钻削中心主轴系统设计

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1、I摘 要随着国家的发展，社会的进步。老式的钻床，铣床已经不能满足现有的加工需求。不错，在原有技术落后的情况下，根据现有的技术，必须进行改造，研制出新型的数控机床- 钻销中心。 新型的机床必须具有钻孔，铣削等功能，自动化的程度也要大大地提高，才能满足当代制造业的需求。 在本文中，主要进行新型机床的主轴系统的设计。在这种设计里,主轴调速机构采用交流电动机进行调速;主轴的传动方式采用带传动加齿轮来完成;高刚度的轴承是也是设计里的要求，半闭环伺服进给系统是z方向上的进给，自动换刀在主轴的内部完成。简而言之，结合本次设计的思路，经过对主轴改造的初步设想，能满足高的加工精度、高效的工作方式。关键词 : 数

2、控技术 ; 钻削中心 ; 主轴系统;老式钻床；自动化ABSTRACTWith the advancement of technology and the development of CNC machining technology, old-fashioned drilling machines and milling machines have been unable to meet the existing processing needs. The famous great Newton once said: The reason why I stand tall is because

3、 I stand on the shoulders of giants. Yes, under the condition that the original technology is backward, according to the existing technology, it is necessary to carry out transformation and develop a new type of CNC machine tool-drilling and pinning center. The new machine tools must have functions

4、such as drilling, milling, etc., and the degree of automation should be greatly improved to meet the needs of the contemporary manufacturing industry. In this paper, the design of the spindle system of the new machine tool is mainly carried out. In this design, the spindle speed governing mechanism

5、adopts AC motor for speed regulation; the spindle drive mode is completed by belt drive plus gear; the automatic tool change function is used inside the spindle; the vertical feed of the spindle adopts semi-closed loop servo To the system; the spindle bearing has a bearing assembly that meets the hi

6、gh rigidity requirements.In short, it can be said that the spindle system is designed to meet the requirements of high efficiency and high machining accuracy of the drilling center.Keywords :NC technology ; Drilling Center; spindle system;Traditional drilling machine；AutomationII目 录摘 要IAbstractII第1章

7、 绪论11.1主轴的发展状况11.1.1概述11.1.2主轴的国内外发展现状21.2 课题研究的目的与意义31.3设计方案的确定3第2章 钻削中心主轴部件结构设计52.1 主轴的结构设计52.1.1主轴的基本尺寸参数的确定52.1.2主轴端部结构62.1.3主轴刀具自动夹紧机构72.1.4主轴的验算82.1.5主轴材料和热处理的选择122.2主轴传动的设计132.2.1传动方式的选择132.2.2多楔带带轮的设计计算142.2.3多楔带的选择及带轮尺寸参数的确定162.2.4传动件在主轴上的位置172.2.5主轴电动机的选择172.3主轴轴承182.3.1主轴轴承的选用182.3.2主轴轴承的

8、配置192.3.3滚动轴承调整和预紧方法202.3.4主轴轴承的润滑212.4碟形弹簧的计算222.4.1钻削力分析222.4.2碟形弹簧设计计算242.4.3碟形弹簧的校核262.5气缸的设计计算272.5.1气缸的结构设计272.5.2气动回路的选择312.6本章小结.32第3章 主轴进给系统的设计333.1 概述333.1.1伺服进给系统的组成333.1.2伺服进给系统的类型333.2 进给系统设计计算343.2.1主要参数的设定343.2.2切削力的估算353.2.3滚珠丝杠副设计计算353.2.4丝杠的校核373.2.5选伺服系统和检测装置393.2.6伺服电机计算393.3本章小结

9、.40第4章 工程影响分析.424.1本章小结.43结 论.43参考文献44致谢46第1章 绪论1.1主轴的发展状况及发展趋势1.1.1概述高的运转速度的加工方式，是现有制造方法中的一个重要环节，用提高切削速度来提升生产效率，加工精度，加工质量。这已经成为未来不可阻挡趋势。被国家列入重大科技奖项的高速立式加工中心，是制造行业里的龙头，可以说是高速机床里的典型代表了。如图1.1所示。它是精度高，效率好，韧性佳的代名词。能够明显的改变产品的质量，提高效率。说了这么多，但其实真正决定产品好坏的核心部件是机床的主轴部分。主轴部分要求具有大功率的工作范围。因此，开发高速，高扭矩的电动高速主轴非常重要且关

