机械机床毕业设计133立式加工中心主轴组件的结构设计

摘要

加工中心由于备有刀库并能自动更换刀具，使得工件在一次装夹中可以完成多工序的加工。加工中心一般不需要人为干预，当机床开始执行程序后，它将一直运行到程序结束。加工中心还赋予了专业化车间一些诸多优点，如：降低机床的故障率，提高生产效率，提高加工精度，削减废料量，缩短检验时间，降低刀具成本，改善库存量等。由于加工中心的众多优势，所以它深受全球制造企业的青睐。

加工中心主要由主轴组件、回转工作台、移动工作台、刀库及自动换刀装置以及其它机械功能部件组成。其中的主轴组件是机床重要的组成部分，其运动性能直接影响机床加工精度与表面粗糙度。本文在查阅大量国内外文献的基础上，通过研究分析不同加工中心主轴组件的性能，综合地比较了其特点，并拟定了一个较为合理的主轴组件结构方案。同时，还就主轴、轴承以及丝杠等重要零件的机械性能进行了探讨，并对这些零件的刚度和强度进行了校核。此外，本设计中所采用的陶瓷轴承能有效地增加主轴的刚度，从而提高了加工中心的可靠性和稳定性。

关键词：主轴组件，加工中心，数控机床

Spindle unit design of Vertical machining center

ABSTRACT

Machining center evolved from the need to be able to perform a variety of operations and machining sequences on a workpiece on a single machine in one setup. Machining center requires little operator intervention, and once the machine has been set up, it will machine without stopping until the end of the program is reached. Some of the other advantages that machining centers give a manufacturing shop are greater machine uptime, increased productivity, maximum part accuracy, reduced scrap, less inspection time, lower tooling costs, less inventory and so on. Because of their many advantages, machining centers become widely accepted by manufacturing enterprises in the world.

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.

Key words：spindle unit，machining center，NC machine tool

立式加工中心主轴组件的结构设计

0 引言

装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展高新技术产业和尖端工业（如：信息技术及其产业，生物技术及其产业，航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。制造技术和装备是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术则是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。

数控机床技术的发展自1953年美国研制出第一台三坐标方式升降台数控铣床算起，至今已有53年历史了。20世纪90年开始，计算机技术及相关的微电子基础工业的高速发展，给数控机床的发展提供了一个良好的平台，使数控机床产业得到了高速的发展。我国数控技术研究从1958年起步，国产的第一台数控机床是北京第一机床厂生产的三坐标数控铣床。虽然从时间上看只比国外晚了几年，但由于种种原因，数控机床技术在我国的发展却一直落后于国际水平，到1980年我国的数控机床产量还不到700台。

到90年代，我国的数控机床技术发展才得到了一个较大的提速。目前，与国外先进水平相比仍存在着较大的差距。

总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

1 概述

1.1 加工中心的发展状况

1.1.1 加工中心的国内外发展

对于高速加工中心，国外机床在进给驱动上，滚珠丝杠驱动的加工中心快速进给大多在min

90m。采用直线电机驱

/

/

40m以上，最高已达到min

动的加工中心已实用化，进给速度可提高到min

~

80m，其应用范围不

100

/

断扩大。国外高速加工中心主轴转速一般都在min

~

12000r，由于某

/

25000

些机床采用磁浮轴承和空气静压轴承，预计转速上限可提高到100000r。国外先进的加工中心的刀具交换时间，目前普遍已在s1左右，/

min

高的已达s5.0，甚至更快。在结构上，国外的加工中心都采用了适应于高速加工要求的独特箱中箱结构或龙门式结构。在加工精度上，国外卧式加工中心都装有机床精度温度补偿系统，加工精度比较稳定。国外加工中心定位精度基本上按德国标准验收，行程mm

1000以下，定位精度可控制在006

.0之内。此外，为适应未来加工精度提高的要求，国外不少公~

mm

01

.0

司还都开发了坐标镗精度级的加工中心。

相对而言，国内生产的高速加工中心快速进给大多在min

30m左右，

/

个别达到min

60m。而直线电机驱动的加工中心仅试制出样品，还未进入/

产量化，应用范围不广。国内高速加工中心主轴转速一般在

~

008

.0之内，重复定位精度控

015

.0

6000r，定位精度控制在mm

min

18000

/

~

制在mm

005

4，无法与

~ .0之内。在换刀速度方面，国内机床多在s5

01

.0

~

国际水平相比[1～3]。

虽然国产数控机床在近几年中取得了可喜的进步，但与国外同类产品相比，仍存在着不少差距，造成国产数控机床的市场占有率逐年下降。

国产数控机床与国外产品相比，差距主要在机床的高速、高效和精密上。除此之外，在机床可靠性上也存在着明显差距，国外机床的平均无故障时间（MTBF）都在5000小时以上，而国产机床大大低于这个数字，国产机床故障率较高是用户反映最强烈的问题之一。

1.1.2 主轴部件的研究进展

图1.1 立式加工中心结构图

1-切削箱 2-X轴伺服电机 3-Z轴伺服电机 4-主轴电机

5-主轴箱 6-刀库 7-数控柜 8-操纵面板

9-驱动电柜 10-工作台 11-滑座 12-立柱

13-床身 14-冷却水箱 15-间歇润滑油箱 16-机械手

典型加工中心的机械结构主要有基础支承件、加工中心主轴系统、进给传动系统、工作台交换系统、回转工作台、刀库及自动换刀装置以及其他机械功能部件组成[4]。图1.1所示为立式加工中心结构图。

主轴系统为加工中心的主要组成部分，它由主轴电动机、主轴传动系统以及主轴组件成。和常规机床主轴系统相比，加工中心主轴系统要具有更高的转速、更高的回转精度以及更高的结构刚性和抗振性。

随着电气传动技术（变频调速技术、电动机矢量控制技术等）的迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动的机械结构已得到极大的简化，取消了带传动和齿轮传动，机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床主运动的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴组件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”。由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机，故也称为“高频主轴”。由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接驱动主轴”。电主轴是一种智能型功能部件，不但转速高、功率大，还有一系列控制主轴温升与振动等机床运行参数的功能，以确保其高速运转的可靠性与安全。

1.2 课题的目的及内容

本课题来源于同济现代制造技术研究所立式加工中心机床设计项目的子课题之一。加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，因此在国内外企业界都受到高度重视。

