數控銑床的主軸箱結構設計

1、全日制普通本科生畢業(yè)設計數控銑床的主軸箱結構設計NUMERICAL CONTROL OF MILLING MACHINESCONTROLLED DESIGN學生姓名：學 號：年級專業(yè)及班級：指導老師及職稱：摘要 .1關鍵詞 .1第1章前言 2第2章數控銃床主傳動系統(tǒng)的配置方式.3第3章 主軸電動機的選取 4第4章同步帶傳動設計與計算 .64.1、 同步材料選擇64.2、 同步帶參數的計算64.2.1、 模數的選取 64.2.2、 小帶輪齒數 74.2.3、 同步帶節(jié)距74.2.4、 節(jié)圓直徑 74.2.5、 大帶輪齒數 74.2.6、 大帶輪直徑 74.2.7、 帶的速度 74.2.8、 定中

2、心距 74.2.9、 帶的節(jié)線長度74.2.10、 計算中心距.84.2.11、 帶輪與帶的嚙合齒數 .84.2.12、 帶寬 .84.2.13、 作用在軸上的力.84.2.14、 小帶輪的最小包角 .84.2.15、 帶輪寬度 .8第5章主軸組件的設計.95.1、 主軸組件的設計要求 .95.1.1、 回轉精度 95.1.2、 主軸剛度 105.1.3、 主軸的抗振性 105.1.4、 主軸溫升 105.1.5、 主軸耐磨性 105.1.6、 提高主軸組件抗振性的措施 115.2、 減少主軸組件熱變形的措施 .115.3、 主軸材料的選擇及尺寸、參數的計算 .115.4、 主軸轉動裝置箱體的

3、作用 .515.5、 主軸箱體的截面形狀和壁厚的計算 .15第6章主軸軸承的選擇 .156.1、 軸承的選擇和軸承的精度 .166.2、 軸承預緊力的要求 .166.3、 主軸軸承的潤滑與密封 .166.4、 選取軸承求 .166.5、 軸承壽命校核 .196.6、 軸承座孔的設計要求.20第7章 聯接鍵的選擇碟形彈簧的選擇與計算 217.1、 碟形彈簧的特點 .217.2、 碟形彈簧材料及熱處理厚度和脫碳.217.3、 碟形彈簧的強壓處理.217.4、 表面強化處理和防腐處理 .22第8章螺釘聯接的設計 .238.1、 根據設計要求計算 .248.2、 螺釘的強度計算與校核.24第9章液壓缸

4、的設計.249.1. 液壓壓缸安裝應注意的問題 259.2. 壓缸各部分的結構及主要尺寸的確定 259.3. 強度校核 25第10章潤滑與密封件設計 .2610.1、 封件的作用及其意義 2610.2、 密封的分類及密封件的材料要求 2610.3、 防塵圈的設計要求27結論 .27致謝 28參考文獻 29數控銑床的主軸箱結構設計摘要 ： 數字控制是近代發(fā)展起來的一種自動化控制技術是用數字化信號對機床運動極其加工過程進行控制的一種方法,隨著科學技術的迅猛發(fā)展，數控機床已經是一個國家機械工業(yè)水平的重要標準。數控機床是裝有程序控制系統(tǒng)的機床。該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號碼，或其他符號編碼指令規(guī)定的

5、程序。數控機床是以數控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)的滲透形成的機電一體化產品，起技術范圍覆蓋很多領域：（ 1 ）機械制造技術（2）信息處理、加工、傳輸技術；（ 3）自動控制技術；（ 4）伺服驅動技術；（ 5）傳感技術；（6）軟件技術等。計算機對傳統(tǒng)機械業(yè)的滲透，完全改變了制造業(yè)。制造業(yè)不但成為工業(yè)化的象征，而且由于信息技術的滲透，使制造業(yè)猶如朝陽產業(yè)，具有廣闊的發(fā)展天地。數控機床就是將加工過程所需的各種步驟以及刀具與工件之間的相對位移量都是用數字化的代碼來表示。通過控制介質數字信息送入專用區(qū)域通用的計算機。計算機對輸入的信息進行處理，發(fā)出各種指令來控制機床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機床自

6、動加工出所需要的工件。關鍵詞 ： 機械設計，數控三坐標銑床，主軸，數控系統(tǒng)。Numerical Control of Milling Machines Controlled DesignStudent: he yiTutor: chenzhiliang（Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128）Summary : Digital control the modern development of automation control of digital techn

7、ology is a signal for machine tools are processes to control movement, as a method of science and technology has developed rapidly and Numerical Control machine is a nationalmachinery industry standards of important standard. the machine is a program Numerical Controlcontrol system of machine tools.

