數(shù)控銑床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)new資料

1、目錄緒論1第一章 數(shù)控加工技術(shù)概論31.1 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念31.2 數(shù)控機(jī)床的組成與分類41.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向6第二章 數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)72.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)的要求72.2 數(shù)控銑床主傳動(dòng)的配置方式7第三章 主軸電動(dòng)機(jī)的選取10第四章 同步帶傳動(dòng)114.1 材料選擇114.2 參數(shù)計(jì)算11第五章 主軸組件的設(shè)計(jì)145.1 主軸組件的設(shè)計(jì)要求145.2 主軸材料的選擇及尺寸參數(shù)的計(jì)算165.3 主軸傳動(dòng)裝置箱體的作用205.4 主軸箱體的截面形狀和壁厚計(jì)算20第六章 主軸軸承的選擇216.1 軸承的選擇和軸承的精度216.2 軸承預(yù)緊力的要求226.3 主

2、軸軸承的潤(rùn)滑與密封236.4 軸承壽命校核24第七章 聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計(jì)算257.1聯(lián)接鍵的選擇257.2碟形彈簧的選擇與計(jì)算257.3碟形彈簧材料及熱處理厚度和脫碳267.4碟形彈簧的強(qiáng)壓處理表面強(qiáng)化處理和防腐處理26第八章 螺釘聯(lián)接的設(shè)計(jì)28第九章 液壓缸與密封件的設(shè)計(jì)309.1液壓缸安裝時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題319.2液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)及主要尺寸的確定319.3強(qiáng)度校核319.4 密封件的作用及其意義329.5 密封的分類及密封件的材料要求329.6防塵圈設(shè)計(jì)要求33結(jié) 論34致 謝35參考文獻(xiàn)36附錄37緒論在工業(yè)生產(chǎn)中,金屬熱切割一般有氣割等離子切割數(shù)控銑床等其中數(shù)控銑床與氣割

3、相比,其切割范圍更廣效率更高而精細(xì)等離子切割技術(shù)在材料的切割表面質(zhì)量方面已接近了激光切割的質(zhì)量,但成本卻遠(yuǎn)低于激光切割因此,數(shù)控銑床自20世紀(jì)50年代中期在美國(guó)研制成功以來(lái),得到迅速發(fā)展1 國(guó)外數(shù)控銑床現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外數(shù)控銑床的生產(chǎn)廠家主要集中在德國(guó)美國(guó)和日本從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看,其發(fā)展經(jīng)歷了十字架型(輕型)門型(小型)龍門型(大型)3個(gè)階段,相應(yīng)的型號(hào)種類繁多能夠代表數(shù)控銑床技術(shù)最高水平的廠家主要集中在德國(guó),目前,國(guó)外已有廠家在龍門式切割機(jī)上安裝一個(gè)專用切割機(jī)械手,開(kāi)發(fā)出五軸控制系統(tǒng)的龍門式專用切割工具,該系統(tǒng)可以在空間切割出各種軌跡,利用特殊的跟蹤探頭,在切割過(guò)程中控制切割運(yùn)行軌跡我國(guó)數(shù)控銑床

4、每年市場(chǎng)需求量約在400500臺(tái)之間相較而言,仿形切割機(jī)每年銷售幾千臺(tái),半自動(dòng)切割機(jī)每年銷售達(dá)上萬(wàn)臺(tái)由此可見(jiàn),我國(guó)數(shù)控切割市場(chǎng),尤其是數(shù)控銑床市場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮? 數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展第一章 數(shù)控加工技術(shù)概論1.1 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念一 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)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

5、制的一種方法”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)床國(guó)際信息處理聯(lián)盟 (Internaional Federation of 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

6、義中所指的那種程序控制系統(tǒng),它是邏輯地處理駛?cè)氲较到y(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)階段二 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)床的組成與分類一 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控

7、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),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:(1)主軸部件:包括主軸電動(dòng)機(jī)和主軸傳動(dòng)系統(tǒng)(2)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)(3)實(shí)現(xiàn)共建回轉(zhuǎn)定位的裝置和附件(4)實(shí)現(xiàn)某些

