浅析数控铣床的主轴结构设计 摘要自从我国改革开放之后，我国的工业领域发展就十分迅速，工业化水平不断提高，促进了国民经济的迅速发展，尤其是近几年自动化技术在工业领域中的普遍应用，极大提高了工业生产的质量和效率，其中各种工业生产设备的应用，极大的便利了工业生产活动，数控铣床作为工业生产中的常见设备，在工业生产中的高速度，高精度以及高效率等优势，使其在工业领域中发挥的作用越来越大。在数控铣床结构中，主轴结构无疑是十分关键的，直接影响着数控铣床的应用，所以本文就针对数控铣床的主轴结构设计进行分析，促进数控铣床在工业领域中的应用。 关键词数控铣床；主轴；结构设计 在我国的工业生产领域中，数控铣床作为高速切削技术的主要应用设备，在我国应用十分广泛，有效提高了切削工作的效率和质量，提高了工业生产中的产品加工精度，在高速切削的过程中主轴是极为核心的部件，主轴的结构和质量会直接影响工业生产的质量和效率，所以在现代数控铣床的应用过程中，需要加强对主轴结构的设计，提高主轴的质量，从而促进数控铣床的广泛应用。 1 數控铣床主轴结构特点 主轴是数控铣床结构中最为关键和核心的部件，其主要作用是带动刀具高速旋转，从而实现高速切削，完成加工任务，而在切削工作中，主轴的作用也就具体表现为切削力的承受和为机床提供驱动力。由于主轴在数控铣床的工作中发挥着重要的作用，承受了巨大的压力，所以数控铣床的工作过程中，主轴想要实现高速旋转，保证加工的质量和效率就必须对自身的结构进行优化，保证自身的可靠性，也就是说，需要有良好的静动态特性。 数控铣床的主轴具有一定的结构特点，主要包括： （1）主轴的中心为空心，在其中会装弹簧等装置来固定和使用铣刀，方便铣刀的使用； （2）在主轴的前端会设置一个7：24比例的锥形空洞，在断面上会设置用于将主轴转矩数据传输给铣刀的主轴转矩检测装置； （3）在主轴的后部会设置用于铣刀放松的液压缸，在日常为铣刀进行保护； （4）主轴的运转主要依靠齿轮进行，用齿轮进行变速传动； 2 数控铣床主轴结构的设计优化 2.1 进行设计控制
引言 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展高新技术产业和尖端工业（如：信息技术及其产业，生物技术及其产业，航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。制造技术和装备是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术则是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。 数控机床技术的发展自1953年美国研制出第一台三坐标方式升降台数控铣床 算起，至今已有很多年历史了。20世纪90年开始，计算机技术及相关的微电子基础工业的高速发展，给数控机床的发展提供了一个良好的平台，使数控机床产业得到了高速的发展。我国数控技术研究从1958年起步，国产的第一台数控机床是第一机床厂生产的三坐标数控铣床。虽然从时间上看只比国外晚了几年，但由于种种原因，数控机床技术在我国的发展却一直落后于国际水平，到1980年我国的数控机床产量还不到700台。到90年代，我国的数控机床技术发展才得到了一个较大的提速。目前，与国外先进水平相比仍存在着较大的差距。 总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
1 绪论 1.1 加工中心的发展状况 1.1.1 加工中心的国外发展 对于高速加工中心，国外机床在进给驱动上，滚珠丝杠驱动的加工中心快速进给大多在40m/min以上，最高已达到90m/min。采用直线电机驱动的加工中心已实用化，进给速度可提高到80～100m/min，其应用围不断扩大。国外高速加工中心主轴转速一般都在12000～25000r/min，由于某些机床采用磁浮轴承和空气静压轴承，预计转速上限可提高到100000r/min。国外先进的加工中心的刀具交换时间，目前普遍已在1s左右，高的已达0.5s，甚至更快。在结构上，国外的加工中心都采用了适应于高速加工要求的独特箱中箱结构或龙门式结构。在加工精度上，国外卧式加工中心都装有机床精度温度补偿系统，加工精度比较稳定。国外加工中心定位精度基本上按德国标准验收，行程1000mm以下，定位精度可控制在0.006～0.01mm之。此外，为适应未来加工精度提高的要求，国外不少公司还都开发了坐标镗精度级的加工中心。 相对而言，国生产的高速加工中心快速进给大多在30m/min左右，个别达到 60m/min。而直线电机驱动的加工中心仅试制出样品，还未进入产量化，应用围不广。国高速加工中心主轴转速一般在6000～18000r/min，定位精度控制在0.008～0.015mm之，重复定位精度控制在0.005～0.01mm之。在换刀速度方面，国机床多在4～5s，无法与国际水平相比。 虽然国产数控机床在近几年中取得了可喜的进步，但与国外同类产品相比，仍存在着不少差距，造成国产数控机床的市场占有率逐年下降。 国产数控机床与国外产品相比，差距主要在机床的高速、高效和精密上。除此之外，在机床可靠性上也存在着明显差距，国外机床的平均无故障时间（MTBF）都在5000小时以上，而国产机床大大低于这个数字，国产机床故障率较高是用户反映最强烈的问题之一。 1.1.2 立式加工中心的研究进展
GR 龙门加工中心
操作手册附录
安 全
阅读和遵照所有的安全警告标识 － 请阅读操作手册的安全指南章节。注意工厂里您身边其他人；飞溅的切 屑可能严重伤害到没有保持安全距离的人。请随时携带防护镜。开始试切削 / 调试应以低速进行，减少工具或 机床可能的损坏。如果是开放式铣床，强烈建议您使用切削防护罩。
