立式車床進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，這個(gè)基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力，關(guān)系到國(guó)家的戰(zhàn)略地位。立式加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)。包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件。</p><p>　　本文介紹了立式加工中心的一些基本概況，簡(jiǎn)述了機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)方面的原理和類型

2、，分析了各種傳動(dòng)方案的機(jī)理。立式加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)包括了主軸電動(dòng)機(jī)、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸組件三部分組成。本文詳細(xì)介紹了立式加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，該立式加工中心選用圓弧齒同步帶傳動(dòng)，該種傳動(dòng)方式的特點(diǎn)在于它能使主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，而且避免了齒輪傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲。文中介紹了立式加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)各種傳動(dòng)方案優(yōu)缺點(diǎn)的比較、主傳動(dòng)方案的選擇和確定、主傳動(dòng)變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、主軸組件的設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵零件的校核等設(shè)計(jì)過(guò)程。</p&g

3、t;<p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；立式加工中心；主傳動(dòng)系統(tǒng)；主軸組件</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The numerical control technology and the numerical control equipment are the factory industry modernizatio

4、n foundations, does this foundation whether reliable immediate influence to a country's economic development and the comprehensive national strength, relate the country the strategic position. Machining Center tool m

5、aster drive system is uses for to realize the engine bed main movement transmission system.Including electric motor, transmission system and spindle unit. </p><p>　　Some basic concepts and the general knowle

6、dge of the vertical machining center were introduced in this paper. Brief description the principle and types of the main drive system, analysis mechanism of the transmission project. The spindle drive system of vertical

7、 machining center, including spindle drive motor, transmission and spindle subassembly. The design process of vertical machining center main drive system were introduced in detail in this paper. The vertical machining ce

8、nter used arc toot</p><p>　　Key Words: CNC; Vertical machining center; Main drive system; Spindle subassembly </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b><

9、;/p><p>　　1.1課題背景及目的1</p><p>　　1.2數(shù)控機(jī)床的基本概況1</p><p>　　1.2.1簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床1</p><p>　　1.2.2加工中心的基本概念和分類2</p><p>　　1.3 立式車削中心的概述4</p><p>　　2 立式車削中心主傳動(dòng)系

10、統(tǒng)方案的確定6</p><p>　　2.1立式車削中心主傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介6</p><p>　　2.2 立式車削中心主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求6</p><p>　　2.3 主傳動(dòng)方案的確定6</p><p>　　3 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算8</p><p>　　3.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求8</p>&

11、lt;p>　　3.2 主軸組件的設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.2.1主軸組件的設(shè)計(jì)要求9</p><p>　　3.2.2主軸的設(shè)計(jì)要求11</p><p>　　3.3 主軸及其組件的設(shè)計(jì)與校核12</p><p>　　3.3.1主軸電機(jī)的選擇12</p><p>　　3.3.2 主軸主要參數(shù)的確定1

12、4</p><p>　　3.3.3主軸強(qiáng)度的校核16</p><p>　　3.3.4主軸剛度的校核18</p><p>　　3.4主軸軸承19</p><p>　　3.4.1主軸軸承的類型19</p><p>　　3.4.2主軸軸承的配置和支承方案的選擇21</p><p>　　3.4

13、.3軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊22</p><p>　　3.4.4主軸軸承設(shè)計(jì)計(jì)算24</p><p>　　3.5同步帶輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算26</p><p>　　3.6聯(lián)軸器的選擇28</p><p>　　3.7滑移齒輪變速裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算30</p><p>　　3.8主軸組件的密封與潤(rùn)滑38</p>

14、<p>　　3.9提高主軸組件性能的措施41</p><p>　　3.10液壓缸的選擇42</p><p>　　4 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)45</p><p>　　4.1床身的設(shè)計(jì)45</p><p>　　4.1.1床身的作用45</p><p>　　4.1.2床身的基本要求45</p>

15、<p>　　4.1.3床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇46</p><p>　　4.1.4床身的肋板布置和界截面的形狀46</p><p>　　4.2立柱的設(shè)計(jì)47</p><p>　　4.2.1設(shè)計(jì)立柱的基本要求47</p><p>　　4.2.2立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)47</p><p>　　4.2.3立式導(dǎo)

16、軌形式及精度47</p><p>　　4.2.4立柱與床身的聯(lián)結(jié)48</p><p>　　4.2.5導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)48</p><p>　　4.2.6導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算51</p><p>　　4.3 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)53</p><p>　　4.3.1工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53</p><p>　　

17、4.3.2工作臺(tái)的材料53</p><p>　　4.4冷卻系統(tǒng)53</p><p>　　4.4.1冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)介54</p><p>　　4.4.2主軸冷卻系統(tǒng)55</p><p><b>　　結(jié) 論57</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)58</b>&

18、lt;/p><p><b>　　致 謝59</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題背景及目的 </p><p>　　裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如：信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，生物

19、技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，航空?航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的高能技術(shù)和最基本的裝備。制造技術(shù)和裝備是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)則是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策。&#

20、160;                 </p><p>　　本課題是以加工中心為研究目標(biāo)，從其主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)入手，對(duì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)組成分析、分級(jí)變速分析、傳動(dòng)件的計(jì)算分析和主傳動(dòng)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。為優(yōu)化

21、傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和改善傳動(dòng)系統(tǒng)的精度及穩(wěn)定特性提供必要的理論依據(jù)通過(guò)本課題的研究，使加工中心結(jié)構(gòu)更加緊湊，性能更加優(yōu)越，生產(chǎn)加工更加精密。與普通數(shù)控機(jī)床的工藝裝備相比較，加工中心工藝裝備的制造精度更高、靈活性好、適用性更強(qiáng)，一般采用電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓以及計(jì)算機(jī)控制，其自動(dòng)化程度更高。合理使用加工中心的工藝裝備，能提高零件的加工精度。各種類型加工中心所配置的數(shù)控系統(tǒng)雖然各有不同，但各種數(shù)控系統(tǒng)的功能，除一些特殊功能不盡相同外，其主要功能基本相同

22、。</p><p>　　總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展?提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。</p><p>　　1.2數(shù)控機(jī)床的基本概況</p><p>　　1.2.1簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control machine t

23、ools）的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數(shù)字表示，通過(guò)信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來(lái)。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問(wèn)題，是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。下圖1-

