V400立式加工中心立柱部分設(shè)計

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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 1 頁引 言1.1 數(shù)控加工中心概述數(shù)字控制是 20 世紀中期發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號進行控制的一種方法 [16]。采用數(shù)控技術(shù)進行控制的機床，稱為數(shù)控機床 [8]。加工中心（Machining Center,簡稱 MC）是一種備有刀庫并能自動更換刀具對工件進行多工序加工的數(shù)控機床。它是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而發(fā)展起來的，它綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、氣動技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)在控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通訊診斷、刀具和應(yīng)用編程技術(shù)的高技術(shù)產(chǎn)品，將數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能聚集在一臺加工設(shè)備上，且增設(shè)有自動換刀裝置和刀庫，可以在一次安裝工件后，數(shù)控系統(tǒng)控制機床按不同工序自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、內(nèi)外倒角、環(huán)形槽及攻螺紋等加工 [4]。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以及各種性能良好的傳感器的出現(xiàn)和運用，加工中心的功能日趨完善，這些功能包括：刀具壽命的監(jiān)視功能，刀具磨損和損傷的監(jiān)視功能，切削狀態(tài)的監(jiān)視功能，切削異常的監(jiān)視、報警和自動停機功能，自動檢測和自我診斷功能及自適應(yīng)控制功能等 [1]。加工中心還與載有隨行夾具的自動托板進行有機連接，并能進行切屑自動處理，使得加工中心成為柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)合自動化工廠的關(guān)鍵設(shè)備和基本單元。1.2 數(shù)控加工中心的分類1.2.1 加工中心的組成加工中心有各種類型，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的切削負載，因此必須具備更高的靜動剛度，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、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸是加黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 2 頁工中心的關(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)剛到、加工精度等。（3） 數(shù)控系統(tǒng)：由 CNC 裝置、可編程控制器、伺服驅(qū)動裝置及電機等部分組成。（4） 自動換刀裝置（ATC）:由刀庫、機械手、驅(qū)動機構(gòu)等部件組成。該系統(tǒng)是加工中心區(qū)別于其他數(shù)控機床的典型裝置，它解決工件一次裝夾后多工序連續(xù)加工中，工序與工序間的刀具自動儲存、選擇、搬運和交換任務(wù)。（5） 自動托盤交換系統(tǒng)。（6）輔助裝置：包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓、氣動、檢測系統(tǒng)等部分。1.2.2 按照機床形態(tài)分類（1）臥式加工中心 指主軸軸線為水平狀態(tài)設(shè)置的加工中心。臥式加工中心一般具有 3-5 個運動坐標。常見的有三個直線運動坐標(沿 X、Y 、Z 軸方向)加一個回轉(zhuǎn)坐標(工作臺 )，它能夠使工件一次裝夾完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工。臥式加工中心較立式加工中心應(yīng)用范圍廣，適宜復(fù)雜的箱體類零件、泵體、閥體等零件的加工。但臥式加工中心占地面積大，重量大；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較高 [1]。 （2）立式加工中心 指主軸軸心線為垂直狀態(tài)設(shè)置的加工中心。立式加工中心一般具有三個直線運動坐標，工作臺具有分度和旋轉(zhuǎn)功能，可在工作臺上安裝—個水平軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺用以加工螺旋線零件。