为了确保安全，只有受过培训和 认证的人员才可以进行操作。以 下警告是为了防止操作人员发生 事故。每位操作人员必须阅读此 章节和理解安全操作机床的要求。 STAY CLEAR
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对机器的改进或这些步骤不能确 保操作安全。在移走任何部件进 行维修或保养时，机床的电源必 须关闭。
任何您认为有必要的防护和安全 设备是操作人员的责任。
刀库随时都有可能启动。当机床 接通电源时，所有人员必须远离刀库。
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BASE CASTING
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对加工中心滑枕的结构设计 摘要：数控机床及数控加工中心是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。滑枕是加工中心的核心结构之一，是对零部件加工的直接执行机构，它的结构设计是否合理对加工中心的加工结果有着直接的影响。因而加工中心滑枕的结构设计尤为重要。 关键词：加工；滑枕；结构设计 1前言 数字控制也是最近几年新兴起来的一种自动控制的技术，利用数字化的信息实现机床控制的一种方法。数字控制的机床是采用数字来对机床进行控制。数控的机床是装有数控控制的装备。数字控制的系统主要的功能就是采用逻辑处理的方式，或者是运用其他的运算符编码指令来对规定的程序进行编写，数控系统也是一种控制的系统，他能够完成对数控信息的输入、编码以及运算，对数控机床进行全面的加工。 2数控机床及加工中心的工作原理 数控机床的加工中心主要就是运用了计算机技术的自动控制，精密的测量方法和完善的机械设计等方面知识，也是机电一体化的产品，是未来机床的发展趋势。数控机床的工作原理是：首先将加工零件图上的信息和工艺的信息数字化，按照相关规定的代码和格式对其进行相应的加工。数字化信息的定义就是将工件与道具的坐标分割成一个小单位，也可以叫做最小位移量，数控系统是按照程序的要求，对信息进行处理和分配，使得坐标的移动可以是若干个小的位移单位，在工件与道具运动的过程中完成零件的加工。 3 数控加工中心滑枕结构设计 主轴和主轴电机等构件与移动部分相连，随移动部件移动。丝杠电机与固定件连接。丝杠与固定部分连接，丝杠丝母控制移动部分上下移动。主轴电机选择西门子1PH7-137—NG，配套减速器型号为2LG4320。丝杠驱动电机选择西门子1FK7101-5AF71，配套减速器型号为LP155-M01。丝杠公称直径选为55 mm，导程20 mm，长度约为1200 mm。丝母的型号选择为BNFN5520-5。联轴器选择为ROTEX梅花型弹性联轴器。型号NO.001-钢材料，规格38。 3.1滑枕设计计算 3.1.1滚珠丝杠选择计算 （1）已知参数 丝杠的公称直径55mm，导程20mm，长度1500mm，BNFN5520-5。 （2) 切削力的确定 按照立铣（不对称顺铣）计算各向分力，如下图所示：已知主切削力Fc =5000(N)，fw—运转系数，见下表：
龙门加工中心的结构特点【深度解析】 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、砂轮、自动化、数字无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展。 龙门加工中心的结构分类 龙门加工中心的龙门架由两个立柱、横梁、滑鞍等部件组成，龙门加工中心根据龙门架可为定梁式、动梁式和动柱式龙门加工中心。顶梁式龙门加工中心的横梁固定，工作台移动；动梁式龙门加工中心的横梁上下移动，工作台诚前后移动；动柱式龙门加工中心工作台固定，龙门架移动。龙门加工中心都是主轴与工作台为垂直状态的，比较适合加工大型类的零件。 龙门加工中心的应用 龙门加工中心属于大机床，是专门为了加工大零件而设计的大型机床，主要应用于重工业行业，比如飞机、汽车、船舶等重型行业中，主要加工大型复杂形状的工件，比如加工飞机的梁、框以及大型机械上的某些零件等。总而言之龙门加工中心是为了加工大型复杂零件而设计的一款大型机床，适用于各个行业中，特别是大型零件行业。 龙门镗铣加工中心分类 龙门镗铣加工中心主要适合对平面、孔和其它型腔复杂面进行加工。配置 各种形式的附件铣头，工件一次夹装就可以完成工件五面体的加工。在针
对工件的宽度大、长度长、重量重的情况下，就要选择不同的机型来对应产品的加工。 龙门镗铣加工中心在总体布局上分定龙门和动龙门，同时还分定梁和动梁。桥式布局方式也属于动龙门的一种形式。在这里我们主要把龙门移动工作台固定和定龙门工作台移动，在形式上和精度上做一比较。随着信息技术和计算机数字化技术不断发展，数控机床的性能和效率也不断在提高。目前档次较高的数控系统已经具备高效、高精度，适应于复杂曲面和空间孔系的加工，但对机床整体就要求刚性好、精度高、有热变形补偿、切削力强、稳定性佳、数控系统反响速度快，有自动监控等功能。 对于定龙门数控镗铣加工中心也就是工作台移动数控机床，它的工作台移动有直流或交流伺服电动机通过蜗轮蜗杆、滚珠丝杆和齿轮齿条等形式进行对X轴向的传动，选择传动形式是根据不同长度和不同要求的重要。在工作台移动长度超过8m时，一般厂家都会采用双齿轮齿条这种传动的方式。工作台的运动轨迹是依照水平面的直线度和垂直于水平面的直线度两个方向运行的。保证加工产品的精度也是一项重要指标。这种定龙门数控机床X轴向的导轨长度是该工作台长度的2倍，其中不包括两侧防护罩的长度，所以对厂房来说占用面积较大。 工作台移动式数控龙门镗铣机床，它的工作台移动摩擦形式又可以分为动摩擦和静摩擦两种，在动摩擦形式里有多种如滚珠和滚柱加预载形式的直线导轨、滚动体导轨以及滚动和滑动结合的组合式复合导轨以及完全动摩擦等形式的结构形式。其中直线导轨和滚动体导轨比较适合轻载高速切削
