立式加工中心滑座及X向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】

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購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 沈 陽 工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目： 立式加工中心滑座及 X 向進(jìn)給系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué) 院： 機械與運載學(xué)院學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 趙釀 指導(dǎo)教師： 林劍峰 2016 年 5 月 15 日 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 I 摘 要 數(shù)控機床是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)， 一個國家數(shù)控機床業(yè)的水平已經(jīng)成為衡量該國制造業(yè)水平、工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。立式加工中心是數(shù)控機床的集中體現(xiàn)，對它進(jìn)行研究，可深入了解數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床。但是立式加工中心的工作性能受機床進(jìn)給系統(tǒng)、滑座等功能部件的直接影響。設(shè)計合理的進(jìn)給系統(tǒng)，滑座結(jié)構(gòu)對提高立式加工中心工作性能有重要的意義。本文主要研究內(nèi)容如下： （ 1） 本文對 座進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計及精度設(shè)計，并進(jìn)行了進(jìn)行了靜力計算及有限元分析。 （ 2） 本文對 進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了總體方案設(shè)計與零部件設(shè)計。 （ 3） 本文對 進(jìn)給系統(tǒng)中伺服電機進(jìn)行了 選擇計算與校核。 （ 4） 本文對 進(jìn)給系統(tǒng)中滾珠絲杠副進(jìn)行了選擇計算與校核。 （ 5） 本文對 進(jìn)給系統(tǒng)中滾動軸承進(jìn)行了選擇計算與校核。 （ 6） 本文對 進(jìn)給系統(tǒng)中直線導(dǎo)軌進(jìn)行了選擇計算與校核。 關(guān)鍵詞 ： 立式加工中心；滑座； X 向進(jìn)給系統(tǒng)；滾珠絲杠；伺服電機 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 he is of of NC an to of s of is of NC By we NC NC of is by of as of of is to of of as (1)of of of (2)of (3)of of (4)of of (5)of of (6)of of X Ⅲ 目錄 1 緒論 ...................................................................................................................................... 1 國產(chǎn)數(shù)控機床現(xiàn)狀 ................................................................................................... 1 立式加工中心的特點 ............................................................................................... 2 研究的意義 ............................................................................................................... 3 本論文的內(nèi)容 ........................................................................................................... 4 2 滑座結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...................................................................................................................... 5 滑座材料選擇 ........................................................................................................... 6 滑座結(jié)構(gòu) ................................................................................................................... 6 滑座截面設(shè)計 ................................................................................................ 6 滑座肋布置 .................................................................................................... 