本课题的目的是进行立式加工中心主轴组件的结构设计，主轴组件作

为加工中心的执行元件，它确保带动刀具进行切削加工、传递运动、动力及承受切削力等，并满足相关的技术指标要求。

本课题涉及的主要技术指标有：

a)主轴孔锥度：24

:7；

b)主轴孔直径：52mm；

c)主轴箱行程（Z轴）：mm

470；

d)主轴转速范围：mm

30；

~

3000

r

e)快速移动速度（Z轴）：min

10m；

f)进给速度（Z轴）：min

1mm。

~

400

1.3 课题拟解决的关键问题

各类机床对其主轴组件的要求，主要是精度问题，就是要保证机床在一定的载荷与转速下，主轴能带动工件或刀具精确地、稳定地绕其轴心旋转，并长期地保持这一性能。主轴组件的设计和制造，都是围绕着解决这个基本问题出发的。为了达到相应的精度要求，通常，主轴组件应符合以下几点设计要求[6]：

1）旋转精度

旋转精度是指机床在空载低速旋转时，主轴前端安装工件或刀具部位的径向和轴向跳动值满足要求，目的是保证加工零件的几何精度和表面粗糙度。

2）刚度

指主轴组件在外力的作用下，仍能保持一定工作精度的能力。刚度不足时，不仅影响加工精度和表面质量，还容易引起振动，恶化传动件和轴

承的工作条件。设计时应在其它条件允许的条件下，尽量提高刚度值。3）抗振性

指主轴组件在切削过程中抵抗强迫振动和自激振动保持平稳运转的能力。抗振性直接影响加工表面质量和生产率，应尽量提高。

4）温升和热变形

温升会引起机床部件热变形，使主轴旋转中心的相对位置发生变化，影响加工精度。并且温度过高会改变轴承等元件的间隙、破坏润滑条件，加速磨损。

5）耐磨性

指长期保持其原始精度的能力。主要影响因素是材料热处理、轴承类型和润滑方式。

根据本课题的设计任务要求，由于主轴的转速并不是很高，所以在抗振性、温升等方面不必重点考虑，而应重点考虑加工中心的旋转精度和刚性。但是在设计时仍应综合考虑以上几项要求，注意吸收新技术，以获得满意的设计方案。

1.4 解决上述问题的策略

旋转精度主要取决于主轴、支承轴承、主轴箱上轴承座等的制造、装配和调整精度。显然，若要保证主轴组件的旋转精度，则必然对主轴支承轴颈的圆度、轴承滚道及滚子的圆度、主轴及其上的回转零件的动平衡度、止推轴承的滚道及滚动体的误差、以及对主轴的主要定心面的径向跳动和轴向窜动等提出较高的整体要求，特别要提高支承轴承的精度等级。要保证旋转精度，通常应尽量满足以上要求。

而对于主轴组件的刚度，实际上是主轴、轴承、轴承座等加工设计的综合反映。主轴自身的结构形状和尺寸，滚动轴承的配置形式(背靠背、面对面、同向、混合等)、数量、类型、预紧等，以及支承的跨距、主轴前端的悬伸量等都将直接影响其刚度。为了保证机床的主轴具有足够的刚度，通常应尽量使主轴前端的悬伸量缩短，主轴直径增大，并通过计算求出支承轴承间的最佳跨距、进行预紧、采用合理的轴承及其相应的配置形式等措施[6]。

采用以上各种措施必然会使机床的刚性及旋转精度大幅度提高，但是，若盲目地全部采纳上述措施，则一定会使机床的制造难度增大，成本增加。所以，在设计的时候，要综合各项因素考虑。

2 方案拟定

2.1 加工中心主轴组件的组成

主轴组件是由主轴、主轴支承、装在主轴上的传动件和密封件等组成的。主轴的启动、停止和变速等均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴是加工中心的关键部件，其结构的好坏对加工中心的性能有很大的影响，它决定着加工中心的切削性能、动态刚度、加工精度等。主轴内部刀具自动夹紧机构是自动刀具交换装置的组成部分。

2.2 机械系统方案的确定

2.2.1 主轴传动机构

对于现在的机床主轴传动机构来说，主要分为齿轮传动和同步带传

动。

齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，应用普遍，类型较多，适应性广。其传递的功率可达近十万千瓦，圆周速度可达s

200，效率可达

m

.0。齿轮传动大多数为传动比固定的传动，少数为有级变速传动。但是99

齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。

同步带是啮合传动中唯一一种不需要润滑的传动方式。在啮合传动中，它的结构最简单，制造最容易，最经济，弹性缓冲的能力最强，重量轻，两轴可以任意布置，噪声低。它的带由专业厂商生产，带轮自行设计制造，它在远距离、多轴传动时比较经济。同步带传动时的线速度可达

m

100），传动功率可达kW

50（有时允许达s

m

s

300，传动比可达10（有时允许达20），传动效率可达98

.0。

同步带传动的优点是[9]：

a)无滑动，能保证固定的传动比；

b)预紧力较小，轴和轴承上所受的载荷小；

c)带的厚度小，单位长度的质量小，故允许的线速度较高；

d)带的柔性好，故所用带轮的直径可以较小。

其主要缺点是安装时中心距的要求严格。

由于齿轮传动需要具备较多的润滑条件，而且为了使主轴能够达到一定的旋转精度，必须选择较好的工作环境，以防止外界杂物侵入。而同步带传动则避免了这些状况，并且传动效率和传动比等都能符合课题的要求，故在本课题的主轴传动方式中选择同步带传动。

2.2.2 主轴进给机构

对于主轴的进给机构，机床通常被设计为进给电动机与丝杠直接传动的形式。而丝杠所作的则是螺旋传动，它能将旋转运动转变为直线运动。

螺旋传动按摩擦状态通常分为滑动螺旋，滚动螺旋，滚滑螺旋以及液压螺旋。如今在机床上通常采用的是滑动螺旋和滚动螺旋，下面就这两类传动方式进行比较，见表2.1。

表2.1 滑动螺旋、滚动螺旋的特点与应用场合

滑动螺旋 滚动螺旋

结构示意图

使用性能 (1) 摩擦系数大，传动效率低，约%40~%30；

(1) 摩擦系数很低，传动效率高达%99； (2) 低速运行时有爬行或振动；

(2) 低速运行时无爬行、振动； (3) 磨损大，使用寿命较短；

(3) 耐磨性好，磨损极小； (4) 运转时无噪声。

(4) 高速运行有噪声。 结构工艺性

结构简单，加工及安装精度要求较低。 结构复杂，加工及安装精度要求较高。 成 本

较低。 高，是滑动螺旋的3~2倍。 应用场合

适用于中、高速的轻、中、重载荷，如一般机床的进给机构。 适用于高、中、低速的轻、中、重载荷，如数控、精密机床的进给机构。

由于本课题中丝杠用于主轴垂直方向的进给，所以对于高低速时运行

的稳定性要求较高。故对比以上两种螺旋传动的特点，结合本课题的需求，故采用传动效率高、磨损小、传动平稳的滚动螺旋传动方式。

2.2.3 主轴准停机构

主轴准停装置是换刀过程所要求的在加工中心上特有得装置，也称之为主轴准停机构。由于刀具装在主轴上，在切削时的切削转矩不能完全靠锥孔的摩擦力来传递，因此通常在主轴前端设置一个凸键，当刀具装入主轴时，刀柄上的键槽必须与此凸键对准，为保证顺利换刀，主轴必须停止在某一固定的角度方向，主轴定向装置就是为保证主轴换刀时准确停止在换刀位置而设置的。

