立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計

1、-2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計：TH122題 目: 立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計作 者 姓 名： 誠 學(xué) 號： 2021080834 學(xué) 院： 機械與電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 權(quán) 王 松 指導(dǎo)教師職稱： 助 教 工程師 2021年5月. z-摘 要本文介紹了立式數(shù)控銑床的一些根本概況，表達了機床主傳動系統(tǒng)方面的原理以及類型，分析了各種傳動方案的機理。立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)主要包括了主軸電動機、主軸傳動系統(tǒng)兩局部。 本文詳細地介紹了立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計過程，該立式數(shù)控銑床主軸變速箱是靠齒輪進展傳動的，主軸箱傳動系統(tǒng)采用齒輪傳動，傳動形式采用集中式傳動，主軸變速

2、系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。另外文中還介紹了立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)各種傳動方案優(yōu)缺點的比擬、主傳動方案的選擇和確定、主傳動變速系統(tǒng)的設(shè)計計算、主軸組件的設(shè)計、軸承的選用及潤滑、關(guān)鍵零件的校核以及主軸電動機的控制等容。關(guān)鍵詞：立式數(shù)控銑床；主傳動系統(tǒng)；主軸組件；軸承. z-ABSTRACTThis paper introduces the general situation of the basic vertical C milling machine, this paper e*pounds the principle and type of the machine tool main driv

3、e system, analyzes the mechanism of various kinds of transmission scheme.The main drive system of vertical nc milling machine consists of two parts: main shaft motor and spindle drive system.Vertical C milling machine are introduced in detail in this paper the design process of the main transmission

4、 system, the vertical C milling machine spindle is by the gear transmission gearbo*, spindle bo* transmission system adopts gear drive, drive mode adopts centralized transmission, spindle drive system using sliding multigang gear.This paper introduces the vertical C milling machine main drive system

5、 of the parison of the advantages and disadvantages of various transmission schemes, the choice and determination of main transmission scheme, the design and calculation of main drive variable speed system, the design of spindle ponent, the selection of bearing and the key parts of lubrication, chec

6、king and spindle motor control, etc.Key words：Vertical nc milling machine;Main drive system;The spindle ponent;bearing. z-目 錄緒論11 立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)方案確實定21.1 對立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)簡介21.2 對立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的要求21.3 主傳動的類型及方案選擇21.4 本章小結(jié)32 主傳動變速系統(tǒng)主要參數(shù)計算42.1 計算切削功率42.2 計算主傳動功率52.3 分級變速箱的傳動系統(tǒng)的設(shè)計及主軸電動機的功率確實定52.4本章小結(jié)73 主軸組件設(shè)計83.1

7、概述83.2主軸構(gòu)造設(shè)計83.3主軸強度的校核123.4本章小結(jié)164 軸承的設(shè)計174.1概述174.2軸承的類型選擇174.3 軸承游隙等級的選擇174.4 軸承的壽命計算174.5軸承裝置的設(shè)計184.6本章小結(jié)215 數(shù)控銑床主軸電氣控制系統(tǒng)設(shè)計225.1控制方式選擇225.2 PLC的簡單介紹225.3主軸電動機控制235.4本章小結(jié)24結(jié)論25參考文獻26致 27. z-緒論制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟開展的重要支柱，它的開展水平標志了該國或地區(qū)經(jīng)濟的實力，科技水平和國防實力。國際市場的競爭歸根到底就是各國制造生產(chǎn)能力及機械制造裝備的競爭。機床是制造業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，而數(shù)控機床是高精

8、度、高效率的自動化生產(chǎn)設(shè)備。目前，國、外數(shù)控機床正朝著高性能、高精度、高效率、高柔性、高自動化和模塊化方向迅速開展。數(shù)控機床，顧名思義，是一類由數(shù)字程序?qū)崿F(xiàn)控制的機床。與人工操作的普通機床相比，它具有適應(yīng)圍廣、自動化程度高、柔性強、操作者勞動強度低、易于組成自動生產(chǎn)系統(tǒng)等優(yōu)點。數(shù)控機床也就是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能邏輯處理具有使用或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。數(shù)控銑床是一種加工功能非常強的數(shù)控機床。數(shù)控銑床也像通用銑床那樣可分為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，各類銑床配置的數(shù)控系統(tǒng)不同，其功能也有所不同。隨著科學(xué)技術(shù)的極速開展，機械產(chǎn)品的構(gòu)造也越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高

