一种加工中心水平轴驱动装置设计含15张CAD图
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一种加工中心水平轴驱动装置设计含15张CAD图,一种,加工,中心,水平,驱动,装置,设计,15,CAD
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一种加工中心水平轴驱动装置设计一种加工中心水平轴驱动装置设计摘要装备制造业是为国民经济各行业提供加工装备的基础产业，其上下游产业链长、提供就业岗位多、技术资金密集，是各行业实现加工能力升级、产品进步的重要保障和国家综合实力的集中体现。经过多年发展，我国装备制造业已经形成门类齐全、规模较大、具有一定技术水平的产业体系，成为国民经济的重要支柱产业。但以卧式加工中心为代表的具有高性能、高自动化、高附加值的高端数控机床却远远落后于装备制造业发达国家。在世界产业格局调整、国内机床市场需求持续增长、以及国家加快振兴装备制造业的关键时期，开发高性能的卧式加工中心势在必行。本文以MDH125卧式加工中心机械结构为主体进行了研究。MDH125卧式加工中心是大连机床集团有限责任公司开发生产的具有国内领先水平，国际先进水平的卧式加工中心之一，该机床广泛适用于军工、航天、汽车、模具、机械制造等行业的箱体零件、壳体零件、盘类零件、异形零件的加工，零件经一次装夹可自动完成四个面的铣、镗、钻、扩、铰、攻丝的多工序加工。论文结合企业卧式加工中心新产品的开发，简要论述了一种加工中心水平轴的驱动装置设计方案。依据国内外多款优秀卧式加工中心的机床参数，综合考虑市场需求、市场竞争力、企业产品结构等因素，确定了设计的初始参数；分析各种卧式加工中心结构布局，综合考虑整体刚性、机床性能、制造成本、操作方便等因素，确定切合实际的方案。关键字：卧式加工中心；水平轴；驱动装置 Abstract The equipment manufacturing industry is the basic industry which provides the processing equipment for the national economy each profession, its upstream and downstream industry chain is long, provides the employment post many, the technology capital is dense, is each profession realizes the processing ability to upgrade, The important guarantee of product progress and the concentrated embodiment of national comprehensive strength. After years of development, Chinas equipment manufacturing industry has become an important pillar industry of the national economy. However, the advanced NC machine tools with high performance, high automation and high added value, represented by horizontal machining center, lags far behind the developed countries in equipment manufacturing. In the key period of adjusting the world industrial pattern, increasing the market demand of domestic machine tools and speeding up the revitalization of the equipment manufacturing industry, it is imperative to develop a high performance horizontal machining center. In this paper, the mechanical structure of MDH125 horizontal Machining Center is studied. MDH125 horizontal Machining Center is one of the leading horizontal machining centers