機(jī)床設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書模板

1、金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書機(jī)械工程學(xué)院第一章緒論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)歸納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)16第三章主軸組件26第一節(jié)主軸組件的基本要求26第二節(jié)主軸軸承的選擇和主軸轉(zhuǎn)動(dòng)承27第三節(jié)主軸31第四節(jié)主軸組件32第五節(jié)主軸組件的設(shè)計(jì)計(jì)算34第六節(jié)主軸端部的構(gòu)造形式35第四章機(jī)床部件的驗(yàn)算40第一節(jié)傳動(dòng)軸的驗(yàn)算40第二節(jié)齒輪的驗(yàn)算47第三節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承的驗(yàn)算50第五章伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)57第一節(jié)歸納57第二節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析與參數(shù)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！不決義書簽

2、。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59第四節(jié)消隙機(jī)構(gòu)63第五節(jié)滾珠絲杠副傳動(dòng)64附錄：103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)。經(jīng)過設(shè)計(jì)，運(yùn)用所學(xué)過的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(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)到穩(wěn)定、加深和擴(kuò)大所學(xué)知識(shí)的目的。經(jīng)過設(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。經(jīng)過機(jī)床課程設(shè)計(jì)，獲取設(shè)計(jì)工作的基本技術(shù)的訓(xùn)練，提升分析和解決工程技術(shù)問題的能力。并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)立必定的條件。第二節(jié)機(jī)床課程設(shè)計(jì)

3、的內(nèi)容一運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)依據(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，擬訂轉(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)依據(jù)設(shè)計(jì)題目給定的機(jī)床種類、規(guī)格及工作條件，確立主電動(dòng)機(jī)功率；確立主軸及各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速；初定傳動(dòng)軸直徑、齒輪模數(shù)，確立傳動(dòng)帶型號(hào)及V帶根數(shù)。在構(gòu)造機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以后，再對(duì)機(jī)床主要傳動(dòng)件、部件，進(jìn)行應(yīng)力、變形和壽命的驗(yàn)算，并更正構(gòu)造設(shè)計(jì)。三構(gòu)造設(shè)計(jì)完成運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)以后，還要將主傳動(dòng)方案“構(gòu)造化”。要設(shè)計(jì)主軸變速箱裝置圖及部件工作圖，重視進(jìn)行傳動(dòng)軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、操控機(jī)構(gòu)、潤滑與密封，以及主軸、傳動(dòng)軸、滑移齒輪、操控元件、箱體等部件的設(shè)計(jì)。第二節(jié)機(jī)床課程設(shè)計(jì)的步驟

4、及要求一明確目的要求、查閱相關(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)床的種類、性能、應(yīng)用范圍和規(guī)定1的內(nèi)容與要求。查閱資料時(shí)，除本書外還應(yīng)查閱機(jī)床圖冊(cè)和機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)等。必需時(shí)還應(yīng)到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)地檢查，認(rèn)識(shí)同種類機(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)，包含確立主傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，擬訂轉(zhuǎn)速圖、傳動(dòng)比，確立齒輪齒數(shù)和帶輪直徑，主傳動(dòng)的換向與制動(dòng)方式，畫出主傳動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。三計(jì)算主要傳動(dòng)件計(jì)算內(nèi)容以下：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，從而確立軸的直徑；齒輪按更改工作用量計(jì)算接觸強(qiáng)度和曲折強(qiáng)度，取兩者中的大值

5、確立齒輪的模數(shù)，再進(jìn)行齒輪的幾何構(gòu)造計(jì)算。四構(gòu)造分析與選擇對(duì)于設(shè)計(jì)中涉及到的構(gòu)造，都要經(jīng)過認(rèn)真分析后進(jìn)行選擇。構(gòu)造分析與選擇的主要內(nèi)容以下：1主軸組件的構(gòu)造主軸端部已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。正確選擇主軸軸承的種類及其組合、精度和調(diào)整軸承縫隙的方法。計(jì)算主軸組件的合理跨距。合理選擇潤滑與密封的方式。注意主軸組件的拆裝。2傳動(dòng)軸組件的構(gòu)造依據(jù)軸承的種類，正確選定軸的軸向定位的方法,軸上所安裝的部件的拆裝與固定。3齒輪的構(gòu)造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納鑲裝構(gòu)造。輪轂的長度按導(dǎo)向的要求確立，以往為軸直徑的1.5倍左右。4操控機(jī)構(gòu)

6、操控機(jī)構(gòu)的種類應(yīng)與變速要求相適應(yīng)，注意選擇定位機(jī)構(gòu)和防范操控機(jī)構(gòu)中發(fā)生干涉現(xiàn)象。五繪制部件的裝置圖設(shè)計(jì)圖按1：1的比率繪制，一定遵守工程圖學(xué)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣畫法，要求尺寸準(zhǔn)確、線條清楚、文字工整，標(biāo)準(zhǔn)件一定按規(guī)定繪圖。注意布圖的均勻雅觀，經(jīng)過徑向尺寸和軸向尺寸的初步計(jì)算，安排圖形的位置?？上冉?jīng)過計(jì)算畫出草圖。睜開圖與剖視圖的繪制，常需交織進(jìn)行，以便相互比較、全面檢查。1.睜開圖睜開圖，基本上是依照傳動(dòng)順序，將各軸睜開畫在一個(gè)平面上，他可以很清楚地表示主軸變速箱的傳動(dòng)與構(gòu)造。依據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求，在睜開圖上應(yīng)注明以下內(nèi)容：軸號(hào)、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

7、的配合尺寸與配合性2質(zhì)、主軸組件的軸向聯(lián)系尺寸（即軸向尺寸鏈）和對(duì)主軸組件中各部件（包含標(biāo)準(zhǔn)件）進(jìn)行編號(hào)、挪動(dòng)件行程的極限位置、軸向輪廓尺寸和與其余部件相關(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，一組操控機(jī)構(gòu)組件的構(gòu)造，以及在展開圖上難以表達(dá)或表達(dá)不清楚的機(jī)構(gòu)。經(jīng)過剖視圖的設(shè)計(jì)，側(cè)重表示各機(jī)間的空間關(guān)系。剖視圖中應(yīng)注明軸號(hào)，睜開圖中沒有的軸承型號(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（好比車床的中心高）等。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意檢查可能產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。好比：軸上固定齒輪之間的間距不夠長，在滑移齒輪挪動(dòng)時(shí)，原嚙合的一對(duì)還沒有完整脫開

