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含CAD图纸+文档 【0520】0无换刀机械手的结构设计[含CAD图纸+文档]

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摘 要高速加工中心作为新时代数控机床的代表。已在机床领域广泛使用。其高速、高效、高精等特点，赢得了市场的青睐，这些年来，国产加工中心技术发展得很快，国内许多机床厂家都有了具有国际水平或接近国际水平的自主开发的加工中心机床。为了提高数控机床的机械加工精度和效率,现大多数控机床和加工中心都配备刀库,以便一次装卡就可完成多种工序的加工。常用刀库有链式和盘式两种,刀库容量有12、16、20、32、40等等。本文首先对16刀刀库总体设计方案进行阐述，阐述其各部件的工作原理，然后就刀库的结构设计对各个部分进行计算与设计。关键词：加工中心，刀库，液压。ABSTRACTHigh speed machining center as a representative of the new age of nc machine tools. Has been widely used in the field of machine tool. Its characteristics such as high speed, high efficiency, high precision, won the favor of the market, over the years, the domestic machining center technology developing quickly, many domestic machine tool manufacturers have international level or close to the international level of independent development of machining center machine tool.In order to improve the machining precision and efficiency of nc machine tools, now most of the numerical control machine tools and machining center are equipped with knife library, so that a card to the variety of working procedure of processing can be completed. Libraries have the chain and disc two kinds, dao database is 12, 16, 20, 32, 40, and so on.This article first elaborates the overall design of 16 knife knife library, the paper explains the working principle of the parts, and then the structure of the tool storage design calculation and design for each part.Key words: machining centers, knife library, hydraulic pressure.目 录摘 要1ABSTRACT2目 录3第一章 绪 论51.1 前言51.2 加工中心发展历史51.3 加工中心的结构组成111.4 加工中心的分类121.5 本论文研究的目的和意义13第二章 加工中心刀库142.1 刀库的分类142.1.1 斗笠式刀库142.1.2 圆盘式刀库142.1.3 链条式刀库152.2 刀库的类型152.2.1 鼓(盘)式刀库152.2.2 链式刀库162.2.3 格子盒式刀库162.3 刀库的结构162.3.1 圆盘式刀库的结构162.3.2 链式库的结构162.4 刀库的容量17第三章 总体方案的设计183.1 运动方案的设计183.1.1 运动数目的确定183.1.2 运动方案的确定183.2 功能部件的设计方案193.2.1 主传动系统193.2.2 进给伺服系统203.2.3 自动换刀系统213.3 总体布局223.4 主要技术参数22第四章 刀库的设计244.1 刀库主要参数的确定244.2 刀盘部分的设计24第五章 轴的设计25第六章 导轨的选型及计算296.1 初选导轨型号及估算导轨长度296.2 计算滚动导轨副的距离额定寿命306.3导轨材料与热处理326.4导轨的技术要求336.4.1表面粗糙度336.4.2几何精度346.5导轨设计和使用注意事项34第七章 重要零部件的设计367.1 联轴器367.1.1 联轴器的选择367.1.2 联轴器校核367.2 回零减速撞块尺寸的计算367.3 刀具（刀座）识别装置377.4滚动轴承的选择和计算38结 论40参考文献41致 谢42第一章 绪 论1.1 前言随着科学技术的发展，世界先进制造技术的兴起和成熟，而对作为现代制造业非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对加工中心的组成部分提出了更高的性能指标。 加工中心是一种综合加工能力较强的数控加工设备，工件一次装夹后能完成较多的加工工序，加工精度较高，就中等加工难度的批量工件，其效率是普通设备的510倍，特别是它能完成许多普通设备不能一次完成的加工。加工中心对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为合适，特别是对于必需采用工装和专用设备来保证产品质量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工装和专机。这为新产品的研制和改型换代节省大量的时间和费用，从而使企业具有较强的竞争力。然而目前国内外加工中心的生产厂家设计生产的加工中心大多是大、中型零件的加工。 加工中心有多种形式，常见的有盘式、链式两种刀库。盘式结构中,刀具可以沿着主轴的轴向、径向、斜向按放，刀具轴向的安装的结构最为紧密，但为了换到时与主轴同向，有的刀具库中刀具需要在换刀位作90度翻转。在刀库容量较大时，为在存放方便的同时保持结构紧凑，可采用弹仓式结构，目前大量的刀库安装在机车立柱的顶面或侧面，在刀库较大时，也有安装在专门的地基上，以隔离刀库转动造成的震动。 