基于無機械手圓盤式刀庫的臥式加工中心換刀系統(tǒng)的研究

目錄1.課題名稱……………………12.課題來源……………………13.緒論…………13.1課題的意義………………13.2國內(nèi)外自動換刀系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀………13.3本課題的主要內(nèi)容………104.刀庫的設(shè)計…………………114.1換刀系統(tǒng)總體布局圖……………………114.2換刀流程…………………114.3刀庫裝配圖………………124.4刀庫各部分技術(shù)方案……………………125.立柱的設(shè)計…………………155.1立柱裝配圖………………155.2滾動直線導(dǎo)軌的選型與計算……………165.3滾珠絲杠的選型與計算…………………186.主軸的設(shè)計…………336.1主軸裝配圖………………336.2主軸結(jié)構(gòu)分析……………337.整體的三維造型…………458.課題設(shè)計結(jié)論………………469.畢業(yè)設(shè)計總結(jié)………………489.1思想心路歷程……………489.2畢業(yè)設(shè)計體會……………499.3心得與收獲………………50致謝…………5111.參考文獻…………………52附錄1……………56附錄2……………56附錄3……………57基于無機械手圓盤式刀庫的臥式加工中心換刀系統(tǒng)的研究與設(shè)計學(xué)生：XXXXXXXX機電與建筑工程學(xué)院教導(dǎo)教師：XXXXXXX機電與建筑工程學(xué)院摘要加工中心是數(shù)控機床出現(xiàn)之后，為提高加工效率，減少非切削時間，將自動換刀裝置與數(shù)控機床集成而形成的具有高自動化程度和高效率的數(shù)控機床。它的發(fā)展備受世界各國關(guān)注，其發(fā)展?fàn)顩r是一個國家制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。加工中心在我國各行各業(yè)中都起著重要作用，但是我國的加工中心發(fā)展水平并不高，大部分精密加工中心依然需要進口。為努力達到發(fā)達國家的技術(shù)水平，應(yīng)將發(fā)展精密加工中心置于優(yōu)先戰(zhàn)略地位。本課題主要研究無機械手圓盤式刀庫的臥式加工中心換刀系統(tǒng)。通過對立柱、主軸、刀庫三個部件設(shè)計與研究以及其中重要功能零、部件的設(shè)計、選型和計算，加深對加工中心結(jié)構(gòu)了解并增強實際設(shè)計能力。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床、加工中心、換刀系統(tǒng)、部件設(shè)計與研究AbstractmachiningcenterisoneoftheCNCmachineappearsafternormalCNCmachinewhichintegratetheautomatictoolchangerwithCNCmachinetoolstoimproveprocessingefficiency,reducenon-cuttingtime.Itsdevelopmentmuchattentionaroundtheworld,anditsdevelopmentisanimportantindicatorofacountry'slevelofdevelopmentofmanufacturingindustry.Processingcenterplaysanimportantroleinallwalksoflifeinourcountry,butthelevelofdevelopmentofChina'sprocessingcenterisnothigh,mostprecisionmachiningcentersstillneedtoimport.Tonarrowthegapwiththedevelopedcountriesassoonaspossible,weshouldplacethedevelopmentofprecisionmachiningcentersonprioritystrategicposition.Theresearchmainontoolchangersystemwithouthorizontalmachiningcentermanipulatordiscmagazine.Throughthecolumn,spindle,magazinedesignandresearchthethreecomponentsaswellassomeimportantfunctionscomponent.deepenunderstandingandenhancemachiningcenterstructuretheactualdesigncapacity.Keywords:CNCmachinetools,machiningcenters,ATCsystems,components,designandresearch.1.課題名稱基于無機械手圓盤式刀庫的臥式加工中心換刀系統(tǒng)的研究與設(shè)計2.課題來源指導(dǎo)老師的科研項目3.緒論3.1課題提出的意義制造業(yè)是一個國家綜合實力的最直接表現(xiàn)，而機床作為機械制造行業(yè)中的主要設(shè)備，尤其是具有高精度加工能力的數(shù)控機床在我國重點發(fā)展的能源、汽車制造業(yè)、航天制造業(yè)等領(lǐng)域中占有舉足輕重的地位。近年來隨著高科技技術(shù)的蓬勃發(fā)展，數(shù)控機床也開始呈現(xiàn)出高速度、高精度、高效率、柔性制造等發(fā)展趨勢。加工中心作為數(shù)控機床和自動換刀裝置融合的產(chǎn)物，能一次完成零件裝夾中的銑、鏜、鉆、擴等多道工序，更是成為數(shù)控機床發(fā)展的重中之重，直接影響著現(xiàn)代高新制造業(yè)的發(fā)展。自動換刀系統(tǒng)作為加工中心的重要組成部件，是保證加工中心能完成多道加工工序的基本條件，其性能的好壞對加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，自動換刀系統(tǒng)主要由刀庫、主軸和立柱組成。它應(yīng)當(dāng)滿足換刀時間短、精確定位、儲存所需全部刀具、結(jié)構(gòu)緊湊等要求。本課題就是要對加工中心中無機械手圓盤式刀庫換刀的自動換刀系統(tǒng)的研究與設(shè)計。3.2當(dāng)代自動換刀系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀3.2.1幾種典型的換刀裝置1.回轉(zhuǎn)刀架換刀回轉(zhuǎn)刀架換刀作為一種比較簡便實用的自動換刀方式，在數(shù)控機床的設(shè)計中使用廣泛。根據(jù)不同的需求，它可以相應(yīng)的設(shè)計成四方刀架或者六角刀架等多種形式。這些回轉(zhuǎn)刀架上也就儲存著相同數(shù)量的的刀具，并根據(jù)數(shù)控裝置的程序換刀?；剞D(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上應(yīng)能保持較高的剛度和強度，能抵抗粗加工時的切削抗力。由于刀尖位置將對加工精度有很大影響，故于數(shù)控車床而言，進行加工時刀具位置將不會人工調(diào)整，所以說確定完善的定位方案以及合理的定位結(jié)構(gòu)是必須的，用來確保回轉(zhuǎn)刀架每次轉(zhuǎn)位之后，具有比較高的重復(fù)定位精度。回轉(zhuǎn)刀架按照工作原理的不同分為若干不同種類。2.更換主軸換刀至于更換主軸換刀則是攜帶旋轉(zhuǎn)刀具的加工中心的一種常用的換刀方式。主軸頭分為臥式和立式兩種形式，采取旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)塔頭的方式來更換主軸頭，達到自動換刀的目的。在轉(zhuǎn)塔的每一個主軸上，提前安裝有每道加工所需要的刀具，發(fā)出換刀指令后，每個主軸頭按照程序指令依次旋轉(zhuǎn)到加工位，并聯(lián)通主運動，讓對應(yīng)的主軸帶著刀具旋轉(zhuǎn)，其他在不加工位置上的主軸都不會接通主運動。轉(zhuǎn)塔頭每次轉(zhuǎn)位包括下列動作：①脫離開主傳動；②轉(zhuǎn)塔頭脫開；③轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位；④轉(zhuǎn)塔頭定位壓緊；⑤聯(lián)通主軸傳動；這種換刀方式，精簡了自動松夾、卸刀、裝刀以及刀具運輸?shù)仍S多的操作步驟，從而減少了換刀時間，提高換刀效率，同時也增加了換刀的穩(wěn)定性。這種換刀方式受到空間位置的制約，主軸部件結(jié)構(gòu)尺寸一般較小，在一定程度上影響了主軸系統(tǒng)的剛性。為了確保主軸的剛性，必須對主軸的數(shù)目進行限制。所以這種換刀方式普遍適用于工序較少、精度要求不高的機床，如數(shù)控鉆、銑床等。3.更換主軸箱換刀有的加工中心和組合機床一樣，選用具有多個主軸的主軸箱，通過更換主軸箱來實現(xiàn)換刀的目的。主軸箱庫里懸掛備用主軸箱。在主軸箱兩端的導(dǎo)軌上，安裝同步運動的小車，通過它們進行對主軸箱庫與機床動力頭之間主軸箱的運送。