立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PAGE立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[摘要]本文介紹了數(shù)控銑床的一些基本概況，簡(jiǎn)述了數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)方面的原理和類型，分析了各種傳動(dòng)方案的機(jī)理。數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)包括了主軸電動(dòng)機(jī)、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸組件三部分組成。本文詳細(xì)介紹了數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，該數(shù)控銑床主軸變速箱是靠齒輪進(jìn)行傳動(dòng)的，主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)采用齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)形式采用集中式傳動(dòng)，主軸變速系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠、壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。文中介紹了數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)各種傳動(dòng)方案優(yōu)缺點(diǎn)的比較、主傳動(dòng)方案的選擇和確定、主傳動(dòng)變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、主軸組件的設(shè)計(jì)、軸承的選用基潤(rùn)滑、關(guān)鍵零件的校核、以及主軸電動(dòng)機(jī)的控制等設(shè)計(jì)過(guò)程。[關(guān)鍵詞]數(shù)控機(jī)床；數(shù)控銑床；主傳動(dòng)系統(tǒng)；主軸組件；軸承；主軸電動(dòng)機(jī)ThesigntypenumbercontrolsthemillerlordtospreadtomovethesystemdesignAbstract：thistextintroducesthesigntypenumbertocontrolsomebasicgeneralsituationsofthemiller,Chiensaysthetoolmachinelordtospreadtheprincipleandtypesofmovethesystems,analyzingvariousmechanismthatspreadstomovetheproject.Thesigntypenumbercontrolsthemillerlordtospreadtomovethesystemtoincludetheprincipalaxiselectricmotor,principalaxistospreadtomovethesystemandtheprincipalaxismodulethreepartsestoconstitute.Detailedintroductionofthistextthesigntypenumbercontrolsthedesignprocessthatthemillerlordspreadstomovethesystem,shouldthesigntypenumbercontrolthemillerprincipalaxistobecomesoontheboxistoiscarryonbywheelgeartospreadtomoveof,theprincipalaxisboxspreadstomovethesystemadoptionwheelgeartospreadtomove,spreadingtomovetheformadoptionconcentrationtypetospreadtomove,theprincipalaxisbecomesoonmanyofthesystemadoptionsliptomovethewheelgeartobecomesoon.Thewheelgearspreadstomovetohavetospreadtomovetheefficiencyhigh,thestructuretightlypacked,workcredibility,thelifespanislong,spreadingtomovethanaccurateetc.advantage.Itintroducedthesigntypenumbertocontrolthemillerlordtospreadtomovevariouscomparison,lordthatspreadstomovetheprojectmeritandshortcomingofsystemtospreadinthetextthechoiceandassurance,lordsofmovetheprojectsspreadtomovetobecomesoonsystemofdesign,bearingsofdesigncalculation,theprincipalaxismodulechoosethecontroloftheschoolpit,andtheprincipalaxiselectricmotorofusethelubrication,thekeysparepartsetc.thedesignprocess.Keywords：thenumbercontrolsthetoolmachine;Thesigntypenumbercontrolsthemiller;Thelordspreadstomovethesystem;Principalaxismodule;Bearings;Principalaxiselectricmotor.PAGEII目錄引言 1第一章緒論 21.1概述 21.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 3第二章數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定 92.1對(duì)數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 92.2對(duì)數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 92.3主傳動(dòng)的類型及方案選擇 10第三章主傳動(dòng)變速系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算 123.1計(jì)算切削功率 123.1.1切削力的計(jì)算 123.1.2切削功率的計(jì)算 123.1.3主軸轉(zhuǎn)速范圍的確定 133.2計(jì)算主傳動(dòng)功率 133.3分級(jí)變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及主軸電動(dòng)機(jī)的功率的確定 143.3.1變速級(jí)數(shù)Z的確定 143.3.2電動(dòng)機(jī)的功率的確定 153.3.3電動(dòng)機(jī)參數(shù) 153.3.4分級(jí)變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)變速機(jī)構(gòu)的確定 16第四章主軸組件設(shè)計(jì) 174.1概述 174.1.1軸的分類 174.1.2主軸材料 174.2主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 174.2.1主軸部件應(yīng)滿足的基本要求 184.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 194.2.3草擬軸上零件的裝配方案 194.2.4軸上零件的定位 204.2.5各軸段直徑與的確定 204.2.6提高主軸強(qiáng)度的措施 214.2.7軸的結(jié)構(gòu)工藝性 224.3主軸強(qiáng)度的校核 224.3.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算 224.3.2強(qiáng)度校核計(jì)算 23第五章軸承的設(shè)計(jì) 275.1概述 275.2軸承的類型選擇 275.3軸承游隙等級(jí)的選擇 285.4軸承的壽命計(jì)算 285.4.1軸承布局 285.5軸承裝置的設(shè)計(jì) 295.5.1軸承的配置 295.5.2軸承的配合 305.5.3軸承的潤(rùn)滑 315.5.4軸承的密封 32第六章數(shù)控銑床主軸電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 336.1控制方式選擇 336.2PLC的簡(jiǎn)單介紹 336.4.1可編程控制器的由來(lái) 336.4.2可編程控制器的現(xiàn)狀 336.4.3可編程控制器的分類 336.2.4可編程控制器的特點(diǎn) 356.2.5PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 356.3主軸電動(dòng)機(jī)控制 36總論 37致謝 38參考文獻(xiàn) 39第38頁(yè)共39頁(yè)引言制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)或地區(qū)經(jīng)濟(jì)的實(shí)力，科技水平，生活水準(zhǔn)和國(guó)防實(shí)力。國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)歸根到底是各國(guó)制造生產(chǎn)能力及機(jī)械制造裝備的競(jìng)爭(zhēng)。機(jī)床是制造業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，而數(shù)控機(jī)床是高精度、高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)、外數(shù)控機(jī)床正朝著高性能、高精度、高效率、高柔性、高自動(dòng)化和模塊化方向迅速發(fā)展。盡管我國(guó)數(shù)控機(jī)床的制造、設(shè)計(jì)、檢測(cè)等技術(shù)得到了一定的發(fā)展，但與國(guó)外相比，差距還是很大，主要表現(xiàn)在:可靠性差、應(yīng)變能力差、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)手段落后等，這種差距尤其表現(xiàn)在高精度、高速度等尖端機(jī)床方面。因此，我們必須緊跟國(guó)際機(jī)床技術(shù)發(fā)展的前沿，發(fā)展機(jī)床的設(shè)計(jì)、檢測(cè)、制造等技術(shù)。數(shù)控（numericalcontrol,NC）機(jī)床，顧名思義，是一類由數(shù)字程序?qū)崿F(xiàn)控制的機(jī)床。與人工操作的普通機(jī)床相比，它具有適應(yīng)范圍廣、自動(dòng)化程度高、柔性強(qiáng)、操作者勞動(dòng)強(qiáng)度低、易于組成自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床也就是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯處理具有使用號(hào)碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以達(dá)到以下目的：1.培養(yǎng)綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；2.強(qiáng)化工程實(shí)踐能力和意識(shí),提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；3.