立式加工中心主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 畢業(yè)設(shè)計（畢業(yè)論文）任務(wù)書 學(xué) 院 專 業(yè) 班級學(xué)號 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 題 目 立式加工中心主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 任務(wù)規(guī)定 進(jìn)行日期 自 20* 年 2 月 20 日起，至 20* 年 6 月 23 日止 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 一、題目來源、 目的 、意義 題目來源：本課題來源于同濟(jì)現(xiàn)代制造技術(shù)研究所，是立式加工中心機(jī)床設(shè)計 項目下的子課題之一。 目的：課題的目的是設(shè)計立式加工中心的主軸組件結(jié)構(gòu)，主軸組件作為執(zhí)行件， 確保帶動刀具進(jìn)行切削加工、傳遞 運動、動力及承受切削力等，并滿足相關(guān)的 技術(shù)指標(biāo)要求。 意義：主軸組件作為機(jī)床的一個重要組件，要帶動刀具直接參與表面成形運動， 其工作性能對機(jī)床的加工質(zhì)量及生產(chǎn)率有直接影響。 二、主要工作內(nèi)容 （ 1）熟悉現(xiàn)有的各種主軸組件的要求和特點； （ 2）完成主軸組件的設(shè)計總圖； （ 3）設(shè)計分析計算工作； （ 4）主軸等主要零件的零件圖繪制； （ 5）主軸組件各部分的綜合分析。 三、主要技術(shù)指標(biāo)（或主要論點） 立式加工中心的特點是結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小?？傮w結(jié)構(gòu)方案的結(jié)構(gòu)形式 為固定立柱式，即主軸箱吊掛在立柱的一側(cè)，作 Z 方向的上下移動。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 主軸孔錐度： 7： 24；主軸孔直徑： 54軸箱行程（ Z 軸）： 470 主軸轉(zhuǎn)速范圍： 303000r/速移動速度（ Z 軸）： 10m/ 進(jìn)給速度（ Z 軸）： 1400mm/ 四、進(jìn)度計劃 第 1周 第 3周：查閱資料，翻譯要求字?jǐn)?shù)的英文資料，調(diào)研目前市場上數(shù)控 機(jī)床的主軸組件幾種主要的結(jié)構(gòu)形式，并進(jìn)行方案論證，寫出開題報告。 第 4周 第 6周：通過查閱資料和參考一些機(jī)床的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行 主軸組件的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計 。 第 7周 第 9周：結(jié)構(gòu)分析與驗算，滿足技術(shù)性能指標(biāo)和使用要求。 第 10周 第 14周：計算機(jī)繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙，包括總圖和一些零件圖。 第 15周 第 16周：編寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 第 17周 第 18周：評審、準(zhǔn)備答辯。 五、主要參考資料（外文資料至少一篇） 1、謝紅 M濟(jì)大學(xué)出版社， 2004. 2、韓鴻鸞 M東科學(xué)技術(shù)出版社， 2005. 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3、羅學(xué)科 ,等 M化學(xué)工業(yè)學(xué)出版社， 2004. 4、周宏甫 M南理工大學(xué)出版社， 2005. 5、陳蔚芳 ,等 M學(xué)出版社， 2005. 6、王仁誠 J 2000,(1)： 4347. 7、 . 2004, 253(12): 938、 李佳 M華大學(xué)出版社， 2001. 9、婁銳 M子工業(yè)出版社， 2005. 10、 吳祖育等 . 數(shù)控機(jī)床 M?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 2000. 六、系審批意見 系主任（簽名） : 七、院領(lǐng)導(dǎo)審核意見 院領(lǐng)導(dǎo)（簽名） : 八、學(xué)生實際完成日期 九、同組設(shè)計（論文）者 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘要 1 2 0 引言 4 1 概述 5 工中心的發(fā)展?fàn)顩r 5 工中心的國內(nèi)外發(fā)展 5 軸部件的研究進(jìn)展 6 題的目的及內(nèi)容 7 題擬解決的關(guān)鍵問題 8 決上述問題的策略 9 2 方案擬定 10 工中心主軸組件的組成 10 械系統(tǒng)方案的確定 10 軸傳動機(jī)構(gòu) 10 軸進(jìn)給機(jī)構(gòu) 12 軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu) 13 