龙门加工中心技术协议[001](可编辑) 精选资料合同编号：GMCMS龙门加工中心技术协议一、设备技术描述、参数及配置二、设备主要零部件品牌三、SIEMENSDsl系统主要功能表四、制造厂商培训五、设备推荐用油和油脂表六、设备客户安调准备表七、设备通用要求及安装、调试八、设备验收九、质量保证十、其他十一、机床外观图甲方（买方）：乙方（卖方）：代表：代表：年月日年月日一、设备技术描述、参数及配置、设备技术描述GMCMS型龙门加工中心主要适用于航空、航天、汽车、军工、能源、信息、模具等行业的零件加工。 以加工黑色和有色金属大中型复杂零件为对象具有高精度、高速度、高柔性、环保等特点。 其性能指标和精度指标完全符合国家标准。 产品经模块化设计可以按市场需求进行产品系列化和客户化制造其良好的性能价格比是国内外客户的最佳选择。 整机结构：机床采用龙门框架移动工作台固定的结构。 基础大件均采用优质树脂砂造型、高强度铸铁材料铸造而成使机床得到高刚性和稳定的精度。 主要铸件均经过有限元分析筋格布置合理充分满足机床高扭矩切削的需要。 主轴箱：主轴箱采用方滑枕结构选用进口主轴扭矩大、转速高、噪音低充分满足镗铣及钻孔加工要求。 配置西门子系列主轴电机满足低速恒扭矩和高速恒功率切削需
要。 外置编码器对主轴的位置进行精确反馈满足刚性攻丝的需要。 油冷却机对主轴降温提高轴承使用寿命降低主轴热变形对加工精度造成影响。 导 轨：床身导轨（X轴）为重载滚柱直线导轨摩擦力小、承载能力强、高速振动小、低速无爬行、定位精度高。 横梁导轨（Y轴）为铸铁镶钢导轨并且设置了卸荷机构INA滚动体与滑动导轨组成复合导轨减少了滑动摩擦阻力提高机床定位精度和重复定位精度。 主轴箱导轨（Z轴）为四面封闭式环抱滑动导轨即铸铁贴塑摩擦副有良好的吸振性保证加工时切削平稳特别适用于主轴伸长强力铣削大孔镗削及使用角度头的五面加工。 驱动：X、Y、Z三个坐标轴均采用西门子系列进给电机驱动三轴均标配光栅尺稳定性能好运行可靠。 X、Y进给轴采用伺服电机通过减速机驱动齿轮齿条传动其中X 轴采用左右各两个伺服电机共四个伺服电机进行双驱同步控制以及相邻两个伺服电机采用主从驱动利用电气控制消除齿轮齿条传动的反向间隙Y轴采用两个伺服电机左右分布在滑鞍两侧进行主从驱动也利用电气控制消除齿轮齿条传动的反向间隙提高了定位精度和重复定位精度的保持性Z轴采用双螺母滚珠丝杠驱动进行预拉伸并且Z 轴滚珠丝杠为双驱结构工作更加平稳。
加工中心主轴组件结构设计 1 综述 1.1 本课题研究的意义 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。因此，专家们预言: 机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术；是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国防现代化的重要战略物质；是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。 根据国民经济发展和国家重点建设工程的具体需求，设计制造“高、精、尖”重大数控装备，打破国外封锁，掌握数控装备关键技术，创出中国数控机床品牌，提
高市场占有率是全面提升我国基础制造装备的核心竞争力的关键所在。 1.2本课题要解决的问题 主轴组件是机床的一个重要组成部分，它包括主轴，轴承以及安装在主轴上的传动件。主轴要求传递扭矩，直接承受切削力且还要满足通用机床，专用机床，数控机床各自不同的要求。主轴组件设计应满足的要求： 1）旋转精度 是指轴类工件在装配后，在无负载、低速旋转的条件下，工件前端的径向跳动和轴向窜动量的大小。 2）刚度 指主轴组件在外力的作用下，仍能保持一定工作精度的能力。刚度不足时，不仅影响加工精度和表面质量，还容易引起振动。恶化传动件和轴承的工作条件。 设计时应在其他条件允许的条件下，尽量提高刚度值。 3)抗震性 指主轴组件在切削过程中抵抗强迫振动和自激振动保持平稳运转的能力。抗震性直接影响加工表面质量和生产率，应尽量提高。 4)温升和热变形 温升会引起机床部件热变形，使主轴旋转中心的相对位置发生变化，影响加工精度。并且温度过高会改变轴承等原件的间隙、破坏润滑条件，加速磨损。5)耐磨性 指长期保持其原始精度的能力。主要影响因素是材料热处理、轴承类型和润滑剂方式。 设计时应综合考虑以上几点要求，注意吸收新技术，以获得满意的设计方案。
一、引言： 开题报告主要由 A题目分析、B国内外技术资料、C主要设计内容、D方案、E设计日程安排、五个基本方面组成。 提纲：A题目分析 B国内外技术资料 1、五轴介绍 2、高速切削技术 3、加工中心 4、数控部分 5、小结 C主要设计内容 1、适用范围 2、技术参数 3、结构特点 D 方案 1、整机设计方案 2、具体设计方案（1）主轴部分 （2）进给部分 E 设计日程安排 二、正文： A 题目分析： 本次毕业设计题目为--五轴高速动梁龙门加工中心。 主要特点：本产品与传统的三轴联动数控龙门加工中心的最大区别是在刀头上增加了A 、C 轴的联动。由于A、 C 轴联动的参入，实现五轴联动加工。该机床具有很强的数控功能，可一次装夹工件在多种空间角度进行铣、镗、钻等工序加工，加工各种具有复杂轮廓表面或型腔的工件，广泛适用于多种机械加工领域。特别适用于模具和凸轮及航天航空等超复杂零件的机械加工。 主要性能要求： 1，整机采用龙门式结构，刚性好上下工件操作方便 2，可实现五轴控制、五轴联动 3，主轴采用高速电主轴、主轴转速高、加工效率高
