1、數(shù)控立式加工中心的主軸箱設(shè)計設(shè)計開題報告1開題依據(jù)機(jī)床是將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，它是制造機(jī)器的機(jī)器，所以又稱為”工作母機(jī)”或”工具機(jī)”，習(xí)慣上簡稱機(jī)床。現(xiàn)代機(jī)械制造中加工機(jī)械零件的方法很多：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等。在一般的機(jī)器制造中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量占機(jī)器總制造工作量的40-60，機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用。所以此次提出數(shù)控立式加工中心的設(shè)計。2文獻(xiàn)綜述數(shù)控機(jī)床的基本概況數(shù)控(numericalcontrol,NC)機(jī)床，顧名思義，是一類由數(shù)字程序?qū)崿F(xiàn)控制的機(jī)床。與人工操作的普通機(jī)床相比，它具有適應(yīng)范圍廣、自動化程度高、柔性強(qiáng)、操作者勞動強(qiáng)

2、度低、易于組成自動生產(chǎn)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)2。數(shù)控機(jī)床也就是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序8。1952年，美國PARSON公司與麻省理工學(xué)院(MIT)合作，研制出世界上第一臺數(shù)控機(jī)床。從此機(jī)床行業(yè)，乃至整個制造業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。在機(jī)床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過去在普通機(jī)床上無法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機(jī)床為數(shù)控機(jī)床所代替，這就極大地促進(jìn)了機(jī)床行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展。對于整個制造業(yè)，由于大量引用數(shù)控機(jī)床，使得產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，新產(chǎn)品開發(fā)周期明顯縮短，滿足了廣大消費(fèi)者求新和追求個性化的要求，從而形成了制造業(yè)與市場相互促

3、進(jìn)的發(fā)展趨勢。一段時期內(nèi)機(jī)床行業(yè)在技術(shù)發(fā)展上曾被視為“夕陽工業(yè)”，如今再度受到全世界的高度重視。在這一歷史轉(zhuǎn)變中，數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展功不可沒。此外，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，還帶動了眾多相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高，更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對機(jī)械產(chǎn)品的加工相應(yīng)地提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。在機(jī)床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過去在普通機(jī)床上無法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機(jī)床為數(shù)控機(jī)床所代替，這就極大地促進(jìn)了機(jī)床行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床已經(jīng)遍布軍工、航空航天、汽車、

4、造船、機(jī)車車輛、機(jī)床、建筑、通用機(jī)械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業(yè)2。綜上所述，數(shù)控機(jī)床在促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人類生存質(zhì)量和創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會等方面，起著非常重要的作用。數(shù)控機(jī)床是一種高效能自動加工機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：易于加工異型復(fù)雜零件；提高生產(chǎn)率；可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，多機(jī)看管；可以大大減少專用工裝卡具，并有利于提高刀具使用壽命；提高零件的加工精度，易于保證加工質(zhì)量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大減少在制品的數(shù)量；可以大大減輕工人勞動強(qiáng)度，減少所需工人數(shù)量等。一般來說，數(shù)控機(jī)床可分為數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、車

5、削中心幾類2。此次畢業(yè)設(shè)計主要是針對立式加工中心主傳動系統(tǒng)設(shè)計，故以下介紹一些加工中心的應(yīng)用和發(fā)展情況。二、加工中心的基本概念和分類（1）加工中心的基本概念在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上，如果再配以刀具庫和自動換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心2。加工中心的特點(diǎn)是它的刀具庫能存放幾十把甚至更多的刀具，由程序控制換刀機(jī)構(gòu)自動調(diào)用與更換，這樣就可以在沒有人工干預(yù)的情況下，一次完成很多工藝內(nèi)容。加工中心是一種備有刀庫并能自動更換刀具對工件進(jìn)行許多工序加工的數(shù)控機(jī)床。在加工中心上，工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動選擇和更換刀具，自動改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、刀具相對工件的運(yùn)動軌跡及其他輔助功能，依次完成工

6、件一個或幾個面上多工序的加工。加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和機(jī)床的調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時間，使機(jī)床的切削利用率（切削時間和開放時間之比）可達(dá)80%以上，高于普通機(jī)床3-4倍。尤其是在加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高、品種更換頻繁的零件時，加工中心更體現(xiàn)出良好的加工效果。所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機(jī)床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機(jī)床。加工中心最先是在鏜銑類機(jī)床上發(fā)展起來的，可稱為鏜銑加工中心，習(xí)慣上簡稱為加工中心3。（2）加工中心的分類按照加工中心的形態(tài)不同進(jìn)行分類，可分為立式、臥式和五坐標(biāo)加工中心1。1）立式加工中心立式加工中心

