立式鉆削中心的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)論文設(shè)計

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)立式鉆削中心的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計第1章緒論1.1數(shù)控機床的概念數(shù)字控制是利用數(shù)字化信息對機械運動以及加工過程進行控制的一種方法，簡稱數(shù)控 (Numerical Control, NC).數(shù)控機床是指采用了數(shù)控技術(shù)控制的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床，也可稱作NC 機床。由于現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)是通過計算機進行控制的，因此，數(shù)控機床又稱CNC機床。1.2數(shù)控機床的組成數(shù)控機床主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、程序載體、輸入輸出裝置、強電控制裝置、輔助裝置、和機床主體組成。輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動輸

2、入。1.3數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢我國的機床制造工業(yè)完全是在解放后建立起來的，現(xiàn)在，我國的機床工業(yè)已經(jīng)從無到有，從小到大的成長起來了，形成了比較完整的機床體系。目前我國的機床產(chǎn)量不斷的上升，完全的可以滿足社會的需求，并有大量的機床出口，但是我國的機床技術(shù)水平和世界現(xiàn)進的水平還有一定的差距，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)率低，壽命短和質(zhì)量不穩(wěn)定，此外在掌握某些重型機床，精度高的機床及數(shù)控機床方面，還需要進一步的努力，我國想達(dá)到發(fā)達(dá)的水平就必須發(fā)奮圖強，努力的工作，還需做進一步的努力，深入廣泛的開展科學(xué)的研究技術(shù)的革命，要善于吸取國外的先進技術(shù)，并和自己的創(chuàng)新結(jié)合起來，以加快我們的發(fā)展速度，把我國的機床事業(yè)推向

3、輝煌。隨著電子技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。大地推動了數(shù)控機床的發(fā)展，但是結(jié)合我國的國情普遍機床仍占有很突出的地位，普通車床的萬能性大，它適用加工各種軸類，套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)面，如外圓柱面，圓錐面，環(huán)槽類及成型回轉(zhuǎn)表面；車削端面及加工各類常用的公制，英制，模數(shù)制和節(jié)制螺紋；在普通車床上還能作鉆孔，擴孔，鉸孔，滾花等工作。用處很廣，考慮到我國的勞動力眾多，和一些企業(yè)的資金和技術(shù)能力普通機床還是很有市場的，普通機床按照它們的萬能程度分為( 1)專門化機床，這類機床重要用于加工不同尺寸的一類或幾類零件的特定工序。( 2)通用機床，這種機床的加工范圍廣，在這種機床上可以加工各

4、種零件的不同工序，例如普通車床，臥式車床，萬能升降臺銑床等，都屬于通用機床，通用機床由于萬能性較大，它的結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜，通用機床主要適用于單量小批生產(chǎn)。( 3)專用機床，這類機床是加工某一種零件的特定工序，例如：加工汽車后橋蓋的組合鏜床，機床主軸箱專用鏜床等等，都是專用機床，專用機床是根據(jù)工藝要求專門設(shè)計的，它的生產(chǎn)率比較高，機床的自動化的程度往往也比較高，所以專用機床主要用于成批及大量生產(chǎn)1-3 。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著它的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)（ IT 、汽車、輕工等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為

5、這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。當(dāng)前世界上數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢：( 1)高速度高精度化速度和精度是數(shù)控系統(tǒng)地兩個重要技術(shù)指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。對于數(shù)控系統(tǒng)，高速度化，首先是要求計算機數(shù)控系統(tǒng)在讀入加工指令數(shù)據(jù)后，能高速度處理并計算出伺服電機的位移量，并要求伺服電機高速度的作出反應(yīng)；其次，要是下生產(chǎn)系統(tǒng)的高速度化，必須使主軸轉(zhuǎn)速、進給率、刀具交換、托盤交換等各種關(guān)鍵部件實現(xiàn)高速度化。提高數(shù)控機床的加工精度，一般是通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用補償技術(shù)來達(dá)到。在減少數(shù)控系統(tǒng)誤差方面，一般采取三種方法：1 提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給；2 提高

