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1、第一章 前言 1.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 1.1.1國際數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 1、國際機(jī)床市場的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床。1998年世界機(jī)床進(jìn)口額部分是數(shù)控機(jī)床,美國進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控化率達(dá)70,我國為60%。目前世界數(shù)控機(jī)床消費(fèi)趨勢已從初期以數(shù)控電加工機(jī)床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉(zhuǎn)向以加工中心、專用數(shù)控機(jī)床、成套設(shè)備為主。2、國外數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運(yùn)用,數(shù)控機(jī)床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化已成為必然的趨勢和方向,互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造工廠的車間只是時(shí)間的問題。從另一角度來看,目前流行的ERP即工廠信息化對于制造業(yè)來說,僅僅局限于通常的管理部門〔人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷〕或設(shè)計(jì)、開發(fā)等等

2、上層部分的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,工廠、車間的最底層加工設(shè)備——數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸,所謂的ERP就比較"虛"沒有能夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問題。所以,對于面臨日益全球化競爭的現(xiàn)代制造工廠來說,第一是要大大提高機(jī)床的數(shù)控化率,即數(shù)控機(jī)床必須達(dá)到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機(jī)床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能,以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。1.1.2 國控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r 1、近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升,在大中企業(yè)已有較多的使用,在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中,

3、除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外,大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài),并且相當(dāng)部分處于使用效率不高,管理方式落后的狀態(tài)。?2、新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破,技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。3、數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長,數(shù)控化率顯著提高。20XX國數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬臺,比上年增長28.5%。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從20XX的17.4%提高到20XX的22.7%。4、數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。近年來通過政府的支持,數(shù)控機(jī)床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展。近我國數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量持續(xù)增長,數(shù)控化率也顯著提高。另一方面我國數(shù)控產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量也不斷提高。目前我國一部分普及型數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)已經(jīng)形成一定規(guī)模,產(chǎn)品技

4、術(shù)性能指標(biāo)較為成熟,價(jià)格合理,在國際市場上具有一定的競爭力。我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)所掌握的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)較成熟,并已有成熟商品走向市場。　　我國在數(shù)控機(jī)床高端產(chǎn)品的生產(chǎn)上取得了一定的突破。目前我國已經(jīng)可以供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的數(shù)控機(jī)床。同時(shí),我國也已進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國和高精度精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國的行列。目前我國已經(jīng)研制成功一批主軸轉(zhuǎn)速在8000～10000轉(zhuǎn)／分以上的數(shù)控機(jī)床?！　〉?和發(fā)達(dá)國家相比,我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)在信息化技術(shù)應(yīng)用上仍然存在很多不足?！　∫?、信息化技術(shù)基礎(chǔ)薄弱,對國外技術(shù)依存度高。我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)總體的技術(shù)開發(fā)能力和技術(shù)基礎(chǔ)薄弱,信息化技術(shù)應(yīng)用程度不高。行業(yè)現(xiàn)有的信

5、息化技術(shù)來源主要依靠引進(jìn)國外技術(shù),對國外技術(shù)的依存度較高,對引進(jìn)技術(shù)的消化吸收仍停留在掌握已有技術(shù)和提高國產(chǎn)化率上,沒有上升到形成產(chǎn)品自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高度。具有高精、高速、高效、復(fù)合功能、多軸聯(lián)動(dòng)等特點(diǎn)的高性能數(shù)控機(jī)床基本上還得依賴進(jìn)口。　　二、產(chǎn)品成熟度較低,可靠性不高。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間在10000小時(shí)以上,國自主開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)僅3000～5000小時(shí)；整機(jī)平均無故障工作時(shí)間國外達(dá)800小時(shí)以上,國最好只有300小時(shí)。　　三、創(chuàng)新能力低,市場競爭力不強(qiáng)。我國生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的企業(yè)雖達(dá)百余家,但大多數(shù)未能形成規(guī)模生產(chǎn),信息化技術(shù)利用不足,創(chuàng)新能力低,制造成本高,產(chǎn)品市場競爭能

