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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 數(shù)控加工中心主軸立柱部件設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械電子工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械電子工程 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 1 摘 要 加工中心由于備有刀庫(kù)并能自定更換刀具，使得工件在一次裝夾中可以完成多種工 序的加工。加工中心一般不需要人為加工。當(dāng)機(jī)床開(kāi)始執(zhí)行程序后，它將一直運(yùn)行到程 序結(jié)束后。加工中心還賦予了專(zhuān)業(yè)化車(chē)間一些諸多優(yōu)點(diǎn)：降低機(jī)床的故障率，提高生產(chǎn) 效率，縮短檢驗(yàn)時(shí)間，降低刀具成本，改善庫(kù)存量等。由于加工中心的眾多優(yōu)勢(shì)，所以 它深受全球制造企業(yè)的青睞。 加工中心主要有主軸組件、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、移動(dòng)工作臺(tái)、刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置以及其他 機(jī)械功能部件

2、組成。其中的主軸組件是機(jī)床的重要組成部件，其運(yùn)行性直接影響機(jī)床加 工精度與表面粗糙度。本文在查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究分析不同加工中 心主軸組件結(jié)構(gòu)方案。同時(shí)，還就主軸、軸承以及絲杠等重要零件的機(jī)械性進(jìn)行了探討， 并對(duì)這些零件的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行了校核。此外，本設(shè)計(jì)中所采用的陶瓷軸承能有效的增 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、導(dǎo)軌 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 Abstract Machining center with the sword and library because the tools for change, making t

3、he workpiece in a fixture in various process can be completed in the processing. Processing center generally do not need to artificial processing. When machine start executing the program, it will run until after the end of the program. Processing center also endowed with professional workshop some

4、many advantages: reduce machine failure rates and improve production efficiency, shorten test time and lower cost cutting tools, improve inventory, etc. Because of the many advantages processing center, so it by global manufacturing enterprises favor. Processing center main have spindle component, r

5、otary worktable, mobile workstation, library and automatically change the knife knife device and other mechanical function. Parts. One of the spindle component of machine tool is an important component parts, its operation sex directly affect machining precision machine tools and surface roughness.

6、This paper in consulting a large number of domestic and foreign literatures, and on the basis of different processing by study and analysis center spindle component structure scheme. At the same time, it is main spindle, bearing and ball screw, and other important parts of the machinery is discussed

7、, and the parts of the stiffness and strength for a check. In addition, the design of the ceramic bearing can effectively increase the stiffness of the spindle, so as to increase the processing center of reliability and stability. Keywords: spindle component, processing center, nc machine tools 畢業(yè)設(shè)計(jì)

8、說(shuō)明書(shū) 4 目錄 1 前 言 .2 1.1 本課題提出的背景 .2 1.2 設(shè)計(jì)題目 .2 1.3 數(shù)控加工中心主軸立柱部件設(shè)計(jì)的意義及目的 .3 1.4 數(shù)控加工中心主軸立柱部件設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容 .3 1.5 數(shù)控加工中心主軸設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)及圖紙要求 .3 1.6 數(shù)控加工中心的特點(diǎn) .4 1.7 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)研究概 .5 2 數(shù)控加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu) .6 2.1 數(shù)控加工中心的組成及工作原理 .6 2.2 加工中心的分類(lèi) .7 2.3 加工中心的構(gòu)成 .8 3 數(shù)控加工中心主軸部件設(shè)計(jì)總方案的確定 .9 3.1 主軸端部的結(jié)構(gòu)形式 .9 32 主軸軸承的選擇 .9 3.3 滾動(dòng)軸承的間隙與預(yù)緊

9、 .9 3.4 滾動(dòng)軸承的精度 .9 3.5 主軸軸承的支撐形式 .9 3.6 主軸的準(zhǔn)停 .11 4 立式加工中心垂直工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)鏈方案選擇 .12 4.1 機(jī)床對(duì)垂直工作臺(tái)的要求 .12 4.2 垂直工作臺(tái)的組成結(jié)構(gòu)選型 .12 4.2.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的組成 .12 4.2.2 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分方案確定 .13 5 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) .15 5.1 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) .15 6 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .18 61 箱體的材料 .18 62 箱體的結(jié)構(gòu) .18 7 總 結(jié) .18 致 謝 .20 參考文獻(xiàn) .21 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 1 前 言 1.1 本課題提出的背景 加工中心最初是從數(shù)控銑床發(fā)展而

10、來(lái)的。第一臺(tái)加工中心是 1958 年由美國(guó)卡尼- 特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)換刀裝置，從而 實(shí)現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進(jìn)行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。 二十世紀(jì) 70 年代以來(lái)，加工中心得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心，它備 有多個(gè)可以自動(dòng)更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對(duì)工件同時(shí)進(jìn)行多孔加工。機(jī)械制造 技術(shù)是研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、加工制造、銷(xiāo)售使用、維修服務(wù)乃至回收再生的整個(gè)過(guò)程 的工程學(xué)科，是以提高質(zhì)量、效益、競(jìng)爭(zhēng)力為目標(biāo)，包含物質(zhì)流、信息流和能量流的完 整的系統(tǒng)工程。 2009 年 3 月在上海舉行的“中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)”上，展出

11、了多臺(tái)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的五軸 加工中心。如濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)公司展出的龍門(mén)式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，工作臺(tái)長(zhǎng) 6m,寬 2m，采用立式主軸回轉(zhuǎn)，A 軸轉(zhuǎn)角100 度，C 軸轉(zhuǎn)角200 度，這個(gè)龐然大物吸引了許 多參觀者，它標(biāo)志著中國(guó)數(shù)控機(jī)床工業(yè)達(dá)到了先進(jìn)水平。上海第三機(jī)床廠、第四機(jī)床廠 制造的立臥加工中心，工作臺(tái) 630mm2，采用高速內(nèi)冷電主軸，主軸可立、臥轉(zhuǎn)換，工作 臺(tái)可以 360 度等分，類(lèi)似于上述簡(jiǎn)單配置為立、臥轉(zhuǎn)換的三軸加工中心，可對(duì)工件實(shí)現(xiàn) 五面體加工，盡管還沒(méi)有配置五軸，也非常實(shí)用。 現(xiàn)在加工中心逐漸成為機(jī)械加工業(yè)中最主要的設(shè)備，它加工范圍廣，使用量大。近 年來(lái)在品種、性能、功能方面有很大的發(fā)展。

12、品種：有新型的立、臥五軸聯(lián)動(dòng)加工中心， 可用于航空、航天零件加工；有專(zhuān)門(mén)用于模具加工的高性能加工中心，集成三維 CAD/CAM 對(duì)模具復(fù)雜的曲面超精加工；有適用于汽車(chē)、摩托車(chē)大批量零件加工的高速加工中心， 生產(chǎn)效率高且具備柔性化。性能：普遍采用了萬(wàn)轉(zhuǎn)以上的電主軸，最高可達(dá) 610 萬(wàn)轉(zhuǎn)； 直線電機(jī)的應(yīng)用使機(jī)床加速度達(dá)到了 3-5g；執(zhí)行 ISO/VDI 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，促使制造商提高加 工中心的雙向定位精度。功能：糅合了激光加工的復(fù)合功能，結(jié)構(gòu)上適合于組成模塊式 制造單元(FMC)和柔性生產(chǎn)線(FMS)，并具有機(jī)電、通訊一體化功能。 1.2 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)題目為：數(shù)控加工中心主軸立柱部件設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)

