車床主軸組件設(shè)計（以MJ20為參考）

項目名稱車床主軸回轉(zhuǎn)精度測量及其主軸組件設(shè)計學(xué)院專業(yè)年級班別學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師實驗時間設(shè)計說明書

目錄第一部分項目概述 第一部分項目概述一、項目的性質(zhì)和目標(biāo)本課程為基于問題研究的項目課程。學(xué)生帶著解決特定工藝要求、功能和性能指標(biāo)要求的制造裝備設(shè)計問題，在實驗室取得對工藝裝備感性認(rèn)識，應(yīng)用工程力學(xué)、機械設(shè)計、機械制造、互換性與公差測量技術(shù)等相關(guān)專業(yè)知識，對問題展開綜合分析和研究，運用計算機設(shè)計和仿真分析工具軟件，以團隊合作形式分組完成對工藝裝備設(shè)計的綜合性項目訓(xùn)練。全面了解開發(fā)、設(shè)計一種裝備產(chǎn)品的基本過程，初步掌握針對給定的制造工藝工程，設(shè)計滿足特定工藝條件下的工藝裝備或裝備的主要功能部件能力，并培養(yǎng)學(xué)生正確運用工程技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)設(shè)計文件的能力。通過本項目，模擬實際情況得到解決機械制造工藝裝備設(shè)計技能方面的訓(xùn)練。具體要達(dá)到以下目標(biāo)：(1)掌握針對給定的生產(chǎn)條件，綜合考慮制造工藝要求、可制造性和經(jīng)濟新、安全性等問題，設(shè)計滿足特定工藝條件下的工藝裝備或裝備的主要功能部件能力。(2)掌握運用計算機設(shè)計和分析仿真工具軟件完成綜合性的設(shè)計、仿真分析，發(fā)現(xiàn)和預(yù)測裝備設(shè)計中可能的缺陷和局限性，提出改進(jìn)措施的能力。(3)培養(yǎng)團隊協(xié)作能力和責(zé)任心，能在分組討論、方案擬定、設(shè)計仿真中承擔(dān)正確的角色和應(yīng)有的責(zé)任。(4)掌握正確理解工藝需求，按工程技術(shù)規(guī)范表達(dá)設(shè)計思想、撰寫項目報告和編制技術(shù)文件的能力，并能夠通過PPT和項目答辯對設(shè)計意圖進(jìn)行有效陳述。二、項目的任務(wù)和要求本次設(shè)計任務(wù)針對學(xué)院實驗中心現(xiàn)有的裝備或模型，通過觀摩、外圍零部件的拆裝、查找圖書資料、網(wǎng)絡(luò)收集技術(shù)資料等方法，對裝備或關(guān)鍵零部件進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計。具體包括以下任務(wù)和要求：(1)實驗操作學(xué)生通過操作、使用、觀摩及測繪等的動態(tài)工作過程，了解裝備的工藝條件、生產(chǎn)環(huán)境和工作原理，拆分工藝裝備運動傳動鏈；熟悉多種部件機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和功能，掌握機械部件的裝配結(jié)構(gòu)，公差選擇和標(biāo)注原則。(2)問題分析及方案指標(biāo)制定在實驗室工作的基礎(chǔ)上，分組研究制定工藝裝備的設(shè)計方案，研究運動、結(jié)構(gòu)、工藝性和成本等制約因素及沖突，發(fā)現(xiàn)問題并研究就覺方案；分析機械裝置各零件運動聯(lián)系方式，確定機械的傳動鏈以及工作原理，繪制機械結(jié)構(gòu)運動簡圖。確定小組分工與配合工作任務(wù)，明確個人在項目中的任務(wù)角色和職責(zé)范圍；確定裝備設(shè)計功能和性能指標(biāo)。(3)裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真運用3D設(shè)計軟件，學(xué)生對機械裝備本體進(jìn)行設(shè)計，要求能正確地反映設(shè)備的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。以小組為單位測繪一個裝備或關(guān)鍵部件，小組中每個同學(xué)必須完成三件以上零件的建模設(shè)計，確定公差配合，繪制工程圖。通過運動仿真和有限單元分析軟件對設(shè)計模型進(jìn)行仿真分析，在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)措施，優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計參數(shù)和結(jié)構(gòu)，進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計研究。(4)撰寫設(shè)計報告和答辯每位學(xué)生必須根據(jù)具體工作內(nèi)容，完成一篇不少于1000字的設(shè)計報告書。每個小組制作PPT，在答辯中陳述發(fā)言，說明每個人的設(shè)計思想，介紹作品和設(shè)計特色，回答老師提出的問題。本項目以實驗環(huán)節(jié)為主，然后開展設(shè)計活動，要求學(xué)生能每個人親自動手操作，體會到設(shè)計和制造、操縱控制機電實驗設(shè)備的樂趣。

三、項目的進(jìn)程安排周次項目設(shè)計各階段內(nèi)容地點15布置任務(wù)、劃分小組多媒體教室151、收集有關(guān)機械裝備的基本資料，熟悉對應(yīng)指定的實驗裝置，研討設(shè)計指標(biāo)2、網(wǎng)上收集資料、調(diào)研在實驗室完成16各組預(yù)約實驗室：1、安排在實驗室做運行觀摩、測繪、數(shù)據(jù)采集等實驗2、制定工作范圍，開展結(jié)構(gòu)方案、驅(qū)動與執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)計3、提出擬解決問題在實驗室和宿舍完成171、討論找出解決問題的途徑2、采用三維設(shè)計軟件，進(jìn)行機械機構(gòu)和結(jié)構(gòu)的設(shè)計建模，直至工程圖上機完成181、自行開展設(shè)計與分析2、輔導(dǎo)與答疑3、學(xué)生撰寫分析報告上機及實驗室完成19小組演講、批改報告、答辯、評定成績在多媒體和實驗室完成表1項目進(jìn)度安排四、項目目的及意義（1）在設(shè)計過程中，學(xué)生會接觸到機械的控制、驅(qū)動、傳動等技術(shù)，學(xué)習(xí)機械制造中的工藝、工裝、測量等知識；使學(xué)生初步掌握開發(fā)、設(shè)計一個產(chǎn)品的有關(guān)過程。（2）通過完成本實踐項目課程，較為熟練的掌握、操作使用SW、CAD設(shè)計軟件；（3）重點培養(yǎng)團隊協(xié)助設(shè)計能力，要求在自主收集、查閱相關(guān)資料的前提下進(jìn)行項目設(shè)計，鼓勵創(chuàng)新。五、項目分工表2組內(nèi)項目分工六、項目闡述車床主軸組件是機床的核心部件，它帶動工件或刀具直接參與表面成形運動，其工作性能對機床的加工質(zhì)量及生產(chǎn)率有直接影響。