2071CJK6256B數(shù)控車床主軸箱的改進設計

1前言隨著科學技術的不斷發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密、復雜，改型也日益頻繁，對機床的性能、精度、自動化程度等提出了越來越高的要求。機械加工工藝過程自動化是實現(xiàn)上述要求的重要技術措施之一，不僅能夠提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，還能改善工人的勞動條件。為此，許多企業(yè)采用自動機床、組合機床和專用機床組成自動或半自動生產(chǎn)線。但是，采用這種自動、高效的設備，需要很大的初期投資以及較長的生準備周期，只有在大批量的生產(chǎn)條件（如汽車、拖拉機、家用電器等工業(yè)主要零件的生產(chǎn)） ，才會有顯著的經(jīng)濟效益。在機械制造工業(yè)中，單件、小批量生產(chǎn)的零件約占機械加工總量的70%80%。科學技術的進步和機械制造產(chǎn)品市場競爭的日趨激烈，致使機械產(chǎn)品不斷改型、更新?lián)Q代，批量相對減少，質量要求越來越高。采用專用的自動機床加工這類零件就顯得很不合理，而且調整或改裝專用的“剛性”自動生產(chǎn)線投資大、周期長，有時從技術上甚至是不可能實現(xiàn)的。采用各類仿型機床，雖然可以部分地解決小批量復雜零件的精度很難達到的要求。為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結構復雜、精度要求高的零件的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適用于產(chǎn)品頻繁變化的“柔性”自動化機床。隨著計算機科學技術的發(fā)展，1952 年，美國帕森斯公司(Parsons)和麻省理工學院（MIT）合作，研制成功了世界上第一臺以數(shù)字計算機為基礎的數(shù)字控制(numerical control,簡稱 NC)3 坐標直線插補銑床，從而使機械制造業(yè)進入了 一個新階段。 因此，在畢業(yè)設計到來時，根據(jù)我們專業(yè)與企業(yè)的要求，在徐衛(wèi)國老師的指導下，本人選擇了數(shù)控車床的改造這一課題。通過研究，改造主要有三個部分：（1）主軸箱（2）電器（3）自動刀架此課題有本人承擔，本人改造主軸箱中的主軸部件是機床重要組成部分之一。除了與普通機床一樣要求具有良好的旋轉精度、靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及耐磨性外，由于數(shù)控機床在加工過程中不進行人工調整，且數(shù)控機床要求的轉速更高，功率大。所以數(shù)控機床的主軸部件在上述幾方面要求更高且更嚴格。在主軸部件的改造方面，本人采取盡可能按原機床傳動路線，并選用主軸脈沖發(fā)生器來輸出主軸轉速，主軸轉一轉，主軸脈沖發(fā)生器 發(fā)出 1024 個脈沖。數(shù)控車床的電器也很重要，車床的自動化程度也就在此體現(xiàn)。電器方面，本人參考 CJK6256B 簡易數(shù)控車床的電器原理，該結構簡單，能2較好的實現(xiàn)對主軸電機主軸變頻器，刀臺電機正反轉，風扇等等的控制。自動刀架也是數(shù)控車床與普通車床的重要區(qū)別之一，它具有準確的重復定位功能，具有較高的精度。3目錄第一章數(shù)控機床的主傳動及主軸部件1.1 數(shù)控機床主傳動裝置4-61.1.1 特點1.1.2 變速方式1.1.3 選擇電動機1.1.4 選擇帶輪1.1.5 確定傳動方式1.2 主軸組件設計7-91.2.1 主軸主件類型1.2.2 主軸設計1.2.3 主軸支承1.2.4 主軸停止功能 11.3 中間軸的設計101.4 輸入軸的設計111.5 主軸箱的裝配12第二章電器13-14第三章自動刀架15結論16參考文獻17附錄184第一章數(shù)控機床的主傳動及主軸組件1.1 數(shù)控機床主傳動裝置1.1.1 特點數(shù)控機床的主傳動與普通機床的相比具有以下特點：（1） 主軸傳動系統(tǒng)轉速高，功率大，能滿足數(shù)控機床大功率切削和高速切削的要求，實現(xiàn)機床高效率工作。（2） 傳動系統(tǒng)調速范圍較大，變速迅速可靠，并能實現(xiàn)自動無級調速，使切削工作始終在最佳狀態(tài)下進行。