（定稿）五轴高速加工中心总体布局及主轴部件设计（全套下载）

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《（定稿）五轴高速加工中心总体布局及主轴部件设计（全套下载）》修改意见稿

1、“.....张勇.陶瓷轴承电主轴系统的特性与分析.机械与电子.，李楠，姜韶峰.精密机床主轴轴承的安装方法分析.轴承.，张章福.铣工工艺学.北京科学普及出版社，.濮良贵，纪名刚.机械设计.北京高等教育出版社，.成大先.机械设计手册轴及其联接•单行本.北京化学工业出版社，.在数控机床上主轴轴承常用的有滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承摩擦阻力小，可以预紧，润滑维护简单，能在定的转速范围和载荷变动范围下稳定地工作。滚动轴承由专业化工厂生产，选购维修方便，在数控机床上被广泛采用。但与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体数目有限，刚度是变化的，抗振性略差并且对转速有很大的限制。数控机床主轴组件在可能条件下，尽量使用了滚动轴承，特别是大多数立式主轴和主轴装在套筒内能够作轴向移动的主轴。这时滚动轴承可以用润滑脂润滑以避免漏油。图.所示为主轴常用的几种滚动轴承的类型。双列圆柱双列推力向双列圆锥滚带凸缘双列圆柱带弹簧的单列圆滚子轴承心球轴承子轴承滚子轴承锥滚子轴承图.主轴常用的几种滚动轴承的类型为了适应主轴高速发展的要求......”。

2、“.....陶瓷滚珠轴承由于陶瓷材料的质量轻，热膨胀系散小，耐高温，所以具有离心小动摩擦力小预紧力稳定弹性变形小刚度高的特点。但由于成本较高，在数控机床上还未普及使用。数控机床主轴支承根据主轴部件的转速承载能力及回转精度等要求的不同而采用不同种类的轴承。不同类型主轴轴承的优缺点见表.。表.数控机床的主轴轴承及其性能性能滚动轴承液体静压轴承气体静压轴承磁力轴承陶瓷轴承旋转精度般或较高，在预紧无间隙时较高高，精度保持性好般同滚动轴承刚度般或较高，预紧后较高，取决于所用轴高，与节流阀形式有关，薄膜反馈或滑阀反馈很高较差，因空气可压缩，与承载力大小有关不及般滚动轴承比般滚动轴承差抗振性较差，阻尼比好，阻尼比好较好同滚动轴承速度性能用于中低速，特殊轴承可用于较高速用于各级速度用于超高速用于高速用于中高速，热传导率低，不易发热摩擦损耗较小，小，小很小同滚动轴承寿命疲劳强度限制长长长较长结构尺寸轴向小，径向大轴向大，径向小轴向大，径向小径向大轴向小，径向大制造难易轴承生产专业化标准化自制，工艺要求高，需要供油设备自制......”。

3、“.....用油脂润滑要求供油系统清洁，较难要求供气系统清洁，较易较难较难成本低较高较高高较高机床主轴轴承发展，经历了滚陶气浮磁浮等阶段。滚动轴承发展到陶瓷轴承，即钢球改为陶瓷球，滚道加或金属。由于陶瓷球具有高刚度高硬度低密度以及低热胀和低导热系数等特点，同时所用油脂为次性，终身润滑，大大地提高了滚动轴承的性能，所以被广泛采用。目前，般中小规格的数控机床如车床铣床钻镗床加工中心磨床等的主轴部件多采用成组高精度滚动轴承重型数控机床采用液体静压轴承，高精度数控机床如坐标磨床采用气体静压轴承，转速达的主轴则可采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。数控机床的转速高，为减少主轴的发热，必须改善轴承的润滑方式。在数控机床上的润滑般采用高级油脂封入方式润滑，每加次油脂可使用年。主轴轴承的配置根据主轴部件的工作精度刚度温升和结构的复杂程度，合理配置轴承，可以提高主传动系统的精度。要由结构设计确定。悬伸量值对主轴部件的刚度和抗振性具有较大的影响。因此，确定悬伸量的原则......”。

