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带有卸荷装置的加工中心主传动系统设计【4张CAD图纸+毕业论文】【答辩通过】

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[A5-275]设计类-带有卸荷装置的加工中心主传动系统设计

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关键词：: 带有装置加工中心传动系统设计 cad 图纸毕业论文答辩通过

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摘要
本文介绍了立式加工中心的一些基本概况，简述了机床主传动系统方面的原理和类型，分析了各种传动方案的机理。立式加工中心主传动系统由主轴电动机、主轴传动系统和主轴组件三部分组成。本文详细介绍了立式加工中心主传动系统的设计过程，该立式加工中心选用多楔带传动，该种传动方式的特点在于它能使主传动系统的结构比较简单，而且避免了齿轮传动的振动和噪声。文中介绍了立式加工中心主传动系统各种传动方案优缺点的比较、主传动方案的选择和确定、主传动变速系统的设计计算、主轴组件的设计并确定主轴的卸荷装置和结构形式以及关键零件的校核等设计过程。
关键词：数控机床立式加工中心主传动系统主轴组件卸荷装置

Abstract

Some basic concepts and the general knowledge of the vertical machining center were introduced in this paper. The principle and types of the main drive system, analysis mechanism of the transmission project are brief described. The spindle drive system of vertical machining center, including spindle drive motor, transmission and spindle subassembly. The design process of vertical machining center main drive system were introduced in detail in this paper. The vertical machining center used arc tooth timing belt drive, the species transmission features is that it enables the structure of main drive system is relatively simple, and to avoid the noise and vibration. Compared of the program merit and demerit are detailed, the program options and determines of vertical machining center spindle drive system is detailed, main gearshift system and spindle is subassembly designed in this paper.
Key Words: CNC Vertical machining center Main drive system Spindle subassembly Unloading device

第一章绪论 …………………………………………………………………………… 1
1.1、引言 ………………………………………………………………………1
1.2、数控机床的基本概况 ………………………………………………………………1
1.3、加工中心的基本概念和分类 ………………………………………………………2
1.4、加工中心的结构组成 ………………………………………………………………3
1.5、加工中心的发展趋势 ………………………………………………………………3
第二章加工中心主传动系统方案的确定 …………………………………………5
2.1 加工中心主传动系统简介 ………………………………………………………5
2.2 对加工中心主传动系统的要求 …………………………………………………5
2.3 主传动的类型及方案选择 ………………………………………………………6
2.4 主传动系统设计条件 ………………………………………………………… 7
第三章主传动变速系统主要参数计算 ………………………………………… 8
3.1 计算切削功率 ………………………………………………………………… 8
3.2 计算主传动功率 ……………………………………………………………… 8
3.3 确定电动机型号 ……………………………………………………………… 9
3.4多楔带传动的计算 ………………………………………………………………… 9
3.5 主轴的卸荷装置……………………………………………………………………11
3.5.1 径向力的卸荷………………………………………………………………12
3.5.2 轴向力的卸荷………………………………………………………………13
第四章主轴组件设计 ……………………………………………………… 14
4.1 主轴组件的设计要求和步骤 ………………………………………………… 14
4.1.1 主轴组件的设计要求 ………………………………………………… 14
4.1.2 主轴组件的设计步骤 ………………………………………………… 15
4.2主轴的设计要求 ……………………………………………………………… 15
4.2.1 主轴的主要尺寸参数 ………………………………………………… 16
4.2.2 主轴轴端结构 ………………………………………………………… 16
4.2.3 主轴的材料和热处理 ………………………………………………… 16
4.2.4 主轴主要精度指标 …………………………………………………… 17
4.3 主轴滚动轴承 ………………………………………………………………… 17
4.3.1 滚动轴承类型 ………………………………………………………… 17
4.3.2 主轴轴承配置与调整 ………………………………………………… 17
4.4主轴组件的设计计算 ………………………………………………………… 19
4.4.1 初选主轴直径 ………………………………………………………… 19
4.4.2 主轴悬伸量的确定 …………………………………………………… 19
4.4.3 主轴最佳跨距的选择 ………………………………………………… 19
4.5 主轴组件的校核计算 ………………………………………………………… 20
4.5.1 主轴组件的刚度计算 ………………………………………………… 20
4.5.2 主轴组件的强度计算 ………………………………………………… 21
4.5.3 轴承的校核计算 ……………………………………………………… 23
4.5.4 键的校核计算 ………………………………………………………… 25
4.6 主轴内部刀具自动夹紧机构及切屑清除装置 ……………………………… 26
4.7 主轴组件的润滑与密封 ……………………………………………………… 26
4.8 提高主轴组件性能的措施 …………………………………………………… 27
结论 ………………………………………………………………………………… 29
参考文献……………………………………………………………………………… 30
致谢…………………………………………………………………………………… 31

