河北理工大學信息學院 摘要 摘要本設(shè)計完成了小型立式加工中心機械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計并介紹了立式加工中心的一些基本概況。該機床再配置一個CNC系統(tǒng)就構(gòu)成了一臺完整的立式加工中心。在設(shè)計中主要對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件、進給傳動系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)和一些輔助裝置進行了選型及設(shè)計計算。（1）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件包括床身、立柱、工作臺、導(dǎo)軌的設(shè)計計算及選型。其中工作臺隨螺母旋轉(zhuǎn)而移動，其螺母是磨損元件。（2）進給傳動系統(tǒng)中滾珠絲杠副、伺服電機、滾珠絲杠軸上軸承以及伺服電機與進給絲杠的聯(lián)結(jié)的設(shè)計計算及選型。（3）主傳動系統(tǒng)中滑移齒輪、液壓缸結(jié)構(gòu)及主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算，主軸箱配重的設(shè)計及相關(guān)零件的強度校核。（4）輔助裝置中刀庫結(jié)構(gòu)選型設(shè)計及換刀機構(gòu)選型。關(guān)鍵詞滾珠絲杠；伺服電機；滑移齒輪；主軸箱配重AbstractAbstractAbstractThisdesignhasalreadyfinishedverticalmachiningcenterthedesignofmechanicalstructureparts.Somebasicconceptsandthegeneralknowledgeoftheverticalmachiningcenterwereintroducedinthisdesign.ThemachineinaCNCsystemcanconstituteacompleteverticalmachiningcenter.Inthedesignmainlydesignpartsofbasicstructure,transmissionsystemandthemaintransmissionsystem.(1)Infrastructurecomponentcomprisesabed,column,table,guidethedesigncalculationandtypeselection.Workingtablewithrotationofthenutandthenutismoved,thewearelement.(2)Thefeeddrivesystemofballscrew,aservomotor,aballscrewshaftbearingandtheservomotorandthefeedscrewconnectiondesigncalculationandtypeselection.(3)Inthemaintransmissionsystemofthedrivinggear,hydraulicoilcylinderstructureandspindlestructuredesigncalculation,spindleboxdesignandrelatedpartsofthestrengthcheck.(4)Auxiliarydeviceofknifelibrarystructuredesign,toolchangemechanismselection.Keywordsballscrew;servomotor;slidinggears;spindleboxcounterweight 目錄 目錄摘要 第1章緒論1.1小型加工中心概述數(shù)控加工中心機床是指配有刀庫和自動換刀裝置，能自動換刀，工件在一次裝卡后，可實現(xiàn)部分工序甚至全部工序的數(shù)控機床。目前主要有鏜銑類加工中心（習慣上簡稱為加工中心）和車削加工中心（習慣上簡稱車削中心）兩大類。鏜銑類加工中心是在數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。按主軸布置形式一般分為立式和臥式兩種形式。立式加工中心主軸是垂直的，主要用于重切削和精密加工，適合復(fù)雜型腔的加工。臥式加工中心的主軸是水平的，一般具有回轉(zhuǎn)工作臺，特別適合于箱體零件的加工。此外，今年來還發(fā)展了一種主軸可作垂直和水平轉(zhuǎn)換的立臥式加工中心，也稱復(fù)合加工中心或五面加工中心，可實現(xiàn)除安裝底面外的五個面的加工。車削中心是在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，再裝配上刀庫和換刀機械手。其也可分為立式和臥式兩類。與數(shù)控車床單機相比，其自動選擇和使用的刀具數(shù)量大大增加。立式加工中心主要是指主軸軸心線與工作臺垂直設(shè)置的加工中心。工作臺通常是長方形，且無分度回轉(zhuǎn)功能。下圖為立式加工中心的形式。主要適用于加工板類、盤類、模具及小型殼體類復(fù)雜零件。立式加工中心能完成銑、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，進行停機處理或修改；冷卻條件易建立，切削液能直接到達刀具和加工表面；三個坐標軸與笛卡兒坐標系吻合，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。與相應(yīng)的臥式加工中心相比，結(jié)構(gòu)簡單，占地面積較小，價格較低。按照加工中心的形態(tài)不同進行分類，可分為立式、臥式和五坐標加工中心。1、立式加工中心立式加工中心的主軸軸心線為垂直狀態(tài)配置，結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱式，工作臺為長方形，適合加工小型板類、盤類、殼體類零件。立式加工中心結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，價格底，配備各種附件后，可進行大部分工件的加工。2、臥式加工中心臥式加工中心的主軸軸心線為水平狀態(tài)配置，通常都帶有可進行分度回轉(zhuǎn)運動的工作臺，適合加工箱體類零件。它與立式加工中心相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、質(zhì)量大、價格亦高。3、五坐標加工中心五坐標加工中心兼具立式和臥式加工中心的功能，工件經(jīng)過一次裝夾后能完成除安裝面以外的所有側(cè)面和頂面等五個面的加工，因此也叫五面加工中心。常見的五坐標加工中心有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是主軸可以90°旋轉(zhuǎn)，另一種是工作臺可以90°旋轉(zhuǎn)。其中立式加工中心又可分類為：1）依據(jù)導(dǎo)軌分類：依據(jù)立式加工中心的各軸的導(dǎo)軌形式可分硬導(dǎo)軌及線導(dǎo)軌。硬導(dǎo)軌適合重切削，線軌運動更靈敏。2）依據(jù)轉(zhuǎn)速分類：立式加工中心主軸轉(zhuǎn)速6000-15000rpm為低速型，18000rpm以上為高速型。3）依據(jù)結(jié)構(gòu)分類：依據(jù)立式加工中心的床身結(jié)構(gòu)可分為C型及龍門型。1.2加工中心的主要優(yōu)點1、提高加工質(zhì)量工件一次裝卡，即可實現(xiàn)多工序集中加工，大大減少多次裝夾所帶來的誤差。另外，由于是數(shù)控加工，減少依賴操作者的技術(shù)水平，可得到相當高的穩(wěn)定精度。2、縮短加工準備時間加工中心可以頂替多臺通用機床，加工一個零件所需準備時間是每臺加工單元所損耗的準備時間之和。從這個意義上說，加工中心的準備時間顯然短很多。3、減少在制品以往的加工方式是工件流動于多臺通用機床之間，這就要有相當數(shù)量的在制品，而在加工中心上加工，即可發(fā)揮其“多工序集中”的優(yōu)勢，在一臺機床上完成多個工序，就能大大減少在制品數(shù)量。4、減少刀具費把分散設(shè)置在各通用機床上的刀具，集中在加工中心刀庫上，有可能用最少量的刀具，實現(xiàn)公共有效利用。