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畢業(yè)設(shè)計（論文）附件
題 目： 立式加工中心床身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)設(shè)計
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及自動化
學(xué) 號： 12101715 __ _____
姓 名： __________________趙金闖_________________________
指導(dǎo)教師： 馬曉波 ____
機械與運載學(xué)院
沈陽工學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）課題申報表
課題名稱
立式加工中心床身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)設(shè)計
課題來源
指導(dǎo)教師指定課題
課題類型
AY
課題簡介：
一、主要內(nèi)容：1、床身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算及設(shè)計。2、排屑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算及設(shè)計3、編寫設(shè)計計算說明書。
二、時間安排：1、1-2周進行立式加工中心床上結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)相關(guān)資料的查詢及記錄。2、1-2周根據(jù)題目相關(guān)數(shù)據(jù)進行理論計算。3、3-4周完成立式加工中心床身及排屑的設(shè)計及繪圖。4、1-2周完成說明書。
三、工作量：總圖量為：0#圖紙3張；設(shè)計計算說明書10000字以上。
四、現(xiàn)有技術(shù)和物質(zhì)條件：機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械制造基礎(chǔ)、實習單位立式加工中心實物參照與學(xué)習
五、可以達到預(yù)期想要的結(jié)果。
申報人姓名： 日期：2015年12 月 21 日
學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）工作領(lǐng)導(dǎo)小組意見：
組長簽字： 2015年12 月22 日
說明：課題類型（1）A——工程設(shè)計；B——技術(shù)開發(fā)；C——軟件工程；D——理論研。（2）X——真實課題；Y——模擬課題；Z——虛擬課題。（1）、（2）均要填寫，如AY、DX等。
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
課題名稱
立式加工中心床身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)設(shè)計
專業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
姓名
趙金闖
學(xué)號
12101715
主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料、進度安排等：
主要內(nèi)容及要求：
1、立式加工中心床身設(shè)計。
2、立式加工中心排屑系統(tǒng)設(shè)計。
3、立式加工中心床身及排屑系統(tǒng)圖紙繪畫。
4、編寫設(shè)計計算說明書。
5、總工作量要求：總圖量為：0#圖紙3張；設(shè)計計算說明書10000字以上
主要參考資料：機械設(shè)計基礎(chǔ)、數(shù)控機床與系統(tǒng)、數(shù)控加工中心設(shè)計、立式加工中心產(chǎn)品的發(fā)展趨勢
進度安排： 1、1-2周進行立式加工中心床上結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)相關(guān)資料的查詢及記錄。
2、1-2周根據(jù)題目相關(guān)數(shù)據(jù)進行理論計算。
3、3-4周完成立式加工中心床身及排屑的設(shè)計及繪圖。
4、1-2周完成說明書。
指導(dǎo)教師簽字： 2015年12月23 日
教研室主任簽字： 2015年12月24 日
系主任簽字： 2015年12月25 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題名稱
立式加工中心床身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)設(shè)計
課題來源
教師指定
課題類型
AY
指導(dǎo)教師
馬曉波
開題報告內(nèi)容：（調(diào)研資料準備情況，設(shè)計的目的、要求、思路與預(yù)期成果；工作任務(wù)分解，各階段完成的內(nèi)容及時間分配；完成設(shè)計（論文）所具備的條件、存在的問題等。）
一、 調(diào)研資料準備情況：
【1】 徐 灝. 機械設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1991；
【2】 明興祖. 數(shù)控機床與系統(tǒng) . 北京：中國人民大學(xué)出版社，2000.06；
【3】 譚慶昌，趙洪志. 機械設(shè)計 . 北京：高等教育出版社，2008；
【4】 鄭玉華. 典型機械（電）產(chǎn)品構(gòu)造. 北京：科學(xué)出版社，2004；
【5】 于駿一，鄒清 機械制造技術(shù)基礎(chǔ). 北京：機械工業(yè)出版社，2004；
【6】 朱龍根. 機械系統(tǒng)設(shè)計 . 北京：機械工業(yè)出版社，2001； 【7】 王隆太. 先進制造技術(shù) . 北京： 機械工業(yè)出版社，2009；
【8】 熊 軍. 數(shù)控機床原理與結(jié)構(gòu) . 北京：人民郵電出版社， 2007；
【9】 胡育輝. 數(shù)控加工中心 . 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005；
【10】 夏 田. 數(shù)控加工中心設(shè)計 . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2006.2；
【11】 方雄文. 立式加工中心產(chǎn)品的發(fā)展趨勢. 北京：制造技術(shù)與加工中心， 2009.12；
【12】 吳祖育，秦鵬飛 . 數(shù)控機床 . 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000；
【13】 張普禮 . 機械加工設(shè)備 . 北京：機械工業(yè)出版社，1999；
【14】 李慶余，張佳 . 機械制造裝備設(shè)計 .北京：機械工業(yè)出版社2007.8；
【15】 王潤孝，秦現(xiàn)生. 機床數(shù)控原理與系統(tǒng) . 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1993；
【16】 李蘇紅,潘志剛. CATIA V5實體造型與工程圖設(shè)計 . 北京：科學(xué)出版社， 2008.2；
【17】 云杰漫步科技CAX設(shè)計室. CATIA V5R20完全自學(xué)一本通. 北京： 電子工業(yè)出版社，2011；
【18】 國家統(tǒng)計局 . 2012年中國立式加工中心機行業(yè)市場專項調(diào)研及十二五發(fā)展趨勢預(yù)測報告 . 北京，2012；
【19】 謝榮見 . 淺談數(shù)控加工中心研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 . 北京，2002.3；
【20】 張伯明 . 鑄造手冊 . 北京：機械工業(yè)出版社， 1997.04；
二、 設(shè)計的目的、要求、思路及預(yù)期成果：
目的：立式加工中心利于加工多樣化復(fù)雜等零件，提高生產(chǎn)效率，加快機械類快速進步。
要求：兩張A0圖、兩張A1圖、一份畢業(yè)論文。
預(yù)期成果：可以實現(xiàn)大批量多樣化生產(chǎn)。
三、 工作任務(wù)分解，各階段完成的工作內(nèi)容及時間分配：
1、1-2周進行立式加工中心床上結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)相關(guān)資料的查詢及記錄。
2、1-2周根據(jù)題目相關(guān)數(shù)據(jù)進行理論計算。
3、3-4周完成立式加工中心床身及排屑的設(shè)計及繪圖。
4、1-2周完成說明書。
四、完成設(shè)計所具備的條件:
實習單位立式加工中心實物，參與立式加工中心大型項修。
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 2016年3 月4 日
課題類型（1）A——工程設(shè)計；B——技術(shù)開發(fā)；C——軟件工程；D——理論研。（2）X——真實課題；Y——模擬課題；Z——虛擬課題。（1）、（2）均要填寫，如AY、DX等。
畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué)生自查表
（中期教學(xué)檢查用）
學(xué)生姓名
趙金闖
專業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)號
12101715
指導(dǎo)教師
馬曉波
職稱
工作進度
已完成的內(nèi)容：
1、排屑機圖紙
2、電機座圖紙
3、床身結(jié)構(gòu)圖
待完成的內(nèi)容：
1、床身滑座裝配圖
2、畢業(yè)論文
已完成百分比： 50%
存在問題：機床排屑機操作中的的注意事項：
(1)排屑機的排屑量并非越大越好。影響排屑量的主要原因為轉(zhuǎn)速、有效排屑寬度、磁塊間距或刮板閫距，在排屙寬度和間距(規(guī)格型號)一定的情況下，防護罩轉(zhuǎn)速的升降決定排屑量的大小，所以排屑量大會增大磨損。