4，工作台面及三向行程大、加工范围广、整机刚性高、承载重量大 B 国内外技术资料： 本部分内容主要由五个方面组成：1、五轴的介绍 2、高速切削技术 3、加工中心 4、切削数据库 5、数控部分下面一一展开： 1、五轴的介绍 几十年来，人们普遍认为五轴数控加工技术是加工连续、平滑、复杂曲面的惟一手段。一旦人们在设计、制造复杂曲面遇到无法解决的难题，就会求助五轴加工技术。早在20世纪60年代，国外航空工业生产中就开始采用五轴数控铣床。目前五轴数控机床的应用仍然局限于航空、航天及其相关工业。 五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术，它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家生产设备自动化水平的标志。由于其特殊的地位，特别是对于航空、航天、军事工业的重要影响，以及技术上的复杂性，西方工业发达国家一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。 符合数控机床发展的新方向 近几年国际、国内机床展表明，数控机床正朝着高速度、高精度、复合化的方向发展。复合化的目标是在一台机床上利用一次装夹完成大部分或全部切削加工，以保证工件的位置精度，提高加工效率。国外数控镗铣床、加工中心为适应多面体和曲面零件加工，均采用多轴加工技术，包括五轴联动功能。在加工中心上扩展五轴联动功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系统的进一步集成化。最近国际机床业出现了一个新概念，即万能加工，数控机床既能车削又能进行五轴铣削加工。五轴数控机床在国内外的实际应用表明，其加工效率相当于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产流水线的投资，大大节约了占地空间和工件在不同制造单元之间的周转运输的时间和花费。 国内五轴数控技术发展状况与市场分析 五轴联动数控机床，是电力、船舶、航空航天、高精密仪器等民用工业和军事工业等部门迫切需要的关键加工设备。西方发达国家长期对我国实行禁运。从1999年开始，在CIMT、CCMT等国际、国内机床展览会上，首先是国内的五轴数控机床产品纷纷亮相，国内五轴数控机床的市场逐渐打开，随后国际机床巨头纷至沓来，五轴数控机床的品种和数量逐年上升：CIMT99、CCMT2000分别推出3台国产五轴联动机床；CIMT2001国际机床展览会上，北京第一机床厂和桂林机床股份有限公司分别展出了主轴转速10000r／min 的五轴高速龙门加工中心，北京市机电院的主轴转速15000r／min的五轴高速立式加工中心；清华大学与昆明机床股份有限公司联合研制的XNZ63，采用标准Stewart平台结构，可实现六自由度联动；大连机床厂自行研制的串并联机床DCB－510，其数控系统由清华
龙门机床加工中心主轴系统改型设计
龙门镗铣床加工中心主轴部分的改型设计 学院机械学院 专业机械设计制造及其自动化 班级 学号 姓名 指导教师
辽宁科技大学2015，04
目录 龙门镗铣床加工中心主轴部分的改型设计 (2) 摘要 (7) 第一章绪论 (9) 1.1 我国机床行业发展趋势 (9) 1.1.1 我国机床发展史 (9) 1.1.2 我国机床行业今年的发展 状况 (10) 1.1.3 我国机床行业未来发展的 趋势 (10) 1.2 本课题的提出 (12) 1.2.1 龙门镗铣床及镗铣加工中 心简介 (12) 1.2.2本课题提出的意义 (13) 1.3 本课题研究的主要任务 (14) 1.4可行性分析 (15) 第二章主轴系统的设计 (17) 2.1 设计参数 (17) 2.2 主轴箱体方案设计 (17) 2.2.1 加工中心主轴型号的选择 (17)
2.2.2 电机型号的选择 (18) 2.2.3 电机主轴轴颈的确定.. 19 2.2.4 电机转速的确定 (19) 2.2.5 加工中心变速箱总体结构 设计 (20) 2.3 主要结构的设计与计算 (21) 2.3.1 带传动的设计 (21) 2.4齿轮传动设计 (24) 2.4.1 轴Ⅰ上的第一组啮合齿轮 (24) 2.4.2 轴Ⅰ上的第二组啮合齿轮 (28) 2.4.3 轴Ⅱ上的第一组啮合齿轮 (33) 2.2.4 轴Ⅱ上的第二组啮合齿轮 (37) 2.4.5 第Ⅲ轴啮合齿轮 (42) 2.5轴的尺寸设计及强度校核 (46) 2.5.1 轴Ⅰ的尺寸设计 (46) 2.5.2 轴Ⅱ的尺寸设计错误!未定 义书签。
合同编号：GMC308MS龙门加工中心 技术协议 一、设备技术描述、参数及配置 二、设备主要零部件品牌 三、SIEMENS 840Dsl系统主要功能表 四、制造厂商培训 五、设备推荐用油和油脂表 六、设备客户安调准备表 七、设备通用要求及安装、调试 八、设备验收 九、质量保证 十、其他 十一、机床外观图 甲方（买方）：乙方（卖方）： 代表：代表： 年月日年月日