這樣既提高刀具利用率，又減少了刀具數(shù)量。5、最少的直接勞務(wù)費有NC裝置實現(xiàn)多工序加工的信息集約化和一人多臺管理，以及用工作臺自動托盤交換裝置（AutomaticPalletChanger簡稱APC）等輔助裝置，實現(xiàn)夜間無人運轉(zhuǎn)。這些都可縮減直接勞務(wù)費。6、最少的間接勞務(wù)費工序集中，工件搬運和質(zhì)量檢查工作量都大為減少，這就使間接勞務(wù)費最少。7、設(shè)備利用率高加工中心設(shè)備利用率為通用機床的幾倍。另外，由于工序集中，容易適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)。1.3加工中心的發(fā)展趨勢隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進，對零件加工質(zhì)量的要求也越來越高。隨著社會對產(chǎn)品多樣化需求的增強，產(chǎn)品品種增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。這使得數(shù)控機床在生產(chǎn)中得到更廣泛的應(yīng)用，并不斷地發(fā)展。尤其是隨著柔性制造系統(tǒng)的迅猛發(fā)展和計算機集成制造系統(tǒng)的興起和不斷成熟，對機床CNC系統(tǒng)提出更高的要求。現(xiàn)代數(shù)控機床（加工中心）正在向更高速度、更高精度、更加高度自動化、更高可靠性及更完善的方向發(fā)展。1、高速度加工中心向高速度發(fā)展的主要目的是提高生產(chǎn)率，主要措施是提高主軸轉(zhuǎn)速、提高進給速率和縮短輔助時間等。2、高精度提高加工中心加工精度的主要措施是提高編程時的圓弧插補精度、機床定位精度和精度補償技術(shù)。3、高度自動化在現(xiàn)代數(shù)控機床上，裝有各種類型監(jiān)控、檢測裝置，實現(xiàn)了工件的自動檢測和刀具的監(jiān)控，從而提高了數(shù)控機床的自動化程度，保證了數(shù)控機床長時間工作時的產(chǎn)品質(zhì)量。4、可靠性的提高現(xiàn)代CNC系統(tǒng)大量采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，采用專用芯片或混合式集成電路，提高了集成度，減少了元器件數(shù)量，降低了功耗，提高了可靠性。5、采用自動程序編制技術(shù)現(xiàn)代機床CNC系統(tǒng)利用其自身很強的存儲及運算能力，把很多自動編程功能植入CNC系統(tǒng)。在一些新型的CNC系統(tǒng)中，還裝入了小型工藝數(shù)據(jù)庫，使得CNC系統(tǒng)不僅具有在線零件程序編制功能，而且可以在零件程序編制過程中，根據(jù)機床性能、工件材料及零件加工要求，自動選擇最佳刀具及切削用量。有的CNC系統(tǒng)還具有自適應(yīng)控制功能。第2章小型加工中心的機械結(jié)構(gòu)部分2.1設(shè)計機械結(jié)構(gòu)部分的主要參數(shù)工作臺尺寸：150×150mmXYZ行程：300×200×200mmXYZ軸最快移動速度：5m∕min脈沖當量：0.001mm∕pulse2.2機械結(jié)構(gòu)部分的組成小型加工中心的機械結(jié)構(gòu)主要由以下幾部分組成：1、基礎(chǔ)支承件由床身、立柱、工作臺和導(dǎo)軌等大件組成，是加工中心的基礎(chǔ)構(gòu)件，是機床的承載與支承的基體，它支承各構(gòu)件并為運動部件導(dǎo)向，使它們在靜止或運動中保持相對正確的位置。這些大件和部件要承受一定的重力、切削力、摩擦力、夾緊力以及相應(yīng)的彎矩和扭矩。它們可以是鑄鐵件，也可以是焊接鋼結(jié)構(gòu)件，均要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削載荷。故必須是剛度很高的部件，亦是加工中心質(zhì)量和體積最大的部件。2、進給傳動系統(tǒng)包括動力源、傳動件及進給運動執(zhí)行件——工作臺、刀架等。進給傳動系統(tǒng)的作用是將伺服驅(qū)動裝置的運動和動力傳給執(zhí)行件，實現(xiàn)進給運動。主要是協(xié)助完成加工表面的成形運動。3、主傳動系統(tǒng)包括動力源、傳動件及主運動執(zhí)行件——主軸等。主傳動系統(tǒng)的作用是將驅(qū)動裝置的運動及動力傳給執(zhí)行件，實現(xiàn)主切削運動。4、輔助裝置包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖不直接參與切削運動，但對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，也是加工中心不可缺少的部分。2.3機械結(jié)構(gòu)部分的特點小型加工中心是高精度、高效率的自動化機床。幾乎在任何方面均要求比普通機床設(shè)計得更為完善，制造得更為精密。小型加工中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計已形成自己的獨立體系，其主要結(jié)構(gòu)特點如下：1、靜、動剛度高數(shù)控機床要在高速和重負荷條件下工作，機床床身、底座、立柱、工作臺、刀架等支承件的變形都會直接或間接地引起刀具和工件之間的相對位移，從而引起工件的加工誤差。因此，這些支承件均應(yīng)具有很高的靜剛度和動剛度。2、抗振性好機床工作時可能產(chǎn)生兩種形態(tài)的振動：強迫振動和自激振動。數(shù)控機床在高速重切削情況下應(yīng)無振動，以保證加工工件的高精度和高的表面質(zhì)量，特別要注意的是避免切削時的自激振動，因此對數(shù)控機床的動態(tài)特性提出更高的要求。3、熱穩(wěn)定性好機床的熱穩(wěn)定性好是多方面綜合的結(jié)果。包括機床的溫升??；產(chǎn)生溫升后，使溫升對機床的變形影響??；機床產(chǎn)生熱變形時，使熱變形對精度的影響較小。4、靈敏度高數(shù)控機床通過數(shù)字信息來控制刀具與工件的相對運動，它要求在相當大的進給速度范圍內(nèi)都能達到較高的精度，因而運動部件應(yīng)具有較高的靈敏度。導(dǎo)軌部件通常用滾動導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等，以減少摩擦力，使其在低速運動時無爬行現(xiàn)象。工作臺、刀架等部件的移動，由交流或直流伺服電動機驅(qū)動，經(jīng)滾珠絲杠傳動，減少了進給系統(tǒng)所需要的驅(qū)動扭矩，提高了定位精度和運動平穩(wěn)性。5、自動化程度高、操作方便為了提高數(shù)控機床的生產(chǎn)率，必須最大限度地壓縮輔助時間。許多數(shù)控機床采用了多主軸、多刀架以及帶刀庫的自動換刀裝置等，以減少換刀時間。對于多工序的自動換刀數(shù)控機床，除了減少換刀時間之外，還大幅度地壓縮多次裝卸工件的時間。幾乎所有的數(shù)控機床都具備快速運動的功能，使空程時間縮短。第3章總體設(shè)計方案的擬定第3章總體設(shè)計方案的擬定3.1設(shè)計題目小型加工中心機械結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2主要內(nèi)容查閱相關(guān)資料，設(shè)計立式加工中心的機械結(jié)構(gòu)部分。包括：1、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件床身、立柱、工作臺、導(dǎo)軌的設(shè)計計算及選型；2、進給傳動系統(tǒng)中滾珠絲杠副、伺服電機、滾珠絲杠、滾珠絲杠上軸承以及伺服電機與進給絲杠的聯(lián)結(jié)的設(shè)計計算及選型；3、主傳動系統(tǒng)中主軸箱結(jié)構(gòu)、傳動齒輪、液壓缸結(jié)構(gòu)及主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計計算4、輔助裝置中刀庫結(jié)構(gòu)的選型設(shè)計及換刀機構(gòu)選型。3.3擬定總體設(shè)計方案1、擬定總體設(shè)計方案的設(shè)計原則1）總體布局流暢，結(jié)構(gòu)合理緊湊，實現(xiàn)機電一體化，外形美觀。