TC500R立式加工中心主轴箱机械结构设计
摘  要
数控机床作为工业制造的基础，在国家的发展中起着非常重要的作用。随着我国经济的快速发展，我国已经成为工业制造大国，制造业的发展离不开数控机床，而TC500R立式加工中心作为数控机床中的一种，它是现代社会工业生产的基础设备，对我国的工工业化发展具有深远的意义。TC500R立式加工中心可以通过自己设计控制程序，实现复杂零件的加工，使用软件来进行精度校核，提高工作效率。实现工序集中、一机多用。与此同时TC500R立式加工中心可以完成复杂曲面零件的加工。本文针对TC500R立式加工中心主轴箱结构系统作简要的讨论。
通过查阅文献，了解TC500R立式加工中心目前的发展现状，对研究主轴箱结构的意义做了详细的阐述，确定了传动的总体方案，完成了主轴电机的选型，同步带的设计，联轴器和主轴轴承的设计校核，确定了各部件的结构尺寸，完成了TC500R立式加工中心主轴箱的结构设计。
通过本次TC500R立式加工中心的设计，提高了对数控机床的认识，数控机床是现代制造业的关键设备，在某种程度上反映了一个国家的制造业水平和竞争力。因此立式加工中心是未来我国机床行业研究的重点领域。

关键词：立式加工中心；主轴箱；传动系统

目录
1  绪论    1
1.1 引言    1
1.2 课题研究的目的及意义    2
1.2.1 国内研究现状，    2
1.2.2 国外研究现状    2
1.3  本文研究的内容和方法    3
1.3.1  设计原始数据    3
1.3.2  主要工作内容和方法    3
1.4  本章小结    4
2  立式加工中心主轴箱方案设计    5
2.1 TC500R立式加工中心的总体介绍    5
2.2 加工中心主轴箱的组成    6
2.3 主轴箱的设计要求    6
3.4 主轴传动方案设计    7
2.5 本章小结    7
3  立式加工中心传动系统的设计    8
3.1 主轴的设计    8
3.1.1 主轴结构设计    8
3.1.2 主轴轴颈的设计    8
3.1.3 主轴端部形状的设计    9
3.1.4 主轴悬伸量a的确定    9
3.1.5 主轴支撑跨距l的确定    9
3.2 主轴的强度校核    10
3.3 主轴的刚度校核    11
3.4 主轴组件的设计及校核    12
3.4.1 主轴轴承的类型    12
3.4.2 主轴轴承的配置    12
3.4.3 主轴轴承的预紧    13
3.4.4 主轴轴承的配合    13
3.4.5 主轴轴承受力分析    13
3.4.6 主轴轴承的寿命计算    14
3.5 联轴器的选型计算    14
3.6 润滑与冷却    15
3.7 主轴的密封    15
3.8 主轴箱箱体的设计    16
3.9 本章小结    16
4  立式加工中心主轴箱三维结构设计    17
4.1 三维设计软件简介    17
4.2 主轴箱结构三维图    18
5  结论    19
6  展望    20
参考文献    21
致  谢    22