依照根據(jù)加工需要，選定所需的主軸箱，等到兩小車運行到所需主軸箱的地方時，把主軸箱推到小車上，兩只小車同時運動到機床動力頭兩邊互換位置。等上一道工序加工完成后，動力頭攜帶使用完后的主軸箱上升到更換位置，夾緊機構(gòu)松開這只主軸箱，在定位孔中拔出定位銷，推桿機構(gòu)會把使用完的主軸箱推上小車。同時，又將另一個待用主軸箱推到機床動力頭上，同時定位并夾緊。然后，兩小車同時返回主軸箱庫，停在下道工序所需的主軸箱旁。推桿機構(gòu)把下道工序所需的主軸箱裝到小車上，同時把用過的主軸箱從小車上卸下并放入主軸箱庫里面的空位中。機械手也可以用于刀庫和主軸箱之間進行刀具交換。這種換刀形式，特別有利于箱體類零件的加工，提高生產(chǎn)效率。4.帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)帶刀庫的換刀系統(tǒng)由刀庫、選刀機構(gòu)、刀具自動裝卸裝置和刀具交換機構(gòu)等部分組成，在以上幾種換刀方式中采用最多。刀庫--機械手自動換刀系統(tǒng)，換刀流程非常復(fù)雜。開始要把加工過程中所需的每一把刀具安裝裝在各自相應(yīng)規(guī)格刀柄上，在未插進刀庫之前進行尺寸預(yù)調(diào)整，然后放入刀庫中。換刀時根據(jù)發(fā)出的選刀程序在刀庫里選刀，由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，進行拉刀和松刀，然后將下道工序所需的刀具裝入主軸，將加工完成的刀具放回刀庫。這種換刀裝置和之前幾種換刀方式相比，機床主軸箱內(nèi)只有一根主軸，在結(jié)構(gòu)上可以提高主軸的剛性，適合用于精密加工和切削。刀庫中刀具可根據(jù)加工需要和機床結(jié)構(gòu)布局來選用，刀具數(shù)目可多可少，來實現(xiàn)復(fù)雜加工面的多工序加工，從而增強了機床的適應(yīng)性和提高切削效率。此外，刀庫應(yīng)放置在遠離加工區(qū)的地方，消除刀庫對工件加工產(chǎn)生干擾的可能性。然而使用這種自動換刀系統(tǒng)，需要添加刀具自動夾緊、放松機構(gòu)、刀庫運動和定位機構(gòu)，同時也需要設(shè)置清潔刀柄及刀孔、刀座的裝置，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。有換刀過程繁多、時間長的缺點。存在較多因素影響換刀工作可靠性。為減少換刀時間，可選擇帶刀庫的雙主軸或多主軸換刀系統(tǒng)。當(dāng)水平方向的主軸在進行切削加工時，需要更換刀具的主軸轉(zhuǎn)換到換刀位，由刀具交換裝置進行提前換刀，等到上一道工序加工完成，轉(zhuǎn)塔頭旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)交換主軸（即換刀），這種換刀方式，換刀時間和機械加工時間大部分重合，只消耗轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位的時間，故換刀所需時間少，轉(zhuǎn)塔頭上的主軸數(shù)目少，有利于提高主軸的結(jié)構(gòu)剛度，刀庫中刀具的數(shù)目也可增加，對多工序連續(xù)加工加工有利。但這種換刀方式不易保持較高主軸精度來進行精鏜加工。所以，這種換刀方式主要用于鉆床，也適用于銑鏜類和數(shù)控組合機床。3.2.2自動換刀系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)1.滾動直線導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌具有較長的歷史，伴隨著數(shù)控機床朝著高速化趨勢不斷發(fā)展而被應(yīng)用得愈發(fā)廣泛。與滑動導(dǎo)軌區(qū)別的是，滾動直線導(dǎo)軌采用了鋼球或滾柱做為滾動體，其與導(dǎo)軌的接觸特點為點接觸或線接觸，擁有摩擦系數(shù)小的特點。而且滾動導(dǎo)軌在安裝過程中施加了一定的負荷，阻尼特性較好，但這種阻尼特性相比于傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌的阻尼特性存在一定差距。滾動導(dǎo)軌相比于滑動導(dǎo)軌所具有的較大的接觸面積而言，具有“最小的接觸面積”的特點，能極大地減小摩擦，從而使機床的響應(yīng)更迅速，快移速度更高，非常適合于復(fù)雜外形的精密零件加工。根據(jù)滾子在導(dǎo)軌與滑塊之間的接觸形式，滾動導(dǎo)軌可以分為歌德式牙型滾動導(dǎo)軌和圓弧式牙型滾動導(dǎo)軌。如圖5所示，這兩種滾動導(dǎo)軌相比，承受切向力時，歌德式滾動導(dǎo)軌由于滾珠完全被約束住，故無側(cè)向偏移，切向剛性非常穩(wěn)定；而圓弧式滾動導(dǎo)軌在切向力的垂直方向無完全約束，且接觸形式為圓弧型，會產(chǎn)生一定的偏移，致使接觸角發(fā)生改變影響導(dǎo)軌的性能。而歌德式牙型其接觸角能保持不變，剛性亦較穩(wěn)定。圖3-1導(dǎo)軌樣式圖2.滾珠絲杠滾珠絲杠可以作為滾動軸承的一種變形，由于使用場合的不同，有單螺母或雙螺母，可以是單插管、雙插管或三插管；也可以是插管外循環(huán)或塞塊內(nèi)循環(huán)。其主要的受力摩擦點都在滾道的45°方位上，淬硬加工后必須保證45°。存在以下幾大特點：（1）高效率：利用滾動摩擦，所以靜態(tài)和動態(tài)的摩擦系數(shù)都很小，一般是在0．003—0．005。其作功效率都在90gb上。與滑動摩擦的梯形絲杠相比，效率提高1一3倍。（2）高壽命：滾珠絲杠一般淬硬至HRC56以上，在滾動回轉(zhuǎn)下，工作載荷不大，一般都能保證運轉(zhuǎn)200萬次以上，比梯形絲杠壽命提高5—10倍。在正常的機械上工作8—10年，精度可以基本不變，磨損量不到0．01mm。正常工作壽命可達到10—20年。（3）高精度：精密滾珠絲杠經(jīng)過淬硬和精密螺紋磨削及研磨或珩磨后，能達到很高的精度，可以作為長度基準(zhǔn)，用于數(shù)控機床及其他機械。滾珠絲杠的預(yù)緊方式：（1）雙螺母調(diào)整間隙實現(xiàn)預(yù)緊結(jié)構(gòu)。滾珠絲杠兩螺母副通過平鍵與外套相聯(lián)，用兩個鎖緊螺母調(diào)整絲杠螺母的預(yù)緊量。簡單易實現(xiàn)，但是精度很低。（2）通過改變墊片厚度，使?jié)L珠絲杠的左右螺母無相對旋轉(zhuǎn)，作軸向位移，實現(xiàn)預(yù)緊。這種結(jié)構(gòu)簡單，有利于提高剛性。加工過程中需卸調(diào)整墊片進行修磨，為易于實現(xiàn)，調(diào)整墊片做成半環(huán)。（3）齒差式預(yù)緊結(jié)構(gòu)。在左右螺母的的端部做成外齒輪，齒數(shù)Z1比Z2少一個。兩個齒輪分別與兩端對應(yīng)內(nèi)齒圈嚙合。內(nèi)齒圈固定在螺母座上，預(yù)緊時脫開內(nèi)齒圈，兩螺母向同一方向進給一樣的齒數(shù)，合上內(nèi)齒圈，兩螺母的軸向位置發(fā)生變化達到調(diào)整間隙和施加預(yù)緊力的目的。滾珠絲杠的支承方式：(1)兩端固定目前大部分的普通數(shù)控機床的滾珠絲杠副采用兩端固定的支承方式，絲杠兩端通過配對好的角接觸推力球軸承進行支承，絲杠兩端均為固定，不能自由伸縮。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加調(diào)整墊片可以實現(xiàn)對絲杠的準(zhǔn)確預(yù)拉伸，以提高絲杠剛性和消除部分熱變形誤差。(2)一端固定一端游動該支撐方式與前一種支撐方式不同之處在于，絲杠一端固定一端游動，該方式通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，讓絲杠一端（一般為電機軸端）固定，另一端能游動，絲杠可以自由伸長；由于沒有預(yù)拉伸軸承的軸向載荷不大，可以支承絲杠高速運轉(zhuǎn)，提高進給速度。3.驅(qū)動電機及連接方式電機作為驅(qū)動裝置，需要為整個系統(tǒng)提供動力，所以電機的選擇至關(guān)重要，電機的動力需要靠連接裝置來將動力傳動到主軸上，所以連接裝置的選擇也同樣重要。（1）步進電機步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機械角位移或直線位移的控制電動機。步進電機也成脈沖電動機或電脈沖馬達。對步進電機輸入一個控制脈沖，則輸出一個位移（角位移或直線位移）稱為一步。脈沖數(shù)增加，位移量隨之增加；脈沖頻率增高，則位移變化的速度增高。脈沖的相序反向，則位移的方向反向。由于其沒有積累誤差(精度為100%)的特點,它被廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機(VR)、永磁式步進電機(PM)、混合式步進電機(HB)和單相式步進電機。(2)伺服電機伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。廣泛應(yīng)用于對精度有較高要求的機械設(shè)備，如機床和CNC數(shù)控設(shè)備、裝配線和材料夾持自動生產(chǎn)、激光加工設(shè)備、機器人、自動化生產(chǎn)線等對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對較高的設(shè)備。