摘 要

我们的生活离不开各种不一样的机械，无论是天上的飞机，还是地上的汽车，亦或我们每天在用的手机等都是由各种不同的零件组成的。机床本身由各种零件组成，但它就是用来加工零件的，所以它能源源不断生产出零件，制造出不同的机器，所以它对社会国家的经济发展很有益处，因为没有这些基础制造业，现代社会难以发展，机器精度越高、质量越好，科技水平就会提高，人们的生活就会更好。五轴联动CNC能够完成各种难加工部件的加工，大型的甚至可以直接做飞机上面的零部件。而小型数控机床，尤其是小型五轴加工中心能解决小型部件的处理难题，是一种效率很高，很聪明实用的自动化机床，在仪器仪表、传感器以及医疗装备制造领域有着广泛的应用。为了实现小型五轴加工机床的总体及主传动系统的设计，在查阅了大量资料的基础上，进行了许多计算，最后得到的总体布局是立柱不移动，主轴只直线进给，有转台摇台，十字导轨床身，主轴箱在立柱一侧的形式。确定的主轴传动方式是圆弧齿同步带传动，用角接触球轴承实现支承，用磁性传感器实现主轴准停，用拉钉卡爪配合活塞缸和拉杆实现刀具自动装卸。最后还对主轴上的主要零部件进行了计算校核，然后绘制了三维实体图，并将其转化为了二维工程图。

关键词：五轴；加工中心；总体布局；主传动系统

Abstract

Our life is inseparable from a variety of different machinery, whether it is the sky of the aircraft, or the ground of the car, or we are using the phone every day, etc. are composed of a variety of different parts. The machine itself is made up of various parts, but it is used to process parts, so it can produce parts and produce different machines, so it is very beneficial to the economic development of social countries, because there is no such basic manufacturing , The modern society is difficult to develop, the higher the accuracy of the machine, the better the quality, technology will improve the level of people's lives will be better. Five-axis linkage CNC can complete a variety of difficult processing parts of the processing, large and even directly to the aircraft above the parts. The small CNC machine tools, especially the small five-axis machining center can solve the problem of handling small parts, is a very efficient, very smart and practical automation machine, instrumentation, sensors and medical equipment manufacturing has a wide range of applications. In order to achieve the overall design of the small five-axis machine tool and the main drive system design, in the access to a large number of data on the basis of a lot of calculations, and finally get the overall layout is the column does not move, the spindle only linear feed, , Cross rail bed, spindle box on the side of the column in the form. Determine the spindle drive mode is the arc tooth timing belt drive, with angular contact ball bearings to achieve support, with a magnetic sensor to achieve the spindle quasi-stop, with a nail claw with the piston cylinder and rod to achieve automatic loading and unloading tool. Finally, the main components on the spindle were calculated and checked, and then a three-dimensional solid map was drawn and transformed into a two-dimensional drawing.

Key Words：Five axes; machining center; overall layout; main drive system

目 录

第1章 绪论 1

1.1加工中心的发展 1

1.2五轴加工中心的发展 1

1.3设计的目的及内容 2

1.4设计要求及设计思路 2

第2章 小型五轴数控机床总体设计 4

2.1主要技术指标 4

2.1.1主要性能指标 4

2.1.2其它要求 4

2.2总体方案设计 4

2.2.1运动功能方案 4

2.2.2传动系统方案 5

2.2.3总体结构布局 5

2.2.3.1总体布局与工件形状、尺寸和质量的关系 6

2.2.3.2运动分配与部件的布局 6

2.2.3.3总体布局与机床的结构性能 6

第3章 主传动系统设计 8

3.1主传动系统设计概述 8

3.1.1主传动系统基本要求 8

3.1.2主轴的变速方式选择 8

3.1.3主传动变速系统的主要参数 8

3.2主轴组件设计 8

3.2.1主轴组件性能要求 8

3.2.2主轴轴承的选择 8

3.2.2.1主轴轴承的类型 8

3.3.2.2主轴轴承的配置 9

3.2.2.3 主轴支承方案的确定 9

3.2.3刀具自动装卸及切屑清除装置 10

3.2.4主轴准停方案 12

3.2.5主轴组件润滑与密封 13

3.2.5.1 主轴组件的润滑 13

3.2.5.2 主轴组件的密封 13

第4章 主要零件设计计算 15

4.1主轴电动机的选用 15

4.2主轴的设计计算 15

4.2.1 主轴的结构设计 15

4.2.2主轴受力分析 18

4.2.3 主轴的强度校核 22

4.2.4 主轴的刚度校核 22

4.3主轴轴承的设计计算 22

4.3.1 轴承受力分析 22

4.3.2 轴承7212AC寿命计算 23

4.3.3 轴承7210C寿命计算 23

4.4同步带的设计计算 24

4.4.1设计功率 24

4.4.2选定带型和节距 25

4.4.3带轮齿数与节圆直径 25

4.4.4轴间距的确定 26

4.4.5带宽及带速 26

4.5键的设计计算 28

4.5.1 主轴上的键 28

4.5.2 主电机上的键 28

参考文献 29

致 谢 30

第1章 绪论

1.1加工中心的发展

我们的生活离不开各种不一样的机械，无论是天上的飞机，还是地上的汽车，亦或我们每天在用的手机等都是由各种不同的零件组成的。机床本身由各种零件组成，但它就是用来加工零件的，所以它能源源不断生产出零件，制造出不同的机器，所以它对社会国家的经济发展很有益处，因为没有这些基础制造业，现代社会难以发展，机器精度越高、质量越好，科技水平就会提高，人们的生活就会更好。

工业革命导致了各种机床的生成和改进，十九世纪，在交通，军事等各种因素下，出现了各种类型的机床。在电磁感应现象发现以后，磁能生电，电机被发明，电机开始作为机床的动力，在二十世纪初，汽车被制造得越来越多，就产生了一些机床组合成的生产线。20世纪20年代以来，生产要求复杂，精度高，由于螺旋刀片切割机的出现，解决了单刀切割机生产的振动和平滑度不高的问题，铣床成为复杂零件的重要设备。1920年，进入半自动化时期，1950年进入自动化时期，1958年，美国开发了一个加工中心，可自动更换多个加工工艺的工具。

数控铣床就是普通铣床的一种改进，在带刀库的情况下就称为加工中心。数控技术非常重要，国家许许多多的发展都与基础经济的发展有关，而数控技术正是这个关键所在。目前，数控机床每天都在变化发展，速度更高，越来越聪明化，功能更加多，更加环保等是数控机床未来发展的趋势，加工中心也慢慢向着多轴等方向发展。

1.2五轴加工中心的发展

数控机床是现代社会发展的重要动力，其中的五轴数控机床更加是数控机床的技术代表，五轴加工中心的发展现在也出现了高速，复杂，智能，多变，绿色新特点，由于装备制造业薄弱，五轴数控机床仍然与欧洲和日本的产品有不小的质量差距。