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1、第36页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）卧式加工中心主传动系统设计摘 要数控加工中心是一种备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。它综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断和应用编程技术的高技术产品。加工中心适合于加工形状复杂、加工工序多、精度要求较高、需要用多种类型的普通机床和众多的工艺装备，且需经多次装夹和调整才能完成加工的零件。数控加工中心主传动系统是由主轴电动机、主轴传动系统以及主轴组件组成。本文对数控加工中心的功能与发展趋势进行了简单的论述，着重论述了卧式加工中心主传动系统的设计，其内容包括电动机的选择、
2、确定传动方案、拟定转速图、齿轮的设计与校核、主轴的设计及各传动轴的设计与各传动轴的刚度校核。关键词：主轴箱；无极变速；传动系统Horizontal processing center main transmission system designAbstractProcessing center is equipped with a sword and can change automatic library tool on the more process of numerical control machine. It combined the mechanical technology,
3、 electronic technology, computer software technology, pneumatic technology, dragging technology, modern control theory, measurement and sensing technology and communications diagnosis and application programming technology of high technology products. Suitable for processing processing center comple
4、x shape, and processing procedures, higher accuracy, need to use a variety of types of ordinary machine tools and many of the technology and equipment, and need to the many times the clamping and adjust to finish machining parts. Processing center main transmission system is made of spindle motor, m
5、ain shaft transmission system and the spindle component. This article on the nc machining center function and the development trend of simple, this paper focuses on the horizontal processing center main transmission system design, and its content including motor selection, sure transmission scheme,
6、for the design of gear speed diagram, and checking, the design and the design and checking of the drive shaftKey words: headstocks, a continuously variable speed , transmission Systerm目 录1 绪 论11.1 加工中心的定义11.2 加工中心的特点11.2.1 加工精度高11.2.2工序集中11.2.3 适应性强21.2.4 生产效率高21.2.5 经济效益好21.2.6 劳动强度低，工作条件好21.2.7 有利
7、于生产管理的现代化31.3 加工中心的主要加工对象31.3.1 既有平面又有孔系的零件31.3.2 结构形状复杂、普通机床难加工的零件31.3.3 外形不规则的异形零件31.3.4 新产品试制中的零件31.3.5 周期性投产的零件41.4 加工中心的基本组成41.4.1 基础部件41.4.2 主轴部件41.4.3 数控系统41.4.4 自动换刀系统51.4.5 辅助装置51.5 加工中心的工作原理51.6 加工中心的分类61.6.1 立式加工中心61.6.2 卧式加工中心61.6.3 万能加工中心61.6.4 虚轴加工中心71.7 加工中心的发展方向72 加工中心主传动系统82.1 加工中心主
8、传动系统的要求82.1.1 调速功能82.1.2动态响应性能82.1.3 精度和刚度要求82.1.4 抗振性和热稳定性要求92.1.5 具有刀具的自动夹紧功能92.1.6 功率要求92.1.7 主轴定位功能要求92.2主传动系统主要技术指标的确定92.2.1 主运动变速系统主要参数102.2.2 主传动功率102.2.3 选择电动机型号102.2.4 电动机的功率、扭矩特性112.3主传动变速系统设计112.3.1 转速图的拟定112.3.2 主运动的调速范围122.3.3 主轴箱传动系统图132.3.4 各轴计算转速143 传动系统零部件设计153.1选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数153