立式加工中心多用于加工筒單箱體、箱蓋、板類零件和平面凸輪的加工。立式加工中心具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、價格低的優(yōu)點。 （3）龍門加工中心 與龍門銑床類似，適應(yīng)于大型或形狀復(fù)雜的工件加工。（4）萬能加工中心 萬能加工中心也稱五面加工中心小工件裝夾能完成除安裝面外的所有面的加工；具有立式和臥式加工中心的功能。常見的萬能加工中心有兩種形式：一種是主軸可以旋轉(zhuǎn) 900 既可象立式加工中心一樣，也可象臥式加工中心一樣；另一種是主軸不改變方向，而工作臺帶著工件旋轉(zhuǎn) 900 完成對工件五個面的加工。在萬能加工中心安裝工件避免了由于二次裝夾帶來的安裝誤差，所以效率和精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價也高 [1，2] 。1.2.3 按換刀形式分類（1）帶刀庫機械手的加工中心 加工中心換刀裝置由刀庫、機械手級組成，換刀黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 3 頁動作由機械手完成。（2）機械手的加工中心 這種加工中心的換刀通過刀庫和主軸箱配合動作來完成換刀過程。（3）轉(zhuǎn)塔刀庫式加工中心 一般應(yīng)用于小型加工中心，主要以加工孔為主。加工中心常按主軸在空間所處的狀態(tài)分為立式加工中心和臥式加工中心，加工中心的主軸在空間處于垂直狀態(tài)的稱為立式加工中心，主軸在空間處于水平狀態(tài)的稱為臥式加工中心。主軸可作垂直和水平轉(zhuǎn)換的，稱為立臥式加工中心或五面加工中心，也稱復(fù)合加工中心。按加工中心立柱的數(shù)量分；有單柱式和雙柱式（龍門式） [7]。1.2.4 按數(shù)控系統(tǒng)功能分類加工中心根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)控制功能的不同分：有三軸二聯(lián)動、三軸三聯(lián)動、四軸三聯(lián)動、五軸四聯(lián)動、六軸五聯(lián)動等。三軸、四軸是指加工中心具有的運動坐標數(shù)，聯(lián)動是指控制系統(tǒng)可以同時控制運動的坐標數(shù)，從而實現(xiàn)刀具相對工件的位置和速度控制 [11]。 1.2.5 按工作臺的數(shù)量和功能分類有單工作臺加工中心、雙工作臺加工中心，和多工作臺加工中心。1.2.6 按加工精度分類（1）普通加工中心 普通加工中心，分辨率為 1μm，最大進給速度15～25m/min，定位精度 l0 μm 左右。（2）高精度加工中心 高精度加工中心，分辨率為 0.1μm，最大進給速度為15～100m/min，定位精度為 2μm 左右。介于 2～l0 μm 之間的，以±5 μm 較多，可稱精密級 [3]。1.3 加工中心的主要加工對象加工中心適宜于加工復(fù)雜、工序多、要求較高、需用多種類型的普通機床和眾多刀具夾具，且經(jīng)多次裝夾和調(diào)整才能完成加工的零件。其加工的主要對象有箱體類零件、復(fù)雜曲面、異形件、盤套板類零件和特殊加工等五類 [4-6]。1.3.1 箱體類零件箱體類零件一般是指具有一個以上孔系，內(nèi)部有型腔，在長、寬、高方向有一定黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 4 頁比例的零件。這類零件在機床、汽車、飛機制造等行業(yè)用的較多。箱體類零件一般都需要進行多工位孔系及平面加工，公差要求較高，特別是形位公差要求較為嚴格，通常要經(jīng)過銑、鉆、擴、鏜、鉸、锪，攻絲等工序，需要刀具較多，在普通機床上加工難度大，工裝套數(shù)多，費用高，加工周期長，需多次裝夾、找正，手工測量次數(shù)多，加工時必須頻繁地更換刀具，工藝難以制定，更重要的是精度難以保證。加工箱體類零件的加工中心，當加工工位較多，需工作臺多次旋轉(zhuǎn)角度才能完成的零件，一般選臥式鏜銑類加工中心。當加工的工位較少，且跨距不大時，可選立式加工中心，從一端進行加工。1.3.2 復(fù)雜曲面復(fù)雜曲面在機械制造業(yè)，特別是航天航空工業(yè)中占有特殊重要的地位。復(fù)雜曲面采用普通機加工方法是難以甚至無法完成的。在我國，傳統(tǒng)的方法是采用精密鑄造，可想而知其精度是低的。復(fù)雜曲面類零件如：各種葉輪，導(dǎo)風(fēng)輪，球面，各種曲面成形模具，螺旋槳以及水下航行器的推進器，以及一些其它形狀的自由曲面。這類零件均可用加工中心進行加工。銑刀作包絡(luò)面來逼近球面。復(fù)雜曲面用加工中心加工時，編程工作量較大，大多數(shù)要有自動編程技術(shù)。1.3.3 異形件異形件是外形不規(guī)則的零件，大都需要點、線、面多工位混合加工。異形件的剛性一般較差，夾壓變形難以控制，加工精度也難以保證，甚至某些零件的有的加工部位用普通機床難以完成。用加工中心加工時應(yīng)采用合理的工藝措施，一次或二次裝夾，利用加工中心多工位點、線、面混合加工的特點，完成多道工序或全部的工序內(nèi)容。