8、部件動(dòng)作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置(5)刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置(Autormatic Tools Changer, 簡(jiǎn)稱 ATC)(6)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)和框架二 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3 按伺

9、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(kāi)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(1) 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床開(kāi)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(méi)有來(lái)自位置傳感器的反饋信號(hào)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(kāi)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(2) 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)這類控制系統(tǒng),因?yàn)榘褭C(jī)床工作臺(tái)納入位置控制環(huán),故

10、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(3) 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(kāi)環(huán)和閉環(huán)之間,精度沒(méi)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)

11、控機(jī)床等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)合為一體第二

12、章 數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)包括主軸電動(dòng)機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸組件與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單,這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)省去了繁雜的齒輪變速機(jī)構(gòu),還有一些數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中還存在二級(jí)或三級(jí)齒輪變速機(jī)構(gòu)用以擴(kuò)大主軸電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速的范圍2.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)的要求1. 范圍: 各種不同的機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍的要求不同,多用途,通用性比較大的機(jī)床,要求主軸的調(diào)速范圍大,不但有低速大轉(zhuǎn)距的功能,而且還要有比較高的速度2. 熱變形:電動(dòng)機(jī)主軸及傳動(dòng)件都有熱源降低溫升,減少熱變形是對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)要求的重要指標(biāo)3. 旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度(1)主軸的旋轉(zhuǎn)精度

13、:是指裝配后,在無(wú)載荷,低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下,測(cè)量主軸前端和300mm處的徑向和軸向跳動(dòng)值(2)主軸在以工作速度旋轉(zhuǎn)時(shí),測(cè)量上述兩項(xiàng)精度稱為運(yùn)動(dòng)精度4. 主軸的靜剛度和抗振性由于數(shù)控機(jī)床的加工精度比較高,主軸的轉(zhuǎn)速又很高因此,主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻以及主軸組件的阻尼等,對(duì)主軸組件的靜剛度和抗振性都會(huì)產(chǎn)生影響5. 主軸組件的耐磨性 主軸組件必須有足夠的耐磨性,使之能夠長(zhǎng)期保持要求的準(zhǔn)確精度凡是有機(jī)械摩擦的部位,軸承,錐孔等都要有足夠的硬度,軸承還應(yīng)具有良好的潤(rùn)滑2.2 數(shù)控銑床主傳動(dòng)的配置方式數(shù)控銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍,以保證進(jìn)行加工時(shí)能選用合理的切削用量,從而獲得最佳的生產(chǎn)效率加工

14、精度和表面質(zhì)量數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的,因此機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求大多數(shù)的數(shù)控銑床是用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)控制的數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有以下三種配置方式:1. 帶有變速齒輪的主傳動(dòng)這種配置方式在大中型數(shù)控機(jī)床中采用比較普遍它通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪進(jìn)行降速,使之能夠分段變速,確保低速時(shí)擁有足夠的扭矩,以滿足主軸輸出扭矩特性但也有一部分小型數(shù)控機(jī)床也采用這種傳動(dòng)方式,以獲得強(qiáng)力切削時(shí)所需要的扭矩2. 通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)主要應(yīng)用在中小數(shù)控機(jī)床上,可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲,但它只能適用于低扭矩特性要求的主軸同步帶有多楔帶,齒形帶,圓弧帶等,是一種綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的新型傳動(dòng)帶的工作

15、面及帶輪外圓上均制成齒形,通過(guò)帶輪與輪齒相嵌合,做無(wú)滑動(dòng)的嚙合傳動(dòng)帶內(nèi)采用了承載后無(wú)彈性伸長(zhǎng)的材料作強(qiáng)力層,以保持帶的節(jié)距不變,使主動(dòng)和從動(dòng)帶輪可做無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的同步傳動(dòng)與一般帶傳動(dòng)相比,同步帶傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)無(wú)滑動(dòng),傳動(dòng)比準(zhǔn)確(2)傳動(dòng)效率高,可達(dá)98%以上(3) 傳動(dòng)平穩(wěn)可靠,噪聲小(4) 使用范圍廣,速度要達(dá)到50m/s,速比可達(dá)10左右,傳動(dòng)功率由幾瓦到數(shù)千瓦(5) 修保養(yǎng)方便,不需要潤(rùn)滑但是同步帶也有不足之處,其安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格,帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜,成本高3. 由調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱與主軸的結(jié)構(gòu),有效地提高了主軸部件的剛度但主軸輸出扭

