機械主軸箱畢業(yè)設計說明書(共27頁)

1、 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc356805999 中文(zhngwn)摘要、關鍵詞 PAGEREF _Toc356805999 h 1 HYPERLINK l _Toc356806000 英文摘要(zhiyo)、關鍵詞 PAGEREF _Toc356806000 h 2 HYPERLINK l _Toc356806001 引言(ynyn) PAGEREF _Toc356806001 h 3 HYPERLINK l _Toc356806002 第1章 緒論 PAGEREF _Toc356806002 h 4 HYPERLINK l _Toc356806

2、003 1.1 課題研究背景 PAGEREF _Toc356806003 h 4 HYPERLINK l _Toc356806004 1.2 課題研究內(nèi)容與目的 PAGEREF _Toc356806004 h 4 HYPERLINK l _Toc356806005 1.3 設計參數(shù)與要求 PAGEREF _Toc356806005 h 5 HYPERLINK l _Toc356806006 第2章 電機的選型 PAGEREF _Toc356806006 h 6 HYPERLINK l _Toc356806007 2.1 電機類型選擇 PAGEREF _Toc356806007 h 6 HYPE

3、RLINK l _Toc356806008 2.2 電機功率計算 PAGEREF _Toc356806008 h 7 HYPERLINK l _Toc356806009 2.3 主電機型號選擇 PAGEREF _Toc356806009 h 8 HYPERLINK l _Toc356806010 第3章 傳動設計 PAGEREF _Toc356806010 h 10 HYPERLINK l _Toc356806011 3.1 傳動形式選擇 PAGEREF _Toc356806011 h 10 HYPERLINK l _Toc356806012 3.2 同步帶與同步帶輪的設計與選型 PAGERE

4、F _Toc356806012 h 11 HYPERLINK l _Toc356806013 3.2.1 設計功率的計算 PAGEREF _Toc356806013 h 11 HYPERLINK l _Toc356806014 3.2.2 選擇帶型和節(jié)距 PAGEREF _Toc356806014 h 11 HYPERLINK l _Toc356806015 3.2.3 同步帶輪尺寸的確定 PAGEREF _Toc356806015 h 12 HYPERLINK l _Toc356806016 3.2.4 與主軸相連的同步帶輪設計 PAGEREF _Toc356806016 h 13 HYPE

5、RLINK l _Toc356806017 3.3 帶輪與軸的聯(lián)接 PAGEREF _Toc356806017 h 14 HYPERLINK l _Toc356806018 第4章 主軸單元設計 PAGEREF _Toc356806018 h 16 HYPERLINK l _Toc356806019 4.1 主軸單元結構設計 PAGEREF _Toc356806019 h 16 HYPERLINK l _Toc356806020 4.1.1 主軸直徑的設計 PAGEREF _Toc356806020 h 16 HYPERLINK l _Toc356806021 4.1.2 主軸內(nèi)孔徑的設計 P

6、AGEREF _Toc356806021 h 17 HYPERLINK l _Toc356806022 4.1.3 主軸懸伸量的設計 PAGEREF _Toc356806022 h 17 HYPERLINK l _Toc356806023 4.1.4 主軸支承跨距的設計 PAGEREF _Toc356806023 h 17 HYPERLINK l _Toc356806024 4.2 主軸定位設計 PAGEREF _Toc356806024 h 17 HYPERLINK l _Toc356806025 4.3 主軸軸承(zhuchng)的選用與校核 PAGEREF _Toc356806025 h

7、 19 HYPERLINK l _Toc356806026 4.3.1 主軸(zhzhu)軸承的選擇 PAGEREF _Toc356806026 h 19 HYPERLINK l _Toc356806027 4.3.2 主軸(zhzhu)軸承的校核 PAGEREF _Toc356806027 h 20 HYPERLINK l _Toc356806028 4.4 主軸密封設計 PAGEREF _Toc356806028 h 22 HYPERLINK l _Toc356806029 4.5 主軸冷卻設計 PAGEREF _Toc356806029 h 23 HYPERLINK l _Toc3568

8、06030 結論 PAGEREF _Toc356806030 h 25 HYPERLINK l _Toc356806031 致謝 PAGEREF _Toc356806031 h 26 HYPERLINK l _Toc356806032 參考文獻 PAGEREF _Toc356806032 h 27 PAGE 30凸輪軸軸向深孔加工(ji gng)專機主軸箱的設計摘 要：本文(bnwn)介紹了凸輪軸加工(ji gng)專機的一些基本概況，簡述了機床主軸傳動系統(tǒng)方面的原理和類型，分析了各種傳動方案的機理。凸輪軸加工專機主軸箱的主軸傳動系統(tǒng)包括了主軸電機、主軸傳動系統(tǒng)和主軸組件三部分。本文詳細介紹了