13、計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 1.3 數(shù)控加工中心主軸立柱部件設(shè)計(jì)的意義及目的 采用 Pro/E，進(jìn)行數(shù)控加工中心主軸的設(shè)計(jì)，這是機(jī)械制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生一次較為完 整的自主設(shè)計(jì)。通過(guò)這樣一個(gè)設(shè)計(jì)，優(yōu)化數(shù)控加工中心主軸的結(jié)構(gòu)，改善各系統(tǒng)的功能 并將其大量運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中，提高生產(chǎn)質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)也可以把機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、 數(shù)控技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、工程圖學(xué)等專(zhuān)業(yè)課程中獲得的理論知識(shí)在實(shí)際中綜合地 運(yùn)用，以及熟練掌握 AutoCAD 和 PRO-E 這兩個(gè)當(dāng)下十分熱門(mén)的繪圖軟件的運(yùn)用，培養(yǎng)自 己獨(dú)立的機(jī)械設(shè)計(jì)能力，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，熟練

14、應(yīng)用有關(guān)參考資料、手冊(cè)、圖冊(cè)和 規(guī)范，熟悉有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)，掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，完成一個(gè) 工程技術(shù)人員所具備的基本技能，為以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。 1.4 數(shù)控加工中心主軸立柱部件設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容 1.5 數(shù)控加工中心主軸設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)及圖紙要求 1、撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告； 2、確定總體方案，繪制三維零件圖及總體裝配圖； 1 工作臺(tái)尺寸 350350 2 工作臺(tái)最大承重 40Kg 3 X 軸行程 500mm 4 Y 軸行程 300mm 5 Z 軸行程 500mm 6 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)（C 軸） 360 7 主軸頭擺動(dòng)（A 軸） 90 8 工作臺(tái)進(jìn)給速度 1150mm/min 9 主軸軸孔

15、 BT40 10 數(shù)控系統(tǒng) 華興數(shù)控 HNC-21M 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 3、進(jìn)行必要的匹配計(jì)算，選擇適當(dāng)?shù)脑骷?4、關(guān)鍵零件二維圖設(shè)計(jì) 5、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1.5 萬(wàn)字。內(nèi)含設(shè)計(jì)方案選擇過(guò)程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)計(jì)算、 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。A4 紙，小四號(hào)宋體打印。要求計(jì)算正確，書(shū)寫(xiě)工整，字句通順， 簡(jiǎn)圖清晰。符合南京林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范 1.6 數(shù)控加工中心的特點(diǎn) （1）機(jī)床的剛度高、抗振性好 為了滿(mǎn)足加工中心高自動(dòng)化、高速度、高精度、高 可靠性的要求，加工中心的靜剛度、動(dòng)剛度和機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的阻尼比都高于普通機(jī)床(機(jī) 床在靜態(tài)力作用下所表現(xiàn)的剛度稱(chēng)為機(jī)床的靜剛度；機(jī)床在動(dòng)態(tài)力作用下所表

16、現(xiàn)的剛度 稱(chēng)為機(jī)床的動(dòng)剛度)。 （2）機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳遞精度高，速度快 加工中心傳動(dòng)裝置主要有三 種，即滾珠絲杠副；靜壓蝸桿-蝸母條；預(yù)加載荷雙齒輪-齒條。它們由伺服電機(jī)直接驅(qū) 動(dòng)，省去齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳遞精度高，速度快。一般速度可達(dá) 15mmin，最高可達(dá) 100mmin； （3）主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)齒輪箱變速系統(tǒng)(特殊的也只保留 12 級(jí)齒輪傳動(dòng)) 主 軸功率大，調(diào)速范圍寬，并可無(wú)級(jí)調(diào)速。目前加工中心 95以上的主軸傳動(dòng)都采用交流 主軸伺服系統(tǒng)，速度可從 1020000rmin 無(wú)級(jí)變速。驅(qū)動(dòng)主軸的伺服電機(jī)功率一般都 很大，是普通機(jī)床的 12 倍，由于采用交流伺服主軸系統(tǒng)，主軸電動(dòng)

17、機(jī)功率雖大，但輸 出功率與實(shí)際消耗的功率保持同步，不存在大馬拉小車(chē)那種浪費(fèi)電力的情況，因此其工 作效率最高，從節(jié)能角度看，加工中心又是節(jié)能型的設(shè)備； （4）加工中心的導(dǎo)軌都采用了耐磨損材料和新結(jié)構(gòu) 能長(zhǎng)期的保持導(dǎo)軌的精度，在 高速重切削下，保證運(yùn)動(dòng)部件不振動(dòng)，低速進(jìn)給時(shí)不爬行及運(yùn)動(dòng)中的高靈敏度。導(dǎo)軌采 用鋼導(dǎo)軌、淬火硬度HRC ，與導(dǎo)軌配合面用聚四氟乙烯貼層。這樣處理的優(yōu)點(diǎn)：a摩 擦系數(shù)?。籦耐磨性好；c.減振消聲；d工藝性好。所以加工中心的精度壽命比一般 的機(jī)床高； （5）設(shè)置有刀庫(kù)和換刀機(jī)構(gòu) 這是加工中心與數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床的主要區(qū)別，使 加工中心的功能和自動(dòng)化加工的能力更強(qiáng)了。加工中心的

18、刀庫(kù)容量少的有幾把，多的達(dá) 幾百把。這些刀具通過(guò)換刀機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)用和更換，也可通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)刀具壽命進(jìn)行管 理； （6）控制系統(tǒng)功能較全 它不但可對(duì)刀具的自動(dòng)加工進(jìn)行控制，還可對(duì)刀庫(kù)進(jìn)行控 制和管理，實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)交換。有的加工中心具有多個(gè)工作臺(tái)，工作臺(tái)可自動(dòng)交換，不 但能對(duì)一個(gè)工件進(jìn)行自動(dòng)加工，而且可對(duì)一批工件進(jìn)行自動(dòng)加工。這種多工作臺(tái)加工中 心有的稱(chēng)為柔性加工單元。隨著加工中心控制系統(tǒng)的發(fā)展，其智能化的程度越來(lái)越高， 如 FANUCl6 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)、在線自動(dòng)編程，通過(guò)彩色顯示器與手動(dòng)操作鍵盤(pán)的配 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 合，還可實(shí)現(xiàn)程序的輸入、編輯、修改、刪除，具有前臺(tái)操作、后臺(tái)編輯的前后

