立式車床進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，這個基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力，關(guān)系到國家的戰(zhàn)略地位。立式加工中心主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)。包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件。</p><p>　　本文介紹了立式加工中心的一些基本概況，簡述了機床主傳動系統(tǒng)方面的原理和類型

2、，分析了各種傳動方案的機理。立式加工中心主傳動系統(tǒng)包括了主軸電動機、主軸傳動系統(tǒng)和主軸組件三部分組成。本文詳細介紹了立式加工中心主傳動系統(tǒng)的設(shè)計過程，該立式加工中心選用圓弧齒同步帶傳動，該種傳動方式的特點在于它能使主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，而且避免了齒輪傳動的振動和噪聲。文中介紹了立式加工中心主傳動系統(tǒng)各種傳動方案優(yōu)缺點的比較、主傳動方案的選擇和確定、主傳動變速系統(tǒng)的設(shè)計計算、主軸組件的設(shè)計以及關(guān)鍵零件的校核等設(shè)計過程。</p&g

3、t;<p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；立式加工中心；主傳動系統(tǒng)；主軸組件</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The numerical control technology and the numerical control equipment are the factory industry modernizatio

4、n foundations, does this foundation whether reliable immediate influence to a country's economic development and the comprehensive national strength, relate the country the strategic position. Machining Center tool m

5、aster drive system is uses for to realize the engine bed main movement transmission system.Including electric motor, transmission system and spindle unit. </p><p>　　Some basic concepts and the general knowle

6、dge of the vertical machining center were introduced in this paper. Brief description the principle and types of the main drive system, analysis mechanism of the transmission project. The spindle drive system of vertical

7、 machining center, including spindle drive motor, transmission and spindle subassembly. The design process of vertical machining center main drive system were introduced in detail in this paper. The vertical machining ce

8、nter used arc toot</p><p>　　Key Words: CNC; Vertical machining center; Main drive system; Spindle subassembly </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b><

9、;/p><p>　　1.1課題背景及目的1</p><p>　　1.2數(shù)控機床的基本概況1</p><p>　　1.2.1簡述數(shù)控機床1</p><p>　　1.2.2加工中心的基本概念和分類2</p><p>　　1.3 立式車削中心的概述4</p><p>　　2 立式車削中心主傳動系

10、統(tǒng)方案的確定6</p><p>　　2.1立式車削中心主傳動系統(tǒng)簡介6</p><p>　　2.2 立式車削中心主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求6</p><p>　　2.3 主傳動方案的確定6</p><p>　　3 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算8</p><p>　　3.1 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求8</p>&

11、lt;p>　　3.2 主軸組件的設(shè)計8</p><p>　　3.2.1主軸組件的設(shè)計要求9</p><p>　　3.2.2主軸的設(shè)計要求11</p><p>　　3.3 主軸及其組件的設(shè)計與校核12</p><p>　　3.3.1主軸電機的選擇12</p><p>　　3.3.2 主軸主要參數(shù)的確定1

12、4</p><p>　　3.3.3主軸強度的校核16</p><p>　　3.3.4主軸剛度的校核18</p><p>　　3.4主軸軸承19</p><p>　　3.4.1主軸軸承的類型19</p><p>　　3.4.2主軸軸承的配置和支承方案的選擇21</p><p>　　3.4

13、.3軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊22</p><p>　　3.4.4主軸軸承設(shè)計計算24</p><p>　　3.5同步帶輪的設(shè)計與計算26</p><p>　　3.6聯(lián)軸器的選擇28</p><p>　　3.7滑移齒輪變速裝置的設(shè)計計算30</p><p>　　3.8主軸組件的密封與潤滑38</p>

14、<p>　　3.9提高主軸組件性能的措施41</p><p>　　3.10液壓缸的選擇42</p><p>　　4 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計45</p><p>　　4.1床身的設(shè)計45</p><p>　　4.1.1床身的作用45</p><p>　　4.1.2床身的基本要求45</p>

15、<p>　　4.1.3床身結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選擇46</p><p>　　4.1.4床身的肋板布置和界截面的形狀46</p><p>　　4.2立柱的設(shè)計47</p><p>　　4.2.1設(shè)計立柱的基本要求47</p><p>　　4.2.2立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計47</p><p>　　4.2.3立式導(dǎo)

16、軌形式及精度47</p><p>　　4.2.4立柱與床身的聯(lián)結(jié)48</p><p>　　4.2.5導(dǎo)軌的設(shè)計48</p><p>　　4.2.6導(dǎo)軌的設(shè)計計算51</p><p>　　4.3 工作臺的設(shè)計53</p><p>　　4.3.1工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計53</p><p>　　

17、4.3.2工作臺的材料53</p><p>　　4.4冷卻系統(tǒng)53</p><p>　　4.4.1冷卻系統(tǒng)簡介54</p><p>　　4.4.2主軸冷卻系統(tǒng)55</p><p><b>　　結(jié) 論57</b></p><p><b>　　參考文獻58</b>&

18、lt;/p><p><b>　　致 謝59</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題背景及目的 </p><p>　　裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如：信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，生物

19、技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，航空?航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的高能技術(shù)和最基本的裝備。制造技術(shù)和裝備是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)則是當今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。&#

20、160;                 </p><p>　　本課題是以加工中心為研究目標，從其主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)入手，對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)組成分析、分級變速分析、傳動件的計算分析和主傳動電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計的幾個方面進行設(shè)計研究。為優(yōu)化

21、傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和改善傳動系統(tǒng)的精度及穩(wěn)定特性提供必要的理論依據(jù)通過本課題的研究，使加工中心結(jié)構(gòu)更加緊湊，性能更加優(yōu)越，生產(chǎn)加工更加精密。與普通數(shù)控機床的工藝裝備相比較，加工中心工藝裝備的制造精度更高、靈活性好、適用性更強，一般采用電動、氣動、液壓以及計算機控制，其自動化程度更高。合理使用加工中心的工藝裝備，能提高零件的加工精度。各種類型加工中心所配置的數(shù)控系統(tǒng)雖然各有不同，但各種數(shù)控系統(tǒng)的功能，除一些特殊功能不盡相同外，其主要功能基本相同

