【毕业设计】五轴高速加工中心总体布局及主轴部件毕业设计说明书 ㊣ 精品文档 值得下载

复杂性，西方工业发达国家直把五轴数控系统作为战略物资实行出口许可证制度，对我国实行禁运。

因而，研究五轴数控加工技术对国家科技力量和综合国力的提高有重要意义。

课题研究的意义目前由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵，加之程序制作较难，使五轴系统难以平民化应用。

但近年来，随着计算机辅助设计计算机辅助制造系统取得了突破性发展，珊星公司等中国多家数控企业，纷纷推出五轴联动数控机床系统，打破了外国的技术封锁，占领了这战略性产业的至高点，大大降低了其应用成本，从而使中国装备制造业迎来了个崭新的时代，以信息技术为代表的现代科学的发展对装备制造业注入了强劲的动力，同时也对它提出更强要求，更加突出了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中无可替代的基础作用。

作为国民经济增长和技术升级的原动力，以五轴联动为标志的机械装备制造业将伴随着高新技术和新兴产业的发展而共同进步。

中国不仅要做世界制造的大国，更要做世界制造强国，预计在不久的将来，随着五轴联动数控机床系统的普及推广，必将为中国成为世界最强国奠定坚实的基础，毕业设计论文报告纸第二章五轴高速加工中心总体布局方案设计五轴高速加工中心的结构组成加工中心自问世至今已有多年，世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各界，但从总体来看主要由以下几大部分组成。

图五轴高速加工中心结构组成基础部件。

它是加工中心的基础结构，由床身立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。

这些大件可以是铸铁件也可以是焊接而成的钢结构件，它们是加工中心中体积和重量最大的部件。

主轴部件。

由主轴箱主轴电动机主轴和主轴轴承等零件组成。

主轴的启停和变速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。

数控系统。

加工小心的数控部分是由装置，可编程控制器伺服驱动装置以及操作面板等组成。

它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。

自动换刀系统。

由刀库机械手等部件组成。

当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手或通过其他方式将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。

辅助装置。

包括涡滑冷却排屑防护液压气动和检测系统等部分。

这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率加工精度和可靠性起着保障毕业设计论文报告纸作用，因此也是加工中心中不对缺少的部分。

五轴高速加工中心主要结构形式图五轴高速加工中心结构设计五轴高速加工中心主要性能参数本课题研制的五轴高速加工中心的主要技术性能参数如下工作台尺寸毕业设计论文报告纸行程导轨尺寸丝杠尺寸向快速移动速度，向快速移动速度主轴最大转速主轴电机最大功率刀库容量把定位精度土重复定位精度土主轴锥孔换刀时间间次外形尺寸。

随着国民经济飞速发展，制造业向着高精尖方向发展，特别是汽车船舶纺织电子技术航空航天的迅猛发展，对机床的精度和生产率要求也越来越高，急需大批加工精度高主轴转速以上快移速度大于的高效高精机床。

所谓多轴铣，即是在加工过程中，除提供沿方向的线性移动外，还提供绕轴轴轴的转动，具有四轴铣加工和五轴铣加工的数控机床统称为多轴铣加工机床。

双旋转工作台式五轴机床，该机床是通过工作台的旋转和翻转来实现五轴联动加工的。

通常被用于小型五轴机床，由于是工作台的转动，所以节省了轴的线性行程。

这类机床通常适合加工小型工件，例如叶轮，模具等。

五轴高速加工中心总体布局方案初步拟定方案采用立式加工中心，龙门式结构。

二个转动坐标轴均由复合主轴头来实现，即主轴头回转，主轴头摆动。

主轴前端是个回转头，能自行环绕轴度，成为轴，回转头上还有带可环绕轴旋转的轴，般可达度以上，实现除底面剩余五个面的加工。

这种方案的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。

缺点是主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。

图济南二机床集团公司开发生产的龙门移动式大型五轴联动数控铣床方案二采用立式加工中心，龙门式结构，三轴移动式，对于旋转轴，采毕业设计论文报告纸用工作台回转和工作台摆动来实现，是中小型五轴加工机床采用较多的种结构型式。

优点是有精确较高的机械传动精度以及较高的转速及精度。

其缺点是在需要工作台有较高的转动进给速度和加速度时，所承受的工作重量受到定限制见图图工作台回转的五轴加工中心五轴高速加工中心总体布局方案比较方案优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。

缺点是主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。

方案二优点是有精确较高的机械传动精度以及较高的转速及精度。

其缺点是在需要工作台有较高的转动进给速度和加速度时，所承受的工作重量受到定限制加工中心的总体布局应当使机床能够实现加工所需的运动要求和加工功能，并且具有良好的精度刚度抗振性和热稳定性等结构性能。

还要尽量使其便于操作结构简单紧凑外形美观等。

经过对不同运动方案和各部件的设计方案的定性分析比较确定该教育型小型立式加工中心的总体设计方案为采用固定立柱，电主轴通过安装座安装在立柱导轨的滑座上最大动载荷为根据动载荷要求，选用插管埋入式双螺母垫片预紧滚珠丝杠副，型号为。

丝杠公称直径为，基本导程，其额定动载荷，额定静载荷，圈数列数，丝杠螺母副的接触刚度为，螺母长度为，取丝杠的精度为级。

在本课题中采用双螺母垫片式预紧。

临界压缩负荷确定丝杠螺纹部分的长度。

等于工作台的最大行程加上螺母长度加两端余程。

为。

支承跨距应略大于，取为。

丝杠全长。

临界压缩负荷为毕业设计论文报告纸„„„„„„„„„„„„„„„式中丝杠支承方式系数材料的弹性模量，丝杠最小截面惯性矩，单位为最大受压长度，单位为安全系数，般取最大轴向工作载荷，单位为惯性矩式中丝杠螺纹底径，单位为丝杠公称直径，单位为钢球直径，单位为。

