數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘摘 要要主要是數(shù)控車(chē)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。這類(lèi)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也可以用于對(duì)普通車(chē)床的改造，以適應(yīng)當(dāng)前我國(guó)機(jī)床工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。設(shè)計(jì)主要包括根據(jù)一些原始數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際條件和情況對(duì)車(chē)床一些參數(shù)進(jìn)行擬定，在根據(jù)擬定的參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)方案的比較，確定傳動(dòng)方案。然計(jì)算個(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪齒數(shù)，在估算齒輪模數(shù)和各軸的軸徑，并對(duì)齒輪和軸的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行校核。除此之外，還有電動(dòng)機(jī)的選擇，液壓卡盤(pán)的設(shè)計(jì)與選擇。如電磁離合器的選擇等，從而完成對(duì)整個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：數(shù)控車(chē)床；主傳動(dòng)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)Abstract CNC lathe

2、 is mainly the main transmission system analysis and design. The design of these main drive system can also be used for the transformation of ordinary lathe in order to adapt to the current development status of China machine tool industry, with a certain economic and social benefits. Design include

3、s some of the original data in accordance with actual conditions and circumstances of some parameters on the lathe be prepared, in accordance with the development of parameters for comparison of transmission scheme to determine the transmission scheme. However, calculation of a transmission gear rat

4、io and vice gear teeth, gear module in the estimate and the axis of the shaft, and gear and shaft strength, stiffness check. In addition, there is the choice of motor, hydraulic chuck design and selection. Such as the choice of the electromagnetic clutch in order to complete the design of the main d

5、rive system.K Ke ey yw wo or rd ds s: : CNC; lathe main drive system; design 目目 錄錄1 1 引引 言言.1第第2 2 章章 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).32.1. 擬定傳動(dòng)方案.32.1.1 選擇電機(jī).52.1.2 計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩.82.1.3 轉(zhuǎn)速圖.92.1.4 傳動(dòng)圖.92.2 軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).102.2.1 I 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).102.2.2 II 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).142.3 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).272.4 繪制主傳動(dòng)系統(tǒng)總裝圖.303.3.液壓卡盤(pán)的液壓卡盤(pán)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì).323.1 機(jī)床夾具的功能

6、和應(yīng)滿(mǎn)足的要求.323.1.1 機(jī)床夾具的功能.323.1.2 機(jī)床夾具應(yīng)滿(mǎn)足的要求.323.2 機(jī)床夾具的類(lèi)型和組成.323.2.1 機(jī)床夾具的類(lèi)型.323.2.2 機(jī)床夾具的基本組成.333.3 卡盤(pán)夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).333.3.1 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足的要求.333.3.2 卡盤(pán)夾緊機(jī)構(gòu)的選用.333.4 液壓卡盤(pán)系統(tǒng)總裝圖.344 4 結(jié)結(jié)論論.35參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).36致致 謝謝.3711 引言引言而相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床，數(shù)控機(jī)床有以下明顯的優(yōu)越性：（1）可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線(xiàn)、曲面等復(fù)雜的零件。 （2）可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，從而效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高 37 倍。 （3）加工零件的

7、精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配” 。 （4）可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 （5）擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。 因此，采用數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床） ，減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)。 此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行 FMC（柔性制造單元） 、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及 CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床大多數(shù)是不能自動(dòng)變速的，全功能數(shù)控車(chē)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)大多

8、采用無(wú)級(jí)變速。目前，無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)，通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過(guò)帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣，又可無(wú)級(jí)調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。工件最大回轉(zhuǎn)直徑:;最大加工直徑:400mm280mm橫向最大行程(X 軸):,縱向最大行程(Z 軸):180mm650mm最大車(chē)削長(zhǎng)度:;X,Z 軸的最小設(shè)定單位為:500mm0.001mm主軸最大/最小轉(zhuǎn)速:100200R 4000/45 /minr快速進(jìn)給速度:縱向:,橫向:15/minm8/minm課題的主要內(nèi)容包括主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、液壓卡盤(pán)的設(shè)計(jì)安裝。經(jīng)

9、濟(jì)型數(shù)控車(chē)床大多數(shù)是不能自動(dòng)變速的，全功能數(shù)控車(chē)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)大多采用無(wú)級(jí)變速。目前，無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流2主軸電機(jī)，通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過(guò)帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣，又可無(wú)級(jí)調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。32 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1. 擬定傳動(dòng)方案擬定傳動(dòng)方案數(shù)控機(jī)床需要自動(dòng)換刀、自動(dòng)變速；且在切削不同直徑的階梯軸，曲線(xiàn)螺旋面和端面時(shí)，需要切削直徑的變化,主軸必須通過(guò)自動(dòng)變速，以維持切削速度基本恒定。這些自動(dòng)變速又是無(wú)級(jí)變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇理想的切削速度，這樣有利于提高

10、加工精度，又有利于提高切削效率。無(wú)級(jí)調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用由直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的電氣無(wú)級(jí)變速。由于數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍較大，單靠調(diào)速電機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機(jī)的功率扭矩特性也難于直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。因此，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)變速系統(tǒng)常常在無(wú)級(jí)變速電機(jī)之后串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速傳動(dòng)，以滿(mǎn)足機(jī)床要求的調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性。 為簡(jiǎn)化主軸箱結(jié)構(gòu)，本方案僅采用二級(jí)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)方案如圖 2.1：有級(jí)變速的自動(dòng)變換方法一般有液壓和電磁離合器兩種。液壓變速機(jī)構(gòu)是通過(guò)液壓缸、活塞桿帶動(dòng)撥叉推動(dòng)滑移齒輪移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個(gè)液壓缸

