xk715數(shù)控立式床身銑床主軸箱的設(shè)計(jì)說明書

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齊 齊 哈 爾 工 程 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 XK715 數(shù)控立式床身銑床主軸箱的設(shè)計(jì)院 （系） 專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師成 績年 月 日齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IXK715 數(shù)控立式銑床床身主軸箱的設(shè)計(jì)摘要從研究數(shù)控銑床著手，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一臺(tái) XK715 數(shù)控立式銑床，滿足了生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的要求。整個(gè)銑床主要包括橫縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、立柱、橫梁、底座、工作臺(tái)等主要組部件。其中所有進(jìn)給機(jī)構(gòu)均采用滾珠絲杠進(jìn)行傳動(dòng)，并由伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。主軸箱安裝在龍門架上，運(yùn)用類比法自行設(shè)計(jì)了滾珠絲杠螺母副的制動(dòng)裝置。全面闡述了數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)特點(diǎn)，論述了采用伺服電機(jī)和滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)。詳細(xì)介紹了數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核，并進(jìn)行了分析。另外匯總了有關(guān)技術(shù)參數(shù)。其中著重介紹了滾珠絲杠的原理及選用原則，系統(tǒng)地對(duì)滾珠絲杠生產(chǎn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)進(jìn)行了介紹。包括種類選擇、參數(shù)選擇、精度選擇、循環(huán)方式選擇、與主機(jī)匹配的原則以及廠家的選擇等。關(guān)鍵詞：銑床，數(shù)控，伺服電機(jī)，滾珠絲杠齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IIAbstractBegins from the research CNC planer type milling machine, to profit from the domestic and foreign advanced experiences, designed one to use in the sheet material and various workpiece the numerical control CNC planer type milling machine, has satisfied the production and the design request.Elaborated comprehensively the numerical control CNC planer type milling machines structure principle, the design feature, elaborated has used step-by-steps the electrical machinery and the ball bearing guide screw nut vice-merit. Introduced in detail the numerical control CNC planer type milling machines structural design and the examination, and have carried on the analysis. And has compiled the related technical parameter.In which introduced emphatically the ball bearing guide screw principle and selects the principle，To ball bearing links and so on guide screw production, application has systematically carried on the introduction. Including the type choice, the parameter choice, the precision choice, the round-robin mode choice, the principle as well as the factory choice which matches with the main engine and so on.Key Words: milling machine, Numerical control, Step-by-step, serve motor, Ball bearing guide screw nut齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）III目錄摘要 .IAbstract II引言.1第 1 章 緒論.21.1 概述 .21.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 .3第 2 章 立式數(shù)控銑床主軸箱系統(tǒng)方案的確定.92.1 對(duì)立式數(shù)控銑床主軸箱系統(tǒng)簡介 92.2 對(duì)立式數(shù)控銑床主軸箱系統(tǒng)的要求 92.3 主軸箱的類型及方案選擇 10第 3 章 主軸箱變速系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算.123.1 計(jì)算切削功率 123.1.1 切削力的計(jì)算 123.1.2 切削功率的計(jì)算 123.1.3 主軸轉(zhuǎn)速范圍的確定 133.2 計(jì)算主軸箱功率 133.3 分級(jí)變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及主軸電動(dòng)機(jī)的功率的確定 133.3.1 變速級(jí)數(shù) Z 的確定 143.3.2 電動(dòng)機(jī)的功率的確定 .143.3.3 電動(dòng)機(jī)參數(shù) .153.3.4 分級(jí)變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)變速機(jī)構(gòu)的確定 .16第 4 章 主軸組件設(shè)計(jì).174.1 概述 .174.1.1 軸的分類 174.1.2 主軸材料 174.2 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .174.