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1、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
2、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 CENTERABSTRACTMachining center (MC) is a kind of CNC machine with tool magazine. It can perfo
3、rm 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 gr
4、aduation 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
5、 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. Bas
6、ed 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 develo
7、pment direction of modern machine tool, which is widely used in machine manufacturing. KEYWORDS: machining center, spindle, bearing, column 目录前言1第一章加工中心概述3第二章 主传动系统设计42.1传动系统简介42.2主传动系统设计的要求4第三章 主轴电机的选型与参数73.1计算切削力73.2主电机功率估算83.3确定电动机型号8第四章 主传动变速系统设计94.1同步带参数计算94.2 圆弧同步带设计总结11第五章 主轴组件的设计125.1 主轴组件的设
8、计要求135.2 主轴设计145.2.1主轴的主要尺寸参数145.2.2 主轴轴端结构155.2.3 主轴材料和热处理155.3 主轴的轴承155.4主轴组件的计算155.4.1初选主轴直径155.4.2主轴悬伸量a的确定155.4.3主轴最佳跨距的确定165.5 主轴组件校核165.5.1主轴组件的刚度计算165.5.2主轴强度校核计算175.5.3主轴强度校核205.6轴承、键的校核215.6.1轴承校核计算215.6.2键的设计计算校核225.7刀具自动加紧机构以及切削屑清洗机构225.8润滑与密封23第六章 设计总结24致谢25参考文献26前言 1952年，第一台数控机床诞生.在制造业
9、，数控装备出现，使许多复杂的加工曲面都能够顺利进行，如今数控机床已经成为制造业加工零件的主流器械。设计的生产面越来越广，能满足越来越多的工业需求，现已被国家科技人员高度重视。数控机床的集机械制造技术、信息处理技术、微电处理技术和自动化等合为一体，随着科学技术的发展而不断地发展与创新。在制造业行的的技术的突飞猛进中，数控机床的推动作用是至关重要的，同时也带动了周边产业经济规模不断壮大的支柱。一些发达国家如德国、日本、荷兰、美国等都已经实现了大规模数控化。 作为对比，我国机床的发展却有自己的特点，作为世界上机床产量最大的国家之一，我国的数控机床产品得竞争力却处于国际水平中下游，距世界一流水平还相差
10、甚远。就算面对中国国内机床市场的竞争，国产机床也面临着严峻考验：一方面对于需求方，国内市场对数控机床尤其是加工中心需求量大，另一方面对于供应方，不幸的是，国产机床质量差，生产成本高，利用率低，生产滞销堆积；而进口产品质量好，能满足各企业的大量需求，占据着市场大部分区域，这就严重阻碍了我国自主品牌数控机床的发展。 国内机床行业的现状，对于我们青年大学生而言，是一种机遇，也是一种挑战，下面介绍一下数控机床的优点：加工种类繁多；效率率高；劳动力消耗小；工作量小；刀具寿命长；节约成本。一般来说，数控机床大体分为数控车，数控镗、加工中心。此次毕设只要针对立式加工中心主轴部件来设计、因此下面将会介绍有关加
11、工中心主轴部件的相关知识。 这次毕业设计对我们即将毕业的大四学生至关重要，它不仅仅是对这几年所学习课程的总结,在这次的加工中心总体、主轴部件及立柱设计设计中培，还养了我运用所学知识分析和解决问题的能力，让我能够将知识转化为实践，通过这次毕业设计，我的各方面综合能力都得到了良好的锻炼、能够综合设计中遇到的问题练习工程实际问题；复习了机械设计，熟悉和掌握了数控机床主轴设计的方法，合理运用所学相关知识，同时增强技能专业化。本次设计我的主要利用材料是数控加工中心设计、机械设计及机械设计课程手机手册等。通过反复查阅资料，教材，我对这些理论有了更好的掌握。 本说明书共分为六大块，第一章介绍了关于加工中心的
12、一些概念,工作原理；第二章讲述了加工中心的主传动系统设计；第三章讲述主轴电机的计算选型；第四章讲述的是传动系统同步带的设计；第五章讲述了主轴组件的设计以及相关零件的校核；第六章时对本次设计的大总结。第一章加工中心概述一、基本概念 即装有刀库和自换换刀装置的数控机床。它的特点是能够在倒库里存下许多种刀具，有程序控制自动换刀，这样就可以在没有认为干涉的情况下一次完成很多种加工任务。在加工中心上，一次装卡工件可同时完成多道工序数控系统能够根据程序控制不同的安装刀具，自动改变主轴进给量，主轴转速，道具相对于工件的运动轨迹，依次完成一个或者几个面的工艺加工。因此可以减少换装工件和机床的调整时间、减少零件
13、生产周期、贮存时间、生产效率高、自动化程度很强。二、加工中心的分类 （1）立式加工中心 主轴轴线垂直，为立柱固定，矩形工作台。 （2）卧式加工中心 主轴轴线水平。是带有分度回转转运动工作台的一类加工中心，适合加工体积较大的零部件。 （3）五坐标加工中心 可以完成任意面的加工。三、加工中心基本结构（1） 基础部件 床体、立柱和工作台（2） 主轴组件 由主轴箱体、交流主轴电动机、主轴和轴承等零件。（3） 控制系统 单台加工中心数控系统是由数字编程装置、编程控制元件、伺服驱动装置、电动机、（4） 伺服系统 （5） 自动换刀装置 刀库、换刀机械手和驱动元件。第二章 主传动系统设计2.1传动系统简介加工
14、中心主传动系统是由带动主轴传动的电机、主轴的传动系统以及主轴组件组成与普通机床主轴系统相比，转速更高，回转精度更精确，结构刚性和抗震性优良。加工中心主要的优点就是它能够完成由多台机床才能够完成的加工任务，这里列举一些加工中心突出的优点：（1） 在数控机床的基础上增加了装有各种刀具的刀库以及自动换刀装置。可以一次同时进行多工步加工操作。（2） 特有的装备：自动回转工作台； （3）主轴转速可以变更、进给量可调、具有插补功能，方便操作员编程。 （4）如果带有APC工作台，工件在加工时，其他工件就在装卡卸下的位置等待加工，不会耽误正在进行的工件的加工。2.2主传动系统设计的要求加工中心整体尺寸图如2-
15、1所示图2-1 加工中心总体尺寸图 如图2-1，操作面板在机床的右侧，左侧是刀库，里面贮存加工时所需的刀具；本设计的加工中心工作台分X向进给工作台、Y向进给工作台、Z向进给工作台。其中X向进给量为500毫米，Y向进给量为600毫米，Z向进给量为600毫米。当需要加工工件时，自动换刀装置会根据编程选定合适的刀具，然后安装在主轴前端。主轴通过加紧机构将刀具锁紧。这时，主轴电机通过同步带带动主轴旋转，共建加工开始。等工件加工完成以后，下一个在装卸位置等待的待加工工件就会被推至加工处，进行下一轮加工。若一批零件加工完成以后或者需要加工另一道工序时，机床系统选择合适道具，然后自动装卡，进行加工。在换刀过程中，由主轴上端通过主轴内孔股进来的压缩空气会把主轴前端安装刀具部位清理干净，避免刀具安装时产生误差。 本次设计的立式加工中心的总体大概设计：主轴电机：交流调速电动机传动部件：圆弧同步带 圆弧齿同步带应力分布均匀，在高速条件下产生的震动小，匀化了
