SSCK20系列數(shù)控車床主軸箱設(shè)計【優(yōu)秀設(shè)計含全套CAD圖紙】

SSCK20系列數(shù)控車床主軸箱設(shè)計【優(yōu)秀設(shè)計含全套CAD圖紙】,優(yōu)秀設(shè)計含全套CAD圖紙,ssck20,系列,數(shù)控車床,主軸,設(shè)計,優(yōu)秀,優(yōu)良,全套,cad,圖紙 沈陽理工大學學士學位論文摘 要此次設(shè)計是以SSCK20系列數(shù)控車床主軸箱設(shè)計為主要內(nèi)容。講述了數(shù)控機床主軸箱的組成、結(jié)構(gòu)、設(shè)計要求與設(shè)計方法。主軸箱又稱床頭箱，是數(shù)控機床的主要傳動系統(tǒng)它包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它的主要任務(wù)是將主電機傳來的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過一系列的變速機構(gòu)使主軸達到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時主軸箱分出部分動力將運動傳給進給箱。主軸箱中主軸是車床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，機床的使用價值就會降低。它與普通車床的主軸箱比較，相對于比較簡單只有兩極或三級齒輪變速系統(tǒng)，它主要是用以擴大電動機無級調(diào)速的范圍，以滿足一定恒功率和轉(zhuǎn)速的問題。主軸箱作為數(shù)控車床的主要組成部分，對數(shù)控車床的加工性能起著至關(guān)重要的作用，因而主軸箱的設(shè)計就顯得格外的重要。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 主軸箱 主傳動 設(shè)計AbstractThis design takes the NC lathe headstock design as the primary coverage。It has mainly narrated the composition, the structure, the design requirements and the design method of the numerically-controlled machine tool headstock。The headstock is the main drive system of numerically-controlled machine tool, it includs electric motor, transmission system and spindle unit, its primary mission is advocates rotary motion which the electrical machinery transmits through a series of gearshift mechanism to enable the main axle to achieve the pro and con two kinds change different rotational speed, simultaneously the headstock branches out partial powers to pass to the movement the gear box. In the headstock the main axle is lathes crucial element, the stability of the main axle revolving on the bearing, influence work piece processing quality immediately. Once the main axles running accuracy reduces, the lathes use value will reduce. It compares with conventional lathes headstock, it is opposite with that in quite simple only the two-pole or the third-level gears speed change system. It is mainly uses to expand the electric motor stepless speed regulation the scope, to satisfy the certainly permanent power and the rotational speed.As the key component of the numerical control lathe, the headstock plays a very important role to the numerical control lathes workability, therefore headstocks design appears important especially.