9、，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。所以，對機械產(chǎn)品的加工相應(yīng)地提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。在機床行業(yè)，由于采取了數(shù)控技術(shù)，使得許多以前在普通機床上無法完成的工藝容得以完成，大量普通機床為數(shù)控機床所代替，這就極促進了機床行業(yè)的技術(shù)進步和行業(yè)開展。綜上所述，數(shù)控機床在促進技術(shù)進步，提高人類生存質(zhì)量以及創(chuàng)造新的就業(yè)時機等方面都起著非常重要的作用。. z-1 立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)方案確實定1.1 對立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)簡介主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速和變速圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工作、并能方便地實現(xiàn)運動

10、的開停、變速、換向和制動等。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要包括了電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比在構(gòu)造上較簡單，因為變速功能全部或大局部主軸電動機的無極調(diào)速來承當，省去了復(fù)雜的齒輪變速機構(gòu)，有些只有二級或三極齒輪變速系統(tǒng)用以擴大電動機無級調(diào)速的圍。在主傳動系統(tǒng)方面，具有以下幾個特點：(1)目前數(shù)控機床的主傳動電機已不再采用普通的交流異步電機或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機，它們已經(jīng)逐步被新型的交流調(diào)速電機和直流調(diào)速電機所代替。(2)轉(zhuǎn)速高，功率大。(3)變速圍大。(4)主軸速度的變換迅速可靠。1.2 對立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的要求1主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運動的

11、開停、變速、換向和制動，以滿足機床的運動要求。2主電動機具有足夠大的功率，全部機構(gòu)和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足動力要求。3主傳動的有關(guān)構(gòu)造，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗振性，并且噪聲要小，傳動效率要高，以滿足機床的工作性能要求。4操縱靈活可靠，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。5構(gòu)造簡單緊湊，工藝性好，本錢低，以滿足經(jīng)濟性要求。1.3 主傳動的類型及方案選擇數(shù)控機床的調(diào)速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級凋速系統(tǒng)。為了適應(yīng)不同的加工要求，主傳動系統(tǒng)目前主要有三種變速方式：1具有變速齒輪的主傳動

12、這是大、中型數(shù)控機床采用較多的一種變速方式。通過幾對齒輪降速，增大輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求，見圖1-1所示。一局部小型數(shù)控機床也采用此種傳動方式以獲得強力切削時所需要的扭矩。圖1.1具有變速齒輪的主傳動2通過帶傳動的主傳動通常選用同步齒形帶或多楔帶傳動，這種傳動方式多見于數(shù)控車床，它可防止齒輪傳動時引起的振動和噪聲，見圖1-2所示。圖1.2 通過帶傳動的主傳動3由調(diào)速電機直接驅(qū)動的主傳動這種主傳動是由電動機直接驅(qū)動主軸，即電動機的轉(zhuǎn)子直接裝在主軸上，因此大大簡化了主軸箱體與主軸的構(gòu)造，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。如圖1-3所示。圖1

13、.3 由調(diào)速電機直接驅(qū)動的主傳動近些年來，出現(xiàn)了一種新式的裝電動機主軸，即主軸與電動機轉(zhuǎn)子合為一體。其優(yōu)點是主軸組件構(gòu)造緊湊，重量輕，慣量小，可提高起動、停頓的響應(yīng)特性，并利于控制振動和噪聲。缺點是電動機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量亦使主軸產(chǎn)生熱變形。因此，使用裝電動機主軸的關(guān)鍵問題是溫度控制和冷卻。1.4 本章小結(jié)本章主要是對立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)確實定，本次設(shè)計采用了變速齒店主傳動系統(tǒng)。使主軸獲得較高的轉(zhuǎn)速和較大的轉(zhuǎn)矩。2 主傳動變速系統(tǒng)主要參數(shù)計算2.1 計算切削功率 2.1.1切削力的計算銑削時的切削力，公式如下 2-1式中：銑削時的主切削力N；加工材料影響的系數(shù)；每齒進給量mm；背吃刀量mm；銑削

14、寬度；銑刀齒數(shù)；銑刀直徑(mm)。用直徑=50mm的四齒錐柄立銑刀，銑刀寬=40mm的剛工件，=0.05mm，=4mm，=68mm， 計算得：=132N2.1.2切削功率的計算切削時所消耗的功率稱為切削功率。切削功率的公式計算： 2-2式中：切削功率kw；切削力N；切削速度m/min。根據(jù)機床設(shè)計手冊典型加工條件以及鋼材料的銑削速度圍，取=100m/min計算得：=2.2kw 2.1.3主軸轉(zhuǎn)速圍確實定主軸最高轉(zhuǎn)速為，最低轉(zhuǎn)速為2.2 計算主傳動功率用以下粗略估算主電動機的功率 2-3式中：為銑床主傳動系統(tǒng)總機械效率，主運動為回轉(zhuǎn)運動時，；主運動為直線運動時，。 取主傳動的總效率=0.7 則初

