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一种机床主轴工作台结构设计（以立式机床为例）【优秀毕业课程设计含CAD图纸+说明书论文】

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主轴装配图-A0.0.dwg

传动座-A2.dwg

尾座零件图-A2.dwg

工作台装配图-A0.dwg

螺杆螺母座-A3.dwg

螺杆轴承压盖-A4.dwg

轴承作封板-A4零件图.dwg

轴零件图-A2.dwg

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关键词：: 一种机床主轴工作台结构设计立式优秀优良毕业课程设计 cad 图纸说明书仿单论文

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!【包含文件如下】【机械设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc[11000字，38页]【需要咨询购买全套设计请加QQ97666224】.bat

主轴装配图-A0.0.dwg

传动座-A2.dwg

尾座零件图-A2.dwg

工作台装配图-A0.dwg

螺杆螺母座-A3.dwg

螺杆轴承压盖-A4.dwg

轴承作封板-A4零件图.dwg

轴零件图-A2.dwg

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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

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 6

第二章加工中心主轴系统 8

2.1 主轴动力 8

2.1.1 主电机功率估算 8

2.1.2 主电机选型 9

2.1.3 主电机上的键 10

2.2 主轴传动 10

2.2.1 同步带的选择 10

2.3 主轴组件 15

2.3.1 主轴设计 15

2.3.2 主轴上的键 22

2.3.3 主轴轴承的选择 23

2.3.4 主轴组件的润滑与密封 27

第三章机床传动系统的理论计算 29

3.1 滚珠丝杠规格的计算 29

3.1.1 丝杠导程的选定 29

3.1.2 丝杠基本动额定负荷的计算 29

3.1.3 丝杠轴径的选择 35

3.1.4 滚珠丝杠螺母形式的确定 37

3.2 伺服电机的计算 38

3.2.1 最大切削负载转矩的计算 38

3.2.2 电机的转子惯量与负载惯量的匹配计算 39

3.2.3 最大转矩的校核计算 42

第四章进给传动结构设计 45

4.1 丝杠轴承的选择 45

4.2 滚珠丝杠的安装 46

4.3 联轴器的选择 49

4.4 精密螺帽的选择 50

第五章结论 51

参考文献 52

致谢 53

传动座-A2.jpg

工作台装配图-A0.jpg

螺杆螺母座-A3.jpg

螺杆轴承压盖-A4.jpg

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尾座零件图-A2.jpg

轴承作封板-A4零件图.jpg

轴零件图-A2.jpg

主轴装配图-A0.0.jpg

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内容简介：: 中国地质大学长城学院本科毕业设计外文资料翻译系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：李萌学号： 05211530 2015年 3 月 1 日外文翻译译文机械设计基础机械设计基础是指机械的装置和机械系统机器、产品、结构、设备与仪器的设计。大部分机械设计需要利用的数学、材料科学和工程力学的知识。我们对整个设计过程感兴趣。它是怎样开始的呢？工程师是不是仅仅坐在铺着白纸的桌旁就可以开始设计了呢？当他记下一些设想后，下一步应该做些什么？什么因会影影响或者控制着应该做出的决定？最后，这一设计过程是怎样结束的呢？有时，虽然并不总是如此，工程师认识到一种需要并且决定对此做一些工作时，设计就开始了。认识到这种需要，并用语言将其清楚地叙述出来，常常是一种高度创造性的工作。因为这种需要可能只是一个模糊的不满，一种不舒服的感觉，或者是感觉到了某些东西是不正确的。这种需要往往不是很明显的。例如，对食品包装机械进行改进的需要，可能是由于噪音过大、包装重量的变化、包装质量的微小的但是能够察觉得出来的变化等表现出来的。叙述某种需要和随后要解决的问题之间有着明显的区别。要解决的问题是比较具体的。如果需要干净的空气，要解决的问题可能是降低发电厂烟囱的排尘量，或者是降低汽车排除的有害气体。确定问题阶段应该制订设计对象所有的要求。