機床主軸組件的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，即使同一類機床，由于工作性能要求不同，主軸組件的結(jié)構(gòu)也會存在較大差異。本項目首先對車床主軸進(jìn)行靜態(tài)回轉(zhuǎn)精度測量、靜態(tài)剛度測量，學(xué)習(xí)測量的方法和工具使用，然后測繪主軸組件，了解組成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行使用結(jié)構(gòu)、加工結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)的測繪設(shè)計?；竟ぷ魅蝿?wù)如下：1、分析確定車床主軸的主要技術(shù)性能指標(biāo)；2、根據(jù)技術(shù)性能指標(biāo)要求確定總體結(jié)構(gòu)方案；3、主軸的端部接口結(jié)構(gòu)設(shè)計；4、主軸組件傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計；5、主軸組件裝配結(jié)構(gòu)、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計。

成果體現(xiàn)形式：1、小組學(xué)習(xí)成果：包括一套完整的設(shè)計流程，小組工作總結(jié)；2、個人學(xué)習(xí)成果：包括個人構(gòu)思的方案及計算說明，設(shè)計日志，小組分工中個人負(fù)責(zé)的圖紙等；3、演講與答辯環(huán)節(jié)的表現(xiàn)；4、綜合評分（單獨體現(xiàn)）。提供以下結(jié)課文件：1、設(shè)計報告1份(說明書、日志)、裝配圖1張、零件圖3張2、建模文件/模擬文件(動畫或有限元)+答辯PPT

第二部分車床測定指標(biāo)與確定方案一、分析確定車床主要技術(shù)性能指標(biāo)1.1車床主要技術(shù)參數(shù)床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑：400mm刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑：210mm最大工件長度：750mm、1000mm、1500mm、2000mm主軸通孔直徑：50mm1.2主傳動系統(tǒng)特點1、目前數(shù)控機床的主傳動電動機已不再采用普通的交流異步電動機或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電動機，它們已逐步被新型的交流調(diào)速電動機和直流調(diào)速電動機所代替。2、轉(zhuǎn)速高，功率大。它能使數(shù)控機床進(jìn)行大功率的切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。3、變速圍大。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，一般Rn＞100，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。4、主軸速度的變換迅速可靠。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進(jìn)行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。由于直流和交流主軸電動機的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能夠方便地實現(xiàn)寬圍的無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。1.3主傳動系統(tǒng)要求1.具有較大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級調(diào)速。數(shù)控機床為了保證加工時能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。對于自動換刀的數(shù)控機床，工序集中工件一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運動的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴大。2.具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控機床加工精度的提高，與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。3.良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機床一般既要進(jìn)行粗加工，又要精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻運動部件不平穩(wěn)以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進(jìn)行。因此主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力—抗振性?？拐裥杂脛觿偠然騽尤岫葋砗饬?。例如主軸組件的動剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度阻尼比及固有頻率等參數(shù)。機床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合精度，并進(jìn)行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。1.4主軸組件的技術(shù)要求主軸組件由主軸及其支承軸承、傳動件、定位元件等組成。主軸組件是主運動的執(zhí)行件，是機床重要的組成部分。它的功用是縮小主運動的傳動誤差，并將運動傳遞給工件或刀具進(jìn)行切削,形成表面成形運動;承受切削力和傳動力等載荷。主軸組件直接參與切削,其性能影響加工精度和生產(chǎn)效率，因而是決定機床性能和經(jīng)濟性指標(biāo)的重要因素。主軸組件應(yīng)滿足的基本要求如下。1.4.1主軸部件的性能要求1.旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度是機床幾何精度的組成部分，它是指主軸組件裝配后，靜止或低速空載狀態(tài)下，刀具或工件安裝基面上的全跳動值。它取決于主軸、主軸的支承軸承、箱體孔等的制造精度、裝配和調(diào)整精度。2.靜剛度靜剛度簡稱剛度,是主軸組件在靜載荷作用下抵抗變形的能力,通常以主軸端部產(chǎn)生單位位移彈性變形時，位移方向上所施加的力表示。