使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練,提高工程繪圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻(xiàn)閱讀、使用計(jì)算機(jī)、使用文獻(xiàn)資和手冊(cè)、文字表達(dá)等各方面的能力；4.培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及積極向上的團(tuán)隊(duì)合作精神。陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章緒論1.1概述數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來(lái)的加工中心、柔性加工單元都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開(kāi)銑削方式。由于數(shù)控銑削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問(wèn)題也很多，因此，人們?cè)谘芯亢烷_(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動(dòng)編程語(yǔ)言的軟件系統(tǒng)時(shí)，也一直把銑削加工作為重點(diǎn)。數(shù)控銑床機(jī)械部分與普通銑床基本相同，工作臺(tái)可以做橫向、縱向和垂直三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。因此普通銑床能加工的工藝內(nèi)容，數(shù)控銑床度能做到。一般情況下，在數(shù)控銑床上可以加工平面曲線輪廓。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，各類銑床配置的是數(shù)控系統(tǒng)不同，其功能也不盡相同。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越合理，其性能、精度和效率日趨提高，更新?lián)Q代頻繁，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。因此，對(duì)機(jī)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(dòng)化的要求。在機(jī)床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過(guò)去在普通機(jī)床上無(wú)法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機(jī)床為數(shù)控機(jī)床所代替，這就極大地促進(jìn)了機(jī)床行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床已經(jīng)遍布軍工、航空航天、汽車(chē)、造船、機(jī)車(chē)車(chē)輛、機(jī)床、建筑、通用機(jī)械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業(yè)。綜上所述，數(shù)控機(jī)床在促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人類生存質(zhì)量和創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)等方面，起著非常重要的作用。數(shù)控機(jī)床是一種高效能自動(dòng)加工機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：易于加工異型復(fù)雜零件；提高生產(chǎn)率；可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，多機(jī)看管；可以大大減少專用工裝卡具，并有利于提高刀具使用壽命；提高零件的加工精度，易于保證加工質(zhì)量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大減少在制品的數(shù)量；可以大大減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少所需工人數(shù)量等。數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、支承部件、分度臺(tái)等部分組成。傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是把運(yùn)動(dòng)和力由動(dòng)力源傳遞給機(jī)床執(zhí)行件，而且要保證傳遞過(guò)程中有良好的動(dòng)態(tài)特性。傳動(dòng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中，經(jīng)常受到激振力和激振力矩的作用，使傳動(dòng)系統(tǒng)的軸組件產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而影響機(jī)床的工作性能。隨著機(jī)床切削速度的提高和自動(dòng)化方向的發(fā)展，傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成越來(lái)越簡(jiǎn)單，但對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的要求卻越來(lái)越高，從而使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，這樣，各種設(shè)計(jì)理論的研究和使用就得到了迅猛的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動(dòng)化機(jī)床，其加工過(guò)程中的動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置及輔助功能，都是通過(guò)數(shù)字信息自動(dòng)控制的，操作者在加工過(guò)程中無(wú)法干預(yù)，不能像在普通機(jī)床上加工零件那樣，對(duì)機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行人為補(bǔ)償，所以數(shù)控機(jī)床幾乎在任何方面均要求比普通機(jī)床設(shè)計(jì)得更為完善，制造得更為精密。為滿足高精度、高效率、高自動(dòng)化程度的要求，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已形成自己的獨(dú)立體系，在這一結(jié)構(gòu)的完善過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)及元件。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)有許多特點(diǎn)。1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展隨著機(jī)械制造生產(chǎn)模式的演變,對(duì)機(jī)械制造裝備提出了不同的要求.在50年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過(guò)提高效率，自動(dòng)化程度,進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”實(shí)現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。從90年代開(kāi)始，為了對(duì)世界生產(chǎn)進(jìn)行快速響應(yīng)，逐步實(shí)現(xiàn)社會(huì)制造資源的快速集成，要求機(jī)械制造裝備的柔性化程度更高,采用擬實(shí)制造和快速成形制造技術(shù)。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都非常注重機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對(duì)比之下，我國(guó)目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性”強(qiáng),更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過(guò)多；自動(dòng)化程度基本上還是“一個(gè)工人，一把刀，一臺(tái)機(jī)床”，導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。因此，要縮小我國(guó)同工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距,我們必須在機(jī)械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個(gè)方面就是增加數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重。數(shù)控設(shè)備的發(fā)展方向六個(gè)方面：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速、高精度、符合、環(huán)保。目前德國(guó)和瑞士的機(jī)床精度最高，綜合起來(lái)，德國(guó)的水平最高，日本的產(chǎn)值最大。美國(guó)的機(jī)床業(yè)一般。中國(guó)大陸、韓國(guó)。臺(tái)灣屬于同一水平。但就門(mén)類、種類多少而言，我們應(yīng)該能進(jìn)世界前4名。數(shù)控系統(tǒng)由顯示器、控制器伺服、伺服電機(jī)、和各種開(kāi)關(guān)、傳感器構(gòu)成。目前世界最大的三家廠商是：日本發(fā)那客、德國(guó)西門(mén)子、日本三菱；其余還有法國(guó)扭姆、西班牙凡高等。國(guó)內(nèi)由華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國(guó)內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進(jìn)口。華中數(shù)控這幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)不錯(cuò)，但差就差在電器硬件上，故障率比較高。華中數(shù)控也有意向數(shù)控機(jī)床業(yè)進(jìn)軍，但機(jī)床的硬件方面不行，質(zhì)量精度一般。目前國(guó)內(nèi)一些大廠還沒(méi)有采用華中數(shù)控的。廣州機(jī)床廠的簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)也不錯(cuò)。我們國(guó)家機(jī)床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床精度1.機(jī)械加工機(jī)床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度）、定位精度、重復(fù)定位精度等5種。2.機(jī)床精度體系：目前我們國(guó)家內(nèi)承認(rèn)的大致是四種體系：德國(guó)VDI標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo)GB，國(guó)標(biāo)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)差不多。3.看一臺(tái)機(jī)床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺(tái)機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法),就是一臺(tái)高精度機(jī)床，在0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法)以下，就是超高精度機(jī)床，高精度的機(jī)床，要有最好的軸承、絲杠。4.加工出高精度零件，不只要求機(jī)床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。