SK40立式數(shù)控銑床設(shè)計(jì)－主軸部件設(shè)計(jì)

SK40立式數(shù)控銑床設(shè)計(jì)－主軸部件設(shè)計(jì),SK40立式數(shù)控銑床設(shè)計(jì)－主軸部件設(shè)計(jì),sk40,立式,數(shù)控,銑床,設(shè)計(jì),主軸,部件 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念 1 1.2 數(shù)控機(jī)床的組成與分類 2 1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向 4 1.4 SK40主軸與刀柄簡(jiǎn)介 4 第2章 SK40立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定 6 2.1 立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 6 2.2 對(duì)立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 6 2.3 主傳動(dòng)的類型及方案選擇 7 第3章 電機(jī)的選擇 9 3.1 確定主軸傳動(dòng)功率 9 3.2 電機(jī)的選擇 10 3.3 主軸的變速過(guò)程 11 第4章 主軸系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算及部件設(shè)計(jì) 12 4.1 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算 12 4.1.1 計(jì)算切削功率 12 4.1.2 計(jì)算主傳動(dòng)功率 13 4.1.3 變速級(jí)數(shù)Z的確定 13 4.2 主軸組件設(shè)計(jì) 13 4.2.1 概述 13 4.2.2 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 4.2.3 主軸強(qiáng)度的校核 19 4.3 軸承的設(shè)計(jì) 23 4.3.1 概述 23 4.3.2 軸承的類型選擇 23 4.3.3 軸承游隙等級(jí)的選擇 24 4.3.4 軸承的壽命計(jì)算 24 4.3.5 軸承布局 24 4.3.6 軸承裝置的設(shè)計(jì) 25 第5章 主軸的加工工藝設(shè)計(jì) 29 5.1 主軸加工工藝的主要內(nèi)容 29 5.2 對(duì)電主軸進(jìn)行工藝分析 29 5.3 電主軸的工藝路線設(shè)計(jì) 30 5.3.1 工序的劃分 30 5.3.2 工步劃分 30 5.4 電主軸加工工序設(shè)計(jì) 30 5.5 制定加工工藝卡 31 致 謝 III 參考文獻(xiàn) IV 摘 要 本 文 介 紹 了 立 式 數(shù) 控 銑 床 的 一 些 基 本 概 況 ， 簡(jiǎn) 述 了 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 。 立 式 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 立 式 數(shù) 控 銑 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 ， 該 立 式 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 立 式 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 及 潤(rùn) 滑 、 關(guān) 鍵 零 件 的 校 核 等 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 。 關(guān) 鍵 詞 ：立 式 數(shù) 控 銑 床 ； 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) ； 主 軸 組 件 ； 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) Abstract This text introduces the sign type number to control some basic general situations of the miller, Chien says the tool machine lord to spread the principle and types of move the systems, analyzing various mechanism that spreads to move the project.The sign type number controls the miller lord to spread to move the system to include the principal axis electric motor, principal axis to spread to move the system and the principal axis module three partses to constitute.Detailed introduction of this text the sign type number controls the design process that the miller lord spreads to move the system, should the sign type number control the miller principal axis to become soon the box is to is carry