24、1所示為數(shù)控組成圖：</p><p>　　圖1-1數(shù)控機(jī)床的基本組成</p><p>　　1952年，美國(guó)PARSON公司與麻省理工學(xué)院（MIT）合作，研制出世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此機(jī)床行業(yè)，乃至整個(gè)制造業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。在機(jī)床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過(guò)去在普通機(jī)床上無(wú)法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機(jī)床為數(shù)控機(jī)床所代替，這就極大地促進(jìn)了機(jī)床行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)

25、發(fā)展。對(duì)于整個(gè)制造業(yè)，由于大量引用數(shù)控機(jī)床，使得產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，新產(chǎn)品開發(fā)周期明顯縮短，滿足了廣大消費(fèi)者求新和追求個(gè)性化的要求，從而形成了制造業(yè)與市場(chǎng)相互促進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)。一段時(shí)期內(nèi)機(jī)床行業(yè)在技術(shù)發(fā)展上曾被視為“夕陽(yáng)工業(yè)”，如今再度受到全世界的高度重視。在這一歷史轉(zhuǎn)變中，數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展功不可沒(méi)。此外，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，還帶動(dòng)了眾多相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　綜上所述，數(shù)控機(jī)床在促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和

26、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人類生存質(zhì)量和創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)等方面，起著非常重要的作用。</p><p>　　1.2.2加工中心的基本概念和分類</p><p>　　（1）加工中心的基本概念</p><p>　　在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，如果再配以刀具庫(kù)和自動(dòng)換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心。加工中心的特點(diǎn)是它的刀具庫(kù)能存放幾十把甚至更多的刀具，由程序控制換刀機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)用與更換，這樣就可以在沒(méi)有

27、人工干預(yù)的情況下，一次完成很多工藝內(nèi)容。加工中心是一種備有刀庫(kù)并能自動(dòng)更換刀具對(duì)工件進(jìn)行許多工序加工的數(shù)控機(jī)床。在加工中心上，工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他輔助功能，依次完成工件一個(gè)或幾個(gè)面上多工序的加工。加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測(cè)量和機(jī)床的調(diào)整時(shí)間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，使機(jī)床的切削利用率（切削時(shí)間和開放時(shí)間之

28、比）可達(dá)80%以上，高于普通機(jī)床3-4倍。尤其是在加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高、品種更換頻繁的零件時(shí)，加工中心更體現(xiàn)出良好的加工效果。所以說(shuō)，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機(jī)床中生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度最高的綜合性機(jī)床。加工中心最先是在鏜銑類機(jī)床上發(fā)展起來(lái)的，可稱為鏜銑加工中心，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱為加工中心。</p><p>　?。?）加工中心的分類按照加工中心的形態(tài)不同進(jìn)行分類，可分為立式、臥式和五坐標(biāo)加工中

29、心。</p><p><b>　　1）立式加工中心</b></p><p>　　立式加工中心的主軸軸心線為垂直狀態(tài)配置，結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱式，工作臺(tái)為長(zhǎng)方形，適合加工小型板類、盤類、殼體類零件。立式加工中心結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，價(jià)格底，配備各種附件后，可進(jìn)行大部分工件的加工。</p><p><b>　　臥式加工中心</b&g

30、t;</p><p>　　臥式加工中心的主軸軸心線為水平狀態(tài)配置，通常都帶有可進(jìn)行分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，適合加工箱體類零件。它與立式加工中心相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、質(zhì)量大、價(jià)格亦高。</p><p><b>　　五坐標(biāo)加工中心</b></p><p>　　五坐標(biāo)加工中心兼具立式和臥式加工中心的功能，工件一次3裝夾后能完成除安裝面外的所有側(cè)面

31、和頂面等五個(gè)面的加工，因此也叫五面加工中心。常見的五坐標(biāo)加工中心有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是主軸可以90°旋轉(zhuǎn)，另一種是工作臺(tái)可以90°旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　1.3 立式車削中心的概述</p><p>　　立式車削中心是以數(shù)控立式車床為主機(jī)，配置自動(dòng)換刀系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)車、銑、鏜多工序集中加工的機(jī)床。具有自動(dòng)對(duì)刀，刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償、工件尺寸自動(dòng)檢測(cè)等功能。單柱立式車削中心為

32、單柱固定型（包括單柱橫梁固定式和單柱橫梁升降式兩種），通常帶有一個(gè)垂直刀架，一個(gè)12把刀的盤式刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置，還可根據(jù)用戶需要擴(kuò)大附件范圍，單柱立式車削中心見圖1-2，它的最大車削直徑（mm）×最大車削高度（mm）為；1250×1000，1600×1600，2000×1600，2500×200，3150×2000。</p><p>　　圖1-2單柱立

33、式車削中心</p><p>　　1-刀架滑枕 2-立柱 3-滑座 4-橫梁</p><p>　　5-水平進(jìn)給箱 6-刀庫(kù) 7-底座</p><p>　　雙柱立式車削中心是在雙柱數(shù)控立式車床基礎(chǔ)上，增設(shè)一套自動(dòng)換刀裝置，在橫梁的一端設(shè)置一個(gè)刀庫(kù)，自動(dòng)換刀時(shí)，刀架返回刀庫(kù)換刀位置，滑枕下移至刀庫(kù)取刀點(diǎn)，利用機(jī)械手將其用過(guò)的刀具送回刀庫(kù)，同時(shí)從刀庫(kù)中取出下一工序

34、所需刀具。進(jìn)入到下一個(gè)加工循環(huán)。圖1-3所示為雙柱立式車削中心，它的最大車削直徑（mm）×最大車削高大（mm）；3150×2000（2500），4000×2000（3150），5000×3150（4000），6300×4000（5000），8000×4000（5000）。</p><p>　　圖1-3雙柱立式車削中心</p><p&g

35、t;　　1-刀架 2-連接梁 3-滑座 4-右立柱</p><p>　　5-右滑板 6-走臺(tái) 7-刀庫(kù) 8-工作臺(tái)</p><p>　　9-床身 10-橫梁 11-左滑板 12-左立柱</p><p>　　雙柱立式車削中心的刀架和滑枕移動(dòng)導(dǎo)軌采用滾動(dòng)與滑動(dòng)組合導(dǎo)軌，導(dǎo)向移動(dòng)用滾動(dòng)導(dǎo)軌，保持位移精度穩(wěn)定可靠，承受主切削力方向用滑動(dòng)導(dǎo)軌，保持在斷續(xù)切削