典型主軸的力學(xué)模型為外伸梁（簡支梁和懸臂梁的組合）當(dāng)外伸端受徑向作用力F（單位：N）時，受力方向的彈性位移為y（單位：μm）時，如圖2.1所示，主軸的剛度K為K=圖1主軸組件剛度簡圖3.動剛度機床在額定載荷下切削時.主軸組件抵抗變形的能力稱為動剛度。由于工件毛坯硬度不勻尺寸誤差、斷續(xù)切削、多刃切削等因素，使切削力成為變量，主軸組件的彈性位移隨之成為變化的值，形成振動。動態(tài)剛度實際上是指機床抵抗受迫振動和自激振動的能力。習(xí)慣上上述兩個能力稱為切削的穩(wěn)定性。主軸組件的動剛度直接影響加工精度和刀具的使用壽命，是機床重要的性能指標(biāo)。但目前對抗振性的指標(biāo)尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計時可在統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上結(jié)合實驗進(jìn)行確定。動剛度與靜剛度成正比，在共振區(qū)，與阻尼(振動的阻力)近似成正比?？赏ㄟ^增加靜剛度，增加阻尼比來提高動剛度。4.溫升和熱變形當(dāng)主軸組件工作時,軸承的摩擦形成熱源，切削熱和齒輪嚙合熱的傳遞，導(dǎo)致主軸部件溫度升高,產(chǎn)生熱變形。主軸熱變形可引起軸承間隙變化，軸心位置偏移,定位基面的形狀尺寸和位置產(chǎn)生變化;潤滑油溫度升高后，黏度下降,阻尼降低。因此主軸組件的熱變形，將嚴(yán)重影響加工精度。各類機床對溫升都有一定限制，室溫為20℃時，普通機床溫升為30-40℃，室溫不為20度時，溫升Tt的許可值可表示為:T式中Kt—潤滑劑修正系數(shù)，當(dāng)潤滑油牌號為N32\N46時，Kt分別為0.6/0.5；脂潤滑時Kt=0.9。5.精度保持性主軸組件的精度保持性是指長期保持其原始制造精度的能力。主軸組件的主要失效形式是磨損，所以精度保持性又稱為耐磨性。主軸組件的主要磨損有:主軸軸承的疲勞磨損，主軸軸頸表面、裝卡刀具的定位基面的磨損等。磨損的速度與摩擦性質(zhì)、摩擦副的結(jié)構(gòu)特點、摩擦副材料的硬度、摩擦面積、摩擦面表面精度以及潤滑方式等有關(guān)。如普通機床主軸，一般采用45或60優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，主軸支承軸頸及裝卡刀具的定位基面,高頻淬火，硬度為50~55HRC。6.主軸回轉(zhuǎn)精度測量主軸在作轉(zhuǎn)動運動時，在同一瞬間，主軸上線速度為零的點的連線，稱為主軸在該瞬間的回轉(zhuǎn)中心線，在理想狀況下，主軸在每一瞬間的回轉(zhuǎn)中心線的空間位置，相對于某一固定的參考系統(tǒng)（例如：刀架、主軸箱體或工具機的工作臺面）來說，應(yīng)該是固定不變的。但實際上，由于主軸的軸頸支承在軸承上，軸承又安裝在主軸箱體孔內(nèi)，主軸上還有齒輪或其它傳動件，由于軸頸的不圓、軸承的缺陷、支承端面對軸頸中心線的不垂直，主軸的撓曲和工具機結(jié)構(gòu)的共振等原因，主軸回轉(zhuǎn)中心線的空間位置，在每一瞬時都是變動的。把回轉(zhuǎn)主軸的這些瞬間回轉(zhuǎn)中心線的平均空間位置定義為主軸的理想回轉(zhuǎn)中心線，而且與固定的參考坐標(biāo)系統(tǒng)聯(lián)系在一起。這樣，主軸瞬間回轉(zhuǎn)中心線的空間位置相對于理想中心線的空間位置的偏離就是回轉(zhuǎn)主軸在該瞬間的誤差運動。這些瞬間誤差運動的軌跡，就是回轉(zhuǎn)主軸誤差運動的軌跡。由此可見，主軸的回轉(zhuǎn)精度，說明回轉(zhuǎn)主軸中心線空間位置的穩(wěn)定性特點。 主軸回轉(zhuǎn)誤差是一個綜合性的誤差，它可以分為三種基本形式：純徑向跳動、純軸向竄動、純角度擺動。如圖3.2所示。通常純徑向跳動、純角度擺動被稱為主軸的回轉(zhuǎn)精度誤差。圖2主軸的回轉(zhuǎn)精度誤差目前，主軸回轉(zhuǎn)精度測量的方法有單點法、雙點法、三點法、虛擬儀器法、CCD法等，具體原理和操作見參看文獻(xiàn)。1.4.2主軸組件的動態(tài)特性1.平移 主軸作為一個剛體〔實際上略有彎曲〕，在彈性支承上作平移振動，主軸各點的振動方向一致。2.搖擺 主軸在彈性支座上搖擺，左右振動方向相反。3.彎曲 主軸本身作彎曲振動，主軸中間與兩端的振動方向相反，有兩個節(jié)點。這兩節(jié)點位于支承點附近。每個振型都有其固有頻率。每個振型按固有頻率排列的次序，稱為階。上述三個振型的固有頻率，以平移振型為最低，彎曲振型為最高，三個振型分別為第一二三振型，振型和固有頻率合稱為模態(tài)?？梢钥闯觯谝欢A模態(tài)的彈性環(huán)節(jié)主要是軸承；第三階則主要是軸承。當(dāng)軸的剛度提高時，第一二階模態(tài)的固有頻率也隨之提高，但第三階模態(tài)提高不多主軸是一個連續(xù)體，又無窮個模態(tài)。例如還有主軸的扭轉(zhuǎn)振動、縱向振動等。但是，這些模態(tài)的固有頻率較高，工作時不可能發(fā)生共振，所以，只需研究最低幾階模態(tài)。主軸的模態(tài)，可用有限元法或傳遞矩陣法，借助計算機計算。通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸特別是帶裝式電動機高速主軸，電動機轉(zhuǎn)子是一個集中質(zhì)量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。改善動態(tài)特性，可采取下列措施：〔1〕是主軸組件的固有頻率避開激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率的30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎(chǔ)上〔軸承〕的剛體振動的第一階〔平移〕和第二階〔搖擺〕模態(tài)，則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動，則應(yīng)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(zhuǎn)速乘以π/30。也可能來自斷續(xù)切削，這時激振頻率還應(yīng)乘以刀齒數(shù)Z?！?〕增大比尼。如前所述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度振動。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，滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過大的預(yù)緊反而使阻尼減少，故選擇預(yù)緊時還因考慮阻尼因素。〔3〕采用消振裝置。二、根據(jù)技術(shù)性能指標(biāo)要求確定總體結(jié)構(gòu)方案2.1主傳動系統(tǒng)方案設(shè)計2.1.1主傳動系統(tǒng)概述1.主傳動系統(tǒng)特點1、目前數(shù)控機床的主傳動電動機已不再采用普通的交流異步電動機或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電動機，它們已逐步被新型的交流調(diào)速電動機和直流調(diào)速電動機所代替。