立式加工中心主轴部件设计说明.pdf

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引言

装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,

数控技术及装备是发展高新技术产业和尖端工业（如：信息技术及其产业，生物技

术及其产业，航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。制造技术

和装备是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术则是当今先进制造技术和

装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水

平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将

数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技

术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政

策。

数控机床技术的发展自1953年美国研制出第一台三坐标方式升降台数控铣床

算起，至今已有很多年历史了。20世纪90年开始，计算机技术及相关的微电子基础

工业的高速发展，给数控机床的发展提供了一个良好的平台，使数控机床产业得到

了高速的发展。我国数控技术研究从1958年起步，国产的第一台数控机床是北京第

一机床厂生产的三坐标数控铣床。虽然从时间上看只比国外晚了几年，但由于种种

原因，数控机床技术在我国的发展却一直落后于国际水平，到1980年我国的数控机

床产量还不到700台。到90年代，我国的数控机床技术发展才得到了一个较大的提

速。目前，与国外先进水平相比仍存在着较大的差距。

总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速

经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

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1绪论

1.1加工中心的发展状况

1.1.1加工中心的国外发展

对于高速加工中心，国外机床在进给驱动上，滚珠丝杠驱动的加工中心快速进

给大多在40m/min以上，最高已达到90m/min。采用直线电机驱动的加工中心已实用

化，进给速度可提高到80～100m/min，其应用围不断扩大。国外高速加工中心主轴

转速一般都在12000～25000r/min，由于某些机床采用磁浮轴承和空气静压轴承，

预计转速上限可提高到100000r/min。国外先进的加工中心的刀具交换时间，目前

普遍已在1s左右，高的已达0.5s，甚至更快。在结构上，国外的加工中心都采用了

适应于高速加工要求的独特箱中箱结构或龙门式结构。在加工精度上，国外卧式加

工中心都装有机床精度温度补偿系统，加工精度比较稳定。国外加工中心定位精度

基本上按德国标准验收，行程1000mm以下，定位精度可控制在0.006～0.01mm之。

此外，为适应未来加工精度提高的要求，国外不少公司还都开发了坐标镗精度级的

加工中心。

相对而言，国生产的高速加工中心快速进给大多在30m/min左右，个别达到

60m/min。而直线电机驱动的加工中心仅试制出样品，还未进入产量化，应用围不

广。国高速加工中心主轴转速一般在6000～18000r/min，定位精度控制在0.008～

0.015mm之，重复定位精度控制在0.005～0.01mm之。在换刀速度方面，国机床多在

4～5s，无法与国际水平相比。

虽然国产数控机床在近几年中取得了可喜的进步，但与国外同类产品相比，仍

存在着不少差距，造成国产数控机床的市场占有率逐年下降。

国产数控机床与国外产品相比，差距主要在机床的高速、高效和精密上。除此

之外，在机床可靠性上也存在着明显差距，国外机床的平均无故障时间（MTBF）都

在5000小时以上，而国产机床大大低于这个数字，国产机床故障率较高是用户反映

最强烈的问题之一。

1.1.2立式加工中心的研究进展

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图1-1立式加工中心结构图

1-切削箱2-X轴伺服电机3-Z轴伺服电机4-主轴电机

5-主轴箱6-刀库7-数控柜8-操纵面板

9-驱动电柜10-工作台11-滑座12-立柱

13-床身14-冷却水箱15-间歇润滑油箱16-机械手