（3） 為實現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，主軸上具有特殊的刀具安裝結構。（4） 主軸部件要求有較大的剛度和較高的精度。1.1.2 變速方式本人根據(jù)原機床結構采用雙向內齒離合器來使主軸實現(xiàn)四級變速。1.1.3 選擇電動機選用 Y160L-4 A 型鼠籠轉子電動機系列。功率 15KW 轉速 1460r/min.額定轉矩2.2kn/m。1.1.4 選擇帶輪根據(jù)電動機的輸出功率、輸出軸所需的轉速、工作時間，選擇并校核帶輪，確定小帶輪與大帶輪的基準直徑，大帶輪如裝配圖 所示，基準直徑為 304mm，采用孔板式結構。此結構可以避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲，傳動比較準確，傳動精度高、平穩(wěn)、噪聲小，維修保養(yǎng)方便，不需潤滑。采用無級變速主軸電機（直流或交流） ，主軸箱內齒輪變速級數(shù)很少（一般最多為四級） 。主軸箱內設置齒輪變速，主要目的是重復利用電機的恒功率，輸出范圍一般多用于大中型機床，一部分小型機床為了獲得強力切削也在應用。變速級改變通常是用液壓控制齒輪滑移來實現(xiàn)，一般小型數(shù)控機床的主軸箱步設置齒輪變速機構其噪聲與振動大大減少由于主軸功率特性在不斷改進，無齒輪變速的主傳動得到越來越多的應用。液壓刀架使用廣泛，性能比較穩(wěn)定，電機帶動的刀架沒有液壓管路，結構簡單。1.1.5 確定傳動方式5傳動路線如下：離合器 1 撥叉向左 24電動機帶輪離合器 1 撥叉向右 離合器 2 撥叉向左 603離合器 2 撥叉向右 6024603離合器 2 撥叉向左 24離合器 2 撥叉向右 602460361.2 主軸組件設計主軸組件由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動件和密封件等組成。機床加工時，主軸帶動工件或刀具直接參與表面成型運動，所以主軸的精度、剛度和熱變形對加工質量和生產(chǎn)效率等有著重要的影響，而且由于數(shù)控機床在加工過程中心 線 的 平 均 空 間 位 置 稱 為 瞬 時 回 轉 中 心 線 。 瞬 時 回 轉 中 心 線 相 對 于 理 想 回 轉 中心 線 的 距 離 ， 就 是 主 軸 的 回 轉 誤 差 。 而 回 轉不進行人為調整，這些影響就更為重要。（ 1） 回 轉 精 度 高回 轉 中 心 線 的 空 間 位 置 ， 在 理 想 的 情 況 下 應 是 固 定 不 變 的 ， 稱 為 理 想 中 心 線 。 實 際 上 ，由 于 主 軸 組 件 中 各 種 因 素 的 影 響 ， 回 轉 中 心 線 的 空 間 位 置 每 一 瞬 間 都 是 變 化 的 ， 這 些瞬 時 回 轉 中 誤 差 的 范 圍 ， 就 是 主 軸 的 回 轉 精 度 。 徑 向 誤 差 、 角 度 誤 差 和 軸 向 誤 差 很 少單 獨 存 在 ， 當 徑 向 誤 差 和 角 度 誤 差 同 時 存 在 時 ， 構 成 徑 向 跳 動 ， 而 軸 向 誤 差 和 角 度 誤差 同 時 存 在 時 構 成 端 面 跳 動 。（ 2） 剛 度 大主 軸 組 件 的 剛 度 是 指 受 外 力 作 用 時 ， 主 軸 組 件 抵 抗 變 形 的 能 力 。 主 軸 組 件 的 剛 度越 大 ， 主 軸 受 力 后 的 變 形 越 小 。 若 主 軸 組 件 的 剛 度 不 足 ， 在 切 削 力 及 其 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 量 ， 還 會 破 壞 齒 輪 、 軸 承 的 正 常工 作 條 件 ， 加 快 其 磨 損 ， 降 低 精 度 。 主 軸 部 件 的 剛 度 與 主 軸 的 結 構 尺 寸 、 支 承 跨 距 、所 選 用 的 軸 承 類 型 及 其 配 置 形 式 、 軸 承 間 隙 的 調 整 、 主 軸 上 傳 動 元 件 的 位 置 關 系 等 有 關 。（ 3） 抗 振 性 強主 軸 組 件 的 抗 振 性 是 指 切 削 加 工 時 ， 主 軸 保 持 平 穩(wěn) 運 轉 而 不 發(fā) 生 振 動 的 能 力 。 