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械机设备主轴主轴箱大学论文

常州机电职业技术学院

毕业设计（论文）

作者：

单卫华学号：

11111231

系部：

电气工程系

专业：

机电设备维修与管理

题目：

VMC-1050立式加工中心主轴零件（主轴、主轴箱）数控加工及维修工艺编制

校内指导教师：

田跃辉

企业指导教师

评阅者：

2013年07月

毕业设计（论文）中文摘要

VMC-1050立式加工中心主要由基础部件、主轴部件、数控系统、自动换刀系统及辅助装置组成。

我所研究的事主轴部件其中的主轴和主轴箱。

对于主轴及主轴箱，主要目的是认识机械零件的拆卸过程、装配过程、修理过程以及它们的工艺卡片的制作。

通过对主轴部件上的单件，来加深自我对所学知识的掌握。

这次是由整体到部分，整体粗略的介绍VMC-1050立式加工中心，部分仔细分析主轴及主轴箱的结构、图纸以及实体，来得出结论，即主轴与主轴箱的拆卸、装配以及修理的工艺卡片的编写。

关键字：

VMC-1050立式加工中心主轴主轴箱拆卸装配修理工艺卡片

目录

1.引言……………………………………………………………………………

2.VMC-1050立式加工中心概述………………………………………………………………

2.1VMC-1050立式加工中心简介………………………………………………………………

2.2立式加工中心结构特点………………………………………………………………

3.立式加工中心的常见故障分析……………………………………………………

4.立式加工中心主要参数要求…………………………………………………………

5.机械加工工艺规程的制订………………………………………………………………

5.1机械加工工艺规程概述…………………………………………………

5.1.1机械加工工艺过程的组成………………………………………………

5.1.2工艺规程…………………………………………………………………

5.2机械加工工艺规程的设计………………………………………………

5.2.1零件的技术要求分析……………………………………………………

5.2.2零件的结构工艺性分析…………………………………………………

6.VMC-1050立式加工中心主轴零件的主轴工艺分析…………………………………………

6.1主轴要求………………………………………………………………

6.2毛坯的选择………………………………………………………………

6.3定位基准的选择…………………………………………………………

6.4加工顺序的安排…………………………………………………………

6.5主轴工艺分析…………………………………………………

7.VMC-1050立式加工中心主轴零工艺件的主轴箱分析………………………………………

7.1主轴箱介绍………………………………………………………………

7.2主轴箱工艺分析………………………………………………………………

8.VMC-1050立式加工中心失效分析及修理工艺编制…………………………………………

8.1VMC-1050立式加工中心零件失效分析及修理…………………………………………

8.2主轴的维修工艺………………………………………………………………

8.3主轴箱的维修工艺………………………………………………………………

9.装置的拆装工艺………………………………………………………………

9.1VMC-1050立式加工中心的拆卸与装配……………………………………………………

9.2清洗………………………………………………………………

10.装置的维护、保养………………………………………………………………

总结………………………………………………………………

致谢………………………………………………………………

参考文件………………………………………………………………

附表………………………………………………………………

1.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核心的技术。

早期，数控机床技术的发展因美国研制出第一台三坐标方式升降台数控铣床，后来计算机技术及相关技术的发展，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。

我国数控技术研究很晚，数控机床技术低于国际水平，直到90年代，数控机床技术得到很大提升。

目前，还是低于国际水平。

就我而言，通过这个毕业设计，对我今后事业有很大好处，是一次小系统训练，锻炼自己，提升自己。

由于能力所制，设计有不少不足，希望老师给予批评指导。

2.VMC-1050立式加工中心概述

2.1VMC-1050立式加工中心简介

加工中心（英文缩写为CNC全称为ComputerizedNumericalControl）：

是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。

在中国香港，台湾及广东一代也有很多人叫它电脑锣。

工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。

并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。

立式加工中心是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。

立式加工中心能完成铣、镗削、钻削、攻螺纹和用切削螺纹等工序。

立式加工中心最少是三轴二联动，一般可实现三轴三联动。

有的可进行五轴、六轴控制。

立式加工中心立柱高度是有限的，对箱体类工件加工范围要减少，这是立式加工中心的缺点。

但立式加工中心工件装夹、定位方便；刃具运动轨迹易观察，调试程序检查测量方便，可及时发现问题，进行停机处理或修改；冷却条件易建立，切削液能直接到达刀具和加工表面；三个坐标轴与笛卡儿坐标系吻合，感觉直观与图样视角一致，切屑易排除和掉落，避免划伤加工过的表面。