9、凸輪軸加工專機主軸箱的主軸設計過程，該凸輪軸加工專機選用合理的電機帶動，采用齒型同步帶傳動和內(nèi)冷系統(tǒng)進行主軸冷卻，同時采用雙楔形塊完成同步帶輪與主軸的聯(lián)接。本文還介紹了凸輪軸加工專機主軸箱主軸傳動系統(tǒng)各種傳動方案優(yōu)缺點的比較、電機的選型、主傳動方案的選擇和確定、主軸關鍵零件的設計,以及凸輪軸加工專機所要當達到的要求。通過對主軸的整體設計，主軸定位設計，主軸冷卻設計，主軸箱傳動設計，其它裝置或元件設計，使凸輪加工專機主軸箱的設計更加合理化。關鍵詞：凸輪軸加工專機 主軸箱 主軸傳動系統(tǒng) 主軸設計Deep Processing Camshaft Axial Plane Headstock Desig

10、nAbstract:This article describes some of the basic camshaft machining plane overview outlines the principle of spindle drive system aspects and types of various transmission schemes analyzed the mechanism. Camshaft machining plane headstock spindle drive system includes a spindle motor, spindle driv

11、e and spindle assembly of three parts. This paper describes the camshaft machining plane headstock spindle design process, the selection of a reasonable camshaft machining plane motor driven, using toothed belt drive and internal cooling system for spindle cooling, while using double wedge block is

12、completed with Pulley spindle connection. This article also describes camshaft machining plane headstock spindle drive a variety of transmission schemes comparative advantages and disadvantages, motor selection, the main drive program selection and determination, spindle key part of the design, and

13、the camshaft machining plane to be when it reaches the requirements. Through the overall design of the spindle, spindle positioning design, spindle cooling design, headstock transmission design, other devices or components designed to make the cam machining plane headstock design more reasonable.Key

14、 words:the camshaft machining plane; the spindle box; main shaft transmission system; spindle design引言(ynyn)以組合(zh)機床為代表的數(shù)控設備的生產(chǎn)與應用(yngyng)水平反映了一個國家的機械與電子工業(yè)水平，它的推廣應用對提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質量，改變我國制造技術落后的狀況起著極為重要的作用。組合機床的設計對現(xiàn)代制造業(yè)的影響是多方面的和重大的，主要表現(xiàn)為：1.使機械制造業(yè)的整體面貌發(fā)生了根本變化組合機床的設計技術的應用將傳統(tǒng)的機械與微電子、計算機、信息處理、現(xiàn)代控制理論、技術以及光電磁

15、等多種學科融為一體，使制造業(yè)成為知識密集、技術密集的大科學范疇的現(xiàn)代制造業(yè)，是當代國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)。2.使機械制造業(yè)的生產(chǎn)方式發(fā)生變化縱觀制造業(yè)的發(fā)展歷史，其生產(chǎn)規(guī)模沿著“小批量少品種大批量多品種變批量”的方向發(fā)展。組合機床的設計技術是當代柔性自動化和智能自動化的技術基礎之一，它是適應科技進步，滿足多品種變批量市場需求的生產(chǎn)方式。組合機床的設計技術使傳統(tǒng)的制造工藝發(fā)生顯著和本質的變化。由經(jīng)驗走向定量化，有分散單一工藝走向集成和科學化的工藝。隨著組合機床的設計技術的不斷發(fā)展和應用，工藝方法和制造系統(tǒng)不斷更新，形成了一系列具有劃時代的新技術新工藝的制造系統(tǒng)。3.使產(chǎn)品結構發(fā)生了重大變化現(xiàn)代機械產(chǎn)

16、品向著高精度、高自動化和高可靠性方向發(fā)展，具有機電結合和多學科技術結合的特點，純機械的產(chǎn)品越來越少，而且更新?lián)Q代速度快。對這些要求，組合機床的設計技術將起到發(fā)展、推廣和應用。目前，隨著技術的進步，機械零件的加工對機床的要求越來越趨于柔性化、數(shù)控化，使得數(shù)控機床已廣泛用于各種加工車間，但是目前市場上數(shù)控機床的加工只能滿足一般精度要求，而加工精度高的機床造價昂貴，如何實現(xiàn)造價低、精度和性能高的數(shù)控機床主軸箱已經(jīng)成為研究人員孜孜不倦追求的目標，主軸箱作為影響機床加工精度主要部件，也成為了研究人員研究的主要課題。本課題為凸輪軸加工專機主軸箱的設計，設計內(nèi)容大致分為電機選型設計，主軸箱傳動設計，主軸定位

17、設計，主軸冷卻設計，其它裝置或元件設計等。第1章 緒論(xln)1.1 課題(kt)研究(ynji)背景專機是一種加工特定產(chǎn)品或完成特定工序的專用型機床。專機的使用比較“剛性”，主要是為了特定的一種或者一類零件，適合批量大的生產(chǎn)，精度上沒有特征性的差異。主軸箱是機床的重要的部件，是用于布置機床工作主軸及其傳動零件和相應的附加機構的。主軸箱采用多級齒輪傳動，通過一定的傳動系統(tǒng)，經(jīng)主軸箱內(nèi)各個位置上的傳動齒輪和傳動軸，最后把運動傳到主軸上，使主軸獲得規(guī)定的轉速和方向。主軸箱傳動系統(tǒng)的設計，以及主軸箱各部件的加工工藝直接影響機床的性能及產(chǎn)品質量。凸輪軸加工專機主軸箱為高精度型凸輪軸加工專機重要的一部

