JCS-018型立式數(shù)控銑削加工中心Z向工作臺(tái)裝配、主軸箱裝配與BF3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【說明書+CAD】,說明書+CAD,JCS-018型立式數(shù)控銑削加工中心Z向工作臺(tái)裝配、主軸箱裝配與BF3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【說明書+CAD】,jcs,立式,數(shù)控,銑削,加工,中心,工作臺(tái),裝配,主軸,bf3,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),說明書 長春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 一 引言 隨著數(shù)控計(jì)算技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性的變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造業(yè)系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，他集微電子，計(jì)算機(jī)，信息處理，自動(dòng)檢測，自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度，高效率，柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化，集成化，智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型，超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)，多媒體，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速，高精，高效控制，加工過程中可以自動(dòng)修正，調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。 長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系機(jī)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過程CNC只是一個(gè)封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的道具組合，工件材料，主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速率，刀具軌跡，切削深度，步長，加工余量等加工參數(shù)，無法再現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉制體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，對(duì)數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢在必行。 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但費(fèi)傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變?cè)?，制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT,汽車，輕工，醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢。 從我國其本國請(qǐng)的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟(jì)的市場需求為導(dǎo)向，以提高制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導(dǎo)21世紀(jì)初期我國制造裝備也發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)，配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備也的跨越式發(fā)展。 強(qiáng)調(diào)以市場需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)（如量大面廣的數(shù)控車床，銑床，高速高精高性能數(shù)控機(jī)床，典型數(shù)字化機(jī)械，重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等）帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部分（數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)，告訴電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等）的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品；當(dāng)然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。 在高精簡裝備研發(fā)方面，要強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)以及最終用戶的緊密結(jié)合，按國家意志實(shí)施攻關(guān)，以解決國家之需。 對(duì)數(shù)控方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究考法具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)，裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 精密機(jī)械在生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程中起著重要的作用。他是儀器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和必不可少的組成部分，被越來越廣泛地 在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域中，是實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信息進(jìn)行采集，傳輸，轉(zhuǎn)換，處理，存儲(chǔ)，顯示和控制的基本部分。在當(dāng)今信息時(shí)代，精密機(jī)械不僅促進(jìn)了光電技術(shù)，傳感技術(shù)，微電子技術(shù)，通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，而且也通過和這些技術(shù)的結(jié)合，加速了精密機(jī)械自身的發(fā)展，并形成了一些新的研究領(lǐng)域和技術(shù)，如微機(jī)械控制，微光電系統(tǒng)。 