36、時(shí)的平穩(wěn)性，刀架運(yùn)動(dòng)X、Z為聯(lián)動(dòng)的數(shù)控坐標(biāo)軸，刀架（X軸）和滑枕（Z軸）移動(dòng)用直流伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)一對(duì)減速齒輪經(jīng)滾珠絲杠副傳動(dòng)。進(jìn)給系統(tǒng)有每分鐘進(jìn)給量和工作臺(tái)每轉(zhuǎn)進(jìn)給量?jī)煞N，可自動(dòng)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　雙柱立式車削中心的橫梁升降使用交流電動(dòng)機(jī)通過(guò)中間傳動(dòng)箱帶動(dòng)兩立柱上的兩個(gè)齒輪箱，驅(qū)動(dòng)一對(duì)絲杠旋轉(zhuǎn)使橫梁升降。立柱橫梁導(dǎo)軌采用合金鋼淬火精密制成。刀架在橫梁上移動(dòng)時(shí)，以輔助梁（圖中未表示）來(lái)承受刀架重力，使橫梁導(dǎo)

37、向?qū)к壊灰虻都苤亓Ξa(chǎn)生變形，提高刀架在橫梁上的位移精度。為保證橫梁在立柱上移動(dòng)后的垂直定位精度，當(dāng)橫梁未夾緊之前，橫梁的一側(cè)液壓缸總是褪著橫梁貼在右立柱同一側(cè)導(dǎo)軌的導(dǎo)軌面上。</p><p>　　2 立式車削中心主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定</p><p>　　2.1立式車削中心主傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　立式車削中心主傳動(dòng)系統(tǒng)是由主軸電動(dòng)機(jī)、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)以及主軸組

38、件組成。它是立式車削中心的主要組成部分。和常規(guī)機(jī)床主軸系統(tǒng)相比，立式車削中心主軸系統(tǒng)具有更高的轉(zhuǎn)速、更高的回轉(zhuǎn)精度以及更高的結(jié)構(gòu)剛性和抗振性。</p><p>　　2.2 立式車削中心主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，為了方便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工作，他應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速和變速范圍，并且能夠方便地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開

39、停、變速、換向和制動(dòng)等。在立式車削中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)，這樣大大簡(jiǎn)化了機(jī)械機(jī)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速、連續(xù)變速以及負(fù)載下變速。也經(jīng)常應(yīng)用齒輪有級(jí)調(diào)速和電動(dòng)機(jī)無(wú)極調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式來(lái)擴(kuò)大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大扭矩的要求。</p><p>　　主傳動(dòng)系統(tǒng)是加工中心核心部件，它包括主軸箱及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)加工精度起著決定性的作用。加工中心首先要通過(guò)對(duì)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠性等

40、方面的綜合性考慮進(jìn)行主傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該使車削中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)滿足以下要求：</p><p>　　（1）有較大的調(diào)速范圍并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；</p><p>　?。?）功率滿足各轉(zhuǎn)速段；</p><p>　　（3）傳動(dòng)平穩(wěn)，操作靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，工藝性好，滿足經(jīng)濟(jì)性要求。</p><p>　　2.3 主傳動(dòng)方案的確定</

41、p><p>　　數(shù)控機(jī)床需要自動(dòng)換刀、自動(dòng)變速；且在切削不同直徑的階梯軸，曲線螺旋面和端面時(shí)，需要切削直徑的變化主軸必須通過(guò)自動(dòng)變速，以維持切削速度基本恒定。這些自動(dòng)變速又是無(wú)級(jí)變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇理想的切削速度，這樣有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。無(wú)級(jí)調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用由直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的電氣無(wú)級(jí)變速。由于數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍較大（100-

42、200R），單靠調(diào)速電機(jī)無(wú)法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機(jī)的功率扭矩特性也難于直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。因此，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)變速系統(tǒng)常常在無(wú)級(jí)變速電機(jī)之后串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速傳動(dòng)，以滿足機(jī)床要求的調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性。</p><p>　　為簡(jiǎn)化主軸箱結(jié)構(gòu)，本方案僅采用二級(jí)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)方案如圖2.1：有級(jí)變速的自動(dòng)變換方法一般有液壓和電磁離合器兩種。</p><p><

43、;b>　　圖2-1 運(yùn)動(dòng)方案</b></p><p>　　液壓變速機(jī)構(gòu)是通過(guò)液壓缸、活塞桿帶動(dòng)撥叉推動(dòng)滑移齒輪移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個(gè)液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪則必須使用兩個(gè)液壓缸（差動(dòng)油缸）實(shí)現(xiàn)三位移動(dòng)。液壓撥叉變速是一種有效的方法，工作平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但變速時(shí)必須主軸停車后才能進(jìn)行，另外，它增加了數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜性，而且必須將數(shù)控裝置送來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁閥的機(jī)械動(dòng)作，然后再將壓力油

44、分配到相應(yīng)的液壓缸，因而增加了變速的中間環(huán)節(jié)，帶來(lái)了更多的不可靠因素。</p><p>　　3 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通車床主傳動(dòng)要求外，還提出如下要求：</p><p>　?。?）具有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速</p>&l

45、t;p>　　數(shù)控機(jī)床為了保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，工序集中，工件一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。</p><p>　?。?）具有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)噪聲低</p><p>　　數(shù)

46、控機(jī)床加工精度的提高，與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動(dòng)件的制造精度與剛度，齒輪齒面進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火，增加耐磨性；最后一級(jí)采用斜齒輪傳動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)；采用高精度軸承和合理的支承跨距等，以提高主軸組件的剛性。</p><p>　?。?）良好的抗振性和熱穩(wěn)定性</p><p>　　數(shù)控機(jī)床上一般既要進(jìn)行粗加工，又要進(jìn)行精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以

47、及切削過(guò)程中的自激振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，使加工無(wú)法進(jìn)行。因此在主傳動(dòng)系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾引起振動(dòng)的能力——抗振性?？拐裥杂脛?dòng)剛度或動(dòng)柔度來(lái)衡量。</p><p>　　主傳動(dòng)系統(tǒng)采用無(wú)級(jí)調(diào)速，可簡(jiǎn)化主軸箱的結(jié)構(gòu)，又可滿足加工要求，可以得到合適的切削速度。</p>&