1.3.4 盤、套、板類零件帶有鍵槽，或徑向孔，或端面有分布的孔系，曲面的盤套或軸類零件，如帶法蘭的軸套，帶鍵槽或方頭的軸類零件等，還有具有較多孔加工的板類零件，如各種電機蓋等。端面有分布孔系、曲面的盤類零件宜選擇立式加工中心，有徑向孔的可選臥式加工中心。1.3.5 特殊加工在熟練掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工裝和專用工具，利用加工中心可完成一些特殊的工藝工作，如在金屬表面上刻字、刻線、刻圖案；在加工中心的主軸上裝上高頻電火花電源，可對金屬表面進行線掃描表面淬火；用加工中心裝上高速黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 5 頁磨頭，可實現(xiàn)小模數(shù)漸開線圓錐齒輪磨削及各種曲線、曲面的磨削等 [7，8] 。1.4 加工中心的特點加工中心是典型的集高新技術(shù)于一體的機械加工設(shè)備，已成為現(xiàn)代機床發(fā)展的主流方向。與普通數(shù)控機床相比，加工中心具有以下幾個突出的特點。（1）工序集中：加工中心備用刀庫，能自動換刀，使工件在一次裝夾后實現(xiàn)多表面、多特征、多工位的連續(xù)、高效、高精度加工。這是加工中心最突出的特點。（2）對加工對象的適應(yīng)性強：加工中心的柔性高，對特殊要求反應(yīng)迅速，而且可以快速實現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高市場競爭能力。（3）加工精度高：由于加工工序集中，避免了長工藝流程，減少了人為干擾，故精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。（4）生產(chǎn)生產(chǎn)率高：加工中心帶有刀庫和自動換刀裝置，實現(xiàn)了工序集中，可減少工件裝夾、測量和機床的調(diào)整時間，減少工件半成品的周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間，使機床的切削利用率高于普通機床 3～4 倍。（5）操作者的勞動強度低，工作條件好：勞動者不需要進行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動強度和緊張程度均大為減輕，勞動條件也得到很大的改善。（6）經(jīng)濟效益高。（7）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。2 V400 型加工中心設(shè)計方案的擬定2.1 設(shè)計任務(wù)本畢業(yè)設(shè)計課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：2.1.1 總要求本課題要求設(shè)計 V400 臥式加工中心的立柱部分，包含立柱、導(dǎo)軌副、絲杠副等。2.1.2 給定的條件和要求V400 立式加工中心具有三軸聯(lián)動功能，工作臺可交換。機床主要參數(shù)：X 軸、Y 軸的行程均為 400mm，Z 軸行程 320mm；定位精度0.01mm，重現(xiàn)精度 0.01mm；工作臺最大載重量 400Kg；主軸電動機功率 5KW，主軸轉(zhuǎn)速黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 6 頁3000 轉(zhuǎn)/Min；進給伺服電動機功率 1KW，進給速度 10~10000mm/Min；刀庫容量 10 把刀，單把刀具總重小于 6KG.，刀具直徑小于 120mm，長度小于 240mm；工作臺尺寸400mm×320mm；2.1.3 機械部分的設(shè)計（1）總體機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制立柱部分總裝配圖。（2）絲杠機構(gòu)設(shè)計，完成絲杠傳動設(shè)計、計算，繪制部分裝配圖。（3）立柱零件設(shè)計，完成立柱零件圖。（4）其他主要零件設(shè)計，繪制主要零件的工作圖。機械結(jié)構(gòu)裝配圖要求視圖完整、符合最新國家標準，圖面整潔、質(zhì)量高。2.2 設(shè)計方案的擬定本設(shè)計題目是設(shè)計加工中心的支承系統(tǒng)。加工中心的支承系統(tǒng)主要包括床身、立柱、橫梁、底座等基礎(chǔ)件，它們的作用是支承零部件，承受作用力并保證它們的相互位置。雖然支承件的形態(tài)、幾何尺寸和材料是多種多樣的，但它們都應(yīng)滿足下列要求：（1）剛度要求 支承件剛度是指支承件在恒定載荷和交變載荷作用下抵抗變形是能力。前者為靜剛度，后者為動剛度。靜剛度取決于支承件本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。動剛度不僅與靜剛度有關(guān)，而且與支承件系統(tǒng)的阻尼和固有頻率有關(guān)。影響支承件剛度的主要因素是支承件的材料和支承件的結(jié)構(gòu)。采用高剛度的材料，提高材料的彈性模量可以提高支承件的剛度；提高表面接觸面積、加大預(yù)緊力、提高表面質(zhì)量可以有效地提高接觸強度；基礎(chǔ)大件采用封閉箱形機構(gòu)、采用合理的截面形狀、配置加強肋板和加強肋是提高支承件剛度的有效措施。