with domestic and international advanced level, which is developed and produced by Dalian Machine tool Group Co., Ltd. The machine tool is widely used in the processing of box parts, shell parts, disk parts and special-shaped parts in the fields of military industry, aerospace, automobile, mould, machinery manufacturing and so on. The parts can be milled, boring, drilling, expanding and hinging automatically after a single clamping. Multi-process processing of tapping. Combined with the development of new products of horizontal machining center, a design scheme of driving device for horizontal axis of machining center is briefly discussed in this paper. According to the machine tool parameters of many excellent horizontal machining centers at home and abroad, considering the market demand, market competitiveness, product structure and other factors, the initial design parameters are determined, and the structural layout of various horizontal machining centers is analyzed. Considering the overall rigidity, machine performance, manufacturing cost, easy to operate and other factors, to determine the practical scheme. Keywords: horizontal machining center; horizontal axis; driving device目 录1.绪论11.1设计背景11.2选题意义11.3国内外研究现状21.4设计所做的工作32.主要卧式加工中心分类及初始参数选定42.1 低速大扭矩型42.2 中速适用型52.3 高速加工型52.4 加工中心选型及其初始参数的拟定63.驱动系统理论分析83.1 主传动功率的选定方法83.2 主传动功率扭矩特性分析84.驱动系统结构原理及设计124.1 电主轴结构原理及设计134.2 齿轮主轴结构原理及设计145.结论18附录1：外文翻译20附录2：外文原文24致 谢29- 3 -1.绪论1.1设计背景装备制造业是为国民经济各行业提供技术装备的战略性产业，产业关联度高、吸纳就业能力强、技术资金密集，是各行业产业升级、技术进步的重要保障和国家综合实力的集中体现。数控机床是装备制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的装备制造业水平和竞争力。我国数控机床的技术水平、性能和质量与装备制造业发达国家还有很大差距，高档数控机床及功能部件大多依靠进口。加工中心是高档数控机床产品的代表，而卧式加工中心又是其中最具代表性、附加值最高的产品之一，是衡量我国装备制造业水平的重要依据之一。与装备制造业发达国家相比，我国卧式加工中心在加工功能、加工精度、加工效率、系列化程度和市场占有率上存在较大差距。尤其是卧式加工中心关键功能部件国产制造能力明显不足，这已经成为制约我国装备制造业快速发展瓶颈。为此，研究卧式加工中心的关键技术，形成高性能卧式加工中心的国产化、系列化和批量化能力，对于我国的制造装备业以及对提升我国机床行业水平和保障国家重大工程的实施具有重要意义。1.2选题意义装备制造业是为国民经济各行业提供技术装备的战略性产业，产业关联度高、吸纳就业能力强、技术资金密集，是各行业产业升级、技术进步的重要保障和国家综合实力的集中体现。