7、的主軸軸心線為垂直狀態(tài)配置，結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱式，工作臺為長方形，適合加工小型板類、盤類、殼體類零件。立式加工中心結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，價格底，配備各種附件后，可進(jìn)行大部分工件的加工。2）臥式加工中心臥式加工中心的主軸軸心線為水平狀態(tài)配置，通常都帶有可進(jìn)行分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動的工作臺，適合加工箱體類零件。它與立式加工中心相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、質(zhì)量大、價格亦高。五坐標(biāo)加工中心五坐標(biāo)加工中心兼具立式和臥式加工中心的功能，工件一次裝夾后能完成除安裝面外的所有側(cè)面和頂面等五個面的加工，因此也叫五面加工中心。常見的五坐標(biāo)加工中心有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是主軸可以90旋轉(zhuǎn)，另一種是工作臺可以90旋轉(zhuǎn)。3方案論

8、證3.1概述主傳動系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動的傳動系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料，不同尺寸，不同要求的工件，并能方便的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的開停、變速、換向和制動等。數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)主要包括電動機(jī)、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主傳動系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動機(jī)的無級調(diào)速來承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動機(jī)無級調(diào)速的范圍。數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)與普通機(jī)床比較，數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)。轉(zhuǎn)速高、功率大。它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。3.1.

9、1變速范圍寬。數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范圍，一般Rn100,以保證加工時能選用合理的切削量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。主軸變速迅速可靠。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。由于直流和交流主軸電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日益完善，所以不僅能夠方便的實(shí)現(xiàn)寬范圍無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有機(jī)械摩擦的部位，如軸承，錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤滑。主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動的開停、變速、換向和制動，以滿足機(jī)

10、床的運(yùn)動要求。主電機(jī)具有足夠的功率，全部機(jī)構(gòu)和元件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足機(jī)床的動力要求。主傳動的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗振性，熱變形和噪聲要小，傳動效率要高，以滿足機(jī)床的工作性能要求。操縱靈活可靠，調(diào)整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機(jī)床的使用要求。結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)配置方式主傳動系統(tǒng)主要有四種配置方式：帶有變速齒輪的主傳動大中型數(shù)控機(jī)床采用這種變速方式。通過少數(shù)幾對齒輪降速，擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸低速時對輸出轉(zhuǎn)矩特性要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動機(jī)無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速。滑移齒輪的移位大都

11、采用液壓缸加撥叉，或者直接采用由液壓缸帶動齒輪來實(shí)現(xiàn)。通過帶傳動的主傳動這種傳動主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。電動機(jī)本身的調(diào)速就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動引起的振動與噪聲。適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用V帶或同步齒形帶。用兩個電動機(jī)分別驅(qū)動主軸這是上述兩種方案的結(jié)合，具有上述兩種性能。高速時電動機(jī)通過帶輪直接驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)；低速時，另一個電動機(jī)通過兩級齒輪傳動驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，克服了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電動機(jī)功率不能充分利用的缺陷。內(nèi)裝電動機(jī)主軸傳動結(jié)構(gòu)該主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，

12、有效的提高了主軸部件的剛度，但主軸轉(zhuǎn)矩小，電動機(jī)發(fā)熱對主軸影響較大。綜上所述，我認(rèn)為選取第一種配置較為合理，因?yàn)樵摲N配置應(yīng)用較為廣泛并且滿足數(shù)控立式加工中心的設(shè)計要求，有足夠的變速范圍。3.4主傳動系統(tǒng)的類型按動力源的類型可分為交流電機(jī)驅(qū)動和直流電機(jī)驅(qū)動。交流電動機(jī)驅(qū)動中又可分為單速交流電機(jī)驅(qū)動、調(diào)速交流電機(jī)驅(qū)動和交流伺服電機(jī)驅(qū)動。調(diào)速交流電機(jī)驅(qū)動又有多速交流電機(jī)驅(qū)動和變頻交流電機(jī)驅(qū)動。按傳動裝置類型可分為機(jī)械傳動裝置、液壓傳動裝置、電氣傳動裝置以及它們的組合。按變速的連續(xù)性可分為分級變速傳動和無級變速傳動無級變速傳動可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速