2、轉(zhuǎn)速高，功率大。它能使數(shù)控機床進(jìn)行大功率的切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。3、變速圍大。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，一般Rn＞100，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。4、主軸速度的變換迅速可靠。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進(jìn)行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。由于直流和交流主軸電動機的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能夠方便地實現(xiàn)寬圍的無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。2.對主傳動系統(tǒng)的要求數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機床傳動要求外，還提出如下要求：1.具有較大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級調(diào)速。數(shù)控機床為了保證加工時能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。對于自動換刀的數(shù)控機床，工序集中工件一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運動的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴大。2.具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控機床加工精度的提高，與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。3.良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機床一般既要進(jìn)行粗加工，又要精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻運動部件不平穩(wěn)以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進(jìn)行。因此主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力—抗振性?？拐裥杂脛觿偠然騽尤岫葋砗饬俊＠缰鬏S組件的動剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度阻尼比及固有頻率等參數(shù)。機床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合精度，并進(jìn)行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。2.1.2傳動布局本設(shè)計由于是精密車床，故采用分離式傳動布局。把主軸組件和主傳動的大部分變速機構(gòu)分離裝在兩個箱體內(nèi)，將該兩個部件分別稱為主軸箱和變速箱，中間一般采用帶傳動。優(yōu)點是變速箱中產(chǎn)生的振動和熱量不易傳給主軸，從而減少了主軸的振動和熱變形；當(dāng)主軸采用背輪傳動時，主軸通過帶傳動直接得到高轉(zhuǎn)速，故運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，加工表面質(zhì)量提高。缺點是箱體數(shù)多，加工、裝配工作量較大，成本較高；位于傳動鏈后面的帶傳動，低轉(zhuǎn)速時傳遞轉(zhuǎn)矩較大，容易打滑（沒勁）；更換傳動帶不方便等。2.1.3變速方式本設(shè)計采用無級變速，指一定速度（轉(zhuǎn)速）范圍內(nèi)，能連續(xù)、任意地變速。可選用最合理的切削速度，沒有速度損失，生產(chǎn)率得到提高；可在運轉(zhuǎn)中變速，減少輔助時間；操縱方便；傳動平穩(wěn)等，因此機床上應(yīng)用有所增加。本設(shè)計采用交流變頻調(diào)速電動機實現(xiàn)無級調(diào)速，這種裝置多用于精密、大型機床或數(shù)控機床。2.1.4主軸的極限轉(zhuǎn)速nn極限切削速度vvd式中：D——機床加工最大直徑K——系數(shù)臥式車床K=0.5dddn取標(biāo)準(zhǔn)系列nn取標(biāo)準(zhǔn)系列n無極轉(zhuǎn)速范圍31.5r/min~1440r/min2.1.5電機選擇1.交流伺服電機用于閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置常有直流伺服電機、交流伺服電機等,這與主軸驅(qū)動裝置類似。交流伺服電機驅(qū)動是最新發(fā)展起來的新型伺服系統(tǒng),也是當(dāng)前機床進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)方面的一個新動向。該系統(tǒng)克服了直流驅(qū)動系統(tǒng)中的電機電刷和整流子要經(jīng)常維修、電機尺寸較大和使用環(huán)境受限制等缺點。它能在較寬的調(diào)速圍產(chǎn)生理想的轉(zhuǎn)矩,結(jié)構(gòu)簡單,運行可靠,用于數(shù)控機床等進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)為精密位置控制的情況。交流伺服電機的功工作原理和兩相異步電動機相似。由于它在數(shù)控機床中作為執(zhí)行元件,將交流電信號轉(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度,所以要求轉(zhuǎn)子速度的快慢能夠反映控制信號的相位,無法控制信號時它不轉(zhuǎn)動,特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動時,如果控制信號消失,它立即停止轉(zhuǎn)動。而普通的感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)動起來以后,若控制信號消失,往往不能立即停止而要繼續(xù)轉(zhuǎn)動一會。交流伺服電機也是有轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成的。定子上有勵磁繞組和控制繞組,這兩個繞組在空間上相差90°電角度。若有兩相繞組上加以幅值相等、相位差90°電角度的對稱電壓,則在電機的氣隙中產(chǎn)生圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。