Z4016臺(tái)式鉆床的主軸箱設(shè)計(jì)

第1章緒論課題背景隨著現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的飛速發(fā)展，鉆床作為機(jī)械加工的一種基本工具，其應(yīng)用也越來越廣泛。在鉆床中，主軸箱作為其中一部分，其質(zhì)量和穩(wěn)定性直接影響到鉆床加工的效率和精度。因此，優(yōu)化和改良主軸箱設(shè)計(jì)，提高主軸箱的質(zhì)量和穩(wěn)定性，對(duì)于提高鉆床加工的水平具有非常重要的實(shí)際價(jià)值。臺(tái)式鉆床是一種常見的鉆床，它的最大特征是鉆床主軸和工作臺(tái)垂直向下，也就是鉆頭垂直向下鉆孔。這種鉆床總體高度較低，剛性好，精度高，噪聲小。臺(tái)式鉆床結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，價(jià)格相比其他類型的鉆床也相對(duì)較低。由于臺(tái)式鉆床的主軸垂直向下，可加工高低不屈的工件，操作方便快捷，而且臺(tái)式鉆床的切削力大，適合于對(duì)硬度較高的金屬材料進(jìn)行加工。同時(shí)其適用于單件和小量生產(chǎn)加工，是工藝制造短小、變化莫測(cè)的生產(chǎn)型企業(yè)的必備設(shè)備。最重要的是臺(tái)式鉆床工作臺(tái)和主軸高度一般比較低，操作時(shí)比較安全，避免了因吊裝或加工工件高度而導(dǎo)致的安全事故。臺(tái)式鉆床廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域，以及各種機(jī)械、設(shè)備、零部件的加工和繕治。臺(tái)式鉆床經(jīng)常用于加工的尺寸比較小、精度的要求不太高的孔，比如加工金屬板、鋁、銅、塑料等材料上的孔。該類型鉆床一般臺(tái)式鉆床可以適應(yīng)鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲、車削等多種加工工藝的需求，功能較為全面，廣泛用于制造業(yè)中的各個(gè)工藝流程中。除此之外，在鉆孔加工之外，臺(tái)式鉆床還可以用于加工對(duì)稱軸線上的組件的一整套的圓柱孔，像蓋板、箱體和機(jī)架等部件上的每個(gè)種類的孔。由于臺(tái)式鉆床整體的結(jié)構(gòu)很簡單、非常易于操作，價(jià)格也相對(duì)其他的較低，這樣一來，在中、小批量生產(chǎn)中有著不可或缺的作用。同時(shí)臺(tái)式鉆床的主軸速度和進(jìn)給量也有很大的調(diào)整范圍,能夠滿足各種材質(zhì)的工件在各種材質(zhì)的工件上進(jìn)行生產(chǎn)。盡管相關(guān)技術(shù)已經(jīng)有了很多的發(fā)展，但是目前市面上的許多臺(tái)式鉆床存在著一些問題。例如，主軸箱內(nèi)部光滑不足，沖突力過大等等，這些問題都可能影響到鉆床的正常運(yùn)行。在這種背景下，我們有必要進(jìn)行深入的研究和探究，以在提高加工效率和質(zhì)量的同時(shí)，解決這些鉆床應(yīng)用實(shí)踐中的一些問題，提升鉆床的綜合性能和競(jìng)爭力。因此，本文將以Z4016臺(tái)式鉆床主軸箱的設(shè)計(jì)為對(duì)象，以研究其設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法為重點(diǎn)，對(duì)主軸箱的優(yōu)化方案進(jìn)行探討和分析，從而為提高鉆床的加工效率和質(zhì)量，提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀臺(tái)式鉆床是一種常見的機(jī)械加工設(shè)備，也是目前市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的鉆床設(shè)備之一。它主要通過高速旋轉(zhuǎn)的鉆頭來對(duì)工件進(jìn)行鉆孔加工，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、金屬加工、電子電器、汽車制造等領(lǐng)域。在國內(nèi)外，經(jīng)過多年的發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，臺(tái)式鉆床的技術(shù)水平不斷提高，新型臺(tái)式鉆床也不斷出現(xiàn)。國內(nèi)的臺(tái)式鉆床發(fā)展較為緩慢，起步較晚，但是隨著國內(nèi)機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及不斷引進(jìn)國外先進(jìn)的鉆床技術(shù)，國內(nèi)的臺(tái)式鉆床制造企業(yè)也開始不斷壯大以及提高生產(chǎn)技術(shù)和品質(zhì)。目前，國內(nèi)的臺(tái)式鉆床可分為普通型和數(shù)控型兩類，生產(chǎn)規(guī)模和年產(chǎn)量均穩(wěn)步增長。其中，數(shù)控臺(tái)式鉆床技術(shù)的使用也逐漸普及。1.普通臺(tái)式鉆床普通型臺(tái)式鉆床適用于一些制造簡單鉆孔產(chǎn)品的中小型企業(yè)，價(jià)格相對(duì)較低。但是它的功能、技術(shù)含量以及加工精度方面都還有待提高。目前，中國普通型臺(tái)式鉆床主要以江蘇泰克、海星機(jī)械、南通金昌等品牌較為知名。其中，江蘇泰克生產(chǎn)的TA315臺(tái)式鉆床，主軸采用慎密起伏軸承支撐，能確保工作穩(wěn)定信得過；采用電氣控制系統(tǒng)簡單方便，易于操作；機(jī)頭可升降，能適應(yīng)不同尺寸的工件加工。但是由于機(jī)身結(jié)構(gòu)限制機(jī)頭可升降，適應(yīng)不同尺寸的工件加工，而且其工作臺(tái)面積較小。由海星機(jī)械ZQ4113G臺(tái)式鉆床，適用于各種工件的鉆孔，尤其對(duì)于較大直徑的鉆孔具有較高的效率；而且采用先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，使鉆孔精準(zhǔn)度提高，在維護(hù)保養(yǎng)方面也非常方便。但是該設(shè)備整機(jī)重量較大，需要具備相應(yīng)的空間和承重能力，而且機(jī)械造價(jià)較高。數(shù)控臺(tái)式鉆床相較于標(biāo)準(zhǔn)型的臺(tái)式鉆床，數(shù)控臺(tái)式鉆床具有更多的自動(dòng)化和智能化特點(diǎn)，在高品質(zhì)、高精度、復(fù)雜加工上具有更大的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。目前，數(shù)控臺(tái)式鉆床主要生產(chǎn)商有東莞威鉆實(shí)業(yè)、山東華琦、杭州贏庫等企業(yè)。我國的數(shù)控機(jī)床技術(shù)起步歷史可以追溯到上個(gè)世紀(jì)50年代末期。當(dāng)時(shí)，中國工業(yè)化程度低，機(jī)床水平較為落后。毛澤東主席提出了“以機(jī)代人”的思想，促進(jìn)機(jī)床現(xiàn)代化的發(fā)展。我國的數(shù)控機(jī)床技術(shù)起步歷經(jīng)以下階段：50年代末期：中國的數(shù)控機(jī)床起步于這一時(shí)期，在1958年秋季開始組裝地球物理動(dòng)態(tài)研究所的ST-10數(shù)控銑床，從此我國進(jìn)入數(shù)控時(shí)代。60年代：60年代期間，我國積極吸收和推廣西方先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。1963年，我國自助設(shè)計(jì)生產(chǎn)出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，標(biāo)志著我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)入研發(fā)實(shí)踐階段。70年代：70年代是我國數(shù)控機(jī)床研發(fā)的重要時(shí)期。1974年，我國成功研制出第一臺(tái)高速數(shù)控銑床，填補(bǔ)了國內(nèi)高速數(shù)控機(jī)床的技術(shù)空白。