加工中心的主轴定向装置有机械方式和电气方式(如磁力传感器检测定向)两种。

图2.1 机械式主轴准停装置

1 ——无触点开关；

2 ——感应块；

3 —— V形槽轮定位盘

4 ——定位液压缸；

5 ——定向滚轮；

6 ——定向活塞

图2.1所示为V形槽轮定位盘准停装置，在主轴上固定一个V形槽定位盘，使V形槽与主轴上的端面键保持所需要的相对位置关系，其工作原

理为：准停前主轴必须是处于停止状态，当接受到主轴准停指令后，主轴电动机以低速转动，主轴箱内齿轮换挡使主轴以低速旋转，时间继电器开始动作，并延时4～6s，保证主轴转稳后接通无触电开关1的电源，当主轴转到图示位置即V形槽轮定位盘3上的感应块2与无触点开关1相接触后发出信号，使主轴电动机停转。另一延时继电器延时0.2～0.4s后，压力油进入定位液压缸下腔，使定向活塞向左移动，当定向活塞上的定向滚轮5顶入定位盘的V形槽内时，行程开关LS2发出信号，主轴准停完成。若延时继电器延时1s后行程开关LS2仍不发信号，说明准停没完成，需使定向活塞6后退，重新准停。当活塞杆向右移到位时，行程开关LS1发出定向滚轮5退出凸轮定位盘凹槽的信号，此时主轴可启动工作。

目前常采用的电气方式有两种，一种是利用主轴上光电脉冲发生器的同步脉冲信号；另一种是用磁力传感器检测定向，其工作原理如图2.2。

图2.2 电气式主轴准停

在主轴上安装一个发磁体与主轴一起旋转，在距离发磁体旋转外轨迹1处固定一个磁传感器，磁传感器经过放大器与主轴控制单元连接，~

2

mm

当主轴需要定向时，便可停止在调整好的位置上。这种定向方式结构简单，而发磁体的线速度可达到min

3500m以上。这种准停装置机械结构简单，

/

发磁体与磁感传感器间没有接触摩擦，准停的定位精度可达?

±1，能满足一般换刀要求。并且定向时间短，可靠性较高，所以应用的比较广泛。发磁体可安装在一个圆盘的边缘，但这对较精密的、高转速加工中心主轴来说，由于需要较高的动平衡指标，就不十分有利。另一种是将发磁体做成动平衡效果很好的圆盘，使用时只需要将圆盘整体装在主轴上即可。在各种加工中心上采用什么形式的主轴定向装置，要根据各自的约束条件来选择[12]。

本课题采用电气式主轴准停装置，此方式避免了机械装置的复杂结构，只需要数控系统发出指令信号，主轴就可以准确地定向。

2.2.4 刀具自动夹紧机构

在自动交换刀具时要求能自动松开和夹紧刀具。图2.3示为数控镗铣床主轴组件机构示意图。

碟形弹簧11通过拉杆7，双瓣卡爪5，在套筒14的作用下，将刀柄的尾端拉紧。当换刀时，要求松开刀柄，此时，在主轴上端油缸的上腔A 通入压力油，活塞12的端部推动拉杆7向下移动，同时压缩碟形弹簧11，当拉杆7下移到使双瓣卡爪5的下端移出套筒14时，在弹簧6的作用下，卡爪张开，喷气头13将刀柄顶松，刀具即可由机械手拔出。待机械手将新刀装入后，油缸10的下腔通入压力油，活塞12向上移，碟形弹簧伸长将拉杆7和双瓣5拉着向上，双瓣卡爪5重新进入套筒14，将刀柄拉紧。活塞12移动的两个极限位置都有相应的行程开关（LS1，LS2）作用，作

为刀具松开和夹紧的回答信号。

图2.3数控镗铣床主轴组件机构示意图

1——调整半环；2——双列园柱滚子轴承；3——向心球轴承；4，9——调整环；

5——双瓣卡爪；6——弹簧；7——拉杆；8——向心推力球轴承；

10——油缸；11——碟形弹簧；12——活塞；13——喷气头；14——套筒

(a)

(b)

图2.4刀柄拉紧结构

刀杆尾部的拉紧结构，除上述的卡爪式以外，还有图2.4a所示的弹簧夹头结构以及图2.4b所示的钢球拉紧机构。

在本课题中，刀具自动夹紧机构借用如图2.3的夹紧方式，采用气压缸夹紧方式，从而避免因油路堵塞等常见情况。而在拉杆处则采用钢球拉紧机构，因为其加工简单，并可以有效的拉紧刀杆。

2.2.5 切屑清除机构

自动清除主轴孔内的灰尘和切屑是换刀过程的一个不容忽视的问题。如果主轴锥孔中落入了切屑，灰尘或其它污物，在拉紧刀杆时，锥孔表面和刀杆锥柄会被划伤，甚至会使刀杆发生偏斜，破坏刀杆的正确定位，影响零件的加工精度，甚至会使零件超差报废。为了保持主轴锥孔的清洁，

常采用的方法是使用压缩空气吹屑。为了提高吹屑效率，喷气小孔要有合理的喷射角度，并均匀布置[10]。其工作原理图可参考图2.3。

2.3 伺服驱动系统方案的确定

控制用电动机是电气伺服控制系统的动力部件，是将电能转换为机械能的一种能量转换装置。由于其可在很宽的速度和负载范围内进行连续、精确地控制，因而在各种机电一体化系统中得到了广泛的应用。

控制用旋转电动机按其工作原理可分为旋转磁场型和旋转电枢型。前者有同步电动机（永磁）、步进电动机（永磁）；后者有直流电动机（永磁）、感应电动机（按矢量控制等效模型），具体地可细分为：

步进电动机又称为脉冲电动机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个电脉冲，转子就转过一个相应的步距角。由于其转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，所以对于本课题所需的控制电动机而言，步进电动机很难精确地确保主轴组件的旋转精度，故不适合。

直流伺服电动机通过电刷和换向器产生的整流作用，使磁场磁动势和电枢电流磁动势正交，从而产生转矩。它具有较高的响应速度、精度和频率，优良的控制特性等优点。但是由于使用电刷和换向器，故寿命较低，需要定期维修。所以不太适合用于主轴的主电机，但是可以用于进给电动机。

由于交流伺服电动机具有直流伺服电动机的全部优点，并且其不具备电刷和换向器，不需要定期维修。虽然在价格上交流伺服电动机较贵，但

是由于其性能可靠、精度好，所以正在逐步取代直流电动机的地位。故在本课题的主电机选用中选择交流伺服电动机。

各种伺服电动机的特点及应用举例见表2.2。

表2.2 伺服电动机的特点及应用实例[19]