9、.2齿轮齿数的确定153.3齿轮模数的估算153.4按齿面接触疲劳强度校核齿轮模数163.5估算各传动轴直径与各轴的材料选取183.6 传动轴的弯曲刚度验算193.7花键键侧挤压应力计算274 主轴组件的设计294.1主轴的要求294.1.1回转精度294.1.2 静刚度294.1.3 抗振性294.1.4 升温和热变形294.1.5 耐磨性294.1.6 材料和热处理304.1.7 主轴的结构304.1.8主轴轴承的选择304.2 主轴尺寸参数的确定314.2.1主轴直径的确定314.2.2主轴内孔直径314.2.3主轴前悬伸量314.2.4主轴的支承跨距324.2.5主轴轴端结构325总装
10、配图33结 论34致 谢35参考文献361 绪 论1.1 加工中心的定义加工中心是一种备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、省时和节能的要求而迅速发展起来的，它综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和应用编程技术的高技术产品，将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能并聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置和刀库，可在一次安装工件后，数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、内外倒角、环形
11、槽及攻螺纹等加工。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床34倍，达80%以上。所以说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。1.2 加工中心的特点1.2.1 加工精度高加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点，由于加工中心采用工序集中的加工手段，一次安装即可加工出零件上大部分待加工表面，避免了工件多次装夹所产生的装夹误差，在保证高的工件尺寸精度的同时获得各加工表面之间高的相对位置精度。另外，加工中心整个加工过程由程序控制自动执行，避免了人为操作所产生的偶
12、然误差。结合加工中心完善的位置补偿功能及高的定位精度和重复定位精度，使工件加工精度更高，加工质量更加稳定。1.2.2工序集中加工中心备有刀库，能自动换刀，并能对工件进行多工序加工。现代加工中心更大程度地使工件在一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工，即工序集中。这是加工中心最突出的特点。1.2.3 适应性强加工中心对加工对象的适应性强。加工中心加工工件的信息都由一些外部设备提供，比如软盘、光盘、USB接口介质等，或者有计算机直接在线控制（DNC）。当加工对象改变时，除了更换相应的刀具和解决毛坯装夹方式外，只需要重新编制程序，输入新的程序就能实现对新的零件的加工，缩短了生产
13、准备周期，节约了大量工艺装备费用。这对结构复杂零件的单件、小批量生产及新产品试制带来极大地方便，同时，它还能自动加工普通机床很难加工或无法加工的精密复杂零件。1.2.4 生产效率高 零件加工所需要的时间包括机动时间和辅助时间两部分，加工中心能够有效地减少这两部分时间。加工中心主轴转速和进给量的调节范围大，每一道工序都能选用最有利的切削用量，良好的结构刚性允许加工中心进行大切削量的强力切削，有效地节省了机动时间。加工中心移动部件的快速移动和定位均采用了加速和减速措施，选用了很高的空行程运动速度，消耗在快进、快退和定位的时间要比一般机床少得多。同时加工中心更换待加工零件时几乎不需要重新调整机床，零
14、件安装在简单的定位夹紧装置中，用于停机进行零件安装调整的时间可以大大节省。加工中心加工工件时，工序高度集中，减少了大量半成品的周转、搬运和存放时间，进一步提高了生产效率。1.2.5 经济效益好加工中心加工零件时，虽分摊在每个零件上的设备费用较昂贵，但在单件、小批量生产情况下，可以节省许多其他方面的费用。由于是数控加工，加工中心不必准备专用钻模等工艺设备，加工之前节省了划线工时，零件安装在机床上之后可以减少调整、加工和检验时间。另外，由于加工中心的加工稳定性，减少了废品率，是生产成本进一步下降。1.2.6 劳动强度低，工作条件好加工中心的加工零件是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、
15、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度可大为减轻；同时，加工中心的结构均采用全封闭设计，操作者在外部进行监控，切削、冷却液等对工作环境的影响微乎其微，工作条件较好。1.2.7 有利于生产管理的现代化利用加工中心进行生产，能准确地计算出零件的加工工时，并有效地简化检验、工夹具和半成品的管理工作，这些特点有利于生产管理现代化。当前有许多大型CAD/CAM集成软件已经开发了生产管理模块，实现了计算机辅助生产管理。加工中心使用数字信息与标准代码输入，最适宜计算机联网及管理。当前较为流行的FMS、CIMS、ERP等都离不开加工中心的应用。1.3 加工中心的主要加工对象1.3.1 既有平面又有孔系的零件 加工中心具有自动换刀装置，在一次安装中，可以完成零件上平面的铣削、孔系的钻削、镗削、铰削、及螺纹切削等多工步加工。加工部位可以在一个平面上，也可以在不同的平面上。因此，既有平面又有孔系的零件是加工中心的首选加工对象，常见的这类零件有箱体和盘、套、板类零件。1.3.2