22、。</p><p>　　總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展?提高綜合國力和國家地位的重要途徑。</p><p>　　1.2數(shù)控機床的基本概況</p><p>　　1.2.1簡述數(shù)控機床</p><p>　　數(shù)控機床是數(shù)字控制機床（Computer numerical control machine t

23、ools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數(shù)控機床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現(xiàn)代機床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。下圖1-

24、1所示為數(shù)控組成圖：</p><p>　　圖1-1數(shù)控機床的基本組成</p><p>　　1952年，美國PARSON公司與麻省理工學(xué)院（MIT）合作，研制出世界上第一臺數(shù)控機床。從此機床行業(yè)，乃至整個制造業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)進入了一個新的發(fā)展階段。在機床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過去在普通機床上無法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機床為數(shù)控機床所代替，這就極大地促進了機床行業(yè)的技術(shù)進步和行業(yè)

25、發(fā)展。對于整個制造業(yè)，由于大量引用數(shù)控機床，使得產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，新產(chǎn)品開發(fā)周期明顯縮短，滿足了廣大消費者求新和追求個性化的要求，從而形成了制造業(yè)與市場相互促進的發(fā)展趨勢。一段時期內(nèi)機床行業(yè)在技術(shù)發(fā)展上曾被視為“夕陽工業(yè)”，如今再度受到全世界的高度重視。在這一歷史轉(zhuǎn)變中，數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展功不可沒。此外，數(shù)控機床的發(fā)展，還帶動了眾多相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　綜上所述，數(shù)控機床在促進技術(shù)進步和

26、經(jīng)濟發(fā)展，提高人類生存質(zhì)量和創(chuàng)造新的就業(yè)機會等方面，起著非常重要的作用。</p><p>　　1.2.2加工中心的基本概念和分類</p><p>　?。?）加工中心的基本概念</p><p>　　在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，如果再配以刀具庫和自動換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心。加工中心的特點是它的刀具庫能存放幾十把甚至更多的刀具，由程序控制換刀機構(gòu)自動調(diào)用與更換，這樣就可以在沒有

27、人工干預(yù)的情況下，一次完成很多工藝內(nèi)容。加工中心是一種備有刀庫并能自動更換刀具對工件進行許多工序加工的數(shù)控機床。在加工中心上，工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同工序自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量、刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助功能，依次完成工件一個或幾個面上多工序的加工。加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和機床的調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間，使機床的切削利用率（切削時間和開放時間之

28、比）可達80%以上，高于普通機床3-4倍。尤其是在加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高、品種更換頻繁的零件時，加工中心更體現(xiàn)出良好的加工效果。所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床。加工中心最先是在鏜銑類機床上發(fā)展起來的，可稱為鏜銑加工中心，習(xí)慣上簡稱為加工中心。</p><p>　?。?）加工中心的分類按照加工中心的形態(tài)不同進行分類，可分為立式、臥式和五坐標加工中

29、心。</p><p><b>　　1）立式加工中心</b></p><p>　　立式加工中心的主軸軸心線為垂直狀態(tài)配置，結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱式，工作臺為長方形，適合加工小型板類、盤類、殼體類零件。立式加工中心結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，價格底，配備各種附件后，可進行大部分工件的加工。</p><p><b>　　臥式加工中心</b&g

30、t;</p><p>　　臥式加工中心的主軸軸心線為水平狀態(tài)配置，通常都帶有可進行分度回轉(zhuǎn)運動的工作臺，適合加工箱體類零件。它與立式加工中心相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、質(zhì)量大、價格亦高。</p><p><b>　　五坐標加工中心</b></p><p>　　五坐標加工中心兼具立式和臥式加工中心的功能，工件一次3裝夾后能完成除安裝面外的所有側(cè)面

31、和頂面等五個面的加工，因此也叫五面加工中心。常見的五坐標加工中心有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是主軸可以90°旋轉(zhuǎn)，另一種是工作臺可以90°旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　1.3 立式車削中心的概述</p><p>　　立式車削中心是以數(shù)控立式車床為主機，配置自動換刀系統(tǒng)，可實現(xiàn)車、銑、鏜多工序集中加工的機床。具有自動對刀，刀具磨損自動補償、工件尺寸自動檢測等功能。單柱立式車削中心為

32、單柱固定型（包括單柱橫梁固定式和單柱橫梁升降式兩種），通常帶有一個垂直刀架，一個12把刀的盤式刀庫的自動換刀裝置，還可根據(jù)用戶需要擴大附件范圍，單柱立式車削中心見圖1-2，它的最大車削直徑（mm）×最大車削高度（mm）為；1250×1000，1600×1600，2000×1600，2500×200，3150×2000。</p><p>　　圖1-2單柱立

33、式車削中心</p><p>　　1-刀架滑枕 2-立柱 3-滑座 4-橫梁</p><p>　　5-水平進給箱 6-刀庫 7-底座</p><p>　　雙柱立式車削中心是在雙柱數(shù)控立式車床基礎(chǔ)上，增設(shè)一套自動換刀裝置，在橫梁的一端設(shè)置一個刀庫，自動換刀時，刀架返回刀庫換刀位置，滑枕下移至刀庫取刀點，利用機械手將其用過的刀具送回刀庫，同時從刀庫中取出下一工序

34、所需刀具。進入到下一個加工循環(huán)。圖1-3所示為雙柱立式車削中心，它的最大車削直徑（mm）×最大車削高大（mm）；3150×2000（2500），4000×2000（3150），5000×3150（4000），6300×4000（5000），8000×4000（5000）。</p><p>　　圖1-3雙柱立式車削中心</p><p&g