一、设备技术描述、参数及配置 1、设备技术描述 GMC3080MS型龙门加工中心主要适用于航空、航天、汽车、军工、能源、信息、模具等行业的零件加工。以加工黑色和有色金属大中型复杂零件为对象，具有高精度、高速度、高柔性、环保等特点。其性能指标和精度指标完全符合国家标准。产品经模块化设计，可以按市场需求进行产品系列化和客户化制造，其良好的性能价格比是国内外客户的最佳选择。 整机结构：机床采用龙门框架移动，工作台固定的结构。基础大件均采用优质树脂砂造型、高强度铸铁材料铸造而成，使机床得到高刚性和稳定的精度。主要铸件均经过 有限元分析，筋格布置合理，充分满足机床高扭矩切削的需要。 主轴箱：主轴箱采用方滑枕结构，选用进口主轴，扭矩大、转速高、噪音低，充分满足镗铣及钻孔加工要求。配置西门子系列主轴电机，满足低速恒扭矩和高速恒功 率切削需要。外置编码器，对主轴的位置进行精确反馈，满足刚性攻丝的需要。 油冷却机对主轴降温，提高轴承使用寿命，降低主轴热变形对加工精度造成影 响。 导轨：床身导轨（X轴）为重载滚柱直线导轨，摩擦力小、承载能力强、高速振动小、低速无爬行、定位精度高。横梁导轨（Y轴）为铸铁镶钢导轨，并且设置了卸 荷机构，INA滚动体与滑动导轨组成复合导轨，减少了滑动摩擦阻力，提高机 床定位精度和重复定位精度。主轴箱导轨（Z轴）为四面封闭式环抱滑动导轨， 即铸铁贴塑摩擦副，有良好的吸振性，保证加工时切削平稳，特别适用于主轴 伸长强力铣削，大孔镗削及使用角度头的五面加工。 驱动：X、Y、Z三个坐标轴均采用西门子系列进给电机驱动，三轴均标配光栅尺，稳定性能好，运行可靠。X、Y进给轴采用伺服电机通过减速机驱动齿轮齿条传 动，其中X轴采用左右各两个伺服电机，共四个伺服电机进行双驱同步控制， 以及相邻两个伺服电机采用主从驱动，利用电气控制消除齿轮齿条传动的反向 间隙，Y轴采用两个伺服电机左右分布在滑鞍两侧，进行主从驱动，也利用电 气控制消除齿轮齿条传动的反向间隙，提高了定位精度和重复定位精度的保持 性；Z轴采用双螺母滚珠丝杠驱动，进行预拉伸，并且Z轴滚珠丝杠为双驱结 构，工作更加平稳。 系统：配置高性能西门子840Dsl数控系统，保证了机床控制的稳定性，也保证了用户要求的数控加工功能和辅助功能。 可选配置：FANUC 31i数控系统、刀库、直角头、延伸铣头、深镗铣头、万能铣头等。 机床所有零部件加工、装配成品质量符合产品图纸及相关技术要求，其安全标准符合GB15760-2004《金属切削机床安全防护通用技术条件》的有关规定，其精度标准符合GB/T17421-2000《机床检验通则》及ISO8636.2-2007《龙门铣床检验条件》的有关
加工中心的主轴部件 1 主轴部件精度 加工中心主轴部件由主轴动力、传动及主轴组件组成，它是加工中心成型运动的重要执行部件之一，因此要求加工中心的主轴部件具有高的运转精度、长久的精度保持性以及长时fdl 运行的精度稳定性。 加工中心通常作为精密机床使用，主轴部件的运转精度决定了机床加工精度的高低．考核机床的运转精度一般有动态检验和静态检验两种方法。静态检验是指在低速或手动转动主轴情况下，检验主轴部件各个定位面及工作表面的跳动量．动态检验则需使用一定的仪器在机床主轴额定转速下．采用非接触的检测方法检验主轴的回转精度。由于加工中心通常具有自动换刀功能，刀具通过专用刀柄由安装在加工中心主轴内部的拉紧机构紧固．因此主轴的回转精度要考虑由于刀柄定位面的加工误差所引起的误差。 加工中心主轴轴承通常使用C级轴承，在二支承主轴部件中多采用4-1、2-2组合使用，即前支承和后支承分别用四个向心推力轴承和一个向心球轴承，或前、后支承都使用两个向心推力轴承组成主轴部件的支承体系．对于轻型高精度加工中心，也有前、后支承各使用一个向心推力轴承组成主轴部件的支承体系，该种结构适宜高精度、高速主轴部件的场合．简单的主轴轴承组合，可以大大降低主轴部件的装配误差和热传导引起的主轴隙丧失，但主轴的承载能力会有较大幅度的下降． 2 主轴部件结构 主轴部件主要由主轴、轴承、传动件、密封件和刀具自动卡紧机构等组成 ⑴主轴 主轴前端有7：24的锥孔．用于装夹BT40刀柄或刀杆．主轴端面有一瑞面键．既可通过它传递刀具的扭矩，又可用于刀具的周向定位．主轴的主要尺寸参数包括：主轴的直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构上艺性和主轴组件的工艺适用范围．主轴材料的选择主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素确定。主轴材料常采用的有45 钢、Gcr15 等，需经渗氮和感应加热悴火．
冷加工echnique T 工 艺 我公司生产的HGMC3050大型龙门加工中心方 滑枕（见图1、图2）是大型龙门机床的关键零件， 零件外形呈长方体，内腔有多处深孔，它替代机床 主轴箱体、尾部箱体，从结构上起定位支承主轴及 延长主轴（即Z 轴）伸出的作用，因此零件的制造 精度要求很高。 图1 截面形状 图2 内腔深孔1. 加工需求分析 方滑枕毛坯材料为HT300，铸件采用树脂砂造型，与滑座之间的移动采用滑动导轨配合，其主要要求如下：（1）铸件不得有砂眼、气孔、缩松、裂纹等铸造缺陷，铸件需时效处理，硬度不低于190HBW 。（2）两导轨大面直线度长向0.01mm ，相互平 行度0.015mm ；两导轨立面直线度长向0.01mm ，与导轨大面垂直度0.01mm 。（3）丝杠座大面与两导轨立面平行度0.01mm ，立面与导轨大面平行度0.015mm 。（4）主轴孔φ250H7及电动机孔φ245H7与导轨大面、立面平行度0.01mm ，与轴承孔φ145H7、 φ195H7孔同轴度0.02mm 。 （5）各重要面表面粗糙度值均为R a =1.6μm 。 （6）由于方滑枕为外露件，四周表面粗糙度 值为R a =0.8μm ，不允许有划伤。 2. 工艺方案的重点、难点 通过对方滑枕零件的结构和加工需求分析可以 得出工艺重点及难点如下： （1）导轨面是丝杠座、中间孔系的基准，如何 保证两条导轨面较高的形位公差是加工难点之一。 （2）中间孔系的加工，特别是主轴孔、轴承 孔、电动机孔的同轴度要求及φ145H7轴承孔深孔 加工是难点，是工艺方案重点考虑的地方。 （3）由于方滑枕的精度直接影响机床的精 度，因此保证方滑枕的精度稳定性也是工艺方案考 虑的重点。 3. 确定工艺方案 根据工艺方案的确定原则，结合我公司设备及 工艺习惯，确定方滑枕加工工艺流程为：铸造毛坯 →粗加工四周及导轨面→粗镗中间孔系→热时效→ 半精加工四周及导轨面→半精镗中间孔系→振动时 效→半精加工四周及导轨面→半精镗中间孔系→振 动时效→油漆→精磨四周边→精铣导轨面→精镗中 间孔→检验入库。 （1）在方滑枕加工过程中，安排三次时效处汉川机床集团有限公司 （陕西汉中 723003） 张 荣 徐秋红 大型龙门机床方滑枕加工工艺 栏目主持 赵宇龙
优秀设计 目录 前言 (1) 第一章加工中心介绍 (5) 1.1加工中心 (5) 1.1.1加工中心简介 (5) 1.1.2 加工中心的特点和用途 (6) 1.1.3．加工中心的工作原理 (7) 1.1.4加工中心的主轴部件 (7) 1.1.4.1主轴部件精度 (7) 1.1.4.2 主轴部件结构 (8) 第二章传感器介绍与选择 (12) 2.1．传感器简介 (12) 2.2传感器的选取 (14) 2.2.1.1磁电式转速传感器的工作原理 (14) 2.2.1.2磁电式转速传感器的型号和技术参数： (15) 2.2.1.7 KMI15-1磁电阻式转速传感器技术参数 (20) 2.2.2加工中心主轴运行轨迹的监测： (20) 2.2.2.1.电涡流位移（振动）传感器的工作原理及特点 (20) 2.2.2.2 M307997电涡流位移传感器参数 (21) 2.2.3对加工中心主轴齿轮轴向移动的监测 (21) 2.2.3.1 KMZ10B传感器介绍 (21) 2.2.3.2 KMZ10B 传感器参数 (21) 第三章信息采集与处理 (22) 3.1 A/D转换器的分类与性能指标 (22) 3.1.1 A/D转换器分类 (22) 3.2 A/D转换器和单片机 (23) 3.2.1 ADC0804转换器： (23) 3.2.2 AT89C51单片机 (25) 3.2.3 AD转换器与AT89C51单片机接口电路图: (26) 3.3 与PC机通信接口 (26)
3.3.1 MAX487芯片介绍 (27) 第四章加工中心主轴组件的监测的实验分析 (28) 4.1 DRVI可重构虚拟仪器实验平台介绍： (28) 4.2加工中心-轴心轨迹测量： (28) 4.3加工中心主轴-磁电传感器转速测量： (30) 总结 (34) 致谢 (35) 参考文献 (36)
立式加工中心主轴组件 的结构设计 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
摘要 加工中心由于备有刀库并能自动更换刀具，使得工件在一次装夹中可以完成多工序的加工。加工中心一般不需要人为干预，当机床开始执行程序后，它将一直运行到程序结束。加工中心还赋予了专业化车间一些诸多优点，如：降低机床的故障率，提高生产效率，提高加工精度，削减废料量，缩短检验时间，降低刀具成本，改善库存量等。由于加工中心的众多优势，所以它深受全球制造企业的青睐。 加工中心主要由主轴组件、回转工作台、移动工作台、刀库及自动换刀装置以及其它机械功能部件组成。其中的主轴组件是机床重要的组成部分，其运动性能直接影响机床加工精度与表面粗糙度。本文在查阅大量国内外文献的基础上，通过研究分析不同加工中心主轴组件的性能，综合地比较了其特点，并拟定了一个较为合理的主轴组件结构方案。同时，还就主轴、轴承以及丝杠等重要零件的机械性能进行了探讨，并对这些零件的刚度和强度进行了校核。此外，本设计中所采用的陶瓷轴承能有效地增加主轴的刚度，从而提高了加工中心的可靠性和稳定性。 关键词：主轴组件，加工中心，数控机床
Spindle unit design of Vertical machining center ABSTRACT Machining center evolved from the need to be able to perform a variety of operations and machining sequences on a workpiece on a single machine in one setup. Machining center requires little operator intervention, and once the machine has been set up, it will machine without stopping until the end of the program is reached. Some of the other advantages that machining centers give a manufacturing shop are greater machine uptime, increased productivity, maximum part accuracy, reduced scrap, less inspection