立式加工中心總體主軸部件及立柱設(shè)計

1、加工中心總體、主軸部件及立柱設(shè)計摘要加工中心是一種具有刀庫并能自動更換刀具對工件進行多工序加工的數(shù)控機床。它是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的高科技產(chǎn)品，綜合了數(shù)控銃床、數(shù)控鏈床、數(shù)控鉆床多功能的加工設(shè)備?；诩庸ぶ行牡难杆侔l(fā)展，本次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計加工中心總體、主軸部件及立柱。加工中心的總體設(shè)計主要是通過設(shè)計各部件之間的尺寸聯(lián)系來滿足它們之間的位置關(guān)系要求。主軸部件是機床的重要部件之一。它是機床的執(zhí)行件，其功用是支承并帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)進行切削，承受切削力和驅(qū)動力等載荷，從而完成表面成形運動。主軸部件由主軸及其支承和安裝在主軸上的傳動件、密封件等組成。加工中心立柱主要是對主

2、軸箱起到支承作用，滿足主軸Z向運動。根據(jù)對立柱的結(jié)構(gòu)、性能及其經(jīng)濟性的要求，采用井字型的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)。加工中心的設(shè)計符合數(shù)控機床高速化、高精度化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等發(fā)展趨勢。目前，加工中心已成為現(xiàn)代機床發(fā)展的主流方向，廣泛應(yīng)用于機械制造中。關(guān)鍵詞：加工中心，主軸，軸承，立柱DESIGNOFTHEOVERALL,SPINDLEASSEMBLYANDCOLUMNOFMACHINININGCENTERABSTRACTMachiningcenter(MC)isakindofCNCmachinewithtoolmagazine.Itcanperformthemulti-processingofwor

3、kpiecebychangecuttingtoolautomatically.Itisthehigh-techproductdevelopedtoadapttotherequirementsforeffort-savingandtime-saving,andthemulti-functionequipmentwhichintegratedCNCmillingmachinewithCNCboringanddrillingmachines.Thetasksofgraduationdesignaretodesigntheoverallofmachine,thespindleassemblyandco

4、lumn.ThepurposeofMCoveralldesignistoestablishthedimensionrelationbetweencomponents.Spindleassemblyisoneoftheimportantpartsofthemachine.Itistheexecutivepieces,anditsfunctionistosupportandcarrytheworkpieceorrotarycuttingtools,andbearthecuttingforce.Thespindleassemblyconsistsofthespindleanditssupport,t

5、hetransmissionmembers,sealsandothercomponentsmountedonit.ThefunctionofMCcolumnistosupporttheheadstocktosatisfythemovementofZ-axis.Basedontheperformancerequirementsofthestructureandtheeconomy,Columnisofthecross-typestructureinside.ThedesignofMCisconsistentwiththedevelopmenttrendinhigh-speed,highpreci

6、sion,intelligent,andhighreliabilityofCNCmachinetools.Currently,MCstandsforthemaindevelopmentdirectionofmodernmachinetool,whichiswidelyusedinmachinemanufacturing.KEYWORDS:machiningcenter,spindle,bearing,column目錄前言1第一章加工中心概述3第二章主傳動系統(tǒng)設(shè)計32.1 傳動系統(tǒng)簡介42.2 主傳動系統(tǒng)設(shè)計的要求4第三章主軸電機的選型與參數(shù)63.1 計算切削力73.2 主電機功率估算73.3

7、確定電動機型號8第四章主傳動變速系統(tǒng)設(shè)計84.1 同步帶參數(shù)計算94.2 圓弧同步帶設(shè)計總結(jié)11第五章主軸組件的設(shè)計115.1 主軸組件的設(shè)計要求135.2 主軸設(shè)計135.2.1 主軸的主要尺寸參數(shù)145.2.2 主軸軸端結(jié)構(gòu)145.2.3 主軸材料和熱處理145.3 主軸的軸承155.4 主軸組件的計算155.4.1 初選主軸直徑155.4.2 主軸懸伸量a的確定155.4.3 主軸最佳跨距的確定155.5 主軸組件校核165.5.1 主軸組件的剛度計算165.5.2 主軸強度校核計算175.5.3 主軸強度校核205.6 軸承、鍵的校核215.6.1 軸承校核計算215.6.2 鍵的設(shè)計