8、 the system to be logical to use a number or other symbolsspecified procedure. the instruction encoding.Numerical Control machine tools in Numerical Control technology of new technology industries through the traditional manufacturing a product of the electromechanical integration technology, coveri

9、ng many areas ：（ one ） machinery manufacturing technology （ tow ）information processing, processing and transmission technology ；（ three ） automatictechnology ； （ four ） servo driving technological ； （ five ） sensing technology ； （ six ） software technology, etc. the computer to traditional service

10、trade the manufacturing industry, has changed completely. and has become industrialized, and because of the information technology, manufacturing into a rising industry, have broad development of the world.Numerical Control machine tools are the processes of the various steps and the tool relative t

11、o the workpiece between the amount of displacement is the use of digital code to represent information media. by controlling figures into a special area of the computer. computer for the processing of information and instructions to control the machine tools or other enforcement servo system compone

12、nts and tools automatically processed out the work.Key words: Mechanical design, Numerical Control three coordinates of milling machines, Spindle, Numerical Control system.1 前言主傳動系統(tǒng)設計概述數控機床的主傳動系統(tǒng)包括主軸電動機，傳動系統(tǒng)和主軸組件。與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比數控機床在結構上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調速來承擔。省去了繁雜的齒輪變速機構，還有一些數控機床設計中還存在二級或三級

13、齒輪變速機構用以擴大主軸電動機無級變速的范圍。對主傳動系統(tǒng)的要求:范圍： 各種不同的機床對調速范圍的要求不同，多用途，通用性比較大的機床，要求主軸的調速范圍大，不但有低速大轉距的功能，而且還要有比較高的速度。熱變形：電動機、主軸及傳動件都有熱源。降低溫升，減少熱變形是對主傳動系統(tǒng)要求的重要指標。旋轉精度和運動精度：主軸的旋轉精度:是指裝配后，在無載荷，低速轉動條件下，測量主軸前端和300mm 處的徑向和軸向跳動值。主軸在以工作速度旋轉時，測量上述兩項精度稱為運動精度。數控機床要求有較高的旋轉精度和運動精度。主軸的靜剛度和抗振性；由于數控機床的加工精度比較高，主軸的轉速又很高。因此，主軸組件的質

14、量分布是否均勻以及主軸組件的阻尼等，對主軸組件的靜剛度和抗振性都會產生影響。主軸組件的耐磨性；主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之能夠長期保持要求的準確精度。凡是有機械摩擦的部位，軸承，錐孔等都要有足夠的硬度，軸承還應具有良好的潤滑。第 2章數控銑床主傳動系統(tǒng)的配置方式數控銑床的主傳動系統(tǒng)要求有較大的調速范圍，以保證進行加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產效率、加工精度和表面質量。數控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此機構必須適應自動操作的要求。大多數的數控銑床是用無級變速系統(tǒng)控制的。數控機床主傳動系統(tǒng)主要有以下三種配置方式：帶有變速齒輪的主傳動這種配置方式在大中型數控機床中采用比

15、較普遍。它通過少數幾對齒輪進行降速，使之能夠分段變速，確保低速時擁有足夠的扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性。但也有一部分小型數控機床也采用這種傳動方式，以獲得強力切削時所需要的扭矩。通過帶傳動的主傳動主要應用在中小數控機床上，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但它只能適用于低扭矩特性要求的主軸。同步帶有多楔帶，齒形帶，圓弧帶等，是一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的新型傳動。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過帶輪與輪齒相嵌合，做無滑動的嚙合傳動。帶內采用了承載后無彈性伸長的材料作強力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主動和從動帶輪可做無相對滑動的同步傳動。與一般帶傳動相比，同步帶傳動具有以下優(yōu)點：1 .無

16、滑動，傳動比準確。2 .傳動效率高，可達98%以上。3 .傳動平穩(wěn)可靠，噪聲小。4 .使用范圍廣，速度要達到50m/s,速比可達10左右，傳動功率由幾瓦 到數千瓦。5 .修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。但是同步帶也有不足之處，其安裝時中心距要求嚴格，帶與帶輪制造工藝較復雜，成本高。由調速電動機直接驅動的主傳動：這種主傳動方式大大簡化了主軸箱與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電動機轉動時發(fā)出的熱量對主軸的精度影響比較大。在低于額定轉速時為恒轉矩輸出，高于額定轉矩時為恒功率輸出。使用這種電動機可實現電氣定向。我們把機床主軸驅動與一般工業(yè)的驅動相比較，便可知機床要求其驅動系統(tǒng)有較高

17、的速度精度和動態(tài)剛度，而且要求具有能連續(xù)輸出的高轉距能力和非常寬的恒功率運動范圍。隨著功率電子，計算機技術，控制理論，新材料和電動機設計的進一步發(fā)展和完善，矢量控制交流主軸電動機驅動系統(tǒng)的性能已經達到甚至超過了直流電動機驅動系統(tǒng)，交流主軸驅動系統(tǒng)正在逐步取代直流系統(tǒng)。第 3章主軸電動機的選取正確選擇電動機的類型、型號及容量是機床設計的重要問題之一，它直接影響著機床的結構和壽命，選擇時要根據機床的功能要求，所設計的結構，工作狀況等全面考慮，然后選擇適宜的結構型式及容量。圖3-1主軸電動機電動機功率的選擇：工作機所需的有效功率為：Pw=Fv/1000=17.5kw,為了計算電動機所需的功率，先要確