35、t;　　1-刀架 2-連接梁 3-滑座 4-右立柱</p><p>　　5-右滑板 6-走臺 7-刀庫 8-工作臺</p><p>　　9-床身 10-橫梁 11-左滑板 12-左立柱</p><p>　　雙柱立式車削中心的刀架和滑枕移動導(dǎo)軌采用滾動與滑動組合導(dǎo)軌，導(dǎo)向移動用滾動導(dǎo)軌，保持位移精度穩(wěn)定可靠，承受主切削力方向用滑動導(dǎo)軌，保持在斷續(xù)切削

36、時的平穩(wěn)性，刀架運動X、Z為聯(lián)動的數(shù)控坐標軸，刀架（X軸）和滑枕（Z軸）移動用直流伺服電動機通過一對減速齒輪經(jīng)滾珠絲杠副傳動。進給系統(tǒng)有每分鐘進給量和工作臺每轉(zhuǎn)進給量兩種，可自動轉(zhuǎn)換。</p><p>　　雙柱立式車削中心的橫梁升降使用交流電動機通過中間傳動箱帶動兩立柱上的兩個齒輪箱，驅(qū)動一對絲杠旋轉(zhuǎn)使橫梁升降。立柱橫梁導(dǎo)軌采用合金鋼淬火精密制成。刀架在橫梁上移動時，以輔助梁（圖中未表示）來承受刀架重力，使橫梁導(dǎo)

37、向?qū)к壊灰虻都苤亓Ξa(chǎn)生變形，提高刀架在橫梁上的位移精度。為保證橫梁在立柱上移動后的垂直定位精度，當橫梁未夾緊之前，橫梁的一側(cè)液壓缸總是褪著橫梁貼在右立柱同一側(cè)導(dǎo)軌的導(dǎo)軌面上。</p><p>　　2 立式車削中心主傳動系統(tǒng)方案的確定</p><p>　　2.1立式車削中心主傳動系統(tǒng)簡介</p><p>　　立式車削中心主傳動系統(tǒng)是由主軸電動機、主軸傳動系統(tǒng)以及主軸組

38、件組成。它是立式車削中心的主要組成部分。和常規(guī)機床主軸系統(tǒng)相比，立式車削中心主軸系統(tǒng)具有更高的轉(zhuǎn)速、更高的回轉(zhuǎn)精度以及更高的結(jié)構(gòu)剛性和抗振性。</p><p>　　2.2 立式車削中心主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求</p><p>　　主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)，為了方便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工作，他應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速和變速范圍，并且能夠方便地實現(xiàn)運動的開

39、停、變速、換向和制動等。在立式車削中心的主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無極調(diào)速系統(tǒng)，這樣大大簡化了機械機構(gòu)，便于實現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速以及負載下變速。也經(jīng)常應(yīng)用齒輪有級調(diào)速和電動機無極調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式來擴大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大扭矩的要求。</p><p>　　主傳動系統(tǒng)是加工中心核心部件，它包括主軸箱及相應(yīng)的驅(qū)動系統(tǒng)，對加工精度起著決定性的作用。加工中心首先要通過對安全、經(jīng)濟、可靠性等

40、方面的綜合性考慮進行主傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計。在設(shè)計過程中應(yīng)該使車削中心的主傳動系統(tǒng)滿足以下要求：</p><p>　?。?）有較大的調(diào)速范圍并實現(xiàn)無級調(diào)速；</p><p>　?。?）功率滿足各轉(zhuǎn)速段；</p><p>　?。?）傳動平穩(wěn)，操作靈活，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，滿足經(jīng)濟性要求。</p><p>　　2.3 主傳動方案的確定</

41、p><p>　　數(shù)控機床需要自動換刀、自動變速；且在切削不同直徑的階梯軸，曲線螺旋面和端面時，需要切削直徑的變化主軸必須通過自動變速，以維持切削速度基本恒定。這些自動變速又是無級變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇理想的切削速度，這樣有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。無級調(diào)速有機械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機床一般采用由直流或交流調(diào)速電動機作為驅(qū)動源的電氣無級變速。由于數(shù)控機床的主運動的調(diào)速范圍較大（100-

42、200R），單靠調(diào)速電機無法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機的功率扭矩特性也難于直接與機床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。因此，數(shù)控機床主傳動變速系統(tǒng)常常在無級變速電機之后串聯(lián)機械有級變速傳動，以滿足機床要求的調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性。</p><p>　　為簡化主軸箱結(jié)構(gòu)，本方案僅采用二級機械變速機構(gòu)，運動方案如圖2.1：有級變速的自動變換方法一般有液壓和電磁離合器兩種。</p><p><

43、;b>　　圖2-1 運動方案</b></p><p>　　液壓變速機構(gòu)是通過液壓缸、活塞桿帶動撥叉推動滑移齒輪移動來實現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪則必須使用兩個液壓缸（差動油缸）實現(xiàn)三位移動。液壓撥叉變速是一種有效的方法，工作平穩(wěn)，易實現(xiàn)自動化。但變速時必須主軸停車后才能進行，另外，它增加了數(shù)控機床的復(fù)雜性，而且必須將數(shù)控裝置送來的電信號轉(zhuǎn)換成電磁閥的機械動作，然后再將壓力油

44、分配到相應(yīng)的液壓缸，因而增加了變速的中間環(huán)節(jié)，帶來了更多的不可靠因素。</p><p>　　3 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算</p><p>　　3.1 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求</p><p>　　數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通車床主傳動要求外，還提出如下要求：</p><p>　?。?）具有更大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級調(diào)速</p>&l

45、t;p>　　數(shù)控機床為了保證加工時能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。對于自動換刀的數(shù)控機床，工序集中，工件一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運動的調(diào)速范圍還應(yīng)進一步擴大。</p><p>　?。?）具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)噪聲低</p><p>　　數(shù)

46、控機床加工精度的提高，與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動件的制造精度與剛度，齒輪齒面進行高頻感應(yīng)加熱淬火，增加耐磨性；最后一級采用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)；采用高精度軸承和合理的支承跨距等，以提高主軸組件的剛性。</p><p>　?。?）良好的抗振性和熱穩(wěn)定性</p><p>　　數(shù)控機床上一般既要進行粗加工，又要進行精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量均勻、運動部件不平衡以