6、位置檢測精度； 3 位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制。在采用補償技術(shù)方面，除采用間隙補償、絲杠螺距補償和刀具補償?shù)燃夹g(shù)外，還可以采用熱變形補償技術(shù)4 。( 2)多功能化一機多能的數(shù)控系統(tǒng)，可以最大限度的提高設(shè)備的利用率。數(shù)控加工中心（ Machining Center-MC ）便是一種能實現(xiàn)多工序加工的數(shù)控機床。這類數(shù)控系統(tǒng)控制的機床，一般配有機械手和刀具庫（可存放16100 把刀具）。工件一經(jīng)裝夾，數(shù)控系統(tǒng)就能控制機床自動的更換刀具，連續(xù)對工件的各個加工面完成銑削、鉸孔、擴孔及攻螺紋等多工序加工，從而可以避免多次裝夾所造成的定位誤差。這樣減少了設(shè)備臺數(shù)、工件夾具和操作人員，節(jié)省了占地面積

7、和輔助時間。為了提高效率，新型數(shù)控機床在控制系統(tǒng)和機床結(jié)構(gòu)上也有所改革。例如，采取多系統(tǒng)混合控制方式，用不同的切削方式（車、鉆、銑、攻螺紋等）同事加工零件的不同部件等。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)控制軸數(shù)多達(dá) 15 軸，同事聯(lián)動的軸數(shù)已達(dá)到6 軸5。(3) 智能化數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用高技術(shù)的重要目標(biāo)是這能化。智能化技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(a) 引進自適應(yīng)控制技術(shù)引進自適應(yīng)控制技術(shù)（Adaptive Control-AC ）的目的是要求在隨機的加工過程中，通過自動調(diào)節(jié)加工過程中所測得的工作特征、狀態(tài)，按照給定的評價指標(biāo)自動校正自身的工作參數(shù)，以達(dá)到或接近最佳的工作狀態(tài)。通常數(shù)控機床是按照預(yù)先編好的程序進行控制，但

8、隨機因素，如毛坯余量和硬度的不均勻、刀具的磨損等難以預(yù)測。為了確保質(zhì)量，勢必在編程時采用較保守的切削用量，從而降低了加工效率。AC 系統(tǒng)可對機床主軸轉(zhuǎn)矩、切削力、切削溫度、刀具磨損等參數(shù)值進行自動測量，并由CPU 進行比較運算后發(fā)出修改主軸轉(zhuǎn)速和進給量大小的信號，確保AC 處于最佳切削用量狀態(tài)，從而在保證質(zhì)量條件下使加工成本最低或生產(chǎn)率最高6 。（ b） 附加人機械化自動編程功能建立切削用量專家系統(tǒng)和示數(shù)系統(tǒng)，從而達(dá)到提高編程效率和降低對編程人員技術(shù)水平的要求。（ c） 具有設(shè)備故障診斷功能數(shù)控系統(tǒng)出了故障，控制系統(tǒng)能夠進行自診斷，并自動采取排除故障的措施，以適應(yīng)長時間無人操作環(huán)境的要求。(4

9、) 小型化蓬勃發(fā)展的機電一體化設(shè)備，對CNC 系統(tǒng)提出了小型化的要求，體積小型化便于將機、 電裝置糅合為一體。 日本新開發(fā)的FS16 和 FS18 都采用了三維安裝方法，使電子元器件得以高精度的安裝，縮小了新型TFT彩色液晶薄型顯示器，使CNC 系統(tǒng)進一步小型化，這樣可更方便地將它們裝到機械設(shè)備上 7 。1.4設(shè)計的目的與意義在機床加工中鉆床的加工工作量在總制造工作量中占有很大的比量。鉆床為孔加工機床，按其機構(gòu)形式不同可以分為搖臂鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床、多軸鉆床等。主要用來進行鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲等。長期以來我國的機械制造工業(yè)中孔類加工多數(shù)由傳統(tǒng)鉆床來完成，但是傳統(tǒng)的鉆床在大批生

10、產(chǎn)時存在許多的不足之處：(1) 自動化程度不高，難以進行大批量生產(chǎn)；(2) 工作效率低，且工人的工作環(huán)境惡劣；(3) 占用人力較多，操作固定不交易出錯；(4) 精度不高，工件裝夾費時；(5) 加工產(chǎn)品質(zhì)量不高。再生產(chǎn)過程中，手動的操作、繁瑣的裝夾、大量生產(chǎn)力的投入和單一的生產(chǎn)流程導(dǎo)致了鉆床加工的自動化程度低、生產(chǎn)效率低、共作環(huán)境惡劣和產(chǎn)品質(zhì)量不高，因此，我們需要解決的問題在于如何實現(xiàn)鉆削加工的自動化、減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其他工藝流程相結(jié)合同時也要考慮經(jīng)濟問題7 。針對以上傳統(tǒng)鉆床的不足之處及生產(chǎn)中存在的問題，我們有必要在傳統(tǒng)鉆床的基礎(chǔ)上研究出新型數(shù)控鉆床立式鉆銷中心。通過對傳統(tǒng)鉆床手動的進