(2)半干不濕的鐵屑要注意。磁性排屑機對這類鐵屑尤難處理。通常的辦法是將這類鐵屑完全變?yōu)闈袷?，然后按濕式加工設(shè)計排屑機。在排屑系統(tǒng)中，有時將有冷卻液的機床工作燈單獨處理，不讓其混入排屑線。
指導(dǎo)教師簽字： 2016 年4 月8 日
指導(dǎo)教師畢業(yè)設(shè)計（論文）評審表
課題名稱： 立式加工中心床身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)設(shè)計
序號
評審項目
指標
滿分
評分
1
工作量、工作態(tài)度
按期完成規(guī)定的任務(wù)，難易程度和工作量符合教學(xué)要求；工作努力，遵守紀律；工作作風嚴謹務(wù)實；善于與他人合作。
20
2
調(diào)查論證
根據(jù)課題任務(wù)，能獨立查閱文獻資料和從事其它有關(guān)調(diào)研，能較好的書寫出開題報告，有收集、綜合和正確利用各種信息的能力。
10
3
設(shè)計、實驗方案、分析與技能
綜合分析科學(xué)，方案設(shè)計合理，數(shù)據(jù)采集、計算、處理正確，推導(dǎo)正確，計算準確，論證充分；結(jié)構(gòu)合理、工藝可行；圖樣繪制與技術(shù)要求符合國家標準要求。
40
4
設(shè)計說明書
論文質(zhì)量
條理清楚、文理通順、用語符合技術(shù)規(guī)范，圖表完整、正確、書寫格式規(guī)范。
20
5
創(chuàng)新
能利用最新技術(shù)手段，有重大改進或獨特見解；有一定應(yīng)用價值。
10
總分
評語：
指導(dǎo)教師簽字： 2016年5 月16日
評閱教師畢業(yè)設(shè)計（論文）評審表
課題名稱： 立式加工中心床身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)設(shè)計
序號
評審項目
指標
滿分
評分
1
課題完成量
能按期完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)，課題達到教學(xué)基本要求。難易程度、工作量大小合適。
20
2
調(diào)查論證
根據(jù)課題任務(wù)，能獨立查閱文獻資料和從事其它有關(guān)調(diào)研，能較好的書寫出開題報告，有收集、綜合和正確利用各種信息的能力。
10
3
設(shè)計、計算
論證、推導(dǎo)
綜合分析科學(xué)，方案設(shè)計合理，數(shù)據(jù)采集、計算、處理正確，推導(dǎo)正確，計算準確，論證充分；結(jié)構(gòu)合理、工藝可行；圖樣繪制與技術(shù)要求符合國家標準要求。
40
4
設(shè)計說明書
條理清楚、文理通順、用語符合技術(shù)規(guī)范，圖表完整、正確、書寫格式規(guī)范。
20
5
創(chuàng)新點
能利用最新技術(shù)手段，有重大改進或獨特見解；有一定應(yīng)用價值。
10
總分
評語：
評閱組負責人簽字： 2016年5 月17日
畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯申請表
申請時間：2016 年 4月26 日
課題名稱
立式加工中心床身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)設(shè)計
專業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
姓名
趙金闖
學(xué)號
12101715
已完成情況：
1、 排屑機設(shè)計圖
2、 電機座設(shè)計圖
3、 床身結(jié)構(gòu)圖
4、 床身滑座裝配圖
指導(dǎo)教師：
年 月 日
評閱教師：
年 月 日
備注：
畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯評審表
課題名稱： 立式加工中心床身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)設(shè)計
序號
評審項目
指標
滿分
評分
1
報告內(nèi)容
思路清新；語言表達準確，概念清楚，論點正確；實驗方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論有應(yīng)用價值。
40
2
報告過程
準備工作充分，時間符合要求。
10
3
創(chuàng)新
對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。
10
4
答辯
回答問題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問題回答準確、深入。
40
總分
評語：
對申請評優(yōu)或答辯不合格的補充說明：
答辯委員會（小組）負責人： 年 月 日
沈陽工學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定表
論文題目
立式加工中心床身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)設(shè)計
學(xué)生姓名
趙金闖
學(xué)號
12101715
指導(dǎo)教師姓名
馬曉波
職稱
設(shè)計（論文）說明書頁數(shù)
圖紙張數(shù)
加工零件數(shù)
有、無產(chǎn)品模型
評分項目
標準得分
權(quán)重
折合得分
指導(dǎo)教師評分
評閱組評分
答辯組評分
綜合得分
論文評定等級
畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會意見：
機械與運載學(xué)院答辯委員會負責人：
2016年5 月27 日
沈陽工學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯記錄表
答辯日期：2016 年 5 月 7 日 答辯地點：秦皇島戴卡興龍輪轂有限公司
學(xué)院（或系）
機械與運載學(xué)院
專業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名
趙金闖
學(xué)號
12101715
成績
論文（設(shè)計）題目
立式加工中心床身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及排屑系統(tǒng)設(shè)計
指導(dǎo)教師
馬曉波
答辯紀錄： （用簡明語言記錄答辯過程，答辯委員會提出的問題及學(xué)生回答情況）
提出問題：
回答摘要：
答辯組組長簽名：
答辯委員會記錄人（簽字）：
沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書
摘 要
本文是關(guān)于數(shù)控立式加工中心床身系統(tǒng)及排屑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，分為兩大部分主要內(nèi)容。
第一部分主要介紹床身系統(tǒng)。主要從床身基本形式的確定到床身材料的選擇和處理，對床身進行了結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計及計算，并利用CATIA軟件對床身受力、變形等方面進行了有限元分析，對設(shè)計結(jié)果進行校驗。
第二部分主要介紹排屑系統(tǒng)。排屑裝置是以電機帶動鏈輪，鏈輪牽引鏈板在排屑機箱體中做回轉(zhuǎn)運動，加工中心加工過程中產(chǎn)生的切屑落到鏈板上，由鏈板運輸?shù)搅⑹郊庸ぶ行耐饴淙肱判架囍?。進而實現(xiàn)了對立式加工中心在加工過程中產(chǎn)生切屑的運送、收集和對切屑進行進一步處理的能力。
另外，本文也對數(shù)控立式加工中心以及床身系統(tǒng)和排屑裝置的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢進行了相應(yīng)的闡述。
關(guān)鍵詞： 立式加工中心；床身；排屑系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；有限元分析
Abstract
This article is a design manual that mainly about the vertical CNC machining canter’s bed system and chip-removal system，and it can be divided into two parts。
The first part mainly talk about the Bed system，working on the structural design and the calculations。Meanwhile，use CATIA to do some finite element analysis（FEA）about the stress and displacement in order to verify the design results。
The second part mainly talk about the Chip-removal system。Device of chip-removal work in the box through scroll wheel dragging the transporting steel plate the traction conveyor chain plate，the scraps which processed in the operation of the machining center can fall to the chain belt，transported out of the machine by a chain belt and then fall into the litter box。This system can be used for the collection，transportation and further processing。
In addition, this article also talks about the development of CNC Vertical machining center and bed system and chip-removal system.