（2）抗振性要求 支承件的抗振性是指其抵抗受迫振動和自激振動的能力。振動不僅會使機床產(chǎn)生噪音，同時也會影響加工質(zhì)量，因此支承件應(yīng)用足夠的抗振性，具有合乎要求是動態(tài)特性。影響支承件的抗振性的主要因素是：支承件的剛度，支承件的固有頻率，支承件的阻尼，支承件的支撐情況和支承件的材料等。實際中常常通過選擇高阻尼的材料、采用高阻尼部件、增加消振墊改善支承件的支承情況等措施來增加支承件的抗振性。調(diào)整構(gòu)件的質(zhì)量可能改變系統(tǒng)的自振頻率。（3）熱變形和內(nèi)應(yīng)力要求 影響支承件熱變形的主要因素是：支承件的結(jié)構(gòu)，運黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 7 頁動部件的發(fā)熱及外部熱源。通過采用熱對稱結(jié)構(gòu)使構(gòu)件的熱變形發(fā)生在非誤差敏感方向上、隔離熱源、強制冷卻、快速排屑等措施減少熱變形。例如：臥式加工中心的立柱采用框式雙立柱結(jié)構(gòu)，左右對稱，熱變形對主軸軸線產(chǎn)生垂直方向的平移，它可以由坐標修正量進行補償，減少發(fā)熱，盡可能將熱量從主機中分離出去。（4）其他 支承件還應(yīng)該排屑通暢，操作方便，調(diào)運安全，切削液及潤滑油的回收方便，加工及裝配工藝性好等。所要設(shè)計的 V400 立式加工中心的基本參數(shù)已經(jīng)在任務(wù)書中給了，它的設(shè)計要求是：具有三軸聯(lián)動功能及第四軸定角度分度功能，工作臺可交換。設(shè)計的基本原則是：結(jié)構(gòu)及控制原理要先進且符合實際，機床功能完善、擴展能力強；整體布局結(jié)構(gòu)合理緊湊，符合高精度機床結(jié)構(gòu)的發(fā)展。3 V400 型加工中心立柱的設(shè)計過程3.1 立柱的設(shè)計加工中心立柱主要是對主軸箱起到支承作用，滿足主軸的 Z 向運動。因此，立柱應(yīng)具有較好的剛性和熱穩(wěn)定性。這里設(shè)計的 V400 臥式加工中心立柱，采用框架封閉結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用斜向肋板提高立柱的抗彎、抗扭能力，而且單位重量的剛度比其他結(jié)構(gòu)的剛度要高。主軸箱裝在立柱中間，沿立柱導(dǎo)軌上下運動。這種結(jié)構(gòu)符合剛度大、熱對稱性好和穩(wěn)定性好的特點。整個結(jié)構(gòu)也是采用 Q235-A 鋼焊接實現(xiàn)。如圖 4 所示：這種結(jié)構(gòu)的特點是：（1）由于力的作用點在立柱的中央，因此立柱受扭矩力的因素少;（2）熱對稱性好，主軸箱式機床的主要熱源，而它正好處于框形中間，使立柱結(jié)構(gòu)成為熱對稱結(jié)構(gòu)，這就減小了熱變形的影響；（3）穩(wěn)定性好，由于立柱結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)箱式布置，立柱的抗彎、抗扭剛度以及構(gòu)件的固有頻率都能得到提高。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 8 頁圖 4 V400 加工中心框架式立柱結(jié)構(gòu)3.2 絲杠的設(shè)計計算及選用已知：工作臺最大載重量 400Kg，及 W=4000N；工作臺最大行程 =400mm;工作臺KL導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)：動摩擦系數(shù) =0.1，靜摩擦系數(shù) =0.2；快速進給速度?0?=10000mm/min；定位精度 0.01mm；重復(fù)定位精度 0.01mm；設(shè)計壽命 20000 小時。maxV其它狀況見表-1：表—1 基本參數(shù)切削方式縱向切削力（N）xPi縱向切削力（Nzi進給速度（m/minVi）工作時間百分比絲杠軸向載荷（N）絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 9 頁）強力切削 2000 1200 0.6 10 2920 60一般切削 1000 500 0.8 50 1850 80精切削 500 200 1 30 1320 100快速進給 0 0 10 10 800 18003.2.1 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程（3-1）maxVPhin?A：滾珠絲杠副的導(dǎo)程，mmPh：工作臺最高移動速度 m/minmaxV:電機最高轉(zhuǎn)速 r/minn：傳動比i因電機與絲杠直聯(lián)， =1i由表-1 查得 =10000mm/minmaxV=1800r/minn代入公式（3-1）得 =5.6mm，圓整為 6mm。Ph3.2.2 確定當量轉(zhuǎn)速與當量載荷（1）各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速（3-2） 310VinPh??