數(shù)控機床進給驅(qū)動對位置精度、快速響應(yīng)特性、調(diào)速范圍等有較高要求。電動機與絲杠間的連接主要有三種方式：(1)帶有齒輪傳動的進給運動采用齒輪副達到一定的降速比要求，由于齒輪制造中存在誤差及一定降速比要求，由于齒輪制造中存在誤差及一定的齒側(cè)間隙，對于傳動正常工作必要的齒側(cè)間隙會造成進給系統(tǒng)的反向失動量，也會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用消隙措施來盡量減小齒輪側(cè)隙，但此措施結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。（2）經(jīng)同步帶傳動的進給系統(tǒng)這種連接形式的機械結(jié)構(gòu)比較簡單。同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但只適合低轉(zhuǎn)矩特性要求的場合。安裝時中心距要求嚴(yán)格，且?guī)c帶輪的制造工藝復(fù)雜。（3）電機通過聯(lián)軸器直接與絲杠連接電動機軸與絲杠之間采用錐環(huán)無鍵聯(lián)接或高精度十字聯(lián)軸器聯(lián)接，從而使進給傳動系統(tǒng)具有較高的傳動精度和傳動剛度，并大大簡化了機械結(jié)構(gòu)。在加工中心和精度較高的數(shù)控機床進給運動中，得到普遍應(yīng)用。4.刀庫（1）單盤式刀庫一般存放15~40把刀，為適應(yīng)機床主軸的布局，刀庫上刀具軸線可以按不同方向配置，如軸向、徑向或斜向。采用這種結(jié)構(gòu)可以簡化取刀動作。單盤式結(jié)構(gòu)簡單，取刀也很方便，因此采用廣泛。（2）鼓輪彈侖式刀庫，又稱刺猬式刀庫，這種刀庫結(jié)構(gòu)緊湊。在相同的空間里，它的刀庫容量最大，但選刀和取刀的動作比較復(fù)雜。（3）鏈?zhǔn)降稁?，其結(jié)構(gòu)有較大的靈活性，單排鏈?zhǔn)降稁熘糜跈C床立柱側(cè)面，可容納45把刀具，如刀具儲存量過大，將使刀庫過高。為增加鏈?zhǔn)降稁斓膬Υ媪浚刹捎枚嗯沛準(zhǔn)降稁?。刀具的選擇方式通常有兩種方式：（1）順序選擇刀具刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫刀座中，使用時按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個刀座內(nèi)。（2）任意選擇刀具刀具在到庫中任意擺放，每把刀具（或刀座）上都有代碼，自動換刀時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每把刀具（或刀座）都經(jīng)過“刀具識別裝置”進行識別。選刀符合要求的刀具時，刀庫會將刀具送到換刀位置，等待機械手來拾取。5.主軸（1）支承方式①前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力軸承組合，后支承采用向心推力球軸承。此配置方式使主軸的綜合剛度大幅提高，可以滿足強力切削的要求。因此普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機床的主軸。②前支承采用高精度雙列向心推力軸承，向心推力球軸承具有良好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達4000r/min，但它的承載能力小，因而適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機床的主軸。③雙列和單列圓錐滾子軸承，這種軸承能承受較大的徑向和軸向力，能承受重載荷尤其是能承受較強的動載荷，安裝與調(diào)整性能好，但這種配置方式限制了主軸最高轉(zhuǎn)速和精度，因此，適用于中等精度、低速與重載數(shù)控機床主軸。（2）傳動方式圖3-2傳動方式①主軸電動機直接驅(qū)動如圖8-1（a）所示，電動軸與主軸用聯(lián)軸器同軸連接，大大簡化主軸箱和主軸結(jié)構(gòu)，有效地調(diào)高了主軸部件的剛度。但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動機發(fā)熱對主軸精度精度影響大。近年來采用的交流伺服電動機，功率可以很大，而且其輸出功率與消耗的功率又保持同步，效率很高。②電動機經(jīng)同步齒形帶帶動主軸如圖8-1（b）所示，電動機將其運動經(jīng)同步齒形帶以定比傳動傳遞給主軸。由于輸出轉(zhuǎn)矩較小，這種傳動主要用于小型數(shù)控機床低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸，可以減小傳動中的振動和噪聲。③電機經(jīng)齒輪變速傳動主軸如圖8-1（c）所示，主軸電動機經(jīng)二級齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，使之成為分段無級調(diào)速，這種現(xiàn)置方法在大中型數(shù)控機床中采用較多，通過齒輪傳動減速后，輸出轉(zhuǎn)矩可以擴大，以滿足主軸低速時輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。3.3本課題的主要內(nèi)容1.設(shè)計無機械手圓盤式刀庫的臥式加工中心換刀系統(tǒng)，包括主軸、立柱和刀庫三個部件。2.關(guān)鍵零件的設(shè)計與計算；3.功能部件的選型與計算、進給傳動系統(tǒng)地剛度計算、伺服電機的選型與計算。4.設(shè)計參數(shù)：主電機功率：5.5kw，主軸轉(zhuǎn)速范圍20~8000r/min主軸錐孔序號：IOS№40滾珠絲杠直徑：φ40mm；行程（Y軸）：600mm；快速移動速度：18000mm/minY軸承載重量：4000N；定位精度：0.02mm，重復(fù)定位精度：0.01mm；刀庫容量：24把，刀柄規(guī)格：BT40.成果展現(xiàn)形式：論文及圖紙。設(shè)計方案要求：1、確定滾珠絲杠支承方式、型號與結(jié)構(gòu)；2、選擇滾動直線導(dǎo)軌型號與支承方式；3、選擇交流伺服電機型號與安裝方式；4、確定主軸支承方式。4.刀庫的設(shè)計4.1換刀系統(tǒng)總體布局圖圖4-1刀庫總體布局圖4.2換刀流程上一工序結(jié)束后執(zhí)行換刀指令，主軸定向準(zhǔn)停，主軸箱帶動主軸快速上升到換刀位置，做好換刀準(zhǔn)備，如圖（a)所示；主軸向上移動，上一把刀具進入刀庫交換刀具的空位，刀具被刀庫夾緊，主軸內(nèi)的刀具夾緊裝置放松，刀具被松開，如圖（b)所示；主軸箱上升，從主軸錐孔中將刀拔出，主軸上的刀具放回刀庫的空刀座中，如圖（c）所示；刀庫轉(zhuǎn)位，按照程序指令要求將選好的的刀具轉(zhuǎn)到下一個工序所要用的刀具位置，主軸孔吹氣進行清洗，如圖（d）所示；主軸箱下降，將新刀插入主軸錐孔，主軸內(nèi)刀具夾緊裝置將刀柄夾緊，如圖（e）所示；主軸快速向下移動回到加工位置，進行下一工序的加工，如圖（f）所示。4.3刀庫裝配圖4.4刀庫各部分技術(shù)方案4.4.1刀庫形式的選擇由于本課題加工中心刀庫中裝有24刀具，刀具數(shù)量不多，屬于是中小型的加工中心，為簡化刀庫結(jié)構(gòu)和換刀動作，同時能盡量減小刀庫的體積，故選擇了盤式刀庫，將刀庫置于立柱上方，取刀簡便，方便換刀動作的實現(xiàn)。以下是刀盤的零件圖：圖4-3刀盤4.4.2刀具編號方式的選擇(1)順序選擇刀具刀具按照預(yù)定的工序先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座中，也可以按加工順序放入下一個刀座中。該方法不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制也比較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同的工序中不能重復(fù)使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量的刀庫的容量，這無形中降低了刀庫的使用率，增大了刀庫的體積。同時，裝刀時必須非常小心，必須得按照預(yù)先指定的工藝加工流程對應(yīng)的安放刀具，否則極易損壞設(shè)備。故在現(xiàn)今加工中心設(shè)計中使用較少。(2)任意選擇刀具這種方式使通過指令控制任意選擇刀具，刀具在刀庫中可以隨意擺放，不必受加工順序的限制。但是每把刀具上都有相應(yīng)的的編碼，在執(zhí)行換刀指令時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每一把刀具都將經(jīng)過刀具識別器，根據(jù)數(shù)控指令來選擇所需要的刀具。當(dāng)所需刀具被選中后，刀庫會將刀具送到換刀位置，等待通過刀庫和主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具的交換。