11、，而三聯(lián)滑移齒輪則必須使用兩個(gè)液壓缸（差動(dòng)油缸）實(shí)現(xiàn)三位移動(dòng)。液壓撥叉變速是一種有效的方法，工作平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但變速時(shí)必須主軸停車(chē)后才能進(jìn)行，另外，它增加了數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜性，而且必須將數(shù)控裝置送來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁閥的機(jī)械動(dòng)作，然后再將壓力油分配到相應(yīng)的液壓缸，因而增加了變速的中間環(huán)節(jié)，帶來(lái)了更多的不可靠因素。4圖 2.1 主軸傳動(dòng)電磁離合器圖電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(yùn)動(dòng)的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選用，因而它已成為自動(dòng)裝置中常用的操作元件。電磁離合器用于數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)時(shí)，能簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)，操作方便。通過(guò)若干個(gè)安裝在各傳動(dòng)軸上的離合器的吸合和分離的不同

12、組合來(lái)改變齒輪的傳動(dòng)路線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。電磁離合器一般分為摩擦片式和牙嵌式。選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在價(jià)格與性能之間找出一種理想的折衷。表 2.1 簡(jiǎn)要給出了用戶(hù)所期望的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。下面將對(duì)各種交流主軸系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、分析表表 2.1 理想主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能理想主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能項(xiàng)目?jī)?nèi)容高性能低速區(qū)要有足夠的轉(zhuǎn)矩寬恒功率范圍,并在高速范圍內(nèi)保持一定轉(zhuǎn)矩高旋轉(zhuǎn)精度高動(dòng)態(tài)響應(yīng)高加減速,起制動(dòng)能力具有強(qiáng)魯棒性,能適應(yīng)環(huán)境條件和參數(shù)變化高效率,低噪聲5低價(jià)格低購(gòu)買(mǎi)價(jià)格,低維護(hù)價(jià)格,低服務(wù)價(jià)格通用要求耐用性,可維護(hù)性,安全可靠性感應(yīng)電機(jī)交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)前商用主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流，其功率范圍從零點(diǎn)幾個(gè)kW

13、 到上百 kW，廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床上。 經(jīng)過(guò)對(duì)比分析本設(shè)計(jì)中決定采用 FANU系列交流主軸電機(jī)。系列是高速、高cici精、高效的伺服系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速、高精控制，并使機(jī)床更緊湊。2.1.1 選擇電機(jī)選擇電機(jī)(1)根據(jù)機(jī)械的負(fù)載特性和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型。(2)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過(guò)載能力額啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取 0.80.9。(3)根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)措施，選擇

14、電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。(4)根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因素的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類(lèi)型。(5)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程的要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價(jià)格、維護(hù)等等因素。（6）由于不同的機(jī)床要求不同的主軸輸出性能(旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率，動(dòng)態(tài)剛度，振動(dòng)抑制等)，因此，主軸選用標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際使用需要是緊密相關(guān)的。（7）選擇電動(dòng)機(jī)容量就是合理確定電動(dòng)機(jī)的額定功率。決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)要考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過(guò)載能力和起動(dòng)能力三方面因素，但一般情況下電動(dòng)機(jī)容量主要由運(yùn)行發(fā)熱條件而定。電動(dòng)機(jī)發(fā)熱與其工作情況有關(guān)。但對(duì)于載荷

15、不變或變化不大，且在常溫下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)（如本課題中的電動(dòng)機(jī)），只要其所需輸出功率不超過(guò)其額定功率，工作時(shí)就不會(huì)過(guò)熱，可不進(jìn)行發(fā)熱計(jì)算，本設(shè)計(jì)中電機(jī)容量按以下步驟確定。（8）確定主軸切削力6確定主軸材料為 45 號(hào)鋼，淬硬處理（淬火及低溫回火） ，硬度為 44HRC，單位切削力為().2270/m公斤0.3/smm r切削用量范圍： 90 105/min1 50.1 0.5/rmtmmsmm s 主切削力： (2.1)FzPzPzXYFzVPzPzrPznPzPzFzCtSKKKKK料 取 167,1.0,0.751.09,1.081.3,1.05,0.9FzFzFzFzzVFznFzVFz

16、CXYKKKKK料F切深 取，進(jìn)給量取。t5mm0.3/mm r切削功率：102 606120105/min,489.5 1058.3976120Fz vFz vPKwvmPKw切削切削切削速度（9）確定電機(jī)輸出動(dòng)率 Pd dPP切削 傳動(dòng)裝置的總效率 (2.2)1213 其中，圓柱直齒輪傳動(dòng)效率，查得0.98；13軸軸承效率，查得20.990.990.98；2 軸（主軸）軸承效率，查得30.990.990.98。 4由此，0.980.980.980.980.922。 故，8.3979.1070.922dPKw7（10）選擇電動(dòng)機(jī)額定功率edP如前所述，電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取 0.

17、80.9，所以電動(dòng)機(jī)額定功率選取為 11。Kw（11）電動(dòng)機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇小功率電動(dòng)機(jī)一般選為 380V 電壓。所以本電機(jī)的電壓可選為 380V。 同一類(lèi)型、功率相同的電動(dòng)機(jī)具有多種轉(zhuǎn)速。一般而言，轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)，其尺寸和重量小，價(jià)格較低，但會(huì)使傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比、結(jié)構(gòu)尺寸和重量增加。選用轉(zhuǎn)速低的電動(dòng)機(jī)則情況相反。要綜合考慮電機(jī)性能、價(jià)格、車(chē)床性能要求等因素來(lái)選擇。本課題中數(shù)控機(jī)床的主軸的轉(zhuǎn)速范圍要求為。由于只有一根中間35 /min 4000 /minrr傳動(dòng)軸，傳動(dòng)鏈較短，因此變速級(jí)數(shù)較少，故對(duì)電動(dòng)機(jī)恒功率變速范圍以及整個(gè)變速范圍要求較高。I 軸上齒輪傳動(dòng)比確定為，II 軸上兩對(duì)直齒輪的