11、給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計，假如新技術(shù)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)自動化，降低勞動強度及工作量。鉆銷中心具有自動換刀功能，可減少工件在機床上的兩次安裝，提高加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作者的勞動強度，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。鉆銷中心適用于機械制造各行業(yè)中的中小型零件的孔、平面加工，并可加工平面凸輪 8 。第 2 章總體設(shè)計方案的確定2.1設(shè)計方案本設(shè)計從角度入手，主要對主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，通過分析，確定出主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括以下三部分，并對其提出設(shè)計方案，方案如下：1.傳動系統(tǒng)主軸的調(diào)速取消了齒輪變速機構(gòu)，而是由交流電動機來實現(xiàn)，且主軸與電機軸之間采用帶傳動。主軸上的傳動件，

12、主要有齒輪和帶。齒輪能夠傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，是一般機床常用的傳動副。但其線速度不能太高，傳動也不夠平穩(wěn)。對于較高速主軸，用帶傳動可以使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。本次設(shè)計采用多楔帶傳動。多楔帶兼有 V 平帶和 V 帶的優(yōu)點：柔性好， 摩擦力大，能傳遞的功率大，并解決了多根 V 帶長短不一使各帶受力不均的問題。多楔帶主要用于傳遞功率較大而結(jié)構(gòu)要求緊湊的場合，傳動比可達(dá)10，帶速可達(dá) 40ms. 本次設(shè)計最高轉(zhuǎn)速為 3000rmin ，為較高速的傳動，故選擇多楔帶傳動合適9 。主軸上的傳動件，主要由齒輪和帶。齒輪能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，是一般機床常用的傳動副。缺點是線速度不能太高，傳動也不夠平穩(wěn)。通常，線速度V 12-15m

13、s。為使主軸運行平穩(wěn)，可采用斜齒輪。螺旋傾角一般不宜超過15° - 20°，以免引起有太大的軸向分力。主軸上盡量不要有華裔齒輪或其它活裝零件（如離合器） ，以免因軸頸與活裝零件孔間有間隙而引起震振動。齒輪與主軸最好用圓錐配合。較高速的主軸，用帶傳動可使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。在帶傳動中，常用的有平帶傳動、 V 帶傳動、多楔帶傳動和同步帶傳動等。平帶傳動結(jié)構(gòu)最簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的情況下應(yīng)用較多。 常用的平帶有帆布芯平帶、編織平帶（棉織、毛織和縫合棉布帶） 、棉綸片復(fù)合平帶等數(shù)種。其中以帆布芯平帶應(yīng)用最廣，它的規(guī)格可查閱國家標(biāo)準(zhǔn)或手冊。在一般的機械傳動中應(yīng)用最廣泛的是 V

14、 帶傳動。 V 帶的橫截面呈等腰梯形， 帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動時， V 槽只和輪槽的兩個側(cè)面接觸，即以兩側(cè)面為工作面。根據(jù)槽面摩擦的原理，在同樣的張緊力下， V 帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力，這是 V 帶傳動性能上的最主要優(yōu)點。再加上 V 帶傳動允許的傳動比較大，結(jié)構(gòu)較緊湊，以及 V 帶多以標(biāo)準(zhǔn)化并能大量生產(chǎn)等優(yōu)點，因而 V 帶傳動的應(yīng)用比平帶傳動廣泛的多。多楔角兼有 V 平帶和 V 帶的優(yōu)點：柔性好，摩擦力大，能傳遞的功率大，并解決了多根 V 帶長短不一而使各帶受力不均的問題。多楔角主要由于傳遞功率較大而結(jié)構(gòu)要求緊湊的場合，傳動比可達(dá) 10，帶速可達(dá) 40ms.傳動帶易拉長和磨損

15、， 設(shè)計時必須注意能調(diào)解中心距；磨損后易于更換；有可靠的防護裝置以及防止與油接觸受侵蝕。當(dāng)線速度 v 30ms 時，可用 V形帶、多楔角或同步齒形帶；v30ms 時，可用橡膠或皮革平帶；v 35ms時，可用絲（天然絲、滌綸絲）織呆由于本設(shè)計為較高速主軸，線速度v30ms，故選用多楔角運動10 。2. 主軸進給系統(tǒng)傳統(tǒng)的鉆床主軸進給系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、主軸套筒箱套、齒輪齒條和軸承等組成。 主軸在加工時即要做旋轉(zhuǎn)運動，也要做軸向的進給運動。機床的主軸被安裝在主軸的套筒內(nèi)，套筒安置在主軸箱體孔的箱套內(nèi)，主軸上側(cè)由花鍵連接。機床加工時，旋轉(zhuǎn)運動由花鍵傳入，而進給運動則有齒輪通過齒條帶動套筒在箱套