具自動夾緊機(jī)構(gòu) 15 屑清除機(jī)構(gòu) 17 服驅(qū)動系統(tǒng)方案的確定 18 工中心主軸組件總體設(shè)計方案的確定 19 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 主軸組件的主運動部件 22 軸電動機(jī)的選用 22 電機(jī)功率估算 22 電機(jī)選型 23 軸 23 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23 軸受力分析 27 軸的強(qiáng)度校核 32 軸的剛度校核 33 軸組件的支承 34 軸軸承的類型 34 軸軸承的配置 37 軸軸承的預(yù)緊 38 軸支承方案的確定 41 承的配合 41 軸軸承設(shè)計計算 42 步帶的設(shè)計計算 44 軸組件的潤滑與密封 48 軸組件的潤滑 48 軸組件的密封 49 課題的潤滑與密封方案的確定 51 的設(shè)計計算 52 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 軸上的鍵 52 電機(jī)上的鍵 53 壓缸的設(shè)計計算 54 4 主軸組件的進(jìn)給運動部件 55 給電動機(jī)的選用 55 給電動機(jī)功率的估算 55 給電動機(jī)的選用 56 軸器的設(shè)計計算 57 直方向伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 57 削力估算 57 珠絲杠副的設(shè)計計算 58 5 結(jié)論 65 小結(jié) 68 參考文獻(xiàn) 70 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 加工中心由于備有刀庫并能自動更換刀具，使得工件在一次裝夾中可以完成多工序的加工。 加工中心一般不需要 人為干預(yù)， 當(dāng)機(jī)床開始執(zhí)行程序后 ， 它 將 一直 運行到程序結(jié)束。加工中心 還 賦予了專業(yè)化車間一些諸多優(yōu)點，如： 降低機(jī)床的故障率 ，提高生產(chǎn)效率，提高加工精度，削減廢料量，縮短檢驗時間，降低刀具成本，改善庫存量等。由于 加工中心 的眾多優(yōu)勢，所以它 深受全球制造企業(yè)的青睞。 加工中心 主要由 主軸組件、回轉(zhuǎn)工作臺、 移動工作臺、 刀庫及自動換刀裝置以及其 它 機(jī)械功能部件組成。 其中的 主軸組件是機(jī)床重要的 組成 部分，其運動性能直接影響機(jī)床加工精度與表面粗糙度。本文在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上， 通過研究分析不同加工中心主軸組件 的性能， 綜合地比較了其特點，并擬定 了 一個 較 為 合理的 主軸組件結(jié)構(gòu) 方案。同時， 還就主軸、軸承以及絲杠 等重要零件 的機(jī)械性能 進(jìn)行了探討 ，并對 這些零件的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行了校核。此外，本 設(shè)計中所 采用的陶瓷軸承 能有效地 增加主軸的剛度， 從而 提高了加工中心的可靠性和穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞： 主軸組件，加工中 心，數(shù)控機(jī)床 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 to be to a of on a on a in it of is of a so of by in is of of to be to a of of of on on A be 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 of as a of is of of NC 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 立式加工中心主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 0 引言 裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如：信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。制造技術(shù)和裝備是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)則是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采 用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。 數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展自 1953年美國研制出第一臺三坐標(biāo)方式升降臺數(shù)控銑床算起，至今已有 53年歷史了。 20世紀(jì) 90年開始，計算機(jī)技術(shù)及相關(guān)的微電子基礎(chǔ)工業(yè)的高速發(fā)展，給數(shù)控機(jī)床的發(fā)展提供了一個良好的平臺，使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)得到了高速的發(fā)展。