立式加工中心主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計1立式加工中心主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計1綜述1.1本課題研究的目的和意義裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如：信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。加工中心是典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個國家設(shè)計、制造的水平，因此在國內(nèi)外企業(yè)界都受到了高度重視。本課題的目的是進(jìn)行立式加工中心主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主軸組件作為加工中心的執(zhí)行元件，它帶動刀具進(jìn)行切削加工、傳遞運(yùn)動、動力及承受切立式加工中心主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計2削力等，并需滿足相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)要求。1.2本課題擬解決的關(guān)鍵問題各類機(jī)床對其主軸組件的要求，主要是精度問題，就是要保證機(jī)床在一定的載荷與轉(zhuǎn)速下，主軸能帶動工件或刀具精確地、穩(wěn)定地繞其軸心旋轉(zhuǎn)，并長期地保持這一性能。主軸組件的設(shè)計和制造，都是圍繞著解決這個基本問題出發(fā)的。為了達(dá)到相應(yīng)的精度要求，通常，主軸組件應(yīng)符合以下幾點(diǎn)設(shè)計要求：1）旋轉(zhuǎn)精度指機(jī)床在空載低速旋轉(zhuǎn)時，主軸前端安裝工件或刀具部位的徑向和軸向跳動值滿足要求。目的是保證加工零件的幾何精度和表面粗糙度。2）剛度指主軸組件在外力的作用下，仍能保持一定工作精度的能力。剛度不足時，不僅影響加工精度和表面質(zhì)量，還容易引起振動。惡化傳動件和軸承的工作條件。設(shè)計時應(yīng)在其它條件允許的條件下，盡量提高剛度值。3）抗振性指主軸組件在切削過程中抵抗強(qiáng)迫振動和自激振動保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力?？拐裥灾苯佑绊懠庸け砻尜|(zhì)量和生產(chǎn)率，應(yīng)盡量提高。4）溫升和熱變形溫升會引起機(jī)床部件熱變形，使主軸旋轉(zhuǎn)中心的相對位置發(fā)生變化，影響加工精度。并且溫度過高會改變軸承等元件的間隙、破壞潤滑條件，加速磨損。5）耐磨性立式加工中心主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計3指長期保持其原始精度的能力。主要影響因素是材料熱處理、軸承類型和潤滑方式1。設(shè)計時應(yīng)綜合考慮以上幾項要求，注意吸收新技術(shù)，以獲得滿意的設(shè)計方案。1.3加工中心的發(fā)展?fàn)顩r1.3.1加工中心的國內(nèi)外發(fā)展對于高速加工中心，國外機(jī)床在進(jìn)給驅(qū)動上，滾珠絲杠驅(qū)動的加工中心快速進(jìn)給大多在min/40m以上，最高已達(dá)到min/90m。采用直線電機(jī)驅(qū)動的加工中心已實用化，進(jìn)給速度可提高到min/10080m，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。國外高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般都在min/2500012000r，由于某些機(jī)床采用磁浮軸承和空氣靜壓軸承，預(yù)計轉(zhuǎn)速上限可提高到min/100000r。國外先進(jìn)的加工中心的刀具交換時間，目前普遍已在s1左右，高的已達(dá)s5.0，甚至更快。在結(jié)構(gòu)上，國外的加工中心都采用了適應(yīng)于高速加工要求的獨(dú)特箱中箱結(jié)構(gòu)或龍門式結(jié)構(gòu)。在加工精度上，國外臥式加工中心都裝有機(jī)床精度溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，加工精度比較穩(wěn)定。國外加工中心定位精度基本上按德國標(biāo)準(zhǔn)驗收，行程mm1000以下，定位精度可控制在mm01.0006.0之內(nèi)。此外，為適應(yīng)未來加工精度提高的要求，國外不少公司還都開發(fā)了坐標(biāo)鏜精度級的加工中心。國內(nèi)生產(chǎn)的高速加工中心快速進(jìn)給大多在min/30m左右，個別達(dá)到min/60m。而直線電機(jī)驅(qū)動的加工中心僅試制出樣品，還未進(jìn)入產(chǎn)量化，應(yīng)用范圍不廣。國內(nèi)高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般在min/180006000r，定位精度控制在mm015.0008.0之內(nèi)，重復(fù)定位精度控制在mm01.0005.0之立式加工中心主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計4內(nèi)。在換刀速度方面，國內(nèi)機(jī)床多在s54，無法與國際水平相比。雖然國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在近幾年中取得了可喜的進(jìn)步，但與國外同類產(chǎn)品相比，仍存在著不少差距，造成國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的市場占有率逐年下降。國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與國外產(chǎn)品相比，差距主要在機(jī)床的高速、高效和精密上。除此之外，在機(jī)床可靠性上也存在著明顯差距，國外機(jī)床的平均無故障時間（MTBF）都在5000小時以上，而國產(chǎn)機(jī)床大大低于這個數(shù)字，國產(chǎn)機(jī)床故障率較高是用戶反映最強(qiáng)烈的問題之一24。1.3.2本課題涉及的主軸部件的研究進(jìn)展典型加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有基礎(chǔ)支承件、加工中心主軸系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、工作臺交換系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺、刀庫及自動換刀裝置以及其他機(jī)械功能部件組成5。圖1.1所示為立式加工中心結(jié)構(gòu)圖。圖1.1