8 滑座上圓孔和方孔設(shè)計 ................................................................................ 9 滑座壁厚及肋厚度計算 .............................................................................. 10 滑座最終結(jié)構(gòu) .............................................................................................. 11 滑座的靜力計算 ..................................................................................................... 12 滑座有限元分析 ..................................................................................................... 12 3 ................................................................................................. 17 X 向進(jìn)給系統(tǒng)總體方案設(shè)計 ................................................................................. 17 技術(shù)參數(shù) ...................................................................................................... 17 X 向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 .................................................................. 17 滾珠絲杠副的設(shè)計計算 ......................................................................................... 18 導(dǎo)程 確定 ............................................................................................ 19 當(dāng)量載荷及當(dāng)量轉(zhuǎn)速的計算 ...................................................................... 20 預(yù)期額定動載荷的確定 .............................................................................. 22 允許最大軸向變形的估算 .......................................................................... 23 底徑 估算 ............................................................................................. 23 預(yù)緊力 計算 ......................................................................................... 24 其它尺寸的確定 .......................................................................................... 24 伺服電機 的選擇計算 ............................................................................................. 24 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 作用在滾珠絲杠副上轉(zhuǎn)矩的計算 .............................................................. 25 負(fù)荷轉(zhuǎn)動慣量及傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量的計算 .............................................. 26 加速轉(zhuǎn)矩 最大加速轉(zhuǎn)矩 ............................................................. 27 電機的最大啟動轉(zhuǎn)矩 .................................................................................. 27 電機連續(xù)工作時的最大轉(zhuǎn)矩 ...................................................................... 27 電機輸出軸直徑的計算 .............................................................................. 28 聯(lián)軸器的選擇 .............................................................................................. 28 滾動軸承的選擇計算 ............................................................................................. 