機(jī)床設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)

1、金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 機(jī)械工程學(xué)院129第一章 緒論1第一節(jié)機(jī)床設(shè)計(jì)的目的1第二節(jié) 機(jī)床課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容1第二節(jié)機(jī)床課程設(shè)計(jì)的步驟及要求1第二章 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4第一節(jié) 主傳動(dòng)系統(tǒng)概述4第二節(jié) 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)5第三節(jié) 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6第四節(jié) 皮帶輪的設(shè)計(jì)18第三章 主軸組件30第一節(jié) 主軸組件的基本要求30第二節(jié) 主軸軸承的選擇和主軸滾動(dòng)承31第三節(jié) 主軸34第四節(jié)主軸組件35第五節(jié) 主軸組件的設(shè)計(jì)計(jì)算37第六節(jié)主軸端部的結(jié)構(gòu)形式38第四章機(jī)床零件的驗(yàn)算43第一節(jié)傳動(dòng)軸的驗(yàn)算43第二節(jié)齒輪的驗(yàn)算50第三節(jié)滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算53第五章 伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)60第一節(jié) 概述60第二節(jié) 伺服

2、系統(tǒng)性能分析與參數(shù)設(shè)計(jì)63第三節(jié) 伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟及設(shè)計(jì)計(jì)算公式69第四節(jié) 消隙機(jī)構(gòu)78第五節(jié) 滾珠絲杠副傳動(dòng)79附錄：111 第一章 緒論第一節(jié) 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的 機(jī)床課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完機(jī)床課以后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的綜合性練習(xí)。通過(guò)設(shè)計(jì)，運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的理論知識(shí)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐知識(shí)，達(dá)到鞏固、加深和擴(kuò)大所學(xué)知識(shí)的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)，分析比較機(jī)床主傳動(dòng)中某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和編寫(xiě)技術(shù)文件。完成機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟和方法的目的。通過(guò)機(jī)床課程設(shè)計(jì)，獲得設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力。并為進(jìn)行一般機(jī)械的

3、設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。第二節(jié) 機(jī)床課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 一運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)題目給定的機(jī)床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速，擬定轉(zhuǎn)速圖、傳動(dòng)系統(tǒng)圖、計(jì)算帶輪直徑和齒輪齒數(shù)。 二動(dòng)力設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)題目給定的機(jī)床類(lèi)型、規(guī)格及工作條件，確定主電動(dòng)機(jī)功率；確定主軸及各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速；初定傳動(dòng)軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動(dòng)帶型號(hào)及帶根數(shù)。在結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，再對(duì)機(jī)床主要傳動(dòng)件、零件，進(jìn)行應(yīng)力、變形和壽命的驗(yàn)算，并修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。三結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 完成運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)之后，還要將主傳動(dòng)方案“結(jié)構(gòu)化”。要設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件工作圖，側(cè)重進(jìn)行傳動(dòng)軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑與密封，以及主軸、傳動(dòng)軸、滑移齒輪、操縱

4、元件、箱體等零件的設(shè)計(jì)。第二節(jié) 機(jī)床課程設(shè)計(jì)的步驟及要求 一明確目的要求、查閱有關(guān)資料在接到題目后，應(yīng)弄清給定的條件、數(shù)據(jù)、所設(shè)計(jì)機(jī)床的類(lèi)型、性能、應(yīng)用范圍和規(guī)定的內(nèi)容與要求。查閱資料時(shí)，除本書(shū)外還應(yīng)查閱機(jī)床圖冊(cè)和機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)等。必要時(shí)還應(yīng)到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，了解同類(lèi)型機(jī)床的使用性能與操作，主傳動(dòng)部件與相鄰部件的安裝關(guān)系等。二傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)，包括確定主傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，擬定轉(zhuǎn)速圖、傳動(dòng)比，確定齒輪齒數(shù)和帶輪直徑，主傳動(dòng)的換向與制動(dòng)方式，畫(huà)出主傳動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。三計(jì)算主要傳動(dòng)件計(jì)算內(nèi)容如下：V帶選擇型號(hào)和計(jì)算所需的根數(shù)；傳動(dòng)軸按扭轉(zhuǎn)剛度要求計(jì)算軸受扭部分的直徑，從而確定軸的直徑；齒輪按

5、變動(dòng)工作用量計(jì)算接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，取二者中的大值確定齒輪的模數(shù)，再進(jìn)行齒輪的幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算。 四結(jié)構(gòu)分析與選擇 對(duì)于設(shè)計(jì)中涉及到的結(jié)構(gòu)，都要經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析后進(jìn)行選擇。結(jié)構(gòu)分析與選擇的主要內(nèi)容如下： 1主軸組件的結(jié)構(gòu) 主軸端部已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。正確選擇主軸軸承的類(lèi)型及其組合、精度和調(diào)整軸承間隙的方法。計(jì)算主軸組件的合理跨距。合理選擇潤(rùn)滑與密封的方式。注意主軸組件的拆裝。2傳動(dòng)軸組件的結(jié)構(gòu)根據(jù)軸承的類(lèi)型，正確選定軸的軸向定位的方法,軸上所安裝的零件的拆裝與固定。 3齒輪的結(jié)構(gòu) 正確選擇齒輪的精度并考慮相應(yīng)的加工齒形的方法。對(duì)于雙聯(lián)和三聯(lián)齒輪，加工方法決定了相鄰齒輪的間距，為縮短軸向尺寸可采用鑲裝結(jié)構(gòu)。輪轂

6、的長(zhǎng)度按導(dǎo)向的要求確定，通常為軸直徑的1.5倍左右。 4操縱機(jī)構(gòu) 操縱機(jī)構(gòu)的類(lèi)型應(yīng)與變速要求相適應(yīng)，注意選擇定位機(jī)構(gòu)和防止操縱機(jī)構(gòu)中發(fā)生干涉現(xiàn)象。五繪制部件的裝配圖 設(shè)計(jì)圖按1：1的比例繪制，必須遵守工程圖學(xué)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣畫(huà)法，要求尺寸準(zhǔn)確、線條清晰、文字工整，標(biāo)準(zhǔn)件必須按規(guī)定繪圖。注意布圖的勻稱(chēng)美觀，通過(guò)徑向尺寸和軸向尺寸的初步計(jì)算，安排圖形的位置?？上韧ㄟ^(guò)計(jì)算畫(huà)出草圖。展開(kāi)圖與剖視圖的繪制，常需交叉進(jìn)行，以便相互對(duì)照、全面檢查。1.展開(kāi)圖展開(kāi)圖，基本上是按照傳動(dòng)順序，將各軸展開(kāi)畫(huà)在一個(gè)平面上，他可以很清楚地表明主軸變速箱的傳動(dòng)與結(jié)構(gòu)。根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求，在展開(kāi)圖上應(yīng)標(biāo)注下列內(nèi)容：軸號(hào)、