15、選電動機功率取 電動機額定轉(zhuǎn)速為； 額定最高轉(zhuǎn)速為2.3 分級變速箱的傳動系統(tǒng)的設(shè)計及主軸電動機的功率確實定由2.2中初選電動機功率為4kw，計算轉(zhuǎn)速依據(jù)如下公式計算: 2-4則電動機的恒功率調(diào)速圍:主軸恒功率調(diào)速圍:因此主軸要求的恒功率變速圍遠大于電動機所能提供的恒功率圍，所以在電動機與主軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，來擴大電動功率變速圍。 2.3.1 確定變速級數(shù)Z如取變速箱的公比 則由于無級變速時 故變速箱的變速極數(shù) 可取Z=3 2-5雖然此方法功率特性圖示連續(xù)的、無缺口(即沒有功率降低區(qū))和無重但是Z=3，變速箱機構(gòu)較復(fù)雜。因此為簡化變速箱機構(gòu)，取Z=2。 2.3.2 電動機的功率確實定

16、由公式25可知，應(yīng)增大 即 所以比大很多。缺口處的功率為 所以選用的交流變頻電動機。則缺口處的功率為。有很大的改善。 2.3.3 電動機參數(shù)電動機性能指標：電機采用CTB系列變頻電機,型號：CBT43P5B*B504,主要技術(shù)指標如下：1電壓:三相380V/50Hz；2變頻調(diào)速圍:5100Hz無級調(diào)速,550Hz恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,50100Hz恒功率調(diào)速,級數(shù)為4級,額定轉(zhuǎn)速1440r/min;3電機應(yīng)能承受額定轉(zhuǎn)矩的60%過載,歷時1min,低速時轉(zhuǎn)矩平滑,無爬行現(xiàn)象;4CTB系列變頻電機,型號：CBT43P5B*B504 圖2.1 電動機外形圖 2.3.4 分級變速箱的傳動系統(tǒng)變速機構(gòu)確實定本系

17、統(tǒng)設(shè)計的傳動系統(tǒng)具有兩檔速度，低檔轉(zhuǎn)速為，高檔轉(zhuǎn)。顯然如果要求巧作恒功率的不停車變速可用高檔。轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如圖2.2所示。圖2.2轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖2.4本章小結(jié)本章通過對切削規(guī)律和主傳動功率的計算，分級變速箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計以及主軸電動機功率確實定得出主傳動變速系統(tǒng)的主要參數(shù)。. z-3 主軸組件設(shè)計3.1概述主軸部件設(shè)計是機床重要部件之一，它是機床的執(zhí)行件。它的功用是支撐并帶開工件或刀具旋轉(zhuǎn)進展切削，承受切削力和驅(qū)動力等載荷，完成外表成型運動。 3.1.1軸的分類軸是機械傳動的一個重要零件，一般作回轉(zhuǎn)運動的零件常要裝在軸上才能實現(xiàn)其回轉(zhuǎn)運動。其承載在載荷可分為：1.轉(zhuǎn)軸工作時既承受彎矩

18、又承受扭矩。2.心軸用于支撐轉(zhuǎn)動零件，只承受彎矩。3.傳動軸傳遞扭矩。在高速傳動的軸不僅要考慮軸的材料、構(gòu)造、強度和剛度，而且要防止軸的振動動平衡。此外，注意軸上零件的固定，構(gòu)造工藝性，熱處理等要求。作為制造機器的機器上的軸，設(shè)計的主要原則是剛度原則,本次設(shè)計選擇轉(zhuǎn)軸。 3.1.2主軸材料軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。數(shù)控主軸主要傳遞扭矩，且在高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生大量的熱，產(chǎn)生一定的軸伸長，其他零件的變形，從而影響加工精度和外表質(zhì)量。從多方面考慮選用40Cr為本次數(shù)控銑床主軸材料。3.2主軸構(gòu)造設(shè)計主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。主軸部件的工作性能對整機性能和加工質(zhì)量以及機

19、床生產(chǎn)率有著直接影響，是決定機床性能和技術(shù)經(jīng)濟指標的重要因素。因此，對主軸部件有較高的要求。 3.2.1主軸部件應(yīng)滿足的根本要求1旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度指裝配后，在無載荷、低轉(zhuǎn)速條件下，在安裝工件或刀具的主軸部位的徑向和端面圓跳動。其主要取決于主軸、軸承、箱體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。2剛度 主軸部件的剛度指其在外加載荷的作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性形變時，在位移方向上所施加的作用力來定義。如圖4-1所示。主軸部件的剛度是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、軸承的類型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動件布置形式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量都影響主軸部件的剛