8、，另一對(duì)齒輪就要進(jìn)入嚙合；因?yàn)辇X數(shù)或傳動(dòng)比確立的不妥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；操控機(jī)構(gòu)動(dòng)作的干涉；調(diào)整環(huán)節(jié)不可以或不便于調(diào)整；有的部件難以進(jìn)行裝、拆等。還應(yīng)注意部件的構(gòu)造工藝性好。六傳動(dòng)件的驗(yàn)算在裝置圖底圖畫好后，傳動(dòng)件的尺寸和位置均已定，即可驗(yàn)算傳動(dòng)軸的曲折剛度和轉(zhuǎn)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。因?yàn)榛讫X論在軸上有幾個(gè)嚙合位置，在各嚙合位置上，軸和軸承的受載不一樣，所以應(yīng)第一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)算軸的曲折剛度。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

9、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)果不可以滿足性能要求時(shí)，應(yīng)更正設(shè)計(jì)。七繪制主要部件工作圖繪制一個(gè)部件工作圖，可選擇主軸或齒輪。部件圖上應(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。八編寫設(shè)計(jì)說明書說明書的編寫應(yīng)與設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，在圖樣工作所有完成后，再連續(xù)編寫未完部分，并整理，裝訂成冊(cè)。說明書表達(dá)要簡短簡要，有條不紊，文字通暢，書寫工整，圖表清楚，計(jì)算正確。3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)歸納一主傳動(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：將必定的動(dòng)力由動(dòng)力源傳達(dá)給執(zhí)行件（如主軸或工作臺(tái)）；保證執(zhí)行件擁有必定的轉(zhuǎn)速（或

10、速度）和足夠的轉(zhuǎn)速范圍；可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停、變速、換向和制動(dòng)等。二主傳動(dòng)的構(gòu)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)），以及開停、換向和制動(dòng)機(jī)夠等構(gòu)成部分。動(dòng)力源給執(zhí)行件供給動(dòng)力，并使其獲取必定的運(yùn)動(dòng)速度和方向；變速裝置傳達(dá)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)。開停機(jī)構(gòu)用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸的啟動(dòng)和停止的裝置；換向機(jī)構(gòu)用來變換機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)方向的裝置；制動(dòng)機(jī)構(gòu)用來控制機(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)滿足一般機(jī)床主傳動(dòng)要求外，還提出以下要求：1.擁有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速數(shù)控機(jī)床為

11、了保證加工時(shí)能采納合理的切削用量，充發(fā)散揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，一定擁有最高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。2.擁有較高的精度和剛度，傳動(dòng)安穩(wěn)，噪聲低數(shù)控機(jī)床加工精度的提升，與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度親近相關(guān)。為此，應(yīng)提升傳動(dòng)件的制造精度與剛度，齒輪齒面進(jìn)行高頻感覺加熱淬火增添耐磨性；3.優(yōu)異的抗振性和熱穩(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)可能因?yàn)閿嗬m(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不均衡以及切削過程中的自激振動(dòng)等原由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)重時(shí)甚至破壞刀具或部件，使加工無法進(jìn)行。所以在主傳動(dòng)系統(tǒng)中各主要零

12、部件不僅要擁有必定的靜剛度，并且要求擁有足夠的克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)熱使此中所有零部件產(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)精度造成的加工偏差，且熱變形限制了切削用量的提升，降低傳動(dòng)效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件擁有較高的熱穩(wěn)定性，經(jīng)過保持適合的配合縫隙，并進(jìn)行循環(huán)潤滑保持熱均衡等措施來實(shí)現(xiàn)。4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P可依據(jù)切削功率Pc與主傳動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率由下式確立：PPc/(2.1)數(shù)控機(jī)床的加工

13、范圍一般都比較大，切削功率Pc(kw)可依占有代表性的加工狀況，由其主切削抗力Fz按下式確立：PcFzvMn(2.2)60000655000式中Fz主切削力的切向分力(N)v切削速度(m/min)；M切削扭矩(Ncm)；n主軸轉(zhuǎn)速(r/min)。主傳動(dòng)的總效率一般取0.700.85，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)來實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈較短，所以，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來確立：n1000v（2.3）(r/min)d主軸最高轉(zhuǎn)速和最低

14、轉(zhuǎn)速的確定對(duì)于數(shù)控機(jī)床，為了適應(yīng)切削速度和工件或刀具直徑的變化，主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速可由下式確立：nmax1000vmax（2.4）dminnmin1000vmin(2.5)dmax式中nmax、nmin主軸的最高、最低轉(zhuǎn)(r/min)；5vmax、vmin最高、最低的切削速度（m/min）；dmax、dmin相應(yīng)最大、最小計(jì)算轉(zhuǎn)徑(mm)；3主軸的變速范圍Rn主軸的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比值，稱為主軸的變速范圍，用Rn表示,即：nmaxRn(2.6)nmin4主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速nc對(duì)于主傳動(dòng)采納無級(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：nnR0.3(2.7)cminn5主軸恒功率的變速范圍對(duì)

15、于主傳動(dòng)采納無級(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Rnpnmax(2.8)nc6電動(dòng)機(jī)恒功率的調(diào)速范圍對(duì)于主傳動(dòng)采納無級(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：nmaxRdp(2.9)nc式中nd電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速(r/min)。第三節(jié)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床采納無級(jí)變速系統(tǒng)，以利于在必定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到理想的切削速度，這樣既有益于提升加工精度，又有益于提升切削效率。無級(jí)變速是指在必定的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速（或速度）能連續(xù)地變換，從而獲取最有益的切削速度。機(jī)床主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)中采納無級(jí)變速系統(tǒng)的主要長處是：可進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，以獲取最有益的切削用量和最小的相對(duì)生產(chǎn)率損失；同意在負(fù)

