立式加工中心主轴箱及其组件的设计研究

魏伟 马俊美

摘 要： 装备制造业标志性设备就是加工中心，加工中心是决定国民经济水平和制造业水平的设备，立式加工中心在加工中心设备中是最普遍的设备，同时对它的研究也很普遍，技术也很成熟，本文研究分析立式加工中心的机械系统、主轴结构设计、组件设计，通过对机械系统、主轴的研究，提高它们的设计方法和精度，提高机床的加工精度。

关键词： 机械系统；主轴结构设计；组件设计

1.機械系统

立式加工中心的结构图如图1.1。

立式加工中心的机械系统是支撑整个加工设备的主体结构，主要的内容如上图，对于数控设备机械主体和数控两个部分非常重要，控制是实现对真个设备的加工，运作的控制，如果没有机床本体，再好的控制也是无用。

机械系统的设计主要是通过主轴传动机构和传动系统以及自动换刀装置，主轴设计中主要是齿轮和带的设计，齿轮传动是机床设计中最普遍的传动，类型种类多，适应性非常强，传动效率达到99%，传功速度也非常广，但是如果只是应用齿轮进行传动，不能实现立式加工中心的加工范围，需要与电动机配合，实现无极调速，在加工中心的主轴设计中，有个主轴准停装置，该装置时机床在换刀的时候，需要加工中心主轴停止，该装置有机械式准停机构也有电气式准停机构，图1.2就是机械式准停机构。

2.主轴结构设计

主轴的机构设计主要是通过对主轴前端轴颈D、主轴孔d、主轴悬伸量a、主轴跨距L这四个尺寸进行设计计算。

轴颈D的尺寸是非常重要的，它是直接影响其他几个尺寸的确定，它的尺寸会影响主轴箱和轴承的变形，如果尺寸太小，还会影响主轴的刚度，所以一般它的设计尺寸通过机床的电机功率来进行计算。

主轴孔径的尺寸一般是通过轴颈D来计算，一般选择为：

0.7D≤d≤0.5D

主轴设计完成之后需要进行校核，校核公式如下：

式中：σ—轴的计算应力；

W—轴的抗弯截面系数；

a—折合系数；

[σ1]—轴的许用应力；

T—轴所受的扭矩；

M—轴所受的弯矩。

3.组件设计

立式加工中心的主轴组件是非常重要的，它是实现主轴运动和加工的前提，图3.1为主轴组件结构图。

主轴组件的设计，通过主轴的机构来进行设计，只有轴承通过对组件和主轴的设计要求，而轴承可以通过选择标准件来购买，但是需要对轴承进行校核，对寿命计算公式如下：

式中：L10h—失效率10%的基本额定寿命；

N—轴承转速；

C—基本额定载荷；

P—当量载荷；

ε—寿命指示，球轴承为3，滚子为10/3.

结论

机床由原来的普通机床发展成现代的数控机床，由原来的单轴机床到现代的五轴联动机床，加工中心的出现，龙门机床的出现，使机床的发展向着更精密、更快速的方向发展，立式加工中心在设计的时候要考虑制造成本、机床的加工效率，将它的性价比提高到最大化，提高它在现代机械加工领域的占有量，同时设计人员要适应现代市场的变化，提高适应能力和竞争能力。

参考文献

[1].廉元国.张永洪.加工中心设计与应用.[M].北京.机械工业出版社.1995.

[2].曹金榜.易锡麟主编.机床主轴变速箱设计指导.[M].机械工业出版社.1987.

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