18、分，用來加工有一定精度要求的、形狀復雜的凸輪類零件。由于加工精度高，工藝適應性強，加工效率高，廢品率低，成品一致性好，可降低對工人技術熟練程度的要求，這樣對其設計要求較為嚴格。凸輪軸是活塞發(fā)動機里的一個部件。它的作用是控制氣門的開啟和閉合動作。雖然在四沖程發(fā)動機里凸輪軸的轉速是曲軸的一半（在二沖程發(fā)動機中凸輪軸的轉速與曲軸相同），不過通常它的轉速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此設計中對凸輪軸在強度和支撐方面的要求很高，其材質一般是特種鑄鐵，偶爾也有采用鋼材的。由于氣門運動規(guī)律關系到一臺發(fā)動機的動力和運轉特性，因此凸輪軸設計在發(fā)動機的設計過程中占據(jù)著十分重要的地位。凸輪軸是發(fā)動機的關鍵零件

19、之一，凸輪軸桃尖部位的硬度和白口層深度是決定凸輪軸使用壽命和發(fā)動機效率的關鍵技術指標。在保證凸輪有足夠高的硬度和相當深的白口層的前提下，還應考慮軸頸不出現(xiàn)較高的碳化物，使其具有較好的切削加工性能。國內(nèi)外生產(chǎn)凸輪軸的主要方法有：采用鋼質鍛造毛坯經(jīng)切削加工后，凸輪桃尖部分經(jīng)高頻淬火形成馬氏體層的工藝。20世紀 70年代末，德國和法國相繼開發(fā)了凸輪軸氬弧重熔新工藝；另有以美國為主的可淬硬鑄鐵凸輪軸；以日本和法國為主的冷硬鑄鐵凸輪軸；以及凸輪部位用 Cr-Mn-Mo 合金涂料進行鑄件表面合金化的生產(chǎn)工藝等。1.2 課題研究內(nèi)容與目的本課題所加工的工件為鑄鐵凸輪軸。所做工序為在其軸向鉆深孔。加工示意圖如

20、下：圖1.1 加工(ji gng)示意圖對凸輪軸進行此類加工(ji gng)，需要采用專用機床、專用夾具以及專用的主軸。本次設計目的在于設計一種能夠(nnggu)對凸輪軸進行軸向鉆孔的加工專機。而本文主要針對凸輪軸加工專機主軸箱進行設計。設計內(nèi)容有電動機的選擇與設計、傳動設計、主軸定位設計、主軸冷卻設計以及主軸單元的設計與計算。首先，本文根據(jù)加工要求，確定主軸的整體力學性能，所需材料選擇，并進行一定的計算校核。然后根據(jù)主軸的轉速和力學要求，選擇合理的電動機。第二，本文將進行主軸定位設計。定位裝置的作用是確保主軸處于正確位置，保證工件在加工過程中受到外力(切削力等)作用時不離開已經(jīng)占據(jù)的正確位置

21、。包括定位方案的確定，定位元件的選擇以及所受力的計算。第三，考慮到主軸的冷卻，我將進行主軸冷卻設計。合理的冷卻系統(tǒng)能夠在滿足加工要求的前提下，延長主軸壽命，減少工件與加工原件的損壞。同時選擇合理的冷卻原件，如冷卻回轉接頭等。最后，本文將選擇合理的傳動原件，設計電動機固定方式，保證正常傳動。1.3 設計參數(shù)與要求本次設計的是凸輪軸加工專機主軸箱，設計要求的基本參數(shù)與要求如下所示：刀具直徑：8mm主軸通孔直徑：8mm每轉走刀量：0.15mm/r刀具材料：高速鋼 工件材料：灰鑄鐵件電機傳動效率：=0.7鉆頭轉速：25r/s第2章 電機(dinj)的選型2.1 電機類型(lixng)選擇電機是指依據(jù)電

22、磁感應定律(dngl)實現(xiàn)電能轉換或傳遞的一種電磁裝置。大多數(shù)電動機通過互動的磁場和載流導體產(chǎn)生力量。電動機和發(fā)電機通常被稱為電機。常見的電動機的類型有直流電動機、交流電動機。直流電動機：直流電動機是由直流電源供電，將直流電能轉換為機械能，從而拖動生產(chǎn)機械完成生產(chǎn)任務。它具有良好的啟動性能和調速特性，過載能力大，因此在啟動、調速性能要求較高的場合，如大型礦井提升機、挖掘機、軋鋼機、城市電車等，通常選用直流電動機拖動，在許多自動控制系統(tǒng)中，小容量直流電機也被廣泛應用；直流電機具有起動轉距大、體積小、重量輕、效率高、轉距和轉速容易控制，啟、制動性能良好，且在寬范圍內(nèi)平滑調速等十分優(yōu)良的特性，因而在