20、度。圖3-1 主軸形變 3抗振性 4溫升和熱變形 軸的設(shè)計也和其他的零件的設(shè)計相似，包括構(gòu)造設(shè)計和工作能力的計算兩方面的容。軸的構(gòu)造設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝性等方面的要求。軸的構(gòu)造不合理會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性。因此軸的構(gòu)造設(shè)計很重要。軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。對于機械裝備則需剛度計算，防止工作時產(chǎn)生過大的彈性變形，影響加工精度和外表質(zhì)量。 3.2.2軸的構(gòu)造設(shè)計軸的構(gòu)造主要取決于以下因素:1軸在機器中的安裝位置及形式；2軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量和軸連接的方法；3載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；4軸的加工工藝。不

21、管什么條件,軸的構(gòu)造應(yīng)滿足以下條件：1軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置,周向和軸向要有準確的定位；2軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；3軸應(yīng)具有良好的構(gòu)造工藝性和制造工藝性。 3.2.3草擬軸上零件的裝配方案圖4.2 主軸裝配圖預(yù)定出軸上主要零件的裝配方向、順序和關(guān)系，如以下圖立式數(shù)控銑床主軸的裝配。前軸承前支撐、套筒、軸承、套筒曲路密封與端蓋曲路密封齒輪動力輸入局部、圓螺母、軸承后支撐、端蓋、依次從軸的后端向前端安裝。 3.2.4軸上零件的定位為防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向和周向的相對運動,軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)要求外,都必須進展軸向和周向定位,以保證其準確的工作位置。 1.零件的軸向固定:

22、通常由軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母來保證； 2.零件的周向固定:周向固定的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對運動。常用周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過盈配合等,其中緊定螺釘只用在傳力不大之處。 3.2.5 各軸段直徑與確實定由軸的構(gòu)造和拉刀方式確定出軸的最小直徑：立式數(shù)控銑床主軸必須制成空心軸，且又因為為空心軸的徑與外徑d 之比，為了保證軸的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度,通常在之間,取為0.6。故d=50mm。按軸上零件的裝配方案和定位要求，從處起逐一確定各軸段的直徑。在實際的設(shè)計中，軸的直徑亦可憑設(shè)計者的經(jīng)歷確定，或參考同類機器用類比的方法確定。有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標準直徑。安裝標

23、準件的部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的標準值及所選的配合公差。且在這樣的軸段需0.5mm的碳氮共滲層。為了使帶輪、軸承等有配合要求的零件裝配拆卸方便，并減少配合面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)采用較小的直徑，發(fā)揮軸肩的作用。 確定各軸段長度時，應(yīng)盡可能使構(gòu)造緊湊，同時還需要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。軸的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸配合局部的軸向尺寸和相鄰零件必要的空隙來確定的。為了保證軸向定位可靠與帶輪等零件相配合局部的軸段長度一般應(yīng)比輪轂長度短23mm，所以取Dma*=78mm. 1主軸懸伸量a與前端軸頸D1之比可按下表3.1選擇：表3.1 主軸懸伸量與前端軸頸之比機床和主軸的類型a/D1通用和精細機床

24、，自動車床和短主軸端銑床，用滾動軸承和支架0.51.5中等長度和較長主軸端的車床和銑床，懸伸較長的精細鏜床 和圓磨床1.252.5孔加工機床應(yīng)用加工細長孔的機床，由加工技術(shù)決定，需要有長的懸伸刀桿或主軸可移動，因切削較長而不適用于有高精度要求的機床>2.5取a=65mm2主軸合理跨距的選擇：在具體設(shè)計時，常常由于構(gòu)造上的限制，實際跨距最正確合理跨距。這樣就造成主軸組件的剛度損失。在設(shè)計中一般認為時，剛度損失不大5%左右。應(yīng)該認為在合理圍之，稱之為合理跨距，合理跨距是一個區(qū)域。 3.2.6 提高主軸強度的措施軸和軸上零件的構(gòu)造、工藝及軸上零件的安裝布置等對軸的強度有很大的影響，所以應(yīng)在這些

25、方面進展考慮，以利提高軸的承載的能力，減小軸的尺寸和機器的質(zhì)量，降低制造本錢。 1合理布置軸上零件以減小軸的載荷。為了減小軸所承受的彎矩，傳動件應(yīng)盡量靠近軸承，并盡可能不采用懸臂的支承形式，力求縮短支承跨距及懸臂長度。通常軸是在變應(yīng)力條件下工作的，軸的截面尺寸發(fā)生突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中，軸的疲勞破壞也常常發(fā)生在此處。軸肩要采用較大的R減小應(yīng)力集中；選擇適宜的配合關(guān)系；可在輪轂或軸上開減載槽；切制螺紋處的應(yīng)力集中較大，應(yīng)防止在軸上受載較大的區(qū)段切制螺紋。 2改良軸的外表質(zhì)量提高軸的疲勞強度。軸的外表愈粗糙，疲勞強度愈低。因此，應(yīng)合理減小軸的外表及圓角處的，提高軸的疲勞強度。外表強化處理的方法有：外表