2）結(jié)構(gòu)簡單，功能齊全，操作安全方便。3）滿足功能要求，造型要求，技術(shù)參數(shù)要求，便于制造，安裝和維護。2、擬定總體設(shè)計方案經(jīng)過收集了有關(guān)立式加工中心布局的各方面資料，確定如下布局方案：1）加工中心床身取T字型結(jié)構(gòu)，立柱固定在其上，床身與立柱都通過雙頭螺栓連接；2）工作臺為矩形工作臺，在床身導(dǎo)軌上做X、Y兩向移動；3）立柱采用封閉的箱型結(jié)構(gòu)，主軸箱內(nèi)采用滑移齒輪進行二級變速。主軸箱在立柱導(dǎo)軌上上下移動實現(xiàn)Z軸的進給運動、主軸箱配重采用鏈條、鏈輪機構(gòu)，配重置于立柱內(nèi)，使整體結(jié)構(gòu)緊湊、美觀；4）X、Y、Z三向?qū)к壘捎脻L珠絲杠導(dǎo)軌，三個進給方向通過伺服電機及聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而帶動工作臺作X、Y、Z三個方向的直線運動；5）機床電柜及操縱站放置在機床主機（正對機床）的右側(cè)，操縱者在機床右邊操作，刀庫及交換裝置放置在機床的左側(cè)，換刀裝置采用圓盤式換刀裝置；6）潤滑油冷卻液由外部液壓泵提供，設(shè)計中要留出液壓泵的安裝位置；7）整個機床用防護罩罩起來，有利于保護機床和操作人員，外形也相對美觀。根據(jù)以上布局形式的初步確定，立式加工中心的總體布局圖如下：圖3圖3小型加工中心的總體布局圖立式加工中心總體布局圖立式加工中心總體布局圖以上為本次設(shè)計的總體方案，在設(shè)計中會根據(jù)不同的實際問題和具體的情況做出改動，不斷完善此設(shè)計。第4章基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計第4章基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件通常是指構(gòu)成立式加工中心主體的那些功能部件，如床身部件、立柱部件和工作臺部件等?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)部件是機床的承載與支承的基體，它支承各構(gòu)件并為運動部件導(dǎo)向。這些部件要承受一定的重力、切削力、摩擦力、夾緊力以及相應(yīng)的彎矩和扭矩[5]。4.1床身的設(shè)計4.1.1床身的作用床身是整個加工中心的基礎(chǔ)支承件，一般用來放置導(dǎo)軌、主軸箱和工作臺等重要部件。為了滿足加工中心機床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動化要求，加工中心床身主要有以下兩大功能：1、支承作用即支承其它零部件，在機床承受切削時，承受著一定的重力、切削力、摩擦力、以及夾緊力；2、基準作用即保證機床在使用中或者長期使用后，能夠保證各部件之間正確的相互位置關(guān)系和相對運動軌跡。4.1.2床身的基本要求1、剛度要求在切削力、機床部件的和工件重量的作用下，床身本身與其它部件的接觸面就會產(chǎn)生形變，機床原有的幾何精度就會被破壞，從而給加工帶來誤差；如果床身的剛度不足，不僅會產(chǎn)生變形，還會產(chǎn)生爬行和振動，從而影響機床的定位精度及其它性能。因此床身要有足夠大的剛度。2、抗震性要求振動不僅會使機床產(chǎn)生噪聲，同時也會影響加工質(zhì)量，因此床身應(yīng)有足夠的抗震性，具有合乎要求的動態(tài)特性。3、熱變形要求機床工作時，電動機、傳動系統(tǒng)的機械摩擦及切削過程都會發(fā)熱，機床周圍環(huán)境溫度的變化也會引起床身溫度變換，產(chǎn)生熱變形。從而影響機床的工作精度和幾何精度。因此應(yīng)對床身的熱變形及熱應(yīng)力加以控制。4、內(nèi)應(yīng)力要求床身在鑄造、焊接以及粗加工過程中，材料內(nèi)部會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致變形。床身的設(shè)計應(yīng)從結(jié)構(gòu)、材料上保證其內(nèi)應(yīng)力要小，例如對于鑄造床身，各處金屬分布應(yīng)均勻，盡可能避免壁厚突然轉(zhuǎn)換的過度面。5、其它床身還應(yīng)該使排屑通暢，操作方便，吊運安全，切削液及潤滑油回收方便，加工及裝配工藝性好等。4.1.3床身結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選擇1、結(jié)構(gòu)設(shè)計床身是機床的關(guān)鍵基礎(chǔ)件之一，要求有足夠的靜、動剛度和精度保持性。為減少連接環(huán)節(jié)，增大支承件的重量，提高床身的剛性，通常都把它設(shè)計成整體件，并選擇穩(wěn)定性較好的橫截面形式。床身設(shè)計往往會受機床總體設(shè)計和工藝手段的制約在滿足總體設(shè)計要求的前提下，應(yīng)盡可能做到既要結(jié)構(gòu)合理、肋板布置恰當，又要保證良好的冷、熱加工工藝性。中、小型立式加工中心，一般都采用固定立柱式，把床身與支承立柱的底座連接在一起，構(gòu)成了一個整體床身，這類床身的加工工藝性、剛性、精度保持性都比較好。平面上的兩個坐標移動是由滑塊和工作臺實現(xiàn)的，床身結(jié)構(gòu)比較簡單[13]。本立式加工中心采用立柱全行程移動、工作臺固定。這樣不僅便于操作，易于配置NC轉(zhuǎn)臺，還可以有效提高生產(chǎn)效率。（下圖為某立式加工中心床身圖）圖4.1小型加工中心床身2、床身材料材料選擇灰鑄鐵HT250，因為灰鑄鐵的鑄造性能好，便于鑄成形狀復(fù)雜的零件，而且抗震性較好，價格也便宜，因此選用灰鑄鐵為床身的材料。由于鑄件在鑄造成型后，冷卻過程中會因為收縮造成內(nèi)應(yīng)力，而內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生會影響機床精度，是加工出的零件精度受到影響，所以要進行時效處理以消除內(nèi)應(yīng)力。床身鑄件的壁厚要均勻，拐角處要采取圓滑過渡，要有足夠大的清砂口，加工平面應(yīng)盡可能在一個平面內(nèi)以便加工。4.1.4床身的肋板布置和截面的形狀加工中心的靜剛度和適當?shù)墓逃蓄l率靠合理的截面形狀與尺寸、恰當?shù)睦甙宀贾脕慝@得。加工中心內(nèi)部肋板布置形式很多，歸納起來可分為縱向、橫向和斜向三大類?？v向肋板可以加強縱向抗彎強度；橫向肋板對提高抗扭剛度有顯著效果；斜向肋板對提高抗彎、抗扭剛度又較好的效果。雖然斜向肋板抗彎扭剛度綜合效果好一些，但考慮到斜向肋板鑄造工藝的復(fù)雜性及機床經(jīng)濟性要求，所以很少甚至根本不采用斜向肋板。當肋板厚度相同時，米字形肋板結(jié)構(gòu)的抗彎剛度接近與#字形肋板結(jié)構(gòu)，而抗扭剛度卻是井字形肋板結(jié)構(gòu)的兩倍。但制造工時卻比#字形肋板多2～3倍，而工藝性差。綜合考慮，本次設(shè)計采用了#字形肋板[13]。4.2立柱的設(shè)計4.2.1設(shè)計立柱的基本要求加工中心的立柱，隨臥式加工中心和立式加工中心的不同，其結(jié)構(gòu)形式亦不相同，但是他們既然是加工中心的立柱，就要支撐主軸箱，使之沿垂直方向上下移動。這就使它在承受切削力、振動、溫度變化等惡劣環(huán)境條件下進行工作。因此，立柱亦和床身一樣，是加工中心的主要基礎(chǔ)零部件，是主軸箱支承和導(dǎo)向的主體，要求具有足夠的構(gòu)建剛度和良好的抗震性以及熱變形性。為了滿足對立柱的這一要求，在設(shè)計結(jié)構(gòu)和肋板布局上，要有合理的安排。4.2.2立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計1、結(jié)構(gòu)設(shè)計由于立、臥式兩種加工中心結(jié)構(gòu)上的差異和受力不同等原因，通常把立式加工中心的立柱的橫截面設(shè)計成矩形或下正方形。米字型肋板，它的抗扭剛度比#字形肋板的高得多。只是米字型肋板的鑄造工時比#字形肋板多2~3倍。出于這種原因，本立柱，仍采用井字型肋板。平衡主軸箱重量的平衡重，一般設(shè)在立柱里腔，隨主軸箱的升降而升降。