1、立式加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(gè)國(guó)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(guó) 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(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)則是當(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(guó)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(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和 競(jìng)爭(zhēng)能力。另外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備 列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不但采取重大措施來(lái)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(duì)中國(guó)實(shí) 行封鎖和限制政策。數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展自1953年美國(guó)研制出第一臺(tái)三坐標(biāo)方式 升降臺(tái)數(shù)控銑床算起，至今已有53年歷史了。20世紀(jì)90年開(kāi)始， 計(jì)算機(jī)技術(shù)及相關(guān)的微電子基礎(chǔ)工業(yè)的高速發(fā)展，給數(shù)控機(jī)床的 發(fā)展提供了一個(gè)良好的平臺(tái)，使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)得到了高速的發(fā) 展。中國(guó)數(shù)控技術(shù)研究從1958年起步，國(guó)產(chǎn)的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是 北京第一機(jī)床廠(chǎng)生產(chǎn)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。雖然從時(shí)間上看只比國(guó) 外晚了幾年，但由于種種原因，數(shù)控機(jī)床技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展卻一 直落后于國(guó)際水平，到1980年中國(guó)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量還不到700臺(tái)。 到90年代，中國(guó)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展才得到了一個(gè)較大的提速。 當(dāng)前，與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍存在

3、著較大的差距。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(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途 徑。1概述1.1加工中心的發(fā)展?fàn)顩r1.1.1加工中心的國(guó)內(nèi)外發(fā)展對(duì)于高速加工中心，國(guó)外機(jī)床在進(jìn)給驅(qū)動(dòng)上，滾珠絲杠驅(qū)動(dòng) 的加工中心快速進(jìn)給大多在40m/min以上，最高已達(dá)到90m/min。 采用直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的加工中心已實(shí)用化，進(jìn)給速度可提高到 80100m/min，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。國(guó)外高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速 一般都在1200025000,/min，由于某些機(jī)床采用磁浮軸承和空氣靜 壓軸承，預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)速上限可提高到1。,/min。國(guó)外先進(jìn)的加工中 心的刀具交換時(shí)間，當(dāng)前普遍

4、已在1，左右，高的已達(dá)0.5s，甚至更 快。在結(jié)構(gòu)上，國(guó)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(mén)式結(jié)構(gòu)。在加工精度上，國(guó)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(guó)外加工 中心定位精度基本上按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)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(yīng)未來(lái)加工精度提高的 要求，國(guó)外不少公司還都開(kāi)發(fā)了坐標(biāo)鏜精度級(jí)的加工中心。相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高速加工中心快速進(jìn)給大多在30m /min 左右，個(gè)別達(dá)到60m/min。而直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(guó)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(fù)定位精度控制在0.0050.01mm之內(nèi)。在換刀速度方面，國(guó)內(nèi)機(jī) 床多在45s，無(wú)法與國(guó)際水平相比。雖然國(guó)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(guó)外 同類(lèi)產(chǎn)品相比，仍存在著不少差距，造成國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)占 有率逐年下降。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與國(guó)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(guó) 外機(jī)床的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）都在5000小時(shí)以上，而國(guó)產(chǎn)機(jī) 床大大低于這個(gè)數(shù)字，國(guó)產(chǎn)機(jī)床故障率較高是用戶(hù)反映最強(qiáng)烈的 問(wèn)題之一。1.1.2立式加工中心的研究進(jìn)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(jī)3-Z軸伺服電機(jī)4-主軸電機(jī)5-主軸箱6-刀庫(kù)7-數(shù)控柜8-操縱面板9-驅(qū)動(dòng)電柜10-工作臺(tái)11 -滑座12-立柱13-床身14-冷卻水箱15-間歇潤(rùn)滑油箱16-機(jī)械手典型加工中心的機(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(dòng)系統(tǒng)、工作臺(tái)交換系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、刀庫(kù)及自 動(dòng)換刀裝置以及其它機(jī)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(jī)械加工設(shè)備，它的 發(fā)展代表了一個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)、制造的水平，因此在國(guó)內(nèi)外企業(yè)界都 受到高度重視。畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)：1、工作臺(tái)尺寸：600mmX400mm；最大承載

7、：600kg2、主軸功率：3.5 - 5KW ；主軸轉(zhuǎn)速：20 - 3000rpm3、進(jìn)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(fù)精度：0.01mm6、圓盤(pán)式刀庫(kù)：10個(gè)刀位，換刀時(shí)間為6秒1.3課題擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題各類(lèi)機(jī)床對(duì)其主軸組件和進(jìn)給組件的要求，主要是精度問(wèn) 題，就是要保證機(jī)床在一定的載荷與轉(zhuǎn)速下，組件能帶動(dòng)工件或 刀具精確地、穩(wěn)定地繞其軸心旋轉(zhuǎn)，并長(zhǎng)期地保持這一性能。主 軸組件和進(jìn)給組件的設(shè)計(jì)和制造，都是圍繞著解決這個(gè)基本問(wèn)題 出發(fā)的。為了達(dá)

8、到相應(yīng)的精度要求，一般，主軸組件和進(jìn)給組件 應(yīng)符合以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)要求：旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度是指機(jī)床在空載低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，安裝工件或刀具部位 的徑向和軸向跳動(dòng)值滿(mǎn)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(jìn)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(shí)，不但影響加工精度和表面質(zhì)量，還容 易引起振動(dòng)，惡化傳動(dòng)件和軸承的工作條件。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(jìn)給組件在切削過(guò)程中抵抗強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振 動(dòng)保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。抗振性直接影響加工表面質(zhì)量和生產(chǎn) 率，應(yīng)盡量提高。溫升和熱變形溫升會(huì)引起機(jī)床部件熱變形，使主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給的相對(duì)

9、位置 發(fā)生變化，影響加工精度。而且溫度過(guò)高會(huì)改變軸承等元件的間 隙、破壞潤(rùn)滑條件，加速磨損。耐磨性指長(zhǎng)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(lèi)型和潤(rùn)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(dòng)件和密封 件等組成的。主軸的啟動(dòng)、停止和變速等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并 經(jīng)過(guò)裝在主軸上的刀具參與切削運(yùn)動(dòng)，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(duì)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(dòng)態(tài)剛度、加 工精度等。主軸內(nèi)部刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)是自動(dòng)刀具交換裝置的組 成部分。2.2機(jī)械系統(tǒng)方案的確定2.2.1主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)于現(xiàn)在的機(jī)床主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，主要分為齒輪傳動(dòng)和同