我國數(shù)控技術(shù)研究從 1958年 起步，國產(chǎn)的第一臺數(shù)控機(jī)床是北京第一機(jī)床廠生產(chǎn)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。雖然從時間上看只比國外晚了幾年，但由于種種原因，數(shù)控機(jī)床技術(shù)在我國的發(fā)展卻一直落后于國際水平，到 1980年我國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量還不到 700臺。買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 到 90年代，我國的數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展才得到了一個較大的提速。目前，與國外先進(jìn)水平相比仍存在著較大的差距。 總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 1 概述 工中心的發(fā)展?fàn)顩r 工中心的國內(nèi)外發(fā)展 對于高速加工中心 ，國外機(jī)床在進(jìn)給驅(qū)動上，滾珠絲杠驅(qū)動的加工中心快速進(jìn)給大多在 0m 以上，最高已達(dá)到 0m 。采用直線電機(jī)驅(qū)動的加工中心已實用化，進(jìn)給速度可提高到 0080 m ，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。國外高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般都在 m 5 0 0 01 2 0 0 0 r，由于某些機(jī)床采用磁浮軸承和空氣靜壓軸承，預(yù)計轉(zhuǎn)速上限可提高到00000 r 。國外先進(jìn)的加工中心的刀具交換時間， 目前普遍已在 右，高的已達(dá) 甚至更快。在結(jié)構(gòu)上，國外的加工中心都采用了適應(yīng)于高速加工要求的獨特箱中箱結(jié)構(gòu)或龍門式結(jié)構(gòu)。在加工精度上，國外臥式加工中心都裝有機(jī)床精度溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，加工精度比較穩(wěn)定。國外加工中心定位精度基本上按德國標(biāo)準(zhǔn)驗收，行程 下，內(nèi)。此外，為適應(yīng)未來加工精度提高的要求，國外不少公司還都開發(fā)了坐 標(biāo)鏜精度級的加工中心。 相對而言，國內(nèi)生產(chǎn)的高速加工中心快速進(jìn)給大多在 0m 左右，個別達(dá)到 0m 。而直線電機(jī)驅(qū)動的加工中心僅試制出樣品，還未進(jìn)入買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 產(chǎn)量化，應(yīng)用范圍不廣。國內(nèi)高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般在m 80006000 r，定位精度控制在 內(nèi)，重復(fù)定位精度控制在 內(nèi)。在換刀速度方面，國內(nèi)機(jī)床多在 ，無法與國際水平相比 1 3。 雖然國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在近幾年中取得了可喜的進(jìn)步，但與國外同類產(chǎn)品相比，仍存在著不少差距，造成國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的市場占有率逐年下降。 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與國外產(chǎn)品相比，差距主要在機(jī)床的高速、高效和精密上。除此之外，在機(jī)床可靠性上也存在著明顯差距，國外機(jī)床的平均無故障時間（ 在 5000 小時以上，而國產(chǎn)機(jī)床大大低于這個數(shù)字，國產(chǎn)機(jī)床故障率較高是用戶反映最強(qiáng)烈的問題之一。 軸部件的研究進(jìn)展 圖 式加 工中心結(jié)構(gòu)圖 1 2 3 45 6 7 89 10 11 1213 14 15 16買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 典型加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有基礎(chǔ)支承件、加工中心主軸系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、工作臺交換系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺、刀庫及自動換刀裝置以及其他機(jī)械功能部件組成 4。圖 示為立式加工中心結(jié)構(gòu)圖。 主軸系統(tǒng)為加工中心的主要組成部分，它由主軸電動機(jī)、主軸傳動系統(tǒng)以 及主軸組件成。和常規(guī)機(jī)床主軸系統(tǒng)相比，加工中心主軸系統(tǒng)要具有更高的轉(zhuǎn)速、更高的回轉(zhuǎn)精度以及更高的結(jié)構(gòu)剛性和抗振性。 