一種銑削組合機(jī)床及主軸箱設(shè)計大學(xué)畢設(shè)論文

摘要組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機(jī)床。具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，可以減小占地面積、有利于實現(xiàn)工序集中，工作的質(zhì)量更為可靠，同時由于可以縮短設(shè)計和制造周期，故可以減少投資，因而可以獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，大大提高生產(chǎn)率等。此次設(shè)計的題目是一種銑削組合機(jī)床及主軸箱設(shè)計。以實現(xiàn)工序集中，提高生產(chǎn)加工效率，提高加工精度。為完成該篇設(shè)計，查閱了大量的文獻(xiàn)，主要參考設(shè)計手冊以及他人設(shè)計流程，以進(jìn)行本次設(shè)計。完成該論文過程中，從所需加工的目標(biāo)零件入手，確定本次設(shè)計所需達(dá)到的精度尺寸要求，并針對待加工零件對機(jī)床展開總體的設(shè)計規(guī)劃。該設(shè)計的大概設(shè)計思路流程為：首先，根據(jù)需求以及各種規(guī)范，確定機(jī)床的總體布局，力求布局的合理與緊湊；然后，進(jìn)一步細(xì)化各個結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對主軸箱進(jìn)行設(shè)計。在主軸箱的設(shè)計過程中，需要從主軸入手，在滿足剛度、精度等要求下，實現(xiàn)其功能結(jié)構(gòu)要求，完成其它相應(yīng)零件的設(shè)計。本次設(shè)計初步完成了一種銑削組合機(jī)床及主軸箱設(shè)計。完成了總體方案的選擇與確定；零構(gòu)件的設(shè)計與選??；畫出總體方案系統(tǒng)圖及其布置圖。并對主軸組件完成了：主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計；相關(guān)圖紙的繪制。關(guān)鍵詞：銑削組合機(jī)床；銑削機(jī)床；主軸箱AbstractCombinationmachinetoolsbasedongeneralparts,accordingtothespecificshapeofthepartandprocessdesignofspecialcomponentsandfixture,composedofdedicatedsemi-automaticandautomaticmachinetools.Hasthefollowingadvantages:compactstructure,canreducecoveranareaofanarea,isadvantageoustotheimplementationprocess,thequalityoftheworkismorereliable,atthesametimebecausecanshortenthedesignandmanufacturingcycle,socanreducetheinvestment,andthereforecanobtainahighereconomicefficiency,improvetheproductivity,etc.Thetopicofthisdesignisacombinationofmillingmachineandspindleboxdesign.Inordertorealizetheprocess,improvetheefficiencyofproductionandprocessing,improvethemachiningaccuracy.Tocompletethedesign,alargenumberofliteratures,themaindesignprocess,refertothemanualdesignandothersforthisdesign.Tocompletethepaperintheprocess,fromthetargetpartsoftheprocessingrequired,determinethedesignneededtomeettherequirementsoftheprecisionofthesize,andanoveralldesignplanofncmachinetoolsformachiningparts.Aboutdesignthinkingprocessofthedesignasfollows:firstofall,accordingtotherequirementsaswellasavarietyofspecifications,determinethegenerallayoutofmachinetool,makeseveryefforttoreasonablelayoutandcompact;Thenfurtherrefinethestructuredesignofspindleboxdesign.Intheprocessofthedesignofspindlebox,need,fromtheperspectiveofthemainshaft,insatisfiestherequirementofstiffness,precision,etc,toachieveitsfunctionstructure,completedesignofotherrelevantparts.Thepreliminarydesigntocompleteacombinationofmillingmachineandspindleboxdesign.Completedtheoverallschemeselectionanddetermine;Zerocomponentdesignandselection;Drawtheoverallschemesystemdiagramandtheplan.Andthespindlecomponentcompleted:thestructureofthespindlecomponentdesign,programdesign,technicaldesignandstructuredesign;Drawtherelevantdrawings.Keywords：Millingcombinationmachinetools;Millingmachine;Thespindlebox

目錄TOC\h\z\t"標(biāo)題1,1,標(biāo)題2,1,無間隔,1"12500第一章緒論 主軸組件設(shè)計機(jī)床的執(zhí)行件主要是主軸組件，其主要作用是起支承作用以及帶動工件或刀具實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動，以實現(xiàn)工件的表面成形作業(yè)，與此同時主軸組件還起到傳遞運動、扭矩、力的作用。主軸組件作為機(jī)床中的一個關(guān)鍵組件，其性能可以直接影響到機(jī)床的性能，如加工精度、生產(chǎn)效率等。主軸起到傳遞運動、傳遞扭矩以及傳遞動力的作用，在工作過程中，需要確保傳動件以及支承處于正常作用狀態(tài)，在機(jī)床工作過程中，主軸不但需要直接承受切削力，同時還要帶動工件或刀具運動，以實現(xiàn)工件的表面成形運動，因此對主軸的設(shè)計具有較高的要求。3.1主軸的基本要求3.1.1旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度指的是主軸處于手動檔位或者是處于低速空載狀態(tài)時時，主軸的各種跳動值，主要可以分為主軸直徑方向的徑向跳動△r以及主軸的端面的端面跳動△a以及主軸的軸向的竄動值△o。如下圖4所示：圖中實線所畫的直線表示理想軸線，虛線所畫的直線表示實際軸線。當(dāng)主軸處于工作狀態(tài)時，處于此時的旋轉(zhuǎn)的速度之下，主軸在以該速度運動時的回轉(zhuǎn)軸線在空間中造成的漂移量稱之為運動精度。旋轉(zhuǎn)精度在很大程度上與機(jī)床的主軸的各部件的制造精度以及裝配精度等有關(guān)；而運動精度除此之外還與主軸正常工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速、機(jī)床所選取的軸承的靜態(tài)、動態(tài)性能和構(gòu)件間及零件自身潤滑效果以及主軸的各部件的靜態(tài)、動態(tài)特性等因素有關(guān)。3.1.2剛度剛度（K)是指主軸在承受外部載荷的情況下，主軸自身能夠抵抗在和所造成的變形的能力，如圖5所示，其表達(dá)式為K=F/y（單位為N/m），而其倒數(shù)y/F定義為柔度。主軸的組件的剛度主要取決于主軸各部分的剛度、所選取的軸承的類型、性能的剛度以及所設(shè)計的支承座的整體剛度等，它的剛度很大程度上直接影響著組件的旋轉(zhuǎn)精度。很明顯可知，剛度越高，則相應(yīng)的主軸受外載荷作用后所產(chǎn)生的變形越小，相反如果主軸部件的剛度不滿足要求，則會直接影響機(jī)床的加工精度，例如：主軸的前端所產(chǎn)生的彈性變形就可以直接影響被加工零件的制造精度；同時，剛度不足也會影響機(jī)床的傳動質(zhì)量，主軸由于剛度不足造成的的彎曲變形將會影響齒輪的嚙合，傳動狀況將會進(jìn)一步惡化，額外的力的產(chǎn)生將會加速零件的磨損，并會因此縮短機(jī)床整體的使用壽命；而額外產(chǎn)生的載荷將會很大程度上影響工件加工過程的平穩(wěn)性，這一狀況的發(fā)生將會導(dǎo)致使主軸在不斷發(fā)生變化的切削力以及傳動力等的綜合作用下，產(chǎn)生振動。