普通數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計樣本

普通數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計摘要數(shù)控車床不但可以車外圓還能用于鏜孔、車端面、鉆孔與鉸孔。與其她種類機床相比，車床在生產(chǎn)中使用最廣。本論文一方面簡介了國內(nèi)數(shù)控機床發(fā)展過程與現(xiàn)狀,并分析了其存在問題;對數(shù)控機床發(fā)展趨勢進行了探討；并對數(shù)控車床主軸箱傳動系統(tǒng)進行了設(shè)計與計算。主軸箱有安裝在精密軸承中空心主軸和一系列變速齒輪構(gòu)成。數(shù)控車床主軸可以獲得在調(diào)速范疇內(nèi)任意速度，以滿足加工切削規(guī)定。當前，數(shù)控車床發(fā)展趨勢是通過電氣與機械裝置進行無級變速。變頻電機通過帶傳動和變速齒輪為主軸提供動力。普通變頻電機調(diào)速范疇3—5，難以滿足主軸變速規(guī)定；串聯(lián)變速齒輪則擴大了齒輪變速范疇。本設(shè)計將本來帶輪不卸荷構(gòu)造變?yōu)榱藥л喰逗蓸?gòu)造，使輸入軸在帶處只受轉(zhuǎn)矩，將軸上徑向力傳動到車床機體上,改進了輸入軸受力狀況，。核心詞：主軸箱，無級調(diào)速，傳動系統(tǒng)AbstractNClathecandoboring，facing，drillingandReaminginadditiontoturning.Theuseoflathesintheproductionthantheothertypesofmachinetoolsandmore.Andcomparedtoothertypesofmachinetools，lathesintheproductionisthemostwidelyused.Inthisdesign，thedevelopmentandcurrentsituationofNCmachineinChinawasintroducedandaseriesofproblemswerepresented.ThedevelopmenttrendtoNClathewasdiscussed.SomecountermeasureswaspresentedforthedevelopmentofNCmachineinChinaandthentheheadstockofNClathehasbeencalculatlydesigned.Headstocksiscomposedofthehollowspindlewhichisinstalledinprecisionbearingsandaseriesoftransmissiongears.Thespindlecanobtainanyspeedinthespeedrangetomeettheprocessingrequirementsofcutting.Atpresent，thedevelopmenttrendistoprovideacontinuouslyvariablespeedthroughtheelectricalormechanicaldevices.VariableFrequencyMotorconveysthepowerthroughbeltdriveandasetoftransmissiongears.ThespeedrangeofVariableFrequencyMotorisusually3-5，whichisdifficulttomeetthespeedrangerequirementsofthespindlespeed；Thetransmissiongearsistoexpandthescopeofavariable-speedtomeetthespeedrangeofthespindleInaddition，inthisdesignthedesignofthebeltdrivehasbeenchangedfromtheoriginalunloadingstructureintotheloadingstructure，transmissedtheforcetothelathebodysothatinputshaftisonlyforcedtorque，improvedtheforcingstateoftheinputshaft.Keywords：headstocks，acontinuouslyvariablespeed，transmissionSysterm目錄摘要 ⅠAbstract（英文摘要） Ⅱ目錄 ⅢTOC\o\t"標題3,3,標題4,4"第一章緒論 11.1數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)規(guī)定 11.2數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)方式 11.3國內(nèi)外數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)發(fā)展 21.3.1設(shè)數(shù)控車床發(fā)展總趨勢.................................21.3.2確中華人民共和國數(shù)控車床發(fā)展重要問題........................4TOC\o"1-4"第二章變速主傳動系統(tǒng)法案制定 62.1主傳動技術(shù)指標制定 72.1.1動力參數(shù)擬定計數(shù)...................................72.1.2主運動調(diào)速范疇擬定.................................82.1.3主軸計算轉(zhuǎn)速擬定...................................92.2變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 102.2.1擬定傳動方案...........................................102.2.2轉(zhuǎn)速圖擬定........................................112.2.3擬定傳動變速系統(tǒng)圖..................................12第三章傳動系統(tǒng)零部件設(shè)計 153.1傳動皮帶設(shè)計與選定 153.1.1V帶傳動設(shè)計.........................................153.1.2帶構(gòu)造設(shè)計.........................................163.2齒輪設(shè)計與校核 173.2.1各傳動軸傳遞動力計算....................................173.2.2齒輪副32/76齒輪設(shè)計與校核...........................193.2.3齒輪副30/54齒輪設(shè)計與校核............................233.2.4齒輪副54/54齒輪設(shè)計與校核............................263.3傳動軸設(shè)計與校核 303.3.1傳動軸I設(shè)計與校核...................................303.3.2軸II設(shè)計與校核.....................................33第四章主軸組件設(shè)計與校核 354.1主軸規(guī)定 354.2主軸軸承選取 364.3主軸設(shè)計與校核 36第五章主軸驅(qū)動與控制 395.1主軸轉(zhuǎn)速自動變換 395.2齒輪有級變速變擋裝置 405.3主軸旋轉(zhuǎn)與軸向進給同步控制 405.3主軸旋轉(zhuǎn)與徑向進給同步控制 40第六章總結(jié)與展望 41參照文獻 43道謝 45第一章緒論數(shù)控車床運用數(shù)字化信息對車床運動及加工過程進行控制，是一種可編程通用加工設(shè)備，能自動完畢內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等工序切削加工，因此特別適合加工形狀復(fù)雜軸類和盤套類零件。