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（图纸+论文）立式加工中心主轴组件的结构设计（全套完整）

轴所受的扭矩，单位为轴所受的弯矩，单位为。轴的抗弯截面系数为式中轴颈处直径，单位为，此处，为轴孔直径。得根据主轴材料为，由表查得许用弯曲应力。按扭转切应力为脉动循环变应力，取折合系数。将上述参数代入公式.，则轴的计算应力为因为，所以主轴的强度符合要求。主轴的刚度校核轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。对于本课题的主轴，应该按轴的弯曲刚度校核。轴计算刚度经验公式为.式中轴的计算挠度，单位为轴惯性量，单位为轴所用材料的弹性模量，单位为支承跨度，单位为轴所受圆周力，单位为轴所受径向力，单位为。轴的允许挠度，单位为已知。由表查得轴的允许挠度为将上述参数代入公式.，则轴的计算刚度为由于，所以轴能够满足刚度要求。综上所述，轴的强度，刚度均符合校核要求。.主轴组件的支承主轴轴承的类型机床主轴带着刀具或夹具在支承件中作回转运动，需要传递切削扭矩，承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。数控机床主轴支承根据主轴部件的转速承载能力及回转精度等要求的不同而采用不同种类的轴承。主轴轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型结构配置精度安装调整润滑和冷却都直接影响了主轴组件的工作性能。在数控机床上主轴轴承常用的有滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承摩擦阻力小，可以预紧，润滑维护简单，能在定的转速范围和载荷变动范围下稳定地工作。滚动轴承由专业化工厂生产，选购维修方便，在数控机床上被广泛采用。但与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体数目有限，刚度是变化的，抗振性略差并且对转速有很大的限制。数控机床主轴组件在可能条件下，尽量使用了滚动轴承，特别是大多数立式主轴和主轴装在套筒内能够作轴向移动的主轴。这时滚动轴承可以用润滑脂润滑以避免漏油。图.所示为主轴常用的几种滚动轴承的类型。双列圆柱主轴内孔直径的确定主轴内孔直径与机床类型有关，主要用来通过棒料，通过拉杆镗杆或顶出顶尖等。确定孔径的原则是，为减轻主轴重量，在满足对空心主轴孔径要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下，应尽量取大值。由经验得知，当时是主轴平均直径，主轴刚度会急剧下降而当时，内孔对主轴刚度几乎无影响，可忽略不计，所以常取孔径的极限值为此时，刚度削弱小于。按照任务书的要求及综合各轴段直径的实际大小，确定内孔直径。.主轴端部形状的选择机床主轴的轴端般用于安装刀具夹持工件或夹具。在结构上，应能保证定位准确安装可靠连接牢固装卸方便，并能传递足够的扭矩。目前，主轴端部的结构形状都已标准化。图.所示为铣床主轴的轴端形式，其尺寸大小按照进行加工，选择主轴序号为的主轴端部尺寸。图.铣床主轴的轴端形式.主轴悬伸量的确定主轴悬伸量是指主轴前端面到前支承径向反力作用中点般即为前径向支承中点的距离。它主要取决于主轴端部结构型式和尺寸前支承的轴承配置和密封装置等，有的还与机床其他结构参数有关，如工作台的行程等，因此主要由结构设计确定。悬伸量值对主轴部件的刚度和抗振性具有较大的影响。因此，确定悬伸量的原则，是在满足结构要求的前提下尽可能取小值，同时应在设计时采取措施缩减值。.主轴支承跨距的确定支承跨距是指主轴相邻两支承反力作用点之间的距离。跨距是决定主轴系统动静刚度的重要影响因素。合理确定支承跨距，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之。最优跨距是指在切削力作用下，主轴前端的柔度值最小时的跨距。其推导公式是在静态力作用下进行的。实验证明，动态作用下最优跨距很接近于推得的最优值。最优跨距可按下列公式计算.式中式中主轴前端悬伸长，单位为材料的弹性模量，单位为轴惯性矩，单位为前轴承刚度值，单位为后轴承刚度值，单位为。按上式计算最优跨距，计算过程如下.式中主轴跨距部分的平均直径，单位为主轴跨距部分的平均孔颈，单位为。由式.得由参考文献中图.确定，由主轴材料为查得材料的弹性模量由主轴的结构形式确定主轴前端悬伸长将上述参数值代入公式，得，将，值代入公式.，得按照结构设计的要求，取。由于，故满足设计要求。主轴受力分析轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。而作用在轴上的扭矩，般从传动件轮毂宽度的中点算起。图.轴承受力图主轴上的轴承采用端固定，另端游动的支承形式。图示.为轴承在空间力系的总受力图，它可分解为铅垂面图.和水平面图.两个平面力系。由公式.得出切向铣削力径向负荷切向负荷轴向负荷图.静不定梁铅垂面分解图由于此主轴的受力属于简单静不定梁类型，所以要以静不定梁的受力方法来解决问题。图示.为静不定梁的铅垂面受力图。为了使其变形与原静不定梁相同，必须满足变形协调条件，即要求。利用叠加法，得挠度为.式中径向切向负荷分力，单位为径向切向负荷，单位为材料的弹性模量，轴惯性矩，。机械手拔出。待机械手将新刀装入后，油缸的下腔通入压力油，活塞向上移，碟形弹簧伸长将拉杆和双瓣拉着向上，双瓣卡爪重新进入套筒，将刀柄拉紧。活塞移动的两个极限位置都有相应的行程开关，作用，作为刀具松开和夹紧的回答信号。图.数控镗铣床主轴组件机构示意图调整半环双列园柱滚子轴承向心球轴承，调整环双瓣卡爪弹簧拉杆向心推力球轴承油缸碟形弹簧活塞喷气头套筒图.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.所示的弹簧夹头结构以及图.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.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。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。其工作原理图可参考图.。.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。其输入个电脉冲就转动步，即每当电动机绕组接受个电脉冲，转子就转过个相应的步距角。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.。表.伺服电动机的特点及应用实例种类主要特点应用实例伺服电动机.高响应特性.高功率密度体积小重量轻.可实现高精度数字控制.接触换向部件电刷与换向器需要维护.不能高速大扭矩工作。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伺服电动机.具有伺服电动机的全部优点.对定于电流的激励分量和转矩分量分别控制.具有良好的性价比.坚固耐用免维修。机械机器人等步进电动机.转角与控制脉冲数成比例，可构成直接数字控制.工作状态不受干扰.步距角有误差.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.加工中心主轴组件总体设计方案的确定综合.，.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立式,加工,中心,主轴,组件,结构设计,毕业设计,全套,图纸摘要加工中心由于备有刀库并能自动更换刀具，使得工件在次装夹中可以完成多工序的加工。加工中心般不需要人为干预，当机床开始执行程序后，它将直运行到程序结束。加工中心还赋予了专业化车间些诸多优点，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年美国研制出第台三坐标方式升降台数控铣床算起，至今已有年历史了。世纪年开始，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年起步，国产的第台数控机床是北京第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直落后于国际水平，到年我国的数控机床产量还不到台。到年代，我国的数控机床技术发展才得到了个较大的提速。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。概述.加工中心的发展状况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以上，最高已达到。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，其应用范围不断扩大。国外高速加工中心主轴转速般都在，由于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。国外先进的加工中心的刀具交换时间，目前普遍已在左右，高的已达，甚至更快。在结构上，国外的加工中心都采用了适应于