：絲杠轉(zhuǎn)速 r/min i=1，2，3，…ni：進給速度 m/min i=1，2，3，…V由表-1 查得=0.6， =0.8， =1， =101V4代入（3-2）得 =100， =133， =167， =16701n23n4（2）各種切削方式下，絲杠軸向載荷黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 10 頁（3-3）()WFPixzi???A：絲杠軸向載荷 N i=1，2，3，…i：縱向切削力 N i=1，2，3，…x：垂向切削力 N i=1，2，3，…Pzi由表-1 查得=2000N， =1000N， =500N， =0N1xxPx4x=1200N， =500N， =200N， =0NPz2z3zz已知：W=4000N代入式（3-3）得=2520N， =1450N， =920N， =400N1F23F4（3）當量轉(zhuǎn)速+…+ （3-4）1010tttnnm??0tn：當量轉(zhuǎn)速 r/min， ， ，… ：工作時間百分比1t23ttn由表-1 查得 =10， =50， =30， =103t4t代入式(3-4)得 =295r/minm（4）當量載荷（3-5）3331201010ntntntFFm????：當量載荷 Nm分別代入數(shù)值得 =922N3.2.3 預(yù)期額定動載荷（1）按預(yù)期工作時間估算黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 11 頁（3-6）3601fFmWCnLhaac?：預(yù)期額定動載荷 Nam：負荷性質(zhì)系數(shù)，查得：輕微沖擊取 =1.3fWf：精度系數(shù)，查表，1-3 取 =1fa:可靠性系數(shù)，查表，可靠性 97%取 =0.44fc fc已知： =20000 小時Lh分別代入式（3-6）得 =19270NCam（2）擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負載 計算maxF= （3-7）CafeaxF查表知，中預(yù)載取 =4.5f分別代入式（3-7）得 =11340NCm取以上兩種結(jié)果的最大值=19270NCam3.2.4 確定允許的最小螺紋底徑（1）估算絲杠允許的最大軸向變形量① ≤（1/3～1/4）重復(fù)定位精度?② ≤（1/4～1/5）定位精度m：最大軸向變形量 m?已知：重復(fù)定位精度 10 m，定位精度 10 m?① =3?② =3所以取 =3 m?黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 12 頁（2）估算最小螺紋底徑取一端固定一端浮動的支承形式（3-8）100.78LLFdmEm??????：最小螺紋底徑2：楊氏彈性模量 2.1× N/E5102：估算的滾珠絲杠最大允許軸向變量（ m）m? ?：導(dǎo)軌靜摩擦力（N） 。 = W=0.2×4000=800N（ 為靜摩擦系數(shù)）0FF0L:滾珠螺母至滾珠絲杠固定端支承的最大距離（mm） ，L≈（1.05～1.1）行程+（10～14） =（1.05～1.1）400+（10～14）6=500mmPh分別代入式（3-8）得 =28.5mm2dm3.2.5 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號由計算出的螺距 、預(yù)期額定動載荷 和允許最小螺紋底徑 ，在樣本中PhCam2dm選取 THK 公司的 BIF 3206-10 的滾珠絲杠，=6, h=1950﹥ 1927,Cam=32﹥ 28.52d3.2.6 確定滾珠絲杠副預(yù)緊力（3-9）1ax3FP?其中 =2520N， =840Nmax3.2.7 絲杠螺紋長度 sL=Ls2ue?：余程，查表 40mm=行程+螺母長度=400+99=499mm黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 13 頁= =499+2×40=579mm，取 =580mmLs2ue?Ls3.3 導(dǎo)軌的設(shè)計計算及選用已知：所設(shè)計的加工中心計劃標準使用 d=100mm 的圓柱形硬質(zhì)合金銑刀，齒數(shù)z=8，主軸正常銑削轉(zhuǎn)速為 150r/min，正常切削深度 =5mm，切削寬度 =60mm，進aeap給量 f=0.4mm/r，銑削條件是逆銑，每分鐘往返次數(shù) n1=4opm，行程長度 ls=400mm，及0.4m。3.3.1 計算正常切削各個方向的力由參考文獻[13]中的表 1.6-10 和表 1.6-11 查到以下公式和參數(shù)：正常切削時的圓周力 （3-10）0yxuFZfCapecqwdn?根據(jù)刀具類型和材料可在表 1.6-10 查得：=967， =1.0， =0.75， =0.88， =0.87， =0，CFxyFuqFw已知參數(shù)： =60， =5， = = =-0.05apefZ0.48分別代入式（3-10）得到 =3525N。