目錄緒 論51 設(shè)計題目與內(nèi)容61.1 題目61.2設(shè)計內(nèi)容與要求62 主傳動系統(tǒng)設(shè)計72.1 主傳動系統(tǒng)的特點72.2 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求72.3主傳動系統(tǒng)的配置方式92.4主傳動系統(tǒng)的機構(gòu)設(shè)計102.5主傳動變速系統(tǒng)的參數(shù)112.5.1 主傳動功率參數(shù)112.5.2運動參數(shù)112.6主傳動系統(tǒng)設(shè)計132.6.1 無級變速傳動設(shè)計原則142.6.2 轉(zhuǎn)速圖的設(shè)定152.6.3齒輪齒數(shù)的確定172.6.4繪制傳動系統(tǒng)圖192.6.5主軸及各傳動軸計算轉(zhuǎn)速的確定202.6.6各傳動軸軸徑的估算202.6.7齒輪模數(shù)的估算222.7皮帶輪的設(shè)計243 車床主軸部件293.1車床主軸組件的基本要求293.1.1旋轉(zhuǎn)精度293.1.2剛度293.1.3抗振性293.1.4耐磨性303.1.5溫升和熱變形303.1.6精度保持性303.2主軸組件的傳動方式303.2.1主軸傳動部件位置的合理布置304 主軸的設(shè)計324.1 主軸的結(jié)構(gòu)324.2主軸的材料與熱處理324.3主軸的技術(shù)要求324.4主軸主要參數(shù)的計算334.4.1 主軸直徑334.4.2 主軸的內(nèi)孔直徑334.4.3主軸前端的懸伸量及主軸的支撐跨距344.5主軸端部的結(jié)構(gòu)形式355 主軸軸承的選擇365.1主軸部件軸承的選擇365.2主軸滾動軸的選擇365.3 滾動軸的精度選擇396 機床零件的驗算416.1 傳動軸的驗算416.2齒輪的驗算476.2.1第一對齒輪的驗算496.2.2第二對齒輪的驗算506.2.3第三對齒輪的驗算526.3滾動軸承的驗算53結(jié)束語55致 謝56參考文獻57附錄 A 英文原文58附錄B 英文譯文66緒 論隨著市場上產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快和對零件精度提出更高的要求，傳統(tǒng)機床已不能滿足要求。數(shù)控機床由于眾多的優(yōu)點已成為現(xiàn)代機床發(fā)展的主流方向。它的發(fā)展代表了一個國家設(shè)計、制造的水平，在國內(nèi)外都受到高度重視。現(xiàn)代數(shù)控機床是信息集成和系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)設(shè)備，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生產(chǎn)效率高、自動化程度高、對加工對象的適應(yīng)強等優(yōu)點。實現(xiàn)加工機床及生產(chǎn)過程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當今制造業(yè)的發(fā)展方向?？梢哉f，機械制造競爭的實質(zhì)就是數(shù)控技術(shù)的競爭。本課題的目的和意義在于通過設(shè)計中運用所學的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的理論知識，生產(chǎn)實習和實驗等實踐知識，達到鞏固、加深和擴大所學知識的目的。通過設(shè)計分析比較機床的某些典型機構(gòu)，進行選擇和改進，學習構(gòu)造設(shè)計，進行設(shè)計、計算和編寫技術(shù)文件，達到學習設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計學習查閱有關(guān)設(shè)計手冊、設(shè)計標準和資料，達到積累設(shè)計知識和提高設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計獲得設(shè)計工作的基本技能的訓練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進行一般機械的設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。近年來國際上數(shù)控機床的發(fā)展不斷朝著高速化、高精度化、功能復合化、控制智能化、體系開放化、驅(qū)動并聯(lián)化、極端化、信息交互網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但是我們也必須看到與發(fā)達國家相比我們還有很大的差距。國產(chǎn)數(shù)控機床還缺乏核心技術(shù)，中高檔機床仍需從國外進口，其主要原因在于缺乏對機床結(jié)構(gòu)與精度、可靠性等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究、制造水平落后等。1 設(shè)計題目與內(nèi)容1.1 題目SSCK20系列數(shù)控車床的主軸箱設(shè)計，其主要參數(shù)如下：最大加工直徑 200mm，車床的轉(zhuǎn)速范圍 90r/min2700r/min，電動機的轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速3000r/min，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，電動機額定功率 11Kw，試確定其主軸箱結(jié)構(gòu)，并根據(jù)以上參數(shù)要求，對該型號的數(shù)控車床主軸箱進行設(shè)計，主要是主傳動系統(tǒng)的設(shè)計，并通過計算，驗算整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。1.2 設(shè)計內(nèi)容與要求該設(shè)計主要包括三方面的內(nèi)容：一、運動設(shè)計，根據(jù)機床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速，擬定轉(zhuǎn)速圖、傳動系統(tǒng)圖、計算帶輪直徑和齒輪齒數(shù)。二、動力設(shè)計，根據(jù)機床類型、規(guī)格及工作條件，確定主電動機功率；確定主軸及各傳動件的計算轉(zhuǎn)速；初定傳動軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動帶型號及帶根數(shù)。在結(jié)構(gòu)機構(gòu)設(shè)計之后，再對機床主要傳動件、零件，進行應(yīng)力、變形和壽命的驗算，并修改結(jié)構(gòu)設(shè)計。