8、計算校核225.7 刀具自動加緊機構(gòu)以及切削屑清洗機構(gòu)225.8 潤滑與密封23第六章設(shè)計總結(jié)24致謝25參考文獻261952年，第一臺數(shù)控機床誕生.在制造業(yè)，數(shù)控裝備出現(xiàn)，使許多復(fù)雜的加工曲面都能夠順利進行，如今數(shù)控機床已經(jīng)成為制造業(yè)加工零件的主流器械。設(shè)計的生產(chǎn)面越來越廣，能滿足越來越多的工業(yè)需求，現(xiàn)已被國家科技人員高度重視。數(shù)控機床的集機械制造技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電處理技術(shù)和自動化等合為一體，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷地發(fā)展與創(chuàng)新。在制造業(yè)行的的技術(shù)的突飛猛進中，數(shù)控機床的推動作用是至關(guān)重要的，同時也帶動了周邊產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟規(guī)模不斷壯大的支柱。一些發(fā)達(dá)國家如德國、日本、荷蘭、美國等都已經(jīng)實現(xiàn)了

9、大規(guī)模數(shù)控化。作為對比，我國機末的發(fā)展卻有自己的特點，作為世界上機床產(chǎn)量最大的國家之一，我國的數(shù)控機床產(chǎn)品得競爭力卻處于國際水平中下游，距世界一流水平還相差甚遠(yuǎn)。就算面對中國國內(nèi)機床市場的競爭，國產(chǎn)機床也面臨著嚴(yán)峻考驗：一方面對于需求方，國內(nèi)市場對數(shù)控機床尤其是加工中心需求量大，另一方面對于供應(yīng)方,不幸的是，國產(chǎn)機床質(zhì)量差，生產(chǎn)成本高，利用率低，生產(chǎn)滯銷堆積；而進口產(chǎn)品質(zhì)量好，能滿足各企業(yè)的大量需求，占據(jù)著市場大部分區(qū)域，這就嚴(yán)重阻礙了我國自主品牌數(shù)控機床的發(fā)展。國內(nèi)機床行業(yè)的現(xiàn)狀，對于我們青年大學(xué)生而言，是一種機遇，也是一種挑戰(zhàn)，下面介紹一下數(shù)控機床的優(yōu)點：加工種類繁多；效率率高；勞動力消耗

10、??；工作量??；刀具壽命長；節(jié)約成本。一般來說，數(shù)控機床大體分為數(shù)控車，數(shù)控鍵、加工中心。此次畢設(shè)只要針對立式加工中心主軸部件來設(shè)計、因此下面將會介紹有關(guān)加工中心主軸部件的相關(guān)知識。這次畢業(yè)設(shè)計對我們即將畢業(yè)的大四學(xué)生至關(guān)重要，它不僅僅是對這幾年所學(xué)習(xí)課程的總結(jié)，在這次的加工中心總體、主軸部件及立柱設(shè)計設(shè)計中培，還養(yǎng)了我運用所學(xué)知識分析和解決問題的能力，讓我能夠?qū)⒅R轉(zhuǎn)化為實踐，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我的各方面綜合能力都得到了良好的鍛煉、能夠綜合設(shè)計中遇到的問題練習(xí)工程實際問題；復(fù)習(xí)了機械設(shè)計，熟悉和掌握了數(shù)控機床主軸設(shè)計的方法，合理運用所學(xué)相關(guān)知識，同時增強技能專業(yè)化。本次設(shè)計我的主要利用材料是數(shù)

11、控加工中心設(shè)計、機械設(shè)計及機械設(shè)計課程手機手冊等。通過反復(fù)查閱資料，教材，我對這些理論有了更好的掌握。本說明書共分為六大塊，第一章介紹了關(guān)于加工中心的一些概念，工作原理;第二章講述了加工中心的主傳動系統(tǒng)設(shè)計；第三章講述主軸電機的計算選型；第四章講述的是傳動系統(tǒng)一一同步帶的設(shè)計；第五章講述了主軸組件的設(shè)計以及相關(guān)零件的校核；第六章時對本次設(shè)計的大總結(jié)。第一章加工中心概述一、基本概念即裝有刀庫和自換換刀裝置的數(shù)控機床。它的特點是能夠在倒庫里存下許多種刀具，有程序控制自動換刀，這樣就可以在沒有認(rèn)為干涉的情況下一次完成很多種加工任務(wù)。在加工中心上，一次裝卡工件可同時完成多道工序一一數(shù)控系統(tǒng)能夠根據(jù)程序