48、lt;p><b>　　實(shí)現(xiàn)恒切削速度加工</b></p><p>　　在加工端面時(shí)，為了保證端面穩(wěn)定的加工質(zhì)量，要求工件端面的各部位能保持恒定的線切削速度。</p><p>　?。?）主傳動(dòng)鏈盡可能短</p><p>　　傳動(dòng)鏈越短，則積累誤差越小，機(jī)床精度相應(yīng)就高。</p><p>　　3.2 主軸組件的設(shè)計(jì)&l

49、t;/p><p>　　3.2.1主軸組件的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　對(duì)主軸組件的性能要求：主軸組件是機(jī)床主要部件之一。它的性能，對(duì)整機(jī)性能有很大的影響。主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍又很大，所以對(duì)主軸組件的主要性能特提出如下要求：</p><p><b>　　（1）回轉(zhuǎn)精度</b></p><p>　　主軸組件的回轉(zhuǎn)精度，

50、是指主軸的回轉(zhuǎn)精度。當(dāng)主軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線速度為零的點(diǎn)的連線稱為主軸的回轉(zhuǎn)中心線，回轉(zhuǎn)中心線的空間位置，在理想的情況下應(yīng)是固定不變的。實(shí)際上，由于主軸組件中各種因素的影響，回轉(zhuǎn)中心線的空間位置每一瞬間都是變化的，這些瞬時(shí)閃轉(zhuǎn)中心線的平均空間位置稱為理想回轉(zhuǎn)中心線。</p><p>　　主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量，一般分為三種：靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量和間接測(cè)量。目前我國(guó)在生產(chǎn)中沿用傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量法，用一個(gè)精密的測(cè)量棒插入主軸錐

51、孔中，使千分表觸頭觸及檢測(cè)棒圓柱表面，以低速轉(zhuǎn)動(dòng)主軸進(jìn)行測(cè)量。千分表最大和最小的讀數(shù)差即認(rèn)為是主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差。端面誤差一般以包括主軸所在平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系的垂直坐標(biāo)系的垂直度數(shù)據(jù)綜合表示。動(dòng)態(tài)測(cè)量是用以標(biāo)準(zhǔn)球裝在主軸中心線上，與主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)；在工作態(tài)上安裝兩個(gè)互成90º角的非接觸傳感器，通過(guò)儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。間接測(cè)量是用小的切削量加工有色金屬試件，然后在圓度儀上的測(cè)量試件的圓度來(lái)評(píng)價(jià)。出廠時(shí)，普通級(jí)加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)

52、測(cè)量法測(cè)量，當(dāng)L＝300mm時(shí)允許誤差應(yīng)小于0.02mm。造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因主要是由于主軸的結(jié)構(gòu)及其加工精度、主軸軸承的選用及剛度等，而主軸及其回轉(zhuǎn)零件的不平衡，在回轉(zhuǎn)時(shí)引起的激振力，也會(huì)造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差。因此加工中心的主軸不平衡量一般要控制在0.4mm/s以下。</p><p><b>　?。?）剛度</b></p><p>　　主軸組件的剛度是指受外力作用時(shí)

53、，主軸組件抵抗變形的能力。通常主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí)，在位移方向上所施加的作用力大小來(lái)表示。如圖3-1所示，在主軸前端部加一作用力F，若主軸端的位移量為Y，則主軸部件的剛度值K為： （3-1）</p><p>　　圖3-1 主軸剛度受力圖</p><p>　　主軸組件的剛度越大，主軸受力的變形就越小。主軸組件的剛度不足，在切削力及其

54、它力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形，不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會(huì)破壞齒輪、軸承的正常工作條件，使其加快磨損，降低精度。主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸、支承跨距、所選用的軸承類型及配置形式、軸承間隙的調(diào)整、主軸上傳動(dòng)元件的位置等有關(guān)。</p><p><b>　?。?）抗振性</b></p><p>　　主軸組件的抗振性是指切削加工時(shí)，主軸保持平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的

55、能力。主軸組件抗振性差，工作時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，不僅降低加工質(zhì)量，而且限制了機(jī)床生產(chǎn)率的提高，使刀具耐用度下降。提高主軸抗振性必須提高主軸組件的靜剛度，采用較大阻尼比的前軸承，以及在必要時(shí)安裝阻尼（消振）器。另外，使主軸的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振力的頻率。</p><p><b>　?。?）溫升</b></p><p>　　主軸組件在運(yùn)轉(zhuǎn)中，溫升過(guò)高會(huì)引起兩方面的不良結(jié)果：一

56、是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機(jī)床其它件的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會(huì)因溫度過(guò)高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤(rùn)滑條件，影響軸承的正常工作。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生“抱軸”。數(shù)控機(jī)床在解決溫升問(wèn)題時(shí)，一般采用恒溫主軸箱。</p><p><b>　?。?）耐磨性</b></p><p>　　主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便能長(zhǎng)期保

57、持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動(dòng)式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬硬，或者經(jīng)過(guò)氨化處理，以提高其硬度增加耐磨性。主軸軸承也需有良好的潤(rùn)滑，提高其耐磨性。</p><p>　　以上這些要求，有的還是矛盾的。例如高剛度與高速，高速與低溫升，高速與高精度等。這就要具體問(wèn)題具體分析，；例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件時(shí)，主軸應(yīng)滿足高剛度低溫升的要求。</p><

58、;p>　　3.2.2主軸的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理，對(duì)主軸組件的工作性能都有很大的影響。主軸結(jié)構(gòu)隨主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的不同而有各種形式。</p><p><b>　　主軸的主要尺寸參數(shù)</b></p><p>　　主軸直徑越大，其剛度越高，但使得軸承和軸上其他零

59、件的尺寸相應(yīng)增大。軸承的直徑增大，同等級(jí)精度軸承的公差值也越大，要保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度就越困難。同時(shí)極限轉(zhuǎn)速下降。前后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高，工藝性能也越好。</p><p><b>　　主軸內(nèi)孔直徑</b></p><p>　　主軸的內(nèi)經(jīng)用來(lái)通過(guò)棒料、通過(guò)刀具加緊裝置固定刀具、傳動(dòng)氣動(dòng)或液壓卡盤等。主軸孔徑越大，可通過(guò)的棒料直徑也越大，機(jī)床的使用范圍就越廣，同

