喜歡這套資料就充值下載吧。資源目錄里展示的都可在線預(yù)覽哦。下載后都有，請(qǐng)放心下載，文件全都包含在內(nèi)，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605 或 1304139763 NUMERICAL CONTROL Numerical control(N／C)is a form of programmable automation in which the processing equipment is controlled by means of numbers，letters，and other symbols．The numbers，letters，and symbols are coded in an appropriate format to define a program of instructions for a particular workpart or job．When the job changes，the program of instructions is changed．The capability to change the program is what makes N／C suitable for low-and medium-volume production．It is much easier to write programs than to make major alterations of the processing equipment． There are two basic types of numerically controlled machine tools：point—to—point and continuous—path(also called contouring)．Point—to—point machines use unsynchronized motors，with the result that the position of the machining head Can be assured only upon completion of a movement，or while only one motor is running．Machines of this type are principally used for straight—line cuts or for drilling or boring． The N／C system consists of the following components：data input，the tape reader with the control unit，feedback devices，and the metal—cutting machine tool or other type of N／C equipment． Data input，also called“man—to—control link”，may be provided to the machine tool manually，or entirely by automatic means．Manual methods when used as the sole source of input data are restricted to a relatively small number of inputs．Examples of manually operated devices are keyboard dials，pushbuttons，switches，or thumbwheel selectors．These are located on a console near the machine．Dials ale analog devices usually connected to a syn-chro-type resolver or potentiometer．In most cases，pushbuttons，switches，and other similar types of selectors aye digital input devices．Manual input requires that the operator set the controls for each operation．It is a slow and tedious process and is seldom justified except in elementary machining applications or in special cases．In practically all cases，information is automatically supplied to the control unit and the machine tool by cards，punched tapes，or by magnetic tape．Eight—channel punched paper tape is the most commonly used form of data input for conventional N／C systems．The coded instructions on the tape consist of sections of punched holes called blocks．Each block represents a machine function，a machining operation，or a combination of the two．The entire N／C program on a tape is made up of an accumulation of these successive data blocks．Programs resulting in long tapes all wound on reels like motion-picture film．Programs on relatively short tapes may be continuously repeated by joining the two ends of the tape to form a loop．Once installed，the tape is used again and again without further handling．In this case，the operator simply loads and unloads the parts．Punched tapes ale prepared on type writers with special tape—punching attachments or in tape punching units connected directly to a computer system．Tape production is rarely error-free．Errors may be initially caused by the part programmer，in card punching or compilation，or as a result of physical damage to the tape during handling，etc．Several trial runs are often necessary to remove all errors and produce an acceptable working tape． While the data on the tape is fed automatically，the actual programming steps ale done manually．Before the coded tape may be prepared，the programmer，often working with a planner or a process engineer, must select the appropriate N／C machine tool，determine the kind of material to be machined，calculate the speeds and feeds，and decide upon the type of tooling needed. The dimensions on the part print are closely examined to determine a suitable zero reference point from which to start the program．A program manuscript is then written which gives coded numerical instructions describing the sequence of operations that the machine tool is required to follow to cut the part to the drawing specifications． The control unit receives and stores all coded data until a complete block of information has been accumulated．It then interprets the coded instruction and directs the machine tool through the required motions． The function of the control unit may be better understood by comparing it to the action of a dial telephone，where，as each digit is dialed，it is stored．When the entire number has been dialed，the equipment becomes activated and the call is completed． Silicon photo diodes，located in the tape reader head on the control unit，detect light as it passes through the holes in the moving tape．The light beams are converted to electrical energy，which is amplified to further strengthen the signal．The signals are then sent to registers in the control unit, where actuation signals are relayed to the machine tool drives． Some photoelectric devices are capable of reading at rates up to 1000 characters per second．High reading rates are necessary to maintain continuous machine—tool motion；otherwise dwell marks may be generated by the cutter on the part during contouring operations．The reading device must be capable of reading data blocks at a rate faster than the control system can process the data． A feedback device is a safeguard used on some N／C installations to constantly compensate for errors between the commanded position and the actual location of the moving slides of the machine tool．An N／C machine equipped with this kind of a direct feedback checking device has what is known as a closed-loop system．Positioning control is accomplished by a sensor which，during the actual operation，records the position of the slides and relays this information back to the control unit．Signals thus received ale compared to input signals on the tape，and any discrepancy between them is automatically rectified．In an alternative system，called an open—loop system，the machine is positioned solely by stepping motor drives in response to commands by a controllers．