18、定從電動機到工作部件的總效率“，設 41、“2、分別為同步帶輪和同步帶的傳動效率，查表所得41和刀2都等于0.97。則傳動的總效率為刀二"1 X42=0.94,所以電動機所需的功率為Pd=Pw/q=18.5KW電動機傳速的選擇：此次設計要求電動機必須有額定轉速 1500r/min,最高 轉速必須達到4000r/min.電動機型號的選?。焊鶕O計要求，本次設計中選取蘭州電機廠生產的 1PH5167-4CF4型號交流主軸電動機。其主要參數如下表：表3-1額定 最高 額定 慣性 電包轉速(r/mi n)轉速(r/min )轉矩矩(N.M)機功 率 (KW)功率范7

19、0.04618.51:90第4章同步帶傳動設計與計算同步帶傳動，綜合了帶、鏈和齒輪傳動的優(yōu)點，帶的工作面呈齒形，與帶 輪的的齒槽作嚙合傳動，使主、從帶輪間作無滑差的同步運動，具特點是傳 動比準確，對軸作用力小，結構 緊湊，耐油耐磨損，抗老化性能好，傳動 效率可達99.5%,傳動功率從幾瓦到數百千瓦，傳動比可達 10,線速度可達 40m/s以上。此次設計選用梯形同步帶，它靠齒嚙合傳動，速比準確，傳動效率高， 初張緊力最小，軸承承受壓力最小，瞬時速度均勻，單位質量傳遞的功率最 大，與鏈和齒輪傳動相比，噪聲小，不需要潤滑，傳動比、線速度范圍大， 傳遞功率大，而沖擊振動較好，維修簡單，經濟。廣泛用于各

20、種機械傳動中。4.1、 材料選擇：根據設計要求，選用聚氨酯同步帶，由帶背、帶齒、抗拉層三部分組成。帶 背和帶齒材料為聚氨酯，抗拉層采用鋼絲純，適用于中小功率的高速運轉部 分。4.2、 參數計算：設計計算的內容主要是：齒形帶的模數、齒數、和寬度的結構和尺寸， 傳動中心距，作用在軸上載荷以及結構設計。4.2.1、 模數的選?。耗抵饕鶕X形帶所傳遞的計算功率 Pd和小帶輪轉速ni確定的，通 過查現代數控機床表4-33查得Pd=KA*P,式中P傳動功率表4-1載荷性質天運轉時間/h< 1010 1616以上載荷平穩(wěn)1.01.11.2載荷艾化小1.21.41.6載荷艾化大1.41.72.0選取

21、 Ka=1.7,所以 Pc=5.5X 1.7=9.35KW由齒形帶模數選用圖可選m=44.2.2、 小帶輪齒數Z1:由機械傳動裝置設計手冊表 8-38得Zmin=22，所 以取Zi=244.2.3、 同步帶節(jié)距Pb由 Pd=9.35KW ni=1500r/min,查表選取節(jié)距 Pb=12.566mm,齒形角 2 0=40° 齒根厚 S=5.75mm。齒頂厚 St=4mm,齒高 hg=ht+e=2.4+2.7=5.1mm,齒根圓半徑 Rr二齒頂圓半徑 Ra=0.40mm,帶高 hs=4.4mm,節(jié)頂距 6 =1.000mm,帶 bs=3540mm.4.2.4、 節(jié)圓直徑d1:d1=曳且

22、=96 mm4.2.5、 大帶輪齒數Z2與直徑：z2nz1=364.2.6、 大帶輪直徑 d2=id1=1.5X 96=144 mm4.2.7、 帶的速度V:V=一業(yè)=7.536,(式60 10004-1)由表查得Vmax=35 40 V<V max 所以合格。4.2.8、 、定中心距 a0:5(d1+d2) &。£20+2)所以：0.7 (96+144)2(96+144)則有 168&a00480 初選%=3004.2.9、 帶的節(jié)線長度Lp以及齒數Zb：Lp0=2a0+ (d1+d2)+ (-2-12 =2300+ >240+=978.7224a024

23、 2204-2查表選取 Lp=1005nm Zb=804.2.10、 計算中心距a （采用中心距可調）Lp LP0753.98 724.07a= a0+ =300+ 313.36 mm4-3)選取 a=314mm4.2.11、 帶輪與帶的嚙合齒數 Zm：Zm=Z1 (Z2 Z1)=11.82 取 Zm=12(式 4-4)210a因為當m2時，Zm應不小于6 ,所以計算的Zm滿足條件。4.2.12、 帶寬 bs:bs>PdKz(Fa Fc)V 4-5103 查表取 Kz=1.20, Fa=20N/mmFc=mbV2=4.8X10-3X 7.5362=0.273所以bs>9.351.2

24、0 (20 0.273) 7.53610339.12 mm選取 bs=40 mm4.2.13、 作用與軸上的力Fr：Fr=包 103935- 103 1240.7NV7.5364-6)4.2.14、 小帶輪最小包角q :a - 180o-60o (d2-d1) /a=180 -60 (144-96) /314=170.84.2.15、 帶輪寬度 bf, bf1, bf2bf=bs+(1.5 3)=41.5 43bf1=bs+(6 7)=46 47bf2=bs+(3 5)=43 45第 5章主軸組件的設計主軸組件主要包括：主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動件、密封件等，因為主軸帶動工件或刀具直接