三、機構(gòu)設(shè)計，完成運動設(shè)計和動力設(shè)計之后，還要將主傳動方案“結(jié)構(gòu)化”。要設(shè)計主軸變速箱裝配圖及零件工作圖，側(cè)重進行傳動軸組件、主軸組件、變速機構(gòu)、操縱機構(gòu)、潤滑與密封，以及主軸、傳動軸、滑移齒輪、操縱元件、箱體等零件的設(shè)計。主軸是數(shù)控車床的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對加工中心的性能有很大的影響，因此，在設(shè)計的過程中要多加注意。主軸前后的受力不同，故要選用不同的軸承。第二章 主傳動系統(tǒng)設(shè)計主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速（速度）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，不同要求的工件，并能方便的實現(xiàn)運動的開停，變速，換向和制動等。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調(diào)速來承擔，剩去了復雜的齒輪變速機構(gòu)，有些只有二級或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴大電動機無級調(diào)速的范圍。2.1 主傳動系統(tǒng)的特點與普通機床比較，數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)具有下列特點：轉(zhuǎn)速高、功率大。它能使數(shù)控機床進行大功率切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。變速范圍寬。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范圍，一般Ra100，以保證加工時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。數(shù)控機床常用變速電機拖動運動系統(tǒng)。常用的電機有直流電動機和交流調(diào)頻電機兩種。目前，中小型數(shù)控機床中，交流調(diào)頻電機占優(yōu)勢，有取代直流電機之勢。設(shè)計時，必須注意機床主軸與電動機在功率特性方面的匹配。交流調(diào)頻電機通常是通過調(diào)頻進行變速沒，一般為籠式感應(yīng)電動機結(jié)構(gòu)，體積小，轉(zhuǎn)動慣性小，動態(tài)響應(yīng)快；無電刷，因而最高轉(zhuǎn)速不受火花限制；采用全封閉結(jié)構(gòu)，具有空氣強冷，保證高轉(zhuǎn)速和較強的超載能力，具有很寬的調(diào)速范圍。主軸變速迅速可靠，數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。由于直流和交流主軸電動機的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實現(xiàn)寬范圍無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有機械摩擦的部位，如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤滑。2.2 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求機床主傳動系統(tǒng)因機床的類型、性能、規(guī)格尺寸等因素而不同，應(yīng)滿足的要求也不一樣。設(shè)計機床主傳動系時最基本的原則就是以最經(jīng)濟、合理的方式滿足既定的要求。在設(shè)計時應(yīng)結(jié)合具體機床進行具體分析。一般應(yīng)滿足下述基本要求：1. 滿足機床使用性能要求。首先要滿足機床的運動性能，如機床的主軸有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)（對于主傳動為直線傳動的機床，則有足夠的每分鐘雙行程數(shù)范圍及變速級數(shù)）。傳動系設(shè)計合理，操縱方便靈活、迅速、安全可靠等。2. 滿足機床傳遞動力要求。主電機和傳動機構(gòu)能夠提供和傳遞足夠的功率和扭矩，具有較高的傳動效率。3. 滿足工作性能的要求。主傳動中所有的零部件要有足夠的剛度、精度和抗振性，熱變形特性穩(wěn)定。4. 滿足產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)濟性的要求。傳動鏈盡可能簡短，零件數(shù)目要少，以便節(jié)省材料，降低成本。5. 調(diào)整維修方便，結(jié)構(gòu)簡單、合理，便于加工和轉(zhuǎn)配。防護性能好使用壽命長。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機床主傳動要求外，還提出如下要求：1.具有更大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級調(diào)速數(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，必須具有最高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。 2.具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低數(shù)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；3.良好的抗振性和熱穩(wěn)定性數(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、加工余量不均勻、運動部件不平衡以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力引起振動的能力抗振性。