There are three basic types of NC motions, as follows: Point-to-point or Positional Control In point-to-point control the machine tool elements (tools, table, etc.) are moved to programmed locations and the machining operations performed after the motions are completed. The path or speed of movement between locations is unimportant; only the coordinates of the end points of the motions are accurately controlled. This type of control is suitable for drill presses and some boring machines, where drilling, tapping, or boring operations must be performed at various locations on the work piece. Straight-Line or Linear Control Straight-Line control systems are able to move the cutting tool parallel to one of the major axes of the machine tool at a controlled rate suitable for machining. It is normally only possible to move in one direction at a time, so angular cuts on the work piece are not possible, consequently, for milling machines, only rectangular configurations can be machined or for lathes only surfaces parallel or perpendicular to the spindle axis can be machined. This type of controlled motion is often referred to as linear control or a half-axis of control. Machines with this form of control are also capable of point-to-point control. Continuous Path or Contouring Control In continuous path control the motions of two or more of the machine axes are controlled simultaneously, so that the position and velocity of the can be tool are changed continuously. In this way curves and surfaces can be machined at a controlled feed rate. It is the function of the interpolator in the controller to determine the increments of the individual controlled axes of the machines necessary to produce the desired motion. This type of control is referred to as continuous control or a full axis of control.Some terminology concerning controlled motions for NC machines has been introduced. For example, some machines are referred to as four-or five-or even six-axis machines. For a vertical milling machine three axes of control are fairly obvious, these being the usual X, Y, Z coordinate directions. A fourth or fifth axis of control would imply some form of rotary table to index the work piece or possibly to provide angular motion of the work head. Thus, in NC terminology an axis of control is any controlled motion of the machine elements (spindles, tables, etc). A further complication is use of the term half-axis of control; for example, many milling machines are referred to as 2.5-axis machine. This means that continuous control is possible for two motions (axes) and only linear control is possible for the third axis. Applied to vertical milling machines, 2.5axis control means contouring in the X, Y plane and linear motion only in the Z direction. With these machines three-dimensional objects have to be machined with water lines around the surface at different heights. With an alternative terminology the same machine could be called a 2CL machine (C for continuous, L for linear control). Thus, a milling machine with continuous control in the X, Y, Z directions could be termed be a three-axis machine or a 3c machine, Similarly, lathes are usually two axis or 2C machines. The degree of work precision depends almost entirely upon the accuracy of the lead screw and the rigidity of the machine structure．With this system．there is no self-correcting action or feedback of information to the control unit．In the event of an unexpected malfunction，the control unit continues to put out pulses of electrical current．If，for example，the table on a N／C milling machine were suddenly to become overloaded，no response would be sent back to the controller．Because stepping motors are not sensitive to load variations，many N／C systems are designed to permit the motors to stall when the resisting torque exceeds the motor torque．Other systems are in use，however，which in spite of the possibility of damage to the machine structure or to the mechanical system，ale designed with special high—torque stepping motors．In this case，the motors have sufficient capacity to“overpower’’the system in the event of almost any contingency． The original N／C used the closed—loop system．Of the two systems，closed and open loop，closed loop is more accurate and，as a consequence，is generally more expensive．Initially，open—loop systems were used almost entirely for light-duty applications because of inherent power limitations previously associated with conventional electric stepping motors．Recent advances in the development of electro hydraulic stepping motors have led to increasingly heavier machine load applications. 數(shù)控技術(shù) 數(shù)控是可編程自動(dòng)化技術(shù)的一種形式，通過(guò)數(shù)字、字母和其他符號(hào)來(lái)控制加工設(shè)備。數(shù)字、字母和符號(hào)用適當(dāng)?shù)母袷骄幋a為一個(gè)特定工件定義指令程序。當(dāng)工件改變時(shí)，指令程序就改變。這種改變程序的能力使數(shù)控適合于中、小批量生產(chǎn)，寫(xiě)一段新程序遠(yuǎn)比對(duì)加工設(shè)備做大的改動(dòng)容易得多。 數(shù)控機(jī)床有兩種基本形式：點(diǎn)位控制和連續(xù)控制(也稱為輪廓控制)。點(diǎn)位控制機(jī)床采用異步電動(dòng)機(jī)，因此，主軸的定位只能通過(guò)完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)或一個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種機(jī)床主要用于直線切削或鉆孔、鏜孔等場(chǎng)合。 數(shù)控系統(tǒng)由下列組件組成：數(shù)據(jù)輸入裝置，帶控制單元的磁帶閱讀機(jī)，反饋裝置和切削機(jī)床或其他形式的數(shù)控設(shè)備。 數(shù)據(jù)輸人裝置，也稱“人機(jī)聯(lián)系裝置”，可用人工或全自動(dòng)方法向機(jī)床提供數(shù)據(jù)。人工方法作為輸人數(shù)據(jù)唯一方法時(shí)，只限于少量輸入。人工輸入裝置有鍵盤(pán)，撥號(hào)盤(pán)，按鈕，開(kāi)關(guān)或撥輪選擇開(kāi)關(guān)，這些都位于機(jī)床附近的一個(gè)控制臺(tái)上。撥號(hào)盤(pán)通常連到一個(gè)同步解析器或電位計(jì)的模擬裝置上。在大多數(shù)情況下，按鈕、開(kāi)關(guān)和其他類似的旋鈕是數(shù)據(jù)輸入元件。人工輸入需要操作者控制每個(gè)操作，這是一個(gè)既慢又單調(diào)的過(guò)程，除了簡(jiǎn)單加工場(chǎng)合或特殊情況，已很少使用。幾乎所有情況下，信息都是通過(guò)卡片、穿孔紙帶或磁帶自動(dòng)提供給控制單元。在傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)中，八信道穿孔紙帶是最常用的數(shù)據(jù)輸入形式，紙帶上的編碼指令由一系列稱為程序塊的穿孔組成。每一個(gè)程序塊代表一種加工功能、一種操作或兩者的組合。紙帶上的整個(gè)數(shù)控程序由這些連續(xù)數(shù)據(jù)單元連接而成。