與通用機床和專用機床相比，數(shù)控車床具備加工靈活、通用性強、能適應(yīng)產(chǎn)品品種和規(guī)格頻繁變化特點，可以滿足新產(chǎn)品開發(fā)和多品種、小批量、生產(chǎn)自動化規(guī)定，是一種柔性、高性能自動化車床，代表了當代控制技術(shù)發(fā)展方向，是一種典型機電一體化產(chǎn)品，因而被廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)。數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)涉及主軸電機、傳動系統(tǒng)與主軸組件，與普通機床相比，變速功能絕大某些由主軸電機無級調(diào)速來承擔，省去了繁雜齒輪變速機構(gòu)，構(gòu)造簡樸，有些只有兩極或三級齒輪變速機構(gòu)系統(tǒng)用以擴大電機無級調(diào)速范疇1.1數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)規(guī)定數(shù)控機床作為高自動化機電一體化設(shè)備，其主傳動系統(tǒng)設(shè)計普通應(yīng)滿足如下基本規(guī)定。使用性能規(guī)定高一方面應(yīng)滿足機床運動特性。如機床主軸有足夠轉(zhuǎn)速范疇和轉(zhuǎn)速級數(shù)，不但有低速大轉(zhuǎn)矩功能并且還要有較高轉(zhuǎn)速。傳動系統(tǒng)設(shè)計合理，操作以便靈活、迅速、安全可靠。傳遞動力規(guī)定主電動機和傳動機構(gòu)能提供和傳遞足夠功率和轉(zhuǎn)速，具備較高傳遞效率。工作性能規(guī)定主傳動中所有零部件要有足夠剛度、精度、和抗振性、熱變形特性穩(wěn)定，才干保證加工零件有較高質(zhì)量。電動機、主軸及傳動部件都是熱源，低溫升、小變形是對主軸傳動系統(tǒng)重要指標；主軸要較高旋轉(zhuǎn)精度與運動精度；主軸軸頸尺寸、軸承類型及裝配方式，軸承預(yù)緊量大小、主軸組件質(zhì)量分布與否均勻及主軸組件阻尼對主軸組件靜剛度和抗振性都會產(chǎn)生影響；主軸組件必要有足夠耐磨性，使之保持良好精度；軸承處還要有良好潤滑。此外，還規(guī)定主創(chuàng)動系統(tǒng)構(gòu)造簡樸，便于調(diào)節(jié)與維修；工藝性好，便于加工與裝配；防護性好；使用壽命長。1.2數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)方式機床主傳動系統(tǒng)可分為分級變速傳動和無級變速傳動。分級變速傳動是在一定范疇能均勻、離散地分布著有限級數(shù)轉(zhuǎn)速，重要用于普通機床。無級變速形式可以在一定范疇內(nèi)持續(xù)變化轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工規(guī)定最佳轉(zhuǎn)速，能在運轉(zhuǎn)中變速，便于自動變速。數(shù)控車床得主傳動系統(tǒng)普通采用無級變速。與普通車床相比，數(shù)控車床主傳動采用交、直主軸調(diào)速電動機，電動機調(diào)速范疇大，并可無級調(diào)速，使主軸構(gòu)造大為簡化。為了適應(yīng)不同加工需求數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)有如下三種方式。=1\*GB2⑴電動機直接驅(qū)動主軸電動機與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式主軸電動機驅(qū)動。采用直接驅(qū)動可大大簡化主軸箱構(gòu)造，能有效地提高主軸剛度。這種傳動特點是主軸轉(zhuǎn)速變化、輸出轉(zhuǎn)矩與主軸特性完全一致。但因主軸功率和轉(zhuǎn)矩特性直接決定主軸電機性能，因而這種變速傳動應(yīng)用受到一定限制。=2\*GB2⑵采用定比傳動主軸電動機經(jīng)定比傳動給主軸。定比傳動可采用帶傳動或齒輪傳動，這種傳動方式在一定限度上能滿足主軸功率和轉(zhuǎn)矩規(guī)定，但其變速范疇仍和電動機調(diào)速范疇相似。當前，交流、直流主軸電動機恒功率轉(zhuǎn)速范疇普通只有2-4，而恒轉(zhuǎn)矩范疇則達100以上；許多大、中型機床主軸規(guī)定有更寬恒功率轉(zhuǎn)速范疇。很明顯，這種狀況下主軸電動機功率特性和機床主軸規(guī)定不匹配:調(diào)速電動機恒功率范疇遠不大于主軸規(guī)定恒功率變速范疇。因此這種變速方式多用于小型或高速數(shù)控機床。=3\*GB2⑶采用分檔變速方式采用這種變速方式重要是為理解決主軸電動機功率特性和機床主軸功率特性不匹配。變速多采用齒輪副來實現(xiàn)，電動機無級變速配合變速機構(gòu)可保證主軸功率、轉(zhuǎn)矩規(guī)定，滿足各種切削運動轉(zhuǎn)矩輸出，特別是保證低速時轉(zhuǎn)矩和擴大恒功率調(diào)速范疇。=4\*GB2⑷用兩個電機分別驅(qū)動主軸

上述兩種方式混合傳動，高速時帶輪直接驅(qū)動主軸，低速時另一種電機通過齒輪減速后驅(qū)動主軸1.3國內(nèi)外數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)發(fā)展.1.3.1數(shù)控車床發(fā)展總趨勢近年來，隨著數(shù)控加工技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)也呈現(xiàn)出某些新發(fā)展趨勢，如主軸轉(zhuǎn)速高速化、功能構(gòu)造復(fù)合化、柔性化。=1\*GB2⑴高速主軸單元為了適應(yīng)數(shù)控加工高速化發(fā)展，當前越來越多高速數(shù)控車床采用了電主軸。電主軸又稱內(nèi)置式電動機主軸單元，就是將高速主軸電動機置于主軸內(nèi)部，通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需工作轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)電動機、主軸一體化功能；取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動轉(zhuǎn)動慣量，提高了主軸動態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運轉(zhuǎn)時皮帶和帶輪等傳動振動和噪聲問題；可精準實現(xiàn)主軸定位和軸傳動功能。采用電主軸構(gòu)造可使主軸轉(zhuǎn)速達到10000r/min以上，它融合了尖端高速精密軸承、潤滑技術(shù)、冷卻技術(shù)、高速變頻驅(qū)動技術(shù)，是技術(shù)含量很高機電一體化產(chǎn)品。=2\*GB2⑵功能復(fù)合化、柔性化隨著數(shù)控車床對加工對象適應(yīng)性不斷提高，數(shù)控車床（特別適合主傳動系統(tǒng)）設(shè)計發(fā)生了很大變化，并向著功能復(fù)合化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。