26、高頻淬火；外表滲碳、氮化；碾壓、噴丸等強化處理。 3.2.7 軸的構(gòu)造工藝性軸的構(gòu)造工藝性指軸的構(gòu)造形式應(yīng)便于加工和裝配軸上的零件，生產(chǎn)率高，本錢低。一般說，軸的構(gòu)造越簡單，工藝性越好。因此，在滿足使用要求的前提下，軸的構(gòu)造形式應(yīng)盡量簡單。為了便于裝配零件并去掉毛刺，軸端應(yīng)制出45°的倒角；需要磨削加工的軸段，應(yīng)留有砂輪越程槽；需要切制螺紋的軸段，應(yīng)留有退刀槽。主軸構(gòu)造設(shè)計如以下圖：圖3.3 主軸構(gòu)造示意圖3.3主軸強度的校核常見軸材料見表3.2所示。表3.2 常見軸材料軸的材料Q235-A、20Q275、354540Cr15-2520-3525-4535-45A0149-12613

27、5-112126-103112-97 3.3.1按扭轉(zhuǎn)強度進展計算下面這種方法只是按軸所承受的扭矩來計算軸的強度；如果還承受有不大的彎矩時，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的方法予以考慮。在作軸的構(gòu)造設(shè)計時通常用這種方法初步估算軸徑。對于不大重要的軸，也可作為計算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 3-1式中：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa； T軸所受的扭矩，單位為Nmm；軸的抗扭截面系數(shù)，單位為； n軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min； P軸傳遞的功率，單位為kw； d計算截面處軸的直徑，單位為mm許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa。由上式可的直徑 3-2式中: 對于空心軸 3-3應(yīng)當指出，當軸截面上開有鍵槽時，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽

28、對軸的強度的削弱。對于直徑d>100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑應(yīng)增大7%。對于直徑d<100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑應(yīng)增大5%-7%有兩個鍵槽時，應(yīng)增大10%-15%。然后將軸徑圓整為標準直徑。應(yīng)當注意，這樣求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑。 3.3.2 強度校核計算軸的準確計算主要是軸的強度和剛度校核計算，且在滿足軸的強度和剛度要求，必要時還應(yīng)進展軸的振動穩(wěn)定性計算。進展軸的強度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況,采取相應(yīng)的計算方法,并恰當?shù)剡x用許用應(yīng)力。BT30銑床機械主軸既承受彎矩又承受扭矩,應(yīng)按彎扭合成強度條件進展計算,需要時還應(yīng)按疲勞強度進展準

29、確校核計算。1. 按扭轉(zhuǎn)強度條件進展校核計算。 3-4式中：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa；T軸所受的扭矩，單位為Nmm；d計算截面處軸的直徑，單位為mm；許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa；軸的抗扭截面系數(shù)，單位為。由 ?機械設(shè)計手冊?查得為45MPa；由?機械設(shè)計課程設(shè)計手冊?可查得；。將以上各值代入式34得： =4.7MPa 2. 按彎扭合成強度計算：過軸的構(gòu)造設(shè)計，軸上零件的位置，外載荷和支反力的作用位置都已確定，算出軸上載荷。由金屬切削手冊表得：表3.3 參數(shù)表 工程參數(shù) 數(shù)值出處<<金屬切削手冊>>D50mm表9-7B 30mm表9-4 S0.1mm/齒表9-11t8mm

30、t=0.02*DZ4表9-7由金屬切削機床夾具設(shè)計手冊表得查手冊表1-2逆銑時得;, , 所以, 求出支反力： ; 聯(lián)立解得： 剛度校核計算:軸在載荷作用下,將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。假設(shè)變形量超過了允許的限度,就會影響軸上零件的正常工作,甚至?xí)适C器應(yīng)有的工作性能。對于制造產(chǎn)品的銑床主軸來說剛度是關(guān)鍵。由誤差復(fù)映原理可知,剛度較差的機床造出的產(chǎn)品,根本就談不上精度。因此,本次設(shè)計的BT40主軸必須校核剛度。軸的彎曲剛度以撓度和偏轉(zhuǎn)角來度量的;扭轉(zhuǎn)剛度以扭轉(zhuǎn)角來度量。主要任務(wù)是:計算主軸在受載時的變形量,并控制其在允許圍。剛度校核計算：階梯軸的剛度條件： 式中：T 扭矩，單位為Nmm； G 剪切