on by wheel gear to spread to move of, the principal axis box spreads to move the system adoption wheel gear to spread to move, spreading to move the form adoption concentration type to spread to move, the principal axis become soon many of the system adoption slip to move the wheel gear to become soon.The wheel gear spreads to move to have to spread to move the efficiency high, the structure tightly packed, work credibility, the life span is long, spreading to move than accurate etc. advantage.It introduced the sign type number to control the miller lord to spread to move various comparison, lord that spreads to move the project merit and shortcoming of system to spread in the text the choice and assurance, lords of move the projects spread to move to become soon system of design, bearings of design calculation, the principal axis module choose the control of the school pit, and the principal axis electric motor of use the lubrication, the key spare parts etc. the design process. Key words： The sign type number controls the miller;The lord spreads to move the system;Principal axis module;Principal axis electric motor. II 第1章 緒論 1.1 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念 1、 數(shù) 控 技 術(shù) 數(shù) 控 技 術(shù) 是 本 世 紀(jì) 中 期 發(fā) 展 起 來(lái) 的 機(jī) 床 控 制 技 術(shù) ， 是 用 數(shù) 字 信 息 對(duì) 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) 和 工 作 過(guò) 程 進(jìn) 行 控 制 的 技 術(shù) 。 數(shù) 控 裝 備 是 以 數(shù) 控 技 術(shù) 為 代 表 的 新 技 術(shù) 對(duì) 傳 統(tǒng) 制 造 產(chǎn) 業(yè) 和 新 興 制 造 業(yè) 的 滲 透 行 程 的 機(jī) 電 一 體 化 鏟 平 ， 即 所 謂 的 數(shù) 字 化 裝 備[1]。 (1)數(shù) 控 與 數(shù) 控 機(jī) 床 數(shù) 字 控 制 (Numerical Control， 簡(jiǎn) 稱 NC） ,國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 定 義 為 ： 是 用 數(shù) 字 化 信 號(hào) 對(duì) 機(jī) 床 的 運(yùn) 動(dòng) 及 其 加 工 過(guò) 程 進(jìn) 行 控 制 的 一 種 方 法[2]。 定 義 中 的 機(jī) 床 ， 不 僅 指 金 屬 切 削 機(jī) 床 ， 還 包 括 其 他 各 類 機(jī) 床 ， 如 線 切 割 機(jī) 床 等 。 數(shù) 控 機(jī) 床（Numerical Control Machine Tools） 是 技 術(shù) 密 集 度 及 自 動(dòng) 化 程 度 很 高 的 機(jī) 電 一 體 化 加 工 裝 備 。 簡(jiǎn) 單 地 說(shuō) 就 是 采 用 了 數(shù) 控 技 術(shù) 的 機(jī) 床 ， 或 者 說(shuō) 是 裝 備 了 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 機(jī) 床[3]。 國(guó) 際 信 息 處 理 聯(lián) 盟（Internaional Federationof Information Proceccing，簡(jiǎn) 稱 IFIP）第 五 技 術(shù) 委 員 會(huì) 對(duì) 數(shù) 控 機(jī) 床 作 了 如 下 定 義 ： 數(shù) 控 機(jī) 床 是 一 種 裝 有 程 序 控 制 系 統(tǒng) 的 機(jī) 床， 該 系 統(tǒng) 能 邏 輯 地 處 理 具 有 特 定 代 碼 和 其 他 符 號(hào) 編 碼 指 令 規(guī) 定 的 程 序 。 (2)數(shù) 控 系 統(tǒng) 數(shù) 控 系 統(tǒng) （NC System） 就 是 上 訴 定 義 中 所 指 的 那 種 程 序 控 制 系 統(tǒng)[4] ， 它 是 邏 輯 地 處 理 駛 入 到 系 統(tǒng) 中 具 有 特 定 代 碼 的 程 序 ， 并 將 其 譯 碼 ， 從 而 使 機(jī) 床 運(yùn) 行 并 加 工 零 件 。 