隨著電氣傳動技術(shù)（變頻調(diào)速技術(shù)、電動機(jī)矢量控制技術(shù)等）的迅速發(fā)展和日趨完善，高速數(shù)控機(jī)床主傳動的機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡化，取消了帶傳動和齒輪傳動，機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動機(jī)直接驅(qū)動，從而把機(jī)床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機(jī)床主運動的“零傳動”。這種主軸電動機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式，使主軸組件從機(jī)床的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”。由于當(dāng)前電 主軸主要采用的是交流高頻電動機(jī)，故也稱為“高頻主軸”。由于沒有中間傳動環(huán)節(jié)，有時又稱它為“直接驅(qū)動主軸”。電主軸是一種智能型功能部件，不但轉(zhuǎn)速高、功率大，還有一系列控制主軸溫升與振動等機(jī)床運行參數(shù)的功能，以確保其高速運轉(zhuǎn)的可靠性與安全。 題的目的及內(nèi)容 本課題來源于同濟(jì)現(xiàn)代制造技術(shù)研究所立式加工中心機(jī)床設(shè)計項目的子課題之一。加工中心是典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個國家設(shè)計、制造的水平，因此在國內(nèi)外企業(yè)界都受到高度重視。 本課題的目的是進(jìn)行立式加工中心主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主 軸組件作買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 為加工中心的執(zhí)行元件，它 確保帶動刀具進(jìn)行切削加工、傳遞運動、動力及承受切削力等，并滿足相關(guān)的 技術(shù)指標(biāo)要求。 本課題涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有： a) 主軸孔錐度： 24:7 ； b) 主軸孔直徑： 52 c) 主軸箱行程（ Z 軸）： d) 主軸轉(zhuǎn)速范圍： 0 ； e) 快速移動速度（ Z 軸）： f) 進(jìn)給速度（ Z 軸）： 題擬解決的關(guān)鍵問題 各類機(jī)床對其主軸組件的要求，主要是精度問題，就是要保證機(jī)床在一定的載荷與轉(zhuǎn)速下，主軸能帶動工件或刀具精確地、穩(wěn)定地繞其軸心旋轉(zhuǎn)，并長期地保持這一性能。主軸組件的設(shè)計和制造，都是圍繞著解決這個基本問題出發(fā)的。為了達(dá)到相應(yīng)的精度要求，通常，主軸組件應(yīng)符合以下幾點設(shè)計要求 6： 1） 旋轉(zhuǎn)精度 旋轉(zhuǎn)精度是指機(jī)床在空載低速旋轉(zhuǎn)時，主軸前端安裝工件或刀具部位的徑向和軸向跳動值滿足要求，目的是保證加工零件的幾何精度和表面粗糙度。 2） 剛度 指主軸組件在外力的作用下， 仍能保持一定工作精度的能力。剛度不足時，不僅影響加工精度和表面質(zhì)量，還容易引起振動，惡化傳動件和軸買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 承的工作條件。設(shè)計時應(yīng)在其它條件允許的條件下，盡量提高剛度值。 3） 抗振性 指主軸組件在切削過程中抵抗強(qiáng)迫振動和自激振動保持平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的能力?？拐裥灾苯佑绊懠庸け砻尜|(zhì)量和生產(chǎn)率，應(yīng)盡量提高。 4） 溫升和熱變形 溫升會引起機(jī)床部件熱變形，使主軸旋轉(zhuǎn)中心的相對位置發(fā)生變化，影響加工精度。并且溫度過高會改變軸承等元件的間隙、破壞潤滑條件，加速磨損。 5） 耐磨性 指長期保持其原始精度的能力。主要影響因素是材料熱處理、軸承類型和潤滑方 式。 根據(jù)本課題的設(shè)計任務(wù)要求，由于主軸的轉(zhuǎn)速并不是很高，所以在抗振性、溫升等方面不必重點考慮，而應(yīng)重點考慮加工中心的旋轉(zhuǎn)精度和剛性。但是在設(shè)計時仍應(yīng)綜合考慮以上幾項要求，注意吸收新技術(shù)，以獲得滿意的設(shè)計方案。 決上述問題的策略 旋轉(zhuǎn)精度主要取決于主軸、支承軸承、主軸箱上軸承座等的制造、裝配和調(diào)整精度。顯然，若要保證主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度，則必然對主軸支承軸頸的圓度、軸承滾道及滾子的圓度、主軸及其上的回轉(zhuǎn)零件的動平衡度、止推軸承的滾道及滾動體的誤差、以及對主軸的主要定心面的徑向跳動和軸向竄動等提出較高 的整體要求，特別要提高支承軸承的精度等級。要保證旋轉(zhuǎn)精度，通常應(yīng)盡量滿足以上要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 而對于主軸組件的剛度，實際上是主軸、軸承、軸承座等加工設(shè)計的綜合反映。