立式加工中心主軸箱及其組件的設(shè)計研究

魏偉 馬俊美

摘 要： 裝備制造業(yè)標(biāo)志性設(shè)備就是加工中心，加工中心是決定國民經(jīng)濟水平和制造業(yè)水平的設(shè)備，立式加工中心在加工中心設(shè)備中是最普遍的設(shè)備，同時對它的研究也很普遍，技術(shù)也很成熟，本文研究分析立式加工中心的機械系統(tǒng)、主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計、組件設(shè)計，通過對機械系統(tǒng)、主軸的研究，提高它們的設(shè)計方法和精度，提高機床的加工精度。

關(guān)鍵詞： 機械系統(tǒng)；主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計；組件設(shè)計

1.機械系統(tǒng)

立式加工中心的結(jié)構(gòu)圖如圖1.1。

立式加工中心的機械系統(tǒng)是支撐整個加工設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)，主要的內(nèi)容如上圖，對于數(shù)控設(shè)備機械主體和數(shù)控兩個部分非常重要，控制是實現(xiàn)對真?zhèn)€設(shè)備的加工，運作的控制，如果沒有機床本體，再好的控制也是無用。

機械系統(tǒng)的設(shè)計主要是通過主軸傳動機構(gòu)和傳動系統(tǒng)以及自動換刀裝置，主軸設(shè)計中主要是齒輪和帶的設(shè)計，齒輪傳動是機床設(shè)計中最普遍的傳動，類型種類多，適應(yīng)性非常強，傳動效率達到99%，傳功速度也非常廣，但是如果只是應(yīng)用齒輪進行傳動，不能實現(xiàn)立式加工中心的加工范圍，需要與電動機配合，實現(xiàn)無極調(diào)速，在加工中心的主軸設(shè)計中，有個主軸準(zhǔn)停裝置，該裝置時機床在換刀的時候，需要加工中心主軸停止，該裝置有機械式準(zhǔn)停機構(gòu)也有電氣式準(zhǔn)停機構(gòu)，圖1.2就是機械式準(zhǔn)停機構(gòu)。

2.主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計

主軸的機構(gòu)設(shè)計主要是通過對主軸前端軸頸D、主軸孔d、主軸懸伸量a、主軸跨距L這四個尺寸進行設(shè)計計算。

軸頸D的尺寸是非常重要的，它是直接影響其他幾個尺寸的確定，它的尺寸會影響主軸箱和軸承的變形，如果尺寸太小，還會影響主軸的剛度，所以一般它的設(shè)計尺寸通過機床的電機功率來進行計算。

主軸孔徑的尺寸一般是通過軸頸D來計算，一般選擇為：

0.7D≤d≤0.5D

主軸設(shè)計完成之后需要進行校核，校核公式如下：

式中：σ—軸的計算應(yīng)力；

W—軸的抗彎截面系數(shù)；

a—折合系數(shù)；

[σ1]—軸的許用應(yīng)力；

T—軸所受的扭矩；

M—軸所受的彎矩。

3.組件設(shè)計

立式加工中心的主軸組件是非常重要的，它是實現(xiàn)主軸運動和加工的前提，圖3.1為主軸組件結(jié)構(gòu)圖。

主軸組件的設(shè)計，通過主軸的機構(gòu)來進行設(shè)計，只有軸承通過對組件和主軸的設(shè)計要求，而軸承可以通過選擇標(biāo)準(zhǔn)件來購買，但是需要對軸承進行校核，對壽命計算公式如下：

式中：L10h—失效率10%的基本額定壽命；

N—軸承轉(zhuǎn)速；

C—基本額定載荷；

P—當(dāng)量載荷；

ε—壽命指示，球軸承為3，滾子為10/3.

結(jié)論

機床由原來的普通機床發(fā)展成現(xiàn)代的數(shù)控機床，由原來的單軸機床到現(xiàn)代的五軸聯(lián)動機床，加工中心的出現(xiàn)，龍門機床的出現(xiàn)，使機床的發(fā)展向著更精密、更快速的方向發(fā)展，立式加工中心在設(shè)計的時候要考慮制造成本、機床的加工效率，將它的性價比提高到最大化，提高它在現(xiàn)代機械加工領(lǐng)域的占有量，同時設(shè)計人員要適應(yīng)現(xiàn)代市場的變化，提高適應(yīng)能力和競爭能力。

參考文獻

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