28 初選軸承型號 .............................................................................................. 28 計算軸承的徑向載荷 軸向載荷 .................................................... 29 計算當(dāng)量動載荷 當(dāng)量靜載荷 ...................................................... 29 計算壽命 .............................................................................................. 30 校核靜載荷 .................................................................................................. 31 校核動載荷 .................................................................................................. 31 校核極限轉(zhuǎn)速 .............................................................................................. 31 游動端軸承的選用 ...................................................................................... 32 滾珠絲杠的校核 ..................................................................................................... 32 傳動系統(tǒng)剛度計算 ...................................................................................... 32 傳動系統(tǒng)剛度驗算 ...................................................................................... 34 滾珠絲杠副壓桿穩(wěn)定性的效驗 .................................................................. 34 滾珠絲杠副極限轉(zhuǎn)速的校驗 ...................................................................... 35 校驗 ..................................................................................................... 35 額定靜載荷校驗 .......................................................................................... 36 直線導(dǎo)軌的選用 ..................................................................................................... 36 初選導(dǎo)軌型號 .............................................................................................. 37 校核靜安全系數(shù) ...................................................................................... 37 計算導(dǎo)軌壽命 .............................................................................................. 38 確定導(dǎo)軌型號 .............................................................................................. 39 4 滑座精度要求 .................................................................................................................... 40 滑座加工幾何精度要求 ......................................................................................... 40 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 V 滑座裝配幾何精度要求 ......................................................................................... 41 5 總結(jié) .................................................................................................................................... 43 致 謝 ...................................................................................................................................... 