立式加工中心總體、主軸結構設計

唐文強

摘 要： 加工中心在機械加工領域使用非常廣泛，它加工范圍很廣，加工能力也很大，立式加工中心是加工中心的一種，加工中心最突出的特點就是帶有自動換刀裝置，本文研究分析立式加工中心的總體設計，主軸設計，通過研究分析加工中心的結構，實現(xiàn)機床的高精密、高智能化、系統(tǒng)化的加工。

關鍵詞： 總體設計；主軸設計

1.總體設計

加工中心在結構上具有自動換刀裝置，在零件加工的時候，通過對刀具進行裝夾完成之后，可以實現(xiàn)多個不同工序的加工，不需要頻繁的換刀，在加工中心的分類中，通過機床的形態(tài)分為立式加工中心、臥式加工中心以及五坐標加工中心，立式加工中心的實物圖如圖1.1。

立式加工中心在總體上可以劃分為基礎部件，包含床身、立柱等；主軸組件，包含主軸箱體、電動機等；控制系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)、PLC等；自動換刀裝置，包含刀庫、機械手等。

加工中心主傳動系統(tǒng)的設計主要是針對電機、主軸組件進行設計，加工中心的傳動系統(tǒng)與普通的相比，需要它轉速高、精度高、剛性強，在傳動系統(tǒng)的選擇上，有很多種，通常有帶轉動、齒輪傳動、鏈傳動，在電動機和主軸之間利用傳送帶進行傳送轉速，為圓弧同步帶，優(yōu)點是應力分布均勻，機床在工作運轉的時候，速度快也不會造成震動，示意見圖如圖1.2。

雖然傳送帶的優(yōu)點很多，但是在使用的時候，維護不能保證，就會造成損壞，會出現(xiàn)斷裂、爬齒跳齒，可以通過以下幾個方面防止、爬齒跳齒：

（1）切向力比帶的許用應力小；

（2）設計時帶節(jié)距的差值在規(guī)定范圍內(nèi)；

（3）適當增加帶的初始安裝拉力，使帶齒與輪的齒實現(xiàn)吻合。

2.主軸設計

主軸的結構圖如圖2.1。

通過上圖可以看出加工中心主軸組件是由主軸、軸承、平鍵、密封等零件組成，加工中心在加工的時候轉速非常高，所以主軸材質(zhì)需要滿足剛度強、回轉精度高、熱穩(wěn)定性強。

主軸的結構上采用中心有一個內(nèi)孔的主軸，前端裝刀位置是采用7：24的莫氏錐度，在刀具裝夾完成之后，可以很牢固的與刀柄接觸，前端的軸承是采用角接觸球軸承，安裝的方式為大口相背，在工作的時候需要承受徑向載荷，組件設計具體要求如表2-1。

（1）主軸直徑，主軸直徑直接影響主軸的剛度，直徑的大小與剛度是成正比的，主軸的軸徑由電機選擇，后端軸徑比前端小0.8倍；

（2）主軸內(nèi)孔，內(nèi)孔的尺寸通過主軸的外徑來設計，一般是在0.5倍和0.7倍之間；

（3）懸伸量，它是主軸兩個前端軸承的中心距主軸軸端的距離，所以它的值要小一些；

（4）主軸支撐跨距L，指主軸前端軸承支撐中心與后軸承支撐作用中心點之間的距離，L太大，設計的軸變量大，L小，設計的軸變量小，同時太大和太小都會影響軸的剛度。

結論

基于現(xiàn)代加工中心的發(fā)展，早對機床設計的時候要考慮機床各部件之間的聯(lián)系和位置配合，主軸是機床的核心，它是與刀具之間的相對移動實現(xiàn)對工件的加工，加工中心的總體是對加工起到一個支撐的作用， 怎樣選擇材質(zhì)，怎樣設計軸孔和支撐元件，最終實現(xiàn)加工中心的設計要求和客戶要求，使加工中心能成為制造業(yè)最普遍的加工設備，這是一個未來前進的目標。

參考文獻

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