13、，便于實(shí)現(xiàn)變速自動化；能在負(fù)載下變速，便于車削大斷面時保持恒定的切削速度。以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。無級變速傳動可由機(jī)械摩擦無級變速器、液壓無級變速器和電氣無級變速器實(shí)現(xiàn)。機(jī)械摩擦無級變速器結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用可靠，常用在中小型車床，銑床等主傳動中。液壓無級變速器傳動平穩(wěn)，運(yùn)動換向沖擊小，易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，常用于主運(yùn)動為直線運(yùn)動的機(jī)床。電氣無級變速器有直流電動機(jī)和交流調(diào)速電機(jī)兩種，由于可以大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和負(fù)載下變速，應(yīng)用越來越廣泛，尤其在數(shù)控機(jī)床上，目前幾乎都采用電氣變速。主軸組件設(shè)計組件設(shè)計基本要求：旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、溫升和熱變形、精度保持性。3.5.1主軸的構(gòu)

14、造通用機(jī)床主軸短部結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)用范圍：銑床應(yīng)用特點(diǎn):7：24錐孔作定位面，供安裝銑刀或銑刀心軸的尾椎，再用拉桿從主軸后端拉緊，四個螺孔供安裝端銑刀用，兩個長槽供安裝端面鍵以傳遞扭矩主軸組件的設(shè)計計算設(shè)計步驟；1.根據(jù)統(tǒng)計資料，初選主軸直徑；選擇主軸跨距；進(jìn)行主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求修正上述數(shù)據(jù)；進(jìn)行驗(yàn)算；根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果對設(shè)計進(jìn)行必要的修改。機(jī)床主軸端部結(jié)構(gòu)形狀：主軸中心孔前段錐度，摩氏3-6度。為裝配方便，車床主軸直徑通常是從前向后逐段遞減。一般車、銑床主軸后軸頸的直徑d=(0.7-0.9)d，d為前軸頸尺寸。21主軸前軸頸尺寸應(yīng)按所傳遞的功率確定，初選時可參照下表初定。主軸前軸徑的直徑臥

15、式車床60-8070-9070-10595-130110T45140-165150-190220230銑床50-9060-9060-9575-10090-105100-115外圓磨床50-9055-7070-8075-9075-10090-100105105主軸前端面到前支撐徑向支反力作用點(diǎn)之間的距離為主軸懸伸量，減小懸伸量對提高主軸組件的剛度與抗振性有明顯效果。主軸懸伸量的選擇，可參照下表確定。主軸懸申量與前軸頸直徑之比機(jī)床和主軸的類型a/D通用和精密車床，自動車床和短主軸端銑床，用滾動軸承支承，適用于高精度和普通精度要求0.6-1.25中等長度和較長主軸端的車床和銑床，懸申不太長(不是細(xì)長

16、)的精密鏜床和內(nèi)圓磨床，用滾動軸承和滑動軸承支撐，適用于絕大部普通生產(chǎn)的要求。1.25-2.5孔加工機(jī)床，專用加工細(xì)長深孔的機(jī)床，由加工技術(shù)決定，需要有長的懸伸刀桿或主軸可移動，因切削較重而不適用于有咼精度要求的機(jī)床。2.5主軸最佳跨距可據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式初定L=(35)a0式中L最佳跨距a懸伸量(懸仲量大的機(jī)床L=(12)a)0若實(shí)際跨距L宀與最佳跨距L不能相等時,可取合理跨距L=(0.75-1.5)L。實(shí)0合0若LL時,應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)主軸剛度；反之,LL時,應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)軸承剛度。實(shí)0實(shí)0其他傳動軸的徑向尺寸,可按該軸所傳遞的扭矩初定,軸向尺寸必須保證各軸間齒輪不相干涉。滑移齒輪在一對齒輪徹底脫開后,