1978年，我國成功研制出第一臺(tái)高速數(shù)控車床，標(biāo)志著我國數(shù)控車床技術(shù)進(jìn)入新階段。80年代：80年代，我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)得到了快速發(fā)展。1980年，我國成功研制出第一臺(tái)六軸數(shù)控車床，使我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)入國際先進(jìn)水平。90年代：90年代初期，我國大力推進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)，在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域加大投入和技術(shù)研發(fā)力度。1995年，我國研發(fā)出第一臺(tái)國產(chǎn)數(shù)控銑床，技術(shù)水平較之國外同類數(shù)控機(jī)床有了較大的提升。21世紀(jì)以來：21世紀(jì)以來，中國數(shù)控機(jī)床研發(fā)水平快速升級(jí)，國產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床性能已經(jīng)基本達(dá)到國外水平。我國數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用領(lǐng)域不斷地?cái)U(kuò)大，已經(jīng)廣泛將其應(yīng)用于汽車零部件、機(jī)械制造場(chǎng)景和航空航天事業(yè)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。從二零零二年開始,中國連續(xù)第三年成為全球機(jī)械消費(fèi)第一強(qiáng)國、世界機(jī)械進(jìn)口第一強(qiáng)國,從而導(dǎo)致中國進(jìn)口機(jī)械的市場(chǎng)份額不斷上升，而國產(chǎn)機(jī)床在市場(chǎng)上占有率娥卻連年下降，從一九九九年的33.6%降到二零零三年的27.7%。另外,國內(nèi)數(shù)控車床生產(chǎn)廠商的中高檔和大型數(shù)控車床設(shè)備同海外相比也具有很大差異,依靠進(jìn)口的裝備和配件比重很大,也是亟待解決的問題。因此可以看到國內(nèi)數(shù)控車床特別是中低端數(shù)控車床仍然缺乏競(jìng)爭優(yōu)勢(shì),究其原因主要是國內(nèi)數(shù)控車床的技術(shù)開發(fā)能力欠缺、制造技術(shù)仍然落后、工藝發(fā)展與能力完善、數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)應(yīng)用推廣薄弱和云南機(jī)械職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系人才匱乏有關(guān)[2]。在國外市場(chǎng)上，臺(tái)式鉆床一直是制造業(yè)的常見工具之一。發(fā)達(dá)國家的臺(tái)式鉆床技術(shù)已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平也達(dá)到了極高水平。在制造材料、生產(chǎn)效率、加工精度等方面，這些國家的鉆床企業(yè)具有較大的市場(chǎng)需求和競(jìng)爭力。1952年，世界上的第一臺(tái)利用脈沖乘法聯(lián)動(dòng)三坐標(biāo)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)是由美國的麻省理工學(xué)院研究并成功制造出來的。并且后面成功將其應(yīng)該在了臺(tái)式銑床上面。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)使用電子管作為機(jī)床的電子原件，這就是世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。歐美地區(qū)臺(tái)式鉆床研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)比較先進(jìn)，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣。德國是歐洲鉆床制造的龍頭，DTTechnology生產(chǎn)的DM-720P數(shù)控型臺(tái)式鉆床被網(wǎng)友獎(jiǎng)飾為“德國味的鉆床”，同時(shí)也提供了多種不同規(guī)格的臺(tái)式鉆床產(chǎn)品給消費(fèi)者選擇。美國的臺(tái)式鉆床品牌很多，如DAYTON、JET、LAMINA等，且在臺(tái)式鉆床領(lǐng)域具有較強(qiáng)的研發(fā)生產(chǎn)能力。日韓地區(qū)也萌發(fā)出濃厚的鉆床制造企業(yè)氛圍，日本的隼鉆、三朝機(jī)械（Miyano)、良平機(jī)械（YAMAZEN）等都是極為優(yōu)秀的生產(chǎn)廠商。在韓國，三星機(jī)械公司的產(chǎn)品在質(zhì)量和工藝方面都達(dá)到一定水平，得到消費(fèi)者的廣泛好評(píng)。數(shù)控技術(shù)作為中國機(jī)械制造業(yè)的主流產(chǎn)品之一,在世界高新技術(shù)與機(jī)械制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的帶動(dòng)下,已形成軍事設(shè)備制造業(yè)現(xiàn)代化的重要裝備之一,并成為國家軍事設(shè)備發(fā)展中不可或缺的重要戰(zhàn)略物資。不過普通鉆床的優(yōu)點(diǎn)仍不能忽略,因?yàn)槠胀ㄣ@床是加工中較為普遍的一類機(jī)械設(shè)備,它的機(jī)械加工方法簡便、直接、快捷,適合于各類物料的加工成型工作,而且普通機(jī)械操縱簡便,很容易掌握，不需要太高的技能門檻，即可上手操作，大大降低了初學(xué)者的學(xué)習(xí)成本，提高了加工效率。相對(duì)于一些進(jìn)口品牌的高端設(shè)備，普通鉆床的價(jià)格更為適中，對(duì)于中小企業(yè)和個(gè)體私人來說價(jià)格也更加親民，且性價(jià)比較高，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。普通鉆床適用性廣泛，可加工銅、鐵、銅合金、鋁合金等各種金屬材料，同時(shí)也能夠加工木料、塑料等非金屬材料?？梢愿鶕?jù)不同的需求用于安裝上不同夾具，比如三爪卡盤、四爪卡盤、毛刷等，同時(shí)也可以安裝其他輔助設(shè)備，如升降平臺(tái)、機(jī)械尾部的支撐等，為加工提供更大的方便性和靈活性。普通鉆床的前景隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的革新，普通鉆床的前景正在不斷拓展和擴(kuò)大，這種設(shè)備在現(xiàn)代工業(yè)中仍然具有重要的角色。大型設(shè)備市場(chǎng)需要更多的中小型工具來滿足市場(chǎng)的需求，這將為普通鉆床市場(chǎng)的發(fā)展帶來更好的機(jī)會(huì)。也開始向智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展，智能鉆床上的控制系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)全面智能化，有效提高工作效率，再加上省力、安全、環(huán)保等眾多的優(yōu)點(diǎn)，其前景必將廣闊。隨著全球化競(jìng)爭加劇，企業(yè)需要適應(yīng)多變的市場(chǎng)環(huán)境和經(jīng)營策略，一個(gè)設(shè)備可以勝任多種工作，用處更加廣泛，必將是未來鉆床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。普通鉆床技術(shù)不斷提高，質(zhì)量和工效亦有提升，同時(shí)鉆床制造商也根據(jù)市場(chǎng)需求和客戶反饋不斷推陳出新，加工質(zhì)量有很大的提升空間，未來前景可觀。