采用這種平衡方式的立式加工中心，其立柱內(nèi)腔是空的[13]。故本立柱內(nèi)腔是空的。在設(shè)計立柱時，還要考慮在運輸中固定平衡重的穩(wěn)妥可靠地方法。2、立柱的材料選擇立柱材料選為灰鑄鐵HT250，因為灰鑄鐵的鑄造性能好，便于鑄成形狀復(fù)雜的零件，而且抗震性較好，價格也便宜，因此選用灰鑄鐵為立柱的材料。由于鑄件在鑄造成型后，冷卻過程中會因為收縮造成內(nèi)應(yīng)力，而內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生會影響機床精度，是加工出的零件精度受到影響，所以要進行時效處理以消除內(nèi)應(yīng)力。立柱鑄件的壁厚要均勻，拐角處要采取圓滑過渡，要有足夠大的清砂口，加工平面應(yīng)盡可能在一個平面內(nèi)以便加工。4.2.3立柱導(dǎo)軌形式及精度1、導(dǎo)軌形式從工藝性角度考慮，采用平—平導(dǎo)軌形式。2、導(dǎo)軌精度本次設(shè)計的是高精度的中型立式加工中心，立柱導(dǎo)軌精度可取推薦值如下:直線度:0.006～0.015mm兩導(dǎo)軌扭曲度：0.01～0.015mm立柱底面對主導(dǎo)向面垂直度：小于0.01mm安裝滾動導(dǎo)軌基面的直線度：0.05～0.01mm[13]。4.2.4立柱與床身的聯(lián)結(jié)立柱與床身的聯(lián)結(jié)，一般采用螺栓緊固和圓錐銷定位方式。為了提高圓錐銷的定位效果，必須用專用圓錐銷。它是根據(jù)所用錐鉸刀的實際錐角，配磨圓錐銷，以提高圓錐銷在圓錐孔內(nèi)的接觸效果。標準圓錐銷，因與實際錐鉸刀有角度差別，接觸效果不理想，故在關(guān)鍵定位部位不能用標準圓錐銷，而必須用專用圓錐銷。為了提高立柱與床身的聯(lián)結(jié)剛度，通常采用如下措施：1）采用預(yù)緊力螺栓聯(lián)結(jié)時，應(yīng)使結(jié)合面保持在不小于2Mpa的預(yù)緊力。2）提高有效接觸面積的平面度，減小接觸面的粗糙程度值，以提高結(jié)合強度。通常采用刮研或磨削手段來實現(xiàn)。3）增加局部剛度在緊固螺栓位置處，加大加厚凸緣或增添加強肋[13]。4.3工作臺的設(shè)計工作臺乃是加工中心最重要的零部件，它是工件和夾具安裝的基準。其精度和剛性都會直接影響到工件的加工質(zhì)量。該部件要承受工件的夾緊力和加工過程中產(chǎn)生的切削力、彎矩和轉(zhuǎn)矩。因此要求工作臺及工作臺部件有較高的精度和剛度[5]。4.3.1工作臺的設(shè)計尺寸圖立式加工中心和臥式加工中心的工作臺結(jié)構(gòu)形式是不同的。立式加工中心的工作臺不作分度運動，其形狀一般為長方形，臺面采用T型槽形式[13]，如下圖所示。1、2、3、5槽為裝夾用T型槽，4槽為基準T型槽。工作臺設(shè)計參數(shù)：350×350mm根據(jù)立式加工中心工作臺寬度尺寸系列及工作臺長度尺寸系列，設(shè)計工作臺尺寸如圖：圖4.2工作臺T型槽形狀如圖：圖4.3第4槽圖4.4第1、2、3、5槽4.3.2工作臺的其他結(jié)構(gòu)設(shè)計1）為了安裝方便，使零件盡量減少，我們采用工作臺在導(dǎo)軌上滑動的形式，所以需要在工作臺上鉆出油孔和油槽，以便于潤滑。2）為了安裝方便，Y向絲杠螺母座采用的是與工作臺分離式結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。3）為了防止切屑落入螺紋孔中影響螺釘?shù)陌惭b，用橡膠塞堵住。4）防止切屑對導(dǎo)軌影響，安裝防護板，大小由加工中心工作需求而定，其具體尺寸見裝配圖。5）防止切屑對防護罩影響，在工作臺兩邊加擋板。4.3.3工作臺的材料工作臺材料選用HT250。因為灰鑄鐵的鑄造性能好，便于鑄成形狀復(fù)雜的零件，而且抗震性較好，價格也便宜，因此選用灰鑄鐵為工作臺的材料。由于鑄件在鑄造成型后，冷卻過程中會因為收縮造成內(nèi)應(yīng)力，而內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生會影響機床精度，是加工出的零件精度受到影響，所以要進行時效處理以消除內(nèi)應(yīng)力。工作臺鑄件的壁厚要均勻，拐角處要采取圓滑過渡，要有足夠大的清砂口，加工平面應(yīng)盡可能在一個平面內(nèi)以便加工。4.4導(dǎo)軌的設(shè)計4.4.1導(dǎo)軌的功用及要求機床導(dǎo)軌的功用是起導(dǎo)向及支承作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)形式等對機床的加工精度和承載能力有直接影響。為了保證數(shù)控機床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導(dǎo)軌具有較高的導(dǎo)向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運動平穩(wěn)性，同時應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、調(diào)整和維護。對導(dǎo)軌設(shè)計的具體要求如下：1、導(dǎo)向精度導(dǎo)軌在空載和在切削時都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度。也就是運動部件沿著導(dǎo)軌運動時的直線度，以及與有關(guān)基面間的相對位置的準確性。2、精度保持性精度保持性是導(dǎo)軌設(shè)計的關(guān)鍵，也是衡量機床質(zhì)量好壞的關(guān)鍵指標之一，精度保持性主要是有導(dǎo)軌的耐磨性決定的，它與導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌材料、制造導(dǎo)軌的方法以及受力情況有關(guān)。3、低速運動的平穩(wěn)性導(dǎo)軌低速運動的平穩(wěn)性，是指要保證導(dǎo)軌在低速運動或微量位移時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。它與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)與潤滑、動靜摩擦系數(shù)的差值以及傳動導(dǎo)軌運動的傳動機構(gòu)的剛度有關(guān)。4、剛度導(dǎo)軌受力后變形會影響各個部件之間的相對位置和導(dǎo)向精度，因此，要求導(dǎo)軌油足夠的剛度。5、結(jié)構(gòu)工藝性在滿足設(shè)計要求的前提下，應(yīng)盡量做到加工、裝配和維修方便，成本低廉等。6、移動靈敏度和定位精度移動靈敏度指工作臺完成一次移動能達到的最短距離。定位精度指工作臺按要求由運動狀態(tài)停止在某一指定點的能力。靈敏度和定位精度與導(dǎo)軌類型、摩擦特性、運動速度、傳動系統(tǒng)剛度、移動件質(zhì)量等因素有關(guān)。7、振動性和穩(wěn)定性對于閉式控制的數(shù)控機床，不僅要求導(dǎo)軌的起動、制動跟蹤靈敏度高，還要求有適當?shù)恼硿枘崽匦?，以防止在起動、制動過程中發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。8、對溫度變化的適應(yīng)能力環(huán)境溫度變化和局部熱源產(chǎn)生的不均勻的溫度場，都會引起導(dǎo)軌變形，導(dǎo)軌應(yīng)有較好的適應(yīng)能力。4.4.2導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型加工中心的伺服進給系統(tǒng)無論是靜態(tài)誤差還是動態(tài)誤差都與導(dǎo)軌的摩擦力有關(guān)。因此數(shù)控機床、加工中心要求機床的導(dǎo)軌剛性好，運動平穩(wěn)，精度高，有良好的起動特性：高速無沖擊，低速無爬行，運動方向變化時響應(yīng)速度快、靈敏。能滿足上述要求的有滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌。目前，加工加工中心中用得最多的是滑動導(dǎo)軌與滾動導(dǎo)軌這兩種。滾動導(dǎo)軌的最大優(yōu)點是摩擦系數(shù)小，動靜摩擦系數(shù)很接近。