主軸自身的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，滾動軸承的配置形式 (背靠背、面對面、同向、混合等 )、數(shù)量、類型、預(yù)緊等，以及支承的跨距、主軸前端的懸伸量等都將直接影響其剛度。為了保證機(jī)床的主軸具有足夠的剛度，通常應(yīng)盡量使主軸前端的懸伸量縮短，主軸直徑增大，并通過計算求出支承軸承間的最佳跨距、進(jìn)行預(yù)緊、采用合理的軸承及其相應(yīng)的配置形式等措施 6。 采用以上各種措施必然會使機(jī)床的 剛性及旋轉(zhuǎn)精度大幅度提高，但是，若盲目地全部采納上述措施，則一定會使機(jī)床的制造難度增大，成本增加。所以，在設(shè)計的時候，要綜合各項因素考慮。 2 方案擬定 工中心主軸組件的組成 主軸組件是由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動件和密封件等組成的。主軸的啟動、停止和變速等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的好壞對加工中心的性能有很大的影響，它決定著加工中心的切削性能、動態(tài)剛度、加工精度等。主軸內(nèi)部刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)是自動刀具交換 裝置的組成部分。 械系統(tǒng)方案的確定 軸傳動機(jī)構(gòu) 對于現(xiàn)在的機(jī)床主軸傳動機(jī)構(gòu)來說，主要分為齒輪傳動和同步帶傳買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 動。 齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一，應(yīng)用普遍，類型較多，適應(yīng)性廣。其傳遞的功率可達(dá)近十萬千瓦，圓周速度可達(dá) 齒輪傳動大多數(shù)為傳動比固定的傳動，少數(shù)為有級變速傳動。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 同步帶是嚙合傳動中唯一一種不需要 潤滑的傳動方式。在嚙合傳動中，它的結(jié)構(gòu)最簡單，制造最容易，最經(jīng)濟(jì)，彈性緩沖的能力最強(qiáng)，重量輕，兩軸可以任意布置，噪聲低。它的帶由專業(yè)廠商生產(chǎn)，帶輪自行設(shè)計制造，它在遠(yuǎn)距離、多軸傳動時比較經(jīng)濟(jì)。同步帶傳動時的線速度可達(dá)有時允許達(dá) ，傳動功率可達(dá) 傳動比可達(dá) 10 （有時允許達(dá) 20 ），傳動效率可 達(dá) 同步帶傳動的優(yōu)點是 9： a) 無滑動，能保證固定的傳動比； b) 預(yù)緊力較小，軸和軸承上所受的載荷??； c) 帶的厚度小，單位長度的質(zhì)量小，故允許的線速度較高； d) 帶的柔性好，故所用帶輪的直徑可以較小。 其主要缺點是安裝時中心距的要求嚴(yán)格。 由于齒輪傳動需要具備較多的潤滑條件，而且為了使主軸能夠達(dá)到一定的旋轉(zhuǎn)精度，必須選擇較好的工作環(huán)境，以防止外界雜物侵入。而同步帶傳動則避免了這些狀況，并且傳動效率和傳動比等都能符合課題的要求，故在本課題的主軸傳動方式中選擇同步帶傳動。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 軸進(jìn)給機(jī)構(gòu) 對于主軸的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，機(jī)床通常被設(shè)計為進(jìn)給電動機(jī)與絲杠直接傳動的形式。而絲杠所作的則是螺旋傳動，它能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動。 螺旋傳動按摩擦狀態(tài)通常分為滑動螺旋，滾動螺旋，滾滑螺旋以及液壓螺旋。如今在機(jī)床上通常采用的是滑動螺旋和滾動螺旋，下面就這兩類傳動方式進(jìn)行比 較，見表 表 動螺旋、滾動螺旋的特點與應(yīng)用場合 滑動螺旋 滾動螺旋 結(jié)構(gòu)示意圖 使用性能 (1) 摩 擦 系 數(shù) 大 ， 傳 動 效 率 低 ， 約%40%30 ； (1) 摩擦系數(shù)很 低，傳動效率高達(dá)%99 ； (2) 低速運行時有爬行或振動； (2) 低速運行時無爬行、振動； (3) 磨損大，使用壽命較短； (3) 耐磨性好，磨損極小； (4) 運轉(zhuǎn)時無噪聲。 (4) 高速運行有噪聲。 結(jié)構(gòu)工藝性 結(jié)構(gòu)簡單，加工及安裝精度要求較低。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工及安裝精度要求較高。 成 本 較低。 高，是滑動螺旋的 32 倍。 應(yīng)用場合 適用于中、高速的輕、中、重載荷，如一般機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。 適用于高、中、低速的輕、中 、重載荷，如數(shù)控、精密機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。 