Keywords： the Vertical machining center；Bed system；
Chip-removal system；Structural design，F(xiàn)E
I
目 錄
摘 要 I
Abstract II
緒 論 1
1 床身系統(tǒng)分析與設(shè)計 5
1.1 立式加工心床身系統(tǒng)的意義及基本要求 5
1.2 床身基本形式 5
1.3 床身材料選擇及處理 5
1.4 床身結(jié)構(gòu)設(shè)計 6
1.4.1 床身截面結(jié)構(gòu)設(shè)計 6
1.4.2 床身筋、肋布置及孔設(shè)計 6
1.4.3 床身壁厚及筋厚度的確定 7
1.4.4 立式加工中心床身最終結(jié)構(gòu) 9
1.5 床身受力計算 9
1.6 床身有限元分析 10
2 排屑系統(tǒng)分析與設(shè)計 13
2.1 排屑系統(tǒng)在立式加工中心中的作用 13
2.2 典型立式加工中心排屑裝置 13
2.2.1 平板鏈式排屑裝置 13
2.2.2 刮板式排屑裝置 14
2.2.3 螺旋式排屑裝置 14
2.2.4 磁性板式排屑裝置 14
2.3 排屑裝置的發(fā)展趨勢 15
2.4 系統(tǒng)總體傳動方案的確定 15
2.5 電動機的選擇 17
2.6 帶傳動設(shè)計 17
2.6.1 帶型的選擇 17
2.7 鏈傳動設(shè)計 19
2.7.1 平頂鏈的選擇 19
2.7.2 鏈輪的計算 20
2.8 張緊機構(gòu)設(shè)計 22
2.8.1 鏈傳動的張緊設(shè)計 22
2.8.2 帶傳動的張緊設(shè)計 23
2.9 輸送鏈版的設(shè)計 24
2.10 排屑裝置的保養(yǎng)與維護 25
總 結(jié) 27
致 謝 28
參考文獻 29
0
沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書
摘 要
本文是關(guān)于數(shù)控立式加工中心床身系統(tǒng)及排屑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，分為兩大部分主要內(nèi)容。
第一部分主要介紹床身系統(tǒng)。主要從床身基本形式的確定到床身材料的選擇和處理，對床身進行了結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計及計算，并利用CATIA軟件對床身受力、變形等方面進行了有限元分析，對設(shè)計結(jié)果進行校驗。
第二部分主要介紹排屑系統(tǒng)。排屑裝置是以電機帶動鏈輪，鏈輪牽引鏈板在排屑機箱體中做回轉(zhuǎn)運動，加工中心加工過程中產(chǎn)生的切屑落到鏈板上，由鏈板運輸?shù)搅⑹郊庸ぶ行耐饴淙肱判架囍小＿M而實現(xiàn)了對立式加工中心在加工過程中產(chǎn)生切屑的運送、收集和對切屑進行進一步處理的能力。
另外，本文也對數(shù)控立式加工中心以及床身系統(tǒng)和排屑裝置的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢進行了相應(yīng)的闡述。
關(guān)鍵詞： 立式加工中心；床身；排屑系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；有限元分析
Abstract
This article is a design manual that mainly about the vertical CNC machining canter’s bed system and chip-removal system，and it can be divided into two parts。
The first part mainly talk about the Bed system，working on the structural design and the calculations。Meanwhile，use CATIA to do some finite element analysis（FEA）about the stress and displacement in order to verify the design results。
The second part mainly talk about the Chip-removal system。Device of chip-removal work in the box through scroll wheel dragging the transporting steel plate the traction conveyor chain plate，the scraps which processed in the operation of the machining center can fall to the chain belt，transported out of the machine by a chain belt and then fall into the litter box。This system can be used for the collection，transportation and further processing。
In addition, this article also talks about the development of CNC Vertical machining center and bed system and chip-removal system.
Keywords： the Vertical machining center；Bed system；
Chip-removal system；Structural design，F(xiàn)E
I
目 錄
摘 要 I
Abstract II
緒 論 1
1 床身系統(tǒng)分析與設(shè)計 5
1.1 立式加工心床身系統(tǒng)的意義及基本要求 5
1.2 床身基本形式 5
1.3 床身材料選擇及處理 5
1.4 床身結(jié)構(gòu)設(shè)計 6
1.4.1 床身截面結(jié)構(gòu)設(shè)計 6
1.4.2 床身筋、肋布置及孔設(shè)計 6
1.4.3 床身壁厚及筋厚度的確定 7
1.4.4 立式加工中心床身最終結(jié)構(gòu) 9
1.5 床身受力計算 9
1.6 床身有限元分析 10
2 排屑系統(tǒng)分析與設(shè)計 13
2.1 排屑系統(tǒng)在立式加工中心中的作用 13
2.2 典型立式加工中心排屑裝置 13
2.2.1 平板鏈式排屑裝置 13
2.2.2 刮板式排屑裝置 14
2.2.3 螺旋式排屑裝置 14
2.2.4 磁性板式排屑裝置 14
2.3 排屑裝置的發(fā)展趨勢 15
2.4 系統(tǒng)總體傳動方案的確定 15
2.5 電動機的選擇 17
2.6 帶傳動設(shè)計 17
2.6.1 帶型的選擇 17
2.7 鏈傳動設(shè)計 19
2.7.1 平頂鏈的選擇 19
2.7.2 鏈輪的計算 20
2.8 張緊機構(gòu)設(shè)計 22
2.8.1 鏈傳動的張緊設(shè)計 22
2.8.2 帶傳動的張緊設(shè)計 23
2.9 輸送鏈版的設(shè)計 24
2.10 排屑裝置的保養(yǎng)與維護 25
總 結(jié) 27
致 謝 28
參考文獻 29
III
緒 論