機床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生熱變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件具有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合間隙，并進行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。2.3 主傳動系統(tǒng)的配置方式數(shù)控機床的調(diào)速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級調(diào)速系統(tǒng)。為擴大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪有級調(diào)速和電動機無級調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有四種配置方式。(1) 帶有變速齒輪的主傳動 大、中型數(shù)控機床采用這種變速方式。通過少數(shù)幾對齒輪降速，擴大輸出轉(zhuǎn)矩，一滿足主軸低速時對輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機床在交流或直流電動機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速?；讫X輪的移位大都采用液壓缸加撥叉，或者直接由液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。(2) 通過帶傳動的主傳動 這種傳動主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機床。電動機本身的調(diào)速能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動引起的振動與噪聲。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用的是V帶和同步齒形帶。(3) 用兩個電動機分別驅(qū)動主軸 這是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能。高速時電動機通過帶輪直接驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)；低速時，另一個電動機通過兩級齒輪傳動驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，克服了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷。(4) 內(nèi)裝電動機主軸傳動結(jié)構(gòu) 這種主傳動方式大大簡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，但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動機發(fā)熱對主軸影響較大。 圖（a）帶有變速齒輪的主傳動 圖（b）一級帶傳動變速方式 圖(c) 調(diào)速電機直接驅(qū)動方式 圖(d) 電主軸直接驅(qū)動方式此次設(shè)計采用的是將前兩種方式結(jié)合的設(shè)計方法，電動機與主軸箱之間采用帶傳動，主軸箱內(nèi)部采用變速齒輪來進行變速的主傳動。這樣結(jié)合了兩種方式的優(yōu)點，既能夠保證傳遞的平穩(wěn)，又能夠獲得較大的變速范圍。2.4 主傳動系統(tǒng)的機構(gòu)設(shè)計機床主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是將傳動方案“結(jié)構(gòu)化”，向生產(chǎn) 提供主傳動部件裝配圖，零件工作圖及零件明細表等。 在機床初步設(shè)計中，考慮主軸變速箱機床上位置，其他部件的相互關(guān)系，只是概略給出形狀與尺寸要求，最終還需要根據(jù)箱內(nèi)各元件的實際結(jié)構(gòu)與布置才確定具體方案，在可能的情況下，設(shè)計應(yīng)盡量減小主軸變速箱的軸向和徑向尺寸，以便節(jié)省材料，減輕質(zhì)量，滿足使用要求。設(shè)計中應(yīng)注意對于不同情況要區(qū)別對待，如某些立式機床和搖臂鉆床的主軸箱；要求較小的軸向尺寸而對徑向尺寸要求并不嚴格；但有的機床，如臥式銑鏜床、龍門銑床的主軸箱要沿立柱或橫梁導軌移動，為減少其顛覆力矩，要求縮小徑向尺寸。機床主傳動部件即主軸變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容包括：主軸組件設(shè)計，操縱機構(gòu)設(shè)計，傳動軸組件設(shè)計，其他機構(gòu)（如開停、制動及換向機構(gòu)等）設(shè)計，潤滑與密封裝置設(shè)計，箱體及其他零件設(shè)計等。 主軸變速箱部件裝配圖包括展開圖、橫向剖視圖、外觀圖及其他必要的局部視圖等。繪制展開圖和橫向剖視圖時，要相互照應(yīng)，交替進行，不應(yīng)孤立割裂地設(shè)計，以免顧此失彼。給制出部件的主要結(jié)構(gòu)裝配草圖之后，需要檢查各元件是否相碰或干涉，再根據(jù)動力計算的結(jié)果修改結(jié)構(gòu)，然后細化、完善裝配草圖，并按制圖標準進行加深，最后進行尺寸、配合及零件標注等。2.5 主傳動變速系統(tǒng)的參數(shù)機床主運動系統(tǒng)的參數(shù)有動力參數(shù)和運動參數(shù)。動力參數(shù)是指主運動驅(qū)動電機的功率，運動參數(shù)是指主運動的變速范圍。2.5.1 主傳動功率參數(shù)機床主傳動的功率可根據(jù)切削功率與主傳動傳動鏈的總效率 由下式確定： (2.1)數(shù)控機床的加工范圍一般都比較大，切削功率可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力按下式確定： (2.2)式中 主切削力的切向分力() 切削速度； 切削扭矩； 主軸轉(zhuǎn)速。 