这些设计要求包括输入量、输出两特性、设计对象所占据的空间尺寸以及这些参量的所有制约因素。我们可以把设计对象看作是黑箱中的某种东西。在这种情况下，我们必须具体确定黑箱的输入和输出，以及它们的特性和制约因素。这些设计要求将规定生产成本、产量、预期寿命、工作范围、操作温度和可靠性。还存在着许多由于设计人员所处的特定环境或者由于问题本身的性质所产生的隐含设计要求。某个工厂中可利用的制造工艺和设备会对设计人员的工作有所限制，因而成为隐含的设计要求的一部分。例如，一个小工厂中可能没有冷变形加工机械设备。因此，设计人员就必须选择这个工厂中能够进行的其他的金属加工方法。工人的技术水平和市场上的竞争情况也是隐含的设计要求的组成部分。在确定了要解决的问题，并且形成了一系列的书面的和隐含的设计要求之后，设计工作的下一阶段是进行综合以获得最优的结果。因为只有通过对所设计的系统进行分析，才能确定其性能是否满足设计要求。因此，不进行分析和优化就不能进行综合。设计工作是一个反复进行的过程。在这个过程中，我们要经历几个阶段，在对结果进行评价后，再返回到前面的阶段。因此，我们可以先综合系统中的几个零件，对它们进行分析和优化，然后再进行综合，看它们对系统的其他部分有时么影响。分析和优化都要求我们建立或者做出系统的抽象模型，以便对此进行数学分析。我们将这些模型称为数学模型。在建立数学模型时，我们希望能够找到一个可以很好地模拟实际物理系统的数学模型。评价是整个设计过程中的一个重要阶段。评价是对一个成功的设计的最后检验，通常包括样机的实验室实验。在此阶段我们希望弄清楚设计能否真正满足所有的要求。它是否可靠？在与类似的产品的竞争中它能否获胜？制造和使用这种产品是否经济？它是否易于维护和调整？能否从它的销售或使用中获得利润？与其他人就设计方案进行交流和沟通是设计过程的最后和关键阶段。毫无疑问，有许多伟大的设计、发明或创造之所以没有为人类所利用，就是因为创造者不善于或者不愿意向其他人介绍自己的成果。提出方案是一种说服别人的工作。当一个工程师向经营、管理部门或者其主管人员提出自己的新方案时，就是希望向他们说明或者证明自己的方案是比较好的。只有成功地完成这项工作，为得出这个方案所花费的大量时间和精力才不会被浪费掉。人们基本上只有三种表达自己思想的方式，即文字材料、口头表述和绘图。因此，一个优秀的工程师除了掌握技术之外，还应该精通这三种表达方式。如果一个技术能力很强的人在上述三种表达方式中的某一种的能力较差，他就会遇到很大的困难。如果上述三种能力都很差，那将永远没有人知道他是一个多么能干的人！一个有能力的工程师不应该害怕在提出自己的方案时遭到失败的可能性。事实上，偶然的失败肯定会发生的，因为每一个真正有创造性的设想似乎总是有失败或批评伴随着它。从一次失败中可以学到很多东西，只有不怕遭受失败的人们才能取得最大的收获。总之，决定不把方案提交出来，才是真正的失败。机械设计概论机械设计是一门通过设计新产品或者改进产品来满足人类需求的应用技术科学。它是一个广阔的工程技术领域，不仅要研究产品在尺寸、形状和详细结构等方面的基本构思，还要考虑产品在制造、销售和使用等方面的有关问题。进行各种机械设计工作的人员通常被称为设计人员或者设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创新性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺等方面具有深厚的基础知识。如前面所述，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科学知识本身并不一定能给人类带来益处，只有当它们被用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到再一个特定产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品。应当把机械设计看成是设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制订产品的制造工艺的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以再一个好的设计中做出所需的全部决定。另一方面，应该认真精确地进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险，当新的方法不适用时，就恢复采用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人易于墨守成规，这样做并不是一件容易的事情。以为设计工程师应该不断的探索改进现有产品的办法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强调的是，如果设计本身不要求采用全新的办法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新办法。