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IV4.2.3 草擬軸上零件的裝配方案 194.2.4 軸上零件的定位 204.2.5 各軸段直徑與的確定 .204.2.6 提高主軸強(qiáng)度的措施 .214.2.7 軸的結(jié)構(gòu)工藝性 .224.3 主軸強(qiáng)度的校核 .224.3.1 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算 224.3.2 強(qiáng)度校核計(jì)算 .24第 5 章 銑床床身整體設(shè)計(jì).285.1 床身設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求 285.2 床身材料的選擇及壁厚的設(shè)計(jì) 295.2.1 床身材料的選擇 .295.2.2 壁厚的設(shè)計(jì) .305.2.3 機(jī)床床身的制造方法的選擇 .315.2.4 鑄造床身強(qiáng)度校核 .32第 6 章 機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算.346.1 主梁危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度驗(yàn)算 346.2 支腿危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度驗(yàn)算 366.3 下橫梁的強(qiáng)度驗(yàn)算 366.3.1 檢測(cè)架受力分析 .396.3.2 截面強(qiáng)度計(jì)算 .406.3.3 截面剪切強(qiáng)度計(jì)算 .41結(jié) 論.43致謝.44參考文獻(xiàn).46齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1引言數(shù)控（numerical control,NC）機(jī)床，顧名思義，是一類由數(shù)字程序?qū)崿F(xiàn)控制的機(jī)床。與人工操作的普通機(jī)床相比，它具有適應(yīng)范圍廣、自動(dòng)化程度高、柔性強(qiáng)、操作者勞動(dòng)強(qiáng)度低、易于組成自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床也就是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯處理具有使用號(hào)碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以達(dá)到以下目的：1.培養(yǎng)綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能來解決工程實(shí)際問題的能力；2.強(qiáng)化工程實(shí)踐能力和意識(shí),提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；3.使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練,提高工程繪圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻(xiàn)閱讀、使用計(jì)算機(jī)、使用文獻(xiàn)資和手冊(cè)、文字表達(dá)等各方面的能力；4.培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及積極向上的團(tuán)隊(duì)合作精神。齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2第 1 章 緒論1.1 概述數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來的加工中心、柔性加工單元都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開銑削方式。由于數(shù)控銑削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問題也很多，因此，人們?cè)谘芯亢烷_發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動(dòng)編程語言的軟件系統(tǒng)時(shí)，也一直把銑削加工作為重點(diǎn)。數(shù)控銑床機(jī)械部分與普通銑床基本相同，工作臺(tái)可以做橫向、縱向和垂直三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。因此普通銑床能加工的工藝內(nèi)容，數(shù)控銑床度能做到。一般情況下，在數(shù)控銑床上可以加工平面曲線輪廓。數(shù)控銑床也像通用銑床那樣可分為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，各類銑床配置的是數(shù)控系統(tǒng)不同，其功能也不盡相同。在機(jī)床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過去在普通機(jī)床上無法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機(jī)床為數(shù)控機(jī)床所代替，這就極大地促進(jìn)了機(jī)床行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床已經(jīng)遍布軍工、航空航天、汽車、造船、機(jī)車車輛、機(jī)床、建筑、通用機(jī)械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業(yè)。數(shù)控機(jī)床在促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人類生存質(zhì)量和創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)等方面，起著非常重要的作用。數(shù)控機(jī)床是一種高效能自動(dòng)加工機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：易于加工異型復(fù)雜零件；提高生產(chǎn)率；可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，多機(jī)看管；可以大大減少專用工裝卡具，并有利于提高刀具使用壽命；提高零件的加工精度，易于保證加工質(zhì)量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大減少在制品的數(shù)量；可以大大減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少所需工人數(shù)量等。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)有許多特點(diǎn)。1.目的、意義 數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用是機(jī)械制造業(yè)的一次技術(shù)革命，使機(jī)械制造的的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。由于數(shù)控機(jī)床綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密檢測(cè)與新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面的技術(shù)成果具有高柔性、高精度與高度自動(dòng)化的特點(diǎn)，因此它提高了機(jī)械制造的制造水平，解決了接卸制造中的常規(guī)加工技術(shù)難以解決甚至無法解決的發(fā)雜型面零件加工，為社會(huì)提供了高質(zhì)量、多品種及高可靠的機(jī)械產(chǎn)品已取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益 。