18、傳動(dòng)比分別為，12/1i 29/16i 。所以?xún)蓷l傳動(dòng)鏈中，高速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比，低速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)318/7i 12i=ii =2/1 9/16=9/8比。由此可得電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍:13i=ii =2/1 18/7=36/7maxmin n4000 9/8=4500r/min , n35 36/7=180r/min（12）確定電機(jī)的型號(hào)由前面信息，可選取 FANUC 交流電機(jī)，型號(hào)為。這種電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)非常平穩(wěn)，12/6000ci采用 160,000,000/rev 的超高分辨率位置編碼器，通過(guò)線(xiàn)圈切換可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高速、高加速控制，作為 系列的后續(xù)產(chǎn)品，具有更先進(jìn)的節(jié)能效果。電機(jī)參數(shù)如下表所示：表 2.2

19、電機(jī)參數(shù)型號(hào)額定功率連續(xù) 30min 功率最低轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速重量振動(dòng)冷卻12/6000ci11Kw15Kw1500 /minr4500 /minr95Kg5V56W8機(jī)座長(zhǎng)為，電機(jī)軸徑為，軸伸為，中心高。465mm48mm110mm132mm2.1.2 計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩（1）各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速首先估算主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，由于采用的是無(wú)級(jí)調(diào)速，所以采用以下的公式： ； (2.3)0.30.3max3min4000()35 ()145 /min35nnrn然后通過(guò)傳動(dòng)比計(jì)算傳動(dòng)軸和電機(jī)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速， 233145 18/7372.9 /min373 /minnnirr

20、121373 2746 /minnnir上式中 、 、 的意義如前所述。i1ii（2）各軸輸入功率=11KwIPedP (2.4)IIP12IP 11 0.98 0.9810.6Kw IIIP4121411 0.9810.2IPKw 上式中，、的意義如前所述。123（3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩19550 11/746140.82TN m 29550 10.6/373271.39TN m39550 10.2/145671.79TN m將以上計(jì)算結(jié)果整理后列于表 2.2，供以后計(jì)算選擇，供以后計(jì)算使用：表 2.3 各軸的傳動(dòng)參數(shù)參數(shù) 軸I 軸（電機(jī)軸）II 軸（中間傳動(dòng)軸）III 軸（主軸）計(jì)算轉(zhuǎn)速（746

21、3731459）minr輸入功率（Kw） 11 10.6 10.2轉(zhuǎn)矩（）N m 140.82 271.39 671.79 傳動(dòng)比12/1i ，29/16i 318/7i 2.1.3 轉(zhuǎn)速圖轉(zhuǎn)速圖由電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍(包括恒功率變速范圍)和各軸傳動(dòng)比,作數(shù)控車(chē)床的轉(zhuǎn)速圖,見(jiàn)圖 2-2.圖 2.2 轉(zhuǎn)速圖2.1.4 傳動(dòng)圖傳動(dòng)圖初定數(shù)控車(chē)床的傳動(dòng)圖,如圖 2-3.10圖 2.3 傳動(dòng)圖 2.2 軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 I 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)I 軸上的零件主要是齒輪 1。一端用凸臺(tái)定位,另一端用緊定螺釘定位。（a）選定齒輪類(lèi)型,精度等級(jí),材料及齒數(shù)根據(jù)選定的傳動(dòng)方案,選用直齒

22、圓柱齒輪傳動(dòng).（1）本次設(shè)計(jì)屬于金屬切削機(jī)床類(lèi),一般齒輪傳動(dòng),故選用 6 級(jí)精度.（2）材料選擇.選擇小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為 280HBS,大齒輪材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì))硬度為 240HBS,二者材料硬度差為 40HBS.（3）選小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù) 135,z 22 3570z （b）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(10-9a)進(jìn)行試算,即 (2.5)213112.32()tEtdHK TZudu確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值11（1）試選載荷系數(shù)3 . 1tK（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由上文可知為140.82N m（3）選取齒寬系數(shù)5 . 0d（4）查得材料的彈性影響系數(shù)2/1

23、8 .189 MPaZE（5）按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的接觸疲勞強(qiáng);6001limMPaH度極限;MPaH5502lim（6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (2.6)9119926060 746 1 500002.24 102.24 10 /21.12 10hNn jLN （7）查得接觸疲勞壽命系數(shù)120.90;0.95HNHNKK（8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，得 (2.7)1lim112lim220.90 6005400.95 550528HNHHHNHHKMPaMPaSKMPaMPaS（c）計(jì)算（1）小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值1tdH (2.

24、8)52213311.3 1.408 102 1189.812.32()2.32()0.5252896.047tEdHK TZud tmmumm（2）計(jì)算圓周速度 v (2.9)113.14 96.047 7463.75/60 100060 1000td nvm s（3）計(jì)算齒寬b (2.10)10.5 96.04748.024dtbdmm12（4）計(jì)算齒寬與齒高之比/b h模數(shù) (2.11)11/96.047/352.744ttmdzmmmm 齒高 (2.12)2.252.25 2.7446.175thmmm (2.13)/48.024/6.1757.78b h （5）計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)，6

25、級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù)；3.75/vm s1.07vK 直齒輪，假設(shè)。查得；/100/AtK F bN mm1.2HFKK查得使用系數(shù)；1.25AK 查得 6 級(jí)精度，小齒輪懸臂支承時(shí)， (2.14)2231.11 0.18(1 6.7)0.15 10HddKb將數(shù)據(jù)代入得 ； (2.15)2231.11 0.18(1 6.7 0.5 ) 0.50.15 1044.0011.237HK由，得；故載荷系數(shù)/7.78,1.237Hb hK1.18FK (2.16)1.25 1.07 1.2 1.2371.985AVHHKK K KK（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，得 (2.17)3311

26、/96.0471.985/1.3110.60ttddK Kmm（7）計(jì)算模數(shù)m (2.18)11/110.60/353.16mdzmm（d）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 (2.19)13212()FaSadFY YKTmz（e）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值13（1）查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限1500FEMPa；2380FEMPa（2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)10.82FNK（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，得 (2.20)1110.82 500292.861.4FNFEFKMPaS（4）計(jì)算載荷系數(shù) K (2.21)1.25 1.07 1.