23、冶金、機械制造、輕工等工業(yè)部門中得到廣泛應用。其缺點就是體積大、價格昂貴、維護復雜，頻繁啟動容易引起故障，以及直流電的傳輸距離有限。交流電動機：交流電動機分為異步電動機和同步電動機兩類。交流電動機主要有同步電動機和異步電動機。在發(fā)電廠里，同步電動機用來拖動一些功率大且不需要調速或功率雖不大但轉速較低的機械負載。在這些場合使用同步電動機比使用同容量的異步電動機具有更多的優(yōu)點，如體積小，效率高，過載能力大，功率因數(shù)高。但是他的結構復雜，需要有勵磁電源，造價高，運行維護麻煩。所以，在發(fā)電廠里，除了上述的場合外，幾乎所有的機械設備都用異步電動機來拖動。這是由于異步電動機具有結構簡單，價格便宜，堅固耐用

24、，維修方便等特點。異步電動機按照定子相數(shù)的不同分為單項異步電動機、兩相異步電動機和三相異步電動機。三相異步電動機轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉矩，實現(xiàn)能量變換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉子結構的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用。根據(jù)設計要求，本設計選用的是三相異步電動機。2.2 電機功率計算對鉆削不同工件材料時，可以算出其產(chǎn)生的軸向力和扭矩。鉆頭扭矩公式： (2-1)式中：鉆頭外徑，mm由

25、課題所給數(shù)據(jù)同時查鉆削軸向力扭矩公式中的系數(shù)與指數(shù)表可得鉆頭扭矩。表2.1 鉆削軸向力扭矩公式中的系數(shù)與指數(shù)表加工材料刀 具材 料系 數(shù) 和 指 數(shù)軸向力F扭矩M鋼高速鋼61.21.00.70.03112.00.8不銹鋼1Cr18Ni9Ti高速鋼1431.00.70.0412.00.7灰鑄鐵190HBS高速鋼42.71.00.80.0212.00.8硬質合金421.20.750.0122.20.8可鍛鑄鐵150HBS高速鋼43.31.00.80.0212.00.8硬質合金32.51.20.750.012.20.8銅合金100140HBS高速鋼31.51.00.80.0122.00.8可知(k

26、zh)為0.021，為2.0，為0.8。當所用鉆頭(zun tu)為新鉆頭時，扭矩系數(shù)為0.87鉆頭(zun tu)扭矩為： 由鉆削功率公式： (2-2) 可知鉆削功率為：W由于我所設計的凸輪加工專機為雙軸加工則總的鉆削功率為：W可得： (2-3) KW KW式中：機床主傳動系統(tǒng)傳動效率，選為0.7 所需電動機功率, KW2.3 主電機型號選擇FANUC交流主軸電機系列從0.55KW40KW共分13種。它的特點是轉速高、輸出功率大、性能可靠、精度好、振動小、噪音低，既適合于高速切削又適合于低速重切削。該系列可應用在各種類型的數(shù)控機床上。根據(jù)所需電動機功率=1.123KW,考慮到實際情況中的各種

27、功率損失，實際中留有安全余量，所需要的電機功率要大些。由表2.2可查得本課題可選用FANUC交流主軸電機型號。經(jīng)查詢型與型的售價相差不算很大，所以我決定選用型。其主要技術參數(shù)如下：額定( dng)輸出功率：2.5 KW最高速度(sd)：7000r/min額定( dng)輸出轉矩：23.5轉動慣量：0.0148表2.2 FANUC交流主軸電機系列性能參數(shù)電 機型 號連續(xù)額定輸出功率（KW） 30分額定輸出功率（KW） 額定轉速（r/min）恒功率最高轉速(r/min)最高轉速（r/min）連續(xù)額定輸出轉矩(Nm)轉動慣量GD2/4（kgm2）重量（kg）11.52.2 3000800080004

28、.770.003181.51.13.7 1500800080007.00.00432422.23.7 15008000800014.00.00782732.53.715007000800023.50.01484665.57.515008000800035.00.02156087.51115006000600047.70.027580第3章 傳動(chundng)設計3.1 傳動形式(xngsh)選擇常見的幾種(j zhn)機械傳動方式有傳動方式：皮帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、螺旋傳動、同步帶傳動等。皮帶傳動：是由主動輪、從動輪和緊張在兩輪上的皮帶所組成。由于張緊，在皮帶和皮帶輪的接

29、觸面間產(chǎn)生了壓緊力，當主動輪旋轉時，借摩擦力帶動從動輪旋轉，這樣就把主動軸的動力傳給從動軸。適用于兩軸中心距較大的傳動；帶具有良好的撓性，可緩和沖擊，吸收振動，過載時打滑防止損壞其他零部件，結構簡單、成本低廉。但是帶傳動的外廓尺寸較大，需張緊裝置。由于打滑，不能保證固定不變的傳動比。帶的壽命較短，傳動效率較低。鏈傳動：是由兩個具有特殊齒形的的齒輪和一條閉合的鏈條所組成，工作時通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。鏈傳動有許多優(yōu)點，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準確，工作可靠，效率高。傳遞功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸小