由于滚珠丝杠副支承方式采用双推简支形式，查表得支承系数。

将上述参数代入公式得可见远大于，故能满足要求。

临界转速验算临界转速经验公式„„„„„式中丝杠最小横截面，单位为临界转速计算长度，单位为毕业设计论文报告纸安全系数，般取材料的密度，碳钢丝杠支承方式系数。

由于滚珠丝杠副支承方式采用双推简支形式，资料得支承系数。

丝杠最小横截面为式中丝杠螺纹底径，单位为临界转速计算长度将上述参数代入公式，则临界转速为可见远大于，故能满足要求。

轴承的动负荷验算本课题在丝杠的固定端选用成对丝杠专用轴承组合，型号为，其额定动载，预紧力。

在丝杠的游动端选用深沟球轴承，型号为。

动负荷经验公式„„„„„„„„„„„„„„„式中寿命系数转速系数轴承预紧力，单位为。

寿命系数式中可靠性为的额定寿命，查表查得毕业设计论文报告纸转速系数式中计算转速，此处等于最高转速。

将上述参数代入公式，则轴承动负荷为可见轴承动负荷小于额定动载，故能满足要求。

轴承的动负荷验算图为丝杠的受力图。

已知切向负荷，径向负荷，轴向负荷，丝杠承重。

得得毕业设计论文报告纸图丝杠受力图轴承的径向合力为已知轴承所受的轴向负荷，径向负荷，基本额定径向静载荷。

则相对轴向载荷为式中径向接触系数，般取。

由资料查得分界判断系数。

由资料查得径向动载荷系数，轴向动载荷系数。

由资料查得载荷系数般为，取。

则轴承的当量动载荷为资料查得，轴承预期计算寿命。

该轴承应具有的基本额定动载荷式中失效率可靠度的基本额定寿命轴承的转速，单位为基本额定动载荷，单位为毕业设计论文报告纸当量动载荷，单位为寿命指数，对球轴承，滚子轴承。

由表查得基本额定动载荷。

由于，所以能够满足要求。

丝杠拉压振动和扭转振动的固有频率验算滚珠丝杠的拉压刚度„„„„„„„„„„„„当丝杠螺母副运动到丝杠的两个极端位置时，会产生最大和最小拉压刚度。

其中，值分别为和。

则由公式得最大和最小拉压刚度为已知轴承的接触刚度，丝杠螺母的接触刚度，丝杠的最小拉压刚度，螺母座刚度。

双推简支方式的丝杠轴向拉压刚度由下式计算得到轴向拉压刚度丝杠拉压振动的固有频率显然，丝杠的扭转振动的固有频率远远大于，所以，能满足要求。

毕业设计论文报告纸结论本课题确定了五轴高速加工中心主轴组件的总体设计方案，对主轴组件的各组成机构进行了方案论证设计计算以及选型。

同时，通过对加工中心主轴组件的主要部件，如主轴轴承丝杠键等进行校核，较为理想地实现了任务书中对立式加工中心主轴组件的技术指标。

加工中心主轴组件的运转过程比较平稳，且主轴组件的结构简单，拆装方便，维修容易，价格低廉。

主轴组件的结构主要分为两个部分，即主运动机构和进给运动机构。

而在主运动机构中，按照功能来分，可主要分为主轴传动机构主轴准停机构刀具自动夹紧机构以及切屑清除机构。

本课题采用交流主轴电动机作为主轴传动的原动力，通过同步带传动来实现主轴电机和主轴之间的减速传动。

通过对同步带带型的选择，确定了同步带传动的线速度带长轴间距等参数，并对大小带轮进行了结构设计。

为了防止同步带的掉落，在带轮的两侧按分别安装了带轮挡圈。

在大带轮上还安装了动平衡较好的圆盘，主轴准停中的发磁体被设置在圆盘上，而磁传感器则安放于距离发磁体处，实现了主轴准停功能。

在刀具自动夹紧机构中，为了控制活塞的行程，采用了个型号为的行程开关，避免了刀具产生夹持过紧或过松的现象。

为了提高主轴的刚度，主轴的支承采用了三支承形式，并在前后支承处让角接触轴承进行背对背安装，使主轴能够承受双向的轴向载荷。

通过计算校核，主轴的刚度和强度满足设计的要求。

同时，由于采用了混合陶瓷轴承，使轴承的运转速度提高刚性增大热稳定性更好，改善了全钢轴承所存在的些不足之处。

轴承的润滑方式采用脂润滑，其润滑油的类型为高级锂基油脂。

在主轴组件的进给传动机构中，本课题采用了直流伺服电动机作为原动机。

电动机的输出轴与丝杠通过凸缘联轴器直接相连。

丝杠的前支承采用了深沟球轴承，而后支承则采用了型号为的角接触轴承。

考虑到丝杠在工作时的热膨胀，所以，在丝杠的配置形式中，选用了固定简支形式，使丝杠在受热膨胀后不会产生挠度。

为了限制进给机构的行程，在滚珠丝杠副处设置了两个撞块，并在机架上安装了个的行程开关，使进给机构行程控制在。

毕业设计论文报告纸致谢这次毕业设计可以圆满的完成，我要感谢我的导师，老师在我设计过程中对我的构思以及论文的内容不厌其烦的进行多次指导和悉心指点，使我在完成设计的同时