种类主要特点应用实例

DC伺服电动机1. 高响应特性；

2. 高功率密度（体积小、重量轻）；

3. 可实现高精度数字控制；

4. 接触换向部件（电刷与换向器）需要维护；

5. 不能高速大扭矩工作。

NC机械、机器人、

计算机外围设备、办

公机械、音响和音像

设备、计测机械等

AC伺服电动机1. 具有DC伺服电动机的全部优点；

2. 对定于电流的激励分量和转矩分量分别

控制；

3. 具有良好的性价比；

4. 坚固耐用免维修。

NC机械、机器人等

步进电动机1. 转角与控制脉冲数成比例，可构成直接数

字控制；

2. 工作状态不受干扰；

3. 步距角有误差；

4. 高速易失步，低速易振荡。

计算机外围设备、办

公机械、数控装置

2.4 加工中心主轴组件总体设计方案的确定

综合2.2，2.3节中的方案，本课题的总体设计方案现确定如下：由于同步带无滑动，能保证固定的传动比，且传动效率高，允许的线速度较高，无需安置在很良好的工作环境中，所以在主轴传动方式中选择

同步带传动。但是需要注意的是同步带的安装具有严格的要求。

在主轴的进给运动中，采用滚珠丝杠。其耐磨性好、磨损小，低速运行时无爬行、无振动，能够很好地确保Z轴的进给精度。

由于加工中心具备自动换刀功能，所以在主轴组件中还应有主轴准停装置、刀具自动夹紧机构以及切屑清除机构。在本课题中，主轴准停机构采用磁力传感器检测定向，其不仅能够使主轴停止在调整好的位置上，而且能够检测到主轴的转速，并在加工中心的操控面板上显示出来，方便机床操作者调整转速。

在换刀过程中，刀具自动夹紧机构也是不可获缺的一部分。它控制着刀杆的松紧，使刀具在加工时能紧紧地固定在主轴上，在换刀时能轻松地卸载。本课题采用了液压缸运行的方式，通过活塞、拉杆、拉钉等一系列元件的运动来达到刀杆的松紧目的。同时，为了减少液压推力对主轴支承的磨损，在主轴的内部设置了一段碟形弹簧，使活塞对拉杆的作用起到一个缓冲的作用。同时，在换刀过程中，活塞及拉杆的内部将被加工成中空状。其间将通入一定的压缩空气来清除切屑。使刀杆和主轴始终具有很好的配合精度。

在伺服系统中，本课题在进给系统中选用直流伺服电动机，而在主运动系统中则选用交流伺服电动机。由于交流伺服电动机具有电刷和换向器，需要常常维修，故不适合于主运动系统中。

图2.5所示为本课题主轴组件结构示意图。

(完整版)数控车床主轴设计

绪论 随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。 现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。 本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计、计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。

一、设计题目及参数 1.1 题目 本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。它主要由主轴箱，主轴，电动机，主轴脉冲发生器等组成。我主要设计的是主轴部分。 主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中要多加注意。主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。 1.2参数 床身回转空间400mm 尾架顶尖与主轴端面距离1000mm 主轴卡盘外径Φ200mm 最大加工直径Φ600mm 棒料作业能力50～63mm 主轴前轴承内和110～130mm 最大扭矩480N·m 二、主轴的要求及结构 2.1主轴的要求 2.1.1旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。 主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。还决定于主轴转速，支撑的设计和性能，润滑剂及主轴组件的平衡。 通用（包括数控）机床的旋转精度已有标准规定可循。 2.1.2 静刚度 主轴组件的静刚度（简称刚度）反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。影响主轴组件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号，数量，配置形式和预紧，前后支撑的距离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。 各类机床主轴组件的刚度目前尚无统一的标准。 2.1.3抗振性 主轴组件工作时产生震动会降低工件的表面质量和刀具耐用度，缩短主轴轴承寿命，还会产生噪声影响环境。 振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。

卧式加工中心说明书模板

欢迎阅读 目录 机床的主要用途和技术参数------------------------------------------------------------ 4 1 机床安全须知-------------------------------------------------------------------------- 5-10 1.1 机床启动安全注意事项------------------------------------------------------------------------- 5 1.2 安全操作指南-------------------------------------------------------------------------------------7 2 搬运及安装---------------------------------------------------------------------------- 10-14 2.1 搬运已包机床------------------------------------------------------------------------------------ 10 2.2 开箱------------------------------------------------------------------------------------------------ 10 2.3 搬运未包机床------------------------------------------------------------------------------------ 10 2.4 安装------------------------------------------------------------------------------------------------ 11 2.5 电源连接------------------------------------------------------------------------------------------14 2.6 试运行--------------------------------------------------------------------------------------------- 14 3 机床的调整与保养------------------------------------------------------------------ 15-17 3.1 预运行--------------------------------------------------------------------------------------------- 15 3.2 床身水平调整------------------------------------------------------------------------------------ 15 3.3机床液压系统的调整--------------------------------------------------------------------------- 15 3.4 定期保养------------------------------------------------------------------------------------------ 15 4 机床外观图----------------------------------------------------------------------------17-21 5 机床传动系统------------------------------------------------------------------------ 22-25 5.1机床传动系统图--------------------------------------------------------------------------------- 22 5.2 蜗杆、蜗轮、皮带轮、滚珠丝杠明细表------------------------------------------------------ 24 5.3机床滚动轴承明细表--------------------------------------------------------------------------- 25 6 机床的主要结构及性能----------------------------------------------------------- 25-29 6.1 底座------------------------------------------------------------------------------------------------ 26 6.2 立柱------------------------------------------------------------------------------------------------ 26 6.3 滑鞍和分度转台--------------------------------------------------------------------------------- 26 6.4 主轴箱及自动夹刀装置------------------------------------------------------------------------ 27 6.5 刀库结构------------------------------------------------------------------------------------------ 29 7 液压系统-------------------------------------------------------------------------------- 30-35 7.1 液压系统原理图--------------------------------------------------------------------------------- 30 7.2 液压站--------------------------------------------------------------------------------------------- 32 7.3 液压执行装置------------------------------------------------------------------------------------ 32 7.4 液压控制装置------------------------------------------------------------------------------------ 33 7.5 辅助装置------------------------------------------------------------------------------------------ 34 7.6 本机床所用液压元件明细表------------------------------------------------------------------ 35 7.7 液压系统的保护--------------------------------------------------------------------------------- 35

