數(shù)控龍門鏜銑床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)控龍門鏜銑床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要介紹了XK2116數(shù)控龍門鏜銑床主軸主要參數(shù)確實(shí)定及主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞數(shù)控龍門鏜銑床;主軸參數(shù);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中圖法分類號(hào)TH133.10概述機(jī)床主軸是機(jī)床在加工時(shí)直接帶動(dòng)刀具或工件進(jìn)行切削和外表形成運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸,其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括主軸及與其直接有關(guān)的軸承、轉(zhuǎn)動(dòng)件和其他相關(guān)件等。主軸是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件,對(duì)加工質(zhì)量的影響極其明顯,因此,對(duì)它的要求很高。這些要求是:①精度高。主軸的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)小,軸心線的回轉(zhuǎn)精度高。②剛度高。主軸的靜剛度和動(dòng)剛度高,在切削力作用下變形小。③振動(dòng)小。由主軸電機(jī)、齒輪和軸承等高速旋轉(zhuǎn)的不平衡引起的振動(dòng)小。④熱變形小。主軸由電機(jī)、齒輪傳動(dòng)、軸承、離合器和壓力油等引起的溫升和熱位移小。⑤噪聲小。由電機(jī)、齒輪傳動(dòng)和軸承等引起的噪聲小。以上5點(diǎn)要求是為了保證零件加工的高精度、高外表粗糙度、高效率和好的操作環(huán)境所需要的。XK2116數(shù)控龍門鏜銑床的主軸就是在加工時(shí)直接帶動(dòng)刀具進(jìn)行切削的主旋轉(zhuǎn)軸,其主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)除必須滿足上述要求外,還應(yīng)具有現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床所必須具備的諸如自動(dòng)拉刀,主軸徑向定位等功能。1主軸主要參數(shù)確實(shí)定XK2116數(shù)控龍門鏜銑床主軸的主要參數(shù)包括:主軸前軸頸直徑D1、主軸序號(hào)、主軸懸伸量a和主軸支承跨距l(xiāng)[1](見圖1)。1.1主軸前軸頸直徑D1確實(shí)定主軸前軸頸直徑D1是數(shù)控龍門鏜銑床主軸參數(shù)中最為重要的一個(gè)參數(shù)。在進(jìn)行主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要盡量使主軸不承受因齒輪傳動(dòng)而產(chǎn)生的徑向力,從而防止主軸產(chǎn)生彎曲,這樣主軸只傳遞扭矩。當(dāng)確定主軸參數(shù)時(shí),就能夠僅從靜剛度條件出發(fā)來決定主軸參數(shù),也就是說,主軸的計(jì)算主要是從剛度觀點(diǎn)來考慮。一般認(rèn)為,剛度夠了強(qiáng)度也就夠了。剛度足夠那么主軸的抗振性能好,維持幾何中心位置的能力強(qiáng),從而對(duì)被加工件的幾何精度、外表粗糙度和生產(chǎn)率的提高都直接起著良好的作用。關(guān)于確定主軸前軸頸直徑D1的方法,有許多資料都有過介紹,但總的來說,要么給出的范圍過大、要么過于繁雜。尤其是在設(shè)計(jì)的初始階段,由于軸承及其位置均未決定,尚沒有一個(gè)確切而又行之有效的簡便計(jì)算方法。筆者根據(jù)多年來的工作實(shí)踐,認(rèn)為在開始進(jìn)行主軸設(shè)計(jì)時(shí),可先用扭轉(zhuǎn)剛度的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)主軸前軸頸直徑D1進(jìn)行初算,然后通過類比分析,最后圓滿確定有關(guān)參數(shù)。該方法是一種簡捷而又適用的方法,現(xiàn)介紹如下。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式:D1=1.93×10-2×4M(1)式中M為主軸所傳遞的最大扭矩,N?m。XK2116數(shù)控龍門鏜銑床主軸所傳遞的最大扭矩為5000N·m。由此可知:D1=1.93×10-2×45000=0.1622m然后,通過對(duì)國內(nèi)外同類型產(chǎn)品進(jìn)行類比分析,最后確定D1=0.16m。確定了D1的尺寸后,主軸后軸頸直徑D2一般不計(jì)算,而在考慮裝配和加工工藝許可的情況下,盡量取大的尺寸。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要和類比分析,可確定D2=0.14m。1.2主軸序號(hào)確實(shí)定數(shù)控龍門鏜銑床主軸的序號(hào)主要決定主軸端部的結(jié)構(gòu)和尺寸大小,而主軸端部的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證刀具安裝可靠、定位準(zhǔn)確,并有高的聯(lián)接剛度以便傳遞足夠的扭矩。按國際標(biāo)準(zhǔn)有ISO30、40、50、60、65、70等規(guī)格的主軸序號(hào)。