任意選擇刀具法的特點是刀庫中刀具的擺放順序和加工順序無關(guān)，刀具可以循環(huán)使用。故相比于順序換刀，刀具數(shù)量可相應(yīng)減少，同時刀庫也會小一些。這種選刀方式的三種編碼方式如下：①刀具編碼此種方式是把每一把刀具進行編碼，因而每一把刀具都有一個不同于其他刀具的代碼，所以刀具可以在刀庫中任意擺放。這樣每一把刀具在加工中就可以重復(fù)使用，刀具使用完之后，不需要放回原來的刀座中，也就不存在因為刀具放置順序錯誤而引發(fā)事故。同時，縮短了換刀用的時間，簡化了換刀動作。②刀座編碼方式該編碼方式對每個刀座進行編碼，同時對刀具也編碼，將刀具擺放到與其編碼相同的刀座中，進行換刀動作時，刀盤轉(zhuǎn)動，各個刀座依次轉(zhuǎn)過編碼識別器，找到需要的刀座后，刀盤便停止轉(zhuǎn)動。這種編碼方式不需要編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)大大簡化。故此種刀庫的編碼識別器可以放在較適合的地方，不用受刀柄結(jié)構(gòu)限制。缺點是換刀時，刀具必須擺放在編碼對應(yīng)的刀座中，增加了換刀動作，降低了換刀效率。③編碼附件方式編碼附件方式可以分為編碼鑰匙、編碼卡片、編碼桿和編碼盤，編碼鑰匙應(yīng)用最為廣泛。這種方式在每把刀具上都系一把記錄該刀具編碼的編碼鑰匙，每把刀具放回刀座中時，編碼鑰匙將放入旁邊鑰匙孔里面，這樣就可以把每把刀具的編碼轉(zhuǎn)記到刀座上，對刀座進行了編碼。識別器可以通過刀座上的編碼來選擇旁邊刀座中的刀具。此種編碼方式為臨時性的編碼，當(dāng)?shù)毒呷〕鰰r，刀座中的編碼也會隨之消失，因此具有更大的靈活性。但是放回的刀具必須放回原來的刀座中。本課題中加工中心刀具數(shù)為24把，屬于中小型加工中心，從降低成本、減小刀庫體積、提高換刀效率、簡化換刀動作等方面綜合考慮來看。選擇任意選擇刀具中的刀具編碼方式。4.4.3刀庫傳動方式的選擇刀庫為保證換刀動作的順利完成，常采用單獨的驅(qū)動裝置。一般有以下幾種方式：(1)帶傳動帶傳動為一種撓性傳動。其基本組成零件為帶輪（主動輪和從動輪）以及傳動帶。當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)動時，借助皮帶和帶輪之間的摩擦或嚙合，將動力通過皮帶傳遞給從動輪。這種傳動方式具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉等特點，在機械中應(yīng)用很廣。(2)鏈傳動這種傳動是一種撓性傳動，由鏈條和鏈輪（小鏈輪和大鏈輪）組成。通過鏈輪齒和鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力，鏈傳動在機械設(shè)備中使用廣泛。這種傳動方式與帶傳動相比，無滑動和打滑現(xiàn)象，能保持較準(zhǔn)確地傳動比，傳動效率高，由于無需張緊而對軸徑向力較小，結(jié)構(gòu)緊湊，且適應(yīng)在溫度高、濕度高的環(huán)境下工作，成本較低。但是鏈傳動只能平行軸間的同向傳動，無法保證瞬時傳動比的恒定，工作時存在噪聲，無法在高速、載荷變化大的情況下工作。（3）齒輪傳動齒輪傳動的應(yīng)用最為廣泛。可適應(yīng)大功率、高速度的傳動。主要具有以下優(yōu)點：①效率高，在四重常見機械傳動中，齒輪傳動的效率最高。②結(jié)構(gòu)緊湊，同等傳動條件下，齒輪傳動的所需的空間最??；③傳動可靠、壽命長，一般的齒輪傳動，只有結(jié)構(gòu)合理正確，及時進行良好的潤滑維護，壽命可長達數(shù)十年。④傳動比穩(wěn)定，瞬時傳動比和平均傳動比均為恒定值(4)蝸輪蝸桿蝸桿傳動是在空間交錯兩軸間傳遞運動的一種機構(gòu)，兩軸線之間可以以任意角度交叉，一般為90°，具有以下特點：①使用單頭蝸桿時，可以實現(xiàn)較大的傳動比，傳動比范圍為5~80；②由于蝸桿傳動是逐漸嚙合和逐漸退出嚙合，所以蝸桿嚙合比齒輪傳動更加平穩(wěn)，噪聲更小；③具有自鎖性能；④嚙合處存在滑動，若工作調(diào)件比較惡劣時，容易產(chǎn)生劇烈摩擦而發(fā)熱嚴(yán)重，會損壞零件，降低傳動效率。本課題中選擇了圓盤式刀庫，刀庫將放置在立柱的上面，由于鏈傳動和帶傳動一般用于平行軸間的傳動，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，不利于刀庫在立柱上的安裝。同時這兩種傳動方式傳動不夠平穩(wěn)，將會影響換刀動作的精確完成。蝸輪蝸桿的兩軸線可成任意角度，有利于結(jié)構(gòu)的緊湊設(shè)計，同時相比于齒輪傳動而言，蝸桿傳動更加平穩(wěn)，且成本較低。本刀庫采用漸開線蝸桿，考慮到傳動比和效率的因素，確定蝸桿的頭數(shù)為2。蝸輪采用拼鑄式蝸輪，在鑄鐵的輪芯上加鑄青銅齒圈。同時為了使刀庫傳動機構(gòu)不與刀盤產(chǎn)生干涉，必須將蝸輪蝸桿機構(gòu)傾斜15°放置。4.4.4刀庫電機傳動連接方式的選擇電機和蝸桿之間采用彈性膜片聯(lián)軸器直聯(lián)，可以減小刀庫箱體的體積，有利于簡化結(jié)構(gòu)提高傳動件的剛度。5.立柱的設(shè)計5.1立柱裝配圖5.2滾動直線導(dǎo)軌的選型與計算5.2.1滾動直線導(dǎo)軌的優(yōu)點滾動直線導(dǎo)軌是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、反相器、保持架、密封端蓋及擋板組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊做相對直線運動時，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的滾道滾動（導(dǎo)軌上有四條經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的滾道）。在滑塊的端部，鋼球又通過反向裝置（反向器）進入反向孔再進入導(dǎo)軌上的滾道。鋼球就這樣周而復(fù)始進行滾動運動。反向器兩端裝有防塵密封端蓋，可以有效防止灰塵、屑末進入滑塊內(nèi)部。具有以下優(yōu)點：①導(dǎo)軌動、靜摩擦系數(shù)差別小，隨動性好，即驅(qū)動信號與機械動作滯后的時間間隔短，有效的提高了數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度；②可以實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度；③成對使用導(dǎo)軌副時，具有“誤差均化效應(yīng)”從而可以降低基礎(chǔ)件的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機械制造成本與難度；④簡化了機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造。故本課題中加工中心選用滾動直線導(dǎo)軌。5.2.2滾動直線導(dǎo)軌的選型一般是依據(jù)導(dǎo)軌的承載量，先根據(jù)經(jīng)驗確定導(dǎo)軌的的規(guī)格，然后進行壽命計算。導(dǎo)軌的承載量與導(dǎo)軌規(guī)格一般由下表中所列的經(jīng)驗關(guān)系。表5-1導(dǎo)軌承載量與導(dǎo)軌規(guī)格對應(yīng)的經(jīng)驗關(guān)系承載量/N3000以下3000~50005000~1000010000~2500025000~5000050000~80000導(dǎo)軌規(guī)格303545556585（1）滾動直線導(dǎo)軌的計算由于給定承載量為4000N，且采用了平衡油缸使其平衡了大約承載量的95%，故實際的承載量為200N。則可以預(yù)選型號為GGB30AA的滾動直線導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的距離額定壽命L和時間額定壽命可以用以下公式來計算：km（5—1）式中：——硬度系數(shù)，一般要求滾道的硬度不得低于58HRC，故可通常取=1;——溫度系數(shù)，參見表溫度系數(shù)；——接觸系數(shù)，參見表接觸系數(shù)；——精度系數(shù)，參見表溫度系數(shù)；——載荷系數(shù)，參見表載荷系數(shù)；——額定動載荷（N）；F——計算載荷（N）。（5—2）式中：l——形成長度（m）N——每分鐘往次數(shù)。表5-2溫度系數(shù)工作溫度/°C<100≥100~150≥150~200≥200~2501.000.90.730.60表5-3接觸系數(shù)每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)123451.000.810.720.660.61表5-4精度系數(shù)精度等級23451.01.00.90.9表5-5載荷系數(shù)工作條件無外部沖擊或振動的低速運動（速度小于15m/min）場合無明顯沖擊或振動的中速運動（速度小于15~60m/min）場合有外部沖擊或振動的高速運動(速度大于60m/min）場合1~1.51.5~2.02.0~3.5根據(jù)表格選擇=1.00，=1.0，=0.81，=1.0，=1.8根據(jù)預(yù)選滾動直線導(dǎo)軌查得=27.6kN帶入式（5-1）得L=291600km>>50km,同時算得=2016900h>345.8h故所預(yù)選的滾動直線導(dǎo)軌完全滿足立柱機構(gòu)所需條件，故選擇型號為GGB30A的滾動直線導(dǎo)軌。