功能復(fù)合化目是進一步提高機床生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時間減至至少。通過功能復(fù)合化，可以擴大車床使用范疇、提高效率，實現(xiàn)一機多用、一機多能，即一臺數(shù)控車床既可以實現(xiàn)車削功能，也可以實現(xiàn)銑削加工。寶雞機床廠已經(jīng)研制成功CX25Y數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機床同步具備X、Z軸以及C軸和Y軸。通過C軸和Y軸，可以實現(xiàn)平面銑削和偏孔、槽加工。該機床還配備有強動力刀架和副主軸。副主軸采用內(nèi)藏式電主軸構(gòu)造，通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機床工件一次裝夾即可完畢所有加工，極大地提高了效率。數(shù)控車床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展趨勢是：從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新重要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展主流趨勢，是先進制造領(lǐng)域基本技術(shù)。其重點是以提高系統(tǒng)可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目的，注重加強單元技術(shù)開拓和完善。CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數(shù)控機床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能以便地與CAD、CAM、CAPP及MTS等聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展由此可見，當代數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計不但限于只滿足原有基本規(guī)定，還要綜合考慮當代制造對機床整體規(guī)定，如制造控制、過程控制以及物料傳送，以縮短產(chǎn)品加工時間、周轉(zhuǎn)時間、制造時間，以最大限度提高生產(chǎn)率。中華人民共和國數(shù)控機床現(xiàn)狀及發(fā)展中重要問題1.3.2中華人民共和國發(fā)展數(shù)控車床存在重要問題中華人民共和國於1958年研制出第一臺數(shù)控機床，發(fā)展過程大體可分為兩大階段。在1958～1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數(shù)控機床特點、發(fā)展條件缺少結(jié)識，在人員素質(zhì)差、基本薄弱、配套件但是關(guān)狀況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因體現(xiàn)欠佳，無法用於生產(chǎn)而停頓。重要存在問題是盲目性大，缺少實事求是科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、臺灣省共11國(地區(qū))引進數(shù)控機床先進技術(shù)和合伙、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐漸向前發(fā)展。在20余年間，數(shù)控機床設(shè)計和制造技術(shù)有較大提高，重要體當前三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計、制造、使用和維護人才；通過合伙生產(chǎn)先進數(shù)控機床，使設(shè)計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術(shù)差距；通過運用國外先進元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)計及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工數(shù)控機床，供應(yīng)國內(nèi)市場需求，但對核心技術(shù)實驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依托國外技術(shù)支撐，不能獨立發(fā)展，基本上處於從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控車床水平差距很大。存在重要問題涉及：缺少象日本“機電法”、“機信法”那樣指引；嚴重缺少各方面專家人才和純熟技術(shù)工人；缺少進一步系統(tǒng)科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；公司和專業(yè)間缺少合伙，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。中華人民共和國此后要加速發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)，既要進一步總結(jié)過往經(jīng)驗教訓(xùn)，切實改進存在問題，又要認真學(xué)習(xí)國外先進經(jīng)驗，沿對的道路邁進。建議切實做好如下幾點：中華人民共和國廠多人眾，極需對的方針、政策對數(shù)控車床發(fā)展進行有力指引。應(yīng)學(xué)習(xí)美、德、日經(jīng)驗，政府高度注重、對的決策、大力扶植。在方針政策上，應(yīng)講究科學(xué)精神、經(jīng)濟實效，以切實提高生產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率為原則。在辦法上，進一步顧客，精通工藝，低中高檔并舉，學(xué)習(xí)日本，一方面解決量大而廣中檔數(shù)控機床，批量生產(chǎn)，占領(lǐng)市場，減少進口，擴大出口。在環(huán)節(jié)辦法上，必要使國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進、可靠，狠抓產(chǎn)品質(zhì)量與配套件過關(guān)，打好技術(shù)基本。近期重在打基本，建立信譽，擴大國產(chǎn)數(shù)控車床國內(nèi)市場份額，遠期謀求趕超世界先進水平，大步走向世界市場；必要狠抓主線，堅持“以人為本”，加速提高人員素質(zhì)、培養(yǎng)各種專家人才，從主線上變化當前低效、落后狀態(tài)。人是一切事業(yè)成敗主線，層層都要注重“培才、選才、用才”，建立學(xué)習(xí)型公司，樹立公司文化，加速哺育新人，培訓(xùn)在職人員，建立師徒相傳制度，舉辦各種技術(shù)講座、訓(xùn)練班和專項討論會，甚至聘請外國專家、顧問等，竭力提高數(shù)控。隨著世界科技進步和機床工業(yè)發(fā)展，數(shù)控車床作為機床工業(yè)主流產(chǎn)品，已成為實現(xiàn)裝備制造業(yè)當代化核心設(shè)備，是國防軍工裝備發(fā)展戰(zhàn)略物資。數(shù)控機床擁有量及其性能水平高低，是衡量一種國家綜合實力重要標志。加快發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)也是國內(nèi)裝備制造業(yè)發(fā)呈現(xiàn)實規(guī)定。