4、“.....同时应在设计时采取措施缩减值。.主轴支承跨距的确定支承跨距是指主轴相邻两支承反力作用点之间的距离。跨距是决定主轴系统动静刚度的重要影响因素。合理确定支承跨距，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之。最优跨距是指在切削力作用下，主轴前端的柔度值最小时的跨距。其推导公式是在静态力作用下进行的。实验证明，动态作用下最优跨距很接近于推得的最优值。最优跨距可按下列公式计算.式中式中主轴前端悬伸长，单位为材料的弹性模量，单位为轴惯性矩，单位为前轴承刚度值，单位为后轴承刚度值，单位为。按上式计算最优跨距，计算过程如下.式中主轴跨距部分的平均直径，单位为主轴跨距部分的平均孔颈，单位为。由式.得由参考文献中图.确定，由主轴材料为查得材料的弹性模量由主轴的结构形式确定主轴前端悬伸长将上述参数值代入公式，得，将，值代入公式.，得按照结构设计的要求，取。由于，故满足设计要求。主轴受力分析轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。而作用在轴上的扭矩......”。

5、“.....图.轴承受力图主轴上的轴承采用端固定，另端游动的支承形式。图示.为轴承在空间力系的总受力图，它可分解为铅垂面图.和水平面图.两个平面力系。由公式.得出切向铣削力径向负荷切向负荷轴向负荷图.静不定梁铅垂面分解图由于此主轴的受力属于简单静不定梁类型，所以要以静不定梁的受力方法来解决问题。图示.为静不定梁的铅垂面受力图。为了使其变形与原静不定梁相同，必须满足变形协调条件，即要求。利用叠加法，得挠度为.式中径向切向负荷分力，单位为径向切向负荷，单位为材料的弹性模量，轴惯性矩，。由公式.得。将，代入公式.，则铅垂面的挠度为得得得将，代入公式图工作台链式刀库有转位动作，其刀库容量有把．如若换刀动作由坐标移动和刀库的简单转位完成．那么换刀的可靠性仍然较高，但换刀时间没有缩短。若在链式刀库和主轴之间增加换刀机械手，换刀的速度将大大提高。图自动换刀刀库冷却排屑模块基本型冷却排屑模块，积屑箱由人工抬出清理。为带自动排屑机构的冷却排屑模块，其根据切屑的材质又可分为磁滚式刮板式。加工中心采用模块化设计方法，设计不再只是针对种产品......”。

6、“.....在结构尺寸等方面统筹考虑，留有空间，各部件间保持相对的独立性，设计出的不再是。种产品，而是组系列产品。这样的产品具有配置灵活性大制造成本低供货周期短质量容易保证维修方便等特点，适应市场的能力大大增强。自动换刀系统采用机械手换刀，且刀库置于立柱侧面的底座上。刀库在底座上的转动采用交流伺服电机，采用链式刀库，由链传动机构实现回转分度和转位，由交流伺服电机驱动。五轴高速加工中心总体结构布局示意图如图。图总体结构示意图综合上述两种方案优缺点，方案除工件侧至少有个移动坐标轴外，两个转动坐标轴均由刀具侧的复合主轴头来实现，这主要为大重型机床所采用，产品主要适用于汽车。航空航天大电机组等行业的床身。箱体以及壳体的零件加工。方案二两个回转坐标轴都在工作台侧，在原三轴控制机床基础上配备数控摆动回转工作台发展而成，系中小型五轴加工机床采用较多的种结构型式。所以最终采用方案二。第三章主轴组件的主运动部件的设计计算.加工中心主轴组件总体设计方案的确定本课题的总体设计方案现确定如下由于同步带无滑动......”。

7、“.....且传动效率高，允许的线速度较高，无需安置在很良好的工作环境中，所以在主轴传动方式中选择同步带传动。但是需要注意的是同步带的安装具有严格的要求。在主轴的进给运动中，采用滚珠丝杠。其耐磨性好磨损小，低速运行时无爬行无振动，能够很好地确保轴的进给精度。由于加工中心具备自动换刀功能，所以在主轴组件中还应有主轴准停装置刀具自动夹紧机构以及切屑清除机构。在本课题中，主轴准停机构采用磁力传感器检测定向，其不仅能够使主轴停止在调整好的位置上，而且能够检测到主轴的转速，并在加工中心的操控面板上显示出来，方便机床操作者调整转速。在换刀过程中，刀具自动夹紧机构也是不可获缺的部分。它控制着刀杆的松紧，使刀具在加工时能紧紧地固定在主轴上，在换刀时能轻松地卸载。本课题采用了液压缸运行的方式，通过活塞拉杆拉钉等系列元件的运动来达到刀杆的松紧目的。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......”。

8、“.....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......”。

9、“.....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，立柱导轨采用滚动导轨，可以实现方向的进给运动。由双向精密数控工作台带动工件完成,两个方向的进给运动三个方向的进给运动均滚珠丝杠，并由交流伺服电机驱动。导轨滚珠丝杠有相应的润滑防护等装置。考虑到卧式加工中心品种较多加工范围较广......”。