47、及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進行。因此在主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾引起振動的能力——抗振性?？拐裥杂脛觿偠然騽尤岫葋砗饬?。</p><p>　　主傳動系統(tǒng)采用無級調(diào)速，可簡化主軸箱的結(jié)構(gòu)，又可滿足加工要求，可以得到合適的切削速度。</p>&

48、lt;p><b>　　實現(xiàn)恒切削速度加工</b></p><p>　　在加工端面時，為了保證端面穩(wěn)定的加工質(zhì)量，要求工件端面的各部位能保持恒定的線切削速度。</p><p>　?。?）主傳動鏈盡可能短</p><p>　　傳動鏈越短，則積累誤差越小，機床精度相應(yīng)就高。</p><p>　　3.2 主軸組件的設(shè)計&l

49、t;/p><p>　　3.2.1主軸組件的設(shè)計要求</p><p>　　對主軸組件的性能要求：主軸組件是機床主要部件之一。它的性能，對整機性能有很大的影響。主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍又很大，所以對主軸組件的主要性能特提出如下要求：</p><p><b>　?。?）回轉(zhuǎn)精度</b></p><p>　　主軸組件的回轉(zhuǎn)精度，

50、是指主軸的回轉(zhuǎn)精度。當主軸做回轉(zhuǎn)運動時，線速度為零的點的連線稱為主軸的回轉(zhuǎn)中心線，回轉(zhuǎn)中心線的空間位置，在理想的情況下應(yīng)是固定不變的。實際上，由于主軸組件中各種因素的影響，回轉(zhuǎn)中心線的空間位置每一瞬間都是變化的，這些瞬時閃轉(zhuǎn)中心線的平均空間位置稱為理想回轉(zhuǎn)中心線。</p><p>　　主軸回轉(zhuǎn)精度的測量，一般分為三種：靜態(tài)測量、動態(tài)測量和間接測量。目前我國在生產(chǎn)中沿用傳統(tǒng)的靜態(tài)測量法，用一個精密的測量棒插入主軸錐

51、孔中，使千分表觸頭觸及檢測棒圓柱表面，以低速轉(zhuǎn)動主軸進行測量。千分表最大和最小的讀數(shù)差即認為是主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差。端面誤差一般以包括主軸所在平面內(nèi)的直角坐標系的垂直坐標系的垂直度數(shù)據(jù)綜合表示。動態(tài)測量是用以標準球裝在主軸中心線上，與主軸同時旋轉(zhuǎn)；在工作態(tài)上安裝兩個互成90º角的非接觸傳感器，通過儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。間接測量是用小的切削量加工有色金屬試件，然后在圓度儀上的測量試件的圓度來評價。出廠時，普通級加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)

52、測量法測量，當L＝300mm時允許誤差應(yīng)小于0.02mm。造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因主要是由于主軸的結(jié)構(gòu)及其加工精度、主軸軸承的選用及剛度等，而主軸及其回轉(zhuǎn)零件的不平衡，在回轉(zhuǎn)時引起的激振力，也會造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差。因此加工中心的主軸不平衡量一般要控制在0.4mm/s以下。</p><p><b>　?。?）剛度</b></p><p>　　主軸組件的剛度是指受外力作用時

53、，主軸組件抵抗變形的能力。通常主軸前端產(chǎn)生單位位移時，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。如圖3-1所示，在主軸前端部加一作用力F，若主軸端的位移量為Y，則主軸部件的剛度值K為： （3-1）</p><p>　　圖3-1 主軸剛度受力圖</p><p>　　主軸組件的剛度越大，主軸受力的變形就越小。主軸組件的剛度不足，在切削力及其

54、它力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形，不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會破壞齒輪、軸承的正常工作條件，使其加快磨損，降低精度。主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸、支承跨距、所選用的軸承類型及配置形式、軸承間隙的調(diào)整、主軸上傳動元件的位置等有關(guān)。</p><p><b>　?。?）抗振性</b></p><p>　　主軸組件的抗振性是指切削加工時，主軸保持平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的

55、能力。主軸組件抗振性差，工作時容易產(chǎn)生振動，不僅降低加工質(zhì)量，而且限制了機床生產(chǎn)率的提高，使刀具耐用度下降。提高主軸抗振性必須提高主軸組件的靜剛度，采用較大阻尼比的前軸承，以及在必要時安裝阻尼（消振）器。另外，使主軸的固有頻率遠遠大于激振力的頻率。</p><p><b>　　（4）溫升</b></p><p>　　主軸組件在運轉(zhuǎn)中，溫升過高會引起兩方面的不良結(jié)果：一

56、是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機床其它件的相對位置會發(fā)生變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。嚴重時甚至?xí)l(fā)生“抱軸”。數(shù)控機床在解決溫升問題時，一般采用恒溫主軸箱。</p><p><b>　?。?）耐磨性</b></p><p>　　主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便能長期保

57、持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬硬，或者經(jīng)過氨化處理，以提高其硬度增加耐磨性。主軸軸承也需有良好的潤滑，提高其耐磨性。</p><p>　　以上這些要求，有的還是矛盾的。例如高剛度與高速，高速與低溫升，高速與高精度等。這就要具體問題具體分析，；例如設(shè)計高效數(shù)控機床的主軸組件時，主軸應(yīng)滿足高剛度低溫升的要求。</p><

58、;p>　　3.2.2主軸的設(shè)計要求</p><p>　　主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理，對主軸組件的工作性能都有很大的影響。主軸結(jié)構(gòu)隨主軸系統(tǒng)設(shè)計要求的不同而有各種形式。</p><p><b>　　主軸的主要尺寸參數(shù)</b></p><p>　　主軸直徑越大，其剛度越高，但使得軸承和軸上其他零

59、件的尺寸相應(yīng)增大。軸承的直徑增大，同等級精度軸承的公差值也越大，要保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度就越困難。同時極限轉(zhuǎn)速下降。前后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高，工藝性能也越好。</p><p><b>　　主軸內(nèi)孔直徑</b></p><p>　　主軸的內(nèi)經(jīng)用來通過棒料、通過刀具加緊裝置固定刀具、傳動氣動或液壓卡盤等。主軸孔徑越大，可通過的棒料直徑也越大，機床的使用范圍就越廣，同