数控机床是装备制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的装备制造业水平和竞争力。我国数控机床的技术水平、性能和质量与装备制造业发达国家还有很大差距，高档数控机床及功能部件大多依靠进口。加工中心是高档数控机床产品的代表，而卧式加工中心又是其中最具代表性、附加值最高的产品之一，是衡量我国装备制造业水平的重要依据之一。与装备制造业发达国家相比，我国卧式加工中心在加工功能、加工精度、加工效率、系列化程度和市场占有率上存在较大差距。尤其是卧式加工中心关键功能部件国产制造能力明显不足，这已经成为制约我国装备制造业快速发展瓶颈。为此，研究卧式加工中心的关键技术，形成高性能卧式加工中心的国产化、系列化和批量化能力，对于我国的制造装备业以及对提升我国机床行业水平和保障国家重大工程的实施具有重要意义。本次设计，结合近年来国内外数控机床加工中心的发展形势，主要设计加工中心水平轴驱动装置，主要对卧式机床进给传动系统进行理论分析，选定主传动功率，分析主轴形式并确定主传动系统动力参数。重点分析卧式机床水平轴进给传动和主传动的结构原理、分析提高传动系统性能的措施，完成方案设计。1.3国内外研究现状1.3.1 国外数控加工中心驱动装置的研究及发展现状 在美国、德国、日本等发达国家，数控机床的改进设计正处于发展的“黄金时期”，已形成了新的行业。数控机床电主轴的发展为实现高速切削奠定了基础。在数控机床的电主轴研究方面，国外电主轴最早应用于内圆磨床。从 20 世纪末以来，随着高速电机、数字控制技术的发展，电主轴在数控雕刻机、数控加工中心等高档数控机床应用,成为近年来机床技术所取得的重大成就之一。电主轴研究的主要方向有：高速电主轴的散热、高速电主轴的润滑和冷却等。比如 G.Gan，S. B. Riffat，L. Shao，P. Doherty 等研究了电主轴的主要发热部分是电主轴的内置电机。J. Facao，A. Oliveira 研究了电主轴在高速运转的过程中，各种电磁和机械的损耗产生的热量会传导、辐射到主轴及外壳等结构上，如果电主轴的冷却效果不好，会产生较大的热位移，这对主轴加工性能的影响很大。日本学者 Masaomi Tsutsumi 和 Keigo TADA 的研究指出，同样的转速，高速电主轴质量大的比质量小的升温快。采用油雾和油气冷却，效果比较，在高速情况下，采用油气润滑电主轴内外温度都比油雾润滑高，电力消耗更多。在数控系统研究方面，彭芳喻等提出 Nano 插补与控制技术已达到实用阶段。“Nano 插补”使用在全部插补以后，可实现高质量的纳米级加工；Mitsubishi 研制的 M700V 系列 CNC 系统也可完成 Nano 插补。在数控电主轴技术方面，目前国外的一些工业发达国家，均有技术先进、装备优良，专业制造电主轴的厂家，可以批量生产各种高速、大扭矩的电主轴，最为著名的有瑞士的 IBAG 公司，美国的 SETCO 公司，德国的 FAG 公司和 GMN公司，日本的 KOYO 公司和 NSK 公司等。目前国外公司生产的电主轴最大转速超过250000r/min，直径在超过300mm，功率可达 150KW，最大扭矩超过 600Nm。这些国外公司生产的电主轴与国内生产的相比有以下特点：功率大、扭矩大、转速高；采用高速、高刚度轴承，例如陶瓷轴承、液体静压轴承、空气润滑轴承和磁悬浮轴承等；精密制造及装配工艺水平高；配套控制系统完善，例如主轴变形温度补偿精密控制系统，转子自动平衡系统，定转子精密温控系统，轴承油气润滑精密控制系统等。 1.3.2 国内数控加工中心驱动装置的研究及发展现状中国机床行业进入21 世纪以来，得到了快速地发展，其中数控机床的发展较为突出，国内的一些科研院所在相关方面的研究，促进了电主轴的技术的发展，但与国外相比在性能、质量、品种等方面还是有很大的差距。 我国从上世纪 90 年代以来开始研发适用于高速机床的数控系统，在高速、超高速加工的各关键领域，如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面，也进行了较多的研究。国内电主轴技术领域中的专业公司有洛阳轴研科技股份有限公司、无锡开源机床集团有限公司、安阳莱必泰机械有限公司，气体静压电主轴主要的研制单位有洛阳轴承研究所、北京机床研究所、航空部 303 所等。气体静压电主轴加工精度高、转速极高，适用于微小孔的钻削以及精密零件的磨削，例如、光学镜片、半导体元件等。气体静压电主轴的加工效率高，所以目前气体静压电主轴广泛应用于精密和超精密加工领域，其主要用在零件的加工要求精密、高效及微型化的高科技领域。目前国内电主轴产品与国外相比主要存在以下差距：主轴转速方面，国外用于加工中心的电主轴转速能达 75000r/min 以上，我国多在 30000r/min 以内。低速输出扭矩方面，国外最大可达 630 N m，我国仅在 300 N m以内。