鉆床的發(fā)展趨勢(shì)是集精度與效率于一體，提高鉆孔質(zhì)量的同時(shí)，更強(qiáng)調(diào)效率，使成本因效率提高而減少。進(jìn)一步推廣和應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，提高鉆孔精度，成為鉆孔機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)。普通鉆床將不斷追求自動(dòng)化的目標(biāo)，進(jìn)一步提高工作效率，降低成本。目前，已有很多普通鉆床廠商推出了自動(dòng)化一體化的鉆床，且得到許多企業(yè)和消費(fèi)者的青睞。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的加強(qiáng)，越來越多的進(jìn)口品牌的鉆床進(jìn)入國內(nèi)市場(chǎng)，普通鉆床在國內(nèi)市場(chǎng)的競(jìng)爭將越來越激烈。鉆床廠商必須根據(jù)市場(chǎng)需求不斷提升技術(shù)含量，降低制造成本，提升服務(wù)質(zhì)量才能贏得市場(chǎng)。普通鉆床廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車零部件制造、航空航天、電子儀器儀表制造、家電電子制造、建筑物制造等眾多領(lǐng)域。普通鉆床的開發(fā)和創(chuàng)新已帶來了許多有益和激動(dòng)人心的應(yīng)用和市場(chǎng)領(lǐng)域，同時(shí)滿足客戶日益增長的需求，市場(chǎng)前景不可限量。根據(jù)鉆床的類型和生產(chǎn)工藝范圍分析,鉆床的發(fā)展經(jīng)過了從單純走向復(fù)雜技術(shù)的階段,鉆床的結(jié)構(gòu)也很慎密。（1）立式鉆床立式鉆床高度總體比較低，剛性比較好，精度還高，噪音低。該鉆床結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，和價(jià)格相比其他類型的鉆床相對(duì)較低。立式鉆床適用于加工尺寸較小且精度要求不高的孔。（2）ASU-410特殊鉆床ASU-410特殊鉆床是一種高精度數(shù)控鉆床，由俄羅斯機(jī)械制造公司生產(chǎn)。該鉆床主要應(yīng)用于航空宇航、國防、電子、汽車、技術(shù)裝備制造等領(lǐng)域，用于加工各種材料的超精細(xì)孔道和復(fù)雜輪廓形狀的孔洞部件。鉆孔直徑范圍為0.5毫米至10毫米，鉆深最大可達(dá)到500毫米。（3）高速臺(tái)式鉆床高速臺(tái)式鉆床采用主軸高速旋轉(zhuǎn)，能夠以高速切削加工金屬材料。它是一種臺(tái)式的小型鉆床，通常適用于金屬、玻璃、陶瓷等材料的加工。（4）自動(dòng)進(jìn)臺(tái)式鉆床自動(dòng)進(jìn)給臺(tái)式鉆床集人工及機(jī)械自動(dòng)化于一體，既可以人工單次操作，也可以以機(jī)械自動(dòng)的方式進(jìn)行大批量生產(chǎn)加工。它通常裝有自動(dòng)送料裝置和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了材料自動(dòng)進(jìn)給、定位和加工等操作。（5）全自動(dòng)臺(tái)式鉆床AAFD-41O型,是一款沒有壓縮空氣源、液壓源而全部采用了電氣控制系統(tǒng)的全自動(dòng)桌面式鉆床系統(tǒng).在使用按動(dòng)供彈的起動(dòng)鈕時(shí),就會(huì)自動(dòng)完成按照所要求的速度進(jìn)給-切削進(jìn)給-速度旋轉(zhuǎn)的過程。它不但易于與其它設(shè)備的連接和使用,而且還可以作為分度工作臺(tái)或組合臺(tái)的設(shè)備使用。它既易于與其它機(jī)械組合進(jìn)行連接,也可與分度工作臺(tái)或組合臺(tái)作為專用機(jī)械使用。（6）全自動(dòng)主軸箱移動(dòng)式鉆床全自動(dòng)臺(tái)式鉆床是由控制系統(tǒng)、送料裝置、加工裝置、卡盤以及工作臺(tái)等組成的一種自動(dòng)化設(shè)備。全自動(dòng)臺(tái)式鉆床不需要人工介入，完全依靠機(jī)械和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)材料的自動(dòng)送料、定位、加工和卸料等操作。相對(duì)于其他鉆床，全自動(dòng)臺(tái)式鉆床最主要的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)高效自動(dòng)化生產(chǎn)。例如全自動(dòng)主軸箱移動(dòng)式鉆床AV-4SONC型是一種高效、高精度、全自動(dòng)的金屬加工設(shè)備，由主軸箱、工作臺(tái)、刀庫、控制系統(tǒng)、光滑系統(tǒng)等部分組成。它采用SIEMENS數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，在加工效率和加工精度上都有非常優(yōu)秀的表現(xiàn)。該設(shè)備具有自助下料、自動(dòng)換刀、自動(dòng)定位、自動(dòng)夾緊工件、自動(dòng)加工等一系列全自動(dòng)化的功能，增強(qiáng)了生產(chǎn)效率，降低了工人工作強(qiáng)度。該設(shè)備具有自助下料、自動(dòng)換刀、自動(dòng)定位、自動(dòng)夾緊工件、自動(dòng)加工等一系列全自動(dòng)化的功能，增強(qiáng)了生產(chǎn)效率，降低了工人工作強(qiáng)度。采用12個(gè)刀位自動(dòng)換刀，控制系統(tǒng)能夠根據(jù)工件的加工要求，自動(dòng)選擇不同的刀具，實(shí)現(xiàn)多種工序加工。是金屬加工行業(yè)理想的設(shè)備之一。這個(gè)機(jī)床的加工范圍相對(duì)比較廣，不僅可以同于鉆孔、攻絲，而且還能鏜孔、鉸孔及銑削[1]。（7）六面鉆床六面鉆床被廣泛應(yīng)用于3C、IT、電子產(chǎn)品等高端慎密電子行業(yè)，其主要特點(diǎn)是六個(gè)軸向同時(shí)進(jìn)行加工，除了可以進(jìn)行鉆孔外還可以進(jìn)行多個(gè)方向的立體加工。該款鉆床可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加工，具有更高的效率和更精準(zhǔn)的加工質(zhì)量。德國TSUGAMI公司的R6CN型六面鉆床，被譽(yù)為“全世界最具科技含量和加工精度的六面鉆床”，深受消費(fèi)者和市場(chǎng)的好評(píng)。目前數(shù)控車床使用普遍,可是對(duì)于中小企業(yè)、修繕作坊和模具車間等小批量生產(chǎn)工場(chǎng)，傳統(tǒng)的機(jī)械，如鉆床和研磨機(jī)仍為主要裝備。尤其是在發(fā)達(dá)國家中,普通鉆床已普遍用來制造直徑較小、精度要求很高的鉆孔，并可以進(jìn)行鉆孔、提高精度、鉸制、锪口、攻螺紋等制造任務(wù)。所以,傳統(tǒng)機(jī)床在機(jī)械加工領(lǐng)域中仍然有廣闊的應(yīng)用。已不可鐫汰。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)鉆床已經(jīng)采用了數(shù)字化、智能化等一系列技術(shù)創(chuàng)新，提升加工效率和準(zhǔn)確度，具有良好的市場(chǎng)發(fā)展前景。未來，隨著市場(chǎng)的需求變化和技術(shù)的進(jìn)步，普通鉆床將會(huì)更加適應(yīng)全球市場(chǎng)，提供更加優(yōu)質(zhì)的機(jī)械加工產(chǎn)品。本文的主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)Z4016臺(tái)式鉆床的主軸箱，它采用的傳動(dòng)方式是皮帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)相結(jié)合的方式。