7、軸承型號(hào)、主軸軸承型號(hào)與精度等級(jí)、齒輪的齒數(shù)與模數(shù)、軸間中心距、各處的配合尺寸與配合性質(zhì)、主軸組件的軸向聯(lián)系尺寸（即軸向尺寸鏈）和對(duì)主軸組件中各零件（包括標(biāo)準(zhǔn)件）進(jìn)行編號(hào)、移動(dòng)件行程的極限位置、軸向輪廓尺寸和與其它部件有關(guān)的聯(lián)接尺寸等。剖視圖 剖視圖，應(yīng)能表達(dá)各傳動(dòng)軸和主軸的中間位置，一組操縱機(jī)構(gòu)組件的結(jié)構(gòu)，以及在展開(kāi)圖上難以表達(dá)或表達(dá)不清楚的機(jī)構(gòu)。通過(guò)剖視圖的設(shè)計(jì)，著重表示各機(jī)間的空間關(guān)系。剖視圖中應(yīng)標(biāo)注軸號(hào)，展開(kāi)圖中沒(méi)有的軸承型號(hào)、配合尺寸和配合性質(zhì)，有嚙合關(guān)系的齒輪軸的軸間距和公差，主軸中心到主軸主軸箱安裝基面的距離（例如車(chē)床的中心高）等。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意檢查可能產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。例如：軸上固

8、定齒輪之間的間距不夠長(zhǎng)，在滑移齒輪移動(dòng)時(shí)，原嚙合的一對(duì)尚未完全脫開(kāi)，另一對(duì)齒輪就要進(jìn)入嚙合；由于齒數(shù)或傳動(dòng)比確定的不當(dāng)而引起齒輪與相鄰軸干涉；因軸的軸向定位不足而使軸產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，或因超定位而引起干涉；操縱機(jī)構(gòu)動(dòng)作的干涉；調(diào)整環(huán)節(jié)不能或不便于調(diào)整；有的零件難以進(jìn)行裝、拆等。還應(yīng)注意零件的結(jié)構(gòu)工藝性好。六傳動(dòng)件的驗(yàn)算在裝配圖底圖畫(huà)好后，傳動(dòng)件的尺寸和位置均已定，便可驗(yàn)算傳動(dòng)軸的彎曲剛度和滾動(dòng)軸承的壽命。可選出受載嚴(yán)重的一根（或一對(duì)軸承）軸進(jìn)行驗(yàn)算。由于滑移齒論在軸上有幾個(gè)嚙合位置，在各嚙合位置上，軸和軸承的受載不同，因此應(yīng)首先判斷和選定受力后使軸的撓度最大或一對(duì)齒輪處傾角最大的工作狀態(tài)，再驗(yàn)算軸

9、的彎曲剛度。軸承壽命的驗(yàn)算，可在驗(yàn)算的傳動(dòng)軸上，選擇軸承規(guī)格相對(duì)較小支反力相對(duì)較大處進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)驗(yàn)算結(jié)果不能滿足性能要求時(shí)，應(yīng)修改設(shè)計(jì)。七繪制主要零件工作圖繪制一個(gè)零件工作圖，可選擇主軸或齒輪。零件圖上應(yīng)有足夠的視圖和剖面，標(biāo)全尺寸和公差，注明表面粗糙度、形位公差和技術(shù)要求。八編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)應(yīng)與設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，在圖樣工作全部完成后，再繼續(xù)編寫(xiě)未完部分，并整理，裝訂成冊(cè)。說(shuō)明書(shū)敘述要簡(jiǎn)明扼要，層次分明，文字通順，書(shū)寫(xiě)工整，圖表清晰，計(jì)算準(zhǔn)確。第二章 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) 主傳動(dòng)系統(tǒng)概述 一主傳動(dòng)的功用機(jī)床主傳動(dòng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)，屬于外聯(lián)系傳動(dòng)鏈，其功用是：將一定的動(dòng)力由動(dòng)

10、力源傳遞給執(zhí)行件（如主軸或工作臺(tái)）；保證執(zhí)行件具有一定的轉(zhuǎn)速（或速度）和足夠的轉(zhuǎn)速范圍；能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)停、變速、換向和制動(dòng)等。二主傳動(dòng)的組成主傳動(dòng)一般由動(dòng)力源（如電動(dòng)機(jī)）、變速裝置及執(zhí)行件（如主軸、刀架、工作臺(tái)），以及開(kāi)停、換向和制動(dòng)機(jī)夠等組成部分。動(dòng)力源給執(zhí)行件提供動(dòng)力，并使其得到一定的運(yùn)動(dòng)速度和方向；變速裝置傳遞動(dòng)力以及變換運(yùn)動(dòng)速度；執(zhí)行件執(zhí)行機(jī)床所需的運(yùn)動(dòng)，完成旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)。開(kāi)停機(jī)構(gòu)用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸的啟動(dòng)和停止的裝置；換向機(jī)構(gòu)用來(lái)變換機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)方向的裝置；制動(dòng)機(jī)構(gòu)用來(lái)控制機(jī)床主軸迅速停轉(zhuǎn)的裝置，以減少輔助時(shí)間。三主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機(jī)床主傳動(dòng)要求外，

11、還提出如下要求：1.具有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速數(shù)控機(jī)床為了保證加工時(shí)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，必須具有最高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。 2.具有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低數(shù)控機(jī)床加工精度的提高，與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動(dòng)件的制造精度與剛度，齒輪齒面進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火增加耐磨性；3.良好的抗振性和熱穩(wěn)定性數(shù)控機(jī)床上一般既要進(jìn)行粗加工，又要進(jìn)行精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以及切削過(guò)程中的自激振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)

12、重時(shí)甚至破壞刀具或零件，使加工無(wú)法進(jìn)行。因此在主傳動(dòng)系統(tǒng)中各主要零部件不但要具有一定的 靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動(dòng)的能力抗振性。機(jī)床在切削加工中主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生熱變形，破壞了零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)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(dòng)效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件具有較高的熱穩(wěn)定性，通過(guò)保持合適的配合間隙，并進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑保持熱平衡等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。 第二節(jié) 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù) 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)有動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。動(dòng)力參數(shù)是指主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率，運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指主運(yùn)動(dòng)的變速范圍。 一主傳動(dòng)功率 機(jī)床主傳動(dòng)的功率可根據(jù)切削