主轴润滑方面，国外普遍采用油气润滑，我国仍多采用油脂润滑。主轴支承方面，国外已有动、静液体（气）浮、磁浮轴承的成熟产品，我国仍处于实验研究及小批量试制阶段。配套控制技术方面，例如主轴电机闭环矢量控制、交流伺服控制技术、精确定位和定向、快速启动和停止、主轴智能监控技术等方面有较大差距。主轴刀柄、刀具接口、编码器系统等的国际标准，都由国外相关企业制定，国内的电主轴没有形成标准化、系列化、批量化，难以满足数控加工中心发展的需求，所以电主轴产品远不能满足国内需求，更无法与国外产品竞争。 高速电主轴技术的发展趋势：高速度、高刚度；高速大功率、低速大转矩；高精度、高可靠性和工作寿命长；快速启动、停止响应速度加快；轴承及其预加载荷方式、润滑方式多样化。1.4设计所做的工作通过学习及查阅有关资料了解现在加工中心主轴伺服驱动结构的发展趋势、相关技术的对比及市场前景，完成卧式加工中心主轴驱动系统的工作原理以及其机构的设计,通过自主设计并选择最合理的方案， 了解机床水平轴驱动系统结构工作原理，并完成整体方案设计；完成主要部件的结构设计以及装配图和零件图等。2.主要卧式加工中心分类及初始参数选定对机床市场现有的卧式加工中心产品情况进行收集与分析，是当今成功研发出新产品的保障。而根据卧式加工中心的多种使用性能,可将其分为三大类:2.1 低速大扭矩型 一些老牌的机床制造厂商,因为具有卧式镗铣床的技术基础,便直接在卧式镗铣床的结构形式上加装刀库、换刀装置,传动系统配置数控系统,便改制出卧式加工中心。最显著的特点是,机床的主传动结构形式通常采用齿轮主轴,主轴的最高转速普遍偏低,但保留了卧式镗铣床主轴刚性较好、扭矩较大的优点。这类卧式加工中心往往秉承卧式镗铣床的结构布局,整体刚性好、加工范围大、切削进给速度较慢,立柱固定或参与1个坐标运动,分体床身,其标准配置多为单工作台,示例如图2.1。（床身呈现倒T型结构，框型立柱正挂箱结构，直线交换双工作台，主轴3000r/min、1100Nm。）图2.1 中捷机床单/双工作台卧式加工中心Fig. 2.1 Horizontal machining center with single or double table of SMTCL, China2.2 中速适用型 以丽驰、友嘉等台湾机床厂商和国内新兴加工中心生产企业为代表，依托数控系统和功能部件产业的成熟及大量国产化，利用数控系统不断强大的功能，制造出机械结构简单的卧式加工中心。这类卧式加工中心主传动结构形式大多采用皮带传动主轴，有些加装标准的齿轮变速箱（如ZF齿轮箱），可有限的提高主轴传动的最大扭矩。进给传动结构，采用“滚动导轨滚珠丝杠”的传动组合。机床结构布局跳出卧式镗铣床的框架，普遍采用龙门框架对称式动柱结构，主轴箱正挂。为适应工业自动化的发展需求，一般配置可四轴联动的360回转工作台，标准配置双工作台。这类机床，虽然加工精度不高，但制造成本低，使用范围广，以较高的性价比切入市场，如图2.2。（床身呈现正T型，立柱门式框架结构，旋转交换双工作台，主轴转速为6000r/min、640Nm。）图2.2 台湾丽驰。双工作台卧式加工中心Fig. 2.2 Horizontal machining center with double table of LITZ, Taiwan2.3 高速加工型 由制造业发达的国家机床制造厂商为代表，遵循一种全新的开发理念高效率开发，这类卧式加工中心主传动结构大量采用了内置式电主轴，进给传动结构采用高速滚珠丝杠甚至直线电机。 机床结构布局是以适应高效率加工为目标，按不同的侧重点，采取了多样化的结构形式：对称结构、框架式架构、重心驱动等被成熟应用。保证机床很好刚性的同时，也保证更加高的加工精度，多样的自动化方案也体现了灵活的设计理念，如图2.3。（直线电机驱动，两体式douBLOCK结构，旋转交换双工作台，主轴18000r/min，快移100m/min。）图2.3 DMG卧式加工中心Fig. 2.3 Horizontal machining center of DMG, German必须特别指出的是，无论是老牌的企业还是新兴的企业，往往在以上各个类型的卧式加工中心都有所涉足，只是各自产品投放市场的时间不同，针对的用户群体不同，现阶段的生产组织模式不同。面对多样化的市场需求、不同的用户操作水平和操作习惯、不断涌现的机床材料和相关配套件，各种类型的卧式加工中心都具有一定的市场空间2.4 加工中心选型及其初始参数的拟定综上所述，鉴于大连机床集团的MDH系列卧式加工中心已成功打入市场，且市场反应良好。更大规格的MDH125卧式加工中心不能从低速大扭矩型切入，因为与几家传统的镗铣床生产企业相比缺乏经验，没有竞争优势。