摘 要 摘要
本设计完成了小型立式加工中心机械结构部分的设计并介绍了立式加工中心的一些基本概况。该机床再配置一个CNC系统就构成了一台完整的立式加工中心。在设计中主要对基础结构部件、进给传动系统、主传动系统和一些辅助装置进行了选型及设计计算。
（1）基础结构部件包括床身、立柱、工作台、导轨的设计计算及选型。其中工作台随螺母旋转而移动，其螺母是磨损元件。
（2）进给传动系统中滚珠丝杠副、伺服电机、滚珠丝杠轴上轴承以及伺服电机与进给丝杠的联结的设计计算及选型。
（3）主传动系统中滑移齿轮、液压缸结构及主轴结构的设计计算，主轴箱配重的设计及相关零件的强度校核。
（4）辅助装置中刀库结构选型设计及换刀机构选型。
关键词 滚珠丝杠；伺服电机；滑移齿轮；主轴箱配重
Abstract
Abstract
This design has already finished vertical machining center the design of mechanical structure parts. Some basic concepts and the general knowledge of the vertical machining center were introduced in this design. The machine in a CNC system can constitute a complete vertical machining center. In the design mainly design parts of basic structure, transmission system and the main transmission system.
(1) Infrastructure component comprises a bed, column, table, guide the design calculation and type selection. Working table with rotation of the nut and the nut is moved, the wear element.
(2) The feed drive system of ball screw, a servo motor, a ball screw shaft bearing and the servo motor and the feed screw connection design calculation and type selection.
(3) In the main transmission system of the driving gear, hydraulic oil cylinder structure and spindle structure design calculation, spindle box design and related parts of the strength check.
(4) Auxiliary device of knife library structure design, tool change mechanism selection.
Keywords ball screw; servo motor; sliding gears; spindle box counterweight
目录 目录
摘 要 ............................................................................................................................ I Abstract .......................................................................................................................................... II 第1章 绪论 .................................................................................................................. 1 1.1 小型加工中心概述 ............................................................................................. 1 1.2 加工中心的主要优点 ......................................................................................... 2 1.3 加工中心的发展趋势 ......................................................................................... 3 第2章 小型加工中心的机械结构部分 ...................................................................... 4 2.1设计机械结构部分的主要参数 .......................................................................... 4 2.2 机械结构部分的组成 ......................................................................................... 4 2.3 机械结构部分的特点 ........................................................................................ 4 第3章 总体设计方案的拟定 ...................................................................................... 6 3.1设计题目 .............................................................................................................. 6 3.2 主要内容 ............................................................................................................. 6 3.3 拟定总体设计方案 ............................................................................................. 6 第4章 基础结构部件的设计 ...................................................................................... 8 4.1床身的设计 .......................................................................................................... 8 4.1.1 床身的作用 ................................................................................................... 8 4.1.2 床身的基本要求 ........................................................................................... 8 4.1.3 床身结构设计及材料选择 ........................................................................... 9 4.1.4 床身的肋板布置和截面的形状 ................................................................. 10 4.2 立柱的设计 ....................................................................................................... 10 4.2.1 设计立柱的基本要求 ................................................................................. 10 4.2.2 立柱的结构设计 ......................................................................................... 