6、力不強(qiáng)。 1.2加工中心 加工中心是一種備有刀庫刀庫并能自動(dòng)更換刀具對工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床,箱體類零件的加工中心,一般是在鏜、銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,可稱為鏜銑加工中心,習(xí)慣上簡稱為加工中心。 加工中心的功能 加工中心是一種功能較全的數(shù)控加工機(jī)床。它把銑削、鏜銷、鉆削和切削螺紋等功能集中在一臺設(shè)備上,使其具有多種工藝功能。加工中心設(shè)置有刀庫,刀庫中存放著不同數(shù)量的各種刀具或量具,在加工過程中由程序自動(dòng)選用和更換。這是它與數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的主要區(qū)別。加工中心與同類數(shù)控機(jī)床相比機(jī)構(gòu)較復(fù)雜,控制系統(tǒng)功能較多。加工中心最少有三個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系,多的達(dá)十幾個(gè)。其控制功能最少可實(shí)

7、現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)控制,實(shí)現(xiàn)刀具直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)。多的可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)、六軸聯(lián)動(dòng),從而保證刀具進(jìn)行復(fù)雜加工。加工中心還具有不同的輔助功能；如：各種加工固定循環(huán),刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償,刀具長度自動(dòng)補(bǔ)償,刀具破損報(bào)警,刀具壽命管理,過載超程自動(dòng)保護(hù),絲杠螺距誤差補(bǔ)償,絲杠間隙補(bǔ)償,故障自動(dòng)診斷,工件與加工過程圖形顯示,人機(jī)對話,工件在線檢測和加工自動(dòng)補(bǔ)償、離線編程等,這些攻能提高了數(shù)控機(jī)床的加工效率,保證了產(chǎn)品的加工精度和質(zhì)量,是普通加工設(shè)備無法相比的。 1.2.1加工中心用途和特點(diǎn) 加工中心與普通機(jī)床的區(qū)別主要在于它能在一臺機(jī)床上完成多臺機(jī)床才能完成的自動(dòng)換到裝置,使工件再一次裝夾之后,可以連續(xù)

8、完成對工件便面自動(dòng)進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、鏜孔、攻螺紋,銑削等多工步的加工,工序高度集中。第二,加工中心一般帶有自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺或主軸箱可自動(dòng)轉(zhuǎn)角度,從而使工件一次裝夾后,自動(dòng)完成多個(gè)平面或多個(gè)角度位置的多工序加工。第三,加工中心能自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速,進(jìn)給量和刀具想對工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其其他輔助機(jī)能。第四,加工中心如果帶有交換工作臺,工件在工作位置的工作臺進(jìn)行加工的同時(shí),另外的工件在裝卸位置的工作臺上進(jìn)行裝卸,不影響正常的加工工件。 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(gè)國家設(shè)計(jì)、制造的水平,因此在國外企業(yè)界都受到高度重視。加工中心綜合加工能力較強(qiáng),工件一次裝夾后

9、能完成較多的加工步驟,加工精度較高,對于中等加工難度的批量工件,其效率是普通設(shè)備的5～10倍。加工中心對形狀較復(fù)雜,精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為適合。特別是對于必須采用工裝和專機(jī)設(shè)備來保證產(chǎn)品質(zhì)量和效率的工件,采用加工中心加工,可以省去工裝和專機(jī)。這為新產(chǎn)品的研制和改型換代節(jié)省大量的時(shí)間和費(fèi)用,從而使企業(yè)具有較強(qiáng)的競爭能力。因此它也是判斷企業(yè)技術(shù)能力和工藝水平標(biāo)志的一個(gè)方面。如今,加工中心已成為現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展的主流方向,廣泛用于機(jī)械制造中。與普通數(shù)控機(jī)床相比,它有以下幾個(gè)突出特點(diǎn)。 <1> 工序集中 加工中心備有刀庫,能自動(dòng)換刀,并能對工件進(jìn)行多工序加工。現(xiàn)代加工中心可使工件

10、在一次裝夾后實(shí)現(xiàn)多表面、多工位的連續(xù)、高效、高精度加工,即工序集中。這是加工中心最突出的特點(diǎn)。 <2> 加工精度高 加工中心同其他數(shù)控機(jī)床一樣具有加工精度高的特點(diǎn),而加工中心可一次裝夾工件,實(shí)現(xiàn)多工序集中加工,減少了多次裝夾帶來的誤差。故加工精度更高,加工質(zhì)量更加穩(wěn)定。 <3> 適應(yīng)性強(qiáng) 加工中心對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng)。加工中心改變加工零件時(shí),只需重新編制<更換>程序,輸入新的程序就能實(shí)現(xiàn)對新的零件的加工,這對結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的單件、小批量生產(chǎn)及新產(chǎn)品試制帶來極大的方便。同時(shí),它還能自動(dòng)加工普通機(jī)床很難加工或無法加工的精密復(fù)雜零件。 <4> 生產(chǎn)效率高 加工中心帶有刀庫,在一臺機(jī)床上能

