機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)_畢業(yè)設(shè)計(jì)_小型龍門(mén)加工中心主軸系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)(ansys模態(tài)分析proe建模)

1、<p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　隨著全球化經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的愈演愈烈，產(chǎn)品小批量、客戶化、快速交貨要求的不斷加強(qiáng)，迫切要求企業(yè)具有快速響應(yīng)市場(chǎng)能力。企業(yè)對(duì)市場(chǎng)響應(yīng)速度的快慢、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)一次成功率的高低，不僅決定了企業(yè)在市場(chǎng)上所占份額的大小，而且決定了企業(yè)能否立足市場(chǎng)的命運(yùn)。如何在短期內(nèi)設(shè)計(jì)出符合客戶的個(gè)性化要求、質(zhì)量可靠、性能優(yōu)良、成本低廉的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，是企業(yè)在

2、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)大部分制造業(yè)企業(yè)的設(shè)計(jì)、制造手段比較落后，與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距較大。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，如何使企業(yè)的產(chǎn)品快速響應(yīng)市場(chǎng)，</p><p>　　在較短時(shí)間內(nèi)以較高性能價(jià)格比的產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)，是企業(yè)得以生存和發(fā)展的關(guān)鍵。</p><p>　　模塊化、并行設(shè)計(jì)等快速設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，大大縮短了機(jī)床新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期;有限元分析、仿真技術(shù)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等新技術(shù)不

3、斷地運(yùn)用到新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，極大地提高了新產(chǎn)品的性能，并降低了開(kāi)發(fā)的費(fèi)用。結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性分析理論經(jīng)過(guò)科學(xué)工作者多年努力，發(fā)展到一定程度，隨著有限元方法的應(yīng)用，為數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論建模提供了必要的數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)修改依據(jù)，使基于理論模型的新產(chǎn)品性能預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)變得可能。</p><p>　　1.1 模塊化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀</p><p>　　模塊化設(shè)計(jì)是在對(duì)一定范圍內(nèi)的產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行功能分析的基

4、礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能獨(dú)立、結(jié)構(gòu)獨(dú)立的基本單元—模塊，并使模塊系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品或系統(tǒng)，以滿足不同的需求的設(shè)計(jì)方法。模塊化設(shè)計(jì)方法已經(jīng)在機(jī)械、電工電子、船舶、建筑、電力、武器裝備等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的效益。因此，模塊化設(shè)計(jì)理論研究也得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。</p><p>　　1.1.1 模塊化設(shè)計(jì)與制造的意義</p><p>

5、　　模塊化設(shè)計(jì)是快速響應(yīng)設(shè)計(jì)的核心，它用功能模塊組成產(chǎn)品，模塊的可互換性和可組合性是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。根據(jù)模塊化思想，產(chǎn)品將由傳統(tǒng)產(chǎn)品一部件一零件的構(gòu)成模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅K和模塊單元組成產(chǎn)品的模式。</p><p>　　模塊化制造是用模塊化的概念構(gòu)造整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)圈，即以模塊化裝備構(gòu)造模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(MPS)，以產(chǎn)品模塊組織生產(chǎn)和管理，形成企業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)，制造過(guò)程的實(shí)施和管理，均采用模塊

6、化技術(shù)，按這一原則組成的制造系統(tǒng)稱為模塊化制造系統(tǒng)網(wǎng)。</p><p>　　模塊化設(shè)計(jì)與制造具有以下優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　(1)縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中利用模塊化設(shè)計(jì)能節(jié)約時(shí)間50%。在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，由于系統(tǒng)中存在大量通用模塊，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間可大為縮短;進(jìn)行新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，只要增加少量專(zhuān)用模塊就可組成滿足用戶所需的特定產(chǎn)品品種。</p><p&g

7、t;　　(2)有利于提高新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)質(zhì)量。因?yàn)槟K為獨(dú)立單元，可根據(jù)科技發(fā)展的情況和可能，將新技術(shù)用于模塊的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核，待結(jié)構(gòu)可靠、性能穩(wěn)定后，取代老的模塊結(jié)構(gòu)，以加速產(chǎn)品更新?lián)Q代。</p><p>　　(3)有利于降低成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。由于按模塊組織生產(chǎn)，使得大多數(shù)的零部件由單件、小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榕炕a(chǎn)，于是便于采用先進(jìn)工藝和專(zhuān)用設(shè)備組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，有助于提高勞動(dòng)生產(chǎn)

8、率，降低制造成本和減小廢品率。</p><p>　　(4)適于產(chǎn)品的大規(guī)模定制和滿足產(chǎn)品客戶化的需求。大規(guī)模定制是企業(yè)采用各種技術(shù)和管理手段在大規(guī)模生產(chǎn)模式下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品對(duì)顧客的個(gè)性化定制，并要滿足預(yù)定的成本和時(shí)間目標(biāo)。采用模塊化設(shè)計(jì)，建立合理的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)，用大批量生產(chǎn)的成本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多品種、小批量個(gè)性化生產(chǎn)。因此模塊化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制的前提和條件。</p><p>　　基于模塊化方法的機(jī)

9、床設(shè)計(jì)有著重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義，主要體現(xiàn)在:</p><p>　　1、節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間，縮短供貨周期:采用模塊化設(shè)計(jì)方法，企業(yè)產(chǎn)品系列中已有很多通用模塊，在用戶提出要求后，可用己有模塊或設(shè)計(jì)制造少量專(zhuān)用模塊便可組成用戶所要求的產(chǎn)品。如德國(guó)SCHIESS公司，其機(jī)床產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計(jì)后，從訂貨到供貨一般只需四個(gè)月時(shí)間。</p><p>　　2、便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，發(fā)展變型產(chǎn)品:根據(jù)用戶需要，設(shè)計(jì)新的

10、功能模塊，組合成具有新功能的模塊系統(tǒng).用新技術(shù)設(shè)計(jì)性能好的模塊，取代原有功能模塊，發(fā)展性能好的變型產(chǎn)品。</p><p>　　3、提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本:模塊精心設(shè)計(jì)，批量加工，有利于組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，既提高質(zhì)量又降低成本。模塊化不僅是設(shè)計(jì)方法的改革，而且是推動(dòng)整個(gè)工廠技術(shù)、生產(chǎn)、管理及組織體制的改革。</p><p>　　4、便于維修:由于產(chǎn)品由相對(duì)獨(dú)立的模塊組成，因此，很便于維修，必

11、要時(shí)可更換模塊，而不致影響生產(chǎn)。</p><p>　　5、便于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊:傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建立在零件級(jí)基礎(chǔ)上，而模塊化則是根據(jù)產(chǎn)品的不同建立在模塊級(jí)上的標(biāo)準(zhǔn)化，是一種趨向于宏觀的標(biāo)準(zhǔn)化。它具有兩個(gè)特點(diǎn):一是面向功能，而不是具體的形狀、結(jié)構(gòu)和制造上的標(biāo)準(zhǔn)化;二是注重結(jié)合面的標(biāo)準(zhǔn)化，從而把標(biāo)準(zhǔn)化管理部分地從細(xì)節(jié)中解脫出來(lái)，分層次、有側(cè)重。</p><p>　　1.2課題的提出及論文的結(jié)構(gòu)體