25、參加工件表面形成運動，所以它的工作性能對加工質量和生產率產生直接影響，是機床最重要的部件之一。5.1、 主軸組件的設計要求：主要體現在如下方面：5.1.1 回轉精度：主軸組件的回轉精度,是指主軸的回轉精度。當主軸做回轉運動時，線速度為零的點的連線稱為主軸的得回轉中心線。回轉中心線的空間位置，每一瞬間都是變化的，這些瞬間回轉中心線的平均空單位轉移不為理想回轉中心線。瞬時回轉中心線相對于理想回轉中心線在空間位置的距離，就是主軸的回轉誤差，而回轉誤差的范圍，就是主軸的回轉精度。純徑轉誤差、角度誤差和軸向誤差，它們很少單獨存在。當徑向誤差和角度誤差同時存在構成徑向跳動，而軸向誤差和角度誤差同時存在構成

26、端面跳動。由于主軸的回轉誤差一般都是一個空間旋轉矢量，它并不是在所有的情況下都表示為被加工工件所得的加工形狀。主軸回轉精度的測量，一般分為三種靜態(tài)測量、動態(tài)測量和間接測量。目前我國在生產中沿著傳統(tǒng)的靜態(tài)測量法，用一個精密的檢測棒插入主軸錐孔中千分表觸頭觸及檢測棒圓柱表面，以低速轉動主軸進行測量。千分表最大和最小的讀數差既認為是主軸的徑向回轉誤差。端面誤差一般以包括主軸所在平面內的直角坐標系的垂直度，數據綜合表示。動態(tài)測量是用一標準球裝在主軸中心線上，與主軸中心線上，與主軸同時旋轉；在主軸同時旋轉；在工作臺上安裝兩個互成90 度角的非接觸傳感器，通過儀器記錄回轉情況。間接測量是用小的切削量用小的

27、切削量回工有色金屬試件，然后在圓度儀上測量試件的圓度來評價。出廠時，普通級加工中心的回轉精度用靜態(tài)測量法測量，當L=300mm時允許誤差應小于0.02 mm。造成主軸回轉誤差的原因主要是由于主軸的結構及其加工精度、主軸軸承的選用及剛度等，而主軸及其回轉零件的不平衡，在回轉時引起的激振力，也會造成主軸的回轉誤差。因此加工中心的主軸不平衡量要控制在0.4 mm/s以下。5.1.2 、主軸剛度：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。通常抵以主軸前端產生單位位移時，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。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，在切削力及其他力的作

28、用下，主軸將產生較大的彈性變形，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，使其加快磨損，降低精度。主軸部件的剛度與主軸結構尺寸、支撐跨距、所選軸承類型及配置形勢、砂間隙的調整、主軸上傳動元件的位置等有關。5.1.3 、主軸抗振性：主軸組件的抗振性是指切削加工時，主軸保持平穩(wěn)的運轉而不發(fā)生振動的能力。主軸組件抗振性及在必要時安裝阻尼（消振）器。另外，使主軸固有頻率遠遠大于激振力的頻率。5.1.4 、主軸溫升：主軸組件在運轉中，溫升過高會起兩方面的不良結果：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他件的相對位置會有變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會因溫度過

29、高而改變已調好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。嚴重時甚至會發(fā)生： “抱軸” 。數控機床在解決溫升問題時，一般采用恒溫主軸箱。5.1.5 、主軸的耐磨性：主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應該淬硬，或者經過氮化處理，以提高硬度增加耐磨性。主軸軸承也需要有良好的潤滑，提高其耐磨性。以上這些要求，有的還是矛盾的，例如高剛度和高速，高速和高精度等，這就要具體問題具體分析，例如設計高效數控機床的主軸組件的主軸應滿足高速和高剛度的要求；設計高精度數控機床時，主軸應滿足高剛度、低溫升的要

30、求。同時，主軸結構要保證個部件定位可靠，工藝性能好等要求。5.1.6 、提高主軸組件抗振性的措施：盡量縮短主軸前軸承結構的長度，適當增大跨矩；盡量提高前軸承的剛度和阻尼；提高前軸承的精度，把推力軸承放在前支撐初可提高抗振性； 對高速旋轉的零件作靜、動平衡，提高齒輪、主軸的制造精度都可適當減少 強迫振動源；對于非連續(xù)切削過程的銃削，滾削等加裝飛輪可減少振動；應 用阻尼器消耗振動能量是有效的措施；考慮系統(tǒng)的固有頻率，避免共振。5.2、 減少主軸組件熱變形的措施：把熱源移至機床以外。改善主傳動的潤滑條件。如進行箱外循環(huán)潤滑，用低粘度的潤滑油、油 霧潤滑等，特別注意前軸承的潤滑情況。采用冷卻散熱裝置。

