xhk0825加工中心主轴箱部件设计(附件)
摘 要加工中心与我们使用的普通数控机床的区别在于加工中心多了一个刀库，这样就使得加工中心就能够将工件进行一次装夹后实现多工序加工。加工中心主要由其基础部件和主轴部件以及数控系统，自动换刀装置这四大部分组成的。主轴部分是加工中心的重要部件，它的精度对整个加工中心的加工精度有着很大的影响。所以我们要仔细研究主轴部件，了解其综合性能且制定出能够符合各种要求的方案。在我们完成相关结构设计后，还应当对其零件进行一些校核。
目 录
第一章 绪论 1
1.1加工中心的特点与应用 1
1.2主轴部件的研究进展 1
第二章 机床总体设计 2
2.1 加工中心基本的组成 2
2.2 加工中心的选型 2
2.3 主轴传动形式 2
2.4主轴的准停控制 5
2.5伺服驱动系统方案的确定 7
第三章 主轴组件的设计 9
3.1主轴电动机的选用 9
3.2主轴零件设计 9
3.3主轴受力分析 12
3.4主轴的强度校核 16
3.5主轴的刚度校核 17
第四章 主轴组件的支承 18
4.1主轴轴承的类型 18
4.2主轴轴承的配置 18
4.3主轴轴承的预紧 19
4.4主轴轴承设计计算 20
4.5主轴组件的润滑与密封 22
结束语 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1加工中心的特点与应用
随着经济的高速发展，我国的制造工业也向着高、精、尖的方向发展，为了适应飞速变化的市场和顾客对的机械产品需求，机械产品的制造业对于降低生产成本，并且提高工作效率以及产品质量的要求越来越高。与普通数控机床相比，由于加工中心的加工零件时的高效率，而且它所具有的工艺手段较多，综合加工能力较强,对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适用操作者的劳动强度减轻；经济效益高；有利于生产管理的现代化。所以加工中心的应用已经居于整个机床行业的领先地位了。这类机床是在一般数控机床的基
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
础上发展起来的。就是在普通数控机床上加装一个刀库成为了数控加工中心，习惯上简称为加工中心。它的出现使数控机床更进一步地向自动化和高效化方向发展。
加工中心主要适用于复杂、工序多、精度要求高、需用多种类型普通机床和繁多刀具、工装，经过多次装夹和调整才能完成加工的具有适当批量的零件。其主要加工对象有以下四类：箱体类零件；复杂曲面；异形件；盘、套、板类零件。
1.2主轴部件的发展
主轴部分是加工中心的主要组成部分，通常情况下主轴部件是由其主电机，还有一些传动机构以及一些组件组成。和常规机床主轴系统相比，加工中心主轴系统要具有更高的转速、更高的回转精度以及更高的结构刚性和抗振性。而且主轴动态方面特性将直接关系到加工中心工作时的加工精度的好坏。
伴随着制造技术的发展，主轴传动系统的机构进行了多方面的改进。主轴的主电机就是将电能转换为机械能的一种能量转换装置。主轴的主电机从开始的步进电动机到直流伺服电动机以及现在流行的交流伺服电动机。主轴的变速控制从单一的有级变速到现在的无级变速以及分段无级变速这多种主轴变速方式。主轴的传动方式由普遍使用的齿轮传动到带传动，以及现在流行的电主轴。电主轴是一种智能型功能部件，不但转速高、功率大，还有一系列控制主轴温升与振动等机床运行参数的功能，以确保其高速运转的可靠性与安全。这些技术的改进将电机传动的传动链减少，从而提高了主轴转速以及减少了主轴功率损耗，而且这一系列的改变加快了加工中心的发展。
第二章 机床总体设计
2.1 加工中心基本的组成
就目前而言世界上已经拥有了许多种规格及种类的加工中心，但是现在我们的加工中心主要还是下面几个部分组成。
基础部件。其主要是由铸铁件还有一些焊接件组成加工中心的床身，鞍座，等其他的大件组成的[2]。所以这些基础部件需要在各种情况下，还拥有较好的刚度。
主轴部件。这些主轴部件将动力源通过这些部件间的传递，进行工件的切削加工，所以这些零件对加工中心的精度巨大。