12、系</p><p>　　現(xiàn)代加工技術(shù)日益向著高速、大切削量的方向發(fā)展，這就要求所設(shè)計(jì)的機(jī)床具有高速、高剛度、高精度的優(yōu)良勝能。為了適應(yīng)生產(chǎn)線的快速可重組性，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對(duì)地基的要求越來(lái)越弱，或者根本就不需要特殊的地基，數(shù)控機(jī)床加工中的振動(dòng)不僅產(chǎn)生噪音，還將嚴(yán)重影響零件加上表面的質(zhì)量。由于我國(guó)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)和手段落后，因此有進(jìn)行數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)研究的必要性。</p><p>　　本課題研究

13、的目的在于采用先進(jìn)、科學(xué)的CAD手段，根據(jù)“模塊化設(shè)計(jì)”階段提出的方案設(shè)計(jì)，對(duì)加工中心的三種主軸系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵部位的計(jì)算。直至零部件和整機(jī)的各項(xiàng)性能指針都能滿足現(xiàn)在的高效率、高精度的要求，使機(jī)床在工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)低速、準(zhǔn)高速、高速三種主軸系統(tǒng)之間的快速調(diào)換，以增強(qiáng)機(jī)床的生產(chǎn)效率和競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p>　　本課題的研究成功，可以為加工中心主軸系統(tǒng)部分提出有普遍意義的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，必將有助于縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周

14、期、保證新產(chǎn)品特性、降低設(shè)計(jì)費(fèi)用。為推動(dòng)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。</p><p>　　1.2.1論文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　論文主要的章節(jié)和內(nèi)容：</p><p>　　1.第一章綜述了龍門(mén)加工中心主軸系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的發(fā)展?fàn)顩r，闡述課題提出的目的和意義，明確了本文研究的主要內(nèi)容。</p><p>　　2.第二章對(duì)小型龍門(mén)加

15、工中心的總體進(jìn)行研究，進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.第三章對(duì)加工中心的三種主軸系統(tǒng)進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)，進(jìn)行關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算。</p><p>　　4.第四章對(duì)加工中心主軸系統(tǒng)進(jìn)行總體的裝配，完善各個(gè)主軸系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。</p><p>　　5.第五章對(duì)三種主軸系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)建模。</p><p><b>　　6.第六

16、章結(jié)束語(yǔ)。</b></p><p>　　第二章 龍門(mén)加工中心總體設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)床設(shè)計(jì)從常用的功能設(shè)計(jì)進(jìn)一步發(fā)展為機(jī)床結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)、精度設(shè)計(jì)、高速化設(shè)計(jì)、誤差補(bǔ)償技術(shù)、壽命設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等現(xiàn)代先進(jìn)機(jī)床設(shè)計(jì)技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)精密機(jī)床設(shè)計(jì)要求，在機(jī)床設(shè)計(jì)中要對(duì)各方面進(jìn)行綜合考慮。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)功能與造型的統(tǒng)一,造型以

17、功能為基礎(chǔ)并體現(xiàn)外觀美。過(guò)分強(qiáng)調(diào)功能而忽視外觀美的創(chuàng)造,或者在不體現(xiàn)功能的條件下追求外觀美,都會(huì)影響產(chǎn)品的功能。數(shù)控機(jī)床是一種具有強(qiáng)烈的時(shí)代感和技術(shù)特征的產(chǎn)品,造型應(yīng)充分體現(xiàn)加工中心高技術(shù)、高效率、多功能、高精度、高可靠性、高自動(dòng)化等特點(diǎn),也就是通過(guò)理性、嚴(yán)謹(jǐn)、整體的造型語(yǔ)言表達(dá)產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)異、工藝技術(shù)精湛,以及高效率的內(nèi)在品質(zhì)。具體到產(chǎn)品設(shè)計(jì)上就是處理好形體線型、形體之間的過(guò)渡、表面肌理和裝飾、色彩搭配等,并把握好產(chǎn)品造型的視覺(jué)情感。&

18、lt;/p><p>　　圖2-1 龍門(mén)加工中心整體布局</p><p>　　2.1、機(jī)床支承大件的功能要求</p><p>　　機(jī)床大件通常指床身、立柱、工作臺(tái)、橫梁、箱體、底座等部件，它們是其他零、部件賴以連接、固定和運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。機(jī)床的整體功能，在很大程度上取決于其支撐大件的結(jié)構(gòu)功能。一般機(jī)床支撐大件的功能要求如下表2-1：</p><p>　

19、　2.2、機(jī)床大件的結(jié)構(gòu)特征</p><p>　　2.2.1、形體結(jié)構(gòu)特征 </p><p>　　機(jī)床的床身、立柱、工作臺(tái)、橫梁、箱體、底座等支承大件,就其形體結(jié)構(gòu)有如下兩個(gè)特征:從形體上看,是空間板系結(jié)構(gòu);從載荷上看，是空間立系的載體。見(jiàn)下表2-2：</p><p>　　機(jī)床大件的設(shè)計(jì)，通常把各種力歸納為靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力，再分別研究結(jié)構(gòu)的靜剛度和動(dòng)剛度。對(duì)于大型、重

20、型、高速精密機(jī)床的大件，還要考慮到?jīng)_擊或振動(dòng)干擾力的作用下，可能產(chǎn)生位移、速度和加速度，以及由于板壁失穩(wěn)而出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)斷面形狀畸變和躁聲等動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題；對(duì)于高速精密機(jī)床，如磨床，由于加工過(guò)程中產(chǎn)生大量的切削熱，以及電動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)的發(fā)熱，因此還應(yīng)考慮到大件的熱變形問(wèn)題。所以，機(jī)床支承大件的設(shè)計(jì)需要進(jìn)行受力、變形和剛度分析。</p><p>　　2.2.2、結(jié)構(gòu)工藝性特征 </p><p>　

21、　結(jié)構(gòu)工藝性是指在一定生產(chǎn)規(guī)模條件下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品特定功能所需的材料、加工和裝配方法的經(jīng)濟(jì)性原則。以傳統(tǒng)的鑄造結(jié)構(gòu)作為比較的基礎(chǔ)，機(jī)床大件的結(jié)構(gòu)工藝性特征，見(jiàn)下表2-3：</p><p>　　表2-3機(jī)床大件的結(jié)構(gòu)工藝性特征</p><p>　　2.2.3、機(jī)床搭建的組合與支承</p><p>　　機(jī)床支承搭建，主要之床身、底座、橫梁、橫臂和定量等。根據(jù)機(jī)床的不同功能要