16、載下變速，可隨時(shí)更正切削用量，以預(yù)防產(chǎn)生振動(dòng)；縮短變速時(shí)間，便于實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)控制；可實(shí)現(xiàn)車端面時(shí)保持恒定的切削速度，換向迅速而安穩(wěn)，可大大簡化齒輪變速箱，減少制造工作量；6縮短傳動(dòng)鏈，提升傳動(dòng)安穩(wěn)性等。弊端是有些無級(jí)變速系統(tǒng)成本較高。機(jī)床主傳動(dòng)中采納的無級(jí)變速裝置有三大類：變速電動(dòng)機(jī)、機(jī)械無級(jí)變速裝置和液壓無級(jí)變速裝置。機(jī)械無級(jí)變速裝置是機(jī)床主傳動(dòng)中常用的無級(jí)變速裝置。機(jī)械無級(jí)變速器有鋼球式、寬帶式等多種構(gòu)造，它們都是利用摩擦力來傳達(dá)轉(zhuǎn)矩，經(jīng)過連續(xù)地改變摩擦傳動(dòng)副工作半徑來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。因?yàn)樗淖兯俜秶^小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不可以滿足現(xiàn)代機(jī)床變速范圍的要求。所以，機(jī)械無級(jí)變速器須串通有級(jí)變速箱，以擴(kuò)大其

17、變速范圍。一無級(jí)變速主傳動(dòng)設(shè)計(jì)原則1盡量選擇功率或扭矩特征符合傳動(dòng)系要求的無級(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)該選擇恒功率無級(jí)變速裝置。2無級(jí)變速系統(tǒng)裝置單獨(dú)使用時(shí)，其調(diào)速范圍較小，滿足不了要求，特別是恒功率調(diào)速范圍常常遠(yuǎn)小于機(jī)床實(shí)質(zhì)需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級(jí)變速裝置與機(jī)械分級(jí)變速箱串通在一起使用，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，選取的無級(jí)變速裝置的變速范圍為Rd，串通分級(jí)變速箱的變速范圍Rf應(yīng)為：RfRn/Rdz1（2.10）f式中z機(jī)械分級(jí)變速箱的變速級(jí)數(shù)；f機(jī)械分級(jí)變速箱的

18、公比。以往，無級(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)等于無級(jí)變速裝置的變速范圍Rd。實(shí)質(zhì)上因?yàn)闄C(jī)械無級(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。為了獲取連續(xù)的無級(jí)變速，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使分級(jí)變速箱的公比略小于無級(jí)變速裝置的變速范圍，即取f(0.900.97)Rd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)特色1主傳動(dòng)采納直流或交流電動(dòng)機(jī)無級(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。眼前，中小型數(shù)控機(jī)床中，交流調(diào)頻電機(jī)占優(yōu)勢(shì)，有代替直流電機(jī)之勢(shì)。設(shè)計(jì)時(shí)，一定注意機(jī)床主軸與電動(dòng)機(jī)在功率特征方面的般配。

19、交流調(diào)頻電機(jī)以往是經(jīng)過調(diào)頻進(jìn)行變速?zèng)]，一般為籠式感覺電動(dòng)機(jī)構(gòu)造，體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，動(dòng)向響應(yīng)快；無電刷，因此最高轉(zhuǎn)速不受火花限制；采納全封閉構(gòu)造，擁有空氣強(qiáng)冷，保證高轉(zhuǎn)速和較強(qiáng)的超載能力，擁有很寬的調(diào)速范圍。2數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和主軸功率特征的般配設(shè)計(jì)7在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)時(shí)，一定要考慮電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸功率特征般配問題。因?yàn)橹鬏S要求的恒功率變速范圍Rnp遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍Rdp，所以在電動(dòng)機(jī)與主軸之間要串通一個(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)床構(gòu)造復(fù)雜程度，運(yùn)行安穩(wěn)性要求等要素，變速箱公比的選取有下寫列狀況：取

20、變速箱的公比f等于電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍Rdp。即fRdp，功率特征圖是連續(xù)的，無缺口和無重合。如變速箱的變速級(jí)數(shù)為z，則主軸的恒功率變速范圍Rnp等于z1Rdpz1zRnpffff變速箱的變速級(jí)數(shù)z可由下式算出ZlgRnp（2.11）lgf若要簡化變速箱構(gòu)造，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Rdp，即fRdp。這時(shí)，變速箱每擋內(nèi)有部分轉(zhuǎn)速只好恒扭矩變速，主傳動(dòng)系功率特征圖中出現(xiàn)“缺口”，稱之功率降低區(qū)。使用“缺口”范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速時(shí)，為限制扭矩過大，得不到電動(dòng)機(jī)輸出的所有功率。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，簡化變速箱是

21、以選擇較大功率的電機(jī)作為代價(jià)的。若級(jí)數(shù)z取小些，則依據(jù)式(2.12)計(jì)算出公比：Rnp（2.12）fz1Rdp假如數(shù)控機(jī)床為了恒線速切削需在運(yùn)行中變速時(shí)，取變速箱公比f小于電動(dòng)機(jī)恒功率的調(diào)速范圍Rdp，即fRdp，在主傳動(dòng)系功率特征圖上有小段重合，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)速圖的擬訂分析和設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)須應(yīng)用一種特別線圖，稱為轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖可以清楚的表達(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。第一依據(jù)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速確立變速范圍Rn，選擇適合的公比

22、f后再確立轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，繪制轉(zhuǎn)速圖。現(xiàn)舉例說明：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6000r/min，8額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，電動(dòng)機(jī)的額定功率P=11kW，確立主軸箱構(gòu)造（1）確立主軸的變速范圍Rnnmax1800Rn180nmin10（2）確立主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速ncncnminRn0.3101800.347.5rmin因?yàn)閿?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=100rmin。（3）確立主軸的恒功率變速范圍RnpRnpnmax1800nc18100（4）確立電動(dòng)機(jī)所可以供給的恒功率變速范圍RdpRdpnmax6