XK2116數(shù)控龍門鏜銑床的主軸安裝刀具有二種方式,一是通過內(nèi)錐孔,二是通過主軸端面。內(nèi)錐孔是用來安裝銑刀或銑刀心軸(包括附件心軸)的尾錐,再用拉桿從主軸后端拉緊,其錐孔的錐度為7∶24。而主軸端面主要是為了安裝端銑刀,通過端面螺孔緊固,用端面鍵來傳遞扭矩。主軸序號(hào)的大小主要是依據(jù)機(jī)床規(guī)格大小而定,XK2116數(shù)控龍門鏜銑床可選用的主軸序號(hào)為50或60號(hào)。通過參考國外同類型產(chǎn)品及針對(duì)XK2116屬重型機(jī)床并要帶附件(直角銑頭)的情況,決定采用主軸序號(hào)為60號(hào)。1.3主軸懸伸量a確實(shí)定主軸懸伸量a是指主軸前端面到前支承徑向反力作用中點(diǎn)(一般即為前徑向支承中點(diǎn))的距離,它主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。但a值對(duì)主軸部件的剛度和抗振性影響很大,所以在定a值時(shí),應(yīng)在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下盡量取小值。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要,XK2116數(shù)控龍門鏜銑床主軸的懸伸量a為0.1m。其結(jié)構(gòu)布置有如下特點(diǎn):①將雙向推力球軸承C2268132安裝在主軸前雙列向心短圓柱滾子軸承D3182132的內(nèi)側(cè),以縮短a值。②利用主軸前支承前端的調(diào)整套構(gòu)成密封裝置的一局部,以減小a值。距離,它主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。但a值對(duì)主軸部件的剛度和抗振性影響很大,所以在定a值時(shí),應(yīng)在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下盡量取小值。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要,XK2116數(shù)控龍門鏜銑床主軸的懸伸量a為0.1m。其結(jié)構(gòu)布置有如下特點(diǎn):①將雙向推力球軸承C2268132安裝在主軸前雙列向心短圓柱滾子軸承D3182132的內(nèi)側(cè),以縮短a值。②利用主軸前支承前端的調(diào)整套構(gòu)成密封裝置的一局部,以減小a值。2主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1主軸軸承的選擇與配置衡量機(jī)床質(zhì)量的兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)即精度和切削能力除了決定于機(jī)床的整體設(shè)計(jì)方案外,在很大程度上決定于機(jī)床的主軸—軸承系統(tǒng)。因此,如何正確選擇和配置主軸軸承是進(jìn)行主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的一環(huán)。在進(jìn)行XK2116數(shù)控龍門鏜銑床設(shè)計(jì)時(shí),通過對(duì)國外先進(jìn)制造廠家的同類型產(chǎn)品進(jìn)行類比分析并結(jié)合以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),決定主軸采用兩支點(diǎn)支承。前支承是一套D3182132雙列短圓柱滾子軸承和一套C2268132雙列推力球軸承組成的組合支承,精度均為C級(jí);后支承是一套D3182128雙列短圓柱滾子軸承,精度為D級(jí)。采用高精度的D3182100系列軸承可以調(diào)整徑向間隙,能保證無間隙傳動(dòng),使精度長期保持穩(wěn)定。雙列滾子給予這種軸承高剛度和高承載能力,短圓柱滾子軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能好,使允許的極限轉(zhuǎn)速較高,從而保證發(fā)熱量小、溫升低。因此,在要求高精度和高剛度的主軸結(jié)構(gòu)中常常用它承受徑向力。而高精度的C2268132雙列推力球軸承用于承受軸向力,這套軸承的內(nèi)徑和外徑與D3182132軸承配套,以內(nèi)隔套來調(diào)整最正確預(yù)負(fù)荷。這樣比過去采用兩套推力向心球軸承或者凹槽滾珠軸承的安裝方式省了十分麻煩的調(diào)整工序,同時(shí)由于雙向推力球軸承的套圈擋邊比凹槽滾珠軸承的“平”凹槽更好地承受了鋼珠的離心力,因而這種軸承也適用于較高的轉(zhuǎn)速。上述主軸軸承的組合,還有噪聲低、壽命長的優(yōu)點(diǎn),已越來越多地在主軸結(jié)構(gòu)中被采用。2.2其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在XK2116數(shù)控龍門鏜銑床主軸部件設(shè)計(jì)中還有如下特點(diǎn)。①主軸前支承軸承采用熱裝異徑套定位,定位準(zhǔn)確、可靠。②主軸不承受齒輪傳動(dòng)的徑向力,只傳遞扭矩。這是因?yàn)橛勺兯傧鋫鹘o主軸的動(dòng)力是靠與主軸同心的內(nèi)、外接合齒傳遞的。③在主軸外層設(shè)計(jì)了一個(gè)套筒,可用來進(jìn)行總裝前的試運(yùn)轉(zhuǎn),預(yù)調(diào)精度,還可用來修正主軸軸線與滑枕導(dǎo)軌平行性這項(xiàng)精度。④結(jié)合數(shù)控機(jī)床的特殊要求,在主軸結(jié)構(gòu)中采用了自動(dòng)拉刀機(jī)構(gòu),