目前，數(shù)控技術(shù)已逐步晉級(jí)，數(shù)控機(jī)床在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，已成為機(jī)齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3械自動(dòng)化的一個(gè)重要發(fā)展方向。機(jī)械加工工藝過程的自動(dòng)化和智能化是適應(yīng)上述發(fā)展特點(diǎn)的最重要手段。2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀中國是世界上最大的機(jī)床生產(chǎn)國，但在國際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)仍處于即使在國內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)較低水平，一方面是大的國內(nèi)市場(chǎng)需求對(duì)每一臺(tái)機(jī)器，而另一方面，滯銷，國外機(jī)床產(chǎn)品的國內(nèi)眾多機(jī)床積壓充斥市場(chǎng)。（1） ，產(chǎn)品開發(fā)或與國外先進(jìn)水平比設(shè)計(jì)的總周期時(shí)間有很大差距（2） ，由于工廠缺乏基于新的自主研發(fā)產(chǎn)品的科學(xué)分析和設(shè)計(jì)大多基于模擬設(shè)計(jì)，末落的設(shè)計(jì)時(shí)成功的把握直覺和經(jīng)驗(yàn)，需要經(jīng)常反復(fù)試驗(yàn)定型，這可能會(huì)錯(cuò)過新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的可能性。（3）用戶必須使用，常常以適應(yīng)一些特殊的要求，甚至在即將到來的產(chǎn)品的生產(chǎn)只是暫時(shí)的用戶的要求，這要求快速變化和附圖和技術(shù)文件。（4） 、現(xiàn)在我國工廠設(shè)計(jì)和工藝人員中青年占多數(shù)，他們的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足，有擔(dān)負(fù)著開發(fā)的重任。1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展隨著機(jī)械制造生產(chǎn)模式的演變,對(duì)機(jī)械制造裝備提出了不同的要求.在 50 年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過提高效率，自動(dòng)化程度,進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”實(shí)現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。從 90 年代開始，為了對(duì)世界生產(chǎn)進(jìn)行快速響應(yīng)，逐步實(shí)現(xiàn)社會(huì)制造資源的快速集成，要求機(jī)械制造裝備的柔性化程度更高,采用擬實(shí)制造和快速成形制造技術(shù)。工業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常注重機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對(duì)比之下，我國目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性” 強(qiáng) ,更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過多；自動(dòng)化程度基本上還是“ 一個(gè)工人，一把刀，一臺(tái)機(jī)床” ，導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 因此，要縮小我國同工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距,我們必須在機(jī)械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個(gè)方面就是增加數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重。數(shù)控設(shè)備的發(fā)展方向 六個(gè)方面：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速、高精度、符合、環(huán)保。目前德國和瑞士的機(jī)床精度最高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產(chǎn)值最大。美齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4國的機(jī)床業(yè)一般。中國大陸、韓國。臺(tái)灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應(yīng)該能進(jìn)世界前 4 名。數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進(jìn)口。廣州機(jī)床廠的簡易數(shù)控系統(tǒng)也不錯(cuò)。 我們國家機(jī)床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床精度 1.機(jī)械加工機(jī)床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度） 、定位精度、重復(fù)定位精度等 5 種。 2.機(jī)床精度體系：目前我們國家內(nèi)承認(rèn)的大致是四種體系：德國 VDI 標(biāo)準(zhǔn)、日本 JIS 標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo) GB，國標(biāo)和國際標(biāo)準(zhǔn)差不多。3.看一臺(tái)機(jī)床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺(tái)機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到 0.005mm(ISO 標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法),就是一臺(tái)高精度機(jī)床，在0.005mm(ISO 標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法)以下，就是超高精度機(jī)床，高精度的機(jī)床，要有最好的軸承、絲杠。4.加工出高精度零件，不只要求機(jī)床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。目前世界著名機(jī)床廠商在我國的投資情況 1. 2000 年，世界最大的專業(yè)機(jī)床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機(jī)床公司”的機(jī)床公司，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心和車銑復(fù)合中心。機(jī)床質(zhì)量不錯(cuò)，目前效益良好，年產(chǎn) 600臺(tái)，目前正在建 2 期工程，建成后可以年產(chǎn) 1200 臺(tái)。 