16、內(nèi)運動。本設(shè)計中采用了半閉環(huán)控制系統(tǒng)，半閉環(huán)系統(tǒng)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度略低，但是其結(jié)構(gòu)簡單而且調(diào)整方便。3. 夾緊系統(tǒng)傳統(tǒng)鉆床的夾緊主要是手工操作，由夾具夾緊工件。為了便于實現(xiàn)自動化控制，主軸內(nèi)部刀具的自動加緊，則采用了碟形彈簧與氣壓傳動技術(shù)。2.2方案的可行性分析鉆銷中心的設(shè)計特點采用本文提出的設(shè)計方案，所設(shè)計出的鉆銷中心具有如下特點：(1)自動化程度較高鉆銷中心不僅具有一般數(shù)控鉆床的自動加工功能，而且裝有轉(zhuǎn)塔式刀庫，可以自動更換刀具，進行多工序加工。由于采用了半閉環(huán)、連續(xù)輪廓控制的數(shù)控系統(tǒng)，可進行輪廓控制的銑削工序。當(dāng)配有工業(yè)機器人時，尚可自動裝卸工件，實現(xiàn)無人化生產(chǎn)。(2)加工效率高為了

17、適應(yīng)各種材料、各種尺寸的零件加工，采用了寬調(diào)速電機，使主軸調(diào)速范圍寬， 最高轉(zhuǎn)速可達(dá)3000rmin 。適合進行高速切削，以減少加工時的切削時間。機床快速定位速度也較高，工作臺X向和Y向快速進給速度可達(dá)15rmin . 主軸箱垂直上下（ Z 向）快速進給速度可達(dá)10rmin .自動換刀時間一般為5s，可縮短加工的輔助時間，提高生產(chǎn)率。(3)維修方便在主機上沒有齒輪傳動、沒有液壓傳動，應(yīng)用了高壽命的直線滾動導(dǎo)軌及滾珠絲杠螺母副，是日常維修大大簡單化，維修方便。使用此中機電一體化設(shè)備，可減少工件在機床建的兩次安裝，提高加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作者勞動強度，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本11 。本設(shè)

18、計的創(chuàng)新之處1.軸承配置為適應(yīng)高崗度要求，前、后支撐都采用了圓錐滾子軸承，背靠背安裝，前面兩個軸承大口朝向主軸前端，后一個軸承大口朝向主軸尾端。2.自動夾緊機構(gòu)由機械傳動改為氣壓傳動氣壓傳動與機械傳動相比具有動作迅速，調(diào)節(jié)方便，維護簡單，不存在介質(zhì)變質(zhì)以及補充等問題。氣壓傳動以空氣為工作介質(zhì)，綠色環(huán)保。氣動元件結(jié)構(gòu)簡單、成本低、壽命長，易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化12 。第 3 章鉆削中心主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主軸的基本尺寸參數(shù)的確定1.主軸平均直徑主軸前支承軸徑D1 ，根據(jù)機床主電動機功率來確定。已知鉆削中心主電動機功率為 5.5kW 。查實用機床設(shè)計手冊圖3-30 ，選取前

19、支承軸徑D1 80mm，后支承軸徑 D 2 70mm 。主軸當(dāng)前平均直徑D1D 275mm。D22.主軸內(nèi)孔直徑主軸的內(nèi)孔直徑用于通過刀具夾緊裝置固定刀具傳動氣動或液壓卡盤等。主軸內(nèi)孔直徑越大，主軸部件相對重量也越輕。主軸孔徑大小主要受主軸剛度制約。主軸孔徑與主軸直徑之比，小于0.5 是空心主軸的剛度幾乎與實 心主 軸剛 度相 當(dāng) 。 考慮 碟 形彈 簧 的 設(shè)計 取 d25.4mm 。 校 核壁 厚d / D25.4/ 750.5 。所以， d 取 25.4mm合適。3.主軸前端懸伸量的選擇主軸懸伸量是指主軸前支承徑向反力作用點到主軸前端受力作用點之間的距離，見圖2-1。無論從理論分析還是從