在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切合实际的想法，也会在设计的早期，即绘制生产图纸之前被改正掉。只有这样，才不至于堵塞创新得思路。通常要提出几套设计方案然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中采用了某些未被接受的方案中的一些想法。心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来说都是最优的操作范围和操作过程。另一个应该被认识到的重要问题是，设计工程师必须能够同其他有关人员进行交流和沟通。在开始阶段，设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和沟通，并得到批准。这一般是通过口头讨论，草图和文字材料进行的。为了有效地进行交流，需要解决下列问题 : （ 1）所要设计的这个产品是否真正为人们所需要？（ 2）此产品与其他公司的现有产品相比有无竞争能力？（ 3）生产这种产品是否经济？（ 4）产品的维修是否方便？（ 5）产品有无销路？是否可以盈利？只有时间才能对上述问题给出正确的答案。但是，产品的设计、制造和销售只能在对上述问题的初步肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行沟通。通常，在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些修改，使零件的生产变得容易。但是，工程上的修改必须要经过设计人员批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装配外运前的试验中才发现设计中的某些缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。机械加工车削普通车床作为最早的金属切削机床中的一种，目前仍然有许多有用的和为人们所需要的特性。现在，这些机床主要用在规模较小的工厂中，进行小批量的生产，而不是进行大批量的生产。在现在的生产车间中，普通车床已经被种类繁多的自动车床所取代，诸如自动仿形车床，六角车床和自动螺丝车床。现在，设计人员已经熟知先利用单刃刀具去除大量的金属余量，然后利用成型刀具获得表面光洁度和精度这种加工方法的优点。这种加工方法的生产速度与现在工厂中使用的最快的加工设备的速度相等。普通车床的加工偏差主要依赖于操作者的技术熟练程度。设计工程师应该认真地确定由熟练工人在普通车床上加工的试验零件的公差。在把试验零件重新设计为生产零件时，应该选用经济的公差。六角车床对生产加工设备来说，目前比过去更着重评价其是否具有精确的和快速的重复加工能力。应用这个标准来评价具体的加工方法，六角车床可以获得较高的质量评定。在为小批量的零件（ 100 200 件）设计加工方法时，采用六角车床时最经济的。为了在六角车床上获得尽可能小的公差值，设计人员应该尽量将加工工序的数目减至最少。自动螺丝车床自动螺丝车床通常被分为以下几种类型：单轴自动、多轴自动和自动夹紧车床。自动螺丝车床最初是被用来对螺钉和类似的带有螺纹的零件进行自动化和快速加工的。但是，这种车床的用途早就超过了这个狭窄的范围。现在，它在许多种类的精密零件的大批量生产中起者重要的作用。工件的数量对采用自动螺丝车床所加工零件的经济性有较大的影响。如果工件的数量少于 1000 件，在六角车床上进行加工比在自动螺丝车床上加工要经济得多。如果计算出最小经济批量，并且针对工件批量正确地选择机床，就会降低零件的加工成本。自动仿形车床因为零件的表面粗糙度在很大程度上取决于工件材料、刀具、进给量和切削速度，采用自动仿形车床加工得到的最小公差不一定是最经济的公差。在某种情况下，在连续生产过程中，只进行一次切削加工时的公差可以达到于某些零件，槽宽的公差可以达到孔和采用单刃刀具进行精加工时，公差可达到希望获得最大产量的大批量生产中，进行直径和长度的车削时的最小公差值为是最经济的。铣削除了车削和钻削，铣削无疑是应用最广泛的金属切削方法。铣削非常适合于而且也易于应用在任何数量的零件的经济生产中。在产品制造过程中，许许多多种类的铣削加工是值得设计人员认真考虑和选择的。与其他种类的加工一样，对于进行铣削加工的零件，其公差应该被设计或铣削生产所能达到的经济公差。如果零件的公差设计得比需要的要小，就需要增加额外的工序，以保证获得这些公差这将增加零件的成本。磨削磨削是一种应用最广泛的零件精加工方法，用来获得非常小的公差和非常低的表面粗糙度。目前，几乎存在着适合于各种磨削工序的磨削。零件的设计特征在很大程度上决定了需要采用的磨削的种类。当加工成本太高时，就值得对零件进行重新设计，使其能够通过采用既便宜又具有高生产率的磨削方法加工出来，以获得经济效益。尽管通常认为磨削适用于精加工工序，对那些适合于采用磨削来完成粗、精加工工序的工件，也经常采用磨削方法完成全部加工工作，而不采用车削或者其他加工方法。因此，许多种类的锻件和其他零件，可以采用磨削的方法完成其从毛坯到成品的全部加工，这可以显著地节约时间和费用。