time, lower tooling costs, less inventory and so on. Because of their many advantages, machining centers become widely accepted by manufacturing enterprises in the world. Machining centers are equipped with spindle units, rotary workbench, moving workbench, tool magazines and automatic tool changers, and other mechanical function components. Spindle unit is the important motion part of the metal cutting machine tool. Its movement behavior affects the machining accuracy and surface roughness of part to be machined. Through referring to a variety of technical literatures, the characteristics of some kinds of spindle units are compared with each other based on analysis and research work on different machining centers. A reasonable scheme can be studied out. Meanwhile,
合同编号： GMC308MS龙门加工中心 技术协议 一、设备技术描述、参数及配置 二、设备主要零部件品牌 三、SIEMENS 840Dsl系统主要功能表 四、制造厂商培训 五、设备推荐用油和油脂表 六、设备客户安调准备表 七、设备通用要求及安装、调试 八、设备验收 九、质量保证 十、其他 十一、机床外观图 甲方（买方）：乙方（卖方）： 代表：代表： 年月日年月日
一、设备技术描述、参数及配置 1、设备技术描述 GMC3080MS型龙门加工中心主要适用于航空、航天、汽车、军工、能源、信息、模具等行业的零件加工。以加工黑色和有色金属大中型复杂零件为对象，具有高精度、高速度、高柔性、环保等特点。其性能指标和精度指标完全符合国家标准。产品经模块化设计，可以按市场需求进行产品系列化和客户化制造，其良好的性能价格比是国内外客户的最佳选择。 整机结构：机床采用龙门框架移动，工作台固定的结构。基础大件均采用优质树脂砂造型、高强度铸铁材料铸造而成，使机床得到高刚性和稳定的精度。主要铸件均经过 有限元分析，筋格布置合理，充分满足机床高扭矩切削的需要。 主轴箱：主轴箱采用方滑枕结构，选用进口主轴，扭矩大、转速高、噪音低，充分满足镗铣及钻孔加工要求。配置西门子系列主轴电机，满足低速恒扭矩和高速恒功 率切削需要。外置编码器，对主轴的位置进行精确反馈，满足刚性攻丝的需要。 油冷却机对主轴降温，提高轴承使用寿命，降低主轴热变形对加工精度造成影 响。 导轨：床身导轨（X轴）为重载滚柱直线导轨，摩擦力小、承载能力强、高速振动小、低速无爬行、定位精度高。横梁导轨（Y轴）为铸铁镶钢导轨，并且设置了卸 荷机构，INA滚动体与滑动导轨组成复合导轨，减少了滑动摩擦阻力，提高机 床定位精度和重复定位精度。主轴箱导轨（Z轴）为四面封闭式环抱滑动导轨， 即铸铁贴塑摩擦副，有良好的吸振性，保证加工时切削平稳，特别适用于主轴 伸长强力铣削，大孔镗削及使用角度头的五面加工。 驱动：X、Y、Z三个坐标轴均采用西门子系列进给电机驱动，三轴均标配光栅尺，稳定性能好，运行可靠。X、Y进给轴采用伺服电机通过减速机驱动齿轮齿条传 动，其中X轴采用左右各两个伺服电机，共四个伺服电机进行双驱同步控制， 以及相邻两个伺服电机采用主从驱动，利用电气控制消除齿轮齿条传动的反向 间隙，Y轴采用两个伺服电机左右分布在滑鞍两侧，进行主从驱动，也利用电 气控制消除齿轮齿条传动的反向间隙，提高了定位精度和重复定位精度的保持 性；Z轴采用双螺母滚珠丝杠驱动，进行预拉伸，并且Z轴滚珠丝杠为双驱结 构，工作更加平稳。 系统：配置高性能西门子840Dsl数控系统，保证了机床控制的稳定性，也保证了用户要求的数控加工功能和辅助功能。 可选配置：FANUC 31i数控系统、刀库、直角头、延伸铣头、深镗铣头、万能铣头等。 机床所有零部件加工、装配成品质量符合产品图纸及相关技术要求，其安全标准符合GB15760-2004《金属切削机床安全防护通用技术条件》的有关规定，其精度标准符合GB/T17421-2000《机床检验通则》及ISO8636.2-2007《龙门铣床检验条件》的有关规定。