圖4主軸的旋轉(zhuǎn)誤差圖5主軸組件靜剛度3.1.3抗振性抗振性是指主軸組件能夠抵抗受迫振動以及抵抗自激振動等形式的振動并能夠保持繼續(xù)平穩(wěn)作業(yè)的能力。主軸振動的產(chǎn)生主要是由于，切削過程中，主軸組件不僅受到靜載荷的作用，同時也會受動載荷的作用，例如：沖擊載荷、交變載荷等[。抗振性差的組件，則抵抗振動的能力弱，因此運行時較為容易產(chǎn)生較大的振動，而振動對于被加工件的表面質(zhì)量會造成非常惡劣的影響，此外，振動還會降低刀具的壽命，加速刀具磨損以及主軸軸承的使用年限。抵抗受迫振動的能力主軸上的旋轉(zhuǎn)零件由于加工等原因會產(chǎn)生質(zhì)量的不均勻，因此而產(chǎn)生質(zhì)量偏心，最終造成離心力的產(chǎn)生，同時，由于傳動件不能保持以均勻的速度運動，因此會造成慣性力的產(chǎn)生。此外，由于不連續(xù)的切削運動而產(chǎn)生切削力且會以一定的周期循環(huán)。這些力稱之為干擾力，將會造成主軸組件產(chǎn)生受迫振動，最終將導(dǎo)致刀具、工件的振動，振動將會導(dǎo)致加工精度的降低，在加工表面上產(chǎn)生的振文會使加工質(zhì)量的下降，被加工零件的表面粗糙度因此而大大的增加。根據(jù)要求可知，設(shè)計需要首先確定主軸的前端所能允許最大的振幅，然后根據(jù)振幅值計算或通過實驗測定主軸組件在各種動載荷作用下前端的振動的幅值大小，得出結(jié)果數(shù)值后同所允許的最大幅度值進(jìn)行比較，以此來判斷該設(shè)計是否滿足要求。需要注意的是，由于當(dāng)我們單獨的對主軸組件進(jìn)行相關(guān)分析時，無法求得全部的振幅信息，而只能得到切削部位附近的主軸振幅，由于所得信息有限，故只能通過該值部分地反映在刀具和被加工零件之間的相對振幅。而且，激振頻率對刀具與被加工零件的相對振幅關(guān)系有一定的影響，而其間的關(guān)系主要依靠試驗來確定。抵抗切削自激振動的能力對金屬進(jìn)行切削加工時，雖然金屬并未受到外界干擾動載荷作用，但是由于機(jī)床—工件—刀具三部分構(gòu)成了一個彈性系統(tǒng)，該系統(tǒng)所產(chǎn)的振動作用反饋到切削過程中，因此，將會引起刀具與工件之間的強(qiáng)烈振動，稱為切削自激振動，又可以簡稱為顫振，此外，顫振具有一定的周期性。顫振的產(chǎn)生不可避免帶來一系列的危害，例如導(dǎo)致加工表面質(zhì)量下降，嚴(yán)重的情況下，甚至可能導(dǎo)致切削難以進(jìn)行，為解決此種現(xiàn)象，只能被迫降低切削用量。正是因此，所以我們通常根據(jù)加工過程中所發(fā)生顫振的條件來確定而非機(jī)床的功率來確定其切削用量的極限值。機(jī)床切削過程時，顫振的從無到有有明顯的界限，我們將這個這個界限稱之為穩(wěn)定性的極限，也可以稱之為使機(jī)床獲得穩(wěn)定性的條件。對現(xiàn)有的各類機(jī)床進(jìn)行大量的試驗后可以得出，切削自振頻率通常與主軸組件彎曲振動的低階固有頻率較為接近。因此可以得出結(jié)論，即顫振的產(chǎn)生主要是由于主軸組件的振動導(dǎo)致的。因此，將主軸組件單獨拿出來進(jìn)行分析時，主軸組件抵抗切削自振的能力的判定可以通過主軸前端在切削部位形成的激振點的動柔度的最大負(fù)實部來進(jìn)行判定。對于非精加工機(jī)床，由于其切削寬度相對較大，因此產(chǎn)生切削自振的可能性也相對較高，但是由于對加工表面質(zhì)量要求較低，所以可優(yōu)先考慮未顫振時的其他條件。但是對于精密機(jī)床，其切削用量相對較小，因此產(chǎn)生切削自振的可能性也相對比較低，但是因為精度要求較高所以導(dǎo)致允許的振幅較小，因此，設(shè)計過程中可主要考慮抵抗受迫振動的能力。對于高速機(jī)床，因為轉(zhuǎn)速提高會導(dǎo)致激振力幅頻的急速增加，因此受迫振動和自激振動都較為明顯。因此二者均應(yīng)考慮。3.1.4溫升和熱變形相對運動會導(dǎo)致接觸面上的摩擦，因此會產(chǎn)生一定熱量，主軸組件在摩擦和攪油工作時將會產(chǎn)生溫升，溫升將會導(dǎo)致主軸組件材料參數(shù)發(fā)生變化進(jìn)而導(dǎo)致主軸形狀和位置畸變，這種現(xiàn)象稱之為熱變形。熱變形的度量應(yīng)以一定時間段之后，主軸組件的各部分所產(chǎn)生的位置的變化為準(zhǔn)。