60、時主軸部件的相對重量也越輕。主軸的孔徑大小主要受主軸剛度的制約。主軸的孔徑與主軸直徑之比，小于0.3時空心主軸的剛度幾乎與實心主軸的剛度相當；等于0.5時空心主軸的剛度為實心主軸剛度的90％；大于0.7時空心主軸的剛度就急劇下降。一般可取其比值為0.5左右。</p><p>　　主軸軸端結(jié)構(gòu)：主軸軸端用于安裝夾具和刀具。要求夾具和刀具在軸端定位精度高、定位剛度好、裝卸方便，同時使主軸的懸伸長度短。數(shù)控車床的主軸端

61、部結(jié)構(gòu)，一般采用短圓錐法蘭盤式。短錐法蘭結(jié)構(gòu)有很高的定心精度，主軸的懸伸長度短，大大提高了主軸的剛度。</p><p>　　主軸的材料和熱處理：主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點、耐磨性和熱處理變形大小等因素確定。軸材料常采用的有：45剛、38CrMoALA、GCr15、9Mn2V，須經(jīng)滲氮和感應(yīng)淬火。</p><p><b>　　主軸主要精度指標</b></

62、p><p>　　1）前支承軸承軸頸的同軸度約5μm左右。</p><p>　　2）軸承軸頸需按軸承內(nèi)孔“實際尺寸”配磨，且須保證配合過盈1μm—5μm。</p><p>　　3）錐空與軸承軸頸的同軸度為3μm—5μm，與錐面的接觸面積不小于80％接觸較好。</p><p>　　4）裝NN3000K（舊編號為3182100）型調(diào)心圓柱滾子軸承的1：

63、12錐面，與軸承內(nèi)圈接觸面積不小于85％.</p><p>　　主軸前支承至主軸前端的距離稱為前懸伸。前后支承點之間的距離L稱為跨距。前懸伸對主軸組件的綜合剛度影響很大。因此，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量縮短懸伸量ａ?？缇郘對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，則軸承的變形對主軸前端的位移影響較大。所以，L有一個最佳值，L太大或太小，都會降低綜合剛度。</p><p>

64、;　　圖3-2主軸組件的懸伸和跨距</p><p>　　3.3 主軸及其組件的設(shè)計與校核</p><p>　　3.3.1主軸電機的選擇</p><p>　　選擇電機應(yīng)綜合考慮的問題 </p><p>　　(1) 根據(jù)機械的負載特性和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動機類型。</p><p>　　(

65、2) 根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力額啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機功率，</p><p>　　并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動機功率應(yīng)留有余量，負荷率一般取0.8～0.9。</p><p>　　(3) 根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護措施，選擇電動機的結(jié)構(gòu)型式。</p><p

66、>　　根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標準和對功率因素的要求，確定電動機的電壓等級和類型。</p><p>　　(5) 根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的要求，以及機械減速機構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價格、維護等等因素。</p><p>　　合理的確定電機功率P，使機床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低

67、功率因素。</p><p>　　由于設(shè)計達到的工件最大切削直徑為900mm，根據(jù)《金屬切削機床設(shè)計手冊》[3]表5-10查得，主軸轉(zhuǎn)速上限nmax=3000r/min，下限為nmin=30r/min?，F(xiàn)在以常見的中碳鋼為工件材料，取45號鋼，正火處理，車削外圓，表面粗糙度。采用車刀具，可轉(zhuǎn)位外圓車刀，刀桿尺寸：。刀具幾何參數(shù)：，</p><p>　　現(xiàn)以確定粗車是的切削用量為設(shè)計：<

68、/p><p>　?、?確定背吃刀量和進給量，根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》表8-50，取4mm，取。</p><p>　?、?確定切削速度，參《切削加工簡明實用手冊》表8-57，取</p><p>　?、?機床功率的計算，主切削力的計算</p><p>　　根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》-表8-59和8-60，</p><p>

69、;　　主切削力的計算公式及有關(guān)參數(shù)：</p><p>　　Fc= Ck (3-2)</p><p>　　Fp= Ck (3-3)</p><p>　　Ff= Ck (3-4)</p><p&g

70、t;　　由切削用量手冊表1-29查得：C=1433N，=1.0，=0.75，=0.15；C=572N，=0.9，=0.6，=0.3；C=561N，=1.0，=0.5，=0.4</p><p>　　將以上參數(shù)代入公式得：</p><p>　　Fc= Ck （3-5）</p><p>　　Fp= Ck （3-6）</p><p>　　Ff=

71、 Ck （3-7）</p><p>　　（2）主電機功率的估算：</p><p><b>　　切削功率PC為：</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　帶入?yún)?shù)得：</b></p><p><b>

72、;　?。?-9）</b></p><p><b>　　主電機的功率：</b></p><p>　　= （3-10）</p><p>　　依照一般情況，取機床變速效率。</p><p>　　根據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》表12-1Y系列（IP44）電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)，

73、Y系列（IP44）電動機為一般用途全封閉自扇冷式籠型異步電動機，具有防塵埃、鐵屑或其他雜物侵入電動機內(nèi)部的特點，B級絕緣，工業(yè)環(huán)境溫度不超過+400C，相對濕度不超過95%，海拔高度不超過1000m，額定電壓380V，頻率50Hz。適用于無特殊要求的機械上，如機床，泵，風(fēng)機，攪拌機，運輸機，農(nóng)業(yè)機械等。</p><p>　　根據(jù)以上要求，選取Y132S2─4型三相異步電動機，額定功率7.5kw,滿載轉(zhuǎn)速1500r

74、/min。</p><p>　　3.3.2 主軸主要參數(shù)的確定</p><p>　　主軸的主要參數(shù)是指：主軸平均直徑D（或主軸前軸頸直徑）；主軸內(nèi)孔直徑d；主軸懸伸量和主軸支承跨距。這些參數(shù)直接影響主軸的工作性能，但為簡化問題，主要是由靜剛度條件來確定這些參數(shù)；即選擇D、d、、使主軸獲得最大靜剛度，同時兼顧其它要求，如高速性、抗振性等。</p><p>　　主軸前軸