30、。所需張緊力小，作用于軸上的壓力小。能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。齒輪傳動：由分別安裝在主動軸及從動軸上的兩個齒輪相互嚙合而成。優(yōu)點適用的圓周速度和功率范圍廣，能保證傳動比穩(wěn)定不變，能傳遞很大的動力。結構緊湊、效率高，可實現(xiàn)平行軸、任意角相交軸和任意角交錯軸之間的傳動。缺點要求較高的制造和安裝精度、成本較高，不適宜遠距離兩軸之間的傳動。當兩軸間距較大時，采用齒輪傳動就比較笨重。蝸輪蝸桿傳動：用于兩軸交叉成90度，但彼此既不平行又不相交的情況下，通常在蝸輪傳動中，蝸桿是主動件，而蝸輪是被動件。優(yōu)點是蝸輪蝸桿傳動結構緊湊，并能獲得很大的傳動比，一般傳動比為7-80，工作平穩(wěn)無噪音，

31、傳動功率范圍大，可以自鎖。但傳動效率低，蝸輪常需用有色金屬制造。蝸桿的螺旋有單頭與多頭之分。螺旋傳動：是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的，主要用于將回轉運動變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力。螺旋傳動的特點：傳動精度高、工作平穩(wěn)無噪音、易于自鎖、能傳遞較大的動力等特點。同步帶傳動：嚙合型帶傳動一般也稱為同步帶傳動。它通過傳動帶內(nèi)表面上等距分布的橫向齒和帶輪上的相應齒槽的嚙合來傳遞運動。與摩擦型帶傳動比較，同步帶傳動的帶輪和傳動帶之間沒有相對滑動，能夠保證嚴格的傳動比。但同步帶傳動對中心距及其尺寸穩(wěn)定性要求較高。本設計要求傳動平穩(wěn)，需要一定的嚴格傳動比，因此，初步選定齒輪傳動或同步帶傳動

32、。由于同步帶傳動具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。同時同步帶傳動由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運動和動力，故帶與帶輪之間無相對滑動，能保證準確的傳動比。又因同步帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維繩為抗拉體，氯丁橡膠或聚氨酯為基體，這種帶薄而且輕，故可用于較高速度。同步帶傳動時的線速度可達50m/s，傳動比可達10，效率可達98%。傳動噪聲比帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動小，耐磨性好，不需油潤滑，壽命比摩擦帶長。因此，本設計選用同步帶進行傳動。3.2 同步帶與同步帶輪的設計(shj)與選型3.2.1 設計(shj)功率的計算(j sun)根據(jù)工作機為凸輪加工專機，原動機為交流電動機，由機械設計手冊可查得。故設計功率

33、為： (3-1) KW KW式中：傳遞的功率,KW 工作情況系數(shù)3.2.2 選擇帶型和節(jié)距根據(jù)設計功率KW，帶輪轉速r/min，由圖3.1同步帶的選型可查得帶輪的帶型為8M型。圖3.1 同步帶的選型按照同步帶的帶型為8M型，由機械設計手冊查得節(jié)距，齒高，帶厚為。3.2.3 同步帶輪尺寸的確定1.帶輪齒數(shù)根據(jù)(gnj)帶輪轉速r/min，同步帶的帶型為8M型，由機械設計基礎(jch)查得帶輪的最小齒數(shù),故取。2.帶輪節(jié)圓直徑(zhjng) (3-2) mm mm式中：帶輪齒數(shù) 節(jié)距，mm按照帶輪齒數(shù)=44，同步帶的帶型為8M型，查表3.1可得其外徑。表3.1 8M標準同步帶輪型號參數(shù)表規(guī)格齒數(shù)節(jié)

34、徑 d外徑 檔邊直徑 檔邊內(nèi)徑 檔邊厚度 h27-8M2768.7567.3875551.528-8M2871.3069.9380601.530-8M3076.3975.0282641.532-8M3281.4980.1290701.534-8M3486.5885.2198781.536-8M3691.6790.3098781.538-8M3896.7795.40106881.540-8M40101.86100.49108.5901.542-8M42106.95105.58115951.544-8M44112.05110.681231031.546-8M46117.14115.77123103

35、1.548-8M48122.23120.861311111.550-8M50127.32125.951381181.53.帶速v的確定 (3-3) m/s m/s式中：帶輪節(jié)圓直徑(zhjng)，mm 帶輪轉速(zhun s)，r/min3.2.4 與主軸(zhzhu)相連的同步帶輪設計由于主軸所需轉速為1500r/min，則與主軸連接的帶輪齒數(shù)為：44。 同步帶的帶型為8M型，查表3.1可得其外徑。3.3 帶輪與軸的聯(lián)接傳統(tǒng)帶輪與機床主軸的聯(lián)接一般采取鍵聯(lián)接或銷聯(lián)接。鍵連接是通過鍵實現(xiàn)軸和軸上零件間的軸向固定以傳遞運動和轉矩。裝配前必須檢查鍵的直線度、鍵槽對軸心線的對稱度和平行度，操作較繁瑣