20、實際測試的結(jié)果來看，主軸懸伸量 a值愈小愈能提高主軸部件的剛度。因此，確定主軸懸伸量a 的原則是在滿足機構(gòu)要求的前提下，盡可能取小值。查實用機床設(shè)計手冊表3-8。a/ D11.5a1.5 80120mm實際取 a96mm。4.主軸合理跨距的選擇主軸前支承點至主軸后支承點之間的距離稱為跨距l(xiāng) ，見圖 3-1。圖 3-1 主軸支承跨距及懸伸量主軸組件的支承跨距對主軸本身剛度和對支承剛度有很大的影響。根據(jù)數(shù)控加工中心設(shè)計所介紹如下經(jīng)驗公式D 4d 4K 530l 3(3-1)式中 K 剛度值，其下限值250N/m, 精密機床 K 值為 500N/m；D 主軸平均外徑，單位mm；d 主軸平均內(nèi)徑，即中

21、空主軸平均內(nèi)徑，單位mm；l 主軸軸承支承跨距，單位mm。530 D4d 4則有：l3K計算得： l320.98mm ，考慮到實際結(jié)構(gòu)，取 l 350mm 。主軸端部結(jié)構(gòu)加工中心主軸的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、定位剛度高、裝卸方便，同時使主軸的懸伸長度短。短錐法蘭結(jié)構(gòu)有很高的定位精度，主軸的懸伸長度短，大大提高了主軸的剛度。查機床設(shè)計手冊卷3 表 6.1-36，查得主軸端部結(jié)構(gòu)以及主要尺寸如表3-1：表 3-1 主軸端部結(jié)構(gòu)尺寸d2d1LD2l 1D169.85mm39.6mm27mm147mm128.57mm25mm主軸端部有四個螺紋孔是用來裝端銑刀的，另外有兩

22、個端面鍵是用來固定刀的周向的轉(zhuǎn)動，具體結(jié)構(gòu)如圖3-215 。圖 3-2 主軸端部結(jié)構(gòu)主軸刀具自動夾緊機構(gòu)主軸內(nèi)部刀具自動夾緊機構(gòu)是加工中心必不可少的機構(gòu)。加工中心自動換刀，所以，主軸系統(tǒng)應(yīng)具備自動松開和夾緊刀具的功能。刀具自動夾緊機構(gòu)安裝在主軸內(nèi)部，本設(shè)計采用如圖3-3 所示的刀桿拉緊機構(gòu)。1. 刀柄2. 鋼球3. 拉桿圖 3-3 刀桿拉緊機構(gòu)1. 鋼球2. 拉桿3. 碟形彈簧4. 滑塊5. 螺母6. 汽缸7. 活塞桿8. 行程開關(guān)圖 3-4 刀具自動夾緊機構(gòu)示意圖刀具自動夾緊機構(gòu)安裝在主軸的內(nèi)部，如圖3-4所示，刀柄由兩個鋼球夾持，碟形彈簧3 通過滑塊4、螺母5，在拉桿2 上的鋼球1 作用下

23、，將刀柄拉緊。當(dāng)換刀時， 要求松開刀柄， 此時將主軸上端汽缸的上腔通壓縮空氣，活塞桿 7 及拉桿向下移動，同時壓縮碟形彈簧，當(dāng)拉桿下移到使刀具松開的位置，刀具即可由機械手更換。待新刀裝入后，汽缸上腔停止供氣，活塞桿在圓柱螺旋彈簧力的作用下上移，在碟形彈簧作用下拉桿帶動鋼球上移，重新將刀柄拉緊?；钊麠U移動的兩個極限位置分別設(shè)有行程開關(guān)8，作為刀具夾緊和松開的信號。主軸的驗算1.主軸剛度驗算(1) 計算當(dāng)量直徑圖 3-5 主軸尺寸示意圖主軸尺寸示意圖，如圖3-5 所示；其中 l125mm,l 2192mm,l3172mm,l4166mmd1 128.5mm,d280mm, d376mm,d470m

24、md1l1d 2l 2d3l 3d 4l4當(dāng)量直徑 dlll1l 2l 3l 4 555mm由此計算可得：128.525801927617270166d77.954mm 78mm555(2) 剛度計算主軸前懸伸部分較粗，剛度較高，其變形可以忽略不計。后懸伸部分不影響剛度，也可不計。如主軸前端作用一外載荷F ，則主軸前端撓度y 為：Fa 2l(3-2)y3EI式中F 外載荷，單位 N ；a 前懸伸，等于外載荷作用點至支承點間的距離，單位mm；l 跨距，等于前后支撐點間的距離，單位mm；E 彈性模量，鋼為E2 10 5 , 單位 MPa；I 截面慣性矩，I0.05 d 4di4, 單位：mm；d