19、臺(tái)功能。 加工過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，檢測(cè)出的偏差可自動(dòng)修正，保證首件加工一次成功，從而 可以防止廢品的產(chǎn)生。 1.7 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)研究概 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化，制造業(yè)向著高、精、尖方向發(fā)展，特別是汽車(chē)、船 舶、紡織、電子技術(shù)、航空航天的迅猛發(fā)展，對(duì)機(jī)床的精度和生產(chǎn)效率要求也越來(lái)越高， 主軸轉(zhuǎn)速 12 000r/min 以上、快移速度大于 40m/min 的高效高精機(jī)床已經(jīng)是機(jī)床行業(yè)流 興的趨勢(shì)。 立式加工中心五軸聯(lián)動(dòng)的趨勢(shì) 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高，專(zhuān)門(mén)用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床， 這種機(jī)床系統(tǒng)對(duì)一個(gè)國(guó)家的航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)，有著 舉足輕重的影

20、響力。 機(jī)床的復(fù)合化，與機(jī)器人的有效結(jié)合提高了生產(chǎn)效率 為了提高生產(chǎn)效率，最大限度降低生產(chǎn)成本，把工業(yè)機(jī)器人同機(jī)床有效地結(jié)合在一起， 讓機(jī)器人從事簡(jiǎn)單而且重復(fù)的勞動(dòng)不但可以節(jié)省大筆的人工費(fèi)用，同時(shí)，機(jī)器人不會(huì)疲 勞且不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，因而對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定起到了很大的作用。 機(jī)床更注重細(xì)節(jié)處理和環(huán)境保護(hù) “綠色生態(tài)機(jī)床”是近年來(lái)機(jī)床行業(yè)的一種發(fā)展趨 勢(shì)，其強(qiáng)調(diào)了機(jī)床、環(huán)境、人三者之間的關(guān)系，目地是大幅度提高機(jī)床生產(chǎn)效率的同時(shí) 降低對(duì)環(huán)境的影響和對(duì)操作者健康的危害。 機(jī)床行業(yè)加工中心發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)走勢(shì)情況 過(guò)去五軸加工中心多為德國(guó)、美國(guó)、日本、意大利制造，令人欣喜的是今年 3 月在上海 舉行的“中國(guó)數(shù)

21、控機(jī)床展覽會(huì)”上，展出了多臺(tái)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的五軸加工中心。如濟(jì)南二機(jī) 床集團(tuán)公司展出的龍門(mén)式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，工作臺(tái)長(zhǎng) 6m,寬 2m，采用立式主軸回轉(zhuǎn)，A 軸轉(zhuǎn)角100 度，C 軸轉(zhuǎn)角200 度，這個(gè)龐然大物吸引了許多參觀者，它標(biāo)志著中國(guó)數(shù) 控機(jī)床工業(yè)達(dá)到了先進(jìn)水平。上海第三機(jī)床廠、第四機(jī)床廠制造的立臥加工中心，工作 臺(tái) 630mm2，采用高速內(nèi)冷電主軸，主軸可立、臥轉(zhuǎn)換，工作臺(tái)可以 360 度等分，類(lèi)似于 上述簡(jiǎn)單配置為立、臥轉(zhuǎn)換的三軸加工中心，可對(duì)工件實(shí)現(xiàn)五面體加工，盡管還沒(méi)有配 置五軸，也非常實(shí)用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 現(xiàn)在加工中心逐漸成為機(jī)械加工業(yè)中最主要的設(shè)備，它加工范圍廣，使用量大。近

22、 年來(lái)在品種、性能、功能方面有很大的發(fā)展。品種：有新型的立、臥五軸聯(lián)動(dòng)加工中心， 可用于航空、航天零件加工；有專(zhuān)門(mén)用于模具加工的高性能加工中心，集成三維 CAD/CAM 對(duì)模具復(fù)雜的曲面超精加工；有適用于汽車(chē)、摩托車(chē)大批量零件加工的高速加工中心， 生產(chǎn)效率高且具備柔性化。性能：普遍采用了萬(wàn)轉(zhuǎn)以上的電主軸，最高可達(dá) 610 萬(wàn)轉(zhuǎn)； 直線電機(jī)的應(yīng)用使機(jī)床加速度達(dá)到了 3-5g；執(zhí)行 ISO/VDI 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，促使制造商提高加 工中心的雙向定位精度。功能：糅合了激光加工的復(fù)合功能，結(jié)構(gòu)上適合于組成模塊式 制造單元(FMC)和柔性生產(chǎn)線(FMS)，并具有機(jī)電、通訊一體化功能。 領(lǐng)先一步的機(jī)床制造商正在

23、構(gòu)想 2010 年的“加工中心” ，它將是萬(wàn)能型的設(shè)備，可 用于車(chē)、銑、磨、激光加工等，成為真正意義上的加工中心。全自動(dòng)地從材料送進(jìn)，到 成品產(chǎn)出，粗精加工、淬硬處理、超精加工，自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)校正，將無(wú)所不能。設(shè)備 將重視環(huán)保、節(jié)能，呈現(xiàn)出綠色制造業(yè)的標(biāo)志。21 世紀(jì)時(shí)代特征的 IT 功能是絕對(duì)不可少 的，設(shè)備將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與外界交換信息，獲得最新的技術(shù)成果，人類(lèi)的智慧將在高科技產(chǎn) 品加工中心上得到充分的展現(xiàn)。 2 數(shù)控加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu) 2.1 數(shù)控加工中心的組成及工作原理 數(shù) 控 加 工 中 心 是 一 種 帶 有 刀 庫(kù) 并 能 自 動(dòng) 更 換 刀 具 ， 對(duì) 工 件 能 夠 在 一 定 的

24、 范 圍 內(nèi) 進(jìn) 行 多 種 加 工 操 作 的 數(shù) 控 機(jī) 床 。 在 加 工 中 心 上 加 工 零 件 的 特 點(diǎn) 是 ： 被 加 工 零 件 經(jīng) 過(guò) 一 次 裝 夾 后 ， 數(shù) 控 系 統(tǒng) 能 控 制 機(jī) 床 按 不 同 的 工 序 自 動(dòng) 選 擇 和 更 換 刀 具 ； 自 動(dòng) 改 變 機(jī) 床 主 軸 轉(zhuǎn) 速 、 進(jìn) 給 量 和 刀 具 相 對(duì) 工 件 的 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 及 其 它 輔 助 功 能 ， 連 續(xù) 地 對(duì) 工 件 各 加 工 面 自 動(dòng) 地 進(jìn) 行 鉆 孔 、 锪 孔 、 鉸 孔 、 鏜 孔 、 攻 螺 紋 、 銑 削 等 多 工 序 加 工 。 由 于 加 工 中 心

25、 能 集 中 地 、 自 動(dòng) 地 完 成 多 種 工 序 ， 避 免 了 人 為 的 操 作 誤 差 、 減 少 了 工 件 裝 夾 、 測(cè) 量 和 機(jī) 床 的 調(diào) 整 時(shí) 間 及 工 件 周 轉(zhuǎn) 、 搬 運(yùn) 和 存 放 時(shí) 間 ， 大 大 提 高 了 加 工 效 率 和 加 工 精 度 ， 所 以 具 有 良 好 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。 加 工 中 心 按 主 軸 在 空 間 的 位 置 可 分 為 立 式 加 工 中 心 與 臥 式 加 工 中 心 。 工件在加工中心上經(jīng) 一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序，自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī) 床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌

26、跡及其他輔助機(jī)能，依次完成工件幾個(gè)面 上多工序的加工。并且有多種換刀或選刀功能，從而使生產(chǎn)效率大大提高。 加工中心由于工序的集中和自動(dòng)換刀，減少了工件的裝夾、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整等時(shí)間， 使機(jī)床的切削時(shí)間達(dá)到機(jī)床開(kāi)動(dòng)時(shí)間的 80左右(普通機(jī)床僅為 1520)；同時(shí)也減少 了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果。加 工中心適用于零件形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 2.2 加工中心的分類(lèi) 按加工工序分類(lèi)，可分為兩大 （1） 鏜銑（2）車(chē)銑 （2） 按換刀形式分類(lèi) 1）帶刀庫(kù)、機(jī)械手的加工中心 該加工中心的換刀裝置(Autom

27、aticToolChanger)是由刀庫(kù)和機(jī)械手組成的，并由 機(jī)械手來(lái)完成換刀工作。這是加工中心最普遍采用的形式，JCS018A 型立式加工中心就 屬于這一類(lèi)。 2）無(wú)機(jī)械手的加工中心 無(wú)機(jī)械手的加工中心的換刀是通過(guò)刀庫(kù)和主軸箱的配合動(dòng)作來(lái)完成的，一般是 采用把刀庫(kù)放在主軸箱可以運(yùn)動(dòng)到的位置，或者是整個(gè)刀庫(kù)或某一刀位能移動(dòng)到主軸箱 可以到達(dá)的位置的辦法。刀庫(kù)中刀具存放位置方向與主軸裝刀方向一致。換刀時(shí)，主軸 運(yùn)動(dòng)到刀位上的換刀位置，由主軸直接取走或放回刀具。采用 40 號(hào)以下刀柄的小型加工 中心多為這種無(wú)機(jī)械手式的，XH754 型臥式加工中心就是這一類(lèi)型。 3）轉(zhuǎn)塔刀庫(kù)式加工中心 小型立式加工

28、中心一般采用轉(zhuǎn)塔刀庫(kù)形式，它主要以孔加工為主。ZH5120 型立式 鉆削加工中心就是轉(zhuǎn)塔刀庫(kù)式加工中心。 按數(shù)控系統(tǒng)分類(lèi) 按數(shù)控系統(tǒng)的不同有兩種分類(lèi)方法：一種可分為兩坐標(biāo)加工中心、三坐標(biāo)加工中心 和多坐標(biāo)加工中心；另一種可分為半閉環(huán)加工中心和全閉環(huán)加工中心。 按控制軸數(shù)分類(lèi) 按控制軸數(shù)可分為： （1）三軸加工中心 （2）四軸加工中心 （3）五軸加工中心。 按主軸與工作臺(tái)相對(duì)位置分類(lèi) (1)臥式加工中心 是指主軸軸線與工作臺(tái)平行設(shè)置的加工中心，主要適用于加工箱 體類(lèi)零件。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 臥式加工中心一般具有分度轉(zhuǎn)臺(tái)或數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，可加工工件的各個(gè)側(cè)面；也可作 多個(gè)坐標(biāo)的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，以便加工復(fù)雜的

29、空間曲面。 (2)立式加工中心 是指主軸軸線與工作臺(tái)垂直設(shè)置的加工中心，主要適用于加工板 類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、模具及小 型殼體類(lèi)復(fù)雜零件。 立式加工中心一般不帶轉(zhuǎn)臺(tái)，僅作頂面加工。 此外，還有帶立、臥兩個(gè)主軸的復(fù)合式加工中心，和主軸能調(diào)整成臥軸或立軸 的立臥可調(diào)式加工中心，它們能對(duì)工件進(jìn)行五個(gè)面的加工。 (3)萬(wàn)能加工中心(又稱(chēng)多軸聯(lián)動(dòng)型加工中心) 是指通過(guò)加工主軸軸線與工作臺(tái)回轉(zhuǎn) 軸線的角度可控制聯(lián)動(dòng)變化，完成復(fù)雜空間曲面加工的加工中心。適用于具有復(fù)雜空間 曲面的葉輪轉(zhuǎn)子、模具、刃具等工件的加工。 多工序集中加工的形式擴(kuò)展到了其他類(lèi)型數(shù)控機(jī)床，例如車(chē)削中心，它是在數(shù)控車(chē) 床上配置多個(gè)自動(dòng)換刀裝置，能控

30、制三個(gè)以上的坐標(biāo)，除車(chē)削外，主軸可以停轉(zhuǎn)或分度， 而由刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行銑削、鉆削、鉸孔和攻絲等工序，適于加工復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)體零件。 2.3 加工中心的構(gòu)成 加工中心有各種類(lèi)型，雖然外形結(jié)構(gòu)各異，但總體上是由以下幾大部分組成。 （1 ） 基礎(chǔ)部件 由床身、立柱和工作臺(tái)等大件組成，它們是加工中心結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)部件。這些大件 有鑄鐵件，也有焊接的鋼結(jié)構(gòu)件，它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時(shí)的切削負(fù) 載，因此必須具備更高的靜動(dòng)剛度，也是加工中心中質(zhì)量和體積最大的部件。 （2 ）主軸部件 由主軸箱、主袖電動(dòng)機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動(dòng)、停止等動(dòng)作和 轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過(guò)裝在主軸上的刀具進(jìn)行

31、切削。主軸部件是切削加工的功 率輸出部件，是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的好壞，對(duì)加工中心的性能有很大的影響。 （3 ）數(shù)控系統(tǒng) 由 CNC 裝置、可編程序控制器、伺眼驅(qū)動(dòng)裝置以及電動(dòng)機(jī)等部分組成是加工中心 執(zhí)行順序控制動(dòng)作和控制加工過(guò)程的中心 （4 ） 自動(dòng)換刀裝置 （ATC ） 加工中心與一般數(shù)控機(jī)床的顯著區(qū)別是具有對(duì)零件進(jìn)行多工序加工的能力，有一套 自動(dòng)換刀裝置。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 3 數(shù)控加工中心主軸部件設(shè)計(jì)總方案的確定 3.1 主軸端部的結(jié)構(gòu)形式 主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，在設(shè)計(jì)要求上，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、安 裝可靠、聯(lián)結(jié)牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形

32、狀都已標(biāo)準(zhǔn)化， 圖 30 所示為普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床所通用的幾種主軸端部的結(jié)構(gòu)形式。 32 主軸軸承的選擇 于加工中心和高速數(shù)控加工中心的大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速和高精密度的要求，普通的主軸 雙聯(lián)軸承已滿(mǎn)足不了要求?，F(xiàn)在對(duì)于高速加工中心，大多采用角接觸球軸承的組合設(shè)計(jì)。 因?yàn)榻墙佑|球軸承可以同時(shí)承受徑向和一個(gè)方向的軸向載荷，允許的極限轉(zhuǎn)速較高 3.3 滾動(dòng)軸承的間隙與預(yù)緊 滾動(dòng)軸承存在較大間隙時(shí)，載荷將集中作用于受力方向上的少數(shù)滾動(dòng)體上，使得軸 承剛度下降，承載能力下降，旋轉(zhuǎn)精度變差。將滾動(dòng)軸承進(jìn)行適當(dāng)預(yù)緊，使?jié)L動(dòng)體與內(nèi) 外圈滾道在接觸處產(chǎn)生一定量的預(yù)變形，就可使受載后承載的滾動(dòng)體數(shù)量增多，受力趨 向均勻