22、求，對(duì)它們進(jìn)行不同的組合和布局。</p><p>　　目前，機(jī)床整體布局的設(shè)計(jì)還沒(méi)有一套規(guī)范化的構(gòu)建方法。一般以同類(lèi)型機(jī)床的響應(yīng)部件作為參考，然后再對(duì)主要問(wèn)題進(jìn)行一些力學(xué)的定性分析和比較，即采用類(lèi)比設(shè)計(jì)的方法。布局設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1、盡量減少固定結(jié)合面 支承大件在靜力和力矩作用下，除了會(huì)發(fā)生本體彈性變形、斷面畸變和局部變形以外，還會(huì)在大件與大件之間的結(jié)合

23、面上產(chǎn)生接觸變形。大件與大件之間的結(jié)合面，有固定結(jié)合面和活動(dòng)結(jié)合面，如車(chē)床主軸箱與床身的連接，是固定結(jié)合面；尾坐與床身的連接，是活動(dòng)結(jié)合面。在作用力傳遞回路內(nèi)的結(jié)合面越多，產(chǎn)生接觸變形的地方就越多。所以，在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少固定結(jié)合面的數(shù)量，即構(gòu)成機(jī)床整機(jī)的支承大件數(shù)越少越好。但不可避免的固定結(jié)合面的面積應(yīng)盡量加大。</p><p>　　2、改善大件的支承條件</p><p>　　在確定

24、采用的大件后，要考慮通過(guò)改善支承條件，減少外力及自重引起的彈性變形等提高大件剛度的問(wèn)題。</p><p>　　改善支承條件，首先通過(guò)提高支承條件常數(shù)來(lái)提高支承剛度。其次，使加工工件的作用力點(diǎn)盡量靠件支承大件，也是提高支承剛度的有效方法。</p><p>　　2.3、機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：</p><p><b>　　1、床身</b></p>

25、<p>　　床身是機(jī)床的基礎(chǔ)部件，是支承機(jī)床其它各部位的部件，是整個(gè)機(jī)床的支撐部分。為了避免機(jī)床重量過(guò)大，應(yīng)該將床身設(shè)計(jì)為空心結(jié)構(gòu)，中間加上肋板保證機(jī)床剛度強(qiáng)度等。裝有滑座的橫梁落座在床身上，并在床身上完成Y軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，本機(jī)床Y軸采用雙邊驅(qū)動(dòng)方式，這可以保證機(jī)床在Y軸的兩個(gè)方向上不至于因?yàn)槭芰Σ痪鶆蛟斐删炔缓玫葐?wèn)題。Y軸由直線滾柱導(dǎo)軌副支承和導(dǎo)向。Y軸伺服電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠螺母旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。此外，工作臺(tái)還要放置在床

26、身上，為了保證和工作臺(tái)配合一致，應(yīng)將床身和工作臺(tái)設(shè)計(jì)為一致。</p><p><b>　　2、工作臺(tái)</b></p><p>　　工作臺(tái)是固定、加工工件的部分。它要承受切削力并能保證一定定位精度。應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)材質(zhì)，應(yīng)用先進(jìn)工藝鑄造成型，承載能力大。</p><p><b>　　3、橫梁</b></p><

27、p>　　橫梁是實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)縱向加工的部件，主軸箱的移動(dòng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)床在Z軸方向的運(yùn)動(dòng)。為提高剛度，采用直線滾珠導(dǎo)軌副。由于本機(jī)床要求的加工精度較高，所以對(duì)橫梁的要求比較高，尤其是橫梁的重量及其受力分析。</p><p><b>　　4、主軸系統(tǒng)</b></p><p>　　本機(jī)床的主軸系統(tǒng)能夠快速的在三種即：低速主軸3000轉(zhuǎn)/min;準(zhǔn)高速主軸8000轉(zhuǎn)/min;高速

28、電主軸1.8萬(wàn)轉(zhuǎn)/min三種主軸的互換。從而使本機(jī)床在加工過(guò)程中能在各個(gè)轉(zhuǎn)速情況下保持很高的加工精度。</p><p><b>　　5、潤(rùn)滑</b></p><p>　　本機(jī)床軸承采用油脂潤(rùn)滑，絲杠、導(dǎo)軌均采用自動(dòng)潤(rùn)滑站供油，油脂潤(rùn)滑。</p><p><b>　　6、機(jī)床冷卻和防護(hù)</b></p><

29、p>　　機(jī)床采用大流量高揚(yáng)程水冷和油霧冷卻兩套冷卻系統(tǒng)，適用于鋁合金和鈦合金等多種金屬加工。冷卻效率高，提供切削時(shí)對(duì)刀具、工件的冷卻，排屑清洗，并將切屑沖送到自動(dòng)排屑器上，以便自動(dòng)回收切屑。切屑由兩個(gè)鏈?zhǔn)脚判计鱾魉偷郊夹≤?chē)?yán)铩?lt;/p><p>　　本機(jī)床是一種工作臺(tái)固定，A、C兩軸的運(yùn)動(dòng)由雙擺銑頭實(shí)現(xiàn)，這樣的設(shè)計(jì)其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好。機(jī)床工作臺(tái)和工件均固定不動(dòng)，避免了質(zhì)量大的工作臺(tái)和工件對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響，還避

30、免了工件質(zhì)量變化造成的動(dòng)態(tài)性能變化。機(jī)床移動(dòng)部份為質(zhì)量較輕的橫梁、滑座和主軸滑枕，同時(shí)X、Y、Z向?qū)к壊捎脻L柱直線導(dǎo)軌，摩擦阻力小，使機(jī)床具有很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。并且成功地應(yīng)用了雙驅(qū)技術(shù)，大大提高了機(jī)床性能。</p><p>　　機(jī)床基礎(chǔ)鑄件采用薄壁多筋結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，使機(jī)床具有高的剛度。滾珠絲杠安裝時(shí)，進(jìn)行了預(yù)拉伸，提高傳動(dòng)剛度，消除熱膨脹誤差，確保高精度。結(jié)構(gòu)上采用了絲杠螺母旋轉(zhuǎn)技術(shù)，避免了長(zhǎng)絲杠旋轉(zhuǎn)的諸多弊

31、病。</p><p>　　第三章 主軸系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p>　　主軸系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)床的重要部件。由于機(jī)床對(duì)不同工件的加工，要保持很高的加工精度，刀具就要在加工不同工件時(shí)選用不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，在保證加工精度的情況下就不能通過(guò)一種主軸系統(tǒng)的傳動(dòng)，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)速大幅度變化下會(huì)使加工精度受到很大的影響。所以在模塊化的理念下對(duì)加工中心的主軸系統(tǒng)也進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。</p>&l