60、時(shí)主軸部件的相對(duì)重量也越輕。主軸的孔徑大小主要受主軸剛度的制約。主軸的孔徑與主軸直徑之比，小于0.3時(shí)空心主軸的剛度幾乎與實(shí)心主軸的剛度相當(dāng)；等于0.5時(shí)空心主軸的剛度為實(shí)心主軸剛度的90％；大于0.7時(shí)空心主軸的剛度就急劇下降。一般可取其比值為0.5左右。</p><p>　　主軸軸端結(jié)構(gòu)：主軸軸端用于安裝夾具和刀具。要求夾具和刀具在軸端定位精度高、定位剛度好、裝卸方便，同時(shí)使主軸的懸伸長(zhǎng)度短。數(shù)控車床的主軸端

61、部結(jié)構(gòu)，一般采用短圓錐法蘭盤式。短錐法蘭結(jié)構(gòu)有很高的定心精度，主軸的懸伸長(zhǎng)度短，大大提高了主軸的剛度。</p><p>　　主軸的材料和熱處理：主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性和熱處理變形大小等因素確定。軸材料常采用的有：45剛、38CrMoALA、GCr15、9Mn2V，須經(jīng)滲氮和感應(yīng)淬火。</p><p><b>　　主軸主要精度指標(biāo)</b></

62、p><p>　　1）前支承軸承軸頸的同軸度約5μm左右。</p><p>　　2）軸承軸頸需按軸承內(nèi)孔“實(shí)際尺寸”配磨，且須保證配合過(guò)盈1μm—5μm。</p><p>　　3）錐空與軸承軸頸的同軸度為3μm—5μm，與錐面的接觸面積不小于80％接觸較好。</p><p>　　4）裝NN3000K（舊編號(hào)為3182100）型調(diào)心圓柱滾子軸承的1：

63、12錐面，與軸承內(nèi)圈接觸面積不小于85％.</p><p>　　主軸前支承至主軸前端的距離稱為前懸伸。前后支承點(diǎn)之間的距離L稱為跨距。前懸伸對(duì)主軸組件的綜合剛度影響很大。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量縮短懸伸量ａ。跨距L對(duì)綜合剛度的影響不是單向的。如L較大，則主軸變形較大；如L較小，則軸承的變形對(duì)主軸前端的位移影響較大。所以，L有一個(gè)最佳值，L太大或太小，都會(huì)降低綜合剛度。</p><p>

64、;　　圖3-2主軸組件的懸伸和跨距</p><p>　　3.3 主軸及其組件的設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　3.3.1主軸電機(jī)的選擇</p><p>　　選擇電機(jī)應(yīng)綜合考慮的問(wèn)題 </p><p>　　(1) 根據(jù)機(jī)械的負(fù)載特性和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。</p><p>　　(

65、2) 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過(guò)載能力額啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，</p><p>　　并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取0.8～0.9。</p><p>　　(3) 根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)措施，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。</p><p

66、>　　根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因素的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類型。</p><p>　　(5) 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程的要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價(jià)格、維護(hù)等等因素。</p><p>　　合理的確定電機(jī)功率P，使機(jī)床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低

67、功率因素。</p><p>　　由于設(shè)計(jì)達(dá)到的工件最大切削直徑為900mm，根據(jù)《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]表5-10查得，主軸轉(zhuǎn)速上限nmax=3000r/min，下限為nmin=30r/min。現(xiàn)在以常見的中碳鋼為工件材料，取45號(hào)鋼，正火處理，車削外圓，表面粗糙度。采用車刀具，可轉(zhuǎn)位外圓車刀，刀桿尺寸：。刀具幾何參數(shù)：，</p><p>　　現(xiàn)以確定粗車是的切削用量為設(shè)計(jì)：<

68、/p><p>　?、?確定背吃刀量和進(jìn)給量，根據(jù)《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》表8-50，取4mm，取。</p><p>　　② 確定切削速度，參《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》表8-57，取</p><p>　　③ 機(jī)床功率的計(jì)算，主切削力的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》-表8-59和8-60，</p><p>

69、;　　主切削力的計(jì)算公式及有關(guān)參數(shù)：</p><p>　　Fc= Ck (3-2)</p><p>　　Fp= Ck (3-3)</p><p>　　Ff= Ck (3-4)</p><p&g

70、t;　　由切削用量手冊(cè)表1-29查得：C=1433N，=1.0，=0.75，=0.15；C=572N，=0.9，=0.6，=0.3；C=561N，=1.0，=0.5，=0.4</p><p>　　將以上參數(shù)代入公式得：</p><p>　　Fc= Ck （3-5）</p><p>　　Fp= Ck （3-6）</p><p>　　Ff=

71、 Ck （3-7）</p><p>　?。?）主電機(jī)功率的估算：</p><p><b>　　切削功率PC為：</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　帶入?yún)?shù)得：</b></p><p><b>

72、;　?。?-9）</b></p><p><b>　　主電機(jī)的功率：</b></p><p>　　= （3-10）</p><p>　　依照一般情況，取機(jī)床變速效率。</p><p>　　根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表12-1Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)，

73、Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)為一般用途全封閉自扇冷式籠型異步電動(dòng)機(jī)，具有防塵埃、鐵屑或其他雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的特點(diǎn)，B級(jí)絕緣，工業(yè)環(huán)境溫度不超過(guò)+400C，相對(duì)濕度不超過(guò)95%，海拔高度不超過(guò)1000m，額定電壓380V，頻率50Hz。適用于無(wú)特殊要求的機(jī)械上，如機(jī)床，泵，風(fēng)機(jī)，攪拌機(jī)，運(yùn)輸機(jī)，農(nóng)業(yè)機(jī)械等。</p><p>　　根據(jù)以上要求，選取Y132S2─4型三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率7.5kw,滿載轉(zhuǎn)速1500r

74、/min。</p><p>　　3.3.2 主軸主要參數(shù)的確定</p><p>　　主軸的主要參數(shù)是指：主軸平均直徑D（或主軸前軸頸直徑）；主軸內(nèi)孔直徑d；主軸懸伸量和主軸支承跨距。這些參數(shù)直接影響主軸的工作性能，但為簡(jiǎn)化問(wèn)題，主要是由靜剛度條件來(lái)確定這些參數(shù)；即選擇D、d、、使主軸獲得最大靜剛度，同時(shí)兼顧其它要求，如高速性、抗振性等。</p><p>　　主軸前軸

