加工中心主传动系统(电主轴)设计[毕业论文+CAD图纸]

数控毕业论文：加工中心主传动系统（电主轴）设计含论文，CAD图纸

加工中心主传动系统(电主轴)设计[毕业论文+CAD图纸]

摘要

本设计主要介绍了数控加工中心主传动系统的结构形式，并以电主轴作为主传动部件对其进行研究。主要设计了数控加工中心用电主轴的主轴结构，套筒及支承部件磁悬浮轴承。解决了套筒与主轴的配合及支承部件的布置形式等关键技术问题。本设计采用了创新型设计方式：将主轴轴端的捕捉轴承置于内侧以增加主轴刚度；将蝶形弹簧拉刀机构换成弹簧卡爪以增加可靠性；将切削液通道均布于轴端内部以增强冷却效果

关键词：数控加工中心；电主轴；套筒；磁悬浮轴承

Abstract

This paper introduces the design of CNC machining centers form the structure of the main drive system and electric drive components as the main axis of their research. The main design of the CNC machining center spindle of the spindle power structure, sleeve bearings and bearing components of magnetic levitation. Solved with the spindle sleeve and bearing components with the layout of the form of the key technical problems. The design uses an innovative design approach: The main shaft bearing at the inside of the catch to increase the stiffness of the spindle; will broach Butterfly institutions spring into spring claw card in order to increase reliability; to cloth cutting fluid channel in the shaft end to enhance the cooling effect inside.

Keywords: CNC machining center； electric spindle； sleeve；magnetic bearing

目录

摘要 ……………………………………………………………………… 1
关 键 词 ………………………………………………………………… 1
引言 ……………………………………………………………………… 2
1、 加工中心概述 …………………………………………………………3
1.1加工中心主轴部件的研究进展 ………………………………… 5
1.2课题研究的目的及要解决的关键问题 ………………………… 7
2、总体传动方案的拟定 …………………………………………………7
2.1对主传动系统的要求 …………………………………………… 8
2.2主传动结构类型 ………………………………………………… 9
2.3主传动方案的确定……………………………………………… 10
2.4加工中心主传动方案的确定…………………………………… 12
3、主运动部件（电主轴）的设计………………………………………12
3.1电主轴的基本参数与结构……………………………………… 12
3.2电主轴的性能参数……………………………………………… 13
3.3主轴电动机功率的计算和设计任务的确定…………………… 14
3.4电主轴的设计…………………………………………………… 15
4、轴承……………………………………………………………………18
4.1电主轴轴承的配置形式和预加载荷…………………………… 18
4.2轴承的类型与选用……………………………………………… 19
4.3径向磁悬浮轴承的设计计算…………………………………… 22
5、电主轴套筒与主轴过盈配合量的计算…………………………… 25
5.1电主轴静态过盈量的计算原理………………………………… 25
5.2电主轴动态过盈量的计算原理………………………………… 28
5.3具体计算与校核………………………………………………… 31
6、加工中心主传动系统辅助机构………………………………………35
6.1电主轴冷却系统………………………………………………… 35
6.2主轴准停机构…………………………………………………… 36
6.3刀具夹紧机构…………………………………………………… 36
6.4轴上零件的链接………………………………………………… 37
6.5主传动系统其他辅助机构……………………………………… 37
7、加工中心应用举例……………………………………………………38
结束语……………………………………………………………………42
参考文献…………………………………………………………………43
致谢………………………………………………………………………44

引言

加工中心的主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速和变速范围，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，并能方便的视线运动的开停，变速，换向和制动等。主传动系统的精度决定了零件的加工精度，因此它应具有较大的调速范围较高的精度与刚度并尽可能降低噪声与热变形，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。