11、集中完成多種工序因而可減少工件裝夾、測量和機(jī)床的調(diào)整時(shí)間,減少工件半成品的周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間,機(jī)床的切削利用率<切削時(shí)間和開動(dòng)時(shí)間之比>高。 <5> 經(jīng)濟(jì)效益好 加工中心加工零件時(shí),雖分?jǐn)傇诿總€(gè)零件上的設(shè)備費(fèi)用較昂貴,但到單件、小批量生產(chǎn)的情況下,可節(jié)省許多其它方面的費(fèi)用。由于是數(shù)控加工,加工中心不必準(zhǔn)備鉆模等工藝裝備,加工之前節(jié)省了劃線工時(shí),零件安裝到機(jī)床上之后可以減少調(diào)整、加工和檢驗(yàn)時(shí)間。另外,由于加工中心的加工穩(wěn)定,減少了廢料率,使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。 <6> 自動(dòng)化程度高,勞動(dòng)強(qiáng)度低 加工中心的加工零件是按事先編好的程序自動(dòng)完成的,操作者除了操作鍵盤、裝卸零件、進(jìn)行

12、關(guān)鍵工序的中間測量以及觀察機(jī)床的運(yùn)行之外,不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作,勞動(dòng)強(qiáng)度可大為減輕。 <7> 有利于生產(chǎn)的現(xiàn)代化管理 用加工中心加工零件,能夠準(zhǔn)確地計(jì)算零件的加工工時(shí),并有效地簡化檢驗(yàn)和工夾具、半成品的管理工作。這些特點(diǎn)有利于于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。當(dāng)前有許多大型CAD／CAM集成軟件已經(jīng)開發(fā)了生產(chǎn)管理模塊,實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理。加工中心使用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)代碼輸入,最適宜計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)及管理。 由于加工中心具有上述機(jī)能,因而可以大大減少工件裝夾,測量和機(jī)床的調(diào)整時(shí)間,減少工件的周轉(zhuǎn),搬運(yùn),和存放時(shí)間,使機(jī)床的切削時(shí)間利用率高與普通機(jī)床3---4倍,大大提高了生產(chǎn)率,尤其是在加工形狀

13、比較復(fù)雜,精度要求高,品種更換頻繁的工件時(shí),更具有良好的經(jīng)濟(jì)性。 1.2.2加工中心的組成及其工作原理 加工中心子問世至今已有三十多年了,世界出現(xiàn)了各種類型的加工中心,雖然外形結(jié)構(gòu)各異,但從總體來看主要由以下幾大部分組成。 （1） 基礎(chǔ)部件 它是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),由床身,立柱和工作臺等組成,它們主要承受加工中心的靜載荷以及在加工時(shí)產(chǎn)生的切削負(fù)載,因此必須有足夠的剛度。這些大件可以是鑄鐵件也可以是焊接而成的剛結(jié)構(gòu)件,它們是加工中心體積和重量最大的部件。 （2） 主軸部件 由主軸箱,主軸電機(jī),主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟,停和變速等動(dòng)作均有數(shù)控系統(tǒng)控

14、制,并且通過裝在主軸上的刀具參與切削運(yùn)動(dòng),是切削加工的功率輸出部件。 （3） 數(shù)控系統(tǒng) 加工中心的數(shù)控部分是cnc裝置,可編程控制器,四幅驅(qū)動(dòng)裝置以及操作面板的等組成。它是執(zhí)行順序控制動(dòng)作和完成加工過程的控制中心。 （4） 自動(dòng)換刀系統(tǒng) 由刀庫、機(jī)械手等部件組成。當(dāng)需要換刀時(shí),數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令,由機(jī)械手〔或通過其他方式〕將刀具從刀庫取出裝入主軸孔中。 （5） 輔助裝置 包括潤滑、冷卻、排屑、防護(hù)、氣壓和檢測系統(tǒng)等部分。這些裝置雖然不直接參與切削運(yùn)動(dòng)、但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用,因此也是加工中心中不可缺少的部分。