75、頸直徑的確定</p><p>　　主軸平均直徑對(duì)主軸部件剛度影響較大。加大直徑，可減少主軸本身彎曲變形引起的主軸軸端位移和軸承彈性變形引起的軸端位移，從而提高主軸部件剛度。但加大直徑受到軸承dn值得限制，同時(shí)造成相配零件尺寸加大、制造困難、結(jié)構(gòu)龐大和重量增加等，因此在滿足剛度要求下應(yīng)取較小值。</p><p>　　按機(jī)床主電動(dòng)機(jī)功率來(lái)確定，由資料[16]圖6.1—83可取</p>

76、;<p>　　主軸內(nèi)孔直徑d的確定</p><p>　　確定孔徑的原則是，為減輕主軸重量，在滿足對(duì)空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下，應(yīng)取較大值。</p><p>　　對(duì)于數(shù)控機(jī)床，，本課題中車床主軸尾端需要安裝皮帶輪，軸徑較小，故取，即。</p><p><b>　　主軸懸伸量的確定</b></p&g

77、t;<p>　　主軸懸伸量是指主軸前端面到支承徑向反力作用中點(diǎn)的距離，它對(duì)主軸部件的剛度和抗振性影響很大。因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下盡可能取小值。減小的常見措施：</p><p>　?、俦M量采用短錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　②推力軸承配置在前支承時(shí)，應(yīng)安裝在徑向軸承的內(nèi)側(cè)而不是外側(cè)。</p><p>　?、酆侠碓O(shè)計(jì)前支承的調(diào)整結(jié)構(gòu)和密封

78、裝置形式。盡量采用主軸端部的法蘭盤和軸肩等構(gòu)成密封裝置。</p><p>　　④采用向心推力軸承來(lái)代替向心軸承，成對(duì)安裝的圓錐滾子軸承，應(yīng)采取滾錐小端相對(duì)的形式；成對(duì)安裝的向心推力軸承應(yīng)采取背對(duì)背或面朝外的同方向排列形式。本課題中主軸前端的一對(duì)向心推力軸承正是采用這種安裝形式。</p><p>　?、莞淖冚S端夾具的結(jié)構(gòu)形式來(lái)減小值。</p><p>　　根據(jù)《實(shí)用機(jī)

79、床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表8-24確定懸伸長(zhǎng)=130mm，</p><p>　?。?）支承跨距的確定</p><p>　　支承跨距是指相鄰兩支承的支承反力作用點(diǎn)之間的距離。合理確定是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。當(dāng)時(shí)，主軸部件具有最大剛度，即為主軸部件的最佳跨距。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，往往由于結(jié)構(gòu)上的限制而使，這就造成主軸部件的剛度損失。合理跨距，通常取。因?yàn)镈、一定時(shí)，越大，軸承的徑向跳動(dòng)對(duì)主軸前端

80、的徑向跳動(dòng)影響越小，且加大可較小振動(dòng)。當(dāng)需要遠(yuǎn)大于時(shí),可采用三支承結(jié)構(gòu)。</p><p>　　根據(jù)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖8-23查得最佳跨距與懸伸長(zhǎng)的比值L0/=2.3 即</p><p>　　L0=2.3=310mm，現(xiàn)取L合理=1.5L0=1.5310=462mm，為了方便取L合理=460mm</p><p><b>　　主軸頭的選用</b>

81、;</p><p>　　如前文所述，采用短錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)有利于減小主軸懸伸量。本課題選用C型法蘭式主軸端部，代號(hào)為6，其基本尺寸由資料[16]表6.1—31可獲得。</p><p>　　3.3.3主軸強(qiáng)度的校核</p><p>　?。?）選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。</p><p>　　①將軸簡(jiǎn)化為一簡(jiǎn)支梁，畫出簡(jiǎn)圖(圖3-3a)

82、</p><p>　?、诋嫶怪泵媸芰D，求出垂直面支反力（圖3-3b）</p><p>　　由，得 （3-11）</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　由，得 （3-13）</p><p><

83、;b>　?。?-14）</b></p><p>　?、郛嬎矫媸芰D，求出水平面支反力(圖3-3b)</p><p>　　由，得 （3-15）</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　由，得 （3-17）</p><

84、p><b>　?。?-18）</b></p><p>　?、芾L制垂直面彎矩圖(圖3-3c)</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　⑤繪制水平面彎矩圖(圖3-3c)</p><p><b>　?。?-20）</b></p>&l

85、t;p>　　⑥繪制合成彎矩M圖（圖3-3d）</p><p><b>　?、窠孛婧铣蓮澗?lt;/b></p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　?、呃L制轉(zhuǎn)矩T圖（圖3-3e）</p><p><b>　　（3-22）</b></p>&

86、lt;p>　?、嗬L制當(dāng)量彎矩Me圖（圖3-3e）</p><p>　　軸的轉(zhuǎn)矩可按脈動(dòng)循環(huán)考慮，已知軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11-1查得</p><p><b>　?。?-23）</b></p><p><b>　　截面</b></p><p><b>　　（3-24）

87、</b></p><p>　　⑨校核危險(xiǎn)截面處軸的直徑</p><p>　　由軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖可知截面處可能是危險(xiǎn)截面</p><p><b>　　截面 </b></p><p><b>　?。?-25）</b></p><p><b>　　⑩

88、結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)與軸的尺寸相比較，危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑小于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定的直徑即，當(dāng)量彎矩法校核，軸的強(qiáng)度足夠。</p><p>　　圖3-3 主軸受力圖和彎矩轉(zhuǎn)矩圖</p><p>　　3.3.4主軸剛度的校核</p><p><b>　　按當(dāng)量軸徑法計(jì)算</b></p>&

89、lt;p>　　1）按當(dāng)量軸徑法計(jì)算</p><p><b>　　(3-26)</b></p><p><b>　　2）求B點(diǎn)撓度</b></p><p><b>　　(3-27)</b></p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11-6得機(jī)床主軸的許用撓度:</p>

90、;<p><b>　　(3-28)</b></p><p>　　經(jīng)比較，故B點(diǎn)剛度滿足要求。</p><p><b>　　3.4主軸軸承</b></p><p>　　3.4.1主軸軸承的類型</p><p>　　主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、

91、潤(rùn)滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。</p><p>　　機(jī)床主軸帶著刀具在支承件中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，需要傳遞切削扭矩，承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。機(jī)床主軸支承根據(jù)主軸部件的轉(zhuǎn)速、承載能力及回轉(zhuǎn)精度等要求的不同而采用不同種類的軸承。主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機(jī)床上主軸軸承常用的有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。</p