第一章绪论
1.1、引言
毕业设计是对我们大学四年期间所学知识的一次综合运用过程，是对大学四年所学知识的一次总结，是一次较全面的设计训练，是理论联系实际的重要实践性环节，是我们在理论学习和生产实践基础上迈向工程设计的一个转折点。在这一学习过程中，培养了我们运用所学知识解决问题的能力，提高了我们对产品整体设计把握的能力。通过这次毕业设计，可以培养和提高我们综合运用所学机械方面的课程和其它以前所学的各科基础知识和专业知识、结合生产实际去分析和解决工程实际问题的能力；可以学习机械设计的一般程序，熟悉和掌握通用机械零件、机床传动系统和简单机械的设计方法和步骤，培养创造性思维能力和增强独立、全面、科学的工程设计能力；可以完成机械设计基本技能的训练，学会使用各种设计资料（标准、规范、手册、图册等）、经验估算、数据处理及编写设计计算说明书。
本次毕业设计的课题是设计一个带有卸荷装置的立式加工中心的主传动系统。参考TH5640立式加工中心，初步了解到该型号立式加工中心主传动系统采用多楔带传动，从主轴电动机经一级带传动传递给主轴。在本文中，详细介绍了立式加工中心主传动系统传动方案的选择设计、电动机选型及功率的计算、多楔带传动的计算、各种零件的设计并确定主轴的卸荷装置和结构形式及关键零件的校核等设计过程