33、，從而提高軸承承載能力和剛度，有利于減少主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移，提高旋轉(zhuǎn)精 度。但過(guò)盈量不宜太大，否則會(huì)使軸承的摩擦磨損加劇，承載能力顯著下降。公差等級(jí)、 軸承類(lèi)型和工作條件不同的主軸組件，其軸承所需的預(yù)緊量各有所不同。因此，主軸組 件必須具備軸承間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。 3.4 滾動(dòng)軸承的精度 主軸部件所用滾動(dòng)軸承的精度有高級(jí) E、精密級(jí) D、特精級(jí) C 和超精級(jí) B。前支撐的 精度一般比后支撐的精度高一級(jí)，也可以用相同的精度等級(jí)。普通精度的機(jī)床通常前支 撐取 C，D 級(jí)，后支撐用 D，E 級(jí)。特高精度的機(jī)床前后支撐均用 B 級(jí)。 3.5 主軸軸承的支撐形式 主軸軸承的支撐形式主要取決于主軸轉(zhuǎn)速特性的速

34、度因素和對(duì)主軸剛度的要求。主 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 軸軸承常見(jiàn)的支撐形式有以下三種， 圖 31 主軸軸承常見(jiàn)的支撐形式 (a)形式一；(b)形式二；(c)形式三 （1）前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和 60角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支撐 采用成對(duì)向心推力球軸承， 此配置可提高主軸的綜合剛度，滿(mǎn)足強(qiáng)力切削的要求。它 普遍用于各類(lèi)數(shù)控機(jī)床主軸。 （2）前支撐采用高精度雙列向心推力球軸承 向心推力軸承有良好的高速性，主軸最高 轉(zhuǎn)速可達(dá) 4000rmin，但它的承載能力小，適于高速、輕載、高精密的數(shù)控機(jī)床主軸。 （3）前后支撐分別采用雙列和單列圓錐滾子軸承這種軸承的徑向和軸向剛度高，能承受 重載荷

35、，尤其是可承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷。其安裝、調(diào)整性能好，但這種支撐方式限制了主 軸轉(zhuǎn)速和精度，因此可用于中等精度、低速、重載的數(shù)控機(jī)床的主軸。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 3.6 主軸的準(zhǔn)停 主軸準(zhǔn)停功能又稱(chēng)為主軸定位功能，即當(dāng)主軸停止時(shí)，控制其停于固定位置，這是 自動(dòng)換刀所必需的功能。在自動(dòng)換刀的鏜銑加工中心上，切削的轉(zhuǎn)矩通常是通過(guò)刀桿的 端面鍵來(lái)傳遞的，這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位于圓周上特定角度的功能。主軸準(zhǔn)停換刀 所示。當(dāng)加工階梯孔或精鏜孔后退刀時(shí)，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工的 孔表面，必須先讓刀，再退刀，因此，刀具就必須具有定位功能。主軸準(zhǔn)停階梯孔或精 鏜孔 圖 32 主軸準(zhǔn)停換刀示意圖

36、圖 33主軸準(zhǔn)停階梯孔或精鏜孔示意圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 4 立式加工中心垂直工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)鏈方案選擇 4.1 機(jī)床對(duì)垂直工作臺(tái)的要求 一、機(jī)床對(duì)垂直工作臺(tái)的要求 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是以保證刀具與工件相對(duì)位置關(guān)系為目的，被加工工件的輪廓精度和位置 精度都要受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響。被加工件的最后輪廓 精度和加工精度都會(huì)受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。 為了保證數(shù)控加工中心的定位精度和輪廓的加工精度，應(yīng)對(duì)垂直進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的精 度、靈敏度、穩(wěn)定性有相應(yīng)要求。其要求如下： 1.運(yùn)動(dòng)件間的摩擦阻力小 提高機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運(yùn)動(dòng)精度，減少爬行現(xiàn)象。 2. 消除傳動(dòng)

37、系統(tǒng)中的間隙 進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)間隙一般指反向間隙，即反向死區(qū)誤差，它存在于整個(gè)傳動(dòng)鏈的各 傳動(dòng)副中，直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度；因此，應(yīng)盡量消除傳動(dòng)間隙，減小反向死區(qū) 誤差。設(shè)計(jì)中可采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)及有消除間隙措施的傳動(dòng)副等方法。 3.提高傳動(dòng)精度和剛度 措施 1 保證進(jìn)給系統(tǒng)中滾珠絲杠螺母、蝸輪蝸桿和支承結(jié)構(gòu)等各部件的加工精度； 措施 2 在傳動(dòng)鏈中加入減速齒輪或同步帶傳動(dòng)，以減小脈沖當(dāng)量，從設(shè)計(jì)角度提高 傳動(dòng)精度； 措施 3 預(yù)緊支撐絲杠的軸承，以消除齒輪、蝸輪傳動(dòng)件間隙； 措施 4 預(yù)緊消除滾珠絲杠螺母副的軸向傳動(dòng)間隙。 4. 減小各運(yùn)動(dòng)零部件的慣量 高速運(yùn)轉(zhuǎn)零件的慣量影響伺服系統(tǒng)的啟

38、動(dòng)和制動(dòng)特性。 5.穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng) 4.2 垂直工作臺(tái)的組成結(jié)構(gòu)選型 4.2.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的組成 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)+運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)+導(dǎo)向機(jī)構(gòu)+執(zhí)行件（工作臺(tái)） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu): 齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng) 運(yùn)動(dòng)變換：絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：導(dǎo)軌（滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌） 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的作用是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，其實(shí)現(xiàn)方式主 要有三種： （1）通過(guò)絲杠（通常為滾珠絲杠或靜壓絲杠）螺母副，將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直 線運(yùn)動(dòng)。電機(jī)與絲杠之間的連接又可以分為三種方式： 帶有齒輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 經(jīng)同步帶論傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接

39、與絲桿連接 （2）通過(guò)齒輪、齒條副，將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)。 （3）直接采用直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 4.2.2 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分方案確定 （1）采用滾珠絲杠螺母副 使用滾珠絲杠螺母副，可有效減小摩擦，使傳動(dòng)效率提高； 進(jìn)行預(yù)緊后，可以消除間隙，提高傳動(dòng)效率；摩擦阻力幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，動(dòng)、靜摩 擦力的變化也很小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；長(zhǎng)期工作磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持 性好。并且有專(zhuān)門(mén)廠家生產(chǎn)，可以有效降低成本，縮短設(shè)計(jì)周期。 滾珠絲杠的支承方式有以下幾種 圖 a 為一端裝推力軸承，這種安裝方式只是用于行程小的短絲杠，它的承載能力小，軸 向剛度低。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 圖 a 圖

