立式钻削中心主轴的机械结构设计
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立式钻削中心主轴的机械结构设计说明书.doc
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摘 要
在传统的立式钻床、铣床与新型数控机床技术的基础上，开发了以钻削为主，并兼有攻丝、铣削等功能，且备有刀库并能够自动更换刀具来对工件进行多工序加工的数控机床—钻削中心。本文主要针对钻削中心的主轴系统进行设计。在本设计中，主轴调速取消了齿轮变速机构，而是由交流电动机来调速；主轴与电机轴之间采用多楔带传动；主轴内部刀具的自动夹紧，则采用了碟形弹簧与气压传动技术；主轴的垂直进给采用了半闭环伺服进给系统；主轴的支承采用了适应高刚度要求的轴承配置。总之，通过对主轴系统的设计，使系统满足了钻削中心高效、高加工精度的要求。?关键词：数控技术；钻削中心；主轴系统
目 录
摘 要I
AbstractII
第1章 绪论1
1.1 数控机床的概念1
1.2 数控机床的组成1
1.3 数控技术发展状况及发展趋势1
1.4 设计的目的与意义4
第2章 总体设计方案的确定5
2.1 设计方案5
2.2 方案的可行性分析6
2.2.1 钻销中心的设计特点6
2.2.2 本设计的创新之处7
第3章 钻削中心主轴部件结构设计8
3.1 主轴的结构设计8
3.1.1 主轴的基本尺寸参数的确定8
3.1.2 主轴端部结构9
3.1.3 主轴刀具自动夹紧机构10
3.1.4 主轴的验算12
3.1.5 主轴材料和热处理的选择16
3.2 主轴传动部件的设计17
3.2.1 传动方式的选择17
3.2.2 多楔带带轮的设计计算18
3.2.3 多楔带的选择及带轮尺寸参数的确定20
3.2.4 传动带在主轴上的位置22
3.3 主轴轴承23
3.3.1 主轴轴承的选用23
3.3.2 主轴轴承的配置25
3.3.3 滚动轴承调整和预紧方法26
3.3.4 主轴轴承的润滑27
3.4 碟形弹簧的设计29
3.4.1 钻削力分析29
3.4.2 碟形弹簧设计计算30
3.4.3 碟形弹簧的校核33
3.5 气缸的设计35
3.5.1 气缸的结构设计35
3.5.2 气动回路选择38
第4章 主轴进给系统的设计41
4.1 概述41
4.1.1 伺服进给系统的组成41
4.1.2 伺服进给系统的类型41
4.2 进给系统设计计算43
4.2.1 主要参数的设定43
4.2.2 切削力的估算43
4.2.3 滚珠丝杠副设计计算43
4.2.4 丝杠的校核46
4.2.5 选伺服系统和检测装置49
4.2.6 伺服电机选择49
结 论51
致 谢52
参考文献53
CONTENTS
AbstractI
CONTENTSⅢ
Chapter 1 Introduction1
1.1 The concept of NC machine tool1
1.2 The composition of CNC machine tools1
1.3 CNC technology development status and development trend1
1.4 The purpose of design and meaning4
Chapter 2 The overall design scheme5
2.1 Design scheme5
2.2.1 Thedesign characteristics of drilling center6
2.2.2 The innovation of the design7
Chapter 3 Spindle nd components design8
3.1 Spindle structure design8
3.1.1 The decision of the basic parameters of the spindle8
3.1.2 Spindle structure9
3.1.3 Spindle tool automatically clamping institutions10
3.1.4 Checking of the spindle12
3.1.5 Spindle material and heat treatment options16
3.2 Spindle drive components design17
3.2.1 The choice of the ways of driving17
3.2.2 The design of the half-axis belt pulleys18
3.2.3 The choice of the half-axis belt pulleys parameters20
3.2.4 The position of the drive belt in the spindle22
3.3 Selection of spindle bearings23
3.3.1 selection of spindle bearings23
3.3.2 Configuration of spindle bearings25
3.3.3 Ajustment of rolling bearings26
3.3.4 Lubrication of spindle bearings27
3.4 Design of the disc sping29
3.4.1 Analysis of the drilling force29
3.4.2 Design of the disc spring30
3.4.3 Disc spring33
3.5 Cylinder design35
3.5.1 The structure design of cylinder35
3.5.2 Pneumatic circuit selection38
Chapter 4 Spindle feed system design41
4.1 Summary41
4.1.1 Servo feed system41
4.1.2 Servo feed system type41
4.2 Feed system design43
4.2.1 Determination of main design parameters43
4.2.2 Estimation of the cutting force43
4.2.3 Design and calculation of ball screw pair43
4.2.4 Screw check46
4.2.5 Selection of servo system and detecting device49
4.2.6 Servo motor selection49
Conclusion51
Thanks52
References53
1.4 设计的目的与意义
在机床加工中钻床的加工工作量在总制造工作量中占有很大的比量。钻床为孔加工机床，按其机构形式不同可以分为摇臂钻床、立式钻床、卧式钻床、深孔钻床、多轴钻床等。主要用来进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等。长期以来我国的机械制造工业中孔类加工多数由传统钻床来完成，但是传统的钻床在大批生产时存在许多的不足之处：
(1) 自动化程度不高，难以进行大批量生产；
(2) 工作效率低，且工人的工作环境恶劣；
(3) 占用人力较多，操作固定不交易出错；
(4) 精度不高，工件装夹费时；
(5) 加工产品质量不高。
再生产过程中，手动的操作、繁琐的装夹、大量生产力的投入和单一的生产流程导致了钻床加工的自动化程度低、生产效率低、共作环境恶劣和产品质量不高，因此，我们需要解决的问题在于如何实现钻削加工的自动化、减少生产力的投入生产和与其他工艺流程相结合同时也要考虑经济问题[7]。
针对以上传统钻床的不足之处及生产中存在的问题，我们有必要在传统钻床的基础上研究出新型数控钻床——立式钻销中心。通过对传统钻床手动的进给系统、夹紧系统及传动系统的创新设计，假如新技术，从而提高产品质量和生产效率，实现自动化，降低劳动强度及工作量。
钻销中心具有自动换刀功能，可减少工件在机床上的两次安装，提高加工精度，稳定产品质量，减轻操作者的劳动强度，提高生产率，降低生产成本。钻销中心适用于机械制造各行业中的中小型零件的孔、平面加工，并可加工平面凸轮[8]。
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