36、。一般鍵的兩側面與軸鍵槽的配合一般有間隙，容易進入雜質，造成軸的腐蝕。并且，主軸上所開鍵槽，勢必對主軸的剛度與壽命產(chǎn)生不良的影響。銷聯(lián)接銷孔需要鉸制，多次裝卸后會降低定位的精度和聯(lián)接的緊固性。且只能傳遞不大的載荷。銷孔精度要求較低，剛度較差，不適合高精度定位。同時銷聯(lián)接也會對主軸產(chǎn)生一定的損傷。因此，本文將采取雙楔形塊聯(lián)接，依靠摩擦力使帶輪與軸聯(lián)接。雙楔形塊的工作示意圖如圖3.2所示。圖3.2 雙楔形塊工作示意圖雙楔形塊的受力圖(lt)如圖3.3所示。圖3.3 雙楔形塊受力圖(lt)首先(shuxin)，當擰緊螺釘時壓緊蓋板，使蓋板向同步帶輪移動，通過蓋板壓緊楔形塊a，對楔形塊a產(chǎn)生一個如圖3

37、.3延方向的水平力。然后，楔形塊a延軸向水平擠壓，同時對楔形塊b與同步帶輪產(chǎn)生作用力。楔形塊b在楔形塊a的作用力下，對同步帶輪和軸產(chǎn)生作用力。由此使得楔形塊a對同步帶輪產(chǎn)生一個延方向向上的力，楔形塊b對軸產(chǎn)生一個延方向向下的力。同時經(jīng)由雙楔形塊的力的放大作用，使得力與遠大于力。最后，依靠雙楔形塊產(chǎn)生的巨大摩擦力使軸與同步帶輪聯(lián)接在一起。第4章 主軸(zhzhu)單元設計在各種( zhn)機床中，不論是數(shù)控車床、鉆床還是銑床(xchung)，其主軸都是最關鍵的部件，對機床精度起著至關重要的作用。 隨著科學技術的發(fā)展和經(jīng)濟市場的需求，現(xiàn)在機床的運動速度越來越高，提高和改善高速機床的動態(tài)性能已成為機

38、器設計與制造部門所面臨的重要課題。對大多數(shù)機床而言，主軸部件動態(tài)性能的好壞對整臺機器的動態(tài)性能及工作性能往往起決定性的作用。衡量主軸部件性能的指標主要是旋轉精度、剛度和速度適應性。旋轉精度：主軸旋轉時在影響加工精度的方向上出現(xiàn)的徑向和軸向跳動，主要決定于主軸和軸承的制造和裝配質量。動、靜剛度：主要決定于主軸的彎曲剛度、軸承的剛度和阻尼。速度適應性：主要決定于軸承的結構和潤滑，以及散熱條件。 主軸部件通常由主軸、主軸軸承和安裝在主軸上的傳動件等組成。機床工作時，由主軸帶動工件或刀具進行工件的加工。主軸部件的性能對加工質量和生產(chǎn)效率有著重要的影響。隨著科學技術的發(fā)展，機床主軸轉速越來越高，變速范圍

39、也越來越大，因此，對軸承高速運轉穩(wěn)定性的要求也越來越高。通常情況下，正確選擇軸承類型、公差等級、配置方式、游隙大小、潤滑劑及潤滑方式等，能在一定程度上提高滾動軸承的高速性能。內(nèi)裝式電主軸單元將電機和高精度主軸結合在一起，使主軸單元向高速、高效、高精度加工邁出了可喜的一步。內(nèi)裝式主軸單元是機床的核心功能部件。它使機床擺脫了機械傳動的束縛，簡化了機床結構，同時消除了由機械傳動產(chǎn)生的振動噪聲。為了盡快給高速運行的主軸及刀具散熱，通常對主軸通以循環(huán)冷卻劑，使得主軸性能達到最佳狀態(tài)。主軸單元的設計是本次凸輪軸加工專機主軸箱設計的主要部分。他包括主軸單元的結構設計，主軸的定位設計，主軸的軸承選用與校核，主

40、軸的密封設計，主軸冷卻設計。4.1 主軸單元結構設計主軸的主要參數(shù)是指：主軸直徑；主軸內(nèi)孔徑；主軸懸伸量和主軸支承跨距。下面對這些參數(shù)進行確定。4.1.1 主軸(zhzhu)直徑的設計主軸直徑通常對于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的限制，同時造成(zo chn)相配零件尺寸加大、制造困難、結構龐大和重量增加等，因此在滿足剛度要求下應取較小值。設計時主要用類比分析的方法(fngf)來確定主軸直徑。根據(jù)工廠經(jīng)驗初步設計=50?？紤]到工件質量以及加工方式，初步設計折合后主軸重量G為1000

41、N。4.1.2 主軸內(nèi)孔徑的設計主軸內(nèi)孔直徑與機床類型與其作用有關，本次設計主要用于冷卻液的通道。確定孔徑的原則是，在滿足對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，取合理值。由經(jīng)驗得知，當時，主軸剛度會急劇下降；而當時，內(nèi)孔d對主軸剛度幾乎無影響，可忽略不計，所以常取孔徑d的極限值為：mm由此綜合各軸段直徑的實際大小，確定內(nèi)孔直徑mm。此時為：可以滿足要求，且對主軸剛度幾乎無影響，可忽略不計。4.1.3 主軸懸伸量的設計主軸懸伸量是指主軸前端面到前支承徑向反力作用中點（一般即為前徑向支承中點）的距離。它主要取決于主軸端部結構型式和尺寸、前支承的軸承配置和密封裝置等，有的還與機