溫升與熱變形的存在，會大大降低各部件間相對位置精度，因此會導(dǎo)致被加工零件的加工精度降低，且精度越高的機(jī)床所受的影響越大；熱造成的變形會導(dǎo)致主軸彎曲，因此，軸承與齒輪等零件的受力狀態(tài)將會改變，因而其工作狀態(tài)將會變壞；同時，變形還使軸承與軸，軸承與支承座之間的配合、間隙改變，使軸承不能工作在正常狀態(tài)，不但不利于傳動的進(jìn)行，降低傳動精度，而且將會大大縮短軸承使用壽命，此外當(dāng)間隙過小時，各接觸零件的磨損將會大大加劇，甚至導(dǎo)致軸承抱軸現(xiàn)象的發(fā)生，使傳動無法繼續(xù)。軸承間隙及預(yù)緊力的大小、軸承的類型的選取以及軸承的布置方式、選取的潤滑方式和機(jī)床的散熱條件等都將會影響主軸組件的溫升以及熱變形的程度。3.1.5耐磨性耐磨性又稱之為精度的保持性，指的是零件可以長期保持其原始精度的能力。通常情況下，硬度越高，零件的耐磨性就越好。因此，主軸組件各個存在相互運動的表面，例如主軸端部定位面、錐孔，軸承與軸的配合表面，各個傳動接觸嚙合表面，都需要具有一定的硬度要求以滿足其耐磨性，使機(jī)床的精度得以長期保持。提高耐磨性的方式有很多，例如合理的選取機(jī)床各個構(gòu)件的材料及熱處理方法從材料上進(jìn)行改變或是改變外部的影響，例如合理選擇潤滑方式，合理調(diào)整軸承間隙等。3.1.6其他主軸組件除應(yīng)保證上述基本要求外，還應(yīng)滿足下列要求：(1)主軸的定位可靠。要保證主軸在軸向以及徑向受到載荷作用時具有可靠的徑向和軸向定位，保持其位置及其工作狀態(tài)，這樣才能保證切削力和傳動力過軸承可靠地傳至基礎(chǔ)零件上。(2)主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)保證工件或刀具在保證一定的精度之下具有合理可靠的定位及夾緊。(3)結(jié)構(gòu)工藝好。在實現(xiàn)其基礎(chǔ)功能的同時，也應(yīng)該同時兼顧其生產(chǎn)加工、維護(hù)維修、零件替換等的方便程度及成本。3.2主軸組件的布局主軸組件的設(shè)計，必需要在滿足各種基本要求的情況下，綜合考慮實際情況以及各構(gòu)件間的傳動與配合，從而對主軸組件進(jìn)行合理的的布局。機(jī)床主軸的支撐方式通常有前、后兩個支承以及前、中、后三個支承兩種，而又以以前者較為多見]。兩點支承式的選取，需要進(jìn)行軸承類型及型號的選取、軸承間的組合以及布置方式的合理設(shè)計。設(shè)計以及選取主要依靠該設(shè)計要求中主軸組件所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速、精度、承載能力、抗干擾能力、剛度等要求，并同時需要兼顧經(jīng)濟(jì)性原則。選擇具體要求如下：3.2.1適應(yīng)剛度和承載能力的要求主軸軸承選型主要根據(jù)剛度要求和承載能力要求以及所受載荷類型。徑向載荷較大時，可選用滾子軸承；較小時，可選用球軸承。所需要的剛度及其承載能力較大時可以選用雙列軸承的布置方式。此外，多個軸承的應(yīng)用加大了受力點的支撐，可以很大提高支承剛度和承載能力。一般來說，在支撐方式的選擇上，由于前支承剛度對主軸組件剛度的影響要比后支承的大，因此前支承的剛度應(yīng)該大于后支撐的剛度更有利于組件剛度的提高。表3所示為滾動軸承和滑動軸承的比較：表3滾動軸承和滑動軸承的比較[15]基本要求滾動軸承滑動軸承動壓軸承靜壓軸承旋轉(zhuǎn)精度精度一般或較差?？稍跓o隙或預(yù)加載荷下工作。精度也可以很高，但制造困難單油楔軸承一般，多油楔軸承較高可以很高剛度僅與軸承型號有關(guān)，與轉(zhuǎn)速、載荷無關(guān)，預(yù)緊后可提高一些隨轉(zhuǎn)速和載荷升高而增大與節(jié)流形式有關(guān)，與載荷轉(zhuǎn)速無關(guān)承載能力一般為恒定值，高速時受材料疲勞強(qiáng)度限制隨轉(zhuǎn)速增加而增加，高速時受溫升限制與油腔相對壓差有關(guān)，不計動壓效應(yīng)時與速度無關(guān)抗振性能不好，阻尼系數(shù)D=0.029較好，阻尼系數(shù)D=0.055很好，阻尼系數(shù)D=0.4速度性能高速受疲勞強(qiáng)度和離心力限制，低中速性能較好中高速性能較好。