对加工中心滑枕的结构设计

对加工中心滑枕的结构设计 摘要：数控机床及数控加工中心是现代制造业的关键设备，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制造业水平和竞争力。滑枕是加工中心的核心结构之一，是对零部件加工的直接执行机构，它的结构设计是否合理对加工中心的加工结果有着直接的影响。因而加工中心滑枕的结构设计尤为重要。 关键词：加工；滑枕；结构设计 1前言 数字控制也是最近几年新兴起来的一种自动控制的技术，利用数字化的信息实现机床控制的一种方法。数字控制的机床是采用数字来对机床进行控制。数控的机床是装有数控控制的装备。数字控制的系统主要的功能就是采用逻辑处理的方式，或者是运用其他的运算符编码指令来对规定的程序进行编写，数控系统也是一种控制的系统，他能够完成对数控信息的输入、编码以及运算，对数控机床进行全面的加工。 2数控机床及加工中心的工作原理 数控机床的加工中心主要就是运用了计算机技术的自动控制，精密的测量方法和完善的机械设计等方面知识，也是机电一体化的产品，是未来机床的发展趋势。数控机床的工作原理是：首先将加工零件图上的信息和工艺的信息数字化，按照相关规定的代码和格式对其进行相应的加工。数字化信息的定义就是将工件与道具的坐标分割成一个小单位，也可以叫做最小位移量，数控系统是按照程序的要求，对信息进行处理和分配，使得坐标的移动可以是若干个小的位移单位，在工件与道具运动的过程中完成零件的加工。 3 数控加工中心滑枕结构设计 主轴和主轴电机等构件与移动部分相连，随移动部件移动。丝杠电机与固定件连接。丝杠与固定部分连接，丝杠丝母控制移动部分上下移动。主轴电机选择西门子1PH7-137—NG，配套减速器型号为2LG4320。丝杠驱动电机选择西门子1FK7101-5AF71，配套减速器型号为LP155-M01。丝杠公称直径选为55 mm，导程20 mm，长度约为1200 mm。丝母的型号选择为BNFN5520-5。联轴器选择为ROTEX梅花型弹性联轴器。型号NO.001-钢材料，规格38。 3.1滑枕设计计算 3.1.1滚珠丝杠选择计算 （1）已知参数 丝杠的公称直径55mm，导程20mm，长度1500mm，BNFN5520-5。 （2) 切削力的确定 按照立铣（不对称顺铣）计算各向分力，如下图所示：已知主切削力Fc =5000(N)，fw—运转系数，见下表：

机床主轴设计

设计题目机床主传动系统设计系别机电工程分院 专业机械制造及其自动化学生姓名 专业班级 班级学号 设计日期

车床设计任务书一、设计题目 工件最大回转直径D max=300mm， /r 轴最低转速=355min /r 轴最高转速=1800min 电机功率P=3KW，公比Ф=1.26= 二、运动设计，确定结构式 1. 查表得 250 500 1000 265 530 1060 280 560 1120 300 600 1180 315 630 1250 335 670 1320 355 710 1400 375 750 1500 400 800 1600 425 850 1700 450 900 1800

475 950 1900 355，450，560，710，900，1120，1400，1800（共8级） 或者 Z=8 2.结构式、传动组和传动副数的确定 ①传动组和传动副数可能的方案有： 8=4×2 8= 2×4 8 = 2×2×2 第一行方案有时可以省掉一根轴。缺点是有一个传动组内有四个传动副。如果用一个四联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，则操纵机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。所以一般少用。 第二行的方案根据 “前多后少”的原则。取8 = 2×2×2 的方案。 ②结构式或结构网的各种方案的确定 由①知方案有 a.4212228??= b.4122228??= c.2142228??= d.2412228??= e.1422228??= f.1242228??=

选择原则： I)传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围 降速传动中，主动齿轮的最少齿数受到限制m in u ≥41 ； 避免被动齿轮的直径过大升速传动比最大值max u ≤2（斜齿传动max u = 2.5）尽量减少振动和噪声； 各变速组的变速范围m ax R =max u /m in u ≤8-10 之间； 对于进给传动链，由于转速通常较低，零件尺寸也较小，上述限制可放宽些。 8.251 ≤≤进i 。故max 进R 14≤ 在检查传动组的变速范围时，只需检查最后一个扩大组。因为其它传动组的变 速范围都比它小。应为: max ) 1-(p n R R n x n ≤=? II)基本组与扩大组的排列顺序。 原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。 综上所述，方案4212228??= 较好 三、转速图与传动系统图 1.根据已知参数，取 4级电动机Y100L2-4，额定功率3KW ，满载转速1430min /r 本例所选定的结构式共有三个传动组，变速机构共需4轴。加上电动机轴

加工中心操作说明书

第一篇：编程 5 1.综述 5 1.1可编程功能 5 1.2准备功能 5 1.3辅助功能7 2.插补功能7 2.1快速定位（G00）7 2.2直线插补（G01）8 2.3圆弧插补（G02/G03）9 3.进给功能10 3.1进给速度10 3.2自动加减速控制10 3.3切削方式（G64）10 3.4精确停止(G09)及精确停止方式(G61) 11 3.5暂停(G04) 11 4.参考点和坐标系11 4.1机床坐标系11 4.2关于参考点的指令(G27、G28、G29及G30) 11 4.2.1 自动返回参考点（G28）11 4.2.2 从参考点自动返回（G29）12 4.2.3 参考点返回检查（G27）12 4.2.4 返回第二参考点（G30）12 4.3工件坐标系13 4.3.1 选用机床坐标系（G53）13 4.3.2 使用预置的工件坐标系（G54~G59）13 4.3.3 可编程工件坐标系（G92）14 4.3.4 局部坐标系(G52) 14 4.4平面选择15 5.坐标值和尺寸单位15 5.1绝对值和增量值编程（G90和G91）15 6.辅助功能15 6.1M代码15 6.1.1 程序控制用M代码16 6.1.2 其它M代码16 6.2 T代码 16 6.3主轴转速指令(S代码) 16 6.4刚性攻丝指令（M29）17 7.程序结构17 7.1程序结构17 7.1.1 纸带程序起始符(Tape Start) 17 7.1.2 前导(Leader Section) 17 7.1.3 程序起始符(Program Start) 17 7.1.4 程序正文(Program Section) 17 7.1.5 注释(Comment Section) 17 7.1.6 程序结束符(Program End) 17

机械制造装备设计第三章习题答案(关慧贞)..