32、t;p>　　模塊化設(shè)計(jì)能夠使機(jī)床快速的在三種主軸系統(tǒng)件快速的互換，為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一目的，所設(shè)計(jì)的三種主軸系統(tǒng)的外型尺寸相同，在同一卡具下能夠快速的裝載和卸載。</p><p>　　確定三中主軸系統(tǒng)的傳動(dòng)方式；低速主軸采用帶輪傳動(dòng)，準(zhǔn)高速采用電機(jī)與主軸直連方式傳動(dòng)，高速主軸直接選用型號(hào)合適的電主軸。</p><p>　　機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求：</p><p>　　

33、1、設(shè)計(jì)的加工中心刀具主軸最高轉(zhuǎn)速1.8萬(wàn)轉(zhuǎn)/min；3000轉(zhuǎn)/min；8000轉(zhuǎn)/min；主軸功率15KW；</p><p>　　2、設(shè)計(jì)的加工中心的加工范圍為1.2mX1.6m；</p><p>　　3、設(shè)計(jì)的機(jī)床要求可以進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。定位精度0.003mm.</p><p>　　3.1、主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則</p><p

34、>　　軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則是：（1）受力合理，有利于提高州的剛度和強(qiáng)度；（2）軸和軸上零件有確定的工作位置。即保證軸相對(duì)與機(jī)架定位可靠性，軸上零件的軸向定位可靠；（3）軸有良好的結(jié)構(gòu)公益性包括：便于加工制造，軸上應(yīng)力集中小，材料省、重量輕；軸上零件裝、拆和調(diào)整方便，保證每個(gè)零件裝配到周上市，不論其配合性質(zhì)如何，均能自由地通過(guò)前面各軸段，而不損傷其表面。</p><p><b>　　3.2主軸部件精度

35、</b></p><p>　　加工中心主軸部件由主軸動(dòng)力、傳動(dòng)及主軸組件組成，它是加工中心成型運(yùn)動(dòng)的重要執(zhí)行部件之一，因此要求加工中心的主軸部件具有高的運(yùn)轉(zhuǎn)精度、長(zhǎng)久的精度保持性以及長(zhǎng)時(shí) 期運(yùn)行的精度穩(wěn)定性。</p><p>　　加工中心通常作為精密機(jī)床使用，主軸部件的運(yùn)轉(zhuǎn)精度決定了機(jī)床加工精度的高低．考核機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)精度一般有動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)和靜態(tài)檢驗(yàn)兩種方法。靜態(tài)檢驗(yàn)是指在低速或手動(dòng)

36、轉(zhuǎn)動(dòng)主軸情況下，檢驗(yàn)主軸部件各個(gè)定位面及工作表面的跳動(dòng)量。動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)則需使用一定的儀器在機(jī)床主軸額定轉(zhuǎn)速下．采用非接觸的檢測(cè)方法檢驗(yàn)主軸的回轉(zhuǎn)精度。由于加工中心通常具有自動(dòng)換刀功能，刀具通過(guò)專(zhuān)用刀柄由安裝在加工中心主軸內(nèi)部的拉緊機(jī)構(gòu)緊固。因此主軸的回轉(zhuǎn)精度要考慮由于刀柄定位面的加工誤差所引起的誤差。</p><p>　　加工中心主軸軸承通常使用C級(jí)軸承，在二支承主軸部件中多采用4-1、2-2組合使用，即前支承和后支

37、承分別用四個(gè)向心推力軸承和一個(gè)向心球軸承，或前、后支承都使用兩個(gè)向心推力軸承組成主軸部件的支承體系．對(duì)于輕型高精度加工中心，也有前、后支承各使用一個(gè)向心推力軸承組成主軸部件的支承體系，該種結(jié)構(gòu)適宜高精度、高速主軸部件的場(chǎng)合。簡(jiǎn)單的主軸軸承組合，可以大大降低主軸部件的裝配誤差和熱傳導(dǎo)引起的主軸隙喪失，但主軸的承載能力會(huì)有較大幅度的下降。</p><p><b>　　3.3主軸部件結(jié)構(gòu)</b>&

38、lt;/p><p>　　主軸組件的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)按如下程序進(jìn)行：</p><p>　?。?）根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)方案的整體布局，擬定軸上零件的布置和裝配方案</p><p>　　（2）選擇軸的合適材料 （3）初步估算軸的直徑</p><p>　?。?）進(jìn)行軸系、零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （5）進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p>

39、;<p>　?。?）進(jìn)行剛度設(shè)計(jì) （7）校核鍵的聯(lián)接強(qiáng)度</p><p>　?。?）驗(yàn)算軸承 （9）根據(jù)計(jì)算結(jié)果修改設(shè)計(jì)</p><p>　?。?0）繪制軸的零件工作圖</p><p><b>　　3.4傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)</b></p>

40、<p>　　常見(jiàn)的傳動(dòng)形式有如下三種：即變速齒輪傳動(dòng)，皮帶傳動(dòng)和調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 傳動(dòng)方案 </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用皮帶傳動(dòng)和聯(lián)軸器直接傳動(dòng)，由于同步齒形帶傳動(dòng)時(shí)沒(méi)有滑動(dòng)，故加工出現(xiàn)故障時(shí)容易燒毀電機(jī)，所以采用平帶傳動(dòng);聯(lián)軸器的傳動(dòng)精度高,對(duì)于中級(jí)轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)較為合適。</p><p>　　3.5

41、主軸材料的選擇</p><p>　　軸的材料種類(lèi)很多，選擇時(shí)應(yīng)主要考慮如下因素：</p><p>　　1、軸的強(qiáng)度、剛度及耐磨性要求；</p><p>　　2、軸的熱處理方法及機(jī)加工工藝性的要求；</p><p>　　3、軸的材料來(lái)源和經(jīng)濟(jì)性等。</p><p>　　合金鋼具有比碳鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集

42、中比較敏感，且價(jià)格較貴，多用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性有特殊要求的軸。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳處理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAlA等合金鋼，有良好的高溫機(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。由表3-1選擇38CrMoAlA材料，并經(jīng)氮化處理850-1000HV。</p><p>　　表3-1 主軸材料</p><p><b>　　3.