目前世界著名機(jī)床廠商在我國(guó)的投資情況1.2000年，世界最大的專業(yè)機(jī)床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機(jī)床公司”的機(jī)床公司，生產(chǎn)數(shù)控車(chē)床、立式加工中心和車(chē)銑復(fù)合中心。機(jī)床質(zhì)量不錯(cuò)，目前效益良好，年產(chǎn)600臺(tái)，目前正在建2期工程，建成后可以年產(chǎn)1200臺(tái)。2.2003年，德國(guó)著名的機(jī)床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產(chǎn)數(shù)控車(chē)床和立式加工中心120臺(tái)左右。3.2002年，日本著名的機(jī)床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機(jī)床廠合資建廠，年生產(chǎn)能力為1000臺(tái)，生產(chǎn)數(shù)控車(chē)床、立式加工中心、臥式加工中心。4.韓國(guó)大宇在山東青島投資建廠，目前生產(chǎn)能力不知。5.臺(tái)灣省的著名機(jī)床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產(chǎn)能力800臺(tái)。民營(yíng)企業(yè)進(jìn)入機(jī)床行業(yè)情況1.浙江日發(fā)公司，2000年投產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)控車(chē)床、加工中心。年生產(chǎn)能力300臺(tái)。2．2004年，浙江寧波著名的鑄塑機(jī)廠商海天公司投資生產(chǎn)機(jī)床，主要是從日本引進(jìn)技術(shù)，目前剛開(kāi)始，起點(diǎn)比較高。3．2002年，西安北村投產(chǎn)，名字象日本的，其實(shí)老板是中國(guó)人，采用日本技術(shù)。生產(chǎn)小型儀表數(shù)控車(chē)床，水平相當(dāng)不錯(cuò)。軍工企業(yè)技改情況軍工企業(yè)得到國(guó)家撥款開(kāi)始于當(dāng)年“大使館被炸”，后來(lái)臺(tái)灣阿扁上臺(tái)后，大規(guī)模技改開(kāi)始了，軍工企業(yè)進(jìn)入新一輪的技改高峰，我們很多軍工企業(yè)開(kāi)始停止購(gòu)買(mǎi)普通設(shè)備。尤其是近3年來(lái)，我們的軍工企業(yè)從歐洲和日本買(mǎi)了大批量的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床。也從國(guó)內(nèi)機(jī)床廠哪里采購(gòu)了大批普通數(shù)控機(jī)床，國(guó)內(nèi)機(jī)床廠商為了迎接這次大技改，也引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)，爭(zhēng)取軍工企業(yè)的高端訂單。聽(tīng)在軍工企業(yè)的朋友講，阿扁如果再能“頂”三年，我們的整體水平會(huì)上一個(gè)臺(tái)階。其實(shí)，胡錦濤總書(shū)記掌權(quán)以來(lái)，已經(jīng)把國(guó)防事業(yè)提到了和經(jīng)濟(jì)發(fā)展一樣的高度上，他說(shuō)，我們要建立和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的國(guó)防能力，相信再過(guò)10年，隨著我國(guó)國(guó)防工業(yè)和汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，我們國(guó)家會(huì)誕生世界水平的機(jī)床制造商，也將會(huì)超越日本，成為世界第一機(jī)床生產(chǎn)大國(guó)。數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。數(shù)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國(guó)力的強(qiáng)弱。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展在很大程度上取決于數(shù)控系統(tǒng)的性能和水平，而數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及其技術(shù)基礎(chǔ)離不開(kāi)微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)及其軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)趨于一致化，而控制系統(tǒng)軟件的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇。我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)“六五”期間的引進(jìn)，“七五”期間的數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，“八五”期間的數(shù)控應(yīng)用技術(shù)研究以及“九五”期間的主數(shù)控系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用，已逐步形成了以航天數(shù)控、藍(lán)天數(shù)控、華中數(shù)控和中華數(shù)控為主的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，數(shù)控化率也顯著提高。另一方面我國(guó)數(shù)控產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量也不斷提高。目前我國(guó)一部分普及型數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)已經(jīng)形成一定規(guī)模，產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)較為成熟，價(jià)格合理，在國(guó)際市場(chǎng)上具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)所掌握的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)較成熟，并已有成熟商品走向市場(chǎng)。我國(guó)在數(shù)控機(jī)床高端產(chǎn)品的生產(chǎn)上取得了一定的突破。目前我國(guó)已經(jīng)可以供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的數(shù)控機(jī)床。同時(shí)，我國(guó)也已進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)和高精度精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)的行列。目前我國(guó)已經(jīng)研制成功一批主軸轉(zhuǎn)速在8000~10000轉(zhuǎn)/分以上的數(shù)控機(jī)床。我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)近年來(lái)大力推廣應(yīng)用CAD等信息技術(shù)，很多企業(yè)已開(kāi)始和計(jì)劃實(shí)施應(yīng)用ERP、MRPⅡ和電子商務(wù)。如，濟(jì)南第二機(jī)床集團(tuán)有限公司的CAD普及率達(dá)100%，是國(guó)家級(jí)“CAD示范企業(yè)”，企業(yè)的MRPⅡ系統(tǒng)應(yīng)用也非常成功，現(xiàn)代化管理水平較高。但是和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)在信息化技術(shù)應(yīng)用上仍然存在很多不足。一、信息化技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，對(duì)國(guó)外技術(shù)依存度高。我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)總體的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力和技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，信息化技術(shù)應(yīng)用程度不高。行業(yè)現(xiàn)有的信息化技術(shù)來(lái)源主要依靠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，對(duì)國(guó)外技術(shù)的依存度較高，對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化仍停留在掌握已有技術(shù)和提高國(guó)產(chǎn)化率上，沒(méi)有上升到形成產(chǎn)品自主開(kāi)發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高度。具有高精、高速、高效、復(fù)合功能、多軸聯(lián)動(dòng)等特點(diǎn)的高性能數(shù)控機(jī)床基本上還得依賴進(jìn)口。二、產(chǎn)品成熟度較低，可行性不高。國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間在10000小時(shí)以上，國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)僅3000-5000小時(shí)；整機(jī)平均無(wú)故障工作時(shí)間國(guó)外達(dá)800小時(shí)以上，國(guó)內(nèi)最好只有300小時(shí)。三、創(chuàng)新能力低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。我國(guó)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的企業(yè)雖達(dá)百余家，但大多數(shù)未能形成規(guī)模生產(chǎn)，信息化技術(shù)利用不足，創(chuàng)新能力低，制造成本高，產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)。隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高要求。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床信息化正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展。高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，我國(guó)生產(chǎn)的第六代數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)均采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度，使得高速運(yùn)算、模塊化及多軸成組控制系統(tǒng)成為可能。同時(shí)，新一代數(shù)控機(jī)床將采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。智能化?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的智能化發(fā)展將通過(guò)對(duì)影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測(cè)、建模、提取特征、自動(dòng)感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速作出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對(duì)機(jī)床的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)床的加工過(guò)程處于最佳狀態(tài)?