從20世紀中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)至今，數(shù)控技術(shù)給機械制造工業(yè)帶來了歷史跨越性的變革。進入21世紀以來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水準的快速發(fā)展和綜合國力的不斷提高，有“世界工廠”之稱的中國，機械工業(yè)的綜合水平得到前所未有的高速發(fā)展，與西方發(fā)達國家數(shù)控技術(shù)水平之間的差距正在逐漸縮減，數(shù)控加工中心取代老式的加工中心已經(jīng)成為一種無法逆轉(zhuǎn)的大的發(fā)展方向。許多企業(yè)從自身生存和發(fā)展考慮，購置了適應(yīng)性教強、加工質(zhì)量好、生產(chǎn)效率強、操作人員勞作強度小的數(shù)控加工中心。
數(shù)控加工的優(yōu)越性有高精度，高效率，利于加工多樣化復(fù)雜性及大批量零件；降低工作人員勞作強度等優(yōu)點；數(shù)控機床是一種將機械與電氣高度融合的機械產(chǎn)品，適用于加工一些多品種、復(fù)雜性零件；或高精度零部件；產(chǎn)品周期短的零件；成本較高、不能進行報廢處理的關(guān)鍵性零件；需要極短生產(chǎn)周期的需求緊的零件以及要求百分之百進行檢驗的零件。數(shù)控機床的加工特點必然讓它成為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)發(fā)展的重要組成部分，他與人類的生活息息相關(guān)。
2001年11月10日加入WTO以來，我國經(jīng)濟與國際全面接軌，中國進入了一個朝氣蓬勃的發(fā)展新時期。機床制造業(yè)不但面臨著因機械制造需求水平增強而帶來的裝備制造行業(yè)發(fā)展的良好時機，同時也面臨著面對國際市場競爭帶來的壓力，這也對我國制造業(yè)發(fā)展與提升提供源源不斷的動力。國家大力推進數(shù)控機床的發(fā)展是解決我國機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個重要因素。隨著制造業(yè)對數(shù)控機床的需求量大大提高以及計算機技術(shù)水平的快速發(fā)展，數(shù)控機床的應(yīng)用范圍隨著社會的進步還在不斷擴大，而且更加貼近我們的日常生活。
立式加工中心（Vertical machining center）作為數(shù)控機床大家庭中的一個重要成員，其設(shè)計理念是將主軸軸線與工作臺垂直設(shè)計，其結(jié)構(gòu)樣式多為立柱固定式，長方形工作臺，無分度回轉(zhuǎn)功能，它一般具有三個直線運動坐標軸，可在工作臺上安裝一個沿水平軸旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)臺，用以加工回轉(zhuǎn)類零件。有利于加工板類、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。立式加工中心工件定位、裝夾方便，操作簡單；加工運動軌跡便于直接觀察，檢測調(diào)試簡單，有利于及時發(fā)現(xiàn)問題，進行停機處理或維護；冷卻方式簡單，冷卻液可直接噴在刀具和被加工工件上進行冷卻；三個坐標軸與笛卡兒坐標系吻合，加工過程與圖樣視角相同，切屑易排除和落入工作臺下方，減少被加工件表面的劃痕。與臥式加工中心對比，結(jié)構(gòu)無立式加工中心復(fù)雜，設(shè)備體積小，價格無立式高。但受立柱高度及換刀裝置的限制，過高的零件不便于加工，在加工型腔或下凹的型面時，切屑無法快速排出，切屑堆積使熱量無法散離導(dǎo)致刀具損壞，并且使加工表面容易出現(xiàn)劃痕，影響加工的質(zhì)量和效率。
立式加工中心的機械部分主要由床身，滑座，工作臺，立柱，主軸系統(tǒng)，刀庫，排屑系統(tǒng)及防護系統(tǒng)等幾大部分構(gòu)成，各個部分只有有條不紊地協(xié)同工作才能保證加工質(zhì)量和加工效率。其中，床身系統(tǒng)和排屑系統(tǒng)對整個加工中心的良好運作有著不可忽視的重要作用。對床身和排屑系統(tǒng)進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常有必要的。
最近幾年我國制造的數(shù)控機床在制造業(yè)中的比例連年提高，在大中型企業(yè)中已有較大使用比例，傳統(tǒng)機床因為自動化程度不高、加工精度差、勞動強度大、生產(chǎn)效率低下等缺點而被逐步淘汰。立式加工中心廣泛應(yīng)用于關(guān)乎國民生計的重要行業(yè)，如：汽車制造業(yè)、航空航天業(yè)、船舶、電子設(shè)備業(yè)、交通業(yè)、工程機械行業(yè)等。
但是目前我們需要正視的情況是：國內(nèi)需求的加工中心大部依賴于國外，制造設(shè)備主要采用進口的情況沒有根本改變，國產(chǎn)加工中心的市場還不容樂觀，甚至無立身之地，其國內(nèi)市場在25%左右。近幾年我國加工中心進口數(shù)量不斷增加，在我國進口的各大類數(shù)控設(shè)備中，所占比例最大的就是加工中心，加工中心進口所占比例的快速增加，一方面反映出我國制造業(yè)對加工中心機床得需求量大，另一方面也反映了我國加工中心生產(chǎn)技術(shù)水平在國際市場上的巨大競爭壓力。
國產(chǎn)加工中心市場所占比率較低的主要原因是產(chǎn)品的技術(shù)能力、交貨周期、加工精度和外國此類設(shè)備相比存在差異。當前，在數(shù)控立式加工中心方面，美國和德國的水平最高，如德國DMG集團、德國巨浪公司（Chiron-Werke）、美國哈斯、美國MAG公司等，不但生產(chǎn)中小型精密加工設(shè)備，而且因為國防和高新技術(shù)的需求，研究開發(fā)了大型精密機床。它們是世界公認水平最高的、達到當前技術(shù)最前沿的大型精密機床設(shè)備。其它國家也相應(yīng)研究開發(fā)出各種相似的機械設(shè)備，如英國的Cran·field、日本的東芝機械、瑞士的米克朗(MIKRON)公司、日本Mazak公司、日本通快公司等。
國產(chǎn)數(shù)控機床無論在技術(shù)參數(shù)上，加工精度還是在各種動態(tài)指標上，與西方發(fā)達國家相比設(shè)備各方面均存在較大差異。目前，國內(nèi)數(shù)控機床的生產(chǎn)廠家主要以經(jīng)濟實用為主要目標。沈陽機床集團在引進技術(shù)的基礎(chǔ)上成功開發(fā)出VMC850B型系列高速立式加工中心，并已批量進入市場。該機采用電主軸，主軸最高轉(zhuǎn)速6 000 r／min，由零提到最高轉(zhuǎn)速的時間為l s，快速移動速度可達到16 m／min。近年來以北京機床研究所、南京機床研究所、沈陽機床集團、大連機床集團、濟南機床廠、南京機床廠等為代表的我國機床行業(yè)龍頭企業(yè)一直在加大科研力度，逐漸減小與世界其他先進數(shù)控機床技術(shù)水平及產(chǎn)品綜合指標之間的各種差距。
近年來數(shù)控機床的發(fā)展主要表現(xiàn)出以下幾點趨勢：
（1）智能化。
（2）復(fù)合化。
（3）精密化。
（4）高速度高效率。
（5）綠色加工中心、安全環(huán)保。
而立式加工中心的發(fā)展除了以上幾個趨勢之外還有如下幾個重要的發(fā)展方向：
1.向高精度、高效率方向發(fā)展
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，機械制造業(yè)對設(shè)備的精度、質(zhì)量、效率的要求越來越高，超精密加工技術(shù)就是要不斷挑戰(zhàn)加工精度的極限，從實際上說，這個極限是無限的，當前的目標是進軍納米級，而現(xiàn)狀是處于亞微米級水平。
2.向大型化、微型化方向發(fā)展