若兩個電壓的幅值不等或相位不為90°電角度,則產(chǎn)生的磁場是一個橢圓型旋轉(zhuǎn)磁場。加在控制繞組上的信號不同,產(chǎn)生的磁場橢圓度也不同。例如,負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定,改變控制信號,就可以改變磁場的橢圓度,從而控制伺服電機的轉(zhuǎn)速。2.交流伺服電動機的調(diào)速交流伺服電動機調(diào)速與交流主軸電機的調(diào)速相似,即采用變頻調(diào)速。下面介紹變頻調(diào)速產(chǎn)生的磁場定向調(diào)速系統(tǒng),即矢量變換控制。磁場定向調(diào)速的基本原理是通過矢量變換,把交流電動機等效為直流電動機,因為異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩難以直接控制,也就不易獲得良好的控制性能,而直流電動機能對電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行良好的控制,使直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。其思路是按照產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁場這一等效原則建立的。它先將三相對稱繞組等效成兩相對稱繞組,再將其等效成旋轉(zhuǎn)的兩個直流正交繞組,這兩個正交繞組組成正交坐標(biāo)軸,一個相當(dāng)于直流電機的等效磁通,另一個相當(dāng)于直流電機的等效電樞電流。在旋轉(zhuǎn)的正交坐標(biāo)系,交流電動機的數(shù)學(xué)模型和直流電動機的一樣。這種等效要經(jīng)過三相-二相交換、矢量旋轉(zhuǎn)變換、直角坐標(biāo)-極坐標(biāo)變換等,才能得到所需的控制變量,使交流電動機能像直流電動一樣,對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行有效的控制,故稱其為矢量變換控制。又因為旋轉(zhuǎn)的兩個正交坐標(biāo)軸是由磁通矢量方向決定的,所以又稱磁場定位控制。交流伺服電動機由幅值控制、相位控制以及幅值-相位混合控制三種控制方法。保持控制電壓和勵磁電壓之間的相位差角為90°,僅僅改變控制電壓的幅值,這種控制方式叫幅值控制；保持控制電壓和勵磁電壓之間的不變,僅僅改變控制電壓與勵磁電壓之間的相位差角,這種控制方式叫相位控制；在勵磁電路串聯(lián)移相電容,改變控制電壓的幅值及其對于控制電壓的相位差發(fā)生變化,這種控制方式,叫幅值-相位混合控制。3.電機選擇普通臥式CA6140車床典型切削條件如下：刀具材料：YT15工件材料：45號鋼切削方式：車削外圓查《數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計》可知：若以切深ap=3.5mm，進(jìn)給量f(s)=0.35mm/r切削速度車床的主切削力F車床切削功率p主電機功率p=圖3主軸電機參數(shù)圖（節(jié)選）綜上所述查上表選擇電機α6額定功率為5.5kw，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min2.1.7確定皮帶輪直徑1.確定計算功率Pca由表8-8查得工作情況系數(shù)KA=1.2，故P2.選擇V帶的帶型根據(jù)Pca、n=1440r/min由圖8-11選用A型。3.確定主軸帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗算帶速1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1。由表8-7、圖8-11和表8-9，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=150mm。2）驗算帶速v。按式（8-13）驗算帶的速度v=帶速在5～30m/s范圍內(nèi)，合適。3）計算電機帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)式（8-15a），計算電機帶輪的基準(zhǔn)直徑d根據(jù)表8-9，取標(biāo)準(zhǔn)值為dd2=150mm。4.確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長Ld度根據(jù)式（8-20）0.7初定中心距a0=420mm。由式（8-22）計算帶所需的基準(zhǔn)長度L2由表選帶的基準(zhǔn)長度Ld=1430mm。按式（8-23）計算實際中心距a。a按式（8-24）,中心距的變化范圍為442～506.5mm。5.驗算主軸帶輪的包角αaα6.計算帶的根數(shù)z1）計算單根V帶的額定功率Pr。由dd1=150mm和n=1440r/min,查表8-4得P0=2.73kW。根據(jù)n=1440r/min，i=1和A型帶，查表8-5得△P0=0.00kW。查表8-6得Kα=1，表8-2得KL=0.95，于是P2）計算帶的根數(shù)zz=取3根。7.計算單根V帶的初拉力F0由表8-3得A型帶的單位長度質(zhì)量q=0.105kg/m，所以F8.計算主軸壓軸力FpF1)主軸帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計帶輪的軸孔直徑d=70mm因為帶輪dd1=150mm主軸帶輪結(jié)構(gòu)選擇為實心式。因此主軸帶輪尺寸如下：代號名稱計算公式代入數(shù)據(jù)尺寸取值內(nèi)孔直徑d主軸D=70mm70mm分度圓直徑dd1150mmdadd1+2ha150+2×3.5157mm輪轂直徑d1(1.8～2)d(1.8～2)×70126mmB(z-1)×e+2×f(3-1)×15+2×12.555mmLB<1.5dB=L55mm表3主軸帶輪尺寸圖4主軸帶輪結(jié)構(gòu)示意圖2.2主軸結(jié)構(gòu)方案2.2.1主軸構(gòu)造初步擬定主軸的構(gòu)造和形狀主要決定于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動件、軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和安裝定位方法等。設(shè)計時還應(yīng)考慮主軸加工工藝性和裝配工藝性。主軸一般為空心階梯軸，前端徑向尺寸大，中間徑向尺寸逐漸減小，尾部徑向尺寸最小。主軸空心，減輕重量，提高抗扭剛度，空心主軸才能裝夾具和刀具，內(nèi)徑越大可加工的工件尺寸越大。主軸的前端結(jié)構(gòu)形式取決于機床類型和安裝夾具或刀具的結(jié)構(gòu)形式。