具體而言，該鉆床的動(dòng)力來源為電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通過皮帶輪傳遞給主軸箱，再通過齒輪輪系傳遞給主軸，從而驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。在這種傳動(dòng)方式中，皮帶傳動(dòng)具有傳遞比較平定、樂音較低、設(shè)備運(yùn)行平定等優(yōu)點(diǎn)，而齒輪傳動(dòng)則具有傳遞能力比較強(qiáng)、傳遞效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，采用皮帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)相結(jié)合的方式，不僅能夠保證設(shè)備的運(yùn)行平定、穩(wěn)定，傳遞效率較高，而且具有一定的減振和降噪效果。通過將皮帶傳動(dòng)與大齒輪傳動(dòng)相結(jié)合的方法,不但可以提高機(jī)械設(shè)備的工作平定、穩(wěn)定,且傳動(dòng)效能也較高,并同時(shí)產(chǎn)生了一定的減振與降噪效應(yīng)。主軸箱包括主軸部分以及變速器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等設(shè)備,它們的主要功能是支承主軸部分并把動(dòng)能從變速器機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸送到主軸部分,以便使發(fā)展用主軸推動(dòng)工件回轉(zhuǎn),從而完成最主要的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。將主軸箱中的動(dòng)能由電機(jī)機(jī)構(gòu)輸送到驅(qū)動(dòng)軸承,然后經(jīng)過各種不同速比的滑動(dòng)輪和固定牙輪的變速機(jī)構(gòu),最后給主軸部分供給所需要的速度和進(jìn)給量。第2章Z4016臺(tái)式鉆床主軸箱的設(shè)計(jì)方案2.1機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)首先需要針對(duì)本次設(shè)計(jì)的臺(tái)式鉆床設(shè)計(jì)所用的主要參數(shù)：表2.1主要技術(shù)參數(shù)最大鉆孔直徑40mm主軸允許最大轉(zhuǎn)矩350N.M主軸轉(zhuǎn)速范圍31.5-1400r/min主軸圓錐孔莫式4號(hào)主軸進(jìn)給量范圍0.056-1.80mm/rev主軸允許最大進(jìn)給抗力16000N2.2主軸主運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)鉆床的主軸主運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)需要考慮以下幾個(gè)方面：轉(zhuǎn)速范圍：根據(jù)不同工件材料和鉆頭直徑，需要確定主軸轉(zhuǎn)速的范圍和變化方式。主軸功率和扭矩：主軸的功率和扭矩大小需要與工件材料和鉆頭直徑匹配，以確保鉆孔質(zhì)量和生產(chǎn)效率。主軸精度和剛度：主軸的精度和剛度對(duì)鉆孔質(zhì)量和加工效率有著至關(guān)重要的影響，需要設(shè)計(jì)高精度和高剛度的主軸以滿足加工要求。主軸附件：主軸的附件包括夾緊裝置、切削液供給裝置、鉆頭補(bǔ)償裝置等，需要根據(jù)不同加工要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2.1主電機(jī)的選擇臺(tái)式鉆床主電機(jī)的選擇原則主要包括以下幾點(diǎn)：1、功率大?。号_(tái)式鉆床主電機(jī)的功率大小直接關(guān)系到鉆床的加工能力和質(zhì)量。一般來說，鉆床的功率越大，加工能力就越強(qiáng)，能夠加工更高硬度的材料，并且加工效率也更高。因此，在選擇臺(tái)式鉆床主電機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求和加工材料的硬度選擇合適的功率大小。2、轉(zhuǎn)速范圍：臺(tái)式鉆床主電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)適合鉆頭的不同直徑和不同材料的加工需求。轉(zhuǎn)速高的主電機(jī)適合加工硬度較高的材料，而轉(zhuǎn)速低的主電機(jī)則適合加工較軟的材料。因此，在選擇臺(tái)式鉆床主電機(jī)時(shí)，應(yīng)注意轉(zhuǎn)速范圍是否符合加工需求。3、穩(wěn)定性：臺(tái)式鉆床主電機(jī)的穩(wěn)定性直接影響到加工的質(zhì)量和精度。因此，在選擇主電機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮其樂音、振動(dòng)等方面的穩(wěn)定性，以保證加工質(zhì)量和工作環(huán)境的穩(wěn)定和安全。4、質(zhì)量和品牌：臺(tái)式鉆床主電機(jī)的質(zhì)量和品牌也是選擇的一個(gè)重要因素。一般來說，品牌好、質(zhì)量信得過的主電機(jī)，其性能和加工效率也相對(duì)更高。5、匹配性：最后，需要考慮的是臺(tái)式鉆床主電機(jī)與整個(gè)臺(tái)式鉆床之間的匹配性。只有合適匹配才能充分發(fā)揮主電機(jī)的性能。因此，在選擇臺(tái)式鉆床主電機(jī)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求，結(jié)合以上原則進(jìn)行選擇。確定最大切削功率通過文獻(xiàn)[3]可知：在臺(tái)式鉆床上擴(kuò)、鉆、鉸孔時(shí)，有關(guān)切削功率如下： Pm=上式種，其中Pm——切削功率，T——切削轉(zhuǎn)矩，N.mmnj——主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，其中在已知式中已經(jīng)把T的數(shù)值確定了，為350N.M，即為3.5在下面，已經(jīng)知道了其中主軸計(jì)算的轉(zhuǎn)速，查文獻(xiàn)[4]可知：臺(tái)式鉆床在等公比傳動(dòng)時(shí)， nj=上式中，nj——是主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。nmin——是主軸最小轉(zhuǎn)速，φ——主傳動(dòng)鏈公比Z——主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)式中，nmin=31.5r/min，其中Z被定為十二級(jí)，其中選定數(shù)據(jù)φ=1.41，然后 nj=63r/min (3)將所得的結(jié)果帶入式（1），可得： Pm=選擇電動(dòng)機(jī)通過查詢文獻(xiàn)[5]，可得電動(dòng)機(jī)功率可按下式估算 PE=上式中PE——主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率，Pm——切削功率?——主傳動(dòng)鏈的總效率取臺(tái)式鉆床主傳動(dòng)鏈總效率?=0.75，由此可得： PE=因此，我們把電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選用，確定為Y112M-3，把電動(dòng)機(jī)的額定功率最終確定為3千瓦，確定額定的轉(zhuǎn)速為1430r/min。2.2.2變速方式的選擇機(jī)床有無級(jí)變速和有級(jí)變速的變速方式兩種。其中無級(jí)變速是指通過變速機(jī)構(gòu)，改變傳動(dòng)比例，使主軸轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)，沒有等第之分；有級(jí)變速則是通過機(jī)械齒輪、皮帶傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)等方式，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行分級(jí)傳遞，從而實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的有級(jí)數(shù)調(diào)節(jié)。