一种立式机床主轴工作台结构设计【8张CAD图纸+毕业论文】

一种立式机床主轴工作台结构设计

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一种立式机床主轴工作台结构设计论文.doc

一种立式机床主轴工作台装配图-A0.dwg

一种立式机床主轴装配图-A0.dwg

传动座-A2.dwg

尾座零件图-A2.dwg

螺杆螺母座-A3.dwg

螺杆轴承压盖-A4.dwg

论文检测.pdf

轴承作封板-A4.dwg

轴零件图-A2.dwg

摘 要

在新的经济增长过程中，中国的机床工业正在迅速发展。随着我国经济的可持续发展，机床行业的全球化，以及在政府加强自主知识创新措施的鼓励下，在垂直加工中心和其他高端机床的发展投资趋向成熟，所以在未来机床行业将成为占据主导地位。

加工中心主要由主轴组件、旋转工作台、可移动工作台、刀库、自动换刀装置等机械功能组成。主轴总成是机床的重要组成部分，其性能直接影响机床的加工精度和表面粗糙度。本文在查阅大量国内外文献的基础上，对不同加工中心的主轴组件的性能进行了研究和分析，并比较了其特点，并提出了合理的主轴结构。同时对主轴、轴承、丝杠等重要部件的机械性能进行了讨论，并对其刚度和强度进行了校核。重要的是，在这个设计中使用的陶瓷轴承可以有效地提高主轴的刚度，从而提高加工中心的可靠性和稳定性。本文针对立式加工中心VB-825A,叙述了立式加工中心工作台和滑轨的设计过程和设计方法。通过对比立式加工中心VB-825A的机床布局和参数，确立了切合实际的开发方案。

关键词： 主轴组件； 加工中心； 数控机床； 工作台

Abstract

     In the current economic growth, the china machine producers get a rapid development. With the persistent ecomomic development of china, machine industry globalization and the government’s encouragement of enhance knowledge originality innovation, the development condition of high-end machine such as vertical machining center is gradually possible.

Machining centers are equipped with spindle units, rotary workbench, moving workbench, tool magazines and automatic tool changers, and other mechanical function components. Spindle unit is the important motion part of the metal cutting machine tool. Its movement behavior affects the machining accuracy and surface roughness of part to be machined. Through referring to a variety of technical literatures, the characteristics of some kinds of spindle units are compared with each other based on analysis and research work on different machining centers. A reasonable scheme can be studied out. Meanwhile, the mechanical behaviors of principle parts such as the spindle, bearings and lead screw are discussed. Their rigidity and strength are calculated and examined here. Morever, a kind of advanced ceramic bearings is introduced into the spindle unit, which can effectively enhance the rigidity of spindle units. They will improve the reliability and stability of machining centers.

This thesis is according to vertical machining center VB-825A, discusses the design process and design method of worktable and guide of the vertical machining center. Analysis the layout, parameter of vertical machining center VB-825A, and define possible and the best develop plan.