43、6主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基于CMC3000加工中心的自身情況，主軸前端設(shè)有錐孔，用于裝夾BT50的刀柄。加工中心的主軸支承形式很多。其中立式加工中心的主軸前支承采用四個(gè)向心推力球軸承，后支承采用一個(gè)向心球軸承，這種支承結(jié)構(gòu)使主軸的承載能力較高，且能適應(yīng)高速的要求。主軸支承前端定位，主軸受熱向后伸長(zhǎng)，能較好地滿足精度需要，只是支承結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。</p><p>

44、;　　3.7 刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)</p><p>　　加工中心可以白動(dòng)換刀，所以，主軸系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)松開(kāi)和夾緊刀具的功能。各類(lèi)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的形式、工藝范圍及其刀具的種類(lèi)和數(shù)量，其基本類(lèi)型有以下幾種：轉(zhuǎn)刀架換刀、換主軸換刀、更換主軸箱換刀及帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)。</p><p>　　本加工中心采用鋼球拉緊油缸松開(kāi)結(jié)構(gòu)，如圖3.3所示。</p><p

45、>　　圖3-2 鋼球拉緊機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　3.8主軸參數(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?） 軸頸直徑的確定</p><p>　　初選前軸頸直徑為170mm，后軸頸直徑為120mm，主軸平均直徑D=(+)=145mm</p><p><b>　　主軸內(nèi)孔作用：</b><

46、;/p><p>　　1.通過(guò)棒料、夾緊刀具或工件用的拉桿、冷卻管等</p><p>　　2.大型、重型機(jī)床的空心主軸，減輕重量</p><p>　　初選內(nèi)孔直徑為45mm。</p><p>　?。?） 前懸量及跨距的選擇</p><p>　　主軸懸伸量指主軸前支承徑向反力作用點(diǎn)到主軸前端受力作用點(diǎn)之間的距離，主軸懸伸<

47、;/p><p>　　量a值愈小愈能提高主軸組件剛度。在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，盡可能取小值。一般a主要取決于以下幾點(diǎn)：</p><p>　　主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸</p><p>　　工件或刀具的安裝方式</p><p>　　前軸承的類(lèi)型及組合方式</p><p>　　潤(rùn)滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)等</p><

48、p>　　由表7初定前懸量，a=1.6x170=272mm</p><p>　　表3-2 前懸量與前軸徑關(guān)系</p><p>　　如圖3.3所示，L即為跨距，即前后兩支承點(diǎn)之間的距離。當(dāng)主軸組件的D、a、 和為定值時(shí)，必存在一個(gè)能使主軸軸端撓度y=的跨距（對(duì)應(yīng)于曲線c的最低點(diǎn)）。當(dāng)所設(shè)計(jì)的主軸支承跨距L=L0時(shí)，可使主軸組件的剛度K＝，稱為“最佳跨距”。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，常由于結(jié)構(gòu)上的限

49、制，實(shí)際跨距L≠L0，這樣就造成主軸組件的剛度損失，當(dāng)L/=0.75～1.5時(shí)，剛度損失不大（5％左右），應(yīng)認(rèn)為在合理范圍之內(nèi)，稱為合理跨距。合理跨距=（0.75～1.5），是一個(gè)區(qū)間，最佳跨距只是一個(gè)點(diǎn)。</p><p><b>　　圖3-3 跨距</b></p><p>　　計(jì)算前支承剛度 =1700×=22.55×N／mm ，后軸承直徑

50、小于前軸承， 取/=1.4, 則=16.10xN／mm。計(jì)算綜合變量η==0.3376 此處彈性模量E=2×N／m,I=π/64(-)</p><p>　　由圖3-4可知，/a=2.2 則有=2.2x272=598.4mm</p><p>　　所以=（0.75～1.5）=（448.8～897.6）mm 取=460mm</p><p><

51、;b>　　圖3-4</b></p><p>　　3.9主軸組件的剛度計(jì)算</p><p>　　機(jī)床主軸往往有較高的剛度要求, 因此, 軸承直徑的尺寸往往較大, 根據(jù)這些軸承直徑尺寸所選定的滾動(dòng)軸承, 其疲勞壽命往往是富裕的, 因此常常不需要作疲勞壽命的計(jì)算, 這類(lèi)軸承的選擇主要取決于其精度和剛度。而主軸的軸向剛度完全取決于軸承的軸向剛度, 下面主要對(duì)主軸組件的徑向剛度進(jìn)行

52、校核計(jì)算。</p><p><b>　?。?） 軸承的選擇</b></p><p>　　本加工中心主軸是裝在前后支承之間, 通過(guò)后端皮帶輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的。而影響主軸部件旋轉(zhuǎn)精度的主要因素有主軸的制造精度、軸承的制造精度與支承座孔的制造精度、調(diào)整螺母與襯套隔圈等的制造精度、主軸裝配與調(diào)整質(zhì)量以及工作時(shí)的溫升等, 其中起決定性作用的是軸承的精度, 尤其是前軸承, 故將前軸承精

53、度取為P4 級(jí), 后軸承精度取為P5 級(jí)。影響主軸組件剛度的主要因素有主軸的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承類(lèi)型與配置形式、軸承間隙的大小、傳動(dòng)件的布置方式、主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等。由于該機(jī)床主軸要求高剛度、高轉(zhuǎn)速, 因此前軸承采用雙列圓柱滾子軸承, 內(nèi)孔為錐面, 型號(hào)為61919, 主要承受徑向載荷; 軸向載荷由一對(duì)背靠背組配A= 30°、型號(hào)為100BA 10XDBEL 推力角接觸球軸承承受, 由于一對(duì)背靠背角接觸球軸承支承點(diǎn)的距離較大

54、, 因而能產(chǎn)生一個(gè)較大的抗彎力矩。主軸后軸承采用30230 雙列圓柱滾子軸承, 主軸運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)熱后膨脹, 該軸承外圈是可分的,膨脹主軸帶著內(nèi)圈及滾子, 沿軸向方向上在外圈滾道上自由移動(dòng), 減小了主軸的軸向受力。由于運(yùn)動(dòng)是由電機(jī)通過(guò)皮帶直接傳給主軸, 減少了產(chǎn)生熱變形和振動(dòng)的因素, 這樣就保證</p><p><b>　?。?） 支承的簡(jiǎn)化</b></p><p>　　先將

55、主軸組件簡(jiǎn)化為主軸組件計(jì)算模型, 由于一對(duì)背對(duì)背角接觸球軸承只承受軸向力, 故可將支承點(diǎn)簡(jiǎn)化為雙列圓柱滾子軸承中心, 見(jiàn)圖3-5。</p><p>　　圖3-5　主軸組件計(jì)算模型</p><p>　?。?） 主軸剛度計(jì)算</p><p>　　已知主軸前軸承61919內(nèi)徑=150mm , 后軸承32030內(nèi)徑= 130mm , 跨距L= 460mm , 主軸前懸伸a=

56、2720mm , 主軸孔直徑=45mm , 前軸承預(yù)緊量= 3m, 后軸承預(yù)緊量= 0,主軸前端加載F = 6000N , 則主軸的徑向剛度為:</p><p>　　K = F/= F/(++)</p><p>　　式中: ——主軸的前端撓度, m</p><p>　　——前軸承的徑向彈性變形量, m</p><p>　　——后軸承的徑向彈