第二章變速主傳動系統(tǒng)方案制定2.1主傳動系統(tǒng)重要技術(shù)指標擬定中檔規(guī)格二軸聯(lián)動數(shù)控車床，床身最大回轉(zhuǎn)直徑￠460mm，最大工件長度1000mm；主軸通孔直徑56mm，主軸錐度莫氏六號，可以加工直線、錐度、球面、螺紋罩等，功能齊全、精度可靠、操作以便。主傳動系統(tǒng)重要參數(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)動電動機功率；運動參數(shù)是指主運動變速范疇。依照數(shù)控車床加工工藝、加工對象、所規(guī)定精度、成本及生產(chǎn)周期并結(jié)合國內(nèi)外機床發(fā)呈現(xiàn)狀擬定數(shù)控車床重要技術(shù)指標。2.1.1動力參數(shù)擬定主傳動中個傳動件尺寸要依照傳動功率來擬定。傳動功率過大，使傳動件尺寸粗大，電動機常在低負載下工作，功率因數(shù)小而揮霍能源；功率過小將限制車床切削加工能力而減少生產(chǎn)效率。因而需合理擬定主傳動功率。但由于實際加工過程切削用量變化范疇大、傳動件之間摩擦等不擬定因素，用理論計算辦法來擬定主傳動功率尚有困難，可通過類比、記錄辦法互相比較來擬定。查機電一體化手冊車削功率在8-16kw之間依照切削功率PC與主傳動鏈總效率η估算,即P=。主傳動鏈功率效率η=0.7—0.85，數(shù)控車床多采用調(diào)速電動機和較短機械傳動鏈，效率較大，因而取=0.78,則預(yù)計P在10.26kw~20.51kw.之間。數(shù)控車床加工范疇普通都比較大，切削功率PC可依照有代表性加工狀況，由其主切削抗力PC=KW---主切削力切向分力，N；---切削速度N??；查金屬切削手冊知，以硬質(zhì)合金刀具車削合金構(gòu)造鋼為例，數(shù)控車床有代表型主切削力切向分力大概在2500左右，切削速度取90—250r\min，則懂得PC=2500200\60000=8.333kwP==10.68kw考慮到空轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)功率損失，如各傳動件在空轉(zhuǎn)運營時摩損功耗，傳動件攪油和克服空氣阻力功率以及其其他動載荷摩擦損耗等。J1FCNCI-B機床是中檔規(guī)格數(shù)控車床，參照國內(nèi)外同類機床電動機功率，此機床可以選用11kw電動機，考慮到數(shù)控機床變速范疇比較大，選用交流變頻電動機YVP160-4，標稱功率11kw，額定轉(zhuǎn)矩70N?m調(diào)頻電動機功率轉(zhuǎn)矩與2.1.2主運動調(diào)速范疇擬定主軸轉(zhuǎn)速由切削速度（r/min）與工件直徑（mm）來擬定=（r/min）計算該數(shù)控車床=、=，則數(shù)控車床變速范疇=代入公式，選取，，，要據(jù)車床上幾種典型加工狀況考慮，不也許將一切狀況考慮進去，也不是加工狀況最大值和最小值。經(jīng)記錄分析車床最高轉(zhuǎn)速出當前硬質(zhì)合金刀具精車鋼料外圓工藝中，最低轉(zhuǎn)速出當前高速工具鋼刀具精車合金鋼工件梯形絲杠中。由工藝手冊可知硬質(zhì)合金刀具刀具精車鋼料絲杠=250r\min；高速車刀粗車圓柱體=30-50r\min（隨被吃刀量與進給量增長而減少）；高速工具鋼低速精車絲杠=1.5r\min，車床主參數(shù)￠460mm，加工絲杠最大直徑=50mm，則=0.5D=0.5460mm=230mm=（0.2-0.25）=（46-58）mm，取=50mm。max===1591r/min==41.52r/min由于當代數(shù)控車床向高速高精度方向發(fā)展，考慮到此后技術(shù)儲備，類比行業(yè)中同類數(shù)控車床轉(zhuǎn)速范疇初步選用=20r\min，=r\min。則數(shù)控車床總變速范疇==1002.1.3主軸計算轉(zhuǎn)速擬定由切削原理知主運動為直線運動機床，主運動為恒轉(zhuǎn)矩運動；主運動為旋轉(zhuǎn)運動機床，主運動為恒功率運動。數(shù)控車床加工工藝范疇廣，變速范疇大。有些典型工藝如：精車絲杠、加工螺紋、等，工件尺寸大，需采用小被吃刀量、小進給量；低速主軸轉(zhuǎn)速小，不需傳動電動機所有功率。咱們把機床能傳遞所有功率最低轉(zhuǎn)速稱為主軸計算轉(zhuǎn)速，以它為臨界轉(zhuǎn)速，如圖。從至最高轉(zhuǎn)速區(qū)域為恒功率區(qū)域，任意轉(zhuǎn)速可以傳遞電動機所有功率，但主軸轉(zhuǎn)矩隨主軸轉(zhuǎn)速上升而下降；從最低轉(zhuǎn)速至區(qū)域b為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，任意轉(zhuǎn)速可以輸出最大轉(zhuǎn)矩，但主軸輸出功率將隨主軸轉(zhuǎn)速下降而下降。數(shù)控車床變速范疇比較廣，計算轉(zhuǎn)速比普通車床高。當前數(shù)控機床計算轉(zhuǎn)速擬定尚無統(tǒng)一原則，擬定是參照同類機床，并結(jié)合該機床加工工藝規(guī)定，使=154r\min.圖2.2主軸轉(zhuǎn)速曲線2.2變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計2.2.1擬定傳動方案機床傳動形式分為有極和無極變速兩種，無級變速形式可以在一定范疇內(nèi)持續(xù)變化轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工規(guī)定最佳轉(zhuǎn)速，能在運轉(zhuǎn)中變速，便于自動變速，這對與提高機床生產(chǎn)效率和提高被加工零件質(zhì)量均有重要意義；同步采用無級變速可使主軸構(gòu)造大為簡化，縮短傳動鏈；因而無級變速應(yīng)用日益廣泛。該數(shù)控機床總變速范疇是=\20=100，變速范疇較大，單靠無級變速裝置有難以實現(xiàn)。并且，無級變速裝置功率扭轉(zhuǎn)特性應(yīng)同傳動鏈工作規(guī)定相適應(yīng)，這就規(guī)定串聯(lián)機械有級變速來擴大變速范疇并選取適當無級變速器以滿足機床功率扭矩特性規(guī)定。該數(shù)控機床是以經(jīng)濟型數(shù)控車床，設(shè)計主軸由交流變頻電動機經(jīng)皮帶論、齒輪傳動至主軸。從圖1與圖2可以看出：調(diào)頻電機恒功率轉(zhuǎn)速范疇為4500\1500=3，而主軸規(guī)定恒功率調(diào)速范疇為\250=8，顯然電動機不能滿足主軸所規(guī)定恒功率變速范疇。因此在設(shè)計師不能根據(jù)總變速范疇來設(shè)計主創(chuàng)動系統(tǒng)，而應(yīng)考慮電動機與主軸功率匹配。主軸恒功率調(diào)速范疇Rnp=max\=\250=8,電動機恒功率調(diào)速范疇Rdp=max\=4500\1500=3為了使主軸和電動機恒功率匹配，現(xiàn)通過增長變速齒輪來滿足規(guī)定，該變速齒輪組擴大了電動機恒功率調(diào)速。2.2.2轉(zhuǎn)速圖擬定1．轉(zhuǎn)速圖擬定分析和設(shè)計主傳動系統(tǒng)須應(yīng)用一種特殊線圖，稱為轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖可以清晰表達出：傳動軸數(shù)目，主軸及各傳動軸轉(zhuǎn)速級數(shù)、轉(zhuǎn)速值及其傳動路線，變速組個數(shù)、傳動順序及擴大順序，各變速組傳動副數(shù)及其傳動比數(shù)值，變速規(guī)律等。一方面依照最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速擬定變速范疇，選取適當公比后再擬定轉(zhuǎn)速級數(shù)，繪制轉(zhuǎn)速圖。