不太容易在竞争激烈的市场中脱颖而出；假如在高速加工型切入，虽然紧跟了加工中心的发展方向，在国内企业不掌握加工中心核心功能部件的关键技术、国外企业垄断关键功能部件的现状下，我们既没有技术基础、又没有价格优势，成功几率不高。相反，如果从中速适用型切入，一方面国内老牌机床制造企业也只是近几年随着加工中心向高速化发展才涉猎到这个领域，尚未确立领先优势，便于后来者的赶超；另一方面，由于这个领域产业相关技术的成熟，核心功能部件的大量国产化，加之国内劳动力成本的优势，国外厂商对国内厂商的竞争压力较小。由此得出结论：大连机床集团MDH125卧式加工中心的开发方向定位于中速适用型。并确定以下设计原则：（1） 面对市场，面对用户，并且思考未来市场的发展和需求；（2） 既要考虑机床的先进性，又要兼顾机床的制造成本；（3） 考虑组织生产的合理性，把公司现有MDH系列部件尽量统一，减少部件多样性，使部件管理方便；（4） 关键性配套件，应选用可靠性强的名牌产品。根据MDH系列卧式加工中心型普，初步确定加工中心参数。MDH系列卧式加工中心型谱及机床参数见下表2.1。表2.1 MDH系列卧式加工中心型谱及机床参数Tab. 2.1 MDH series horizontal machining centers family tree and specification产品型号（按照主参数）40506580125工作台（宽长）mm2 /4005006508001250工作台最大承载量kg/400800130020003000X轴行程mm/630780105014001700Y轴行程mm/62075090011001400Z轴行程mm/71080090010501240工作台数个/22222主轴（最高）转速rpm/800012000800012000800012000800012000800012000刀具的交换时间（T-T）s/1.2222.52.5快移速度m/min/60545445453.驱动系统理论分析3.1 主传动功率的选定方法选择主电机的首要条件是主传动功率N，并依据其得出整机结构和机床零部件的强度设计。而N包括和附加功率、切削功率和空载功率三部分，即 (3.1)其中，切削功率可以根据不同工作情况下的最大切削力与最大切削速度计算得到，即，() (3.2)式中:-主切削力（）;v-切削速度（）空载功率是指机床在非切削（）状态下，主传动系统处于空转状态下消耗的功率，包含传动系统克服空气阻力、所有零部件间的摩擦力等所需要消耗的功率。想要精确分析空载功率是非常困难的，原因是它不仅仅与传动系统的制造、结构和装配质量有关，而且和环境温度，湿度，连续工作的时间等因素有关。传动部件越多、转动速率越高、轴承的预紧力越大、装配的质量就越差，则空载功率越大。一般可参照一台传动结构类似的机床进行估计。附加功率是指机床在切削（）状态下，与空载功率切削载荷之后所增加的传动部件的摩擦功率相比，它和载荷的大小紧密相连，() (3.3)式中，主传动系统总机械效率，就是指主传动系统中各传动副机械效率的乘积。利用刀具制造商的切削数据估算软件，比照国内外相同规格产品主轴功率，确定本机床的主轴功率为。3.2 主传动功率扭矩特性分析加工中心的主轴部件包括主轴传动、动力以及主轴组件，在加工中心成型运动中，它是重要的执行部件之一。主轴按照动力传动形式主要可以分为四类内置式电主轴、直联式主轴、以及皮带传动式主轴和齿轮传动式主轴。齿轮传动式主轴是以齿轮传送马达扭矩，通常分为高低速档。齿轮传动式主轴的最大优点为可传递大扭矩，重切削能力优良；最大缺点为转速受制于齿轮，不易实现高转速。皮带传动式主轴是以齿形带传递马达动力。其优点是易组装，易维护。缺点是高速时噪音大，皮带张力不易控制等。直联式主轴连接马达与主轴是以高刚性无间隙联轴器。其优点为机械效率较好，刚性及温升控制佳，适合那些需要高刚性，大马力，高转速的主轴；缺点是振动平衡难以实现。内置式电主轴即将马达与主轴合二为一，其运转原理与一般马达相同，具有低振动特性，动态回转精度也较好，但因轴承跨距较大，所以刚性较弱，通常用于较高转速的机床。这其中电主轴和齿轮主轴为现今数控机床应用最广泛的两种主轴形式。3.2.1 电主轴近几年电主轴依靠新技术、新材料在逐渐突破轴承刚性及电机扭矩的情况下，发展势头强劲。凭借其较高的转速，更高的精度，以及装配、维修更便利，较小的噪音等诸多优势，俨然成为了金属切削行业研究、应用的热点。本文选择的 高速大功率内置的两档变速电主轴，不仅可以满足高速度大功率切削,还可以低速度大扭矩加工。高速档中最大额定可持续输出功率可达到，30分钟短时输出功率为，电机的最高转速是；而低速档的最大额定持续输出扭矩是，30分钟的短时间输出扭矩则为。图3.1为电机的功率-扭矩特性曲线。图3.1 电机的功率扭矩特性曲线图Fig. 