57、性變形量, m</p><p>　　(1) 計(jì)算軸承支反力：</p><p>　　前軸承支反力 為: = F ×( l+ a)/l= 9547.83N。</p><p>　　后軸承支反力 為: = - F = 3547.83N。</p><p>　　(2) 主軸前端撓度的計(jì)算</p><p>　　主軸的當(dāng)量直

58、徑d 為:d = (+)/2= 140mm。</p><p>　　在軸端載荷F 的作用下, 主軸前端撓度Ds 可按下式計(jì)算:</p><p>　　Ds= Fl/30 (-)。</p><p>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入計(jì)算得Ds= 5.015m</p><p>　　(3) 軸承徑向彈性變形量計(jì)算</p><p>　　前軸承徑

59、向彈性變形量計(jì)算：</p><p>　　由公式可以計(jì)算，=221.93 則有=404.49N</p><p>　　其中， ——軸承預(yù)緊量, m;</p><p>　　——滾子所受預(yù)載荷,N;</p><p>　　——滾動(dòng)體有效長(zhǎng)度,mm</p><p>　　==4853.88N 則前軸承所受載荷為：</p&g

60、t;<p>　　=7.116m </p><p><b>　　=12672N</b></p><p>　　軸承徑向彈性變形為：=5.363m</p><p>　　同理推出后軸承徑向彈性變形量=0.413m</p><p>　　（4） 主軸組件的徑向剛度</p><p>　　主軸組

61、件的徑向剛度K為: =551.42N/m</p><p>　　圖3-6 軸承內(nèi)徑與徑向剛度曲線</p><p>　　與圖3.7相比較，軸承剛度合適。</p><p>　　3.10 主軸強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　?。?） 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表3-5 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)</p><

62、p><b>　　表8 機(jī)床技術(shù)參數(shù)</b></p><p><b>　?。?） 強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p><b>　　1、初算最小直徑</b></p><p><b>　　由得：</b></p><p>　　232.5r/min</p&

63、gt;<p>　　取C=140，則軸的最小直徑為：69.1mm</p><p>　　最小直徑是安裝聯(lián)軸器處的直徑，該處有兩個(gè)鍵槽，故=69.1x(1+10%)=76mm.取d=80mm</p><p><b>　　2、選擇聯(lián)軸器</b></p><p>　　取載荷系數(shù)=1.3，則聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：　　==1.3×11

64、50=1495　 　　根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩、最小軸徑、軸的轉(zhuǎn)速，查標(biāo)準(zhǔn)GB5014-85或手冊(cè)，選用彈性膜片聯(lián)軸器，其型號(hào)為：JMC9</p><p>　　計(jì)算軸上的彎矩，并畫(huà)彎、轉(zhuǎn)矩圖</p><p>　　轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化計(jì)算, 取 , 則</p><p>　　0.6x1150=690 </p><p>　　以右端截面為例

65、 </p><p><b>　　=</b></p><p>　　=715897=716 </p><p><b>　　考慮鍵槽影響，</b></p><p>　　圖3-7 軸的彎、轉(zhuǎn)矩圖</p><p>　　==42 MP 故安全</p><p

66、><b>　　3.11帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　帶傳動(dòng)是由兩個(gè)帶輪和一根緊繞在兩輪上的傳動(dòng)帶組成，靠帶與帶輪接觸面之間的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種撓性摩擦傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)中，電機(jī)通過(guò)平帶同步驅(qū)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)。在加工出現(xiàn)故障時(shí)，平帶會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，但不會(huì)燒毀電機(jī)，優(yōu)于同步齒形帶。</p><p><b>　　3.12聯(lián)軸器設(shè)計(jì)</b>

67、</p><p>　　聯(lián)軸器屬于機(jī)械通用零部件范疇，用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接，是機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)最常用的聯(lián)接部件。20世紀(jì)后期國(guó)內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器

68、中選用能滿足機(jī)器要求的聯(lián)軸器，對(duì)多數(shù)設(shè)計(jì)人員來(lái)講，始終是一個(gè)困擾的問(wèn)題。常用聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器 鼓形齒式聯(lián)軸器，萬(wàn)向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器。</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用的聯(lián)軸器為鍵固定方式的聯(lián)軸器，如圖3-8所示。由于聯(lián)軸器已經(jīng)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，所以直接選用與本設(shè)計(jì)使用的聯(lián)軸器型號(hào)方可。根據(jù)傳遞的轉(zhuǎn)速數(shù)值（8000r/min）以及電機(jī)的尺寸選擇YL6型聯(lián)軸器。</p><

69、p>　　圖3-8 剛性聯(lián)軸器</p><p>　　3.13伺服電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)中主軸的動(dòng)力來(lái)源是有電動(dòng)機(jī)提供的，由于對(duì)轉(zhuǎn)速的要求不同但輸出功率相同來(lái)選擇不同的電動(dòng)機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)分交、直流兩類(lèi)。交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同。在定子上有兩個(gè)相空間位移90°電角度的勵(lì)磁繞組Wf和控制繞組WcoWf接一恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流

70、電壓或相位的變化，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格（要求分別小于10％～15％和小于15％～25％）等特點(diǎn)。所以在本設(shè)計(jì)中選用交流伺服電動(dòng)機(jī)。圖3-9為SY型伺服電動(dòng)機(jī)的實(shí)物圖片。</p><p>　　圖3-9 SY交流伺服電動(dòng)機(jī)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中要求低速主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)速3000r/min，準(zhǔn)

71、高速主軸系統(tǒng)是8000r/min；所以選擇的電機(jī)的數(shù)據(jù)如表3-6所示；</p><p>　　表3-6 伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù)</p><p>　　各電動(dòng)機(jī)的外型尺寸如圖3-10所示；</p><p>　　圖3-10 伺服電機(jī)機(jī)座的外形尺寸示意圖</p><p>　　第四章 主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　數(shù)控加工

72、中心主軸系統(tǒng)的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，將直接到影響工件的加工精度。因此，加工中心主軸系統(tǒng)必須滿足穩(wěn)定性高、傳動(dòng)精度高、運(yùn)動(dòng)部件慣量小等要求。</p><p>　　下面我來(lái)介紹一下本設(shè)計(jì)中三種主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu):</p><p><b>　　4.1低速主軸系統(tǒng)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中的低速主軸系統(tǒng)的傳動(dòng)方式為帶輪傳動(dòng),如圖4-1所示；&l

73、t;/p><p>　　圖4-1 低速主軸系統(tǒng)裝配圖</p><p>　　圖中所示的就是主軸系統(tǒng)的裝備圖，圖紙中中的傳動(dòng)方式就是帶傳動(dòng)方式；電機(jī)和主軸之間用皮帶輪連接，用箱體把電機(jī)和主軸一起固定；通過(guò)帶輪傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)將動(dòng)力傳送到主軸。圖中主軸是通過(guò)兩個(gè)聯(lián)軸器將上半軸、中間軸、下半軸連接在一起的。主軸外面是用滑枕包裹住的，為了使主軸的冷卻系統(tǒng)能夠正常工作，保持主軸內(nèi)部的清潔，滑枕的密封效果應(yīng)該