主傳動的總效率一般取，數(shù)控機床的主傳動多用調(diào)速電機和有限的機械變速傳動來實現(xiàn)，傳動鏈較短，因此，效率可取較大值。2.5.2 運動參數(shù)運動參數(shù)是指機床執(zhí)行件如主軸、工件安裝部件（工作臺、刀架）的運動速度。 1主軸轉(zhuǎn)速的確定主運動為旋轉(zhuǎn)運動的機床，主軸轉(zhuǎn)速n 由切削速度v 和工件或刀具的直徑 d 來確定： (2.3)2. 主軸最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的確定對于數(shù)控機床，為了適應(yīng)切削速度和工件或刀具直徑的變化，主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速可由下式確定： (2.4) (2.5)式中 、主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速； 、最高、最低的切削速度； 、相應(yīng)最大、最小計算轉(zhuǎn)徑(mm)；3主軸的變速范圍主軸的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比值，稱為主軸的變速范圍，用表示,即： (2.6)4主軸的計算轉(zhuǎn)速 對于主傳動采用無級變速系統(tǒng)的機床，主軸的計算轉(zhuǎn)速可由下式求出： (2.7)5主軸恒功率的變速范圍對于主傳動采用無級變速系統(tǒng)的機床，主軸恒功率的調(diào)速范圍可由下式求出 (2.8)6電動機恒功率的調(diào)速范圍 對于主傳動采用無級變速系統(tǒng)的機床，電動機恒功率的調(diào)速范圍可由下式求出： (2.9)式中 電動機的額定轉(zhuǎn)速（r/min）。2.6 主傳動系統(tǒng)設(shè)計主傳動系一般由動力源（如電動機）、變速裝置及執(zhí)行件（如主軸、刀架、工作臺），以及開停、換向和制動機構(gòu)等部分組成。動力源給執(zhí)行件提供動力，并讓其得到一定的運動速度和方向；變速裝置傳遞動力以及變換運動速度；執(zhí)行件執(zhí)行機床所需的運動，完成旋轉(zhuǎn)或直線運動。主傳動系按照變速的連續(xù)性可以分為分級變速傳動和無級變速傳動。分級變速傳動在一定的變速范圍內(nèi)只能得到某些轉(zhuǎn)速，變速級數(shù)一般不超過20-30級。分級變速傳動凡事有滑移齒輪變速、交換齒輪變速和離合器（如摩擦式、牙嵌式、齒輪式離合器）變速。因它傳遞功率較大，變速范圍廣，傳動比準確，工作可靠，廣泛的應(yīng)用于通用機床，尤其是中小型通用機床中。缺點是有速度缺失，不能再運轉(zhuǎn)中進行變速。無級變速傳動可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運轉(zhuǎn)中變速，便于實現(xiàn)變速自動化；能在負載下變速，便于車削大端面時保持恒定的切削速度，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。由于此次設(shè)計的是數(shù)控車床的主軸箱，故采用無級變速系統(tǒng)，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。機床主傳動和進給傳動中采用無級變速系統(tǒng)的主要優(yōu)點是： 1. 可進行無級調(diào)速，以得到最有利的切削用量和最小的相對生產(chǎn)率損失； 2. 允許在負載下變速，可隨時修改切削用量，以避免產(chǎn)生振動； 3. 縮短變速時間，便于實現(xiàn)遙控和自動控制； 4. 可實現(xiàn)車端面時保持恒定的切削速度，換向迅速而平穩(wěn)，可大大簡化齒輪變速箱，減少制造工作量； 5. 縮短傳動鏈，提高傳動平穩(wěn)性等。缺點是有些無級變速系統(tǒng)成本較高。機床主傳動中采用的無級變速裝置有三大類：變速電動機、機械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。 機械無級變速裝置是機床主傳動中常用的無級變速裝置。 機械無級變速器有鋼球式、寬帶式等多種結(jié)構(gòu)，它們都是利用摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，通過連續(xù)地改變摩擦傳動副工作半徑來實現(xiàn)無級變速。由于它的變速范圍較小，遠遠不能滿足現(xiàn)代機床變速范圍的要求。因此，機械無級變速器須串聯(lián)有級變速箱，以擴大其變速范圍。2.6.1 無級變速傳動設(shè)計原則1盡量選擇功率或扭矩特性符合傳動系要求的無級變速裝置。如執(zhí)行件作直線主運動的主傳動系，對變速裝置的要求是恒扭矩傳動；如主傳動系要求恒功率傳動，就應(yīng)該選擇恒功率無級變速裝置。 2無級變速系統(tǒng)裝置單獨使用時，其調(diào)速范圍較小，滿足不了要求，尤其是恒功率調(diào)速范圍往往遠小于機床實際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級變速裝置與機械分級變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴大恒功率變速范圍和整個變速范圍。如機床主軸要求的變速范圍為Rn，選取的無級變速裝置的變速范圍為，串聯(lián)分級變速箱的變速范圍應(yīng)為： (2.10) 式中 機械分級變速箱的變速級數(shù)； 機械分級變速箱的公比。 通常，無級變速裝置作為傳動系中的基本組，而分級變速作為擴大組，其公比理論上應(yīng)等于無級變速裝置的變速范圍。實際上由于機械無級變速裝置屬于摩擦傳動，有相對滑動現(xiàn)象，可能得不到理論上的轉(zhuǎn)速。為了得到連續(xù)的無級變速，設(shè)計時應(yīng)該使分級變速箱的公比略小于無級變速裝置的變速范圍，即取使轉(zhuǎn)速之間有一小段重疊，保證轉(zhuǎn)速連續(xù)。