；贑AD和CAM的數(shù)控編程自動(dòng)化。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前CAD/CAM圖形交互式自動(dòng)編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和后置處理，從而自動(dòng)生成數(shù)控機(jī)床零部件加工程序，以實(shí)現(xiàn)CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM集成的全自動(dòng)編程方式，其編程所需的加工工藝參數(shù)不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的CAPP數(shù)據(jù)庫(kù)獲得，推動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展。發(fā)展可靠性最大化。數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)。新一代的數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模或超大規(guī)模的專用及混合式集成電路，減少元器件的數(shù)量，從而提高可靠性。同時(shí)通過(guò)自動(dòng)運(yùn)行診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。一、是高速加工技術(shù)發(fā)展迅速

高速加工技術(shù)發(fā)展迅速，在高檔數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用新的機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，采用當(dāng)前數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)高性能功能部件，移動(dòng)部件輕量化，減少運(yùn)動(dòng)慣性。在刀具材料和結(jié)構(gòu)的支持下，從單一的刀具切削高速加工，發(fā)展到機(jī)床加工全面高速化，如數(shù)控機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速?gòu)拿糠昼妿浊мD(zhuǎn)發(fā)展到幾萬(wàn)轉(zhuǎn)、幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)；快速移動(dòng)速度從每分鐘十幾米發(fā)展到幾十米和超過(guò)百米；換刀時(shí)間從十幾秒下降到10秒、3秒、1秒以下，換刀速度加快了幾倍到十幾倍。應(yīng)用高速加工技術(shù)達(dá)到縮短切削時(shí)間和輔助時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)加工制造的高質(zhì)量和高效率。二、是精密加工技術(shù)有所突破

通過(guò)機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造和裝配的精化，數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和溫度、振動(dòng)誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用等，從而提高機(jī)床加工的幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度，減少形位誤差、表面粗糙度。加工精度平均每8年提高1倍，從1950年至2000年50年內(nèi)提升100倍。目前，精密數(shù)控機(jī)床的重復(fù)定位精度可以達(dá)到1μm，進(jìn)入亞微米超精加工時(shí)代。三、是技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合趨勢(shì)明顯技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合是數(shù)控機(jī)床技術(shù)最活躍的發(fā)展趨勢(shì)之一，如工序復(fù)合型——車(chē)、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工技術(shù)復(fù)合，跨加工類別技術(shù)復(fù)合——金切與激光、沖壓與激光、金屬燒結(jié)與鏡面切削復(fù)合等，目前已由機(jī)加工復(fù)合發(fā)展到非機(jī)加工復(fù)合，進(jìn)而發(fā)展到零件制造和管理信息及應(yīng)用軟件的兼容，目的在于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀零件的全部加工及生產(chǎn)過(guò)程集約化管理。技術(shù)集成和復(fù)合形成了新一類機(jī)床——復(fù)合加工機(jī)床，并呈現(xiàn)出復(fù)合機(jī)床多樣性的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。四、是數(shù)字化控制技術(shù)進(jìn)入了智能化的新階段數(shù)字化控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段:數(shù)字化控制技術(shù)對(duì)機(jī)床單機(jī)控制；集合生產(chǎn)管理信息形成生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制；生產(chǎn)過(guò)程遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和無(wú)人化工廠的智能化新階段。智能化指工作過(guò)程智能化，利用計(jì)算機(jī)、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程實(shí)行智能監(jiān)控和人工智能自動(dòng)編程等。加工過(guò)程智能監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)工件裝卡定位自動(dòng)找正，刀具直徑和長(zhǎng)度誤差測(cè)量，加工過(guò)程刀具磨損和破損診斷、零件裝卸物流監(jiān)控，自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償、調(diào)整、自動(dòng)更換刀具等，智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的機(jī)械、電氣、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障自動(dòng)診斷、報(bào)警、故障顯示等，直至停機(jī)處理。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程故障診斷專家智能系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用。數(shù)控系統(tǒng)具有在線技術(shù)后援和在線服務(wù)后援。人工智能自動(dòng)編程系統(tǒng)能按機(jī)床加工要求對(duì)零件進(jìn)行自動(dòng)加工。在線服務(wù)可以根據(jù)用戶要求隨時(shí)接通INTERNET接受遠(yuǎn)程服務(wù)。采用智能技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)與管理信息融合下的重構(gòu)優(yōu)化的智能決策、過(guò)程適應(yīng)控制、誤差補(bǔ)償智能控制、故障自診斷和智能維護(hù)等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技術(shù)在制造系統(tǒng)上的應(yīng)用，發(fā)展成柔性制造單元和智能網(wǎng)絡(luò)工廠，并進(jìn)一步向制造系統(tǒng)可重組的方向發(fā)展。五、是極端制造擴(kuò)張新的技術(shù)領(lǐng)域極端制造技術(shù)是指極大型、極微型、極精密型等極端條件下的制造技術(shù)。極端制造技術(shù)是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向。重點(diǎn)研究微納機(jī)電系統(tǒng)的制造技術(shù)，超精密制造、巨型系統(tǒng)制造等相關(guān)的數(shù)控制造技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及相關(guān)的數(shù)控機(jī)床研制，如微型、高精度、遠(yuǎn)程控制手術(shù)機(jī)器人的制造技術(shù)和應(yīng)用；應(yīng)用于制造大型電站設(shè)備、大型艦船和航空航天設(shè)備的重型、超重型數(shù)控機(jī)床的研制；IT產(chǎn)業(yè)等高新技術(shù)的發(fā)展需要超精細(xì)加工和微納米級(jí)加工技術(shù)，研制適應(yīng)微小尺寸的微納米級(jí)加工新一代微型數(shù)控機(jī)床和特種加工機(jī)床；極端制造領(lǐng)域的復(fù)合機(jī)床的研制等。第二章數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定2.1對(duì)數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，他應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料、不同尺寸、不同要求的工作、并能方便的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)停、變速、換向和制動(dòng)等。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠种鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)極調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三極齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍。在主傳動(dòng)系統(tǒng)方面，具有下列特點(diǎn)：(1)目前數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)電機(jī)已不再采用普通的交流異步電機(jī)或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機(jī)，它們已逐步被新型的交流調(diào)速電機(jī)和直流調(diào)速電機(jī)所代替。(2)轉(zhuǎn)速高，功率大。它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。(3)變速范圍大。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，一般Rn＞100，以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。(4)主軸速度的變換迅速可靠。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。由于直流和交流主軸電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍的無(wú)級(jí)變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。