庫完成換刀動(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。對于本課題刀具數(shù)量少的情況，單圓盤式刀庫的直徑不會(huì)太大，故可以選用。本論文的研究工作始終圍繞盤式刀庫自動(dòng)換刀系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)以及要求，對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)以及刀庫換刀流程的設(shè)計(jì)等進(jìn)行系統(tǒng)的研究和實(shí)踐。高速精密臥式加工中心是一種順應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢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。隨著一大批高新技術(shù)的涌現(xiàn)，對于機(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)。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)。 GM7系列交流伺服變頻（主軸）電機(jī)可與國內(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)速的場合。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。②帶輪：齒數(shù)z1=z2=18，直徑d1=d2=72mm；③中心距A=。 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。 （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。 （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。(4)選擇同步帶長度Lp。 表64同步帶選型圖 n1/(r/min) (3)確定帶輪齒數(shù)z與直徑d。 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)。，則，故滿足要求。圓軸扭轉(zhuǎn)角 [單位為（176。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。主軸的計(jì)算簡圖如下：圖65 主軸計(jì)算簡圖 其中F=95%=，則最大撓度 （6—2）其中E=200GPa。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。（1）軸的彎曲剛度校核計(jì)算 常見的軸大多數(shù)可視為簡支梁。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。 軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。夾頭被強(qiáng)行夾緊，夾頭中三個(gè)鋼柱也同時(shí)被夾緊，這些鋼柱凸出方形槽的部分夾緊刀座。拉桿的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 圖64 拉刀結(jié)構(gòu)圖①夾頭，主軸通過拉爪的拉緊松開，實(shí)現(xiàn)對刀柄的夾緊和放松。(2)松刀動(dòng)作控制系統(tǒng)發(fā)出松刀信號(hào)一電磁閥動(dòng)作一液壓油通過液壓油通道2進(jìn)入油缸一液壓油推動(dòng)活塞(向刀具側(cè)移動(dòng))一活塞推動(dòng)推桿一推桿推動(dòng)0TT拉桿(蝶形彈簧壓縮)一拉爪松開一拉桿繼續(xù)前進(jìn)推動(dòng)刀柄一刀柄推出脫離主軸錐孔。 由上圖可知本課題加工中心如圖所示主軸局部視圖可見在主軸設(shè)計(jì)時(shí)采用了三種密封型式：間隙密封，墊圈式密封和氣密封通過在主軸上添加這三種密封型式，將軸承中的潤滑脂保護(hù)起來，即便在較高速度的切削條件下下，即使切屑液飛濺也可確保軸承潤滑脂不受雜物的侵入。本課題加工中心的的密封方式如下圖： 圖62 主軸裝配圖局部視圖這是主軸前端軸承處采用了間隙密封同時(shí)由于油氣潤滑也實(shí)現(xiàn)了氣密封。(2)接觸式密封有氈封圈和徑向密封圈(皮碗式密封)兩種。曲路密封：靠旋轉(zhuǎn)的與固定的零件之間復(fù)雜而曲折的小間隙來密封。同時(shí)力求結(jié)構(gòu)簡單、拆卸方便。(2)適應(yīng)工作環(huán)境的要求，密封性能好，耐腐蝕，磨損小，工作壽命長。對于主軸部件密封性能有以下要求：(1)適應(yīng)轉(zhuǎn)速的要求，在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能。此類主軸非常適用于對零件中深小孔的加工。從冷卻效果上分析，水的粘度小，比熱和密度大，所以其冷卻效率：水主軸油空氣(各種冷卻劑的特性比較見下表)，但是同時(shí)考慮防銹的話，認(rèn)為冷卻專用油在本例中更為合適。所以降低運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主軸的溫度以達(dá)到主軸溫度不變是主軸冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。 熱變形是主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)中的重要問題，加工中心工作時(shí)各部件相對運(yùn)動(dòng)的摩擦而產(chǎn)生熱量形成溫差，使主軸組件變形和零件位置偏差。另一方面，過大的的預(yù)緊量會(huì)減少疲勞壽命，增加摩擦發(fā)熱量，易使軸承磨損，甚至在極端情況下產(chǎn)生燃燒等不良現(xiàn)象。故對于本加工中心的主軸轉(zhuǎn)速較高的情況下，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，為避免主軸由于過熱影響加工，故應(yīng)采用油氣潤滑。相比較而言，油脂潤滑就具有主軸結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝、成本低、好維護(hù)、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。(3)油氣潤滑這種方式是針對一些新研發(fā)的速度比較高的主軸而設(shè)計(jì)的，用較少油實(shí)現(xiàn)潤滑的同時(shí)，減小軸承的發(fā)熱。采用此種方式潤滑時(shí)，一定要采用相應(yīng)的密封方式，避免潤滑油滲入到主軸中，一般采用迷宮密封的密封方式。通過查國標(biāo)精密滾動(dòng)軸承樣本選定軸承： 4列角接觸球軸承（DBB）為：7212ACDBBP4其中7212AC為單個(gè)軸承的型號(hào)，DBB為軸承的擺放形式，P4代表精度等級(jí)為ISO4級(jí) 表61 軸承類型 類型 材料 內(nèi)外圈 滾動(dòng)體 S 軸承鋼 軸承鋼 H 軸承鋼 陶瓷 X 高速耐用剛 陶瓷為保障軸承的性能，我們選最夠一種類型，其基本參數(shù)為 單列圓柱滾子軸承的型號(hào)為。