12、控制不同的安裝刀具，自動改變主軸進給量，主軸轉(zhuǎn)速，道具相對于工件的運動軌跡，依次完成一個或者幾個面的工藝加工。因此可以減少換裝工件和機床的調(diào)整時間、減少零件生產(chǎn)周期、貯存時間、生產(chǎn)效率高、自動化程度很強。二、加工中心的分類(1)立式加工中心主軸軸線垂直，為立柱固定，矩形工作臺。(2)臥式加工中心主軸軸線水平。是帶有分度回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運動工作臺的一類加工中心，適合加工體積較大的零部件。(3)五坐標(biāo)加工中心可以完成任意面的加工。三、加工中心基本結(jié)構(gòu)(1)基礎(chǔ)部件一一床體、立柱和工作臺(2)主軸組件由主軸箱體、交流主軸電動機、主軸和軸承等零件。(3)控制系統(tǒng)一一單臺加工中心數(shù)控系統(tǒng)是由數(shù)字編程裝置、編程控制

13、元件、伺服驅(qū)動裝置、電動機、(4)伺服系統(tǒng)(5)自動換刀裝置一一刀庫、換刀機械手和驅(qū)動元件。第二章主傳動系統(tǒng)設(shè)計2.1 傳動系統(tǒng)簡介加工中心主傳動系統(tǒng)是由帶動主軸傳動的電機、主軸的傳動系統(tǒng)以及主軸組件組成1與普通機床主軸系統(tǒng)相比，轉(zhuǎn)速更高，回轉(zhuǎn)精度更精確，結(jié)構(gòu)剛性和抗震性優(yōu)良。加工中心主要的優(yōu)點就是它能夠完成由多臺機床才能夠完成的加工任務(wù)，這里列舉一些加工中心突出的優(yōu)點：(1)在數(shù)控機床的基礎(chǔ)上增加了裝有各種刀具的刀庫以及自動換刀裝置?？梢砸淮瓮瑫r進行多工步加工操作。(2)特有的裝備：自動回轉(zhuǎn)工作臺；(3)主軸轉(zhuǎn)速可以變更、進給量可調(diào)、具有插補功能，方便操作員編程。(4)如果帶有APC工作臺，

14、工件在加工時，其他工件就在裝卡卸下的位置等待加工，不會耽誤正在進行的工件的加工。2.2 主傳動系統(tǒng)設(shè)計的要求加工中心整體尺寸圖如2-1所示圖2-1加工中心總體尺寸圖如圖2-1,操作面板在機床的右側(cè)，左側(cè)是刀庫，里面貯存加工時所需的刀具；本設(shè)計的加工中心工作臺分X向進給工作臺、Y向進給工作臺、Z向進給工作臺。其中X向進給量為500毫米，Y向進給量為600毫米，Z向進給量為600毫米。當(dāng)需要加工工件時，自動換刀裝置會根據(jù)編程選定合適的刀具，然后安裝在主軸前端。主軸通過加緊機構(gòu)將刀具鎖緊。這時，主軸電機通過同步帶帶動主軸旋轉(zhuǎn)，共建加工開始。等工件加工完成以后，下一個在裝卸位置等待的待加工工件就會被推

15、至加工處，進行下一輪加工。若一批零件加工完成以后或者需要加工另一道工序時，機床系統(tǒng)選擇合適道具，然后自動裝卡，進行加工。在換刀過程中，由主軸上端通過主軸內(nèi)孔股進來的壓縮空氣會把主軸前端安裝刀具部位清理干凈，避免刀具安裝時產(chǎn)生誤差。本次設(shè)計的立式加工中心的總體大概設(shè)計：主軸電機：交流調(diào)速電動機傳動部件：圓弧同步帶圓弧齒同步帶應(yīng)力分布均勻，在高速條件下產(chǎn)生的震動小，勻化了應(yīng)力分布，嚙合齒數(shù)，因此選用圓弧齒同步帶作為本次設(shè)計的傳動系統(tǒng)部件。同步帶傳動裝置簡圖見2-2oV圖2-2同步帶傳動傳動系統(tǒng)設(shè)計分析機械傳動的方式有帶傳動，齒輪傳動，鏈傳動，在大三的機械設(shè)計課程設(shè)計中，二級減速器的傳動方案中，我們