与相应的卧式加工中心相比，结构简单，占地面积较小，价格较低。

2.2立式加工中心结构特点

对于立式加工中心有以下2种典型结构:

（1）立柱移动式

此种结构运动形式为立柱移动,工作台固定不动"

1）结构优点:

0工件及工作台固定不动,使X轴加工范围不受限制;

ºZ轴加工范围可以根据立柱高度确定;

O承受工件重量大;

2）结构缺点:

OY轴加工范围受限制;

º不易于实现五面加工;

O不易于实现机床的高精度要求;

¼机床动态性能一般;

（2）工作台移动式

此种结构运动形式为工作台移动,立柱固定不动

（3）工作台移动式

1）结构优点:

¹易于实现机床的高精度要求;º机床动态性能高;

2）结构缺点:

OX轴加工范围受限制;Y轴加工范围受限制;

»Z轴加工范围受限制;¼不易于实现五面加工;

½不能承受大重量工件;

综上结构分析,本立式加工中心总体布局采用固定立柱式,主轴箱吊在立柱

一侧,其平衡重锤放置在立柱中,工作台为十字滑台,可以实现X!

Y两个坐标

轴的移动,主轴箱沿立柱导轨运动实现Z坐标移动,如图2.1所示"该结构布局合理,整体刚性好"

图2.1立式加工中心

3.立式加工中心的常见故障分析及排除维护

序号

项目

故障现象

故障原因

故障排除

1

X

轴

进

给

系

统

X轴电机报警

1:

电机编码器损坏

2:

电机损坏,

3:

电机线插头松动,

4:

电缆老化

1:

更换编码器

2:

更换电机

3:

插紧电机插头

4:

更换电缆,

X轴限位报警

1:

行程开关线老化导致导线折断

2:

行程开关损坏

1:

更换行程开关导线

2:

更换换行程开关

X轴回零报警

1:

开关线老化导致导线折断,

2:

开关损坏

1:

更换行程开关导线

2:

更换开关

定位不准确,反向间隙过大

1:

滚珠丝杠轴承锁紧螺母松动,

2:

联轴器螺钉松动或有油

3:

联轴器损坏

4:

滚珠丝杠磨损

1:

锁紧锁紧螺母

2:

锁紧联轴器螺钉或除油

3:

更换联轴器

4:

调整滚珠丝杠螺母预紧或更换丝杠

X轴有异响

1:

滚珠丝杠轴承锁紧螺母松动

2:

丝杠失油及密封件损坏，导致轴承磨损及轴承本身损坏

3:

X轴导轨伸缩防护罩损坏

1:

调整锁紧螺母

2:

丝杠轴承加润滑脂,更换相关磨损件

3:

检修或更换X轴导轨伸缩防护罩

X轴光栅尺异常

1:

光栅尺电缆老化

2:

光栅尺测头损坏

1:

更换光栅尺电缆

2:

更换光栅尺测头

2

Y

轴

进

给

系

统

Y轴电机报警

1:

电机编码器损坏

2:

电机损坏,

3:

电机线插头松动,

4:

电缆老化

1:

更换编码器

2:

更换电机

3:

插紧电机插头

4:

更换电缆,

Y轴限位报警

1:

行程开关线老化导致导线折断

2:

行程开关损坏

1:

更换行程开关导线

2:

更换换行程开关

Y轴回零报警

1:

开关线老化导致导线折断,

2:

开关损坏

1:

更换行程开关导线

2:

更换开关

定位不准确,反向间隙过大

1:

滚珠丝杠轴承锁紧螺母松动,

2:

联轴器螺钉松动或有油

3:

联轴器损坏

4:

滚珠丝杠磨损

1:

锁紧锁紧螺母

2:

锁紧联轴器螺钉或除油

3:

更换联轴器

4:

调整滚珠丝杠螺母预紧或更换丝杠

Y轴有异响

1:

滚珠丝杠轴承锁紧螺母松动

2:

丝杠失油及密封件损坏，导致轴承磨损及轴承本身损坏

3:

Y轴导轨伸缩防护罩损坏

1:

调整锁紧螺母

2:

丝杠轴承加润滑脂,更换相关磨损件

3:

检修或更换Y轴导轨伸缩防护罩

Y轴光栅尺异常

1:

光栅尺电缆老化

2:

光栅尺测头损坏

1:

更换光栅尺电缆

2:

更换光栅尺测头

序号

项目

故障现象

故障原因

故障排除

3

Z

轴

进

给

系

统

Z轴拖链有异响

1:

Z轴拖链折断

1:

更换Z轴拖链

Z轴电机报警

1:

电机编码器损坏

2:

电机损坏,

3:

电机线插头松动,

4:

电缆老化

1:

更换编码器

2:

更换电机

3:

插紧电机插头

4:

更换电缆,

Z轴限位报警

1:

行程开关线老化导致导线折断

2:

行程开关损坏

1:

更换行程开关导线

2:

更换换行程开关

Z轴回零报警

1:

开关线老化导致导线折断,

2:

开关损坏

1:

更换行程开关导线

2:

更换开关

定位不准确,反向间隙过大

1:

滚珠丝杠轴承锁紧螺母松动,

2:

联轴器螺钉松动或有油

3:

联轴器损坏

4:

滚珠丝杠磨损

1:

锁紧锁紧螺母

2:

锁紧联轴器螺钉或除油

3:

更换联轴器

4:

调整滚珠丝杠螺母预紧或更换丝杠

Z轴有异响

1:

滚珠丝杠轴承锁紧螺母松动

2:

丝杠失油及密封件损坏，导致轴承磨损及轴承本身损坏

1:

调整锁紧螺母

2:

丝杠轴承加润滑脂,更换相关磨损件

Z轴光栅尺异常

1:

光栅尺电缆老化

2:

光栅尺测头损坏

1:

更换光栅尺电缆

2:

更换光栅尺测头

4

主

轴

箱

换刀时有撞击声

1:

开关失效引起回零点位置偏移

2:

主轴定位不准确

1:

调整检测开关

2:

重新调整主轴定位角度

换刀开关无信号

1:

开关接触不良

2:

松刀气缸行程不够

1:

调整检测开关

2:

检修松刀气缸及气压

机床报警

1:

换刀时刀柄键槽和主轴端面键干涉

1:

调整主轴定位编码器,检查是否有零部件损坏

主轴定位报警

1:

主轴定位开关损坏

1:

更换主轴定位开关

换刀时拔刀振动大,刀具夹不紧

1:

拉刀杆调节有偏差

2:

卡爪损坏

1:

修磨调整松刀气缸活塞行程

2:

更换卡爪

有漏气声

1:

夹紧松刀气缸

2:

气管及管接头损坏

1:

更换松刀气缸的密封圈

2:

更换气管及管接头

无刀具冷却水液

1:

水阀没打开

2:

管路泄漏

3:

水泵损坏

1:

打开水阀

2:

检修管路，更换相关损坏零件

3:

检修或更换水泵

序号

项目

故障现象

故障原因

故障排除

高速运转时主轴温度高速上升

1:

主轴轴承失油

2:

主轴轴承损坏

3:

无循环冷却液或循环冷却液堵塞

1:

主轴轴承加润滑脂

2:

更换主轴轴承

3:

检查冷却管路

5

斗

笠

式

刀

库

转刀不到位

1:

零件磨损

2:

开关失效

3:

紧固螺钉松动

1:

更换相关磨损零件

2:

更换开关

3:

锁紧紧固螺钉

转刀转不动

1:

转动电机损坏,

2:

轴承损坏

1:

更换电机或

2:

更换轴承

刀库无法移动

1:

移动电机损坏

2:

直线轴承损坏

3:

转臂卡死

1:

更换电机

2:

更换轴承,

3:

更换相关损坏零件

无法正确选刀

1:

开关失效,

2:

开关导线折断

1:

更换开关

2:

更换导线

刀库移动不到位

1:

开关失效,

2:

开关导线折断

1:

更换开关

2:

更换导线

刀库换刀不到位

1:

刀库刀具中心与主轴中心Y轴方向不重合

2刀库刀具中心与主轴中心X轴方向不重合

1:

调整刀库支架的Y轴方向位置

2:

调整刀库支的X轴方向位置

刀库回零不到位

1:

回零开关失效

2:

回零开关位置不当

1:

更换开关

2:

调整回零开关位置

刀库撞坏

换刀程序出错

检查控制系统指令

6

机械手刀库

根据外购刀库说明书

7

数控转台

根据外购数控转台说明书

8

气

动

系

统

松刀气缸不能正常工作

1:

气泵故障

2:

气压低于规定气压值

3:

气阀损坏

1:

检修气泵故障

2:

调整气压值

3:

更换气阀

冷却阀打不开

1:

气泵故障

2:

气压低于规定气压值

3:

气阀损坏

1:

检修气泵故障

2:

调整气压值

3:

更换气阀

机床漏气

1:

气管及管接头损坏

1:

更换气管及管接头

数控转台不能

正常工作

1:

气压低于规定气压值

2:

气阀损坏

1:

调整气压值

2:

更换气阀

序号

项目

故障现象

故障原因

故障排除

9

润

滑

系

统

润滑点失油

1:

油泵损坏

2:

油管破裂

3:

管接头堵塞

1:

更换油泵

2:

更换油管

3:

疏通管接头

机床报警

1:

油泵压力过低

2:

油泵无油

1:

调整油泵压力

2:

油泵加润滑油

10

排

屑

系

统

无冷却液

1:

水泵损坏

2:

水泵漏水

3:

水箱缺冷却液,

4:

管路堵塞

1:

更换水泵

2:

水泵内的密封圈

3:

加冷却液至液位面

4:

检查管路

11

全

封

闭

防

护

机床内有冷却液和铁屑

1:

X,Y轴伸缩防护罩倾斜或损坏

2:

防护罩结合面密封垫损坏

1:

调整或更换防护罩

2:

更换密封垫

机床漏水

1:

防护结合面密封垫损坏

1:

更换密封垫

12

随机信号报警

电缆线接触不良

或老化和断裂

检查电缆线接触部位

或更换电缆线

4.VMC-1050立式加工中心主要参数要求

立式加工中心

主要参数要求

X/Y/Z行程

≥630/400/500mm

工作尺寸

≥900/400mm

主轴端面于工作台距离

250-750mm

工作台重

≥600KG

主要锥孔

MAS403BT40

主要最高转速

≥800rpm

定位精度

≤0.010mm全行程

重复定位精度

＜0.010mm全行程

主电机功率

11kw

刀库容量

≥16凸轮机械手

通讯接口

232口DNC在线加工UBS接口，能进行双向传输

自动排削

螺旋排削器

机床护板及床身

门和护板采用不锈钢材质、床身及护板均采用塑喷涂层

备注：

以上数据可能不唯一，允许正偏离

5.机械加工工艺规程的制订

5.1机械加工工艺规程概述

用表格的形式将机械加工工艺过程的内容书写出来，成为指导性技术文件，就是机械加工工艺规程（简称工艺规程）。

它是在具体的生产条件下，以较合理的工艺过程和操作方法，并按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产的。

其内容主要包括：

零件加工工序内容、切削用量、工时定额以及各工序所采用的设备和工艺装备等。

机械加工工艺规程的制订，是机械制造工艺学的内容之一，也是机械制造工厂工艺技术人员的一个主要工作内容。

机械加工工艺规程的制订与生产实际有着密切的联系，它要求制订者有一定的生产实践知识和专业基础知识。

5.1.1机械加工工艺过程的组成

在生产过程中，毛坯的制造、零件的机械加工与热处理、产品的装配等工作将直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，这一过程称为工艺过程。

工艺过程是生产过程的主要部分。

其中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量使其成为零件的过程，称为机械加工工艺过程。

在机械加工工艺过程中，针对零件的结构特点和技术要求，要采用不同的加工方法和装备，按照一定的顺序一次进行加工才能完成由毛坯到零件的过程。

因此，工艺过程是由一系列顺序排列的加工方法即工序组成的。

工序又由安装、工位、工步和走刀组成。

5.1.2工艺规程

（1）工艺规程的作用——

指导生产的主要技术文件

组织和管理生产的基本依据

新建、扩建工厂的基本资料

（2）工艺规程的设计原则——

技术上的先进性

经济上的合理性

良好的劳动条件

（3）工艺规程设计所需的原始资料：

产品装配图和零件图

产品验收的质量标准

产品的生产纲领

毛坯资料、毛坯图等

现场的生产条件

国内外相应生产技术的发展情况，合理地引进、采用新技术、新工艺

有关的工艺手册及图册。

（4）制定工艺规程的步骤：

◆分析零件图和产品装配图；

◆选择毛坯；

◆选择定位基准；

◆拟定工艺规程；

◆确定加工余量和工序尺寸；

◆确定切削用量和工时定额；

◆确定各工序的设备、刀夹量具和辅助工具；

◆确定各工序的技术要求及检验方法；

◆填写工艺文件。

5.2机械加工工艺规程的制定

5.2.1零件的技术要求分析

零件技术要求分析包括：

1.选择公差等级

2.选择表面粗糙度

3.选择形位公差

4.各个表面的尺寸精度、位置精度、形状精度

5.热处理及各种技术要求

5.2.2零件的结构工艺性分析

零件结构工艺性包含了零件各个制造过程中的工艺性,有零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、机械加工及装配工艺性等。

可见零件结构工艺性涉及面广,具有综合性,必须全面综合分析。

机械加工类专业学生毕业设计对具体零件进行机械加工工艺规程编制过程中,往往不重视对机械零件的结构工艺性进行分析,造成机械加工工艺规程的不合理,无形中加大了自己设计工作量。