25、,di 主軸的外徑和孔徑，單位mm。圖 3-6 主軸受力示意圖將 E 及 I 之值代入上式可得Fa 2 lydi430 d 4如果 di0.5d ，則孔的影響可以忽略，即yFa 2lm30d 4彎曲剛度 K yF30(d 4di4 )Kya 2ly所以，當(dāng) di0.5d 時，則ky30 d 4N ma 2l本設(shè)計： d77.954mm, di 25.4mm, a96mm,l 350mm ;d i0.5d ，所以30d 43077.9544K y96 2350343.45 N ma2 l2.主軸扭轉(zhuǎn)剛度驗算對鉆床等以扭轉(zhuǎn)變形為主的主軸，還要驗算其扭轉(zhuǎn)剛度。通常要求其扭轉(zhuǎn)角在（ 2025） D 的

26、長度內(nèi)不超過1 ，即：TL1801(3-3)GI R式中T 主軸傳遞最大扭矩，單位N cm ；T 9549 P (N m)954900 5.5867.4N cmn6000L 計算長度，取25D，單位 cm 。 D7.8cm ；L 25 7.8195cm；G 剪切彈性模量，鋼料為8.1 10 6 Ncm4 ；I R 截面極慣性矩，對于圓截面I R0.1D 4 ，單位為 cm4 ；D 主軸當(dāng)量直徑， D7.8cm。代入上式得：867.371951803.210 318.1106370.153.14故滿足扭轉(zhuǎn)剛度的要求。3.主軸臨界轉(zhuǎn)速驗算查機械設(shè)計手冊·單行本·軸及其連接表5-

27、1-47 ：一階臨界轉(zhuǎn)速n1的計算公式如3-4 式，計算示意圖如圖3-7。ncr19.521041d 2（3-4）232W0l1C j3GjC j l 0式中Gj 外伸端第 j 個圓盤重力， N ； 本設(shè)計中，外伸端圓盤為帶輪，其重力估算如下：G7.851031002702309.8110 937NW0 軸的重力， N ；對實心鋼軸， W060.5 106 d 2l ；對空心鋼軸應(yīng)乘以12。本軸為空心軸，由前面計算知：d77.954mm, l555mm則有：W060.510 677.954 255512182.57N； 空心軸內(nèi)徑 d0 與外徑d 之比，25.40.326 ；77.954l 軸

28、的全長，l =555mm ；l 0 支撐跨距， l0350mm ；C j 外伸端第j 個圓盤至支承間的距離，mm ; C170mm;1 臨界系數(shù)1,2 外伸端長度與軸長之比，960.17,109；120.20555555當(dāng) 1 0.17, 2 0.20 時，查機械設(shè)計手冊·單行本·軸及其聯(lián)接表5-1-49， l 1 = 21.89 。圖 3-7 臨界轉(zhuǎn)速計算示意圖將以上數(shù)據(jù)代入 （ 3-1）式可得： ncr13695224r / min, ，n=3000r/min ,對于剛性軸n0.75ncr12771643r / minn3000r / min0.75ncr1 ，滿足臨界

29、轉(zhuǎn)速條件。主軸材料和熱處理的選擇評價和考慮主軸主要尺寸參數(shù)的依據(jù)是主軸的剛度、結(jié)構(gòu)工藝性和主軸組件的工藝適用范圍。主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點、耐磨性、熱處理變形大小等因素確定。主軸的剛度與材料彈性模量E 有關(guān)，鋼的E 值較大（ 2.1 107 N/cm 2 左右），所以主軸材料首先考慮鋼料。值得注意的是鋼的彈性模量E 的數(shù)值與鋼的種類和熱處理方式無關(guān)，即不論是普通鋼或合金鋼，其彈性模量基本相同。因此在選擇鋼料時應(yīng)首先選用價格便宜的中碳鋼（如 45 鋼），只有在載荷特別重和有較大的沖擊時，或者精密機床主軸需要減小熱處理后的變形時，或者軸向移動的主軸需要保證其耐磨性時，才考慮選用合金鋼。