由于航天、國防等方面科學(xué)技術(shù)水平的快速發(fā)展，大型光電子器件的加工要求相應(yīng)的大型超精密加工設(shè)備，如美國研制出的加工直徑為2.4～4m的大型光學(xué)器件超精密加工機床。由于微型機械、集成電路等發(fā)面技術(shù)的發(fā)展，超精密加工技術(shù)與此同時還向微型化發(fā)展，如微型傳感器，微型驅(qū)動元件和動力裝置、微型航空航天器件等。
3.向加工檢測一體化發(fā)展
由于超精密加工的加工精度要求很高，必須同時發(fā)展相應(yīng)的檢測技術(shù)才能適應(yīng)其要求；同時，采用加工和檢測分別獨立進行的方法可能由于安裝誤差等而不能實現(xiàn)，因此，要采用在線檢測方法，達到加工檢測一體化。
4.在線檢測與誤差補償
由于超精密加工的精度很高，影響因素很多且比較復(fù)雜，進行在線檢測、工況監(jiān)控以確保加工質(zhì)量及其穩(wěn)定性是非常必要的。也因為超精密加工的精度要求很高，設(shè)備自身的精度有時很難達到這個要求，就要采用在線檢測和誤差補償?shù)姆椒▉硖岣呔?，確保達到加工質(zhì)量的要求。
5.新型超精密加工方法的機理研究
新技術(shù)的生長點是加工機理的研究，超精密加工機理涉及微觀世界和物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所涉及的能源包括機、電、光、聲、熱、化、磁等等，涉及范圍廣。不僅可以利用分離去除的加工方法，而且還可以利用分層堆積的加工方法；既可采用獨立加工方法，還可以采用復(fù)合加工的方法。加工方法機理的研究往往具有突破性的意義。
6.新材料的研究
新材料包括新的刀具材料以及被加工材料。精密加工和超精密加工的刀具材料和被加工材料對其加工精度及效率的影響很大，其化學(xué)成分、力學(xué)機械性能均有嚴格要求，有待進一步研究。目前，精密加工和超精密加工在我國亟待研究的是實用化，將一些機械設(shè)備特別是一些加工精度高的設(shè)備應(yīng)用到實際生產(chǎn)生活中并得到推廣，以提高加工技術(shù)的生產(chǎn)水平，使生產(chǎn)的機械產(chǎn)品精度高、質(zhì)量強、效率更高。
1 床身系統(tǒng)分析與設(shè)計
1.1 立式加工心床身系統(tǒng)的意義及基本要求
床身在立式加工中心中起到支撐作用，它承載著立式加工中心的立柱、主軸箱、滑座、工作臺等部件；承受著切削力、工件重力、加工過程中產(chǎn)生的摩擦力等靜態(tài)和動態(tài)力的作用。其機構(gòu)的合理性和性能的好壞直接影響著立式加工中心的制造成本，影響著立式加工中心各個部件之間的相對位置精度和立式加工中心在工作中各個運動部件的相對運動軌跡的準確性，進而影響著設(shè)備加工的精度。還影響著立式加工中心所用刀具的使用壽命，同時也影響著立式加工中心的工作效率和壽命等等。綜上所述，數(shù)控機床的床身必須具有足夠的靜態(tài)剛度和較高的固有頻率；良好的動態(tài)特性；具有較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力；便于加工制造、裝配等，才能滿足立式加工中心對床身的要求。
1.2 床身基本形式
立式加工中心在工作過程中，主要受到水平方向和垂直方向切削力的作用，使床身產(chǎn)生微小的彎曲變形，以及在水平及垂直的分力聯(lián)合作用下發(fā)生的扭轉(zhuǎn)。其中，對加工中心整體性能影響最大的是床身在水平面內(nèi)的彎曲變形。所以，在床身長度相對較短的情況下，主要應(yīng)該考慮提高床身在水平面內(nèi)的抗彎曲能力。為了達到這個目的，床身的材料選擇必須滿足要求。同時，對床身的截面結(jié)構(gòu)、筋肋布置都要相應(yīng)合理的設(shè)計。為了便于排屑，在設(shè)計立式加工中心床身時，設(shè)計與水平面傾斜的斜面。這樣一來，立式加工中心在工作中，排屑性能和散熱性能都得到提高，可以很大程度上減少床身在工作過程中吸收由于切削而產(chǎn)生的大量熱量，從而減少床身的熱變形，使立式加工中心能夠保持更好的加工精度和加工穩(wěn)定性。
1.3 床身材料選擇及處理
立式加工中心床身在工作過程中不僅要受到各種靜態(tài)的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，在實際切削過程中伴隨著主軸的轉(zhuǎn)速、輸出功率、加工材料以及切削用量的不斷變化，還要受到各種各樣的動態(tài)力。為了保證床身的靜、動態(tài)特性，床身材料的抗拉、壓性能及抗彎、扭性能都應(yīng)該比較好才能滿足要求。
鑄鐵具有良好的減震性能和耐磨性，易于鑄造并且具有良好的加工性能。因此床身材料最終采用鑄造性能和機械性能優(yōu)良的HT250。這種材料的流動性能較好，體收縮和線收縮都比較小，容易得到形狀復(fù)雜的鑄件。在鑄造過程中，加入少量合金元素即可以很好地提高床身的機械性能和耐磨性能。鑄鐵的內(nèi)摩擦很大，阻尼作用很強，動態(tài)剛性比較好。其硬度、強度較高，耐磨性也比較好，同時還具有良好的減震性能。
為了消除床身鑄造期間產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)該進行兩次時效處理，在粗加工前后各要進行一次，可以使床身穩(wěn)定性得到極大的提升，對整個加工中心的性能提升都有很大的幫助。另外，導(dǎo)軌面在粗加工之后應(yīng)該進行熱處理，中頻淬火之后，導(dǎo)軌面硬度可以達到40-50HRC，淬火之后，導(dǎo)軌面的硬度、強度更高，耐磨性也得到很大的提升；同時淬火質(zhì)量穩(wěn)定、成本低廉、生產(chǎn)效率高。
1.4 床身結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.4.1 床身截面結(jié)構(gòu)設(shè)計
立式加工中心床身在彎曲、扭轉(zhuǎn)等外力作用下，床身的變形與床身的截面抗彎慣性矩和抗扭慣性矩有很大的關(guān)系。床身材料以及橫截面積一樣，但是形狀不同的床身，截面的慣性矩相差很大。參照《機械設(shè)計手冊》，截面積相同的情況下，采用空心截面，增大外輪廓尺寸，同時在工藝許可的情況下，盡可能地減小壁厚，可以極大地提高截面的抗彎和抗扭剛度；矩形截面的抗彎剛度大于圓形截面，但是矩形截面的抗扭剛度不如圓形截面大；封閉截面的剛度要明顯大于部分封閉截面的剛度。因此，在設(shè)計立式加工中心床身截面時，綜合考慮上面這些因素，在滿足使用、工藝條件許可的情況下，應(yīng)該采用空心截面、增大輪廓、縮小壁厚、采用全封閉的類矩形的床身截面結(jié)構(gòu)形式，同時，為了進一步提高立式加工中心床身的抗彎、抗扭剛度和床身的剛度/重量比，在大截面和小截面之間應(yīng)該再設(shè)計一些隔板，將兩個截面連接到一起。
1.4.2 床身筋、肋布置及孔設(shè)計
為了提高立式加工中心的整體性能，床身結(jié)構(gòu)上應(yīng)該布置合適的肋板，作用有以下幾點：
（1）可以提高床身的強度、剛度，同時還能夠減輕整個床身的重量。
（2）由于床身采用薄壁類矩形截面，肋可以有效地減少床身截面畸變，在大面積的薄壁上布置肋可縮小局部變形并且防止薄壁振動，還可以降低加工過程中產(chǎn)生的噪聲。
（3）由于床身采用鑄造工藝，肋板可使鑄件壁厚均勻，防止由于金屬堆積而產(chǎn)生縮孔、裂紋等缺陷；還可以作為補縮通道，擴大冒口的補縮范圍；改善鑄型鑄造性能，防止出現(xiàn)夾砂等缺陷。
（4）改善散熱。立式加工中心在加工過程中，會產(chǎn)生大量切削，這些切削會攜帶著大量的熱量，落到床身上之后會將一部分熱量傳到床身上，使床身因為受熱而產(chǎn)生一定量的熱變形，在床身中間合理地設(shè)計一定量的肋板可以起到很好的散熱作用，減小床身的熱變形量，對提高加工質(zhì)量有一定的幫助。