23、000nd41500因?yàn)镽npRdp，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不可以滿足恒功率變速要求，所以需要串通一個(gè)有級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。（5）確立轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z取f4Rdp，則lgRnplg18Z2.08lgflg4對(duì)于數(shù)控車床，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Z4。（6）擬訂轉(zhuǎn)速圖和功率特征圖如圖2.1所示9圖2.1轉(zhuǎn)速圖和主軸功率特征圖在設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造時(shí)，需要全面考慮，特別要注意構(gòu)造尺寸和傳動(dòng)性能的影響，以便擬訂出更加完美合理的轉(zhuǎn)速圖方案。2齒輪齒數(shù)的確定確立齒輪齒數(shù)應(yīng)注意的問題：齒輪的齒數(shù)和不該過大，以免加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床的機(jī)構(gòu)宏大；同時(shí)，增添齒

24、數(shù)和，還會(huì)提升齒輪的線速度而加大噪音。一般介紹齒數(shù)和Sz100120。齒輪的齒數(shù)和不該過小，應(yīng)試慮：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)Zmin1820。b.受構(gòu)造限制的各齒輪（特別是最小齒輪），應(yīng)能靠譜地裝到軸上或進(jìn)行套裝；齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的厚度a2m(m為模數(shù)），以保證有足夠的強(qiáng)度，預(yù)防出現(xiàn)變形或斷裂現(xiàn)象。c.兩軸間最小中心距應(yīng)獲得適合。若齒數(shù)和太小，則中心距過小，將以致兩軸上的軸承及其余構(gòu)造之間的距離過近或相碰。確立齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動(dòng)比的要求。實(shí)質(zhì)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）之間同意有偏差，但不該過大。因?yàn)榇_立齒

25、輪齒數(shù)所造成的主軸轉(zhuǎn)速相對(duì)偏差，一般于同意超出10(f1)%。即nnn10(f1)%式中n主軸的實(shí)質(zhì)轉(zhuǎn)速；主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速；10公比。確立齒輪齒數(shù)（變速組內(nèi)齒輪模數(shù)相同時(shí)齒輪齒數(shù)的定）：確立齒輪齒數(shù)時(shí)，第一一定確立出各變速組內(nèi)齒輪副的模數(shù)，以便依據(jù)構(gòu)造尺寸判斷其最小齒輪齒數(shù)或齒數(shù)和能否適合。在同一變速組內(nèi)的齒輪可取相同的模數(shù)，也可取不一樣的模數(shù)。后者只有在一些特其他狀況下，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，受力狀況相差也較大，在同一變速組內(nèi)才采納不一樣的模數(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，一定滿足轉(zhuǎn)速圖上已經(jīng)確立的傳動(dòng)比。計(jì)算

26、公式為：Zju（2.14）ZjZjZjSz（2.15）式中Zj,Zj分別為齒輪副的主動(dòng)與從動(dòng)齒輪的齒數(shù)；u齒輪副的傳動(dòng)比；Sz齒輪副的齒數(shù)和。確立變速組的齒數(shù)和Sz時(shí)，一般地說Sz主若是受最小齒輪的限制。明顯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，所以可先假設(shè)該小齒輪的齒數(shù)zmin，依據(jù)傳動(dòng)比求出齒數(shù)和，而后按各齒輪副的傳動(dòng)比，再分配其余齒輪副的齒數(shù)；假如傳動(dòng)比偏差較大，應(yīng)重新調(diào)整齒數(shù)和Sz，再按傳動(dòng)比分配齒數(shù)。例：在例2-1中，依據(jù)轉(zhuǎn)速圖確立的傳動(dòng)比可初步確立各軸的齒輪的齒數(shù)以下：依據(jù)轉(zhuǎn)速圖確立的傳動(dòng)比可初步確立各軸的齒輪以下：（1）軸與軸的中間齒輪的齒數(shù)取ZminZ130u1Z

27、1/Z10.4依據(jù)上式求得z175且z1z1105120，所以滿足要求。（2）軸與軸之間齒輪的齒數(shù)取ZminZ235u2Z2/Z20.5依據(jù)上式求得Zz270且z2z2105120，所以滿足要求。（3）軸與軸之間齒輪的齒數(shù)11取ZminZ342u3Z3/Z30.67依據(jù)上式求得Z363且z3z3105120，所以滿足要求。（4）軸與軸之間齒輪的齒數(shù)取ZminZ453u4Z4/Z40.8依據(jù)式求得Z467且z4z4120120，所以滿足要求。u5Z5/Z51.2Z5Z5Z4Z4120聯(lián)立上邊兩式求得：Z5=55,z565。繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖依據(jù)上述求出的齒輪齒數(shù)繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖以下：4主軸及各傳動(dòng)軸計(jì)

28、算轉(zhuǎn)速的確定：(1)主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定：依據(jù)轉(zhuǎn)速圖得中型車床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速nv100rmin。各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速確立后，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)速以下：12軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：n1937.5rmin軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：n2375rmin軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：n3187.5rmin軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：n4125rmin5估量各傳動(dòng)軸軸徑：依據(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。dKA4Pnj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；鍵槽系數(shù)，按表選??；A依據(jù)許用扭轉(zhuǎn)角確立的系數(shù)，按表2.1選??；d傳動(dòng)軸受扭部分的直徑（mm

29、）；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，見表2nj被估量的傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（rmin）。表2.1估量軸徑時(shí)A和K值m0.250.511.52A130110928377K無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)械效率的概略值類別傳動(dòng)件均勻機(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轉(zhuǎn)動(dòng)軸承滾子軸承0.99因?yàn)楦鱾鲃?dòng)軸屬于一般傳動(dòng)軸，所以取1m，所對(duì)應(yīng)的A92，電動(dòng)機(jī)的額定功率P11kW。1）軸軸徑的估量因?yàn)檩S上一平鍵，所以取K1.051帶軸承齒0.960.990.990.94且n1937.5rmind1kA4P11.05

30、924110.9431.31mmn1937.513圓整后取d135mm（2）軸軸徑的估量因?yàn)檩S上一平鍵，所以取K1.0530.940.9930.9021軸承齒0.99且n2375rmind2kA4P21.05924110.938.93mmn2375圓整后取d240mm（3）軸軸徑的估量因?yàn)檩S為花鍵軸，所以取K0.9320.90.990.9920.8732軸承齒且n3187.5rmind3kA4P30.93924110.8740.67mmn3187.5圓整后取d346mm（4）軸軸徑的估量因?yàn)檩S為花鍵軸，所以取K0.9340.870.99443軸承齒0.990.81n4125rmind4P40.