5.3滾珠絲杠的選型與計算5.3.1滾珠絲杠螺母副的工作原理與特點滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)他們套裝在一起便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的的兩端連接起來構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母（或滾珠絲杠）軸向移動。其具有以下特點：(1)傳動效率高，摩擦損失小；(2)適當(dāng)預(yù)緊可消除螺紋間隙，反向時可以消除空載死區(qū)，使絲杠定位精度高，剛度好；(3)運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高；(4)具有可逆性，既可以從旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動；(5)磨損小，使用壽命長；(6)制造工藝復(fù)雜，成本高。5.3.2本課題絲杠裝配圖圖5-2絲杠裝配圖5.3.3滾珠絲杠的選型和計算(1)技術(shù)要求工作臺、工件所受重力W=4000N；工作臺最大行程=600mm；工作臺快速移動速度=18000mm/min;工作臺采用滾動直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的動、靜摩擦系數(shù)均為0.01,主軸箱的定位精度為20μm，重復(fù)定位精度為10μm，加工中心的工作壽命為20000h（即工作時間為10年）。機床采用主軸伺服電動機，額定功率=5.5kW,機床采用端面銑刀進行強力切削，銑刀直徑D=125mm，主軸轉(zhuǎn)速n=1500r/min,切削狀況如表所示。表5-6切削狀況表切削方式進給速度/(m/min)時間比例/(%)備注強力切削0.610主電動機滿功率下切削一般切削0.830粗加工精加工切削150精加工快速進給1810空載條件下工作臺快速進給(2)總體方案設(shè)計為了滿足以上設(shè)計要求，采取以下技術(shù)方案。①工作臺工作面尺寸（寬度×長度）確定為400mm×1200mm。②工作臺導(dǎo)軌采用滾動直線導(dǎo)軌。③對滾珠絲杠螺母副進行預(yù)緊。④采用伺服電機驅(qū)動。⑥采用膜片彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直連。(3)設(shè)計計算主切削力及其切削分力計算①計算主切削力Fz。根據(jù)已知條件，采用端面銑刀在主軸計算轉(zhuǎn)速下進行強力切削（銑刀直徑D=125mm），主軸具有最大扭矩并能傳遞主電動機的全部功率，此時銑刀的切削速度為（5—3）若機械效率m=0.8，則由下式可以計算主切削力Fz：（5—4）②計算各切削分力。根據(jù)表2-1可得工作臺縱向切削分力F1、橫向切削分力Fc和垂向切削力Fv分（5—5）（5—6）（5—7）進給系統(tǒng)導(dǎo)軌摩擦力的計算①計算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力，此時導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，查表得導(dǎo)軌緊固力，則（5—8）②計算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和導(dǎo)軌靜摩擦力F0。（5—9）（5—10）（4）計算進給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的軸向負載力①由式（2-10a）計算最大軸向負載力Famax。（5—11）W1為主軸箱重力的95%，即W1=95%其中=40000N②由式（2-11a）計算最小負載力Famin。（5—12）(5)進給系統(tǒng)滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算①確定滾珠絲杠的導(dǎo)程L0根據(jù)已知條件，取電動機的最高轉(zhuǎn)速nmax=1800r/min，由下式得（5—13）②計算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷估算在各種切削方式下滾珠絲杠的軸向載荷，將估算結(jié)果填入下表。立式加工中心滾珠絲杠的計算表5-7切削力的計算切削方式軸向載荷/N進給速度/(m/min)時間比例（%）備注強力切削357.8110一般切削（粗加工）74.3130精細加工（精加工）20.6450快移和鉆鏜定位2.7510③計算滾珠絲杠螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速ni。（5—14）（5—15）（5—16）（5—17）④由式（2-17）計算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速nm。（5—18）⑤由式（2-18）計算滾珠絲杠螺母副的平均載荷Fm。（5-19）⑥確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷Cam由預(yù)定工作時間按式（5-20）計算。查表得，根據(jù)載荷性質(zhì)，有輕微沖擊，取載荷系數(shù)；查表得，根據(jù)初步選擇滾珠絲杠的精度等級為2級精度，取精度系數(shù)；查表2-30，一般情況下可靠性應(yīng)達到97%，故可靠性系數(shù)。（5—20）因?qū)L珠絲杠螺母副將實施預(yù)緊，所以還可以按式（5-21）估算最大軸向載荷。查表中預(yù)載選取預(yù)加載荷系數(shù)，則（5—21）確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷Cam。取以上兩種結(jié)果的最大值，即。⑦按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。已知X軸工作臺的定位精度為20，重復(fù)定位精度為10，根據(jù)式（5-22）、式（5-23）以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求得（5—22）（5—23）取上述計算結(jié)果的較小值，即。估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m。本工作臺（X軸）滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定的支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個固定支承之間的距離為L=行程+安全行程+2×余程+螺母長度+支承長度≈（1.2~1.4）行程+（25~30）L0則970mm≤L≤1140mm又==7.48N，由式（2-24）得（5—24）⑧初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號根據(jù)計算所得的L0、Cam、d2m和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副，型號為：FFZD4010-3,其公稱直徑d0、基本導(dǎo)程L0、額定動載荷Ca和絲杠底徑d2如下：故滿足要求。⑨確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力由式（2-25）得（5—25）⑩確定滾珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號由式（2-33）計算軸承所承受的最大軸向載荷。（5—26）計算軸承的預(yù)緊力。（5—27）計算軸承的當(dāng)量軸向載荷。（5—28）由式（2-29）計算軸承的基本額定動載荷C。已知軸承的工作轉(zhuǎn)速與滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速相同，??；軸承的基本額定壽命，軸承所承受的軸向載荷。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為（5—29）（5—30）因為，所以查表得，DF組合徑向系數(shù)X1、軸向系數(shù)Y1分別為。故（5—31）（5—32）DFF組合徑向系數(shù)X2、軸向系數(shù)Y2分別為。故（5—33）（5—34）（6）確定軸承的規(guī)格型號。因為滾珠絲杠螺母副擬采用兩端固定的支承方式，所以將選用60°角接觸球軸承背對背安裝，以承受兩個方向的軸向力。由于滾珠絲杠的螺紋底徑為34.4mm，所以選擇軸承內(nèi)徑d為35mm，以滿足滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的需要。選擇國產(chǎn)60°角接觸球軸承背對背安裝，型號為760307TNI，尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為35mm×80mm×21mm，選用油脂潤滑。