16、矩小,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的熱量對(duì)主軸的精度影響比較大在低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩輸出,高于額定轉(zhuǎn)矩時(shí)為恒功率輸出使用這種電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)電氣定向我們把機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)與一般工業(yè)的驅(qū)動(dòng)相比較,便可知機(jī)床要求其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有較高的速度精度和動(dòng)態(tài)剛度,而且要求具有能連續(xù)輸出的高轉(zhuǎn)距能力和非常寬的恒功率運(yùn)動(dòng)范圍隨著功率電子,計(jì)算機(jī)技術(shù),控制理論,新材料和電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展和完善,矢量控制交流主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正在逐步取代直流系統(tǒng)第三章 主軸電動(dòng)機(jī)的選取正確選擇電動(dòng)機(jī)的類型型號(hào)及容量是機(jī)床設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題之一,它直接影響著機(jī)床的結(jié)構(gòu)和壽命,選擇時(shí)要根據(jù)機(jī)床的功

17、能要求,所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),工作狀況等全面考慮,然后選擇適宜的結(jié)構(gòu)型式及容量圖3-1主軸電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率的選擇,工作機(jī)所需的有效功率為:Pw=Fv/1000=17.5kw,為了計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需的功率,先要確定從電動(dòng)機(jī)到工作部件的總效率,設(shè)12分別為同步帶輪和同步帶的傳動(dòng)效率,查表所得1和2都等于0.97則傳動(dòng)的總效率為=1×2=0.94, 所以電動(dòng)機(jī)所需的功率為Pd=Pw/=18.5KW電動(dòng)機(jī)傳速的選擇:此次設(shè)計(jì)要求電動(dòng)機(jī)必須有額定轉(zhuǎn)速1500r/min,最高轉(zhuǎn)速必須達(dá)到4000r/min.電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選取:根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本次設(shè)計(jì)中選取蘭州電機(jī)廠生產(chǎn)的1PH5167-4CF4型號(hào)交流主軸電動(dòng)

18、機(jī)其主要參數(shù)如下表:額定轉(zhuǎn)速(r/min)最高轉(zhuǎn)速(r/min)額定轉(zhuǎn)矩慣性矩(N.M)電機(jī)功率(KW)恒功率范70.04618.51:90表3-1 1PH5167-4CF4型號(hào)交流主軸電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)第四章 同步帶傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的特點(diǎn),同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:(1)無(wú)相對(duì)滑動(dòng),帶長(zhǎng)不變,傳動(dòng)比穩(wěn)定;(2)帶薄而輕,強(qiáng)力層強(qiáng)度高,適用于高速傳動(dòng),速度可達(dá)40 m/s;(3)帶的柔性好,課用直徑較小的帶輪,傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊,能獲得較大的傳動(dòng)比;(4)傳動(dòng)效率高,可達(dá)0.98-0.99,因而應(yīng)用日益廣泛;(5)初拉力較小,故軸和軸承上所受的載荷小主要缺點(diǎn)是制造

19、安裝精度要求較高成本高同步帶主要用于要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確的中小功率傳動(dòng)中,如計(jì)算機(jī)錄音機(jī)磨床和紡織機(jī)等4.1 材料選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求,選用聚氨酯同步帶,由帶背帶齒抗拉層三部分組成帶背和帶齒材料為聚氨酯,抗拉層采用鋼絲繩,適用于中小功率的高速運(yùn)轉(zhuǎn)部分4.2 參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容主要是:齒形帶的模數(shù)齒數(shù)和寬度的結(jié)構(gòu)和尺寸,傳動(dòng)中心距,作用在軸上載荷以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 模數(shù)的選取模數(shù)主要根據(jù)齒形帶所傳遞的計(jì)算功率Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1確定的,通過(guò)查現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床表4-33查得Pd=KA*P, 式中P傳動(dòng)功率表4-1 工作情況系數(shù)KA載荷性質(zhì)一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間/h10101616以上載荷平穩(wěn)1.01.11.2載荷變化小