40、 b 一端裝推力抽承，另一端裝深溝球軸承，此種方式用于絲杠較長(zhǎng)的情況，當(dāng)熱變形 造成絲杠伸長(zhǎng)時(shí)，其一端固定，另一端能作微量的軸向浮動(dòng)。安裝時(shí)應(yīng)注意使熱源和絲 杠工作時(shí)的常用端遠(yuǎn)離止推端。 圖 b 圖 c 為兩 端裝推力軸承，把推 力軸承裝在 絲杠的兩端，并施加 預(yù)緊力，可 提高軸性剛度，而且 絲杠工作失 只承受拉力，但這種 安裝方式對(duì)絲杠的熱變形較為敏感。 圖 c 圖 d 為兩端裝推力軸承和深溝球軸承，它的兩端均采用雙重支座并施加預(yù)緊，適絲杠具 有較大的剛度，這種方式還可以使絲杠的變形轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力。 圖 d 通過(guò)上述各種方案的比較，選擇方案 3 （2）采用滾動(dòng)導(dǎo)軌 使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，可使

41、導(dǎo)軌面之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦， 因此具有靈敏度高運(yùn)動(dòng)，低速時(shí)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象的特點(diǎn)；定位精度高，重復(fù)定位精度 可達(dá) 0.2m；摩擦阻力小，移動(dòng)輕便，磨損小，精度保持性好，壽命長(zhǎng)。滾動(dòng)導(dǎo)軌也有 專(zhuān)門(mén)廠家生產(chǎn)，可按規(guī)格購(gòu)買(mǎi)。 （3）采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 交流伺服電機(jī)采用全封閉無(wú)刷結(jié)構(gòu)，不需要定期檢 查和維修，它的定子省去了鑄件殼體，結(jié)構(gòu)緊湊，外形小，重量輕。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 （4）采用同步齒形帶傳動(dòng) 同步齒形帶傳動(dòng)具有帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的共同優(yōu)點(diǎn)，與 齒輪傳動(dòng)相比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，制造成本更低，安裝調(diào)整更方便。并且不打滑、不需要的 的張緊力；傳動(dòng)效率可以高達(dá) 9899.5，最高線速度可以高達(dá) 8

42、0m/s，可以廣泛用 于高速數(shù)控傳動(dòng) 5 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 5.1 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 5.1.1 導(dǎo)軌的功用及分類(lèi) 導(dǎo)軌的公用是導(dǎo)向和承載，即引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定軌跡準(zhǔn)確地運(yùn)動(dòng)，并承受運(yùn)動(dòng) 部件及其上安裝件的重量和切削力。導(dǎo)軌俺摩擦性質(zhì)分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌，本文 主要討論滑動(dòng)導(dǎo)軌。 5.1.2 對(duì)導(dǎo)軌的基本要求 機(jī)床導(dǎo)軌用來(lái)支承與引導(dǎo)機(jī)床中的刀架、工作臺(tái)、拖板等執(zhí)行件沿著一定的軌跡得 到準(zhǔn)確的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量，在很大程度上決定了機(jī)床的加工精度、工作能力、 使用壽命。因此機(jī)床導(dǎo)軌必須滿(mǎn)足下列工作要求： （1）導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度 導(dǎo)軌在空載和切削時(shí)，都要有足夠的導(dǎo)向精度。所謂導(dǎo)向精度，首先是指執(zhí)行 件沿導(dǎo)

43、軌運(yùn)動(dòng)時(shí)的直線度或真圓度，其次是指執(zhí)行劍件沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)與有關(guān)部件之間 保持相互位置的準(zhǔn)確性。執(zhí)行件運(yùn)動(dòng)的軌跡不直和位置不準(zhǔn)確，就會(huì)引起工件的尺寸誤 差、形狀誤差、相互位置誤差，從而影響到機(jī)床加工精度。影響導(dǎo)向精度的因素有：導(dǎo) 軌的類(lèi)型、組合形式與尺寸；導(dǎo)軌的間隙及調(diào)整方法；導(dǎo)軌本身的制造精度和裝配精度 等。 （2）導(dǎo)軌的耐磨性能 一般情況下，導(dǎo)軌的耐磨性能是保持導(dǎo)軌工作質(zhì)量的關(guān)鍵。如果導(dǎo)軌的耐磨性 太差，就會(huì)很快喪失其導(dǎo)向精度。 磨損的快慢，一方面取決于導(dǎo)軌材料的耐磨性，另一方面取決于兩個(gè)導(dǎo)軌面接觸情況 有關(guān)的因素如摩擦的性質(zhì)、載荷的性質(zhì)、腐蝕性介質(zhì)、導(dǎo)軌間磨粒、導(dǎo)軌表面的原始狀 態(tài)等等。

44、（3）導(dǎo)軌的剛度 導(dǎo)軌的剛度是導(dǎo)軌工作質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。因在外力的作用下，導(dǎo)軌要產(chǎn)生變形； 變形過(guò)大時(shí)，不僅嚴(yán)重破壞導(dǎo)向精度，而且也會(huì)惡化導(dǎo)軌工作條件，使導(dǎo)軌的比壓分布 不均勻，加劇導(dǎo)軌磨損。因此，為了平衡或減輕外力的影響，就要增強(qiáng)導(dǎo)軌的剛度，盡 量減少導(dǎo)軌的變形。 5.1.3、導(dǎo)軌的材料 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 導(dǎo)軌的材料主要有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等，對(duì)導(dǎo)軌材料的主要要求是：耐 磨性高、工藝性好和成本低等。 （1）鑄鐵 鑄鐵是一種成本低，有良好減震性和耐磨性，易于鑄造和切削加工的金屬材料。 在動(dòng)導(dǎo)軌和支承件中都有應(yīng)用。 采用淬火的方法提高鑄鐵表面的硬度，可以增強(qiáng)抗磨料磨損、粘著磨損的能力

45、，防止 劃傷與撕傷，提高導(dǎo)軌的耐磨性。導(dǎo)軌表面的淬火方法有感應(yīng)淬火和火焰淬火等。感應(yīng) 淬火有高頻和中頻感應(yīng)加熱淬火兩種，硬度可達(dá) 4555HRC，耐磨性可提高近兩倍。其中 中頻加熱淬硬層較深，可達(dá) 23mm。高頻或中頻淬火后的導(dǎo)軌面還要進(jìn)行磨削加工?；?焰表面淬火的導(dǎo)軌因淬硬層深而使導(dǎo)軌耐磨性有較大提高，但淬火后的變形較大，增加 了磨削加工量。目前，采用鑄鐵做支承導(dǎo)軌的，多數(shù)都要淬硬。 （2）鋼 采用淬火鋼或氮化鋼的鑲鋼支承導(dǎo)軌，可大幅度提高導(dǎo)軌的耐磨性。 鑲鋼導(dǎo)軌工藝復(fù)雜、加工較困難、成本也較高，為便于熱處理和減少變形，可把 鋼導(dǎo)軌分段，釘接在床身上。目前，國(guó)內(nèi)多用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上。