75、頸直徑的確定</p><p>　　主軸平均直徑對主軸部件剛度影響較大。加大直徑，可減少主軸本身彎曲變形引起的主軸軸端位移和軸承彈性變形引起的軸端位移，從而提高主軸部件剛度。但加大直徑受到軸承dn值得限制，同時造成相配零件尺寸加大、制造困難、結(jié)構(gòu)龐大和重量增加等，因此在滿足剛度要求下應(yīng)取較小值。</p><p>　　按機床主電動機功率來確定，由資料[16]圖6.1—83可取</p>

76、;<p>　　主軸內(nèi)孔直徑d的確定</p><p>　　確定孔徑的原則是，為減輕主軸重量，在滿足對空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下，應(yīng)取較大值。</p><p>　　對于數(shù)控機床，，本課題中車床主軸尾端需要安裝皮帶輪，軸徑較小，故取，即。</p><p><b>　　主軸懸伸量的確定</b></p&g

77、t;<p>　　主軸懸伸量是指主軸前端面到支承徑向反力作用中點的距離，它對主軸部件的剛度和抗振性影響很大。因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下盡可能取小值。減小的常見措施：</p><p>　?、俦M量采用短錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)。</p><p>　?、谕屏S承配置在前支承時，應(yīng)安裝在徑向軸承的內(nèi)側(cè)而不是外側(cè)。</p><p>　?、酆侠碓O(shè)計前支承的調(diào)整結(jié)構(gòu)和密封

78、裝置形式。盡量采用主軸端部的法蘭盤和軸肩等構(gòu)成密封裝置。</p><p>　?、懿捎孟蛐耐屏S承來代替向心軸承，成對安裝的圓錐滾子軸承，應(yīng)采取滾錐小端相對的形式；成對安裝的向心推力軸承應(yīng)采取背對背或面朝外的同方向排列形式。本課題中主軸前端的一對向心推力軸承正是采用這種安裝形式。</p><p>　?、莞淖冚S端夾具的結(jié)構(gòu)形式來減小值。</p><p>　　根據(jù)《實用機

79、床設(shè)計手冊》表8-24確定懸伸長=130mm，</p><p>　?。?）支承跨距的確定</p><p>　　支承跨距是指相鄰兩支承的支承反力作用點之間的距離。合理確定是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。當時，主軸部件具有最大剛度，即為主軸部件的最佳跨距。在具體設(shè)計時，往往由于結(jié)構(gòu)上的限制而使，這就造成主軸部件的剛度損失。合理跨距，通常取。因為D、一定時，越大，軸承的徑向跳動對主軸前端

80、的徑向跳動影響越小，且加大可較小振動。當需要遠大于時,可采用三支承結(jié)構(gòu)。</p><p>　　根據(jù)《實用機床設(shè)計手冊》圖8-23查得最佳跨距與懸伸長的比值L0/=2.3 即</p><p>　　L0=2.3=310mm，現(xiàn)取L合理=1.5L0=1.5310=462mm，為了方便取L合理=460mm</p><p><b>　　主軸頭的選用</b>

81、;</p><p>　　如前文所述，采用短錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)有利于減小主軸懸伸量。本課題選用C型法蘭式主軸端部，代號為6，其基本尺寸由資料[16]表6.1—31可獲得。</p><p>　　3.3.3主軸強度的校核</p><p>　?。?）選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。</p><p>　?、賹⑤S簡化為一簡支梁，畫出簡圖(圖3-3a)

82、</p><p>　?、诋嫶怪泵媸芰D，求出垂直面支反力（圖3-3b）</p><p>　　由，得 （3-11）</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　由，得 （3-13）</p><p><

83、;b>　?。?-14）</b></p><p>　　③畫水平面受力圖，求出水平面支反力(圖3-3b)</p><p>　　由，得 （3-15）</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　由，得 （3-17）</p><

84、p><b>　?。?-18）</b></p><p>　?、芾L制垂直面彎矩圖(圖3-3c)</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　⑤繪制水平面彎矩圖(圖3-3c)</p><p><b>　?。?-20）</b></p>&l

85、t;p>　?、蘩L制合成彎矩M圖（圖3-3d）</p><p><b>　?、窠孛婧铣蓮澗?lt;/b></p><p><b>　　（3-21）</b></p><p>　?、呃L制轉(zhuǎn)矩T圖（圖3-3e）</p><p><b>　　（3-22）</b></p>&

86、lt;p>　?、嗬L制當量彎矩Me圖（圖3-3e）</p><p>　　軸的轉(zhuǎn)矩可按脈動循環(huán)考慮，已知軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)，由《機械設(shè)計》表11-1查得</p><p><b>　　（3-23）</b></p><p><b>　　截面</b></p><p><b>　?。?-24）

87、</b></p><p>　?、嵝：宋ｋU截面處軸的直徑</p><p>　　由軸的結(jié)構(gòu)圖和當量彎矩圖可知截面處可能是危險截面</p><p><b>　　截面 </b></p><p><b>　　（3-25）</b></p><p><b>　?、?/p>

88、結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)與軸的尺寸相比較，危險截面的計算直徑小于其結(jié)構(gòu)設(shè)計確定的直徑即，當量彎矩法校核，軸的強度足夠。</p><p>　　圖3-3 主軸受力圖和彎矩轉(zhuǎn)矩圖</p><p>　　3.3.4主軸剛度的校核</p><p><b>　　按當量軸徑法計算</b></p>&

89、lt;p>　　1）按當量軸徑法計算</p><p><b>　　(3-26)</b></p><p><b>　　2）求B點撓度</b></p><p><b>　　(3-27)</b></p><p>　　查《機械設(shè)計》表11-6得機床主軸的許用撓度:</p>