無級(jí)變速結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本較高，因此在工業(yè)類機(jī)床上，一般都采用有級(jí)變速方式。本次設(shè)計(jì)同樣采用這種方式，該方式具有傳動(dòng)效率高、負(fù)載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于一些需要大功率輸出、寬范圍負(fù)載以及長時(shí)間工作的機(jī)床來說，有級(jí)變速顯得尤為重要。本次設(shè)計(jì)采用滑移齒輪來實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的變換。為了最大局限地利用主軸箱內(nèi)的空間，本次設(shè)計(jì)確定了主軸和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸的全部布置方案，如圖2.1所示。其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸都為主運(yùn)動(dòng)軸，Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ軸都作為進(jìn)給傳動(dòng)軸。2.1主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸的布置圖選定公比其中轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z和其中的各級(jí)轉(zhuǎn)速的選定的公比φ已經(jīng)被確定。本次設(shè)計(jì)臺(tái)式鉆床被選用作為中型通用機(jī)床，確定選定公比φ=1.41。 Rn= Z=1+log所以，取Z=12，按照其中的標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速數(shù)依次被列為34.5，45，63，90，125，180，250，355，500，710，1000，1400.分配傳動(dòng)比，制定轉(zhuǎn)速圖上述計(jì)算所得的傳動(dòng)技術(shù)，計(jì)劃采用三個(gè)變速齒輪組，需要在動(dòng)力輸入軸的齒輪組中間增加一組兩降速的齒輪于軸Ⅰ，所以還要兩組的滑移齒輪，在這里的兩組滑移齒輪之間，同時(shí)還需要設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪，那么本次設(shè)計(jì)的主軸系統(tǒng)就需要3根軸用來搭載相關(guān)齒輪，那么再加上動(dòng)力輸入軸和輸出軸，因此該傳動(dòng)系統(tǒng)就需要5跟軸，如圖2.2所示，圖中的五根細(xì)線分別表示5根軸，而橫著的12根距離相近的水平線（1）在Ⅳ主軸上標(biāo)寫著十二級(jí)轉(zhuǎn)速的范圍，最后得出31.5-1400r/min，這時(shí)在電機(jī)軸上，將A點(diǎn)作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定為1430r/min，然后在最低的轉(zhuǎn)速時(shí)候，用E點(diǎn)來標(biāo)注。（2）為了提高主軸運(yùn)行的平定性，在設(shè)計(jì)中控制了Ⅲ和Ⅳ軸中的最小的降速比。所以，于主軸上面的齒輪理應(yīng)會(huì)更大些，其中最后一個(gè)變速組中的降速比值為1/3。根據(jù)公比φ=1.41計(jì)算，1.41的3.2次方等于3，因此在Ⅲ軸上把E點(diǎn)作為開始，朝上數(shù)出3.2格看到D點(diǎn)。DE傳動(dòng)線可以表示Ⅲ-Ⅳ軸間的變速組中的降速傳動(dòng)比。圖2.2主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖決定其余變速組最小傳動(dòng)比在設(shè)計(jì)中，按照一個(gè)原則：“前緩后急”，然后將Ⅱ-Ⅲ軸間變速組中的傳動(dòng)比確定為i=1/φ的立方。所以，把在Ⅱ軸上面的D點(diǎn)作為了開始點(diǎn)，朝上找到三格看見了C點(diǎn)，把CD傳動(dòng)線作為表示。相同地，Ⅰ-Ⅱ間的傳動(dòng)比作為i=1/φ的三次方，用BC傳動(dòng)線來表示；然后，其中電機(jī)軸和Ⅰ軸間的傳動(dòng)比應(yīng)為i=1/φ的平方，把AB傳動(dòng)線用來表示。畫出各變速組其他傳動(dòng)線設(shè)計(jì)中，通過電機(jī)軸和Ⅰ軸間在一雙齒輪中相互傳遞，最后一條AB傳動(dòng)線被形成了，呈現(xiàn)在轉(zhuǎn)速圖中。Ⅰ-Ⅱ軸間是作為基本組，有4對(duì)齒輪傳動(dòng)，其中3條傳動(dòng)線相距一格，從C點(diǎn)朝著上方每隔一格取C1，C2，C3點(diǎn)，把BC1，BC2，BC3中三條線連接起來將得到了基本組的4條傳動(dòng)線，它們的傳動(dòng)比分別為1、1/φ、1/φ^2、1/φ^3。而且Ⅱ-Ⅲ軸間是作為第一擴(kuò)大組，會(huì)有兩對(duì)齒輪傳動(dòng)，其中在轉(zhuǎn)速圖上兩條傳動(dòng)線CD1、CD相距四格，傳動(dòng)比應(yīng)為φ、1/φ^3。Ⅲ-Ⅳ軸是作為第二個(gè)擴(kuò)大組，并且也含有有兩對(duì)齒輪，其中在轉(zhuǎn)速圖上的兩對(duì)齒輪中兩條傳動(dòng)線DE1、DE的距離相距了4格，它們的傳動(dòng)比分別列出為φ^0.6、φ^3.2，可是呢，因?yàn)棰筝S上僅有四個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)分出2條的傳動(dòng)線。因此，在把Ⅱ-Ⅲ軸之間的傳動(dòng)線畫出時(shí)，也要把CD、CD1的平行線對(duì)應(yīng)畫出，讓Ⅲ軸得到八種轉(zhuǎn)速。同樣的，畫出Ⅲ-Ⅳ軸間的傳動(dòng)線時(shí)，然后對(duì)應(yīng)畫出8條與DE1平行的線和4條與DE平行的線，使得主軸得到12級(jí)轉(zhuǎn)速。2.2.3齒輪齒數(shù)的確定（1）當(dāng)轉(zhuǎn)速圖被設(shè)計(jì)時(shí)，在初選定的齒數(shù)最后作為初選齒輪模數(shù)。然后齒數(shù)被確定來滿足如下要求：1）齒輪基本條件的要求；2）齒輪在整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)要求；3）在系統(tǒng)中齒輪傳動(dòng)誤差的要求；4）齒輪不會(huì)根切；5）三聯(lián)滑移齒輪滑頃刻不出現(xiàn)頂齒現(xiàn)象，即要求最大齒輪與此大齒輪數(shù)差不小于4；每根軸上的齒輪不與前后軸干預(yù)干與。（2）電機(jī)軸和Ⅰ軸的齒數(shù)i=2，查的?Ⅰ-Ⅱ軸間齒輪齒數(shù)iiiiⅡ-Ⅲ軸間齒輪齒數(shù)iiⅢ-Ⅳ軸間齒輪齒數(shù)ii2.2.4進(jìn)給傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖的制定參照以上設(shè)計(jì)順序來設(shè)計(jì)進(jìn)給轉(zhuǎn)速圖，如圖2.3。圖2.3進(jìn)給運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也同樣，也都需要四根軸，因此，主軸箱內(nèi)共將有5根軸。2.3本章小結(jié)本文將重點(diǎn)研討主軸自主運(yùn)動(dòng)方案的總體設(shè)計(jì),以及主要電動(dòng)機(jī)的選型,變速方案的選型,以及主要傳動(dòng)系統(tǒng)速度圖的編制,進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)速度圖的編制。最大的切削度,公比,分配傳速比被設(shè)置,并把轉(zhuǎn)速圖和輪齒數(shù)也制定下來。