磨床有以下几种类型：外圆磨床、无心磨床、内圆磨床、平面磨床和工具磨床。外圆磨床和无心磨床是用来磨削圆柱形工件或者圆锥形工件的。因此，花键轴、轴和其他类似的零件是采用普通的外圆磨床，或者采用无心磨床进行加工的。螺纹磨床用来磨削螺纹量规上的精密螺纹和用来磨削螺纹的中径与轴的同心度公差很小的精密件上的螺纹。内圆磨床用来磨削精密的孔、汽缸孔以及各种类似的，需要进行精加工的孔。平面磨床用来对各种平面工件，或者带有平面的工件进行精加工。可以采用砂轮的边或者砂轮的端面进行磨削。这类机床上装有往复式工作台或者回转式。外文原文 of of a is of to it at a of as he or to be an a to do of it in so a be a a of of a is is at to do a be by by in by in of or is a of of is If is be of or of of is to be of on We to be as in a In we of to be s or of of a on a s a of A be in a of in is of an be to is an in we to an of we of a to to on of we or of of We In it is we is a of is of a of a in we to if or Is it it Is it to to Is it a be or to is in to or to to is a a to or is to or to to is a be on of to be in of A in of is If in is no be of of in a In be or to is a to be a by to In in to at is of to or of It is a of of in of in of of or is a in to a a in of of As of is to a a by do if a a be It be a be a is be to be an to to a of a is to be It is to of no or be to to a On be if a is an to a of is be a is no of a be is to A to an be be or be of be is a a at It be if a be of of be to a of it is to in of by In is up to be It is in of as to to It is of to to to is an is no be is a be to to if to be a to is by in To be (1) a (2) it be of (3) Is it to (4) it be (5) it a to be to of a It be a is in or of a so it be in of be by so be In a in or to is a is a to do it he of a of in in s by a of as of of at s on a on on of be in of an on by a In an be be in of to of a a In 00 00 it is to In on a of of of a in of a of an in of on to up on on 000 be to up on on of be if is is be on Is in be on be On is a is on of of is of to of of of of of As in to be be be in If is to be to of is of of to 沈阳化工大学科亚学院本科毕业论文题目：一种机床主轴工作台结构设计（立式机床为例）专业：机械设计制造及其自动化班级：机制 1204 姓名：刘帅指导教师：侯志敏论文提交日期： 2016 年 6 月 1 日论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日沈阳化工大学科亚学院 2012届本科毕业生毕业论文（设计）开题任务书论文（设计）题目一种机床主轴工作台结构设计（以立式机床为例）姓名刘帅专业班级机械设计制造及其自动化 1204班学号 3122020506 课题的目的与要求：毕业论文是学生在校期间十分重要的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和技能，对实际问题进行研究或设计的综合性训练。旨在检验学生独立工作能力、分析和解决问题的能力、创新能力和科学精神，为学生毕业后走向工作岗位做好准备。