31、93924110.81kA444.21mmn4125圓整后取d450mm（5）軸軸徑的估量軸為主軸，其前軸徑D1的尺寸，依據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率P11kW，D1應(yīng)在90120之間，取D195mm。則后軸徑D2為：D20.70.85D10.70.859566.580.75mm圓整后取D275mm齒輪模數(shù)的估量初步計(jì)算齒輪模數(shù)時(shí)，按簡化的接觸疲憊強(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)度的看法出發(fā)，可減小其余齒輪的寬度，使齒輪基本上處于在相鄰的接觸應(yīng)力或曲折應(yīng)力狀態(tài)下工作。這樣一來，還可以夠縮短該傳動(dòng)組的軸向尺寸。模數(shù)的估量公式如式(2.17)14式中mj按

32、接觸疲憊強(qiáng)度估量的齒輪模數(shù)（mm），應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值；P電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）；nj被估量齒輪的計(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：估量例2-1中各齒輪的模數(shù)：依據(jù)表2.3選擇40Cr鋼（整體淬火），其接觸應(yīng)力j1250MPa，取m8，由公式來確立各對(duì)齒輪的模數(shù)：（1）第一對(duì)齒輪：n1937.5rmin；Z130；u10.4；m116300u1P16300310.4112.5032n183020.412502mZ12

33、uj937.5取標(biāo)準(zhǔn)值m12.5（2）第二對(duì)齒輪：n2375rmin；Z235；u20.5；m2u1P16300310.5112.921630032n283520.512502mZ22uj375取標(biāo)準(zhǔn)值m23（3）第三對(duì)齒輪：n2187.5rmin；Z342；u10.67；m3u1P16300310.67113.061630032n384220.6712502mZ32uj187.5取標(biāo)準(zhǔn)值m33（4）第四對(duì)齒輪：n4125rmin；Z453；u40.8；15m4u1P16300310.8112.9016300385320.812502mZ42uj2n4125取標(biāo)準(zhǔn)值m43（5）第五對(duì)齒輪：n5

34、100rmin；Z555；u51.2；m5u1P16300311.2112.841630032855212502mZ52ujn51.2100取標(biāo)準(zhǔn)值m53第四節(jié)皮帶輪的設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)是由帶和帶輪構(gòu)成傳達(dá)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)。依據(jù)工作原理可分為兩類：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，常有的有平帶傳動(dòng)和V帶傳動(dòng)；嚙合傳動(dòng)只有同步帶一種。一般V帶傳動(dòng)是常有的帶傳動(dòng)形式，其構(gòu)造為：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。其特色為：當(dāng)量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，同意包角小、傳動(dòng)比大、預(yù)緊力小。繩芯構(gòu)造帶體較柔嫩，曲撓疲憊性好。其應(yīng)用于：帶速V253

35、0m/s;傳動(dòng)功率P700kW;傳動(dòng)比i10軸間距小的傳動(dòng)。一主要無效形式1帶在帶輪上打滑，不可以傳達(dá)動(dòng)力；2帶因?yàn)槠v產(chǎn)生脫層、扯破和拉斷；3帶的工作面磨損。保證帶在工作中不打滑的前提下能傳達(dá)最大功率，并擁有必定的疲憊強(qiáng)度和使用壽命是帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依照，也是靠摩擦傳動(dòng)的其余帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依照。二設(shè)計(jì)計(jì)算一般V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算見表2-4。設(shè)計(jì)一般V帶傳動(dòng)的原始數(shù)據(jù)為：傳達(dá)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2-4一般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)16表2-6一般V帶每米長的質(zhì)量

36、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帶長修正系數(shù)KL(一般V帶摘自GB/T13575.1-1992,JB/ZQ4175-1997)17表2-9一般帶輪和窄帶輪直徑系列(摘自GB/T10412-2002)表2-10一般帶的基準(zhǔn)長度系列(摘自GB/T11544-1997)18表2-11V帶的額定功率(摘自GB/T13575-1992)19Y型V帶的額定功率(摘自GB/T13575-1992)（KW）續(xù)表（2-11）202122表2-12V帶輪槽截面尺寸圖2-1一般V帶選型圖帶輪設(shè)計(jì)實(shí)例：設(shè)計(jì)例-的皮帶輪：設(shè)計(jì)功率的確定：2

37、3查得工況系數(shù)KA1.2PdKAP1.211kW13.2kW(2)選定帶型：依據(jù)Pd13.2kW和n11500rmin確立為B型。傳動(dòng)比：依據(jù)轉(zhuǎn)速圖知,傳動(dòng)比為u11.6確立小帶輪基準(zhǔn)直徑：參照表取dd1125mm確立大帶輪直徑：dd2n1dd1115002%160mmn21251937.5取標(biāo)準(zhǔn)值dd2160mm(6)驗(yàn)算帶速：vdd1n11251500ms9.817ms601000601000因?yàn)関9.817ms在v525ms之間，所以經(jīng)濟(jì)耐用。初定帶輪軸中心距a0：得：0.7dd1dd2a02dd1dd2即：0.7125160a02125160199.5mma0570mm初取a0400m

38、m確立帶基準(zhǔn)長度Ld0：Ld02a0dd1dd2dd1dd224a024001601252125160400mm241248.44mm選取基準(zhǔn)長度Ld01250mm計(jì)算實(shí)質(zhì)軸間距a：24LdLd040012501248.44aa02mm400.78mm2取標(biāo)準(zhǔn)值a450mm。安裝時(shí)所需最小軸間距：amina0.015Ld4500.0151250mm431mm張緊或賠償伸長所需最大軸間距：amaxa0.03Ld4500.031250mm487.5mm(10)驗(yàn)算小帶輪包角：1180dd2dd157.318016012557.3176120a450所以小帶輪包角適合。單根V帶的基本額定功率P1：依