第3章Z4016臺(tái)式鉆床主要部件設(shè)計(jì)計(jì)算3.1齒輪參數(shù)的計(jì)算臺(tái)式鉆床齒輪參數(shù)的計(jì)算原則主要包括以下幾個(gè)方面：1、齒輪齒數(shù)的計(jì)算：齒輪齒數(shù)的計(jì)算根據(jù)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比和齒數(shù)關(guān)系計(jì)算，同時(shí)要考慮齒輪齒形和齒數(shù)是否滿足齒輪副傳動(dòng)要求。2、齒輪參數(shù)的匹配：在齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，要對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)匹配，使其相互配合達(dá)到設(shè)計(jì)要求。主要考慮齒輪齒形、齒距、齒頂高和齒根高等參數(shù)匹配。3、強(qiáng)度、硬度和精度的計(jì)算：齒輪的強(qiáng)度、硬度和精度計(jì)算要針對(duì)不同齒輪傳動(dòng)的要求進(jìn)行，確保齒輪傳動(dòng)的安全、信得過和精準(zhǔn)。4、其他參數(shù)的計(jì)算：比如碰齒安全系數(shù)、齒形修正系數(shù)、壓力角等參數(shù)的計(jì)算都是考慮到各種細(xì)節(jié)因素進(jìn)行的?？傊?，齒輪參數(shù)的計(jì)算需要綜合考慮多種因素，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選取和匹配，確保齒輪的穩(wěn)定性、信得過性和精度。3.1.1齒輪參數(shù)的確定齒輪參數(shù)的計(jì)算公式見下表：表3.1齒輪參數(shù)的計(jì)算公式中心距a=分度圓直徑d=mz齒頂高h(yuǎn)齒根高h(yuǎn)齒頂圓直徑d齒根圓直徑d齒厚b=第一雙齒輪的齒數(shù)為z1將各個(gè)相關(guān)參數(shù)帶入上述的計(jì)算公式中可得：a=62.5mmd2=120mmha1=3.125mmhf1=3.125mmda1=67.5mmda2=125mmdf1=56.25mmdf2=113.75mm?mb1=20mmb2=25mm其他齒輪的計(jì)算過程和第一雙相同，其計(jì)算結(jié)果如表3.2所示。3.1.2滑移齒輪的確定滑移齒輪的軸向位置十二個(gè)傳動(dòng)級(jí)數(shù),并帶有二個(gè)變速組的滑輪的計(jì)算公式為 L>12B+? (9)上式中L——變速傳動(dòng)組的最小軸向長度；B——齒輪厚度；?——在脫開嚙合時(shí)，最小間隙（滑移齒輪與固定輪端部互相碰撞的）。所以，L>12×22+3>267,取L=276mm表3.2其他齒輪的參數(shù)序號(hào)Zmadddb1252.591.2562.567.556.2520248120125113.7525316391.5485440.518445135141127.525530390909682.518630909682.523725390758167.51883510511197.525920390606652.5181040120126112.5251116387485440.5181242126132118.555133538710512197.5251423697661.51815183114546046.5181658174180166.52517423114126132118.518183410210894.555194428588928316204182867721211725734382916224080847521232726554584812243876807120253826576807120262754584912271726334382912284896100912029172633438291230489610091203132264646859123232646859123348265961009120341734382912滑移齒輪的構(gòu)造類型分為全尺寸和裝配式的二類常見的滑移齒輪構(gòu)造的類型。適用于機(jī)床的主軸箱使用的是裝配式的多聯(lián)齒輪,所以可以將裝配式結(jié)構(gòu)視為本系統(tǒng)所采用的主要結(jié)構(gòu)類型。3.2計(jì)算各個(gè)傳動(dòng)軸的直徑在傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)還未確定之前，可按扭轉(zhuǎn)剛度公式估算直徑： d≥B式中Mn N=NN電?——通過電機(jī)再到該傳動(dòng)軸的全部傳動(dòng)件中的傳動(dòng)效率之積njB值可根據(jù)不同的剛度要求來選擇。允許扭轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的B值見表3-3.表3.3允許扭轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的B值每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角[φ]（deg/m）0.511.5220.350.2920.2640.246最后在本次的設(shè)計(jì)中，傳動(dòng)軸把B值選用為0.292。Ⅰ軸直徑：目前的已知參數(shù)：n所以帶入公式（10）可得：d根據(jù)軸上的部件的需要，初步設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1Ⅰ軸的結(jié)構(gòu)圖Ⅱ軸直徑：已知參數(shù)：n所以代入計(jì)算公式可得：d根據(jù)軸上部件的需要，初步設(shè)定軸的結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。圖3.2Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)圖Ⅲ軸直徑：n所以代入計(jì)算公式可得：d根據(jù)軸上部件的需要，初步設(shè)定軸的結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。圖3.3Ⅲ軸的結(jié)構(gòu)圖同上，Ⅴ軸直徑：d根據(jù)軸上部件的需要，初步設(shè)定軸的結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。圖3.4Ⅴ軸的結(jié)構(gòu)圖Ⅵ軸直徑：d根據(jù)軸上部件的需要，初步設(shè)定軸的結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。圖3.5Ⅵ軸的結(jié)構(gòu)圖Ⅶ軸直徑：d根據(jù)軸上部件的需要，初步設(shè)定軸的結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。圖3.6Ⅶ軸的結(jié)構(gòu)圖Ⅷ軸直徑：d根據(jù)軸上部件的需要，初步設(shè)定軸的結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。圖3.7Ⅷ軸的機(jī)構(gòu)圖3.3主軸的基本尺寸參數(shù)的確定3.3.1主軸的平均直徑本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)中關(guān)于主軸的參數(shù)設(shè)計(jì)，可以根據(jù)選取的機(jī)床輸入電機(jī)的相關(guān)功率確定計(jì)算。鉆床主電動(dòng)機(jī)的功率已知為3kw。查文獻(xiàn)[6]，選取前支撐軸徑D1=50mm，后支撐軸頸D2=60mm。當(dāng)前主軸的直徑平均為D3.3.2主軸內(nèi)孔直徑鉆床主軸的內(nèi)控直徑,可以通過刀具夾緊裝置來固定住刀具﹑傳動(dòng)的機(jī)械或液壓卡盤等。主軸部件內(nèi)孔越大,對(duì)主軸組件的負(fù)載也就越輕。因此主軸組件孔徑大小主要由主軸強(qiáng)度控制。主軸的孔徑與主軸的直徑之比，比率小于0.5是空心主軸的剛度差不多與實(shí)心主軸的剛度相當(dāng)，不分上下。校核其壁厚dD3.3.3主軸前端懸伸量的選擇主軸機(jī)件的懸伸量,是指由主軸前部受力作用部位至主軸前部支承徑向反力作用部位之間的距離,見圖3-8.