42、床其他結構參數(shù)有關，如工作臺的行程等，因此主要由結構設計確定。懸伸量值對主軸部件的剛度和抗振性具有較大的影響。因此，確定懸伸量的原則，是在滿足結構要求的前提下盡可能取小值，同時應在設計時采取措施縮減值。由此綜合主軸端部結構型式和尺寸可確定懸伸量。4.1.4 主軸支承跨距的設計支承跨距是指主軸相鄰兩支承反力作用點之間的距離?？缇嗍菦Q定主軸系統(tǒng)動、靜剛度的重要影響因素。合理確定支承跨距，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。最優(yōu)跨距是指在切削力作用下，主軸前端的柔度值最小時的跨距。其推導公式是在靜態(tài)力作用下進行的。實驗證明，動態(tài)作用下最優(yōu)跨距很接近于推得的最優(yōu)值。初步設計跨距為。4.2 主軸定位

43、設計主軸定位組件是凸輪軸加工專機主傳動部分的主要組成部分，在機床上，主軸定位組件主要作用是夾持工件或保持刀具旋轉。我所采用的定位元件有軸承、擋板，同時配合軸肩進行定位。凸輪軸加工專機主軸定位組件的主要性能要求有：回轉(huzhun)精度：主軸定位組件的回轉精度，是指機床在空載低俗(d s)旋轉時，主軸前端安裝工件或刀具部分的徑向和軸向跳動值滿足要求。目的是保證加工零件的幾何精度和表面粗糙度。剛度(n d)：主軸定位組件的剛度是指受外力（例如切削力）作用時，主軸組件抵抗變形的能力。通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移量時，在為一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?？拐?/p>

44、性：主軸定位組件的抗振性是指切削加工時，主軸保持平穩(wěn)地運轉而不發(fā)生振動的能力。如果主軸定位組件抗振性差，工作時容易產(chǎn)生振動，不僅降低加工質量，而且限制了機床生產(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，采用較大的阻尼比的前軸承，以及在必要時安裝阻尼消振器。溫升和熱變形：主軸定位組件在運轉過程中，溫升過高會引起兩方面的不良結果：一是主軸定位組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉中心與機床其他件的相對位置發(fā)生變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已調好的間隙和破壞正常的潤滑條件，影響軸承的正常工作。耐磨性：主軸定位組件必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精

45、度。主軸定位示意圖如圖4.1所示。圖4.1 主軸定位示意圖主軸的軸向定位通過主軸的軸肩、端蓋、隔套、軸承、鎖緊螺母之間的配合實現(xiàn)。右端軸承與主軸軸肩相接處，對主軸產(chǎn)生一個向右的推緊力。左端軸承通過兩端軸承間的隔套與右端軸承相聯(lián)，對右端軸承產(chǎn)生一個向右的推力。同時主軸左端通過鎖緊螺母使得主軸與左端軸承相聯(lián)，對左端軸承產(chǎn)生一個向右的推力。由此，實現(xiàn)主軸的軸向定位。主軸的徑向定位通過箱體、軸承、主軸三者之間的配合實現(xiàn)。箱體通過軸承與主軸相聯(lián)，通過調節(jié)軸承，完成對主軸的徑向定位。4.3 主軸(zhzhu)軸承的選用與校核4.3.1 主軸軸承(zhuchng)的選擇機床主軸帶著刀具在支承件中作回轉運動，

46、需要傳遞切削扭矩，承受切削抗力，并保證必要的旋轉精度。機床主軸支承根據(jù)主軸部件的轉速、承載能力及回轉精度等要求的不同而采用(ciyng)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、結構、配置、精度、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(shù)控機床上主軸軸承常用的有滾動軸承和滑動軸承。滾動軸承摩擦阻力小，可以預緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作。滾動軸承由專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便，在組合機床上被廣泛采用。機床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)臥式主軸和主軸裝在套筒內(nèi)能夠做軸向移動的主軸。根據(jù)主軸部件的工作精度、剛度

47、、溫升和結構的復雜程度，合理配置軸承，可以提高主傳動系統(tǒng)的精度。采用滾動軸承支承，有許多不同的配置形式，目前數(shù)控機床主軸軸承的配置主要有如圖4.2所示的幾種形式。(a)(b)(c)(d)圖4.2 主軸軸承配置的集中形式在圖4.2(a)所示的配置中，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60角接觸球軸承組合，承受向載荷和軸向載荷，后支承采用成對角接觸球軸承，該配置可滿足強力切削的要求，普遍應用于各類組合機床。在圖4.2(b)所示的配置形式中，前軸承采用角接觸球軸承，由個軸承組成一套，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。在圖4.2(c)所示