31、例如用熱管冷 卻減少機床各部位的溫差，進行熱補償。如可以在結構設計采用一些自動補償 的裝置設法使熱變形朝不影響加工精度的方向發(fā)展。還可以在工藝上減少熱變形的影響。如先空運轉一段時間再加工。把粗、精加工分開等。5.3、 主軸材料的選擇及尺寸、參數的計算：圖5-1主軸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，對主軸組件的工作性能都有很大的影響。主軸結構隨系統(tǒng) 設計要求的不同而有各種形式。主軸的主要尺寸參數包括：主軸直徑、內孔直徑、懸伸長度和支撐跨距評價和考慮主軸的主要尺寸參數的依據使主軸的剛度、結構工藝性和主軸組件的工藝適應范圍。主軸直徑主軸直徑越大，其剛度越

32、高，但使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應增 大。軸承的直徑越大，同等級精度軸承的公差值也越大，要保證主軸的旋轉 精度就越困難。同時極限轉數下降。主軸后端支撐軸頸的直徑可視為0.70.8的前支承軸頸值，實際尺寸要在主軸組件結構設計時確定。前、后軸頸 的差值越小則主軸的剛度越高，工藝性能也越好。主軸內孔直徑主軸的內孔用來安放棒料、刀具夾緊裝置固定刀具、傳動氣動或液動卡 盤等。主軸孔徑越大，可通過的棒料直徑也越大，機床的適用范圍就越廣， 同時主軸部件的相對重量也越輕。主軸孔徑的大小主要受主軸剛度的制約。 主軸的孔徑與主軸的直徑之比，小于 0.3時空心主軸的剛度幾乎與實心主軸 的剛度相當；等于0.35時

33、，空心主軸的剛度為實心主軸剛度的 90%;大于 0.7時空心主軸的剛度急劇下降。一般可取其比值為0.5左右。根據設計要求，此設計選用的主軸材料是 45#鋼。其熱處理及參數如下 表表5-1材 料熱處理硬度(HBS)抗 拉強 度極 限屈 服強 度極 限（7S彎 曲疲 勞極 限-1男 切疲 勞極 限P-1許 用 彎 曲 應力-145調 質、 滲 氮21725564035530015560因為選用的主軸電機功率為 P=18.5KW,額定轉速nc=1500r/min所以主軸功率（式 5-1）一 一，18.5p=pc/r 1 4 2 4 3= =9.67 kw0.98 0.97 0.98因為主軸是空心轉軸

34、，所以di=21.68 x 3M2 （ T）2（式 5-2）1-，查表得 =1 23 所以 d1=21.68X 1.2321.23=56.6mm 3 14取 di=60a值應該稍微大又因為此處軸上有一個鍵槽，所以d1=dX(1+5%)=59.45mmm*d2=d1+2a,a為軸肩高度，用于軸上零件的定位和固定，故于轂孔的圓角半徑或倒角深，通常取 a> (0.070.1) d1； d2應符合密封件 的孔徑要求。所以 d2=63mm d3=d2+5 8mm=72mm。d4=d3+1 5mm=74mm。d5=d4+1 5mm=78mm。d6=ds+2a。a（0.070.1）d1 所以 d6=8

35、0mm。根據選用的軸承確定d7=98mm主軸的疲勞強度安全系數校核，危險截面安全系數s的校核計算:（式 5-3）s sS=L=郵只考慮彎距作用的安全系數;Sr只考慮扭距作用是的安全系數;S許用安全系數;在此查表所得s=1.31.5; Sa= k查表得出er -1=270Mpa二155Mpakff=1.71匕=1.44 p =1.6£ a =0.78 一=0.74,巾。=0.3,巾 P =0.21 , (T a =,2Wm m=(T ”d 3M=-(1324)doddWp=(1164)s s所以：s= j =1 08<s=1 315s2s2所以主軸設計符合要求。主軸的軸端結構主軸

36、的軸端是用于安裝夾具和刀具。要求夾具和刀具在軸端定位精度 高、定位好、裝卸方便，同時使主軸的懸伸長度短。數控銃床的主軸端部結 構，一般采用短圓錐法蘭盤式。軸主要精度指標前支承軸承軸頸得同軸度約為 5叩左右；軸承軸頸需要按軸承內孔“實 際尺寸”配合，并且需要保證配合過盈 1pm5g;錐孔與軸承軸頸得同軸 度為3叩5麻，與錐面的接觸面積不小于80%,且大端接觸較好；裝圓柱 滾子軸承與軸承內圈的接觸面積應該不小于 85%。主軸動態(tài)特性的改善改善主軸動態(tài)特性的措施有以下幾個方面：使主軸組件的固有頻率避開激振力的頻率通常應該使固有頻率高于激振力頻率的 30%以上。如果發(fā)生共振的那 階模態(tài)屬于主軸在彈性基