在設(shè)計數(shù)控機床主傳動時，必須要考慮電動機與機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大于電動機的恒功率變速范圍，所以在電動機與主軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，以擴大恒功率調(diào)速范圍，滿足低速大功率切削時對電動機的輸出功率的要求。在設(shè)計分級變速箱時，考慮機床結(jié)構(gòu)復雜程度，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求等因素，變速箱公比的選取有下寫列情況：(1)取變速箱的公比等于電動機的恒功率調(diào)速范圍。即，功率特性圖是連續(xù)的，無缺口和無重合。如變速箱的變速級數(shù)為，則主軸的恒功率變速范圍等于變速箱的變速級數(shù)可由下式算出 (2.11)(2) 若要簡化變速箱結(jié)構(gòu)，希望變速級數(shù)少一些，則不得不取較大的公比。變速箱公比可取大于電動機恒功率的調(diào)速范圍，即。這時，變速箱每擋內(nèi)有部分轉(zhuǎn)速只能恒扭矩變速，主傳動系功率特性圖中出現(xiàn)“缺口”，稱之功率降低區(qū)。使用“缺口”范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速時，為限制扭矩過大，得不到電動機輸出的全部功率。為保證缺口處的輸出功率，電動機的功率應(yīng)相應(yīng)增大。這就是說，簡化變速箱是以選擇較大功率的電機作為代價的。若級數(shù)取小些，則根據(jù)式(2.12)計算出公比： (2.12)(3) 如果數(shù)控機床為了恒線速切削需在運轉(zhuǎn)中變速時，取變速箱公比小于電動機恒功率的調(diào)速范圍，即，在主傳動系功率特性圖上有小段重合，這時變速箱的變速級數(shù)仍可由式(2.11)算出。2.6.2 轉(zhuǎn)速圖的設(shè)定轉(zhuǎn)速圖能夠清楚的表達出：傳動軸的數(shù)目，主軸及各傳動軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)、轉(zhuǎn)速值及其傳動路線，變速組的個數(shù)、傳動順序及擴大順序，各變速組的傳動副數(shù)及其傳動比數(shù)值，變速規(guī)律等。首先根據(jù)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速確定變速范圍，選擇合適的公比后再確定轉(zhuǎn)速級數(shù)，繪制轉(zhuǎn)速圖。根據(jù)設(shè)計要求，已知SSCK20型數(shù)控車床的最大加工直徑為200mm，車床的轉(zhuǎn)速范圍為50r/min2400r/min，電動機的最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，電動機額定功率為11Kw，試確定其主軸箱結(jié)構(gòu)。計算如下：(1) 確定主軸的變速范圍 (2) 確定主軸的計算轉(zhuǎn)速 由于數(shù)控機床主軸的變速范圍大，計算轉(zhuǎn)速應(yīng)比計算值高些，所以圓整取計算轉(zhuǎn)速nc=。(3) 確定主軸的恒功率變速范圍 (4) 確定電動機所能夠提供的恒功率變速范圍 由于RnpRdp，電動機直接驅(qū)動主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個有級變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。(5) 確定轉(zhuǎn)速級數(shù)取，則 對于數(shù)控車床，為了加工端面時滿足恒線速度切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復，故取。則=1.941,外嚙合為“+”號，內(nèi)嚙合為“-”號； Z 小齒輪齒數(shù)；m 齒寬系數(shù)， m=B/m=610，B為齒寬，m為模數(shù)；表 2.4 許用接觸應(yīng)力齒輪材料許用應(yīng)力材料熱處理機械性能接觸應(yīng)力（Mpa）彎曲應(yīng)力（Mpa）強度極限（Mpa）屈服極限（Mpa）硬 度45正火（Z）610360HC22975019045調(diào)質(zhì)（T235）750450HB=220-25060022045整淬（C42）12001000HRC=10-50110032045高頻淬火（G54）HRC=52-57137028040調(diào)質(zhì)（T265）1000800HB=250-28065027540整淬（C48）1500-16001300-1400HRC=46-51125038540高頻淬火（G52）HRC=50-551370354芯面HB=180-250,HRC59滲碳淬硬800600165029740S-C591000800芯面HB=240-380,HRC591750354950700芯面HB=220-300,HRC591750340HT20-40200HB=170-24134082HT30-54300HB-180-225370111j許用接觸應(yīng)力（MPa）。查下表。估算此次設(shè)計中各齒輪的模數(shù)：（1） 第一對齒輪： 根據(jù)上表選擇45鋼（調(diào)質(zhì)處理），其接觸應(yīng)力，彎曲應(yīng)力，取，由公式來確定各對齒輪的模數(shù)： ；為保證齒輪具有足夠的強度，取標準值（2） 第二對齒輪： 根據(jù)上表選擇45鋼（整體淬火），其接觸應(yīng)力，彎曲應(yīng)力，取，由公式來確定各對齒輪的模數(shù)： ； ； 取標準值（3） 第三對齒輪： 根據(jù)上表選擇45鋼（調(diào)質(zhì)處理），其接觸應(yīng)力，彎曲應(yīng)力，取，由公式來確定各對齒輪的模數(shù)： ；取標準值2.7 皮帶輪的設(shè)計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。 