链式刀库存放刀具容量比盘式大，结构比较灵活，可以采用加长链带方式加大刀库容量，也可以采用链带折叠回绕的方式提高空间利用率，在需要刀具容量较大时，还可以采用多链带结构。1.2 加工中心发展历史 20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。 采用数字技术进行机械加工，最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司(ParsonsCorporation)实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到0.0381mm(0.0015in)，达到了当时的最高水平。 1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。 这台机床是一台试验性机床，到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司(Bendix-Cooperation)正式生产出来。 在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。 数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。 然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。 到了1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展，据统计资料表明，到1966年实际使用的约6000台数控机床中，85%是点位控制的机床。 数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在1959年3月，由美国卡耐;特雷克公司(Keaney&TreckerCorp.)开发出来的。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。 1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem-FMS)之后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。 1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床(简称为CNC机床)，进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。 80年代，国际上出现了14台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元(FlexibleManufacturingCell-FMC)。这种单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。目前，FMS也从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展，从中小批量加工向大批量加工发展。 所以机床数控技术，被认为是现代机械自动化的基础技术。那什么是车床呢?据资料所载，所谓车床，是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。 为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床;1848年，美国又出现回轮车床;1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床;20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。 车床依用途和功能区分为多种类型。 普通车床的加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。 转塔车床和回转车床具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。 自动车床能按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。多刀半自动车床有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式的布局形式与普通车床相似，但两组刀架分别装在主轴的前后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高35倍。 仿形车床能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高1015倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型立式车床的主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横粱或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，一般分为单柱和双柱两大类。 铲齿车床在车削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的小砂轮铲磨齿面。 专门车床是用于加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。联合车床主要用于车削加工，但附加一些特殊部件和附件后，还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具有“一机多能”的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站看机床的水平主要看金属切削机床，其他机床技术和复杂性不高，就是近几年很流行的电加工机床，也只是方法的改变，没什么复杂性和科技含量。我国的数控磨床水平不错，每年都有大量出口，因为它简单，基本属于劳动密集型。 金属加工主要是去除材料，得到想得到的金属形状。去除材料，主要靠车和铣，车床发展为数控车床，铣床发展为加工中心。高精度多轴机床，可以让复杂零件在精度和形状上一次到位，例如，飞机上的一个复杂零件，以前由很多种工人:车工、铣工、磨床工、画线工、热处理工用好几个月干，其中还有报废的，最新的复合数控机床几天甚至几个小时就全干好了，而且精度比你设计的还高。