20、1.21.41.6載荷變化大1.41.72.0選取KA=1.7,所以PC=5.5×1.7=9.35KW由齒形帶模數(shù)選用圖可選m=42. 小帶輪齒數(shù)Z1:由機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-38 得Zmin=22,所以取Z1=243. 同步帶節(jié)距Pb:由PD=9.35KW n1=1500r/min, 查表選取節(jié)距Pb=12.566mm, 齒形角2=40 齒根厚S=5.75mm齒頂厚St=4mm, 齒高h(yuǎn)g=ht+e=2.4+2.7=5.1mm, 齒根圓半徑Rr=齒頂圓半徑Ra=0.40mm, 帶高h(yuǎn)s=4.4mm, 節(jié)頂距=1.000mm, 帶bs=3540mm4. 節(jié)圓直徑d1:d1=96

21、5. 大帶輪齒數(shù)z2與直徑:z2=iz1=366. 大帶輪直徑d2=id1=1.5×96=144 7. 帶的速度V:V=7.536, (式4-1)由表查得Vmax=3540 V<Vmax 所以合格8. 定中心距a0: 5(d1+d2) a02(d1+d2)所以:0.7(96+144)a02(96+144)則有168a0480 初選a0=3009. 帶的節(jié)線長(zhǎng)度Lp以及齒數(shù)Zb:Lp0=2a0+(d1+d2)+=2300+×240+=978.72 (式4-2)查表選取Lp=1005 Zb=8010. 計(jì)算中心距a(采用中心距可調(diào))aa0+=300+ (式4-3 )選取a

22、=31411. 帶輪與帶的嚙合齒數(shù)Zm:Zm=11.82 取Zm=12 (式4-4)因?yàn)楫?dāng)m2時(shí),Zm應(yīng)不小于6 ,所以計(jì)算的Zm滿足條件12. 帶寬bs: bs 查表取Kz=1.20, Fa=20N/mm (式4-5)Fc=mbV2=4.8×10-3 ×7.5362=0.273所以 bs選取bs=4013. 作用與軸上的力Fr:Fr= (式4-6)14. 小帶輪最小包角:180º-60º(d2-d1)/a=180-60(144-96)/314=170.815. 帶輪寬度bf, bf1, bf2 bf=bs+(1.53)=41.543bf1=bs+(67

23、)=4647bf2=bs+(35)=434第五章 主軸組件的設(shè)計(jì)主軸組件主要包括:主軸主軸支撐和安裝在主軸上的傳動(dòng)件密封件等,因?yàn)橹鬏S帶動(dòng)工件或刀具直接參加工件表面形成運(yùn)動(dòng),所以它的工作性能對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)率產(chǎn)生直接影響,是機(jī)床最重要的部件之一5.1 主軸組件的設(shè)計(jì)要求1. 回轉(zhuǎn)精度 主軸組件的回轉(zhuǎn)精度,是指主軸的回轉(zhuǎn)精度當(dāng)主軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),線速度為零的點(diǎn)的連線稱為主軸的得回轉(zhuǎn)中心線回轉(zhuǎn)中心線的空間位置,每一瞬間都是變化的,這些瞬間回轉(zhuǎn)中心線的平均空單位轉(zhuǎn)移不為理想回轉(zhuǎn)中心線瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)中心線在空間位置的距離,就是主軸的回轉(zhuǎn)誤差,而回轉(zhuǎn)誤差的范圍,就是主軸的回轉(zhuǎn)精度純徑轉(zhuǎn)誤差角