低速時形不成油漠，無承載能力適應(yīng)于各種轉(zhuǎn)速摩擦功耗一般較小，潤滑調(diào)整不當(dāng)時則較大f=0.002～0.008較小f=0.001～0.008本身功耗小，但有相當(dāng)大的泵功耗f=0.0005～0.001噪聲較大無噪聲本身無噪聲，泵有噪聲壽命受疲勞強(qiáng)度限制在不頻繁啟動時，壽命較長本身壽命無限，但供油系統(tǒng)的壽命有限3.2.2適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求不同型號和規(guī)格的軸承對應(yīng)著的最高轉(zhuǎn)速同，軸承的規(guī)格與精度等級越低和最高轉(zhuǎn)速成反比。對于承受徑向載荷的軸承，圓柱滾子軸承比圓錐滾子軸承極限轉(zhuǎn)速高。對于承受軸向載荷的軸承中，可承受極限轉(zhuǎn)速大小順序依次為向心推力軸承、推力球軸承的次之、圓錐滾子軸承，承載能力反之。因此，由于承載能力和極限轉(zhuǎn)速之間的矛盾，所以需綜和考慮要求以選擇軸承型式。3.2.3適應(yīng)精度的要求起止推作用的軸承的布置有三種方式：前端定位、后端定位、兩端定位。其特區(qū)別為止推軸承所在位置。若集中布置在前支承，則稱之為前端定位；此時的特點是：由于前端定位，所以主軸受熱膨脹將會向后延伸，這樣雖然并不影響軸向的定位精度，但是會造成軸承間隙的調(diào)整變困難，且前端支撐處發(fā)熱量變大。若集中布置在后支承，則稱之為后端定位；此時的特點與前端定位恰好相反。若集中分別布置在前、后支承，則稱之為兩端定位，此時的特點是：由于主軸受熱膨脹，發(fā)生變形，軸承的軸向間隙變化比較大，甚至可能發(fā)生彎曲。3.2.4適應(yīng)結(jié)構(gòu)的要求如果主軸組件有較高的剛度、承載能力要求時，為同時滿足其在結(jié)構(gòu)上尺寸緊湊的要求，可在一個支承中配置多個軸承。由于軸間距很小的多主軸機(jī)床存在尺寸與功能的約束，因此受到了很大的結(jié)構(gòu)限制，故可以采用滾針軸承和推力軸承的搭配來滿足要求。3.2.5適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性要求設(shè)計在滿足性能和結(jié)構(gòu)等的要求外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性。盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，且大批量生產(chǎn)的滾動軸承，當(dāng)沒有標(biāo)準(zhǔn)的大型號滾動軸承時，可采用動壓軸承或靜壓軸承。但在中速重載時，宜采用圓錐滾子軸承。綜上，本設(shè)計如下表4：表4軸承選擇項目內(nèi)容支承方式兩支承主軸軸承選取前支承：雙列向心短圓柱滾子軸承和推力球軸承的組合后支承：圓柱滾子軸承軸承精度前支撐D級精度后支撐E級精度軸承內(nèi)孔錐孔，錐度為1：123.3主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定主軸的結(jié)構(gòu)的確定是由主軸上所安裝的零構(gòu)件所決定。例如，主軸上所需安裝的零構(gòu)件種類、數(shù)量、尺寸、密封情況、位置要求、定位方式、加工及裝配要求等等。此次設(shè)計的主軸，為了滿足剛度要求及止推定位要求以及刀具拉桿的方便，設(shè)計成階梯空心軸。主軸前端的形狀應(yīng)保證其上所安裝的夾具或刀具的可靠性與定位的準(zhǔn)確性，同時應(yīng)滿足扭矩的傳遞要求以及裝卸的方便性。主軸端部根據(jù)《金屬切削機(jī)床設(shè)計》第135頁，選短圓錐法蘭盤式結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如下所示：圖6短圓錐法蘭盤式主軸端部結(jié)構(gòu)3.4主軸的材料與熱處理主軸材料主要根據(jù)設(shè)計要求的剛度、強(qiáng)度、耐磨性、載荷形式和熱敏感性等因素選取。剛度與材料的彈性模量E值有關(guān)，為獲得較大的剛度，且綜合經(jīng)濟(jì)性原則，優(yōu)先選用鋼材（鋼的E值2.1×10N/cm左右）。由于鋼的彈性模量E的數(shù)值和鋼的種類和熱處理方式無關(guān)，考慮到經(jīng)濟(jì)性的問題選用價格較為便宜的中碳鋼，對性能要求較高時，如承載能力、耐熱耐磨程度及變形要求等，可選用合金鋼。為了提高接觸剛度，配合表面強(qiáng)度，減少內(nèi)應(yīng)力，改善綜合性能，需對軸進(jìn)行熱處理45鋼主軸熱處理情況見下表5：表5使用滾動軸承的45鋼主軸熱處理等參數(shù)工作條件使用機(jī)床材料牌號熱處理硬度常用代用輕中負(fù)載車、鉆、銑、磨床主軸4550調(diào)質(zhì)HB220～250輕中負(fù)載局部要求高硬度磨床的砂輪軸4550高頻淬火HRC52～58輕中負(fù)載PV≤400（N·m/cm·s）車、鉆、銑、磨床的主軸4550淬火回火高頻淬火HRC42～50HRC52～58此次設(shè)計，機(jī)床主軸選用45鋼。