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内容简介：: KC019-1毕业设计（论文）进展情况记录（2008/2009学年第 2 学期）二级学院（直属学部）机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化课题名称带有卸荷装置的加工中心主传动系统设计班级 05机三学生姓名指导教师填写说明1. 学生在正式接受毕业设计（论文）任务书后填写本表格。2. 本表格由学生按照毕业设计进行的周次填写，每周填写一张，并交指导教师签署意见。3. 在毕业设计（论文）工作的中期，学生应填写“毕业设计（论文）工作中期小结”，指导教师签署意见。4. 本表格由学生保存，在毕业设计（论文）结束后和其他设计（论文）资料一起上交。5. 建议学生每周使用电子文档提交本表格，以方便远程联系和保存。1第三周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算在毕业设计第一周，我对自己的毕业设计课题及设计任务进行了了解，该课题来源于江苏常州恒力机电有限公司，完成三轴联动的带有卸荷装置的加工中心的主传动系统设计，确定加工中心主传动系统的结构方案和调速范围，并确定主轴的卸荷装置和结构形式，确定电机类型、功率，确定传动系统链、并进行必要的理论计算，完成毕业说明书。我主要做了如下准备：我去图书馆借了有关数控加工中心的资料,包括数控铣床设计、数控加工中心设计、数控机床系统设计、数控机床等。并利用网络搜集有关加工中心的的材料,如到学校的图书馆资源中进入了清华同方及万方数据库资源搜集查询有关加工中心主传动系统设计的资料。学生签名： 2009年3 月 2日指导教师意见与下周进度要求本周要求学生在明确设计任务的基础上，进行调查研究和收集资料。该同学的学习主动尚好，能在理解毕业设计内容的基础上，积极收集资料，为熟悉设计任务，初步完成开题报告，但仍存在一些问题，应及时改进，希望再接再厉为自己的大学生活画上圆满的句号。该生应确保每周的毕业设计时间，希望抓紧一切时间，早日交出一份满意的答卷。指导教师签名： 2009年 3 月8 日第四周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算在毕业设计第二周，我对借来的资料进行了阅读和了解，并完成了开题报告。通过阅读才发现，对该课题进行设计具有一定的难度和挑战性，要想将该课题完成好还具有一定的难度，但进行行该课题的设计可以使学过的理论知识联系实际，丰富自己的知识。为了进一部搞清楚加工中心主传动系统的结构，从图书馆借来了机械传动装置设计手册、机械设计、金属切削机床概论等书籍对加工中心的发展及其内部构造开始有了充分的认识，并形成了大致的设计思路。下周开始,我将着手设计带有卸荷装置的加工中心的主传动系统的框架并进行必要的计算。学生签名： 2009 年 3 月 9 日指导教师意见与下周进度要求在收集及阅读大量资料的基础上，对本课题有了初步认识，对设计过程有了一定了解，在消化资料的基础上完成开题报告，需要对课题的理解进一步收集资料，对课题的意义有了一定的认识，并着手进行初步的方案设计。指导教师签名： 2009年 3 月 15 日第五周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算我做的是带有卸荷装置的加工中心主传动系统设计，首先就要对加工中心有一定的了解，比如说加工中心的特点，发展趋势，加工对象的特点，经济性等。它和普通的机床、数控机床有那些相同点、不同点。我要掌握的侧重点是主传动系统的特点结构等。同时应该考虑到主轴高速旋转所承受的载荷，这就是要考虑到卸荷的情况了。通过对参考书的查询，初步拟定带传动的方式，主轴卸荷的方案，针对自己所想的确定设计方案，并向老师交流自己的想法。学生签名： 2009 年 3 月 16 日指导教师意见与下周进度要求开始对加工中心主传动系统设计的形式进行选择确定，初步对资料进行认真研读，对各类方案进行比较，下周应在不断完善的基础上，进行方案论证，并尽快确定总体方案。根据计划下周进一步完成对加工中心主传动系统方案的论证和总体方案的确定。指导教师签名： 2009 年 3 月 22 日第六周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算本周我主要是查询有关资料，我把自己摘录下来的，老师讲的，看到的，资料上的，经过整合，开始制定方案。如主传动有四种类型：二级齿轮传动、同步带传动、主轴电机直接驱动、内装电机主轴。主轴电动机有交流调速电动机和交流调速伺服电动机。主轴主要参数的选择，主轴内部刀具怎样自动夹紧很松开，主轴滚动轴承有滚动轴承和滑动轴承，主轴轴承是选用那种配置形式，主轴组件的润滑和密封方案，主轴准停方案如何确定。针对加工中心的技术参数，我最终选择了多楔带传动。它的优点是可避免齿轮传动时引起的振动和噪声。多楔带传动功率大，空间相同时多楔带比普通V带的传动功率约高30%；带体薄，富有柔软性，比较能适应带轮直径小的传动；适应高速传动，带速可达40m/s，使用伸长小，发热小，振动小，运转比较平稳。根据典型加工的算例并对其进行了设计计算。学生签名： 2009年 3月23 日指导教师意见与下周进度要求本周明确了本设计的设计步骤，确定了加工中心主传动机构的结构与主轴准停装置形式的基本方案，基本完成任务，且符合要求。