2. 2003 年，德國著名的機(jī)床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產(chǎn)數(shù)控車床和立式加工中心 120 臺(tái)左右。 3. 2002 年，日本著名的機(jī)床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機(jī)床廠合資建廠，年生產(chǎn)能力為 1000 臺(tái)，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心、臥式加工中心。 4.韓國大宇在山東青島投資建廠，目前生產(chǎn)能力不知。 5.臺(tái)灣省的著名機(jī)床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產(chǎn)能力 800 臺(tái)。民營企業(yè)進(jìn)入機(jī)床行業(yè)情況 1.浙江日發(fā)公司，2000 年投產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心。年生產(chǎn)能力 300 臺(tái)。 22004 年，浙江寧波著名的鑄塑機(jī)廠商海天公司投資生產(chǎn)機(jī)床，主要是從日本引進(jìn)技術(shù)，目前剛開始，起點(diǎn)比較高。 32002 年，西安北村投產(chǎn)，名字象日本的，其實(shí)老板是中國人，采用日本技術(shù)。生產(chǎn)小型儀表數(shù)控車床，水平相當(dāng)不錯(cuò)。軍工企業(yè)技改情況 軍工企業(yè)得到國家撥款開始于當(dāng)年“大使館被炸”，后來臺(tái)灣阿齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5扁上臺(tái)后，大規(guī)模技改開始了，軍工企業(yè)進(jìn)入新一輪的技改高峰，我們很多軍工企業(yè)開始停止購買普通設(shè)備。尤其是近 3 年來，我們的軍工企業(yè)從歐洲和日本買了大批量的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床。也從國內(nèi)機(jī)床廠哪里采購了大批普通數(shù)控機(jī)床，國內(nèi)機(jī)床廠商為了迎接這次大技改，也引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)，爭(zhēng)取軍工企業(yè)的高端訂單。 聽在軍工企業(yè)的朋友講，阿扁如果再能“頂” 三年，我們的整體水平會(huì)上一個(gè)臺(tái)階。 其實(shí)，胡錦濤總書記掌權(quán)以來，已經(jīng)把國防事業(yè)提到了和經(jīng)濟(jì)發(fā)展一樣的高度上，他說，我們要建立和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的國防能力，相信再過 10 年，隨著我國國防工業(yè)和汽車行業(yè)的發(fā)展，我們國家會(huì)誕生世界水平的機(jī)床制造商，也將會(huì)超越日本，成為世界第一機(jī)床生產(chǎn)大國。近年來，我國數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量持續(xù)增長，數(shù)控化率也顯著提高。另一方面我國數(shù)控產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量也不斷提高。我國在數(shù)控機(jī)床高端產(chǎn)品的生產(chǎn)上取得了一定的突破。目前我國已經(jīng)可以供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的數(shù)控機(jī)床。同時(shí)，我國也已進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國和高精度精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國的行列。目前我國已經(jīng)研制成功一批主軸轉(zhuǎn)速在 800010000 轉(zhuǎn)/分以上的數(shù)控機(jī)床。 中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)近年來推廣使用信息技術(shù)，如 CAD，許多公司已經(jīng)開始規(guī)劃和實(shí)施 ERP 應(yīng)用， MRP和電子商務(wù)。如 CAD 患病濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司，高達(dá)100的公司，是國家“CAD 示范企業(yè)” ，企業(yè)的 MRP系統(tǒng)的應(yīng)用也是現(xiàn)代管理非常成功的，高水平。然而，與發(fā)達(dá)國家相比，中國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)在信息技術(shù)的應(yīng)用，還是有很多不足之處。第一，信息技術(shù)基礎(chǔ)上的高科技弱，對(duì)外依存度。中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)的整體技術(shù)基礎(chǔ)開發(fā)能力和技術(shù)力量薄弱，信息技術(shù)的應(yīng)用程度不高?，F(xiàn)有的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的來源主要依賴于完善引進(jìn)國外技術(shù)，高度的對(duì)外技術(shù)依存度，引進(jìn)技術(shù)的消化仍然在技術(shù)狀態(tài)和國產(chǎn)化率的控制沒有上升到自主產(chǎn)品開發(fā)能力的形成和技術(shù)創(chuàng)新水平。具有高精度，高性能數(shù)控機(jī)床，高速，高效，復(fù)雜的功能，特性，如多軸實(shí)際上不得不依靠進(jìn)口。第二，降低產(chǎn)品的成熟度，可行性不高。 10000 小時(shí)對(duì)外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間，國內(nèi)自主開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)僅 3000-5000 小時(shí);國外失敗之間的總體平均時(shí)間 800 小齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6時(shí)以上，國內(nèi)最好只有 300 小時(shí)。第三，創(chuàng)新能力低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較差。中國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床，雖達(dá)一百，但多數(shù)未能生產(chǎn)規(guī)模，信息利用，低創(chuàng)新能力，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)。成人柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的快速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今信息技術(shù)的發(fā)展是在以下幾個(gè)方面移動(dòng)。高速，高精度。速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，直接將加工和產(chǎn)品質(zhì)量。