該軸承的預(yù)載荷能力為N，大于計算所得的軸承預(yù)緊力。在油脂潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為2800r/min，高于本機床最高轉(zhuǎn)速，故滿足要求。該軸承的額定動載荷，而該軸承在20000h工作壽命下的基本額定動載荷，故也滿足要求。5.3.4絲杠計算簡圖圖5-35.3.5滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗（1）滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗本工作臺的滾珠絲杠支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲杠始終受拉而不受壓。因此，不存在壓桿不穩(wěn)定問題。（2）滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗由圖5-3得滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度，其彈性模量，已知材料密度，重力加速度，安全系數(shù)，由表2-44得與支承有關(guān)的系數(shù)。滾珠絲杠的最小慣性矩為（5—35）滾珠絲杠的最小截面積為（5—36）（5—37）本工作臺滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1800r/min，遠小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。滾珠絲杠螺母副額定壽命的效驗查表得滾珠絲杠的額定動載荷=30000N，軸向載荷=210.28N，運轉(zhuǎn)條件系數(shù)=1.3。滾珠絲杠轉(zhuǎn)速n=1800r/min,則計算可得（5—38）（5—39）一般來講，在設(shè)計數(shù)控機床時，應(yīng)保證數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副的總工作壽命≥20000h，故滿足要求。5.3.6計算機械傳動系統(tǒng)剛度(1)機械傳動系統(tǒng)的剛度計算①計算滾珠絲杠的拉壓剛度。本加工中心的絲杠支承方式為兩端固定。由絲杠計算簡圖可知，滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離a=時，滾珠絲杠具有最小拉壓剛度，（5—40）當(dāng)時，滾珠絲杠螺母副具有的最大拉壓剛度，得（5—41）②計算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度。已知軸承接觸角，滾動體直徑，滾動體個數(shù)Z=17，軸承的最大軸向工作載荷=357.81N，可得（2—42）③計算滾珠與滾道的接觸剛度。查表得滾珠絲杠的剛度K=，額定動載荷，滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷，可算得（5—43）④計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K。傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最大值為（5—44）故傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最小值為（5—45）⑤滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計算由計算簡圖可知，扭矩作用點之間的距離1182mm,剪切模量G=，滾珠絲杠的底徑=34.4mm，故可得（5—46）5.3.7驅(qū)動電機的選型與計(1)計算折算到電動機軸上的負載慣量①計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量。已知滾珠絲杠的密度ρ=，故可得（2—47）②計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量。（5—48）③計算折算到電動機軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量。已知機床執(zhí)行部件的總質(zhì)量m=20kg，電機每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動距離L=10mm=0.01m，則（5—49）④計算加在電動機軸上的總的負載轉(zhuǎn)動慣量。（5—50）(2)計算折算到電動機軸上的負載力矩①計算切削負載力矩。切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負載力，電動機每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動距離L=10mm=0.01m，進給傳動系統(tǒng)的總效率，則（5—51）②計算摩擦負載力矩。在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負載力（即為空載時的導(dǎo)軌摩擦力），故（5—52）③計算由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負載力矩。滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力，滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程，滾珠絲杠螺母副的效率，則（5—53）(3)計算坐標(biāo)軸折算到電動機各軸上各種所需的力矩①計算線性加速力矩。已知機床執(zhí)行部件以最快速度運動時電動機的最高轉(zhuǎn)速，電動機的轉(zhuǎn)動慣量，坐標(biāo)軸的負載慣量。取進給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益，則加速時間，故（5—54）②計算階躍加速力矩。加速時間，故（5—55）③計算坐標(biāo)軸所需折算到電動機軸上的各種力矩。計算線性加速度時的空載啟動力矩。（5—56）計算階躍加速度時的空載啟動力矩。（5—57）計算空載時快進力矩。（5—58）計算切削時工進力矩。（5—59）（4）選擇驅(qū)動電機的型號①選擇驅(qū)動電機的型號。根據(jù)以上計算以及查表，選擇華中數(shù)控GK6081型交流永磁伺服電機作為驅(qū)動電動機。其技術(shù)參數(shù)如下：額定功率，3.5kW；額定轉(zhuǎn)速，2000r/min;額定力矩，21Nm；轉(zhuǎn)動慣量，35.7kg；質(zhì)量，19.5kg。交流伺服電動機的加速力矩一般為額定力矩的5~10倍，若按5倍計算，該電動機的加速力矩為105Nm；均大于本加工中心線性加速時的空載啟動力矩或階躍加速時的空載啟動力矩，所以，不管采用何種加速方式，本電動機均滿足加速力矩要求。該電機的額定力矩為21Nm；均大于本加工中心的快進力矩或工進力矩。因此，不管是快進還是工進，本電機均滿足驅(qū)動力矩要求。②慣量匹配驗算。為了使機械傳動系統(tǒng)的慣量達到較合理的匹配，系統(tǒng)的負載慣量與伺服電機的轉(zhuǎn)動慣量之比一般應(yīng)滿足下式，即（5—60）而在本課題中，，故滿足慣量匹配要求。5.3.8.機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析(1)計算絲杠-工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率已知滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度，滾珠絲杠螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量，其中m、分別為機床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量，已知m=20kg，則（5—61）（5—62）（5—63）(2)計算扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量為（5—64）又絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度,則（5—65）由以上計算可知，絲杠-工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率、扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率都比較高。一般按的要求來設(shè)計機械系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。5.3.9機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析(1)計算機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū)已知進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導(dǎo)軌靜摩擦力，得（5—66）即<2.67，故滿足要求。