15、 第二章 加工中心刀庫方案設(shè)計(jì) 2.1 加工中心刀庫換刀系統(tǒng)概述 加工中心要完成對工件的多工序加工,必須要在加工過程中自動(dòng)更換刀具,為完成這項(xiàng)工作而設(shè)置的儲(chǔ)存及更換刀具的系統(tǒng)統(tǒng)稱為自動(dòng)換刀系統(tǒng)。自動(dòng)換刀系統(tǒng)中的刀庫,換得刀可靠性,即換刀速度直接影響到加工中心的工作效率。 利用刀庫換刀,是目前加工中心量使用的換刀方式。由于有了刀庫,機(jī)床只要一個(gè)固定主軸夾持刀具,有利于提高主軸剛度。獨(dú)立的刀庫大大增加了刀具的儲(chǔ)存數(shù)量,有利于擴(kuò)大機(jī)床的功能,并能較好地隔離各種影響加工精度的干擾 刀庫式換刀裝置有一個(gè)轉(zhuǎn)做儲(chǔ)存用的刀庫,刀庫中刀具的數(shù)目可根據(jù)工藝要求與機(jī)床

16、的結(jié)構(gòu)布局而定,數(shù)量可較多。刀庫可布置在遠(yuǎn)離加工區(qū)的地方,從而消除了它與工件相干擾的可能性。刀庫不承受切削加工的作用力,它的工作條件比較有利。 自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求 1> 換刀時(shí)間短。 2〕刀具重復(fù)精度高。 3〕刀具儲(chǔ)存足夠。 4〕刀庫占地面積小。 5〕安全可靠。 2.2 刀庫方案設(shè)計(jì) 2.2.1 刀庫方案的確定 依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書,我們的任務(wù)是給加工中心數(shù)機(jī)床設(shè)計(jì)安裝合適的刀具庫。主要技術(shù)參數(shù)為： 1〕刀庫容量：最大容量40把 2〕選刀方式：隨機(jī)選刀 3〕選用刀具：BT50

17、刀柄 決定刀庫容量時(shí),首先要考慮用戶加工工藝的需要,同時(shí)還調(diào)查分析同類型、相同規(guī)格的自動(dòng)換刀機(jī)床的刀庫容量及其發(fā)展趨勢。由于帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床主要是在多品種、單件小批生產(chǎn)時(shí)使用,因而應(yīng)根據(jù)廣泛的工藝統(tǒng)計(jì),以大多數(shù)工件加工是需要的刀具數(shù)來確定刀庫容量。當(dāng)有數(shù)量較小的加工件需要叫多的工具時(shí),可考慮使刀庫設(shè)計(jì)成在機(jī)床加工過程中能方便的更換個(gè)別或少量刀具的辦法來加以解決,而不在增大刀庫容量。 用成組技術(shù)法對15000中工件進(jìn)行分組,并統(tǒng)計(jì)了各種切削加工所必須的刀具數(shù)之后,根據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果,知道經(jīng)常使用的刀具種數(shù)并不多。如切削加工,約占工作量的90％是僅用四種銑刀加工的。在即需銑又

18、需鉆的工件中,有70~80％只需14把刀具〔3把銑刀,11把孔加工刀具〕也就夠了。 又根據(jù)另一種統(tǒng)計(jì),加工中等尺寸、一般復(fù)雜程度的工件,完成其全部加工任務(wù)所需的刀具種類,有80％在10~~4 種之間,只有極少數(shù)復(fù)雜零件所需的刀具數(shù)目在200把以上。 決定刀具容量時(shí),還必須考慮機(jī)床的類型和規(guī)格。車床類刀庫容量一般比較小,轉(zhuǎn)、鏜類機(jī)床的刀庫容量應(yīng)該比較大。機(jī)床規(guī)格小的,所配的刀庫容量也較小：規(guī)格大,所配刀庫的容量就較大。但是,為了簡化刀庫的規(guī)格品種,對同一廠家生產(chǎn)的各種規(guī)格的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床,也可考慮同一種刀庫。根據(jù)用戶的需要,大規(guī)格機(jī)床也可配小容量刀庫。