2.2對(duì)數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求（1）主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)停、變速、換向和制動(dòng)，以滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)要求。（2）主電動(dòng)機(jī)具有足夠的功率，全部機(jī)構(gòu)和元件具有是夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足機(jī)床的動(dòng)力要求。（3）主傳動(dòng)的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗振性，熱變形和噪聲要小，傳動(dòng)效率要高，以滿足機(jī)床的工作性能要求。（4）操縱靈活可靠，調(diào)整維修方便，潤(rùn)滑密封良好，以滿足機(jī)床的使用要求。（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。2.3主傳動(dòng)的類型及方案選擇數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照控制指令自動(dòng)執(zhí)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)凋速系統(tǒng)。為擴(kuò)大調(diào)速。為了適應(yīng)不同的加工要求，目前主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有三種變速方式1．具有變速齒輪的主傳動(dòng)這是大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多的一種變速方式。通過(guò)幾對(duì)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(jiàn)圖1-1所示。一部分小型數(shù)控機(jī)床也采用此種傳動(dòng)方式以獲得強(qiáng)力切削時(shí)所需要的扭矩。圖1.1圖1.2圖1.32．通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)通常選用同步齒形帶或多楔帶傳動(dòng)，這種傳動(dòng)方式多見(jiàn)于數(shù)控車(chē)床，它可避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲，見(jiàn)圖1-2所示。3．由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)這種主傳動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸，即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接裝在主軸上，因而大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響較大。如圖1-3所示。近年來(lái)，出現(xiàn)了一種新式的內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸，即主軸與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體。其優(yōu)點(diǎn)是主軸組件結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，慣量小，可提高起動(dòng)、停止的響應(yīng)特性，并利于控制振動(dòng)和噪聲。缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量亦使主軸產(chǎn)生熱變形。因此，溫度控制和冷卻是使用內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸的關(guān)鍵問(wèn)題。日本研制的立式加工中心主軸組件，其內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20000r/min。本次設(shè)計(jì)采用變速齒店主傳動(dòng)系統(tǒng)。使主軸獲得較高的轉(zhuǎn)速和驕傲大的轉(zhuǎn)矩。二級(jí)以上齒輪變速系統(tǒng)雖然此種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和維修費(fèi)用高，但和以上兩種驅(qū)動(dòng)方式比，變速裝置多采用齒輪變速結(jié)構(gòu)，可以使用可調(diào)的交、直流無(wú)級(jí)變速電動(dòng)機(jī)，經(jīng)齒輪變速后，實(shí)現(xiàn)分段無(wú)級(jí)變速，調(diào)速范圍增加，且能滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，因此選用二級(jí)以上齒輪變速系統(tǒng)作為主傳動(dòng)的變速方式。第三章主傳動(dòng)變速系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算3.1計(jì)算切削功率3.1.1切削力的計(jì)算銑削時(shí)的切削力，公式如下（3-1）式中——銑削時(shí)的主切削力（N）——加工材料影響的系數(shù)——每齒進(jìn)給量（mm）——背吃刀量（mm）——銑削寬度——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(jì)算得：=132N3.1.2切削功率的計(jì)算切削時(shí)所消耗的功率稱為切削功率。切削功率的公式計(jì)算：（3-2）式中：——切削功率（kw）——切削力（N）——切削速度（m/min）根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)典型加工條件以及鋼材料的銑削速度范圍，取=100m/min計(jì)算得：=2.2kw3.1.3主軸轉(zhuǎn)速范圍的確定主軸最高轉(zhuǎn)速為，最低轉(zhuǎn)速為3.2計(jì)算主傳動(dòng)功率用下列粗略估算主電動(dòng)機(jī)的功率（3-3）式中，為銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)總機(jī)械效率，主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，；主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，。取主傳動(dòng)的總效率=0.7則初選電動(dòng)機(jī)功率取電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為；額定最高轉(zhuǎn)速為3.3分級(jí)變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及主軸電動(dòng)機(jī)的功率的確定由3.2中初選電動(dòng)機(jī)功率為4kw，計(jì)算轉(zhuǎn)速依據(jù)如下公式計(jì)算: （3-4）則電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍: 主軸恒功率調(diào)速范圍:因此主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率圍，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，來(lái)擴(kuò)大電動(dòng)功率變速范圍。3.3.1變速級(jí)數(shù)Z的確定如取變速箱的公比則由于無(wú)級(jí)變速時(shí)故變速箱的變速極數(shù)可取Z=3（3-5）雖然此中方法功率特性圖示連續(xù)的、無(wú)缺口(即沒(méi)有功率降低區(qū))和無(wú)重但是Z=3，變速箱機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。因此為簡(jiǎn)化變速箱機(jī)構(gòu)，取Z=2。3.3.2電動(dòng)機(jī)的功率的確定由公式（3—5）可知，應(yīng)增大即所以比大很多。此時(shí)變速箱每擋內(nèi)有部分低轉(zhuǎn)速只能恒轉(zhuǎn)矩變速，主傳動(dòng)系統(tǒng)的功率特性圖中出現(xiàn)缺口區(qū)。缺口處的功率為 低谷處功率應(yīng)保證傳遞全部功率，只有選擇額定功率較大的電機(jī)給予補(bǔ)償。所以選用的交流變頻電動(dòng)機(jī)。則缺口處的功率為。有很大的改善。3.3.3電動(dòng)機(jī)參數(shù)一、電動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)電機(jī)采用CTB系列變頻電機(jī),型號(hào)：CBT—43P5BXB50—4,主要技術(shù)指標(biāo)如下。（1）電壓:三相380V/50Hz；（2）變頻調(diào)速范圍:5～100Hz無(wú)級(jí)調(diào)速,5～50Hz恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,50～100Hz恒功率調(diào)速,級(jí)數(shù)為4級(jí),額定轉(zhuǎn)速1440r/min;（3）電機(jī)應(yīng)能承受額定轉(zhuǎn)矩的60%過(guò)載,歷時(shí)1min,低速時(shí)轉(zhuǎn)矩平滑,無(wú)爬行現(xiàn)象;能通過(guò)變頻裝置的電壓提升,保證電動(dòng)機(jī)頻率在5Hz時(shí)輸出額定轉(zhuǎn)矩而不致使電機(jī)因發(fā)熱而燒毀。（4）CTB系列變頻電機(jī),型號(hào)：CBT—43P5BXB50—4主要性能參數(shù)如表3.1所示：表3.1圖3.1為電動(dòng)機(jī)外形圖圖分級(jí)變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)變速機(jī)構(gòu)的確定本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)具有兩檔速度，低檔轉(zhuǎn)速為，高檔轉(zhuǎn)。采用二級(jí)變速傳動(dòng)，傳動(dòng)比為的高速傳動(dòng)的低速傳動(dòng)兩種變速機(jī)構(gòu)，采用撥叉變速。顯然如果要求巧內(nèi)作恒功率的不停車(chē)變速可用高檔。如果要求在內(nèi)作恒功率的不停車(chē)變速可用低檔。轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如圖3.2所示。圖3.1第四章主軸組件設(shè)計(jì)4.1概述主軸部件設(shè)計(jì)是機(jī)床重要部件之一，它是機(jī)床的執(zhí)行件。它的功用是支撐并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷，完成表面成型運(yùn)動(dòng)。4.1.1軸的分類軸是機(jī)械傳動(dòng)的一個(gè)重要零件，一般作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件常要裝在軸上才能實(shí)現(xiàn)其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其承載在載荷可分為：1.轉(zhuǎn)軸——工作時(shí)既承受彎矩又承受扭矩。2.心軸——用于支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件，只承受彎矩。3.傳動(dòng)軸——傳遞扭矩。在高速傳動(dòng)的軸不僅要考慮軸的材料、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和剛度，而且要防止軸的振動(dòng)（動(dòng)平衡）。此外，注意軸上零件的固定，結(jié)構(gòu)工藝性，熱處理等要求。作為制造機(jī)器的機(jī)器上的軸，設(shè)計(jì)的主要原則是——?jiǎng)偠仍瓌t,本次設(shè)計(jì)選擇轉(zhuǎn)軸。