隨著光學(xué)，電子學(xué)，自動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，人類綜合應(yīng)用各方面知識(shí)和技術(shù)，不斷創(chuàng)造出光，機(jī)，電，計(jì)算機(jī)一體化的新型的精密機(jī)械及產(chǎn)品。這些產(chǎn)品擴(kuò)大了精密機(jī)械的的應(yīng)用范圍，也為精密機(jī)械學(xué)科的發(fā)展開辟了更加廣闊的途徑。不論新型儀器的性能和功能多么現(xiàn)金和強(qiáng)大，都不可能完全脫離機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)而獨(dú)立存在，常規(guī)的精密機(jī)械設(shè)計(jì)方法仍是實(shí)現(xiàn)精密儀器的機(jī)械系統(tǒng)的重要手段。不同的知是運(yùn)用了新的工具和方法來實(shí)現(xiàn)常規(guī)的設(shè)計(jì)。因此，在現(xiàn)代儀器設(shè)計(jì)中，精密機(jī)械仍占有不可替代的地位。 對(duì)于現(xiàn)代精密儀器總體設(shè)計(jì)人來說，在掌握好光學(xué)，電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，一定要掌握好精密機(jī)械的基本原理和方法，才能設(shè)計(jì)出先進(jìn)的，多功能的和智能化的光，電，機(jī)，計(jì)算機(jī)一體化的新型儀器和設(shè)備，以滿足國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)的需要。 二 JCS-018數(shù)控加工中心簡介 JCS-018型立式加工中心是一種工序高度集中，自動(dòng)化程度高的機(jī)電一體化設(shè)備。工件在一次裝夾后，可連續(xù)地進(jìn)行銑，鉆，鏜，鉸，攻螺紋等多種工序的加工。該機(jī)床適用于小型板件，盤件，殼體件，模具和箱體件等復(fù)雜零件的多品種，小批量加工。 1 JCS-018立式加工中心具有如下的特點(diǎn) （1）可進(jìn)行強(qiáng)力切削 機(jī)床機(jī)床主軸箱電動(dòng)機(jī)變速范圍中恒功率范圍寬，低速轉(zhuǎn)矩大，機(jī)床主要構(gòu)件剛度高，可進(jìn)行強(qiáng)力切削。 （2）高速定位 工作臺(tái)由直流伺服電機(jī)，通過聯(lián)軸器，滾珠絲杠帶動(dòng)xy方向移動(dòng)，速度可達(dá)14m/min，主軸箱Z向移動(dòng)可達(dá)10m/min ，定位精度可達(dá)0.006~0.015mm/30mm。 （3）采用隨機(jī)換刀 隨機(jī)換刀有數(shù)控系統(tǒng)管理，刀具和刀座上不設(shè)固定編號(hào)，換刀由機(jī)械手執(zhí)行，結(jié)構(gòu)簡單，可靠。 （4）機(jī)床采用CNC系統(tǒng) 換刀和主軸準(zhǔn)停由程序控制器控制，有自診功能。 2機(jī)床主要性能參數(shù) （1）工作臺(tái) 工作臺(tái)外形尺寸（工作面）1000mm*320mm 工作臺(tái)T形槽寬*槽數(shù)18mm*3mm （2）移動(dòng)范圍 工作臺(tái)左右行程（X軸）750mm 工作臺(tái)前后行程（Y軸）40mm 主軸箱上下行程（Z軸）470mm 主軸端面距工作臺(tái)距離180~650mm （3）主軸箱 主軸錐孔??????錐度7：24，BT-45 主軸轉(zhuǎn)速（標(biāo)準(zhǔn)型/高速型）????225~2250r/min，45~4500r/min 主軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)????3.8KW，ACZ130交流電動(dòng)機(jī)系列 （4）進(jìn)給速度 快速移動(dòng)速度（X、Y軸）????14m/min 進(jìn)給速度（X、Y、Z軸）???1~4000mm/min 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)?????????1.5KW，ACS130電機(jī)系列 （5）自動(dòng)換刀裝置 刀庫容量????12把 選刀方式????任選 最大刀具尺寸?Φ100mm*Φ300mm 最大刀具質(zhì)量??10kg 刀庫電動(dòng)機(jī)?????1.5KW，ACS130電機(jī)系列 （6）精度 定位精度?????±0.012mm/300mm 重復(fù)定位精度??±0.006mm （7）承載能力 工作臺(tái)允許負(fù)載?????500kg 滾珠絲杠尺寸（X、Y、Z軸）Φ40mm*10mm 鉆孔能力（一次鉆出）????Φ32mm 攻螺紋能力????????????????M24mm 銑削能力?????????????????????100cm3/min （8）其他 氣源???????????49~68.6Pa（250L/min） 機(jī)床質(zhì)量???????4.5t 占地面積???????3500mm*3060mm ? .數(shù)控裝置（FANUC-BESK 7CM CNC系統(tǒng)） ? （1）規(guī)格 控制軸數(shù)????????????????????3軸 同時(shí)控制軸數(shù)?????????（X、Y、Y、Z、Z、X）或3軸 軌跡控制方式??????????直線/圓弧方式或空間直線/螺旋方式 紙帶代碼??????????????????EIA/ISO 程序格式???????????????寫地址式可變程序段 脈沖當(dāng)量????????????????0.001mm/脈沖 最大指令值±99999.9999mm或±9999.9999英寸 紙帶存儲(chǔ)和編輯???????????????30m紙帶信息（12KB） 3 機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)? ?????為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床自身的優(yōu)越性，加工中心機(jī)床在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要比一般的數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)得更加完美，制造得更精密。加工中心機(jī)床的結(jié)構(gòu)除了具有一般數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外，還具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)要求： （1）具有存儲(chǔ)加工所需刀具的刀庫?????