2011屆本科生畢業設計（**）
開題報告
課題名稱數控加工中心主運動傳動系統設計
專業機械製造及其自動化（中美數控）
專業方向數控技術及其應用
班級 07102151
學號 0710215122
學生姓名胡琪澄
指導教師趙莉萍
教研室製造技術
上海應用技術學院
機械工程學院
2023年 3月4日
1、概述
數控技術是一門集計算機技術、自動化控制技術、測量技術、現代機械製造技術、微電子技術、資訊處理技術等多學科交叉的綜合技術，是近年來應用領域中發展十分迅速的一項綜合性的高新技術。它是為適應高精度、高速度、複雜零件的加工而出現的，是實現自動化、數位化、柔性化、資訊化、整合化、網路化的基礎，是現代工具機裝備的靈魂和核心，有著廣泛的應用領域和廣闊的應用前景。
1.1 國內數控鏜銑床的發展概況
數控臥式鏜銑床是一種加工範圍極廣、自由度很大的工具機，主要用來加工形狀複雜、要求精度較高的箱體類零件，在一次裝夾後能完成較多的工序。
我國數控臥式鏜銑床和臥式加工中心的發展開始於2023年。但由於電氣元件和數控系統質量不過關， 2023年後，數控臥式鏜床和臥式加工中心的發展處於低潮。但其中機械機構問題不是很大，因此， 2023年以來，由於引進國外數控系統，國內數控臥式鏜床和臥式加工中心有了新的發展，出現了第二次工具機行業的發展高潮。
近幾年來，國內外數控臥式鏜銑床的技術發展非常快,其特點是產品結構不斷更新，新技術應用層出不窮，工藝效能複合化，速度、效率不斷提高，突出精細化製造。
隨著為高速執行作技術支撐的傳動元件電主軸、直線電機、線性導軌等得到廣泛應用，工具機的執行速度被推向了新的高度，主軸系統設計也由傳統的鏜杆伸縮式結構逐步向現代高速電主軸結構轉變。儘管傳統的鏜杆伸縮式結構，具有鏜深孔及大功率切削的特點，但現代高速電主軸結構以其高轉速、高執行速度、高效和高精度的優點和簡化的主軸箱內部結構而倍受關注。而主軸可更換式臥式鏜銑加工中心的創新設計解決了電主軸與鏜杆移動伸縮式結構各存利弊的不足，具有復合加工與一機兩用的功效，也是臥式鏜銑床的一大技術創新。
目前世界上約有20個國家製造臥式鏜床，其中以美、德、日、意、蘇、法等國的臥式鏜床在國際市場上佔據重要地位。這些國家的臥式鏜床結構先進、工藝水平高、重視新技術的應用；產品精度、剛度和壽命較高；造型美觀，操作方便；具有較高的水平，廣泛地應用模組化設計原則發展品種，做到普通臥式鏜銑床、數控臥式鏜銑床和臥式鏜銑加工中心乙個機型、三種產品，即普通臥式鏜床裝上數控系統就是數控臥式鏜床，再加上刀庫和機械手就是加工中心。
2、課題關鍵問題及難點
2.1 主傳動系統組成
在加工中心上，為了實現刀具在主軸上的自動裝卸，並保證刀具在主軸中正確定位，主軸必須設計有刀具自動夾緊、切屑清除和主軸準停裝置。
在自動換刀工具機的刀具自動夾緊裝置中，刀杆常採用7：24的大錐度錐柄，既利於定心，也為松刀帶來方便。用碟形彈簧通過拉桿及夾頭拉住刀柄的尾部，使刀具錐柄和主軸錐孔緊密配合，夾緊力達10000n以上。
松刀時，通過液壓缸活塞推動拉桿來壓縮碟形彈簧，使夾頭漲開，夾頭與刀柄上的拉釘脫離，刀具即可拔出進行新舊刀具的交換；新刀裝入後，液壓缸活塞後移，新刀具又被碟形彈簧拉緊。在活塞推動拉桿鬆開刀柄的過程中，壓縮空氣由噴氣頭經過活塞中心孔和拉桿中的孔吹出，將錐孔清理乾淨，防止主軸錐孔中掉入切屑和灰塵，把主軸孔表面和刀杆的錐柄劃傷，保證刀具的正確位置。
自動清除主軸孔中的切屑和灰土是換刀操作中的乙個不容忽視的問題。如果在主軸錐孔中掉進了切屑或其他汙物，在拉緊刀杆時，就會劃傷錐孔和錐柄表面，甚至會使刀杆發生偏斜，破壞刀具正確定位，影響加工零件的精度，甚至使零件報廢。
對自動換刀數控鏜銑床，切削扭矩是通過刀杆的端麵鍵來傳遞的。為了保證自動換刀時使刀杆的鍵槽對準主軸上的端麵鍵，主軸需停在乙個固定不變的方位上，這由主軸準停裝置來實現。
制動裝置。由於滾珠絲槓副的傳動效率高，無自鎖作用，故必須裝有制動裝置（特別是滾珠絲槓處於垂直傳動時）。圖2.