主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，在結(jié)構(gòu)上，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、安裝可靠、連接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都已標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)遵照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。下圖所示為幾種機床上通用的主軸部件的結(jié)構(gòu)形式。圖5主軸剖圖下圖所示為本設(shè)計采用的車床主軸端部結(jié)構(gòu)，卡盤靠前端的短圓錐面和凸緣端面定位，用撥銷傳遞轉(zhuǎn)矩，卡盤裝有固定螺栓，卡盤裝于主軸端部時，螺栓從凸緣上的孔中穿過，轉(zhuǎn)動快卸卡板將數(shù)個螺栓同時卡住，再擰緊螺母將卡盤固牢在主軸端部。主軸前端莫氏錐孔采用莫氏六號錐度，用以安裝頂尖或心軸。圖6莫氏孔2.2.2主軸材料與熱處理主軸的材料應(yīng)根據(jù)載荷特點、耐磨性要求、熱處理方法和熱處理后變形情況選擇。主軸的剛度與材料的彈性模量E值有關(guān)，鋼的E值較大(2.1X1011N/m2左右)，所以主軸材料首先考慮用鋼料。值得注意的是，鋼的彈性模量E的數(shù)值和鋼的種類及熱處理方式無關(guān)，即不論是普通鋼或合金鋼，其彈性模量E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)，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，在主軸端部、錐孔、定心軸頸或定心錐面等部位進(jìn)行局部高頻淬硬，以提高其耐磨性。只有載荷大和有沖擊時，或精密機床需要減小熱處理后的變形時，或有其他特殊要求時，才考慮選用合金鋼。當(dāng)支承為滑動軸承，則軸頸也需淬硬，以提高其耐磨性。

第三部分主軸組件的選擇和計算一、主軸重要組件1.1主軸直徑已知主軸功率11kW，查下表圖7主軸直徑選取初選主軸前軸頸直徑為90mm，一般后軸頸為D2=（0.7車床要求內(nèi)徑50mm，內(nèi)徑與外徑比值等于0.56小于0.71.2主軸前后支承軸承選擇主軸考慮前端定位的方式，推力軸承在主軸上的位置會影響主軸的軸向精度和主軸熱變形的方向和大小。為使主軸具有足夠的軸向剛度和軸向定位精度，必須恰當(dāng)配置推力軸承的位置。采用前端定位，推力軸承安裝在前軸承內(nèi)側(cè)，前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力大，溫升高，主軸受熱膨脹向后伸長，對主軸前端位置影響較小，故適用于軸向精度高和剛度要求高的高精度車床中。圖8推力軸承配置形式1.2.1前支承軸承選用雙列圓柱滾子軸承NN3018K/W33承受徑向力，選用角接觸球軸承7018AC/DB承受軸向力和徑向力。圖9雙列圓柱滾子軸承d圖10角接觸球軸承da1.2.2后支承軸承選用雙列圓柱滾子軸承NN3015/W33承受徑向力。圖11雙列圓柱滾子軸承d1.3主軸內(nèi)徑直徑本設(shè)計組合機床用于車床加工，空心主軸需要通過車刀拉桿的孔，為了不削弱主軸剛度，該主軸內(nèi)孔直徑應(yīng)在一定范圍內(nèi)取到。一般主軸內(nèi)孔直徑受到主軸后軸頸的直徑限制。由材料力學(xué)可知，剛度K正比于截面慣性矩I，與直徑之間有下列關(guān)系：

由力學(xué)可知，外徑為D、內(nèi)徑為d的空心軸的慣性矩為I其與實心慣性矩的比值為I式中：ω——剛度衰減系數(shù)。表X-X：ω0.50.60.70.750.8剛度損失/(%)6.2512.9624.0131.6440.96表4剛度損傷表查找資料可知：當(dāng)剛度衰減系數(shù)小于0.3時，內(nèi)孔對主軸的剛度幾乎沒有影響；當(dāng)比值為0.5時，空心主軸的剛度大約為相同直徑實心主軸剛度的90%當(dāng)比值為0.7時，剛度削弱量約為25%，當(dāng)比值大于0.7時，空心主軸的剛度會急劇下降。由于車床加工主要前軸頸受切削力，故d<0.7故選用內(nèi)徑50mm1.4主軸前端懸伸量主軸前端懸伸量a指的是主軸定位基面至前支承徑向?反力的作?點之間距離，它對主軸組件剛度的影響較大。懸伸量越小，主軸組件剛度越好。主軸前端懸伸量a取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，一般應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選取，有時為了提高主軸剛度或定心精度，也可不按標(biāo)準(zhǔn)取。此外，主軸前端懸伸量a還與前?承中軸承的類型及組合型式、?件或夾具的夾緊方式以及前支承的潤滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)。因此，在滿?結(jié)構(gòu)要求的前提下，應(yīng)盡可能減小懸伸量a，以利于提高主軸組件的剛度。類型機床和主軸的類型a/D1Ⅰ通用和精密車床，自動車床和短主軸短銑床，用滾動軸承支承，適用于高精度和普通精度要求0.6-1.5Ⅱ中等長度和較長主軸端的車床和銑床，懸伸量不太長的精密鏜床和內(nèi)磨圓，用滾動和滑動軸承支承，適用于絕大部分普通精度生產(chǎn)的要求1.25-2.5Ⅲ孔加工機床，專用加工細(xì)長深孔的機床，有加工技術(shù)決定需要有長的懸伸刀桿或主軸可移動，由于切削較重而不適于有高精度要求的機床＞2.5表5懸伸量a與機床關(guān)系初算時，可根據(jù)表5。本設(shè)計的組合機床屬于Ⅱ型，則：定懸長量a初取a=120mm1.4主軸支承跨距主軸支承跨距L指主軸前后支承支承反力作用點之間的距離。合理確定主軸支承跨距，可以提高主軸的靜剛度。支承跨距越小，其自身的剛度就越大，彎曲變形就越小，但引起主軸前端的位移量增大，剛度降低。支承跨距大，支承變形引起主軸前端位移量小，但主軸本身的彎曲變形將增大。可見選擇合理的支承跨距的重要性。參考有關(guān)合理跨距的選擇推薦值：L0=（3-5）a，用于懸伸長度較小時。L0=（1-2）a，用于懸伸長度較大時。根據(jù)此次設(shè)計的組合機床的主軸的懸伸量比較大，取L0≤2.5a為宜，即本設(shè)計的主軸兩支承的合理跨距：L0≤2.5a=2.5×150=375初取L=330mm。二、端部零件2.1前端內(nèi)孔主軸前端形狀取決于機床的類型、安裝夾具和刀具的形式，并且能保證夾具安裝可靠、定位準(zhǔn)確以及能傳遞一定的扭矩。本設(shè)計采用短圓錐法蘭盤式的主軸前端部結(jié)構(gòu)，端面上有四個螺紋孔，用來固定和傳遞扭矩給刀具。采用莫氏6號孔，孔錐度為1:12，如下圖所示。圖12莫氏6號孔簡圖三、同步帶輪設(shè)計主軸的運動經(jīng)過同步帶輪以及同步帶帶動脈沖編碼器,使其與主軸同速運轉(zhuǎn)。AC伺服電動機經(jīng)同步帶輪以及同步帶傳到滾珠絲杠上,有螺母帶動滑板連同刀架沿床身的矩形導(dǎo)軌移動,實現(xiàn)Z軸的進(jìn)給運動。