4.1.2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(zhǎng)，其他零件的變形，從而影響加工精度和表面質(zhì)量。從多方面考慮選用40Cr為本次數(shù)控銑床主軸材料。4.2主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動(dòng)件、密封件及定位元件等組成。4.2.1主軸部件應(yīng)滿足的基本要求（1）旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度指裝配后，在無(wú)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(dòng)。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(shí)，在位移方向上所施加的作用力來(lái)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(dòng)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度。圖4-1（3）抗振性主軸部件的抗振性指抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的能力。在切削過(guò)程中，主軸部件不僅受靜態(tài)力作用，同時(shí)也受沖擊力和交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)。影響抗振性的主要因素是主軸部件的靜剛度、質(zhì)量分布及阻尼。其評(píng)價(jià)指標(biāo)是主軸部件的低階固有頻率與振型。（4）溫升和熱變形主軸部件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱、切削的切削熱等使主軸部件的溫度升高，形狀尺寸和位置發(fā)生變化，造成主軸部件的熱變形。其引起軸承間隙變化，潤(rùn)滑油溫度升高會(huì)使粘度降低，這些變化會(huì)影響主軸部件的工作性能，降低加工精度。（5）精度保持性主軸部件的精度保持性指長(zhǎng)期保持其原始制造精度的能力。磨損是主軸部件喪失原始精度的主要原因。因此，必須提高主軸部件的耐磨性。對(duì)耐磨性影響較大的有主軸的材料、軸承的材料、熱處理方式、軸承類型及潤(rùn)滑防護(hù)方式等。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求而需在軸中裝設(shè)其他零件或者減少軸的質(zhì)量具有特別重大的作用的場(chǎng)合,則將軸制成空心的,空心軸內(nèi)徑與外徑的比值通常為0.5-0.6為保證軸的剛度和扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。軸的設(shè)計(jì)也和其他的零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力的計(jì)算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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,合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)不合理會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性,還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很重要。軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。對(duì)于機(jī)械裝備則需剛度計(jì)算，防止工作時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形，影響加工精度和表面質(zhì)量。對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，防止發(fā)生共振而破壞。4.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素:（1）軸在機(jī)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。不論什么條件,軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足以下條件：（1）軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置,周向和軸向要有準(zhǔn)確的定位；（2）軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；（3）軸應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和制造工藝性。4.2.3草擬軸上零件的裝配方案圖2.1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(dòng)力輸入部分）、圓螺母、軸承（后支撐）、端蓋、依次從軸的后端向前端安裝。4.2.4軸上零件的定位為防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向和周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng),軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)要求外,都必須進(jìn)行軸向和周向定位,以保證其準(zhǔn)確的工作位置。1.零件的軸向固定:通常由軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母來(lái)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(duì)運(yùn)動(dòng)。常用周向定位零件有鍵、花鍵、銷(xiāo)、緊定螺釘以及過(guò)盈配合等,其中緊定螺釘只用在傳力不大之處。4.2.5各軸段直徑與的確定由軸的結(jié)構(gòu)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?yàn)闉榭招妮S的內(nèi)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(shí)際的設(shè)計(jì)中，軸的直徑亦可憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)確定，或參考同類機(jī)器用類比的方法確定。有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件的部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還需要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。軸的各段長(zhǎng)度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件必要的空隙來(lái)確定的。為了保證軸向定位可靠與帶輪等零件相配合部分的軸段長(zhǎng)度一般應(yīng)比輪轂長(zhǎng)度短23mm，所以取Dmax=78mm.（1）主軸懸伸量a與前端軸頸D1之比可按下表4.1選擇：表4.1主軸懸伸量與前端軸頸之比機(jī)床和主軸的類型a/D1通用和精密機(jī)床，自動(dòng)車(chē)床和短主軸端銑床，用滾動(dòng)軸承和支架0.5~1.5中等長(zhǎng)度和較長(zhǎng)主軸端的車(chē)床和銑床，懸伸較長(zhǎng)的精密鏜床和內(nèi)圓磨床1.25~2.5孔加工機(jī)床應(yīng)用加工細(xì)長(zhǎng)孔的機(jī)床，由加工技術(shù)決定，需要有長(zhǎng)的懸伸刀桿或主軸可移動(dòng)，因切削較長(zhǎng)而不適用于有高精度要求的機(jī)床>2.5取a=65mm（2）主軸合理跨距的選擇：在具體設(shè)計(jì)時(shí)，常常由于結(jié)構(gòu)上的限制，實(shí)際跨距l(xiāng)≠最佳合理跨距。這樣就造成主軸組件的剛度損失。在設(shè)計(jì)中一般認(rèn)為l/=時(shí)，剛度損失不大（5%左右）。應(yīng)該認(rèn)為在合理范圍之內(nèi)，稱之為合理跨距，合理跨距=（）是一個(gè)區(qū)域。4.2.6提高主軸強(qiáng)度的措施軸和軸上零件的結(jié)構(gòu)、工藝及軸上零件的安裝布置等對(duì)軸的強(qiáng)度有很大的影響，所以應(yīng)在這些方面進(jìn)行考慮，以利提高軸的承載的能力，減小軸的尺寸和機(jī)器的質(zhì)量，降低制造成本。（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(dòng)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(zhǎng)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；選擇合適的配合關(guān)系；可在輪轂或軸上開(kāi)減載槽；切制螺紋處的應(yīng)力集中較大，應(yīng)避免在軸上受載較大的區(qū)段切制螺紋。（2）改進(jìn)軸的表面質(zhì)量提高軸的疲勞強(qiáng)度。軸的表面愈粗糙，疲勞強(qiáng)度愈低。因此，應(yīng)合理減小軸的表面及圓角處的，提高軸的疲勞強(qiáng)度。表面強(qiáng)化處理的方法有：表面高頻淬火；表面滲碳、氮化；碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。4.2.7軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性指軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于加工和裝配軸上的零件，生產(chǎn)率高，成本低。一般說(shuō)，軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，工藝性越好。因此，在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量簡(jiǎn)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。為了減少加工刀具種類和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵槽寬度、砂輪越程槽寬度和退刀槽寬度等應(yīng)盡量采用相同的尺寸。主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖：圖2.2主軸結(jié)構(gòu)示意圖4.3主軸強(qiáng)度的校核常見(jiàn)軸材料見(jiàn)表4.2所示。表4.2常見(jiàn)軸材料軸的材料Q235-A、20Q275、354540Cr[]15-2520-3525-4535-45A0149-126135-112126-103112-974.3.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算下面這種方法只是按軸所承受的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果還承受有不大的彎矩時(shí)，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的方法予以考慮。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常用這種方法初步估算軸徑。