第三章典型部件设计 1.主轴部件应满足那些基本要求？ 答：主轴部件应满足的基本要求有旋转精度、刚度、抗振性、温升热变形和精度保持性等。主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义，主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。主轴部件的振动会直接影响工件的表面加工质量，刀具的使用寿命，产生噪声。主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力，必须提高其耐磨性。 2.主轴轴向定位方式有那几种？各有什麽特点？适用场合 答：（1）前端配置两个方向的推力轴承都分布在前支撑处；特点：在前支撑处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合：用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。 （2）后端配置两个方向的推力轴承都布置在后支撑处；特点：发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；适用范围：用于普通精度机床、立铣、多刀车床。 （3）两端配置两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支撑处；特点：这类配置方案当主轴受热伸长后，影响轴承的轴向间隙，为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀；适用范围：用于短主轴，如组合机床。 （4）中间配置两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧；特点：此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑结构复杂，温升可能较高。3.试述主轴静压轴承的工作原理 答：主轴静压轴承一般都是使用液体静压轴承，液体静压轴承系统由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。静压轴承由供油系统供给一定压力油，输进轴和轴承间隙中，利用油的静压压力支撑载荷、轴颈始终浮在压力油中。所以，轴承油膜压强与主轴转速无关，承载能力不随转速而变化。静压轴承与动压轴承相比有如下优点：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差的作用，可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；既能在极低转速下工作，也能在极高转速下工作；摩擦小，轴承寿命长。

立式加工中心总体、主轴部件及立柱设计

加工中心总体、主轴部件及立柱设计 摘要 加工中心是一种具有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。它是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的高科技产品，综合了数控铣床、数控镗床、数控钻床多功能的加工设备。 基于加工中心的迅速发展，本次毕业设计的任务是设计加工中心总体、主轴部件及立柱。加工中心的总体设计主要是通过设计各部件之间的尺寸联系来满足它们之间的位置关系要求。主轴部件是机床的重要部件之一。它是机床的执行件，其功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，从而完成表面成形运动。主轴部件由主轴及其支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成。加工中心立柱主要是对主轴箱起到支承作用，满足主轴Z向运动。根据对立柱的结构、性能及其经济性的要求，采用井字型的内腔结构。 加工中心的设计符合数控机床高速化、高精度化、智能化、系统化与高可靠性等发展趋势。目前，加工中心已成为现代机床发展的主流方向，广泛应用于机械制造中。 关键词：加工中心，主轴，轴承，立柱

DESIGN OF THE OVERALL , SPINDLE ASSEMBLY AND COLUMN OF MACHININING CENTER ABSTRACT Machining center (MC) is a kind of CNC machine with tool magazine. It can perform the multi-processing of workpiece by change cutting tool automatically. It is the high-tech product developed to adapt to the requirements for effort-saving and time-saving, and the multi-function equipment which integrated CNC milling machine with CNC boring and drilling machines. The tasks of graduation design are to design the overall of machine, the spindle assembly and column. The purpose of MC overall design is to establish the dimension relation between components. Spindle assembly is one of the important parts of the machine. It is the executive pieces, and its function is to support and carry the workpiece or rotary cutting tools, and bear the cutting force. The spindle assembly consists of the spindle and its support, the transmission members, seals and other components mounted on it. The function of MC column is to support the headstock to satisfy the movement of Z-axis. Based on the performance requirements of the structure and the economy, Column is of the cross-type structure inside. The design of MC is consistent with the development trend in high-speed, high precision, intelligent, and high reliability of CNC machine tools. Currently, MC stands for the main development direction of modern machine tool, which is widely used in machine manufacturing. KEYWORDS: machining center, spindle, bearing, column

数控机床主轴箱设计

第一章概述 1.1设计目的 (2) 1.2主轴箱的概述 (2) 第2章主传动的设计 (2) 2.1驱动源的选择 (2) 2.2转速图的拟定 (2) 2.3传动轴的估算 (4) 2.4齿轮模数的估算 (3) 2.5V带的选择 (4) 第3章主轴箱展开图的设计 (7) 3.1各零件结构尺寸的设计 (7) 3.1.1 设计内容和步骤 (7) 3.1.2有关零件结构和尺寸的设计 (7) 3.1.3各轴结构的设计 (9) 3.1.4主轴组件的刚度和刚度损失的计算 (10) 3.1.5轴承的校核 (13) 3.2装配图的设计的概述 (13) 总结 (19) 参考文献 (20)

第一章概述 1-1设计目的 数控机床的课程设计，是在数控机床设计课程之后进行的实践性教学环节。其目的在于通过数控机床伺服进给系统的结构设计，使我们在拟定进给传动及变速等的结构方案过程中得到设计构思、方案分析、结构工艺性、CAD制图、设计计算、编写技术文件、查阅技术资料等方面的综合训练，建立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养我们初步的结构设计和计算能力。 1-2 主轴箱的概述 主轴箱为数控机床的主要传动系统它包括电动机、传动系统和主轴部件它与普通车床的主轴箱比较，相对来说比较简单只有两极或三级齿轮变速系统，它主要是用以扩大电动机无级调速的范围，以满足一定恒功率、和转速的问题。 第二章2主传动设计 2-1驱动源的选择 机床上常用的无级变速机构是直流或交流调速电动机，直流电动机从额定转速nd向上至最高转速nmax是调节磁场电流的方法来调速的，属于恒功率，从额定转速nd向下至最低转速nmin时调节电枢电压的方法来调速的属于恒转矩；交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流调速电动机高，磨损和故障也少，所以在中小功率领域，交流调速电动机占有较大的优势，鉴于此，本设计选用交流调速电动机。 根据主轴要求的最高转速4000r/min，最大切削功率5kw，选择北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，最高转速是4500r/min。 2-2 转速图的拟定 根据交流主轴电动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒功率转速范围Rdp=nmax/nd=3 而主轴要求的恒功率转速范围Rnp=3，远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率

数控机床主传动系统及主轴设计.

新疆工程学院机械工程系毕业设计（论文）任务书 学生姓名专业班级机电一体化09-11（1）班设计(论文)题目数控机床主传动系统及主轴设计 接受任务日期2012年2月29日完成任务日期2012年4月9日指导教师指导教师单位机械工程系 设 计(论文)内容目标 培养学生综合应用所学的基本理论，基础知识和基本技能进行科学研究能力的初步训练；培养和提高学生分析问题，解决问题能力。通过毕业设计，使学生对学过的基础理论和专业知识进行一次全面地系统地回顾和总结。通过对具体题目的分析和设计，使理论与实践结合，巩固和发展所学理论知识，掌握正确的思维方法和基本技能。 设计(论文)要求 1．论文格式要正确。 2．题目要求：设计题目尽可能选择与生产、实验室建设等任务相结合的实际题目，完成一个真实的小型课题或大课题中的一个完整的部分。 3．设计要求学生整个课题由学生独立完成。 4．学生在写论文期间至少要和指导老师见面5次以上并且和指导教师随时联系，以便掌握最新论文的书写情况。 论文指导记录 2012年3月1号早上9：30-12：00在教室和XX老师确定题目。2012年3月6日早上10：00-12:00在教室确定论文大纲与大纲审核。2012年3月13日早上10:00-12：00在教室确定论文格式。 2012年3月20日早上9：30-12:00在教室对论文一次修改。 2012年3月27日早上9：30-12:00在教室对论文二次修改。 2012年4月6日早上9：30-12：30在教室对论文三次修改。 2012年4月9日早上9:30-12：00在教室老师对论文进行总评。 参考资料[1]成大先.机械设计手册-轴承[M].化学工业出版社 2004.1 [2]濮良贵纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社 2006.5 [3]李晓沛张琳娜赵凤霞. 简明公差标准应用手册[M].上海科学技术出版社 2005.5 [4]文怀兴夏田.数控机床设计实践指南[M].化学工业出版社 2008.1 [5][日]刚野修一(著). 杨晓辉白彦华(译) .机械公式应用手册[M].科学出版社 2004