30、當(dāng)主軸軸承采用滾動軸承時，軸頸可以不淬硬，但為了提高接觸剛度，防止敲碰損傷軸頸的配合表面，不少45 鋼主軸軸頸仍進行高頻淬火（ 4854HRC ） 9 。當(dāng)采用滑動軸承時，為減少磨損，軸頸表面必須有很高的硬度。因此，通常在軸頸處進行高頻淬火；對大直徑主軸（ 350400mm）也可用火焰淬火來提高表面硬度；對于受較大沖擊的主軸，可用15 或 20 號鋼，并在軸頸表面滲碳、淬火及回火。主軸材料常采用的有45 號鋼、 GCr15 等，需經(jīng)滲氮和感應(yīng)加熱淬火。由于本次設(shè)計主軸承受載荷為中重載荷，所以材料選用45 號鋼，進行調(diào)質(zhì)處理。3.2主軸傳動部件的設(shè)計傳動方式的選擇主軸上的傳動件，主要有齒輪和帶。

31、齒輪能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，是一般機床常用的傳動副。缺點是線速度不能太高，傳動也不夠平穩(wěn)。通常，線速度V 12 - 15m / s 。為使主軸運行平穩(wěn)，可采用斜齒輪。螺旋傾角一般不宜超過150 - 20 0 ，以免引起有太大的軸向分力。主軸上盡量不要有滑移齒輪或其它活裝零件（如離合器） ，以免因軸頸與活裝零件孔間有間隙而引起振動。齒輪與主軸最好用圓錐配合。較高速的主軸，用帶傳動可使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。在帶傳動中，常用的有平帶傳動、 V 帶傳動、多楔帶傳動和同步帶傳動等。平帶傳動結(jié)構(gòu)最簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的情況下應(yīng)用較多。 常用的平帶有帆布芯平帶、編織平帶（棉織、毛織和縫合棉布帶） 、錦綸片復(fù)

32、合平帶等數(shù)種。其中以帆布芯平帶應(yīng)用最廣，它的規(guī)格可查閱國家標(biāo)準(zhǔn)或手冊。在一般機械傳動中，應(yīng)用最廣泛的是 V 帶傳動。 V 帶的橫截面呈等腰梯形， 帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動時， V 帶只和輪槽的兩個側(cè)面接觸，即以兩側(cè)面為工作面。根據(jù)槽面摩擦的原理，在同樣的張緊力下， V 帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力，這是 V 帶傳動性能上的最主要優(yōu)點。再加上 V 帶傳動允許的傳動比較大，結(jié)構(gòu)較緊湊，以及 V 帶多已標(biāo)準(zhǔn)化并能大量生產(chǎn)等優(yōu)點，因而 V 帶傳動的應(yīng)用比平帶傳動廣泛得多。多楔帶兼有 V 平帶和 V 帶的優(yōu)點：柔性好，摩擦力大，能傳遞的功率大，并解決了多根 V 帶長短不一而使各帶受力不均的問題

33、。多楔帶主要用于傳遞功率較大而結(jié)構(gòu)要求緊湊的場合，傳動比可達(dá) 10，帶速可達(dá)40ms。傳動帶易拉長和磨損， 設(shè)計時必須注意能調(diào)節(jié)中心距；磨損后易于更換；有可靠的防護裝置以防止與油接觸受侵蝕。當(dāng)線速度v30m/s 時，可用V 形帶、多楔帶或同步齒形帶；v30m/s 時，可用橡膠或皮革平帶；v35m/s 時，可用絲（天然絲、錦綸絲或滌綸絲）織帶。由于本設(shè)計為較高速主軸，線速度 v30m/s ，故選用多楔帶傳動。多楔帶帶輪的設(shè)計計算基本設(shè)計參數(shù)：由設(shè)計要求n3000r / min, p5.5 kW ；本次設(shè)計選用傳動比為 1。1.設(shè)計功率pdpk5.51.26.6 kW查現(xiàn)代機械傳動手冊13 5.1

34、-17， K1.2。 K工況系數(shù)。2.帶型的選擇根據(jù)所算的設(shè)計功率，查現(xiàn)代機械傳動手冊13 表5.1-20，選用PJ型多楔帶。3.小帶輪直徑的確定根據(jù)帶型與設(shè)計功率，查現(xiàn)代機械傳動手冊13 表5.1-78，小帶輪節(jié)圓直徑dp1100mm 。4.大帶輪基準(zhǔn)直徑的確定根據(jù)帶型與設(shè)計功率，查現(xiàn)代機械傳動手冊13dd 2id d1 (1 )98mm查現(xiàn)代機械傳動手冊13 ，可知通常0.02d d 2 按現(xiàn)代機械傳動手冊13 表 5.1-18圓整得： d d2100mm 。5.帶速的計算vd d1 n1vmax（3-5）601000v31.4m/ s, vmax35 40m / s ，查現(xiàn)代機械傳動手冊