由于本課題中絲杠用于主軸垂直方向的進(jìn)給，所以對于高低速時運行買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 的穩(wěn)定性要求較高。故對比以上兩種螺旋傳動的特點，結(jié)合本課題的需求，故采用傳動效率高、磨損小、傳動平穩(wěn)的滾動螺旋傳動方式。 軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu) 主軸準(zhǔn)停裝置是換刀過程所要求的在加工中心上特有得裝置，也稱之為主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。由于刀具裝在主軸上，在切削時的切削轉(zhuǎn)矩不能完全靠錐孔的摩擦力來傳遞，因此通常在主軸前端設(shè)置一個凸鍵，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與此凸鍵對準(zhǔn)，為保證順利換刀，主軸必須停止在某一固 定的角度方向，主軸定向裝置就是為保證主軸換刀時準(zhǔn)確停止在換刀位置而設(shè)置的。 加工中心的主軸定向裝置有機(jī)械方式和電氣方式 (如磁力傳感器檢測定向 )兩種。 圖 械式主軸準(zhǔn)停裝置 1 無觸點開關(guān)； 2 感應(yīng)塊； 3 4 定位液壓缸； 5 定向滾輪； 6 定向活塞 圖 示為 主軸上固定一個 V 形槽定位盤，使 V 形槽與主軸上的端面鍵保持所需要的相對位置關(guān)系，其工作原買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 理為：準(zhǔn)停前主軸必須是處于停止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)接受到主軸準(zhǔn)停指令后，主軸電動機(jī) 以低速轉(zhuǎn)動，主軸箱內(nèi)齒輪換擋使主軸以低速旋轉(zhuǎn)，時間繼電器開始動作，并延時 4 6s，保證主軸轉(zhuǎn)穩(wěn)后接通無觸電開關(guān) 1 的電源，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)到圖示位置即 上的感應(yīng)塊 2與無觸點開關(guān) 1相接觸后發(fā)出信號，使主軸電動機(jī)停轉(zhuǎn)。另一延時繼電器延時 ，壓力油進(jìn)入定位液壓缸下腔，使定向活塞向左移動，當(dāng)定向活塞上的定向滾輪 5 頂入定位盤的 V 形槽內(nèi)時，行程開關(guān) 出信號，主軸準(zhǔn)停完成。若延時繼電器延時 1s 后行程開關(guān) 不發(fā)信號，說明準(zhǔn)停沒完成，需使定向活塞 6 后退，重新準(zhǔn)停。當(dāng)活塞桿向右移到位時，行程開關(guān) 退出凸輪定位盤凹槽的信號，此時主軸可啟動工作。 目前常采用的電氣方式有兩種，一種是利用主軸上光電脈沖發(fā)生器的同步脈沖信號；另一種是用磁力傳感器檢測定向，其工作原理如圖 圖 氣式主軸準(zhǔn)停 在主軸上安裝一個發(fā)磁體與主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離發(fā)磁體旋轉(zhuǎn)外軌跡 處固定一個磁傳感器，磁傳感器經(jīng)過放大器與主軸控制單元連接，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 當(dāng)主軸需要定向時，便可停止在調(diào)整好的位置上。這種定向方式結(jié)構(gòu)簡單，而發(fā)磁體的線速度可達(dá)到 500 m 以上。這種準(zhǔn)停裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)磁體與磁感傳感器間沒有接觸摩擦，準(zhǔn)停的定位精度可達(dá) 1 ，能滿足一般換刀要求。并且定向時間短，可靠性較高，所以應(yīng)用的比較廣泛。發(fā)磁體可安裝在一個圓盤的邊緣，但這對較精密的、高轉(zhuǎn)速加工中心主軸來說，由于需要較高的動平衡指標(biāo)，就不十分有利。另一種是將發(fā)磁體做成動平衡效果很好的圓盤，使用時只需要將圓盤整體裝在主軸上即可。在各種加工中心上采用什么形式的主軸定向裝置，要根據(jù)各自的約束條件來選擇 12。 本課題采用電氣式主軸準(zhǔn)停 裝置，此方式避免了機(jī)械裝置的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只需要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令信號，主軸就可以準(zhǔn)確地定向。 具自動夾緊機(jī)構(gòu) 在自動交換刀具時要求能自動松開和夾緊刀具。圖 為數(shù)控鏜銑床主軸組件機(jī)構(gòu)示意圖。 碟形彈簧 11 通過拉桿 7，雙瓣卡爪 5，在套筒 14 的作用下，將刀柄的尾端拉緊。當(dāng)換刀時，要求松開刀柄，此時，在主軸上端油缸的上腔 塞 12 的端部推動拉桿 7向下移動，同時壓縮碟形彈簧 11，當(dāng)拉桿 7下移到使雙瓣卡爪 5 的下端移出套筒 14時，在彈簧 6 的作用下，卡爪張開，噴氣頭 13 將刀柄頂松，刀具即可由機(jī)械 手拔出。待機(jī)械手將新刀裝入后，油缸 10 的下腔通入壓力油，活塞 12向上移，碟形彈簧伸長將拉桿 7和雙瓣 5拉著向上，雙瓣卡爪 5 重新進(jìn)入套筒 14，將刀柄拉緊。