下周必须对本周所确定的方案进行具体零部件的选择，并确定课题总体设计方案。指导教师签名： 2009 年3月29日第七周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算本周我基本确定了加工中心主轴的卸荷装置。随着科技的发展，加工中心主轴的转速越来越高，这种趋势必然会去主轴的精度和刚度提出了更高的要求。主轴在告诉旋转的过程中，由于动力输入源存在径向力（如：带拉力）作用在主轴后端：动力源与主轴安装不同心使主轴产生的内应力变形，使主轴回转综合精度收到影响。在通常情况下，采用卸荷装置来减小上述因素对主轴的影响，能收到很好的效果。本设计就是采用卸荷装置，是主轴的径向力转移到床身上以达到加工精度的要求。下面将进行主轴组件的设计计算。学生签名： 2009 年3月30日指导教师意见与下周进度要求基本确定了合理的课题总体设计方案，并且能充分利用网络资源对主传动系统初步设计，下周需完成总体设计中的部分零部件设计局草图。指导教师签名： 2009年 4月6日第八周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算本周我主要进行主轴组件设计及其计算。主轴组件由主轴、主轴支承、装在主轴上的传动件和密封件组成。主轴电动机采用主轴交流调速电动机，传动采用多楔带实现。加工中心的主轴系统应具备自动松开和夹紧刀具功能。刀具的自动夹紧机构安装在主轴的内部。刀柄由主轴抓刀爪夹持，碟形弹簧通过拉杆、抓刀爪在内套的作用下将刀柄的拉钉拉紧。当换刀时，要求松开刀柄。此时将主轴上端汽缸的上腔通压缩空气，活塞带动压杆及拉杆向下移动，同时压缩碟形弹簧，当拉杆下移到使抓刀爪的下端移出内套时，卡爪张开，同时拉杆将刀柄顶松，刀具即可由机械手或刀库拔出。待新刀装入后，汽缸的下腔通压缩空气，活塞上移，在碟形弹簧的作用下，带动抓刀爪上移，抓刀爪拉杆重新进入内套，将刀柄拉紧。活塞移动的两个极限位置分别设有行程开关，作为刀具夹具和松开的信号。主轴采用两支承，主轴轴承采用滚动轴承，必须能进行调整和预紧。主轴轴承的润滑方式可以采用润滑油和润滑脂。主轴的密封为旋转式密封。主轴计算包括主轴直径选择、主轴悬伸量的确定、轴承的选择和刚度计算以及最佳支承跨距的选择等。下周，我必须在完成立式加工中心的主传动系统主轴组件的校核计算。学生签名： 2009 年4月6日指导教师意见与下周进度要求完成了总体设计方案设计思路考虑恰当，对零部件的尺寸以及结果进行了初步确定并绘制草图。下周主要对剩下的零件进行设计、基本完成联系尺寸结构草图。指导教师签名： 2009 年4 月12日第九周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算在本周对主轴组件进行了校核计算。其中包括对主轴前端挠度的计算、主轴组件强度的计算、对选用的轴承进行强度校核、电动机连结键和主轴连结键的校核。通过上述计算对绘制主轴箱的草图有了一个初步框架。这周在指导老师的辅导下开始用计算机AUTO/CAD绘图，由于前一阶段工作，对设计的结构以及尺寸有了一个总体的概念,绘制相对比较顺利。在绘制草图的过程中，进一步对主轴的卸荷装置与主传动方式的结构安排以及各个结构所起的作用有了更具体的认识。在参考立式镗铣加工中心主轴部件图的基础上加快了对绘制草图的进展速度。在本周任务完成的条件下，下周主要对以上元器件的尺寸以及安装进行进一步的认证，并对所完成的总体设计草图进一步修改。学生签名： 2009 年4月13日指导教师意见与下周进度要求对相关主轴部件的参数进行了估算校核，并初步完成了主轴部件草图。选定了主轴轴承、多楔带、油缸、密封圈等元器件。下周主要对以上元器件的尺寸以及安装进行进一步的认证，并对所完成的总体设计草图进一步修改。指导教师签名： 2009年4 月19日第十周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算本周主要完成了总体设计草图即主轴箱设计草图，它主要包含主轴部件、刀具自动夹紧机构、切屑清除装置和主轴准停装置。主轴前端有7：24的锥孔用于装夹ISO40刀柄或刀杆主轴端面有一端面键既可通过它传递刀具的扭矩，又可用于刀具的周向定位；刀具的自动夹紧机构安装在主轴的内部，可使刀具在主轴锥孔内定位及夹紧；自动清除主轴孔内的灰尘和切屑是换刀过程中的一个不容忽视的问题，常采用的方法是使用压缩空气吹屑；加工中心的主轴部件上设有准停装置，其作用是使主轴每次都准确地停在固定不变的周向位置上，以保证自动换刀时主轴上的端面键能对准刀柄上的键槽，同时使每次装刀时刀柄与主轴的相对位置不变，提高刀具的重复安装精度，从而可提高孔加工时孔径的一致性。通过查阅相关资料，基本解决了其组成结构问题。并根据手册中的计算公式确定了每个部件，并画出了草图。下周开始画装配总图、部件图及部分零件图。学生签名： 2009 年4月20日指导教师意见与下周进度要求完成总体设计草图，在完成工作的前提下，还对前一阶段的工作进行总结，发现问题并及时解决。下周开始着手绘制装配总图。指导教师签名： 2009 年 4月26日第十一周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算经过前阶段的工作，确定了各零部件的具体尺寸。