參考《機械設(shè)計手冊》，采用縱向肋能有效地提高床身的抗彎剛度。這種肋布置形式，使床身的抗扭和抗彎剛度分別是沒有布置肋的床身的1.44倍和1.18倍以上。
設(shè)計孔的目的：
（1）可以減輕床身的質(zhì)量。
（2）可以作為管道、控制線、電源線的通道。
（3）提高床身的鑄造工藝和鑄造性能。
1.4.3 床身壁厚及筋厚度的確定
床身壁厚的選擇取決于其剛度、強度、材料、質(zhì)量、鑄件尺寸和工藝等因素。參考《機械設(shè)計手冊》及《鑄件手冊》中關(guān)于砂型鑄造鑄鐵件的最小壁厚的選擇，如下表所示，
表1.1 砂型鑄造鑄鐵件的最小壁厚（mm）
鑄鐵種類
當鑄件最大輪廓尺寸為下列值時
≤200
＞200-400
＞400-800
＞800-1250
＞1250-2000
＞2000
灰鑄鐵
3-4
4-5
5-6
6-8
8-12
10-12
孕育鑄鐵
5-6
6-8
8-10
10-12
12-16
16-20
球墨鑄鐵
3-4
4-8
8-10
10-12
-
-
高磷鑄鐵
2
-
可鍛鑄鐵
當鑄件最大輪廓尺寸為下列值時
≤50
＞50-100
＞100-200
＞200-350
＞350-500
2.5-3.5
3-4
3.5-4.5
4-5.5
5-7
在鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計中，大量采用筋用來增強鑄件的力學(xué)性能、減輕零件重量、消除縮孔、防止出現(xiàn)裂紋、變形等缺陷。在滿足鑄件工作要求的情況下設(shè)計筋時應(yīng)該做到盡可能分散或縮減熱節(jié)點熟練，防止多條筋相互交錯，筋與筋、筋與壁的連接處應(yīng)該設(shè)有圓角。根據(jù)參考文獻，一般按下列關(guān)系式確定筋的尺寸：
（1.1）
式中 t—鑄件外表面上筋的厚度
—鑄件內(nèi)腔中筋的厚度
T—與筋連接處鑄件的壁厚
h—筋的高度
灰鑄鐵件壁厚和筋的厚度可參照下表設(shè)計，為了增加鑄件的強度，壁厚可適量增加，最終確定床身壁厚及筋厚如下：
重要支承面：壁厚25mm
次重要支承面：壁厚20mm
筋厚：20mm
且要留3到5mm的鑄造余量，具體數(shù)值參照附件《床身結(jié)構(gòu)圖》。
表1.2 砂型鑄造鑄鐵件的壁厚與筋厚（mm）
鑄件重量（kg）
最大外形尺寸
外壁厚度
內(nèi)壁厚度
筋的厚度
≤5
300
7
6
5
＞5-10
500
8
7
5
＞10-60
750
10
8
6
＞60-100
1250
12
10
8
＞100-500
1700
14
12
8
＞500-800
2500
16
14
10
＞800-1200
3000
18
16
12
1.4.4 立式加工中心床身最終結(jié)構(gòu)
圖1.1 床身結(jié)構(gòu)圖
1.5 床身受力計算
床身在立式加工中心中起到支撐作用，它承載著立式加工中心的立柱、主軸箱、滑座、工作臺等部件；承受著切削力、工件重力、加工過程中產(chǎn)生的摩擦力等靜態(tài)和動態(tài)力的作用。其機構(gòu)的合理性和性能的好壞直接影響著立式加工中心的制造成本，影響著立式加工中心各個部件之間的相對位置精度和立式加工中心在工作中各個運動部件的相對運動軌跡的準確性，進而影響著設(shè)備加工的精度。還影響著立式加工中心所用刀具的使用壽命，同時也影響著立式加工中心的工作效率和壽命等等。綜上所述，數(shù)控機床的床身必須具有足夠的靜態(tài)剛度和較高的固有頻率；良好的動態(tài)特性；具有較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力；便于加工制造、裝配等，才能滿足立式加工中心對床身的要求。
立式加工中心各部分施加力大小情況如下
主軸箱部分：主軸電機，機械主軸，平衡錘，增壓缸組件質(zhì)量。合計700Kg
立柱部分：850Kg
滑座部分：500Kg
工作臺部分：300Kg
加工中心最大允許荷重：600 Kg
導(dǎo)軌與床身接觸面積116864，經(jīng)計算，壓力為68455 N/。
立柱與床身接觸面積84280 ，經(jīng)計算，壓力為10678 N/。
同時，因為立柱的“沉頭”現(xiàn)象，床身還要受到一個力矩作用。
1.6 床身有限元分析
有限元分析（FEA），是一種利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行分析的方法。利用簡單而又相互作用的元素（即單元），就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。
有限元分析是利用簡單代替復(fù)雜再解決問題。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，求近似答案。然后推導(dǎo)出解決域一般滿足條件（如平衡條件結(jié)構(gòu)），從而達到目的，解決了問題。這個解決方案是不標準的解決方案，由于近似解，因為實際的復(fù)雜的問題被簡單的問題所取代。由于多數(shù)很難獲得準確的解決辦法，又因為有限元計算精度比較高，還能適應(yīng)各種復(fù)雜的局面，從而成為力分析的一種廣泛使用的手段。
下面是利用CATIA軟件對床身的變形、應(yīng)力等方面進行分析得到的結(jié)果：
圖1.2 載荷和約束圖
圖1.3 變形圖
圖1.4 主應(yīng)力圖
圖1.5 Von mises應(yīng)力圖
2 排屑系統(tǒng)分析與設(shè)計
2.1 排屑系統(tǒng)在立式加工中心中的作用
數(shù)控加工中心的出現(xiàn)與發(fā)展，大大提高了機械的生產(chǎn)效率，在單位時間內(nèi)數(shù)控加工中心的加工效率是普通加工中心加工效率的幾倍甚至幾十倍，與此同時加工過程中產(chǎn)生的切屑所占空間也將成倍加大。這些切屑堆及在工作臺或設(shè)備內(nèi)部，如果不能及時清理掉，必定會覆蓋或纏繞在工件以及刀具上，使加工中心的自動加工的效率大大降低。此外，灼熱的切屑所帶的熱量會傳遞給加工設(shè)備和工件，會使它們產(chǎn)生熱變形，影響到設(shè)備加工精度。因此，迅速而有效地清楚掉切屑，對數(shù)控加工中心的加工而言是至關(guān)重要的，而排屑系統(tǒng)正是實現(xiàn)設(shè)備排屑所必備得附屬設(shè)備。排屑裝置的主要功能是將切屑排到數(shù)控加工中心之外。
2.2 典型立式加工中心排屑裝置
排屑裝置是一類具有獨立功能的機床附件，由專業(yè)排屑廠商制造。數(shù)控加工中心排屑裝置的結(jié)構(gòu)和工作形式應(yīng)根據(jù)加工中心的類別、形式以及工件的材料和使用的冷卻液種類等來選擇。典型的機床排屑裝置主要有下面幾種：
2.2.1 平板鏈式排屑裝置
排屑裝置是在封閉箱中鏈輪牽引鏈板工作，加工中產(chǎn)生的切屑掉到鏈板上，在鏈板運轉(zhuǎn)的過程中從冷卻液中將切屑帶出來，切屑排出加工中心，落人存屑箱。排屑系統(tǒng)主要是集中和運送各種形狀的切屑，還可以依據(jù)切屑多少及切屑的形狀尺寸選擇不同節(jié)距的鏈板。鏈板式排屑裝置按結(jié)構(gòu)形式經(jīng)常被分為A型和B型兩種，如下圖所示。其中A型為排屑單機，B型為帶水箱的排屑機，它的結(jié)構(gòu)為內(nèi)封閉，可置于油箱或冷卻液箱中，水箱可做成L型，把水泵及過濾插網(wǎng)安排在排屑機的側(cè)面。
圖2.1 平板鏈式排屑裝置
2.2.2 刮板式排屑裝置