零件精度高就意味着寿命长，可靠性好。由普通发展到数控，一个人顶原来的十个，在精度上，更是没法说，适应性上，零件变了，换个程序就行。把人的因素也降为最低，以前在工厂，谁要时会车涡轮、蜗杆，没个10年8年的不行，要是谁掌握了，那牛得很。现在用数控设备，只要你会编程，把参数输进去就可以了，很简单，刚毕业的技校学生都会，而且批量的产品质量也有保证。自美国在50年代末搞出世界一台数控车床后，机床制造业就进入了数控时代，中国在六十年代也搞出了第一代数控机床，但后来中国进入了什么年代，大家都知道。等80年代我们再去看世界的数控机床水平，差距就是20年了，其实奋起直追还有希望，但国营工厂不思进取，到了90年代，我们再去看世界水平，已有30年的差距了。中国改革开放前走的是苏联的路子，什么叫苏联的路子，举个例子来讲:比如，生产一根轴，苏联的方式是建一个专用生产线，用多台专用机床，好处是批量很容易上去，但一旦这根轴的参数发生了变化，这条线就报废了，生产人员也就没事做了。在1960-1980年代，国营工厂一个产品生产几十年不变样。到了1980年代后，当时搞商品经济，这些厂不能迅速适应市场，经营就困难了，到了90年代就大量破产，大量职工下岗。现代的生产也有大批量生产，但主要是单件小批量，不管是那种，只要你的设备是数控的，适应起来就快。专业机床的路子已经到头了， ;西方走的路和前苏联不一样，当年的“东芝”事件，就是日本东芝卖给苏联了几台五轴联动的数控铣床，让苏联在潜艇的推进螺旋桨上的制造，上了一个档次，让美国的声纳听不到潜艇声音了，所以美国要惩处东芝公司。由此也可见，前苏联的机床制造业也落后了，他们落后，我们就更不用说了。虽然，美国搞出了世界第一台数控机床，但数控机床的发展，还是要数德国。德国本来在机械方面就是世界第一，数控机床无非就是搞机电一体化，机械方面德国已没问题，剩下的就是电子系统方面，德国的电子系统工业本来就强大，所以在上世纪六、七十年代，德国就执机床界的牛耳了。但日本人的强项就是仿造，从上世纪70年代起，日本大量从德国引进技术，消化后大量仿造，经过努力，日本在90年代起，就超越了德国，成为世界第一大数控机床生产国，直到现在还是。他们在机床制造水平上，有一些也走在了世界前面，如在机床复合(一机多种功能)化方面，是世界第一。数控机床的核心就在数控系统方面，日本目前在系统方面也排世界第一，主要是它的发拿科公司。第一代的系统用步进电机，我们现在也能造，第二代用交流伺服电机。现在的数控系统的核心就是交流伺服电机和系统内的逻辑控制软件，交流伺服电机我们国家目前还没有谁能制造，这是一个光学、机械、电子的综合体。逻辑控制软件就是控制机床的各轴运动，而这些轴是用伺服电机驱动的，一般的系统能同时控制3轴，高级系统能控制五轴，能控5轴的，五轴以上也没问题。我们国家也由有5轴系统，但“做秀”的成份多，还没实用化。我们的工厂用的五轴和五轴以上机床，100%进口。机床是一个国家制造业水平高低的象征，其核心就是数控系统。我们目前不要说系统，就是国内造的质量稍微好一点的数控机床，所用的高精度滚珠丝杠，轴承都是进口的，主要是买日本的，我们自产的滚珠丝杠、轴承在精度、寿命方面都有问题。目前国内的各大机床厂，数控系统100%外购，各厂家一般都买日本发那科、三菱的系统，占80%以上，也有德国西门子的系统，但比较少。德国西门子系统为什么用的少呢?早期，德国系统不太能适合我们的电网，我们的电网稳定性不够，西门子系统的电子伺服模块容易烧坏。日本就不同了，他们的系统就烧不坏。近来西门子系统改进了不少，价格方面还是略高。德国人很不重视中国，所以他们的系统汉语化最近才有，不像日本，老早就有汉语化版的。就国产高级数控机床而言，其利润的主体是被外国人拿走了，中国只是挣了一个辛苦钱。美国为什么没有能成为数控机床制造大国呢?这个和他们当时制定产业政策的人有关，再加上当时美国的劳动力贵，买比制造划算。机床属于投资大，见效慢，回报率底的产业，而且需要技术积累。不太附和美国情况。但后来美国发现，机床属于战略物资，没有它，飞机、大炮、坦克、军舰的制造都有问题，所以他们重新制定政策，扶植了一些机床厂，规定了一些单位只能买国产设备，就是贵也得买，这就为美国保留了一些数控机床行业。美国机床在世界上没有什么竞争力。欧洲的机床，除德国外，瑞士的也很好，要说超高精密机床，瑞士的相当好，但价格也是天价。一般用户用不起。意大利、英国、法国属于二流，中国很少买他们的机床。西班牙为了让中国进口他们的机床，不惜贷款给中国，但买的人也很少。韩国、台湾的数控机床制造能力比大陆地区略强，不过水平差不多。他们也是在上世纪90年代引进日本技术发展的。韩国应该好一点，它有自己制造的、已经商业化了的数控系统，但进口到中国的机床，应我们的要求，也换成了日本系统。我们对他们的系统信不过。韩国数控机床主要有两家:大宇和现代。大宇目前在我国设有合资企业。台湾机床和我们大体一样，自己造机械部分，系统采购日本的。但他们的机床质量差，寿命短，目前在大陆影响很坏。其实他们比我们国产的要好一点。但我们自己的差，我们还能容忍，台湾的机床是用美金买来的，用的不好，那火就大了。台湾最主要的几家机床厂已打算把工厂迁往大陆，大部分都在上海。这些厂目前在国内的竞争中，也打着“国产”的旗号。近来随着中国的经济发展，也引起了世界一些主要机床厂商的注意，2000年，日本最大的机床制造商“马扎克”在中国银川设立了一家数控机床合资厂，据说制造水平相当高，号称“智能化、网络化”工厂，和世界同步。今年日本另外一家大机床厂大隈公司在北京设立了一家能年产1000台数控机床的控股公司，德国的一家很有名的企业也在上海设立了工厂。目前，国家制定了一些政策，鼓励国民使用国产数控机床，各厂家也在努力追赶。国内买机床最多的是军工企业，一个购买计划里，80%是进口，国产机床满足不了需要。今后五年内，这个趋势不会改变。不过就目前国内的需要来讲，我国的数控机床目前能满足中低档产品的订货。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。1.3 加工中心的结构组成加工中心的组成岁机床的类别、功能、参数的不同而有所区别。机床本身分基本部件和选择部件，数控系统有基本功能和选用功能，机床参数有主参数和其它参数。机床制造厂可根据用户提出的要求进行生产，但在同类机床的基本功能和部件组成一般差别不大。从总体上看，加工中心基本上由以下几大部分组成。1、基础部件 主要由床身、立柱和工作台等大件组成。它们是加工中心的基础结构，要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载，因此必须是刚度很高的部件。