因此，運動靈活，運動所需功率小，摩擦發(fā)熱少，磨損小，精度保持性好，低速運動平穩(wěn)性好，一般沒有爬行現(xiàn)象，移動精度和定位精度較高。此外，滾動導(dǎo)軌潤滑簡單（可用脂潤滑），維護比較方便（只需更換滾動體），高速運動時不會像滑動導(dǎo)軌那樣因動壓效應(yīng)而浮起。根據(jù)設(shè)計要求本設(shè)計選用直線滾動導(dǎo)軌。直線滾動導(dǎo)軌副是由長導(dǎo)軌和帶有滾珠的滑軌組成；在所有方向都承受載荷；通過鋼球的過盈配合能實現(xiàn)不同的預(yù)載荷，使機床設(shè)計、制造方便。直線滾動導(dǎo)軌副的工作原理：導(dǎo)軌條是支承導(dǎo)軌，滑塊裝在移動件上，滑塊中裝有4組滾珠，在導(dǎo)軌條和滑塊的直線滾道內(nèi)滾動。當滾珠滾到滑塊的端點，經(jīng)端面擋板和回珠孔返回另一端，再次進入循環(huán)。4組滾珠和各自的滾道相當于4個直線運動的角接觸球軸承。由于滾道的曲率半徑略大于滾珠半徑，在載荷作用下接觸區(qū)為橢圓。可以從油嘴注入潤滑脂。密封墊用來防止灰塵進入軌道。其結(jié)構(gòu)如下圖：圖4.5直線滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖1.滾珠2.回珠孔3.密封墊4.端面擋板5.滑塊6.油嘴7.導(dǎo)軌條8.密封墊4.4.3滾動導(dǎo)軌的材料對導(dǎo)軌材料的要求：1、良好的耐磨性在導(dǎo)軌不封閉，動導(dǎo)軌頻繁停歇和反向，潤滑不良的情況下，導(dǎo)軌面的磨損較快而且不均勻。故要有良好的耐磨性。2、良好的摩擦特性在設(shè)計滑動導(dǎo)軌時，為避免在低速運動時出現(xiàn)爬行，除合理選用潤滑劑及加強傳動系統(tǒng)的剛度以外，要求導(dǎo)軌副的靜摩擦和動摩擦系數(shù)差以及滑動速度隊動摩擦系數(shù)的影響都要小。3、良好的尺寸穩(wěn)定性導(dǎo)軌在加工和使用過程中，殘余應(yīng)力引起的變形，溫度和溫度變化，都會影響幾何尺寸的穩(wěn)定性。4、工藝性好，成本低。故綜合各方面因素，滾動導(dǎo)軌材料選用鉻軸承鋼（GCr15），其硬度為60~62HRC，其特點是承載能力大，耐磨性好，而且整體淬火硬化層深，接觸強度高，偶然接觸時不宜產(chǎn)生凹坑，尺寸穩(wěn)定性也好，適用于大載荷，有預(yù)加載荷，有沖擊載荷，不易防護的導(dǎo)軌和高精度導(dǎo)軌，應(yīng)用范圍廣。4.4.4直線滾動導(dǎo)軌的技術(shù)要求加工中心上使用的直線滾動導(dǎo)軌，一般選用精密級（D級）。有關(guān)這種導(dǎo)軌的精度標準，在制造廠發(fā)行的樣本資料中可查到。安裝直線滾動導(dǎo)軌的安裝基面精度，必須等同于或高于導(dǎo)軌精度。安裝精密級直線滾動導(dǎo)軌的安裝基面，平面度一般取0.01mm以下，二個側(cè)定位面之間的平行度一般取0.015mm左右，側(cè)定位面對底平面安裝面的垂直度為0.005mm。4.4.5滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算計算與說明主要結(jié)果查《機械設(shè)計師手冊》（下冊）表29-26選擇HJG-D25AA型直線滾動導(dǎo)軌。1．導(dǎo)軌長度的計算根據(jù)工作臺尺寸以及行程，查《機械設(shè)計師手冊》知：X向：取動導(dǎo)軌L=450mm，動導(dǎo)軌不伸出，故取靜導(dǎo)軌2．滾動體的尺寸數(shù)量選取滾珠直徑d=9mm，滾珠數(shù)目：(4-1)取Z=80F—每條導(dǎo)軌所承受的載荷（N）d—滾珠直徑（mm）3．導(dǎo)軌壽命驗算由《機械設(shè)計師手冊》（下冊）表29-21查得：導(dǎo)軌壽命：(4-2)式中：L—額定壽命（km）；C—基本額定動載荷（kN），查《機械設(shè)計師手冊》（下冊）表29-26得C=17.5kN；Fc—計算載荷（kN）；—硬度系數(shù)，按《機械設(shè)計師手冊》圖29-30選取1；—溫度系數(shù)，按《機械設(shè)計師手冊》圖29-31選取1；—接觸系數(shù)，按《機械設(shè)計師手冊》表29-29選取0.81；—工況系數(shù)，按《機械設(shè)計師手冊》表29-30選取1.5；X向?qū)к墸?4-3)(4-4)式中：——額定壽命（h）；——額定壽命（km）；——行程長度0.55km；——每分鐘往復(fù)次數(shù)，取8次。則：約6年Y向?qū)к墸杭s6.45年Z向?qū)к壋惺艿妮d荷小于X方向，故選HJG-D25AA型導(dǎo)軌足夠。4．滾動導(dǎo)軌預(yù)加載荷分析具體情況選中預(yù)加載荷885/1035HJG-D25AA型球直線滾動導(dǎo)軌=450mm=1000mmd=9mmZ=80=1=1=0.81=1.5約6年X、Y、Z都選擇HJG-D25AA型導(dǎo)軌第5章進給傳動系統(tǒng)的設(shè)計動體沿著反向器不斷循環(huán)，從而實現(xiàn)周而復(fù)始的滾動運動。即從滾動摩擦代替了滑動摩擦。5.2.3滾珠絲杠副的優(yōu)點滾珠絲杠副與普通絲杠副相比較有如下幾個方面的優(yōu)點：1、傳動效率高滾珠絲杠副的機械效率可達90%以上，比普通梯形絲杠副的高2~4倍，其驅(qū)動轉(zhuǎn)矩較普通絲副可減少2/3~3/4。2、靈敏度高，傳動平穩(wěn)由于滾珠絲杠副是滾動摩擦，動、靜摩擦系數(shù)相差極小。因此無論是在靜止時還是在低速、高速傳動時摩擦轉(zhuǎn)矩幾乎不變。3、磨損小，壽命長滾珠絲杠副的主要零件采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，其滾道表面淬火硬度達到60~62HRC，并有較低的表面粗糙度，再者由于滾動摩擦的磨損很小，因而具有良好的耐磨性，可以高速運行。4、可消除軸向間隙，提高軸向精度在滾珠絲杠副中可以用預(yù)加載荷的方式，使反向時無空行程，還可以用預(yù)拉伸絲杠的辦法提高絲杠的系統(tǒng)剛度和減少絲杠的熱伸長，以提高其軸向剛度。5.3滾珠絲杠副的設(shè)計計算工作臺行程XYZ:600×400×400mm,工作臺重量為1000N，工件及卡具重量4000N，工作臺導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)，靜摩擦因數(shù)，快速進給速度，全程定位精度8，重復(fù)定位精度6，要求壽命20210h（兩班制十年），可靠度97%，各工況情況如下表5表5各工況明細表切削方式縱向切削力垂直切削力進給速度工作時間百分比%絲杠軸向載荷絲杠轉(zhuǎn)速強力切削202112000.610272060一般切削10005000.830165080精密切削5002001501120100快速進給0015106001500計算與說明主要結(jié)果主要參照《機械設(shè)計手冊》第五版第三卷1．初步確定絲杠導(dǎo)程（mm）由于伺服電機與絲杠直接聯(lián)接，由表12-1-40中式（1），且，(5-1)2．確定當量轉(zhuǎn)速與當量載荷F1）由表12-1-40式（1）可得由，，，可得：2）各種切削方式下，絲杠軸向載荷(5-2)——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；——移動部件重量；——密封阻力（很小可忽略）；取=0.1，，，，，，N代入公式(4)得：，，，3）當量轉(zhuǎn)速由表12-1-40式（4）(5-3)由，，，，，，代入公式(5)得：4）當量載荷由表12-1-40式（2）(5-4)將已知數(shù)帶入公式(6)得：3．預(yù)期額定動載荷1）按預(yù)期工作時間估算，由表12-1-40式（5）(5-5)——載荷系數(shù)，——精度系數(shù)，——可靠性系數(shù)：預(yù)期工作壽命（h）查表12-1-43：取1.3，查表12-1-41：取1，查表12-1-42：取0.44所以2）擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副查表12-1-44：取4.5，且取較大值故預(yù)期值4．確定允許的最小螺紋底徑1）估算絲杠允許的最大軸向變形量由表12-1-40式（8），由表12-1-40式（9），重復(fù)定位精度取6，定位精度取8（2）估算最小螺紋底徑絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定支撐方式。