24、度誤差和軸向誤差,它們很少單獨(dú)存在當(dāng)徑向誤差和角度誤差同時(shí)存在構(gòu)成徑向跳動(dòng),而軸向誤差和角度誤差同時(shí)存在構(gòu)成端面跳動(dòng)由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)矢量,它并不是在所有的情況下都表示為被加工工件所得的加工形狀主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量,一般分為三種靜態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量和間接測(cè)量目前我國(guó)在生產(chǎn)中沿著傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量法,用一個(gè)精密的檢測(cè)棒插入主軸錐孔中千分表觸頭觸及檢測(cè)棒圓柱表面,以低速轉(zhuǎn)動(dòng)主軸進(jìn)行測(cè)量千分表最大和最小的讀數(shù)差既認(rèn)為是主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差端面誤差一般以包括主軸所在平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系的垂直度,數(shù)據(jù)綜合表示動(dòng)態(tài)測(cè)量是用一標(biāo)準(zhǔn)球裝在主軸中心線上,與主軸中心線上,與主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn);在主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn);在工

25、作臺(tái)上安裝兩個(gè)互成90度角的非接觸傳感器,通過(guò)儀器記錄回轉(zhuǎn)情況間接測(cè)量是用小的切削量用小的切削量回工有色金屬試件,然后在圓度儀上測(cè)量試件的圓度來(lái)評(píng)價(jià)出廠時(shí),普通級(jí)加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測(cè)量法測(cè)量,當(dāng)L=300mm時(shí)允許誤差應(yīng)小于0.02造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因主要是由于主軸的結(jié)構(gòu)及其加工精度主軸軸承的選用及剛度等,而主軸及其回轉(zhuǎn)零件的不平衡,在回轉(zhuǎn)時(shí)引起的激振力,也會(huì)造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差因此加工中心的主軸不平衡量要控制在0.4/s以下2. 主軸剛度主軸組件的剛度是指受外力作用時(shí),主軸組件抵抗變形的能力通常抵以主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí),在位移方向上所施加的作用力大小來(lái)表示主軸組件的剛度越大,主軸受力

26、的變形就越小主軸組件的剛度不足,在切削力及其他力的作用下,主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形,不僅影響工件的加工質(zhì)量,還會(huì)破壞齒輪軸承的正常工作條件,使其加快磨損,降低精度主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸支撐跨距所選軸承類型及配置形勢(shì)砂間隙的調(diào)整主軸上傳動(dòng)元件的位置等有關(guān)3. 主軸抗振性主軸組件的抗振性是指切削加工時(shí),主軸保持平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的能力主軸組件抗振性及在必要時(shí)安裝阻尼(消振)器另外,使主軸固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振力的頻率4. 主軸溫升主軸組件在運(yùn)轉(zhuǎn)中,溫升過(guò)高會(huì)起兩方面的不良結(jié)果:一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形,主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機(jī)床其他件的相對(duì)位置會(huì)有變化,直接影響加工精度;其次是軸承等元

27、件會(huì)因溫度過(guò)高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤(rùn)滑條件,影響軸承的正常工作嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生:“抱軸”數(shù)控機(jī)床在解決溫升問(wèn)題時(shí),一般采用恒溫主軸箱5. 主軸的耐磨性主軸組件必須有足夠的耐磨性,以便長(zhǎng)期保持精度主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動(dòng)式主軸的工作部位為了提高耐磨性,主軸的上述部位應(yīng)該淬硬,或者經(jīng)過(guò)氮化處理,以提高硬度增加耐磨性主軸軸承也需要有良好的潤(rùn)滑,提高其耐磨性以上這些要求,有的還是矛盾的,例如高剛度和高速,高速和高精度等,這就要具體問(wèn)題具體分析,例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件的主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求;設(shè)計(jì)高精度數(shù)控機(jī)床時(shí),主軸應(yīng)滿足高剛度低溫升的要求同時(shí),主軸結(jié)構(gòu)要