37、礎上（軸承）的剛度振動則應提高軸承的剛度。如 果屬于主軸的彎曲振動，則應提高主軸的剛度，如加粗直徑。激振力可能來 自主軸組件的不平衡，這時激振頻率等于主軸轉速乘以九/30。也可能來自斷 續(xù)切削，這時激振頻率還應該乘以刀齒數 z。增大阻尼如前面所述，低階模態(tài)常是主軸的剛體振動。這時主軸軸承，特別是 前軸承的阻尼對主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面，主軸又是水平的，可用滑動軸承。滾動軸承適當預緊可以增大阻尼，但 過大的預緊反而使阻尼減少，故選擇預緊時還應該考慮阻尼的因素。采用三支承如主軸后端懸深很長，可增加輔助支承，成為三支承主軸。輔助支承可 用深溝球軸承，保留游動間隙。輔助支承

38、的作用，與其說是提高剛度，不如 說是為了提高抗振性。5.4、 主軸傳動裝置箱體的作用：通過傳動軸承支撐傳動件的軸；存儲潤滑劑，實現傳動件和軸承的潤滑; 密封作用，減少環(huán)境不良因素；保護機器操作者的人身安全，避免傷亡事故5.5、 主軸箱體的截面形狀和壁厚計算：傳動裝置箱體的典型縱截面形X為矩形或圓形。箱體壁厚N的計算：21bhN=23mm3000（式 5-4）第6章 主軸軸承的選擇:主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結構、配置、安裝、 調整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數控機床上主軸軸 承常用的有滾動軸承和滑動軸承兩大類。滾動軸承摩擦阻力小，可以預緊，潤滑維護簡單，能在

39、一定的轉速范圍 和載荷變動范圍下穩(wěn)定的工作。滾動軸承由專業(yè)化的工廠生產，選購維修很 方便，在數控機床上被廣泛采用。但與滑動軸承相比，滾動軸承的噪聲大， 滾動體數目有限，剛度是變化的，抗振性略差，并且對轉速有很大的限制。 數控機床主軸組件在可能條件下，盡量使用了滾動軸承，特別是大多數立式 主軸和主軸裝在套筒內能夠作軸向移動的主軸。這時用滾動軸承可以用潤滑 脂潤滑以避免漏油。滾動軸承根據滾動體的結構的不同可分為球軸承、圓柱 軸承、圓錐滾子軸承三大類。6.1 、軸承的選擇和軸承的精度軸承的選擇原則有以下幾點：滿足承載能力和剛度要求；滿足精度要求；滿足轉速要求；適應機構的要求。本次設計中選用了的軸承是

40、角接觸軸承和雙向推力向心球軸承。角接觸軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷的聯合作用，其軸上載荷能力的大小，隨接觸角的增大而增大；軸承的精度，分為2、 4、 5、 6、 0 五級。其中2 級最高， 0 級為普通精度級。主軸軸承以4 級為主。 高精度主軸可用P2 級。要求較低的主軸或三支撐主軸的輔助軸承可用P5級。P6級和P0級一般不用。6.2、 軸承預緊力的要求:因為預緊力提高剛度有一定的效果,這是與線接觸的滾子軸承不同的。點接觸的球軸承，應在溫升允許的條件下，盡量用較高的預緊力。在軸向力的作用下，不受力測軸承的滾動體與滾道不配時為最大軸向載荷的35%；三聯組配時為24%。6.3、 主軸軸承的潤

41、滑與密封：主軸的密封有接觸式密封和非接觸式密封，主軸軸承的潤滑與密封是機床使用和維護過程中值得重視的兩個問題。良好的潤滑效果可以較低軸承的工作溫度和延長使用壽命。密封不僅要防止灰塵屑末和切削液進入，還要防止?jié)櫥偷男孤?。數控機床上，主軸軸承潤滑方式有：油脂潤滑、油液循環(huán)潤滑、油霧潤滑、油氣潤滑等方式。此次設計選用的是油脂潤滑方式。主軸的潤滑狀態(tài)可分為流體潤滑狀態(tài)和非流體潤滑狀態(tài)兩大類，流體潤滑狀態(tài)又可分為邊界潤滑狀態(tài)和干摩擦潤滑狀態(tài)。除上述外，還常見有混合潤滑狀態(tài)，即流體潤滑狀態(tài)和邊界潤滑狀態(tài)同時存在。油脂潤滑方式：是目前在數控機床的主軸軸承上最常用的潤滑方式，特別是在前支承軸承上更是常常用到

42、。當然，如果主軸箱中沒有冷卻潤滑油系統(tǒng)，那么后支承軸承和其他軸承，一般采用油脂潤滑方式潤滑。油液潤滑方式：在數控機床主軸上，有采用油液循環(huán)潤滑方式的。裝有 CA-MET 軸承的主軸，即可使用這種方式潤滑，對一般主軸軸承，后支承上采用這種方式潤滑比較常見。不過在用油液潤滑角接觸軸承的時候，要注意角接觸軸承有泵油效應，必須使油液從小口進入。油霧潤滑方式： 油霧潤滑方式是將油液經高壓氣體霧化后從噴嘴成霧狀噴出倒需要潤滑的部位達到潤滑目的的方式。由于霧狀油吸熱性好，又無油液攪拌作用，所以常用于高速主軸軸承的潤滑。但是，油霧容易吹出，污染環(huán)境。油氣潤滑方式：油氣潤滑方式是針對高速主軸而開發(fā)的新型的潤滑方

