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2011届本科生毕业设计（论文）

开题报告

课题名称 数控加工中心主运动传动系统设计 专 业 机械制造及其自动化（中美数控） 专业方向 数控技术及其应用 班 级 07102151 学 号 0710215122 学生姓名 胡琪澄 指导教师 赵莉萍 教研室

制造技术

上海应用技术学院 机械工程学院 2011年 3月4日

数控加工中心——主运动传动系统设计 1

1、概述

数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。

1.1 国内数控镗铣床的发展概况

数控卧式镗铣床是一种加工范围极广、自由度很大的机床，主要用来加工形状复杂、要求精度较高的箱体类零件，在一次装夹后能完成较多的工序。

我国数控卧式镗铣床和卧式加工中心的发展开始于1973年。但由于电气元件和数控系统质量不过关， 1976年后，数控卧式镗床和卧式加工中心的发展处于低潮。但其中机械机构问题不是很大，因此， 1981年以来，由于引进国外数控系统，国内数控卧式镗床和卧式加工中心有了新的发展，出现了第二次机床行业的发展高潮。

近几年来，国内外数控卧式镗铣床的技术发展非常快,其特点是产品结构不断更新，新技术应用层出不穷，工艺性能复合化，速度、效率不断提高，突出精细化制造。

随着为高速运行作技术支撑的传动元件电主轴、直线电机、线性导轨等得到广泛应用，机床的运行速度被推向了新的高度，主轴系统设计也由传统的镗杆伸缩式结构逐步向现代高 速电主轴结构转变。尽管传统的镗杆伸缩式结构，具有镗深孔及大功率切削的特点，但现代高速电主轴结构以其高转速、高运行速度、高效和高精度的优点和简化的主轴箱内部结构而倍受关注。而主轴可更换式卧式镗铣加工中心的创新设计解决了电主轴与镗杆移动伸缩式结构各存利弊的不足，具有复合加工与一机两用的功效，也是卧式镗铣床的一大技术创新。

目前世界上约有20个国家制造卧式镗床，其中以美、德、日、意、苏、法等国的卧式镗床在国际市场上占据重要地位。这些国家的卧式镗床结构先进、工艺水平高、重视新技术的应用；产品精度、刚度和寿命较高；造型美观，操作方便；具有较高的水平，广泛地应用模块化设计原则发展品种，做到普通卧式镗铣床、数控卧式镗铣床和卧式镗铣加工中心一个机型、三种产品，即普通卧式镗床装上数控系统就是数控卧式镗床，再加上刀库和机械手就是加工中心。

数控加工中心——主运动传动系统设计 2

2、课题关键问题及难点

2.1 主传动系统组成

在加工中心上，为了实现刀具在主轴上的自动装卸，并保证刀具在主轴中正确定位，主轴必须设计有刀具自动夹紧、切屑清除和主轴准停装置。

在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中，刀杆常采用7：24的大锥度锥柄，既利于定心，也为松刀带来方便。用碟形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合，夹紧力达10000N以上。松刀时，通过液压缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧，使夹头涨开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，刀具即可拔出进行新旧刀具的交换；新刀装入后，液压缸活塞后移，新刀具又被碟形弹簧拉紧。在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中，压缩空气由喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出，将锥孔清理干净，防止主轴锥孔中掉入切屑和灰尘，把主轴孔表面和刀杆的锥柄划伤，保证刀具的正确位置。

自动清除主轴孔中的切屑和灰土是换刀操作中的一个不容忽视的问题。如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其他污物，在拉紧刀杆时，就会划伤锥孔和锥柄表面，甚至会使刀杆发生偏斜，破坏刀具正确定位，影响加工零件的精度，甚至使零件报废。

对自动换刀数控镗铣床，切削扭矩是通过刀杆的端面键来传递的。为了保证自动换刀时使刀杆的键槽对准主轴上的端面键，主轴需停在一个固定不变的方位上，这由主轴准停装置来实现。

制动装置。由于滚珠丝杠副的传动效率高，无自锁作用，故必须装有制动装置（特别是滚珠丝杠处于垂直传动时）。图2.1a所示为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠的制动装置示意图。当机床工作时，电磁铁线圈通电吸住压弹簧，打开摩擦离合器。此时步时电动机受控制系统的指令脉冲后，通过液压转矩放大器及减速齿轮，带动滚珠丝杠转动，主轴铁线圈亦同时断电，在弹簧作用下摩擦离合器压紧，使得滚珠丝杠不能自由转动，主轴箱就不会因自重而下沉了。超越离合器也可用作滚珠丝杠的制动装置。

摩擦离合器主轴箱

图2.1a 自锁装置