1a所示為數控臥式銑鏜床主軸箱進給絲槓的制動裝置示意圖。當工具機工作時，電磁鐵線圈通電吸住壓彈簧，開啟摩擦離合器。此時步時電動機受控制系統的指令脈衝後，通過液壓轉矩放大器及減速齒輪，帶動滾珠絲槓轉動，主軸鐵線圈亦同時斷電，在彈簧作用下摩擦離合器壓緊，使得滾珠絲槓不能自由轉動，主軸箱就不會因自重而下沉了。
超越離合器也可用作滾珠絲槓的制動裝置。
圖2.1a 自鎖裝置
2.2 主軸部件的要求
2.2.1 迴轉精度高。
當主軸作迴轉運動時，線速度為零的點的連線稱為主軸的迴轉中心線。迴轉中心線的空間位置，在理想的情況下應是固定不變的，稱為理想迴轉中心線。實際上，由於主軸部件中各種因素的影響，迴轉中心線的空間位置每一瞬間都是變化的，這些瞬時迴轉中心線的平均空間位置稱為瞬時迴轉中心線。
瞬時迴轉中心線相對於理想迴轉中心線的距離，就是主軸的迴轉誤差。而迴轉誤差的範圍，就是主軸的迴轉精度。徑向誤差、角度誤差和軸向誤差很少單獨存在，當徑向誤差和角度誤差同時存在時，構成徑向跳動，而軸向誤差和角度誤差同時存在時構成端麵跳動。
2.2.2 剛度大。
主軸部件的剛度是指受外力作用時，主軸部件抵抗變形的能力。主軸部件的剛度越大，主軸受力後的變形越小。若主軸部件的剛度不足，在切削力及其他力的作用下，主軸將產生較大的彈性變形，不僅影響工件的加工質量，還會破壞齒輪、軸承的正常工作條件，加快其磨損，降低精度。
主軸部件的剛度與主軸的結構尺寸、支承跨距、所選用的軸承型別及其配置形式、軸承間隙的調整、主軸上傳動元件的位置等有關。
2.2.3 抗振性強。
主軸部件的抗振性是指切削加工時，主軸保持平穩運轉而不發生振動的能力。若主軸部件抗振性差，工作時容易產生振動，不僅會降低加工質量，而且限制了工具機生產率的提高，使刀具的耐用度下降。提高主軸的抗振性必須提高主軸部件的靜剛度，常採用較大阻尼比的前軸承，必要時要安裝阻尼(消振)器，使主軸部件的固有頻率遠遠大於激振力的頻率。
2.2.4 溫公升低。
主軸部件運轉中的溫公升過高會引起兩方面的不良結果：一是主軸部件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的迴轉中心線和工具機其他元件的相對位置發生變化，直接影響加工精度；二是軸承等元件會因溫度過高而改變已調好的間隙，破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作，嚴重時甚至會發生「抱軸"。數控工具機為解決溫公升問題，一般採用恆溫主軸箱。
2.2.5 耐磨性好。
主軸部件必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位，以及移動式主軸的工作表面。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應該淬硬，或經氮化處理，以提高硬度，增加耐磨性。
主軸軸承也需要有良好的潤滑，以提高其耐磨性。
3、方案論證
3.1 傳動方案
3.1.1 方案一
帶有變速齒輪的主傳動
如圖3.1a所示，一般大、中型數控工具機多採用這種方式。它通過少數幾對齒輪變速，擴大了變速範圍或輸出扭矩。
能確保低速時的主軸輸出扭矩特性的要求（有一小部分小型數控工具機也採用這種傳動方式，以獲得強力切削時所需要的扭矩）；由於電機在額定轉速以上的恆功率調速範圍調速比為2-5,當需要擴大這個調速範圍時常用變速齒輪的辦法來擴大調速範圍。
機械變速機構常採用滑移齒輪變速機構，它的位移大多數採用液壓撥叉和電磁離合器兩種變速操縱方法，或直接由液壓缸來帶動齒輪移動來實現。
圖3.1a 齒輪傳動
3.1.2方案二
通過帶傳動的主傳動
如圖3.1b所示， 這種方式主要應用在轉速較高、變速範圍不大，低轉矩的小型數控工具機上，電動機本身的調整就能滿足要求，不用齒輪變速，可避免齒輪傳動時引起振動和雜訊的缺點，但它只適用於低扭矩特性要求。常用的有同步齒形帶、多楔帶、v帶、平帶、v形帶。