此排屑系統(tǒng)設(shè)計理念和平板鏈式的大致相同，區(qū)別是采用不同形式的鏈板，它帶有刮刀。刮板式排屑器利用鏈條帶動刮屑板運動將廢屑從機床底部帶到機床外，來完成廢屑集中和運送碎狀的切屑的目的。鏈板上刮刀的高度和距離可根據(jù)實際情況設(shè)計，此類排屑系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，強度好，工作效率高等特點。刮板式裝置常用于運送各種材質(zhì)的碎狀廢屑，特別用于解決磨削過程的磨粒以及汽車行業(yè)中的鋁屑，排屑能力強，排屑量大，可用于數(shù)控加工中心、普通加工中心、磨床和自動化生產(chǎn)線，應(yīng)用廣泛。
2.2.3 螺旋式排屑裝置
該裝置是采用電動機經(jīng)減速裝置減速后，驅(qū)動安裝在溝槽中的一根長螺旋桿進行排屑的。數(shù)控加工中心，螺旋式，切屑由螺桿驅(qū)動直線向前運動，最后到收集箱。它主要用于輸送金屬，顆粒，粉末和小片的非金屬材料。該裝置占用的空間小，安裝和使用更加方便，較少傳輸鏈路，故障率非常低，特別適用于窄間隙的生產(chǎn)情況。
2.2.4 磁性板式排屑裝置
該裝置是利用永磁性材料的強磁場的磁力達到吸引鐵磁性材料的切屑，在不銹鋼板上的滑動實現(xiàn)收集和運送廢屑的目的（并不適用于超過100毫米長的廢屑）。廣泛應(yīng)用于加工鐵磁材料的加工中心和自動化生產(chǎn)線的各種機械加工工序，也是水冷卻和油冷卻加工中心切削液處理系統(tǒng)中，分離鐵磁性材料切屑的重要排屑裝置。
在本次設(shè)計中，采用了平板鏈式排屑裝置，選用A型。
2.3 排屑裝置的發(fā)展趨勢
綜上所述排屑裝置的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，目前排屑裝置有以下幾個趨勢：
1.復(fù)合型排屑機的需求將會大幅度增長，未來幾年內(nèi)，復(fù)合型排屑機將具有廣泛的應(yīng)用。
復(fù)合型排屑機有諸多優(yōu)點：
（1） 能處理復(fù)合式加工所產(chǎn)生的任何形態(tài)的鐵屑；
（2） 具有大量處理切屑液的過濾系統(tǒng)，過濾精度能達到50μm；
（3） 可用于各型機床、中心加工機、龍門式加工機、鉆孔機、特殊專用加工機等小屑量排屑場合中。
2.易維修排屑機將會大量增加
由于一般排屑裝置基本屬于輔助性生產(chǎn)設(shè)備，不易維修，同時保養(yǎng)維護機會較少，經(jīng)常是出現(xiàn)小毛病時無人注意，出大毛病導(dǎo)致無法運轉(zhuǎn)時才去維修，影響整條生產(chǎn)線的正常工作，故易維修排屑機將是一種趨勢。
3.向環(huán)保、節(jié)能方向發(fā)展
在排屑機的設(shè)計和制造節(jié)能環(huán)保方面應(yīng)該引起各生產(chǎn)企業(yè)注意。這一方面要做到以下幾點：
（1） 排屑機的裝機功率，減少工作中的能量損失。
（2） 提高密封質(zhì)量，減少切削液、油垢等對生產(chǎn)環(huán)境的污染。
（3） 減少噪聲，對大的噪聲源進行隔離和封閉。
2.4 系統(tǒng)總體傳動方案的確定
查閱立式加工中心相關(guān)的資料，了解數(shù)控加工中心的工作原理，對典型立式數(shù)控加工中心排屑機構(gòu)的結(jié)構(gòu)進行一系列比較，了解排屑機構(gòu)的類型，工作原理之后，對數(shù)控加工中心排屑機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計?？傮w方案如圖2.2所示:
圖 2.2 總體傳動方案
綜合考慮，選用如上圖所示的傳動方案，因為該排屑機有輕微振動，選用帶傳動有緩沖吸振的作用，而且利于減速，還能起到過載保護的作用。電機通過帶傳動將速度減小之后作為鏈輪1的動力。鏈傳動的傳動比精確，傳動效率較高；鏈傳動對軸的作用力較小；鏈傳動的尺寸較緊湊；鏈傳動對環(huán)境的適應(yīng)力較強；鏈條的磨損伸長較緩慢。
圖 2.3 帶傳動
2.5 電動機的選擇
本設(shè)計對電機的要求不是特別高，參照《機械設(shè)計手冊》并結(jié)合現(xiàn)在常用的小型數(shù)控加工中心鏈板式排屑裝置根據(jù)動力源和工作條件，選用交流電機，Y系列三相異步電動機。
電機的基本參數(shù)為：
機座號 71 鐵芯 1 極數(shù) 4 功率 0.25kw
轉(zhuǎn)速1400 r/min 效率 67% 功率因數(shù) 0.68 額定轉(zhuǎn)矩 2.2
額定電流 6.0A（最大轉(zhuǎn)矩） 噪聲 65 dB
2.6 帶傳動設(shè)計
2.6.1 帶型的選擇
現(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛的兩種帶傳動為三角帶與平帶傳動。三角帶具有較高的傳動效率和較高的傳動比，但是它的成本較高且使用壽命較短，容易損壞。本設(shè)計的傳動效率與精度要求都不是很高且考慮到使用壽命的問題最終選擇了平帶傳動。
2.6.2 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1） 小帶輪（）尺寸計算
(2.1)
— 傳遞功率（kw）
— 小帶輪轉(zhuǎn)速（r/min）
（mm）
由于此設(shè)計對傳動精度無太高規(guī)定，因此根據(jù)設(shè)計的規(guī)定盡可能依據(jù)國家標準， 就選擇63（mm）。
（2） 帶傳動傳動比的確定
（2.2）
M— 落屑質(zhì)量（kg/min） 參考該加工中心的排屑量，M=2kg/min
Z— 鏈輪的有效齒數(shù)
— 大帶輪的轉(zhuǎn)速（r/min）
P — 鏈的節(jié)距（mm）
— 鏈板寬度（mm）
h — 鏈板的高度（mm）
（3）大帶輪（）尺寸計算
（2.3）
（2.4）
i— 傳動比
— 滑動率，取0.01~0.02
（2.5）
根據(jù)國家標準確定=90（mm）
2.6.3 帶輪的其他相關(guān)計算
（1） 帶速計算
— 小帶輪直徑（mm）
— 小帶輪的轉(zhuǎn)速（r/min）
（r/min）
（2）中心距計算
（2.6）
— 小帶輪直徑（mm）
— 大帶輪直徑（mm）
2.7 鏈傳動設(shè)計
鏈傳動整體方案確定：
圖 2.4 整體方案圖
2.7.1 平頂鏈的選擇
根據(jù)設(shè)計要求和國家標準，選擇GB/T 4140—93 C30S型平頂鏈。如下圖所示
圖 2.5 平頂鏈
2.7.2 鏈輪的計算
圖2.6 鏈輪
（1）分度圓直徑計算
（2.7）
P— 節(jié)距 （mm）
Z— 有效齒數(shù)
（mm）
（2） 齒頂圓最大直徑計算
（2.8）
d— 分度圓直徑 （mm）
Z— 有效齒數(shù)
（mm）
（3）齒根圓直徑計算
（2.9）
d— 分度圓直徑 （mm）
— 鉸圈外徑（mm）
（mm）
因本設(shè)計對傳動精度要求不高，根據(jù)設(shè)計要求盡量選用國家標準，鏈輪確定為C30S—8.5 GB/T 4140—93。
2.8 張緊機構(gòu)設(shè)計
2.8.1 鏈傳動的張緊設(shè)計
圖 2.7 滑動軸承座
本文中鏈傳動是一個主要的傳動功能，鏈傳動的一個必要的附加要求就是獨立的張緊機構(gòu)，在設(shè)計中依據(jù)設(shè)計的規(guī)定自主設(shè)計一種滑動型張緊機構(gòu)，其中關(guān)鍵的部件即滑動軸承座。
（1）受力分析
滑動軸承座在本次設(shè)計中的主要作用是承載軸.在張緊機構(gòu)中軸主要受到軸向力的作用，并且力的方向是水平方向的，滑動軸承座的受力情況和軸是大致相同的。
（2）解決方案分析
根據(jù)之前的受力分析，可以知道滑動軸承座的自由度為6，張緊機構(gòu)最終希望得到的結(jié)果是在完成張緊后，排屑裝置可以正常平穩(wěn)地工作。在本次設(shè)計中，采用的是滑槽設(shè)計，并且使用調(diào)位擋板來限制滑動軸承座前后方向上的滑動。使用螺栓座與螺母的擰緊程度來調(diào)節(jié)調(diào)位擋板的位置，實現(xiàn)張緊的任務(wù)。