27、2 1.181.894AVFFKK K KK（5）查取齒形系數(shù)查得；。12.45FaY22.24FaY（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)查得；。11.65SaY21.75SaY（7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較FaSaFY Y (2.22)1112.45 1.650.01380292.86FaSaFYY2222.24 1.750.01699230.71FaSaFYY大齒輪的數(shù)值大。（f）設(shè)計(jì)計(jì)算5322 1.894 1.408 100.016992.460.5 35mmmmm對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，m由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒

28、面接觸疲勞強(qiáng)度所決定m的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)142.46 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出2.5mmm1110.60dmm小齒輪齒數(shù)1110.60/2.544z 大齒輪齒數(shù)212 4488zuz這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，即滿(mǎn)足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿(mǎn)足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑1144 2.5110dz mmmmm2288 2.5220dz mmmmm（2）計(jì)算中心距12()/2(110220)/2165addmm（3）計(jì)算齒輪寬度10.5 11055dbdmm取。21

29、55,60Bmm Bmm（4）驗(yàn)算51122 1.407 102558110tTFNNd，合適。1.25 2558/58.14/100/55AtK FN mmN mmN mmb2.2.2 II 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）軸的支承形式該軸不受或只受極小的軸向力，而右端所受徑向力矩明顯高于左端，故左端選用深溝球軸承，而右端選用一對(duì)角接觸球軸承背靠背安裝，如圖所示：15圖 2.4 中間軸的支承形式（2）軸上零件的軸向定位II 軸上的主要零件主要有三對(duì)直齒圓柱齒輪及其中兩直齒圓柱齒輪對(duì)應(yīng)的電磁離合器。滾子軸承的左端靠在端蓋上，右端用軸肩定位。與電機(jī)軸上齒輪相嚙合的齒輪左端用圓螺母固定,右端用軸肩定位.

30、另外兩齒輪所對(duì)應(yīng)的電磁離合器位于它們中間，相互緊靠，兩齒輪的另兩端用螺釘鎖緊擋圈定位。軸右端的軸承左邊利用軸肩定位，右端用一摔油盤(pán)（有套筒的作用）和圓螺母進(jìn)行定位。軸的選材和最小直徑得確定mind軸的材料選擇為：45 號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)處理） 。軸的最小尺寸， 3min0PdAn式中，由表 153，可取得 110，故 0A 3min10.611033.6373dmm取35mm。由于取值較計(jì)算值大的多，所以不用再按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算和mindmind進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校合。軸的零件圖如圖 2-5.圖 2.5 中間軸零件圖齒輪的設(shè)計(jì)16齒輪 1 和 2 的直徑相差較大，對(duì)齒輪 1（小齒輪）在模數(shù)和選材及熱處理

31、方面要求較高，所以首先進(jìn)行該對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)。1.選定齒輪的精度等級(jí)和材料，初選齒數(shù)本數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行速度較高，精度等級(jí)選擇 6 級(jí)精度；小齒輪材料選擇為 40，調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為 280HBS；大齒輪材料選擇為 45 鋼，rc調(diào)制后表面淬火，硬度為 240HBS。小齒輪齒數(shù)初選為24， 1z2z1z3i24 18/7622.按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)按式試算， 213112.32()tEtdHK TZudu確定公式內(nèi)的各計(jì)算值：初選載荷系數(shù) Kt1.6；計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由前文可知小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為 271.39;可選定齒寬系數(shù)0.4； d查得材料的彈性影響系數(shù)189.8；EZ1/2aMP按齒面

32、接觸硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度650MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度lim1H600MPa；lim2H兩齒輪的設(shè)計(jì)壽命為 50000h，由式 1013，計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 9116060 373 1 500001.119 10nNn jL 9821/1.119 107/184.352 10NNi查得接觸疲勞壽命系數(shù)=0.9,=0.95;1HNK2HNK計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%,安全系數(shù) s1。17=0.9650/1585MPa 1H1lim1HNHKS=0.95600/1=570MPa 2H2lim2HNHKS將以上參數(shù)代入公式進(jìn)行計(jì)算 試算小齒輪分度圓直徑 d1t，代入H-中較小的

33、值32311.6 271.39 1018/7 1189.92.32()127.850.418/7570tdmm計(jì)算圓周速度 v 1143.14 127.85 373/2.50/60 10006 10td nvm sm s計(jì)算齒寬 10.4 127.8551.14dtbdmmmm計(jì)算齒寬與齒高之比 齒輪模數(shù) 11/127.85/245.327ttmdzmmmm齒高 2.252.25 5.32711.986thmmmmm/51.14/11.9864.27b h 計(jì)算載荷系數(shù) K查得動(dòng)載系數(shù)；1.06VK 查得;1.2HFKK查得使用系數(shù)1.25；AK小齒輪精度為 6 級(jí)，相對(duì)支撐作對(duì)稱(chēng)分布。HK2

34、3d1.11 0.180.15 10 b31.11 0.180.15 1051.141.1522（1+0. 6 0. 4）0. 4 由 b/h4.27，=1.15,查圖 1013，得1.12，HKFK故，動(dòng)載系數(shù)181.25 1.06 1.2 1.151.829AVHHKK K KK按實(shí)際得載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得 3311/127.851.829/1.6133.68tTddK Kmm計(jì)算模數(shù) 11/133.68/245.57mdz3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲疲勞的設(shè)計(jì)公式為 13212()FaSadFY YKTmz以下確定式中各參數(shù)的值：查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限520MPa；大齒