数控系统。就是通过数字指令可以将机械设备进行一些相应的动作指令，它就是我们加工中心的大脑来控制动作的执行。
自动换刀装置。加工中心就是比我们正常使用的数控机床多了一个自动换刀装置，这样其加工中心就可以一次完成零件的多个加工工序。
2.2 加工中心的选型
我们一般通过其作业时，观察它主轴的位置，大体上将加工中心分为两类，第一类是立式的，第二类是卧式的。我们所说的立式的加工中心就是当加工中心作业时，我们的主轴作业的方向与工作台垂直[3]。所以这种类型的加工中心通常适用于一些板类或者盘类的零件，而且它所具有的工艺手段也较多。我们将它与卧式的加工中心进行对比，它的的结构相对简单，而且所需要的占地范围要小一点，最重要的是市场价格要低一点，性价比比较高。
2.3 主轴传动形式
2.3.1带有变速齿轮的主传动
我们使用齿轮传动时，正常会使用到几对齿轮的配合，使得主轴可以进行变速。齿轮传动的应用在我们的传动形式中还是较多的，而且这种传动方式的适应性比较好。但是这种传动方式对齿轮的精度还有后续的装配要求较高，它传动的距离也不能过大。
图21 带有变速齿轮的主传动
2.3.2通过皮带传动的主传动
带传动是指使用皮带将主电机的机械能传动到主轴上，使主轴可以自传。带传动由于其结构相对简单，性价比较高还有弹性缓冲比较好等优点所以现在是市场上比较流行的一种传动方式[4]。而且这种传动方式在远距离传动方面比齿轮传动要好。但是这种传动方式在后续的装配时对其中心距需的要求较高。
图22 通过皮带传动的主传动
2.3.3两个电动机分别驱动主轴
图23 两个电动机分别驱动主轴
2.3.4高速电主轴
高速电主轴就是把主电机和主轴这两个部分变成一个整体，这样的话就减少了主轴与主电机中间的联接部分，联接部分的机械损耗也会相应的减少。电主轴不仅转速很高，而且它的功率也比较大，所以电主轴还需要一些控制温升等方面的功能。因此电主轴是一个完整的系统[5]。
图24 高速电主轴
2.4主轴的准停控制
主轴的准停功能就是主轴收到机床发出的停止指令之后，主轴能够停在指令要求的位置。
2.4.1机械准停
机床在早期的使用比较常见，目前逐渐被其他准停方式淘汰。究其原因就是安装调试比较麻烦而且在高速运行情况下准停动平衡效果不太理想[6]。
图25 机械准停
目 录
第一章 绪论 1
1.1加工中心的特点与应用 1
1.2主轴部件的研究进展 1
第二章 机床总体设计 2
2.1 加工中心基本的组成 2
2.2 加工中心的选型 2
2.3 主轴传动形式 2
2.4主轴的准停控制 5
2.5伺服驱动系统方案的确定 7
第三章 主轴组件的设计 9
3.1主轴电动机的选用 9
3.2主轴零件设计 9
3.3主轴受力分析 12
3.4主轴的强度校核 16
3.5主轴的刚度校核 17
第四章 主轴组件的支承 18
4.1主轴轴承的类型 18
4.2主轴轴承的配置 18
4.3主轴轴承的预紧 19
4.4主轴轴承设计计算 20
4.5主轴组件的润滑与密封 22
结束语 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1加工中心的特点与应用
随着经济的高速发展，我国的制造工业也向着高、精、尖的方向发展，为了适应飞速变化的市场和顾客对的机械产品需求，机械产品的制造业对于降低生产成本，并且提高工作效率以及产品质量的要求越来越高。与普通数控机床相比，由于加工中心的加工零件时的高效率，而且它所具有的工艺手段较多，综合加工能力较强,对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适用操作者的劳动强度减轻；经济效益高；有利于生产管理的现代化。所以加工中心的应用已经居于整个机床行业的领先地位了。这类机床是在一般数控机床的基
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
础上发展起来的。就是在普通数控机床上加装一个刀库成为了数控加工中心，习惯上简称为加工中心。它的出现使数控机床更进一步地向自动化和高效化方向发展。