90、;<p><b>　　(3-28)</b></p><p>　　經(jīng)比較，故B點剛度滿足要求。</p><p><b>　　3.4主軸軸承</b></p><p>　　3.4.1主軸軸承的類型</p><p>　　主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、

91、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。</p><p>　　機床主軸帶著刀具在支承件中作回轉(zhuǎn)運動，需要傳遞切削扭矩，承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。機床主軸支承根據(jù)主軸部件的轉(zhuǎn)速、承載能力及回轉(zhuǎn)精度等要求的不同而采用不同種類的軸承。主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機床上主軸軸承常用的有滾動軸承和滑動軸承。</p

92、><p><b>　　滾動軸承</b></p><p>　　主軸軸承是數(shù)控機床主軸內(nèi)一個重要的零部件，在主軸傳動過程中，可以起</p><p>　　到支撐機械體旋轉(zhuǎn)和減小摩擦的作用。軸承由于其類型、結(jié)構(gòu)、配置和精度的不同，以及安裝、調(diào)整程度的好壞，將對主軸部件的工作性能起到直接的影響。從功能和結(jié)構(gòu)上，主軸軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。<

93、/p><p>　　主軸軸承一般要求越輕越好，滾動軸承也不例外。軸承越輕，滾動體的直徑就越小，數(shù)量也越多，剛性就會越大。常采用輕系列、特輕系列和超輕系列，其中以特輕系列為主。</p><p><b>　　滑動軸承</b></p><p>　　滑動軸承是在滑動摩擦力作用下工作的軸承。由于軸頸和軸承內(nèi)壁間存在間隙，潤滑油可以將二者完全分隔開來，而使它們不

94、發(fā)生直接接觸。這類軸承工作平穩(wěn)、可靠、無噪聲。不僅可以大大降低摩擦阻力和部件表面磨損，而且其油膜還具有一定的吸振能力，增強了抗振性。</p><p>　　滑動軸承依據(jù)其產(chǎn)生油膜的壓強方式區(qū)別，可以分為液體動壓軸承和液體靜</p><p>　　壓軸承。液體動壓軸承隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，充入摩擦面之間縫隙內(nèi)的潤滑油量也逐漸增多，使軸頸和軸承分離，以降低摩擦阻力。</p><p

95、>　　圖3-4所示為主軸常用的幾種滾動軸承的類型：</p><p>　　（）雙列圓柱（b）雙列推力向（c）雙列圓錐（d）帶凸緣雙列圓（e）帶彈簧單列</p><p>　　滾子軸承 心球軸承 滾子軸承 柱滾子軸承 圓錐軸承</p><p>　　選擇所使用的軸承類型和組合方式時，應(yīng)綜合考慮主軸部件在各個方面的要求，以及軸承

96、的供給情況、成本、安裝調(diào)試的難易度等因素。通常情況下，主軸應(yīng)首選滾動軸承，尤其是對于立式主軸而言，只有當主軸水平放置，且加工工件的表面粗糙度數(shù)值較小時，才使用滑動軸承。不同類型主軸主軸軸承的優(yōu)缺點見表3.1。</p><p>　　表3.1數(shù)控機床的主軸軸承及其性能</p><p>　　3.4.2主軸軸承的配置和支承方案的選擇</p><p>　　根據(jù)主軸部件的工作精

97、度、剛度、溫升和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，合理配置軸承，可以提高主傳動系統(tǒng)的精度。采用滾動軸承支承，有許多不同的配置形式，目前數(shù)控機床主軸軸承的配置主要有如圖3-5示的幾種形式。</p><p>　　圖3-5 主軸軸承配置的集中形式</p><p>　　在圖3-5(a)所示的配置中，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60º角接觸球軸承組合，承受向載荷和軸向載荷，后支承采用成對角接觸球軸承，該配

98、置可滿足強力切削的要求，普遍應(yīng)用于各類組合機床。</p><p>　　在圖3-5(b)所示的配置形式中，前軸承采用角接觸球軸承，由3~2個軸承組成一套，背靠背安裝，承受徑向載荷和軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，這種配置適用于高速、重載的主軸部件。</p><p>　　在圖3-5(c)所示的配置形式中，前后支承均采用成對角接觸球軸承，以承受徑向載荷和軸向載荷，角接觸球軸承具有較好的高

99、速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達6000r/min，但這種軸承的承載能力小，因而這種配置適用于高速、輕載和精密的組合機床主軸。</p><p>　　在圖3-5(d)所示的配置形式中，前支撐采用雙列圓錐滾子軸承，承受徑向載荷和軸向載荷，后支承采用單列圓錐滾子軸承，這種配置徑向和軸向的剛度高，可承受重載荷，尤其能承受較強的動載荷，安裝與調(diào)整性能好，但主軸轉(zhuǎn)速和精度的提高受到限制，因此適用于中等精度，低速與重載荷的組合機床主軸

100、。</p><p>　　由于凸輪軸加工專機在加工時不僅需要受到軸向力，還會受到一定的徑向力。因此在本課題的軸承配置中選用如圖3-5(c)的方式。而本課題的預(yù)緊方式采用隔套調(diào)整法及鎖緊螺母預(yù)緊。固定端前支承的軸承用角接觸球軸承，后支承也選用角接觸球軸承。因此，本設(shè)計初步選用7210c型雙列角接觸球軸承。</p><p>　　3.4.3軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊</p><p>

101、;　　主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整。多數(shù)軸承，還應(yīng)能夠在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體和滾道之間有一定的預(yù)變形，這就是軸承的預(yù)緊。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾動體和滾道接觸。預(yù)緊后，滾動體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動體將更多，各滾動體的受力將更均勻。這都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動，則由于各個方向都

102、有滾動體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且太大的預(yù)緊將使軸承的壽命降低，故預(yù)緊要適當。</p><p>　　當滾動軸承存在較大間隙時，載荷將集中作用于受力方向上的少數(shù)滾動體，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉(zhuǎn)精度差。將滾動軸承進行適當預(yù)緊，使?jié)L動體與內(nèi)外圓滾道在接觸處產(chǎn)生預(yù)變形，使受載后承載的滾動體數(shù)量增多，受力趨向均勻，從而提高承載能力和剛度，有利于減少主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移，提高旋轉(zhuǎn)精度。