加工中心主轴轴承的装配 主轴作为加工中心的关键部件，性能会直接影响到加工中心的精度、转速、刚性、温升及噪声等参数，进而影响工件的加工质量。为了保持优秀的机床加工能力，必须配用高性能的轴承。 主轴轴承的装配质量直接影响其工作状态和使用寿命，有不少数控加工中心的故障就是由于轴承的装配不当造成的，所以应该对轴承的装配技术应当给予足够的重视。洛阳众悦精密轴承现将主轴轴承的装配要点简述如下： 一、主轴轴承的取出与清洗 1.保持手部清洁干燥：精密轴承从包装中取出时，操作者的手应保持清洁干燥，因为手上的汗水会导致生锈，必要时可以戴手套。 2.保证良好的润滑效果：取出的精密轴承应立即进行装脂和涂油处理，加脂精密轴承取出后立即作无污染安装，不作装脂和涂油处理。 3.包装要封好：精密轴承只能在装配之前从原包装中取出清洗。从易挥发缓蚀剂封存的多件精密轴承包装中取出其中的几套后，应立即将包装封好，因为VIC纸的保护气只能在封存的包装中得以保持。 4.正确清洗：加脂精密轴承在装配前不可清洗，而未加脂精密轴承在装配前必须清洗，清洗之后应晾干并立即上防锈油或装脂，以免锈蚀。 二、主轴轴承的安装与安装工具 主轴、丝杠用精密轴承作为机床的基础配套件，其性能直接影响到机床的转速、回转精度、刚性、抗颤振动切削性能、噪声、温升及热变形等，进而影响到加工零件的精度、表面质量等。 1.轴承安装注意事项：轴承装配现场应尽可能保持清洁；避免精密轴承污染或异物的进入，污染物对轴承的运转和使用寿命有很大不良影响；检查轴承座孔和轴上配合面的几何精度、尺寸精度及清洁度；安装时在套圈的配合面涂上少许油或少许脂，轴承更容易安装到设计部位；设计轴承座孔和轴时应有一个100～150的安装引导倒角；不要过分冷却轴承，因为冷凝可导致轴承及轴承的配合面锈蚀；轴承内圈与主轴装配需采用定向装配法或角度选配法，也就是人为地控制各装配件的径向跳动误差的方向，使误差相互抵消而不是累积；轴承压入轴承后应转动灵活无阻滞感；安装完成后，检查精密轴承系统是否运转正常。 2.合理使用安装工具： (1)当过盈量较大时，可采用加热箱、油浴加热或感应器加热轴承来安装，加热温度范围为80℃～100℃，最高不能超过120℃。同时，应用螺母或其它适当方法紧固轴承，以防止轴承冷却后宽度方向收缩而使套圈与轴肩之间产生间隙。 (2)轴承安装时，必须在套圈端面的圆周上施加均等的压力，将套圈压入，不得用鎯头等工具直接敲击轴承端面，以免损伤。 在过盈量较小的情况下，可在常温下用套筒压住轴承套圈端面，用鎯头轻击装配套筒的中心部位，通过套筒将套圈均衡地压入。装配力绝不能通过滚动体来传递，避免直接锤击轴承套圈。压入时，应保证外圈端面与外壳台肩端面，内圈端面与轴台肩端面压紧，不允许有间隙。 (3)采用机械压力机或液压机必须使用装配套筒压装，并保证处于水平状态，如有倾斜会导致轴承沟道因受力损坏，而使轴承产生异响。装配套筒要完全接触轴承内套圈或外套圈端面的整个圆周。
2014年第1期（总第447期 ）上C H IN E SE &FO R E IG N E N T R E PR E N E U R S 1.前言 加工中心（M achining Center ，简称M C ）是能够实现多工序编程并能根据需求具备切换刀具功能的数控机床。它将铣床、镗床、钻床多种数控功能聚集在一台设备上，配备刀库和自动换刀装置，能够同时完成多道工序。由于其减少了工件装夹、产品和设备调整，节约了工件的转移时间，因此其效率比通用机床高出80%以上。 2.加工中心主传动系统的特点 加工中心主传动系统的组成主要分为主轴电动机、主轴传动系统和主轴组件。加工中心的主传动优点为高转速、高回转精度、高机构刚性以及抗震性。加工中心的主轴系统具备以下特点：（1）主轴必须具有一定的调速范围并实现无级变速。（2）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低。（3）升降速时间短，调速时运转平稳。（4）主轴组件要有较高的固有频率，保持合适的配合间隙并进行循环润滑等。（5）有自动换刀和刀具自动夹紧功能。（6）主轴具有足够的驱动功率或输出转矩。（7）主轴具有准停功能又称主轴定位功能（Spindle Specified Position Stop ）。 3.加工中心主传动系统设计 3.1变速系统设计 如要求主轴转速40r/min ～4000r/min ，电机功率4kw （1）选用直流电动机无级变速机构。 （2）主轴的计算转速。 （3）转速图的设计。 a.主轴要求的恒功率变速范围 b.电动机可达到的恒功率变速范围 电机功率4kw ，电机转速4000r/min ～320r/min ，额定转速为1330r/min 。 c.公比和传动级数的确定 一般变速箱有2级、3级、4级。选用，即分级变速箱为4级变速。公比 。 则分级变速箱的转速图如图1所示。变速箱有4种传动比（1/1）×（1/1）=（1/1）；（1/2）×（1/1）=（1/2）；（1/1）×（1/4）=（1/4）；（1/2）×（1/4）=（1/8）。传动比为1/1时，主轴转速为4000r/min ～1330r/min ；为1/2时，主轴转速为2000r/min ～667r/min ；为1/4时，主轴转速为1000r/min ～335r/min ；为1/8时，主轴转速为500r/min ～168r/min 。这四段用的全是电动机的恒功率区。168r/min ～40r/min 为恒转矩区。分级变速箱的结构如图1。 收稿日期：2014-01-02 作者简介：葛亚玺，（1987-），男，江苏江阴人，本科，研究方向：机械结构。 数控加工中心主轴的结构设计和改进 葛亚玺 （上海新跃联汇电子科技有限公司，上海200233） 摘要：加工中心是一种快速、高效的多功能数控机床，它的成熟和发展代表了国家工业设计和工业制造水平。本文通过加工中心主传动变速系统的设计、加工中心主轴组件结构的设计等两方面，就加工中心的主轴组件的结构设计和改进进行详细的阐述。 关键词：主轴组件；轴承；准停中图分类号：TH13 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2014）01-0208-03 图1分级变速箱结构图 【科技与管理】Technology And Management 208