掌握典型机械系统一般步骤和方法，学会需求分析与方案调研、可行性分析、方案设计等工程设计的步骤。具有机械设计，图纸绘制。说明书字迹工整，语句通顺，表达准确，格式符合规定，字数约 1多万，英文翻译要求内容准确，语句通顺。论文的主要内容（或设计的技术要求与数据）：结合设计任务书了解设计基本结构，掌握机械传动基本原理，设计总体方案，并对总体方案进行分析比较和论证，最后确定总体设计方案。翻译外文，编写设计说明书。查阅参考文献、资料要求：机床设计手册机械设计及机械原理教材进度计划：（ 5周：下达毕业设计任务书，毕业设计（论文）开始运行（ 6 9周：文献检索、收集资料，完成开题报告；（ 10 周：中期检查。学院自查，对达不到设计要求的及时整改；毕业设计（论文）完成的进度与质量过程检查。（ 11 周：毕业设计（论文）修改（ 12 周：后期检查。论文修改定稿，毕业论文答辩资格审查。（ 13 14周：毕业论文答辩。论文 (设计 )工作起止日期：任务下达人（签字）：年月日任务接受人（签字）：刘帅年月日年月日注：导教师和接受任务的学生均应签字。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 n a of s of of as is is of of to be to a of of of on on A be of as a of is of of is to of of of NC 目录第一章引言 . 1 工中心简介 . 1 工中心的特点 . 1 工中心的组成 . 2 工中心的分类 . 3 设计目的 . 5 第二章加工中心主轴系统 . 7 轴动力 . 7 电机功率估算 . 7 电机选型 . 8 电机上的键 . 8 轴传动 . 9 步带的选择 . 9 轴组件 . 13 轴设计 . 13 轴上的键 . 20 轴轴承的选择 . 21 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 珠丝杠规格的计算 . 26 杠导程的选定 . 26 杠基本动额定负荷的计算 . 26 杠轴径的选择 . 32 珠丝杠螺母形式的确定 . 33 服电机的计算 . 34 大切削负载转矩的计算 . 34 机的转子惯量与负载惯量的匹配计算 . 36 大转矩的校核计算 . 38 第四章进给传动结构设计 . 40 丝杠轴承的选择 . 40 滚珠丝杠的安装 . 41 联轴器的选择 . 44 精密螺帽的选择 . 45 第五章结论 . 46 参考文献 . 47 致谢 . 48沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章引言 1 第一章引言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。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。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章引言 2 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个自沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章引言 3 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。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 式加工中心简介沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章引言 4 友嘉精机列立式加工中心是友嘉公司产品系列中的主力机型。列立式加工中心的技术成熟，具有完善的制造工艺，具有高加工效率、高可靠性等特点。采用立式主轴、十字型床鞍工作台布局，结构紧凑，加工范围广泛，适用于黑色金属及有色金属的铣、镗、钻、攻丝等工艺的加工，尤其是模具行业。图1基础件（底座、立柱、床身、工作台等）采用稠筋封闭式的框架结构，材料使用孕育铸铁，使机床具有良好的抗振性能，优异的整体刚性，优良的切削加工性。X 向、 Y 向水平导轨均采用滑动导轨，具有耐磨性好、寿命长、传动无间隙等特点，为高速加工提供了良好的基础保证。导轨具有极高加减速功能和精密的线性精度保持性。为确保机床切削扭距足够，将垂直的 Z 轴导轨上覆盖耐磨的氟素合成树脂，使其具有高刚性，更加适合黑色金属的重切削工序。该立式加工中心数控装置采用了 8 系统，在零件加工时，可通过机械手调用其中任意所需刀具，实现钻扩铰镗攻丝等多工序工件的连续切削，适合于批量零件的加工。图 2 式加工中心原理图式加工中心的 X、 Y 方向均采用矩形导轨，工作台纵横向移动，铣头上下移动。刀库装在机床立柱一侧。工作原理图如图 2。 X、 Y、 Z 轴电机采用交流伺服电动机，采用滚珠丝杆螺母副驱动。滚珠丝杠与电动机通过波纹管联轴器直连。滚珠丝杠使用滚珠丝杠专用轴承支撑。以提高伺服系统的转动精度。