此時(shí)，中國的產(chǎn)量提高了第六代數(shù)控機(jī)系統(tǒng)中的使用數(shù)字，在基本操作頻率更高的處理器的系統(tǒng)的速度，使得高速計(jì)算，模塊化和多軸群控制是可能的。同時(shí)，新一代的數(shù)控機(jī)床將使用 VLSI 和多個(gè)微處理器架構(gòu)，數(shù)據(jù)處理，以提高該系統(tǒng)。智能化。智能發(fā)展，物理試驗(yàn)的加工精度和效率，建模，特征提取，外部環(huán)境和該處理系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)的自動(dòng)檢測(cè)，快速做出智能決策最好目標(biāo)，機(jī)床的現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床影響的工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)控制，從而使機(jī)器在最佳狀態(tài)?；?CAD 和 CAM 的數(shù)控編程自動(dòng)化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前的 CAD / CAM 具有自動(dòng)編程的交互式圖形應(yīng)用程序越多，新的趨勢(shì)是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。它是利用 CAD 圖紙零件加工設(shè)計(jì)，計(jì)算系統(tǒng)和后處理的刀具軌跡數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成數(shù)控機(jī)床零件加工程序，以實(shí)現(xiàn) CAD 和 CAM 的集成。隨著 CIMS 技術(shù)的發(fā)展和當(dāng)前 CAD 的出現(xiàn)/ CAPP / CAM 集成自動(dòng)設(shè)定模式，做編程所需的工藝參數(shù)是不 CAPP 數(shù)據(jù)庫由專人參與，直接進(jìn)入系統(tǒng)，數(shù)控便于機(jī)器自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展。最大化的可靠發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的用戶的可靠性的最重要指標(biāo)是最關(guān)心的問題。數(shù)控系統(tǒng)，新一代高集成電路芯片，利用大規(guī)?；蛩饺撕突旌霞呻娐?，從而部件數(shù)量，從而使可靠性提高的。同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種診斷程序自動(dòng)運(yùn)行診斷，在線診斷，離線診斷，系統(tǒng)的硬件，軟件和故障排除各種外部設(shè)備和報(bào)警。 一，高速的處理的快速發(fā)展高速加工技術(shù)的迅速發(fā)展，它被廣泛應(yīng)用于高檔數(shù)控機(jī)床。新機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論和先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，優(yōu)化了機(jī)器的結(jié)構(gòu)與目前的數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)高性能特點(diǎn)輕巧的移動(dòng)部件，以減少慣性。在支持工具，材料和結(jié)構(gòu)，單高速加工的切削刀具，全面的高速加工中心，如每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的發(fā)展到數(shù)萬次的數(shù)控機(jī)床的齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7發(fā)展速度，把幾十萬;快速移動(dòng)幾十米的步伐，以幾十每分鐘米，一百多平方米 ;換刀時(shí)間從十秒減少到 10 秒，三秒，一秒或更小，更快的換刀幾倍到十倍?？s短的高速處理技術(shù)應(yīng)用的切削時(shí)間和耗材，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)和生產(chǎn)效率。二，精密加工技術(shù)的突破通過優(yōu)化的機(jī)器，精密結(jié)構(gòu)，高精密制造和裝配功能，提高精，數(shù)控伺服控制系統(tǒng)和認(rèn)可，溫度，振動(dòng)誤差補(bǔ)償編輯幾何精度，精密運(yùn)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用，以減少形狀和位置誤差，所述表面的粗糙度。提高精度平均每八年 1950-2000 一倍，50 年增長了 100倍。這時(shí)，重復(fù)精度數(shù)控機(jī)床的定位精度可以達(dá)到 1 微米，在亞微米超精加工時(shí)代。三，技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)雜明顯技術(shù)集成和復(fù)合技術(shù)是最活躍的數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，如復(fù)雜的過程中的一個(gè) - 車，銑，鉆，磨，齒輪加工工藝復(fù)雜，交叉處理復(fù)雜的技術(shù)類 - 金屬激光切割，沖壓和激光切割金屬燒結(jié)和復(fù)合鏡，目前，未加工的復(fù)合加工的發(fā)展是復(fù)雜的，因此兼容零部件制造和開發(fā)信息管理和應(yīng)用軟件，專注于完整的加工和生產(chǎn)復(fù)雜的形狀集約化管理的過程。技術(shù)集成和一類新的復(fù)雜的機(jī)械的形成 - 化合物機(jī)器，機(jī)器展品創(chuàng)新多樣性復(fù)合物。四，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入智能的新階段數(shù)字化控制技術(shù)已經(jīng)歷了三個(gè)階段：單機(jī)機(jī)器控制數(shù)字控制技術(shù);生產(chǎn)管理聚集形成的生產(chǎn)過程自動(dòng)控制信息;生產(chǎn)過程中的遙控器，智能電網(wǎng)的新階段和無化工廠。智能智能指的是工作，利用計(jì)算機(jī)，信息，網(wǎng)絡(luò)和智能技術(shù)和人工智能等有機(jī)結(jié)合的監(jiān)督 CNC 加工的智能化的自動(dòng)編程的實(shí)現(xiàn)。可以實(shí)現(xiàn)工件裝卡定位自動(dòng)運(yùn)行，刀具直徑和長度測(cè)量誤差，工藝刀具磨損和破損的診斷，處理部分物流監(jiān)控，自動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)，自動(dòng)換刀等，機(jī)器全自動(dòng)智能監(jiān)控系統(tǒng)的智能化監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用故障的機(jī)械，電氣，液壓系統(tǒng)，報(bào)警，故障顯示診斷直至關(guān)機(jī)過程。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，智能遠(yuǎn)程故障診斷專家系統(tǒng)開始適用。數(shù)控系統(tǒng)與在線技術(shù)備份和在線備份服務(wù)。人工智能，自動(dòng)編程系統(tǒng)自動(dòng)加工零件的加工按要求。