44 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 45 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 1 緒論 裝備工業(yè) 是制造業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ) ，數(shù)控技術(shù) 及 裝備 技術(shù)是制造工業(yè)的重要基礎(chǔ) 。數(shù)控技術(shù)是 運用電腦程序控制機器，按照提前編寫的 程式對零件進(jìn)行自動加工 ，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化和智能化起著舉足輕重的作用。數(shù)控裝備是 依靠數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)以及新興 制造業(yè)的 侵蝕從而產(chǎn)生 機電一體化 的 產(chǎn)品。數(shù)控技術(shù) 作為生成自動化的重要基礎(chǔ)，是現(xiàn)代制造設(shè)備的重中之重，是我國工業(yè)和 工業(yè)自動 化的重要技術(shù)手段 。 加工中心 從 數(shù)控銑床 發(fā) 展而來的，具有自動交換加工刀具的能力，通過在刀庫上安裝不同用途的刀具，可在一次裝夾中通過自動換刀裝置改變主軸上的加工刀具，實現(xiàn)多種加工功能 。與普通數(shù)控機床相比，其優(yōu)點為： 大大的減少了工裝數(shù)量加工質(zhì)量穩(wěn)定，加工精度高，重復(fù)精度高，極大的提 高 了生產(chǎn)效率 。 加工中心按照主 軸軸線與工作臺 設(shè)置方式不同分為立式加工中心與臥式加工中心。立式加工中心 是指主軸軸線與工作臺垂直設(shè)置的加工中心，主要適用于加工板類、盤類、模具及小型殼體類復(fù)雜零件。 立式加工中心 一般具有三個直線運動坐標(biāo)軸，并可在工作臺上安裝一個沿水平軸旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)臺， 用以加工螺旋線類零件。立式加工中心能完成銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋和用切削螺紋等工序。立式加工中心最少是三軸二聯(lián)動，一般可實現(xiàn)三軸三聯(lián)動。有的可進(jìn)行 五軸 、六軸控制。立式加工中心立柱高度是有限的，對箱體類工件加工范圍要減少，這是立式加工中心的缺點。但立式加工中心工件裝夾、定位方便；刃具運動軌跡易觀察，調(diào)試程序檢查測量方便，可及時發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行停機處理或修改；冷卻條件易建立，切削液能直接到達(dá)刀具和加工表面；三個坐標(biāo)軸與 笛卡兒坐標(biāo)系 吻合，感覺直觀與圖樣視角一致，切屑易排除和掉落，避免劃傷加工過的表面。 國產(chǎn)數(shù)控機床現(xiàn)狀 數(shù)控機床是當(dāng)代裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，國產(chǎn)數(shù)控機床經(jīng)歷了 30 年的發(fā)展， 期間發(fā)展迅猛 ， 并且已運用到各行各業(yè)中 。 國內(nèi)產(chǎn)品可謂百花齊放，在 國際機床展會均有亮相 ，達(dá)到世界先進(jìn)水平。 雖然國產(chǎn)數(shù)控機床與國際先進(jìn)水平差距逐漸縮小，但由于中國制造工業(yè)起步晚，技術(shù)水平和基礎(chǔ)相對落后，數(shù)控機床的性能、 水平和可靠性與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，還存在一定的差距。目前主要問題有： 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 2 1、核心技術(shù)嚴(yán)重缺乏 目前國內(nèi)能做的中、高端數(shù)控機床，多數(shù)處于組裝和制造環(huán)節(jié)，關(guān)鍵零部件和關(guān)鍵技術(shù)主要依賴進(jìn)口，未掌握其核心技術(shù)。數(shù)控功能部件是另一個薄弱環(huán)節(jié)。功能部件是構(gòu)筑 21 世紀(jì)現(xiàn)代數(shù)控機床的基礎(chǔ)，其性能和價格決定了數(shù)控機床的性能和價格。國產(chǎn)數(shù)控機床的主要故障大多出在功能部件上，它是影響國產(chǎn)數(shù)控機床使用的主要根源。從國產(chǎn)數(shù)控機床的開發(fā)和使用來看，功能部件急需技術(shù)攻關(guān)。 2、技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化與市場脫節(jié) 適銷對路的產(chǎn)品是企業(yè)在市場競爭中取 勝的根本，技術(shù)創(chuàng)新是產(chǎn)品滿足市場需要的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)多數(shù)企業(yè) 在技術(shù)創(chuàng)新方面都不重視 ， 也 沒有明確的市場定位，只是 參考模仿主流技術(shù) 。數(shù)控機床產(chǎn)業(yè) 自身發(fā)展還是要靠人才培養(yǎng)來提高，企業(yè)素養(yǎng)也很重要 。雖然近年來的改制、改組有一些初步成效，但這些成就來之不易。所以在市場需求 巨大的形勢下 ， 要看清趨勢 ，穩(wěn) 健 求發(fā)展， 重點 抓能力。 我 國要成為制造大國，而非加工大國，這是機床行業(yè) 要重視的 ，否則可能造成科技攻關(guān)的新產(chǎn)品與發(fā)達(dá)國家產(chǎn)品的差距很大，白白浪費有限的人力物力。其次在技術(shù)創(chuàng)新取得成果后，推廣缺乏市場化的全面安排。不健全的質(zhì)量 保證體系、未制定的相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)以及嚴(yán)重滯后的制造工藝研究使得國產(chǎn)數(shù)控機床市場占有率逐年下降。 