：已知機床轉(zhuǎn)速范疇在20r/min~r/min，電動機最高轉(zhuǎn)速為4000r/min，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，電動機額定功率P=11kW，擬定主軸箱構(gòu)造．（1）擬定主軸變速范疇（2）擬定主軸計算轉(zhuǎn)速由于數(shù)控機床主軸變速范疇大，計算轉(zhuǎn)速應(yīng)比計算值高些，因此圓整取計算轉(zhuǎn)速nc=。（3）擬定主軸恒功率變速范疇（4）擬定電動機所可以提供恒功率變速范疇由于Rnp>>Rdp，電動機直接驅(qū)動主軸不能滿足恒功率變速規(guī)定，因而需要串聯(lián)一種有級變速箱，以滿足主軸恒功率調(diào)速范疇。（5）擬定轉(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規(guī)定，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有某些重復(fù)，故取Z=2（6）擬定轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如圖2.2.3擬定傳動變速系統(tǒng)圖擬定傳動系統(tǒng)原則是：在保證機床運動和使用規(guī)定前提下，運動傳動鏈要盡量短而簡樸；傳動效率高以及操作簡樸以便。一方面要考慮某些構(gòu)造方面問題，考慮構(gòu)造能否實現(xiàn)：如小齒輪齒根圓與否不不大于軸直徑，大齒輪頂圓與否會碰及相鄰軸等；另一方面因考慮構(gòu)造與否合理，如布置與否緊湊，操縱與否以便等。該機床采用雙聯(lián)滑移齒輪變速組，采用窄式排列構(gòu)造，使機床構(gòu)造緊湊。主軸變速擬采用通過滑移齒輪移位來實現(xiàn)，需保證當齒輪2與齒輪4完全脫開嚙合之后，齒輪3和齒輪6才干開始進入嚙合，因此齒輪5與齒輪6相鄰間距離b要不不大于于滑移齒輪寬度（齒輪2與齒輪寬度之和），普通b++△，△=14mm。綜合考慮個因素，擬訂傳動系統(tǒng)示意圖，如圖。主傳動系統(tǒng)示意圖第三章傳動系統(tǒng)零部件設(shè)計3.1傳動皮帶設(shè)計和選定帶傳動是由帶和帶輪構(gòu)成傳遞運動和動力傳動。依照工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動和嚙合帶傳動。摩擦帶傳動是機床重要傳動方式之一，常用有平帶傳動和V帶傳動；嚙合傳動只有同步帶一種。普通V帶傳動是常用帶傳動形式，其構(gòu)造為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40°、相對高度進似為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，容許包角小、傳動比大、預(yù)緊力小。繩芯構(gòu)造帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。其應(yīng)用于：帶速V＜25～30m/s;傳動功率P＜700kW;傳動比i≤10軸間距小傳動。一．重要失效形式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、扯破和拉斷；3．帶工作面磨損。保證帶在工作中不打滑前提下能傳遞最大功率，并具備一定疲勞強度和使用壽命是V帶傳動設(shè)計重要根據(jù)，也是靠摩擦傳動其他帶傳動設(shè)計重要根據(jù)。3.1.1．V帶傳動設(shè)計(1)設(shè)計功率擬定：查得工況系數(shù)(2)選定帶型：依照和擬定為B型。(3)傳動比：依照轉(zhuǎn)速圖知,傳動比為(4)擬定小帶輪基準直徑：參照表取(5)擬定大帶輪直徑：取原則值(6)驗算帶速：由于在之間，因此經(jīng)濟耐用。(7)初定帶輪軸中心距：得：即：初取(8)擬定帶基準長度： 選用基準長度(9)計算實際軸間距：取原則值。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：因此小帶輪包角適當。(11)單根V帶基本額定功率：依照和查得B型V帶基本額定功率。(12)單根V帶額定功率增量：考慮到傳動比影響，額定功率增量由表查得：(13)計算帶根數(shù)：取根。(14)單根V帶預(yù)緊力：(15)作用在軸上力：(16)帶輪構(gòu)造和尺寸：由表可查得帶輪詳細構(gòu)造參見零件圖為了減輕傳動軸上載荷，采用卸荷式帶輪構(gòu)造，使帶輪上載荷由軸承支撐進而傳給箱體，軸只承受轉(zhuǎn)矩，裝配裝置參見裝配圖。3.2齒輪設(shè)計與校核普通同一變速組齒輪模數(shù)相似,所有齒輪中一方面選取負荷較重小齒輪按接觸疲勞強度公式進行初算。因此從最小齒輪Z=26開始設(shè)計校核。（注意：為便于閱讀在本節(jié)內(nèi)容中，在相嚙合每對齒輪設(shè)計與校核時，積極齒以數(shù)字1為下角標，被動齒輪以數(shù)字2為下角標）3.2.1各傳動軸傳遞動力計算電動機輸出功率==11kw，額定轉(zhuǎn)速=1500r/min，輸出轉(zhuǎn)矩=9550=軸=1\*ROMANI==110.96=10.56kw為帶傳動效率===750r/min=9550=中間軸=2\*ROMANII==10.560.990.97=10.14kw，分別為軸承、齒輪傳動效率。==937.51.8=521r/min=9550=9550=高速檔軸=3\*ROMANIII==10.140.990.97=9.7kw，分別為、軸=3\*ROMANIII上軸承、齒輪傳動效率==5211=521r\min=9550=9550= 低速檔軸=3\*ROMANIII==9.7kw==5212.4=217r\min=9550=9550= 動力傳動狀況表：軸號功率kw轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速r\min傳動比傳動效率輸入輸出輸入輸出電機--11--701500---0.96軸=1\*ROMANI10.5610.1470107937.51：1.60.9603軸=2\*ROMANII10.149.7134.461835211：1.80.9603軸=3\*ROMANIII高速9.79.31551835211:10.9603低速9.79.31554842171:2.40.96033.2.2齒輪副(32/76)齒輪設(shè)計與校核因生產(chǎn)批量較小，故小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)解決，硬度241HB~286HB,平均取為260HB,與之嚙合大齒輪用42SiMn合金鋼，調(diào)質(zhì)解決，硬度217HB~255HB,平均取為235HB.載荷變化規(guī)律如圖3.2:圖3.2載荷變化圖計算環(huán)節(jié)如下：齒面接觸疲勞強度計算1）.初步計算轉(zhuǎn)矩=9550=9550=.齒寬系數(shù)=0.4接觸疲勞強度極限=710MPa，=580MPa,許用接觸疲勞強度極=0.9=639MPa，=0.9=522MPa取值β=查表=82初步計算小齒輪直徑===85.2mm取=90mm 初步計算齒寬b=36mm,取b=35mm2).校核計算圓周速度vv==2.69m/s.