帶有程序的長(zhǎng)帶子像電影膠片一樣繞在盤(pán)子上，相對(duì)較短的帶子上的程序可通過(guò)將紙帶兩端連接形成一個(gè)循環(huán)而連續(xù)不斷地重復(fù)使用。帶子一旦安裝好，就可反復(fù)使用而無(wú)需進(jìn)一步處理。此時(shí)，操作者只是簡(jiǎn)單地上、下工件。穿孔紙帶是在帶有特制穿孔附件的打字機(jī)或直接連到計(jì)算機(jī)上的紙帶穿孔裝置上做成的。紙帶制造很少不出錯(cuò)，錯(cuò)誤可能由編程、卡片穿孔或編碼、紙帶穿孔時(shí)的物理?yè)p害等形成。通常，必須要試走幾次來(lái)排除錯(cuò)誤，才能得到一個(gè)可用的工作紙帶。 雖然紙帶上的數(shù)據(jù)是自動(dòng)進(jìn)給的，但實(shí)際編程卻是手工完成的，在編碼紙帶做好前，編程者經(jīng)常要和一個(gè)計(jì)劃人員或工藝工程師一起工作，選擇合適的數(shù)控機(jī)床，決定加工材料，計(jì)算切削速度和進(jìn)給速度，決定所需刀具類型，仔細(xì)閱讀零件圖上尺寸，定下合適的程序開(kāi)始的零參考點(diǎn)，然后寫(xiě)出程序清單，其上記載有描述加工順序的編碼數(shù)控指令，機(jī)床按順序加工工件到圖樣要求。 控制單元接受和儲(chǔ)存編碼數(shù)據(jù)，直至形成一個(gè)完整的信息程序塊，然后解釋數(shù)控指令，并引導(dǎo)機(jī)床得到所需運(yùn)動(dòng)。 為更好理解控制單元的作用，可將它與撥號(hào)電話進(jìn)行比較，即每撥一個(gè)數(shù)字，就儲(chǔ)存一個(gè)，當(dāng)整個(gè)數(shù)字撥好后，電話就被激活，也就完成了呼叫。 裝在控制單元里的紙帶閱讀機(jī)，通過(guò)其內(nèi)的硅光二極管，檢測(cè)到穿過(guò)移動(dòng)紙帶上的孔漏過(guò)的光線，將光束轉(zhuǎn)變成電能，并通過(guò)放大來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)信號(hào)，然后將信號(hào)送到控制單元里的寄存器，由它將動(dòng)作信號(hào)傳到機(jī)床驅(qū)動(dòng)裝置。 有些光電裝置能以高達(dá)每秒1000個(gè)字節(jié)的速度閱讀，這對(duì)保持機(jī)床連續(xù)動(dòng)作是必須的，否則，在輪廓加工時(shí)，刀具可能在工件上產(chǎn)生劃痕。閱讀裝置必須要能以比控制系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)更快的速度來(lái)閱讀數(shù)據(jù)程序塊。 反饋裝置是用在一些數(shù)控設(shè)備上的安全裝置，它可連續(xù)補(bǔ)償控制位置與機(jī)床運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)的實(shí)際位置之間的誤差。裝有這種直接反饋檢查裝置的數(shù)控機(jī)床有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)裝置。位置控制通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際工作時(shí)，記錄下滑臺(tái)的位置，并將這些信息送回控制單元。接受到的信號(hào)與紙帶輸入的信號(hào)相比較，它們之間的任何偏差都可得到糾正。 在另一個(gè)稱為開(kāi)環(huán)的系統(tǒng)中，機(jī)床僅由響應(yīng)控制器命令的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定位，工件的精度幾乎完全取決于絲杠的精度和機(jī)床結(jié)構(gòu)的剛度。有幾個(gè)理由可以說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)自動(dòng)化申請(qǐng)的非常有用的驅(qū)動(dòng)裝置。對(duì)于一件事物，它被不連續(xù)直流電壓脈沖驅(qū)使,是來(lái)自數(shù)傳計(jì)算機(jī)和其他的自動(dòng)化的非常方便的輸出控制系統(tǒng)。當(dāng)多數(shù)是索引或其他的自動(dòng)化申請(qǐng)所必備者的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)對(duì)運(yùn)行一個(gè)精確的有角進(jìn)步也是理想的。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)不需要監(jiān)聽(tīng)就提供特定的輸出指令而且期待系統(tǒng)適當(dāng)?shù)胤磻?yīng)的公開(kāi)- 環(huán)操作造成一個(gè)回應(yīng)環(huán)，步進(jìn)電機(jī)是理想的。 一些工業(yè)的機(jī)械手使用高抬腿運(yùn)步的馬乘汽車(chē)駕駛員，而且步進(jìn)電機(jī)是有用的在數(shù)字受約束的工作母機(jī)中。 這些申請(qǐng)的大部分是公開(kāi)- 環(huán) ,但是雇用回應(yīng)環(huán)檢測(cè)受到驅(qū)策的成份位置是可能的。 環(huán)的一個(gè)分析者把真實(shí)的位置與需要的位置作比較，而且不同是考慮過(guò)的錯(cuò)誤。 那然后駕駛員能發(fā)行對(duì)步進(jìn)電機(jī)的電脈沖，直到錯(cuò)誤被減少對(duì)準(zhǔn)零位。在這個(gè)系統(tǒng)中，沒(méi)有信息反饋到控制單元的自矯正過(guò)程。出現(xiàn)誤動(dòng)作時(shí)，控制單元繼續(xù)發(fā)出電脈沖。比如，一臺(tái)數(shù)控銑床的工作臺(tái)突然過(guò)載，阻力矩超過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，將沒(méi)有響應(yīng)信號(hào)送回到控制器。因?yàn)?，步進(jìn)電機(jī)對(duì)載荷變化不敏感，所以許多數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)允許電機(jī)停轉(zhuǎn)。然而，盡管有可能損壞機(jī)床結(jié)構(gòu)或機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，也有使用帶有特高轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電機(jī)的其他系統(tǒng)，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)有足夠能力來(lái)應(yīng)付系統(tǒng)中任何偶然事故。 最初的數(shù)控系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。在開(kāi)、閉環(huán)兩種系統(tǒng)中，閉環(huán)更精確，一般說(shuō)來(lái)更昂貴。起初，因?yàn)樵葌鹘y(tǒng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率限制，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)幾乎全部用于輕加工場(chǎng)合，最近出現(xiàn)的電液步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已越來(lái)越多地用于較重的加工領(lǐng)域。 1 緒 論 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和成熟，而對(duì)作為現(xiàn)代制造業(yè)非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)加工中心的組成部分提出了更高的性能指標(biāo)。 加工中心是一種綜合加工能力較強(qiáng)的數(shù)控加工設(shè)備，工件一次裝夾后能完成較多的加工工序，加工精度較高，就中等加工難度的批量工件，其效率是普通設(shè)備的5～10倍，特別是它能完成許多普通設(shè)備不能一次完成的加工。加工中心對(duì)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)更為合適，特別是對(duì)于必需采用工裝和專用設(shè)備來(lái)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(jìng)爭(zhēng)力。然而目前國(guó)內(nèi)外加工中心的生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)生產(chǎn)的加工中心大多是大、中型零件的加工。 加工中心有多種形式，常見(jiàn)的有盤(pán)式、鏈?zhǔn)絻煞N刀庫(kù)。 盤(pán)式結(jié)構(gòu)中,刀具可以沿著主軸的軸向、徑向、斜向按放，刀具軸向的安裝的結(jié)構(gòu)最為緊密，但為了換到時(shí)與主軸同向，有的刀具庫(kù)中刀具需要在換刀位作90度翻轉(zhuǎn)。在刀庫(kù)容量較大時(shí)，為在存放方便的同時(shí)保持結(jié)構(gòu)緊湊，可采用彈倉(cāng)式結(jié)構(gòu)，目前大量的刀庫(kù)安裝在機(jī)車(chē)立柱的頂面或側(cè)面，在刀庫(kù)較大時(shí)，也有安裝在專門(mén)的地基上，以隔離刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)造成的震動(dòng)。 鏈?zhǔn)降稁?kù)存放刀具容量比盤(pán)式大，結(jié)構(gòu)比較靈活，可以采用加長(zhǎng)鏈帶方式加大刀庫(kù)容量，也可以采用鏈帶折疊回繞的方式提高空間利用率，在需要刀具容量較大時(shí)，還可以采用多鏈帶結(jié)構(gòu)。 1.1 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1.1.1 當(dāng)前世界NC機(jī)床的研究現(xiàn)狀 世界各國(guó)對(duì)數(shù)控機(jī)床、加工中心以至FMS、CIMS等各種新技術(shù)的研究與發(fā)展進(jìn)程，是與世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)緊密相連的。機(jī)床工業(yè)與世界經(jīng)濟(jì)相互促進(jìn)和發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，人們的知識(shí)所起的作用更加突出，而機(jī)床工業(yè)作為機(jī)器制造業(yè)的基礎(chǔ)，其重點(diǎn)地位與戰(zhàn)略意義更加明顯。當(dāng)前世界NC機(jī)床的技術(shù)研究主要有以下幾點(diǎn)： 1.更加重視新技術(shù)和創(chuàng)新 在世界范圍內(nèi)，對(duì)新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)、新單元、新元件的研究開(kāi)發(fā)工作正在大力發(fā)展，如新的刀具材料、新的主軸結(jié)構(gòu)、高速電主軸、高速直線電機(jī)等的開(kāi)發(fā)研究。以加工工藝的改進(jìn)創(chuàng)新為基礎(chǔ)，為加工超硬、難切削材料及特殊符合材料及復(fù)雜零件、不規(guī)則曲面等在不斷研究開(kāi)發(fā)新機(jī)種。 2.提高機(jī)床加工的精度的研究 為了提高加工中心的加工精度，不斷提高機(jī)床的剛度、減少振動(dòng)，消除熱變形，降低噪聲，提高NC機(jī)床的定位精度、重復(fù)精度、工作可靠性、穩(wěn)定性、精度保持性，世界很多國(guó)家都在進(jìn)行機(jī)床熱誤差、機(jī)床運(yùn)動(dòng)及負(fù)載變形誤差的軟件補(bǔ)償技術(shù)研究，并采取精度補(bǔ)償、軟件補(bǔ)償?shù)却胧┘右愿纳?，有的已可使此類誤差消除60%。并在不斷開(kāi)發(fā)精細(xì)加工，納米加工。 3.提高機(jī)床加工生產(chǎn)率的研究 世界NC機(jī)床、加工中心及相應(yīng)的高速電主軸、直線電機(jī)、測(cè)量系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、NC系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，均以提高生產(chǎn)率為前提。 4.許多國(guó)家都已經(jīng)開(kāi)始對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的智能化、開(kāi)放化、網(wǎng)絡(luò)化研究 1.1.2 我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)數(shù)控機(jī)床工業(yè)起步較早，北京機(jī)床研究所于1973年研制了臥式加工中心JCS013。