立式加工中心的特點 1、機床的剛度高、抗振性好。為了滿足立式加工中心自動化、高速度、高精度、高可靠性的要求，立式加工中心的靜剛度、動剛度和機械系統(tǒng)的阻尼比都高于普通機床（機床在靜態(tài)力作用下縮表現(xiàn)的剛度稱機床的靜剛度；機床在動態(tài)力作用下縮表現(xiàn)的剛度稱為機床的動剛度）。 2、機床的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，傳遞精度高、速度快。立式加工中心傳動裝置主要有三種，即滾珠絲杠副、靜壓蝸桿 —— 蝸母條、預(yù)加載荷齒輪雙齒輪 —— 齒 條。它們由伺服電動機直接驅(qū)動，省去齒輪傳動機構(gòu)，傳遞精度高、速度快。一般速度可達(dá)15m/高可達(dá) 100m/ 3、主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無齒輪箱變速系統(tǒng)（特殊的也只保留（ 1~2）級齒輪傳動）。主軸功率大，調(diào)速范圍寬，并可無級調(diào)速。目前立式加工中心 95%以上的主軸傳動都采用交流伺服系統(tǒng)，速度可從（ 10~20000級調(diào)速。驅(qū)動主軸的伺服電動機功率一般都很大，都是普通機床的 1~2 倍，由于采用了交流伺服主軸系統(tǒng)，主軸電機的沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 3 功率雖然大，但輸出的功率與實際功率消耗功率保持同步，不存在大馬拉小車那種浪費電力情況，因此其工作效率最高，從節(jié)能角度看，加工中心又是節(jié)能型的設(shè)備。 4、加工中心的導(dǎo)軌都采用了耐磨損材料和新結(jié)構(gòu)，能長期的保持導(dǎo)軌的精度，在高速重切削下，保證運動部件不振動，低速進(jìn)給時不爬行及運動中的高靈敏度。導(dǎo)軌采用剛導(dǎo)軌、淬火硬度≥ 57導(dǎo)軌配合面用聚四氟乙烯貼層。這樣處理的優(yōu)點： （ 1）摩擦系數(shù)??； （ 2）耐磨性好； （ 3）減振消聲； （ 4）工藝性好。 綜合以上優(yōu)點，可知立式加工中心的精度壽命比一般的機床高。 5、設(shè)備有刀庫和換刀結(jié)構(gòu)。這是加工中心與數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床的主要區(qū)別，使立式加 工中心的功能和自動化加工能力更強了。立式加工中心的刀庫容量少的有幾把，多的達(dá)幾百把。這些刀具通過換刀結(jié)構(gòu)自動調(diào)用和更換，也可通過控制系統(tǒng)對刀具壽命進(jìn)行管理。 6、控制系統(tǒng)安全。它不但可對刀具的自動加工進(jìn)行控制，還可對刀庫進(jìn)行控制管理，實現(xiàn)刀具自動交換。有的立式加工中心還具有多個工作臺，工作臺可自動交換，不但能對對一個工件進(jìn)行自動加工，而且還可對一批工件進(jìn)行自動加工。隨著加工中心控制系統(tǒng)的發(fā)展，其智能化的程度越來越高，如 統(tǒng)可實現(xiàn)人機對話、在線自動編程，通過彩色顯示器與手動操作鍵盤的配合，還可 以實現(xiàn)程序的輸入、編輯、修改、刪除，具有前臺操作、后臺編輯的前后臺功能。加工過程中實現(xiàn)在線檢測，檢測出的偏差可自動修正，保證工件加工一次成功，從而可防止廢品產(chǎn)生。 研究的意義 滑座是立式加工中心的主要組成部分，其強度、剛度、熱變形、基本階固有頻率在很大程度上影響機床的性能。為提高立式加工中心性能，降低成本必須設(shè)計結(jié)構(gòu)合理的滑座。 X 向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計是立式加工中心設(shè)計進(jìn)給系統(tǒng)的一部分，其設(shè)計準(zhǔn)確度直接影響到立式加工中心加工零件的精度。在科技水平日益提高的今天，準(zhǔn)確設(shè)計立式加工中心進(jìn)給系統(tǒng)尤為重要。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 4 本論文的內(nèi)容 本畢業(yè)設(shè)計說明書共分為五章。 第一章 緒論 介紹國產(chǎn)數(shù)控機床現(xiàn)狀，并對本次設(shè)計設(shè)計的意義及目的做以說明。 第二章 滑座結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要介紹滑座的設(shè)計思路及方法，包括滑座材料選擇，滑座結(jié)構(gòu)，同時對滑座進(jìn)行受力計算和分析。 第三章 X 向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計與分析 主要介紹 X 向進(jìn)給系統(tǒng)總體方案設(shè)計，滾珠絲杠副的選擇計算及校核，伺服電機的選擇計算及校核，直線導(dǎo)軌的選擇計算及校核。 第四章 主軸系統(tǒng)和立柱精度要求 主要介紹滑座的加工幾何精度要求、裝配幾何精度要求。 第五章 總結(jié) 給出本文的主要結(jié)論。 沈陽工學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 2 滑座結(jié)構(gòu)設(shè)計 滑座是立式加工中心的重要基礎(chǔ)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)及布局是否合理將直接影響機床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。如圖 示，工作臺通過 X 向?qū)к壖盎瑝K安裝在滑座上，在 向?qū)к壣涎?X 向運動?；ㄟ^ Y 向?qū)к壖盎瑝K安裝在床身上，在 Y 向進(jìn)給系統(tǒng)的帶動下可在 Y 向?qū)к壣涎?Y 向運動。在 X、 Y 向進(jìn)給系統(tǒng)的配合下，立式加工中心可在 面內(nèi)加工出復(fù)雜零件的曲線輪廓。 