【正文】 且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國計(jì)民生的一些重要行業(yè) (IT,汽車，輕工，醫(yī)療等 )的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢(shì)。 強(qiáng)調(diào)以市場(chǎng)需求為導(dǎo) 向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)（如量大面廣的數(shù)控車床，銑床，高速高精高性能數(shù)控機(jī)床，典型數(shù)字化機(jī)械，重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等）帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品；當(dāng)然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。 對(duì)數(shù)控方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究 考法具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)，裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。他是儀器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和必不可少的組成部分，被越來越廣泛地 在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域中，是實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信息進(jìn)行采集，傳輸，轉(zhuǎn)換，處理，存儲(chǔ)，顯示和控制的基本部分。 隨著光學(xué)，電子學(xué)，自動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，人類綜合應(yīng)用各方面知識(shí)和技術(shù)，不斷創(chuàng)造出光，機(jī)，電，計(jì)算機(jī)一體化的新型的精密機(jī)械及產(chǎn)品。不論新型儀器的性能和功能多么現(xiàn)金和強(qiáng)大，都不可能完全脫離機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)而獨(dú)立存在，常規(guī)的精密機(jī)械設(shè)計(jì)方法仍是實(shí)現(xiàn)精密儀器的機(jī)械系統(tǒng)的重要手段。因此，在現(xiàn)代儀器設(shè)計(jì)中，精密機(jī)械仍占有不可替代的地位。 JCS018 數(shù)控加工中心簡(jiǎn)介 JCS018 型立式加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。該機(jī)床適用于小型板件，盤件，殼體件，模具和箱體件等復(fù)雜零件的多品種，小批量加工。 （ 2）高速定位 工作臺(tái)由直流伺服電機(jī)，通過聯(lián)軸器，滾珠絲杠帶動(dòng)xy 方向移動(dòng)，速度可達(dá) 14m/min，主軸箱 Z 向移動(dòng)可達(dá) 10m/min ，定位精度可達(dá) ~。 （ 4）機(jī)床采用 CNC 系統(tǒng) 換刀和主軸準(zhǔn)停由 程序控制器控制，有自診功能。 重復(fù)定位精度 177。 177。加工中心機(jī)床的結(jié)構(gòu)除了具有一般數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外，還具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)要求： （ 1）具有存儲(chǔ)加工所需刀具的刀庫 刀庫用于存儲(chǔ)刀具，并根據(jù)要求將各工序所用的刀具運(yùn)送到取刀位置。 （ 3）具有主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)、刀桿自動(dòng)夾緊松開機(jī)構(gòu)和刀柄切屑自動(dòng)清除裝置 這是加工中心機(jī)床主軸部件中三個(gè)主要組成部分，也是加工中心機(jī)床能夠 順利地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀所具備的結(jié)構(gòu)特征。 三 機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算 1 主要部件結(jié)構(gòu) （ 1）主軸部件 圖 370 為 JCS018 型立式加工中心的主軸結(jié)構(gòu)圖，刀具自動(dòng)夾緊裝置裝在主軸內(nèi)孔中。圖示位置為刀柄夾緊狀態(tài)，當(dāng)需要松開刀柄時(shí)，液壓缸的上腔進(jìn)油，活塞 8向下移動(dòng)壓縮螺旋彈簧 7，并推動(dòng)拉桿 6向下移動(dòng)，碟形彈簧 5被壓縮，鋼球 4隨拉桿一起向下移動(dòng)。此機(jī)床采用靠彈簧力夾緊刀柄、靠液壓力松開刀柄的刀柄夾緊機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是：如果突然停電，刀柄不會(huì)自畢業(yè)論文 6 行松脫?；钊?8孔的上端接有壓縮空氣，機(jī)械手將刀具從主軸中拔出后，壓縮空氣通過活塞桿和拉桿 6中的孔，可將主軸軸端裝刀柄的定位錐孔吹干凈。圖 31是一種使用彈性卡爪的刀具自動(dòng) 夾緊機(jī)構(gòu)。夾緊刀柄時(shí)（圖 371a），液壓缸無壓力油作用（參見圖370 活塞推桿 8），液壓缸推桿上移，在碟形彈簧 5的彈力作用下，拉桿 6帶動(dòng)彈性卡爪上移；卡爪在主軸內(nèi)孔錐面的作用下逐漸被收緊，卡住拉釘 3，夾緊刀柄。 （ 2） 刀柄和拉釘 畢業(yè)論文 7 加工中心的刀柄已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，其刀柄模塊采用 7： 24 錐柄，如圖 3— 71所示。 固定在錐柄尾部與主軸內(nèi)拉緊機(jī)構(gòu)相配備的拉釘也已標(biāo)準(zhǔn)化，分為 A型和 B型，這里選用 B型拉釘，裝配時(shí)首先要將拉釘旋緊在刀柄尾部，主軸內(nèi)拉緊機(jī)構(gòu) 通過滾珠與拉釘?shù)呐浜蟻矶ㄎ坏毒摺? 2 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主軸是主軸箱的重要組成部分。 為了提高主軸的剛度和便于安裝，將 JCS—— 018A 立式加工中心的主軸設(shè)計(jì)成階梯圓柱形，前端外徑大，后端外徑小，為實(shí)現(xiàn)更換刀具時(shí)能自動(dòng)夾緊，主軸內(nèi)部設(shè)計(jì)成空心。主軸端面裝有定向鍵 ，既可傳遞切削的轉(zhuǎn)矩，又可用于刀具的周向定位。 主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支承跨距。前、后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高，工藝性能也越好。尺寸參數(shù) 機(jī)床主軸端部結(jié)構(gòu)形狀： 主軸中心孔前段錐度，摩氏 36度。 畢業(yè)論文 8 表 31 主軸前軸徑的直徑 mm 功率 KW D 車床 2. 3. 5. 11 11 14. 18.522 2 臥式車床 6080 7090 70105 95130 110145 140165 150190 220 230 銑床 5090 6090 6095 75100 90105 100115 外圓磨床 5090 5570 7080 7590 75100 90100 105 105 （ 2）為裝配方便，車床主軸直徑通常是從前向后逐段遞減。所以 63D281。主軸懸伸量的選擇，可參照下表確定。 孔加工機(jī)床，專用加工細(xì)長深孔的機(jī)床，由加工技術(shù)決定，需要有長的懸伸刀桿或主軸可移動(dòng)，因切削較重而不適用于有高精度要求的機(jī)床。 主軸最佳跨距可據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式初定 aL )53(0 ?? 式中 L0—— 最佳跨距 a—— 懸伸量 （懸伸量大的機(jī)床 ))21(0 aL ?? 畢業(yè)論文 9 若 實(shí)際跨距 L實(shí) 與最佳跨距 L0不能相等時(shí)，可取合理跨距 0)( LL ??合 。其他傳動(dòng)軸的徑向尺寸，可按該軸所傳遞的扭矩初定，軸向尺寸必須保證各軸間齒輪不相干涉。 （ 3）主軸內(nèi)孔直徑 JCS—— 018A 立式加工中心的主軸內(nèi)徑是用來通過刀具夾緊裝置固定刀具的。但是孔徑的大小受主軸剛度的制約。此處取其比值為 ，則主軸內(nèi)孔直徑為 90* =27mm。主軸材料選用 38CrMoAIA。按材料力學(xué)相關(guān)公式計(jì)算，主軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高的時(shí)候，可把軸看作等徑軸，采用平均直徑 D來計(jì)算。然后進(jìn)行疊加，在同以平面內(nèi)的可進(jìn)行代 數(shù)疊加，在兩平面內(nèi)的按幾何公式，求出該截面的總繞度和總傾角。 軸的校核計(jì)算： 畢業(yè)論文 11 主軸的傳動(dòng)功率： P 主 = ?? = 主軸轉(zhuǎn)矩： T 主 = 50 6 ??=143188Nmm 支點(diǎn)上的力： NdF tB 3 8 61 2 01 4 3 1 8 821T2 ???? 主 NdF tC 3 7 61 5 01 4 3 1 8 821T2 ???? 主 根據(jù)彎矩平衡： ????? tBtDHE FFR 求得： RHE= 根據(jù)力得平衡： NRHA ? 5）垂直平面得彎矩： ?tgFF tBRB ?? = ?tgFF RCrC ?? = N 根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有： 02 1 8 36 2 3 ????? rBrDNE FFR NRNE ?? 再根據(jù)力得平衡： R NRNA ? 則可得 B、 C 點(diǎn)得彎矩圖： 在 B 點(diǎn)和 C 點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要 求， B、 C 點(diǎn)滿足即可，在 B、 C 截面得彎矩為： 22 BVBHB MMM ??? =㎜ 扭矩圖為： 經(jīng)分析可知 B 所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要 B 滿足條件即可，則剛度滿足。㎜ 軸得抗彎截面系數(shù)為： 畢業(yè)論文 12 34 4 5 9 8 380321081 4 0204 0 6 9 4 4 0 032))((mmDzbdDdDdW??????????? ? ? WMcaca?? = ? ?1??? 故滿足第三強(qiáng)度理論 剛度驗(yàn)算： 在水平面內(nèi)， tBF 單獨(dú)作用時(shí)： EI blpbfc 48 )43(1 22 ?? = I??? ???? 5 )2 1 546 2 33(2 1 3 8 6 = 其中 I= 32 )(44 dD ??=2747500 在 tcf 單獨(dú)作用下： EI blpbfc 48 )43( 222 ?? = I??? ???? 5 ) 8 346 2 33( 8 3 7 6 = 在兩力得共同作用下： mmfff ccc 0 1 2 6 ??? 在垂直面內(nèi)有 (在 rBF 單獨(dú)作用時(shí) ) EI blpbfc 48 )43(1 22 ?? = I??? ???? 5 )2 1 546 2 33(2 1 6 8 = 畢業(yè)論文 13 其中 I= 32 )(44 dD ??=2747500 在 rCF 單獨(dú)作用下： EI blpbfc 48 )43( 222 ?? = I??? ???? 