活塞 12 移動的兩個極限位置都有相應(yīng)的行程開關(guān)（ 用，作買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 為刀具松開和夾緊的回答信號。 圖 控鏜銑床主軸組件機(jī)構(gòu)示意圖 1 調(diào)整半環(huán)； 2 雙列園柱滾子軸承； 3 向心球軸承； 4， 9 調(diào)整環(huán)； 5 雙瓣卡爪； 6 彈簧； 7 拉桿； 8 向心推力球軸承； 10 油缸； 11 碟形彈簧； 12 活塞； 13 噴氣頭； 14 套筒 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 (a) (b) 圖 柄拉緊結(jié)構(gòu) 刀桿尾部的拉緊結(jié)構(gòu)，除上述的卡爪式以外，還有圖 示的彈簧夾頭結(jié)構(gòu)以 及圖 示的鋼 球拉緊機(jī)構(gòu)。 在本課題中，刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)借用如圖 用 氣壓缸夾緊方式，從而避免因油路堵塞等常見情況。而在拉桿處則采用 鋼球拉緊機(jī)構(gòu)，因為其加工簡單，并可以有效的拉緊刀桿。 屑清除機(jī)構(gòu) 自動清除主軸孔內(nèi)的灰塵和切屑是換刀過程的一個不容忽視的問題。如果主軸錐孔中落入了切屑，灰塵或其它污物，在拉緊刀桿時，錐孔表面和刀桿錐柄會被劃傷， 甚至?xí)沟稐U發(fā)生偏斜，破壞刀桿的正確定位，影響零件的加工精度，甚至?xí)沽慵顖髲U。為了保持主軸錐孔的清潔，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 常采用的方法是使用壓縮空氣吹屑。為了提高吹屑效率，噴氣小孔要有合理的噴射角度，并均勻布置 10。其工作原理圖可參考圖 服驅(qū)動系統(tǒng)方案的確定 控制用電動機(jī)是電氣伺服控制系統(tǒng)的動力部件，是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。由于其可在很寬的速度和負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)、精確地控制，因而在各種機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 控制用旋轉(zhuǎn)電動機(jī)按其工作原理可分為旋轉(zhuǎn)磁場型和旋轉(zhuǎn)電樞型。前者 有同步電動機(jī)（永磁）、步進(jìn)電動機(jī)（永磁）；后者有直流電動機(jī)（永磁）、感應(yīng)電動機(jī)（按矢量控制等效模型），具體地可細(xì)分為： 步進(jìn)電動機(jī)又稱為脈沖電動機(jī)。它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，即每當(dāng)電動機(jī)繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。由于其轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步，所以對于本課題所需的控制電動機(jī)而言，步進(jìn)電動機(jī)很難精確地確保主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度，故不適合。 直流伺服電動機(jī)通過電刷和換向器產(chǎn)生的整流作用，使磁場 磁動勢和電樞電流磁動勢正交，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。它具有較高的響應(yīng)速度、精度和頻 率，優(yōu)良的控制特性等優(yōu)點。但是由于使用電刷和換向器，故壽命較低，需要定期維修。所以不太適合用于主軸的主電機(jī)，但是可以用于進(jìn)給電動機(jī)。 由于交流伺服電動機(jī)具有直流伺服電動機(jī)的全部優(yōu)點，并且其不具備電刷和換向器，不需要定期維修。雖然在價格上交流伺服電動機(jī)較貴，但買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 是由于其性能可靠、精度好，所以正在逐步取代直流電動機(jī)的地位。故在本課題的主電機(jī)選用中選擇交流伺服電動機(jī)。 各種伺服電動機(jī)的特點及應(yīng)用舉例見表 表 服 電動機(jī)的特點及 應(yīng)用實例 19 種類 主要特點 應(yīng)用實例 1. 高響應(yīng)特性； 2. 高功率密度（體積小、重量輕）； 3. 可實現(xiàn)高精度數(shù)字控制； 4. 接觸換向部件（電刷與換向器）需要維護(hù)； 5. 不能高速大扭矩工作。 械、機(jī)器人、計算機(jī)外圍設(shè)備、辦公機(jī)械、音響和音像設(shè)備、計測機(jī)械等 1. 具有 2. 對定于電流的激勵分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制； 3. 具有良好的性價比； 4. 堅固耐用免維修。 器人等 步進(jìn)電動機(jī) 1. 轉(zhuǎn)角與控制脈沖數(shù) 成比例，可構(gòu)成直接數(shù)字控制； 2. 工作狀態(tài)不受干擾； 3. 步距角有誤差； 4. 高速易失步，低速易振蕩 。 