该机床的规格参数如表 1 所示。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章引言 5 表 1 式加工中心规格计目的随着产业化的不断发展，大量的国内外机床配件厂商。机床零部件的质量和专业化生产，不仅降低了机床的成本，提高了机床的质量，也使机床的设计容易。为了方便机床制造商的选择，机床零部件生产商往往决定了机床零部件的选择依据。这使得现在和过去在设计过程中的机床有一些零件没有性能的各种机器零件被给定的各种参数和检查机器零件，并且可以根据制造商提供选择标准所需的机器零件的模型。机床零件的性能和加工工艺的厂家来完成，从而简化机床的设计过程。式加工中心是台湾友嘉公司的产品，该机床技术成熟，制造工艺完善，且具有高效率、高可靠性等特点。该论文以型式轴行程 1,650 Y 轴行程 825 轨 ) Z 轴行程 700轴转速 4000 轴孔锥度 7:24 主轴马达工作台尺寸 1,900 x 800 作台最大荷量 2,000 库容量 24(22) 24(16) SO x/y/z 轴快速进给 15/15/12 m/阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章引言 6 数为依据，设计立式加工中心的工作台和滑轨，旨在了解该机床的工作台和滑轨的基本结构，掌握机床工作台和滑轨设计的基本原理和一般步骤，为以后机床改良设计和全新设计打基础。本文主要分为六个部分：绪论、指导设计、机床传动系统的理论计算、进给驱动结构设计、伺服控制系统的设计和结论。在设计过程中，尽可能利用机床的总体布局和基本参数，机床的主要设计，对机床的进给驱动系统和机床导轨的设计。进给传动系统详细介绍了丝杠和伺服电机的选择过程，进给驱动的结构，并结合具体的装置来说明机床的伺服控制系统的结构。尽可能使用其指定供应商的产品的零件之一（主要零部件厂商如表 2）。表 2 相关配件及供应商控制器轴、日本承滚珠丝杠上银公司排屑机台湾引兴主要电器配件德国施耐德感应开关日本欧姆龙沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章引言 7 第二章加工中心主轴系统加工中心主轴系统是加工中心形成运动的重要执行部件之一，它由主轴动力，主轴传动，主轴组件等部分组成。轴动力电机功率估算 (1) 计算主铣削力切6： F 铣削力，即主切削力（切向圆周分力）， N 铣削深度，每齿进给量，铣削宽度， 0d 铣刀直径， Z 铣刀齿数铣削力修正系数， b 工件材料抗拉强度，已知：高速钢刀具；刀具前角 150；主偏角 60K；工件材料为275 碳钢；每齿进给量 f ；刀具直径为齿数 8Z ；工件宽度 2，切削深度将上述各条件代入公式（则主切削力为沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 8 切削速度 6 m i i m a xm i nm a x (2) 主电机功率估算 6 铣削功率 0 0 02 0 02 1 3 06 0 0 0 0 m a x 切主电机功率式中：m 机床主传动系统总机械效率（主运动为回转运动）时为 m=m= 主电机选型利用交流伺服系统可进行精密定位控制，可作为业机器人等的执行元件。 a) 头分为 13种。其特点是速度快、输出功率大、性能可靠、精度高、振动小、噪声低，适用于高速切削，适用于低速大切削。该系列可适用于各种类型的数控机床。根据主电机功率以本课题选择 2S 模型 6 。其主要技术参数如下：额定输出功率： b) 最高速度： 000 r ；额定转速： 500 r c) 额定输出转矩： 0 ； d) 惯性矩：电机上的键已知：主电机额定转矩 70T N m，电机输出轴的直径 40d ，键的宽度12b ，键的公称长度 76L ，键的高度，键联接的许用应力 0 。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 9 由于主轴处采用单圆头普通平键，故键的工作长度为 127 6 7 022 m m 键与轮毂键槽的接触高度为将上述参数代入公式（故联接工作面挤压应力为 32 7 0 1 0 1 2 . 54 7 0 4 0p M P a 由于，所以能满足要求。轴传动低速主轴常采用齿轮变速机构或同步带构成主轴的传动系统，从而达到增强主轴的驱动力矩，适应主轴传动系统性能与结构的目的。对于 0轴电机采用主轴交流调速电动机，传动采用同步带实现步带的选择 (1) 设计功率动机为交流电动机，每天两班制工作（按），由表5012 5查得。故设计功率为 5： 1 . 4 1 1 1 5 . 4 P K W K W 式中： P 传递的功率，载荷修正系数 (2) 选定带型和节距根据设计功率 1 5 W，小带轮转速，由图 1312 5确定带轮的带型为 H 型。