立式加工中心主傳動系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、立式加工中心主傳動系統(tǒng)畢業(yè)設計引言裝備工業(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)則是當今先進制造 技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當今世界各國制造業(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)多變市場的適應能力和 競爭能力。另外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備 列為國家的戰(zhàn)略物資，不但采取重大措施來發(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

2、面對中國實 行封鎖和限制政策。數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展自1953年美國研制出第一臺三坐標方式 升降臺數(shù)控銑床算起，至今已有53年歷史了。20世紀90年開始， 計算機技術(shù)及相關(guān)的微電子基礎工業(yè)的高速發(fā)展，給數(shù)控機床的 發(fā)展提供了一個良好的平臺，使數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)得到了高速的發(fā) 展。中國數(shù)控技術(shù)研究從1958年起步，國產(chǎn)的第一臺數(shù)控機床是 北京第一機床廠生產(chǎn)的三坐標數(shù)控銑床。雖然從時間上看只比國 外晚了幾年，但由于種種原因，數(shù)控機床技術(shù)在中國的發(fā)展卻一 直落后于國際水平，到1980年中國的數(shù)控機床產(chǎn)量還不到700臺。 到90年代，中國的數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展才得到了一個較大的提速。 當前，與國外先進水平相比仍存在

3、著較大的差距?？傊罅Πl(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為世 界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途 徑。1概述1.1加工中心的發(fā)展狀況1.1.1加工中心的國內(nèi)外發(fā)展對于高速加工中心，國外機床在進給驅(qū)動上，滾珠絲杠驅(qū)動 的加工中心快速進給大多在40m/min以上，最高已達到90m/min。 采用直線電機驅(qū)動的加工中心已實用化，進給速度可提高到 80100m/min，其應用范圍不斷擴大。國外高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速 一般都在1200025000,/min，由于某些機床采用磁浮軸承和空氣靜 壓軸承，預計轉(zhuǎn)速上限可提高到1。,/min。國外先進的加工中 心的刀具交換時間，當前普遍

4、已在1，左右，高的已達0.5s，甚至更 快。在結(jié)構(gòu)上，國外的加工中心都采用了適應于高速加工要求的 獨特箱中箱結(jié)構(gòu)或龍門式結(jié)構(gòu)。在加工精度上，國外臥式加工中 心都裝有機床精度溫度補償系統(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準驗收，行程1000mm以下，定位精 度可控制在0.0060.01mm之內(nèi)。另外，為適應未來加工精度提高的 要求，國外不少公司還都開發(fā)了坐標鏜精度級的加工中心。相對而言，國內(nèi)生產(chǎn)的高速加工中心快速進給大多在30m /min 左右，個別達到60m/min。而直線電機驅(qū)動的加工中心僅試制出樣 品，還未進入產(chǎn)量化，應用范圍不廣。國內(nèi)高速加工中心主軸轉(zhuǎn) 速一般在60

5、0018000,/min，定位精度控制在0.0080.015mm之內(nèi)， 重復定位精度控制在0.0050.01mm之內(nèi)。在換刀速度方面，國內(nèi)機 床多在45s，無法與國際水平相比。雖然國產(chǎn)數(shù)控機床在近幾年中取得了可喜的進步，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)控機床的市場占 有率逐年下降。國產(chǎn)數(shù)控機床與國外產(chǎn)品相比，差距主要在機床的高速、高 效和精密上。除此之外，在機床可靠性上也存在著明顯差距，國 外機床的平均無故障時間（MTBF）都在5000小時以上，而國產(chǎn)機 床大大低于這個數(shù)字，國產(chǎn)機床故障率較高是用戶反映最強烈的 問題之一。1.1.2立式加工中心的研究進展圖1.1立式加工中心

6、結(jié)構(gòu)圖1-切削箱2-X軸伺服電機3-Z軸伺服電機4-主軸電機5-主軸箱6-刀庫7-數(shù)控柜8-操縱面板9-驅(qū)動電柜10-工作臺11 -滑座12-立柱13-床身14-冷卻水箱15-間歇潤滑油箱16-機械手典型加工中心的機械結(jié)構(gòu)主要有基礎支承件、加工中心主軸 系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、工作臺交換系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺、刀庫及自 動換刀裝置以及其它機械功能部件組成。圖1.1所示為立式加工中 心結(jié)構(gòu)圖。1.2課題的目的及內(nèi)容加工中心是典型的集高新技術(shù)于一體的機械加工設備，它的 發(fā)展代表了一個國家設計、制造的水平，因此在國內(nèi)外企業(yè)界都 受到高度重視。畢業(yè)設計的基本數(shù)據(jù)：1、工作臺尺寸：600mmX400mm；最大承載

7、：600kg2、主軸功率：3.5 - 5KW ；主軸轉(zhuǎn)速：20 - 3000rpm3、進給速度：X、Y向 1 - 10000mm/min； Z向 1 - 5000mm/min4、行程：X、Y向、Z向：600mm X400mm X400mm5、定位精度：土0.025mm；重復精度：0.01mm6、圓盤式刀庫：10個刀位，換刀時間為6秒1.3課題擬解決的關(guān)鍵問題各類機床對其主軸組件和進給組件的要求，主要是精度問 題，就是要保證機床在一定的載荷與轉(zhuǎn)速下，組件能帶動工件或 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 軸組件和進給組件的設計和制造，都是圍繞著解決這個基本問題 出發(fā)的。為了達

8、到相應的精度要求，一般，主軸組件和進給組件 應符合以下幾點設計要求：旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度是指機床在空載低速旋轉(zhuǎn)時，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。剛度指主軸組件和進給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，不但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。設計時應在其它條 件允許的條件下，盡量提高剛度值。抗振性指主軸組件和進給組件在切削過程中抵抗強迫振動和自激振 動保持平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的能力?？拐裥灾苯佑绊懠庸け砻尜|(zhì)量和生產(chǎn) 率，應盡量提高。溫升和熱變形溫升會引起機床部件熱變形，使主軸旋轉(zhuǎn)和進給的相對

9、位置 發(fā)生變化，影響加工精度。而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。耐磨性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。2方案擬定2.1加工中心主軸組件的組成主軸組件是由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動件和密封 件等組成的。主軸的啟動、停止和變速等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并 經(jīng)過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部 件。主軸是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的好壞對加工中心的性 能有很大的影響，它決定著加工中心的切削性能、動態(tài)剛度、加 工精度等。主軸內(nèi)部刀具自動夾緊機構(gòu)是自動刀具交換裝置的組 成部分。2.2機械系統(tǒng)方案的確定2.2.1主軸傳動機構(gòu)對于現(xiàn)在的機床主軸傳動機構(gòu)來說，主要分為齒輪傳動和同