(2)計算機械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差。（5—67）即<4，故滿足要求。(3)計算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差①計算由扭轉(zhuǎn)矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量。負載力矩T=。由扭轉(zhuǎn)作用點之間的距離,絲杠底徑，則（5—68）②由該扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動滯后量將影響工作臺的定位精度。得（5—69）5.3.10確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號(1)確定滾珠絲杠螺母副的精度等級。本加工中心采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，、應(yīng)滿足下列要求：（定位精度-）=（5—70）（定位精度-）=15.5（5—71）滾珠絲杠螺母副擬采用的精度等級為2級，查表得==8<15.5。當(dāng)螺紋長度為932mm時，=15<15.5，故滿足設(shè)計要求。(2)確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號。滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號為FFZD4010-3-P2/1412932，其具體參數(shù)如下。公稱直徑與導(dǎo)程：40mm，10mm；螺紋長度：932mm；絲杠長度：1412mm；類型與精度：P類，2級精度。6.主軸的設(shè)計6.1主軸裝配圖6.2主軸結(jié)構(gòu)分析6.2.1主軸支承方式由主軸裝配圖可知主軸采用，前側(cè)采用4列角接觸球軸承（DBB型），后側(cè)采用高剛度雙列圓柱滾子軸承。這種配置同時兼顧了高速性能和徑向剛度，可進行高速重型切削。6.2.2軸承型號的選擇首先確定主軸的軸承直徑然后才能確定軸承之間的跨距，同步齒形帶傳動的軸徑通常由主軸電機功率和扭矩確定為5.5kw。一般采用經(jīng)驗類比法，確定主軸軸承內(nèi)徑確定為60mm。根據(jù)軸承系列尺寸選定主軸軸承外徑為110mm。通過查國標(biāo)精密滾動軸承樣本選定軸承：4列角接觸球軸承（DBB）為：7212ACDBBP4其中7212AC為單個軸承的型號，DBB為軸承的擺放形式，P4代表精度等級為ISO4級表6-1軸承類型類型材料內(nèi)外圈滾動體S軸承鋼軸承鋼H軸承鋼陶瓷X高速耐用剛陶瓷為保障軸承的性能，我們選最夠一種類型，其基本參數(shù)為單列圓柱滾子軸承的型號為。6.2.3主軸的潤滑方式主軸的潤滑主要有油脂潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑這幾種主要方式，下面將分別對這幾種方式做個簡要的介紹(1)油脂潤滑這是目前世界上采用最廣泛的一種方式，通常加入的油脂應(yīng)不能超過軸承空間的15%，加入過多容易使摩擦產(chǎn)生的熱量無法及時散發(fā)，反而會損壞軸承。采用此種方式潤滑時，一定要采用相應(yīng)的密封方式，避免潤滑油滲入到主軸中，一般采用迷宮密封的密封方式。(2)油霧潤滑此種方式除起到較好的潤滑作用外，同時也可以起到散熱的作用，但是有可能對環(huán)境產(chǎn)生影響。(3)油氣潤滑這種方式是針對一些新研發(fā)的速度比較高的主軸而設(shè)計的，用較少油實現(xiàn)潤滑的同時，減小軸承的發(fā)熱。油氣潤滑的方式針對高速主軸，兼具潤滑和散熱的作用，但是不管是油氣潤滑、油霧潤滑都需要在主軸上設(shè)計較多的聯(lián)通管道來實現(xiàn)油的流通，，這樣主軸套筒本身還有冷卻孔、氣密封孔螺釘孔等孔系在結(jié)構(gòu)上容易相互干涉。相比較而言，油脂潤滑就具有主軸結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝、成本低、好維護、故障率低等優(yōu)點。油脂潤滑的最大缺點就是發(fā)熱量太大不易散熱。故對于本加工中心的主軸轉(zhuǎn)速較高的情況下，會產(chǎn)生大量的熱量，為避免主軸由于過熱影響加工，故應(yīng)采用油氣潤滑。6.2.4軸承的預(yù)緊軸承的預(yù)緊程度越高，其剛度越大。另一方面，過大的的預(yù)緊量會減少疲勞壽命，增加摩擦發(fā)熱量，易使軸承磨損，甚至在極端情況下產(chǎn)生燃燒等不良現(xiàn)象。因此，要根據(jù)主軸的具體情況具體分析，根據(jù)需要施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，以避免過大的預(yù)緊量損壞主軸。6.2.5主軸的冷卻熱變形是主軸高速轉(zhuǎn)動中的重要問題，加工中心工作時各部件相對運動的摩擦而產(chǎn)生熱量形成溫差，使主軸組件變形和零件位置偏差。大部分高速旋轉(zhuǎn)的主軸和軸承由于有相互接觸即使有潤滑措施，還是會產(chǎn)生大量的熱，從而造成主軸軸承的內(nèi)外圈變形，以此造成軸承徑向間隙減小和接觸角的變化，這些對主軸轉(zhuǎn)速和精度危害是極大的。所以降低運轉(zhuǎn)時主軸的溫度以達到主軸溫度不變是主軸冷卻系統(tǒng)設(shè)計的一個重點。在冷卻液的選擇上，有空氣，水，冷卻專用油和主軸油等。從冷卻效果上分析，水的粘度小，比熱和密度大，所以其冷卻效率：水>主軸油>空氣(各種冷卻劑的特性比較見下表)，但是同時考慮防銹的話，認為冷卻專用油在本例中更為合適。表6-2冷卻劑的性能比較本課題使用內(nèi)部冷卻主軸，內(nèi)冷式主軸軸系是由主軸后端的冷卻旋轉(zhuǎn)接頭將冷卻液通過主軸端部兩側(cè)油孔(或通過刀柄、拉刀中心)進入刀具中心對刀具進行冷卻。此類主軸非常適用于對零件中深小孔的加工。6.2.6主軸的密封方法主軸部件密封裝置的作用，首先防止?jié)櫥瑒牟考辛鞒?，其次也要防止冷卻液、濕氣、灰塵、切屑及雜質(zhì)等侵入部件內(nèi)，導(dǎo)致主軸、軸承和傳動件等腐蝕及磨損過快，影響主軸的工作性能。對于主軸部件密封性能有以下要求：(1)適應(yīng)轉(zhuǎn)速的要求，在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能。在密封部位引起的摩擦力盡量小，摩擦系數(shù)應(yīng)盡量穩(wěn)定。(2)適應(yīng)工作環(huán)境的要求，密封性能好，耐腐蝕，磨損小，工作壽命長。(3)結(jié)構(gòu)盡可能的緊湊，特別是主軸前支撐處的密封裝置，軸向尺寸盡量小，以減少主軸前端部懸伸量，提高主軸部件剛度。同時力求結(jié)構(gòu)簡單、拆卸方便。為滿足主軸部件密封性的要求，一般有以下幾種密封方式，下面就對幾種密封方式作簡要的介紹：(1)非接觸式密封間隙密封：靠軸與軸承蓋間細小的環(huán)形間隙來密封。曲路密封：靠旋轉(zhuǎn)的與固定的零件之間復(fù)雜而曲折的小間隙來密封。墊圈式密封：靠離心力作用甩去油和雜志來密封的。(2)接觸式密封有氈封圈和徑向密封圈(皮碗式密封)兩種。(3)氣密封屬于氣膜密封的一種，不改變愿密封裝配結(jié)構(gòu)尺寸，只是在原梳齒迷宮的環(huán)行腔內(nèi)引入具有一定溫度和壓力的穩(wěn)定干氣源，保證密封齒和轉(zhuǎn)子之間形成持續(xù)不斷的并具有一定壓強的氣膜，該氣膜可以有效阻止低壓介質(zhì)的泄漏，達到密封的效果。本課題加工中心的的密封方式如下圖：圖6-2主軸裝配圖局部視圖這是主軸前端軸承處采用了間隙密封同時由于油氣潤滑也實現(xiàn)了氣密封。圖6-3主軸裝配圖局部視圖這是主軸后端處采用間隙密封和墊圈密封。由上圖可知本課題加工中心如圖所示主軸局部視圖可見在主軸設(shè)計時采用了三種密封型式：間隙密封，墊圈式密封和氣密封通過在主軸上添加這三種密封型式，將軸承中的潤滑脂保護起來，即便在較高速度的切削條件下下，即使切屑液飛濺也可確保軸承潤滑脂不受雜物的侵入。6.2.7主軸中抓刀機構(gòu)設(shè)計(1)拉刀動作控制系統(tǒng)發(fā)出拉刀信號一電磁閥動作一液壓油通過液壓油通道1進入油缸一液壓油推動活塞(向電機側(cè)移動)一蝶簧推動推桿一推桿拉動0TT拉桿(蝶形彈簧壓縮)一拉爪夾緊一通過腔體結(jié)構(gòu)強制拉爪收縮一拉爪拉緊刀柄尾部拉釘一刀柄緊貼主軸錐孔內(nèi)壁。(2)松刀動作控制系統(tǒng)發(fā)出松刀信號一電磁閥動作一液壓油通過液壓油通道2進入油缸一液壓油推動活塞(向刀具側(cè)移動)一活塞推動推桿一推桿推動0TT拉桿(蝶形彈簧壓縮)一拉爪松開一拉桿繼續(xù)前進推動刀柄一刀柄推出脫離主軸錐孔。(3)拉到機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計拉刀機構(gòu)主要由拉爪、拉桿、碟形彈簧、導(dǎo)向套、鎖緊螺母、單活塞桿液壓缸等組成。