數(shù) 控 系 統(tǒng) 在 本 質(zhì) 上 是 一 臺(tái) 計(jì) 算 機(jī) 。 在 硬 件 方 面 ， 它 經(jīng) 歷 了 電 子 管 、 晶 體 管 、 小 規(guī) 模 集 成 電 路 、 微 處 理 機(jī) 到 當(dāng) 前 PC結(jié) 構(gòu) 的 五 代 發(fā) 展 ； 在 體 系 結(jié) 構(gòu) 上 ， 經(jīng) 歷 了 硬 件 數(shù) 控 系 統(tǒng)（NC）、 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 （CNC）、 到 目 前 的 PC數(shù) 控（PC-NC）三 個(gè) 階 段 [5]。 2、 數(shù) 控 加 工 數(shù) 控 加 工 技 術(shù) 是 20世 紀(jì) 40年 代 后 期 為 適 應(yīng) 加 工 復(fù) 雜 外 形 零 件 而 發(fā) 展 起 來(lái) 的 一 種 自 動(dòng) 化 加 工 技 術(shù) 。 數(shù) 控 加 工 就 是 用 數(shù) 控 機(jī) 床 加 工 零 件 的 方 法 。 數(shù) 控 加 工 是 伴 隨 數(shù) 控 機(jī) 床 的 產(chǎn) 生 、 發(fā) 展 而 逐 步 完 善 起 來(lái) 的 一 種 應(yīng) 用 技 術(shù) ， 它 是 人 們 長(zhǎng) 期 從 事 數(shù) 控 加 工 實(shí) 踐 的 經(jīng) 驗(yàn) 總 結(jié) 。 1.2 數(shù)控機(jī)床的組成與分類 1、 數(shù) 控 機(jī) 床 的 組 成 數(shù) 控 機(jī) 床 的 種 類 很 多 ， 但 是 任 何 一 種 數(shù) 控 機(jī) 床 都 主 要 由 數(shù) 控 系 統(tǒng) 、 伺 服 系 統(tǒng) 和 機(jī) 械 系 統(tǒng) 組 成 。 (1)數(shù) 控 系 統(tǒng) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 核 心 ， 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 “ 指 揮 系 統(tǒng) ” 。 數(shù) 控 系 統(tǒng) 通 常 是 一 臺(tái) 帶 有 專 門 系 統(tǒng) 軟 件 的 專 用 微 型 計(jì) 算 機(jī) 。 (2)伺 服 系 統(tǒng) 伺 服 系 統(tǒng) （ 或 稱 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) ） 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)[6]， 是 由 驅(qū) 動(dòng) 和 執(zhí) 行 兩 大 部 分 組 成 。 用 于 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 控 機(jī) 床 的 進(jìn) 給 伺 服 控 制 和 株 洲 伺 服 控 制 。 它 接 受 數(shù) 控 裝 置 的 指 令 信 息 ， 并 按 指 令 信 息 的 要 求 控 制 執(zhí) 行 部 件 的 進(jìn) 給 熟 讀 、 方 向 和 位 移 。 (3)機(jī) 械 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 的 機(jī) 械 系 統(tǒng) ， 除 機(jī) 床 基 礎(chǔ) 件 意 外 ， 有 下 列 各 部 分 組 成 : a、 主 軸 部 件 ： 包 括 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) 和 主 軸 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 。 b、 進(jìn) 給 系 統(tǒng) ： 包 括 進(jìn) 給 執(zhí) 行 電 動(dòng) 機(jī) 和 進(jìn) 給 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 。 c、 實(shí) 現(xiàn) 共 建 回 轉(zhuǎn) 、 定 位 的 裝 置 和 附 件 。 d、 實(shí) 現(xiàn) 某 些 部 件 動(dòng) 作 和 輔 助 功 能 的 系 統(tǒng) 和 裝 置 。 e、 刀 庫(kù) 和 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 (Autormatic Tools Changer，簡(jiǎn) 稱 ATC) [7] f、 自 動(dòng) 托 盤 交 換 裝 置（Autormatic Pallet Changer， 簡(jiǎn) 稱 APC） 機(jī) 床 基 礎(chǔ) 件 或 稱 機(jī) 床 大 件 ， 通 常 是 指 床 身 (或 底 座 )、 立 柱 、 滑 座 和 工 作 臺(tái) 等 ， 它 是 整 臺(tái) 機(jī) 床 的 基 礎(chǔ) 和 框 架[8]。 1、 數(shù) 控 機(jī) 床 的 分 類 (1)按 工 藝 用 途 分 按 照 工 藝 的 不 同 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 可 分 為 數(shù) 控 車 床 、 數(shù) 控 銑 床 、 數(shù) 控 鉆 床 、 數(shù) 控 鏜 床 、 數(shù) 控 齒 輪 加 工 機(jī) 床 、 數(shù) 控 電 火 花 加 工 機(jī) 床 、 數(shù) 控 線 切 割 機(jī) 床 、 數(shù) 控 沖 床 、 數(shù) 控 剪 床 、 數(shù) 控 液 壓 機(jī) 等 各 種 工 藝 用 途 的 數(shù) 控 機(jī) 床[9]。 (2)按 運(yùn) 動(dòng) 方 式 劃 分 按 運(yùn) 動(dòng) 方 式 即 刀 具 與 工 件 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 方 式 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 可 分 為 ： 點(diǎn) 位 控 制 、 直 線 控 制 和 輪 廓 控 制[10]。 (3)按 伺 服 系 統(tǒng) 類 型 劃 分 按 伺 服 系 統(tǒng) 類 型 的 不 同 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 可 分 為 ： 開 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 、 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 和 半 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 時(shí) 空 機(jī) 床 。 a、 開 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 開 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 是 一 種 不 叫 原 始 的 數(shù) 控 機(jī) 床 。 這 類 機(jī) 床 的 數(shù) 控 系 統(tǒng) 將 零 件 的 程 序 處 理 后 ， 輸 出 數(shù) 據(jù) 指 令 給 伺 服 系 統(tǒng) ， 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) ， 沒 有 來(lái) 自 位 置 傳 感 器 的 反 饋 信 號(hào)[11]。 最 典 型 的 系 統(tǒng) 就 是 采 用 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 伺 服 系 統(tǒng) 。 這 類 系 統(tǒng) 的 信 息 流 是 單 向 的 ， 即 進(jìn) 給 脈 沖 發(fā) 出 去 以 后 ， 實(shí) 際 移 動(dòng) 值 不 再 反 饋 回 來(lái) ， 所 以 稱 為 開 環(huán) 控 制 。 這 類 機(jī) 床 較 為 經(jīng) 濟(jì) ， 但 加 工 速 度 和 加 工 精 度 較 低 。 b、 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 帶 有 檢 測(cè) 裝 置 ， 直 接 對(duì) 工 作 臺(tái) 的 位 移 量 進(jìn) 行 檢 測(cè)[12]。 這 類 控 制 系 統(tǒng) ， 因 為 把 機(jī) 床 工 作 臺(tái) 納 入 位 置 控 制 環(huán) ， 故 稱 為 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 。 該 系 統(tǒng) 可 以 消 除 包 括 工 作 臺(tái) 傳 動(dòng) 鏈 在 內(nèi) 的 運(yùn) 動(dòng) 誤 差 ， 因 而 定 位 精 度 高 、 調(diào) 節(jié) 速 度 快 。 但 由 于 該 系 統(tǒng) 受 進(jìn) 給 絲 杠 的 拉 壓 剛 度 、 扭 轉(zhuǎn) 剛 度 、 摩 擦 阻 尼 特 性 和 間 隙 等 非 線 性 因 素 的 影 響 ， 給 調(diào) 試 工 作 造 成 較 大 的 困 難 。 由 于 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 復(fù) 雜 和 成 本 高 ， 故 適 用 于 精 度 要 求 很 高 的 數(shù) 控 機(jī) 床 ， 如 精 密 鏜 銑 床 、 超 精 密 數(shù) 控 機(jī) 床 等 。 c、 半 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 大 多 數(shù) 數(shù) 控 機(jī) 床 是 半 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) ， 這 類 系 統(tǒng) 介 于 開 環(huán) 和 閉 環(huán) 之 間 ， 精 度 沒 有 閉 環(huán) 高 ， 調(diào) 試 卻 比 閉 環(huán) 方 便 ， 因 而 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 (4)按 數(shù) 控 機(jī) 床 系 統(tǒng) 的 功 能 水 平 劃 分 按 數(shù) 控 機(jī) 床 系 統(tǒng) 的 功 能 水 平 可 分 為 ： 低 檔 、 中 檔 和 高 檔 。 按 控 制 軸 數(shù) 和 聯(lián) 動(dòng) 軸 數(shù) 可 分 為 幾 軸 聯(lián) 動(dòng) 等 多 種 數(shù) 控 機(jī) 床 ； 按 數(shù) 控 機(jī) 床 功 能 多 少 可 分 為 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 機(jī) 床 和 全 功 能 型 數(shù) 控 機(jī) 床 等 [13]。 