46、（3）有色金屬 用于鑲裝導(dǎo)軌的有色金屬板材料，主要有錫青銅 ZQSn6-6-3 和鋁青銅 ZQA19-4，他 們多用于重型機(jī)床的東導(dǎo)軌上，與鑄鐵的支承導(dǎo)軌相搭配。這種材料的優(yōu)點(diǎn)是耐磨性較 高，可以防止撕傷和保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和提高移動(dòng)精度。 （4）塑料 在動(dòng)導(dǎo)軌上鑲裝塑料具有摩擦系數(shù)低、耐磨性高、抗撕傷能力強(qiáng)、低速時(shí)不易出 現(xiàn)爬行、加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各類(lèi)機(jī)床上都有應(yīng)用， 特別是用作機(jī)密、數(shù)控和重型機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌上。塑料導(dǎo)軌可與淬硬的鑄鐵支承導(dǎo)軌和鑲 鋼支承導(dǎo)軌組成對(duì)偶摩擦副。 5.1.4、普通滑動(dòng)導(dǎo)軌 普通滑動(dòng)導(dǎo)軌是目前應(yīng)用較普遍的一種導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維修方便。

47、但由于導(dǎo) 軌面間沒(méi)有形成完全的液體摩擦，容易產(chǎn)生爬行；運(yùn)動(dòng)中的“動(dòng)壓效應(yīng)” ，使油膜厚度隨 速度加大二增加，回產(chǎn)生浮起現(xiàn)象；磨損大、壽命低、運(yùn)動(dòng)精度不穩(wěn)定等。 （1） 直線運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌 導(dǎo)軌截面形狀：常用的界面形狀有矩形、三角形、燕尾形和圓形四種，并又都有 凹凸之分。 滑動(dòng)導(dǎo)軌常見(jiàn)的截面形狀 (a) 矩形導(dǎo)軌；(b)三角形導(dǎo)軌；(c)燕尾槽導(dǎo)軌；(d)圓柱形導(dǎo)軌 矩形導(dǎo)軌：矩形導(dǎo)軌靠?jī)蓚€(gè)相互垂直的導(dǎo)軌面導(dǎo)向。若只用頂部平面時(shí)，又稱(chēng)平導(dǎo)軌。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 根據(jù)載荷性質(zhì)和大小，兩個(gè)導(dǎo)軌面可分別選取相應(yīng)的寬度，因此它具有承載能力大、剛 度高的優(yōu)點(diǎn)，且導(dǎo)軌面在垂直和水平方向的誤差相互沒(méi)有影響

48、，制造與維修也較方便； 缺點(diǎn)是導(dǎo)軌側(cè)表面磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，必須具有間隙調(diào)整裝置。矩形導(dǎo)軌適用于載荷 較大、導(dǎo)向精度要求不高的場(chǎng)合。 三角形導(dǎo)軌：三角形導(dǎo)軌靠三角形的兩個(gè)相交的面導(dǎo)向。凸形的三角形導(dǎo)軌習(xí)慣上 又稱(chēng)為扇形導(dǎo)軌，凹形則稱(chēng)為 V 形導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌由于在摩擦面磨損后，可以自行下沉 補(bǔ)償其磨損量，消除間隙，故導(dǎo)向精度好。一般用于要求導(dǎo)向精度較高的機(jī)床上。由于 導(dǎo)軌面在垂直和水平方向的誤差相互影響，給制造和維修帶來(lái)一定困難。 燕尾形導(dǎo)軌：燕尾形導(dǎo)軌的高度較小，間隙調(diào)整方便，可以承受顛覆力矩；但摩擦 阻力較大，剛度差，制造，檢驗(yàn)和維修都較困難。一般用于受力較小、速度較低且導(dǎo)向 精度要求不高的

49、導(dǎo)軌。 圓形導(dǎo)軌：圓形導(dǎo)軌制造方便，不易積村較大的切屑，但磨損后較難調(diào)整和補(bǔ)償間 隙。為防止轉(zhuǎn)動(dòng)可在表面上開(kāi)出鍵槽或做出平面，但不能承受較大轉(zhuǎn)矩，一般用于受軸 向載荷的場(chǎng)合。 （圖） 5.1.5、導(dǎo)軌的間隙調(diào)整 導(dǎo)軌某些接合面間留有適當(dāng)?shù)拈g隙，若間隙過(guò)小，則運(yùn)動(dòng)阻力大，不僅操作費(fèi) 力，還會(huì)加劇導(dǎo)軌磨損；間隙過(guò)大，將降低導(dǎo)向精度，甚至?xí)鹫駝?dòng)。因此，不僅在 裝配過(guò)程中需要合理調(diào)整間隙，而且在機(jī)床工作一段時(shí)間后，因磨損還需重調(diào)間隙。 壓板調(diào)整： 壓板用于調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力矩，見(jiàn)上圖 5.1.6 、滑動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算 導(dǎo)軌的變形主要是接觸變形，有時(shí)也應(yīng)考慮導(dǎo)軌部分局部變形的影響。導(dǎo)軌的設(shè)

50、計(jì)， 首先初步確定導(dǎo)軌的形式和尺寸，再進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌，應(yīng)驗(yàn)算導(dǎo)軌的壓強(qiáng)和壓 強(qiáng)的分布。壓強(qiáng)的大小直接影響導(dǎo)軌表面的耐磨性，壓強(qiáng)的分布影響磨損的均勻性。通 過(guò)壓強(qiáng)的分布還可以判斷是否應(yīng)用壓板，即決定導(dǎo)軌應(yīng)采用閉式還是開(kāi)式。 （1）導(dǎo)軌的受力分析 （2）導(dǎo)軌的壓強(qiáng)分布 5.1.7、導(dǎo)軌的潤(rùn)滑與防護(hù) （1）導(dǎo)軌的潤(rùn)滑 1)潤(rùn)滑方法 導(dǎo)軌最簡(jiǎn)單的潤(rùn)滑方式是人工定期加油或用油杯供油。這種方法簡(jiǎn)單、成本低， 但不可靠，一般用于調(diào)節(jié)輔助導(dǎo)軌及運(yùn)動(dòng)速度低、工作不頻繁的滾動(dòng)導(dǎo)軌。對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 較高的導(dǎo)軌大都采用潤(rùn)滑泵，以壓力油強(qiáng)制潤(rùn)滑。這樣不但可連續(xù)或間歇供油給導(dǎo)軌進(jìn) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 行潤(rùn)滑，而且可

51、利用油的流動(dòng)沖洗和冷卻導(dǎo)軌表面。為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制潤(rùn)滑，機(jī)床必須備有專(zhuān) 門(mén)的供油系統(tǒng)。 （2）導(dǎo)軌的防護(hù) 為了防止切屑、磨粒或冷卻液散落在導(dǎo)軌面上而引起磨損、擦傷和銹蝕，導(dǎo)軌面上應(yīng) 有可靠的防護(hù)裝置。常用的刮板式、卷簾式和疊層式防護(hù)罩，大多用于長(zhǎng)導(dǎo)軌機(jī)床上， 如龍門(mén)刨床、導(dǎo)軌磨床等。另外，還有手風(fēng)琴式的伸縮式防護(hù)罩等。在機(jī)床使用過(guò)程中 應(yīng)防止損壞防護(hù)罩，對(duì)疊層式防護(hù)罩應(yīng)經(jīng)常用刷子蘸機(jī)油清理移動(dòng)接縫，以避免發(fā)生碰 殼現(xiàn)象。 6 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 61 箱體的材料 箱體多采用鑄造方法獲得，也有用鋼板焊接而成。鑄造箱體常用材料為 HT15-33,強(qiáng) 度要求較高的箱體用 HT20-40，只有熱變形要求小的情況下