31、彈性模量，單位為，對于各種鋼材，；極慣性矩，單位為； L 階梯軸受扭矩的長度，單位為mm；Z階梯軸受扭矩軸段數(shù)；、階梯軸第i段上的扭矩、長度、慣性矩； 。由?機械設(shè)計?查得°/m，顯然，。故滿足剛度條件。3.4本章小結(jié)主軸部件設(shè)計是機床重要部件之一，它是機床的執(zhí)行件。本章確定了主軸部件的設(shè)計，主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。. z-4 軸承的設(shè)計4.1概述由于在高速機械上使用的軸承對于轉(zhuǎn)速的要求很高，國的標準軸承無法滿足本次設(shè)計要求，根據(jù)本次設(shè)計的要求選取國外生產(chǎn)的FAG型號軸承為本次設(shè)計所用軸承。4.2軸承的類型選擇通過本次設(shè)計的BT40銑床機械主軸的受

32、力分析可知：軸承在工作過程中，既受徑向載荷又受軸向載荷。因此，本次設(shè)計必須選用角接觸球軸承。由于本次設(shè)計的主軸為高速機械主軸，所以對主軸軸承要求較高，國的標準軸承以無法滿足本次設(shè)計，所以選擇國外的FAG型號軸承作為本次設(shè)計所選軸承。4.3 軸承游隙等級的選擇為了提高主軸的剛度和抗振性，BT40銑床主軸采用三支承方式，且前后為主要支承，中間支撐為輔助支承。但是三支承方式對三支承孔的同軸度要求較高，制造裝配較復(fù)雜。主軸承也應(yīng)消除間隙或預(yù)緊，且輔助支承必須選用較大游隙的軸承。因此，前、后軸承選4組游隙并預(yù)緊，輔助支承選用4組游隙。4.4 軸承的壽命計算軸承在承受負荷旋轉(zhuǎn)時，由于套圈滾道面及滾動體滾動

33、面不斷地受到交變負荷的作用，即使在正常的使用條件下，也會因材料疲勞使?jié)L道面及滾動面出現(xiàn)疲勞損傷。即使是構(gòu)造、尺寸、材料、加工方法等完全一樣的軸承，在同樣條件下旋轉(zhuǎn)時，軸承的疲勞壽命仍會出現(xiàn)較大的差異。于是就將一批一樣的軸承在同樣條件下分別旋轉(zhuǎn)時，其中90%的軸承不出現(xiàn)滾動疲勞損傷的總旋轉(zhuǎn)數(shù)稱做“軸承的根本額定壽命即可靠性為90%的壽命)。這些損傷可以通過做好軸承的選擇、安裝和潤滑等加以防止。本次設(shè)計所以軸承的壽命符合要求。軸承布局表4.1 常用軸承布局方式配置方式可到達的轉(zhuǎn)速系數(shù)0.850.800.750.650.72為了適應(yīng)高速運行同時保證一定的剛度，本次設(shè)計采用面對面設(shè)置。按軸承參數(shù)可知，

34、軸承的極限轉(zhuǎn)速為22000r/min配置選第五種，其速度系數(shù)為0.65，則可得最高轉(zhuǎn)速為所以完全可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速為4000r/min的設(shè)計要求。又因為軸承支點跨距較大，溫升較高，所以本設(shè)計采用一端固定，一端游動的軸承固定方式。并且是三支承方式。4.5軸承裝置的設(shè)計要想保證軸承順利的工作、，除了正確選擇軸承類型和尺寸外，還應(yīng)該正確設(shè)計軸承的裝置。軸承裝置的設(shè)計主要是正確解決軸承的安裝、配置、緊固、調(diào)節(jié)、潤滑、密封等問題。下面提出一些設(shè)計中注意的要點。軸承的配置一般來說，一根軸需要兩個支點，每個支點可由一個或一個以上的軸承組成。合理的軸承配置應(yīng)考慮軸在機器中有正確的位置、防止軸向竄動以及軸受熱膨脹后導(dǎo)

35、致將軸承卡死等因素。常用的軸承配置方法有以下三種:1.雙支點單向固定。這種軸承配置常用兩個反向安裝的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，兩個軸承各限制一個方向的軸向移動。2.單支點雙向固定。對于跨距較大如大于350mm且工作溫度較高的軸，其熱伸長量大，應(yīng)采用一支點雙向固定，另一支點游動的支承構(gòu)造。作為固定支承的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故外圈在軸向都要固定。作為補償軸的熱膨脹的游動支承，假設(shè)使用的是外圈不可別離型軸承，只需固定圈，其外留在座孔應(yīng)可以軸向游動。3.兩端游動支承對于一對人字齒輪軸，由于人字齒輪本身的相互軸向定位作用，它們的軸承外圈的軸向緊固應(yīng)設(shè)計成只保證其中一根軸相對機座有固定的軸向位置