在線服務(wù)可以被激活隨時(shí) INTERNET 根據(jù)用戶的要求接受遠(yuǎn)程服務(wù)。智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)管理信息化融合和重建決策的自適應(yīng)控制，錯(cuò)誤校正表智能控制，智能故障診斷和維護(hù)功能的智能優(yōu)化下，極大地提高了形成和加工精度，提高生產(chǎn)效率。信息技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，發(fā)展成為工廠的柔性制造單元和智能齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8網(wǎng)絡(luò)，以及生產(chǎn)重組方向的進(jìn)一步發(fā)展。五，是新的技術(shù)領(lǐng)域最大的生產(chǎn)擴(kuò)張極端的生產(chǎn)技術(shù)是指生產(chǎn)工藝非常大，非常小，非常精確型等極端條件。極端的生產(chǎn)技術(shù)是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。制造技術(shù)的重點(diǎn)是微納機(jī)電系統(tǒng)，超精密制造，生產(chǎn)等相關(guān)制度巨人數(shù)控制造技術(shù)，檢測(cè)技術(shù)及數(shù)控機(jī)床，如微型，高精度的生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用相關(guān)的開發(fā)遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人;在大型電力設(shè)備，重型大型船舶和航天設(shè)備，超重型數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，IT 產(chǎn)業(yè)和超微細(xì)加工和微納米等高科技的需求開發(fā)生產(chǎn)中的應(yīng)用加工技術(shù)，開發(fā)出適應(yīng)微小尺寸的微納米加工極端制造復(fù)雜的機(jī)器，如研發(fā)，生產(chǎn)微型數(shù)控機(jī)床和專用機(jī)床。齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9第 2 章 立式數(shù)控銑床主軸箱系統(tǒng)方案的確定2.1 對(duì)立式數(shù)控銑床主軸箱系統(tǒng)簡介主軸箱系統(tǒng)是用來實(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)床主軸箱系統(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)床的主軸箱系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上簡單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠种鬏S電動(dòng)機(jī)的無極調(diào)速來承擔(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)無級(jí)調(diào)速的范圍。在主軸箱系統(tǒng)方面，具有下列特點(diǎn)：1.目前數(shù)控機(jī)床的主軸箱電機(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)床的主軸箱系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，一般Rn100，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)控銑床主軸箱系統(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?qū)崿F(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。齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）103.主軸箱的有關(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，潤滑密封良好，以滿足機(jī)床的使用要求。5.結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。2.3 主軸箱的類型及方案選擇 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。在主軸箱系統(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，目前主軸箱系統(tǒng)主要有三種變速方式1具有變速齒輪的主軸箱這是大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多的一種變速方式。通過幾對(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 圖 2-2 圖 2-32通過帶傳動(dòng)的主軸箱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)的主軸箱這種主軸箱是由電動(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。近年來，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。其齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11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)采用變速齒店主軸箱系統(tǒng)。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、直流無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)，經(jīng)齒輪變速后，實(shí)現(xiàn)分段無級(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，因此選用二級(jí)以上齒輪變速系統(tǒng)作為主軸箱的變速方式。齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12第 3 章 主軸箱變速系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算3.1 計(jì)算切削功率 3.1.1 切削力的計(jì)算銑削時(shí)的切削力，公式如下（3-1）0.74.8698FpZCBfaD式中 -銑削時(shí)的主切削力（N）CF-加工材料影響的系數(shù)-每齒進(jìn)給量（mm）Zf-背吃刀量（mm）ap-銑削寬度B-銑刀齒數(shù)Z-銑刀直徑(mm)D用直徑 =50mm 的四齒錐柄立銑刀，銑刀寬 =40mm 的剛工件，B=0.05mm， =4mm， =68mm，fzapfC計(jì)算得： =132NF3.1.2 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：（3-2）60CVFP齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13式中： -切削功率（kw）CP-切削力（N）F-切削速度（ m/min）CV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/minVc計(jì)算得： =2.2kwCP3.1.3 主軸轉(zhuǎn)速范圍的確定 主軸轉(zhuǎn)速范圍：50-2000r/min；3.2 計(jì)算主軸箱功率 用下列粗略估算主電動(dòng)機(jī)的功率（3-3）CLP式中， 為銑床主軸箱系統(tǒng)總機(jī)械效率，主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，C；主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)， 。