39、據(jù)dd1125mm和n11500rmin查得B型V帶的基本額定功率P12.19kW。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：P0.4KW計(jì)算帶的根數(shù)：Pd13.2根z4.50P1P1KaKl2.190.40.980.90取z5根。單根V帶的預(yù)緊力F0：F0500Pd2.51mv2vzKa50013.262.510.179.8172N9.8170.98224.93N作用在軸上的力：Fr2F0zsin12224.935sin176N2247.93N22帶輪的構(gòu)造和尺寸：由表可查得25bd14.0，hamin3.5，hfmin10.8，第三章主軸組件主軸組件是機(jī)床的重要組

40、件之一。它以往由主軸、主軸支軸和安裝在主軸上的傳動(dòng)件等構(gòu)成。主軸是機(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（包含幾何精度、表面粗糙度等）和機(jī)床生產(chǎn)率。所以，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)軸的特別要求。第一節(jié)主軸組件的基本要求為了保證主軸組件在規(guī)定的條件下獲取要求的工作性能，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)精度以往是在機(jī)床不受載荷的狀況下，用手動(dòng)或低速空轉(zhuǎn)主軸時(shí)進(jìn)行丈量的。主軸旋轉(zhuǎn)精度直接影響工件的加工精度，好比在車床上，安裝卡盤的

41、放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26主軸組件的剛度是指承受切削力時(shí)，主軸招架變形的能力。假如主軸剛度不足，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)，主軸組件保持安穩(wěn)地運(yùn)行而不發(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；其他，還降低刀具耐用度和機(jī)床部件的壽命，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)率的影響來衡量主軸組件的抗震性。跟著機(jī)床向高精度

42、、高生產(chǎn)率方向發(fā)展，抗衡振性要求越來越高。四溫升和熱變形溫升使?jié)櫥偷恼扯冉德洹Ｈ缬弥瑵櫥?，溫度過高會(huì)使脂融化流失。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，軸承縫隙變化。主軸箱的熱膨脹使主軸偏離正確位置。假如前后軸承溫度不一樣，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遠(yuǎn)地保持原始制造精度的能力。為了提升精度保持性，主軸的端部和內(nèi)錐孔一定擁有必定的硬度；滑動(dòng)軸承配合的軸頸及挪動(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)軸承的資料與熱辦理方法以及軸承的種類與潤滑方式等，也有助于提升主軸組件的精度保持性。第二節(jié)主軸軸承的選擇和主軸轉(zhuǎn)動(dòng)承主軸軸承是主軸部件的重

43、要構(gòu)成部分，它的種類、構(gòu)造、配置、精度、安裝、潤滑和冷卻等狀況，都直接影響主軸部件的工作性能。主軸部件上的軸承應(yīng)擁有旋轉(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、壽命長等性能，同時(shí)應(yīng)滿足制造簡單，使用維修方便、成本低、構(gòu)造尺寸小等要求。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轉(zhuǎn)動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤滑維修方便，能在必定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷更改范圍下穩(wěn)定地工作。轉(zhuǎn)動(dòng)軸承由專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便，并且它在旋精度、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，特別是它擁有能在轉(zhuǎn)速和載荷更改幅度

44、很大的條件下穩(wěn)定工作的長處，所以在設(shè)計(jì)主軸部件時(shí)，應(yīng)盡量采納轉(zhuǎn)動(dòng)軸承。27二主軸轉(zhuǎn)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，軸承的負(fù)載較輕。所以，一般狀況下，承載能力和疲憊壽命不是選擇主軸軸承的主要指標(biāo)。主軸軸承應(yīng)依據(jù)精度、剛度、和轉(zhuǎn)速選擇。為了提升精度和剛度，主軸軸承的縫隙應(yīng)該是可調(diào)的，這是主軸軸承主要的特色。機(jī)床主軸常用的轉(zhuǎn)動(dòng)軸承有以下幾種：角接觸球軸承角接抽球軸承見圖-1。這類軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。接觸角常有的有和兩種。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，如車床和加

45、工中心主軸。把內(nèi)、外圈相對(duì)軸向位移，可以調(diào)整縫隙，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升剛度和承載能力，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28圖a為背靠背組合，圖b為當(dāng)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則只好承受一個(gè)方向的軸向載荷，但承載能力較大，軸向剛度較高。這類組合還可以夠三聯(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招架曲折變形。這個(gè)力矩與傾角之比，稱為角剛度。單位為N2m/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

46、可看出背靠背的組合（圖a）的力臂AB比當(dāng)面的（圖b）長。運(yùn)行時(shí)，因?yàn)檩S承的外圈裝在殼體內(nèi)，散熱條件比內(nèi)圈好。所以內(nèi)圈的溫度將高于外圈。徑向膨脹的結(jié)果將使過盈增添。但是背靠背組配時(shí)軸向膨脹將使過盈減少。所以，過盈的增添比當(dāng)面少?；谏鲜鰞蓚€(gè)原由，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。它的特色是內(nèi)孔為1：12的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合。軸向挪動(dòng)內(nèi)圈，可以把內(nèi)圈脹大，以除掉縫隙或預(yù)緊。這類軸承只好承受徑向載荷。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的差異在于：圖a的滾道擋邊開在內(nèi)圈上，轉(zhuǎn)動(dòng)體、保持架和內(nèi)圈成為一體，外圈可分別；圖b則相

47、反：滾道擋邊開在外圈上，轉(zhuǎn)動(dòng)體、保持架和外圈成為一體，內(nèi)圈可分別。圖a為特輕型，圖b為超輕型。相同孔徑，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類軸承與雙列圓柱滾子軸承相當(dāng)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構(gòu)成。修磨隔套6的厚度就能除掉縫隙和預(yù)緊。它的公稱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，與殼體孔間有縫隙，所以不承受徑向載荷，專作推力軸承使用。接觸角有，編號(hào)為234400。29圖-雙向推力角接觸球軸承三轉(zhuǎn)動(dòng)軸

48、承的精度選擇轉(zhuǎn)動(dòng)軸承按基本尺寸精度和旋轉(zhuǎn)精度分為2、4、5、6、0五個(gè)公差等級(jí)，此中2級(jí)最高，0級(jí)為一般精度級(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?；境叽缇戎篙S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。軸承精度包含的項(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）主若是?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)推力軸承主若是?成套軸承內(nèi)圈

