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摘 要

本文对立柱与主轴箱进行设计，立柱的设计包括立柱设计、丝杠选取、线轨选取、联轴器选取、电机座设计、轴承座设计以及轴承的选取，由于主轴课题要求是直连电主轴，所以是设计主轴箱体进行设计以及联轴器的选取、切削力的计算。

1. 第一章是搜集相关资料，文献和对立式加工中心的发展以及立柱、主轴箱的发展进行概述。
2. 第二章是对立柱与主轴箱的总体方案进行研究。
3. 第三章是对立柱与主轴箱方案进行对比确定。
4. 第四章节是对Z轴传动进给部分的计算与选择，包括丝杠、轴承、电机、联轴器、导轨选型和校验，选择符合TC320性能要求的传动部件。

关键词：TC320；立柱；主轴箱；有限元；传动进给系统；切削部件

TC320 Vertical Machining Center— Column Design Spindle box Design

Abstract

the column and headstock design in this paper,Column design includes column design, screw selection, select the rail line, the coupling selection, motor base design, bearing design and selection of bearings,Since the requirements of the subject is directly connected to the spindle motor spindle, so the spindle box is designed to carry out selection, design, and cutting force calculations coupling.

1. The first chapter is to collect relevant information, documentation and development of vertical machining centers and the development of the column, spindle box overview.
2. The second chapter is the overall program column and headstock research.
3. The third chapter is the column and headstock are compared to determine the program.
4. The fourth chapter is a Z-axis drive feed calculation and the selection, including screws, bearings, motors, couplings, rail selection and validation, select the drive components meet the performance requirements of the TC320.

Key words:TC320；Column ;Spindle box;Finite Element;Drive Feed System;Cutting member

目录

摘要 1

第一章引言 1

1.1 课题研究的背景与意义 1

1.2课题研究现状 1

1.3立柱的研究现状 2

1.4主轴箱的研究现状 2

第二章 立柱与主轴箱总体方案设计 3

2.1立柱总体方案的确定 3

2.2主轴箱的方案确定 3

2.3 TC320总体方案 4

第三章TC320立柱、主轴箱的设计 5

3.1立柱结构布局方案确定 5

3.2主轴箱方案设计 9

第四章Z轴传动系统的设计与计算、切削部分的设计与计算 11

4.1丝杠的设计 11

4.1.1丝杠的选型 11

4.1.2丝杠的设计与校核 12

4.2 Z轴驱动马达的探讨 20

4.3轴承的选择 21

4.3.1轴承座端轴承的选择 21

4.3.2电机座端轴承的选择 23

4.4联轴器的设计 25

4.5线轨的设计 27

4.6切削力计算 30

4.7主轴联轴器的设计 31

第五章 结束语 34

致谢 35

参考文献 36

第一章引言

1.1 课题研究的背景与意义

加工中心是机械各国经济制造的重要产业之一，其用于各种机械加工、模具制造，是提高机械产业综合竞争力的重要保证之一。随着市场的发展对加工中心的需求越来越大，同时要求精度也要求越来越高，而小型加工中心市场上却很少，多数企业着重于发展中大型加工中心，而中大型加工中心在加工小型零件时却表现的大材小用，从而小型加工中心可以弥补大材小用的缺点，而且小型加工中心不但可以用于企业加工制造，同时也可以用于家庭以及作坊式生产。此小型加工中心具有质量轻，环保节能，占地面积小，同时可用于教学，办公室加工。

而加工中心的设计包含了机械专业的多个科目即切削理论，控制系统，运动学相关学科，机械设计，机械制造。其把大学的多个学科内容相结合从而也是对一个学生的较好锻炼。立柱与主轴箱是加工中心的核心部件，其负责者切削与Z轴运动。本文对立柱进行静态有限元分析比较从而选出一个较好的方案来提高加工精度以使用寿命，并对传动系统（丝杠线轨、联轴器、电机、轴承）切削部件（联轴器、电机）进行设计，从而保证机床的加工精度与使用寿命。

1.2课题研究现状

制造技术是各国重要经济产业之一，从第一台铣床在20世纪40年代美国研制成功到1952年第一台加工中心的问世再到现在各种卧式、立式、龙门以及五轴加工中心琳琅满目，各种高数高精的加工中心成为各国在机械制造角力点之一。而我国在1958年才开始对数控机床进行研制。在研制的起步时间上时间上，我国与国外的差距有十几年。不过，现今我国研制体系取得了长足进步，并以出口到世界各国。

从20世纪70年代开始，我国在加工中心获得了迅速地发展。虽然我国在自主研发方面与国外还有较大差距，并且在精度、控制方面相对国外而言差距较大且核心部件多为进口，此方面也是我国之所以进口机床的主要原因之一。而普通加工中心在中国发展较为迅速，同时也在世界上占领较大份额。

有限元分析早已应用于各种工程领域，并且分析较为简单，且费用较低，通过有限元分析可以在较短时间内发现自己在设计上的问题与不足，同时加以改进则大大提高设计产品的质量。同时有限元分析具有不但可以进行线性分析同时也可以进行分线性分析，在非线性分析方面如果不借助于软件分析则无法进行准确的分析。其多应用于机械工程，车辆工程方面以及航空和航天各种硬件领域。

加工中心由多个部件组合而成，在保证加工精度方面各个部件(线轨、丝杠、联轴器、伺服电机、主轴，控制系统)的设计制造选择则显得较为重要。这些零件的设计布局对机床的加工精度具有较大影响。而加工中心的床身、立柱、主轴箱、十字花台的设计布局在机床的刚度、强度 、振动形式、变形情况具有较大的影响。例如，由于加工中心立柱设计布局的不合理造成机床变形量较大，从而致使加工精度大大降低。由于主轴箱的设计布局不合理造成在切削时，主轴箱变形较为严重。

1.3立柱的研究现状

目前立柱的设计多采用模仿设计，经验设计并且对立柱进行有限元分析，有限元分析包括静态分析与动态分析。分析方法包括动静态有限元分析、拓扑优化、边界元分析，以及对立柱进行刚度分析（材料在外力作用下会发生塑性变形）、强度（当应力达到材料所能承受的极限时发生断裂破坏），对立柱进行振动分析从而减小立柱在加工时的振动因为机床在运动时由于振动造成电子部件灵敏度下降从而降低加工精度。而立柱的设计多采用长方体立柱式设计，或T型设计，长方体立柱设计具有质量轻的特点，但与床身接触部位所留空间较为紧凑，在一般情况下不利于传动系统的电机安装，而T型的立柱设计可以弥补这方面的不足，但占用空间较大。

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