對(duì)于不大重要的軸，也可作為計(jì)算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為（2-1）——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPaT——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/minP——軸傳遞的功率，單位為kwd——計(jì)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（2-2）式中:對(duì)于空心軸（2-3）應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)軸截面上開(kāi)有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑d>100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑應(yīng)增大7%。對(duì)于直徑d<100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑應(yīng)增大5%-7%有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大10%-15%。然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。應(yīng)當(dāng)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。4.3.2強(qiáng)度校核計(jì)算軸的精確計(jì)算主要是軸的強(qiáng)度和剛度校核計(jì)算，且在滿足軸的強(qiáng)度和剛度要求，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行軸的振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況,采取相應(yīng)的計(jì)算方法,并恰當(dāng)?shù)剡x用許用應(yīng)力。BT30銑床機(jī)械主軸既承受彎矩又承受扭矩,應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算,需要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核計(jì)算。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件進(jìn)行校核計(jì)算。（2-4）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(jì)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?！S的抗扭截面系數(shù)，單位為。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表8-348查得為50MPa；由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表4-1（GB1059-79）可查得；；。將以上各值代入式（2—4）得：=9MPa2.按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算：過(guò)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(cè)表得：表2.3參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)數(shù)值出處<<金屬切削手冊(cè)>>D50mm表9-7B30mm表9-4S0.1mm/齒表9-11t8mmt=0.02*DZ4表9-7由金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-56得查手冊(cè)表1-2逆銑時(shí)得;,,所以,求出支反力：已知；聯(lián)立解得：剛度校核計(jì)算:軸在載荷作用下,將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過(guò)了允許的限度,就會(huì)影響軸上零件的正常工作,甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。對(duì)于制造產(chǎn)品的銑床主軸來(lái)說(shuō)剛度是關(guān)鍵。由誤差復(fù)映原理可知,剛度較差的機(jī)床造出的產(chǎn)品,根本就談不上精度。因此,本次設(shè)計(jì)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(lái)度量的;扭轉(zhuǎn)剛度以扭轉(zhuǎn)角來(lái)度量。主要任務(wù)是:計(jì)算主軸在受載時(shí)的變形量,并控制其在允許范圍內(nèi)。剛度校核計(jì)算：階梯軸的剛度條件：(2-5)T——扭矩，單位為NmmG——剪切彈性模量，單位為，對(duì)于各種鋼材，——極慣性矩，單位為L(zhǎng)——階梯軸受扭矩的長(zhǎng)度，單位為mmZ——階梯軸受扭矩軸段數(shù)、、——階梯軸第i段上的扭矩、長(zhǎng)度、慣性矩由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得°/m，顯然，。故滿足剛度條件。第五章軸承的設(shè)計(jì)5.1概述由于在高速機(jī)械上使用的軸承對(duì)于轉(zhuǎn)速的要求很高，國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)軸承無(wú)法滿足本次設(shè)計(jì)要求，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求選取國(guó)外生產(chǎn)的FAG型號(hào)軸承為本次設(shè)計(jì)所用軸承。5.2軸承的類型選擇通過(guò)本次設(shè)計(jì)的BT40銑床機(jī)械主軸的受力分析可知：軸承在工作過(guò)程中，既受徑向載荷又受軸向載荷。因此，本次設(shè)計(jì)必須選用角接觸球軸承。由于本次設(shè)計(jì)的主軸為高速機(jī)械主軸，所以對(duì)主軸軸承要求較高，國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)軸承以無(wú)法滿足本次設(shè)計(jì)，所以選擇國(guó)外的FAG型號(hào)軸承作為本次設(shè)計(jì)所選軸承。主軸前端支撐用角接觸球FAG軸承XCB7013C.T.P4S參數(shù)如表5.1所示。表5.1FAG軸承XCB7013C.T.P4S圖5.1FAG軸承型號(hào)1圖5.2FAG軸承型號(hào)1（2）主軸后端支撐用角接觸球FAG軸承XCB7010C.T.P4S參數(shù)如表5.2所示。表5.1FAG軸承XCB7010C.T.P4S（3）花鍵軸用圓珠滾子FAG軸承FD1007T.P4S參數(shù)如表5.3所示。表5.3FAG軸承FD1007T.P4S5.3軸承游隙等級(jí)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(duì)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。5.4軸承的壽命計(jì)算軸承在承受負(fù)荷旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于套圈滾道面及滾動(dòng)體滾動(dòng)面不斷地受到交變負(fù)荷的作用，即使在正常的使用條件下，也會(huì)因材料疲勞使?jié)L道面及滾動(dòng)面出現(xiàn)疲勞損傷。出現(xiàn)這種滾動(dòng)疲勞損傷之前的總旋轉(zhuǎn)數(shù)稱做軸承的“（疲勞）壽命”。即使是結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、加工方法等完全相同的軸承，在同樣條件下旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸承的（疲勞）壽命仍會(huì)出現(xiàn)較大的差異。這是因?yàn)椴牧掀诒旧砑淳哂须x散性，應(yīng)從統(tǒng)計(jì)的角度來(lái)考慮。于是就將一批相同的軸承在同樣條件下分別旋轉(zhuǎn)時(shí)，其中90%的軸承不出現(xiàn)滾動(dòng)疲勞損傷的總旋轉(zhuǎn)數(shù)稱做“軸承的基本額定壽命”（即可靠性為90%的壽命)。在以固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，也可用總旋轉(zhuǎn)時(shí)間表示。但在實(shí)際工作時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)滾動(dòng)疲勞損傷以外的損傷現(xiàn)象。這些損傷可以通過(guò)做好軸承的選擇、安裝和潤(rùn)滑等加以避免。本次設(shè)計(jì)所以軸承的壽命符合要求。5.4.1軸承布局表5.1常用軸承布局方式配置方式可達(dá)到的轉(zhuǎn)速系數(shù)0.850.800.750.650.72為了適應(yīng)高速運(yùn)行同時(shí)保證一定的剛度，本次設(shè)計(jì)采用面對(duì)面設(shè)置。按軸承參數(shù)可知，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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速為4000r/min的設(shè)計(jì)要求。又因?yàn)檩S承支點(diǎn)跨距較大，溫升較高，所以本設(shè)計(jì)采用一端固定，一端游動(dòng)的軸承固定方式。并且是三支承方式。5.5軸承裝置的設(shè)計(jì)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(jì)軸承的裝置。軸承裝置的設(shè)計(jì)主要是正確解決軸承的安裝、配置、緊固、調(diào)節(jié)、潤(rùn)滑、密封等問(wèn)題。下面提出一些設(shè)計(jì)中注意的要點(diǎn)。5.5.1軸承的配置一般來(lái)說(shuō)，一根軸需要兩個(gè)支點(diǎn)，每個(gè)支點(diǎn)可由一個(gè)或一個(gè)以上的軸承組成。合理的軸承配置應(yīng)考慮軸在機(jī)器中有正確的位置、防止軸向竄動(dòng)以及軸受熱膨脹后導(dǎo)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(diǎn)單向固定。這種軸承配置常用兩個(gè)反向安裝的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，兩個(gè)軸承各限制一個(gè)方向的軸向移動(dòng)。2.單支點(diǎn)雙向固定。對(duì)于跨距較大（如大于350mm）且工作溫度較高的軸，其熱伸長(zhǎng)量大，應(yīng)采用一支點(diǎn)雙向固定，另一支點(diǎn)游動(dòng)的支承結(jié)構(gòu)。作為固定支承的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈在軸向都要固定。作為補(bǔ)償軸的熱膨脹的游動(dòng)支承，若使用的是內(nèi)外圈不可分離型軸承，只需固定內(nèi)圈，其外留在座孔內(nèi)應(yīng)可以軸向游動(dòng)。3.兩端游動(dòng)支承對(duì)于一對(duì)人字齒輪軸，由于人字齒輪本身的相互軸向定位作用，它們的軸承內(nèi)外圈的軸向緊固應(yīng)設(shè)計(jì)成只保證其中一根軸相對(duì)機(jī)座有固定的軸向位置，而另一根軸上的兩個(gè)軸承都必須是游動(dòng)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(guò)BT40主軸的工作情況來(lái)說(shuō)，是內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定。BT40主軸的轉(zhuǎn)速為8000prm，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(huì)和軸有摩擦，并產(chǎn)生大量的熱。雖然水冷卻系統(tǒng)能帶走一部分熱能，但仍會(huì)導(dǎo)致因溫升而產(chǎn)生熱伸長(zhǎng)。