立式加工中心主传动系统毕业设计

1、立式加工中心主传动系统毕业设计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。另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，不但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

2、面对中国实 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。中国数控技术研究从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，数控机床技术在中国的发展却一 直落后于国际水平，到1980年中国的数控机床产量还不到700台。 到90年代，中国的数控机床技术发展才得到了一个较大的提速。 当前，与国外先进水平相比仍存在

3、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40m/min以上，最高已达到90m/min。 采用直线电机驱动的加工中心已实用化，进给速度可提高到 80100m/min，其应用范围不断扩大。国外高速加工中心主轴转速 一般都在1200025000,/min，由于某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1。,/min。国外先进的加工中 心的刀具交换时间，当前普遍

4、已在1，左右，高的已达0.5s，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1000mm以下，定位精 度可控制在0.0060.01mm之内。另外，为适应未来加工精度提高的 要求，国外不少公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30m /min 左右，个别达到60m/min。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60

5、0018000,/min，定位精度控制在0.0080.015mm之内， 重复定位精度控制在0.0050.01mm之内。在换刀速度方面，国内机 床多在45s，无法与国际水平相比。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立式加工中心的研究进展图1.1立式加工中心

6、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 动换刀装置以及其它机械功能部件组成。图1.1所示为立式加工中 心结构图。1.2课题的目的及内容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。毕业设计的基本数据：1、工作台尺寸：600mmX400mm；最大承载

7、：600kg2、主轴功率：3.5 - 5KW ；主轴转速：20 - 3000rpm3、进给速度：X、Y向 1 - 10000mm/min； Z向 1 - 5000mm/min4、行程：X、Y向、Z向：600mm X400mm X400mm5、定位精度：土0.025mm；重复精度：0.01mm6、圆盘式刀库：10个刀位，换刀时间为6秒1.3课题拟解决的关键问题各类机床对其主轴组件和进给组件的要求，主要是精度问 题，就是要保证机床在一定的载荷与转速下，组件能带动工件或 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 轴组件和进给组件的设计和制造，都是围绕着解决这个基本问题 出发的。为了达

8、到相应的精度要求，一般，主轴组件和进给组件 应符合以下几点设计要求：旋转精度旋转精度是指机床在空载低速旋转时，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。刚度指主轴组件和进给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，不但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。抗振性指主轴组件和进给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。温升和热变形温升会引起机床部件热变形，使主轴旋转和进给的相对

9、位置 发生变化，影响加工精度。而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。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。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 经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