16、選擇帶傳動在高速級，將齒輪傳動放在中間級，將鏈傳動放在了最后一級。這樣以來，每種傳動都克服了彼此的缺點并發(fā)揚了自己的優(yōu)點，相輔相成。對于同步帶傳動這棟特殊的傳動方式，克服了鏈傳動傳動比不穩(wěn)定，傳遞效率低，齒輪傳動結(jié)構(gòu)安裝復(fù)雜，噪聲大，V帶傳動壓軸力大，容易發(fā)生打滑等缺點?？芍^是一帶多用。它的帶型是齒輪狀的，工作與帶輪上的齒進行正確嚙合，避免打滑破壞帶的性能?？估瓕邮怯商厥獾睦w維材料或金屬制成，這樣就使帶不發(fā)生過大的彈性滑動。同步帶雖然優(yōu)點眾多，但是維護不力的話，同樣會發(fā)生損壞，比如承載載荷純發(fā)生斷裂、爬齒跳齒等。對于第一種失效，通常是因為工作過程中帶承載的拉力過大，超出承載范圍。若選用的主動帶

17、輪直徑不合適的話，同步帶在嚙合帶輪和推出帶輪時會收到周期性彎曲應(yīng)力。也會導(dǎo)致帶斷裂。對于第二種失效，一般是由于設(shè)計時尺寸不合理或者受力等因素造成的。我們可以通過以下幾個方面來避免跳齒爬齒的發(fā)生：(1)切向力比帶的許用許用應(yīng)力小。(2)設(shè)計時帶節(jié)距的差值的在規(guī)定范圍內(nèi)。(3)適當(dāng)增加帶的初始安裝拉力(初拉力)，使帶齒與輪的齒吻合牢靠。第三章主軸電機的選型與參數(shù)3.1計算切削力經(jīng)驗公式2：F切=821*a0.95P.a%31%.d«Z*KFz（3-1）式（3-1）中，F(xiàn)切：主切削力（N）ap:銃削深度（mm）af:每齒進給量（z/mm）ae:銃削寬度（mm）d0:銃刀直徑（mm）Z:銃刀

18、齒數(shù)Kfz:銃削力修正系數(shù)已知高速鋼刀具：刀具前角y0=15度；主偏角Ky=60度；工件材料/=75kgf/mm2碳鋼；每齒進給量=0.1mm/zab;刀具直徑d0=16mm;齒數(shù)Z=8工件寬度ae=12mm；切削深度ap=3mm。將上述數(shù)據(jù)帶入經(jīng)驗公式（3-1）得0.950.81.11J.1F切=821*ap*af*ae*d0*Z*Kfz=821X30,95X0.10,8X121,1X16X8X0.92義（75父9.81父10二/0.638）q3:2046N切削速度3Vmax=二Dmin.nmax/1000（3-2）=3.14168000/1000一，一2=401.92m/s3.2主電機功率

19、估算銃削功率pm=F切Vmax/60000(3-3)=2046*401.92/60000=13.7kw主電機功率pe=pm/(3-4)2=13.7/(0.992*0.98)=14.26kw式中"m,為機床主傳動系統(tǒng)效率，滾動軸承傳動效率為0.99,帶傳動傳遞效率為0.98.3.3確定電動機型號這里選擇FUNUC主軸電機，型號為aiI8/10000。參數(shù)如下：額定功率：15KW最大功率(30min):18.8KW額定基本轉(zhuǎn)速：1500r/min額定功率速度上限：6000r/min最高轉(zhuǎn)速：7000r/min額定扭矩：95.4N，m轉(zhuǎn)子慣量：0.09Kg/m2第四章主傳動變速系統(tǒng)設(shè)計4.

20、1 同步帶參數(shù)計算結(jié)合前述的條件可知：主軸電機功率15KW轉(zhuǎn)速n=1500r/min傳動比為1,則n2=n1=1500r/min；二班制工作；中心距可調(diào)。(1)確定設(shè)計功率4查機設(shè)計手冊取工況系數(shù)K。=1.3則設(shè)計功率pd=K0.p=1.3*15=19.5kw(4-1)(2)選定帶型個節(jié)距由Pd=19.5kw,n1=1500r/min參考機設(shè)手冊選同步帶，型號14M,節(jié)距pb=14mm(3)選取小帶輪齒數(shù)在帶速和安裝尺寸允許的情況下，Z1盡可能取大值，乙至Zmin；而Zmin查表得，當(dāng)帶型號為14M,轉(zhuǎn)速在12001800之間時，查表可得Zmin=40故選取小帶輪齒數(shù)乙=64(4)小帶輪節(jié)圓直

21、徑d1=pb*z/'：=864/3.14=162.98mm(4-2)由機械設(shè)計手冊查得0=0.685則小帶輪頂圓直徑dr1=d1-2、.=162.98-20.685=161.61mm(4-3)(5)校核帶速V=口&,n1/60000=nM162.98x1500/60000=12.8m/sW35m/s設(shè)計合理(6)傳動比i=n"n2=1三10(4-4)傳動比滿足要求(7)大帶輪齒數(shù)Z2=iZ1=64(4-5)(8)帶輪n2的節(jié)圓直徑mm,d2=d1=162.98大帶輪頂圓直徑dr=d2-2=161.61mm22(9)初定中心距a00.7(d1+d2)<a0<