13、功率與主傳動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率 由下式確定： (2.1)數(shù)控機(jī)床的加工范圍一般都比較大，切削功率可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力按下式確定： (2.2)式中 主切削力的切向分力() 切削速度()； 切削扭矩()； 主軸轉(zhuǎn)速()。 主傳動(dòng)的總效率一般取，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)多用調(diào)速電機(jī)和有限的機(jī)械變速傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈較短，因此，效率可取較大值。二運(yùn)動(dòng)參數(shù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指機(jī)床執(zhí)行件如主軸、工件安裝部件（工作臺(tái)、刀架）的運(yùn)動(dòng)速度。 1主軸轉(zhuǎn)速的確定主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速n 由切削速度v 和工件或刀具的直徑 d 來(lái)確定： （2.3）2. 主軸最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的確定對(duì)于數(shù)控機(jī)床，為了適應(yīng)切削速

14、度和工件或刀具直徑的變化，主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速可由下式確定： （2.4） (2.5)式中 主軸的最高、最低轉(zhuǎn)； 最高、最低的切削速度（）； 相應(yīng)最大、最小計(jì)算轉(zhuǎn)徑(mm)；3主軸的變速范圍主軸的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比值，稱(chēng)為主軸的變速范圍，用表示,即： (2.6)4主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 對(duì)于主傳動(dòng)采用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)的機(jī)床，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速可由下式求出： (2.7)5主軸恒功率的變速范圍對(duì)于主傳動(dòng)采用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)的機(jī)床，主軸恒功率的調(diào)速范圍可由下式求出 (2.8)6電動(dòng)機(jī)恒功率的調(diào)速范圍 對(duì)于主傳動(dòng)采用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)的機(jī)床，電動(dòng)機(jī)恒功率的調(diào)速范圍可由下式求出： (2.9)式中 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。第三節(jié) 主傳

15、動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床采用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。無(wú)級(jí)變速是指在一定的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速（或速度）能連續(xù)地變換，從而獲得最有利的切削速度。機(jī)床主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)中采用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1. 可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，以得到最有利的切削用量和最小的相對(duì)生產(chǎn)率損失； 2. 允許在負(fù)載下變速，可隨時(shí)修改切削用量，以避免產(chǎn)生振動(dòng)； 3. 縮短變速時(shí)間，便于實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)控制； 4. 可實(shí)現(xiàn)車(chē)端面時(shí)保持恒定的切削速度，換向迅速而平穩(wěn)，可大大簡(jiǎn)化齒輪變速箱，減少制造工作量； 5. 縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)平穩(wěn)性等。缺點(diǎn)是有些無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)

16、成本較高。機(jī)床主傳動(dòng)中采用的無(wú)級(jí)變速裝置有三大類(lèi)：變速電動(dòng)機(jī)、機(jī)械無(wú)級(jí)變速裝置和液壓無(wú)級(jí)變速裝置。 機(jī)械無(wú)級(jí)變速裝置是機(jī)床主傳動(dòng)中常用的無(wú)級(jí)變速裝置。 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器有鋼球式、寬帶式等多種結(jié)構(gòu)，它們都是利用摩擦力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，通過(guò)連續(xù)地改變摩擦傳動(dòng)副工作半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。由于它的變速范圍較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代機(jī)床變速范圍的要求。因此，機(jī)械無(wú)級(jí)變速器須串聯(lián)有級(jí)變速箱，以擴(kuò)大其變速范圍。一無(wú)級(jí)變速主傳動(dòng)設(shè)計(jì)原則 1盡量選擇功率或扭矩特性符合傳動(dòng)系要求的無(wú)級(jí)變速裝置。如執(zhí)行件作直線主運(yùn)動(dòng)的主傳動(dòng)系，對(duì)變速裝置的要求是恒扭矩傳動(dòng)；如主傳動(dòng)系要求恒功率傳動(dòng)，就應(yīng)該選擇恒功率無(wú)級(jí)變速裝置。 2無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)

17、裝置單獨(dú)使用時(shí)，其調(diào)速范圍較小，滿足不了要求，尤其是恒功率調(diào)速范圍往往遠(yuǎn)小于機(jī)床實(shí)際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無(wú)級(jí)變速裝置與機(jī)械分級(jí)變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴(kuò)大恒功率變速范圍和整個(gè)變速范圍。如機(jī)床主軸要求的變速范圍為Rn，選取的無(wú)級(jí)變速裝置的變速范圍為，串聯(lián)分級(jí)變速箱的變速范圍應(yīng)為： （2.10） 式中 機(jī)械分級(jí)變速箱的變速級(jí)數(shù)； 機(jī)械分級(jí)變速箱的公比。 通常，無(wú)級(jí)變速裝置作為傳動(dòng)系中的基本組，而分級(jí)變速作為擴(kuò)大組，其公比理論上應(yīng)等于無(wú)級(jí)變速裝置的變速范圍。實(shí)際上由于機(jī)械無(wú)級(jí)變速裝置屬于摩擦傳動(dòng)，有相對(duì)滑動(dòng)現(xiàn)象，可能得不到理論上的轉(zhuǎn)速。為了得到連續(xù)的無(wú)級(jí)變速，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使分級(jí)變速箱的公比

18、略小于無(wú)級(jí)變速裝置的變速范圍，即取使轉(zhuǎn)速之間有一小段重疊，保證轉(zhuǎn)速連續(xù)。二數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1主傳動(dòng)采用直流或交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速數(shù)控機(jī)床常用變速電機(jī)拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。常用的電機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流調(diào)頻電機(jī)兩種。目前，中小型數(shù)控機(jī)床中，交流調(diào)頻電機(jī)占優(yōu)勢(shì)，有取代直流電機(jī)之勢(shì)。設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意機(jī)床主軸與電動(dòng)機(jī)在功率特性方面的匹配。交流調(diào)頻電機(jī)通常是通過(guò)調(diào)頻進(jìn)行變速?zèng)]，一般為籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；無(wú)電刷，因而最高轉(zhuǎn)速不受火花限制；采用全封閉結(jié)構(gòu)，具有空氣強(qiáng)冷，保證高轉(zhuǎn)速和較強(qiáng)的超載能力，具有很寬的調(diào)速范圍。2數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和主軸功率特性的匹配設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床主傳