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接的刚结构件，是加工中心中重量和体积最大的部件。2、主轴系统 主要由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零部件组成。主轴的启动、停止和变转速等动作均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴系统是加工中心的关键部件，其结构的好坏，对加工中心的性能有很大的影响。3、数控系统 主要由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部分组成，它们是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。4、自动换刀系统 主要由刀库、自动换刀装置等部件组成。刀库是存放加工过程所要使用的全部刀具的装置。当需要换刀时，根据数控系统的指令，由机械手（或通过别的方式）将刀具从刀库取出装入主轴孔中。刀库有盘式、链式和鼓式等多种形式，容量从几把到几百把。机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置几结构的不痛也有多种形式。如单臂式、双臂式。回转式和轨道式等等。有的加工中心利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。5、辅助系统 包括润滑、冷却、排屑防护、液压和随机检测系统等部分。辅助系统虽不直接参与切削运动。但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此也是加工中心中不可缺少的部分。 另外，为进一步缩短非切削时间，有的加工中心还配备了自动托盘交换系统。例如，配有两个自动交换工件托盘的加工中心，一个安装工件在工作台上加工，另一个则位于工作台外进行工件的装卸。当完成一个托盘上工件的加工后，便自动交换托盘，进行新零件的加工，这样可以减少辅助时间，提高加工效率。1.4 加工中心的分类按照加工中心形态不同进行分类，可分为立式、卧式和五坐标加工中心。1、立式加工中心（如图1-1）立式加工中心的主轴轴心线为垂直状态配置，结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，适合加工小型板类、盘类、壳体类零件。图1-1 立式加工中心2、卧式加工中心（如图1-2）卧式加工中心是指主轴轴线为水平状态设置的加工中心，通常都带有可进行分度回转运动的正方形分度工作台。卧式加工中心一般具有35个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标(沿X、Y、Z轴方向)加一个回转运动坐标(回转工作台)，它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合箱体类工件的加工。图1-2 卧式加工中心 3、五坐标加工中心 五坐标加工中心间距立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等五个面的加工，因此也叫五面加工中心。常见的五坐标加工中心有两种结构形式，一种是主轴可以旋转，另一种是工作台可以旋转。1.5 本论文研究的目的和意义 本课题开发设计的小型加工中心刀库。随着数控技术的发展和普及，加工中心的作用越发突显它的重要性。为进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，因此出现了各种类型的加工中心机床，如车削中心、镗铣加工中心、钻削中心等等。这类多工序加工的数控机床在加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，也就是所说的刀库，以便选用不同刀具，完成不同工序的加工工艺。自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储备量、占地面积小、安全可靠等特性。第二章 加工中心刀库2.1 刀库的分类近年来刀库的发展已超越其为工具机配件的角色，在其特有的技术领域中发展出符合工具机高精度、高效能、高可靠度及多工复合等概念之产品。其产品品质的优劣，关系到工具机的整体效能表现。 刀库的容量、布局，针对不同的工具机，其形式也有所不同，根据刀库的容量、外型和取刀方式可概分为以下几种： 2.1.1 斗笠式刀库 一般只能存1624把刀具，斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴移动。当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时，主轴向上移动脱离刀具，这时刀库转动。当要换的刀具对正主轴正下方时主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，夹紧刀具后，刀库退回原来的位置。 2.1.2 圆盘式刀库 圆盘式刀库通常应用在小型立式综合加工机上。圆盘刀库一般俗称盘式刀库，以便和斗笠式刀库、链条式刀库相区分。圆盘式的刀库容量不大，顶多二、三十把刀。需搭配自动换刀机构ATC(Auto Tools Change)进行刀具交换。 2.1.3 链条式刀库 链条式刀库的特点是可储放较多数量之刀具，一般都在20把以上，有些可储放120把以上。它是藉由链条将要换的刀具传到指定位置，由机械手将刀具装到主轴上。换刀动作均采用马达加机械凸轮的结构，此设计之结构简单、动作快速、确实、可靠，但是价格较高，通常为客制化产品。 2.2 刀库的类型 2.2.1 鼓(盘)式刀库 (1)刀具轴线与鼓(盘)轴线平行的鼓式刀库.刀具环形排列，分径向、轴向两种取刀形式，其刀座(刀套)结构不同。这种鼓式刀库结构简单，应用较多，适用于刀库容量较少的情况。为增加刀库空间利用率，可采用双环或多环排列刀具的形式。但鼓(盘)直径增大，转动惯量就增加，选刀时间也较长。 刀库的功能是储存加工工序所需的各种刀具，并按程序指令，把将要用的刀具准确地送到换刀位置，并接受从主轴送来的已用刀具。刀库的储存量一般在864把范围内，多的可达100200把。(2)刀具轴线与鼓盘轴线不平行的鼓式刀库,刀具轴线与鼓盘轴线成夹角为锐角的刀库。这种鼓式刀库占有面积较大，刀库安装位置及刀库容量受限制，应用较少，但应用这种刀库可减少机械手换刀动作，简化机械手结构。2.2.2 链式刀库其结构较紧凑。一般刀具数量在30120把或更多时，可采用链式刀库。 