精度級別8級齒數(shù)Z和模數(shù)m=32,m==2.9,因此取m=3，=96mm=76,m=3，=763=232mm使用系數(shù)=1.1動載荷系數(shù)=1.16齒間載荷分派系數(shù)==3751N==117.2N\mm>100N\mm=[1.88-3.2(+)]cosβ=[1.88-3.2×]=1.86由此得齒間載荷分布系數(shù)查表==載荷系數(shù)KK==1.21.11.711.16=3.05彈性系數(shù)=189.8節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.45重疊度系數(shù)由式得因得故螺旋角系數(shù)接觸最小安全系數(shù)=1.05總工作時間=1030080.2=4800h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)預(yù)計<<,則查表指數(shù)m=8.78==(0.2+0.5+0.2)=3.62=1.45接觸壽命系數(shù)查圖=1.2，=1.25許用接觸應(yīng)力===798MPa===690MPa驗算==189.82.450.73 =640MPa<698MPa滿足規(guī)定.3).擬定傳動重要尺寸分度圓直徑由以上運算懂得=32，=76,模數(shù)=3;分度圓直徑==3.0532=96.1mm=3.0576=231.8mm中心距a==165mm齒寬b大齒輪,小齒輪 齒面彎曲疲勞強度驗算齒形系數(shù)查表得應(yīng)力重疊修正系數(shù)查表得重疊系數(shù)==1.72=0.25+=0.25+=0.69螺旋角系數(shù)>齒間載荷分派系數(shù)由上面知=1.71齒間載荷分布系數(shù)b/h=35/(2.253.5)=4.44查有關(guān)圖知=1.175載荷系數(shù)KK==1..251.11.751.175=2.77彎曲疲勞極限查實驗齒輪彎曲極限表=600MPa,=450MPa,彎曲最小安全系數(shù)有有關(guān)表=1.25應(yīng)力循環(huán)次數(shù)預(yù)計<<,則查表指數(shù)m=49.91==(0.2+0.5+0.2)=7.24=(0.2+0.5+0.2)=4.02彎曲壽命系數(shù)查彎曲壽命系數(shù)圖=1.01，=1.03尺寸系數(shù)査尺寸系數(shù)圖=1.0許用彎曲應(yīng)力==驗算==277MPa<<傳動無嚴重過載狀況,固不作靜強度校核.=3\*Arabic3.齒輪構(gòu)造設(shè)計預(yù)計傳動軸=2\*ROMANII直徑在35mm左右,小齒輪分度圓直徑=96mm,因此沒必要做成齒輪軸.考慮到該齒輪與Z=54齒輪作滑移齒輪,因此應(yīng)與Z=54齒輪一起進行構(gòu)造設(shè)計,見零件圖.3.2.3齒輪副()齒輪設(shè)計與校核因生產(chǎn)批量較小，故小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)解決，硬度241HB~286HB,平均取為260HB,與之嚙合大齒輪用40Cr合金鋼，調(diào)質(zhì)解決，硬度241HB~286HB,平均取為260HB.載荷變化規(guī)律如上圖。計算環(huán)節(jié)如下：齒面接觸疲勞強度計算1）.初步計算轉(zhuǎn)矩=9550=9550=.齒寬系數(shù)=0.8接觸疲勞強度極限=710MPa，=580MPa,許用接觸疲勞強度極=0.9=639MPa，=0.9=522MPa取值β=查表=82初步計算小齒輪直徑===83mm取=90mm 初步計算齒寬b=70mm,取b=70mm2).校核計算圓周速度vv==4.417m/s.精度級別8級齒數(shù)Z和模數(shù)m=30,m==3,因此取m=3，=90mm=54,m=3，=543=165mm使用系數(shù)=1.25動載荷系數(shù)=1.2齒間載荷分派系數(shù)==2360N==117.2N\mm>100N\mm=[1.88-3.2(+)]cosβ=[1.88-3.2×]=1.57由此得齒間載荷分布系數(shù)查表==載荷系數(shù)KK==1.251.21.61.2=2.95彈性系數(shù)=189.8節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.45重疊度系數(shù)由式得因得故螺旋角系數(shù)接觸最小安全系數(shù)=1.05總工作時間=1030080.2=4800h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)預(yù)計<<,則查表指數(shù)m=8.78==(0.2+0.5+0.2)=3.62=1.45接觸壽命系數(shù)查圖=1.2，=1.25許用接觸應(yīng)力===798MPa===690MPa驗算==189.82.450.92 =652MPa<698MPa滿足規(guī)定.3).擬定傳動重要尺寸分度圓直徑由以上運算懂得=30，=54,模數(shù)=3;分度圓直徑==3.0530=91.5mm=3.0554=165.2mm中心距a==127mm齒寬b大齒輪,小齒輪 齒面彎曲疲勞強度驗算齒形系數(shù)查表得應(yīng)力重疊修正系數(shù)查表得重疊系數(shù)==1.69=0.25+=0.25+=0.69螺旋角系數(shù)>齒間載荷分派系數(shù)由上面知=1.6齒間載荷分布系數(shù)b/h=70/(2.253.5)=8.88查有關(guān)圖知=1..2載荷系數(shù)KK==1..251.21.61.2=2.88彎曲疲勞極限查實驗齒輪彎曲極限表=600MPa,=450MPa,彎曲最小安全系數(shù)有有關(guān)表=1.25應(yīng)力循環(huán)次數(shù)預(yù)計<<,則查表指數(shù)m=49.91==(0.2+0.5+0.2)=7.24=(0.2+0.5+0.2)=4.02彎曲壽命系數(shù)查彎曲壽命系數(shù)圖=1.01，=1.03尺寸系數(shù)査尺寸系數(shù)圖=1.0許用彎曲應(yīng)力==驗算==220MPa<<傳動無嚴重過載狀況,固不作靜強度校核.=3\*Arabic3.齒輪構(gòu)造設(shè)計為保證滑移齒輪在滑移時總處在嚙合狀態(tài)，小齒輪因足夠?qū)?，小齒輪寬度至少應(yīng)不不大于最大滑移距離與Z=54齒輪寬度值之和。見零件圖3.2.4齒輪副()各齒輪設(shè)計與校核因生產(chǎn)批量較小，故小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)解決，硬度241HB~286HB,平均取為260HB,與之嚙合大齒輪用40Cr合金鋼，調(diào)質(zhì)解決，硬度241HB~286HB,平均取為260HB.載荷變化規(guī)律同上圖。計算環(huán)節(jié)如下：齒面接觸疲勞強度計算1）.初步計算轉(zhuǎn)矩=9550=9550=.齒寬系數(shù)=0.3接觸疲勞強度極限=710MPa，=580MPa,許用接觸疲勞強度極=0.9=639MPa，=0.9=522MPa取值β=查表=82初步計算小齒輪直徑===165mm取=165mm 初步計算齒寬b=25mm,取b=25mm2).校核計算圓周速度vv==4.5m/s.精度級別8級齒數(shù)Z和模數(shù)m=54,m==3.1,因此取m=3，=165mm=54,m=3，=543=165mm使用系數(shù)=1.25動載荷系數(shù)=1.2齒間載荷分派系數(shù)==2208N==117.2N\mm>100N\mm=[1.88-3.2(+)]cosβ=[1.88-3.2×]=1.2由此得=1.23齒間載荷分布系數(shù)查表==載荷系數(shù)KK==1.251.21.231.15=2.12彈性系數(shù)=189.8節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.45重疊度系數(shù)由式得因得故螺旋角系數(shù)接觸最小安全系數(shù)=1.05總工作時間=1030080.2=4800h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)預(yù)計<<,則查表指數(shù)m=8.78==(0.2+0.5+0.2)=3.62=1.45接觸壽命系數(shù)查圖=1.2，=1.25許用接觸應(yīng)力===798MPa===690MPa驗算==189.82.450.91 =632MPa<698MPa滿足規(guī)定.3).