19、動(dòng)時(shí)，必須要考慮電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸功率特性匹配問(wèn)題。由于主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍，所以在電動(dòng)機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱，以擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，滿足低速大功率切削時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出功率的要求。在設(shè)計(jì)分級(jí)變速箱時(shí)，考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求等因素，變速箱公比的選取有下寫(xiě)列情況：取變速箱的公比等于電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍。即，功率特性圖是連續(xù)的，無(wú)缺口和無(wú)重合。如變速箱的變速級(jí)數(shù)為，則主軸的恒功率變速范圍等于變速箱的變速級(jí)數(shù)可由下式算出 （2.11） 若要簡(jiǎn)化變速箱結(jié)構(gòu)，希望變速級(jí)數(shù)少一些，則不得不取較大的公比。變速箱公比可取大于電動(dòng)機(jī)恒功率的調(diào)速范圍，即。這時(shí)

20、，變速箱每擋內(nèi)有部分轉(zhuǎn)速只能恒扭矩變速，主傳動(dòng)系功率特性圖中出現(xiàn)“缺口”，稱(chēng)之功率降低區(qū)。使用“缺口”范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速時(shí)，為限制扭矩過(guò)大，得不到電動(dòng)機(jī)輸出的全部功率。為保證缺口處的輸出功率，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)相應(yīng)增大。這就是說(shuō)，簡(jiǎn)化變速箱是以選擇較大功率的電機(jī)作為代價(jià)的。若級(jí)數(shù)取小些，則根據(jù)式(2.12)計(jì)算出公比： （2.12） 如果數(shù)控機(jī)床為了恒線速切削需在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速時(shí)，取變速箱公比小于電動(dòng)機(jī)恒功率的調(diào)速范圍，即，在主傳動(dòng)系功率特性圖上有小段重合，這時(shí)變速箱的變速級(jí)數(shù)仍可由式(2.11）算出。三主傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 1轉(zhuǎn)速圖的擬定 分析和設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)須應(yīng)用一種特殊線圖，稱(chēng)為轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖能夠清楚的表

21、達(dá)出：傳動(dòng)軸的數(shù)目，主軸及各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速值及其傳動(dòng)路線，變速組的個(gè)數(shù)、傳動(dòng)順序及擴(kuò)大順序，各變速組的傳動(dòng)副數(shù)及其傳動(dòng)比數(shù)值，變速規(guī)律等。首先根據(jù)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速確定變速范圍，選擇合適的公比后再確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，繪制轉(zhuǎn)速圖。現(xiàn)舉例說(shuō)明：例2-1 ：已知機(jī)床的轉(zhuǎn)速范圍在10r/min1800r/min，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為6000 r/min，額定轉(zhuǎn)速為1500 r/min，電動(dòng)機(jī)的額定功率P=11kW，確定主軸箱結(jié)構(gòu)（1）確定主軸的變速范圍 （2）確定主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 由于數(shù)控機(jī)床主軸的變速范圍大，計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)比計(jì)算值高些，所以圓整取計(jì)算轉(zhuǎn)速nc=。（3）確定主軸的恒功率變速范圍 （4）確定電

22、動(dòng)機(jī)所能夠提供的恒功率變速范圍 由于RnpRdp，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。（5）確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)取，則 對(duì)于數(shù)控車(chē)床，為了加工端面時(shí)滿足恒線速度切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取。（6）擬定轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如圖2.1所示圖 2.1轉(zhuǎn)速圖和主軸功率特性圖在設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要全面考慮，特別要注意結(jié)構(gòu)尺寸和傳動(dòng)性能的影響，以便擬定出更加完善合理的轉(zhuǎn)速圖方案。 2齒輪齒數(shù)的確定 確定齒輪齒數(shù)應(yīng)注意的問(wèn)題： 齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)大，以免加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床的機(jī)構(gòu)龐大；同時(shí)，增加齒數(shù)和，還會(huì)提高齒輪的線速度而加大噪音。

23、一般推薦齒數(shù)和。 齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)小，應(yīng)考慮： a.最小齒輪不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，一般取最小齒數(shù)。 b.受結(jié)構(gòu)限制的各齒輪（尤其是最小齒輪），應(yīng)能可靠地裝到軸上或進(jìn)行套裝；齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的厚度 (為模數(shù)），以保證有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)變形或斷裂現(xiàn)象。 c.兩軸間最小中心距應(yīng)取得適宜。若齒數(shù)和太小，則中心距過(guò)小，將導(dǎo)致兩軸上的軸承及其他結(jié)構(gòu)之間的距離過(guò)近或相碰。確定齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動(dòng)比的要求。實(shí)際傳動(dòng)比（齒輪齒數(shù)之比）與理論傳動(dòng)比（轉(zhuǎn)速圖上給定的傳動(dòng)比）之間允許有誤差，但不應(yīng)過(guò)大。由于確定齒輪齒數(shù)所造成的主軸轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差，一般于允許超過(guò)。即 式中 主軸的實(shí)際

24、轉(zhuǎn)速； 主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速； 公比。 確定齒輪齒數(shù)（變速組內(nèi)齒輪模數(shù)相同時(shí)齒輪齒數(shù)的定）： 確定齒輪齒數(shù)時(shí)，首先必須確定出各變速組內(nèi)齒輪副的模數(shù)，以便根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸判斷其最小齒輪齒數(shù)或齒數(shù)和是否適宜。在同一變速組內(nèi)的齒輪可取相同的模數(shù)，也可取不同的模數(shù)。 后者只有在一些特殊的情況下，如最后擴(kuò)大組或背輪傳動(dòng)中，因各齒輪副的速度變化大，受力情況相差也較大，在同一變速組內(nèi)才采用不同的模數(shù)。在本課程設(shè)計(jì)中，同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)。在同一變速組內(nèi)，各對(duì)齒輪的齒數(shù)之比，必須滿足轉(zhuǎn)速圖上已經(jīng)確定的傳動(dòng)比。計(jì)算公式為： （2.14） （2.15）式中 分別為齒輪副的主動(dòng)與從動(dòng)齒輪的齒數(shù)； 齒輪副的傳動(dòng)比；

25、齒輪副的齒數(shù)和。確定變速組的齒數(shù)和時(shí)，一般地說(shuō)主要是受最小齒輪的限制。顯然最小齒輪是在變速組內(nèi)降速比或升速比最大的一對(duì)齒輪中，因此可先假定該小齒輪的齒數(shù)，根據(jù)傳動(dòng)比求出齒數(shù)和，然后按各齒輪副的傳動(dòng)比，再分配其他齒輪副的齒數(shù)；如果傳動(dòng)比誤差較大，應(yīng)重新調(diào)整齒數(shù)和，再按傳動(dòng)比分配齒數(shù)。例：在例2-1中，根據(jù)轉(zhuǎn)速圖確定的傳動(dòng)比可初步確定各軸的齒輪的齒數(shù)如下： 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖確定的傳動(dòng)比可初步確定各軸的齒輪如下：（1）軸與軸的中間齒輪的齒數(shù)取 根據(jù)上式求得 且，所以滿足要求。（2）軸與軸之間齒輪的齒數(shù)取 根據(jù)上式求得 且，所以滿足要求。（3）軸與軸之間齒輪的齒數(shù)取 根據(jù)上式求得 且，所以滿足要求。（4）軸