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 10 按照同步带的带型为 H 型，由表 4612 5查得节距 3) 小带轮齿数 1Z 根据小带轮转速，同步带的带型为 H 型，由表 5112 5查得小带轮的最小齿数0Z ，故取1 25Z (4) 小带轮节圆直径 1d 11 2 5 1 2 . 7 1 0 1 . 13 . 1 4 1 6m m m m 式中： 1Z 小带轮齿数；节距。按照小带轮齿数1 25Z ，同步带的带型为 H 型，由表 5612 5查得其外径 1 9 9 ad m m(5) 大带轮齿数 2Z 126000 1 . 54000ni n 式中： 1n 小带轮转速； 2n 大带轮转速。大带轮齿数 21 1 . 5 2 5 3 7 . 5Z i Z 取2 40Z . (6) 大带轮节圆直径 2d 22 4 0 1 2 . 7 1 6 1 . 73 . 1 4 1 6m m m m 式中：节距。按大带轮齿数2 40Z ，同步带带型为 H 型，由表 5612 5查得其外径 2 1 6 0 . 3 3ad m m沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 11 (7) 带速 v 11 m a 1 4 1 6 1 0 1 . 1 1 5 0 0 7 . 9 4 4 06 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s m s v m s 式中： 1d 小带轮节圆直径； 1n 小带轮额定转速。 (8) 初定轴间距05： 21021 27.0 式中： 1d 小带轮节圆直径； 2d 大带轮节圆直径。将 1d ， 2d 值代入公式（得 40 。故初选中心距0 400a (9) 带长及其齿数 02122100 422 21 6 1 . 7 1 0 1 . 13 . 1 4 1 62 4 0 0 1 0 1 . 1 1 6 1 . 72 4 4 0 0 式中：0L 带长； 0a 初定轴间距； 1d 小带轮节圆直径； 2d 大带轮节圆直径。按带长0 1 2 1 4 m m，同步带的带型为 H 型，由表 4712 5查得应选用带长代号为 480 的 H 型同步带，节线长 1 2 1 9 m m，节线长上的齿数 96Z 。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 12 (10) 实际轴间距实际轴间距 001 2 1 9 . 2 1 2 1 4 . 84 0 0 4 0 2 . 222a m m m m 式中：0a 初定轴间距；节线长； 0L 带长。 (11) 小带轮啮合齿数 122 11 22in t 22 5 1 2 . 7 2 5i n t 4 0 2 52 2 3 . 1 4 1 6 4 0 2 9 式中：小带轮啮合齿数；节距。 (12) 基本额定功率0 型，由表 5312 5 查得带的许用工作拉力，带的单位长度的质量。基本额定功率为： 2202 1 0 0 . 8 5 0 . 4 4 8 7 . 9 4 7 . 9 4 1 6 . 4 51 0 0 0 1 0 0 0aT m v W K W 式中：宽度为0m 宽度为0(13) 带宽型，由表 5212 5查得；按小带轮啮合齿数9 ，由表 49125查得啮合齿数系数1带宽为： 01 . 1 41 . 1 401 5 . 47 6 . 2 7 21 6 . 4 5Pb b m 式中：啮合齿数系数沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 13 0 同步带的基准宽度，按照带宽 72，同步带带型为 H 型，由表 4812 5确定选带宽代号为 300 的带宽 14) 作用在轴上的力 1000 1 0 0 0 1 5 . 4 1 9 3 9 . 57 . 9 4F N 式中：作用在轴上的力；设计功率； v 带速。 (15) 带轮的结构和尺寸传动选用的同步带为 480 300H 小带轮：1 25Z ，1 1 0 1 1 9 9 ad m m大带轮：2 40Z ，2 1 6 1 m m，2 1 6 0 ad m m轴组件轴设计（ 1）主轴的结构设计主轴的主要参数是指：主轴前轴颈直径 1D ；主轴内孔径 d ；主轴悬伸量 a 和主轴支承跨距 l ，见图 3。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 14 图 3 主轴主要参数示意图（ 2）主轴轴颈的确定主轴轴径通常指主轴前轴颈的直径，设计时主要用类比分析的方法来确定主轴前轴颈直径 1D 。加工中心主轴前轴颈直径1D 按主电动机功率来确定，由表查得1 100D 由于装配需要，主轴的直径总是由前轴颈向后缓慢地逐段减小的。在确定前轴径1D 后，由式可知前轴颈直径1D 和后轴颈直径 2D 有如下关系： 2D =D =80（ 3）主轴内孔直径的确定主轴内孔直径与机床类型有关，主要用来通过棒料，通过拉杆、镗杆或顶出顶尖等。确定孔径 d 的原则是，为减轻主轴重量，在满足对空心主轴孔径要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下，应尽量取大值。