35、輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限1FE440MPa；2FE查得彎曲疲勞壽命系數(shù)0.82，0.87；1FNK2FNK計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S1.3，得0.82520/1.3328MPa1F11FNFEKS0.87440/1.3294.46Mpa 2F22FNFEKS計(jì)算載荷系數(shù) K 1.25 1.06 1.2 1.121.781AVFFKK K KK查取齒形系數(shù)查得。122.65;2.28FaFaYY查取應(yīng)力校正系數(shù)查得；。11.58SaY21.73SaY19計(jì)算大、小齒輪的并加以比較FaSaFY Y 1112.65 1.580.01277328FaSaFYY2222.28 1.730.0

36、1340294.46FaSaFYY大齒輪數(shù)值大，將用于以下計(jì)算。將以上參數(shù)代入進(jìn)行計(jì)算5322 1.781 2.714 100.013403.80.4 24mmmmm對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，m由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而由齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決m定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度所算得的模數(shù)，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)3.5mmm1133.68dmm11/133.68/3.538zdm2118/7 3897zuz4.幾何尺寸計(jì)算1）計(jì)算分度圓直徑1138 3.5133

37、dz mmmmm2297 3.5339.5dz mmm2）計(jì)算中心距12()/2(133339.5)/2236.25addmm3）計(jì)算齒輪寬度10.4 13353.2dbdmm取。2160,65Bmm Bmm5.驗(yàn)算203112/2 271.4 10 /1334081.2tFTdNN，合適。4081.2 1.2585.0310060tAFKNNb第二對(duì)齒輪的模數(shù)可取得比齒輪 1 小，3。由于這兩齒輪得中心距與齒輪 134mm和 2 的中心距相等，故,.3236.25 16/25 2/3100z 4100 9/1656z 四個(gè)齒輪的尺寸參數(shù)如表 2.4 所示。表表 2.4 齒輪尺寸參齒輪尺寸參參

38、數(shù) 齒輪1234模數(shù) m3.53.533齒數(shù) z389710056中心距 a236.25分度圓直徑 d133339.5300168齒頂圓直徑ad140346.5306174齒根圓直徑fd124.25330.75292.5160.5全齒高 h7.8756.75齒寬 b60545560壓力角20202020基圓直徑bd125319282 158傳動(dòng)比i18/79/16齒輪寬 B65607075齒寬系數(shù)d0.40.150.20.2輪轂寬706585901.電磁摩擦離合器的計(jì)算和選擇21本課題中數(shù)控機(jī)床得轉(zhuǎn)速較高，對(duì)工作可靠性要求高，根據(jù)結(jié)構(gòu)選擇原則，選取牙嵌式電磁離合器。形式選定后，應(yīng)進(jìn)一步確定其規(guī)

39、格（1）規(guī)格計(jì)算其規(guī)格選擇計(jì)算的基本原則是使其計(jì)算轉(zhuǎn)矩小于或等于其薄弱環(huán)節(jié)的失效條件限制而cT允許其傳遞的許用轉(zhuǎn)矩T，即 (2.23)maxmax cnTTTTTT nn其中-理論轉(zhuǎn)矩T-計(jì)算轉(zhuǎn)矩cT-公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩nT-許用轉(zhuǎn)矩 T-最大轉(zhuǎn)矩maxT-許用最大轉(zhuǎn)矩maxT-許用轉(zhuǎn)速 n1）計(jì)算轉(zhuǎn)矩由于各類(lèi)聯(lián)軸器，離合器實(shí)際工況不同，在確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩時(shí)應(yīng)將理論轉(zhuǎn)矩乘以不同cTT系數(shù) K本機(jī)床承受長(zhǎng)期平穩(wěn)載荷，故 (2.24) cTKTT式中，-分別為離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，公稱(chēng)，許用轉(zhuǎn)矩，；cTnT TN m-離合器理論轉(zhuǎn)矩，；TN mK離合器工況系數(shù)，見(jiàn)下表所示。本文中為金屬切學(xué)機(jī)床，取 K=1.4，從而

40、得到22 (2.25)1.4 271.39379.946TcN m根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩，選取規(guī)格為 DLY5-40A 的牙嵌式離合器，相關(guān)尺寸可從表中查取。（2）牙嵌式離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算1）離合器的外徑計(jì)算（經(jīng)驗(yàn)公式） (2.26)33502.80.08502.80.08 379.946160.69()cDTmm牙的外徑： (2.27)160.69ZDDmmmm表 2.5 離合器工況系數(shù)機(jī)械類(lèi)型K機(jī)械類(lèi)型K金屬切削機(jī)床1.3-1.5輕紡機(jī)械1.2-2曲柄式壓力機(jī)械1.1-1.3農(nóng)業(yè)機(jī)械2-3.5汽車(chē),車(chē)輛1.2-3挖掘機(jī)械1.2-2.5拖拉機(jī)1.5-3鉆探機(jī)械2-4船舶1.3-2.5活塞泵,通風(fēng)機(jī),壓力

41、機(jī)1.3起重運(yùn)輸機(jī)械在最大載荷下結(jié)合1.35-1.5活塞泵(單缸),大型通風(fēng)機(jī),壓縮機(jī),木材加工機(jī)械1.7在空載下結(jié)合1.25-1.5冶金礦山機(jī)械1.8-3.2牙的內(nèi)徑： (2.28)0.70.7 160.69112.49ZZDDmm牙的平均直徑： (2.29)0.5()0.5 (160.69 112.49)136.59mZZDDDmm牙的寬度： (2.30)0.5()0.5 (160.69 112.49)24.1ZZZbDDmm牙的高度： (2.31)0.650.65 24.115.67ZZhbmm牙的個(gè)數(shù)： (2.32)60/()Zn t 式中-主，從動(dòng)半離合器的轉(zhuǎn)速差n (2.33)60

42、 1000/(), /minmnvDr-牙齒接合圓周速度差，一般取v(0.70.8)/vm s-離合器允許結(jié)合時(shí)間，一般機(jī)床，取t0.5ts23本文中取，則可以得到0.7/vm s0.1ts60 1000 0.7/(3.14 136.59)98 /minnr60/(98 0.1)6z 2）牙間壓緊力 (2.34)1112 tan()cdmuQTFDd近似可取 (2.35)2tan()cdmTQFD式中 -牙形角，一般取30 -摩擦角，鋼與鋼接觸，取79 -牙的平均直徑mD -彈簧推力，一般取dF3050dFN本課題中取，30 ,8 ,40dFN 從而， (2.36)2 379.946tan(3