2.2.3 格子盒式刀库 (1)固定型格子盒式刀库 刀具分几排直线排列；由纵、横向移动的取刀机械手完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换刀位置刀座上，由换刀机械手交换刀具。由于刀具排列密集，空间利用率高、刀库容量大。(2)非固定型格子盒式刀库 刀库由多个刀匣组成，可直线运动，刀匣可以从刀库中垂向提出。2.3 刀库的结构2.3.1 圆盘式刀库的结构压条与支架本体相对位置设有若干沉孔，供支柱定位组设其间；换刀结构的勾爪设有热处理中介环块，托架一体成型，因而具有结构牢固、总量减轻、制造成本较低、易于组装。2.3.2 链式库的结构主动链轮由伺服电动机通过蜗轮减速装置驱动(根据需要，还可经过齿轮副传动)。这种传动方式，不仅在链式刀库中采用，在其他形式的刀库传动中，也多采用。导向轮一般做成光轮，圆周表面硬化处理。兼起张紧轮作用的左侧两个导轮，其轮座必须带有导向槽(或导向键)，以免松开安装螺钉时，轮座位置歪扭，对张紧调节带来麻烦。回零挡块可以装在链条的任意位置上，而回零开关则安装在便于调整的地方。调整回零开关位置，使刀套准确地停在换刀机械手抓刀位置上。这时处于机械手抓刀位置的刀套，编号为1号，然后依次编上其他刀号。刀库回零时，只能从一个方向回零，至于是顺时针回转回零，还是逆时针回转回零，可由机、电设计人员商定。如果刀套不能准确地停在换刀位置上，将会使换刀机械手抓刀不准，以致在换刀时容易发生撑刀现象；，因此，刀套的准停问题，将是影响换刀动作可靠性的重要因素之一。2.4 刀库的容量刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。例如，立式加工中心的主要工艺为钻、铣。统计了15000种工件，按成组技术分析，各种加工所必需的刀具数的结果是：4把铣刀可完成工件95左右的铣削工艺；10把孔加工刀具可完成70的钻削工艺，因此，14把刀的容量就可完成70以上的工件钻铣工艺。如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，所得结果是80的工件(中等尺寸，复杂程度一般)完成全部加工任务所需的刀具数在四十种以下，所以一般的中、小型立式加工中心配有1430把刀具的刀库就能够满足7095的工件加工需要。 第三章 总体方案的设计加工中心刀库的总体方案设计是根据其功能和设计要求，从全局的角度，以系统的观点，进行自动换刀装置刀库整体方面的设计，主要包括运动功能方案设计、基本参数设计、传动系统设计、总体结构布局设计等内容。 3.1 运动方案的设计 加工中心主要用来加工小型板类、盘类、模具类、多孔类零件上的小孔和平面。主要是钻削和铣削加工。 3.1.1 运动数目的确定 机床必须具有以下运动：一个是主运动即主轴带动刀具回转（Vc）；另一个是三个方向的进给运动，包括实现切入工件一定深度（Z方向）的进给运动；实现在水平面内两个方向（X、Y方向）的进给运动。此外，还必须有换刀功能，因此还必须有非成形运动，如换刀需要刀库转位、移动等运动。 3.1.2 运动方案的确定 加工中心加工工件所需的这些运动，必须由对应的执行部件来实现。加工中心的主运动一般都由主轴部件（主传动系统）来完成，而进给运动可以由工件来完成；也可以由刀具来完成；或者是由刀具和工件来共同完成。这样就影响到部件的相互位置关系的配制和总体关系。采用哪种形式与被加工工件尺寸、形状、质量和功能等因素有关。对具有钻、铣的功能的立式加工中心，根据工件的质量、尺寸等的不同，可以有以下几种不同的运动 方案： 1.由工件完成三个方向的进给运动，当加工质量较轻工件时，分别由X-Y向工作台和升降台来实现； 2.工作台带动工件做一个方向的进给运动，其他两个方向的进给运动由刀具在立柱与横梁上移动来完成，这种方案不仅适用于质量大的工件加工，还可增多主轴头，使加工中心的生产效率得到很大的提高。 3.由刀架来完成三个方向的进给运动，当加工较重或尺寸较高的工件时，则不宜由工件做进给运动，而是工作台固定不动，改为由刀具来完成进给运动。采用了立柱在床身上沿前后方向移动来Y方向的进给；由刀具在横梁上移动来完成Z向的进给。通常见于大 、中型动柱式加工中心。这种方案可以避免的尺寸工作台在溜板两端极限位置发生翘曲和大溜板加工难的问题，从而减少了溜板和结构的多层，有利于提高机床精度。 4.由工作台实现 X、Y 两个方向的进给，而唷刀具来完成垂直进给运动，当加工质量较轻、体积较小的工件，且主轴部件的重量、体积较小时，也可以由X-Y工作台实现两个方向的进给，而由刀具来完成垂直进给运动。适用于小型加工中心，通常都采用固定立柱方式。由于立柱固定在床身上，就便于把刀库、电柜等装在立柱上。 3.2 功能部件的设计方案 加工中心一般由主传动系统、进给伺服系统、自动换刀系统、基础部件、数控系统和辅助装置等部分组成。 3.2.1 主传动系统 主传动系统用来实现加工中心的主运动。由主轴箱、主轴、轴承、松拉刀机构、电动机等零件组成。这是加工中心自动换刀装置的关键部分，主轴的启动、停止、变速等动作通过数控系统控制由主传动系统来实现。并且通过安装在主轴上的刀具实现切削运动。 要求主轴部件必须具备足够的转速范围、功率和扭矩，在大部分转速范围内要保持恒功率，当降到计算转速以下时，要保持恒扭矩传动；主传动系统的各零部件，应具有足够的强度和必要的刚度及抗震性能；噪声低、运转平稳性好。传动方案有以下几种： 1.齿轮传动 目前加工中心主传动大多用宽调速主轴电机, 其调速范围达 1：100。对某些中小型加工中心，已经足够了，不需要经过齿轮变速。如果所需转速范围超过 1：100（如中型以上规格的加工中心），则需通过齿轮换档的方法实现。 2.带传动 加工中心主传动系统使用的带传动多为同步带传动。它是一种综合了带、链传动优点的新型传动。具有以下优点： 1）传动比准确； 2）传动效率高； 3）重量轻，结构紧凑；4）线速度高； 5）传动平稳； 6) 使用范围广； 7）使用保养方便。由于以上优点，所以实际中多用。但安装要求较高，两带轮轴心线平行度要求高，中心距要求严格。带和带轮的制造工艺复杂，成本低。 3.电主轴 有内装式电动机直接驱动，结构的最大特点是实现了机床的“零传动”，这种传动方式取消了从主电动机到主轴之间一切中间的机械传动环节（如皮带、齿轮、离合器等），实现了主电动机与机床主轴的一体化。 如果采用齿轮、带传动则需自行设计主传动系统，将会增加设计和制造周期，且为单件生产，成本也较高，转速也受到一定的限制。该加工中心主要用来加工小孔和小平面，因此要想提高零件加工的生产率，也须提高主轴的转速。如果选用由专门厂家生产的已系列化和标准化电主轴，转速可根据需要选择。不仅可保证高的生产率，而且也可根据用户的不同要求选用不同的规格，可缩短产品的设计和制造周期。