一般采用經(jīng)驗(yàn)類比法，確定主軸軸承內(nèi)徑確定為60mm。這種配置同時(shí)兼顧了高速性能和徑向剛度，可進(jìn)行高速重型切削。公稱直徑與導(dǎo)程：40mm，10mm；螺紋長度：932mm；絲杠長度：1412mm；類型與精度：P類，2級(jí)精度。(2)確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)。 本加工中心采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，、應(yīng)滿足下列要求： （定位精度）= （5—70） （定位精度）= （5—71）滾珠絲杠螺母副擬采用的精度等級(jí)為2級(jí)，查表得==8。由扭轉(zhuǎn)作用點(diǎn)之間的距離,絲杠底徑 ，則 （5—68）②由該扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動(dòng)滯后量將影響工作臺(tái)的定位精度。(3)計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 ①計(jì)算由扭轉(zhuǎn)矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量。(2)計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差。一般按的要求來設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。為了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比一般應(yīng)滿足下式，即 （5—60）而在本課題中，故滿足慣量匹配要求。因此，不管是快進(jìn)還是工進(jìn)，本電機(jī)均滿足驅(qū)動(dòng)力矩要求。交流伺服電動(dòng)機(jī)的加速力矩一般為額定力矩的5~10倍，若按5倍計(jì)算，該電動(dòng)機(jī)的加速力矩為105Nm；均大于本加工中心線性加速時(shí)的空載啟動(dòng)力矩或階躍加速時(shí)的空載啟動(dòng)力矩 ，所以，不管采用何種加速方式，本電動(dòng)機(jī)均滿足加速力矩要求。其技術(shù)參數(shù)如下：額定功率，；額定轉(zhuǎn)速，2000r/min。 （5—59）（4）選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的型號(hào) ①選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的型號(hào)。 （5—57） 計(jì)算空載時(shí)快進(jìn)力矩。 計(jì)算線性加速度時(shí)的空載啟動(dòng)力矩。取進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益，則加速時(shí)間，故 （5—54）②計(jì)算階躍加速力矩。 滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力，滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程，滾珠絲杠螺母副的效率，則 （5—53）(3)計(jì)算坐標(biāo)軸折算到電動(dòng)機(jī)各軸上各種所需的力矩①計(jì)算線性加速力矩。 切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)距離L=10mm=，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率，則 （5—51） ②計(jì)算摩擦負(fù)載力矩。已知機(jī)床執(zhí)行部件的總質(zhì)量m=20kg，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)距離L=10mm=，則 （5—49）④計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上的總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 已知滾珠絲杠的密度ρ=，故可得（2—47）②計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。查表得滾珠絲杠的剛度K=，額定動(dòng)載荷，滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷，可算得 （5—43）④計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K。由絲杠計(jì)算簡圖可知，滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離a=時(shí)，滾珠絲杠具有最小拉壓剛度， （5—40）當(dāng) 時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有的最大拉壓剛度，得 （5—41）②計(jì)算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度。 (1)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算 ①計(jì)算滾珠絲杠的拉壓剛度。（3） 滾珠絲杠螺母副額定壽命的效驗(yàn) 查表得滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷=30000N，軸向載荷=，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)=。 （2）滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)由圖53得滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長度，其彈性模量，已知材料密度，重力加速度，安全系數(shù)，由表244得與支承有關(guān)的系數(shù)。 圖53 （1）滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)本工作臺(tái)的滾珠絲杠支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲杠始終受拉而不受壓。在油脂潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為2800r/min，高于本機(jī)床最高轉(zhuǎn)速，故滿足要求。角接觸球軸承背對背安裝，型號(hào)為760307