由材料力学知当 D 是主轴平均直径），主轴刚度会急剧下降；d 时，内孔 d 对主轴刚度几乎无影响，可忽略不计，所以常取孔径 d 的极限值 m a x 0 . 7 0 . 7 1 0 0 1 0 0d D m m m m 取12d 0 . 5 D + D （） /2=45时，刚度削弱小于 %25 。按照任务书的要求及综合各轴段直径的实际大小，确定内孔直径 d=45 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 15 (4)主轴端部形状的选择机床主轴的轴端一般用于安装刀具、夹持工件或夹具。在结构上，应能保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。目前，主轴端部的结构形状都已标准化。（ 5）支承跨距 l 的确定支承跨距 l 是指主轴相邻两支承反力作用点之间的距离。跨距 l 是决定主轴系统动、静刚度的重要影响因素。合理确定支承跨距，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一。最优跨距 0l 是指在切削力作用下，主轴前端的柔度值最小时的跨距。其推导公式是在静态力作用下进行的。实验证明，动态作用下最优跨距很接近于推得的最优值。通常最佳跨距0 (2 3)此取0 2 . 5 2 5 0l a m m又由经验公式 440 530 l 合格，式中主轴平均外径 0下限 250 /。（ 6）主轴受力分析轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。而作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 16 图 4 图 5 图 6 主轴上的轴承采用一端固定，另一端游动的支承形式。图示 4为轴承在空间力系的总受力图，它可分解为水平面（图 5）和铅垂面（图 6）两个平面力系。由公式（出切向铣削力 2130径向负荷 22 :X r 120 F 3 5 0 - F 2 5 0 0298 ，即切向负荷 22 y 0 . 9 0 . 9 2 1 3 0 1 9 1 7F F N N 切轴向负荷 22 0 . 5 2 5 0 . 5 2 5 2 1 3 0 1 1 1 8 . 2 5 N N 切水平面：对 F 3 5 0 2 5 0 1 9 3 9 8 0 0 即 1 2 0 6 3 , 1 7 9 3 N 对 X r 10 F 3 5 0 - F 2 5 0 0 ，即得 1 1 0 4 3 ,2 298阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 17 (b)受力简图 (c) 水平面受力 (d) 水平面弯矩图 (e) 垂直面受力 (f) 垂直面弯矩图 (g)合成弯矩图 (h)转矩图图 7 轴的结构和载荷图轴的水平面、垂直面及合成弯矩图见图 7 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 18 已知：小带轮的输出功率为 11同步带的传动效率为所以，大带轮的输出功率为： 1 1 0 . 9 8 1 0 . 7 8 ( )P P k W 大小则大带轮的最大输出转矩为： 6 6 621 0 . 7 89 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 2 . 5 7 1 0 ( )40 m 大轴的转矩图见图（ 8）轴的强度校核从合成弯矩图和转矩图上得知，主轴在截面 A,且还受到带轮传动所带来的扭矩。因此，这两个截面是危险截面。在校核主轴的强度时应按弯扭合成强度条件进行计算。轴的弯扭合成强度条件为 23 222214 2 W 式中：轴的计算应力， W 轴的抗弯截面系数， 3 折合系数； 1 轴的许用弯曲应力， T 轴所受的扭矩，单位为； M 轴所受的弯矩，单位为。轴的抗弯截面系数为 23 43 132 式中： d 轴颈处直径，单位为，此处， 1d 为轴孔直径。得 43 33 . 1 4 1 6 1 0 0 4 51 9 4 1 0 1 ( )3 2 1 0 0AW m m 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章加工中心主轴系统 19 43 33 . 1 4 1 6 8 0 4 51 4 5 2 1 0 ( )3 2 8 0BW m m 根据主轴材料为 45 钢调质，由表 153查得许用弯曲应力 1 70M 。按扭转切应力为脉动循环变应力，取折合系数。将上述参数代入公式（则轴的计算应力为 226( ) 12 0 5 6 6 7 0 . 6 2 . 5 7 1 0 1 6 . 5 ( ) 7 094101c a A M P a M p a

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