43、08 )4042.5136.59QN （3）磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）磁軛鐵心截面積 (2.37)222.5/()AQ Bmm式中，-磁感應(yīng)強(qiáng)度，一般取B1.2 1.4BT -牙間壓緊力，N。Q取，1.3BT2222.5/2.5 42.5/1.354()AQ Bmm2）線(xiàn)圈槽內(nèi)徑（內(nèi)鐵心外徑）24 (2.38) 222.3 /2.3 54/3.144545.5ndAdmm式中-離合器軸徑。d3）線(xiàn)圈槽外徑（外鐵心內(nèi)徑） (2.39)222.3 /160.692.3 54/3.14160.5wdDAmm4）線(xiàn)圈槽寬度 (2.40)()/2(160.545.5)/257.5()nwnbddmm5）勵(lì)磁磁勢(shì)

44、41.6 10( )IWBVA式中，-氣隙中中磁感應(yīng)強(qiáng)度，一般取B0.50.7BT -工作氣隙，近似取牙的高度。 -氣隙系數(shù)，一般取V2.53.5V 取，則0.6BT3V (2.42)431.6 1015.67 0.6 3 0.145.1 10IWA 6）線(xiàn)圈槽高度 (2.43)2350()nsHIWhmmft式中，-線(xiàn)圈槽高寬比，/46;nnhb -傳熱系數(shù)。線(xiàn)圈散熱良好時(shí)，；s80.056st線(xiàn)圈散熱不良時(shí)， ；7.420.043st-填充系數(shù)，按導(dǎo)線(xiàn)直徑查得；Hf0d-溫升，K，按技術(shù)要求確定；t-電阻系數(shù)，可取；210.017mm m取查得，得4,80.0568.056,1st0.7H

45、f25 (2.44)23 24335050 5 0.017 (45.1 10 )1053.5()8.056 0.7 1nsHIWhmmft 7）導(dǎo)線(xiàn)直徑 (2.45)300.0686/0.0686 0.017 103 45.1 10 /243.94()mdd IW Umm式中，-線(xiàn)圈的平均直徑， md0.5()0.5 (160.545.5)103,mwndddmm -電源電壓，一般取 24VU8）線(xiàn)圈匝數(shù) (2.46)2204/()4 53.5 57.5 0.7/(3.14 3.94 )176.7nnHWb h fd9）磁軛底部厚度 (2.47)2/2176.7/(2 3.14 45)0.63

46、()hAdmm磁軛高度：，一般取253.50.632 56.13()nhhhmm 23mm10）銜鐵厚度 20.6322.63()xbhmm 銜鐵內(nèi)徑由軸徑根據(jù)結(jié)構(gòu)確定，外徑xddxDDmm（4）磁路驗(yàn)算1）線(xiàn)圈總磁勢(shì) (2.48)61(880960)900 83.5 15.671.17 10 ( )nKKRIWH LBA式中，-氣隙，磁軛，銜鐵等各部分的磁均強(qiáng)度與磁路長(zhǎng)度,KKHL2）氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度 (2.49)3/(880960)45.1 10 /(900 0.6)83.5( )BIWT3）電磁吸力 (2.50)2250.40.4 83.5541.5 10 ()QB AN6.軸承的選擇26可

47、選軸承的型號(hào)和其他參數(shù)，如表 2-7 所示：7、鍵和圓螺母的選擇可選擇鍵的尺寸如下表 2-6： 表表 2.6 鍵的尺寸參數(shù)鍵的尺寸參數(shù) 參數(shù)鍵公稱(chēng)尺寸b h長(zhǎng)度L軸深度t孔深度1t與離合器配合的鍵14 9505.53.8圓螺母選用 M351.5。表表 2.7 軸承尺寸參數(shù)軸承尺寸參數(shù)軸承 參數(shù)型號(hào)內(nèi)徑d外徑D軸承寬B安裝尺寸1D安裝尺寸3D1073562144157軸兩端的支撐軸承7307C7307AC3580214471與齒輪配合的軸承7308C7308AC40902349812.3 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.對(duì)主軸組件的性能要求主軸組件是機(jī)床主要部件之一，它的性能對(duì)整機(jī)性能由很大的影響。

48、主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍又很大，所以對(duì)主軸組件的主要性能特提出如下要求：回轉(zhuǎn)精度 主軸組件的回轉(zhuǎn)精度，是指主軸的回轉(zhuǎn)精度。當(dāng)主軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)速度為零的點(diǎn)的連線(xiàn)稱(chēng)為主軸的回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)?；剞D(zhuǎn)中心線(xiàn)的空間位置，在理想的情況下應(yīng)是固定不變。實(shí)際上，由于主軸組件中各種因素的影響，回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的空間位置每一瞬間都是變27化的，這些瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的平均空間位置成為理想回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)。瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)在空間的位置距離，就是主軸的回轉(zhuǎn)誤差，而回轉(zhuǎn)誤差的范圍，就是主軸的回轉(zhuǎn)精度。純徑向誤差、角度誤差和軸向誤差，它們很少單獨(dú)存在。當(dāng)徑向誤差和角度誤差同時(shí)存在時(shí)，構(gòu)成徑向跳動(dòng)，而軸向誤差和角度誤差同