由表12-1-40式（10）(5-6)式中：L—兩個固定支撐間距，—導(dǎo)軌靜摩擦力a—支撐方式系數(shù)，兩端固定取0.039（—導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)；W—移動部件重）X向行程：550mm則：??；所以：5．確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號1）選內(nèi)循環(huán)浮動反向法蘭，直筒雙螺母墊片預(yù)緊形式，2）由計算出的，，選擇絲杠型號FFZD4010-36．確定滾珠絲杠副預(yù)緊力，由表12-1-40式（13）得：，取7．行程補償值由表12-1-40式（14）得：(5-7)式中：——溫度變化值2~3；——滾珠絲杠副的有效行程；=550+（8~14）×10mm取，=2.5所以預(yù)拉伸力8．確定滾珠絲杠副支承用的軸承型號規(guī)格1）軸承所受的最大軸向載荷2）軸承類型兩端固定的支承形式，選擇正面接觸（DF）7206B角接觸球軸承。3）軸承內(nèi)徑略小于取=30mm4）軸承預(yù)緊力(5-8)5）按樣本選軸承型號規(guī)格預(yù)加負荷取預(yù)加負荷為29009．根據(jù)工作圖確定絲杠全長（工作圖見總裝配圖）1）絲杠螺紋長度(5-9)——余量，查表得40mm則：2）兩固定端支承距離3）絲杠全長4）行程起點離固定端距離10．滾珠絲杠副臨界轉(zhuǎn)速的計算由表12-1-40式（16），支承系數(shù)（表12-1-47），(5-10)則：合格。11．滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性驗算因最大軸向載荷小于絲杠預(yù)拉伸力，絲杠不會受壓，不用驗算。按表12-1-40式（19）驗算抗拉強度，(5-11)遠低于鋼材許用拉應(yīng)力。12．系統(tǒng)剛度驗算及粒度選擇（對兩端固定支撐）1）滾珠絲杠副的拉壓剛度是隨螺母在絲杠上的位置而變化的，最大值在端部（螺母至固定支撐距離最小時，即），而螺母處于兩支承點中部時（即）剛度最小。由表12-1-40式（）(5-12)(5-13)2）支承軸承的組合剛度軸承樣本，鋼球數(shù)，由公式得由表12-1-46對兩端固定并預(yù)緊的軸承3）滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度按表12-1-40式（）：(5-14)4）由表12-1-40式（20）可得R的最大和最小值：(5-15)(5-16)5）傳動系統(tǒng)的最小剛度（空載運轉(zhuǎn)時）靜摩擦力N，重復(fù)定位精度即反向差值，為6，則：(5-17)，滿足重復(fù)定位要求。6）傳動系統(tǒng)的定位誤差(5-18)任意300mm內(nèi)行程變動量對半閉環(huán)系統(tǒng)而言選絲杠精度等級為3級，，可用。13．最終確定滾珠絲杠副的規(guī)定代號FFZD型，，，P類3級精度，標記為FFZD4010-3-P3Y向和Z向上滾珠絲杠的選擇和校核同上。型號為FFZD4010-3-P3，具體尺寸見裝配圖。取較大值取FFZD4010-3選7206B型角接觸球軸承=30mm合格遠低于鋼材許用拉應(yīng)力強度合格可用X向絲杠選FFZD4010-3-P3Y向和Z向也選FFZD4010-3-P35.4伺服電機的選擇5.4.1伺服電機的選型條件所選伺服電機，應(yīng)滿足下列條件：1、在所有進給調(diào)速范圍內(nèi)（包括快速移動），空載荷進給力矩應(yīng)小于電動機額定轉(zhuǎn)矩；2、最大切削力矩小于電機額定轉(zhuǎn)矩；3、加速時間應(yīng)符合所希望的時間常數(shù)；4、快速進給頻率在希望值以內(nèi)。5.4.2X向伺服電機的選擇1、最高轉(zhuǎn)速的選擇伺服電機最高轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)進給系統(tǒng)的快速進給速度絲杠螺距及傳動系統(tǒng)的減速比來確定，計算式為：(5-19)式中V——表示工作臺要求的快速進給速度，取I——傳動系統(tǒng)減速比,因是直聯(lián)i=1P——絲杠螺距，取K——裕度系數(shù)(可取1~1.5)取K=1.22、位置反饋編碼器的選擇位置反饋編碼器的選擇應(yīng)根據(jù)機床所需的最小移動單位，絲杠螺距及減速比為參數(shù)確定。其計算公式為：(5-20)式中I——編碼器的分辨率P——絲杠螺距i——減速比故——最小移動單位，3、負載轉(zhuǎn)矩計算實際機床上，由于存在傳動效率和摩擦系數(shù)因素，滾珠絲杠克服外部載荷P作等速運動所需力矩。由《加工中心設(shè)計與應(yīng)用》知負載轉(zhuǎn)矩：(5-21)式中：——等速運動時的驅(qū)動力矩（N.mm）——雙螺母滾珠絲杠的預(yù)緊力矩其中：——滾珠絲杠預(yù)緊力矩系數(shù)0.1~0.2，取0.2。——預(yù)緊力，——絲杠導(dǎo)程，=10mm——克服軸向外載荷所需的力矩其中：P——加在絲杠軸向的外載荷，取最大為2720N——滾珠絲杠的正效率0.90~0.95，取=0.95——起動力矩，由《加工中心設(shè)計與應(yīng)用》表6-8查得：所以：由《機電一體化設(shè)計手冊》表1.2-30選擇北京機床研究所最新開發(fā)，為驅(qū)動機床伺服機構(gòu)而專門設(shè)計的FANUC—BESK系列直流伺服電動機B8型伺服電機其參數(shù)為：輸出功率額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩最高轉(zhuǎn)速4、慣量匹配計算通常在電動機慣量與負載慣量（折算至電機機軸)之間。推薦下列匹配關(guān)系：(5-22)1）聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量根據(jù)絲杠軸部直徑,選d=22mm,D=90mm的彈性膜片聯(lián)軸器JMI1由《機械設(shè)計手冊》表6-2-31，查得：2）絲杠折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)，長度1000mm由《機床設(shè)計手冊-3》表6.6-28查得：轉(zhuǎn)動慣量為0.01518故3）工作臺的轉(zhuǎn)動慣量由《機床設(shè)計手冊-3》表6.6-29，可知100kg的工作臺折算到的絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量為：4）傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量(5-23)5）電機的轉(zhuǎn)動慣量由《加工中心設(shè)計與應(yīng)用》查得：6）慣量匹配計算：即：符合慣量匹配關(guān)系.5、伺服電機的加減速能力校核快速移動加速時其最大轉(zhuǎn)矩下按下列公式計算:(5-24)式中：——快速移動時的電機轉(zhuǎn)速——加減速時間——系統(tǒng)開環(huán)增益常取8~25一般取現(xiàn)取則：——負載慣量——電機慣量則：所以所選伺服電機滿足要求。5.4.3Y向和Z向伺服電機的選擇選擇方法同X向伺服電機的選擇，選擇同一款伺服電機。5.5絲杠上軸承的校核校核受力最大時軸承的壽命，1、計算當量載荷(5-25)其中：——軸承所受徑向載荷；——軸承所受軸向載荷；——徑向載荷系數(shù)；——軸向載荷系數(shù)；，查《機械設(shè)計手冊》單行本表6-2-58得：，所以：2、軸承壽命計算7206B/DF角接觸球軸承，=33.2KN；查《機械設(shè)計手冊》單行本中表6-2-11取溫度系數(shù)；查表6-2-10，取載荷性質(zhì)系數(shù)。由公式：(5-26)該類型軸承適合。5.6聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是機械傳動系統(tǒng)中的重要組成部分，用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。廣泛的應(yīng)用于冶金、化工、機械、車船、電子、飛機等工業(yè)部門。