103、若過盈太大，軸承磨損加劇，承載能力將顯著下降。軸承所需的預(yù)緊量與軸承精度、類型和工作條件等因素有關(guān)，因此主軸組件必須具備軸承間隙的調(diào)整結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　軸承內(nèi)圈移動</b></p><p>　　這種方法適用于錐孔雙列圓柱滾子軸承。用螺母通過套筒推動內(nèi)圈在錐行軸頸上做軸向移動，使內(nèi)圈變形脹大，在滾道上產(chǎn)生過盈，從而達到預(yù)緊的目的。圖3-6所示為幾種軸承

104、內(nèi)圈的預(yù)緊形式。</p><p>　?。╟） （d）</p><p>　　圖3-6軸承的預(yù)緊形式</p><p>　　角接觸球軸承的預(yù)緊方式，把成對的兩個雙聯(lián)接角接觸軸承的兩個內(nèi)圈（背靠背組配）端面各磨去一定的量，在安裝時把它們壓緊以實現(xiàn)預(yù)緊，則稱為定位預(yù)緊。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無游隙，游動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動精度，剛

105、度，壽命和提高高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高，反而會使壽命下降。因此，預(yù)緊應(yīng)該合適。圖3-7所示為兩種修磨的形式。</p><p>　　修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè) （b）修磨軸承外圈的內(nèi)側(cè)</p><p>　　圖3-7修磨軸承座圈</p><p>　　圖3-7（a）所示為軸承外圍寬邊相對（背對背）安裝，這時修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè)，使間隙增大。</p>

106、<p>　　圖3-7（b）所示為外圍窄邊相對（面對面）安裝，這時修磨軸承外圈的窄邊。在安裝時按圖示的相對關(guān)系裝配，并用螺母或法蘭蓋將兩個軸承軸向壓攏，使兩個修磨過的端面貼緊，這樣能夠使兩個軸承的滾道之間產(chǎn)生預(yù)緊。</p><p>　　另一種方法是將兩個厚度不同的隔套放在兩軸承內(nèi)、外之間，同樣將兩個軸承軸向相對壓緊，使軌道之間產(chǎn)生預(yù)緊，隔套調(diào)整法如圖3.10所示。</p><p>

107、<b>　?。╞）</b></p><p><b>　　圖3-8隔套調(diào)整法</b></p><p>　　3.4.4主軸軸承設(shè)計計算</p><p>　　3.4.4.1軸承受力分析</p><p>　　軸承的受力簡圖參見圖3-9。從圖上可知，在A、B兩處所用的是同種型號的角接觸球軸承，且D處的軸承是成

108、對使用，共同承擔支承作用。所以，校驗C、D處7210C軸承只需受力最大處即可。</p><p><b>　　圖3-9軸承受力圖</b></p><p><b>　　已知：，，，</b></p><p>　　則軸承7210C所受徑向合力為</p><p><b>　　(3-29)</b

109、></p><p>　　軸承7000CD所受徑向合力為</p><p><b>　　(3-30)</b></p><p>　　3.4.4.2軸承7210C壽命計算</p><p>　　軸承的工作年限為7年（一年按300天計算），每天兩班工作制（按16h計算），則軸承預(yù)期計算壽命為</p><p&

110、gt;<b>　　(3-31)</b></p><p>　　已知軸承7210C所受的軸向負荷，徑向負荷。由表13-5查得分界判斷系數(shù)。</p><p><b>　　(3-32)</b></p><p>　　由表13-5查得徑向動載荷系數(shù)X=1，軸向動載荷系數(shù)Y=0。根據(jù)載荷性質(zhì)為中等沖擊，由表13-6查得載荷系數(shù)一般為1.

111、2~1.8，取。則軸承的當量動載荷為</p><p><b>　　(3-33)</b></p><p>　　以小時數(shù)表示的軸承壽命L10h(單位為h)為</p><p><b>　　(3-34)</b></p><p>　　式中：L10h —— 失效率10％（可靠度90％）的基本額定壽命（106r

112、）；</p><p>　　n —— 軸承的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；</p><p>　　C —— 基本額定動載荷，單位為N；</p><p>　　P —— 當量動載荷，單位為N；</p><p>　　ε —— 壽命指數(shù)，對球軸承ε=3，滾子軸承</p><p>　　查表22-42得基本額定動載荷。將上述參數(shù)帶入公式

113、，則以小時數(shù)表示的軸承壽命為</p><p><b>　　(3-35)</b></p><p>　　由于，所以能夠滿足要求。</p><p>　　3.4.4.3軸承7000CD壽命計算</p><p>　　軸承的工作年限為7年（一年按300天計算），每天兩班制（按16h計算），則軸承預(yù)期計算壽命為</p>

114、<p><b>　　(3-36)</b></p><p>　　已知軸承7000CD所受的軸向負荷，徑向負荷。由表13-5查得分界判斷系數(shù)。</p><p><b>　　(3-37)</b></p><p>　　由表13-5查得徑向動載荷系數(shù)X=0.41，軸向動載荷系數(shù)Y=0.87。根據(jù)載荷性質(zhì)為中等沖擊，由表13

115、-6查得載荷系數(shù)一般為1.2~1.8，取。則軸承的當量動載荷為</p><p><b>　　(3-38)</b></p><p>　　查表22-42得基本額定動載荷。將上述參數(shù)帶入公式（3.9），則以小時數(shù)表示的軸承壽命數(shù)為</p><p><b>　　(3-39)</b></p><p>　　由于

116、，所以能夠滿足要求。</p><p>　　3.5同步帶輪的設(shè)計與計算</p><p>　　帶傳動是由帶和帶輪組成傳遞運動和動力的傳動。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動和嚙合帶傳動。摩擦帶傳動是機床主要傳動方式之一，常見的有平帶傳動和V帶傳動；嚙合傳動只有同步帶一種。