計算機(jī)外圍設(shè)備、辦公機(jī)械、數(shù)控裝置 工中心主軸組件總體設(shè)計方案的確定 綜合 中的方案，本課題的總體設(shè)計方案現(xiàn)確定如下： 由于同步帶無滑動，能保證固定的傳動比，且傳動效率高，允許的線速度較高，無需安置在很良好的工作環(huán)境中，所以在主軸傳動方式中選擇買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 同步帶傳動。但是需要注意的是同步帶的安裝具有嚴(yán)格的要求。 在主軸的進(jìn)給運動中，采用滾珠絲杠。其耐磨性好、磨損小，低速運行時無爬行、 無振動，能夠很好地確保 Z 軸的進(jìn)給精度。 由于加工中心具備自動換刀功能，所以在主軸組件中還應(yīng)有主軸準(zhǔn)停裝置、刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)以及切屑清除機(jī)構(gòu)。在本課題中，主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)采用磁 力傳感器檢測定向，其不僅能夠使主軸停止在調(diào)整好的位置上，而且能夠檢測到主軸的轉(zhuǎn)速，并在加工中心的操控面板上顯示出來，方便機(jī)床操作者調(diào)整轉(zhuǎn)速。 在換刀過程中，刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)也是不可獲缺的一部分。它控制著刀桿的松緊，使刀具在加工時能緊緊地固定在主軸上，在換刀時能輕松地卸載。本課題采用了液壓缸運行的方式，通過活塞、拉桿、拉釘?shù)纫幌盗性倪\動來 達(dá)到刀桿的松緊目的。同時，為了減少液壓推力對主軸支承的磨損，在主軸的內(nèi)部設(shè)置了一段碟形彈簧，使活塞對拉桿的作用起到一個緩沖的作用。同時，在換刀過程中，活塞及拉桿的內(nèi)部將被加工成中空狀。其間將通入一定的壓縮空氣來清除切屑。使刀桿和主軸始終具有很好的配合精度。 在伺服系統(tǒng)中，本課題在進(jìn)給系統(tǒng)中選用直流伺服電動機(jī)，而在主運動系統(tǒng)中則選用交流伺服電動機(jī)。由于交流伺服電動機(jī)具有電刷和換向器，需要常常維修，故不適合于主運動系統(tǒng)中。 圖 示為本課題主軸組件結(jié)構(gòu)示意圖。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 軸組件結(jié)構(gòu)示意圖 1 刀架； 2 拉釘； 3 主軸； 4 拉桿； 5 碟形彈簧； 6 活塞； 7 液壓缸； 8、 10 行程開關(guān)； 9 壓縮空氣管接頭； 11 彈簧； 12 鋼球； 13 端面鍵 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 主軸組件的主運動部件 軸電動機(jī)的選用 電機(jī)功率估算 (1) 計算主銑削力切6： （ 式中：切F 銑削力，即主切削力（切向圓周分 力）， N 銑削深度， 每齒進(jìn)給量， 銑削寬度， 0d 銑刀直徑， Z 銑刀齒數(shù) 銑削力修正系數(shù)， b 工件材料抗拉強(qiáng)度， 已知：高速鋼刀具；刀具前角 150；主偏角 60K；工件材料為275 碳鋼；每齒進(jìn)給量 f ；刀具直徑為 齒數(shù)8Z ；工件寬度 2 ，切削深度 將上述各條件代入公式（ 則主切削力為 切削速度 6 m i i m a xm i nm a x 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 (2) 主電機(jī)功率估算 6 銑削功率 50204660000 m a x 切 主電機(jī)功率 1 式中：m 機(jī)床主傳動系統(tǒng)傳動效率。滾珠軸承傳動效率 ，同步帶傳動效率 電機(jī)選型 利用交流伺服系統(tǒng)可進(jìn)行精密定位控制，可作為 業(yè)機(jī)器人等的執(zhí)行元件。 流主軸電機(jī) S 系列從 37分 13種。它的特點是轉(zhuǎn)速高、輸出功率大、性能可靠、精度好、振動小、噪音低，既適合于高速切削又適合于低速重切削。該系 列可應(yīng)用在各種類型的數(shù)控機(jī)床上。根據(jù)主電機(jī)功率 ，故本課題選用 S 型號 6。其主要技術(shù)參數(shù)如下： a) 額定輸出功率： b) 最高速度： 000 r ； c) 額定輸出轉(zhuǎn)矩： d) 轉(zhuǎn)子慣量： 2022.0 。 軸 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 主軸的主要參數(shù)是指：主軸前軸頸直徑 1D ；主軸內(nèi)孔徑 d ；主軸懸伸量 a 和主軸支承跨距 l ，見圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 軸主要參數(shù)示意圖 軸軸徑的確定 主軸軸徑通常指主軸前軸頸的直徑，其對于主軸部件剛度影響較大。加大直徑 D ，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引起的軸端位移，從 而提高主軸部件剛度。但加大直徑受到軸承 的限制，同時造成相配零件尺寸加大、制造困難、結(jié)構(gòu)龐大和重量增加等，因此在滿足剛度要求下應(yīng)取較小值。 設(shè)計時主要用類比分析的方法來確定主軸前軸頸直徑 1D 。加工中心