36、，而另一根軸上的兩個軸承都必須是游動的，以防止齒輪卡死或人字齒的兩側(cè)受力不均勻。首先通過BT40主軸的工作情況來說，是圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定。BT40主軸的轉(zhuǎn)速為8000r/min，額定轉(zhuǎn)矩為42，屬于高速中載的工作條件。由于高速旋轉(zhuǎn)，軸承等安裝在軸上的零件會和軸有摩擦，并產(chǎn)生大量的熱。雖然水冷卻系統(tǒng)能帶走一局部熱能，但仍會導(dǎo)致因溫升而產(chǎn)生熱伸長。因此，必須采用“一支點雙向固定，另一支點游動的軸承配置形式。作為固定支承的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，外圈在軸上都要固定。而作為補償軸的熱膨脹的游動支承，固定圈，外圈在坐孔可以游動，給軸的熱膨脹留余空間。在本次設(shè)計中，受力不是很大，選取前三后二的支承方式。

37、軸承的配合配合的目的是使軸承圈或外圈結(jié)實地與軸或外殼固定，以免在相互配合面上出現(xiàn)不利的軸向滑動。這種不利的軸向滑動會引起異常發(fā)熱、配合面磨損進而使磨損鐵粉侵入軸承部以及振動等問題，使軸承不能充分發(fā)揮作用。因此對于軸承來說，由于承受負荷旋轉(zhuǎn)，一般必須讓套圈帶上過盈使之結(jié)實地與軸或外殼固定。配合的選擇一般按下述原則進展：根據(jù)作用于軸承的負荷方向、性質(zhì)及外圈的哪一方旋轉(zhuǎn)，則各套圈所承受的負荷可分為旋轉(zhuǎn)負荷、靜止負荷或不定向負荷。軸承負荷大或承受振動、沖擊負荷時，其過盈須增大。非別離型軸承例如深溝球軸承外圈都采用靜配合，則軸承安裝、拆卸極為不便，最好將外圈的*一方采用動配合。所以本次設(shè)計的外圈為過硬配

38、合，軸承圈采用動配合，負荷性質(zhì)的影響軸承負荷根據(jù)其性質(zhì)可分為圈旋轉(zhuǎn)負荷、外圈旋轉(zhuǎn)負荷及不定向負荷。 4.5.3 軸承的潤滑潤滑對于滾動軸承具有重要意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還具有散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動、防止銹蝕等作用。所以本次設(shè)計根據(jù)工作情況選用脂潤滑。脂潤滑的優(yōu)點：潤滑膜強度高，能夠承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當長的一段時間，方便簡單。表4.2 使用于脂潤滑和油潤滑的植界限表值軸承類型脂潤滑油潤滑油浴滴油循環(huán)油噴油油霧深溝球軸承16254060>60調(diào)心球軸承16254050角接觸球軸承16254060>60圓柱滾子軸承122540

39、60>60圓錐滾子軸承10162330調(diào)心滾子軸承8122025推力球軸承461215 4.5.4軸承的密封為了使軸承保持良好的潤滑條件和正常的工作環(huán)境，充分發(fā)揮軸承的工作性能，延長使用壽命，必須對滾動軸承具有適宜的密封。軸承的密封可分為自帶密封和外加密封兩類。所謂軸承自帶密封就是把軸承本身制造成具有密封性能裝置的。這種密封占用空間很小，安裝拆卸方便，造價也比擬低。自帶密封又分為非接觸式與接觸式兩種:1非接觸式密封非接觸式密封就是密封件與其相對運動的零件不接觸，且有適當間隙的密封。這種形式的密封，在工作中幾乎不產(chǎn)生摩擦熱，沒有磨損，特別適用于高速和高溫場合。2接觸式密封接觸式密封就是密封

40、與其相對運動的零件相接觸且沒有間隙的密封。這種密封由于密封件與配合件直接接觸，在工作中摩擦較大，發(fā)熱量亦大，易造成潤滑不良，接觸面易摩損，從而導(dǎo)致密封效果與性能下降。4.6本章小結(jié)由以上理論本次設(shè)計主要采用非接觸式密封,優(yōu)點在于在工作中幾乎不產(chǎn)生摩擦熱，沒有磨損，特別適用于高速和高溫場合。前端軸承受力較大,且要求較高故采用間隙密封加一個甩油環(huán)密封可靠。后端軸承要求稍低一點兒,選用曲路密封。曲路密封是由旋轉(zhuǎn)的和固定的密封零件之間拼合成的曲折的縫隙所形成的?？p隙中參加潤滑脂,可以增加密封效果。根據(jù)部件的構(gòu)造曲路 是布置為軸向的.采用軸向曲路時,端蓋應(yīng)為剖分式,當軸因溫度變化而伸縮或采用調(diào)心軸承感作