圖 2.8 調(diào)位擋板
（3）尺寸確定
滑動軸承座的尺寸是根據(jù)軸及相關(guān)配套的軸承尺寸來最終確定的其寬度為30毫米，調(diào)位擋板的尺寸是根據(jù)滑動軸承座尺寸及調(diào)位擋板相關(guān)配套的螺栓座的尺寸確定的。
滑槽長度的確定是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，因為在設(shè)計中使用的平頂鏈的鉸鏈間隙e=0.41而且上下對稱的板鏈數(shù)N=68，所以最后使用的滑槽長度為：
（2.10）
— 許用滑槽長度 （mm）
— 備用滑槽長度 （mm）
（mm）
2.8.2 帶傳動的張緊設(shè)計
帶傳動在本次設(shè)計中主要起到的是傳遞動力的作用，采用滑動式的張緊機構(gòu)
（1）受力分析
因為鏈傳動的張緊機構(gòu)使用了滑動軸的辦法，如果在帶傳動的張緊機構(gòu)中采用同樣的方法，這樣的結(jié)果就是兩邊的張緊機構(gòu)要承受兩倍的力，這樣的結(jié)構(gòu)對于排屑機的穩(wěn)定工作影響非常不利。所以，帶傳動的張緊機構(gòu)應(yīng)該設(shè)置在電機軸上。
（1）解決方案分析
在電機軸上一般有三種張緊方式，分別為水平、豎直和斜向的張緊，相比其他兩種方式，水平方向的滑動張緊實現(xiàn)容易，節(jié)省空間，調(diào)節(jié)方便。
如果讓電機直接在滑槽內(nèi)滑動，會使電機的工作穩(wěn)定性受到影響，所以本設(shè)計采用安裝墊板的方式來協(xié)調(diào)電機的滑動。將電機安裝在墊板上，同時把滑槽也設(shè)計在墊板上，這樣既能節(jié)省所占空間而且也能使電機工作的穩(wěn)定性得到比較好的保證。
圖2.9 安裝墊板
2.9 輸送鏈版的設(shè)計
在上面的設(shè)計中，輸送鏈板是按照國家標準選擇的，但考慮實際，會出現(xiàn)下面這些問題：
（1）平頂鏈兩側(cè)沒有絲毫阻擋裝置，當產(chǎn)生過多的廢屑時會使廢屑從兩側(cè)的間隙中掉進排屑裝置里面，時間長了以后肯定會對裝置造成損壞
（2）平頂鏈上面為一個平面，廢屑掉進平頂鏈上后未設(shè)置任何遮擋辦法，在斜向上運輸時切屑都會因為重力的作用掉落，無法實現(xiàn)輸送任務(wù)。
（3）平頂鏈主要起承載切屑的作用，它的重量只能由兩端的軸來承擔，這樣的結(jié)構(gòu)使軸的受力過大，對整個排屑裝置的壽命有很大的影響。
（4）平頂鏈在運輸過程中有變向的過程，需要有輔助裝置來完成。
針對第一個問題，需要設(shè)計側(cè)擋屑板。需要注意的是，側(cè)擋屑板絕對不能影響平頂鏈的正常運動過程，每一個平頂鏈都要搭配一個圓角形的側(cè)擋屑板。而且側(cè)擋屑板的長度不能過長，否則就會導(dǎo)致兩個平頂鏈的側(cè)擋屑板與軸銷之間發(fā)生相互碰撞，會導(dǎo)致整個平頂鏈條的卡死甚至斷裂。最終擋屑板結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖2.10 側(cè)擋屑板
針對第二個問題，需要設(shè)計擋屑板。為了不使切屑在提升過程中下落，此次設(shè)計在平頂鏈上裝了防護板。加工中心所產(chǎn)生的團屑高度一般在10mm以下，所以選定擋屑板的高度為10mm。
針對第三、第四個問題，進行軸銷及其配套滾輪的設(shè)計。為了減小鏈板兩端軸的載荷，設(shè)計滾輪和相應(yīng)的滑道來解決這個問題。本設(shè)計是在原有的標準平頂鏈基礎(chǔ)上把它的軸銷長度加長，但是要注意加長的距離不能過大，否則導(dǎo)致彎矩過大而對船東產(chǎn)生不利影響。加裝了滾輪之后不能使其在軸銷上任意的徑向滑動，否則會導(dǎo)致它在滑道內(nèi)無法穩(wěn)定地工作，會與滑道的兩筆不斷摩擦及碰撞，最后卡死導(dǎo)致鏈條不能正常工作。在本設(shè)計中采用軸肩和開口銷的方法從兩端限制了滾輪的徑向運動，使其在滑道內(nèi)正常穩(wěn)定工作，同時解決了鏈條運行過程中的變向問題。
2.10 排屑裝置的保養(yǎng)與維護
排屑裝置是數(shù)控機床所必須配置附屬設(shè)備，其主要作用是將切屑從加工區(qū)排除數(shù)控機床之外，迅速、有效地清除切屑才能保證加工質(zhì)量及加工的有效運行。
本設(shè)計中集屑槽位于床身下方，這樣可以減小機床占地面積，提高排屑效率。排出的鐵屑落入鐵屑收集小車內(nèi)。
鏈板式排屑裝置工作過程中必須保證鏈輪運行方向與床身所指方向一致才能保障切屑有效的清理。
排屑設(shè)備配備有過載安全離合器，在出廠時已經(jīng)做了改動，如電動機啟動后，發(fā)現(xiàn)摩擦片有打滑現(xiàn)象，應(yīng)該立即停止開動，檢查鏈輪有無被其他物體卡住或潤滑不到位等原因。
應(yīng)該定期對排屑機接觸摩擦部件如：電機軸、鏈輪、鏈條等進行周期潤滑，來增強排屑機的使用壽命及運行的效率。
最終排屑裝置實物圖為：
圖2.11 排屑裝置實物
總 結(jié)
本次畢業(yè)設(shè)計做的是立式加工中心床身結(jié)構(gòu)設(shè)計和排屑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，此次設(shè)計是對大學(xué)四年來所學(xué)理論知識的一次系統(tǒng)性歸納與總結(jié)。并且需要在原來的基礎(chǔ)上，學(xué)會融會貫通，將以前所學(xué)到的知識系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，才能運用到本次的設(shè)計中。在設(shè)計過程中，意識到自己所掌握的知識過于零散化，而且很多都是只學(xué)到了皮毛，沒有深入地研究，導(dǎo)致運用時不能得心應(yīng)手。產(chǎn)品設(shè)計不僅需要對所設(shè)計產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)等各方面有一個全面的認識，更需要設(shè)計者本身對所需知識了解透徹，并且能夠綜合應(yīng)用。
在戴興的實習期間維修師傅對設(shè)備的維修讓我對機床內(nèi)部結(jié)構(gòu)的學(xué)習和了解也有很大幫助，通過這次畢業(yè)設(shè)計我認識到了自身存在的問題和不足之處，在以后的工作和學(xué)習中會針對自己的問題去改正。另外，學(xué)習知識要精益求精，遇事要多思考，最重要的是在設(shè)計中要結(jié)合實際，不能想當然。
致 謝
從拿到畢設(shè)題目開始經(jīng)過查找資料，設(shè)計方案的論證與確定，到最終獨立完成畢業(yè)設(shè)計和論文，前后歷經(jīng)幾個月。在這個過程中，老師提供了很大的幫助和支持，也從其他工廠師傅和同學(xué)那里學(xué)到了很多，在此要對給予我?guī)椭膸熼L、同學(xué)表示由衷的謝意。
由于專業(yè)知識的局限和經(jīng)驗的缺乏，論文中難免有很多考慮不周全的地方。設(shè)計過程中也遇到了很多困難，但是在老師的悉心指導(dǎo)和周圍同學(xué)的熱心幫助下順利完成了任務(wù)。很高興自己一生中最為寶貴的四年時光能在這樣的校園中度過，在這四年里，不管在知識上還是在思想上都獲益匪淺，并且結(jié)識到了一群志同道合的朋友。
最后，再次衷心地感謝老師和同學(xué)們的幫助以及對此次畢業(yè)論文進行評審的各位老師。
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