49、端面對(duì)滾道的跳動(dòng)Sia?。而對(duì)角接觸軸承則應(yīng)兼?zhèn)銴ia（或Kea）和Sia。主軸轉(zhuǎn)動(dòng)軸承內(nèi)、外圈的旋轉(zhuǎn)精度見表3-1和表3-2。表31主軸轉(zhuǎn)動(dòng)軸承內(nèi)圈的旋轉(zhuǎn)精度（單位m）表32主軸轉(zhuǎn)動(dòng)軸承外圈的旋轉(zhuǎn)精度（單位m）軸承外徑D/mm80120120150150180180250精度等級(jí)P2P4P5P2P4P5P2P4P5P2P4P530向心軸承（圓錐滾子56105711581371015軸承除外）Kea圓錐滾子軸承Kea6107118131015假如切削力方向固定，不隨主軸旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，如車、銑、磨床主軸，則應(yīng)依據(jù)Kia選擇。假如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)依據(jù)Kea選擇

50、。前后軸承之間，前軸承對(duì)主軸組件的精度影響比后軸承的影響大。所以，后軸承的精度可比前軸承低一級(jí)。第三節(jié)主軸本節(jié)主要介紹如何確立主軸的構(gòu)造、合理選擇主軸的資料與熱辦理方法，以及擬定主軸的技術(shù)條件。一主軸的構(gòu)造主軸的構(gòu)造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）等的種類，以及軸上所安裝的傳動(dòng)件，軸承等部件的種類、數(shù)目，位置和安裝方法等，同時(shí)還應(yīng)試慮主軸的加工和裝置工藝性。因?yàn)橥ㄓ脵C(jī)床所使用的刀具和夾具大多數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)件，所以主軸前端的構(gòu)造一定與標(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靠譜、定位基準(zhǔn)、裝卸方便和能傳達(dá)一定的動(dòng)力。主軸的構(gòu)造還決定于所采納的軸承種類及調(diào)整方法，安裝主軸

51、上的傳動(dòng)件數(shù)目、位置、定位和連接方法等。因?yàn)橹鬏S上以往安裝部件，為便于裝置，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，直徑從前向后逐漸減小。為了預(yù)防后軸頸的直徑過小，以致過分削弱主軸剛度，并使內(nèi)孔直徑遇到限制，軸上階梯的數(shù)目不宜過多。主軸上長的長度尺寸，除個(gè)別要保證傳動(dòng)部件的軸向位置外（此時(shí)軸向尺寸偏差以往為為0.5mm左右），其余軸向尺寸均為自由尺寸。為使切削螺紋時(shí)，砂輪或車刀能越出加工表面，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。二主軸的資料與熱辦理主軸最常用的資料是45號(hào)鋼，對(duì)于在轉(zhuǎn)動(dòng)軸承中工作的主軸，進(jìn)行調(diào)質(zhì)辦理，硬度H

52、B=250。對(duì)于在滑動(dòng)軸承中工作的軸頸，可采納局部高頻淬火，硬度達(dá)HRC=50。為了進(jìn)一步提升主軸的壽命，對(duì)于滑移齒輪的鍵和主軸的端部也可以采納局部淬火。三主軸的技術(shù)要求主軸主要技術(shù)要求的確定常有機(jī)床主軸部件輾轉(zhuǎn)精度31主軸前、后軸頸的同軸度，錐孔有對(duì)于前、后軸頸中心連線的徑向跳動(dòng)，放心軸頸及其定位軸肩有對(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輾轉(zhuǎn)精度。主軸的技術(shù)要求，除少量機(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，需依據(jù)主軸部件的輾轉(zhuǎn)精度確立。主軸部件自己各項(xiàng)精度允差的確定考慮到軸承的偏差和裝置造成的偏差，及留有必需的精度貯備，一般取主

53、軸部件自己的各項(xiàng)精度允差為主軸部件輾轉(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，所傳達(dá)扭矩的大小，對(duì)運(yùn)行安穩(wěn)性的要求及構(gòu)造緊湊、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，其構(gòu)造簡單、緊湊和能傳達(dá)較大的扭矩。齒輪裝在前、后支撐之間，且湊近主軸的前支撐處，這樣與切削力的位置比較湊近，因此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)使其湊近前支撐處。二主軸傳動(dòng)件位置的合理部署多數(shù)主軸是由齒輪傳動(dòng)的。齒輪可位于前后軸承之間

54、，也可位于后軸承以后（假如是三支承主軸，這里的前后軸承指的都是?主?支承。即后軸承其實(shí)是中軸承。）假如齒輪位于前后軸承之間，則齒輪應(yīng)盡量湊近前軸承。這樣做的好處是可以減少主軸的曲折變形。其他，因?yàn)橹鬏S上傳達(dá)轉(zhuǎn)矩的部分較短，扭轉(zhuǎn)變形也較小。假如主軸上裝有幾個(gè)齒輪，則一般狀況下常使大齒輪湊近前軸承。這樣的安排將使前軸承的負(fù)荷較大，但前軸承的直徑以往大于后軸承，因此承載能力也較大。為了使主軸組件能成為一個(gè)獨(dú)立的單元?a主軸單元，最近幾年來常使傳動(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)試慮采納承載能力較大的軸承。三轉(zhuǎn)動(dòng)軸承的預(yù)緊預(yù)緊或預(yù)載荷是指派軸承滾道與轉(zhuǎn)動(dòng)體之間有必定的過盈量