3.1 Motor power- curve for the characteristic of torque3.2.2 齿轮主轴国家在重点发展制造业，特别是对于重工业，保持高度重视的态度，能适应重切削加工的设备备受市场青睐，齿轮主轴这种传统主轴形式又重新成为了各家机床制造企业的研究重点。大功率、大扭矩主轴拥有着广阔的市场。本文选择的主轴电机，最大额定持续输出功率可达到，30分钟短时间输出功率是，而电机的最高转速为，计算转速 是；目前可达最大额定持续输出扭矩为，30分钟短时间输出扭矩是。经过、三档齿轮变速，最大输出扭矩可达。电机的功率扭矩特性曲线见图3.2。图3.2 电机的功率扭矩特性曲线图Fig. 3.2 Motor power- curve for the characteristic of torque经齿轮主轴箱变速后的主轴输出功率扭矩特性曲线见图3.3。图3.3 主轴输出功率扭矩特性曲线图Fig. 3.3 Output power of spindle- curve for the characteristic of torque机床主轴功率与扭矩的换算公式如下： （3.4）其中：N主轴功率（）M主轴扭矩（）n主轴转速（）4.驱动系统结构原理及设计加工中心的驱动装置，指的是机床的主轴系统，主轴系统是安装在主轴箱内的。本机床已经确定采用电主轴和齿轮主轴两种主轴形式，安装形式分别如图4.1（上图）、图4.1（下图）所示。本章将在机床传动系统理论分析的基础上，进行机床传动系统的原理分析和结构设计。图4.1 主轴箱简图Fig. 4.1 Diagram for spindle head4.1 电主轴结构原理及设计自动更换刀具是加工中心的一项基本功能。刀具利用主轴前端面定位，刀具的尾部安装了拉钉，拉刀结构置于主轴内部（即为主轴拉杆），而位于拉杆前端的拉爪则拉紧刀具拉钉，拉刀力通常是通过弹性蝶簧组产生的，此时，位于刀具尾部的圆锥面就会和位于主轴前端的锥孔紧密接触了。在想要卸刀或者换刀的时候，打刀机构会压缩弹性蝶簧组，从而使拉爪松开刀具。依此设计本机床的电主轴结构如图4.4。1.打刀杆、2.旋转接头、3.后轴承、4.碟簧组、5.电机转子、6.电机定子、7.主轴、8.主轴箱、9.拉杆、10.前轴承、11.拉爪、12.主轴锥面、13.刀具刀柄图4.4 电主轴结构简图Fig. 4.4 Structure diagram for motor spindle电机转子与主轴套装为一体，主轴是通过位于其前端的定位块来固定刀柄的角向的。电机转子会带动主轴旋转，而主轴会带动刀具旋转，通过这种方法来实现主传动。图4.5 电主轴轴承配置简图Fig. 4.5 Configuration diagram for bearing motor spindle本电主轴前端配置4列高速角接触球轴承，后端配置单列圆柱滚子轴承。该轴承配置，高速性较弱，但径向及轴向刚度较好。4.2 齿轮主轴结构原理及设计“现有的用于加工中心的主轴主要为电主轴和齿轮主轴两种形式，电主轴可实现高转速，齿轮主轴可实现大功率、大扭矩。现有的扭矩以上的齿轮主轴转速大多在以下，这往往限制了作为通用加工设备的加工中心的使用范围，更限制了生产效率的提高，另外齿轮主轴轴承大多采用脂润滑，这大大限制了主轴回转速度（例如主轴轴承直径采用脂润滑的主轴最大转速在以下），因此现有的齿轮主轴造成工作效率低，使用范围受限”11-12本机床重新研发出一种外形尺寸比较小、而具有跟高最高转速的适用于卧式加工中心的齿轮主轴结构，用来弥补现存技术的不足之处。本齿轮的主轴结构主要包括：驱动电机1、齿轮轴4经过联轴器2和电机1连接起来，齿轮3套装在齿轮轴4上，组成轴；齿轮5、6、7安装在花键轴8上，组成了轴；齿轮11、12安装在主轴14上，组成轴；通过三位气缸推动拨叉9，实现不同的两对齿轮啮合（、轴依次转动），达到从驱动电机1到主轴14的传动，如图4.6。1.电机、2.联轴器、3.主动轴第一齿轮、4.主动轴、5.中间轴第一齿轮、6.中间轴第二齿轮、7.中间轴第三齿轮、8.中间轴、9.拨叉、10.主动轴第二齿轮、11.主轴第一齿轮、12.主轴第二齿轮、13.拨叉轴承、14.主轴、15.第一轴承、16.第二轴承、17.第三轴承、18.第四轴承、19.第五轴承、20.前油气润滑通道、21.后油气润滑通道、22.主轴前支撑套、23.主轴后支撑套图4.6 齿轮主轴结构简图Fig. 4.6 Structure diagram for gear spindle通过三位气缸推动拨叉（9）动作，使得中间轴齿轮组（5）、（6）和（7）位于右位时，主动轴的第二齿轮（10）和中间轴的第二齿轮（6）相互啮合，中间轴的第三齿轮（7）和主轴的第二齿轮（12）相啮合，从而构成低速档，如下图4.7。图4.7 齿轮主轴低速档传动简图Fig. 