Key words： spindle unit； machining center； NC machine； bench

目 录

第一章引 言 1

1.1 加工中心简介 1

1.1.1 加工中心的特点 1

1.1.2 加工中心的组成 2

1.1.3 加工中心的分类 3

1.2  设计目的 5

第二章加工中心主轴系统 7

2.1 主轴动力 7

2.1.1 主电机功率估算 7

2.1.2 主电机选型 8

2.1.3 主电机上的键 8

2.2 主轴传动 9

2.2.1 同步带的选择 9

2.3 主轴组件 13

2.3.1 主轴设计 13

2.3.2 主轴上的键 20

2.3.3 主轴轴承的选择 21

2.3.4 主轴组件的润滑与密封 24

第三章机床传动系统的理论计算 26

3.1 滚珠丝杠规格的计算 26

3.1.1 丝杠导程的选定 26

3.1.2 丝杠基本动额定负荷的计算 26

3.1.3 丝杠轴径的选择 32

3.1.4 滚珠丝杠螺母形式的确定 33

3.2 伺服电机的计算 34

3.2.1 最大切削负载转矩的计算 34

3.2.2 电机的转子惯量与负载惯量的匹配计算 36

3.2.3 最大转矩的校核计算 38

第四章进给传动结构设计 40

4.1  丝杠轴承的选择 40

4.2  滚珠丝杠的安装 41

4.3  联轴器的选择 44

4.4  精密螺帽的选择 45

第五章结 论 46

参考文献 47

致 谢 48 

第一章 引 言

1.1 加工中心简介

加工中心是一台集机、电、液、气、电脑和信息控制技术于一体的机电一体化的典型产品，是高速、高效、超高精度和数字化、紧凑型的最佳体现，在当今最先进、最普及的技术水平。它广泛应用于能源、交通、原材料、农业机械、军工、轻工机械、汽车、模具及各种工业部门的机械制造领域，其技术水平和在金属切削机床的生产和总重量百分比是衡量一个国家机械制造业水平的重要标志。

数控机床加工中心数控铣床、数控镗铣床、数控钻床等功能和聚集在一起的机械加工设备，并增加了自动换刀装置和刀，安装后的工件，根据不同的加工过程自动选择和更换刀具，完成了多平面多工序的加工。

1.1.1 加工中心的特点

与普通机床相比，加工中心具有以下几个突出特点：

    1. 加工中心设有一个集中加工中心，可自动换刀，并可在工件上加工多个工序。现代加工中心可以使工件实现多表面、多功能、多工位连续、高效率、高精度加工。

    2. 高精加工中心采用加工中心的加工方式，一个安装处理可以是大部分表面处理的一部分，避免了重复工件装夹产生的载荷和夹紧误差，以保证工件的高精度和高相对位置精度的加工表面。此外，加工中心的整个加工过程控制的自动执行，以避免人为操作的意外错误。加工中心可节省齿轮、凸轮、凸轮和传动部件，最大限度减少因制造和使用引起的摩擦损失而引起的摩擦损失，组合重复定位精度和提高加工中心位置补偿功能和定位精度高，提高加工中心的精度，加工质量更稳定。 3. 生产效率高，加工中心主轴转速和进给速度调节范围广，每一个加工过程都可以选择最有利的切削，良好的结构刚度，使加工中心切削大量的切削量，有效节省机动时间。

1.1.2 加工中心的组成

    加工中心各组成部分的类型、功能和参数是不同的。机床本体分为基本元件和元件的选择，数控系统具有基本功能和选择功能，机床参数有主要参数等参数。总体而言，该机一般由以下部分组成。

    1. 床、柱、表零件的基本组成部分，是加工中心的基本组成部分。它们可以是铸铁件，也可以是焊接钢结构，都要承受机械加工中心的静载荷，以及在切削过程中的切削载荷，它必须是一个非常高的程度。

    2. 控制系统由数控装置、可编程序控制器、伺服驱动装置和电机组成的单加工中心控制系统。他们是中央的处理中心，执行序列控制行动和控制的过程。。

3. 伺服系统的功能是将信号从数控装置转换为运动部件。其性能是决定加工中心的加工精度、表面质量和加工效率的主要因素之一。加工中心一般采用三种控制方式的半封闭环、闭环和混合环。 

4. 自动换刀装置是由刀座、机械臂和传动机构组成的。倒库是一种用于存储在处理过程中使用的所有切削工具的装置。一刀盘，鼓和各种形式的链，从几个到几百的能力。在需要时，根据数控系统的指令，将机械手（或其他设备）从工具杂志中移到主轴。而机械手的结构，根据刀的相对位置和主轴的结构和结构也有不同的形式，如单臂型、手臂型、旋转式、履带式等。一些加工中心不使用机械手和主轴箱或使用的工具盒来实现刀的变化。虽然工具的变化过程，工具选择，工具存储结构，机械手类型各不相同，但在数控设备和控制下的一个可编程控制器，是由电机和液压或气动执行器驱动的刀库和机械手工具的选择，和交流。当接触式传感器安装在该机构中时，可以实现刀具和工件的测量误差的测量。 