机械加工手动编程知识.-加工中心手动编程入门

第一篇：编程 1. 综述 1.1 可编程功能 通过编程并运行这些程序而使数控机床能够实现的功能我们称之为可编程功能。一般可编程功能分为两类：一类用来实现刀具轨迹控制即各进给轴的运动，如直线/圆弧插补、进给控制、坐标系原点偏臵及变换、尺寸单位设定、刀具偏臵及补偿等，这一类功能被称为准备功能，以字母G以及两位数字组成，也被称为G代码。另一类功能被称为辅助功能，用来完成程序的执行控制、主轴控制、刀具控制、辅助设备控制等功能。在这些辅助功能中，Tx x用于选刀，Sx x x x用于控制主轴转速。其它功能由以字母M与两位数字组成的M代码来实现。 1.2 准备功能 本机床使用的所有准备功能见表1.1： 表1.1 G代码分组功能 *G00 01 定位（快速移动） *G01 01 直线插补（进给速度） G02 01 顺时针圆弧插补 G03 01 逆时针圆弧插补 G04 00 暂停，精确停止 G09 00 精确停止 *G17 02 选择X Y平面 G18 02 选择Z X平面 G19 02 选择Y Z平面 G27 00 返回并检查参考点 G28 00 返回参考点 G29 00 从参考点返回 G30 00 返回第二参考点 *G40 07 取消刀具半径补偿 G41 07 左侧刀具半径补偿 G42 07 右侧刀具半径补偿 G43 08 刀具长度补偿＋ G44 08 刀具长度补偿－ *G49 08 取消刀具长度补偿 G52 00 设臵局部坐标系 G53 00 选择机床坐标系 *G54 14 选用1号工件坐标系 G55 14 选用2号工件坐标系 G56 14 选用3号工件坐标系 G57 14 选用4号工件坐标系 G58 14 选用5号工件坐标系

加工中心机械手系统结构设计

毕业设计（论文） 题目加工中心机械手系统结构设计 专业机械设计制造及其自动化 班级 学生 指导教师王慧武 职称副教授 高科学院 2013 年

任务书填写要求 1．毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、学院（系）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生； 2．任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3．任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院（系）主管领导审批后方可重新填写； 4．任务书内有关“学院（系）”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号（如020*******,为10位数），不能只写最后2位或1位数字； 5．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。 6．毕业设计任务书、毕业论文及其它相关的报告书，要求一律用16K纸书写或打印。

系 系主任西安理工大学高科学院批准日期 毕业设计（论文）任务书 系机械设计制造及其自动化专业 09机械1 班学生 一、毕业设计(论文)课题加工中心机械手系统结构设计 二、毕业设计(论文)工作 自 2013 年 02 月 25 日起至 2013 年 06 月 14 日止 三、毕业设计(论文)进行地点高科学院 四、毕业设计(论文)的内容要求 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控镗铣床，主要用于加工单件、小批量的箱体零件或棱形零件等精密复杂零件。工件在一次装夹后，加工中心可以自动更换刀具，连续对零件的各加工面自动地完成高精度的铣、钻、铰、镗及攻丝等多种工序。按其主轴布置方式可分为卧式和立式加工中心两大类。 要求针对卧式加工中心，完成其机械手系统（即自动换刀装置）的方案设计、结构设计计算和图纸绘制。 1.卧式加工中心自动换刀装置的主要设计指标为： ⑴刀库容量：60把； ⑵送刀方式：任意； ⑶刀具尺寸（最大）：长400 mm，直径Φ125 mm； ⑷刀具重量：约12 Kg；

数控机床主轴总体设计

目录 1. 绪论 (2) 2. 数控机床主轴总体设计 (3) 2.1数控机床的加工原理 (3) 2.2机床主传动系统设计 (3) 2.2.1机床主传动功率 (3) 2.2.2 主传动的调速围 (4) 2.2.3主传动系统设计要求 (4) 2.2.4 主传动系统电机选择 (6) 2.2.5 主传动分级变速设计 (6) 3. 主轴设计 (8) 3.1 主轴材料的选择及热处理 (8) 3.2 主轴尺寸确定 (8) 3.2.1 主轴前后颈及孔尺寸确定 (8) 3.2.2 主轴部件支承结构选择 (8) 3.3主轴组件设计 (9) 3.3.1主轴组件的性能要求 (9) 3.3.2 主轴轴承的选择……………………………………………………… 10 3.3.3 主轴轴承的预紧及润滑……………………………………………… 11 3.3.4 主轴上齿轮参数确定及键的选择…………………………………… 12 3.3.5 主轴部件结构图……………………………………………………… 13 4. 主轴验算 (14) 4.1 确定弯曲变形的验算条件 (14) 4.1.1刚度标准 (14) 4.1.2主轴的载荷 (15) 4.2三支承主轴刚度验算………………………………………………………

17 5. 设计总结 (19) 6. 参考文献 (20) 1 绪论 在现代制造技术中，数控机床已经用它所显示的效益和巨大潜力，引起世界各国科技界和工业界的普遍重视。发展现代数控机床是当前机械制造业技术改造，技术更新的必由之路，是未来工厂自动化的基础。 数控机床主轴及其部件作为数控机床主要部件的一部分，在数控机床中占据着重要的地位，主轴系统的精度将直接影响到数控加工产品的精度，因此在数控机床设计中当十分注意主轴及其部件的设计。 此次课程设计，主要针对数控车床主传动系统和主轴组件设计，学习和了解数控机床主轴设计的基本思路，理解数控车床主传动系统的传动原理，以及主轴组件选用和数控主轴结构的构成。并熟悉数控机床主轴设计相关计算，了解数控机床设计中的一些验算公式，并对关键部件进行强度或者刚度验算。 通过此次课程设计，应当达到熟悉数控机床主轴系统设计的基本思路，熟练掌握主轴系统设计流程，绘制主轴系统结构装配图和部分零件图，了解设计过程中的必要计算及一些经验公式的运用，初步具备数控机床主轴设计能力。