1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向 1、 數(shù) 控 機(jī) 床 的 特 點(diǎn) 數(shù) 控 機(jī) 床 與 普 通 機(jī) 床 比 較 具 有 以 下 特 點(diǎn) 。 （ 1） 自 動(dòng) 化 程 度 高 。 （ 2） 進(jìn) 給 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 。 （ 3） 工 藝 復(fù) 合 化 和 功 能 集 成 化 。 （ 4） 具 有 加 工 復(fù) 雜 形 狀 兩 件 的 能 力 。 （ 5） 具 有 高 度 柔 性 ， 適 用 性 強(qiáng) 。 （ 6） 加 工 精 度 高 、 質(zhì) 量 穩(wěn) 定 。 （ 7） 生 產(chǎn) 效 率 高 。 2、 數(shù) 控 機(jī) 床 的 發(fā) 展 方 向 當(dāng) 今 數(shù) 控 機(jī) 床 正 朝 著 以 下 幾 個(gè) 方 向 發(fā) 展 。 （ 1） 高 速 度 、 高 精 度 。 （ 2） 多 功 能 化 。 （ 3） 智 能 化 。 （ 4） 目 前 CAD/CAM圖 形 交 互 式 自 動(dòng) 變 成 已 得 到 較 多 的 應(yīng) 用 ， 是 數(shù) 控 技 術(shù) 發(fā) 展 的 新 趨 勢(shì) 。 （ 5） 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) 。 （ 6） 控 制 系 統(tǒng) 小 型 化 和 時(shí) 空 系 統(tǒng) 小 型 化 便 于 將 機(jī) 、 電 裝 置 結(jié) 合 為 一 體[14]。 1.4 SK40主軸與刀柄簡(jiǎn)介 加 工 中 心 的 主 軸 錐 孔 通 常 分 為 兩 大 類[15]， 即 錐 度 為 7： 24的 通 用 系 統(tǒng) 和 1： 10的 HSK真 空 系 統(tǒng) 。 SK系 列 主 軸 與 刀 具 屬 于 錐 度 為 7： 24的 德 國(guó) DIN標(biāo) 準(zhǔn) 通 用 系 統(tǒng) 。 SK40刀 柄 如 圖 1.1所 示 ， 各 尺 寸 數(shù) 值 見 表 1.1。 圖1.1SK40刀柄 表1.1 SK40刀柄尺寸 規(guī) 格 D1 D2 D3max D4 D5 D6 L1 SK40 44.45 17 48 50 63.55 72.3 68.4 第2章 SK40立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定 2.1 立式數(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 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 為 變 速 功 能 全 部 或 大 部 分 主 軸 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)立式數(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 實(shí) 現(xiàn) 運(yùn) 動(dòng) 的 開 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 圖 2.1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2.1 變速齒輪主傳動(dòng) 圖2.2 帶傳動(dòng)主傳動(dòng) 2、 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 于 數(shù) 控 車 床 ， 它 可 避 免 齒 輪 傳 動(dòng) 時(shí) 引 起 的 振 動(dòng) 和 噪 聲 ， 見 圖 2.2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 2.3所 示 。 圖2.3 直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng) 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 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 調(diào) 速 電 機(jī) 直 接 驅(qū) 動(dòng) 的 主 傳 動(dòng) 。 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 調(diào) 速 電 機(jī) 直 接 驅(qū) 動(dòng) 的 主 傳 動(dòng) 。 第3章 電機(jī)的選擇 現(xiàn) 在 的 數(shù) 控 銑 床 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 無(wú) 級(jí) 變 速 或 無(wú) 級(jí) 變 速 加 有 級(jí) 變 速 ， 數(shù) 控 銑 床 一 般 都 采 用 由 直 流 或 交 流 調(diào) 速 電 動(dòng) 機(jī) 作 為 驅(qū) 動(dòng) 的 電 氣 無(wú) 級(jí) 調(diào) 速 。 由 于 數(shù) 控 銑 床 的 運(yùn) 動(dòng) 調(diào) 速 范 圍 較 大 ， 單 靠 調(diào) 速 電 機(jī) 無(wú) 法 滿 足 這 么 大 的 調(diào) 速 范 圍 ， 另 一 方 面 調(diào) 速 電 機(jī) 的 功 率 扭 矩 特 性 也 難 于 直 接 與 機(jī) 床 的 功 率 和 轉(zhuǎn) 矩 要 求 相 匹 配 。 