17、下一對才能進(jìn)行嚙合,并且留有1-2mm間隙的實(shí)際需要的基礎(chǔ)上,據(jù)結(jié)構(gòu)要求確定。主軸滾動支承的選擇主軸組件的滾動軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承,又要有承受兩個方向軸向載荷的推力軸承。軸承類型及型號選用主要應(yīng)根據(jù)主軸組件的剛度、承載能力、轉(zhuǎn)速、抗振性及結(jié)構(gòu)等要求合理進(jìn)行選定。其他附件的設(shè)計與選擇聯(lián)結(jié)鍵的選擇和蝶形彈簧的選擇與計算螺釘聯(lián)結(jié)的設(shè)計潤滑與密封件設(shè)計3.6草圖設(shè)計要求繪制展開圖、截面圖各一張，以表達(dá)所設(shè)計主軸變速箱的基本結(jié)構(gòu)。兩圖應(yīng)并行繪制。其中展開圖以將各軸展開到同一平面的展開形勢繪制，所表達(dá)的是各軸及軸上所有零件的實(shí)際形狀，及軸向位置及尺寸。截面圖則反映各軸的空間關(guān)系及經(jīng)向尺寸。設(shè)計

18、展開圖時，應(yīng)考慮主軸的懸伸量、合理跨距；各傳動軸上齒輪寬度、滑移齒輪必須保證一對齒輪徹底脫開、另一對齒輪才能進(jìn)入嚙合、并留有1-2mm間隙，不相鄰軸上的齒輪在滑動中不干涉等需要，軸承布置，皮帶輪的位置等因素綜合確定軸向尺寸。結(jié)構(gòu)草圖確定后，對有關(guān)軸及齒輪進(jìn)行校驗(yàn)計算。3.7結(jié)構(gòu)圖設(shè)計箱壁各安裝軸承處可適當(dāng)設(shè)凸緣，加筋條。主軸箱應(yīng)留有在床身上安裝定位的基準(zhǔn)面。主傳動系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有剎車制動裝置，安放位置最好在接近執(zhí)行件，轉(zhuǎn)速較高且變速范圍較小的傳動軸上。在向進(jìn)給系統(tǒng)輸出的部位有加工左右螺紋的換向裝置，一般采用介輪換向，而且介輪放在反向傳動中。4.選題的難點(diǎn)及解決方法4.1難點(diǎn)在于，之前沒有接觸過機(jī)床的

19、主軸箱設(shè)計，對無級變速的設(shè)計了解不多，一開始會有較多障礙，另外，對于主軸的強(qiáng)度校核和應(yīng)力分析將會是一大挑戰(zhàn)。解決辦法：1.借閱書籍，尋找相似設(shè)計案例，熟悉銑床的設(shè)計步驟和方法。實(shí)在不懂得地方，咨詢指導(dǎo)老師。5.畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容完成數(shù)控立式加工中心的主軸箱設(shè)計，并進(jìn)行制作與裝配；研究主軸箱的運(yùn)行原理和特性，基本采用標(biāo)準(zhǔn)件的選擇方式，合理裝配。綜合運(yùn)用過去所學(xué)理論知識，提高理論聯(lián)系實(shí)際和綜合分析能力，培養(yǎng)機(jī)電一體化的設(shè)計能力；樹立現(xiàn)代設(shè)計理念，提高機(jī)械設(shè)計和查閱設(shè)計資料、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范等基本技能，并完成畢業(yè)設(shè)計論文、計算說明書等任務(wù)。進(jìn)行必要的調(diào)研工作。1.完成20000字符外文資料的翻譯。2.撰寫畢業(yè)設(shè)

20、計論文。繪制總裝圖一張，部件圖、零件圖若干張5工作進(jìn)度安排2周：調(diào)查研究，閱讀文獻(xiàn)，查找資料，整理資料，完成開題報告，翻譯外文資料；5周：理論設(shè)計；4周：裝配圖，零件圖繪制；2周：檢查，修改設(shè)計與計算；2周：撰寫畢業(yè)設(shè)計論文及準(zhǔn)備答辯；1周：準(zhǔn)備答辯、答辯及成績評定。6參考資料1.吳宗澤.機(jī)械設(shè)計手冊（第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000.1；2.機(jī)械設(shè)計實(shí)用手冊編委會.機(jī)械設(shè)計實(shí)用手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.4；何紅華，馬振寶.互換性與測量技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2008.1；徐茂功.公差配合與技術(shù)測量（第三版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.6；張展.機(jī)械設(shè)計通用手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.5；安小龍，安繼儒金屬材料手冊.北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2008.1；黃伯云，李成功，石力開等.有色金屬材料手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.6姚家倫。機(jī)床課程