因此，必須采用“一支點(diǎn)雙向固定，另一支點(diǎn)游動(dòng)”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，內(nèi)外圈在軸上都要固定。而作為補(bǔ)償軸的熱膨脹的游動(dòng)支承，固定內(nèi)圈，外圈在坐孔內(nèi)可以游動(dòng)，給軸的熱膨脹留余空間。在本次設(shè)計(jì)中，受力不是很大，選取前三后二的支承方式。5.5.2軸承的配合配合的目的是使軸承內(nèi)圈或外圈牢固地與軸或外殼固定，以免在相互配合面上出現(xiàn)不利的軸向滑動(dòng)。這種不利的軸向滑動(dòng)（稱做蠕變）會(huì)引起異常發(fā)熱、配合面磨損（進(jìn)而使磨損鐵粉侵入軸承內(nèi)部）以及振動(dòng)等問(wèn)題，使軸承不能充分發(fā)揮作用。因此對(duì)于軸承來(lái)說(shuō)，由于承受負(fù)荷旋轉(zhuǎn)，一般必須讓套圈帶上過(guò)盈使之牢固地與軸或外殼固定。配合的選擇一般按下述原則進(jìn)行：根據(jù)作用于軸承的負(fù)荷方向、性質(zhì)及內(nèi)外圈的哪一方旋轉(zhuǎn)，則各套圈所承受的負(fù)荷可分為旋轉(zhuǎn)負(fù)荷、靜止負(fù)荷或不定向負(fù)荷。承受旋轉(zhuǎn)負(fù)荷及不定向負(fù)荷的套圈應(yīng)取靜配合（過(guò)盈配合），承受靜止負(fù)荷的套圈，可取過(guò)渡配合或動(dòng)配合（游隙配合）。軸承負(fù)荷大或承受振動(dòng)、沖擊負(fù)荷時(shí)，其過(guò)盈須增大。采用空心軸、薄壁軸承箱或輕合金、塑料制軸承箱時(shí)，也須增大過(guò)盈量。要求保持高旋轉(zhuǎn)時(shí)，須采用高精度軸承，并提高軸及軸承箱的尺寸精度，避免過(guò)盈過(guò)大。如果過(guò)盈太大，可能使軸或軸承箱的幾何形狀精度影響軸承套圈的幾何形狀，從而損害軸承的旋轉(zhuǎn)精度。非分離型軸承（例如深溝球軸承）內(nèi)外圈都采用靜配合，則軸承安裝、拆卸極為不便，最好將內(nèi)外圈的某一方采用動(dòng)配合。所以本次設(shè)計(jì)的外圈為過(guò)硬配合，軸承內(nèi)圈采用動(dòng)配合，(1)負(fù)荷性質(zhì)的影響軸承負(fù)荷根據(jù)其性質(zhì)可分為內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)負(fù)荷、外圈旋轉(zhuǎn)負(fù)荷及不定向負(fù)荷。5.5.3軸承的潤(rùn)滑潤(rùn)滑對(duì)于滾動(dòng)軸承具有重要意義，軸承中的潤(rùn)滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動(dòng)、防止銹蝕等作用。所以本次設(shè)計(jì)根據(jù)工作情況選用脂潤(rùn)滑。脂潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)：潤(rùn)滑膜強(qiáng)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(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，方便簡(jiǎn)單。表5.2使用于脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑的植界限（表值）軸承類型脂潤(rùn)滑油潤(rùn)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12254060>60圓錐滾子軸承10162330調(diào)心滾子軸承8122025推力球軸承4612155.5.4軸承的密封為了使軸承保持良好的潤(rùn)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(zhǎng)使用壽命，對(duì)滾動(dòng)軸承必須具有適宜的密封，以防止?jié)櫥瑒┑男孤┖突覊m、水氣或其他污物的侵入。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。如軸承帶防塵蓋、密封圈等。這種密封占用空間很小，安裝拆卸方便，造價(jià)也比較低。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(duì)運(yùn)動(dòng)的零件不接觸，且有適當(dāng)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(méi)有磨損，特別適用于高速和高溫場(chǎng)合。非接觸式密封常用的有間隙式，迷宮式和墊圈式等各種不同結(jié)構(gòu)形式，分別應(yīng)用于不同場(chǎng)合。非接觸式密封的間隙以盡可能小為佳。（2）接觸式密封接觸式密封就是密封與其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件相接觸且沒(méi)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(rùn)滑不良，接觸面易摩損，從而導(dǎo)致密封效果與性能下降。因此，它只適用于中、低速的工作條件。接觸式密封常用的有毛氈密封、皮碗密封等結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用于不同場(chǎng)合。由以上理論本次設(shè)計(jì)主要采用非接觸式密封,優(yōu)點(diǎn)在于在工作中幾乎不產(chǎn)生摩擦熱，沒(méi)有磨損，特別適用于高速和高溫場(chǎng)合。前端軸承受力較大,且要求較高故采用間隙密封加一個(gè)甩油環(huán)密封可靠。后端軸承要求稍低一點(diǎn)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隙中加入潤(rùn)滑脂,可以增加密封效果。根據(jù)部件的結(jié)構(gòu)曲路是布置為軸向的.采用軸向曲路時(shí),端蓋應(yīng)為剖分式,當(dāng)軸因溫度變化而伸縮或采用調(diào)心軸承感作支承時(shí),都有旋轉(zhuǎn)片與固定片相接觸的可能.根據(jù)實(shí)際情況本次設(shè)計(jì)采用接觸式密封。第六章數(shù)控銑床主軸電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1控制方式選擇本次設(shè)計(jì)選用可編程控制器（ProgrammableLogicController）PLC控制變頻電機(jī)帶動(dòng)主軸工作。PLC適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝備。它能夠完成較精確地轉(zhuǎn)?？刂?。6.2PLC的簡(jiǎn)單介紹6.4.1可編程控制器的由來(lái)可編程控制器（Programmable

Controller）簡(jiǎn)稱PC，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）相區(qū)別，也可簡(jiǎn)稱為PLC。是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。在60年代，汽車(chē)生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)汽車(chē)的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車(chē)型號(hào)更新的周期愈來(lái)愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)，費(fèi)工，費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。6.4.2可編程控制器的現(xiàn)狀世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)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(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。6.4.3可編程控制器的分類PLC一般可按I/O點(diǎn)數(shù)和結(jié)構(gòu)形式分類。1按I/O總點(diǎn)數(shù)分類（1）小型PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)在128點(diǎn)以下，用戶存儲(chǔ)器容量在2KB以下。小型PLC適用于開(kāi)關(guān)量控制場(chǎng)合，具有邏輯運(yùn)算、計(jì)算、計(jì)時(shí)等功能，可以實(shí)現(xiàn)條件控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)控制和順序控制。（2）中型PLC輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在256－1024點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量在2－8KB。中型PLC除具有上述邏輯運(yùn)算功能外，還有模擬量輸入、輸出、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)通信等功能。這種PLC多采用模塊使結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)控制要求增加I/O模塊外，還有模擬量模塊。因此，可以完成既有開(kāi)關(guān)量又有模擬量復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。（3）大型PLC輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)上，最多可達(dá)8192點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)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。它除了能用梯形圖編程外，還可以采用高級(jí)語(yǔ)言編程，如BASIC、C語(yǔ)言等。具有數(shù)據(jù)運(yùn)算、模塊調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)中斷、過(guò)程監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)通訊、文件處理、遠(yuǎn)程控制、智能控制等，也可構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)或整個(gè)工廠的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。2按結(jié)構(gòu)形式分類（1）整體式（箱體式）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(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，形成一個(gè)箱體。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，通過(guò)輸入、輸出端子與外部設(shè)備連接。一般小型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)，它適用于單機(jī)自動(dòng)控制。（2）機(jī)架模塊式把PLC的各個(gè)部分制成獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的模塊，主要有CPU模塊（包括存儲(chǔ)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(jī)架底板的插座上即可。這種結(jié)構(gòu)形式配置靈活，裝配方便，便于擴(kuò)展，用戶根據(jù)控制要求靈活地配置各種模塊，構(gòu)成各種控制系統(tǒng)。一般大型、中型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。6.