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。聯(lián)軸器的選擇原則：選擇聯(lián)軸器時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的載荷性質(zhì)，軸的轉(zhuǎn)速，兩被連接軸的軸線位置偏差，傳動精度等選擇聯(lián)軸器型號。根據(jù)被連接軸的直徑，轉(zhuǎn)速和傳遞扭矩選擇聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸。具體選擇時應(yīng)考慮以下幾點：1、原動機和工作機的機械性能原動機的類型不同，其輸出的功率和轉(zhuǎn)速，有的平穩(wěn)恒定，而有的卻是波動的。而各種工作機的載荷性質(zhì)差異更大，有的平穩(wěn)，有的有沖擊或震動。這將直接影響聯(lián)軸器的類型的選擇，是選型的首要依據(jù)之一。對于載荷平穩(wěn)的，可選用剛性聯(lián)軸器，否則選用彈性聯(lián)軸器。2、聯(lián)軸器聯(lián)接的軸系及其運動情況對于聯(lián)接軸系質(zhì)量大，轉(zhuǎn)動慣量大。而又經(jīng)常啟動、反轉(zhuǎn)或變速的，應(yīng)考慮選用承受較大瞬時載荷并能緩沖吸振的彈性聯(lián)軸器。3、工作機的轉(zhuǎn)速高低對于需要高速運轉(zhuǎn)的聯(lián)軸器聯(lián)接，應(yīng)考慮選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)具有高平穩(wěn)精度的特性。其中膜片聯(lián)軸器對高速適應(yīng)性較好。4、聯(lián)軸器的隊中和隊中保持特性保持良好的隊中是使運轉(zhuǎn)正常的前提，防止產(chǎn)生過大附加載荷及其他不良工況。5、聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及工作特性聯(lián)軸器的外形尺寸、安裝、拆卸所需的空間大小和難易程度以及對維護的要求等都應(yīng)與聯(lián)接機組的具體配置位置和要求相適應(yīng)。6、聯(lián)軸器的可靠性，使用壽命和工作黃金對于要求運轉(zhuǎn)可靠，不允許運轉(zhuǎn)工作臨時中斷的傳動，最好選用不許潤滑，無非金屬彈性元件的聯(lián)軸器。有灰塵、潮濕的環(huán)境，應(yīng)用有罩殼的聯(lián)軸器。7、聯(lián)軸器的制造、安裝和維護的成本在滿足使用要求的條件下，應(yīng)使選擇的聯(lián)軸器成本低，不需維護以降低維修費用。綜合考慮聯(lián)軸器的選用原則，聯(lián)系具體情況，立式加工中心絲杠與伺服電機的聯(lián)軸器選用彈性膜片聯(lián)軸器。膜片聯(lián)軸器是靠膜片的彈性變形來補償所聯(lián)接兩軸相對位置的偏差，是一種高性能的彈性元件撓性聯(lián)軸器，不用潤滑，結(jié)構(gòu)較緊湊，強度高，使用壽命長，無旋轉(zhuǎn)間隙，不受濕度和油污的影響，適用于高溫、高熱、高腐蝕介質(zhì)的工況環(huán)境。選擇型號為JMI1型彈性膜片聯(lián)軸器。河北結(jié)論結(jié)論在畢業(yè)之前的最后一個學期，我們進行了此次畢業(yè)設(shè)計。本次工作任務(wù)是完成一臺立式加工中心機械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計，在設(shè)計中主要涉及以下幾方面內(nèi)容：機床結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作臺的設(shè)計、絲杠的選型設(shè)計、伺服電機的選擇、導(dǎo)軌的選型設(shè)計、主軸的設(shè)計、配重裝置的設(shè)計等。在此次設(shè)計過程中，我查閱了大量與立式加工中心有關(guān)的資料，為本次的設(shè)計打下了良好的理論基礎(chǔ)，在設(shè)計中還參閱了國內(nèi)外的各知名廠家的產(chǎn)品樣本、材料，使所設(shè)計的立式加工中心更接近實際情況，充分做到理論與實際相結(jié)合。在以前所學習的課程中，我對加工中心有了一定的了解，而在這次設(shè)計中，我通過查閱相關(guān)資料，借閱各種專業(yè)書籍，對所學知識有了更近一步的了解，在所選擇的結(jié)構(gòu)中，不僅要考慮它們的實用性，還要考慮它們的經(jīng)濟性等。對所選擇的部件有的還需要校核以滿足要求，在這次畢業(yè)設(shè)計中我學到了許多課本上未學到的知識，同時也鍛煉了我的實際設(shè)計能力，使我受益匪淺。此次畢業(yè)設(shè)計時間雖然只有一個學期，但從中學到的東西會使自己受益一生。對于設(shè)計中的不足之處，還懇請批閱的老師給予批評指正。參考文獻參考文獻參考文獻[1]成大先.機械設(shè)計手冊[M].5版.北京：化學工業(yè)出版社，2021.11.[2]文懷興，夏田.數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2021.5.[3]楊黎明.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2021.1.[4]陸玉.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].4版.北京：機械工業(yè)出版社，2021.12[5]許祥泰，劉艷芳.加工中心實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2021.10.[6]劉文波，段智敏，陳白寧.數(shù)控機床結(jié)構(gòu)、原理與編程技術(shù)[M].沈陽：東北大學出版社，2021.8.[7]李建功.機械設(shè)計[M].4版.北京：機械工業(yè)出版社，2021.5.[8]馬海榮.幾何量精度設(shè)計與檢測.北京：機械工業(yè)出版社，2021.1.[9]吳宗澤.機械設(shè)計師手冊（上、下冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2021.1.[10]王永廉.材料力學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2021.7.[11]沙杰.加工中心結(jié)構(gòu)調(diào)試與維護[M].北京：機械工業(yè)出版社，2021.[12]聞邦椿.機械設(shè)計手冊[M].5版.北京：機械工業(yè)出版社，2021.[13]廉元國，張永洪.加工中心設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.[14]余夢生，吳宗澤.機械零部件手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.6.[15]《機床設(shè)計手冊》編寫組.機床設(shè)計手冊（第三冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1986.12.[16]成大先.機械設(shè)計圖冊（上、下冊）[M].北京：化學工業(yè)出版社，2021.12.[17]W.T.Lei,Y.Y.Hsu,Accuracyenhancementoffive-axisCNCmachinesthroughreal-timeerrorcompensation,InternationalJournalofMachineToolsandManufacture43(9)(2021)871–877.[18]S.-M.Wang,H.J.Yu,H.W.Liao,Anewhigh-efficiencyerrorcompensationsystemforCNCmulti-axismachinetools,InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology28(2021)518–526.