对比以上三种方案选用电主轴。 3.2.2 进给伺服系统 进给系统由伺服电机、滚珠丝杠、导轨等组成。要求进给伺服系统必须具有高速下的平稳运行，较高的定位精度且防止爬行，要求进给系统中的机械传动装置和元件具有较高的灵敏度，低摩擦阻力和动、静摩擦系数之差小以及高寿命等。 1.进给伺服系统的控制方式 进给伺服系统可分为半闭环、全闭环和混合伺服控制三种方式。 2.伺服电机常用的伺服电机有支流和交流两种： 1）直流伺服电机 数控机床中应用较多的是宽调速直流伺服电机，其主要特点是调速范围宽、低速运行平稳；负载特性硬、过载能力强，在一定的速度范围内可以做到恒力矩输出；反应速度快，动态响应特性好。但体积较大，电刷易磨损，寿命受到一定的限制。 2）交流伺服电机 种伺服电机的主要特点是转矩和惯量比高，能承受高的加减速；转矩波动小；低速性能好，在很低速时，电机仍能平滑旋转；在保证高输出转矩的情况下，电机的体积小，重量轻；由于采用高频宽调制控制，电机只有很低的噪声和振动。利用交流伺服系统可进行精密定位控制。所以应用越来越广。 由于该加工中心刀库容量较小，而且精度较高，故选用交流伺服电机。设计中选用了日本Panasonic 公司生产的MINASA 系列交流伺服电机和驱动器。 3.2.3 自动换刀系统 通过自动换刀系统来实现零件加工时的换刀。它由刀库电机、传动装置、刀夹等组成。任务要求采用无机械手换刀方式。 无机械手换刀方式是直接在刀库与主轴（或刀架）之间的自动换刀方式。这种换刀方式没有机械手，因而结构简单。换刀时必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不能同时进行，所以换刀过程较为复杂，它的选刀和换刀由三个坐标轴的数控定位系统来完成，因此换刀时间较长，影响了机床的加工效率但是刀库回转时在工步于工步之间，即非切削时进行的，因此虽然刀库设置在立柱侧面，却免去刀库回转时的振动对加工精度的影响。 适用于40号以下刀柄的小型加工中心或换刀次数少的用重型刀具的重型机床。考虑到所设计的小型加工中心主要用于中小批量生产，且只用来加工小型零件上的孔和面，刀库容量较小，无须过多考虑换刀时间的长短，决定采用30号刀柄。 1、刀库形式的选取 无机械手换刀方式中，刀库可以是圆盘形、直线排列式，也可以是格子箱式等。无机械手换刀方式中特别需要注意的是刀库转位定位的作用准确度。圆盘形刀库容量较小，刀库结构简单紧凑，刀库转位、换刀方便，易控制。直线排列式和格子箱式刀库结构相对复杂，适用于刀库容量较大的加工中心。 考虑到所设计的加工中心只用来加工小型零件上的孔和面，不必在刀库里放太多刀具，根据实用性进行考虑，因此选用结构简单、容量较小、体积较小的圆盘式刀库。 2、刀库位置的放置 立式加工中心无机械手换刀方式的圆盘形刀库的放置又两种形式： 1）刀库置于立柱侧面大横梁上 如图3-1a 所示。此方案可使工作台的尺寸较小，且可采用厂家已生产队合适尺寸的工作台，可减少设计制造周期。结构简单，且不会发生刀库和主轴干涉现象，但刀库的支承刚性较差，须增强立柱的刚度，以减小横梁弯扭矩的影响。 2）刀库置于工作台上 如图 3-1b所示。此方案刀库的支承刚性好，结构简单。但影响加工中心主轴 y 轴方向上的行程，要求工作台的尺寸较大，须自行设计，且减少了工作台的有效面积 综合分析以上两种方案，采用1）方案，即图 3-1a的布置形式。在立柱左边安装一横梁，在横梁有导轨，导轨上安装有滑座，将刀库安装在滑座上，通过刀库沿横梁移动刀主轴端，由主轴来实现换刀。 图 3-1无机械手换刀装置的布置1.主轴箱 2.立柱 3.刀库 4.工作台 5.床身 3.2.4 气缸的选择1、类型的选择 根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需要选用无给油或无油润滑气缸等。 2、安装形式 根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。在要求活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选择相应的特殊气缸。 3、作用力的大小即缸径的选择。根据负载力的大小来确定气缸输出的推力和拉力。一般均按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力，根据不同速度选择不同的负载率，使气缸输出力稍有余量。缸径过小，输出力不够，但缸径过大，使设备笨重，成本提高，又增加耗气量，浪费能源。在夹具设计时，应尽量采用扩力机构，以减小气缸的外形尺寸。4、活塞行程与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选满行程，防止活塞和缸盖相碰。如用于夹紧机构等，应按计算所需的行程增加1020的余量。 5、活塞的运动速度主要取决于气缸输入压缩空气流量、气缸进排气口大小及导管内径的大小。要求高速运动应取大值。气缸运动速度一般为50800/s。对高速运动气缸，应选择大内径的进气管道；对于负载有变化的情况，为了得到缓慢而平稳的运动速度，可选用带节流装置或气液阻尼缸，则较易实现速度控制。选用节流阀控制气缸速度需注意：水平安装的气缸推动负载时，推荐用排气节流调速；垂直安装的气缸举升负载时，推荐用进气节流调速；要求行程末端运动平稳避免冲击时，应选用带缓冲装置的气缸。 因此，本次设计移动装置所选用气缸的型号：A-CY1B25L-500 3.3 总体布局 经过对以上运动方案和各部件的设计方案的定性分析比较可确定该小型立式加工中心刀库的总体设计方案为：自动换刀系统采用无机械手换刀，且刀库置于立柱侧面的横梁上。刀库在横梁上的移动采用滚珠丝杠传动和交流伺服电机采用盘形刀库，由槽轮机构实现回转、分度和转位，由交流伺服电机驱动。 总体结构布局图如图3-2所示。 3.4 主要技术参数 根据已知条件，在满足设计要求的前提下，尽量使设计出来的加工中心结构紧凑，占地面积小，确定该加工中心的主要技术性能参数如下： X、Y、Z行程（mm）150150350Z向快速移动速度（m/min）15X、Y向快速移动速度（m/min）12工作台尺寸（长宽）（mmmm）400250主轴转速范围（r/min）018000主轴电机功率（kw）12刀库容量（把）16最大刀具重量（kg）5最大刀具长度 (mm)250定位精度（mm）0.025重复定位精度（mm）0.005主轴锥孔ISO/BT40换刀时间（s/次）8机床总重量（kg）650外形尺寸（长宽高）（mmmmmm）203612641670最大工作进给速度（m/min）1工作台允许载荷（kg）15钻孔能力（mm）10铣削能力（cm3/min）80 图3.2总体布局图第四章 刀库的设计刀库是加工中心的象征，是加工中心区别于NC镗床和NC铣床的本质所在，因此来说，刀库的设计是加工中心设计的核心。