0.78C:0.67C:取主軸箱的總效率 =0.7則初選電動(dòng)機(jī)功率 2./073.14dkwP取 4dkwP電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為；150/drmin額定最高轉(zhuǎn)速為 max4/dri齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）143.3 分級(jí)變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及主軸電動(dòng)機(jī)的功率的確定由 3.2 中初選電動(dòng)機(jī)功率 為 4kw，dP計(jì)算轉(zhuǎn)速依據(jù)如下公式計(jì)算:（3-4）0.3542/j rminn則電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍: 450/13dpR主軸恒功率調(diào)速范圍: /40/2519.npmaxj因此主軸要求的恒功率變速范圍 遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率圍 ，所np dpR以在電動(dòng)機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱，來擴(kuò)大電動(dòng)功率變速范圍。3.3.1 變速級(jí)數(shù) Z 的確定如取變速箱的公比 3dpfR則由于無級(jí)變速時(shí) 1zznpdpff故變速箱的變速極數(shù) 可取 Z=3 （3-5）lgl19.527043npfZ雖然此中方法功率特性圖示連續(xù)的、無缺口(即沒有功率降低區(qū))和無重但是Z=3，變速箱機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。因此為簡化變速箱機(jī)構(gòu)，取 Z=2。3.3.2 電動(dòng)機(jī)的功率的確定由公式（3-5）可知，應(yīng)增大 f齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15即 lgnpfZRlg19.52f所以 比 大很多。4.2f3dp此時(shí)變速箱每擋內(nèi)有部分低轉(zhuǎn)速只能恒轉(zhuǎn)矩變速，主軸箱系統(tǒng)的功率特性圖中出現(xiàn)缺口區(qū)。缺口處的功率為 /34/.2.71dpfPkwR低谷處功率應(yīng)保證傳遞全部功率，只有選擇額定功率較大的電機(jī)給予補(bǔ)償。所以選用 的交流變頻電動(dòng)機(jī)。5.kw則缺口處的功率為 。有很大的改善。/35./423.7dpfPkw3.3.3 電動(dòng)機(jī)參數(shù)一、電動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)電機(jī)采用 CTB 系列變頻電機(jī),型號(hào)：CBT-43P5BXB50-4,主要技術(shù)指標(biāo)如下。（1）電壓:三相 380V/50Hz；（2）變頻調(diào)速范圍:5100Hz 無級(jí)調(diào)速,550Hz 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,50100Hz 恒功率調(diào)速,級(jí)數(shù)為 4 級(jí),額定轉(zhuǎn)速 1440r/min;（3）電機(jī)應(yīng)能承受額定轉(zhuǎn)矩的 60%過載,歷時(shí) 1min,低速時(shí)轉(zhuǎn)矩平滑,無爬行現(xiàn)象;能通過變頻裝置的電壓提升,保證電動(dòng)機(jī)頻率在 5Hz 時(shí)輸出額定轉(zhuǎn)矩而不致使電機(jī)因發(fā)熱而燒毀。（4）CTB 系列變頻電機(jī),型號(hào)：CBT-43P5BXB50-4 主要性能參數(shù)如表 3.1 所示：齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16表 3-1圖 3-1 為電動(dòng)機(jī)外形圖3.3.4 分級(jí)變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)變速機(jī)構(gòu)的確定本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)具有兩檔速度，低檔轉(zhuǎn)速為 ，高檔轉(zhuǎn)409/rmin。采用二級(jí)變速傳動(dòng)，傳動(dòng)比為 的高速傳動(dòng)304/rmin 3/6/的低速傳動(dòng)兩種變速機(jī)構(gòu)，采用撥叉變速。顯然如果要求巧/627內(nèi)作恒功率的不停車變速可用高檔。如果要求在 內(nèi)作15/i 1509/rin恒功率的不停車變速可用低檔。轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如圖 3-2 所示。齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17圖 3-1 轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18第 4 章 主軸組件設(shè)計(jì)4.1 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)。4.1.1 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.傳動(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。4.1.2 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，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 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。 4.2.1 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定義。如圖 4-1齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19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（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。齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20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。4.2.2 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。4.2.3 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，如下圖立式數(shù)控銑床主軸的裝配。齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21前軸承（前支撐） 、套筒、軸承、套筒（曲路密封）與端蓋（曲路密封）齒輪（動(dòng)力輸入部分） 、圓螺母、軸承（后支撐） 、端蓋、依次從軸的后端向前端安裝。4.2.4 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、緊定螺釘以及過盈配合等,其中緊定螺釘只用在傳力不大之處。4.2.5 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?yàn)?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1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0.56 mind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度一般應(yīng)比輪轂長度短 2 3mm，所以取 Dmax=78mm.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齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22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0.51.5中等長度和較長主軸端的車床和銑床，懸伸較長的精密鏜床 和內(nèi)圓磨床1.252.5孔加工機(jī)床應(yīng)用加工細(xì)長孔的機(jī)床，由加工技術(shù)決定，需要有長的懸伸刀桿或主軸可移動(dòng)，因切削較長而不適用于有高精度要求的機(jī)床2.5取 a=65mm2.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0l成主軸組件的剛度損失。在設(shè)計(jì)中一般認(rèn)為 l/ = 時(shí)，剛度損失不大（5%左0l.751右） 。應(yīng)該認(rèn)為在合理范圍之內(nèi)，稱之為合理跨距，合理跨距 =（ ） 是合 理l.7510l一個(gè)區(qū)域。4.2.6 提高主軸強(qiáng)度的措施軸和軸上零件的結(jié)構(gòu)、工藝及軸上零件的安裝布置等對(duì)軸的強(qiáng)度有很大的影響，所以應(yīng)在這些方面進(jìn)行考慮，以利提高軸的承載的能力，減小軸的尺寸和機(jī)器的質(zhì)量，降低制造成本。1.合理布置軸上零件以減小軸的載荷。為了減小軸所承受的彎矩，傳動(dòng)件應(yīng)盡量靠近軸承，并盡可能不采用懸臂的支承形式，力求縮短支承跨距及懸臂長度。通常軸是在變應(yīng)力條件下工作的，軸的截面尺寸發(fā)生突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中，軸的疲勞破壞也常常發(fā)生在此處。軸肩要采用較大的 R 減小應(yīng)力集中；選擇合適的配合關(guān)系；可在輪轂或軸上開減載槽；切制螺紋處的應(yīng)力集中較大，應(yīng)避免在軸上受載較大的區(qū)段切制螺紋。2.改進(jìn)軸的表面質(zhì)量提高軸的疲勞強(qiáng)度。軸的表面愈粗糙，疲勞強(qiáng)度愈低。因此，應(yīng)合理減小軸的表面及圓角處的 ，提aR高軸的疲勞強(qiáng)度。表面強(qiáng)化處理的方法有：表面高頻淬火；表面滲碳、氮化；碾壓、齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23噴丸等強(qiáng)化處理。4.2.7 軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性指軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于加工和裝配軸上的零件，生產(chǎn)率高，成本低。一般說，軸的結(jié)構(gòu)越簡單，工藝性越好。因此，在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量簡單。為了便于裝配零件并去掉毛刺，軸端應(yīng)制出 45的倒角；需要磨削加工的軸段，應(yīng)留有砂輪越程槽；需要切制螺紋的軸段，應(yīng)留有退刀槽。為了減少加工刀具種類和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵槽寬度、砂輪越程槽寬度和退刀槽寬度等應(yīng)盡量采用相同的尺寸。主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖：圖 4-2 主軸結(jié)構(gòu)示意圖4.3 主軸強(qiáng)度的校核常見軸材料見表 4.2 所示。表 4-2 常見軸材料軸的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 40Cr 15-25 20-35 25-45 35-45A0 149-126 135-112 126-103 112-974.3.1 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算下面這種方法只是按軸所承受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果還承受有不大的彎矩時(shí)，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的方法予以考慮。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常用這種方法初步估算軸徑。對(duì)于不大重要的軸，也可作為計(jì)算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 齊齊哈爾工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24（4-1）3950.2TTPnWd-扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位 MPaTT-軸所受的扭矩，單位為 N mm-軸的抗扭截面系數(shù)，單位為TW3mn-軸的轉(zhuǎn)速，單位為 r/minP-軸傳遞的功率，單位為 kwd-計(jì)算截面處軸的直徑，單位為 mm-許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPaT由上式可的直徑（4-2）30950.2TPdAn式中: 2301.TAm對(duì)于空心軸 （4-3）3418()Pdmn應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)軸截面上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑 d100mm 的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑應(yīng)增大 7%。對(duì)于直徑 d100mm 的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑應(yīng)增大 5%-7%有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大 10%-15%。然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。應(yīng)當(dāng)注意，這樣求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑 。mind