（全套CAD）立式加工中心主轴组件的结构设计（终稿）

格式：RAR 上传：2022-06-25 08:13:31

《（全套CAD）立式加工中心主轴组件的结构设计（终稿）》修改意见稿

1、“......解决上述问题的策略旋转精度主要取决于主轴支承轴承主轴箱上轴承座等的制造装配和调整精度。显然，若要保证主轴组件的旋转精度，则必然对主轴支承轴颈的圆度轴承滚道及滚子的圆度主轴及其上的回转零件的动平衡度止推轴承的滚道及滚动体的误差以及对主轴的主要定心面的径向跳动和轴向窜动等提出较高的整体要求，特别要提高支承轴承的精度等级。要保证旋转精度，通常应尽量满足以上要求。而对于主轴组件的刚度，实际上是主轴轴承轴承座等加工设计的综合反映。主轴自身的结构形状和尺寸，滚动轴承的配置形式背靠背面对面同向混合等数量类型预紧等，以及支承的跨距主轴前端的悬伸量等都将直接影响其刚度。为了保证机床的主轴具有足够的刚度，通常应尽量使主轴前端的悬伸量缩短，主轴直径增大，并通过计算求出支承轴承间的最佳跨距进行预紧采用合理的轴承及其相应的配置形式等措施。采用以上各种措施必然会使机床的刚性及旋转精度大幅度提高，但是，若盲目地全部采纳上述措施，则定会使机床的制造难度增大，成本增加。所以，在设计的时候，要综合各项因素考虑。方案拟定......”。

2、“.....主轴的启动停止和变速等均由数控系统控制，并通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。.机械系统方案的确定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步带传动。齿轮传动是机械传动中最重要的传动之，应用普遍，类型较多，适应性广。其传递的功率可达近十万千瓦，圆周速度可达，效率可达。齿轮传动大多数为传动比固定的传动，少数为有级变速传动。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。同步带是啮合传动中唯种不需要润滑的传动方式。在啮合传动中，它的结构最简单，制造最容易，最经济，弹性缓冲的能力最强，重量轻，两轴可以任意布置，噪声低。它的带由专业厂商生产，带轮自行设计制造，它在远距离多轴传动时比较经济。同步带传动时的线速度可达有时允许达，传动功率可达，传动比可达有时允许达，传动效率可达......”。

3、“.....能保证固定的传动比预紧力较小，轴和轴承上所受的载荷小带的厚度小，单位长度的质量小，故允许的线速度较高带的柔性好，故所用带轮的直径可以较小。其主要缺点是安装时中心距的要求严格。由于齿轮传动需要具备较多的润滑条件，而且为了使主轴能够达到定的旋转精度，必须选择较好的工作环境，以防止外界杂物侵入。而同步带传动则避免了这些状况，并且传动效率和传动比等都能符合课题的要求，故在本课题的主轴传动方式中选择同步带传动。主轴进给机构对于主轴的进给机构，机床通常被设计为进给电动机与丝杠直接传动的形式。而丝杠所作的则是螺旋传动，它能将旋转运动转变为直线运动。螺旋传动按摩擦状态通常分为滑动螺旋，滚动螺旋，滚滑螺旋以及液压螺旋。如今在机床上通常采用的是滑动螺旋和滚动螺旋，下面就这两类传动方式进行比较，见表.。表.滑动螺旋滚动螺旋的特点与应用场合滑动螺旋滚动螺旋结构示意图使用性能摩擦系数大立式,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......”。

4、“.....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......”。

5、“.....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......”。

6、“.....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，行程以下，定位精度可控制在之内。此外，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左右，个别达到。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般在，定位精度控制在之内，重复定位精度控制在之内。.在主轴凸缘上均布数个螺钉以调整内圈的移动量，调整方便......”。