现在加工中心的主轴传动方式普遍采用齿轮传动带传动或调速电动机直接驱动主轴传动，然而再要求主轴转速很高的情况下就要求主轴在极短的时间内实现升降速即在指定位置快速准停，这就要求主轴有很高的角加减速度，若用齿轮外带传动常常会引起较大的振动和噪声，而且正加了转动惯量，若用调速电机直接驱动主轴的传动方式，扭矩小发热量大，随着电气传动技术的迅速发展，高速数控机床主传动的机械结构也得到极大的简化，基本上取消了齿轮传动和带传动，机床主轴有内装式电动机直接驱动从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”，这种主轴电机与机床主轴合二为一的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”即“电主轴”。它具有震动小，噪声低，体积简凑，易于平衡，传动效率高，主轴转速高的特点。电主轴主要由主轴轴承，内装式电动机和刀具夹持装置，传感器及反馈装置等部分组成。影响高速电主轴性能的主要因素有：轴承，润滑，冷却，轴承的预紧力的控制，主轴动平衡，主轴轴端结构，轴上零件的连接等，其中轴承及冷却润滑是关键，因此有必要对主轴的冷却润滑系统以及对轴承的选用作进一步的研究。

1、 加工中心概述

加工中心（Machining Center,简称MC）是一种备有刀库并能自动换刀对工件进行多工序加工的数控机床，它是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的，他综合了机械技术、电子技术将手机软件技术、拖动技术，现代控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断，刀具和应用编程技术的高技术产品，将数控铣床，数控镗床，数控钻床的功能聚集在一台加工设备上，且曾设有自动化刀装置和刀库。可在一次安装工件后，数控系统控制机床按不同的工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速，进给量和刀具箱对工件的运动轨迹及其他辅助功能，一次完成多面多工序的端平面，孔系内外倒角环形槽及攻螺纹等加工。由于加工中心能集中完成多工序，因而减少了工件装夹、测量和调整时间，减少了工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于普通机床3~4倍，达80%以上。所以说加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。

随着电子技术的迅速发展，以及各种性能良好的传感器的出现和运用，加工中心的功能日趋完善，这些功能包括：刀具寿命监视功能，刀具磨损和损伤监视功能，切削状态监视功能，切削异常的监视，报警和自动停机的功能，自动检测和自我诊断功能，及子适应控制功能等。加工中心还与载有随行夹具的自动托板进行有机连接，并能进行切屑自动处理，使得加工中心成为柔性制造系统和自动化工厂的关键设备和基本单元。

加工中心的主要特点有：（1）工序集中 加工中心备有刀库，能自动换刀并能对工件进行多工序加工。现代加工中心更大程度地使工件再一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效高精度的加工。（2）加工精度高：由于加工中心工序集中，因此避免了工件多次装夹的误差，另外整个加工过程有程序控制自动完成，避免了人为操作的误差。加工中心省去了齿轮、凸轮、靠模等部件，减少了这些部件磨损所造成的误差。（3）适应性强：加工中心加工工件的信息都由外部设备提供或计算机直接控制，当加工对象发生改变时，只需重新编制程序和更换刀具即可完成新工件的加工。（4）生产效率高：由于加工中心主轴转速和进给调节范围大，所以能有效的减少机动时间和进给时间。另外，加工中心还有经济效益好、劳动强度低、有利于生产管理的现代化等特点。

加工中心适合加工形状复杂、加工工序多、精度要求较高的零件 如：既有平面又有孔系的箱体类零件，结构形状复杂的凸轮、叶轮、模具类零件，外形不规则的异行零件等。

加工中心主要有基础部件、主轴部件、数控系统、自动换刀系统、自动托盘交换系统、辅助装置等部分组成。主要布置形式有立式、卧式龙门式等多种类型，更先进的有五轴联动加工中心和虚轴加工中心等。

数控技术与加工中心已走过半个多世纪的历程，随着科学技术的发展及世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求，超高速切削超精密加工等技术的应用对加工中心的各个组成部分提出了更高的性能指标，当今的加工中心正在不断用最新技术成就，朝着高速化、高精度化、智能化、系统化与高可靠性等方向发展。