74、較好。</p><p>　　圖中主軸所選的軸承為深溝球軸承,該軸承的特點(diǎn)是深溝球軸承的摩擦系數(shù)很小，極限轉(zhuǎn)速也很高， 特別是在軸向載荷很大的高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，深溝球軸承比推力球軸承更有優(yōu)越性；如圖4-2所示；</p><p>　　圖4-2 深溝球軸承</p><p>　　深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與別的類(lèi)型相比易于達(dá)到較高的制造精度，所以便于成系列大批量生產(chǎn)， 制造成本也

75、較低， 使用極為普遍。深溝球軸承除基本型外， 還有各種變型結(jié)構(gòu)，如：帶防塵蓋的深溝球軸承；帶橡膠密封圈的深溝球軸承；有止動(dòng)槽的深溝球軸承；有裝球缺口的大載荷容量的深溝球軸承；雙列深溝球軸承。</p><p>　　系統(tǒng)中拉到系統(tǒng)的工作原理是通過(guò)油缸受到外界壓力對(duì)拉桿產(chǎn)生壓力，使拉桿向下運(yùn)動(dòng)，在拉桿的另一端有彈簧頂住拉桿；當(dāng)油缸受到的眼里消失時(shí)，彈簧就會(huì)使拉桿恢復(fù)到初始位置完成拉到過(guò)程。</p><

76、;p>　　圖4.1中主軸系統(tǒng)通過(guò)滑枕可以做垂直運(yùn)動(dòng)，圖4-3為滑枕的零件示意圖；</p><p><b>　　圖4-3 滑枕</b></p><p>　　4.2準(zhǔn)高速主軸系統(tǒng)</p><p>　　準(zhǔn)高速主軸體統(tǒng)的傳動(dòng)方式為直連，用聯(lián)軸器直接連接。圖4-4為直連系統(tǒng)的裝配圖；</p><p>　　圖4-4 準(zhǔn)高速

77、主軸系統(tǒng)裝配圖</p><p>　　準(zhǔn)高速主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與低速主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大體相同，但是在電機(jī)與主軸連接的過(guò)程中所用的是聯(lián)軸器連接。</p><p>　　圖中的拉到系統(tǒng)是通過(guò)主軸系統(tǒng)側(cè)面的進(jìn)油孔進(jìn)入導(dǎo)油環(huán)，從而對(duì)油缸產(chǎn)生壓力，使拉桿向下運(yùn)動(dòng)，在完成松刀后撤銷(xiāo)壓力，利用拉桿另一端的彈簧恢復(fù)到初始位置完成送拉刀。在這過(guò)程中，系統(tǒng)的在松拉刀過(guò)程中應(yīng)保持良好的密封性。</p>&l

78、t;p>　　套筒聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，徑向尺寸小，成本低，但裝差事需要沿軸向移動(dòng)較大的距離，而且只能用與連接兩周直徑相同的援助行軸伸，一般用于工作平穩(wěn)的小功率傳動(dòng)軸系。</p><p>　　凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，工作可靠，裝拆方便，剛性好，傳遞轉(zhuǎn)矩大，但不能吸收沖擊。當(dāng)兩周對(duì)中精度較低時(shí)，將引起較大的的附加載荷，適用于工作平穩(wěn)的一般傳動(dòng)，高速傳動(dòng)時(shí)需要有高的對(duì)中和制造精度。如圖4-5所示；<

79、;/p><p>　　圖4-5 凸緣聯(lián)軸器</p><p>　　4.3高速電主軸系統(tǒng)</p><p>　　由于電主軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國(guó)內(nèi)所用的電主軸大多是從國(guó)外引進(jìn)；所以本設(shè)計(jì)中就不對(duì)電主軸進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。選擇合適型號(hào)電主軸對(duì)其冷卻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)方可。</p><p>　　圖4-6所示的就是一種高頻電主軸的三維結(jié)構(gòu)示意圖：</p><

80、p>　　圖4-6 高頻電主軸</p><p>　　由于電主軸是用于高速切削的，轉(zhuǎn)速非常的高，所以產(chǎn)生的熱量也會(huì)隨之增加，為了使電主軸的使用周期長(zhǎng)，壽命長(zhǎng)久，工作過(guò)程穩(wěn)定，需要配備完善的冷卻系統(tǒng)；圖4-7為電主軸的冷卻系統(tǒng)，其選擇的冷卻方式為油-水冷卻。本設(shè)計(jì)只對(duì)電主軸的內(nèi)部冷卻進(jìn)行設(shè)計(jì)；圖4-8為冷卻示意圖。</p><p>　　圖4-7 主軸冷卻系統(tǒng)</p><

81、;p>　　圖4-8 軸心、軸殼冷卻</p><p><b>　　第五章 三維建模</b></p><p><b>　　5.1、三維建模</b></p><p>　　通過(guò)建立正確的模型來(lái)描述和表現(xiàn)事物的各種屬性,是現(xiàn)代科學(xué)探索事物本身發(fā)展、運(yùn)行規(guī)律的一個(gè)普遍而且重要的方法。不論是在應(yīng)用領(lǐng)域還是在科學(xué)領(lǐng)域,對(duì)整個(gè)世界進(jìn)行

82、三維建模研究,都是一個(gè)不斷興起的領(lǐng)域。對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的建模和模擬,就是根據(jù)研究的目標(biāo)和重點(diǎn),在數(shù)字空間中對(duì)其形狀、材質(zhì)、運(yùn)動(dòng)等屬性進(jìn)行數(shù)字化再現(xiàn)的過(guò)程。隨著先進(jìn)的數(shù)字化儀器及設(shè)備不斷投入實(shí)際應(yīng)用,計(jì)算機(jī)輔助下的三維建模技術(shù)已經(jīng)從最初費(fèi)時(shí)費(fèi)力的基于幾何的手動(dòng)建模,發(fā)展到包括三維掃描儀、基于圖像的建模與繪制( IBMR) 等多種方法在內(nèi)的三維建模。建模對(duì)象也從簡(jiǎn)單的幾何體建模,發(fā)展到比較復(fù)雜的人臉、肢體、發(fā)絲等建模,甚至是流體的模擬。</

83、p><p>　　在完成總體設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)與尺度綜合以及初步機(jī)械設(shè)計(jì)后，采用三維建模軟件完成機(jī)床的三維造型和裝配。</p><p>　　5.2、三維建模軟件</p><p>　　經(jīng)過(guò)多方面的調(diào)查，總結(jié)出了幾種現(xiàn)在機(jī)械領(lǐng)域比較常用的幾種三維建模軟件：</p><p><b>　?。?）CATIA</b></p>&