普通V帶傳動是常見的帶傳動形式，其結(jié)構(gòu)為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為、相對高度近似為0.7、梯形截面環(huán)行帶。其特點為：當量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動比大、預緊力小。繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。其應(yīng)用于：帶速V2530m/s;傳動功率P700kW;傳動比i10軸間距小的傳動。帶傳動的主要失效形式有以下三種形式，1帶在帶輪上打滑，不能傳遞動力；2帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷；3帶的工作面磨損。保證帶在工作中不打滑的前提下能傳遞最大功率，并具有一定的疲勞強度和使用壽命是V帶傳動設(shè)計的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動的其它帶傳動設(shè)計的主要依據(jù)。表2.5 皮帶輪的工況系數(shù)KA (摘自GB/T13575.1-1992)工 況空、輕載啟動，每天工作時間h16載荷變動微小車床、鉆床、磨床、鏜床等1.01.11.2載荷變動小銑床、滾齒機等1.11.21.3載荷變動較大刨床、插床、插齒機等1.21.31.4表2.6普通V帶每米長的質(zhì)量m 摘自(GB/T13575.1-1992)帶 型m/kg普通帶型YZABCDE0.040.060.100.170.300.600.87表2.7小帶輪包角修正系數(shù)摘自GB/T13575.1-1992包角（）Ka包角（）Ka18011450.911750.991400.891700.981350.881650.961300.861600.951200.821550.931100.781500.921000.74表2.8 V帶輪槽截面尺寸項目符號槽 型ZSPZASPABsPBCSPCDSPDESPE基準寬度8.511.014.019.027.032.0基準線上槽深2.02.753.54.88.19.6基準線下槽深7.09.08.71110.81414.31919.923.4槽間距e120.3150.3190.425.50.5370.644.50.7第一槽對稱面至端面的最小距離7711.5162328槽間距積累極限偏差0.60.60.81.01.21.4帶輪寬B Z-輪槽數(shù)外徑槽輪角32相應(yīng)的直徑-3480118190315-36-4756003880118190315475600極限偏差0.5計算如下：(1) 設(shè)計功率的確定：查得工況系數(shù)(2) 選定帶型：根據(jù)和查機械設(shè)計手冊普通V帶選型圖 確定為B型。(3) 傳動比：根據(jù)轉(zhuǎn)速圖知,傳動比為(4) 確定小帶輪基準直徑：參考表（GB/T13575.1-1992）取(5) 確定大帶輪直徑：取標準值(6) 驗算帶速：因為在之間，所以經(jīng)濟耐用。(7) 初定帶輪軸中心距：得： 即： 初取 (8) 確定帶基準長度： 選取基準長度(9) 計算實際軸間距：取標準值。安裝時所需最小軸間距：張緊或補償伸長所需最大軸間距：(10) 驗算小帶輪包角：所以小帶輪包角合適。(11) 單根V帶的基本額定功率：根據(jù)和查得B型V帶的基本額定功率。(12) 單根V帶的額定功率增量：考慮到傳動比的影響，額定功率的增量由表查得：(13) 計算帶的根數(shù)：取 根。(14) 單根V帶的預緊力： (15) 作用在軸上的力：(16) 帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸：由表可查得， ， ，第三章 車床主軸部件主軸組件是機床的重要組件之一。它通常由主軸、主軸支軸和安裝在主軸上的傳動件等組成。主軸是機床的執(zhí)行件，由它帶動工件或刀具直接參加表面成形運動，主軸組件的工件性能直接影響加工質(zhì)量（包括幾何精度、表面粗糙度等）和機床生產(chǎn)率。因此，對于機床主軸組件，除應(yīng)滿足一般傳動軸的要求外，還應(yīng)滿足有別于一般傳動軸的特殊要求。3.1 車床主軸組件的基本要求3.1.1 旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端夾持工件或刀具部分的徑向跳動、端面跳動和軸向竄動的大小。旋轉(zhuǎn)精度通常是在機床不受載荷的情況下，用手動或低速空轉(zhuǎn)主軸時進行測量的。主軸旋轉(zhuǎn)精度直接影響工件的加工精度，例如在車床上，安裝卡盤的定心軸頸與安裝頂尖的錐孔中心線的徑向跳動，直接影響加工表面的圓度，而軸向竄動則影響端面加工以及所加工的螺紋螺距精度。3.1.2 剛度主軸組件的剛度是指承受切削力時，主軸抵抗變形的能力。 如果主軸剛度不足，在切削力和傳動力的作用下，主軸將產(chǎn)生過大的變形，會使裝在主軸上的齒輪嚙合不好，軸承的工作條件惡化，從而加快磨順損。3.1.3 抗振性主軸組件的抗振性性是指機床工作時，主軸組件保持平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的能力。主軸組件的振動，影響被加工表面的質(zhì)量，限制機床的生產(chǎn)率；此外，還降低刀具耐用度和機床零件的壽命，發(fā)出噪聲，影響工作環(huán)境等。生產(chǎn)上常以對加工表面質(zhì)量、精度和生產(chǎn)率的影響來衡量主軸組件的抗震性。隨著機床向高精度、高生產(chǎn)率方向發(fā)展，對抗振性要求越來越高。3.1.4 耐磨性主軸組見的耐磨性是指長期保持原始精度的能力，即精度保持性。對精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件的部位，如錐孔，定心軸徑等。為了提高耐磨性，一般機床主軸上的上述部分應(yīng)淬硬至HRC60左右，深約1mm。