22、2(d1+d2)即114.09<a0<325.6(4-6)初定中心距a0=32mm(10)初定帶Lop長Lop：2a°二«ddid2)/2(dp2-dpi)2/4a0(4-7)=2320-11M162.98162.98)0=1151.8mm查表選取帶長為Lp=1190mm帶齒數(shù)Zb=85(11)計算實際中心距中心距可調(diào)，則實際中心距為aa(Lp-L0)/2=320(1190-1151.8)/2=339.1mm(12)小帶帶輪齒合齒數(shù)zm=entZ"2-Pb，Z1(Z2-ZJ/(2【2a)(4-8)二ent64/2-864(64-64)/(2|12339

23、.1)1=32_Zmin=6故滿足設(shè)計要求(13)基本額定功率由表查得對應(yīng)型號為14M的同步帶，P0=12.17kw(14)所需帶寬帶寬bs=bs0614pd/(ps0*Kl()(4-9)查表得bs0=40mm,Ki=1,Kz=1則bs=401J419.5/(12.711)-58.26mm查表可得：型號為14M的同步帶帶寬為bs=55mm,小于帶輪節(jié)圓直徑d1=162.98mm,設(shè)計滿足要求(15)計算壓軸力Fq=1000Pd/V=100019.5/12.8=1523.4N(4-10)(16)計算匯總同步帶規(guī)格：1040-14M-55大、小帶輪規(guī)格：均為64-14M-55大小帶輪中心距：a0=

24、339mm壓軸力：Fq=1523.4N齒形帶單位寬度上的力F:F=Fq/b2=1523.4/55=27.7N/mm(4-11)4.2圓弧同步帶設(shè)計總結(jié)節(jié)距Pb14mm齒根厚s9.40mm齒高h(yuǎn)16.02mm帶圖hs10.0mm圓角半徑rr1.35mm弧齒半徑ra4.55mm齒頂距a1.397mm雙邊擋環(huán)帶輪的寬bf60mm帶輪寬度b55mm擋圈厚度t3mm擋圈高K7mm第五章主軸組件的設(shè)計加工中心主軸部件圖5-11內(nèi)六角螺釘；2主軸；3鋼球；4、8一角接觸球軸承；5預(yù)緊螺母；6碟形彈簧7圓弧齒同步帶；9拉桿；10套筒如圖5-1所示主軸組件是機床動力實現(xiàn)的部件。主軸組件一根主軸、角接觸球軸承、圓

25、頭平鍵、若干密封裝置等組成。由于現(xiàn)在的加工的中心對待轉(zhuǎn)速的指標(biāo)越來越高，因此需要主軸具有良好的回環(huán)轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)性剛度、熱的穩(wěn)定性和抗擊震動性。加工中心還應(yīng)該具備刀庫和自動換刀裝置以及自動夾緊機構(gòu)、主軸準(zhǔn)停配置和切削屑清掃配置。主軸是一根開有內(nèi)控孔的軸，端部裝定向鍵，裝刀柄處結(jié)構(gòu)采用7:24錐度結(jié)構(gòu)，前端支承采用三個角接觸球軸承，前兩個貼緊安裝小口朝上，提高剛度;第三個小口朝下。后支承也采用兩個角接觸球軸承，大口相背安裝，承受徑向載荷，外圈軸向沒有定位。軸承潤滑方式為脂潤滑。在主軸內(nèi)孔中，內(nèi)置有刀具自動加緊和松開元及切削屑清掃元件。如上圖所示，加緊時液壓油通入活塞剛下腔，將活塞頂起，從而將拉桿拉

26、起，自動裝卡機構(gòu)在安裝刀具以后拉桿帶動鋼球上移從而夾緊刀具。松開刀具時，將液壓油通入上腔，將活塞下壓，拉桿下移，小鋼球隨之下移，松開刀具頭部，同時拉桿頂松刀具端部，有自動換刀裝置更換刀具。這時，從上段通入主軸內(nèi)孔的壓縮空氣將切削屑清除掉，保證下一個刀具的安裝精度。5.1 主軸組件的設(shè)計要求主軸組件的回轉(zhuǎn)精度、剛度、耐磨性、抗震性以及溫升和熱變形等都會影響加工中心工作時的效率，設(shè)計時應(yīng)盡量滿足以下要求回轉(zhuǎn)精度指空載時，裝置工件或者刀具部位的徑跳動和軸跳動值達(dá)到要求。保證主軸的回轉(zhuǎn)精度是通過保證加工中心零部件的幾何精度和表面粗糙度來實現(xiàn)的剛度主軸組件剛度越大主軸受力變形越小，與主軸尺寸、支承跨度、