84、lt;p>　　CATIA是英文 Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的縮寫(xiě)。 是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM 一體化軟件。它是法國(guó)Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一體化軟件，居世界CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、造船、機(jī)械制造、電子\電器、消費(fèi)品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造

85、領(lǐng)域，其特有的DMU電子樣機(jī)模塊功能及混合建模技術(shù)更是推動(dòng)著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力的提高。CATIA 提供方便的解決方案，迎合所有工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型企業(yè)需要。包括:從大型的波音747飛機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。在世界上有超過(guò)13,000的用戶選擇了CATIA。CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強(qiáng)大的功能以得到各行業(yè)的認(rèn)可，在歐洲汽車(chē)業(yè)，已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。CATIA 的著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔

86、馳等一大批知名企業(yè)。其用戶群體在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。波音飛機(jī)公司使用CATIA完成了整個(gè)波音777的電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個(gè)奇</p><p><b>　?。?）UG</b></p><p>　　UG軟件是Unigraphics Solutions公司(簡(jiǎn)稱UGS)開(kāi)發(fā)的主要CAD產(chǎn)品，它在航空航天、汽車(chē)、通用機(jī)械、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械以及其它高科技應(yīng)用領(lǐng)

87、域的機(jī)械設(shè)計(jì)和模具加工自動(dòng)化的市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　UG具 有豐富的曲面建模工具。包括直紋面、掃描面、通過(guò)一組曲線的自由曲面、通過(guò)兩組類(lèi)正交曲線的自由曲面、曲線廣義掃掠、標(biāo)準(zhǔn)二次曲線方法放樣、等半徑和變半 徑倒圓、廣義二次曲線倒圓、兩張及多張曲面間的光順橋接、動(dòng)態(tài)拉動(dòng)調(diào)整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁減、編輯、點(diǎn)云生成、曲面編輯。</p><p>　　（3）3DS

88、MAX</p><p>　　3D Studio Max，常簡(jiǎn)稱為3ds Max或MAX，是Discreet公司開(kāi)發(fā)的（后被Autodesk公司合并）基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫(huà)渲染和制作軟件。其前身是基于DOS操作系統(tǒng)的3D Studio系列軟件，最新版本是9.0。在Windows NT出現(xiàn)以前，工業(yè)級(jí)的CG制作被SGI圖形工作站所壟斷。</p><p>　　在應(yīng)用范圍方面，廣泛應(yīng)用于廣告、影視

89、、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域。擁有強(qiáng)大功能的3DS MAX被廣泛地應(yīng)用于電視及娛樂(lè)業(yè)中，比如片頭動(dòng)畫(huà)和視頻游戲的制作，深深扎根于玩家心中的勞拉角色形象就是3DS MAX的杰作。在影視特效方面也有一定的應(yīng)用。而在國(guó)內(nèi)發(fā)展的相對(duì)比較成熟的建筑效果圖和建筑動(dòng)畫(huà)制作中，3DS MAX的使用率更是占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)對(duì)3DS MAX的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)要局限性

90、大一些，它只要求單幀的渲染效果和環(huán)境效果，只涉及到比較簡(jiǎn)單的動(dòng)畫(huà)；片頭動(dòng)畫(huà)和視頻游戲應(yīng)用中動(dòng)畫(huà)占的比例很大，特別是視頻游戲?qū)巧珓?dòng)畫(huà)的要求要高一些；影視特效方面的應(yīng)用則把3DS MAX的功能發(fā)揮到了極至，而這我想也是眾多的3DS MAX迷想要達(dá)到的目標(biāo)。</p><p>　　此款軟件在機(jī)械領(lǐng)域，主要在工業(yè)工程、工業(yè)設(shè)計(jì)和車(chē)輛工程等幾個(gè)專(zhuān)業(yè)被使用，在三維零件造型方面并不能體現(xiàn)出它的強(qiáng)大功能。</p>

91、<p>　?。?）PRO/ENGINEER</p><p>　　PRO/ENGINEER 是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱PTC）公司推出的新一代CAD/CAE/CAM軟件，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。它是一個(gè)集成化的軟件，其功能非常強(qiáng)大，利用它可以進(jìn)行零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、數(shù)控加工、鉑金件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)

92、庫(kù)管理、應(yīng)力分析、逆向造型優(yōu)化設(shè)計(jì)等。從目前的市場(chǎng)來(lái)看，它所涉及的主要行業(yè)包括工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械、仿真、制造和數(shù)據(jù)管理、電路設(shè)計(jì)、汽車(chē)、航天、電器、玩具等 Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決牲的相關(guān)性問(wèn)題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)

93、上。 Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 目前Pro/E最高版本為2008年4月22日發(fā)布的Pro/E</p><p>　　（5）Solidwork</p><p>　　創(chuàng)新的、易學(xué)易用的而且價(jià)格平宜的SolidWorks是Windows原創(chuàng)的三維設(shè)計(jì)軟件。其易用和友好的界面

94、，能夠在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工作中，SolidWorks完全自動(dòng)捕捉設(shè)計(jì)意圖和引導(dǎo)設(shè)計(jì)修改。在SolidWorks的裝配設(shè)計(jì)中可以直接參照已有的零件生成新的零件。不論設(shè)計(jì)用"自頂而下"方法還是"自底而上"的方法進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)，SolidWorks都將以其易用的操作大幅度地提高設(shè)計(jì)的效率。SolidWorks有全面的零件實(shí)體建模功能，其豐富程度有時(shí)會(huì)出乎設(shè)計(jì)者的期望。用SolidWorks的標(biāo)注和細(xì)節(jié)繪制工

95、具，能快捷地生成完整的、符合實(shí)際產(chǎn)品表示的工程圖紙。 SolidWorks具有全相關(guān)的鈑金設(shè)計(jì)能力。鈑金件的設(shè)計(jì)即可以先設(shè)計(jì)立體的產(chǎn)品也可以先按平面展開(kāi)圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。SolidWorks軟件提供完整的、免費(fèi)的開(kāi)發(fā)工具(API)，用戶可以用微軟的Visual Basic、Visual C++或其它支持OLE的編程語(yǔ)言建立自己的應(yīng)用方案。通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，SolidWorks可以很容易地將目前市場(chǎng)幾乎所有的機(jī)械CAD軟件集成到現(xiàn)在的設(shè)計(jì)環(huán)境中

96、來(lái)。</p><p><b>　　5.3實(shí)體建模</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)利用SolidWorks進(jìn)行三維建模；</p><p><b>　　1、主軸電機(jī)：</b></p><p>　　圖5-1 主軸電機(jī)</p><p><b>　　2、滑枕：<

97、/b></p><p><b>　　圖5-2 滑枕</b></p><p><b>　　3、聯(lián)軸器</b></p><p><b>　　圖5-3 聯(lián)軸器</b></p><p><b>　　5.4裝配</b></p><p>