5 )( = 在兩力得共同作用下： mmfff ccc 0 0 8 4 ??? 所以在 rCtCrBtB FFFF 、 共同作用下， x l21? 處為危險(xiǎn)截面，其最大繞度為 mmfff ccc 01 ????? 而一般的剛度 ? ? ly )0 0 0 ~0 0 0 (? =~ 所以 ??yfc? 符合剛度要求，其轉(zhuǎn)角就不用驗(yàn)算了。???? rC 故軸承的壽命 hPCfnL th8554 )(15006010 )(601033366??????? ? 軸承的預(yù)期壽命一般約為 5000～ 。所以在主軸上必須沒有準(zhǔn)停裝置 。 圖 58所示機(jī)械準(zhǔn)停裝置的工作原理如下：準(zhǔn)停前主軸必須是處于停止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)接收到主軸準(zhǔn)停指令后．主軸電動(dòng)機(jī)以低速轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸箱內(nèi)齒輪換擋使主軸以低速旋轉(zhuǎn)，時(shí)間繼電器開始動(dòng)作，并延時(shí) 46s，保證主軸轉(zhuǎn)穩(wěn)后接通無觸點(diǎn)開關(guān)1 的電源，當(dāng)主軸轉(zhuǎn) 到圖示位置即凸輪定位盤 3 上的感應(yīng)塊 2與無觸點(diǎn)開關(guān) 1 相接觸后發(fā)出信號(hào)，使主軸電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。若延時(shí)繼電器延時(shí) 1S 后行程開關(guān) IS2 仍不發(fā)信號(hào)， 說明準(zhǔn)停沒完成，需使定向活塞 6后退，重新準(zhǔn)停。 機(jī)械準(zhǔn)停裝置比較準(zhǔn)確可靠，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。如常用磁力傳感器檢測(cè)定向的工作原理如圖 59所示是在主軸上安裝有一個(gè)永久磁鐵 4與主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離永久磁鐵 4 旋轉(zhuǎn)軌跡外 1— 2mm 處固定有一個(gè)磁傳感器 5，當(dāng)銑床主軸需要停車換刀時(shí)，數(shù)控裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)的指令，主軸電動(dòng)機(jī) 3立即降速，使主軸以很 低的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)，當(dāng)永久磁鐵 4 對(duì)準(zhǔn)磁傳感器 5時(shí)，磁傳感器發(fā)出準(zhǔn)停信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)放大后，由定向電路使電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確地停止在規(guī)定的周向位置上。 1。而且定向時(shí)間短，可靠性較高。如圖 510 所示為設(shè)計(jì)有以上三種裝置的自動(dòng)換刀臥式鏜床（鏜銑加工中心）的主軸部 件。圖示為刀具的夾緊狀態(tài)，在碟形彈簧 8的作用下，拉桿 7始終保持約 10000N 的拉力，并通過拉桿 7左端的鋼球 3將刀桿 1 的尾部軸頸拉緊。松開刀具，將壓力油通入油缸 11 的右腔，使活塞推動(dòng)拉桿 7 向左移動(dòng)，同時(shí)壓縮碟形彈簧 8。當(dāng)提桿 7繼續(xù)左移，空氣噴嘴 4的端部把刀具頂松，機(jī)械手便取出刀桿 1。當(dāng)活塞處于左、右兩個(gè)極限位置時(shí)，相應(yīng)的限位開關(guān)發(fā)出松開和夾緊的信號(hào) 。如果在主軸錐孔中掉進(jìn)了切屑或其他污物，在拉緊刀桿時(shí)，就會(huì)劃傷錐孔和錐柄表面，甚至?xí)沟稐U發(fā)生偏斜，破壞刀具正確定位，影響加工零件的精度，甚至使零件報(bào)廢?；钊屠瓧U的中心，都有壓縮空氣通道，當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，壓縮空氣經(jīng)活塞和拉桿的通道，由空氣噴嘴噴出，將錐孔清理干凈。 對(duì)自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床，切削扭矩是通過刀桿的端面鍵來傳遞的。 圖 37的主軸準(zhǔn)停裝置由定位盤 10，滾子 12，定位油缸（及活塞） 13，無觸點(diǎn)開關(guān) 14 以及限位開關(guān) 1 16 組成。在時(shí)間繼電器延時(shí)數(shù)秒后，接通無觸點(diǎn)開關(guān) 14。再經(jīng)時(shí)間繼電器短暫延時(shí)，接通定位油缸 13 的滾子 12 時(shí)，滾子 12 進(jìn)入槽內(nèi)使主軸準(zhǔn)確停止。完成準(zhǔn)停后，活塞退回原位，開關(guān) 16發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠相對(duì)于螺母上的滾道滾動(dòng)，因此絲杠與 螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦。 滾珠絲杠副的特點(diǎn)是： 1）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)的絲杠螺母副的 1/4～1/3。 3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。 5）磨損小，使用壽命長。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于自重慣力的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，故常需添加制動(dòng)裝置。 導(dǎo)程