27、選用的軸承類型及配置形式等因素后關(guān)。在條件允許下，應(yīng)盡量提高主軸剛度耐磨性采取合適的材料熱處理方法，這樣可以使耐磨性增強抗震性提高主軸抗震性必須提高主軸組件的靜剛度另外，要使主軸固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振頻率溫升和熱及形為了防止熱變形導(dǎo)致的箱體膨脹變形主軸中心線發(fā)生變化進而影響加工精度應(yīng)盡量控溫升表5-15.2 主軸設(shè)計主軸是主軸部件重要設(shè)計元件，主軸結(jié)構(gòu)，尺寸，設(shè)計時的精度、加工主軸的材料及進行熱處理的方式對主軸部件的工作都會產(chǎn)生影響。同時，主軸的設(shè)計構(gòu)造要可以滿足整體的定位可靠性程度高、工藝性能優(yōu)等要求。5.2.1 主軸的主要尺寸參數(shù)1主軸直徑D2內(nèi)孔徑d3懸伸量a4支承跨距L我們可以依據(jù)主軸的

28、剛度、構(gòu)造工藝性以及軸的工藝適用范圍，幾何參考資料通過合理計算和反復(fù)的校驗來氣確定軸頸的以上參數(shù)。(1)主軸直徑直徑大小與剛度大小成正比例關(guān)系，主軸前端的軸頸可根據(jù)主軸電機的功率來選擇，后端軸頸逼前端軸頸小一般去0.8倍的前端軸頸值。最終尺寸，要在主軸組件設(shè)計時確定，前后軸頸之差值不宜過大。(2)主軸的內(nèi)孔徑作用是通過拉桿，壓縮空氣，棒料等。主軸孔徑與主軸直徑值之比，一般不能低于0.5但不能高于0.7,低于0.5時設(shè)計不合理，工藝性不好；當(dāng).大于0.7時主軸的剛度就會遭到極大的削弱，本次設(shè)計取0.5。(3)懸伸量a。就是主軸兩個前端軸承的中點距主軸軸端的距離。與軸承選型、如何組合、潤滑方式的選

29、擇、主軸前端形狀大小有關(guān)。在滿足結(jié)構(gòu)要求條件下，a的值盡量取小。(4)主軸的支撐跨距Lo就是指主軸前軸承支承中點與后軸承支承作用中點之間的距離。L太大，那設(shè)計的那根軸變形量大，L越小，則設(shè)計的那根變形量就越小。L太大或者太小都會降低綜合剛度，它是有一個最佳值的，可以通過查閱相關(guān)文獻來確定這一最佳值。5.2.2 主軸軸端結(jié)構(gòu)本次設(shè)計選用BT45刀柄，主軸端面上有螺栓孔和端面鍵，螺栓孔作用是將刀具固定，端面鍵能夠傳遞轉(zhuǎn)矩，也用來對刀具的周向定位。5.2.3 主軸材料和熱處理考慮實際情況，本次設(shè)計選用45鋼、高頻頻率的淬火處理。5.3 主軸的軸承本次設(shè)計選用的是滾動軸承。滾動軸承與軸承內(nèi)外圈接觸面積

30、小，因此阻力力小，滾動軸承可以進行軸端預(yù)緊，維護和更換方便，能在一定轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍內(nèi)穩(wěn)定工作5,結(jié)合加工中心實際安裝的軸承類型，也可以選擇角接接球軸承來匹配主軸。前端的兩個軸承，采用背對背方式安裝，后支承也采用背對背安裝方式。所選型號：前軸承和中間軸承7028AC,后支承軸承：7025AC。5.4 主軸組件的計算5.4.1 初選主軸直徑查數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計曲線圖，取主軸前端直徑Di=140mm則后端直徑D2=(0.70.9)D1=98126mm。取D2=112mm。主軸內(nèi)孔徑：d/D<0.7,d<0.7D1=0.7140=98mm,取d=60mm。5.4.2 主軸懸伸量a的確