1980 年北京機(jī)床研究所引進(jìn)了日本FANUC 公司的數(shù)控系統(tǒng)制造技術(shù)，并投入批量生產(chǎn)。國(guó)家“六五”和“七五”規(guī)劃期間，我國(guó)大力發(fā)展加工中心，幫助部分骨干企業(yè)與國(guó)外廠商進(jìn)行合作，引進(jìn)了加工中心的制造技術(shù)?！鞍宋濉逼陂g科技攻關(guān)開(kāi)發(fā)自主版權(quán)數(shù)控系統(tǒng)兩個(gè)階段，已為數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化奠定了良好的基礎(chǔ)，并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步?！熬盼濉逼陂g數(shù)控機(jī)床發(fā)展已進(jìn)入了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段。 1.部分產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平 具備了自行開(kāi)發(fā)各種各樣專用機(jī)床和特殊功能機(jī)床系統(tǒng)的能力。數(shù)控機(jī)床新開(kāi)發(fā)品種300個(gè)，已有一定的覆蓋面。新開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床大部分達(dá)到國(guó)際20 世紀(jì) 90 年代水平，為國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機(jī)床。 2.數(shù)控機(jī)床在技術(shù)上取得了一定的進(jìn)步 進(jìn)入了高速高精度精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn) 國(guó)行列。高速主軸制造技術(shù)可達(dá)12000~18000r/min，快速進(jìn)給可達(dá)60m/min，快速換刀可達(dá) 1.5s可以生產(chǎn)定位精度達(dá)3um的立式加工中心、主軸回轉(zhuǎn)精度達(dá)8um 的臥式加工中心和精度為2um 的車(chē)削中心等。 3.多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)更加成熟 0.1um 當(dāng)量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿形系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進(jìn)給數(shù)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)都已研制成功。尤其是基于PC 機(jī)的開(kāi)放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實(shí)施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進(jìn)線等功能。這些數(shù)控系統(tǒng)的研制成功使得多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)技術(shù)已不再是難題，且逐漸成熟。 4.大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品已能?chē)?guó)內(nèi)生產(chǎn) 我國(guó)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠共有 100 多家，數(shù)控系統(tǒng)（包括主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元）生產(chǎn)企業(yè)約50 家，生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品的企業(yè)共計(jì)300 余家，產(chǎn)品品種包括八大類2000 種以上。數(shù)控機(jī)床自我配套率超過(guò)60%。 5.在網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化數(shù)控制造成套設(shè)備技術(shù)上也有了新突破 網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化數(shù)控制造裝備可實(shí)現(xiàn)在多臺(tái)機(jī)床連成的局域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)集成、資源共享、實(shí)時(shí)圖象監(jiān)視和管理，服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)加工對(duì)象的實(shí)體造型并將刀具路徑文件和加工程序自動(dòng)化送至各數(shù)控機(jī)床。 總之，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的不斷深入，中國(guó)在加入WTO參與世界市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)中，無(wú)論是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)、國(guó)際市場(chǎng)，對(duì)NC機(jī)床的需求將日益增多，NC機(jī)床的發(fā)展前景非常廣闊。中國(guó)機(jī)床工業(yè)能否振興、NC 機(jī)床技術(shù)能否迅速提高、產(chǎn)量能否迅速擴(kuò)大，關(guān)鍵在于中國(guó)是否有此實(shí)力。 1.1.3 加工中心的發(fā)展動(dòng)向 近年來(lái)，加工中心的發(fā)展主要目標(biāo)是主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和自動(dòng)換刀（ATC）的高速化、縮短輔助時(shí)間、提高加工精度、縮短刀具交換時(shí)間、提高自動(dòng)化程度等。國(guó)際上加工中心正向自動(dòng)化程度更好、機(jī)床精度更高、功能更全、切削效率更高、機(jī)床結(jié)構(gòu)更趨合理的方向發(fā)展。 1.1.4 我國(guó)數(shù)控機(jī)床研究存在的問(wèn)題 我國(guó)的數(shù)控機(jī)床行業(yè)在近幾年中有了很大的發(fā)展，但對(duì)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)口量依然很大。我國(guó)進(jìn)口的NC 機(jī)床，大都是自己不能生產(chǎn)、水平達(dá)不到的中、高檔機(jī)床，其中特別是加工中心。均采用CAD、有限元分析、先進(jìn)的數(shù)控程序軟件等先進(jìn)方法，配套基礎(chǔ)元部件、NC 系統(tǒng)實(shí)行國(guó)際配套方面，我國(guó)仍需大力提高。 1.2 加工中心概論 加工中心的功能及特點(diǎn)： 1.加工中心的功能 加工中心（Machining Center-MC）是一種功能較全的數(shù)控加工機(jī)床。它把銑削、鏜削、鉆削和切削螺紋等功能集中在一臺(tái)設(shè)備上，使其具有多種工藝功能。加工中心設(shè)置有刀庫(kù)，刀庫(kù)中存放著不同數(shù)量的各種刀具和量具，在加工過(guò)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)床相比結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制系統(tǒng)功能較多。加工中最少有三個(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)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)刀具運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度自動(dòng)補(bǔ)償，刀具破損報(bào)警，刀具壽命管理，過(guò)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(guò)程圖形顯示，人機(jī)顯示，工件在線檢測(cè)和加工自動(dòng)補(bǔ)償、離線編程等，這些功能提高了數(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(wú)法相比的。 2.加工中心的特點(diǎn) 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(guó)家設(shè)計(jì)、制造的水平，因此在國(guó)內(nèi)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)，工件一次裝夾后能完成較多的加工步驟，加工精度較高，對(duì)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(duì)形狀較復(fù)雜，精度要求高的的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為合適。特別是對(duì)于必須采用工裝和專機(jī)設(shè)備來(lái)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接生大量的時(shí)間和費(fèi)用，從而使企業(yè)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。因此它也是判斷企業(yè)技術(shù)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)突出要點(diǎn)： 1）工序集中 加工中心備有刀庫(kù)，能自動(dòng)換刀，并能對(duì)工件進(jìn)行多工序加工?，F(xiàn)代加工中心可使工件在一次裝夾后實(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)，而且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(lái)的誤差，故加工精度更高，加工質(zhì)量更加穩(wěn)定。 3）適用性強(qiáng) 加工中心對(duì)加工對(duì)象的適用性強(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(duì)新的零件的加工，這對(duì)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(lái)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(wú)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(kù)，在一臺(tái)機(jī)床上能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測(cè)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(kāi)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，但在單件、小批量生產(chǎn)的情況下，可以節(jié)省許多其他方面的費(fèi)用。由于是數(shù)控加工，加工中心不必準(zhǔn)備專用鉆模等工藝裝備，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，減少了廢品率，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(pán)、裝卸零件、進(jìn)行關(guān)鍵工序的中間測(cè)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(jiǎn)化檢驗(yàn)和工夾具、半成品的管理工作。這些特點(diǎn)有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。 1.2.1 自動(dòng)換刀系統(tǒng)產(chǎn)品化的意義和前景 自動(dòng)換刀系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機(jī)床主軸的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響機(jī)床的加工性能。刀庫(kù)結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置的工作方式，則會(huì)影響機(jī)床的換刀效率。自動(dòng)換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，又會(huì)對(duì)整機(jī)的成本造價(jià)產(chǎn)生直接影響。 