26、與軸之間齒輪的齒數(shù) 取 根據(jù)式求得 且，所以滿足要求。 聯(lián)立上面兩式求得：Z5=55, 。繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖根據(jù)上述求出的齒輪齒數(shù)繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖如下：圖2.2傳動(dòng)系統(tǒng)圖4主軸及各傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定： (1) 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定：根據(jù)轉(zhuǎn)速圖得中型車(chē)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。(2) 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速確定后，就可以從轉(zhuǎn)速圖上得出各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，對(duì)于上述轉(zhuǎn)速圖可得各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：5估算各傳動(dòng)軸軸徑：根據(jù)傳動(dòng)軸傳動(dòng)的功率大小，用扭轉(zhuǎn)剛度公式進(jìn)行初步的計(jì)算。 式中 d受扭部分的最小直徑（mm），計(jì)算值應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列； K鍵槽系

27、數(shù)，按表選?。?A根據(jù)許用扭轉(zhuǎn)角確定的系數(shù)，按表2.1選??； d傳動(dòng)軸受扭部分的直徑（mm）； P電動(dòng)機(jī)額定功率 （kW）； 從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的軸的機(jī)械效率，見(jiàn)表2 被估算的傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（）。表2.1 估算軸徑時(shí)A和K值0.250.511.52A130110928377K無(wú)鍵單鍵雙鍵花鍵軸內(nèi)徑11.041.051.071.10.93表2.2各傳動(dòng)機(jī)械效率的概略值類(lèi)別傳動(dòng)件平均機(jī)械效率齒輪傳動(dòng)直齒圓柱齒輪，磨齒0.99帶傳動(dòng)V帶0.96滾動(dòng)軸承滾子軸承0.99由于各傳動(dòng)軸屬于一般傳動(dòng)軸，所以取，所對(duì)應(yīng)的，電動(dòng)機(jī)的額定功率。（1）軸軸徑的估算由于軸上一平鍵，所以取且 圓整后取（2）軸軸徑的估算

28、由于軸上一平鍵，所以取且 圓整后?。?）軸軸徑的估算由于軸為花鍵軸，所以取且 圓整后?。?） 軸軸徑的估算由于軸為花鍵軸，所以取 圓整后?。?）軸軸徑的估算軸為主軸，其前軸徑的尺寸，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率，應(yīng)在90120之間，取。則后軸徑為：圓整后取6. 齒輪模數(shù)的估算 初步計(jì)算齒輪模數(shù)時(shí)，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行。一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪進(jìn)行計(jì)算。從等強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，可減小其它齒輪的寬度，使齒輪基本上處于在相近的接觸應(yīng)力或彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。這樣一來(lái)，還可以縮短該傳動(dòng)組的軸向尺寸。模數(shù)的估算公式如式(2.17) 式中 mj按接觸疲勞強(qiáng)度估算的齒輪模數(shù)（mm），

29、應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值； P電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）； nj被估算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）； u大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u1,外嚙合為“+”號(hào)，內(nèi)嚙合為“-”號(hào)； Z小齒輪齒數(shù)； m齒寬系數(shù)， m=B/m=610，B為齒寬，m為模數(shù)； j許用接觸應(yīng)力（MPa）。查表2.3。表.許用接觸應(yīng)力j例：估算例2-1中各齒輪的模數(shù)：根據(jù)表2.3選擇鋼（整體淬火），其接觸應(yīng)力，取，由公式來(lái)確定各對(duì)齒輪的模數(shù)：（1）第一對(duì)齒輪： ； 取標(biāo)準(zhǔn)值（2）第二對(duì)齒輪： ； ； 取標(biāo)準(zhǔn)值（3） 第三對(duì)齒輪： ；取標(biāo)準(zhǔn)值（4）第四對(duì)齒輪： ； ； 取標(biāo)準(zhǔn)值（5）第五對(duì)齒輪： ； ； 取標(biāo)準(zhǔn)值第四節(jié) 皮帶輪的設(shè)計(jì) 帶傳動(dòng)是由帶

30、和帶輪組成傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)。根據(jù)工作原理可分為兩類(lèi)：摩擦帶傳動(dòng)和嚙合帶傳動(dòng)。摩擦帶傳動(dòng)是機(jī)床主要傳動(dòng)方式之一，常見(jiàn)的有平帶傳動(dòng)和V帶傳動(dòng)；嚙合傳動(dòng)只有同步帶一種。 普通V帶傳動(dòng)是常見(jiàn)的帶傳動(dòng)形式，其結(jié)構(gòu)為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40、相對(duì)高度進(jìn)似為0.7、梯形截面環(huán)行帶。其特點(diǎn)為：當(dāng)量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動(dòng)比大、預(yù)緊力小。繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。其應(yīng)用于：帶速V2530m/s;傳動(dòng)功率P700kW;傳動(dòng)比i10軸間距小的傳動(dòng)。一主要失效形式 1帶在帶輪上打滑，不能傳遞動(dòng)力； 2帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷； 3帶的工作面磨損。 保證帶在工作中不

31、打滑的前提下能傳遞最大功率，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動(dòng)的其它帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。二設(shè)計(jì)計(jì)算 普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算見(jiàn)表2-4。設(shè)計(jì)普通V帶傳動(dòng)的原始數(shù)據(jù)為：傳遞的功率P(KW）；小、大帶輪的轉(zhuǎn)速n1、n2(r/min)；傳動(dòng)對(duì)外廓尺寸的要求；傳動(dòng)的工作條件。表2-4普通V帶的計(jì)算續(xù)表2-4表2-5工況系數(shù)KA (摘自GB/T13575.1-1992)表2-6 普通V帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量m 摘自(GB/T13575.1-1992)表2-7小帶輪包角修正系數(shù)摘自GB/T13575.1-1992表2-8 帶長(zhǎng)修正系數(shù)KL(普通V帶摘自GB/T13575.1-1

32、992,JB/ZQ4175-1997)表2-9普通帶輪和窄帶輪直徑系列(摘自GB/T10412-2002)表2-10 普通帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系列(摘自GB/T11544-1997)表2-11 V帶的額定功率(摘自GB/T13575-1992) Y型V帶的額定功率(摘自GB/T13575-1992) （KW） 續(xù)表（2-11）表2-12 V帶輪槽截面尺寸圖2-1普通V帶選型圖V帶輪設(shè)計(jì)實(shí)例：設(shè)計(jì)例-的皮帶輪： (1)設(shè)計(jì)功率的確定：查得工況系數(shù)(2) 選定帶型：根據(jù)和確定為B型。(3)傳動(dòng)比：根據(jù)轉(zhuǎn)速圖知,傳動(dòng)比為(4)確定小帶輪基準(zhǔn)直徑：參考表取(5)確定大帶輪直徑：取標(biāo)準(zhǔn)值(6) 驗(yàn)算帶速：因?yàn)樵?/p>