圖 座與周圍部件連接圖 1、 滑座 2、工作臺 3、床身 4、 X 向絲杠 5、 X 向?qū)к壟c滑塊 6、 X 向電機座 7、Y 向絲杠 8、 Y 向?qū)к壟c滑塊 9、 Y 向電機座 靜態(tài)時滑座主要承受工作臺的重力，在立式加工中心加工工件過程中，刀具及工件之間的相互動態(tài)力沿著工作臺傳遞給滑座并使之振動，所以滑座不僅受到靜態(tài)力作用還受到動態(tài)力作用?？紤]到立式加工中心的加工質(zhì)量及生產(chǎn)率，對滑座的基本要求有以下幾點： （ 1）應(yīng)具有足夠的剛度和較高的剛度質(zhì)量比，后者在很大程度上反應(yīng)了設(shè)計的合理性； 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 （ 2）應(yīng)具有較好的動態(tài)特性； （ 3）應(yīng)使整機的熱變形較小 ； （ 4）應(yīng)該排屑暢通、吊運安全，并具有良好的工藝性，以便于制造和裝配。 滑座材料選擇 灰鑄鐵材料易于鑄造，且加工性好 、制造成本低，并具有良好的耐磨性和減震性?？?選擇 為滑座的材料。 珠光體類型的灰鑄鐵 ，具有很好的流動性，體收縮和線收縮小，容易獲得形狀復(fù)雜的鑄件，但鑄件 需進(jìn)行人工時效處理 。在鑄造過程中加入少量磷 、鈦、釩等 合金元素可提高耐磨性能。 滑座結(jié)構(gòu) 在上面，本文已經(jīng)分析立式加工中心滑座受力工況?；饕惺苡芍亓Ξa(chǎn)生的彎矩、壓應(yīng)力，由加工產(chǎn)生的動態(tài)力。因此結(jié)構(gòu)必 須具有較高的抗彎慣性矩。 滑座截面設(shè)計 參考《機械設(shè)計手冊 機架、箱體、導(dǎo)軌》，零件的抗彎、抗扭強度和剛度除了與截面面積有關(guān)外，還取決于截面形狀。因此在設(shè)計過程中，合理的改變滑座截面形狀，增加其慣性矩和截面系數(shù)，可以提高滑座的強度和剛度，從而充分的發(fā)揮材料的作用。因此正確選擇截面形狀是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個重要問題。表 舉了截面積相等而截面形狀不同的等截面桿的抗彎和抗扭慣性矩的相對值。相對值是以圓形截面慣性矩為對比基準(zhǔn)，其他慣性矩與之相比得到的相對值。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 表 見截面的抗彎、抗扭慣性矩比值 截面形狀 （面積相等） 抗彎慣性矩相對值 抗扭慣性矩相對值 截面形狀 （面積相等） 抗彎慣性矩相對值 抗扭慣性矩相對值 1 1 9 表 性矩的相對值可以看出，圓形截面具有 較高的抗扭剛度，但是抗彎剛度較差，故宜用于受扭為主的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計。工字形截面的抗彎剛度最大，但是抗扭剛度很低，故宜用于純彎零件結(jié)構(gòu)設(shè)計。矩形截面抗彎、抗扭分別低于工字形和圓形截面，但是其綜合剛度最好。（各種形狀的截面，其封閉空心截面的剛度比實心截面的剛度大）另外，截面面積不變，加大外形輪廓尺寸，減小壁厚，也使材料原理中性軸沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 的位置，提高截面的抗彎和抗扭剛度。封閉截面比不封閉截面得抗扭剛度高的多。 工作臺經(jīng)滑塊、導(dǎo)軌傳遞給滑座的力主要集中在滑座兩側(cè)，所以滑座主要是彎曲扭矩，故其抗彎剛度必須得高，可采用工字型截面 形狀設(shè)計。最終滑座的截面設(shè)計結(jié)果如圖 示。 圖 座截面圖 滑座肋布置 參考《機械設(shè)計手冊 機架、箱體、導(dǎo)軌》，肋分為肋板和肋條兩種。肋條只有有限的高度，不能連接整個截面，所以在設(shè)計中選用肋板作為加強肋。 1、 在滑座截面中布置肋的作用 （ 1）可以提高滑座的強度、剛度和減輕滑座的質(zhì)量。 （ 2）由于滑座采用薄壁矩形截面，布置肋可以減少滑座截面畸變，在大面積的薄壁上布肋可縮小局部變形和防止薄壁振動及降低噪聲。 （ 3）滑座采用鑄造工藝，肋可使鑄件壁厚均勻，防止金屬堆積而 產(chǎn)生縮孔、裂紋等缺陷；作為補縮通道，擴(kuò)大冒口的補縮范圍；改善鑄型的充滿性，防止出現(xiàn)夾沙等缺陷。 （ 2） 散熱。 2、 在滑座截面中合理布置肋的原則 （ 1） 肋的布置應(yīng)有效提高滑座的強度和剛度。為有效的提高滑座抗彎剛度肋應(yīng)該布置在彎曲平面內(nèi)；為使載荷分布均勻，肋的布置應(yīng)有利于將局部載荷傳遞給其他壁板；為提高滑座強度，帶孔肋應(yīng)避免布置在滑座主傳力肋板的位置上。 （ 2）肋的布置應(yīng)考慮彈性匹配。在設(shè)計過程中，滑座剛度設(shè)計應(yīng)考慮彈性匹配，否則將影響整個立式加工中心的性能。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 （ 3）肋的布置應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性。在強度、剛度滿足條件的前提下，應(yīng) 選用材料消費少、焊接費用低的布肋方式。 3、 肋板的布置形式對滑座的影響如表 。 表 置對封閉式箱體結(jié)構(gòu)剛度的影響 序號 模型 彎曲剛度指數(shù)（ 扭轉(zhuǎn)剛度指數(shù) 1 據(jù)表 知，采用多縱向肋布置方式可有效提高滑座的抗彎剛度。 滑座上圓孔和方孔設(shè)計 由于結(jié)構(gòu)上和工藝上的要求，在滑座壁上往往會開一些孔。這些孔的形狀、大小和位置對滑座的 剛度均有一定的影響。圖 面在彎矩、扭矩作用下，圓孔對箱型截面梁剛度的影響。從中可以發(fā)現(xiàn)，梁的剛度隨著孔的直徑變大而減小，當(dāng) D/H>度明顯下降；同時梁中性軸附近的孔對零件剛度的影響要小于遠(yuǎn)離中性軸孔。綜合考慮其對主軸箱鑄造性能和剛度的影響，主軸箱的圓孔盡量靠近中性軸。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 圖 2的位置和直徑對箱形截面梁剛度的影響 滑座壁厚及肋厚度計算 滑座壁厚的選擇取決其強度、剛度、材料、鑄件尺寸、質(zhì)量、和工藝等因素。 參考《機械設(shè)計手冊》，按照當(dāng)前工藝水平，鑄 鐵件的壁厚可按表 據(jù)當(dāng)量尺寸 N 選擇。當(dāng)量尺寸計算公式如下： 32 ??