    5. 辅助系统包括润滑、冷却、切屑、保护、液压和随机检测系统等。虽然辅助系统不直接参与切削运动，但加工中心的加工效率、加工精度和可靠性的保护作用，因此它是加工中心不可缺少的一部分。

    6. 自动托盘替换系统及一些加工中心，以进一步减少不切割时间，配备2个自动工件的托盘交换和工作台上的安排，另一个是在装卸工件的工作台。能减少辅助时间，提高机械效率。

1.1.3 加工中心的分类

按主轴加工时的空间位置分类：

    1. 卧式加工中心是主轴的加工中心。卧式加工中心有固定式或固定式工作台等多种形式。卧室加工中心在指定的立柱柱上，主轴箱在立柱上移动。该平台可以在水平方向上移动；三坐标方向运动的水平加工中心的固定工作台和主轴箱的运动定位和安装工作台是固定的

    2. 立式加工中心主轴立式加工中心垂直设置，其结构是固定立柱式，为十字工作台，适用于盘类零件的加工，一般具有三个直线运动坐标轴。能完成铣、镗、钻、攻牙螺纹及螺纹等加工。

立式加工中心工件夹紧和定位方便；刀具轨迹易于观察，调试方便的程序检查测量，发现问题及时停止处理或修改；冷却条件容易设置，切割液可直接到达切割工具和加工表面；三坐标轴与直角坐标系一致，直观感和图案从一致的角度，切屑消除和下降，避免划伤加工表面。立式加工中心具有结构简单、占地面积小、价格低廉等优点，可满足设备各部分的加工要求。 

2 VB-825A立式加工中心简介

第五章 结 论

本课题的指导思想是在满足立式加工中心主轴要求的前提下，尽可能地对其优越的性能、稳定的传动和整个加工中心的质量进行了降低，从而降低了成本。对台湾佳公司生产的立式加工中心确定立式加工中心的主轴，方案论证的总体设计方案，对身体组成的主要部件的设计计算和选型；设计的立式加工中心的表和幻灯片。 

通过主轴部件的主轴部件加工，如：主轴、轴承、螺丝、钥匙等，以检查，更理想的任务的垂直加工中心主轴组件的技术指标。加工中心主轴组件的操作过程相对稳定，主轴总成具有结构简单、拆装方便、易于维护、成本低等优点。

本课题采用12S FANUC交流主轴电机作为主轴驱动的动力，通过同步带传动实现主轴电机和减速主轴。通过同步带的选择，确定了线速、带长、同步带传动的距离等参数。在刀具自动夹紧机构，以控制活塞行程，两型的避免刀具夹得过紧或过松lx19-111行程开关。通过计算，主轴的刚度和强度符合设计要求。

参考文献

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[6]   杨有军. 数控技术.  北京： 机械工业出版社，2005

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[9]   陈循介．从日本2001年机电一体化展看机床发展新动向．精密制造与自动化[J]，2002（1）：4～5

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[11]   李楠，姜韶峰.精密机床主轴轴承的安装方法分析[J].轴承.2005，（11）：2～3

[12]   张章福.铣工工艺学[M].北京：科学普及出版社，1984.

致 谢

本论文是在老师的指导下完成的，她在百忙之中抽出时间给我个人辅导。她对我很严格的学习和学术研究，在工作和生活中给我真正的关心。导师严谨的学术态度，遗憾的是不知疲倦的精神和慷慨的质朴的风格给了我留下了深刻的印象，这种精神将使我受益于无限的生命。

感谢对该论文进行评审、提出宝贵意见的各位评审老师。总之，本设计可以顺利完成，拥有大量的师生、学生和朋友的期望和帮助。在这里，我可以诚实地说，没有提到对我无私的帮助和支持，你想表达我们最真诚的感谢！