1  绪论
1.1 引言
随着我国经济的快速发展，我国已经成为工业制造大国，在制造业生产量上位居前列。但是由于我国的基础工业比较薄弱，发展速度比较慢，在基础机床技术中未能有很大的突破，与西方发达国家在工业制造领域存在很大的差距。机加工是我国的支柱性产业，机床是决定加工产品质量和精度的关键部件[1]。数控立式加工中心对一个国家的工业制造水平有很大的影响。目前，我国数控技术发展速度较慢，各种核心技术缺乏，于此同时，我国对数控机床的设计和操作人员也非常匮乏，大部分的高端立式加工中心都依赖进口，采用的是德国和日本的机床，德国和日本在数控机床领域具有带头羊的作用。近些年来，也出现了很多其他的加工方式，比如德国的多轴数控机床，还有国内最近比较火的3D打印技术，在国内很多专家表示，3D打印技术在未来很有可能会替代传统的机械加工行业，但是目前3D打印技术仍有很多不足，未来制造业仍然需要大量的数控机床设备来进行工作。
加工中心是机床的一种，TC500R立式加工中心的主要特点是，机床在运行的过程中，刀具基本保持不动，主要是依靠被加工工件的回转运动来完成切削，TC500R立式加工中心本身带有一个刀具库，有很多刀具，它是一种高效率、高精度加工方式，适用于加工一些比较大的零件产品。数控加工技术最早出现于上个世纪50年代，到目前为止，数控机床技术已经逐步发展成为衡量一个国家工业水平的高低，是实现我国工业现代化的重要工具。因此，加工中心核心零件（主轴、刀库、动力卡盘等）设计生产已经成为一个国家的必须进行攻克的难题，具有很现实重要的意义[2][3]。 
数控机床是一种自动化控制机器，是数字控制机床的简介，多轴的数控机床可以轻松实现复杂曲面零件的机械加工。立式加工中心根据其性能的不同主要分为，数控铣床、数控钻床等，TC500R立式加工中心可以一次装夹工件，一次性的完成铣、镗、钻等工序，因此TC500R立式加工中心具有自己的刀具库，里面有很多不同的刀具可以供选择。
是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。
数控机床根据操作方式的不同分为普通的数控机床和加工中心，普通的数控机床大多数是三轴的机床，主要实现X\Y\Z轴的运动，用来加工一些比较标准的零件，大多数机床是刀具不动，被加工的零件做回转运动，完成加工。而加工中心则是比较大的加工设备，主要用来加工一些比较复杂的零件，不用人工去换刀，都是采用自动化的手段来完成，同时加工中心可以更小减少零件的加工误差，加工中心一般可以一次性完成多个工序的加工，因为不需要拆卸，所以就减少了加工误差，所以它适用于产品更换频繁、零件形状复杂、精度要求高、生产批量不大而生产周期短的产品。因此，研究加工中心是必要之举。
1.2 课题研究的目的及意义
机床作为一个国家工业制造的根本，工业机床更是被誉为制造之母。高端的数控机床技术水平更是代表着一个国家的综合工业制造竞争力，更是一个国家的战略资源，一方面来说，一个国家的基础制造业就代表着这个国家的综合实力，从建国初期的一穷二白，到现在的航天航母，凝聚着无数国人的心血和智慧，从这里就能看出，一个国家的繁荣和发展离不开最基础的制造业，到目前为止，数控机床已经广泛应用于我国的汽车、铁路、航空航天、船舶制造等领域，因此我国应该大力发展数控技术，培养数控技术型人才。目前，我国已经建立了全球规模最大、覆盖最广的制造业体系，但高端装备产业国产化、自主化水平较低是制约先进制造业发展的关键因素。
通过此次的毕业设计，使得本人对大学所学到的基础知识和专业理论知识有了更加深刻的学习。并通过此次对毕业课题的研究，是本人对机械设计、材料力学、理论力学、加工中心等大学课程知识的理解和运用，能够将所学到的理论知识转化为解决实际问题的能力，尤其获取新知识能力。对加工中心主轴箱设计需要大量的设计计算、工程绘图，使本人开始了解到解决实际问题的科学研究的方法。
1.2.1 国内研究现状，
随着国内工业体系的升级，我国对高端机床的需求越来越大，我国正在处于高速发展的阶段。对作为工业母机的机床的加工精度、效率、稳定性等精细化指标要求逐渐提升，中高端产品的需求日益增加。在此大背景下，中国机床市场的结构升级将向自动化成套、客户定制化和普遍的换档升级方向发展，产品由普通机床向数控机床、由低档数控机床向中高档数控机床升级。我国作为工业制造大国，需要大量的工业产品，于此同时，国内很多大型公司主要研发设计数控机床，为的就是能把握我国自己的命运，不被其他国家垄断的情况。
我国高端机床自主可控愈加迫切，进口替代需求巨大。中国国机床行业目前大而不强，亟须一个机床行业的“华为”，来推动和引导机床行业进一步向高端发展。我国机床行业起步晚，相比德国、日本、美国等国家，仍然有很大差距。随着国际局势持续演变，西方国家持续加强对华技术封锁。部分高端机床完全无法从国外进口，导致国内重