4.7 Diagram for the low speed transmission of gear spindle经过过三位气缸推动拨叉（9）的动作，使得中间轴齿轮组（5）、（6）和（7）处于中位时，主动轴的第二齿轮（10）和中间轴的第二齿轮（6）相互啮合时，中间轴第二齿轮（6）和主轴第一齿轮（11）相互啮合，从而形成中速档，如图4.8。图4.8 齿轮主轴中速档传动简图Fig. 4.8 Diagram for the middle speed transmission of gear spindle经过三位气缸推动拨叉（9）动作，使得中间轴齿轮组（5）、（6）和（7）位于左位时，主动轴第一齿轮（1）和中间轴第一齿轮（5）相互啮合，中间轴第二齿轮（6）和主轴第一齿轮（11）相互啮合，从而构成高速档，如图4.9。图4.9 齿轮主轴高速档传动简图Fig. 4.9 Diagram for the high speed transmission of gear spindle本主轴前端配置高刚度双列圆柱滚子轴承和高刚度推力角接触球轴承，中间配置高刚度双列圆柱滚子轴承，后端配置单列圆柱滚子轴承。本轴承的配置，高速性比较弱，但是径向和轴向的刚度很 好，是具有高刚度的轴承配置，如图4.10。图4.10 齿轮主轴轴承配置简图Fig. 4.10 Configuration diagram for bearing of gear spindle本齿轮主轴结构经过两级三档齿轮变速，得到30分钟连续最大的主轴扭矩；同时，主轴轴承的润滑主要采取了油气润滑的方式，让主轴的最高转速可以达到。进而让该齿轮主轴能够得到大扭矩、高转速的两重优点。5.结论在经济持续增长的环境下，我国装备制造业迅速发展，但以卧式加工中心为代表的高性能机床产品却远远落后于装备制造业发达国家。在世界产业格局调整、国内机床市场需求旺盛、以及在国家振兴装备制造业的政策鼓励下，我国机床制造业在不断进步。本文结合开发MDH系列中更大规格的MDH125卧式加工中心新产品项目，对机床驱动装置设计进行研究。论文依据国内外各优秀卧式加工中心的机床参数，综合分析市场需求、市场竞争力、企业能力及产品结构等因素，选定设计对象，并拟定了机床初始参数；重点研究了主驱动形式，研究驱动系统动力参数的确定方法。经过此次毕业设计，让我对加工中心的驱动装置有了更深的理解，还加强了我对大学四年中的基本知识的学习。毕业设计是把我所学的理论知识进行实际操作的最效率的方法。在具体的设计过程中，一定要考虑到各个方面的问题，在理论上切实可行的没有错误的设计，在实际运用的过程中往往存在着各种各样的问题。因此，在进行加工设计时就必须考虑现实存在的问题，要结合实际出发，了解所设计的机构是否合乎情理，在实际运用中是否能正确运行工作。毕业设计让我明白了从实际出发进行产品设计，而不是只考虑理论上的执行度。在这次毕业设计的完成过程中，我深刻的意识到一个看似简单的机构中要考虑很多东西，它其实并不是在我们看上去那么简单，它还包含很多知识。要完成一个产品的设计首先就要对它的功能和要起到的作用有充分的了解，然后要了解这些功能如何实现，需要什么样的结构才能完善这些功能，并对这些结构进行分析，思考能够实现这种功能的结构中，哪种结构更加合理、更加高效、更加简单、更加方便。据所知道的相似结构进行细节分析，再适当的进行完善、创新，力争用最低的成本展现最先进的功能。最后根据所选择的结构得出想要的设计，适当考虑设计的加工、材料、成本等问题。参 考 文 献1赵如福等. 机械制造工艺设计手册M 北京机械工业出版 20022王先逵. 机械制造工艺学M. 北京机械工业出版社 20063邹青. 机械制造技术基础课程设计指导教程M北京机械工业出版社2004 4李益民. 机械制造工艺设计简明手册M 北京机械工业出版社20045张波,陈天宇等.数控机床主轴部件动态优化设计J.机械设计,2004 6成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2008. 7冯辛安.机械制造装备设计M.北京:机械工业出版社,2006. 8廉元国,张永洪.加工中心设计与应用M.北京:机械工业出版社,1995. 10苏金明,阮沈勇,王永利. MATLAB工程数学M.北京:电子工业出版社,2005. 11 孙靖民.机械优化设计M.北京:机械工业出版社,2008. 12Qing Zhang .Failure analysis of a diesel engine cylinder head based on finite element methodJ. Engineering Failure Analysis 201313Yong Shuai Wang .Temperature Field Analysis of High-Speed Gasoline Engine Cylinder Head Based on Fluid-Solid CouplingJ. Advanced Materials Research 2013附录1：外文翻译多轴联动原理及应用 Machining Center加工中心 摘要：随着科学技术的进步，产品零件的加工工艺越来越困难，加工精度也越来越高。