主軸機(jī)件懸伸量的a值,愈小愈能提高主軸機(jī)件的剛度。據(jù)此,決定主軸懸伸量a取值的基本原則就是在滿足機(jī)構(gòu)特性的前提條件下,盡可能取小數(shù)值。查文獻(xiàn)[4]：aa=1.5實(shí)際取a=60mm。圖3.8主軸支撐跨距及懸伸量3.3.4主軸合理跨距的選擇主軸前后之間的支撐點(diǎn)的距離稱為跨距l(xiāng)1。其中在主軸組件的支承跨距對(duì)主軸本身剛度和對(duì)支承剛度有很大的影響。根據(jù)文獻(xiàn)[7] K=3計(jì)算得：l3.4主軸的承載臺(tái)式鉆床主軸承載是指主軸接受的各種荷載和力矩的能力。主軸是臺(tái)式鉆床的核心部件之一，其負(fù)責(zé)傳動(dòng)力量和承載工件。主軸承載能力的大小與主軸的材料、直徑、長度、轉(zhuǎn)速和切削力等因素有關(guān)。主軸承載主要包括徑向載荷和軸向載荷兩大類。徑向載荷是指沿主軸徑向施加的力，而軸向載荷是指沿主軸軸線方向施加的力，這兩種載荷都會(huì)對(duì)主軸接受力的能力產(chǎn)生影響。對(duì)于主軸承載能力的計(jì)算，需考慮如下因素：1、主軸轉(zhuǎn)速和切削力的大小，這是計(jì)算主軸接受力的重要參數(shù)。2、主軸的直徑和長度，主軸的直徑越大，長度越短，則容納載荷的能力也越強(qiáng)。3、主軸性能材料的選擇，例如合金鋼、鑄鐵等材料，質(zhì)量越好的材料耐磨性和抗疲勞性也越強(qiáng)。4、接觸角和滾珠數(shù)量的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，這些也需要滿足主軸的承載要求。綜合以上因素，可以進(jìn)行主軸承載計(jì)算，確定主軸的承載能力，以確保主軸在工作時(shí)可以穩(wěn)定、精準(zhǔn)地運(yùn)行，并長時(shí)間保持運(yùn)行狀態(tài)。3.4.1主軸軸承的選用主軸軸承是是主軸組件的重要組成部分，機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)主軸軸承的選用標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下幾個(gè)方面：承載能力：機(jī)床主軸軸承的選用應(yīng)根據(jù)主軸的最大承載力、工作條件下的負(fù)荷特點(diǎn)以及機(jī)床加工時(shí)產(chǎn)生的慣性力等綜合因素進(jìn)行計(jì)算而選定。軸承剛度：軸承剛度是軸承對(duì)載荷變化的敏感程度，軸承剛性越大，機(jī)床主軸剛度越大。因此，在選擇軸承時(shí)，應(yīng)該根據(jù)主軸的剛度特點(diǎn)和加工精度要求進(jìn)行選擇。軸承壽命：軸承壽命是軸承的重要設(shè)計(jì)參數(shù)之一，對(duì)機(jī)床性能和壽命具有重要影響。軸承的壽命一般應(yīng)滿足機(jī)床使用的壽命要求。軸承沖突系數(shù)：軸承的沖突系數(shù)越低，主軸功耗越小，穩(wěn)定性越好。因此，在選擇軸承時(shí)，應(yīng)該根據(jù)工作條件下的轉(zhuǎn)速、溫度等因素進(jìn)行選擇。軸承的信得過性：機(jī)床主軸軸承的選用要考慮軸承的信得過性。應(yīng)該根據(jù)軸承的性能和使用壽命等因素進(jìn)行評(píng)估和選擇。綜上所述，機(jī)床主軸軸承的選用應(yīng)滿足承載能力、軸承剛度、軸承壽命、軸承沖突系數(shù)和軸承的信得過性等要求。常用的主軸軸承有起伏軸承和滑動(dòng)軸承。而起伏軸承是一種常見的機(jī)械傳動(dòng)的軸承，相比較滑動(dòng)軸承，起伏軸承的承載能力更大，可在高速，高載荷或者高振動(dòng)的工況下穩(wěn)定工作。并且起伏軸承的沖突更小，因?yàn)槠鸱S承在運(yùn)動(dòng)時(shí)滾軸或滾子與軸承殼之間只有點(diǎn)，線接觸，所以沖突會(huì)更小，會(huì)相對(duì)于滑動(dòng)軸承更加節(jié)約能源。同時(shí)起伏軸承的壽命相對(duì)于滑動(dòng)軸承更長，在維護(hù)方面更為方便，所以大多數(shù)的主軸箱中的主軸使用起伏軸承。本次設(shè)計(jì)把深溝球軸承作為選用。前支撐的軸承為6210，后支撐的軸承為6211。其基本參數(shù)表如3.4，3.5：表3.46211軸承基本參數(shù)表DdBCrCor質(zhì)量55mm100mm21mm140KN220KN1.27kg表3.56210軸承基本參數(shù)表dDBCrCor質(zhì)量50mm90mm20mm140KN220KN1.25kg3.4.2主軸軸承的配置主軸軸承的安裝位置根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)要求和已選軸承分析：主軸部件的功能任務(wù)和構(gòu)造特性可以確定主軸軸承的選用范圍與配合型式,所以一般應(yīng)選擇符合機(jī)械剛性要求的二支撐主軸軸承配合型式,如圖3.9所示。圖3.9軸承配置示意圖主軸軸承的精度配置普通精度的起伏軸承可滿足一般機(jī)床對(duì)支撐精度的要求，用于鉆床主軸的深溝球軸承的精度等第為4級(jí)。起伏軸承調(diào)整和預(yù)緊方法如圖3.10，本設(shè)計(jì)把隔套調(diào)整的方法作為采用。采用兩個(gè)隔套的調(diào)整，通過改變兩個(gè)調(diào)整套的寬度差達(dá)到調(diào)整軸承間隙的目的。因?yàn)檩S承精度高，能保證較高的回轉(zhuǎn)精度，軸承的預(yù)緊采用的是修磨內(nèi)圈的方式。圖3.10隔套示意圖隔套的選取查文獻(xiàn)[8]，查得內(nèi)隔套，材料HT150，見表3-6：表3.6內(nèi)閣套基本參數(shù)表型號(hào)dDσLA80mm95mm0.040mm5-120mm主軸軸承的光滑機(jī)床主軸在工作過程中需要接受相當(dāng)大的負(fù)荷和高速運(yùn)行，如果沒有適當(dāng)?shù)墓饣?，?huì)導(dǎo)致軸承過熱、磨損等問題，影響主軸的正常工作和壽命。而光滑是保證其主軸正常運(yùn)行和延長使用壽命的重要因素，合理的主軸光滑，可以降低磨損和沖突，在主軸高速旋轉(zhuǎn)式，會(huì)產(chǎn)生很大的沖突力和壓力，光滑油的存在可以在機(jī)件表面形成一層光滑膜，減少機(jī)件之間的沖突；并且主軸在高速運(yùn)行時(shí)，由于內(nèi)部沖突產(chǎn)生的熱量可引起溫度升高，如果沒有光滑油對(duì)其進(jìn)行冷卻，會(huì)導(dǎo)致主軸因過熱而產(chǎn)生變形，損害甚至鎖死，光滑油的存在可以吸收因沖突產(chǎn)生的熱量，并將之帶走，達(dá)到降溫的作用；而且光滑油的存在可以降低機(jī)械的樂音和震動(dòng)，改善生產(chǎn)環(huán)境。以往加工中心主軸的軸承德光滑方式，大多采用油脂封入式光滑方式。由于這種潤滑方法的速度有一定的限制,為滿足機(jī)床速度向高速化發(fā)展的要求,也研制出一種潤滑與冷卻方法。在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備上,主軸軸承的潤滑方法主要有:油脂潤滑﹑油液潤滑﹑油液循環(huán)潤滑﹑油霧潤滑﹑油氣潤滑等的方法。起伏軸承可以用光滑脂或光滑油光滑。脂是由皂基稠化劑、基礎(chǔ)油和添加劑混合而成的固體光滑材料，常常被用于軸承的光滑。在脂光滑方式下，光滑脂被填充到軸承內(nèi)部，形成一層脂膜光滑軸承起伏面和資料面之間的接觸點(diǎn)，從而減少?zèng)_突和磨耗。脂光滑的優(yōu)點(diǎn)是使用方便、維護(hù)簡單，但是溫度過高時(shí)容易老化脫落。油是由基礎(chǔ)油和添加劑混合而成的光滑材料，它的分子小、流動(dòng)性好，可以更好地滲透光滑表面。在油光滑方式下，油被送到軸承內(nèi)部的起伏元件和資料面之間，形成一層油膜，減少?zèng)_突和磨耗。與脂光滑相比，油光滑的優(yōu)點(diǎn)是接受高速和高溫處理能力較強(qiáng)，但加油和維護(hù)相對(duì)較麻煩。在速度較低時(shí)，用光滑脂比用光滑油溫升低；速度較高時(shí)，用光滑油較好。本次設(shè)計(jì)主軸轉(zhuǎn)速較高，所以選用油光滑。3.5本章小結(jié)本章主要涉及對(duì)齒輪,主軸和軸承的相關(guān)研究。齒輪設(shè)計(jì)包括齒輪參數(shù)的設(shè)定,和滑移式傳動(dòng)齒輪的設(shè)定。計(jì)算了各傳動(dòng)軸承的有效長度。對(duì)主軸的基本傳動(dòng)系數(shù)的確定,包括了主軸的平均直徑,主軸內(nèi)孔長度,主軸前端的懸伸量以及主軸前端跨越長度等的確定。并明確了主軸軸承的選擇和配置,以及選用的表面光滑加工方式等。第4章主要部件的校核計(jì)算4.1齒輪的校核選擇Ⅰ軸和Ⅱ軸間的一雙齒輪進(jìn)行校核，z按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 σH=2.5 [σH已查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σ小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σ計(jì)算循環(huán)次數(shù)NN由文獻(xiàn)[5]查得，接觸疲勞壽命系數(shù)