92、><p><b>　　滾動(dòng)軸承</b></p><p>　　主軸軸承是數(shù)控機(jī)床主軸內(nèi)一個(gè)重要的零部件，在主軸傳動(dòng)過(guò)程中，可以起</p><p>　　到支撐機(jī)械體旋轉(zhuǎn)和減小摩擦的作用。軸承由于其類型、結(jié)構(gòu)、配置和精度的不同，以及安裝、調(diào)整程度的好壞，將對(duì)主軸部件的工作性能起到直接的影響。從功能和結(jié)構(gòu)上，主軸軸承可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。<

93、/p><p>　　主軸軸承一般要求越輕越好，滾動(dòng)軸承也不例外。軸承越輕，滾動(dòng)體的直徑就越小，數(shù)量也越多，剛性就會(huì)越大。常采用輕系列、特輕系列和超輕系列，其中以特輕系列為主。</p><p><b>　　滑動(dòng)軸承</b></p><p>　　滑動(dòng)軸承是在滑動(dòng)摩擦力作用下工作的軸承。由于軸頸和軸承內(nèi)壁間存在間隙，潤(rùn)滑油可以將二者完全分隔開來(lái)，而使它們不

94、發(fā)生直接接觸。這類軸承工作平穩(wěn)、可靠、無(wú)噪聲。不僅可以大大降低摩擦阻力和部件表面磨損，而且其油膜還具有一定的吸振能力，增強(qiáng)了抗振性。</p><p>　　滑動(dòng)軸承依據(jù)其產(chǎn)生油膜的壓強(qiáng)方式區(qū)別，可以分為液體動(dòng)壓軸承和液體靜</p><p>　　壓軸承。液體動(dòng)壓軸承隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，充入摩擦面之間縫隙內(nèi)的潤(rùn)滑油量也逐漸增多，使軸頸和軸承分離，以降低摩擦阻力。</p><p

95、>　　圖3-4所示為主軸常用的幾種滾動(dòng)軸承的類型：</p><p>　　（）雙列圓柱（b）雙列推力向（c）雙列圓錐（d）帶凸緣雙列圓（e）帶彈簧單列</p><p>　　滾子軸承 心球軸承 滾子軸承 柱滾子軸承 圓錐軸承</p><p>　　選擇所使用的軸承類型和組合方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮主軸部件在各個(gè)方面的要求，以及軸承

96、的供給情況、成本、安裝調(diào)試的難易度等因素。通常情況下，主軸應(yīng)首選滾動(dòng)軸承，尤其是對(duì)于立式主軸而言，只有當(dāng)主軸水平放置，且加工工件的表面粗糙度數(shù)值較小時(shí)，才使用滑動(dòng)軸承。不同類型主軸主軸軸承的優(yōu)缺點(diǎn)見表3.1。</p><p>　　表3.1數(shù)控機(jī)床的主軸軸承及其性能</p><p>　　3.4.2主軸軸承的配置和支承方案的選擇</p><p>　　根據(jù)主軸部件的工作精

97、度、剛度、溫升和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，合理配置軸承，可以提高主傳動(dòng)系統(tǒng)的精度。采用滾動(dòng)軸承支承，有許多不同的配置形式，目前數(shù)控機(jī)床主軸軸承的配置主要有如圖3-5示的幾種形式。</p><p>　　圖3-5 主軸軸承配置的集中形式</p><p>　　在圖3-5(a)所示的配置中，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60º角接觸球軸承組合，承受向載荷和軸向載荷，后支承采用成對(duì)角接觸球軸承，該配

98、置可滿足強(qiáng)力切削的要求，普遍應(yīng)用于各類組合機(jī)床。</p><p>　　在圖3-5(b)所示的配置形式中，前軸承采用角接觸球軸承，由3~2個(gè)軸承組成一套，背靠背安裝，承受徑向載荷和軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，這種配置適用于高速、重載的主軸部件。</p><p>　　在圖3-5(c)所示的配置形式中，前后支承均采用成對(duì)角接觸球軸承，以承受徑向載荷和軸向載荷，角接觸球軸承具有較好的高

99、速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min，但這種軸承的承載能力小，因而這種配置適用于高速、輕載和精密的組合機(jī)床主軸。</p><p>　　在圖3-5(d)所示的配置形式中，前支撐采用雙列圓錐滾子軸承，承受徑向載荷和軸向載荷，后支承采用單列圓錐滾子軸承，這種配置徑向和軸向的剛度高，可承受重載荷，尤其能承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷，安裝與調(diào)整性能好，但主軸轉(zhuǎn)速和精度的提高受到限制，因此適用于中等精度，低速與重載荷的組合機(jī)床主軸

100、。</p><p>　　由于凸輪軸加工專機(jī)在加工時(shí)不僅需要受到軸向力，還會(huì)受到一定的徑向力。因此在本課題的軸承配置中選用如圖3-5(c)的方式。而本課題的預(yù)緊方式采用隔套調(diào)整法及鎖緊螺母預(yù)緊。固定端前支承的軸承用角接觸球軸承，后支承也選用角接觸球軸承。因此，本設(shè)計(jì)初步選用7210c型雙列角接觸球軸承。</p><p>　　3.4.3軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊</p><p>

101、;　　主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整。多數(shù)軸承，還應(yīng)能夠在過(guò)盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動(dòng)體和滾道之間有一定的預(yù)變形，這就是軸承的預(yù)緊。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無(wú)間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度。滾動(dòng)體的直徑不可能絕對(duì)相等，滾道也不可能絕對(duì)正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾動(dòng)體和滾道接觸。預(yù)緊后，滾動(dòng)體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動(dòng)體將更多，各滾動(dòng)體的受力將更均勻。這都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動(dòng)，則由于各個(gè)方向都

102、有滾動(dòng)體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且太大的預(yù)緊將使軸承的壽命降低，故預(yù)緊要適當(dāng)。</p><p>　　當(dāng)滾動(dòng)軸承存在較大間隙時(shí)，載荷將集中作用于受力方向上的少數(shù)滾動(dòng)體，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉(zhuǎn)精度差。將滾動(dòng)軸承進(jìn)行適當(dāng)預(yù)緊，使?jié)L動(dòng)體與內(nèi)外圓滾道在接觸處產(chǎn)生預(yù)變形，使受載后承載的滾動(dòng)體數(shù)量增多，受力趨向均勻，從而提高承載能力和剛度，有利于減少主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移，提高旋轉(zhuǎn)精度。