隨著機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，制造行業(yè)對(duì)于帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的高效高性能加工中心的需求量越來(lái)越大。在現(xiàn)有的各種類型的加工中心中，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)的造價(jià)在機(jī)床整機(jī)造價(jià)中總是占著很大比重，這是加工中心價(jià)格居高不下、應(yīng)用不普遍的重要原因。如果把自動(dòng)換刀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造從現(xiàn)有加工中心的制造模式中分離出來(lái)，把它作為加工中心的標(biāo)準(zhǔn)件或附件組織專門(mén)化的生產(chǎn)，同時(shí)由于該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)、采用彈簧夾頭和外驅(qū)動(dòng)機(jī)械手等關(guān)鍵技術(shù)、采用圓柱柄刀具和輔具，這不僅使數(shù)控機(jī)床工作性能有所提高，而且使得由它配套構(gòu)成的加工中心的總體造價(jià)大幅度下降。低造價(jià)高性能的加工中心將會(huì)被中小廠廣泛接收，這樣必將給自動(dòng)換刀系統(tǒng)生產(chǎn)廠商和加工中心制造廠商帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 1.3 本論文研究的目的和意義 本課題開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的小型加工中心刀庫(kù)。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普及，加工中心的作用越發(fā)突顯它的重要性。為進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，數(shù)控機(jī)床正向著工件在一臺(tái)機(jī)床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展，因此出現(xiàn)了各種類型的加工中心機(jī)床，如車(chē)削中心、鏜銑加工中心、鉆削中心等等。這類多工序加工的數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中要使用多種刀具，因此必須有自動(dòng)換刀裝置，也就是所說(shuō)的刀庫(kù)，以便選用不同刀具，完成不同工序的加工工藝。自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)具備換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲(chǔ)備量、占地面積小、安全可靠等特性。 1.4 本論文完成的主要工作 本論文是開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出一種體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格較低、生產(chǎn)周期短的小型立式加工中心無(wú)機(jī)械手換刀刀庫(kù)。主要完成以下工作： 1.通過(guò)深入各種類型的企業(yè)、高工專學(xué)校、中專、技?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，通過(guò)查閱相關(guān)的資料，對(duì)國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研、技術(shù)調(diào)研和社會(huì)環(huán)境調(diào)研，了解該產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向，從而確定本課題的可行性和必要性。 2.通過(guò)對(duì)不同的結(jié)構(gòu)原理方案和各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的分析對(duì)比，確定加工中心刀庫(kù)的總體技術(shù)設(shè)計(jì)方案和主要技術(shù)性能參數(shù)。 3.通過(guò)對(duì)加工中心的自動(dòng)換刀系統(tǒng)不同設(shè)計(jì)方案的對(duì)比分析，確定刀庫(kù)的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)和計(jì)算。 4.用CAD軟件繪制總體裝配圖、各部件、組件裝配圖及主要非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖。 2 總體方案的設(shè)計(jì) 加工中心刀庫(kù)的總體方案設(shè)計(jì)是根據(jù)其功能和設(shè)計(jì)要求，從全局的角度，以系統(tǒng)的觀點(diǎn)，進(jìn)行自動(dòng)換刀裝置刀庫(kù)整體方面的設(shè)計(jì)，主要包括運(yùn)動(dòng)功能方案設(shè)計(jì)、基本參數(shù)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)等內(nèi)容。 2.1 運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 加工中心主要用來(lái)加工小型板類、盤(pán)類、模具類、多孔類零件上的小孔和平面。主要是鉆削和銑削加工。 2.1.1 運(yùn)動(dòng)數(shù)目的確定 要實(shí)現(xiàn)以上各種零件表面的鉆削和銑削加工功能，機(jī)床必須具有以下運(yùn)動(dòng)：一個(gè)是主運(yùn)動(dòng)即主軸帶動(dòng)刀具回轉(zhuǎn)（Vc）；另一個(gè)是三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，包括實(shí)現(xiàn)切入工件一定深度（Z方向）的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；實(shí)現(xiàn)在水平面內(nèi)兩個(gè)方向（X、Y方向）的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。此外，還必須有換刀功能，因此還必須有非成形運(yùn)動(dòng)，如換刀需要刀庫(kù)轉(zhuǎn)位、移動(dòng)等運(yùn)動(dòng)。 2.1.2 運(yùn)動(dòng)方案的確定 加工中心加工工件所需的這些運(yùn)動(dòng)，必須由對(duì)應(yīng)的執(zhí)行部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。加工中心的主運(yùn)動(dòng)一般都由主軸部件（主傳動(dòng)系統(tǒng)）來(lái)完成，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以由工件來(lái)完成；也可以由刀具來(lái)完成；或者是由刀具和工件來(lái)共同完成。這樣就影響到部件的相互位置關(guān)系的配制和總體關(guān)系。采用哪種形式與被加工工件尺寸、形狀、質(zhì)量和功能等因素有關(guān)。對(duì)具有鉆、銑的功能的立式加工中心，根據(jù)工件的質(zhì)量、尺寸等的不同，可以有以下幾種不同的運(yùn)動(dòng) 方案： 1.由工件完成三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加工質(zhì)量較輕工件時(shí)，分別由X-Y向工作臺(tái)和升降臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)； 2.工作臺(tái)帶動(dòng)工件做一個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其他兩個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由刀具在立柱與橫梁上移動(dòng)來(lái)完成，這種方案不僅適用于質(zhì)量大的工件加工，還可增多主軸頭，使加工中心的生產(chǎn)效率得到很大的提高。 3.由刀架來(lái)完成三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加工較重或尺寸較高的工件時(shí)，則不宜由工件做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而是工作臺(tái)固定不動(dòng)，改為由刀具來(lái)完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。采用了立柱在床身上沿前后方向移動(dòng)來(lái)Y方向的進(jìn)給；由刀具在橫梁上移動(dòng)來(lái)完成Z向的進(jìn)給。通常見(jiàn)于大 、中型動(dòng)柱式加工中心。這種方案可以避免的尺寸工作臺(tái)在溜板兩端極限位置發(fā)生翹曲和大溜板加工難的問(wèn)題，從而減少了溜板和結(jié)構(gòu)的多層，有利于提高機(jī)床精度。 4.由工作臺(tái)實(shí)現(xiàn) X、Y 兩個(gè)方向的進(jìn)給，而唷刀具來(lái)完成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加工質(zhì)量較輕、體積較小的工件，且主軸部件的重量、體積較小時(shí)，也可以由X-Y工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的進(jìn)給，而由刀具來(lái)完成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。適用于小型加工中心，通常都采用固定立柱方式。由于立柱固定在床身上，就便于把刀庫(kù)、電柜等裝在立柱上。 2.2 功能部件的設(shè)計(jì)方案 加工中心一般由主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、自動(dòng)換刀系統(tǒng)、基礎(chǔ)部件、數(shù)控系統(tǒng)和輔助裝置等部分組成。 2.2.1主傳動(dòng)系統(tǒng) 主傳動(dòng)系統(tǒng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)加工中心的主運(yùn)動(dòng)。由主軸箱、主軸、軸承、松拉刀機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)等零件組成。這是加工中心自動(dòng)換刀裝置的關(guān)鍵部分，主軸的啟動(dòng)、停止、變速等動(dòng)作通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制由主傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且通過(guò)安裝在主軸上的刀具實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)。 要求主軸部件必須具備足夠的轉(zhuǎn)速范圍、功率和扭矩，在大部分轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)要保持恒功率，當(dāng)降到計(jì)算轉(zhuǎn)速以下時(shí)，要保持恒扭矩傳動(dòng)；主傳動(dòng)系統(tǒng)的各零部件，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和必要的剛度及抗震性能；噪聲低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性好。傳動(dòng)方案有以下幾種： 1.齒輪傳動(dòng) 目前加工中心主傳動(dòng)大多用寬調(diào)速主軸電機(jī), 其調(diào)速范圍達(dá) 1：100。對(duì)某些中小型加工中心，已經(jīng)足夠了，不需要經(jīng)過(guò)齒輪變速。如果所需轉(zhuǎn)速范圍超過(guò) 1：100（如中型以上規(guī)格的加工中心），則需通過(guò)齒輪換檔的方法實(shí)現(xiàn)。 2.帶傳動(dòng) 加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)使用的帶傳動(dòng)多為同步帶傳動(dòng)。它是一種綜合了帶、鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的新型傳動(dòng)。