35、13 表 5.1-67 ，進行動平衡 e 3 3.5m, e0.01mm 。6.初定中心距 a00.7(d d1 dd 2 ) a0 2(dd1 dd2 )（ 3-6）140a0400取 a0 350mm 。7.所需基準(zhǔn)長度Ld0Ld 0 2a0( dd1d d 2 )(dd1dd 2 )24a01014mm（3-7）2查現(xiàn)代機械傳動手冊13 表5.1-70 選取近似值Ld 01016mm8.實際中心距 aaa0LdLd0（ 3-8）2a373mm9.小帶輪包角118010. 楔數(shù) ZZK A P（ 3-9）P1P1K a K A式中K A 工作情況系數(shù)，查表5.1-17， k A1.2；P

36、傳遞的功率 p 5.5 kW ；P1 每楔的基本額定功率，查表5.1-775.1 81:p1 0.917 kW ；P1 當(dāng) i=1 時， P10 ；K b 彎曲影響系數(shù)，查表5.1 75， kb0.0694 10 7 ；K i 傳動比系數(shù)，查表5.1 76， K i 1.0654；n1 小帶輪轉(zhuǎn)速， n13000r/min ；K a 小輪包角系數(shù)，見圖5.1 6， K a =1.0 ；K L 帶長系數(shù)，見表5.174， K L 1.08 。計算得： Z 5.32 ，取 Z6 。多楔帶的選擇及帶輪尺寸參數(shù)的確定1.多楔帶帶輪的參數(shù)多楔帶的帶輪常采用 HT200 制造，當(dāng)帶速超過 30ms 時，常

37、采用35 或45 號鋼制造。查現(xiàn)代機械傳動手冊13 表 5.1-82，具體參數(shù)見表3-2，表 3-2帶輪參數(shù)表帶型槽間距 p實際槽深 h輪槽角最小邊距 sPJ2.34+0.03mm21.500.38 mm40 0.51.8mm帶型最小槽頂圓角最大槽根圓角節(jié)線差 a帶輪寬度 B半徑 rl半徑 rbPJ0.2mm0.4mm1.2mm15.3mm帶輪寬度 B(Z1) P2S52.342 1.815.3mm帶輪示意圖如圖3-8 所示。圖 3-8 帶輪示意圖2. 多楔帶的選擇查現(xiàn)代機械傳動手冊表5.1-69，可得多楔帶參數(shù)，具體見表3-3。表 3-3多楔帶參數(shù)表帶型節(jié)距 Pb帶高 H計算齒高楔角楔根 R

38、1楔頂 R2h0PJ2.34mm4.0mm3.21mm40°0.4mm0.2mm寬度 bZPb62.3414.04 mm。傳動帶在主軸上的位置查機床設(shè)計手冊卷3 表 6.1-5，主軸采用帶傳動時，為了便于更換帶和防止皮帶沾油，帶輪通常裝在主軸后支承外側(cè)。如圖3-9 所示。1. 帶輪 2. 多楔帶 3. 主軸圖 3-9 傳動件位置示意圖根據(jù)設(shè)計要求，主電動機功率為5.5kW ， n180 3000rmin 。查數(shù)控機床機器人機械系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)14 表 4-17，選取交流變頻調(diào)速電機，其基本參數(shù)如表3-4。表 3-4 電機參數(shù)表型號極數(shù)額定功率額定電流同步轉(zhuǎn)速YTPS132S-445.5k

39、W18A180-3000rmin查表 4 18，其外形安裝尺寸如下表3-5。表 3-5電機安裝尺寸參數(shù)表機座號DEGGDLAB90L32mm50mm20mm7mm340mm180mm具體外形如圖3-10 所示。圖 3-10電機外形尺寸圖3.3主軸軸承主軸軸承的選用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、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。常用的主軸軸承有滾動軸承和滑動軸承。滾動軸承的摩擦力小，可以預(yù)緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉(zhuǎn)速和載荷變動范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。滾動軸承由專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便。但與滑動軸承相比，滾動軸承的噪聲大，滾動體數(shù)目有限，剛度是變化的，抗震性略差并且對轉(zhuǎn)速有很大限制。加工中心主軸組件在可能條件下，盡量使用滾動軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸裝在套筒內(nèi)能夠做軸向移動的主軸。本次設(shè)計選用圓錐滾子軸承。查實用機床設(shè)計手冊表3.8-52 選用型號為 32016 的圓錐滾子軸承，其基本參數(shù)表3-6。表 3-6軸承基本參數(shù)表極限轉(zhuǎn)速dDBCrCor