K計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為10%，安全系數(shù)S=1[[查文獻(xiàn)[6]，取彈性影響系數(shù)ZF K=KA查得，使用系數(shù)KA=1根據(jù)v=πd1假設(shè)K7級(jí)精度小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置，查得KφdKK=σ所以，齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。按齒根彎曲強(qiáng)度校核 σF=查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σ大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σ查得彎曲疲勞壽命系數(shù)K計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，[[由bh=計(jì)算載荷系數(shù)KK=查取齒形系數(shù)取得YFa1查取應(yīng)力校正系數(shù)查表得Y齒根彎曲強(qiáng)度校核根據(jù)公式（16），得σ所以，滿足齒根彎曲強(qiáng)度條件，其他齒輪得校核參考以上過程，經(jīng)計(jì)算其強(qiáng)度均滿足條件。4.2主軸的校核 4.2.1主軸剛度驗(yàn)算因?yàn)橹鬏S（即Ⅳ軸）所接受的載荷最大，所以對(duì)該軸進(jìn)行校核。若該軸強(qiáng)度滿足要求，其他軸也應(yīng)滿足要求。計(jì)算直徑d=剛度計(jì)算主軸前懸伸部分較粗，剛度較高，其變形可以忽略不計(jì)。后懸伸部分不影響剛度，也可不計(jì)。如主軸前端作用已外載荷F，則主軸前端撓度y為： y=F上式中：F——外載荷，Na——前懸伸，等于外載荷作用點(diǎn)至支承點(diǎn)間的距離，mmL——跨距，等于前后支撐點(diǎn)間的距離，mmE——彈性模量，鋼為E=2*105,MPaI——截面慣性矩，I=0.05（dd,di——主軸的外徑和孔徑，mm將上述E和I的值代入上式,，并且若di y=Fa彎曲剛度： Ky=所以當(dāng)di Ky=本設(shè)計(jì)中d=55mm，di=38mm，a=20mm，l=220mm；diK4.2.2主軸扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)床主要受力來自于繞軸方向，所以還要驗(yàn)算其扭轉(zhuǎn)剛度，通常要求其扭轉(zhuǎn)角φ在（20-25）D的長度內(nèi)不超過1°，即： φ=TL180上式中T——工作時(shí)輸入的最大扭矩，單位N.cmL——計(jì)算長度，取25D，單位cmD=5.5cmL=25*5.5=137.5G——剪切彈性模量，鋼料為8.1IR——截面極慣性矩，對(duì)于圓截面IRD——主軸當(dāng)量直徑，D=5.5cm將上述參數(shù)代入公式中可得：φ4.2.3主軸臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算一階臨界轉(zhuǎn)速 ncr1上式中Gj本設(shè)計(jì)中，外伸端圓盤為齒輪，其重力估計(jì)為G=1043.2Nw0對(duì)實(shí)心鋼軸，w0=60.5×10?6×d2lwL——軸的全長，l=220mm，l0μ1，Cj——外伸端第j個(gè)圓盤至支撐間的距離，mm且Cl1——當(dāng)μ1=0.27，代入（22）中可得：nn=1400r/m對(duì)于鋼性軸n通過本次校核可以看出，所設(shè)計(jì)的主軸的接受能力能滿足工作需要，而主軸為整個(gè)主軸箱內(nèi)受力最大軸，所以該軸若是校核驗(yàn)證通過，其他各軸的承載能力都在極限之內(nèi)，所以設(shè)計(jì)合理可行。4.2.4主軸材料和熱處理的選擇機(jī)床中的動(dòng)力輸入軸是機(jī)床中最不可或缺的部件，制造該部件的材料和技術(shù)手段會(huì)直接影響到該部件以后的工作時(shí)間、精度和穩(wěn)定性等方面。主軸工作時(shí)需要接受較大的載荷和瞬間沖擊，因此主軸的材料需要具有足夠的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)也需要具有較好的疲勞壽命和抗裂性能。一般來說，選擇高強(qiáng)度的合金結(jié)構(gòu)鋼或高速鋼等材料。主軸的熱處理可以提高其硬度和強(qiáng)度，同時(shí)也可以提高其抗疲勞壽命和抗裂性能，在加工過程中起到較好的耐磨性和抗熱性能。一般來說，主軸的熱處理包括淬火、回火、表面噴鍍等。其工作精度和穩(wěn)定性在很大程度上受到材料和熱處理的影響。因此，在選擇主軸的材料和進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)該根據(jù)機(jī)床的使用需求，科學(xué)、精準(zhǔn)地選材和處理，以保證機(jī)床能夠滿足高速、高精度、高效率的加工要求。而主軸的剛度取決于制造材料的彈性模量E，由于鋼的E值較大（2.1×在實(shí)際工作條件下，需要在主軸和箱體之間添加運(yùn)動(dòng)過度的連接件，一般選用軸承來減少動(dòng)力損耗、降低沖突熱量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。當(dāng)選用起伏軸承時(shí)，由于該類軸承的特性，對(duì)主軸不會(huì)造成特別大的沖擊，所以這種情況下可以不對(duì)主軸進(jìn)行處理，但是要是采用滑動(dòng)軸承的話，為了減少磨損，避免出現(xiàn)主軸失效，需要對(duì)主軸與軸承的連接處進(jìn)行熱處理以提高其接觸位置的剛度。常見的熱處理方式為高頻淬火；對(duì)大直徑主軸（Φ350－400mm）也可用火焰淬火來提高表面硬度；對(duì)于受較大沖擊的主軸，可用15或20號(hào)鋼，并在軸頸表面滲碳、淬火及回火。主軸材料常采用的有45號(hào)鋼、GCr15等，需經(jīng)滲氮和感應(yīng)加熱淬火。本次設(shè)計(jì)材料選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。4.3主軸軸承的校核前支撐軸承壽命校核軸承壽命 Lh=上式中：ε——對(duì)起伏軸承ε=3C——起伏軸承額定動(dòng)負(fù)載，C=140KNN——軸承轉(zhuǎn)速，根據(jù)設(shè)計(jì)要求：n=31.5此處計(jì)算時(shí)n=nmax=1400r/minP——當(dāng)量動(dòng)負(fù)載，PFrFaX——徑向系數(shù)Y——軸向系數(shù)對(duì)臺(tái)式鉆床設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，可知起伏軸承在此處主要接受徑向負(fù)荷，軸向負(fù)荷極小。對(duì)徑向負(fù)荷進(jìn)行估算：F這里取F=2000NF選取e=0.41，F(xiàn)PP=1.33×2+0.44=3.10KN將以上數(shù)據(jù)代入（23）公式可得：L一般機(jī)床軸承壽命為20000h。L所以選