开始绘制装配总图。在画装配总图时，根据主轴箱设计草图，根据它包含的主轴部件、刀具自动夹紧机构、切屑清除装置和主轴准停装置等入手，在确定各零部件的具体尺寸的基础上如内隔套、外隔套、垫板、电机过渡板、端盖、拉杆等对装配图以及装配关系进一步确定，在草图基础上修改具体尺寸。下周进一步绘制装配总图各部件、辅件的尺寸与确定位置。学生签名胥海林 2009年4月27日指导教师意见与下周进度要求确定了各零部件的具体尺寸，开始绘制装配总图，绘制过程中进一步提高了设计完整性和准确性。下周要对主轴箱图进一步绘制。指导教师签名： 2009年 4月28日第十二周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算本周主要完成以下工作：对主轴箱图进行进一步绘制，如标注尺寸、完成明细栏的绘制、填写技术要求等内容。对部分零件图进行绘制，如主轴、卸荷传动轴等零件，它们都属于主轴部件中的组成零件。以下几周继续完成装配总图、部件图及部分零件图的绘制，并对某些错误部分进行修改，为最终完成装配总图、部件图及部分零件图的绘制做好准备工作。学生签名： 2009年5月4日指导教师意见与下周进度要求对主轴箱图进行进一步绘制并对部分零件图进行绘制，下周继续完成装配总图、部件图及部分零件图的绘制内容。指导教师签名： 2009年 5 月5日毕业设计（论文）工作中期小结学生毕业设计（论文）工作中期小结毕业设计已经到了中期，下面我就对前阶段的工作做下小结。我的课题是带有卸荷装置的加工中心的主传动系统设计，在对该课题的设计中，我通过广泛收集资料，研读设计手册、上网查资料、向导师请教等。把机械设计、数控技术等知识结合起来，通过各种方法如：经过这一段时间，我在从任务书到书本再从书本到任务书的过程中，对加工中心的主传动系统渐渐有了充分的了解。在设计过程中我发现了自身的知识匮乏，也遇到了很多实际的问题。如对有关机械设计知识还不够全面，对机械设计方面也不怎么扎实，不能熟练的解决设计过程中的有关问题；公式不能熟练运用，很多地方面只从理论方面去考虑，而没顾及到实际生产和成本问题，不能理论联系实际。实际问题如：卸荷装置的设计，怎么样才能更好的保持主轴的旋转精度，采取什么样的方案等。通过这些锻炼，让我学会了许多解决问题的方法，更好的完善了我的知识结构和思考问题的全面性。在设计过程中，导师给了我很多的帮助，使我有了一个明确的思路为进一步的设计有了准备。通过这一段时间的工作，让我实现了一个从学校到社会的初步过渡。为我能够融入社会起到了很大的作用。学生签名： 2009年 5月 4日指导教师对学生到目前为止毕业设计（论文）工作的评价和意见该生在毕业设计前一阶段，严格遵守计划按时完成毕业设计各阶段的任务。在设计过程中能及时发现问题解决问题，在解决问题的过程中不断的增长自己知识。希望再接再厉，争取提前完成任务。指导教师签名： 2009年 5月 5日第十三周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算本周主要完成装配图绘制，由于之前对各部件图已有绘制，所以绘制装配图的时候大体的布局还是比较清晰明朗。但在一些细节上还存在着问题，进一步确定各总体尺寸。下周主要任务是继续完成装配总图，并准备画主轴箱外观图和部分零件图。学生签名： 2009 年 5月11日指导教师意见与下周进度要求各种辅件位置的确定基本合理；下周需完成总装配图，并准备画部件图和部分零件图。指导教师签名： 2009 年 5 月17 日第十四周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算本周经过一系列的优化设计，终于完成了总装配图；在装配总图完成后，对主轴箱的结构有了进一步的认识，对设计部件图和零件图有了初步的轮廓。下一步画主轴箱外观图和零件图，由于零部件图主要包括：卸荷传动轴、主轴等几张图。这周主要画卸荷传动轴，由于前一阶段的工作，在画零件图时基本没遇到困难，毕业设计进展还算顺利。下周主要任务是：（1）、画好主轴零部件图；（2）、准备整理说明书。学生签名： 2009 年5月18日指导教师意见与下周进度要求认真完成了装配总图并完成了卸荷传动轴的零部件图，经过初步的检查基本无明显技术缺陷，结构还算合理。下周的任务是完成剩下的零部件图，并开始着手整理说明书。指导教师签名： 2009年 5 月24 日第十五周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算本周进展：主要完成了主轴箱外观图。画外观图图时，主要问题是外观图图对于尺寸、结构等方面要求面面俱到，而花了很长时间。别的小问题基本可以自己解决。从下周开始，完成剩余零件图，并必须抓紧时间整理编写说明书，并且翻译一篇与加工中心相关的英文资料。学生签名： 2009 年5月25 日指导教师意见与下周进度要求完成了主轴箱外观图，从下周开始必须开始整理编写说明书。并准备毕业答辩。指导教师签名： 2009年 5月31 日第十六周进展情况记录本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算本周进展：完成了主轴零件图的测画。着手整理

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