圖3.1b 帶輪傳動
3.1.3 方案三
調速電機直接驅動的主傳動
如圖3.1c所示，這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電機發熱對主軸影響較大。
圖3.1c 電機直接傳動
3.2自動夾緊
手動夾緊，液壓夾緊，氣動夾緊，電磁夾緊都是夾緊機構，只是夾緊的方式不同而已，那麼他們有什麼不同，只是運用的地方不同吧了，就如果同機械傳動，液壓傳動，氣壓傳動，電力傳動乙個概念，機械傳動特點是結構簡單容易實現，壞處是結構笨重不易用於結構精密的地方。液壓傳動特點是傳動效率高，缺點結構相對複雜，且不太乾淨，不利於環境，所以應用的多為大型裝置。氣壓傳動比較先進，其特點是柔性高，缺點傳動效率低，但卻在精密裝置上利用得比較多。
電磁運用目前相對應用較少，是將來發展的方向。電磁傳動不需要介質可以直接起到傳動作用。是較為先進的傳動方式，大力提倡，只是目前應用有限。
受電磁傳動距離的限制。
圖3.2a 氣動夾緊系統圖
圖3.2b 鏜銑加工中心主軸刀具夾緊機構
刀具自動夾緊裝置和切屑清除裝置由鋼球3、空氣噴嘴4、套筒5、拉桿7、碟形彈簧8、油缸（及活塞）11組成。圖示為刀具的夾緊狀態，在碟形彈簧8的作用下，拉桿7始終保持約10000n的拉力，並通過拉桿7左端的鋼球3將刀杆1的尾部軸頸拉緊。刀杆1採用7：
24的大錐度錐柄，在尾部軸頸拉緊的同時，通過錐面的定心和摩擦作用關鍵所在刀杆1夾緊於主軸2的端部。鬆開刀具，將壓力油通入油缸11的右腔，使活塞推動拉桿7向左移動，同時壓縮碟形彈簧8。拉桿7的左移使左端的鋼球3位於套筒5的喇叭口處，從而解除了刀杆1上的拉力。
當提桿7繼續左移，空氣噴嘴4的端部把刀具頂松，機械手便取出刀杆1。當機械手將新刀裝入後，壓力油通入油缸11左腔，活塞向右退回原位，碟彈簧8又拉緊刀杆1。當活塞處於左、右兩個極限位置時，相應的限位開關發出鬆開和夾緊的訊號。
3.3主軸準停裝置
在數控鑽床、數控銑床以及鏜銑為主的加工中心上，由於特殊加工或自動換刀，要求主軸每次停在乙個固定的準確的位置上。所以在主軸上必須沒有準停裝置。準停裝置分機械式和電氣式兩種。
圖 3.3a 所示機械準停裝置的工作原理如下：準停前主軸必須是處於停止狀態，當接收到主軸準停指令後．主軸電動機以低速轉動，主軸箱內齒輪換擋使主軸以低速旋轉，時間繼電器開始動作，並延時4--6s，保證主軸轉穩後接通無觸點開關1的電源，當主軸轉到圖示位置即凸輪定位盤3上的感應塊2與無觸點開關1相接觸後發出訊號，使主軸電動機停轉。
另一延時繼電器延時0.2--0.4s後，壓力油進入定位液壓缸下腔，使定向活塞向左移動，當定向活塞上的定向滾輪5頂入凸輪定位盤的凹槽內時，行程開關ls2發出訊號，主軸準停完成。
若延時繼電器延時1s後行程開關is2仍不發訊號，說明準停沒完成，需使定向活塞6後退，重新準停。當活塞桿向右移到位時，行程開關lsl發出滾輪5退出凸輪定位盤凹槽的訊號，此時主軸可啟動工作。
銑床主軸箱設計說明書
目錄1.概述1 2.引數的擬定1 3.傳動設計1 4.傳動件的估算4 5.動力設計10 6.主軸空間位置圖13 7.主軸箱位置展開圖14 8.結構設計及說明14 9.總結19 10.參考文獻20 1.概述 1.1銑削專用主軸箱設計的目的 課程設計是在金屬切削工具機課程之後進行的實踐性教學環節。其目的...
銑床實習報告
銑床實習報告.txt2 了解常用銑床的組成 運動和用途，了解銑床常用刀具和附件 的大致結構與用途。3 熟悉銑削加工的加工方法和測量方法，了解用分度頭進行簡單分度進行的加工。4 在銑床上正確安全工件 刀具並完成對平面 溝槽等的銑削。實習步驟 1 第一節理論課上，老師首先強調銑床操作過程中應注意的事項，...
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