7、“.....图.将紧靠轴承右端的垫圈做成两个半环，可以径向取出，修磨其厚度可控制预紧量的大小，调整精度较高，。修磨座圈通过修磨轴承的内外座圈，可以调整轴承的预紧力。图.所示为两种修磨的形式。修磨轴承内圈的内侧修磨轴承外圈的内侧图.修磨轴承座圈图.为轴承外围宽边相对背对背安装，这时修磨轴承内圈的内侧，使间隙增大。图.所示为外围窄边相对面对面安装，这时修磨轴承外圈的窄边。在安装时按图示的相对关系装配，并用螺母或法兰盖将两个轴承轴向压拢，使两个修磨过的端面贴紧，这样能够使两个轴承的滚道之间产生预紧。另种方法是将两个厚度不同的隔套放在两轴承内外圈之间，同样将两个轴承轴向相对压紧，使滚道之间产生预紧，隔套调整法如图.所示。图.隔套调整法主轴支承方案的确定主轴轴承的不同配置形式对主轴组件刚度损失有巨大的影响，从而确定当支承跨距较大时，降低支承刚度，或适当增大主轴轴颈直径和内孔直径是减小主轴组件刚度损失的有效措施，并可提高其动态性能。本课题采用陶瓷球轴承做主轴支撑，即用氮化硅材料做成陶瓷球来替代滚珠，轴承内外套圈仍为钢套圈。虽然只是把钢球变成了氮化硅球......”。

8、“.....沟道的几何尺寸也作了改进以优化轴承性能。这种轴承在减小了离心力的同时，也减小了滚珠与该道间的摩擦力，从而获得较低的温升及较好的高速性能。混合陶瓷球轴承最常见的形式是角接触球轴承，它可以在既有径向也有轴向负荷时有效地高速运转。但是轴向负荷只能从个方向施加。因此，这些轴承通常成对安装并施加预负荷以保证正确的接触角。由于加工中心在加工时不仅需要受到轴向力，还会受到定的径向力。因此在本课题的轴承配置中选用如图.的方式。而本课题的预紧方式采用隔套调整法及双螺母预紧。轴承的配合由于主轴轴承在工作时基本上都是内圈旋转外圈相对固定不动,且主轴承受载荷多为定向载荷。因此,为了提高轴承的刚性,防止轴承在工作期间因摩擦发热而引起内圈膨胀,导致内圈与主轴之间产生相对转动现象,精密机床主轴轴承内圈与主轴之间般选择过盈配合。另外,为了使轴承外圈沟道不只在局部受力,允许轴承外圈在轴承座内出现蠕动现象,以尽可能地延长轴承的使用寿命。同时,为防止轴承外圈因热膨胀引起与轴承座之间的过紧现象,引起轴承预紧增加,导致摩擦发热加剧,故轴承外圈与轴承座之间般选择间隙配合......”。

9、“.....固定端前支承的角接触球轴承与轴承座的配合采用间隙配合,配合目标间隙值取。为了提高机床的切削刚性，该轴承与主轴的配合采用过盈配合,配合目标过盈量取。而后支承的角接触球轴承与主轴选用过盈配合,配合目标过盈量取。与轴承座之间为间隙配合,配合目标间隙值取。主轴轴承设计计算.轴承受力分析轴承的受力简图参见图.。从图上可知，在两处所用的是同种型号的角接触球轴承，且处的轴承是成对使用，共同承担支承作用。所以，校验处轴承只需取受力最大处即可。已知，则轴承所受径向合力为轴承所受径向合力为.轴承寿命计算轴承的工作年限为年年按天计算，每天两班工作制按计算，则轴承预期计算寿命为已知轴承所受的轴向负荷，径向负荷。由表查得分界择同步带传动。但是需要注意的是同步带的安装具有严格的要求。在主轴的进给运动中，采用滚珠丝杠。其耐磨性好磨损小，低速运行时无爬行无振动，能够很好地确保轴的进给精度。由于加工中心具备自动换刀功能，所以在主轴组件中还应有主轴准停装置刀具自动夹紧机构以及切屑清除机构。在本课题中，主轴准停机构采用磁力传感器检测定向......”。