1、毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 加工中心主传动系统的机械结构设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 加工中心是一种多工序复合加工数控机床，并正向高速、高精度和 5 轴联动方向发展。由于其生产效率高、柔性好、一机多用和易于加工复杂的曲线、曲面零件等特点，早已成为工业发达国家军民机械工业的主力加工设备。 一个国家的加工中心拥有量、消费量及其总体技术水平与这个国家机械工业的加工制造技术水平息息相关。进入 21 世纪以后，中国加工中心的消费量随着军民机械工业的大规模技术改造而迅速增长，如 2001 年中国加工中心的消费量仅为 2662 台（其中进口 2290 台），而同年美
2、国、日本和德国的加工中心消费量分别为 11505、 6090 和 5291台。到了 2005 年，中国加工中心的消费量猛增至约 13200 台（估计值，加工中心的产量数据未公布），其中进口 10343 台。 2005 年加工中心的消费量是 2001 年的 4.96 倍，年均增幅达 49.2%，一举超过美、日、德诸国，成为世界上消费加工中心最多的国家 。 以中档产品为主，高档比重近 1/5。 根据机械工人杂志社等单位的调查，从近600 份重点用户的有效问卷中得出的结果是，加 工中心机床的应用已遍及全国 26 个行业，其中汽车、摩托车及其零部件制造业占 24%，航空航天和军工行业占 18%，机床工
3、具业占 11%，模具行业占 8%，轻工机械行业占 4%。在这些企业拥有的加工中心中，虽然普及型的立式和卧式加工中心仍占多数，但多轴联动、高速、大型精密等高档加工中心也占有一定比重，如在所调查的近 600 户用户中，拥有 5 轴联动加工中心的占 24%。说明中国市场消费的加工中心虽然以普及型的中档机为主，但高档机在消费量中所占比重估计已达 15%至 20%。 市场规模有长足发展空间 。 中国消费的加工中心大部分依靠 进口（ 2005 年进口量占消费量的七成多），进口金额 12.97 亿美元，居各类机床进口额之首，主要从日本、中国台湾、德国和韩国等地进口。 2006 年上半年，中国进口加工中心 5
4、511 台，金额 6.88亿美元，同比分别增长 20%和 11%，仍保持两位数增长，说明中国加工中心市场的规模还有增长空间。 随着社会的进步，制造业的发展越来越迅速，数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技 术及其产业。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。数控机床发展很快，作为数控机床的重要部分，主轴箱的设计更新也越来越快。如今，加工中心已成为现代机床发展的主流方向，随着加工中心的普及应用，急需一大批掌握加工中心
5、设计 、操作和维修的应用型人才。 加工中心 主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件 ，它是加工中心的主要组成部分。 它与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变 速系统用以扩大电动机无级调速的范围。 加工中心大多采用交流和直流调速电动机来实现无级变速。主轴的传动方式有四种，分别是二级齿轮变速传动、定比传动、由主轴电动机直接驱动、内装电动机主轴传动。 本设计采用定比传动中的多楔带传动，这种传动方式多用于数控车床和中、小型加工中心，可避免齿轮传动时引起的振动和噪声。 多楔带传动功率大
6、，空间相同时多楔带比普通 V 带的传动功率约高 30%；带体薄，富有柔软性，比较能适应带轮直径小的传动；适应高速传动，带速可达 40m/s，使用伸 长小，发热小，振动小，运转比较平稳 。 主轴组件由主轴、 主轴支承、装在主轴上的传动件和密封件组成。机床加工时，主轴带动工件或刀具直接参与表面成形运动，所以主轴的精度、刚度和热变形对加工质量和生产效率等有着重要影响。而且数控加工过程中不能进行人工调整，这些影响就更为重要。对加工精度影响最大的是回转精度的要求。随着科技的发展，加工中心主轴的转速越来越高，这种趋势必然会去主轴的精度和刚度提出了更高的要求。主轴在告诉旋转的过程中，由于动力输入源存在径向力
7、（如：带拉力）作用在主轴后端：动力源与主轴安装不同心使主轴产生的内应力变形，使主轴回转综合精度收到影响。同样主轴再松刀过程中会受到很大的轴向力的影响，这种影响会导致主轴运动精度及主轴使用寿命。相比而言，轴向力的影响远大于径向力的作用。在通常情况下，采用卸荷装置来减小上述因素对主轴的影响，能收到很好的效果。本设计也采用卸荷装置，使主轴的轴向力转移到床身上以达到加工精度的要求。 现在加工中心逐渐成为机械加工业中最主要的设备，它加工范围广，使用量大。近年来在品种、性能、功能方面有很大的发展。随着科学技术的发展，世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等
8、技术的应用，对加工中心的各个组 成部分提出了更高的性能指标。当今的加工中心正在不断的采用新的成就，朝着高速化、高精度化、多功能化、智能化、系统化、与高可靠性等方向发展。 本次毕业设计的课题是设计一个带有卸荷装置的立式加工中心的主传动系统。参考TH5640 立式加工中心，初步了解到该型号立式加工中心主传动系统采用多楔带传动，从主轴电动机经一级带传动传递给主轴。在本文中，详细介绍了立式加工中心主传动系统传动方案的选择设计、电动机选型及功率的计算、多楔带传动的计算、各种零件的设计并确定主轴的卸荷装置和结构形式及关键零件的校核等设计过程。 二、研究 的基本内容，拟解决的主要问题： 立式加工中心主传动系
9、统各种传动方案优缺点的比较、主传动方案的选择和确定、主传动变速系统的设计计算、主轴组件的设计并确定主轴的卸荷装置和结构形式以及关键零件的校核等设计过程。 完成加工中心的主传动系统设计，确定加工中心主传动系统的结构方案和调速范围，并确定主轴的卸荷装置和结构形式，确定电机类型、功率，确定传动系统链、并进行必要的理论计算，完成毕业说明书。 该项目包括： 1、加工中心主传动装配图 2、部分零件图 3、毕业设计说明书一份 4、文献翻译 三、研究步骤、方法及措施： 完成带 有卸荷装置的加工中心的主传动系统设计，确定加工中心主传动系统的结构方案和调速范围，并确定主轴的卸荷装置和结构形式，确定电机类型、功率，
10、确定传动系统链、并进行必要的理论计算，完成毕业说明书。 1. 了解国内外加工中心发展动态； 2. 技术参数的确定； 3. 主传动系统的结构设计； 4. 绘制零件图； 5. 装配图； 6. 翻译英文资料。 四、参考文献 1 戴曙 , 金属切削机床设计 M 机械工业出版社 1981 2 机械加工工艺手册编写组，机械加工工艺手册 M 机械工业出版社 1998 3文怀兴， ,数控铣床设计 M，化学工业出版社 2006 4 任嘉卉， 公差与配合手册 M， 机械工业出版社 1990 5 文怀兴，夏田， 数控机床系统设计 M， 机械工业出版社 2006 6 周建方 , 材料力学 M 机械工业出版社 2002 7 范真 ,加工中心 M 化学工业出版社 2004 8 南京市机械研究所 ,金属切削机床夹具图 M 机械工业出版社 1990 9 李学梅 , 数控机床 M 电子工业出版社 2005 10 夏田， 数控加工中心设计 M， 化学工业出版社 2006