28、保證個(gè)部件定位可靠,工藝性能好等要求6. 提高主軸組件抗振性的措施(1)盡量縮短主軸前軸承結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度, 適當(dāng)增大跨矩;(2)盡量提高前軸承的剛度和阻尼;(3)提高前軸承的精度,把推力軸承放在前支撐初可提高抗振性;(4)對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的零件作靜動(dòng)平衡,提高齒輪主軸的制造精度都可適當(dāng)減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)源;(5)對(duì)于非連續(xù)切削過(guò)程的銑削,滾削等加裝飛輪可減少振動(dòng);(6)應(yīng)用阻尼器消耗振動(dòng)能量是有效的措施;考慮系統(tǒng)的固有頻率,避免共振7. 減少主軸組件熱變形的措施(1)把熱源移至機(jī)床以外(2)改善主傳動(dòng)的潤(rùn)滑條件如進(jìn)行箱外循環(huán)潤(rùn)滑,用低粘度的潤(rùn)滑油油霧潤(rùn)滑等,特別注意前軸承的潤(rùn)滑情況(3)采用冷卻散熱裝置例如用

29、熱管冷卻減少機(jī)床各部位的溫差,進(jìn)行熱補(bǔ)償如可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一些自動(dòng)補(bǔ)償?shù)难b置設(shè)法使熱變形朝不影響加工精度的方向發(fā)展還可以在工藝上減少熱變形的影響如先空運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間再加工把粗精加工分開(kāi)等5.2 主軸材料的選擇及尺寸參數(shù)的計(jì)算圖5-1主軸主軸是主軸組件的重要組成部分,它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀制造精度材料及其熱處理,對(duì)主軸組件的工作性能都有很大的影響主軸結(jié)構(gòu)隨系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的不同而有各種形式主軸的主要尺寸參數(shù)包括:主軸直徑內(nèi)孔直徑懸伸長(zhǎng)度和支撐跨距評(píng)價(jià)和考慮主軸的主要尺寸參數(shù)的依據(jù)使主軸的剛度結(jié)構(gòu)工藝性和主軸組件的工藝適應(yīng)范圍1. 主軸直徑 主軸直徑越大,其剛度越高,但使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應(yīng)增大

30、軸承的直徑越大,同等級(jí)精度軸承的公差值也越大,要保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度就越困難同時(shí)極限轉(zhuǎn)數(shù)下降主軸后端支撐軸頸的直徑可視為0.70.8的前支承軸頸值,實(shí)際尺寸要在主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)確定前后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高,工藝性能也越好2. 主軸內(nèi)孔直徑 主軸的內(nèi)孔用來(lái)安放棒料刀具夾緊裝置固定刀具傳動(dòng)氣動(dòng)或液動(dòng)卡盤等主軸孔徑越大,可通過(guò)的棒料直徑也越大,機(jī)床的適用范圍就越廣,同時(shí)主軸部件的相對(duì)重量也越輕主軸孔徑的大小主要受主軸剛度的制約主軸的孔徑與主軸的直徑之比,小于0.3時(shí)空心主軸的剛度幾乎與實(shí)心主軸的剛度相當(dāng);等于0.35時(shí),空心主軸的剛度為實(shí)心主軸剛度的90%;大于0.7時(shí)空心主軸的剛度急劇下

31、降一般可取其比值為0.5左右根據(jù)設(shè)計(jì)要求,此設(shè)計(jì)選用的主軸材料是45號(hào)鋼其熱處理及參數(shù)如下表表5-1 45號(hào)鋼熱處理參數(shù)材料熱處理硬度(HBS)抗拉強(qiáng)度極限屈服強(qiáng)度極限s彎曲疲勞極限-1剪切疲勞極限-1許用彎曲應(yīng)力-1 45調(diào)質(zhì)滲氮21725564035530015560因?yàn)檫x用的主軸電機(jī)功率為P=18.5KW,額定轉(zhuǎn)速nc=1500r/min所以主軸功率 p=pc/123=9.67 kw (式5-1)因?yàn)橹鬏S是空心轉(zhuǎn)軸,所以 d1=21.68 ×. (式5-2)查表得=1.23 所以d1=21.68×1.2321.23=56.6 又因?yàn)榇颂庉S上有一個(gè)鍵槽,所以d1=d&#