c由參考文獻[13]中的表 1.6-11 中各銑削分力的經(jīng)驗比值知道：=1.0， =0.3， =0.4，F(xiàn)XCFYFZC代入 可分別求出 =3525， =1058， =1410.cXY3.3.2 對四個滑塊進行受力分析并求出額定動載荷在設(shè)計的導(dǎo)軌上，四個滑塊受力情況如下圖 5 所示，黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 14 頁.圖 5 滑塊受力示意圖在機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計中:L0=250mm，L1=400mm,L2=200mm,L3=30mm,L4=200mm,L5=118mm當 Fx 作用時， ～ = ×1P42Fx05L當 Fz 作用時， = = + ， = －z?23P?4Fz20L?當 Fy 作用時， ～ = y31L分別代入數(shù)據(jù)可以計算出 Pxmax=832kgf，Pymax=53kgf，Pzmax=688kgf則系統(tǒng)實際工作時的負荷 P= =1081kgf283653?壽命時間的計算公式為： （3-11）10Lhlsn??：壽命時間，20000 小時； ：額定壽命（Km） ；Lhls：行程長度，0.4m；n1：每分鐘往復(fù)次數(shù) 4opm分別代入式（3-11）可以求出 L=3840Km。適用滾柱導(dǎo)軌時有 L= ×100 （3-12）103CP??????已求出 L=3840Km，P=1081N，可以得到額定動載荷 C=3265kgf黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 15 頁3.3.3 確定導(dǎo)軌的規(guī)格代號由 C=3265Kgf，在樣本中選取 THK 公司的型號為 HSR 35CR 的直線導(dǎo)軌，它的基本額定負荷 C＝3800kgf﹥3265kgf。3.4 伺服電機與絲杠的聯(lián)結(jié)伺服電機與絲杠的聯(lián)結(jié)，必須保證無間隙。在數(shù)控機床中，伺服電機與滾珠絲杠主要采用三種聯(lián)結(jié)方式：直聯(lián)式、齒輪減速式、同步帶式。在加工中心進給驅(qū)動系統(tǒng)中大都采用直聯(lián)式。這里設(shè)計的 V400 型加工中心也是采用直聯(lián)式。如圖 6 所示。交流伺服電動機通過一個撓性聯(lián)軸器以直聯(lián)方式聯(lián)結(jié)在滾珠絲杠上。交流伺服電動機由其端口的止口定位，螺栓鎖緊安裝在軸承支座上。軸承支座由銷釘定位，通過螺栓與床身相聯(lián)，承受加工中該方向的切削載荷。滾珠絲杠由一對 60 度接觸角向心推力球軸承支撐，軸承預(yù)加載荷間隙由兩軸承間的隔套修配調(diào)整實現(xiàn)。圖 6 V400 進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1-伺服電機 2-聯(lián)軸器 3-軸承支座 4-支撐軸承 5-螺母 6-滾珠絲杠在所設(shè)計的 V400 臥式加工中心上，X、Y、Z 三方向的滾珠絲杠均采用一端固定一端浮動的聯(lián)結(jié)方式。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 16 頁4 設(shè)計總結(jié)歷時一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計接近尾聲了，從最初看到的設(shè)計題目，到分析題目，老師講解，查閱資料，根據(jù)老師的指導(dǎo)，同學(xué)們的幫助，一步一步到現(xiàn)在，做出的理論成果達到了預(yù)期的要求。在這段時間里，我大量借鑒了國內(nèi)已有的理論成果和實際產(chǎn)品，根據(jù)自己的要求，結(jié)合自己對加工中心的理解和設(shè)計想法，借助老師的幫助，設(shè)計出了 H400 加工中心的床身、立柱的具體結(jié)構(gòu)；通過理論計算、受力分析，選出了符合任務(wù)要求的滾珠絲杠和滾動導(dǎo)軌；都通過圖紙的形式表現(xiàn)了出來。這次畢業(yè)設(shè)計是我四年大學(xué)歷程中的最后一門課，也是對四年大學(xué)的一個總結(jié)。我不僅從中進一步了解了加工中心在機械加工行業(yè)中的突出作用，以及它的工作原理、機械結(jié)構(gòu)和發(fā)展趨勢，對機械結(jié)構(gòu)、原理的設(shè)計進行了一定的探索，對機械設(shè)計的具體環(huán)節(jié)及過程有了更深入的體會，也鞏固了自己的專業(yè)知識，鍛煉了分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)了一定的設(shè)計思想，所有的收獲都將令我終生受益。但是，由于自己的知識水平有限，實踐經(jīng)驗缺乏，設(shè)計思想不完善，設(shè)計中難免出現(xiàn)錯誤，存在問題，希望大家批評指正，我會繼續(xù)努力，以便進一步提高和完善。