多轴联动加工中心的应用是解决这些问题的主要途径。五轴联动加工中心作为解决复杂曲面、曲柄轴等异形复杂零件的主要手段，在多轴联动加工中心中具有很强的代表性。通过应用五轴联动加工中心对叶片进行加工，得出了五轴联动加工中心与三轴联动和四轴联动加工中心相比，质量和效率提高的必要性和必要性。得出了多轴联动加工中心开发的可行性。关键词：多轴联动，原理，叶片加工。介绍机床是一个国家制造业水平的标志。现代数控加工正朝着高速、精密、智能化、柔性化、自动化、可靠性发展的方向发展。多轴数控机床反映了以上几点。多轴联动加工中心是数控系统根据功能关系的要求，控制多轴联动、同步运动。根据轴数，数控机床分为两轴联动、两轴联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动，机床是一个国家制造业水平的标志。现代数控加正朝着高、精密 、智能化、柔性化、自动化、可靠性发展方向发展 。多轴数控机 床反映了以上几点轴联动加工中心是数控系 统 根据 功能关系的要求，控制多轴联动 、同步运动根 轴数，数控机床 分为两轴联动 、两轴联动 、三轴联动、四轴联动 、五轴联动由于工件的设计复杂度越来越高，采用三轴联动和四轴联动已不能满足许多复杂异形产品的需求。魏芳等人。对四轴加工工艺进行了仿真，并与五轴加工中心进行了切削速度和切削状态的比较。结果表明，五轴联动加工中心的效率大大提高（1）。陈昊等人。认为六轴联动加工大大提高了加工的灵活性和运动自由度，该系统能够适应加工更多类型工件和更复杂曲面（2）。2014年10月，中国发射重型机床有限公司开发的一种机床的独立，是用于加工螺旋桨，七轴六联动响应客户的要求，和机器做的很好。它的加工直径最大，是世界上最复杂的机床3 。与五轴联动加工中心相比，提高了加工精度和加工效率。通过五多联动加工中心的多轴加工，提高了加工效率和加工精度，但对专业人员和技术要求更严格，加工成本也增加，变窄；三轴联动和四轴联动加工CEN。然而，成本较低，不能达到这样的精度和效率要求，无法实现复杂曲面加工。因此，五轴联动加工中心的需求也促进了中国近年来。五轴联动加工中心目前不是最先进的多轴联动加工中心，它具有典型的代表意义，目前已得到广泛应用。五轴联动数控技术也是一个国家工业化水平的标志。多轴联动加工中心的工作原理多轴数控加工的研究主要包括三个方面：（1）加工过程的物理模拟与产品质量预测，（2）过程系统的动态响应和稳定性分析，（3）高效的数控加工工艺规划。五轴联动加工中心是目前多轴联动加工中心研究的典型代表，它代表了目前机床制造业的最高状态。详细介绍了五轴联动加工中心的工作原理。加工中心的结构。大多数五轴联动加工中心的结构为32。有三个直轴和三个轮齿中的两个作为旋转轴。根据三个直轴和三个旋转轴的两个组合，五轴联动加工中心有三种类型，分别是x、y、z、a、b（图1）；x、y、z、a、c、x、y、z、b、c。通过两个旋转轴的组合形式，有三种形式：转台式、转台摆动式和双摆式4。由于物理原因，机床的规格尺寸和加工对象范围由三种结构形式决定。加工中心的特点。五轴联动加工中心的特点如图2所示：（a）可避免刀具干涉，适应性强，加工复杂零件，三轴联动加工中心难度大。（b）对于直纹表面零件，可以采用侧铣加工，以质量好、效率高的队形加工。（c）对于一般的多层表面，特别是对于较大的平坦表面，可使用大直径铣刀接近表面。这样，刀具的进给少，工件的剩余高度小。大大提高了加工效率和表面质量。（d）五轴加工中心的优点是能够在单个设置中加工复杂形状。这有助于提高表面的位置精度并获得高效率。（e）当五轴加工中心工作时，刀具相对工件表面的切削状态最为有效。（f）在一定的加工条件下，使用大尺寸的刀具避免干涉，刀具同时处于良好的刚度状态，提高了加工效率和精度。加工中心数控系统。它是多轴加工中心的大脑，也是决定加工中心功能和性能的主要因素。数控系统的研究主要包括三个方面：（1）多轴数控加工的精插补，（2）设备与工艺的相互作用，（3）数控加工过程的闭环控制。从本质上讲，基于数控程序的输入，五轴联动加工中心CNC系统插补理想轨迹，然后将指令输出到加工中心的执行部件以加工需要的工件。数控系统的基本功能包括5个模块：输入、轨迹插补、伺服控制、反馈控制和自动换刀。它是一个带有位置控制的封闭式控制系统。为了保证运行部件的正常运行，反馈控制系统实时跟踪测量的执行性能，并将可能的
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