電動機軸與同步帶輪之間用錐環(huán)無鍵連接,錐面相互配合的外錐環(huán),當(dāng)擰緊螺釘時,法蘭的端面壓迫外錐環(huán),使其向外膨脹,錐環(huán)受力后向電動機軸收縮,從而使電動機軸與同步帶輪連接在一起。這種連接方式無需在被連接件上開鍵槽,而且兩錐環(huán)的外圓錐面壓緊后,使連接配合面無間隙,對中性較好。選用錐環(huán)對數(shù)的多少,取決于所傳遞扭矩的大小。圖13帶輪示意圖選用48-T10同步帶輪，規(guī)格如下：齒數(shù)：48，節(jié)徑d：76.39，外徑do：75.54，擋邊直徑df：82，擋邊內(nèi)徑db：64，擋邊厚度h：1.5四、支撐零件設(shè)計4.1支承件選擇機床主軸選用滾動軸承支承，因為：①在轉(zhuǎn)速和載荷變化范圍很大的情況下滾動軸承仍能穩(wěn)定工作，而動壓滑動軸承在低速時難以形成具有足夠壓力的油膜；②滾動軸承能在零間隙、甚至負(fù)間隙(預(yù)緊到有一定過盈量)的條件下工作，對提高旋轉(zhuǎn)精度和剛度有利，滾動軸承有足夠的剛度，有較高的旋轉(zhuǎn)精度，能滿足機床主軸的性能要求，而滑動軸承則必須有一定間隙才能正常工作；③滾動摩擦系數(shù)小，發(fā)熱少；④滾動軸承容易潤滑，可以用脂潤滑，裝填一次用到修理時才更換，若用油時所需油量也遠(yuǎn)比滑動軸承小；⑤滾動軸承為標(biāo)準(zhǔn)件，可以外購，質(zhì)量穩(wěn)定，成本低，經(jīng)濟性好。4.2主軸滾動軸承的類型選擇機床主軸較粗，主軸軸承的直徑較大，軸承所承受的載荷遠(yuǎn)小于其額定動載荷，約為后者的1/10。因此，一般情況下，承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要依據(jù)。主軸軸承類型選擇應(yīng)根據(jù)剛度、旋轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)速、抗振性和主軸結(jié)構(gòu)來選擇。軸承的剛度與軸承的類型有關(guān)，線接觸的滾子軸承比點接觸的球軸承剛度高，雙列軸承比單列的剛度高，且剛度是載荷的函數(shù)，適當(dāng)預(yù)緊不僅能提高旋轉(zhuǎn)精度，也能提高剛度。軸承的極限轉(zhuǎn)速與軸承滾動體的形狀有關(guān)，同等尺寸的軸承，球軸承的極限轉(zhuǎn)速高于滾子軸承，圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速高于圓錐滾子軸承；同一類型的軸承，滾動體的分布圓越小，滾動體越小，極限轉(zhuǎn)速越高。軸承的軸向承載能力和剛度，由強到弱依次為：推力球軸承、推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、角接觸球軸承。承受軸向載荷軸承的極限轉(zhuǎn)速由高到低為：角接觸球軸承、推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、推力球軸承。綜合CNC車床主軸工作情況，軸承的配置選擇為剛度型如圖所示。圖14車床主軸示例圖剛度型（CNC型車床主軸）前支承采用雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷和背對背25°角接觸球軸承承受軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承。這種軸承配置的主軸部件，適用于中等轉(zhuǎn)速和切削負(fù)載較大，要求剛度的機床。故本設(shè)計采用前支承采用型號NN3018K/W33雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷和軸承型號7218AC/DB背對背25°角接觸球軸承承受軸向載荷，后支承采用型號NN3015/W33雙列短圓柱滾子軸承。4.3軸承精度的選擇主軸軸承中，前、后軸承的精度對主輪旋轉(zhuǎn)精度的影響是不同的，如圖a所示，前軸承軸心有偏移δa，后軸承偏移量為零，由偏移量δa。引起的主軸端軸心偏移為：δa1=圖4-11(b)表示后軸承有偏移δbδ顯然，前支承的精度比后支承對主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度影響大。因此軸承精度選取時，前軸承的精度要選得高一點，一般比后軸承精度高一級。另外，在安裝主軸軸承時，如將前、后軸承的偏移方向放在同一側(cè)，如圖4-11(c)所示，可以有效地減少主軸端部的偏移。如后軸承的偏移量適當(dāng)?shù)乇惹拜S承的大，可使抽端部的偏移量為零。鑒于設(shè)計的主軸為普通精度數(shù)控車床的，前軸承選擇P3精度的軸承，后軸承選擇P5精度的軸承.圖15主軸軸承對主軸旋轉(zhuǎn)精度的影響4.4主軸滾動軸承的預(yù)緊軸承預(yù)緊是使軸承滾道預(yù)先承受一定的載荷，消除間隙，并使得滾動體與滾道之間發(fā)生一定的變形，增大接觸面積，軸承受力時變形減小，抵抗變形的能力增大。因此，對主軸滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊和合理選擇預(yù)緊量，可以提高主軸部件的回轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性，機床主軸部件在裝配時要對軸承進(jìn)行預(yù)緊，使用一段時間以后，間隙或過盈有了變化，還需重新調(diào)整，所以要求預(yù)緊結(jié)構(gòu)應(yīng)便于調(diào)整。滾動軸承間隙的調(diào)整或預(yù)緊，通常是使軸承內(nèi)、外圈相對軸向移動來實現(xiàn)的。本設(shè)計采用前端固定，故對前軸承徑向、軸向預(yù)緊。圓錐孔雙列向心短圓柱滾子軸承的徑向間隙調(diào)整采用螺母經(jīng)中間軸承，軸向移動螺母實現(xiàn)，同時對中間角接觸雙列向心推力球軸承進(jìn)行軸向預(yù)緊。五、主軸參數(shù)校核5.1支承的簡化對于雙支承主軸，若每個支承中僅有一個單列滾動軸承，或者有兩個單列球軸承，則可將主軸組件簡化為簡支梁，如下圖7.1所示；若前支承有兩個以上滾動軸承，可認(rèn)為主軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為固定端梁，此次設(shè)計的主軸，前支承選用了一個雙列調(diào)心滾子軸承和推力球軸承作為支承，所以可認(rèn)為主軸在前支承處沒有彎曲變形，將主軸支承簡化為如下圖7.2所示結(jié)構(gòu)。圖16簡支梁示意圖圖17固定端梁簡圖5.2主軸的剛度校核主軸的剛度計算簡圖如圖7.3所示圖18剛度校核理論圖主軸的剛度計算簡圖查閱材料力學(xué)相關(guān)指導(dǎo)書可得y式中:F為主軸端部作用的外力;a、l為主軸的懸伸長度和跨距;E為主軸材料的彈性模量;I為主軸截面慣性矩。45鋼的彈性模量幾乎與種類和熱處理無關(guān)，一般來說：彈性模量：E=慣性矩：I=F=3026Na=0.12m其中，D、d分別為主軸的外徑與內(nèi)徑y(tǒng)查閱《機械設(shè)計》表15-5可得軸的許用撓度[y]要求為（0.0003~0.0005）l0，l0為支承跨度350mm故yb＜[y5.4主軸的傾角校核此次設(shè)計的主軸主要考慮主軸前支承處的傾角。