因此,机械零件结构工艺性分析这个环节必须要重视。

零件结构工艺性主要包括：

⑴针对产品结构工艺性特点，考虑其评价的目标与原则，建立了产品结构工艺性分析评价的总体技术方案与策略。

⑵以特征技术为基础，给出了产品特征描述方法，建立了面向制造的

三层次（即零件层、特征层、几何/拓扑层）零件模型。

⑶以特征-工艺映射为基础，运用相似性实例推理的方法，实现了产

品工艺路线的生成。

⑷描述了工艺性评价指标的建立方法，建立了基于有限元分析的工艺性评价技术、基于规则的工艺性评价技术和基于模糊综合评判定性和定量评价技术。

⑸针对结构工艺性的特点，以论文研究成果为基础，以Pro/E为开

发平台，结合Pro/toolkit和Delphi，初步设计并开发了计算机辅助的结构工艺性分析评价支持系统。

6VMC-1050立式加工中心主轴零件主轴的工艺分析

6.1主轴要求

1.回转精度高

当主轴作回转运动时，线速度为零的点的连线称为主轴的回转中心线。

回转中心线的空间位置，在理想的情况下应是固定不变的，称为理想回转中心线。

实际上，由于主轴部件中各种因素的影响，回转中心线的空间位置每一瞬间都是变化的，这些瞬时回转中心线的平均空间位置称为瞬时回转中心线。

瞬时回转中心线相对于理想回转中心线的距离，就是主轴的回转误差。

而回转误差的范围，就是主轴的回转精度径向误差、角度误差和轴向误差很少单独存在，当径向误差

和角度误差同时存在时，构成径向跳动，而轴向误差和角度误差同时存在时构成端面跳动。

2.刚度大

主轴部件的刚度是指受外力作用时，主轴部件抵抗变形的能力。

主轴部件的刚度越大，主轴受力后的变形越小。

若主轴部件的

刚度不足，在切削力及其他力的作用下，主轴将产生较大的弹性变形，

不仅影响工件的加工质量，还会破坏齿轮、轴承的正常工作条件，加快其磨损，降低精度。

主轴部件的刚度与主轴的结构尺寸、支承跨距、所选用的轴承类型及其配置形式、轴承间隙的调整、主轴上传动元件的位置等有关。

3.抗振性强

主轴部件的抗振性是指切削加工时，主轴保持平稳运转而不发生振动的能力。

若主轴部件抗振性差，工作时容易产生振动，不仅会降低加工质量，而且限制了机床生产率的提高，使刀具的耐用度下降。

提高主轴的抗振性必须提高主轴部件的静刚度，常采用较大阻尼比的前轴承，必要时要安装阻尼（消振）器，使主轴部件的固有频率远远大于激振力的频率。

4.温升低

主轴部件运转中的温升过高会引起两方面的不良结果：

一是主轴部件和箱体因热膨胀而变形，主轴的回转中心线和机床其他元件的相对位置发生变化，直接影响加工精度；二是轴承等元件会因温度过高而改变已调好的间隙，破坏正常润滑条件，影响轴承的正常工作，严重时甚至会发生“抱轴"。

数控机床为解决温升问题，一般采用恒温主轴箱。

5.耐磨性好

主轴部件必须有足够的耐磨性，以便能长期保持精度。

主轴上易磨损的地方是刀具或工件的安装部位，以及移动式主轴的工作表面。

为了提高耐磨性，主轴的上述部位应该淬硬，或经氮化处理，以提高硬度，增加耐磨性。

主轴轴承也需要有良好的润滑，以提高其耐磨性。

6.2毛坯的选择

（1）毛坯的种类：

铸件铸件适用于形状复杂的零件毛坯。

其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属铸造、压力铸造等。

较常用的是砂型铸造。

当毛坯精度要求低、生产批量较小时，采用木模手工造型法；当毛坯精度要求高、生产量很大时，采用金属机器造型法。

铸件材料有铸铁、铸钢、及铜、铝等有色金属。

锻件锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件，毛坯。

其锻造方法有自由锻和模锻两种。

自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批生产以及大型零件毛坯。

模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高、但成本也高，适用于中小型零件毛坯的大批大量生产。

型材型材有热轧和冷拉两种。

热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。

焊接件焊接件是根据需要将型材或者钢板焊接而成的毛坯件，他简单方便，生产周期短。

但需经时效处理后才能进行机械加工。

冷冲压件冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表，轻工电工产品方面应用广泛。

但因冲压件模具昂贵而仅用于大批量生产。

（2）毛坯形状与尺寸的确定

实现少切削、无切削加工，是现代