3.1.5 溫升和熱變形溫升使?jié)櫥偷恼扯认陆怠Ｈ缬弥瑵櫥?，溫度過高會使脂熔化流失。這些都將影響軸承的工作性能。溫升產(chǎn)生熱變形，使主軸伸長，軸承間隙變化。主軸箱的熱膨脹使主軸偏離正確位置。如果前后軸承溫度不同，還將使主軸傾斜。3.1.6 精度保持性主軸組件的精度保持性是指長期地保持原始制造精度的能力。為了提高精度保持性，主軸的端部和內(nèi)錐孔必須具有一定的硬度；滑動軸承配合的軸頸及移動方式主軸的工作表面必須耐磨；同時，正確的選擇主軸和滑動軸承的材料與熱處理方法以及軸承的類型與潤滑方式等，也有助于提高主軸組件的精度保持性。3.2 主軸組件的傳動方式主軸旋轉(zhuǎn)運動傳動方式的選擇，決定于主軸轉(zhuǎn)速的高低，所傳遞扭矩的大小，對運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的要求及結(jié)構(gòu)緊湊、裝卸維修方便等。 機床主軸傳動的方式有齒輪傳動、帶傳動及電動機直接傳動。大多數(shù)機床主軸是由齒輪傳動的，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊和能傳遞較大的扭矩。齒輪裝在前、后支撐之間，且靠近主軸的前支撐處，這樣與切削力的位置比較靠近，因而主軸的扭矩變形可以減小些。當主軸上裝有大小兩個齒輪時，因為大齒輪用于低速，作用力較大，應(yīng)使其靠近前支撐處。3.2.1 主軸傳動部件位置的合理布置多數(shù)主軸是由齒輪傳動的。齒輪可位于前后軸承之間，也可位于后軸承之后（如果是三支承主軸，這里的前后軸承指的都是主支承。即后軸承實際上是中軸承。）如果齒輪位于前后軸承之間，則齒輪應(yīng)盡量靠近前軸承。這樣做的好處是可以減少主軸的彎曲變形。此外，由于主軸上傳遞轉(zhuǎn)矩的部分較短，扭轉(zhuǎn)變形也較小。如果主軸上裝有幾個齒輪，則一般情況下常使大齒輪靠近前軸承。這樣的安排將使前軸承的負荷較大，但前軸承的直徑通常大于后軸承，因而承載能力也較大。為了使主軸組件能成為一個獨立的主軸單元，近年來常使傳動齒輪位于后支承之后的主軸后懸伸處。這時，后支承的負荷較大。應(yīng)考慮采用承載能力較大的軸承。第四章 主軸的設(shè)計4.1 主軸的結(jié)構(gòu)主軸的結(jié)構(gòu)決定于主軸前端安裝標準刀具或裝夾工件的夾具（如卡盤）等的類型，以及軸上所安裝的傳動件，軸承等零件的類型、數(shù)量，位置和安裝方法等，同時還應(yīng)考慮主軸的加工和裝配工藝性。由于通用機床所使用的刀具和夾具大部分是標準件，因此主軸前端的結(jié)構(gòu)必須與標準相適應(yīng)，以保證通用性。同時還應(yīng)保證夾具和刀具安裝可靠、定位基準、裝卸方便和能傳遞一定的動力。 主軸的結(jié)構(gòu)還決定于所采用的軸承類型及調(diào)整方法，安裝主軸上的傳動件數(shù)目、位置、定位和連接方法等。由于主軸上通常安裝零件，為便于裝配，以及推力軸承、齒輪等軸向定位的需要，主軸一般都做成階梯形，直徑從前向后逐漸縮小。為了避免后軸頸的直徑過小，以致過分削弱主軸剛度，并使內(nèi)孔直徑受到限制，軸上階梯的數(shù)目不宜過多。主軸上長的長度尺寸，除個別要保證傳動零件的軸向位置外（此時軸向尺寸偏差通常為為0.5mm左右），其他軸向尺寸均為自由尺寸。為使切削螺紋時，砂輪或車刀能越出加工表面，這些部位的階梯間應(yīng)有退刀槽。為了齒輪等傳動件聯(lián)接和傳動扭矩，主軸上還常常有單鍵槽或花鍵槽。4.2 主軸的材料與熱處理主軸最常用的材料是45號鋼，對于在滾動軸承中工作的主軸，進行調(diào)質(zhì)處理，硬度HB=250。對于在滑動軸承中工作的軸頸，可采用局部高頻淬火，硬度達HRC=50。為了進一步提高主軸的壽命，對于滑移齒輪的鍵和主軸的端部也可以采用局部淬火。4.3 主軸的技術(shù)要求（1）主軸主要技術(shù)要求的確定常見機床主軸部件回轉(zhuǎn)精度主軸前、后軸頸的同軸度，錐孔相對于前、后軸頸中心連線的徑向跳動，定心軸頸及其定位軸肩相對于前、后軸頸中心連線的徑向和軸向跳動，是決定主軸精度的主要技術(shù)要求項目，直接影響主軸部件的回轉(zhuǎn)精度。主軸的技術(shù)要求，除少數(shù)機床已有標準外，大多數(shù)機床的主軸主要技術(shù)要求，需根據(jù)主軸部件的回轉(zhuǎn)精度確定。 （2） 主軸零件本身各項精度允差的確定考慮到軸承的誤差和裝配造成的誤差，及留有必要的精度儲備，一般取主軸零件本身的各項精度允差為主軸部件回轉(zhuǎn)精度規(guī)定的對應(yīng)項目允差的1/21/3。4.4 主軸主要參數(shù)的計算主軸是主軸組件的重要組成部分，對主軸組件的工作性能影響較大。主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、主軸前端懸伸量及主軸的支撐跨距等。4.4.1 主軸直徑主軸直徑越大，主軸組件的剛度越高。但同時使安裝在主軸上的軸承、傳動件等的尺寸也隨之增大，從而使主軸組件的結(jié)構(gòu)變大，有時甚至為機床結(jié)構(gòu)所不允許。因此，主軸直徑應(yīng)在合理的范圍內(nèi)盡量選大些，使之既滿足剛度要求，又使結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省材料。 設(shè)計時，由于主軸的具體結(jié)構(gòu)尚未確定，只能根據(jù)統(tǒng)計資料，初步確定主軸的直徑。通常是根據(jù)傳遞功率，并參考同類型機床的主軸尺寸加以確定。幾種通用機床鋼質(zhì)主軸前軸頸的直徑D1可參考表2-3選取。車床和銑床主軸后軸頸D2=(0.70.85)D1。應(yīng)該注意的是，由于對車床、銑床、磨床等機床主軸彎曲剛度的要求較高，主軸又常是空心的，不能像估算傳動軸直徑那樣按其扭轉(zhuǎn)剛度進行估算。車床、銑床、鏜銑加工中心等機床因裝配的需要，主軸直徑常是從前向后逐漸減少的。后軸承的直徑往往小于前軸承的直徑。本次設(shè)計中的主軸直徑以前在面的各軸軸徑計算中得到。4.4.2 主