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 17 頁致謝這次畢業(yè)設(shè)計時間長，任務(wù)重，需要知識和資料多，由于自己的水平有限，如果沒有身邊老師和同學(xué)們的耐心指導(dǎo)和無私幫助，我很難完成這此設(shè)計。在這里，我首先要感謝我的指導(dǎo)老師薛東彬老師。從設(shè)計題目的下發(fā)、講解，設(shè)計資料的收集，外文的翻譯，方案論證報告的撰寫，圖紙的繪制，到最后說明書的撰寫，我遇到過很多的問題，有專業(yè)上的，也有生活上的，只有向薛老師提出，他都會耐心地給我講解，幫我查找相關(guān)文獻，有時還手把手教我一些東西，并糾正了我的專業(yè)知識中的很多錯誤，薛老師的專業(yè)水平讓我佩服。薛老師不僅指導(dǎo)了我的這次畢業(yè)設(shè)計，他還用自己在生活中的經(jīng)歷和感受告訴我們許多為人處事的道理，這些將會積極影響我以后的工作和生活。其次，我要感謝我身邊的同學(xué)們，是他們從頭到尾陪著我走過這四年的大學(xué)生活，是他們幫著我走完畢業(yè)設(shè)計這最后的一段路。愿我們的友誼地久天長。我還要感謝大學(xué)里所有教過我的老師，是他們教會了我專業(yè)知識，幫助我不斷提高。感謝母校對我的培養(yǎng)。在以后的人生中，我會更加努力，用自己的成就來報答母校，報答老師和同學(xué)們。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 18 頁參 考 資 料[1] 夏田.數(shù)控加工中心設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4[2] 沙杰. 加工中心結(jié)構(gòu)、調(diào)試與維護. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.[3] 朱孝錄.機械傳動設(shè)計手冊.北京：電子工業(yè)出版社，2007.7[4] 楊坤怡.制造技術(shù).北京：國防工業(yè)出版社，2006.7[5] 高德文.數(shù)控加工中心.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.8[6] 劉瑞已.現(xiàn)代數(shù)控機床.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.11[7] 惠延波等.加工中心的數(shù)控編程與操作技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社.2001.7[8] 廉元國.加工中心設(shè)計與應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.[9] 廉元國.加工中心設(shè)計與應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.[10] 范珍等.加工中心.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004.8 [11] 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床. 北京：國防工業(yè)出版社，2003.4[12] 王先逵.機械加工工藝手冊（第一卷）.北京：機械工業(yè)出版社，2006.12[13] 王曉霞.金屬切削原理與刀具.北京：航空工業(yè)出版社，2000[14] 符煒.實用切削加工手冊.長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2003.3[15] 于駿一，鄒青.機械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京：機械工業(yè)出版社，2004.1[16] 吳宗澤，羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊.北京：高等教育出版社，1998.12[17] 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2001[18] 成大先，機械設(shè)計手冊：第三卷[M]．第四版．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002．[19] 成大先，機械設(shè)計手冊：第五卷[M]．第四版．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002．[20] 濮良貴，機械設(shè)計[M]．北京：高等教育出版社，2006．[21] 朱輝，曹桄，畫法幾何及工程制圖[M]．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003．[22] 馮辛安，機械制造裝備設(shè)計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2005．黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 19 頁