刀庫用于存儲(chǔ)刀具，并根據(jù)要求將各工序所用的刀具運(yùn)送到取刀位置。 （2）具有自動(dòng)裝卸刀具的機(jī)械手???????在加工中心機(jī)床上刀具的自動(dòng)更換，多數(shù)借助機(jī)械手來進(jìn)行。 （3）具有主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)、刀桿自動(dòng)夾緊松開機(jī)構(gòu)和刀柄切屑自動(dòng)清除裝置???????這是加工中心機(jī)床主軸部件中三個(gè)主要組成部分，也是加工中心機(jī)床能夠順利地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀所具備的結(jié)構(gòu)特征。 （4）具有自動(dòng)排屑、自動(dòng)潤滑和自動(dòng)報(bào)警的系統(tǒng)等。 三 機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算 1 主要部件結(jié)構(gòu) （1）主軸部件???圖3-70為JCS-018型立式加工中心的主軸結(jié)構(gòu)圖，刀具自動(dòng)夾緊裝置裝在主軸內(nèi)孔中。該裝置由拉桿6和頭部的四個(gè)鋼球4、碟形彈簧5、活塞8和螺旋彈簧7組成。圖示位置為刀柄夾緊狀態(tài)，當(dāng)需要松開刀柄時(shí)，液壓缸的上腔進(jìn)油，活塞8向下移動(dòng)壓縮螺旋彈簧7，并推動(dòng)拉桿6向下移動(dòng)，碟形彈簧5被壓縮，鋼球4隨拉桿一起向下移動(dòng)。當(dāng)鋼球4移至主軸孔徑較大處時(shí)，便松開了刀柄1，刀具連同刀柄一起被機(jī)械手拔出。此機(jī)床采用靠彈簧力夾緊刀柄、靠液壓力松開刀柄的刀柄夾緊機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是：如果突然停電，刀柄不會(huì)自行松脫。當(dāng)需要夾緊刀柄時(shí)，活塞8的上端無油壓，彈簧7使活塞8上移，拉桿5在碟形彈簧5的作用下上移，鋼球4進(jìn)入刀柄尾部拉釘3的環(huán)形槽內(nèi)將刀柄拉緊?；钊?孔的上端接有壓縮空氣，機(jī)械手將刀具從主軸中拔出后，壓縮空氣通過活塞桿和拉桿6中的孔，可將主軸軸端裝刀柄的定位錐孔吹干凈。 該機(jī)床用鋼球拉緊刀柄，易將主軸孔和刀柄拉釘壓出坑痕，現(xiàn)已改用彈性卡爪結(jié)構(gòu)。圖3-1是一種使用彈性卡爪的刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。彈性卡爪4由兩瓣組成，裝在主軸 圖3-1 使用彈性卡爪的刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) 1——主軸 2——刀柄 3——拉釘 4——彈性卡爪 5——蝶形彈簧 6——拉桿 1內(nèi)孔的軸向槽中。夾緊刀柄時(shí)（圖3-71a），液壓缸無壓力油作用（參見圖3-70活塞推桿8），液壓缸推桿上移，在碟形彈簧5的彈力作用下，拉桿6帶動(dòng)彈性卡爪上移；卡爪在主軸內(nèi)孔錐面的作用下逐漸被收緊，卡住拉釘3，夾緊刀柄。松開刀柄時(shí)（圖3-71b），液壓缸推桿推動(dòng)拉桿6克服碟形彈簧5的彈力下移，彈性卡爪4被推到主軸內(nèi)孔大孔徑處，并被拉桿6下端槽部的錐面撐開，彈性卡爪4與拉釘3脫開，拉桿6繼續(xù)向下移動(dòng)將刀柄頂松，機(jī)械手便可將刀柄連同刀具取出進(jìn)行換刀。 （2）刀柄和拉釘 加工中心的刀柄已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，其刀柄模塊采用7：24錐柄，如圖3—71所示。加工中心刀柄有ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)）、GB（中國標(biāo)準(zhǔn)）、MAS（日本標(biāo)準(zhǔn)）、ANSI（美國標(biāo)準(zhǔn)）、DIN（德國標(biāo)準(zhǔn)）等多種標(biāo)準(zhǔn)和25、30、40、45、50、60等規(guī)格。 固定在錐柄尾部與主軸內(nèi)拉緊機(jī)構(gòu)相配備的拉釘也已標(biāo)準(zhǔn)化，分為A型和B型，這里選用B型拉釘，裝配時(shí)首先要將拉釘旋緊在刀柄尾部，主軸內(nèi)拉緊機(jī)構(gòu)通過滾珠與拉釘?shù)呐浜蟻矶ㄎ坏毒?。裝配拉釘時(shí)要注意清理拉釘與刀柄的表面，防止夾雜鐵屑雜物。 2主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主軸是主軸箱的重要組成部分。它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理，對(duì)主軸箱的工作性能有很大的影響。 為了提高主軸的剛度和便于安裝，將JCS——018A立式加工中心的主軸設(shè)計(jì)成階梯圓柱形，前端外徑大，后端外徑小，為實(shí)現(xiàn)更換刀具時(shí)能自動(dòng)夾緊，主軸內(nèi)部設(shè)計(jì)成空心。其前端有?7：24錐孔，用于裝錐柄刀具，并有自動(dòng)定心作用，通過摩擦將刀柄夾緊于主軸的端部，大錐度既利于定心，也便于松夾。主軸端面裝有定向鍵，既可傳遞切削的轉(zhuǎn)矩，又可用于刀具的周向定位。主軸外圓柱面上有前后支承軸承的配合面。 ????主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支承跨距。 ???（1）主軸直徑???主軸直徑越大，其剛度越強(qiáng)，但使得軸承和軸上的其他零件的尺寸相應(yīng)增大。前、后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高，工藝性能也越好。根據(jù)主軸功率5.5/7.5KW確定主軸的直徑為D1=F90mm。尺寸參數(shù) 機(jī)床主軸端部結(jié)構(gòu)形狀： 主軸中心孔前段錐度，摩氏3-6度。 主軸前軸頸尺寸應(yīng)按所傳遞的功率確定，初選時(shí)可參照下表初定。 表3-1主軸前軸徑的直徑 mm 功率KW D 車床 1.47-2.5 2.6-3.6 3.7-5.5 5.6-7.3 7.4-11 11-14.7 14.8-18.4 18.5-22 22-29.5 臥式車床 60-80 70-90 70-105 95-130 110-145 140-165 150-190 220 230 銑床 50-90 60-90 60-95 75-100 90-105 100-115 ------ ----- ----- 外圓磨床 ---- 50-90 55-70 70-80 75-90 75-100 90-100 105 105 （2）為裝配方便，車床主軸直徑通常是從前向后逐段遞減。一般車、銑床主軸后軸頸的直徑D2=(0.7~0.9)D1，D1為前軸頸尺寸。所以63

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