49、時(shí)存在構(gòu)成端面跳動(dòng)。由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)矢量，它并不是所有的情況下都表示為被加工工件所得到的加工形狀。主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量，一般分為三種：靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量和間接測(cè)量。目前我國(guó)在生產(chǎn)中沿用傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量法，用一個(gè)精密的測(cè)量棒插入主軸錐孔中，使千分表觸頭觸及檢測(cè)棒圓柱表面，以低速轉(zhuǎn)動(dòng)主軸進(jìn)行測(cè)量。千分表最大和最小的讀數(shù)差即認(rèn)為是主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差。端面誤差一般以包括主軸所在平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系的垂直坐標(biāo)系的垂直度數(shù)據(jù)綜合表示。動(dòng)態(tài)測(cè)量是用以標(biāo)準(zhǔn)球裝在主軸中心線(xiàn)上，與主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)；在工作態(tài)上安裝兩個(gè)互成 90 角的非接觸傳感器，通過(guò)儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。間接測(cè)量是用小的切削量加工有色金屬

50、試件，然后在圓度儀上的測(cè)量試件的圓度來(lái)評(píng)價(jià)。出廠時(shí)，普通級(jí)加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測(cè)量法測(cè)量，當(dāng) L300mm 時(shí)允許誤差應(yīng)小于 0.02mm。造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因主要是由于主軸的結(jié)構(gòu)及其加工精度、主軸軸承的選用及剛度等，而主軸及其回轉(zhuǎn)零件的不平衡，在回轉(zhuǎn)時(shí)引起的激振力，也會(huì)造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差。因此加工中心的主軸不平衡量一般要控制在 0.4mm/s 以下。剛度 主軸部件的剛度是指受外力作用時(shí)，主軸組件抵抗變形的能力。通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí)，在位移方向上所施加的作用力大小來(lái)表示。主軸組件的剛度越大，主軸受力變形就越小。主軸組件的剛度不足，在切削力及其它力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形

51、，不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會(huì)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(jié)構(gòu)尺寸、支承跨距、軸承類(lèi)型及配置型式、軸承間隙的調(diào)整、主軸上傳動(dòng)元件的位置等有關(guān)?？拐裥?主軸組件的抗振興是指切削加工時(shí)，主軸保持平穩(wěn)地運(yùn)行而不發(fā)生振動(dòng)的能力。主軸組件抗振興差，工作時(shí)容易產(chǎn)生，不僅降低加工質(zhì)量，而且限制了機(jī)床生產(chǎn)率的提高，使刀具耐用度下降。提高主軸抗振興必須提高主軸組件的靜剛度，采用較大阻尼比的前軸承，以及在必要時(shí)安裝阻尼器。另外，使主軸的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振力的頻率。28溫升 主軸組件在運(yùn)轉(zhuǎn)中，溫升過(guò)高會(huì)引起兩方面的不良后果：一是主軸組件和箱體因熱彭漲而變形，主軸的回轉(zhuǎn)

52、中心線(xiàn)和機(jī)床其它組件的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會(huì)因溫度過(guò)高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤(rùn)滑條件，影響軸承的正常工作。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生“抱軸” 。數(shù)控機(jī)床一般采用恒溫主軸箱來(lái)解決恒溫問(wèn)題。耐磨性 主軸組件必須有足夠的耐磨性，以能長(zhǎng)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(dòng)式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬硬或氮化處理。主軸軸承也需有良好的潤(rùn)滑，以提高耐磨性。以上這些要求，有的還是矛盾的。例如高剛度和高速，高速與低溫升，高速與高精度等。這就要具體問(wèn)題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件時(shí)，主軸應(yīng)滿(mǎn)足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精

53、度數(shù)控機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿(mǎn)足高剛度、低溫升的要求6。2.軸承配置型式本課題中數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)速較高，卻要求徑向剛度好，所以軸承的配置型式選擇為剛度速度型13。前軸承采用雙列角接觸球軸承，接觸角為，它們通過(guò)套筒背靠背配置，以減25少主軸懸伸量。后軸承采用雙列短圓柱滾子軸承，以承受較大的傳動(dòng)力。如下圖所示：圖 2.6 主軸支承型式3.主要參數(shù)的確定主軸的主要參數(shù)是指：主軸平均直徑 D（或主軸前軸頸直徑） ；主軸內(nèi)孔直徑；主1Dd軸懸伸量 a 和主軸支承跨距 。這些參數(shù)直接影響主軸的工作性能，但為簡(jiǎn)化問(wèn)題，主要是l由靜剛度條件來(lái)確定這些參數(shù)，即選擇 D、d、a、l 使主軸獲得最大靜剛度，同時(shí)兼顧其它要求，如

54、高速性、抗振性等。（1）主軸前軸頸直徑的確定1D主軸平均直徑對(duì)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1D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29到軸承 dn 值的限制，同時(shí)造成相配零件尺寸加大、制造困難、結(jié)構(gòu)龐大和重量增加等，因此在滿(mǎn)足剛度要求下應(yīng)取較小值。按車(chē)床主電動(dòng)機(jī)功率來(lái)確定，可取。 190Dmm（2）主軸內(nèi)孔直徑 d 的確定確定孔徑的原則是，為減輕主軸重量，在滿(mǎn)足對(duì)空心主軸孔頸要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下，應(yīng)取較大值。對(duì)于數(shù)控機(jī)床，本課題中車(chē)床主軸尾端需要安裝皮帶輪，軸徑較小，/0.60.5d D 故取16

55、，即。/0.55d D d50mm（3）主軸懸伸量的確定a主軸懸伸量是指主軸前端面到支承徑向反力作用中點(diǎn)的距離，它對(duì)主軸部件的剛度和a抗振性影響很大。因此在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求的前提下盡可能取小值。減小的常見(jiàn)措施有：a盡量采用短錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)。推力軸承配置在前支承時(shí)，應(yīng)安裝在徑向軸承的內(nèi)側(cè)而不是外側(cè)。合理設(shè)計(jì)前支承的調(diào)整結(jié)構(gòu)和密封裝置形式。盡量采用主軸端部的法蘭盤(pán)和軸肩等構(gòu)成密封裝置。采用向心推力軸承來(lái)代替向心軸承。成對(duì)安裝的圓錐滾子軸承，應(yīng)采取滾錐小端相對(duì)的形式；成對(duì)安裝的向心推力軸承應(yīng)采取背對(duì)背或面朝外的同方向排列形式。本課題中主軸前端的一對(duì)向心推力軸承正是采用這種安裝形式。改變軸端工夾具的

