唐文强

摘 要： 加工中心在机械加工领域使用非常广泛，它加工范围很广，加工能力也很大，立式加工中心是加工中心的一种，加工中心最突出的特点就是带有自动换刀装置，本文研究分析立式加工中心的总体设计，主轴设计，通过研究分析加工中心的结构，实现机床的高精密、高智能化、系统化的加工。

关键词： 总体设计；主轴设计

1.总体设计

加工中心在结构上具有自动换刀装置，在零件加工的时候，通过对刀具进行装夹完成之后，可以实现多个不同工序的加工，不需要频繁的换刀，在加工中心的分类中，通过机床的形态分为立式加工中心、卧式加工中心以及五坐标加工中心，立式加工中心的实物图如图1.1。

立式加工中心在总体上可以划分为基础部件，包含床身、立柱等；主轴组件，包含主轴箱体、电动机等；控制系统，伺服控制系统、PLC等；自动换刀装置，包含刀库、机械手等。

加工中心主传动系统的设计主要是针对电机、主轴组件进行设计，加工中心的传动系统与普通的相比，需要它转速高、精度高、刚性强，在传动系统的选择上，有很多种，通常有带转动、齿轮传动、链传动，在电动机和主轴之间利用传送带进行传送转速，为圆弧同步带，优点是应力分布均匀，机床在工作运转的时候，速度快也不会造成震动，示意见图如图1.2。

虽然传送带的优点很多，但是在使用的时候，维护不能保证，就会造成损坏，会出现断裂、爬齿跳齿，可以通过以下几个方面防止、爬齿跳齿：

（1）切向力比带的许用应力小；

（2）设计时带节距的差值在规定范围内；

（3）适当增加带的初始安装拉力，使带齿与轮的齿实现吻合。

2.主轴设计

主轴的结构图如图2.1。

通过上图可以看出加工中心主轴组件是由主轴、轴承、平键、密封等零件组成，加工中心在加工的时候转速非常高，所以主轴材质需要满足刚度强、回转精度高、热稳定性强。

主轴的结构上采用中心有一个内孔的主轴，前端装刀位置是采用7：24的莫氏锥度，在刀具装夹完成之后，可以很牢固的与刀柄接触，前端的轴承是采用角接触球轴承，安装的方式为大口相背，在工作的时候需要承受径向载荷，组件设计具体要求如表2-1。

（1）主轴直径，主轴直径直接影响主轴的刚度，直径的大小与刚度是成正比的，主轴的轴径由电机选择，后端轴径比前端小0.8倍；

（2）主轴内孔，内孔的尺寸通过主轴的外径来设计，一般是在0.5倍和0.7倍之间；

（3）悬伸量，它是主轴两个前端轴承的中心距主轴轴端的距离，所以它的值要小一些；

（4）主轴支撑跨距L，指主轴前端轴承支撑中心与后轴承支撑作用中心点之间的距离，L太大，设计的轴变量大，L小，设计的轴变量小，同时太大和太小都会影响轴的刚度。

结论

基于现代加工中心的发展，早对机床设计的时候要考虑机床各部件之间的联系和位置配合，主轴是机床的核心，它是与刀具之间的相对移动实现对工件的加工，加工中心的总体是对加工起到一个支撑的作用， 怎样选择材质，怎样设计轴孔和支撑元件，最终实现加工中心的设计要求和客户要求，使加工中心能成为制造业最普遍的加工设备，这是一个未来前进的目标。

参考文献

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