31、定根據(jù)結(jié)構(gòu)選a=120mm5.4.3 主軸最佳跨距的確定參考數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計例題4.1有計算過程如下(1)求軸承剛度切削速度V=.：Dn/60000=-1001500/60000=7.85m/s(5-1)由Pc=FzN(5-2)帶入數(shù)據(jù)得Fz=191NFy=0.5Fz=0.51910=955N故F=Fz2Fy2=.191029552=2135N(5-3)估算時暫取1。仙=3.5即10=3.5黑120=420mm前后支承反力分別為：Ra=F“L。a)/L0=2135(420120)/420=2745N(5-4)rb=Fa/L0=2135*120/420=625N(5-5)由點接觸軸承條件求出軸端

32、位移量：6A=2.4Nm,6B=2.0Nm取前后支承剛度Ka=886m,Kb=230m(2)求最佳跨距L0假設(shè)主軸的軸頸為前后軸平均直徑。即D=(140120)/2=126mm(5-6)固當(dāng)前設(shè)計的加工中心主軸的I為_4_4_54I-0.05(0.126-0.06)=1.210m(5-7)貝U=EI/(Ka3)=2.110111.210)(8861060.123)=1.65(5-8)查線圖得：L0/a=4故支撐跨距為L0=120父4=480mm5.5 主軸組件校核5.5.1 主軸組件的剛度計算查參考書，下面用一種簡化近似計算方法，首先應(yīng)把主軸組件簡化成一個均勻截面的簡支梁6當(dāng)量直徑d=(D1D

33、2)/2=126mm(5-9)主軸前端撓度y=(Fa2l/3EI)*103(5-10)I:慣性矩，d,di：外徑和孔徑這里dj<0.5d因此影響忽略不計。則_24y=2135120420/(30126)=1.708所以，彎曲岡【J度Ky=F/y=2135/1.078=1250N/Nm驗算合格5.5.2 主軸強度校核計算軸所受載荷是從軸上的零件傳遞過來的，計算時，通常將散步在軸上的載荷簡化為集中載荷，集中點取為載荷分布中點，軸上扭矩的作用點，一般是從輪轂中點算起。圖5-2主軸在承受轉(zhuǎn)矩時的受力分析圖由之前計算知：F=21315F=0.35F=0.352135=747.3NFt=0.9F=0

34、.92135=1921.5N(5-11)Fa=0.525F=0.5252135112.0N主軸屬于靜不定梁所以七二0撓度b=F.2L3/(3EI)-Fa2/(6EI)*(3L-a)(5-12)將I=120,E=2.1父106下=F,，F(xiàn),2=F,2v代入上式得：Fr2v=747.3N又Fr2v300Fr1v(300200)-Fr(300120120)=0(5-13)得Fr1v=42NFrivFR2V,FR3V-Fr=°(5-14)得Fm=-427N將F=Ft,F.2=F.2h帶入撓度公式得：，b=Fr2h1.23/(32.1106120)-1921.51,262(31.21.2)/(

35、62,1106120)=0得Fr2h=1921,5NFr2h300-Fr1h(300120)-Ft(300120120)-0得FMh-1098N(5-15)彎走里水平元T圖5-3-a主軸承受切削力時的水平面彎矩圖垂直面AB段水平面:垂直面:MABX=0MABY=0(5-16)BC段Mbcx=Fr3h*BC=329.4Nm(5-17)Mbcy=-Fr3V*BC=-128.1N*m(5-18)合成MBC合=VMBCX+MBCY=353.4Nm(5-19)CD段Mcdx=Fr3h*BDFr2h*CD=-230.58N*mMcdy=Fr3V*BDFr2V*CD=-89.66N*m(5-20)合成MCD

36、合VMCBX+MCDY247.4N*m(5-21)合成彎矩圖如下:5-4合成彎矩圖、扭矩圖大帶輪輸出功率：P大=巳、州=15"98=14.7kw(5-22)大帶輪輸出轉(zhuǎn)矩：T=9550e/n=93.59N*m(5-23)轉(zhuǎn)矩見圖見5-45.5.3 主軸強度校核經(jīng)分析可知，截面C初承受較大彎矩，切還受到帶傳動帶來的轉(zhuǎn)矩，因此這個界面是危險界面，校核時依照彎扭合成強度來計算。Ra='(M/W)2+(cT/W)2<bJ(5-24)式(5-24)中，W=rid3(1B4)/32,B=d"d;d1為軸孔直徑。W=3.1412631-(60-：一1.26)4=96181m

