加工中心主轴部件总体设计的实施方案

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1、西安技师学院工业自动化系11届数控机床维修专业预备技师工作项目实施方案课程名称:小机电产品设计与制作项目名称：加工中心主轴部件示教仪总体设计教研室：数维教研室指导老师:李博项目组员：王小毛-4-一．设计题目加工中心主轴部件的总体设计二．设计要求1．主轴部件的精度要求：具有较好的旋转精度、较高的刚度、抗振性、温升、热变形和耐磨性。2.功能要求：设计一个加工中心主轴部件示教仪，具体功能要求如下：基本功能：（1）加工中心主轴准停机构。数控机床为了完成刀具自动交换的工作过程，必须设置主轴准停机构。（2）加工中心切屑清除装置。在刀具自动交换过程中，为了防止新刀将异物带入主

2、轴锥孔，造成主轴磨损影响刀杆的定位精度。（3）加工中心刀具夹紧装置。主轴要带动刀具做高速旋转运动，因此必须设置刀具夹紧装置。（4）主轴可以实现较宽的调速范围。三．设计方案加工中心主轴部件的结构组装图如下：1—主轴2—拉杆3、8—带锁紧槽圆螺母4—大皮带轮5、10—角接触球轴承7、9—垫片6、11—轴承座12—法兰盘13、14—内六角圆柱头螺钉15—端面键16—刀具17—钢球19-薄型平键20—带槽圆螺母21——V型定位盘22—套筒23—蝶形弹簧工作过程：当按下启动按钮后，主轴开始进入正常工作状态（转数可根据变频器进行设计）。当需要换刀时，需先按下停止按钮，使主轴

3、转数降低在极小的范围下，然后由一个气动的定位销实现精确定位，主轴停止旋转。松刀时，按下换刀按键，拉刀缸推动拉杆2，克服蝶形弹簧23的弹力，将拉杆2推向主轴锥孔Φ24的环槽，这时拉钉已不受钢球17的束缚，拉杆2继续下降，拉杆推动刀具16，将刀具16从主轴锥孔中推出；装上新刀后，蝶形弹簧23恢复弹力。钢球17从Φ24孔槽中进入Φ20孔槽中，刀具16被定位夹紧。四．具体设计及零件图1.主轴结构及尺寸的设计1)主轴轴径的确定（图见方案二）-4-通常指主轴前轴颈的直径，其对于主轴部件刚度影响较大。加大直径，可减少主轴本身弯曲变形引起的主轴轴端位移和轴承弹性变形引起的轴端位

4、移，从而提高主轴部件刚度。但加大直径受到轴承值的限制，同时造成相配零件尺寸加大、制造困难、结构庞大和重量增加等，因此在满足刚度要求下应取较小值。由于本次采用的是JT30刀具，由锥柄型式（GB/T3837-2001）查得主轴前轴径具体值为D2=69.832mm，主轴端部的端面键两键槽中心轴线的相对位置要求为f=Φ54，由于装配需要，主轴的直径总是由前轴颈向后缓慢地逐段减小的。在确定前轴径后，可知前轴颈直径和后轴颈直径有如下关系：后轴径的直径D1≈(0.7～0.85)D2。考虑到主轴后端内孔的尺寸Φ25.3mm，所以取后轴径D1=35mm。2）主轴内孔直径及拉杆直径

5、的确定主轴内孔直径与机床类型有关，主要用来通过棒料，通过拉杆、镗杆或顶出顶尖等。确定孔径的原则是，为减轻主轴重量，在满足对空心主轴孔径要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下，应尽量取大值。3）确定轴各段外圆的直径和长度。确定主轴各段外圆的直径尺寸根据3.1小节确定主轴最小外圆直径为Φ35，参考GB/T292-1994选择角接触球轴承，轴承与轴的配合为过渡配合（取js6）；标准圆螺母GB/T812-1988、GB/T810-1988确定主轴各段外圆的直径，圆螺母与主轴为间隙配合（取6g）。确定主轴各段外圆的长度尺寸根据锁紧螺母（GB/T812-1988、GB

6、/T810-1988）的作用与安装要求，角接触球轴承（支承件）及对其进行轴向固定的垫片的尺寸，轴上传动件（皮带轮）的安装目的及安装要求，确定轴上各段外圆的长度尺寸。4）确定轴上各段内孔的直径及各段孔的长度参考标准件（蝶形弹簧）的尺寸以及轴上各个连接件的作用来确定各段内孔的直径及长度。2.拉杆尺寸的设计1）拉杆尺寸的确定根据主轴已确定尺寸、主轴的主要功能、标准件（参考带槽圆螺母GB/T817-1988）以及加工的可行性，可确定拉杆的尺寸。2）拉杆外圆上槽孔尺寸的确定拉杆最主要的尺寸就是放钢球的的槽，考虑到拉杆的直径及本身材料的刚性，选取4个Φ6的钢球。钢球所在的槽

7、孔既要保证在Φ20的孔内钢球可以夹紧刀具，也要保证在Φ24（放松时）的孔内钢球不会脱离槽孔。根据拉杆加工的可行性及拉杆本身的刚度问题，方案二提高了拉杆的刚度。3.控制部分的设计1）气动控制部分的设计气动控制控制的优点：a.冲击小b.实现大范围无极调速c.易实现过载保护d.自润滑，寿命长e.易实现标准化、系列化、通用话根据加工中心主轴部件的主要功能，结合气动控制的优点，设计如上图所示的气动控制原理图。-4-2）电气控制部分的设计加工中心主轴部件要求具有较宽的调速范围，因此主电路采用变频器控制。根据前面气动控制部分设计，结合加工中心主轴部件的工作原理。设计了如上图所

8、示的主轴部件电气控制原理