加工中心主要适用于复杂、工序多、精度要求高、需用多种类型普通机床和繁多刀具、工装，经过多次装夹和调整才能完成加工的具有适当批量的零件。其主要加工对象有以下四类：箱体类零件；复杂曲面；异形件；盘、套、板类零件。
1.2主轴部件的发展
主轴部分是加工中心的主要组成部分，通常情况下主轴部件是由其主电机，还有一些传动机构以及一些组件组成。和常规机床主轴系统相比，加工中心主轴系统要具有更高的转速、更高的回转精度以及更高的结构刚性和抗振性。而且主轴动态方面特性将直接关系到加工中心工作时的加工精度的好坏。
伴随着制造技术的发展，主轴传动系统的机构进行了多方面的改进。主轴的主电机就是将电能转换为机械能的一种能量转换装置。主轴的主电机从开始的步进电动机到直流伺服电动机以及现在流行的交流伺服电动机。主轴的变速控制从单一的有级变速到现在的无级变速以及分段无级变速这多种主轴变速方式。主轴的传动方式由普遍使用的齿轮传动到带传动，以及现在流行的电主轴。电主轴是一种智能型功能部件，不但转速高、功率大，还有一系列控制主轴温升与振动等机床运行参数的功能，以确保其高速运转的可靠性与安全。这些技术的改进将电机传动的传动链减少，从而提高了主轴转速以及减少了主轴功率损耗，而且这一系列的改变加快了加工中心的发展。
第二章 机床总体设计
2.1 加工中心基本的组成
就目前而言世界上已经拥有了许多种规格及种类的加工中心，但是现在我们的加工中心主要还是下面几个部分组成。
基础部件。其主要是由铸铁件还有一些焊接件组成加工中心的床身，鞍座，等其他的大件组成的[2]。所以这些基础部件需要在各种情况下，还拥有较好的刚度。
主轴部件。这些主轴部件将动力源通过这些部件间的传递，进行工件的切削加工，所以这些零件对加工中心的精度巨大。
数控系统。就是通过数字指令可以将机械设备进行一些相应的动作指令，它就是我们加工中心的大脑来控制动作的执行。
自动换刀装置。加工中心就是比我们正常使用的数控机床多了一个自动换刀装置，这样其加工中心就可以一次完成零件的多个加工工序。
2.2 加工中心的选型
我们一般通过其作业时，观察它主轴的位置，大体上将加工中心分为两类，第一类是立式的，第二类是卧式的。我们所说的立式的加工中心就是当加工中心作业时，我们的主轴作业的方向与工作台垂直[3]。所以这种类型的加工中心通常适用于一些板类或者盘类的零件，而且它所具有的工艺手段也较多。我们将它与卧式的加工中心进行对比，它的的结构相对简单，而且所需要的占地范围要小一点，最重要的是市场价格要低一点，性价比比较高。
2.3 主轴传动形式
2.3.1带有变速齿轮的主传动
我们使用齿轮传动时，正常会使用到几对齿轮的配合，使得主轴可以进行变速。齿轮传动的应用在我们的传动形式中还是较多的，而且这种传动方式的适应性比较好。但是这种传动方式对齿轮的精度还有后续的装配要求较高，它传动的距离也不能过大。
图21 带有变速齿轮的主传动
2.3.2通过皮带传动的主传动
带传动是指使用皮带将主电机的机械能传动到主轴上，使主轴可以自传。带传动由于其结构相对简单，性价比较高还有弹性缓冲比较好等优点所以现在是市场上比较流行的一种传动方式[4]。而且这种传动方式在远距离传动方面比齿轮传动要好。但是这种传动方式在后续的装配时对其中心距需的要求较高。
图22 通过皮带传动的主传动
2.3.3两个电动机分别驱动主轴
图23 两个电动机分别驱动主轴
2.3.4高速电主轴
高速电主轴就是把主电机和主轴这两个部分变成一个整体，这样的话就减少了主轴与主电机中间的联接部分，联接部分的机械损耗也会相应的减少。电主轴不仅转速很高，而且它的功率也比较大，所以电主轴还需要一些控制温升等方面的功能。因此电主轴是一个完整的系统[5]。
图24 高速电主轴
2.4主轴的准停控制
主轴的准停功能就是主轴收到机床发出的停止指令之后，主轴能够停在指令要求的位置。
2.4.1机械准停
机床在早期的使用比较常见，目前逐渐被其他准停方式淘汰。究其原因就是安装调试比较麻烦而且在高速运行情况下准停动平衡效果不太理想[6]。
图25 机械准停
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