19、 2.3總體方案設(shè)計(jì) 2.3.1刀庫的總體設(shè)計(jì) 刀庫的主運(yùn)動(dòng)是鏈?zhǔn)竭\(yùn)動(dòng),分別是由一個(gè)導(dǎo)向輪,調(diào)節(jié)輪,驅(qū)動(dòng)輪組成。電機(jī)提供動(dòng)力,使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)定為30 r/min。這樣電動(dòng)機(jī)通過皮帶輪、蝸桿、蝸輪驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)刀庫的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖所示： 2.3.2確定刀具的選擇方式 按數(shù)控裝置的刀具指令,從刀庫中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置,稱為自動(dòng)選刀。在刀庫中選擇刀具通常采用兩種方式。 〔一〕順序選擇刀具 刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫的刀座中,使用時(shí)按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座,也可以按加工順序放入下一個(gè)刀座。該

20、法不需要刀具識別裝置,驅(qū)動(dòng)控制也比較簡單,工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同工序中不能重復(fù)使用,為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量和刀庫的容量,這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外,裝刀時(shí)必須十分謹(jǐn)慎,如果刀具不按順序裝在刀庫中,將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。 〔二〕任意選擇刀具 這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具,刀具在刀庫中不必按照工件加工順序排列,可以任意存放。每把刀具〔或刀座〕都編上代碼,自動(dòng)換刀時(shí),刀庫旋轉(zhuǎn),每把刀具〔或刀座〕都經(jīng)過"刀具識別裝置"接受識別。當(dāng)某把刀具〔或刀座〕的代碼與數(shù)控指令相符合時(shí),該把刀具被選中,刀庫將刀具送到換到位置,等待機(jī)械手來抓取。任意選擇刀具

21、法的優(yōu)點(diǎn)是刀庫中刀具的排列順序與工作加工順序無關(guān),刀具可重復(fù)使用。因此,刀具數(shù)量比較順序選擇法少一些。刀庫也相應(yīng)地簡單些。任意選擇法主要有三種編碼方式：刀具編碼方式、刀座編碼方式和編碼附件方式。 在以上確定刀庫容量時(shí)已經(jīng)討論可知數(shù)控銑床用4把刀就可完成大多數(shù)的銑削加工。所以這個(gè)容量為6把刀的刀庫,幾乎不存在加工過程中需要重復(fù)利用刀具的情況,所以刀具的選擇方式確定為順序選擇刀具。該法不需要刀具識別裝置,驅(qū)動(dòng)控制也比較簡單,工作可靠。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是任意選擇刀具 2.3.3刀庫的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 刀庫的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是,時(shí)間短的間歇運(yùn)動(dòng)：起停平穩(wěn)無沖擊,定位準(zhǔn)確,任意選刀方式的刀庫

22、有的要能正、反運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)速度不高。 對刀庫運(yùn)動(dòng)速度的要求與刀庫類型、選刀方式以及選刀運(yùn)動(dòng)是否占用換刀時(shí)間有關(guān)。多數(shù)任意選刀方式的刀庫分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可在機(jī)床加工時(shí)進(jìn)行,不影響加工時(shí)間,少數(shù)換刀裝置要在自動(dòng)換刀時(shí)進(jìn)行刀庫選到運(yùn)動(dòng),一般也不占用太長時(shí)間,因此要求刀庫的運(yùn)動(dòng)速度不高。 刀庫回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多數(shù)采用液壓馬達(dá)、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于本刀庫的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,且所需轉(zhuǎn)速小,所以決定采用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有體積小,重量輕、伺服性好、力能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn),且該電機(jī)可用信號電壓進(jìn)行無級調(diào)速。由參考資料查選電動(dòng)機(jī)型號為90SZ03的SZ系列電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī),功率為0.092 kw