若安裝軸承處的傾角太大，會破壞軸承的正常工作，縮短軸承的使用壽命。查閱材料力學(xué)相關(guān)指導(dǎo)書可得：θ查閱《機械設(shè)計》表15-5可得軸的許用偏轉(zhuǎn)角[θ]要求為θ故θB＜θ5.5主軸有限元分析空載：圖19車床主軸空載形變圖最大位移12.6μm，符合要求圖20車床主軸空載應(yīng)力圖最大應(yīng)力30.92MPa，符合要求；切削，切削力為3062N圖21車床主軸切削形變圖最大位移13μm圖22車床主軸切削應(yīng)力圖最大應(yīng)力30.87MPa，符合要求六、組件潤滑和密封6.1主軸軸承的潤滑潤滑的作用是降低摩擦，減小溫升，并與密封裝置在一起，保護軸承不受外物的磨損和防止腐蝕。潤滑劑和潤滑方式?jīng)Q定于軸承的類型、速度和工作負(fù)荷。如果選擇得合適，可以降低軸承的工作溫度和延長使用期限。滾動軸承可以用潤滑油或潤滑脂來潤滑。實驗證明，在速度較低時，用潤滑脂比用潤滑油溫升低。所以，此次設(shè)計的主軸支承均采用潤滑脂。同時，主軸是裝在車床主軸箱內(nèi)的，為防止使用潤滑油時泄漏，也應(yīng)采用潤滑脂潤滑。加潤滑脂時，應(yīng)該注意潤滑脂的充填量不能過多，不能把軸承的空間填滿，否則會引起過高的發(fā)熱，并使?jié)櫥刍鞒龆鴲夯瘽櫥Ч?。故選用滾珠潤滑脂(SY1514—1998)，它適用于車床、汽車、電動機及其他機械的滾動軸承潤滑，選用牌號為ZGN69-2的潤滑脂。6.2主軸組件的密封密封對主軸組件的工作性能與潤滑影響也較大。機床主軸密封不好，將使?jié)櫥瑒┩饬?，造成浪費，加速零件的磨損，還會嚴(yán)重地影響到工作環(huán)境及機床的外觀。6.3主軸組件密封裝置的功用密封裝置的功用是：防止?jié)櫥瑒闹鬏S組件及傳動部件中泄漏，從而避免浪費，保護工作環(huán)境，防止冷卻液及雜物（如灰塵、臟物、水氣和切屑等）從外面進(jìn)入部件內(nèi)，以減少機床零件的腐蝕及磨損，延長其使用壽命。6.4對主軸組件密封裝置的要求對主軸組件密封裝置的要求是：在一定的壓力、溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能；由密封裝置所形成的摩檫力應(yīng)盡量小，摩擦系數(shù)應(yīng)盡量穩(wěn)定；耐腐蝕、磨損小、工作壽命長，磨損后，在一定程度上能自動補償；結(jié)構(gòu)簡單、裝卸方便。對具體的主軸組件及傳動部件，應(yīng)根據(jù)實際情況選擇有效而又經(jīng)濟密封裝置。6.5主軸組件密封裝置的類型主軸組件密封裝置的類型，主要有以下幾種：具有彈性元件的接觸式密封裝置；皮碗（油封）式密封裝置；具有金屬和石墨元件的接觸式密封裝置；擋油圈式和螺旋溝式密封裝置；圈形間隙式、油溝式和迷宮式密封裝置；立式主軸的密封裝置等。6.6主軸組件密封裝置的選擇選用密封裝置時，應(yīng)考慮到主軸組件的下列具體工作條件：密封處主軸頸的線速度；所用潤滑劑的種類及其物理化學(xué)性質(zhì)；主軸組件的工作溫度；周圍介質(zhì)的情況；主軸組件的結(jié)構(gòu)特點；密封裝置的主要用途等。綜合考慮上述因素，主軸前支承處，為了更好地防止外界的灰塵屑末等雜物進(jìn)入，故考慮選用迷宮式密封。七、附加件7.1緊定螺母（標(biāo)準(zhǔn)件）圖23緊定螺母工程圖螺母M90×2.0Dd螺母M75×2.0Dd螺母M70×2.0裝在主軸最后端，固定同步帶輪和驅(qū)動帶輪，防止Dd7.2外殼體外殼體內(nèi)徑在與軸承處過盈配合，固定軸承外圈圖24外殼體工程圖7.3前調(diào)整環(huán)前調(diào)整環(huán)裝在主軸上，與主軸過盈配合，與主軸一起旋轉(zhuǎn)，用來固定前支承軸承的位置和預(yù)緊。圖25前調(diào)整環(huán)工程圖7.4前壓環(huán)前壓環(huán)裝在前調(diào)整環(huán)上，與前調(diào)整環(huán)間隙配合，不與前調(diào)整環(huán)一起選擇，固定在外殼體上。車床使用一段時間，前支撐預(yù)緊力漸漸消失，可以通過擰緊前壓環(huán)上的螺栓，實現(xiàn)重新預(yù)緊和調(diào)整軸承間隙。圖26前壓環(huán)工程圖7.5護套護套裝在前壓環(huán)和前調(diào)整環(huán)上，與前壓環(huán)間隙配合，與前調(diào)整環(huán)過盈配合，不隨主軸轉(zhuǎn)動，通過螺栓與前調(diào)整環(huán)固定。圖27護套工程圖7.6后法蘭后法蘭與外殼體螺紋連接，后法蘭上的螺栓與外殼體前端法蘭的螺栓對齊，用以外部的主軸安裝箱體連接。圖28后法蘭工程圖7.7前軸套前軸套用以預(yù)緊和調(diào)節(jié)前支承軸承間隙，防止軸承滑移。軸套與主軸過盈配合圖29前軸套工程圖7.8后軸套前軸套用以預(yù)緊和調(diào)節(jié)后支承軸承間隙，防止軸承滑移。軸套與主軸過盈配合圖30后軸套工程圖7.9后密封圈后密封圈用以防止后支承軸承潤滑溢出，且用以固定后支承軸承內(nèi)圈，與主軸間隙配合，與后端蓋間隙配合，同主軸旋轉(zhuǎn)，與后端蓋分離。圖31后密封圈工程圖7.10后端蓋后端蓋通過螺釘安裝在外殼體上，與后密封圈間隙配合，且固定后支承軸承外圈。圖32后端蓋工程圖

第四部分裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計本設(shè)計三維建模圖如下：圖33SolidWorks建模圖1圖34SolidWorks建模圖2本設(shè)計裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計工程圖如下：圖35裝配圖

第五部分工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計一、主軸的工作條件及性能要求性能要求:因為該軸承受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力，載荷和轉(zhuǎn)速不高，沖擊載荷也不大，屬于中等載荷的軸;大端的軸頸、錐孔和卡盤、頂尖之間有摩擦。所以這些因素對主軸的要求是：(1)良好的綜合力學(xué)性能，即強度和塑性、韌性有良好的配合，以防止過載或沖擊斷裂。(2)高的疲勞強度，防止疲勞斷裂。(3)有相對運動的摩擦部位(如軸頸、花鍵等處)，應(yīng)具有較高的硬度和耐磨性。(4)良好的工藝性能，如足夠的淬透性、良好的切削加工性等。(5)特殊條件下工作應(yīng)有的一.些特殊性能要求。如高溫性能、耐蝕性等。工作條件：與滾動軸承配合，承受輕載荷或中等載荷，并且轉(zhuǎn)速低[PV≤150N?m*精度要求不是很高，所受的沖擊和交變載荷不大二、毛坯材料的確定及制造方法材料：綜合考慮主軸的工作條件及性能要求還有經(jīng)濟因素，選擇45號鋼作為制造主軸的毛坯材料。制造方法：主軸加工過程中的各加工工序和熱處理工序均會不同程度地產(chǎn)生加工誤差和應(yīng)力。為了保證加工質(zhì)量，穩(wěn)定加工