41、支承時,都有旋轉(zhuǎn)片與固定片相接觸的可能.根據(jù)實際情況本次設(shè)計采用接觸式密封。. z-5 數(shù)控銑床主軸電氣控制系統(tǒng)設(shè)計5.1控制方式選擇本次設(shè)計選用可編程控制器Programmable Logic ControllerPLC控制變頻電機帶動主軸工作。PLC適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡單易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝備。它能夠完成較準確地轉(zhuǎn)?？刂啤?.2 PLC的簡單介紹 5.2.1 可編程控制器的由來可編程控制器ProgrammableController簡稱PC，但為了與個人計算機 Personal puter相區(qū)別，也可簡稱為PLC。是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。在60年代，汽車生產(chǎn)流水

42、線的自動控制系統(tǒng)根本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。 5.2.2 可編程控制器的現(xiàn)狀世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司DEC研制的。限于當時的元器件條件及計算機開展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。 5.2.3 可編程控制器的分類PLC一般可按I/O點數(shù)和構(gòu)造形式分類。1 按I/O總點數(shù)分類1小型PLC 輸入、輸出點數(shù)在128點以下，用戶存儲器容量在2KB以下。小型PLC適用于開關(guān)量控制場合。2中型PLC 輸入/輸出點數(shù)在2561024點之間，用戶程序存儲器容量在28KB。中型PLC除具有上述邏輯運算功能外，還有模擬

43、量輸入、輸出、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)通信等功能。3大型PLC 輸入/輸出點數(shù)在1024點上，最多可達8192點，用戶程序存儲器容量在8KB或8KB以上。這種PLC有豐富的I/O 模塊，能適應(yīng)各種控制要求。2 按構(gòu)造形式分類1整體式將PLC的中央處理器單元、輸入、輸出部件安裝在一塊印刷電路板上，并連同電源一起裝在一個標準機殼，形成一個箱體。2機架模塊式把PLC的各個局部制成獨立的標準尺寸的模塊，主要有CPU模塊包括存儲器、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊以及其他各種模塊直接插入機架底板的插座上即可。 5.2.4 可編程控制器的特點1可靠性高，抗干擾能力強這是選擇控制裝置的首要條件?？删幊炭刂破魃a(chǎn)廠家在硬件

44、方面和軟件方面上采取了一系列抗干擾措施。硬件措施：屏蔽、濾波、隔離軟件措施：故障檢測、信息保護和恢復(fù)、戒備時鐘死循環(huán)報警、程序檢驗2使用靈活，通用性強產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，多數(shù)采用模塊式的硬件構(gòu)造，用戶可靈活選用。軟接線邏輯使得PLC能簡單輕松的實現(xiàn)各種不同的控制任務(wù)，且系統(tǒng)設(shè)計周期短。3編程方便，易于掌握 采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語言，直觀易懂；近年來又開展了面向?qū)ο蟮捻樋亓鞒虉D語言 (SFC Sequential Function Chart) ，也稱功能圖，使編程更簡單方便。 4接口簡單、安裝，維護方便 、體積小、構(gòu)造緊湊、可編程控制器可直接與現(xiàn)場強電設(shè)備相連接，接口電路模塊化，與

45、被控制對象的硬件連接方式簡單，接線少、便于維護。體積小、重量輕、便于安裝。有完善的自診斷和監(jiān)視功能?？删幊炭刂破鲗τ谄洳抗ぷ鳡顟B(tài)，通信狀態(tài)，異常狀態(tài)和 I/O 點的狀態(tài)均有顯示?？梢苑奖愕牟槌龉收显颍杆僮鞒鎏幚?。 5功能完善，性價比高除根本的邏輯控制，定時計數(shù)，算術(shù)運算外，配合特殊功能模塊可以實現(xiàn)點位控制， PID 運算，過程控制，數(shù)字控制等功能，還可與上位機通信、遠程控制等。 5.2.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC在國外廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、石化、電力機械制造、汽車制造、環(huán)保及娛樂等各行各業(yè)。5.3主軸電動機控制PLC發(fā)出Y0主軸正轉(zhuǎn)或Y1主軸反轉(zhuǎn)信號以及主軸轉(zhuǎn)速指令時，代表主軸轉(zhuǎn)速的直流電壓值就會送入主軸變頻器，主軸變頻器按代表主軸轉(zhuǎn)速的直流電壓值控制主軸轉(zhuǎn)速進展正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)起動。主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)起動至指定轉(zhuǎn)速時，主軸變頻器輸出主軸速度到過信號給PLC，完成主軸起動過程