立式加工中心 Z 向进给装置与刀库设计 摘 要:
加工中心是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂形状工件的高效 率自动化机床,它的特点是具有自动化程度高，加工范围广，适应性强，高柔性 化，智能化，劳动强度低，适用于单件、小批量、形状复杂的零件的加工,有立 式和卧式之分。现在，加工中心受到各个国家越来越多的重视，其发展程度代表了
第 1 章 概述
§1.1 加工中心的特点
加工中心（Machining Center）是典型的集多种新兴技术于一体的机械加工 设备，它的程度代表了一个国家设计、制造的水平，如今，加工中心已经成为现 代机床发展的主流方向， 广泛应用于各行各业的机械制造中。 它有立式和卧式之 分， 而立式加工中心是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加 工各种板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件，对工件一次装夹后进行多工序 加工，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件的装 夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，并且立式加工中心工件装夹、定位方 便，刃具运动轨迹容易观察，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。与普通的数控机床相比，它具有以下几个突出特点。 （1） 工序集中 加工中心备有刀库并且能自动换刀，能连续对工件进行多道工序加工，使得 工件在一次装夹后通过数控系统能控制机床进行零件的自动加工， 按不同的工序， 自动选择和更换刀具， 自动控制调整机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运 动轨迹， 和其他辅助功能， 现代加工中心则更大程度地能使工件在一次装夹后实 现多表面、多特征、多工位的连续、高效加工，即工序集中。 （2） 对加工对象的适应性强 加工中心可以根据需要编制相应的程序以适应不同的复杂零件的加工过程 加工能力和加工范围大，因此加工适应能力强。 （3） 加工精度高 加工中心因为加工工序集中， 并且由数控系统控制零件的自动加工减少了人 工操作的误差，故加工精度更高，加工质量更加稳定。 （4） 加工生产率高 加工中心带有刀库和自动换刀装置，能集中完成多种工序，因而可以减少工 件装夹、机床的调整等辅助时间，使机床的切削利用率（切削时间和开动时间之 比）得到很大提高，高于普通机床的 34 倍。 （5）降低 操作者的劳动强度 加工中心是按事先编好的程序自动完成对零件的加工的，操作人员除了操 作键盘、 装卸零件、 进行一些必要的关键工序的中间测量和进行观察机床的运动 之外，不需要重复进行繁重的手工操作，可大为减轻劳动强度，改善劳动条件。
§ 3.2.5 键的设计.......................... 错误!未定义书签。 § 3.2.6 齿轮的设计........................ 错误!未定义书签。 第 4 章 加工中心 Z 轴进给传动系统 ......................... 错误!未定义书签。
前
言
加工中心 （Machining center 简称 MC） 是一种多工序自动换刀的数控机床。
它具有自动化程度高，加工范围广，适应性强，高柔性化，智能化，劳动强度低 的优点和特点，适用于单件、小批量、形状复杂的零件的加工，它综合了机械制 造技术、电子电工技术、计算机软件技术、气动技术、现代控制技术、传感技术 以及通信诊断、刀具和编程技术的高技术产品，它集铣削、车削、钻削等功能于 一身，并且增设有自动换刀装置和刀库，可以在一次安装工件后，通过数控系统 控制机床进行零件的自动加工，按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床 主轴转速、 进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能； 依次完成各个面、 孔、槽、倒角等的加工。加工中心可以减少工件装夹、测量和调整时间，使机床 的切削利用率高于普通机床的 34 倍，达 80%以上。所以说,加工中心不仅提高 了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。 本说明书分5章,第1章介绍加工中心的结构,第2章讲述了加工中心总体设计, 第3章介绍了刀库及自动换刀装置,第4章讲述加工中心Z向进给系统的滚珠丝杠 和滚动轴承设计选用，支承件及导轨的设计讲述导轨的选用。 限于设计水平,设计定有错误和不妥之处,敬请答辩组老师的批评指正。
§ 4.1 滚珠丝杠的设计及计算 ................. 错误!未定义书签。 § 4.1.1 电机及检测元件 .................... 错误!未定义书签。 § 4.1.2 电机与进给丝杆的连接 .............. 错误!未定义书签。 § 4.1.3 传动装置.......................... 错误!未定义书签。 § 4.1.4 滚珠丝杆螺母副 .................... 错误!未定义书签。 § 4.2 导轨的设计 ........................... 错误!未定义书签。 § 4.2.1 选择导轨的结构类型 ................ 错误!未定义书签。 § 4.2.2 选择滚动导轨类型 .................. 错误!未定义书签。 § 4.2.3 滚动导轨的预紧 .................... 错误!未定义书签。 § 4.2.4 导轨的保护装置 .................... 错误!未定义书签。 § 4.2.5 导轨的材料与热处理 ................ 错误!未定义书签。 § 4.2.6 导轨的润滑........................ 错误!未定义书签。 结 论............................................................................ 错误!未定义书签。 参考文献..................................................................................................... 43 致 谢............................................................................ 错误!未定义书签。
Байду номын сангаас关 键 词 ： 加工中心,刀库,自动换刀装置,进给系统
DESIGN OF THE OVERALL, TOOL MAGAZINE AND Z-AXIS FEED SYSTEM OF MACHINE CENTER
ABSTRACT
Machining center is a CNC machine with tool magzine and can automatically replace the right tools for the multi-process to workpiece. It has the characteristics of operations concentration, high precision machining, strong adaptability and high production efficiency. Its development represent the manufacture lever of a nation, the companies at home and abroad highly valued. The research and development of machining center(MC) is one of the NC technology development directions of the future.The design of overall、tool magazine and the Z-axis feed system of MC. In the overall design, comparison and analysis are made for its way of layout, determined the layout of the overall for vertical. The tool magazine used disk-shaped layout and the no mechanical hand grasping the tool way. The tool magazine and automatic tool change(ATC) structure design, the choice of ball screw and motor, axes, key are introduced and designed in detail in this paper. Performance of MC depends to a large extent on the servo feed system performance, the design and calculation of check to Z-axis ball screws, guide and other key mechanical components are made in the paper. The ball screw, rolling rails and the the mechanical structure match with them are used in the design of tool magzine and the Z-axis feed system to make the system running fast and efficient, stability, high accuracy to meet the performance requirements of the MC.
KEY WORDS
feed system
: machining center, tool magazine, automatic tool changer,
前 言........................................................................................................... 5 第 1 章 概述................................................................................................. 6 § 1.1 加工中心的特点 ...................................... 6 § 1.2 加工中心的结构 ...................................... 6 § 1.2.1 加工中心的构成 ................................... 7 § 1.2.2 加工中心对结构的要求 ............................. 7 § 1.3 加工中心的发展方向 .................................. 8 第 2 章 数控加工中心总体设计 ................................. 错误!未定义书签。 § 2.1 总体布局方案设计 ..................... 错误!未定义书签。 § 2.2.1 总体布局方案的确定 ................ 错误!未定义书签。 § 2.2.2 总体布局方案的说明 ................ 错误!未定义书签。 第 3 章 刀库及自动换刀装置 .................................................................. 10 § 3.1 加工中心刀库 ......................... 错误!未定义书签。 § 3.2 刀库设计计算 ......................... 错误!未定义书签。 § 3.2.1 刀库设计参数 ...................... 错误!未定义书签。 § 3.2.2 滚珠丝杠的选择 .................... 错误!未定义书签。 § 3.2.3 电机的选择........................ 错误!未定义书签。 § 3.2.4 轴的选择 ........................ 错误!未定义书签。