擬定傳動重要尺寸分度圓直徑由以上運算懂得=54，=54,模數(shù)=3;分度圓直徑==3.0530=165.2mm=3.0554=165.2mm中心距a==165mm齒寬b大齒輪,小齒輪 齒面彎曲疲勞強度驗算齒形系數(shù)查表得應(yīng)力重疊修正系數(shù)查表得重疊系數(shù)==1.73=0.25+=0.25+=0.68螺旋角系數(shù)>齒間載荷分派系數(shù)由上面知=1.23齒間載荷分布系數(shù)b/h=25/(2.253.5)=4查有關(guān)圖知=1.16載荷系數(shù)KK==1..251.21.231.16=2.12彎曲疲勞極限查實驗齒輪彎曲極限表=600MPa,=450MPa,彎曲最小安全系數(shù)有有關(guān)表=1.25應(yīng)力循環(huán)次數(shù)預(yù)計<<,則查表指數(shù)m=49.91==(0.2+0.5+0.2)=7.24=(0.2+0.5+0.2)=4.02彎曲壽命系數(shù)查彎曲壽命系數(shù)圖=1.01，=1.03尺寸系數(shù)査尺寸系數(shù)圖=1.0許用彎曲應(yīng)力==驗算==197MPa<<傳動無嚴重過載狀況,固不作靜強度校核.=3\*Arabic3.齒輪構(gòu)造設(shè)計見零件圖。3.3傳動軸設(shè)計與校核3.3.1傳動軸=1\*ROMANI設(shè)計與校核1）.估算軸頸d假設(shè)軸材料為45#鋼，則由公式，查表C=118，=25mm，2)軸構(gòu)造設(shè)計該軸兼有傳動軸和液壓變檔滑移作用，畫出Z=26齒輪輪廓,齒輪分度圓直徑較大,不需要采用齒輪軸構(gòu)造;依照軸及軸上零件作用，完畢軸構(gòu)造設(shè)計,詳見零件圖.為便于計算對軸上受力進行簡化：在水平面內(nèi)與豎直平面內(nèi)對軸進行受力分析計算如下：a）.計算齒輪受力=9550=107.37圓周力==2360N.徑向力=N，軸向力b）.計算支撐反力水平面內(nèi)支撐反力=2895N，=360N垂直面支撐反力，畫水平面內(nèi)xy和垂直面內(nèi)xz受力圖,見附圖1.c).畫水平面彎矩圖見附圖1.Mxy畫垂直面彎矩圖Mxz畫合成彎矩圖d).畫軸轉(zhuǎn)矩圖見附圖1.e)許用應(yīng)力用查入法查表=102.5MPa,=60MPa應(yīng)力校正系數(shù)==0.59f).畫出當量彎矩圖見附圖1當量彎矩0.59107370N.mm=63346N.mm齒輪中間截面處當量彎矩=160010N.mm軸頸處當量彎矩==180200N.mm軸頸處當量彎矩==161550N.mmg).校核軸頸齒輪中間處軸直徑d===27mm<35mm。在軸頸處d===30mm<35mm，因此該軸設(shè)計得合理。附圖13.3.2.軸=2\*ROMANII設(shè)計與校核1）.估算軸頸d假設(shè)軸材料為45#鋼，則由公式，查表C=118，=25mm，2)軸構(gòu)造設(shè)計該軸兼有傳動軸和液壓變檔滑移作用，畫出Z=26齒輪輪廓,齒輪分度圓直徑較大,不需要采用齒輪軸構(gòu)造;依照軸及軸上零件作用，完畢軸構(gòu)造設(shè)計,詳見零件圖.為便于計算對軸上受力進行簡化：在水平面內(nèi)與豎直平面內(nèi)對軸進行受力分析計算如下：a）.計算齒輪受力=9550=183圓周力==3751N.徑向力=N，軸向力b）.計算支撐反力垂直面內(nèi)支撐反力=580N，=806N水平面支撐反力，畫水平面內(nèi)xy和垂直面內(nèi)xz受力圖,見附圖1.c).畫水平面彎矩圖見附圖1.Mxy畫垂直面彎矩圖Mxz畫合成彎矩圖d).畫軸轉(zhuǎn)矩圖見附圖e)許用應(yīng)力用查入法查表=102.5MPa,=60MPa應(yīng)力校正系數(shù)==0.59f).畫出當量彎矩圖見附圖1當量彎矩0.59183000N.mm=108460N.mm齒輪中間截面處當量彎矩=N.mmg).校核軸頸齒輪中間處軸直徑d===35.62mm>35mm;考慮載荷較均勻分布，本次校核是在極端狀況下進行且誤差在5%之內(nèi)，因此合理。附圖2第四章主軸組件設(shè)計與校核4.1主軸規(guī)定1旋轉(zhuǎn)精度主軸旋轉(zhuǎn)精度上是指裝配后，在無載荷，低轉(zhuǎn)速條件下，主軸前端工件或刀具部位徑向跳動和軸向跳動。主軸組件旋轉(zhuǎn)精度重要取決于各重要件，如主軸，軸承，箱體孔制造，裝配和調(diào)節(jié)精度。還決定于主軸轉(zhuǎn)速，支撐設(shè)計和性能，潤滑劑及主軸組件平衡。通用（涉及數(shù)控）機床旋轉(zhuǎn)精度已有原則規(guī)定可循。2靜剛度主軸組件靜剛度（簡稱剛度）反映組件抵抗靜態(tài)外載荷變形能力。影響主軸組件彎曲剛度因素諸多，如主軸尺寸和形狀，滾動軸承型號，數(shù)量，配備形式和欲緊，先后支撐距離和主軸前端懸伸量，傳動件布置方式，主軸組件制造和裝配質(zhì)量等。各類機床主軸組件剛度當前尚無統(tǒng)一原則。3抗振性主軸組件工作時產(chǎn)生震動會減少工件表面質(zhì)量和刀具耐用度，縮短主軸軸承壽命，還會產(chǎn)生噪聲影響環(huán)境。振動體現(xiàn)為逼迫振動和自激振動兩種形式。影響抗振性因素重要有主軸組件靜剛度，質(zhì)量分布和阻尼（特別是主軸前支撐阻尼）主軸固有頻率應(yīng)遠不不大于激動力頻率，以使它不易發(fā)生共振。當前，尚未制定出抗振性指標，只有某些實驗數(shù)據(jù)可供設(shè)計時參照。4升溫和熱變形主軸組件工作時因各相對運動處摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生溫升，從而使主軸組件形狀和位置發(fā)生變化（熱變形）。主軸組件受熱伸長，使軸承間隙發(fā)生變化。溫度是使?jié)櫥驼扯葴p少，減少了軸承承載能力。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離對的位置。先后軸承溫度不同，還會導(dǎo)致主軸軸線傾斜。由于受熱膨脹是材料固有性質(zhì)，因而高精度機床要進一步提高加工精度，往往受熱變形限制。研究如何減少主軸組件發(fā)熱，如何控制溫度，是高精度機床主軸組件研究重要課題之一。5耐磨性主軸組件耐磨性是指長期保持原始精度能力，即精度保持性。對精度有影響一方面是軸承，另一方面是安頓刀，夾具和工件部位，如錐孔，定心軸徑等。為了提高耐磨性，普通機床主軸上上述某些應(yīng)淬硬至HRC60左右，深約1mm.6材料和熱解決主軸承載后容許彈性變形很小，引起應(yīng)力普通遠遠不大于鋼強度極限。因而，強度普通不做為選材根據(jù)。主軸形狀，尺寸擬定之后，剛度重要取決于材料彈性模量。各種材料彈性模量幾乎相似，因而剛度也不是選材根據(jù)。主軸材料選取重要依照耐磨性和熱解決變形來考慮。數(shù)控機床材料普通是45號或60號優(yōu)質(zhì)中碳鋼，需調(diào)質(zhì)解決。7主軸構(gòu)造為了提高剛度，主軸直徑應(yīng)當大些。前軸承到主軸前端距離（稱懸伸量）應(yīng)盡量小某些。為了便于裝配，主軸普通作成階梯形，主軸構(gòu)造和形狀與主軸上所安裝傳動件，軸承等零件類型，數(shù)量，位置和安裝辦法有直接關(guān)系。主軸中孔用與通過棒料，拉桿或其他工具。