10、键。如图1.2所示。图1.1高速机床图1.2高速电主轴作为现代制造设备的高端功能部件，高速电主轴由多个部件组成：主要模块包括内置交流电机，变速设备，冷却系统，润滑系统，拉床和编码系统。 显然它包含各种技术技术。 电主轴自诞生以来就经过广泛开发，其开发涵盖了高速电自动主轴技术的各种角度。 高加工速度电自动主轴的功能通过其组件的进一步发展和相关的支持技术得到了增强，例如 ，最高速度和动态性能，不断提高。1.1.2主轴的国内外发展现状电主轴的应用一开始在我国用在了小型磨床上，主要对工件进行磨削和粗加工，在我国起步晚，并且因为没有好的轴承的影响，主轴功率低，刚度也是不够的，所以没有大面积的推广。20世

11、纪末期，高速轴承的发展有利于电主轴的发展，轴承的刚性和速度大大提高，木材，高速离心机烘干等应用范围广泛， 领域显着改善。可以说改革开放使国外地先进地技术走进国门，打开市场，使技术得到发展应用。也对人类文明进步作出重大的贡献。是实现中华民族伟大复兴的垫脚石。如今,通过一些电气产品的先进来源,电器的使用更好,并用于硅切割机或高质量的医学实验。目前,研究基地增加了研究工具,大学和其他大公司。这些方面对于主轴的发展进步贡献出不少的力量。下面就我国一些高校对电主轴的研究作出举例。来自洛阳的陈全兵以及北京地区的刘素华二者基于相应的主轴转速以及相应的频率求解，再凭借有限元分析，建立系统模型，随后对主轴的静特

12、性和动特性进行了深入的研发。来自浙大的蒋兴奇指出在轴承运动的同时会因摩擦产生热量，造成其形状的改变，考虑其变形和固有频率，会对轴承载荷产生影响，进而才能建立更精准模型。来自武汉理工的杨光研究了电主轴的动态特性，所用的方法为传递矩阵法。另外，对于电主轴的热态性能，胡秋、王保民等人对发热和散热特性作出相关研发并建立有限元模型。提出了先进的改进方法。主轴运动产生的热量会造成误差，清华大学研究了主轴的热误差，同样建立模型。近年来我国对于主轴的发展进步非常快，在转速不断提高的情况下，精度、恒定功率、稳定调速也得到了提升。这些进步离不开控制系统的开发，不仅提高了机床的性能，还拓宽了应用的范围。国外发达国家

13、对于电主轴的研究比我国要早很多年，工业革命以来，一开始只应用在磨床上，随着技术的进步，应用更加广泛。在加工中心等高精度机床方面广受外界市场关注。当前形势下，相应的电主轴的转速可由原始的几千逐步上升到当前的1000000转以上。应用广泛的结果就会出现很多专业制造商。这些商家使电主轴的生产更加规范化。比如瑞士的 以及，德国的 以及 ， 意大利的以及等。这些研发机构都有着相同的特点：精度高、速度快、可控性好。国外的高水平发展带动着整个行业的进步，高效精确的机床也是我们的生活品质得以提高。首先，它将继续朝着高速，高功率，高扭矩和寿命周期逐步提升的趋势发展。与此同时，相应的支撑系统各方面的性能也能得到切

14、实有效的改善，其内置电机的相关性能有所提升，相应的冷却以及润滑措施能够得到相对较为明显的改善，并基于相对较为先进的刀架技术来改进主轴。与工具连接的刚性;最后，将智能模块引入倒相应的电主轴当中，不仅能够将其适应性有效提升，而且其功能还能呈现出多元化。1.2 设计目的与意义针对传统机床在大批量自动化的生产中的不足，为了适应国内外技术的发展与进步，同时在满足国家政策与法律法规的前提下，非常有必要设计研究出一种新型的加工机床-钻销中心。在原有技术的支持下，应该有意识的进行创新设计，来满足市场大得需求。从而大大提高产品的品质，进而解放劳动力。并且还要提高产品的加工地精度。达到机电一体化。国外发达的工业水平，在一定程度上，也要超过他们，甚至遥遥领先。外国的机床地自动化程度很高，约占整个机床的比例的80%左右。而我国仅仅占了30%。一个国家工业化程度代表了这个国家的发达程度，所以自动化是非常必要的。钻销中心适合加工制造高精度各种孔类零件。1.3设计方案的确定该设计从结构的角度出发，主要代表了主轴系统的结构，通过研究发现，主轴系统的结构由以下三部分组成，并提出如下内容：1.传动系统 主轴的速度控制优先于换档机构，但是由AC电动机执行，并且在主轴和电动机轴之间使用皮带传动。主轴上的传动细节，主要是齿轮和皮带。