43、式。它是用極微量的油（約 0.03 cm3）潤滑軸承，以抑制軸承發(fā)熱。油箱中 的油位開關和管路的壓力開關，確保在油箱中無油或者壓力不足的時候，能自動啟動切斷主電動機電源。軸承間隙調整和預緊主軸軸承的內部間隙，必須能夠調整。多數軸承，還應在過盈狀態(tài)下滾動體與滾道之間有一定的預變形，這就叫做軸承的預緊。工作，使軸承預緊后，內部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而預緊前只有部分滾動體與滾道接觸。預緊后，滾動體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動體將更多，各滾動體的受力將更為均勻。這些都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產

44、生振動，則由于各個方面都有滾動體支承，可以提高抗振性。但是，預緊將使軸承壽命下降，故預緊要適量。6.4、 選取軸承：所選軸承主要尺寸參數如下表：表6-1圖6-1角接觸軸承普通角攙觸軸承C基本尺寸代號一£j雙以十TQ1£C601S *19. 381. 1戶。.6P70 15C*31 15*2022."1 , 1戶O.6P70 16C+380125*2224."1, 1¥0.普通角接觸軸承：這種軸承可承受軸向載荷。圖6-2圓柱滾子軸承表6-2表6-3雙向推力向心球軸承召基本尺寸#23441GB*d小r i.；8。，L25,110*5m2 *1.0.

45、 3爐6.5、 軸承壽命校核:主軸軸承通常載荷相對較輕，除一些特殊的重載主軸外，軸承的承載能力 是沒有問題的。主軸軸成的壽命，主要不是取決于疲勞點蝕，而是因為磨損 而降低精度。通常，如軸承精度為 P4級，經使用導致磨損后跳動精度降至 P5級時，這個軸承就不能滿足加工精度要求了。 應該更換了。雖然還遠未達 到其疲勞壽命，但是這種“精度壽命”目前還難以估算準確。所選軸承按照每天兩班工作制，每班工作 8小時，預計使用五年。則T=16X365X5=29200h根據軸承壽命校核公式:(式 7-1)Lh=500(Cfn) TKaKhpKoKlpLh 軸承壽命oT-滾動軸承許用壽命。C-滾動軸承額定動負荷。

46、fn-速度系數 fn=悝00 0.281:3%一-壽命指數。對球軸承e =3；對滾子軸承e =10/3Ka使用系數。查表去Ka=1.2.Kn-轉速變化系數，查表的Kn=0.89。Kl-齒輪輪換工作系數，查表取 Kl=0.8.P-當量動載荷。所以根據公式計算得：Lh=50046013.8h>T38.4 0.2811.2 0.85 0.89 0.8 3.28因為軸承使用壽命遠大于軸承預期的壽命所以軸承合格的。6.6、 軸承座孔的設計要求：箱體壁上有安裝軸承的軸承座孔，通常軸承座孔寬度均大于壁厚，而且, 孔的兩端面往往需要機械加工，壁厚則不需要加工，故在箱壁單側或者雙側 制造出凸臺，凸臺可以增

47、強主軸箱體的局部剛度，但D/d小于或等于2時，增強效果較為明顯。由于結構的原因，h/t>2的情況下，為改善凸臺的局部 剛度，應該設有加強肋。第7章聯接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計算鍵的類型可根據聯接的結構特點，使用要求和工作條件選擇，鍵截面尺 寸通常根據軸的直徑，從標準中選取，對于某些特殊情況（如階梯軸）在保 證傳遞所需的轉矩的條件下，允許選用較標準規(guī)定小一擋的截面尺寸，有時 候由于工藝和強度原因，也可以選用較標準規(guī)定尺寸大一擋的鍵，鍵的長度 按輪轂長度而定，即鍵的長度等于略短于輪轂的長度，而導向平鍵就的按輪 轂的長度及滑動距離而定，鍵的長度應該符合標準規(guī)定的長度系列。根據設計尺寸和GB

48、/T1096-1979選普通平鍵聯接，鍵的公稱尺寸是bxhXL=10X8X(2836),材料選取45號鋼。7.1、 形彈簧的選擇與計算碟形彈簧它是一種用鋼板沖壓的截面錐形壓縮彈簧，其特點是：圖7-1碟形彈簧7.1.1、 剛度大，用于負荷大，軸向空間要求小的地方。7.1.2、 具有變剛度特性，適應范圍廣，根據其極BM變形量h0和彈簧板厚 度t不同，可有各種不同的特性曲線和承載能力。7.1.3、 在工作過程中，碟片之間有摩擦損失，加載和卸載時的特性曲線 不重合，吸振能力強，制造維修方便。根據設計要求，選用A系列碟形彈簧。采用對合組合方式安裝。7.2、 碟形彈簧材料及熱處理、厚度和脫碳。碟形彈簧材料