37、m3主軸材料為45鋼，查表得b=70MPa折合系數(shù)一:=0.6二ca=3534002(0.693590)2/96181=3.7MPa/所以強度滿足設(shè)計要求5.6 軸承、鍵的校核5.6.1 軸承校核計算軸承安裝方式為兩個軸承背對背安裝在一起作為支撐?？梢猿惺軓较蚝洼S向載荷，這樣就可以保證支承剛度和旋轉(zhuǎn)精度達(dá)到設(shè)計要求，參考機設(shè)教材進行軸承的校核。7028AC軸承與軸承套的配合采用間隙配合。剛度也要滿足要求，為了提高剛度，軸承與主軸的配合采用過盈配合；后支承型號為7025AC,與軸承座之間是間隙配合。軸承受力分析：檢驗校核CD初7028AC軸承即可。已知，C處Fr2v=747.3N,Fr2h=19

38、21.5N(5-25)D處Fnv=427N下山=1098N(5-26)C處軸承所受徑向力合力：Frc=v'743.22+1921.52=2062N(5-27)D處軸承所受徑向力合力：FrD=14272+10982=589N(5-28)C處派生軸向力Fdc=0.68Frc=1402N(5-29)D處派生軸向力FdD=0.68Fq=400N(5-30)Fdc-FdD固軸承左壓緊，右放松FaC=FaD=1402N(5-31)假設(shè)軸承工作年限為7年一年按360天算，兩班制(16h),則預(yù)期壽命為：L；-730016=336010已知軸承7028AC所受軸向力Fa=1402N,Fr=2062NF

39、a/Fr=1402/2062=0.68；所以X=1,Y=0查機械設(shè)計知道f=1.6p則軸承當(dāng)量動載荷為：(5-32)(5-23)(5-24)P=fp(XFrYFa)=1.62062=3299.2N軸承壽命Lh=106.(C/P)/60n=71967h33600h故能滿足設(shè)計要求5.6.2 鍵的設(shè)計計算校核主軸上的鍵，普通平鍵連接強度條件Op=2T.103/(Kld)"二p1其中，T=F*d/2,K=0.5h,l=L-b帶輪作用在軸上的力F=500N,鍵所處軸段直徑d=112mm,查機設(shè)課程設(shè)選鍵的公稱尺寸bMh=28M16,槽7St=10mm,轂t1=6.4mm公稱長度L=70mm鍵

40、所傳遞的轉(zhuǎn)矩T=F*d/2=5000.012/2=28N，m選用圓頭平鍵，則工作長度：l=L-b-50mm將上述參數(shù)帶入校核公式得：Op=228103/(950112)=1.1MPa查表知道tp=60MPa而QpEtp,故滿足設(shè)計要求5.7 刀具自動加緊機構(gòu)以及切削屑清洗機構(gòu)加工中心能夠自動換刀，因此主軸應(yīng)具有自動加緊和松開的功用，主軸內(nèi)部裝有自動加緊機構(gòu)，設(shè)計者在主軸前端加工出一個7:24的錐度孔，用來裝卡刀具，通過向液壓缸通入壓力油使刀具加緊和放松。如果在換刀之前，錐孔殘存的有切削屑或者其他污染物品，將使安裝刀具發(fā)生偏差，刀具安裝不可靠，加工誤差增加，甚至?xí)?dǎo)致零件報廢。主軸錐孔的衛(wèi)生需要

41、經(jīng)常打掃清潔和保持，保持干凈。設(shè)計時常常設(shè)計一個壓縮空氣通氣孔，從主軸上端內(nèi)控通入壓縮空氣，壓縮空氣經(jīng)過主軸內(nèi)控，將錐孔清理干凈。，使噴射出來的壓縮空氣能清洗到每一個地方，以提高效率。5.8 潤滑與密封潤滑和密封是加工中心設(shè)計時必須考慮的條件。潤滑良好時，摩擦阻力小，同時能夠?qū)厣刂圃诤侠矸秶?。密封件作用是杜絕外界的臟東西、切削時產(chǎn)生的金屬屑、遺漏切削液等進入，同時還要能夠保證脂潤滑的脂不因溫度升高融化而泄露。潤滑劑和潤滑方式可以根據(jù)軸軸承承的類型以及負(fù)負(fù)荷荷決定。軸承選擇合適，軸承溫升就低，壽命就長。軸承的潤滑一般都采用油脂封入式潤滑，但這種潤滑的缺點是，主軸轉(zhuǎn)速有限制。為了符合現(xiàn)代加工中心向高速化轉(zhuǎn)變，潤滑劑可以采用油脂、油霧、氣油以及油液循環(huán)等。主軸的密封。最常見的形式就是旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式了