23、。 2.3.4刀庫運(yùn)動(dòng)的定位裝置 鏈?zhǔn)降稁煊捎诓灰自阪湕l上裝定位元件,通常實(shí)在傳遞運(yùn)動(dòng)的其他環(huán)節(jié)上設(shè)置定位元件。 本次設(shè)計(jì)采用托架定位。如圖所示： 2.3.5刀庫運(yùn)動(dòng)中力的傳輸 刀庫為鏈?zhǔn)降稁?分別是由一個(gè)導(dǎo)向輪,調(diào)節(jié)輪,驅(qū)動(dòng)輪組成,電動(dòng)機(jī)通過皮帶輪帶動(dòng)蝸桿蝸輪,驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)刀庫的轉(zhuǎn)動(dòng)。而選用渦輪蝸桿傳動(dòng)的原因則是蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)： 1．傳動(dòng)比大在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)1000以上。與其他傳動(dòng)形式相比,傳動(dòng)比相同時(shí),機(jī)構(gòu)尺寸小,因而結(jié)構(gòu)緊湊。 2．傳動(dòng)平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒,與蝸輪的嚙合是連續(xù)的,因此,傳動(dòng)平穩(wěn),噪聲低。 3．可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒

24、輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí),若蝸桿為主動(dòng)件,機(jī)構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動(dòng)常用于起重裝置中。 第三章 參數(shù)的確定 3.1電機(jī)的選用 刀庫回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多數(shù)采用液壓馬達(dá)、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于本刀庫的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,且所需轉(zhuǎn)速小,所以決定采用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有體積小,重量輕、伺服性好、力能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn),且該電機(jī)可用信號電壓進(jìn)行無級調(diào)速。由參考資料查選電動(dòng)機(jī)型號為90SZ03的SZ系列電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī),功率為0.092 kw。 3.2蝸輪及蝸桿的選用與校核 1．選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù)GB10085—8

25、8的推薦,采用漸開線蝸桿〔ZI〕。 2．選擇材料 蝸桿采用45鋼,齒面淬火,硬度為45～50HRC；蝸輪用金屬模鑄造,=220 MPa。 3．確定主要參數(shù) 蝸桿蝸輪傳動(dòng),以蝸桿為主動(dòng),蝸輪為從動(dòng)。為了提高傳動(dòng)效率,取Z1=6,傳動(dòng)比取6,單向旋轉(zhuǎn),單工作制,則Z2= Z1ⅹ6=36。 4．按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) m2d1KT2 〔1〕計(jì)算蝸輪軸轉(zhuǎn)矩T2 初估傳動(dòng)效率η=0.95,則 T2=9594=9594η=9594ⅹ0.95=166.92 N·m <2> 載荷系數(shù)K=1.05 <3> 許用接觸應(yīng)力 ==220

26、ⅹ0.9ⅹ1.48=293.04 MPa 式中,=220 MPa,=70 MPa 〔4〕計(jì)算m2d1值,并選定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1 m2d1ⅹ1.05ⅹ166.92=354.34 mm3; 按表查得模數(shù)m=3.15, d1=45 5．驗(yàn)算蝸輪齒彎曲強(qiáng)度 驗(yàn)算公式為 （1） 使用系數(shù)=1 （2） 動(dòng)載荷系數(shù)=1.03 （3） 載荷分布系數(shù)=1 （4） d1=45 mm,=m=3.1536=113.4 mm,其中模數(shù)m=3.15。 （5） 蝸輪齒形系數(shù)=3.92 按蝸輪當(dāng)量齒數(shù)=/=36/=45.93, （6） 導(dǎo)程角系數(shù)=1

27、-/120°=1-/120=0.81 （7） 許用彎曲應(yīng)力 ==700.542=37.94 MPa <8>計(jì)算彎曲應(yīng)力 =22.618 由于<,幫滿足蝸輪輪齒強(qiáng)度條件。 6．計(jì)算蝸桿蝸輪的主要參數(shù) 〔1分度圓直徑 =45,=m=3.1536=113.4mm <2>中心距a a=<++2m>/2=[45+113.4+2<-0.1349>3.15]/2=79 mm <3>蝸桿導(dǎo)程角 7．計(jì)算其他尺寸 〔1〕蝸桿齒頂圓直徑=+2=45+23.15=51.3 mm,

28、 其中為蝸桿齒頂高,且=m=3.15 mm； 〔2〕蝸輪喉圓直徑=+2=113.4+20.86513.15=118.85 mm, 其中為蝸輪齒頂高,且=+=1-0.1349=0.8651 mm； 〔3〕蝸輪外圓直徑=+m=118.5+3.15=122 mm； 〔4〕蝸桿齒寬 由于=6,故按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),取=64 mm 〔5〕蝸輪齒寬0。67=0.6751.3 =34.371mm,取=34 mm； 〔6〕蝸輪齒頂圓弧半徑=-m=-3.15=19.35 mm 〔7〕蝸輪齒根圓弧半徑=+c=+0.