根據(jù)表5中，因工況為輕、中負(fù)荷，局部要求高硬度，故熱處理采用高頻淬火，HRC52～58。3.5主軸的技術(shù)要求主軸的精度是整體精度的關(guān)鍵因素，因為會直接影響到主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。主軸和軸承、齒輪等零件接觸表面的粗糙度會直接影響接觸剛度，接觸表面粗糙度愈低，加工的表面形狀越是準(zhǔn)確，變形越小，即接觸剛度越高。3.5.1軸頸首先考慮軸頸。支承軸頸在主軸工作、加工及檢查主軸精度時，作為基準(zhǔn)，發(fā)揮了重要作用。普通精度級機(jī)床的主軸，取尺寸精度為IT5，幾何形狀允差小于直徑公差的1/4～1/2。3.5.2內(nèi)錐孔內(nèi)錐孔是主軸中心線的基準(zhǔn)，為了便于刀具和頂尖裝拆，必須耐磨。要求一定的形狀誤差、表面粗糙度和硬度、同軸度等，一般以距錐孔端部100～300毫米處的徑向跳動表示。3.6主軸組件的計算主軸組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：主軸的平均直徑D、內(nèi)孔直徑d；主軸懸伸量a；支承跨距L等。具體選擇方式如下：3.6.1主軸直徑的選擇根據(jù)《金屬切削機(jī)床設(shè)計》第157頁表5-12，由功率選擇主軸前軸頸直徑D，如下表6所示：已知主電機(jī)功率P=4KW，銑床，由表，初取D=80。根據(jù)下列經(jīng)驗公式：D=（0.7～0.85）D(3-1)式中：D-前軸頸直徑D-后軸頸直徑因此，有D=（0.7～0.85）D=（0.7～0.85）×80=56～68，取D=65。表6主軸前軸頸直徑D的選擇機(jī)床功率（千瓦）機(jī)床1.47～2.52.6～3.63.7～5.55.6～7.37.4～1111～14.7車床60～8070～9070～10595～130110～145140～165銑床50～9060～9060～9575～10090～105100～115外圓磨床—50～9055～7070～8075～9075～1003.6.2主軸前后支承軸承的選擇1.主軸前支承軸承的選擇根據(jù)《金屬切削機(jī)床設(shè)計簡明手冊》P375頁，選取軸承型號為3182116。其中，d=80，D=125，B=34，D=91，D=117，D=117，r=1。參數(shù)如圖7所示：圖7雙列向心短圓柱滾子軸承（GB285-87）結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸選取主軸前支承的推力球軸軸承型號為8215。其中，d=75，d=75.2，D=110，H=27,D=86,D=99，r=1。參數(shù)如圖8所示：2.主軸后支承軸承的選擇選取圓柱滾子軸承型號為2213。其中：d=65，D=120，B=23，D=77，D=110，r=1.5。參數(shù)如圖9所示：圖8推力球軸承（GB301-84）結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸圖9圓柱滾子軸承（GB283-87）結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸3.6.1主軸直徑的選擇直徑須同時滿足剛度及功能結(jié)構(gòu)要求，計算如下：由材料力學(xué)知：===1-（）=1-(3-2)根據(jù)此式知：≥0.7時，剛度急劇下降，故使<0.7，即d<0.7D。故：d<0.7D=0.7×65=45.5取=0.5，則：d<0.5D=0.5×65=32.5圓整后取為30。3.6.4主軸前端懸伸量主軸前端懸伸量a也在很大程度上影響主軸組件剛度。其值越小，剛度越好。因此，在滿足其他要求前提下，a越小越好。初算時，由《金屬切削機(jī)床設(shè)計》可得：a=（1.25～2.5）D=（1.25～2.5）×80=100～200初取a=120。3.6.5主軸支承跨距主軸支承跨距L直接影響主軸剛度。有相關(guān)資料可知，懸伸量較大時，取L≤2.5a為宜。故：L≤2.5a=2.5×120=300取L=280。3.7主軸結(jié)構(gòu)圖由以上可知，主軸的結(jié)構(gòu)如圖10所示：圖10主軸結(jié)構(gòu)圖3.8主軸組件的驗算由于載荷一定時，剛度與彈性變形成反比。因此，可以根據(jù)彈性變形量，例如：主軸端部撓度和主軸傾角的計算得到靜剛度。3.8.1主軸端部撓度1.