由于作者所要设计的加工中心是一个主要用来加工中小批量电子元件等小型零件的小型加工中心，在满足加工要求，经济实用的条件下，应尽量使加工中心的结构紧凑，减小加工中心的外形轮廓尺寸，刀库在满足使用要求的前提下，尽量结构使其简单紧凑，易制造，从而降低生产加工中心的成本。 4.1 刀库主要参数的确定 1、刀库容量 本加工中心主要用来加工小型零件或多孔零件上的小孔和小平面，所以刀库上主要安装一些孔加工刀具（如钻头、扩孔钻等）和加工小平面的立铣刀及小直径的面铣刀；同时又考虑到所选用电主轴轴端的尺寸及刀盘直径等的限制；再考虑到主要用于中小批生产及教学实验等，刀具的品种不宜过多，以免造成不必要的浪费和刀库尺寸过大，采用16把刀。 2、刀具最大直径和长度 立铣刀的最大直径定为 63mm，最大工作部分长度定为250mm. 3、刀具最大重量为5kg. 4、刀具最大运动线速度为22m/min30m/min. 4.2 刀盘部分的设计 1、刀盘尺寸的确定 刀盘采用轮辐式结构，这样既能满足使用的要求，又能保证刀盘的强度。在整个设计的过程中要保证各个尺寸在换刀过程不发生干涉即可，刀盘直径为 600mm,其他尺寸见刀盘零件图。 2、刀爪尺寸的设计 刀爪的外型尺寸根据40号刀柄设计。 第五章 轴的设计轴是机械设备中的重要零件之一.其主要功能是支承作回转运动的零件,并传递运动和动力.根据轴的受力情况不同,可把轴分成心轴、转轴和传动轴3种.轴的常用材料轴的材料主要采用碳素钢和合金钢,常用材料为优质中碳钢,如35、45、50钢，这里选取45钢为材料. 轴的结构设计轴的合理外形应满足:轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置;轴上的零件应便于装拆和调整;轴应具有良好的制造工艺性.影响轴结构的主要因素包括:轴的受力性质、大小、方向及分布情况；轴上零件的布置和固定形式；所采用的轴承类型和尺寸；轴的加工工艺等.）轴的强度计算 由于功率P=400W已知,转速n =250r/min,取0.5,A取110, 取35MPa, 则轴径 d A d 110= 128.7mm 式中 d-计算剖面处轴的直径（mm）; P-轴的传递功率（KW）； n-轴的转速（r/min）; 故d最小应取129mm.轴径取130mm。 校核轴 转矩 T=9.5510 p/n T=95500000.4/250=10186N .mm式中 p-功率；n转速。 圆周力 Ft1=2T1/d1=210186/120=1700N; Ft2=2T2/d2=2130822/120=681.4N; Ft3=2T3/d3=620N; 径向力 Fr1=Ft1tan=1488N; Fr2=Ft2tan=248N； Fr3=Ft3tan=226N. 则由受力分析图可知： FAy=3687.4N,FAz=1342N, FBy=1020.2N,FBz=372N, 水平面弯矩 Mcx=134230=40260Nmm; Mdx=226195=44070Nmm； 则M X =59691 Nmm； 垂直面弯矩 Mcy=3687.430=110622 Nmm； Mdy=620195=120900 Nmm； 则M X=21872 Nmm； 求当量弯矩 取修正系数为0.6 M I = =52371 N MII =19384 N 确定危险截面及校核强度 I= MI/ W I= MI/ W=52371/0.112=14.3 Mpa II= MI/ W=19384/0.112=11.6 Mpa由参考文献（机械设计手册）知s=60 Mpa，满足s小于s的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕度。因此，此轴不必在做修改 轴的结构和受力分析如图5-1所示： 图5-1-1图5-1-2 轴的结构和受力分析第六章 导轨的选型及计算按结构特点和摩擦特性划分的导轨类型见表6-1,各类导轨的主要特点及应用列于表中。表6-1 导轨类型特点及应用导轨类型主要特点应用导轨类型主要特点应用滑动导轨1, 结构简单,使用维修方便。2,未形成完全液体摩擦时低速易爬行 3,磨损大寿命低,运动精度不稳定普通机床,冶金设备上应用普遍滚动导轨1,运动灵敏度高,低速运动平稳性好,定位精度高。2,精度保持性好,磨损少,寿命长。3,刚性和抗振性差,结构复杂成本高,要求良好的保护广泛用于各类精密机床,数控机床,纺织机械等塑料导轨1,动导轨表面贴塑料软带等与铸铁 或钢导轨搭配,摩擦系数小,且动静摩擦系数搭配,不易爬行,抗摩擦性能好。2,贴塑工艺简单。3,刚度较低,耐热性差容易蠕变主要应用与中大型机床压强不大的导轨应用日益广泛动压导轨1,速度高(90m/min600m/min),形成液体摩擦2,阻尼大,抗阵性好 3,结构简单,不需复杂供油系统,使用维护方便4,油膜厚度随载荷与速度而变化。影响加工精度,低速重载易出现导轨面接触主要用语速度高,精度要求一般的机床主运动导轨镶钢,镶金属导轨1,在支撑导轨上镶装有一定硬度的不钢板或钢带,提高导轨耐磨性,改善摩擦或满足焊接床身结构需要。2,在动导轨上镶有青铜只类的金属防止咬合磨损,提高耐磨性,运动平稳精度高镶钢导轨工艺复杂,成本高。常用于重型机床如立车,龙门铣床的导轨上静压导轨1,摩擦系数很小,驱动力小。2,低速运动平稳性好 3,承载能力大,刚性,吸阵性好4,需要一套液压装置,结构复杂,调整困难各种大型,重型机床,精密机床,数控机床的工作台6.1 初选导轨型号及估算导轨长度X方向初选导轨型号为 6具体数据见机械设计手册9-149 Y方向初选导轨型号为导轨的运动条件为常温，平稳，无冲击和震动为何选用滚动直线导轨副：1）滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率小，只相当普通机械的十分之一。2）承载能力大，刚度高。3）能实现高速直线运动，起瞬时速度比滑动导轨提高10倍。4）采用滚动直线导轨副可简化设计，制造和装配工作，保证质量，缩短时间，降低成本。导轨的长度：由于导轨长度影响工作台的工作精度和高度，一般可根据滑块导向部分的长度来确定导轨长度。其公式为：L=H+S+l-S1-S2由此公式估算出Lx=940mm,Ly=1090mm其中L导轨长度H滑块的导向面长度S滑块行程l封闭高度调节量S1滑块到上死点时，滑块露出导轨部分的长度S2滑块到下死点时，滑块露出导轨部分的长度6.2 计算滚动导轨副的距离额定寿命X方向的导轨计算X方向初选导轨型号为，查表9.3-73得，这种导轨的额定动，静载荷分别为Ca=13.6kN,Coa=20.3kN。