具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）傳動(dòng)比準(zhǔn)確 同步帶傳動(dòng)是嚙合傳動(dòng)，工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)。 2）傳動(dòng)效率高 可達(dá)98%以上，節(jié)能效果明顯。 3）重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊 不需依靠摩擦傳動(dòng)，預(yù)緊張力小，對(duì)軸和軸承的作用力小，帶輪直徑小。 4）線速度高 可達(dá)50m/s，因齒形帶較薄。 5）傳動(dòng)平穩(wěn) 動(dòng)態(tài)特性良好，能吸振，噪聲小。 6) 使用范圍廣 傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦，速比可達(dá)10左右。 7）使用保養(yǎng)方便 不需要潤(rùn)滑，耐油、耐磨性和抗老化好，還能在高溫、灰塵、水及腐蝕介質(zhì)等環(huán)境中工作。 由于以上優(yōu)點(diǎn)，所以實(shí)際中多用。但安裝要求較高，兩帶輪軸心線平行度要求高，中心距要求嚴(yán)格。帶和帶輪的制造工藝復(fù)雜，成本低。 3.電主軸 有內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”，這種傳動(dòng)方式取消了從主電動(dòng)機(jī)到主軸之間一切中間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)（如皮帶、齒輪、離合器等），實(shí)現(xiàn)了主電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。 如果采用齒輪、帶傳動(dòng)則需自行設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)，將會(huì)增加設(shè)計(jì)和制造周期，且為單件生產(chǎn)，成本也較高，轉(zhuǎn)速也受到一定的限制。該加工中心主要用來(lái)加工小孔和小平面，因此要想提高零件加工的生產(chǎn)率，也須提高主軸的轉(zhuǎn)速。如果選用由專門(mén)廠家生產(chǎn)的已系列化和標(biāo)準(zhǔn)化電主軸，轉(zhuǎn)速可根據(jù)需要選擇。不僅可保證高的生產(chǎn)率，而且也可根據(jù)用戶的不同要求選用不同的規(guī)格，可縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造周期。對(duì)比以上三種方案選用電主軸。 2.2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 進(jìn)給系統(tǒng)由伺服電機(jī)、滾珠絲杠、導(dǎo)軌等組成。要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)必須具有高速下的平穩(wěn)運(yùn)行，較高的定位精度且防止爬行，要求進(jìn)給系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置和元件具有較高的靈敏度，低摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差小以及高壽命等。 1.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制方式 進(jìn)給伺服系統(tǒng)可分為半閉環(huán)、全閉環(huán)和混合伺服控制三種方式。 2.伺服電機(jī)常用的伺服電機(jī)有支流和交流兩種： 1）直流伺服電機(jī) 數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用較多的是寬調(diào)速直流伺服電機(jī)，其主要特點(diǎn)是調(diào)速范圍寬、低速運(yùn)行平穩(wěn)；負(fù)載特性硬、過(guò)載能力強(qiáng)，在一定的速度范圍內(nèi)可以做到恒力矩輸出；反應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好。但體積較大，電刷易磨損，壽命受到一定的限制。 2）交流伺服電機(jī) 這種伺服電機(jī)的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩和慣量比高，能承受高的加減速；轉(zhuǎn)矩波動(dòng)??；低速性能好，在很低速時(shí)，電機(jī)仍能平滑旋轉(zhuǎn)；在保證高輸出轉(zhuǎn)矩的情況下，電機(jī)的體積小，重量輕；由于采用高頻寬調(diào)制控制，電機(jī)只有很低的噪聲和振動(dòng)。利用交流伺服系統(tǒng)可進(jìn)行精密定位控制。所以應(yīng)用越來(lái)越廣。 由于該加工中心刀庫(kù)容量較小，而且精度較高，故選用交流伺服電機(jī)。設(shè)計(jì)中選用了日本Panasonic 公司生產(chǎn)的MINASA 系列交流伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。 2.2.3 自動(dòng)換刀系統(tǒng) 通過(guò)自動(dòng)換刀系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)零件加工時(shí)的換刀。它由刀庫(kù)電機(jī)、傳動(dòng)裝置、刀夾等組成。任務(wù)要求采用無(wú)機(jī)械手換刀方式。 無(wú)機(jī)械手換刀方式是直接在刀庫(kù)與主軸（或刀架）之間的自動(dòng)換刀方式。這種換刀方式?jīng)]有機(jī)械手，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。換刀時(shí)必須首先將用過(guò)的刀具送回刀庫(kù)，然后再?gòu)牡稁?kù)中取出新刀具，這兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行，所以換刀過(guò)程較為復(fù)雜，它的選刀和換刀由三個(gè)坐標(biāo)軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來(lái)完成，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)，影響了機(jī)床的加工效率但是刀庫(kù)回轉(zhuǎn)時(shí)在工步于工步之間，即非切削時(shí)進(jìn)行的，因此雖然刀庫(kù)設(shè)置在立柱側(cè)面，卻免去刀庫(kù)回轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)對(duì)加工精度的影響。 適用于40號(hào)以下刀柄的小型加工中心或換刀次數(shù)少的用重型刀具的重型機(jī)床。考慮到所設(shè)計(jì)的小型加工中心主要用于中小批量生產(chǎn)，且只用來(lái)加工小型零件上的孔和面，刀庫(kù)容量較小，無(wú)須過(guò)多考慮換刀時(shí)間的長(zhǎng)短，決定采用30號(hào)刀柄。 2.刀庫(kù)形式的選取 無(wú)機(jī)械手換刀方式中，刀庫(kù)可以是圓盤(pán)形、直線排列式，也可以是格子箱式等。無(wú)機(jī)械手換刀方式中特別需要注意的是刀庫(kù)轉(zhuǎn)位定位的作用準(zhǔn)確度。圓盤(pán)形刀庫(kù)容量較小，刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，刀庫(kù)轉(zhuǎn)位、換刀方便，易控制。直線排列式和格子箱式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，適用于刀庫(kù)容量較大的加工中心。 考慮到所設(shè)計(jì)的加工中心只用來(lái)加工小型零件上的孔和面，不必在刀庫(kù)里放太多刀具，根據(jù)實(shí)用性進(jìn)行考慮，因此選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容量較小、體積較小的圓盤(pán)式刀庫(kù)。 3.刀庫(kù)位置的放置 立式加工中心無(wú)機(jī)械手換刀方式的圓盤(pán)形刀庫(kù)的放置又兩種形式： 1）刀庫(kù)置于立柱側(cè)面大橫梁上 如圖2-4a) 所示。此方案可使工作臺(tái)的尺寸較小，且可采用廠家已生產(chǎn)隊(duì)合適尺寸的工作臺(tái)，可減少設(shè)計(jì)制造周期。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且不會(huì)發(fā)生刀庫(kù)和主軸干涉現(xiàn)象，但刀庫(kù)的支承剛性較差，須增強(qiáng)立柱的剛度，以減小橫梁彎扭矩的影響。 2）刀庫(kù)置于工作臺(tái)上 如圖 2-4b)所示。此方案刀庫(kù)的支承剛性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但影響加工中心主軸 y 軸方向上的行程，要求工作臺(tái)的尺寸較大，須自行設(shè)計(jì)，且減少了工作臺(tái)的有效面積 綜合分析以上兩種方案，采用 1）方案，即圖 2-4a)的布置形式。在立柱左邊安裝一橫梁，在橫梁有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝有滑座，將刀庫(kù)安裝在滑座上，通過(guò)刀庫(kù)沿橫梁移動(dòng)刀主軸端，由主軸來(lái)實(shí)現(xiàn)換刀。 1.主軸箱 2.立柱 3.刀庫(kù) 4.工作臺(tái) 5.床身 圖 2-4 無(wú)機(jī)械手換刀裝置的布置 4.刀庫(kù)在橫梁上的移動(dòng) 刀庫(kù)在橫梁上的移動(dòng)由兩種方案：一方案使絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)，采用滾珠絲杠和交流伺服電機(jī)；另一方案使液壓傳動(dòng)，采用液壓滑臺(tái)。由于液壓傳動(dòng)必須由專門(mén)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)的分度和定位。但此機(jī)構(gòu)定位精度不夠高，為提高其定位精度可采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 2.2.4 基礎(chǔ)部件 基礎(chǔ)部件是加工中心的基礎(chǔ)，由床身、立柱和工作臺(tái)等組成。主要承受加工中心的靜載荷和在加工時(shí)產(chǎn)生的切削負(fù)荷，因此必須由足夠的靜、動(dòng)剛度和精度保持性。 1.立柱 立柱采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其正面設(shè)置由導(dǎo)軌，導(dǎo)軌可采用滾動(dòng)和滑動(dòng)兩種結(jié)構(gòu)，可由用戶自行選擇。正中間安裝由滾珠絲杠，立柱導(dǎo)軌上安裝滑座、主軸箱。立柱中空，可安裝平衡塊，壁上設(shè)置有肋板，以增加立柱的強(qiáng)度和剛性。立柱連接在床身上。并且使主軸中心線與Z向進(jìn)給絲杠布置在同一個(gè)平面YOZ平面內(nèi)，絲杠的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)力與主切削抗力在同一平面內(nèi)，因而扭矩很小，容易保證銑削精度和鉆孔加工的平行。 2.床身 床身是加工中心的基礎(chǔ)部件，也是加工中心關(guān)鍵元件之一，床身結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響加工中心的使用性能。因此要求床身設(shè)計(jì)具有： 1）很高的精度和精度保持性 在床身上有安裝立柱和X-Y工作臺(tái)的加工面，這些面本身精度和相互位置精度要求很高。 2）具有足夠的動(dòng)靜剛度 機(jī)床在切削加工時(shí)靜、動(dòng)載荷往往都傳到床身上，所以床身上受力比較復(fù)雜。 3）較好的熱穩(wěn)定性、抗熱變形性、抗振性 在設(shè)計(jì)上要做到使整機(jī)熱變形較小、振動(dòng)小?；蚴篃嶙冃螌?duì)加工精度影響最小。 床身的設(shè)計(jì)要受到加工中心總體設(shè)計(jì)的制約，在滿足總體設(shè)計(jì)的前提下，盡可能做到床身外形、結(jié)構(gòu)合理，肋板布置恰當(dāng)，保證良好的冷熱加工性，減少機(jī)床重量，節(jié)省材料，提高整個(gè)機(jī)床的剛度。 3.工作臺(tái) X-Y 向工作臺(tái)有兩種方案：一種是選用南京工藝裝備制造廠制造生產(chǎn)的 X-Y 兩軸精密數(shù)控工作臺(tái)，數(shù)控工作臺(tái)的上下兩層運(yùn)動(dòng)臺(tái)（X 向、Y 向）結(jié)構(gòu)相同。另一種是自行設(shè)計(jì)，橫向（Y向）滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠安裝在橫向?qū)к壔?。