牧野加工中心说明书-牧野加工中心操作规程

牧野加工中心说明书 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 牧野加工中心安全操作规程 一、机床通电开启后，注意事项如下： 1、机床通电后，检查各开关、按钮是否正常、灵活，机床有无异常现象； 2、检查电压、油压、气压是否正常，有手动润滑的部位先要进行手动润滑； 3、机床开启后，各坐标轴手动回参考点（机床原点）。若某轴在回参考点位置前已处在零点位置，必须先将该轴移动到距离原点100mm以外的位置，再进行手动回参考点或在此位置控制机床往行程负向移动，使其回参考点； 4、在进行工作台回转交换时，台面上、护罩上、导轨上不得有异物； 5、NC程序输入完毕后，应认真校对、确保无误。其中包括代码、指令、地址、数值、正负号、小数点及语法的查对； 6、按工艺规程安装找正好夹具； 7、正确测量和计算工件坐标系，并对所得结果进行验证和验算； 8、将工件坐标系输入到偏置页面，并对坐标、坐标值、正负号及小数点进行认真核对； 9、刀具补偿值（长度、半径）输入偏置页面后，要对刀具补偿号、补偿值、正负号、小数点进行认真核对； 二、工件加工过程中，注意事项如下：

1、在进行高精密工件成型加工时，应用千分表对主轴上之刀具进行检测，使其静态跳动控制在3μm以内，必要时需重新装夹或更换刀夹系统； 2、无论是首次加工的零件，还是周期性重复加工的零件，加工前都必须按照图样工艺、程序和刀具调整卡，进行逐把刀、逐段程序的检查核对. 3、单段试切时，快速倍率开关必须置于较低档； 4、每把刀首次使用时，必须先验证它的实际长度与所给补偿值是否相符； 5、在程序运行中，要重点观察数控系统上的几种显示 坐标显示：可了解目前刀具运动点在机床坐标系及工件坐标系中的位置了解这一程序段的运动量，还有多少剩余运动量等 寄存器和缓冲寄存器显示：可看出正在执行程序段各状态指令和下一程序段的内容 主程序和子程序显示：可了解正在执行程序段的具体内容； 对话显示屏（Custom）：可了解机床当前主轴转速、当前切削进给速度、主轴每转切削进给、主轴当前切削载荷及各行程轴载荷, 并可由主轴每转切削进给计算出相应刀具每刃切削量。 6、试切进刀时，在刀具运行至工件表面30~50mm处，必须在低速进给保持下，验证坐标轴剩余坐标值和X、Y轴坐标值与图样是否一致； 7、对一些有试刀要求的刀具，采用“渐进”的方法。例如，镗孔，可先试镗一小段长度，检测合格后，再镗到整个长度。使用刀具半径补偿功能的刀具数据，可由大到小，边试切边修改； 8、试切和加工中，更换刀具、辅具后，一定要重新测量刀具长度并修改好刀具补偿值和刀具补偿号； 9、程序检索时应注意光标所指位置是否合理、准确，并观察刀具与机床运动方向坐标是

主轴的形式及结构

关于主轴结构 何謂直結式主軸？ 直結式主軸即類似三軸馬達與滾珠螺桿之接合方式，主軸馬達置於主軸上方，馬達與主軸以高剛性無間隙連軸器相連，馬達端之轉動經由連軸器傳於主軸，此即直結式主軸 直結式主軸比起皮帶式，齒輪式與內藏式有什麼特色？ 內藏式主軸: 內藏式主軸即將馬達與主軸合而為一，將馬達轉子安裝於主軸軸心，定子在外，運轉原理和一般主軸馬達相同，其具有低振動特性，動態迴轉精度亦較好，但因主軸內必須置放馬達轉子造成軸承跨距較大，剛性較弱的情形發生 內藏式主軸因剛性之故並不適合重切削 直結式主軸： 直結式主軸即類似三軸馬達與滾珠螺桿之接合方式，主軸馬達置於主軸上方，馬達與主軸以高剛性無間隙連軸器相連，馬達端之轉動經由連軸器傳於主軸，此即直結式主軸 直結式主軸屬於剛性連結，對於馬達輸出之POWER較能完全表達於主軸特性，機械效率較高，於主軸運動時，連軸器扮演著不可或缺的角色，連軸器校正好或壞足以影響主軸運動精度，若連軸器校正不良對主軸產生下列影響，主軸溫昇急劇昇高、主軸震動過大、主軸偏擺過大、加工精度不良、甚至主軸燒毀 皮帶式主軸: 皮帶式主軸以皮帶傳遞主軸馬達之運動至主軸，其優點為，振動較齒輪式主軸小，易組裝，缺點為高速時噪音大，皮帶張力不易控制等 齒輪式主軸: 齒輪式主軸最大之優點為可傳遞高扭力，重切削能力優良，其缺點為轉速受限於齒輪設計不易提昇等 电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。 电主轴所融合的技术： 高速轴承技术：电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍；有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限； 高速电机技术：电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡； 润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因

加工中心主传动系统的机械结构设计【文献综述】

文献综述 机械设计制造及其自动化 加工中心主传动系统的机械结构设计 一、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。 二、数控机床的基本概况 数控（numerical control,NC）机床，顾名思义，是一类由数字程序实现控制的机床。与人工操作的普通机床相比，它具有适应范围广、自动化程度高、柔性强、操作者劳动强度低、易于组成自动生产系统等优点[2]。数控机床也就是一种装了程序控制系统的机床，该系统能逻辑处理具有使用号码或其他符号编码指令

机械机床毕业设计16CA6150数控车床主轴箱及传动系统系统的设计业设计

毕业设计（论文）任务书 指导老师 课题名称CA6150车床主轴箱设计学生姓名 专业班级数控班

目录 1、概述 2、主运动的方案选择与主运动的设计 3、确定齿轮齿数 4、选择电动机 5、皮带轮的设计计算 6、传动装置的运动和运动参数的计算 7、主轴调速系统的选择计算 8、主轴刚度的校核 一、概述 主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速（速度）和一定的变速范围，以便采用不同材料的

刀具，加工不同的材料，不同尺寸，不同要求的工件，并能方便的实现运动的开停，变速，换向和制动等。 数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，剩去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。 1.1数控机床主传动系统的特点 与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点。 4转速高、功率大。它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。 5变速范围宽。数控机床的主传动系统有较宽的调速范围，一般Ra>100，以保证加工时能选用合理的切 削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面 质量。 6主轴变速迅速可靠，数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的 要求。由于直流和交流主轴电动机的调速系统日趋 完善，所以不仅能够方便地实现宽范围无级变速， 而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠 性。 7主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性。凡有机械摩擦的部位，如轴承、锥孔等都 有足够的硬度，轴承处还有良好的润滑。 1.2 主传动系统的设计要求 ①主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数， 能够实现运动的开停、变速、换向和制动，以满足 机床的运动要求。 ②主电机具有足够的功率，全部机构和元件具有足够 的强度和刚度，以满足机床的动力要求。 ③主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的