49、為60Si2MnA,碟簧成型后，進行淬火，回火后的硬度必 須在HRC4245范圍內單面脫碳層深度，對于厚度小于 1.25mm的第一類 碟形彈簧，不得超過其厚度的5%,對于厚度不小于1.25mm的碟形彈簧， 不超過其厚度的3% (其最小值允許為0.06 mm) 07.3、 碟形彈簧的強壓處理：碟形彈簧應全部進行強壓處理，處理方法為：一次壓平，持續(xù)時間不少 于12h,或者進行短時壓平，壓平次數不小于 5次，壓平力不小于二倍的 Pf=0.75h0,強化處理后自由高度應穩(wěn)定。7.4、 表面強化處理和防腐處理：對于受變負荷的碟形彈簧，內錐面推薦表面作強化處理，例如噴丸處理等，根據需要，碟形彈簧表面進行防

50、腐處理（如磷化、氧化、鍍鋅等），經電鍍后的碟形彈簧，必須進行去氫處理，不過對受變負載的碟形彈簧應該避 免采用電鍍方法處理。其主要設計參數如下：D=50 d=25.4 t=3 h0=1.1H0=4.1P=12000N f=0.83Ho-f=3.27M=-1250N/mm 2 6 n =1430 N/mm 2Q=34.30kg/1000 件D/t= 18ho=0.4 E=206000N/mm 2 =0.3 K4=1 C=2壓平彈簧的負載:3Pc=r 02 K4 8410N（式 7-1）122KiD22C 1（式 7-2）1 CK產一=0.69C 12C 1 lnCP/PC=5000/8410=0.

51、59 因為 ho/t=0.4 （查表所得）所以 0.57f=0.57Xhho=0.51所以對合組合的片數為I=f 11.76取12片.f 0.51未受負載的高度是 Hz=i.Ho=22X 3.15=69.3受負載時的高度 H1=Hz-if=69.3-22 乂 0.51=58.08壓平彈簧時（f=ho）M點的應力24E t2f 3（tm= 2 2?K4 1350 （式 7-3）12 K1D2t此數據與60Si2MnA的屈服極限1400接近 碟形彈簧的剛度P=4Et3K1D222K24 K242ho&h0f 3 f3tt t 2 t1 =9015.53N（式 7-4）第8張螺釘聯接的設計設

52、計要求：1 .螺釘的布置一般對稱形式，并應該根據結構和力流方向使螺釘受力合理， 加工與安裝方便。2 .形心與結合面的形心應該重合。3 .用較制孔螺釘(受剪切螺釘)承受橫向載荷時，沿力流方向的螺釘應不多 于6個。4 .一組螺釘的直徑和長度應該盡量相同。5 .一組螺釘中每個螺釘的預緊力應該相同。6 .釘中心線間的最小距離t= (1.52.0) s, s為六角螺母的對邊寬度，最大 距離與聯接用途有關。7 .該滿足擰螺釘時需要的最小扳手空間。8 .校核計算時只計算受力最大的螺釘。六角頭頭部帶槽螺釘：圖8-1六角頭頭部帶槽螺釘8.1、 根據設計要求計算：選用M6和M8兩種螺釘，其中M6型號螺釘主要尺寸參

53、數為：b=24, dk=9.7810, K=3.9, t=2, B=4.15, l=1060,精度等級為 8.8 級。M8型號螺釘主要尺寸參數為：b=28, dk=12.7313, K=5, t=2.6, B=5, l=12 80,精度等級為8.8級。8.2、 螺釘的強度計算與校核：承受橫向載荷和軸向載荷的普通螺釘的校核M6螺釘校核公式：4 X 1.3Fo/（兀 d1）2< 6 , 96.32< 6 =106.2 所以合格。設計公式：d/4X 1.3F0/兀61/2=5.96 式中（d1是螺釘的螺紋小徑，6是螺 釘的許用拉應力）第9章液壓缸的設計設計液壓缸時，要在對液壓系統(tǒng)工作情況

54、分析的基礎上，根據液壓缸在 機構中所要完成的任務來選擇液壓缸的結構形式，然后按負載、運動要求、 運動要求、最大行程等確定主要尺寸，進行強度、穩(wěn)定性和緩沖驗算，最后 進行具體的結構設計。此次設計選用的是雙桿活塞式液壓缸， 這種液壓缸是缸筒固定的雙桿活 塞缸，活塞的兩側的活塞桿直徑相等，它的進油口和出油口位于缸筒的兩端， 當工作壓力和輸入流量向同時，兩個方向上的推力和速度是相等的。圖9-1液壓缸9.1. 液壓缸安裝時應注意的問題:9.1.1 液壓缸的基座必須有足夠的剛度，如果按裝基座不夠堅固，加壓時， 缸筒將會呈弓形和向上翹起，致使活塞桿彎曲或折損，還有得就是盡量使活 塞桿在受拉力狀態(tài)下能夠承受最大負載，或在受壓狀態(tài)下活塞桿具有良好的縱向穩(wěn)定性。9.1.2 液壓缸軸向兩端不要固定死，因為液壓缸熱膨脹等因素，會在軸向伸縮，假若兩端固定死，將會使液壓缸的整體向上彎曲，而導致個部分變 形，當活塞移動時，會產生阻滯現象，活塞和