4个滑块的载荷按表9.3-48序号1的载荷计算式计算。其中工作台的最大重量为:G=1009.8=980NF1=F2=F3=F4=1/4（G1+F）=250N1)滚动导轨的额定寿命计算公式6为：L=（fh ft fc fa Ca/ fwPc）K=27166km式中 L额定寿命（km）； Ca额定动载荷（KN）； P当量动载荷（KN）； Fmax受力最大滑块所受的载荷（KN）； Z导轨上的滑块数；指数，当导轨体为滚珠时，=3；当为滚柱时=10/3；K额定寿命单位（KM），滚珠时，K=50KM；滚柱时，K=100KM；fh 硬度系数；fh （滚道实际硬度（HRC）。由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于58HRC，故通常可取fh =1ft 温度系数，查表6-27,得=1表6-2 温度系数工作温度/1001501502002002501090073060fc接触系数，查表6-3；得=1表6-3 接触系数每根导轨上的滑块数12345100081072066061 fa精度系数，查表6-4；取=1.5表6-4 精度系数工作条件无外部冲击或振动的低速运动的场合，速度小于15m/min11.5无明显冲击或振动的场合，速度为1560m/min1.52有外部冲击或高速运动的场合，速度大于60m/min23.5fw载荷系数，查表6-5；得=1表6-5 载荷系数精度等级234510100909 则L=27166Km2)寿命时间的计算当行程长度一定，以h为单位的额定寿命为：式中 寿命时间（h） L额定寿命（km）La行程长度（m）每分钟往返次数则 工况为：每天开机6个小时，每年300个工作日，则预计寿命年限为：Lh=30592.3/3006=16.9年同理求出Y方向滚动导轨副的距离额定寿命：L=26340.1kmLh=25230h=14年6.3导轨材料与热处理机床滑动导轨常用材料主要是灰铸铁和耐磨铸铁。灰铸铁通常以HT200或HT300做固定导轨，以HT150或HT200做动导轨。JB/T3997-1994标准对普通灰铸铁导轨的硬度要求如表6-6所示表6-6 灰铸铁导轨硬度要求硬度要求(HBS)硬度不均匀性(HBS)导轨长度/mm导轨铸件重量/t不低于不高于导轨长度/mm硬度差不超过2500-190255250025250031802412500355175241由几何件连接的导轨4510165241常用耐磨铸铁与普通铸铁耐磨性比较见表6-78表6-7 常用耐磨铸铁耐磨铸铁名称耐磨性高于普通铸铁倍数磷铜钛耐磨铸铁1.52高磷耐磨铸铁1钒钛耐磨铸铁12稀土铸铁1铬钼耐磨铸铁1导轨热处理:一般重要的导轨，铸件粗加工后进行一次时效处理，高精度导轨铸件半精加工后还需进行第二次时效处理。常用导轨淬火方法有:1)中频淬火，淬硬层深度(12)mm。硬度(4550)HRC。2)接触加热自冷表面淬火，淬硬深度(0.20.25)mm,显微硬度600HM左右。这种淬火方法主要用于大型铸件导轨。6.4导轨的技术要求6.4.1表面粗糙度1)刮研导轨 刮研导轨具有接触好、变形小、可以存油、外观美等特点,但劳动强度大、生产率低。主要用于高精度导轨。刮研导轨轨面每25mm25mm面积内的接触点数不得少于表6-89的规定。表6-8 刮研导轨面25mm25mm内接触点数机床类别滑动导轨移置导轨镶条、压板滑动面每条导轨宽度mm250250100100级和级以上2016161212级1612121010级1088662)导轨 生产率高,是加工淬硬导轨唯一方法，磨削导轨表面粗糙度应达到的要求,见表6-9。接触面要求见表6-10。表6-9 磨削导轨表面粗糙度Ra机床类型动导轨固定导轨中小型大型重型中小型大型重型级和级以上0.20.4(0.10.2)0.40.8(0.20.4)0.8(0.4)0.10.2(0.050.1)0.20.4(0.10.2)0.4(0.2)级0.4(0.2)1.6(0.8)1.6(0.8)0.2(0.1)0.4(0.2)0.8(0.4)级0.8(0.4)1.6(0.8)1.6(0.8)0.4(0.2)0.8(0.4)1.6(0.8)注:1.滑动速度大于0.5时,粗糙度应降低一级(括号内数值)。2.淬硬导轨的表面粗糙度应降低一级(括号内数值)。表6-10 磨削导轨表面的接触指标(%)机床类型滑(滚)动导轨移置导轨全长上全宽上全长上全宽上级和级以上80707050级75606545级70506040注:1.宽度接触达到要求后,方能作长度的评定。2.镶条按相配导轨接触指标检验。6.4.2几何精度导轨的几何精度主要是指导轨的直线度和导轨间的平行度,垂直度等。具体相关的几何精度参阅有关机械的精度标准。本机构导轨精度取3级。6.5导轨设计和使用注意事项正确合理地设计和使用滚动直线导轨副,可以提高耐用度和精度保持性,减少维修和保养时间。为此,应注意如下事项:1)尽量避免力矩和偏心载荷的作用 本机构导轨精度取3级。本机构导轨精度取3级。否则,一部分滚珠承受的载荷,有可能超过计算Ca值时确定的许用接触应力,导致过早的疲劳破坏或产生压痕并出现振动,噪声,降低移动精度等现象。2)提高刚度,减少振动 适当预紧可以提高刚度,均化滚动体的受力从而提高寿命,并在一定程度上提高阻尼。但是预紧力过大会增加导轨副的摩擦阻力,增加发热,降低使用寿命。因此预紧力有其最佳值。滚动支承的阻尼较小,因此要尽可能使它承受恒定的载荷。有过大的振动和冲击载荷的场合不宜应用直线滚动导轨副。为了减少振动,可以在移动的工作台上加装减振装置。条件许可时可安装锁紧装置,加工时把不移动的工作台固定。3)降低加速度的影响 直线滚动导轨副的移动速度可以高达600m/min。起动和停止时,将产生一个力矩,使部分滚动体受载过大,造成破坏。因此,如果加速度较大,应采取以下措施:减轻被移动物体的质量,降低物体的重心,采取多级制动以降低加速度,在启动和制动时,增加阻尼装置等。4）导轨防护固定保护：利用导轨中移动件俩端的延长物保护导轨。刮屑板：利用毛毡或耐油橡胶制成与导轨形状相吻合的刮条，使之刮走落在导轨上的灰尘，切屑等。5）注意润滑和防尘 滚动导轨通常采用钠基润滑脂润滑。如果使用油润滑。应尽可能采用高拈度的润滑油。如果与其他机构同统一供油，则需附加滤油器。在油进入导轨前再经一道精细的过滤。为了防止异物浸入和润滑油泻出，产品出厂时滑块座两端均装有耐橡胶密封垫。第七章 重要零部件的设计7.1 联轴器7.1.1 联轴器的选择本文需要用联轴器来连接电机输出轴和分度装置中法兰盘的连接轴，可选用套筒式联轴器。套筒联轴器是一个整体套筒以销、键、花键或过盈配合将两连接轴。