33、之間，所以經(jīng)濟(jì)耐用。(7)初定帶輪軸中心距：得： 即： 初取 (8)確定帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度： 選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度(9)計(jì)算實(shí)際軸間距：取標(biāo)準(zhǔn)值。安裝時(shí)所需最小軸間距：張緊或補(bǔ)償伸長(zhǎng)所需最大軸間距：(10)驗(yàn)算小帶輪包角：所以小帶輪包角合適。(11)單根V帶的基本額定功率：根據(jù)和查得B型V帶的基本額定功率。(12)單根V帶的額定功率增量：考慮到傳動(dòng)比的影響，額定功率的增量由表查得：(13)計(jì)算帶的根數(shù)：取 根。(14)單根V帶的預(yù)緊力： (15)作用在軸上的力：(16)帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸：由表可查得， ， ，第三章 主軸組件 主軸組件是機(jī)床的重要組件之一。它通常由主軸、主軸支軸和安裝在主軸上的傳動(dòng)件等組成。主軸

34、是機(jī)床的執(zhí)行件，由它帶動(dòng)工件或刀具直接參加表面成形運(yùn)動(dòng)，主軸組件的工件性能直接影響加工質(zhì)量（包括幾何精度、表面粗糙度等）和機(jī)床生產(chǎn)率。因此，對(duì)于機(jī)床主軸組件，除應(yīng)滿足一般傳動(dòng)軸的要求外，還應(yīng)滿足有別于一般傳動(dòng)軸的特殊要求。 第一節(jié) 主軸組件的基本要求為了保證主軸組件在規(guī)定的條件下獲得要求的工作性能，應(yīng)滿足以下要求：一旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端夾持工件或刀具部分的徑向跳動(dòng)、端面跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)的大小。旋轉(zhuǎn)精度通常是在機(jī)床不受載荷的情況下，用手動(dòng)或低速空轉(zhuǎn)主軸時(shí)進(jìn)行測(cè)量的。主軸旋轉(zhuǎn)精度直接影響工件的加工精度，例如在車(chē)床上，安裝卡盤(pán)的定心軸頸與安裝頂尖的錐孔中心線的徑向跳動(dòng)，直接影響加工表面

35、的圓度，而軸向竄動(dòng)則影響端面加工以及所加工的螺紋螺距精度。 二剛度主軸組件的剛度是指承受切削力時(shí)，主軸抵抗變形的能力。 如果主軸剛度不足，在切削力和傳動(dòng)力的作用下，主軸將產(chǎn)生過(guò)大的變形，會(huì)使裝在主軸上的齒輪嚙合不好，軸承的工作條件惡化，從而加快磨順損。三抗振性主軸組件的抗振性性是指機(jī)床工作時(shí)，主軸組件保持平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的能力。主軸組件的振動(dòng)，影響被加工表面的質(zhì)量，限制機(jī)床的生產(chǎn)率；此外，還降低刀具耐用度和機(jī)床零件的壽命，發(fā)出噪聲，影響工作環(huán)境等。生產(chǎn)上常以對(duì)加工表面質(zhì)量、精度和生產(chǎn)率的影響來(lái)衡量主軸組件的抗震性。隨著機(jī)床向高精度、高生產(chǎn)率方向發(fā)展，對(duì)抗振性要求越來(lái)越高。 四溫升和熱變形

36、溫升使?jié)櫥偷恼扯认陆?。如用脂?rùn)滑，溫度過(guò)高會(huì)使脂熔化流失。這些都將影響軸承的工作性能。溫升產(chǎn)生熱變形，使主軸伸長(zhǎng)，軸承間隙變化。主軸箱的熱膨脹使主軸偏離正確位置。如果前后軸承溫度不同，還將使主軸傾斜。五精度保持性 主軸組件的精度保持性是指長(zhǎng)期地保持原始制造精度的能力。為了提高精度保持性，主軸的端部和內(nèi)錐孔必須具有一定的硬度；滑動(dòng)軸承配合的軸頸及移動(dòng)方式主軸的工作表面必須耐磨；同時(shí)，正確的選擇主軸和滑動(dòng)軸承的材料與熱處理方法以及軸承的類(lèi)型與潤(rùn)滑方式等，也有助于提高主軸組件的精度保持性。 第二節(jié) 主軸軸承的選擇和主軸滾動(dòng)承 主軸軸承是主軸部件的重要組成部分，它的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、潤(rùn)滑

37、和冷卻等狀況，都直接影響主軸部件的工作性能。主軸部件上的軸承應(yīng)具有旋轉(zhuǎn)精度高、剛度高、承載能力強(qiáng)、抗振性好、極限轉(zhuǎn)速高、適應(yīng)變速范圍大、摩擦功耗小、噪聲低、壽命長(zhǎng)等性能，同時(shí)應(yīng)滿足制造簡(jiǎn)單，使用維修方便、成本低、結(jié)構(gòu)尺寸小等要求。 一主軸部件軸承的選擇在數(shù)控機(jī)床上的主軸軸承常用的有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。由于滾動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤(rùn)滑維修方便，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動(dòng)范圍下穩(wěn)定地工作。滾動(dòng)軸承由專(zhuān)業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購(gòu)維修方便，而且它在旋精度、剛度、承載能力、轉(zhuǎn)速、發(fā)熱等主要性能上能滿足大多數(shù)主軸部件的要求，特別是它具有能在轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)幅度很大的條件下穩(wěn)定工作的優(yōu)點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)主軸部件時(shí)

38、，應(yīng)盡量選用滾動(dòng)軸承。 二主軸滾動(dòng)軸承的選型主軸較粗，主軸軸承的直徑較大。相對(duì)地說(shuō)，軸承的負(fù)載較輕。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指標(biāo)。 主軸軸承應(yīng)根據(jù)精度、剛度、和轉(zhuǎn)速選擇。為了提高精度和剛度，主軸軸承的間隙應(yīng)該是可調(diào)的，這是主軸軸承主要的特點(diǎn)。機(jī)床主軸常用的滾動(dòng)軸承有下列幾種： 角接觸球軸承 角接抽球軸承見(jiàn)圖-1。這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。接觸角常見(jiàn)的有和兩種。前者編號(hào)為7000C系列；后者為7000AC系列。接觸角多用于軸向載荷較小，轉(zhuǎn)速較高的地方，如磨床主軸。的多用于軸向載荷較大的地方，如車(chē)床和加工中心主軸。把內(nèi)、外圈相對(duì)軸向位移，可以調(diào)整