10 4.2.3 立柱导轨形式及精度 ................................................................................. 11 4.2.4 立柱与床身的联结 ..................................................................................... 11 4.3 工作台的设计 ................................................................................................... 12 4.3.1 工作台的设计尺寸图 ................................................................................. 12 4.3.2 工作台的其他结构设计 ............................................................................. 13 4.3.3 工作台的材料 ............................................................................................. 13 4.4 导轨的设计 ....................................................................................................... 13 4.4.1 导轨的功用及要求 ..................................................................................... 13 4.4.2 导轨的结构类型 ......................................................................................... 14 4.4.3 滚动导轨的材料 ......................................................................................... 15 4.4.4 直线滚动导轨的技术要求 ......................................................................... 15 4.4.5 滚动导轨的设计计算 ................................................................................. 16 第5章 进给传动系统的设计 .................................................... 错误！未定义书签。 5.1设计概要 ............................................................................ 错误！未定义书签。 5.1.1 设计的主要内容 ......................................................... 错误！未定义书签。 5.1.2 设计的主要要求 ......................................................... 错误！未定义书签。
目录 5.2 滚珠丝杠副的设计 ........................................................ 错误！未定义书签。 5.2.1 滚珠丝杠副的结构 ..................................................... 错误！未定义书签。 5.2.2 滚珠丝杠副的运动机理 ............................................. 错误！未定义书签。 5.2.3 滚珠丝杠副的优点 ..................................................................................... 18 5.3滚珠丝杠副的设计计算 .................................................................................... 18 5.4 伺服电机的选择 ............................................................................................... 26 5.4.1 伺服电机的选型条件 ................................................................................. 26 5.4.2 X向伺服电机的选择 ............................................................................... 28 5.4.3 Y向和Z向伺服电机的选择 .................................................................. 29 5.5 丝杠上轴承的校核 ........................................................................................... 30 5.6 联轴器的选择 ................................................................................................... 30 结 论 .......................................................................................................................... 32 参考文献 ...................................................................................................................... 33
第1章 绪论
1.1 小型加工中心概述
数控加工中心机床是指配有刀库和自动换刀装置，能自动换刀，工件在一次装卡后，可实现部分工序甚至全部工序的数控机床。目前主要有镗铣类加工中心（习惯上简称为加工中心）和车削加工中心（习惯上简称车削中心）两大类。
镗铣类加工中心是在数控镗床和数控铣床的基础上发展起来的。按主轴布置形式一般分为立式和卧式两种形式。立式加工中心主轴是垂直的，主要用于重切削和精密加工，适合复杂型腔的加工。卧式加工中心的主轴是水平的，一般具有回转工作台，特别适合于箱体零件的加工。此外，今年来还发展了一种主轴可作垂直和水平转换的立卧式加工中心，也称复合加工中心或五面加工中心，可实现除安装底面外的五个面的加工。
车削中心是在数控车床的基础上，再装配上刀库和换刀机械手。其也可分为立式和卧式两类。与数控车床单机相比，其自动选择和使用的刀具数量大大增加。
立式加工中心主要是指主轴轴心线与工作台垂直设置的加工中心。工作台通常是长方形，且无分度回转功能。下图为立式加工中心的形式。主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。立式加工中心能完成铣、镗削、钻削、攻螺纹和用切削螺纹等工序。立式加工中心最少是三轴二联动，一般可实现三轴三联动。有的可进行五轴、六轴控制。立式加工中心立柱高度是有限的，对箱体类工件加工范围要减少，这是立式加工中心的缺点。但立式加工中心工件装夹、定位方便；刃具运动轨迹易观察，调试程序检查测量方便，可及时发现问题，进行停机处理或修改；冷却条件易建立，切削液能直接到达刀具和加工表面；三个坐标轴与笛卡儿坐标系吻合，感觉直观与图样视角一致，切屑易排除和掉落，避免划伤加工过的表面。与相应的卧式加工中心相比，结构简单，占地面积较小，价格较低。
按照加工中心的形态不同进行分类，可分为立式、卧式和五坐标加工中心。 1、立式加工中心 立式加工中心的主轴轴心线为垂直状态配置，结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，适合加工小型板类、盘类、壳体类零件。立式加工中心结构简单，占地面积小，价格底，配备各种附件后，可进行大部分工件的加工。
2、卧式加工中心 卧式加工中心的主轴轴心线为水平状态配置，通常都带有可进行分度回转运动的工作台，适合加工箱体类零件。它与立式加工中心相比，结构复杂、占地面积大、质量大、价格亦高。
3、五坐标加工中心 五坐标加工中心兼具立式和卧式加工中心的功能，工件经
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小型立式加工中心机械结构设计大学论文