為了可以通過更大棒料，車床中空但愿大些，但受剛度條件影響和限制，孔徑普通不適當超過外徑70%。4.2主軸軸承選取角接觸軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。它慣用于高速主軸，接觸角越大軸向剛度越大，徑向剛度和容許轉(zhuǎn)速越低。角接觸軸承為點接觸，為了提高剛度和承載能力采用三聯(lián)組培方式。主軸前軸承采用三個接觸角向里；軸承由圓螺母進行預(yù)緊，預(yù)緊量在軸承制造時配好。軸承精度級別選P4級。雙列向心短圓柱滾子軸承，內(nèi)圈有錐度為1：12錐孔與主軸錐形軸頸相配。通過軸向移動內(nèi)圈，變化其在主軸上位置來調(diào)節(jié)軸承間隙。這種軸承徑向剛度和承載能力較大，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高，徑向構(gòu)造緊湊。主軸后端安裝雙列向心短圓柱滾子軸承，其徑向間隙也由圓螺母來調(diào)節(jié)。因前軸承鐜主軸組件精度影響較大，后軸承精度級別采用P5級。這種配備保證了軸承有較高回轉(zhuǎn)精度，容許較高轉(zhuǎn)速和剛性，合用于負載較大數(shù)控車床。4.3主軸設(shè)計與校核：主軸重要參數(shù)是：主軸前端直徑D1，主軸內(nèi)徑d,主軸懸伸量a和主軸支撐跨距L。1.前端直徑D1，主軸后軸頸直徑D2表4.1主軸D1（按電機功率）mm功率（kw）D1mm1.4～2.52～3.63～5.55～7.37.4～11車床60～8070～9070～10595～130110～145銑床及加工中心50～9060～9060～9575～10090～105外圓磨床——50～6055～7070～8075～90由上表可取D1=110mm因而可知由式子后端直徑圓整后2．主軸內(nèi)徑主軸孔徑d取主軸平均直徑55%--65%，取d=56mm。3．前錐孔尺寸前錐孔用來裝頂尖或其他工具錐柄，規(guī)定可以自鎖，當前采用莫氏錐孔。因車床最大回轉(zhuǎn)直徑D=460mm>400mm，采用莫氏錐度6號，錐度大端直徑D=63.348mm，錐度=1：19.180，長度L=181mm，d=53.911mm4．支撐跨度及懸伸長度為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸外伸長度a，選取恰當支撐跨度L。普通推薦?。篖\a=3~5.應(yīng)使L\a盡量大，提高主軸剛度。機床支撐跨度很大限度上受其她零件構(gòu)造影響，此機床L=510mm左右，主軸外伸長度a=170~102mm范疇即可。5．頭部尺寸選取當前頭部尺寸廣泛采用短圓錐式頭部構(gòu)造，懸伸短，剛度好。采用迅速裝卸卡盤構(gòu)造。詳細構(gòu)造件零件在水平面內(nèi)與豎直平面內(nèi)對軸進行受力分析計算如下：a）.計算齒輪受力=9550=441196圓周力==3803N.徑向力=N，軸向力b）.計算支撐反力垂直面內(nèi)支撐反力=488N，=919N水平面支撐反力，畫水平面內(nèi)xy和垂直面內(nèi)xz受力圖,見附圖1.c).畫水平面彎矩圖見附圖1.Mxy畫垂直面彎矩圖Mxz畫合成彎矩圖d).畫軸轉(zhuǎn)矩圖見附圖e)許用應(yīng)力用查入法查表=102.5MPa,=60MPa應(yīng)力校正系數(shù)==0.59f).畫出當量彎矩圖見附圖當量彎矩0.59441196N.mm=260305N.mm齒輪中間截面處當量彎矩=477074N.mmg).校核軸頸齒輪中間處軸直徑d===45mm<90mm。因此該軸設(shè)計得合理第五章主軸驅(qū)動與控制數(shù)控車床是機電一體化典型產(chǎn)品，是集機床、計算機、電機及其拖動、自動控制、檢測等技術(shù)為一身自動化設(shè)備。其中主軸運動是數(shù)控車床一種重要內(nèi)容，以完畢切削任務(wù)，其動力約占整臺車床動力70%～80%?；究刂剖侵鬏S正、反轉(zhuǎn)和停止，可自動換檔和無級調(diào)速。為滿足數(shù)控車床對主軸驅(qū)動規(guī)定，必要有如下性能:(1)寬調(diào)速范疇，且速度穩(wěn)定性能要高;(2)在斷續(xù)負載下，電機轉(zhuǎn)速波動要小;(3)加減速時間短;(4)過載能力強;(5)噪聲低、震動小、壽命長。隨著微電子技術(shù)、交流調(diào)速理論和大功率半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展，交流變頻技術(shù)進入實用階段。當前，交流驅(qū)動性能已達到直流驅(qū)動水平。并且，籠型交流變頻電機不限制六電動機那樣有機械換向帶來麻煩和高速大功率限制，并且體積小、重量輕、采用全封閉式罩殼、對灰塵和油有較好防護長處。在當前數(shù)控車床中，主軸控制裝置普通是采用交流變頻器來控制交流主軸電動機。主傳動采用調(diào)速電動機進行無級變速，主軸正反轉(zhuǎn)、啟動與停止是直接驅(qū)動電動機來實現(xiàn)，主軸電動機調(diào)速與分檔變速機構(gòu)配合來實現(xiàn)。5.1主軸轉(zhuǎn)速自動變換主軸電動機調(diào)速時，電動機驅(qū)動信號由電動機驅(qū)動電路依照轉(zhuǎn)速指令來轉(zhuǎn)換。變速過程如下：讀入控制系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速代碼，判斷速度相應(yīng)哪一擋、與否需要換擋。如不須換擋，則在轉(zhuǎn)速范疇內(nèi)按線性插值求出新轉(zhuǎn)速值，輸出至變頻器驅(qū)動裝置，調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速。如需換擋，發(fā)出降速指令，換擋時使頻率降到最低，經(jīng)延時速度穩(wěn)定后，發(fā)換擋祈求信號，換擋繼電器動作，熱愛背后檢測判斷換擋結(jié)束信號，及等齒輪到位后，在新檔位內(nèi)依照讀入轉(zhuǎn)速代碼按插值法求新轉(zhuǎn)速并輸出至電動機變頻驅(qū)動裝置。參看變頻器驅(qū)動電機電氣接線圖和主軸正反轉(zhuǎn)及變檔電氣接線圖。圖中SB5為正轉(zhuǎn)按鈕，SB7為反轉(zhuǎn)按鈕；運用復(fù)合按鈕SB5與SB7就可以直接實現(xiàn)電動機由正轉(zhuǎn)成反轉(zhuǎn)，中間不需要停車；按鈕SB6與SB8為點動按鈕，用于機床調(diào)節(jié)對刀等；ST1、ST2、ST3為行程開關(guān)，對齒輪換擋進行檢測，如齒輪不到位，則開關(guān)不發(fā)訊主軸無法啟動。5.2齒輪有級變速變擋裝置該機床齒輪有級變速采用液壓撥叉來實現(xiàn)。齒輪在低速進行強力切削時，應(yīng)使用低速檔；在進行精密切削時使用高速擋；在裝卸工件時，主軸可以停在空擋上。上述三擋通過電磁閥變化液壓缸通油方式不同組合，推動變擋齒輪軸來實現(xiàn)。參看液壓變檔控制原理圖：高速擋時電磁閥CT1得電，液壓缸P通油，液壓缸N回油滑移齒輪處在最左端；空擋時電磁閥CT2、CT3得電液壓缸P、M進油，液壓缸N回油，滑移齒輪處在中位；低速檔時液壓缸P、M回油，液壓缸N進油。5.3主軸旋轉(zhuǎn)與軸向進給同步控制在螺紋加工中，為保證切削螺紋螺距，必要有固定起刀點與退刀點。螺紋螺距多數(shù)為常數(shù)，但為有規(guī)律遞增或遞減變螺距螺紋使用也越來越多。加工螺紋時，應(yīng)是帶動工件旋轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)速與坐標軸進給量保持一定關(guān)系，即主軸每轉(zhuǎn)一圈，按所規(guī)定螺距沿工件軸向坐標進給相應(yīng)脈沖量。采用光電脈沖編碼器作為主軸脈沖發(fā)生器，并將其裝在主