39、間隙，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種軸承多用于高速主軸.圖角接觸球軸承為了提高剛度和承載能力，可以多個(gè)組合。圖-a、b、c為三種基本組合方式：圖-角接觸球軸承基本組合方式圖a為背靠背組合，圖b為面對(duì)面組合，圖c為同向組合。這三種方式，兩個(gè)軸承都共同承擔(dān)徑向載荷；圖a和圖b可承受雙向軸向載荷，圖c則只能承受一個(gè)方向的軸向載荷，但承載能力較大，軸向剛度較高。這種組合還可以三聯(lián)組配（圖d）、四聯(lián)組配等。主軸受彎，希望軸承上產(chǎn)生一個(gè)盡量大的支反力矩以抵抗彎曲變形。這個(gè)力矩與傾角之比，稱(chēng)為角剛度。單位為Nm/rad。支反力矩的力臂就是角接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離AB。從圖可看出背靠背的組合（圖a）的力臂AB比面對(duì)面的（圖

40、b）長(zhǎng)。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于軸承的外圈裝在殼體內(nèi)，散熱條件比內(nèi)圈好。所以?xún)?nèi)圈的溫度將高于外圈。徑向膨脹的結(jié)果將使過(guò)盈增加。但是背靠背組配時(shí)軸向膨脹將使過(guò)盈減少。因此，過(guò)盈的增加比面對(duì)面少。基于上述兩個(gè)理由，在主軸上，角接觸軸承應(yīng)為背靠背組合。雙列圓柱滾子軸承圖-a是雙列圓柱滾子軸承。它的特點(diǎn)是內(nèi)孔為1：12的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合。軸向移動(dòng)內(nèi)圈，可以把內(nèi)圈脹大，以消除間隙或預(yù)緊。這種軸承只能承受徑向載荷。圖3-3 雙列圓柱滾子軸承 圖b是另一種雙列圓柱滾子軸承。與圖a的差別在于： 圖a的滾道擋邊開(kāi)在內(nèi)圈上，滾動(dòng)體、保持架和內(nèi)圈成為一體，外圈可分離；圖b則相反：滾道擋邊開(kāi)在外圈上，滾動(dòng)體、保持架和

41、外圈成為一體，內(nèi)圈可分離。 圖a為特輕型，圖b為超輕型。同樣孔徑，圖b的外徑比圖a小些。前者編號(hào)為NN3000K系列，后者為NNU4900K系列。后者只有大型，最小內(nèi)徑100mm. 雙向推力角接觸球軸承 這種軸承與雙列圓柱滾子軸承相配套，用于受軸向載荷，如圖-a所示。軸承由左右內(nèi)圈1和5，外圈3，左右兩列滾珠及保持架2和4，隔套6組成。修磨隔套6的厚度就能消除間隙和預(yù)緊。它的公稱(chēng)外徑與同孔徑的雙列圓柱滾子軸承相同，但外徑公差帶在零線的下方，與殼體孔間有間隙，所以不承受徑向載荷，專(zhuān)作推力軸承使用。接觸角有，編號(hào)為234400。圖-雙向推力角接觸球軸承三 滾動(dòng)軸承的精度選擇滾動(dòng)軸承按基本尺寸精度和

42、旋轉(zhuǎn)精度分為2、4、5、6、0五個(gè)公差等級(jí)，其中2級(jí)最高，0級(jí)為普通精度級(jí)。主軸軸承以4級(jí)為主（記作P4）。高精度主軸可用P2級(jí)。要求較低的主軸或三支承主軸的輔助軸承可用P5級(jí)。P6級(jí)和P0級(jí)一般不用。 基本尺寸精度指軸承內(nèi)徑、外徑和寬度等尺寸的加工精度。旋轉(zhuǎn)精度指內(nèi)圈和外圈的徑向圓跳動(dòng)，內(nèi)圈的端面圓跳動(dòng)，外圈表面對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度，內(nèi)外圈端面的平行度等。軸承精度包括的項(xiàng)目很多，但決定的只有一二項(xiàng)。軸承的工作精度主要決定于旋轉(zhuǎn)精度。對(duì)徑向軸承（如圓柱滾子軸承）主要是成套軸承內(nèi)圈的徑向跳動(dòng)Kia或成套軸承外圈的徑向跳動(dòng)Kea。對(duì)推力軸承主要是成套軸承內(nèi)圈端面對(duì)滾道的跳動(dòng)Sia。而對(duì)角接觸軸承則應(yīng)兼

43、顧Kia（或Kea）和Sia。主軸滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈的旋轉(zhuǎn)精度見(jiàn)表3-1和表3-2。 表31 主軸滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的旋轉(zhuǎn)精度（單位）表32 主軸滾動(dòng)軸承外圈的旋轉(zhuǎn)精度（單位）軸承外徑D/mm80120120150150180180250精度等級(jí)P2P4P5P2P4P5P2P4P5P2P4P5向心軸承（圓錐滾子軸承除外）Kea56105711581371015圓錐滾子軸承Kea6107118131015如果切削力方向固定，不隨主軸旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，如車(chē)、銑、磨床主軸，則應(yīng)根據(jù)Kia選擇。如果切削力方向隨主軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，如鏜床和加工中心主軸，則應(yīng)根據(jù)Kea選擇。前后軸承之間，前軸承對(duì)主軸組件的精度影響比后軸

44、承的影響大。因此，后軸承的精度可比前軸承低一級(jí)。第三節(jié) 主軸 本節(jié)主要介紹如何確定主軸的結(jié)構(gòu)、合理選擇主軸的材料與熱處理方法，以及制定主軸的技術(shù)條件。一主軸的結(jié)構(gòu)主軸的結(jié)構(gòu)決定于主軸前端安裝標(biāo)準(zhǔn)刀具或裝夾工件的夾具（如卡盤(pán)）等的類(lèi)型，以及軸上所安裝的傳動(dòng)件，軸承等零件的類(lèi)型、數(shù)量，位置和安裝方法等，同時(shí)還應(yīng)考慮主軸的加工和裝配工藝性。由于通用機(jī)床所使用的刀具和夾具大部分是標(biāo)準(zhǔn)件，因此主軸前端的結(jié)構(gòu)必須與標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，以保證通用性。同時(shí)還應(yīng)保證夾具和刀具安裝可靠、定位基準(zhǔn)、裝卸方便和能傳遞一定的動(dòng)力。 主軸的結(jié)構(gòu)還決定于所采用的軸承類(lèi)型及調(diào)整方法，安裝主軸上的傳動(dòng)件數(shù)目、位置、定位和連接方法等。由