后一種方案各部分均需設(shè)計(jì)或選擇，且床身制造麻煩，周期長(zhǎng)，不易實(shí)現(xiàn)系列化，單件生產(chǎn)成本也高。而前一種采用已系列化的精密數(shù)控工作臺(tái)，此工作臺(tái)已經(jīng)過(guò)許多用戶使用后的驗(yàn)證，精度較高，而且可根據(jù)不同的加工要求，選用不同的精度等級(jí)。不僅制造周期短、精度易保證，且可根據(jù)用戶的不同需要選擇不同的型號(hào)。故采用前一種方案。 2.2.5 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)由CNC裝置、可編程控制器、伺服驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成。由它來(lái)完成對(duì)加工中心各部分的控制工作。伺服驅(qū)動(dòng)裝置采用 Panasonic 公司生產(chǎn)的 MINASA系列交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。其他部分的設(shè)計(jì)方案根據(jù)用戶需要選擇。 2.2.6 輔助裝置 輔助裝置包括潤(rùn)滑、冷卻、排屑、防護(hù)、液壓、氣動(dòng)和檢測(cè)系統(tǒng)和平衡裝置等部分。這些裝置雖然不直接參與切削運(yùn)動(dòng)，但對(duì)加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用。 2.3 總體布局 經(jīng)過(guò)對(duì)以上運(yùn)動(dòng)方案和各部件的設(shè)計(jì)方案的定性分析比較可確定該小型立式加工中心刀庫(kù)的總體設(shè)計(jì)方案為：自動(dòng)換刀系統(tǒng)采用無(wú)機(jī)械手換刀，且刀庫(kù)置于立柱側(cè)面的橫梁上。刀庫(kù)在橫梁上的移動(dòng)采用滾珠絲杠傳動(dòng)和交流伺服電機(jī)采用盤(pán)形刀庫(kù)，由槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、分度和轉(zhuǎn)位，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 總體結(jié)構(gòu)布局圖如圖2-5所示。 2.4 主要技術(shù)參數(shù) 根據(jù)已知條件，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量使設(shè)計(jì)出來(lái)的加工中心結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，確定該加工中心的主要技術(shù)性能參數(shù)如下： X、Y、Z行程（mm） 150×150×350 Z向快速移動(dòng)速度（m/min） 15 X、Y向快速移動(dòng)速度（m/min） 12 工作臺(tái)尺寸（長(zhǎng)×寬）（mm×mm） 400×250 主軸轉(zhuǎn)速范圍（r/min） 0～18000 主軸電機(jī)功率（kw） 12 刀庫(kù)容量（把） 20 定位精度（mm） ±0.025 重復(fù)定位精度（mm） ±0.005 主軸錐孔 ISO/BT30 換刀時(shí)間（s/次） 8 機(jī)床總重量（kg） 650 外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）（mm×mm×mm） 2036×1264×1670 最大工作進(jìn)給速度（m/min） 1 工作臺(tái)允許載荷（kg） 15 鉆孔能力（mm） 10 銑削能力（cm3/min） 80 圖 2-5 總體結(jié)構(gòu)布局示意圖 2.5 小結(jié) 本章對(duì)刀庫(kù)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析、比較，確定了較合理的總體設(shè)計(jì)方案。還確定了主要技術(shù)參。 3 刀庫(kù)的設(shè)計(jì) 刀庫(kù)是加工中心的象征，是加工中心區(qū)別于NC鏜床和NC銑床的本質(zhì)所在，因此來(lái)說(shuō)，刀庫(kù)的設(shè)計(jì)是加工中心設(shè)計(jì)的核心。由于作者所要設(shè)計(jì)的加工中心是一個(gè)主要用來(lái)加工中小批量電子元件等小型零件的小型加工中心，在滿足加工要求，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的條件下，應(yīng)盡量使加工中心的結(jié)構(gòu)緊湊，減小加工中心的外形輪廓尺寸，刀庫(kù)在滿足使用要求的前提下，盡量結(jié)構(gòu)使其簡(jiǎn)單緊湊，易制造，從而降低生產(chǎn)加工中心的成本。 3.1 刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在總體設(shè)計(jì)方案中已確定：自動(dòng)換刀系統(tǒng)采用無(wú)機(jī)械手換刀，且刀庫(kù)置于立柱側(cè)面的橫梁上。刀庫(kù)在橫梁上的移動(dòng)采用滾珠絲杠傳動(dòng)和快速移動(dòng)電機(jī)。采用盤(pán)型刀庫(kù)，由槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、分度和轉(zhuǎn)位，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。 3.1.1 刀庫(kù)主要參數(shù)的確定 1.刀庫(kù)容量 本加工中心主要用來(lái)加工小型零件或多孔零件上的小孔和小平面，所以刀庫(kù)上主要安裝一些孔加工刀具（如鉆頭、擴(kuò)孔鉆等）和加工小平面的立銑刀及小直徑的面銑刀；同時(shí)又考慮到所選用電主軸軸端的尺寸及刀盤(pán)直徑等的限制；再考慮到主要用于中小批生產(chǎn)及教學(xué)實(shí)驗(yàn)等，刀具的品種不宜過(guò)多，以免造成不必要的浪費(fèi)和刀庫(kù)尺寸過(guò)大，采用20把刀。 2.刀具最大直徑和長(zhǎng)度 立銑刀的最大直徑定為 40mm,鉆頭的最大直徑定為 10mm,最大工作部分長(zhǎng)度定為150mm. 3.刀具最大重量為1kg. 4.刀具最大運(yùn)動(dòng)線速度為22m/min～30m/min. 3.1.2 刀盤(pán)部分的設(shè)計(jì) 1.刀盤(pán)尺寸的確定 刀盤(pán)采用輪輻式結(jié)構(gòu)，這樣既能滿足使用的要求，又能保證刀盤(pán)的強(qiáng)度。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中要保證各個(gè)尺寸在換刀過(guò)程不發(fā)生干涉即可，刀盤(pán)直徑為 720mm,其他尺寸見(jiàn)刀盤(pán)零件圖。 2.刀爪尺寸的設(shè)計(jì) 刀爪的外型尺寸根據(jù)30號(hào)刀柄設(shè)計(jì)。 3.1.3 刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1.刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)的選擇 目前圓盤(pán)式刀庫(kù)大多采用的是單頭雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿傳動(dòng)，此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在使用中可隨時(shí)調(diào)整蝸輪蝸桿的傳動(dòng)間隙，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)位分度，保證刀庫(kù)工作的可靠性，但此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，而且單頭雙導(dǎo)程蝸輪和蝸桿的加工較困難。 槽輪機(jī)構(gòu)具有沖擊小，工作平穩(wěn)性較高，機(jī)械效率高，可以在較高轉(zhuǎn)速下工作，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易制造等優(yōu)點(diǎn)，在目前生產(chǎn)的鼓輪式刀庫(kù)的加工中心機(jī)床上很多采用槽輪機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)刀庫(kù)的分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此本設(shè)計(jì)采用槽輪機(jī)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)的轉(zhuǎn)動(dòng)、分度和定位。但此機(jī)構(gòu)定位精度不夠高，為提高其定位精度可采用帶制動(dòng)器和交流伺服電機(jī)，從而可保證較高的定位精度。 2.槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理 槽輪機(jī)構(gòu)（又稱馬耳他機(jī)構(gòu)）能把主軸的勻速連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)軸的周期性間歇運(yùn)動(dòng)，常用于各種分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中。槽輪機(jī)構(gòu)又三種基本類型：外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)、內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)和球面槽輪機(jī)構(gòu)。此刀庫(kù)采用外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)。外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理如圖3-1所示。 外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)軸線與槽輪回轉(zhuǎn)軸線平行，通常轉(zhuǎn)臂作等速回轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)臂上的滾子進(jìn)入槽中，就撥動(dòng)槽輪作反向轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滾子從槽中脫出，槽輪即靜止不動(dòng)，并由鎖止盤(pán)定位。當(dāng)只有一個(gè)滾子時(shí)，轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)一周，槽輪作轉(zhuǎn)一個(gè)角度的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位、分度和定位。 圖3-1 槽輪機(jī)構(gòu)圖 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1）槽數(shù)Z 因刀庫(kù)容量為20把刀，所以槽輪槽數(shù)Z=20 2）槽間角2φ２ 2φ２＝360 o / Z＝360 /20=18 o 3）槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)曲柄的轉(zhuǎn)角2φ1 2φ1=180-2φ２=150o 4) 槽輪與鎖止盤(pán)間的中心距L 為了使轉(zhuǎn)為定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，采用L 360mm 。 5）主動(dòng)曲柄長(zhǎng)度R1 R1=LSinφ２=360Sin15.5 o=93mm 6）槽輪半徑R2 R2=LCosφ２=360Cos15.5 o=348mm 7）圓銷半徑r r=R1/6=93/6=15.5mm 8) 槽底高b b=L-(R1+r) -(3 ~ 5)=248mm 9) 槽深h h=R2-b=348-248=100mm 10) 鎖止弧半徑R R=R -r -e 式中，e=(0.6 ~ 0.8)r ，且必須大于3～5mm, 取e=17.5mm,Rx=60mm 根據(jù)以上參數(shù)可設(shè)計(jì)出槽輪和鎖止盤(pán)的尺寸，如槽輪和鎖止盤(pán)的零件圖所示。 3.刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的選擇 刀庫(kù)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇時(shí)，須考慮由摩擦引起的負(fù)載轉(zhuǎn)據(jù)和各負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 1）負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J LC 和刀庫(kù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J C J LC=∑J i (ni/nm)2 JC=Jmc+JLC 式中 Ji—各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kgm2 ； ni—各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)速，r/min； Jmc—電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kgm2 ； nmc—電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min。 JLC= (J DP +J Z +J CL+J SP ) nc/ nmc 式中J DP、J Z、J CL、J SP—分別為刀盤(pán)、軸、槽輪和鎖止盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kgm2 ； nc—刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速，r/min。 JDP=（π/32）×7.8×10﹣12DDP LDP 式中 DDP—刀盤(pán)直徑，mm； LDP—刀盤(pán)厚度，mm。 JDP=（π/32）×7.8×10﹣12×（210-8×30-24）×10≈148×10kgm2 同理可求得： Jz≈2.16×10 kgm2 J CL≈17.3×10 kgm2 J SP ≈5.2×10 kgm2 nc=(V×1000)/ πDDP≈24.5r / min nmc =3000r/min J CL≈1.4×10 kgm J mC≥J CL/3≈0.45 ×10-4 kgm2 初選電機(jī)為 MQMA042A1D，其額定轉(zhuǎn)矩為1.3Nm，最大轉(zhuǎn)矩為 3.82 Nm， 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 0.64×10 kgm2 。 J C = J mC + J CL =0.64 + 1.4 = 2.04×10kgm2 2）摩擦引起的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 由重力產(chǎn)生的摩擦力矩 T FC（Nm） TFC≈ μG C R SP 式中 μ—槽輪和鎖止盤(pán)間摩擦系數(shù)，取 0.15 G C—刀盤(pán)、軸、槽輪等的重量，N； G C = 25.6 +12.6 + 9.8 + 8 +16 = 72N R SP —滾子中心到鎖止盤(pán)中心的距離，31mm， TFC≈0.15×72×31×10﹣3= 0.335Nm 0.335Nm〈1.3Nm(電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩),符合要求。 3）最大加速轉(zhuǎn)矩 T cam 當(dāng)電機(jī)從靜止升至 n max 時(shí) T cam= J C×(2πnc max/60tCa) 式中 n cmax—電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，3000r/min； t ca —加速時(shí)間(s) 取 0.2s T cam=2.04 ×10 (2π×3000/60 ×0.2)≈0.32Kgm=3.2Nm 4)電機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TCr=Tcam+TFC Tcr=3.2+0.335=3.535Nm TCr=3.535≤3.82Nm(電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩)，符合要求。 最終確定電機(jī)型號(hào)為 MQMA042A1D，其輸出功率為 400W 。相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器選 擇與電機(jī)相匹配的 MQMA043A1A型號(hào)。 3.1.4 軸的設(shè)計(jì) 軸是機(jī)械設(shè)備中的重要零件之一.其主要功能是支承作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件,并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力.根據(jù)軸的受力情況不同,可把軸分成心軸、轉(zhuǎn)軸和傳動(dòng)軸3種.軸的常用材料軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼,常用材料為優(yōu)質(zhì)中碳鋼,如35、45、50鋼，這里選取45鋼為材料. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的合理外形應(yīng)滿足:軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置;軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整;軸應(yīng)具有良好的制造工藝性.影響軸結(jié)構(gòu)的主要因素包括:軸的受力性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸上零件的布置和固定形式；所采用的軸承類型和尺寸；軸的加工工藝等.）軸的強(qiáng)度計(jì)算 由于功率P=400W已知,轉(zhuǎn)速n =250r/min,β取0.5,A取110, [т]取35MPa, 則軸徑 d ≥A3 d ≥1103= 128.7mm 式中 d--計(jì)算剖面處軸的直徑（mm）; P--軸的傳遞功率（KW）； n--軸的轉(zhuǎn)速（r/min）; 故d最小應(yīng)取129mm.軸徑取130mm。 校核軸 轉(zhuǎn)矩 T=9.55×10 p/n T=9550000×0.4/250=10186N .mm 式中 p--功率；n—轉(zhuǎn)速。 圓周力 Ft1=2T1/d1=2×10186/120=1700N; Ft2=2T2/d2=2×130822/120=681.4N; Ft3=2T3/d3=620N; 徑向力 Fr1=Ft1tanα=1488N; Fr2=Ft2tanα=248N； Fr3=Ft3tanα=226N. 則由受力分析圖可知： FAy=3687.4N,FAz=1342N, FBy=1020.2N,FBz=372N, 水平面彎矩 Mcx=1342×30=40260N·mm; Mdx=226×195=44070N·mm； 則M X ===59691 N·mm； 垂直面彎矩 Mcy=3687.4×30=110622 N·mm； Mdy=620×195=120900 N·mm； 則M X===21872 N·mm； 求當(dāng)量彎矩 取修正系數(shù)α為0.6 M I = ==52371 N·㎜ MII ===19384 N·㎜ 確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度 σI= MI/ W σI= MI/ W=52371/0.1×123=14.3 Mpa σII= MI/ W=19384/0.1×123=11.6 Mpa 由參考文獻(xiàn)（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）知s=60 Mpa，滿足s￡小于s的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定裕度。因此，此軸不必在做修改 軸的結(jié)構(gòu)和受力分析如圖（3-2）所示： 圖3-2-1 圖3-2-2 軸的結(jié)構(gòu)和受力分析 3.1.5 滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算 1 滾動(dòng)軸承的類型選擇: 選取向心球軸承原則: ①軸承負(fù)荷 ②軸承的轉(zhuǎn)速 ③調(diào)心性能 ④安裝與拆卸 這里選取軸承代號(hào)為3182124的雙列向心短圓柱滾子軸承 基本額定動(dòng)載荷為255KN； 2 滾動(dòng)軸承的計(jì)算 滾動(dòng)軸承疲勞壽命的基本計(jì)算公式為: L10=(C/P)ε 其中 ε--壽命系數(shù); 球軸承ε=3,滾子軸承ε=10/3; P--當(dāng)量東載荷(N); C--基本額定動(dòng)負(fù)荷(N); 因P=X×Fr+Y×Fa，又Fa =0，故P=1488×1=1488N, 其中X、Y由表3-89選的， X=1，Y=0； C=Cr=22KN, ε=3, 故其疲勞壽命 L10=(22×103/1488)3 =3.2×103×103×103r; 或由公式 L10h=103×103/60n·(C/P)ε 得 L10h=103×103/60×122·(22×103/1488)3≈441518h 因?yàn)樗O(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度裕度不大，此軸不必在做修改 3.1.6 鍵的選用與計(jì)算 因?yàn)殒I是動(dòng)聯(lián)接，所以選用普通的平鍵 軸上鍵的選擇 由參考文獻(xiàn)（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)）知： 鍵的寬度b=28㎜,高h(yuǎn)=16㎜，長(zhǎng)L=50 ㎜ 驗(yàn)算鍵的強(qiáng)度 鍵的強(qiáng)度公式為：σfy=2T/ dkL σfy=2T/ dkL=2 ×4600/15×3×50=11.4 Mpa 由參考文獻(xiàn)（機(jī)械設(shè)計(jì)）知：[σfy ]= 100Mpa 即σfy=11.4Mpa ≤[σfy ]= 100Mpa鍵的強(qiáng)度足夠 3.1.7 刀庫(kù)的支承部分的設(shè)計(jì) 刀庫(kù)的支承部分包括刀庫(kù)箱體、箱蓋、軸、軸承、軸承套等，見(jiàn)圖3-3 刀庫(kù)總裝圖。各部分的具體結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)其零件圖。 刀庫(kù)主要由刀盤(pán)部件 1、軸承 2、軸承套 3、軸 4、箱蓋 5、滾子 6、 鎖止盤(pán) 7、電機(jī) 8、槽輪 9、箱體 10 和一些連接螺釘、螺母、銷、鍵等組成。 圖3-3 刀庫(kù)總裝圖 3.2 刀庫(kù)移動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 3.2.1 刀庫(kù)支承橫梁和導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 橫梁支撐著刀庫(kù)的整個(gè)重量，因此，它的強(qiáng)度和剛度要求較高。且為了實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)的移動(dòng)，在橫梁上要設(shè)計(jì)可使刀庫(kù)移動(dòng)的導(dǎo)軌，根據(jù)床身的整體高度及立柱的形狀來(lái)考慮，橫梁的端面與立柱的聯(lián)接斷面應(yīng)成長(zhǎng)方形長(zhǎng)、寬分別定為 240mm、180mm。此連接處的面板厚度為 30mm 與立柱用 6個(gè)直徑為φ25mm 的螺栓來(lái)連接，由兩個(gè)φ16mm 的圓柱銷定位，在裝配時(shí)配作。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，因刀庫(kù)的行程 160mm，再加上滑臺(tái)的尺寸和刀盤(pán)尺寸等，靜導(dǎo)軌的總長(zhǎng)度定為 480mm，兩端可各裝一減振器，目的是為了消除滑臺(tái)到兩端時(shí)的沖擊力。考慮刀庫(kù)移動(dòng)電機(jī)和絲杠的安裝尺寸等，靜導(dǎo)軌的高度定為 130mm，寬度定為 192mm，其它尺寸見(jiàn)橫梁零件圖。考慮到刀庫(kù)支承部分的尺寸，滑座和動(dòng)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度定為 140mm，考慮靜導(dǎo)軌的寬度和刀庫(kù)支承部分在該方向的尺寸滑座的寬度定為 240mm，滑座的高度定為50mm。 為了減輕它自身的重量，將其鑄造成中空的。同時(shí)，為了加強(qiáng)它的剛度，還設(shè)有加強(qiáng)肋板。導(dǎo)軌的形式有滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種形式。此處，僅設(shè)計(jì)滑動(dòng)導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌采用雙矩形形式的整體 HT300 鑄鐵導(dǎo)軌，并采用中頻淬火，淬火后的硬度為 50～55HRC。 導(dǎo)軌的精度要求為：平面度為 0.015mm，長(zhǎng)方向的直線度為 0.01mm，側(cè)導(dǎo)向面的直線度為 0.015m