29、2m=+0.23.15=26.28 mm； 〔8〕蝸桿軸向齒厚=/2==3.15/2=4.948 mm,其中為蝸桿軸向齒距； 〔9〕蝸桿法向齒厚==4.948=4.562 mm； 〔10〕蝸輪分度圓齒厚=0.5=0.53.15=4.948 mm。 3.3刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核 蝸輪轉(zhuǎn)速=5r/min,所能傳遞的功率為P=0.092800.95=0.07 Kw,此時(shí)刀庫的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：T===120.3N·m＞T0=8N·m,其中=0.9為普通平鍵帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)效率。所以,刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足要求。 3.4軸承的選用 滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件

30、之一。它是依靠主要元件的滾動(dòng)接觸來支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。與滑動(dòng)軸承相比,滾動(dòng)軸承摩擦力小,功率消耗少,啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。并且常用的滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,因此使用滾動(dòng)軸承時(shí),只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗(yàn)算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關(guān)的"軸承裝置設(shè)計(jì)"問題。 3. 4. 1軸承的類型 考慮到軸各個(gè)方面的誤差會(huì)直接傳遞給加工工件時(shí)的加工誤差,因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷,外圈可分離,安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙。其機(jī)構(gòu)代碼為3000,然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為：30208。 3. 4. 2軸

31、承的游隙及軸上零件的調(diào)配 軸承的游隙和欲緊時(shí)靠端蓋下的墊片來調(diào)整的,這樣比較方便。 3. 4. 3滾動(dòng)軸承的配合 滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件,為使軸承便于互換和大量生產(chǎn),軸承孔于軸的配合采用基孔制,即以軸承孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制,即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。 3.4.4滾動(dòng)軸承的潤滑 考慮到電動(dòng)刀架工作時(shí)轉(zhuǎn)速很高,并且是不間斷工作,溫度也很高。故采用油潤滑,轉(zhuǎn)速越高,應(yīng)采用粘度越低的潤滑油；載荷越大,應(yīng)選用粘度越高的。 3. 4. 5滾動(dòng)軸承的密封裝置 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵,水,酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承,并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸

32、式兩大類。此處,采用接觸式密封,唇形密封圈。 唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上,以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封,密封唇應(yīng)朝；如果主要是為了防止外物浸入,蜜蜂唇應(yīng)朝外。 第四章 刀庫的維護(hù) 無需保養(yǎng)維修就能始終保持理想精度的加工中心式?jīng)]有的。想要保證工件質(zhì)量穩(wěn)定,并不斷由所提高,則必須經(jīng)常檢查機(jī)床的精度,分析可能將出現(xiàn)的問題 ,并確立有效地解決措施。因此,要求加工中心的操作人員必須掌握進(jìn)行這些工作的各方面技術(shù),合理的使用加工中心。 刀庫的精度相比于加工中心的其他部分,起精度要求并不高,因此

33、,其維修處理九相對簡單。 1 、要及時(shí)處理廢屑,盡量避免廢屑進(jìn)入刀庫傳動(dòng)系統(tǒng)中,注意及時(shí)清理。 2 、 操作人員要按規(guī)定及使用說明認(rèn)真操作,避免發(fā)生事故或惡性事件,造成人員的傷亡和加工中心的損傷。 3 、 刀庫要進(jìn)行定期維護(hù)和檢查,及時(shí)校正精度。 4 、 刀庫的使用中回有磨損,及部件老化問題存在,為了避免這些問題要定期輸油,及時(shí)更換易損部件, 5 、 加工中心工作需要高精度,因此刀庫裝配好后,應(yīng)盡量避免刀庫的拆卸及挪動(dòng),以保持高精度。 第五章 結(jié)論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次新的嘗試,經(jīng)過努力,終于完成。在著手設(shè)計(jì)之前,我們在指導(dǎo)

34、老師的帶領(lǐng)下,進(jìn)行了畢業(yè)實(shí)習(xí),為畢業(yè)設(shè)計(jì)工作做好了充分的,直觀的準(zhǔn)備。實(shí)習(xí)過程中,我們在車間里實(shí)地觀摩機(jī)床,參觀其結(jié)構(gòu)、工作流程,聽技術(shù)人員介紹其工作原理,使自己的設(shè)計(jì)有了較為全面的概念,并利用廠里實(shí)際條件廣泛收集資料,所有這些都為畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。在隨后的設(shè)計(jì)過程中,依據(jù)畢業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)所掌握的材料及老師提供的大量而詳實(shí)的專業(yè)技術(shù)書籍,結(jié)合自己在大學(xué)四年中所學(xué)的各門專業(yè)課的理論知識,通過大量的設(shè)計(jì)工作,終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要部分。并根據(jù)所了解到的同類型機(jī)床的應(yīng)用現(xiàn)狀及國的生產(chǎn)技術(shù)和工藝制造水平,盡可能地做到設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性及合理性,并根據(jù)實(shí)際情況盡量全面周到地考慮問題,力爭做到標(biāo)準(zhǔn)化、

35、通用化和系列化以使設(shè)計(jì)結(jié)果更具有實(shí)用性。 盡管如此,由于知識水平有限,參觀機(jī)床較少,經(jīng)驗(yàn)閱歷不足,在設(shè)計(jì)中難免會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的缺點(diǎn)或問題,只能盡己所能做到最好,所出現(xiàn)的問題只有通過在以后的實(shí)際工作中努力地學(xué)習(xí),提高自己的理論知識及實(shí)際設(shè)計(jì)的能力,以免再犯同樣的錯(cuò)誤。 縱觀這近一個(gè)學(xué)期時(shí)間的設(shè)計(jì)過程,雖然有一些不盡如人意的地方,但在總體上,自己還是受益良多。在設(shè)計(jì)中,自己以前所學(xué)過的專業(yè)知識都得到了進(jìn)一步的鞏固和提高,并讓這些理論知識與實(shí)際設(shè)計(jì)需要相結(jié)合,鍛煉了自己實(shí)際工作的能力,為自己即將走上工作崗位打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

36、 參 考 文 獻(xiàn) [1] 任嘉卉.《公差與配合手冊》[M].：機(jī)械工業(yè) 1990 [2] 孝恩. 加工中心交換工作臺定位機(jī)構(gòu)的改進(jìn)[J].制造技術(shù)與機(jī)床2005.7:117 [3] 孝恩. 保證加工中心交換工作臺定位精度的方法[J].機(jī)械制造 2005.5:63 [4] 徐錦康.《機(jī)械設(shè)計(jì)》[M].：機(jī)械工業(yè) 2001 [5] 周建方.《材料力學(xué)》[M].：機(jī)械工業(yè) 2002 [6] 世德.《機(jī)械原理》[M].：機(jī)械工業(yè) 2001 [7] 代曉明、慶東.高架橋式龍門高速加工中心直線進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)械制造[J].2005.1:12-14 [8] 真.《加工中心》[M].：化學(xué)

37、工業(yè) 2004 [9] 沙杰.《加工中心結(jié)構(gòu)、調(diào)試與維護(hù)》[M].：機(jī)械工業(yè) 2003 [10] 鴻鸞、榮維芝.《數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與維修》[M].：機(jī)械工業(yè) 2004 [11] 羅敏.用分度數(shù)控軸實(shí)現(xiàn)加工中心工作臺分度功能的設(shè)計(jì)方法[J].制造技術(shù)與機(jī)床 2007.2:35-38 [12] 花國梁主編.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) [M].：工業(yè)學(xué)院,1984.6-32 [13] 戴曙.《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》[M].：機(jī)械工業(yè) 1981 [14] 家瀛主編.組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊 [M].：機(jī)械工業(yè),1999.53-80 [15] 耀宸主編.機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)手冊 [M].：航空工業(yè),1987.56-79 致 首先,要感我的指導(dǎo)老師王老師,在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中,王老師給予了我極大的幫助,耐心地指導(dǎo)設(shè)計(jì),并時(shí)時(shí)就設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的問題和錯(cuò)誤給予及時(shí)的指正,讓我獲益匪淺,因此能夠順利地完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)；此外,當(dāng)我在設(shè)計(jì)過程中遇到問題的時(shí)候,本專業(yè)的老師和同學(xué)們都給予了我極大的支持與鼓勵(lì),在此向王老師以及機(jī)制專業(yè)的各位老師,還有本專業(yè)的同學(xué)們表示我最誠摯的意。 16 / 16