若主 軸 組 件 抗 振 性 差 ， 工 作 時 容 易 產(chǎn) 生 振 動 ， 不 僅 會 降 低 加 工 質 量 ， 而 且 限 制 了 機 床 生產(chǎn) 率 的 提 高 ， 使 就 刀 具 的 耐 用 度 下 降 。（ 4） 溫 升 低主 軸 組 件 運 轉 中 的 溫 升 過 高 會 引 起 兩 個 方 面 的 不 良 結 果 ： 一 是 主 軸 組 件 和 箱 體 因熱 膨 脹 而 變 形 ， 主 軸 的 回 轉 中 心 線 和 機 床 其 它 元 件 的 相 對 位 置 發(fā) 生 變 化 ， 直 接 影 響 到加 工 精 度 ； 二 是 軸 承 等 元 件 會 因 溫 度 過 高 而 改 變 已 調 好 的 間 隙 ， 破 壞 正 常 工 作 ， 嚴 重時 甚 至 會 發(fā) 生 “抱 軸 ”。 數(shù) 控 機 床 為 了 解 決 溫 升 問 題 ， 一 般 采 用 恒 溫 主 軸 箱 。（ 5） 耐 磨 性 好主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工作安裝部位，以及移動式主軸的工作表面。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應該淬火硬，或氮化處理，以提高硬度，增加耐磨性。主軸軸承也需要有良好的潤滑，以提高其耐磨性。71.2.1 主軸組件的類型主軸組件按運動方式可分為五類：（1）只有旋轉運動的主軸組件。這類主軸組件結構較為簡單，如車床、銑床、和磨床等主軸組件。（2）既有旋轉運動又有軸向進給運動的主軸組件。（3）既有旋轉運動又有軸向調整移動的主軸組件。如滾齒機、部分立式銑床等的主軸組件。主軸在套筒內作旋轉運動，并可根據(jù)需要隨主軸套筒一起作軸向調整運動。主軸組件工作時，用其中的夾緊裝置將主軸套筒夾緊在主軸箱內，以提高主軸部件的剛度。（4）既有旋轉運動又有徑向進給運動的主軸部件。如臥式鏜床的平旋盤主軸組件、組合機床的鏜孔車端面頭主軸組件。主軸作旋轉運動時，裝在主軸前端面平旋盤上的徑向滑塊可帶動刀具作徑向進給運動。（5）主軸作旋轉運動又作行星運動的主軸部件。1.2.2 主軸設計主軸是主軸組件的重要組成部分，它的結構尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理等。對主軸組件的工作性能都有很大的影響，其主要尺寸參數(shù)包括如下四個部分：（1）主軸直徑（2）內孔直徑（3）懸件長度（4）支承跨距根據(jù)原有結構，本人采用原有主軸，改變主軸支承方案來增強主軸的強度與剛性。1.2.3 主軸支承根據(jù)各段軸的直徑，確定主軸支承。前支承用 3182132 型雙短圓柱滾子軸承與 8218 推力球軸承，后支承采用 3182124 型雙短圓柱滾子軸承，中間輔助支承為 128 型單列滾珠軸承。這樣不僅保證主軸的回轉精度，也提高了主軸剛度和抗振性。由于運轉中會發(fā)熱，主軸必然會膨脹，為了吸收這個熱膨脹量，希望后支承能沿軸向移動，容易使軸承受損。因此從提高后支承剛性和適應主軸熱膨脹的要求來說，前支承采用 3182132 型雙短圓柱滾子軸承為好，右端用端蓋頂住，左面用調整螺母來預緊。81.2.4 主軸停止功能為使停車時克服旋件的慣性，采用液壓摩擦制動器使主軸迅速停止，此裝置結構簡單，性能較好，主軸通過齒輪嚙合傳至主軸脈沖器。主軸原理床頭箱中的雙向內齒離合器和，由操縱油缸中的活塞帶動撥叉和來控制它接通或放松，使主軸實現(xiàn)四級變速。停車時為克服旋轉件的慣性，采用液壓摩擦制動器使主軸迅速停止。主軸運動通過齒輪傳至主軸脈沖發(fā)生器，其傳動比為。主軸轉一轉，主軸脈沖發(fā)生器發(fā)出個脈沖。改變主電機正、反轉。主軸具有三個支承：前支承為雙列短圓柱滾子軸承；后支承為雙列短圓柱滾子軸承；中間輔助支承為型單列滾珠軸承。這樣不僅保證主軸的回轉精度，也提高了主軸剛度和抗振性。. 91.3 中間軸的設計根據(jù)傳動方式，中間軸與主軸通過一對斜齒輪來傳動，中間軸由兩段軸、共同組成，兩段都裝有與內齒離合器 55 相嚙合的齒輪 48、57，從而實現(xiàn)變速，用來使主軸迅速停止的液壓摩擦制動器 23 就裝在前一段軸 22 上，中間軸后端用制動器 23 固定，前端則用調整螺栓結構 62 頂住，中間軸用滾動軸承與單列圓錐滾子球軸承來支承，可用來支承較大的徑向力。其中，前一個單列圓錐滾子球軸承用軸肩與調整螺栓 62 來固定調整，后一個則用箱壁與斜齒輪61 固定，深