支承的簡化對于兩支承主軸，可化簡為簡支梁或固定端梁，具體如圖11，12所示：圖11主軸組件簡化為簡支梁圖12主軸組件簡化為固定端梁此次設(shè)計可簡化為圖12所示。2.主軸的撓度查《材料力學(xué)I》，分析受力如下圖13所示：圖13固定端梁在載荷作用下的變形根據(jù)圖13，可得此時的最大撓度=-(3-3)其中，F(xiàn)—主軸前端受力。l—A、B之間的距離。E—主軸材料的彈性模量。I—主軸截面的平均慣性矩。當(dāng)主軸平均直徑為D，內(nèi)孔直徑為d時，I=。由于：F=F=1213.1Nl=a=12cmE=2.1×10N/cmD==133故主軸端部的最大撓度：=-1.87×10mm3.主軸傾角主軸的傾角是指主軸與傳動齒輪處的傾角。主軸前支承處的傾角根據(jù)圖13，可得此時的最大傾角=-(3-4)其中，F(xiàn)—主軸前端受力。l—A、B之間的距離。E—主軸材料的彈性模量。I—主軸截面的平均慣性矩。當(dāng)主軸平均直徑為D，內(nèi)孔直徑為d時，I=。(3-5)故可計算出，主軸傾角為：=-2.3×10rad查《組合機(jī)床設(shè)計》第一冊中機(jī)械部分的第670頁，可知：當(dāng)x≤0.0002Lmm≤0.001rad時，剛性主軸的剛度滿足要求。經(jīng)驗證初步設(shè)計的主軸滿足剛度要求。3.9主軸組件的潤滑和密封3.9.1主軸軸承的潤滑滾動軸承的潤滑通常分為潤滑油和潤滑脂兩種。所以，此次設(shè)計運動速度較低，采用潤滑脂可得到較低的溫升及減少泄漏。3.9.2主軸組件的密封密封影響潤滑效果及工作性能，因此需要重視。因此，為了防止外界雜物進(jìn)入，影響潤滑，磨損軸表面，降低加工精度及主軸壽命，采用迷宮式密封，中填潤滑脂，徑向尺寸小于等于0.3mm，，軸向尺寸小于等于1.5mm。結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖14所示：圖14迷宮式密封裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)其中，d=80，D=130，e=13.10主軸組件中相關(guān)部件3.10.1軸肩擋圈軸承之間所用的擋圈選取結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖15所示：圖15軸肩擋圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)其中，D=95，d=80，H=63.10.2擋圈兩推力球軸承之間用的擋圈軸向尺寸取為6mm，徑向尺寸依主軸套筒尺寸而定。3.10.3圓螺母設(shè)計中采用兩個圓螺母，以及止動螺釘來鎖緊軸承及套筒的定位。圓螺母具體的參數(shù)結(jié)構(gòu)如下圖16所示：圖16圓螺母（GB812-88）其中，鎖緊推力球軸承的圓螺母，D×p=M80×2，d=115，d=103，m=15，h=10.36，h=10，t=4.75，t=4，C=1.5，C=1鎖緊套筒用的圓螺母，D×p=M72×2，d=105，d=93，m=15，h=10.36，h=10，t=4.75，t=4，C=1.5，C=13.10.4套筒兩推力球軸承之間用套筒進(jìn)行定位，取軸向尺寸92，徑向厚度2.5mm，采用一端加工外螺紋一端固定的方式，其中外螺紋長26，M80×1.5，緊定螺釘固定，套筒結(jié)構(gòu)如圖17所示；緊定螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)如圖18所示；主軸上的小孔的結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖19所示：緊定螺釘參數(shù)：M8×1.25，l=10，d=5.5，n=1.2,t=2圖17兩推力球軸承內(nèi)用套筒結(jié)構(gòu)參數(shù)孔的參數(shù)：d=6，c=5，h≥5圖18開槽平端緊定螺釘圖19軸上固定螺釘用的孔3.10.5前、后支承的軸承蓋為了減少雜志進(jìn)入，保證工作的可靠性及主軸零構(gòu)件壽命，軸承應(yīng)安裝上軸承蓋，設(shè)計如下圖20、21所示：圖20前支承用軸承蓋其中，d=124，D=153圖21后支承用軸承蓋其中，d=64，D=153，a=5，b=553.10.6主軸用套筒及其鎖緊部分主軸用套筒的結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖21所示：套筒的鎖緊部分采用彈性套，彈性套的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)如下圖22所示：鎖緊螺栓取M24螺栓，圖圖21主軸用套筒的結(jié)構(gòu)及參數(shù)結(jié)構(gòu)如下圖22所示，參數(shù)有：l=100，b=54，c=0.2，d=26.4，d=24，d=33.6，e=40，f=4，k=15，k′=10.3，r=0.8，s=36，l=31，l=46圖22彈性套結(jié)構(gòu)及參數(shù)3.10.7主軸尾部的內(nèi)花鍵組合銑床采用花鍵連接，結(jié)構(gòu)如圖23所示，查《金屬切削機(jī)床設(shè)計簡明手冊》有：d=42，N=8，D=46，B=8圖23鎖緊螺栓的結(jié)構(gòu)及參數(shù)沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文圖24主軸尾部的內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)及參數(shù)3.11主軸組件軸向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主軸組件的軸向調(diào)節(jié)采用絲杠螺母調(diào)節(jié)。絲杠主要承受軸向力，故需要徑向的支撐，此處采用推力球軸承。螺母實現(xiàn)主軸的軸向調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)示意圖如圖24所示：3.11.1絲杠螺紋絲杠采用梯形螺紋，取螺紋直徑為36，其余參數(shù)有：圖25絲杠螺母支承簡圖P=6，d=36，d=33，d=29，l=703.11.2絲杠軸承的選擇支承精度直接影響著絲杠的精度，此處精度選用常用的D級精度軸承，選用推力球軸承8209，參數(shù)為：d=45，d=45.2，D=73，H=20，D=55，D=63其結(jié)構(gòu)如下圖26所示。圖26推力球軸承（GB301-84）結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸3.11.3絲杠螺母取絲杠的螺母內(nèi)螺紋為M36×6的梯形螺紋，軸徑20，到軸端距離75，過盈配合。3.11.4絲杠中段螺紋取絲杠中段為三角螺紋，直徑為M42，螺距P=1.5，軸承擋圈為M42×1.5，d=40.917，d=41.35，l=10，D=55。3.11.5絲杠上的內(nèi)隔套內(nèi)隔套的內(nèi)徑為45，d=45，D=55，l=20結(jié)構(gòu)如下圖27所示：圖27內(nèi)隔套的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)3.11.6絲杠上調(diào)節(jié)用錐齒輪采用正交的直齒圓錐齒輪。取傳動比為i=1以減少傳動誤差，保證調(diào)節(jié)可靠性。綜合考慮后，取8級精度。初取齒數(shù)Z=18，分度圓直徑d=60，計算可得模數(shù)為：m==≈3.33取標(biāo)準(zhǔn)值m=3.25，有：d=mz=3.25×18=58.5計算錐齒輪參數(shù)如下：分度圓直徑dd=d=58.5齒數(shù)zz=z=18大端模數(shù)mm=d/z=d/z=3.25節(jié)錐角=arctgz/z=45°，=90°-=45°錐距RR=d/2sin=d/2sin=41.37齒寬bb=b≤R≤0.33×41.37≤13.65(≤0.33，齒寬系數(shù))變位系數(shù)xx=-x=0.46[1-(z/z)]=0齒頂高h(yuǎn)h=m(1+x)=3.25，h=m(1-x)=3.25齒根高h(yuǎn)h=m(1.2-x)=3.9，h=m(1.2+x)=3.9齒頂間隙cc=0.2m=0.65齒根角=arctgh/R≈5.4°，=arctgh/R≈5.4°齒頂角=arctgh/R≈4.49°，=arctgh/R≈4.49°齒頂圓錐角 =+=45°+4.49°=49.49°， =+=49.49°齒根圓錐角=-=39.6°，=-=39.6°齒頂圓直徑dd=d+2hcos=63.10，d=d+2hcos=63.10節(jié)錐頂點到輪冠距離AA=d/2-hsin=26.95，A=d/2- hsin=26.953.12箱體設(shè)計箱體需滿足體積小、重量輕、節(jié)約材料、便于散熱與使用等要求，設(shè)計如下：1.箱體的頂部需設(shè)置一箱體蓋以便于維護(hù)和加工。如圖28所示。圖28箱體蓋2.由于采用花鍵連接，所以留有相應(yīng)的螺紋孔。第三，留有足夠空間以保證扳手的使用。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章結(jié)論第四章結(jié)論組合機(jī)床具有結(jié)構(gòu)緊湊，可以減小占地面積、有利于實現(xiàn)