式 2中： N —— 當(dāng)量尺寸 L —— 鑄件的長度（ m） B —— 鑄件的寬度（ m） H —— 鑄件的高度（ m） 本文設(shè)計的滑座相關(guān)尺寸如下： L=B=H=式 算得： N=矩b b a 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 11 表 鑄鐵件的壁厚選擇 當(dāng)量尺寸 (m) 外壁厚 (內(nèi)壁厚 ( 5 6 0 8 2 10 4 12 6 12 8 14 0 16 2 18 4 20 5 20 6 22 8 24 0 25 2 28 6 32 0 36 根據(jù)表 定滑座壁厚為 20厚度為 16 滑座最終結(jié)構(gòu) 前幾小節(jié)分別對滑座截面形狀設(shè)計、肋板布置形式設(shè)計、圓孔方孔設(shè)計以及壁厚與肋板厚度選擇進(jìn)行了論述，最終參考機械設(shè)計手冊、實用機床設(shè)計手冊、沈陽機床相關(guān)產(chǎn)品，設(shè)計確定立式加工中心滑座結(jié)構(gòu)。圖 滑座的全剖圖，從圖中可以看出滑座的部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 圖 座的全剖圖 如上設(shè)計的立式加工中心滑座 具有足夠的剛度 、 較高的剛度質(zhì)量比 、 較好的動態(tài)沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 12 特性 、 較小的熱變形 、 良好的工藝性 、 便于制造和裝配，能夠滿足立式加工中心的加工質(zhì)量及生產(chǎn)率要求。 滑座的靜力計算 靜態(tài)時，滑座受到的力主要為工作臺、電機座、絲杠、導(dǎo)軌、軸承座及電機的壓力與 Y 向?qū)к壔瑝K的支撐力。上述各零部件的質(zhì)量如表 述。所以滑座受到的壓力約為 2956N，受到 Y 向?qū)к壔瑝K的支撐力約為 6962N。 表 座及滑座上各主要零部件的質(zhì)量 零部件 質(zhì)量 (零部件 質(zhì)量 (滑座 作臺 機座 杠 16 導(dǎo)軌 16 軸承座 向電機 18 其他零件 2 滑座有限元分析 由于滑座的變形直接影響加工中心的精度，為了分析由于穩(wěn)態(tài)外載荷所引起的滑座的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和作用力，及對加工中心精度的影響。需要對滑座進(jìn)行靜力學(xué)分析。 下面是滑座的有限元分析步驟。 1、首先在 完成了滑座的三維建模，并給待分析零件添加鑄鐵材料；然后在進(jìn) 入有限元分析模塊（ 并選擇靜態(tài)分析選項。進(jìn)入靜態(tài)分析界面：如圖 示： 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 13 圖 座線性靜力學(xué)分析系統(tǒng) 2、進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于此零件比較簡單，為了更加準(zhǔn)確的分析此滑座的相關(guān)參數(shù)，所以我們劃分的網(wǎng)格比較小。 網(wǎng)格劃分如圖 示： 圖 座網(wǎng)格劃分結(jié)果 3、給滑座添加載荷和約束。 滑座通過底面的 16 個通孔，用螺釘與 Y 向?qū)к壣系幕瑝K連接，因此與滑塊連接處限制了的除 Y 軸方向移動自由度 外的 5 各自由度，滑座的 Y 軸方向的移動自由度是通過滾珠絲杠實現(xiàn)，因此在與滾珠絲杠相連的絲杠螺母座位置限制滑座 Y 軸方向的移動自由度。 靜態(tài)時滑座的受力情況在上文已經(jīng)分析。 滑座添加約束結(jié)果如圖 示。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 14 圖 座添加約束圖 滑座添加載荷結(jié)果如圖 示。 圖 座添加載荷圖 4、滑座線性靜力學(xué)分析結(jié)果 經(jīng)過計算得出滑座受靜態(tài)力時，滑座的最大變形為 05N，?；膽?yīng)力圖和變形圖分別由圖 示。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 15 圖 座總體應(yīng)力圖 圖 座局部應(yīng)力圖 從圖 可以發(fā)現(xiàn)滑座在 16 個固定孔處應(yīng)力最大，其它部位都沒有應(yīng)力集中出現(xiàn)，可以發(fā)現(xiàn)已設(shè)計的滑座結(jié)構(gòu)比較合理，應(yīng)力分布比較均勻，因此具有較高的可靠性。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 16 圖 座變形圖 從變形圖，可以發(fā)現(xiàn)變形量最大的位置出現(xiàn)在電機座安裝端。 沈陽工學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計說明書 17 3 X 向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計與分析 立式加工中心的性能很大程度上取決于伺服進(jìn)給系統(tǒng)的性能，因此設(shè)計合理的高性能伺服進(jìn)給系統(tǒng)是加工中心設(shè)計成敗的關(guān)鍵之一。伺服進(jìn)給系統(tǒng)是以機床移動部件位置為控制量的自動控制系統(tǒng)，主要有伺服控制 電路、伺服驅(qū)動裝置、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件組成。本章主要對 X 向進(jìn)給系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件的設(shè)計與選用進(jìn)行詳細(xì)介紹。 X 向進(jìn)給系統(tǒng)總體方案設(shè)計 技術(shù)參數(shù) X 向行程 850 向快速進(jìn)給速度 32 m/作臺長度 1000 作臺寬度 500作臺重量 2290N 工作臺最大承重 600 位精度 00復(fù)定位精度 大進(jìn)給加速時間 X 向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 如圖 示，立式加工中心的 X 向進(jìn)給系統(tǒng)主要由伺服電機、彈性聯(lián)軸器、電機座、軸承、軸承座、滾珠絲杠副、直線導(dǎo)軌副等零件組成。