55、。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承在有縫隙的條件下工作，會(huì)造成載荷集中作用在處于受力方向的少量幾個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體上，使這幾個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體和滾道之間產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力和接觸變形。如略有過盈時(shí)，可使承載的轉(zhuǎn)動(dòng)體增加，轉(zhuǎn)動(dòng)體受力均勻，還可以夠均化偏差。所以，適合預(yù)緊可提升軸承的剛度和壽命。但是，過分預(yù)緊，會(huì)使轉(zhuǎn)動(dòng)體和滾道的變形太大，將以致提升其溫升，并降低軸承壽命。321雙列圓柱滾子軸承的預(yù)緊這類軸承是靠內(nèi)空的錐面，使內(nèi)圈徑向脹大實(shí)現(xiàn)預(yù)緊的，故稱之為徑向預(yù)緊。衡量預(yù)緊大小的是滾子包絡(luò)圓直徑D2（見圖3-5（a）與外圈滾道直徑之差=(D2-D1)。將稱之為徑向預(yù)緊量或簡稱?預(yù)緊量?，單位為m。裝置時(shí)，把外圈裝入殼體孔內(nèi)，測(cè)出D1。先不裝

56、阻隔套1（圖3-5（b），把內(nèi)圈裝上主軸。擰動(dòng)螺母2，用特地的包絡(luò)圓丈量儀丈量滾動(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，即可獲取預(yù)約的預(yù)緊量。2角接觸軸承的預(yù)緊這類軸承是在軸向力Fa0的作用下，使內(nèi)、外圈產(chǎn)生軸向錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊（圖3-5（c）。衡量預(yù)緊大小的是軸向預(yù)緊力Fa0，簡稱預(yù)緊力，單位為N。多聯(lián)角接觸球軸承是依據(jù)預(yù)緊力組配的。軸承廠在內(nèi)圈（背靠背組配，圖3-5（d）或外圈（當(dāng)面組配，圖3-5（e）的端面依據(jù)預(yù)緊力磨去。裝置時(shí)擠緊，即可獲取預(yù)約的預(yù)緊力。假如兩個(gè)軸承間需分開一定的距離，可在兩軸承之間加入厚度相同的內(nèi)、外隔套。在軸向載荷作用下，

57、不受力側(cè)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)體與滾道不可以離開接觸。而滿足這個(gè)條件的最小預(yù)緊力，雙聯(lián)組配為最大軸向載荷的35%（近似地取1/3）；三聯(lián)組配為其24%（近似地取1/4）。圖軸承的預(yù)緊33第五節(jié)主軸組件的設(shè)計(jì)計(jì)算主軸是主軸組件的重要構(gòu)成部分，對(duì)主軸組件的工作性能影響較大。主軸的主要尺寸參數(shù)包含：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、主軸前端懸伸量及主軸的支撐跨距等。一主軸直徑主軸直徑越大，主軸組件的剛度越高。但同時(shí)使安裝在主軸上的軸承、傳動(dòng)件等的尺寸也隨之增大，從而使主軸組件的構(gòu)造變大，有時(shí)甚至為機(jī)床構(gòu)造所不一樣意。所以，主軸直徑應(yīng)在合理的范圍內(nèi)盡量選大些，使之既滿足剛度要求，又使構(gòu)造緊湊，節(jié)約資料。設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)橹鬏S的具體構(gòu)

58、造還沒有確立，只好依據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，初步確立主軸的直徑。通常是依據(jù)傳達(dá)功率，并參照同種類機(jī)床的主軸尺寸加以確立。幾種通用機(jī)床鋼質(zhì)主軸前軸頸的直徑D1可參照表-選取。車床和銑床主軸后軸頸D2=(0.70.85)D1。應(yīng)該注意的是，因?yàn)閷?duì)車床、銑床、磨床等機(jī)床主軸曲折剛度的要求較高，主軸又常是空心的，不可以像估量傳動(dòng)軸直徑那樣按其扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行估量。車床、銑床、鏜銑加工中心等機(jī)床因裝置的需要，主軸直徑常是從前向后逐漸減少的。后軸承的直徑常常小于前軸承的直徑。表33主軸前軸頸直徑D1（mm）二主軸的內(nèi)孔直徑主軸的內(nèi)孔用來經(jīng)過經(jīng)過棒料、經(jīng)過刀具夾緊裝置固定刀具、傳動(dòng)氣動(dòng)或液壓卡盤等。主軸孔徑越大，可經(jīng)過的棒

59、料直徑也越大，機(jī)床的使用范圍就越廣，同時(shí)主軸部件的相對(duì)重量也越輕。但是，內(nèi)孔過大將削弱主軸的剛度。當(dāng)d/D=0.3時(shí)，實(shí)心與空心截面的主軸剛度很湊近；當(dāng)0.5時(shí)，空心主軸的剛度降低極少；當(dāng)=0.7時(shí)，主軸剛度降低為25左右。所以，為了不至于過分地削弱主軸剛度，的數(shù)值一般不大于0.50.7。其他，確立內(nèi)孔直徑時(shí)，還應(yīng)試慮后周頸處壁厚能否足夠。三主軸前端懸伸量及主軸的支撐跨距主軸前支承點(diǎn)至主軸前端的距離a稱為前端懸伸量。前后支承點(diǎn)之間的距離稱為支承跨距。軸前端懸伸量a對(duì)主軸組件的綜合剛度影響很大。所以，在進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量縮短前端懸伸量a。a與主軸前端構(gòu)造的形狀尺寸、前軸承種類、組合方式和軸承

60、的潤滑與密封相關(guān)?？缇郘對(duì)綜合剛度的影響不是單向的。如L較大，則主軸變形較大；如L較小，34則軸承的變形對(duì)主軸前端的位移影響較大。所以，L有一個(gè)最大值，L太大或L太小，都會(huì)降低綜合剛度。機(jī)床主軸組件的支承跨距，因?yàn)槭軜?gòu)造的限制，實(shí)質(zhì)的支撐跨距大于最正確跨距，且用傳統(tǒng)方式計(jì)算理想支承跨距L0，既費(fèi)時(shí)，又不正確。下邊介紹一種經(jīng)驗(yàn)公式，供參照。式中Dm主軸均勻外徑(mm)；dm主軸均勻內(nèi)徑(mm)；K0剛度值，其下限值250N/m，精致機(jī)床的K0值為500N/m。第六節(jié)主軸端部的構(gòu)造形式主軸端部的形式取決于機(jī)床的種類和安裝夾具或刀具的型式。主軸端部的構(gòu)造，應(yīng)保證夾具、頂尖或刀具安裝靠譜，定位正確，高