因 此 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 主 傳 動(dòng) 變 速 系 統(tǒng) 常 常 在 無(wú) 級(jí) 變 速 電 機(jī) 之 后 串 聯(lián) 機(jī) 械 有 級(jí) 變 速 傳 動(dòng) ， 以 滿 足 機(jī) 床 要 求 的 調(diào) 速 范 圍 和 轉(zhuǎn) 矩 特 性 。 3.1 確定主軸傳動(dòng)功率 數(shù) 控 銑 床 的 加 工 范 圍 一 般 都 比 較 大 ， 所 傳 動(dòng) 的 額 定 功 率 可 以 根 據(jù) 典 型 切 削 工 藝 的 情 況 計(jì) 算 ， 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 的 銑 床 主 要 的 加 工 范 圍 ， 查 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 確 定 如 下 典 型 加 工 工 藝 ： 用 高 速 剛 圓 柱 平 刀 銑 削 灰 鑄 鐵 工 件 平 面 ， 刀 具 直 徑 D=100mm， 刀 齒 數(shù) 為 10，工 件 材 料 為 HT200， 硬 度 190HBS， 切 削 速 度=23.5m/min， 進(jìn) 給 速 度 為 160mm/min，背 吃 刀 量 ＝ 5mm， 切 寬 為 75mm。 由 公 式 =計(jì) 算 得 =1200r/min 則 每 齒 進(jìn) 給 量 ＝ ＝ ＝0.013mm 根 據(jù) 典 型 切 削 工 藝 公 式 ： P切＝2.8× · · · B· · · 式 中 ： t— 切 削 厚 度 ， 即 被 吃 刀 量（mm） — 每 齒 進(jìn) 給 量（mm） B— 切 削 寬 度（mm） Z— 刀 齒 數(shù) HB—材 料 硬 度 代 入 數(shù) 值 得 P切=2.8××5×0.013×75×10×1200×=4300W=4.3KW 主 傳 動(dòng) 的 總 效 率 一 般 可 取 為η=0.70～0.85,數(shù) 控 機(jī) 床 的 主 傳 動(dòng) 多 用 調(diào) 速 電 機(jī) 和 有 限 的 機(jī) 械 變 速 傳 動(dòng) 實(shí) 現(xiàn) ， 傳 動(dòng) 鏈 較 短 ， 因 此 效 率 可 取 較 大 值 ， 由 此 可 求 得 主 軸 傳 遞 的 功 率 為 P===5.4kw 3.2 電機(jī)的選擇 現(xiàn) 在 數(shù) 控 機(jī) 床 常 用 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 和 交 流 調(diào) 頻 電 機(jī) 兩 種 。 目 前 ， 中 小 型 數(shù) 控 機(jī) 床 中 ， 交 流 調(diào) 頻 電 機(jī) 已 占 優(yōu) 勢(shì) ， 有 取 代 直 流 電 機(jī) 之 勢(shì) 。 本 文 所 設(shè) 計(jì) 的 銑 床 采 用 交 流 調(diào) 頻 電 機(jī) 調(diào) 節(jié) 電 源 頻 率 來(lái) 達(dá) 到 調(diào) 速 的 目 的 ， 額 定 轉(zhuǎn) 速 常 為1500r/min， 如 圖 3.1所 示 是 變 速 電 機(jī) 的 功 率 特 性 。 從 額 定 轉(zhuǎn) 速 到 最 高 轉(zhuǎn) 速 的 區(qū) 域Ⅰ為 恒 功 率 區(qū) ， 從 最 低 轉(zhuǎn) 速 至 的 區(qū) 域Ⅱ?yàn)?恒 轉(zhuǎn) 矩 區(qū) 。 圖 3.1 變速電動(dòng)機(jī)的功率特性 在 設(shè) 計(jì) 數(shù) 控 銑 床 主 傳 動(dòng) 時(shí) ， 必 須 考 慮 電 機(jī) 與 機(jī) 床 主 軸 功 率 特 性 匹 配 問 題 。 由 于 主 軸 要 求 的 恒 功 率 變 速 范 圍 遠(yuǎn) 大 于 電 機(jī) 的 恒 功 率 變 速 范 圍 ， 所 以 在 電 機(jī) 與 主 軸 之 間 要 串 聯(lián) 一 個(gè) 分 級(jí) 變 速 箱 ， 以 擴(kuò) 大 其 功 率 調(diào) 速 范 圍 ， 滿 足 低 速 大 功 率 切 削 時(shí) 對(duì) 電 機(jī) 的 輸 出 功 率 要 求 。 為 了 簡(jiǎn) 化 變 速 箱 結(jié) 構(gòu) ， 變 速 級(jí) 數(shù) 應(yīng) 少 些 ， 變 速 箱 公 比 可 取 大 于 電 機(jī) 的 恒 功 率 調(diào) 速 范 圍 ， 即 >。 這 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) 功 率 特 性 圖 中 出 現(xiàn) “ 缺 口 ” ， 稱 之 功 率 降 低 區(qū) 。 使 用 “ 缺 口 ” 范 圍 內(nèi) 的 轉(zhuǎn) 速 時(shí) ， 為 限 制 轉(zhuǎn) 矩 過(guò) 大 ， 得 不 到 電 動(dòng) 機(jī) 輸 出 的 全 部 功 率 。 為 保 證 缺 口 處 的 輸 出 功 率 ， 電 動(dòng) 機(jī) 的 功 率 應(yīng) 相 應(yīng) 的 增 大 。 為 了 滿 足 主 軸 傳 遞 5.4kw， 最 高 轉(zhuǎn) 速 4000r/min的 要 求 ， 選 擇 上 海 富 田 電 機(jī) 生 產(chǎn) 的IAG系 列 變 頻 調(diào) 速 專 用 感 應(yīng) 電 動(dòng) 機(jī) ， 其 型 號(hào) 為 IAG132M-1500-7.5。 