絲杠螺母、滑塊與工作臺通過螺釘聯(lián)接；滾珠絲杠通過軸承安裝在軸承座、電機座內(nèi)，軸承座、電機座、直線導(dǎo)軌與用螺釘固定在滑座上。進(jìn)給系統(tǒng)工作時，伺服電機通過彈性 聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠副作 X 向移動，工作臺在滾珠絲杠副帶動下沿直線導(dǎo)軌作 X 向移動。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 18 圖 進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖 1、伺服電機 2、滾珠絲杠副 3、直線導(dǎo)軌副 4、工作臺 5、滑座 6、彈性聯(lián)軸器 7、電機座 8、軸承座 滾珠絲杠副的設(shè)計計算 滾珠絲杠副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的一種新型傳動裝置，具有很高的傳動精度、定位精度以及寬的進(jìn)給調(diào)速范圍，此外還有響應(yīng)速度快，傳動無間隙，穩(wěn)定性好，壽命長，使 用維護(hù)方便等優(yōu)點。故滾珠絲杠副在中等載荷、進(jìn)給速度要求不十分高、行程范圍不太大 (小于 4一般高速加工中心和其它經(jīng)濟(jì)型高速數(shù)控機床經(jīng)常被采用。 滾珠絲杠副由絲杠、螺母、滾球、預(yù)壓片、反向器、防塵器組成。將滾珠放入螺母與絲杠加工的凹半圓弧螺紋中，滾珠沿螺旋滾道滾動，帶動螺母或絲杠軸向移動，將原先傳動中使用的 T 形絲杠的螺紋摩擦變?yōu)闈L動摩擦，因此降低了摩擦阻力，消除了局部爬行現(xiàn)象，從而提高了傳動精度與傳動機械效率。滾珠絲杠副有很多優(yōu)點： a、 與滑動 絲杠 副相比驅(qū)動力矩為 1/3 由于 滾珠絲杠副 的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動 ,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達(dá)到 1/3 以下 ,即達(dá)到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1/3。 b、 高精度的保證 滾珠絲杠副是用 日本 制造的世界最高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面 ,對溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 c、 微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動 ,所以啟動力矩極小 ,不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象 ,能保證實現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 d、 無側(cè)隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓 ,由于予壓力可使 軸向間隙 達(dá)到負(fù)值 ,進(jìn)而得到較高的剛性 (滾珠絲杠內(nèi)通 過給滾珠加予壓力 ,在實際用于機械裝置等時 ,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強 )。 e、 高速進(jìn)給可能 滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進(jìn)給 (運沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 19 動 )。 工作臺在各種切削工況下的受力、進(jìn)給速度如表 示，以此為基礎(chǔ)設(shè)計滾珠絲杠副。 表 削工況 切削工況 切削力 (N) 進(jìn)給速度(m/工作時間百分比（ %） 最大切削力 4000 10 10 粗切削 3000 25 40 精切削 2000 2 29 空轉(zhuǎn)載荷 0 32 20 加速力 4450 16 1 根據(jù) 最大進(jìn)給加速時間與最大進(jìn)給速度能夠計算出加速度，而加速力為加速度與工作臺質(zhì)量及其承重質(zhì)量的乘積。 滾珠絲杠副的部分組成及尺寸如圖 示。 圖 珠絲杠副的部分組成及尺寸 1、 絲杠 2、滾珠 紋全長 珠絲杠螺紋外徑 珠絲杠螺紋底徑 圓直徑 程 導(dǎo)程 確定 滾珠絲杠導(dǎo)程 確定需要綜合考慮立式加工中心傳動要求、負(fù)載大小和傳動效率等因素。根據(jù)立式加工中心傳動要求，其公式為： ··········································式 陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 20 式中： X 向快速進(jìn)給速度， m/I—— 傳動比，因電機與滾珠絲杠副直接聯(lián)接， i 取 1； 驅(qū)動電機最高轉(zhuǎn)速， r/ 將 2m/000r/入式 3： 6 參照《機械設(shè)計手冊》，綜合考慮各因素后，選取 6 當(dāng)量載荷及當(dāng)量轉(zhuǎn)速的計算 切削時，使被加工材料發(fā)生變形而成為切削所需的力稱為切削力。切削力主要包括切削層材料和工件表面層材料對彈性變形、塑性變形的抗力；刀具前刀面與切屑、刀具后刀面與工件表面間的摩擦阻力。 如圖 示，為了方便分析計算，將切削力 F 分解為三個相互垂直的分力 p、 切削力 直于基面，與切削速度 方向一致，背向力 行于基面，并與進(jìn)給方向垂直，進(jìn)給力 行于基面，并與進(jìn)給方向平行。上述三個分力中， （ （ 222 ?? ···········································式 由式 ：