45、于主軸上通常安裝零件，為便于裝配，以及推力軸承、齒輪等軸向定位的需要，主軸一般都做成階梯形，直徑從前向后逐漸縮小。為了避免后軸頸的直徑過(guò)小，以致過(guò)分削弱主軸剛度，并使內(nèi)孔直徑受到限制，軸上階梯的數(shù)目不宜過(guò)多。主軸上長(zhǎng)的長(zhǎng)度尺寸，除個(gè)別要保證傳動(dòng)零件的軸向位置外（此時(shí)軸向尺寸偏差通常為為0.5mm左右），其他軸向尺寸均為自由尺寸。為使切削螺紋時(shí)，砂輪或車(chē)刀能越出加工表面，這些部位的階梯間應(yīng)有退刀槽。為了齒輪等傳動(dòng)件聯(lián)接和傳動(dòng)扭矩，主軸上還常常有單鍵槽或花鍵槽。 二主軸的材料與熱處理 主軸最常用的材料是45號(hào)鋼，對(duì)于在滾動(dòng)軸承中工作的主軸，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度HB=250。對(duì)于在滑動(dòng)軸承中工作的軸頸

46、，可采用局部高頻淬火，硬度達(dá)HRC=50。為了進(jìn)一步提高主軸的壽命，對(duì)于滑移齒輪的鍵和主軸的端部也可以采用局部淬火。 三主軸的技術(shù)要求 主軸主要技術(shù)要求的確定 1. 常見(jiàn)機(jī)床主軸部件回轉(zhuǎn)精度 主軸前、后軸頸的同軸度，錐孔相對(duì)于前、后軸頸中心連線的徑向跳動(dòng)，定心軸頸及其定位軸肩相對(duì)于前、后軸頸中心連線的徑向和軸向跳動(dòng)，是決定主軸精度的主要技術(shù)要求項(xiàng)目，直接影響主軸部件的回轉(zhuǎn)精度。 主軸的技術(shù)要求，除少數(shù)機(jī)床已有標(biāo)準(zhǔn)外，大多數(shù)機(jī)床的主軸主要技術(shù)要求，需根據(jù)主軸部件的回轉(zhuǎn)精度確定。 主軸零件本身各項(xiàng)精度允差的確定 考慮到軸承的誤差和裝配造成的誤差，及留有必要的精度儲(chǔ)備，一般取主軸零件本身的各項(xiàng)精度允

47、差為主軸部件回轉(zhuǎn)精度規(guī)定的對(duì)應(yīng)項(xiàng)目允差的1/21/3。第四節(jié)主軸組件 一主軸組件的傳動(dòng)方式 主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式的選擇，決定于主軸轉(zhuǎn)速的高低，所傳遞扭矩的大小，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的要求及結(jié)構(gòu)緊湊、裝卸維修方便等。 機(jī)床主軸傳動(dòng)的方式有齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)及電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)。大多數(shù)機(jī)床主軸是由齒輪傳動(dòng)的，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊和能傳遞較大的扭矩。齒輪裝在前、后支撐之間，且靠近主軸的前支撐處，這樣與切削力的位置比較靠近，因而主軸的扭矩變形可以減小些。當(dāng)主軸上裝有大小兩個(gè)齒輪時(shí)，因?yàn)榇簖X輪用于低速，作用力較大，應(yīng)使其靠近前支撐處。 二主軸傳動(dòng)件位置的合理布置 多數(shù)主軸是由齒輪傳動(dòng)的。齒輪可位于前后軸承之間，也可位于后

48、軸承之后（如果是三支承主軸，這里的前后軸承指的都是主支承。即后軸承實(shí)際上是中軸承。）如果齒輪位于前后軸承之間，則齒輪應(yīng)盡量靠近前軸承。這樣做的好處是可以減少主軸的彎曲變形。此外，由于主軸上傳遞轉(zhuǎn)矩的部分較短，扭轉(zhuǎn)變形也較小。如果主軸上裝有幾個(gè)齒輪，則一般情況下常使大齒輪靠近前軸承。這樣的安排將使前軸承的負(fù)荷較大，但前軸承的直徑通常大于后軸承，因而承載能力也較大。為了使主軸組件能成為一個(gè)獨(dú)立的單元主軸單元，近年來(lái)常使傳動(dòng)齒輪位于后支承之后的主軸后懸伸處。這時(shí)，后支承的負(fù)荷較大。應(yīng)考慮采用承載能力較大的軸承。 三滾動(dòng)軸承的預(yù)緊 預(yù)緊或預(yù)載荷是指使軸承滾道與滾動(dòng)體之間有一定的過(guò)盈量。當(dāng)滾動(dòng)軸承在有間

49、隙的條件下工作，會(huì)造成載荷集中作用在處于受力方向的少數(shù)幾個(gè)滾動(dòng)體上，使這幾個(gè)滾動(dòng)體和滾道之間產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力和接觸變形。如略有過(guò)盈時(shí)，可使承載的滾動(dòng)體增多，滾動(dòng)體受力均勻，還可以均化誤差。所以，適當(dāng)預(yù)緊可提高軸承的剛度和壽命。但是，過(guò)度預(yù)緊，會(huì)使?jié)L動(dòng)體和滾道的變形太大，將導(dǎo)致提高其溫升，并降低軸承壽命。 1雙列圓柱滾子軸承的預(yù)緊這種軸承是靠?jī)?nèi)空的錐面，使內(nèi)圈徑向脹大實(shí)現(xiàn)預(yù)緊的，故稱(chēng)之為徑向預(yù)緊。衡量預(yù)緊大小的是滾子包絡(luò)圓直徑D2（見(jiàn)圖3-5（a）與外圈滾道直徑之差=(D2-D1)。將稱(chēng)之為徑向預(yù)緊量或簡(jiǎn)稱(chēng)預(yù)緊量，單位為m。裝配時(shí)，把外圈裝入殼體孔內(nèi)，測(cè)出D1。先不裝隔離套1（圖3-5（b），把內(nèi)圈裝上主軸。擰動(dòng)螺母2，用專(zhuān)門(mén)的包絡(luò)圓測(cè)量?jī)x測(cè)量滾動(dòng)體的包絡(luò)圓直徑，直到使它比D1大，測(cè)出距離L，按L值磨隔套的厚度。裝上隔套，擰緊螺母，便可得到預(yù)定