其 中 ：IAG—系 列 代 號(hào) 132— 極 座 號(hào) （ 中 心 高 ） M— 機(jī) 座 長(zhǎng) 度 代 號(hào) ， 有 S、 M、 L三 種 類 型 1500— 基 本 轉(zhuǎn) 速 （ 單 位 ： r/min） 7.5— 額 定 功 率 （ 單 位 ：kw） 電 機(jī) 在 60-1500r/min內(nèi) ， 實(shí) 現(xiàn) 恒 扭 矩 輸 出 ， 在 1500-500r/min內(nèi) 實(shí) 現(xiàn) 恒 功 率 輸 出 ； 最 高 轉(zhuǎn) 速 可 以 達(dá) 到 6000r/min， 當(dāng) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 達(dá) 到 6000r/min， 扭 矩 特 性 不 好 ， 因 此 一 般 情 況 下 轉(zhuǎn) 速 只 達(dá) 到 4500r/min 3.3 主軸的變速過(guò)程 為 了 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 控 銑 床 的 無(wú) 級(jí) 變 速 ， 本 設(shè) 計(jì) 采 用 的 是 交 流 調(diào) 頻 電 機(jī) ， 通 過(guò) 對(duì) 電 源 頻 率 的 調(diào) 節(jié) 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 主 軸 的 增 /減 速 傳 動(dòng) 。 第4章 主軸系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算及部件設(shè)計(jì) 4.1 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算 4.1.1 計(jì)算切削功率 1、切削力的計(jì)算 銑 削 時(shí) 的 切 削 力 ， 公 式 如 下 （4-1） 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 ：=132N 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 ： （4-2） 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 ： =2.2kw 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 4.1.2 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 （4-3） 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 4.1.3 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 （4-4） 雖 然 此 中 方 法 功 率 特 性 圖 示 連 續(xù) 的、無(wú) 缺 口 (即 沒 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。 4.2 主軸組件設(shè)計(jì) 4.2.1 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)。 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） 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 ：剛 度 原 則 ,本 次 設(shè) 計(jì) 選 擇 轉(zhuǎn)軸 。 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 。 4.2.2 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 。 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 主軸受載圖 （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 。 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 。 3、草擬軸上零件的裝配方案 圖4.2 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 ， 如圖4.2所 示 立 式 數(shù) 控 銑 床 主 軸 的 裝 配 。 端 蓋（曲 路 密 封 ）、套 筒（曲 路 密 封）、前 軸 承（前 支 撐）、 軸 套 、 軸 承（后 支 撐）、套 筒（曲 路 密 封）、齒 輪（ 動(dòng) 力 輸 入 部 分）、圓 螺 母、軸 承、端 蓋、依 次 從 軸 的 后 端 向 前 端 安 裝。 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 、 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 。 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 為 為 空 心 軸 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=100mm。 （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 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 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≠ 最 佳 合 理 跨 距 。 這 樣 就 造 成 主 軸 組 件 的 剛 度