48、的配置形式中，前后支承均采用成對角接觸球軸承，以承受徑向載荷和軸向載荷，角接觸球軸承具有較好的高速性能，主軸最高轉速可達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床主軸。在圖4.2(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，尤其能承受較強的動載荷，安裝與調整性能好，但主軸轉速和精度的提高受到限制，因此(ync)適用于中等精度，低速與重載荷的組合(zh)機床(jchung)主軸。由于凸輪軸加工專機在加工時不僅需要受到軸向力，還會受到一定的徑向力。因此在

49、本課題的軸承配置中選用如圖4.2(c)的方式。而本課題的預緊方式采用隔套調整法及鎖緊螺母預緊。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，本設計初步選用7210c型雙列角接觸球軸承。4.3.2 主軸軸承的校核主軸受力簡圖如圖4.3所示。圖4.3 主軸受力圖圖中：鉆削力主軸受右端軸承的支撐力主軸受左端軸承的支撐力同步帶輪對主軸產(chǎn)生的徑向力G主軸重量切削力（鉆削力）公式為： (4-1) 則所需鉆削力為：其中為修正系數(shù)。摩擦系數(shù)的選取原則如表4.1所示：表4.1 各種不同接觸表面之間的摩擦系數(shù)接觸表面的形式摩擦系數(shù)接觸表面均為加工過的光滑表面0.10.25工件表面為毛坯，夾具的

50、支承面為球面0.20.3夾具夾緊元件的淬硬表面在沿主切削力方向有齒紋0.3夾具夾緊元件的淬硬表面在垂直于主切削力方向有齒紋0.4夾具夾緊元件的淬硬表面有相互垂直齒紋0.40.5夾具夾緊元件的淬硬表面有網(wǎng)狀齒紋0.70.8有前文所知(su zh)，主軸重量G為1000N。同步帶輪外徑(wi jn)112mm,傳遞(chund)功率為2.5KW，主軸轉速為1500r/min。同步帶速為8.8m/s。由此可得同步帶對主軸產(chǎn)生的徑向力為： (4-2)對A點求距，同時對主軸整體進行受力分析，在徑向受力平衡，則由 (4-3) (4-4)式中：(AD)=299mm;(AB)=107mm;(AC)=203mm

51、?？傻茫?658.3N=57.7N因為遠大于，所以只用對右端軸承進行校核即可。根據(jù)公式： (4-5)式中：X、Y分別為徑向和軸向動載荷系數(shù) P為當量動載荷，N 為載荷系數(shù)。7210c角接觸球軸承的判斷系數(shù)e為1.14則=1，=0。將數(shù)據(jù)代入式得：P=658.3N 預設軸承壽命=3000h，n=1500r/min。根據(jù)公式： (4-6)式中：為預期軸承(zhuchng)壽命， 為轉速(zhun s)，r/min 為指數(shù)(zhsh),對球軸承=3 C為基本額定動載荷，N可知基本額定動載荷為： 查表4.2 7210C軸承參數(shù)表得，7210C軸承的成對雙列額定動載荷=69500。表4.2 7210C軸

52、承參數(shù)表軸承型號7210C單列極限轉速v16000r/min軸承內(nèi)徑d50mm單列額定動載荷43000N軸承外徑D90mm成對雙列極限轉速V13000r/min判斷系數(shù)e1.14成對雙列額定動載荷69500N根據(jù)公式： (4-7)式中：為軸承的基本額定壽命壽命， 為轉速，r/min 為指數(shù),對球軸承=3 C為基本額定動載荷，N將數(shù)據(jù)代入上式得： =13075h3000h即計算壽命滿足預期壽命，故滿足要求。4.4 主軸密封設計主軸密封示意圖如圖4.4所示。圖4.4 主軸(zhzhu)密封示意圖為保證凸輪加工專機主傳動系統(tǒng)處于良好性能狀態(tài)，并延長其使用壽命，應對主軸組件進行密封(mfng)，確保軸

53、承的工作環(huán)境。在設計主軸組件的密封裝置時需要綜合考慮下列(xili)因素：1.適應主軸的轉速，軸承潤滑方式和工作溫度，在工作壓力和工作溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能，密封部位的摩擦力應盡量小，磨損后能做一定程度的自動補償。2.適應軸承的工作環(huán)境，耐環(huán)境和潤滑的腐蝕。3.適應軸承結構特點，主軸前軸承處的密封結構軸向尺寸應盡量小，以減少主軸前端的懸伸量。密封裝置應便于主軸組件的裝拆。因此，我將采用氣幕密封。氣體由經(jīng)吹氣孔吹入，在兩個回轉密封圈之間形成氣幕。此種密封方式在滿足以上要求的同時，具有良好的防塵效果。4.5 主軸冷卻設計主軸冷卻示意圖如圖4.5所示。圖4.5 主軸冷卻示意圖為提高主軸和刀具的壽命，必須采取合理的主軸冷卻方式。設計合理的冷卻系統(tǒng)。使其能夠增加切削刀具的耐用度，我考慮為刀具切削及主軸冷卻提供一種新的方法。要滿足以下要求：不影響刀具的剛度、強度；不影響刀具的切削功能；使用、制造方便，制冷效果好，成本低，可靠性高，便于操作。因此，我采用主軸內(nèi)冷設計。使冷卻液經(jīng)主