56、結(jié)構(gòu)形式來(lái)減小 a 值。（4）支承跨距 的確定l支承跨距 是指相鄰兩支承的支承反力作用點(diǎn)之間的距離。合理確定 是獲得主軸部件最ll大靜剛度的重要條件之一。當(dāng)時(shí)，主軸部件具有最大剛度，即為主軸部件的最佳跨距。0ll0l在具體設(shè)計(jì)時(shí)，往往由于結(jié)構(gòu)上的限制而使，這就造成主軸部件的剛度損失。合理跨0ll距,通常取。因?yàn)?D、a 一定時(shí)， 越大，軸承的徑向跳動(dòng)對(duì)主軸前(0.75 1.5)ratll0ratllll端的徑向跳動(dòng)影響越小，且加大 可較小振動(dòng)。當(dāng)需要 遠(yuǎn)大于時(shí)，可采用三支承結(jié)構(gòu)。ll0l（5）主軸頭的選用30如前文所述，采用短錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)有利于減小主軸懸伸量。本課題選用 B 型a法蘭式

57、主軸端部，代號(hào)為 6。（6）軸承型號(hào)的選擇考慮到主軸上部件的安裝需要利用軸肩來(lái)進(jìn)行軸向定位，初步確定好安裝軸承部位軸徑后，選擇軸承型號(hào)及其尺寸如表 2-8 所示：表 2.8 主軸軸承尺寸參數(shù)軸承 參數(shù)型號(hào)內(nèi)徑d外徑D軸承寬B安裝尺寸1D安裝尺寸2D安裝尺寸4D安裝尺寸5D前軸承362189016030103147后軸承31821147011030801031022.4 繪制主傳動(dòng)系統(tǒng)總裝圖繪制主傳動(dòng)系統(tǒng)總裝圖從前文的設(shè)計(jì)結(jié)果,可繪制出主傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖,如圖 2-7 所示. 圖 2.7 主傳動(dòng)系統(tǒng)總裝圖313 液壓卡盤(pán)的設(shè)計(jì)液壓卡盤(pán)的設(shè)計(jì)3.1 機(jī)床夾具的功能和應(yīng)滿(mǎn)足的要求機(jī)床夾具的功能和應(yīng)滿(mǎn)

58、足的要求3.1.1 機(jī)床夾具的功能機(jī)床夾具的功能(1) 保證加工精度 工件通過(guò)機(jī)床夾具進(jìn)行安裝,包含了二層含義:一是定位,二是夾緊.這樣就可以保證工件加工表面的定位精度,且精度穩(wěn)定.(2) 提高生產(chǎn)率 使用夾具來(lái)安裝工件,可以減少很多輔助時(shí)間,從而提高生產(chǎn)率.(3) 擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍 3.1.2 機(jī)床夾具應(yīng)滿(mǎn)足的要求機(jī)床夾具應(yīng)滿(mǎn)足的要求 機(jī)床夾具應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求包括以下幾方面:(1) 保證加工精度 其關(guān)鍵是正確的定位,夾緊和導(dǎo)向方案,夾具制造的技術(shù)要求,定位誤差的分析和驗(yàn)算.(2) 夾具的總體方案應(yīng)與年生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng) 夾具應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)批量的性質(zhì)具有可調(diào)性.(3) 安全,方便,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 機(jī)床

59、夾具可以在必要時(shí)增加保護(hù)裝置.(4) 排屑順暢 切屑的熱量會(huì)影響機(jī)床加工精度,而清理切屑會(huì)增加輔助時(shí)間,因此在設(shè)計(jì)中必須高度重視.(5) 機(jī)床夾具應(yīng)具有良好的強(qiáng)度,剛度和結(jié)構(gòu)工藝性.3.2 機(jī)床夾具的類(lèi)型和組成機(jī)床夾具的類(lèi)型和組成3.2.1 機(jī)床夾具的類(lèi)型機(jī)床夾具的類(lèi)型機(jī)床夾具有多種分類(lèi)方法,如按夾具的使用范圍來(lái)分,有下面五種類(lèi)型:(1) 通用夾具 例如車(chē)床上的卡盤(pán),銑床上的平口鉗等等,這類(lèi)夾具通用性強(qiáng),一般不需要調(diào)整就可以適應(yīng)多種工件的安裝加工,在單件小批量生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用.(2) 專(zhuān)用夾具 用于某一特定工件的特定工序,廣泛應(yīng)用于成皮生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)中.(3) 組合夾具 由一系列的標(biāo)準(zhǔn)化元件組

60、合而成,各部分具有高度互換性和耐磨性,使用時(shí)可根據(jù)情況進(jìn)行拆換.特別適合單間小批量生產(chǎn)中位置精度要求較高的工件加工.(4) 可調(diào)整夾具和成組夾具 具有一定可調(diào)節(jié)性,適合中小批量生產(chǎn).32(5) 隨行夾具 這類(lèi)夾具主要應(yīng)用于自動(dòng)線(xiàn)和柔性制造系統(tǒng)中.3.2.2 機(jī)床夾具的基本組成機(jī)床夾具的基本組成機(jī)床夾具主要由以下幾部分組成:(1) 定位元件及定位裝置 用于確定工件正確位置的元件或裝置.(2) 夾緊元件及夾緊裝置 用于固定工件已獲得的正確位置的元件或裝置.(3) 導(dǎo)向及對(duì)刀元件 用于確定工件與刀具相互位置的元件.(4) 動(dòng)力裝置 在成批生產(chǎn)中,為了減輕工人勞動(dòng)量,常采用氣動(dòng),液動(dòng)等動(dòng)力裝置.(5)