拉桿的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖6-4拉刀結(jié)構(gòu)圖①夾頭，主軸通過拉爪的拉緊松開，實現(xiàn)對刀柄的夾緊和放松。當(dāng)主軸拉刀時蝶形彈簧被放松，通過接觸面帶動拉桿，由于主軸內(nèi)孔每一段直徑不同，拉桿在向后移動的時候，夾頭被強行拉入直徑較小的一段圓柱孔。夾頭被強行夾緊，夾頭中三個鋼柱也同時被夾緊，這些鋼柱凸出方形槽的部分夾緊刀座。②蝶形彈簧，由于本加工中心主軸采用的BT40規(guī)格刀柄，主軸扭矩在200～300NM之間，故拉刀力7800N，松刀力12000N，通過蝶形彈簧的壓縮和放松來提供夾緊力。6.2.7主軸剛度校核軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C器應(yīng)有的工作性能。若軸的撓度過大而導(dǎo)致軸頸偏斜過大時，將使軸頸和軸承發(fā)生邊緣接觸，造成不均勻磨損和過度發(fā)熱。因此，在設(shè)計有剛度要求的軸時，必須進行軸的剛度校核計算。（1）軸的彎曲剛度校核計算常見的軸大多數(shù)可視為簡支梁。若是光軸，可直接用材料力學(xué)中的公式計算其撓度或偏轉(zhuǎn)角；若是階梯軸，若果對計算精度要求不高，則可用當(dāng)量直徑法作近似計算。即把階梯軸看成是當(dāng)量直徑為的光軸，然后再按照力學(xué)中的公式計算。當(dāng)量直徑（單位為mm）為（6—1）其中：——階梯軸第i段的長度，mm；——階梯軸第i段的直徑，mm；——階梯軸的計算長度，mm；——階梯軸計算長度內(nèi)的軸段數(shù)。主軸的計算簡圖如下：圖6-5主軸計算簡圖其中F=95%=，則最大撓度（6—2）其中E=200GPa，。故算得（6—3）軸的彎曲剛度條件為：撓度。軸的允許撓度及允許偏轉(zhuǎn)角見下表表6-3各類軸承的性能，故軸的剛度滿足要求。(2)軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示。圓軸扭轉(zhuǎn)角[單位為（°）/m]的計算公式為：光軸（6—4）式中：T——軸所受的扭矩，Nmm；G——軸的材料的剪切彈性模量，MPa，對于鋼材，；——軸截面的極慣性矩，，對于圓軸，；L——階梯軸受扭矩作用的長度，mm；、、——分別代表階梯軸第i段上所受的扭矩、長度和極慣性矩，單位同前；Z——階梯軸受扭轉(zhuǎn)矩作用的軸段數(shù)。，，則，故滿足要求。6.2.8主軸中同步齒形帶的選用(1)計算設(shè)計功率Pdkw（6—5）Pm為課題已知的Pm=5.5kw；k0為載荷修正系數(shù)，可以查資料得出經(jīng)驗值，k0=1.8；k1為使用張緊輪的修正系數(shù)，k1=0；k2為增速傳動修正系數(shù)，k2=0。Pd=5.51.8=9.9kw(2)選出同步帶型號根據(jù)設(shè)計功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1，在同步帶選型圖上查出同步帶型號。如下圖。表6-4同步帶選型圖nn1/(r/min)(3)確定帶輪齒數(shù)z與直徑d。表6-5帶輪最小許用齒數(shù)小帶輪速n1/（r/min）同步帶型號MXLXXLXLLHXHXXH同步帶輪最小許用齒數(shù)<900——1012142222》900~120012121012162424》1200~180014141214182626》1800~3600161612162030—》3600~48001818151822——查表得z1=18i=1z1=z2Pb=12.7mm圓整取。(4)選擇同步帶長度Lp。根據(jù)已知中心距A（mm）的要求或初選中心距A，計算同步帶的長度Lp。（6—5）其中已知中心距A=208mm(5)計算實際傳動中心距A其中Pb可以在參考書中表格里面查取Pb=12.7mm同步帶齒數(shù)zb=50其中(6)選擇帶寬bs選擇帶寬的目的是限制作用在同步帶整個寬度上的拉力，以保證同步帶的強度和使用壽命。bs=70mm①根據(jù)帶型、小帶輪齒數(shù)z1=18及轉(zhuǎn)速n1由附錄表可以查出對應(yīng)的同步帶基準(zhǔn)寬度bs0（mm）及基準(zhǔn)額定功率P0（kw）bs0=76.2mmP0=11.92kw②計算同步帶傳動的嚙合齒數(shù)zm（6—6）③計算嚙合齒數(shù)系數(shù)Kz當(dāng)zm》6時，有Kz=1當(dāng)zm<6時，有所以Kz=1④確定齒寬系數(shù)Kw。（6—7）此時帶寬尚未確定，由該式可建立帶寬bs與基準(zhǔn)帶寬bs0的關(guān)系。⑤確定額定功率P。kw（6—8）⑥選擇帶寬bs根據(jù)設(shè)計要求，同步帶傳動的設(shè)計功率Pd應(yīng)小于所選帶型的額定功率P，即Pd《P,根據(jù)此條件，導(dǎo)出帶寬bs的計算公式如下：mm（6—9）查表可取標(biāo)準(zhǔn)帶寬bs0=76.2mm>64.7mm，代號為300。(7)同步帶傳動設(shè)計的主要結(jié)果構(gòu)成①同步帶：型號H，節(jié)距Pb=12.7mm，齒數(shù)=50，帶長Lp=635mm，長度代號235H，帶寬=76.2mm，帶寬代號為300。②帶輪：齒數(shù)z1=z2=18，直徑d1=d2=72mm；③中心距A=203.2mm。6.2.8主軸帶輪的張緊在本課題中，我采用定期張緊裝置。如下圖所示圖6-6同步帶電機張緊裝置在水平或傾斜不大的傳動中，可采用圖示的方法，將裝有帶輪的電動機安裝在裝有滑道的基板上。通過旋動下側(cè)的調(diào)節(jié)螺釘，將電動機向上推移到所需位置后，擰緊電動機安裝螺釘即可實現(xiàn)張緊。6.2.9主軸電機的選型GM7系列交流伺服變頻（主軸）電機可與國內(nèi)外各類變頻器或主軸變頻器配套，進行開環(huán)控制運行，或閉環(huán)控制運行，取得與配套普通交流變頻電機完全不同的優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、建材、塑機、紡織、輕工機械、冶金、輸送線、等需要調(diào)速的場合。GM7系列交流伺服變頻（主軸）電機由定子、鼠籠轉(zhuǎn)子、低噪音風(fēng)機、高精度編碼器（開環(huán)控制時不需要）等組成，在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，磁路優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用F級特殊絕緣結(jié)構(gòu)及整機加工和高精度動平衡工藝，使該電機具有如下優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，功率密度高；（2）采用了特殊設(shè)計，電磁振動小，噪音低，旋轉(zhuǎn)精度高，恒轉(zhuǎn)矩及恒功率調(diào)速范圍寬；（3）轉(zhuǎn)子慣量小，響應(yīng)速度快；（3）氣隙均勻，平衡精度高，轉(zhuǎn)矩脈動小；（4）全密封設(shè)計，防護等級IP54；（5）特殊F級絕緣結(jié)構(gòu)，抗浪涌電流及電暈現(xiàn)象（6）耐沖擊，壽命長，運行可靠；（7）性價比高。根據(jù)本課題加工中心的設(shè)計要求，主電機功率：5.5kW，主軸轉(zhuǎn)速范圍20~8000r/min,查找該型號的數(shù)控電機類型表（見附錄1、附錄2、附錄3）后選擇GM7130-4SB61型號的主軸電機。7.整體的三維造型圖7-1整體三維造型課題設(shè)計結(jié)論數(shù)控機床作為機床發(fā)展的最前沿，影響著一個國家制造業(yè)的水平的提升，必須要引起足夠的重視。隨著一大批高新技術(shù)的涌現(xiàn)，對于機械制造行業(yè)來說，高性能的加工制造將不會以高速為唯一指標(biāo)，也會考慮到高效率和高質(zhì)量，總的來說就是兼顧生產(chǎn)效率和保持高速速、高精度、高可靠性和環(huán)保等幾項重要指標(biāo)。因此，開發(fā)綜合性能優(yōu)異的數(shù)控機床將在提高中國制造業(yè)的水平和增強市場競爭力的事業(yè)中扮演重要角色。高速精密臥式加工中心是一種順應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)外數(shù)控機床發(fā)展趨勢以高速化為基本指標(biāo)、向多軸聯(lián)動加工和超高精度方向發(fā)展的一種數(shù)控加工裝備。本課題是一個既能了解當(dāng)前數(shù)控技術(shù)發(fā)展潮流并具有重要實際應(yīng)用意義的研究。本論文的研究工作始終圍繞盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)的技術(shù)特點以及要求，對度臥式加工中心換刀系統(tǒng)涉及的理論和關(guān)鍵技術(shù)，包括換刀系統(tǒng)的總體布局、主要功能部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析、關(guān)鍵零部件的選用、支承方式的選擇、刀具的編碼技術(shù)以及刀庫換刀流程的設(shè)計等進行系統(tǒng)的研究和實踐?？偨Y(jié)論文的研究工作，主要有以下主要結(jié)論：自動換刀系統(tǒng)作為數(shù)控加工中心的重要部件，以后必將朝著大刀具容量，