引力波的實驗探測給我們的啟示摘要：引力理論的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)百年，從牛頓到愛因斯坦，從萬有引力定律到廣義相對論。在這過程中，科學家們引力波的預(yù)言質(zhì)疑不休、爭論不止。而引力波的實驗探測無疑證明了一切。引力波的發(fā)現(xiàn)，彌補了愛因斯坦的廣義相對論的漏洞，也確定了他的理論的正確。這是人類史上出現(xiàn)的又一契機，它將為人類社會帶來重大變革?！捌莆濉笔侵袊鴤鹘y(tǒng)迎財神的日子。2016年的這一天，卻一個讓全世界物理學界沸騰的日子，甚至許多的物理學家為之痛哭流涕——被預(yù)言已經(jīng)百年的引力波，終于被探測到了。引力是什么？在今天人們所知道的物質(zhì)的四種基本相互作用中，引力作用為最弱。四種相互作用按作用強度比例順序是：強相互作用(1),電磁相互作用(10),弱相互作用(10),引力相互作用(10)。因此，在研究基本粒子的運動時，引力一般略去不計。但在天文學領(lǐng)域內(nèi)，由于涉及的對象的質(zhì)量極其巨大，引力就成為不僅支配著天體的運動，而且往往是天體的結(jié)構(gòu)和演化的決定因素。引力并不是一種所謂的“力”，而是一種屬性。牛頓在1687年出版的《自然哲學的數(shù)學原理》一書中首次提出萬有引力定律，基于此，他結(jié)識了彗星的運動軌道和地球上的潮汐現(xiàn)象，并根據(jù)萬有引力定律成功地預(yù)言并發(fā)現(xiàn)了海王星。萬有引力定律出現(xiàn)后，才正式把研究天體的運動建立在力學理論的基礎(chǔ)上，從而創(chuàng)立了天體力學。簡單的說，質(zhì)量越大的東西產(chǎn)生的引力越大，地球的質(zhì)量產(chǎn)生的引力足夠把地球上的東西全部抓牢。1905年，愛因斯坦提出狹義相對論，突破了絕對時間和絕對空間的概念，否定了瞬時超距作用，從根本上動搖了建立在這些舊觀念基礎(chǔ)上的牛頓引力理論。經(jīng)過十年的探索后，愛因斯坦于1915年提出了迄今為止最成功的近代引力理論——廣義相對論。廣義相對論中，引力被歸咎于時空的彎曲。這種彎曲是由物質(zhì)造成的，物質(zhì)的質(zhì)量越大，所形成的扭曲也就越嚴重。但是這種彎曲，對于人類來說根本感知不到，一是因為人類伴隨這種彎曲一起彎曲了，而是由于這種彎曲太微小。大質(zhì)量物體發(fā)生的扭曲引起了震動，而這種震動，就是引力波?？茖W家們通過探測這種時空震蕩，來證實引力波的存在。早在1916年，愛因斯坦在廣義相對論中就預(yù)言了引力波的存在。而科學家們普遍認為，這次LIGO這一發(fā)現(xiàn)是愛因斯坦相對論實驗驗證中最后一塊缺失的“拼圖”，證實了愛因斯坦廣義相對論的正確性，彌補了愛因斯坦的廣義相對論的漏洞，驗證了已故科學家愛因斯坦的預(yù)言。探測的儀器叫做邁克爾遜干涉儀，或是LIGO。LIGO的“兩條腿”都有4千米長，最近的一次升級就花去了幾十億美元。LIGO的原理是什么？簡單來說是利用光速不變，在同樣的直線路程里測試耗時，而通過時間的偏差（盡最大可能排除誤差，也是耗資巨大的原因）來判定空間確實存在震動。這樣的實驗設(shè)置基于愛因斯坦的假設(shè)：光速不變，是因為以光的視角看，它沿途經(jīng)過的空間發(fā)生了折疊伸縮。可能的引力波探測源包括致密雙星系統(tǒng)（白矮星，中子星和黑洞）。在2016年2月11日，LIGO科學合作組織和Virgo合作團隊宣布他們已經(jīng)利用高級LIGO探測器，首次探測到了來自于雙黑洞合并的引力波信號。在過去的數(shù)十年里，許多物理學家和天文學家為證明引力波的存在進行了大量研究。其中，泰勒和赫爾斯由于第一次得到引力波存在的間接證據(jù)榮獲1993年諾貝爾物理學獎。到目前為止，類似的雙中子星系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近十個，但是雙黑洞系統(tǒng)卻是首次。在實驗方面，第一個對直接探測引力波作偉大嘗試的人是韋伯。雖然他的共振棒探測器最后沒能找到引力波，但是韋伯開創(chuàng)了引力波實驗科學的先河，為如今的碩果打下了基礎(chǔ)。因為在地面上很容易受到干擾，所以物理學家們也在向太空進軍。歐洲的空間引力波項目eLISA（演化激光干涉空間天線）。eLISA將由三個相同的探測器構(gòu)成為一個邊長為五百萬公里的等邊三角形，同樣使用激光干涉法來探測引力波。此項目已經(jīng)歐洲空間局通過批準，正式立項，目前處于設(shè)計階段，計劃于2034年發(fā)射運行。作為先導(dǎo)項目，兩顆測試衛(wèi)星已經(jīng)于2015年12月3日發(fā)射成功，目前正在調(diào)試之中。中國的科研人員，在積極參與目前的國際合作之外之外，也在籌建自己的引力波探測項目。引力波的實驗探測引起了世界范圍的轟動，這些探測極其不易，宇宙中發(fā)生爆炸性的大事件時產(chǎn)生的引力波，才相對容易探測到，例如黑洞合并、星系合并、超新星爆炸等。100年前，愛因斯坦在預(yù)言引力波存在時就曾說：“這些數(shù)值是如此微小，她們不會對任何的東西產(chǎn)生顯著的作用，沒人能夠去測量它們。”蔡一夫給出解釋：“時間發(fā)生得越早，距離越遠，越會在宇宙中傳播期間被紅移。紅移指的是由于宇宙本身的膨脹將所有的波動的波長拉直拉平，這樣其波動性就難以被探測到。例如，這次LIGO探測到的引力波，是13億年以前兩個大約30個太陽質(zhì)量的黑洞并合所產(chǎn)生的引力波，振幅之小，是在原子核尺寸的千分之一的尺度。能探測到真的是非常不容易，LIGO實驗組的科學家們也是在幾十年里經(jīng)歷多次挫折，不斷調(diào)整方案，改進儀器，才最終探測到的。”所以它的成功探測也標志著在這個領(lǐng)域人類的技術(shù)進步到了前所未有的水平。而它所具有的里程碑意義不止在科學情感上，更在于能夠打開人類的一個新的世界——每個人都對它滿懷期待。如果電磁波探測是人類的眼睛，那么人類又多了一雙聆聽外界的耳朵。馬克斯·普朗克引力物理研究所說：“在《星際穿越》和《三體》中，都不約而同地將引力波選為了未來科技發(fā)達的人類的通訊手段，這也許只能是美好的幻想，但對于天文研究而言，引力波的確開啟了一扇新的窗口。吹進來的第一縷清風，就帶來了一個重大的信息：極重的恒星級雙黑洞系統(tǒng)存在并可以在足夠短的時間（10億年）內(nèi)并合。這是讓我們始料未及的。誰能知道在將來的更多的探測中，LIGO和一眾引力波探測器能帶給我們什么樣的驚喜呢？”引力波有兩個非常重要而且比較獨特的性質(zhì)。第一：不需要任何的物質(zhì)存在于引力波源周圍。這時就不會有電磁輻射產(chǎn)生。第二：引力波能夠幾乎不受阻擋的穿過行進途中的天體。比如，來自于遙遠恒星的光會被星際介質(zhì)所遮擋，引力波能夠不受阻礙的穿過。對于天文學家來說，這兩個特征允許引力波攜帶有更多的之前從未被觀測過的天文現(xiàn)象信息，而每一個電磁波譜的打開，都會為我們帶來前所未有的發(fā)現(xiàn)。天文學家們同樣期望引力波也是如此。而引力波本身的性質(zhì)也可能對基礎(chǔ)物理學產(chǎn)生巨大的影響。另外，引力波蘊含的，很可能是宇宙誕生的畫面。我們從小都被告知一個最著名的猜想——宇宙是在一場爆炸中誕生的。這意味著，在時空的開始，宇宙又一次最為劇烈的震動。引力波就能讓我們還原這個震動——它是否存在？有多大規(guī)模？不僅如此，引力波還能傳遞信息——我們看不到的宇宙空間在發(fā)生什么？據(jù)科學家解釋，這次的引力波就是在遙遠的距離上巨大的黑洞變化引起的。而這一結(jié)果也證明了黑洞真實存在——至少是廣義相對論預(yù)測的由純凈、真空、扭曲時空組成的完美圓形物體。并且，引力波傳遞的信息可以讓科學家更精確地估計宇宙膨脹的速度?？偠灾?，一個新的重大科學發(fā)現(xiàn)，總會給人類社會帶來無法預(yù)估的發(fā)展。18世紀面熟電磁波的麥克斯韋理論確認的時候，也沒人知道會給人類帶來什么，但是現(xiàn)在不管是電視機還是移動電話，都與電磁現(xiàn)象有關(guān)。引力波的發(fā)現(xiàn)類似當年的發(fā)現(xiàn)X光一樣，是一種工具。有了這個工具，我們可以利用引力波的觀察，去觀察遙遠的宇宙的現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)、HYPERLINK"/s?wd=%E6%97%B6%E7%A9%BA%E7%A9%BF%E6%A2%AD&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1dWmy