52、才采用合金鑄鐵，采用 HT20- 40。與床身做成一體的箱體材料應(yīng)根據(jù)床身或?qū)к壍囊蠖āＯ潴w要進(jìn)行時(shí)效處理 62 箱體的結(jié)構(gòu) 1、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) （1） 根據(jù)齒輪傳動(dòng)的中心距、齒頂圓直徑、齒寬 等幾何尺寸，確定 減速器的箱體的內(nèi)部大小。由中心距確定箱體的長(zhǎng)度，由齒頂圓直徑確定箱體 的高度。由齒寬來(lái)確定箱體的寬度。 （2） 依據(jù)鑄造（或焊接）箱體的結(jié)構(gòu)尺寸、工藝要求，確定箱體的結(jié) 構(gòu)尺寸，繪制箱體。如箱蓋，箱座及螺栓的尺寸。 （3） 根據(jù)齒輪的轉(zhuǎn)速確定軸承潤(rùn)滑的方法與裝置，選擇軸承端蓋的類(lèi) 型。 附件設(shè)計(jì)與選擇。同時(shí)，可以進(jìn)行軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇軸承和聯(lián)軸器 2、鑄造工藝性要求 為了便于鑄

53、造以及防止鑄件冷卻時(shí)產(chǎn)生縮孔或裂紋，箱體的結(jié)構(gòu)應(yīng)有良好的鑄造 工藝性。 3、加工工藝性對(duì)結(jié)構(gòu)的要求 由于生產(chǎn)批量和加工方法不同，對(duì)零件結(jié)構(gòu)有不同要求，因此設(shè)計(jì)時(shí)要充分注意 加工工藝對(duì)結(jié)構(gòu)的要求。 4、裝配工藝對(duì)結(jié)構(gòu)的要求 為了更快更省力地裝配機(jī)器，必須充分注意裝配工藝對(duì)接否設(shè)計(jì)的要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 7 總 結(jié) 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我對(duì)數(shù)控加工中心的組成和原理及其結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)都有了十分深 入的認(rèn)識(shí)：不論是對(duì)主軸部件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇及導(dǎo)軌等主要零件的材 料和技術(shù)要求、還是床身的設(shè)計(jì)等，這一系列機(jī)床設(shè)計(jì)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，能更好地培養(yǎng) 我獨(dú)立思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，使我對(duì)自己所學(xué)習(xí)的

54、專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。 另外，在整個(gè)設(shè)計(jì)中，我查閱了很多的相關(guān)資料，運(yùn)用的 PRO/E 對(duì)普通機(jī)床零部件 進(jìn)行了設(shè)計(jì)和繪制；又運(yùn)用 CAD 軟件繪制各個(gè)零件的三視圖。這讓我接觸了許多新的東 西，學(xué)到了許多關(guān)于設(shè)計(jì)方面的理論知識(shí)，同時(shí)使我對(duì) PR0/E、CAD 更加熟練。這讓我在 設(shè)計(jì)軟件的運(yùn)用方面都取得了較為長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是整個(gè)大學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)中最后的一次實(shí)踐性學(xué)習(xí)，它能很好的檢驗(yàn)我們大學(xué) 期間所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及我們的動(dòng)手能力，并且讓我悶融會(huì)貫通所學(xué)四年的所學(xué)。因此 對(duì)于我們畢業(yè)生來(lái)講，不能有絲毫松懈，我要盡自己最大的努力來(lái)學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)， 增長(zhǎng)自己在相關(guān)的機(jī)械領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，同

55、時(shí)，我將在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中為我的大學(xué)學(xué)習(xí) 生涯畫(huà)上一個(gè)完整的句號(hào)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 致 謝 還有幾天就要離開(kāi)這個(gè)生活了 4 年校園，離開(kāi)我尊敬的老師和親愛(ài)的同學(xué)，回顧過(guò) 去的四年，感慨頗多，在這四年里，我們有歡笑，有淚水，在我經(jīng)歷挫折時(shí)，有很多很 多人給予我關(guān)懷和支持，在此，我向他們表示最真摯的謝意。 大學(xué)四年學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對(duì)我的母校，我的父母、親人們，我的 老師和同學(xué)們表達(dá)我由衷的謝意。感謝我的家人對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的默默支持；感謝我 的母校南京林業(yè)大學(xué)給了我在大學(xué)四年深造的機(jī)會(huì)，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高；感謝老師 和同學(xué)們四年來(lái)的關(guān)心和鼓勵(lì)。老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄

56、諄教誨；同學(xué)們 在學(xué)習(xí)中的認(rèn)真熱情，生活上的熱心主動(dòng)，所有這些都讓我的四年充滿(mǎn)了感動(dòng)。 這次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)我得到了很多老師和同學(xué)的幫助，其中我的論文指導(dǎo)老師緱斌麗 老師對(duì)我的關(guān)心和支持尤為重要。每次遇到難題，我最先做的就是向緱老師尋求幫助， 而老師每次不管忙或閑，總會(huì)給予我?guī)椭?，然后一起商量解決的辦法。老師平日里工作 繁多，但我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的 修改，后期論文格式調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。這幾個(gè)月以來(lái)，緱老師 不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向老緱師 致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。同時(shí)，本篇畢業(yè)論文的

57、寫(xiě)作也得到了李宗杰、盧軍軍等 同學(xué)的熱情幫助。感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給 予過(guò)我?guī)椭幕锇閭?，在此，我再一次真誠(chéng)地向幫助過(guò)我的老師和同學(xué)表示感謝！ 在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我的能力得到了提升，知識(shí)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。這些都離 不開(kāi)各位老師和同學(xué)的幫助。感受南京林業(yè)大學(xué)美麗的風(fēng)景，體會(huì)老師同學(xué)的真情。在 漫漫求學(xué)路上，老師和各位同窗是我一生中最大的財(cái)富，我要再一次感謝你們關(guān)心與幫 助，該謝的人總是太多，而語(yǔ)言卻無(wú)法表達(dá)內(nèi)心最真實(shí)的感受。我懷著感恩的心面對(duì)這 個(gè)世界，感謝他讓我們相聚在此，相聚在這美好的校園，相聚在這絢麗多姿的大學(xué)生活 中。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 參考

58、文獻(xiàn) 1、文懷興 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南化學(xué)工業(yè)出版社 2008 2、張曙數(shù)控機(jī)床發(fā)展的新趨勢(shì)機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2005，5 3、廉元國(guó) 加工中心設(shè)計(jì)與應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 4、李洪主 實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) .遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.2006 5、 文懷興 數(shù)控銑床設(shè)計(jì) 化學(xué)工業(yè)出版社 2006 6、李一民 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 東南大學(xué)出版社 2008 7、林清安編著 Pro/Engineer 零件與組合 北京大學(xué)出版社 P123-126 8、鄭堤 唐可洪 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 1997 9、戴曙主編 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1989 P100-101 10、鐘建林主編 Pro/Engi

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