精密数控车床主轴及刀架设计

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1、精密数控车床主轴及刀架设计引言数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。我国数控车床从20世纪70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国

2、外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。尽管近几年我国机床工具行业已经取得了很大进步，但在当前国内外机床市场竞争极其激烈的形势下，我国的机床工具行业则显得竞争力不强，主要表现在我国是机床消费大国还不是机床强国、机床拥有量大但水平低、产品构成依然落后、产品创新能力差、机床可靠性还有待提高等方面。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变

3、化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用。当前数控车床呈现高速、高精密化，高可靠性，数控车床设计CAD化、结构设计模块化、功能复合化，智能化、网络化、柔性化和集成化的发展趋势。40精密数控车床主轴及刀架设计第一章毕业设计题目设计题目是超精密数控车床关键部件的设计，包括主轴系统和刀架系统。该数控车床具有很高的主轴转速和加工精度，其中主轴设计的最大转速为8000r/min，无级变速，主轴径向跳动允差为0.

4、001mm，主轴轴向窜动允差为0.001mm，刀具最大切削深度1mm，最小切削深度50nm。用于加工轴类零件，最大切削直径为25mm。设计要求对数控车床的主轴部件进行详细设计及分析计算，包括主轴驱动电动机的选择，使主轴在工作时满足超精密数控车床的加工要求；对刀架系统，需要进行参考性设计，确定数控车床的整体结构及尺寸，并进行大致分析。第二章设计总体方案2.1主轴部件的设计方案主轴部件由主轴、轴承、传动件（如齿轮、带轮）和固定件（如螺母）等组成，是机床的重要组成部分。机床工作时由主轴夹持工件（车床）或刀具（钻床、镗床

5、、铣床、磨床等）直接参加表面成形运动，所以，主轴部件的工作性能对加工质量和机床生产率有重要影响。主轴部件中最重要的组件是轴承，由于主轴转速很大，回转精度要求很高，故采用精密角接触陶瓷球轴承支承，轴承润滑方式采用油脂润滑，轴承的密封形式采用迷宫密封；根据主轴工作情况，主轴支承采用前后两个支承，这种方式结构简单，制造装配方便，容易保证精度；主轴的传动方式采用一级传动，将伺服电动机动力通过同步带直接传递给主轴，这样的优点是使结构紧凑，装卸方便，同时伺服电动机的转速特点也满足了主轴无级变速的要求。2.2刀架系统的设计方案

6、刀架系统是机床的重要组成部分，用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床设计制造技术的水平。随着数控车床的不断发展，刀架系统结构形式也在不断翻新。40精密数控车床主轴及刀架设计刀架是直接完成切削加工的执行部件，所以，刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，所以要求数控车床选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证有较高的重复定位精度。此外，刀架的设计还应满足换刀时间短、结构紧凑和安全

7、可靠等要求。数控车床是一种高度自动化的机床，它的刀架一般都采用自动（电气或液压）的转位方式。按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有转塔刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。但大体分为排刀式刀架和转塔刀架两大类。由于转塔刀架具有刚度大、重复定位精度高、结构简单等一系列优点，所以刀架系统采用回转式转塔刀架，根据加工要求设计成圆盘式刀架并可同时装夹8把刀具，刀架进给运动采用伺服电动机驱动滚珠丝扛来实现。第三章主轴部件设计3.1数控车床主轴传动系统的设计机床主轴传动系统因机床的类型、性能、规格尺寸等因素的不

8、同，应满足的要求也不一样。设计机床主轴传动系统最基本的原则就是以最经济合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行分析，一般应满足下述基本要求：1）满足机床使用性能要求。首先满足机床的运动特性，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数（对于主传动为直线运动的机床，则有足够的每分钟双行程数范围及变速级数）。传动系设计合理，操纵方便灵活、迅速、安全可靠等。2）满足机床传