103、若過(guò)盈太大，軸承磨損加劇，承載能力將顯著下降。軸承所需的預(yù)緊量與軸承精度、類型和工作條件等因素有關(guān)，因此主軸組件必須具備軸承間隙的調(diào)整結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　軸承內(nèi)圈移動(dòng)</b></p><p>　　這種方法適用于錐孔雙列圓柱滾子軸承。用螺母通過(guò)套筒推動(dòng)內(nèi)圈在錐行軸頸上做軸向移動(dòng)，使內(nèi)圈變形脹大，在滾道上產(chǎn)生過(guò)盈，從而達(dá)到預(yù)緊的目的。圖3-6所示為幾種軸承

104、內(nèi)圈的預(yù)緊形式。</p><p>　?。╟） （d）</p><p>　　圖3-6軸承的預(yù)緊形式</p><p>　　角接觸球軸承的預(yù)緊方式，把成對(duì)的兩個(gè)雙聯(lián)接角接觸軸承的兩個(gè)內(nèi)圈（背靠背組配）端面各磨去一定的量，在安裝時(shí)把它們壓緊以實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，則稱為定位預(yù)緊。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無(wú)游隙，游動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度，剛

105、度，壽命和提高高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高，反而會(huì)使壽命下降。因此，預(yù)緊應(yīng)該合適。圖3-7所示為兩種修磨的形式。</p><p>　　修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè) （b）修磨軸承外圈的內(nèi)側(cè)</p><p>　　圖3-7修磨軸承座圈</p><p>　　圖3-7（a）所示為軸承外圍寬邊相對(duì)（背對(duì)背）安裝，這時(shí)修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè)，使間隙增大。</p>

106、<p>　　圖3-7（b）所示為外圍窄邊相對(duì)（面對(duì)面）安裝，這時(shí)修磨軸承外圈的窄邊。在安裝時(shí)按圖示的相對(duì)關(guān)系裝配，并用螺母或法蘭蓋將兩個(gè)軸承軸向壓攏，使兩個(gè)修磨過(guò)的端面貼緊，這樣能夠使兩個(gè)軸承的滾道之間產(chǎn)生預(yù)緊。</p><p>　　另一種方法是將兩個(gè)厚度不同的隔套放在兩軸承內(nèi)、外之間，同樣將兩個(gè)軸承軸向相對(duì)壓緊，使軌道之間產(chǎn)生預(yù)緊，隔套調(diào)整法如圖3.10所示。</p><p>

107、<b>　　（b）</b></p><p><b>　　圖3-8隔套調(diào)整法</b></p><p>　　3.4.4主軸軸承設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.4.4.1軸承受力分析</p><p>　　軸承的受力簡(jiǎn)圖參見圖3-9。從圖上可知，在A、B兩處所用的是同種型號(hào)的角接觸球軸承，且D處的軸承是成

108、對(duì)使用，共同承擔(dān)支承作用。所以，校驗(yàn)C、D處7210C軸承只需受力最大處即可。</p><p><b>　　圖3-9軸承受力圖</b></p><p><b>　　已知：，，，</b></p><p>　　則軸承7210C所受徑向合力為</p><p><b>　　(3-29)</b

109、></p><p>　　軸承7000CD所受徑向合力為</p><p><b>　　(3-30)</b></p><p>　　3.4.4.2軸承7210C壽命計(jì)算</p><p>　　軸承的工作年限為7年（一年按300天計(jì)算），每天兩班工作制（按16h計(jì)算），則軸承預(yù)期計(jì)算壽命為</p><p&

110、gt;<b>　　(3-31)</b></p><p>　　已知軸承7210C所受的軸向負(fù)荷，徑向負(fù)荷。由表13-5查得分界判斷系數(shù)。</p><p><b>　　(3-32)</b></p><p>　　由表13-5查得徑向動(dòng)載荷系數(shù)X=1，軸向動(dòng)載荷系數(shù)Y=0。根據(jù)載荷性質(zhì)為中等沖擊，由表13-6查得載荷系數(shù)一般為1.

111、2~1.8，取。則軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷為</p><p><b>　　(3-33)</b></p><p>　　以小時(shí)數(shù)表示的軸承壽命L10h(單位為h)為</p><p><b>　　(3-34)</b></p><p>　　式中：L10h —— 失效率10％（可靠度90％）的基本額定壽命（106r

112、）；</p><p>　　n —— 軸承的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；</p><p>　　C —— 基本額定動(dòng)載荷，單位為N；</p><p>　　P —— 當(dāng)量動(dòng)載荷，單位為N；</p><p>　　ε —— 壽命指數(shù)，對(duì)球軸承ε=3，滾子軸承</p><p>　　查表22-42得基本額定動(dòng)載荷。將上述參數(shù)帶入公式

113、，則以小時(shí)數(shù)表示的軸承壽命為</p><p><b>　　(3-35)</b></p><p>　　由于，所以能夠滿足要求。</p><p>　　3.4.4.3軸承7000CD壽命計(jì)算</p><p>　　軸承的工作年限為7年（一年按300天計(jì)算），每天兩班制（按16h計(jì)算），則軸承預(yù)期計(jì)算壽命為</p>

114、<p><b>　　(3-36)</b></p><p>　　已知軸承7000CD所受的軸向負(fù)荷，徑向負(fù)荷。由表13-5查得分界判斷系數(shù)。</p><p><b>　　(3-37)</b></p><p>　　由表13-5查得徑向動(dòng)載荷系數(shù)X=0.41，軸向動(dòng)載荷系數(shù)Y=0.87。根據(jù)載荷性質(zhì)為中等沖擊，由表13

115、-6查得載荷系數(shù)一般為1.2~1.8，取。則軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷為</p><p><b>　　(3-38)</b></p><p>　　查表22-42得基本額定動(dòng)載荷。將上述參數(shù)帶入公式（3.9），則以小時(shí)數(shù)表示的軸承壽命數(shù)為</p><p><b>　　(3-39)</b></p><p>　　由于

116、，所以能夠滿足要求。</p><p>　　3.5同步帶輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　帶傳動(dòng)是由帶和帶輪組成傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動(dòng)和嚙合帶傳動(dòng)。摩擦帶傳動(dòng)是機(jī)床主要傳動(dòng)方式之一，常見的有平帶傳動(dòng)和V帶傳動(dòng)；嚙合傳動(dòng)只有同步帶一種。