32、215;(1+5%)=59.45 取d1=60;d2=d1+2a,a為軸肩高度,用于軸上零件的定位和固定,故a值應(yīng)該稍微大于轂孔的圓角半徑或倒角深,通常取a(0.070.1)d1;d2應(yīng)符合密封件的孔徑要求所以 d2=63mmd3=d2+58mm=72mm d4=d3+15mm=74mmd5=d4+15mm=78mmd6=d5+2aa(0.070.1)d1 所以d6=80mm根據(jù)選用的軸承確定d7=98mm主軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核,危險(xiǎn)截面安全系數(shù)s的校核計(jì)算: s=s (式5-3)只考慮彎距作用的安全系數(shù);s只考慮扭距作用是的安全系數(shù);s 許用安全系數(shù);在此查表所得s=1.31.5;s=

33、查表得出-1=270Mpa -1=155Mpa k=1.71 k=1.44 =1.6 =0.78 =0.74, =0.3,=0.21,=, m= M= Wp= 所以:s=1.08<s=1.31.5 所以主軸設(shè)計(jì)符合要求3. 主軸的軸端結(jié)構(gòu)主軸的軸端是用于安裝夾具和刀具要求夾具和刀具在軸端定位精度高定位好裝卸方便,同時(shí)使主軸的懸伸長(zhǎng)度短數(shù)控銑床的主軸端部結(jié)構(gòu),一般采用短圓錐法蘭盤式4. 軸主要精度指標(biāo) 前支承軸承軸頸得同軸度約為5µm左右;軸承軸頸需要按軸承內(nèi)孔“實(shí)際尺寸”配合,并且需要保證配合過(guò)盈1µm5µm;錐孔與軸承軸頸得同軸度為3µm5

34、81;m,與錐面的接觸面積不小于80%,且大端接觸較好;裝圓柱滾子軸承與軸承內(nèi)圈的接觸面積應(yīng)該不小于85%5. 主軸動(dòng)態(tài)特性的改善 改善主軸動(dòng)態(tài)特性的措施有以下幾個(gè)方面:(1)使主軸組件的固有頻率避開(kāi)激振力的頻率 通常應(yīng)該使固有頻率高于激振力頻率的30%以上如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎(chǔ)上(軸承)的剛度振動(dòng)則應(yīng)提高軸承的剛度如果屬于主軸的彎曲振動(dòng),則應(yīng)提高主軸的剛度,如加粗直徑激振力可能來(lái)自主軸組件的不平衡,這時(shí)激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以/30也可能來(lái)自斷續(xù)切削,這時(shí)激振頻率還應(yīng)該乘以刀齒數(shù)z(2)增大阻尼 如前面所述,低階模態(tài)常是主軸的剛體振動(dòng)這時(shí)主軸軸承,特別是前軸承的阻尼對(duì)主軸組

35、件的抗振性影響很大如果要求得到很光的加工表面,主軸又是水平的,可用滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼,但過(guò)大的預(yù)緊反而使阻尼減少,故選擇預(yù)緊時(shí)還應(yīng)該考慮阻尼的因素(3)采用三支承 如主軸后端懸深很長(zhǎng),可增加輔助支承,成為三支承主軸輔助支承可用深溝球軸承,保留游動(dòng)間隙輔助支承的作用,與其說(shuō)是提高剛度,不如說(shuō)是為了提高抗振性5.3 主軸傳動(dòng)裝置箱體的作用通過(guò)傳動(dòng)軸承支撐傳動(dòng)件的軸;存儲(chǔ)潤(rùn)滑劑,實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)件和軸承的潤(rùn)滑;密封作用,減少環(huán)境不良因素;保護(hù)機(jī)器操作者的人身安全,避免傷亡事故5.4 主軸箱體的截面形狀和壁厚計(jì)算 傳動(dòng)裝置箱體的典型縱截面形狀為矩形或圓形箱體壁厚N的計(jì)算: N= (式5-4)

36、第六章 主軸軸承的選擇主軸軸承是主軸組件的重要組成部分,它的類型結(jié)構(gòu)配置安裝調(diào)整潤(rùn)滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能在數(shù)控機(jī)床上主軸軸承常用的有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類滾動(dòng)軸承摩擦阻力小,可以預(yù)緊,潤(rùn)滑維護(hù)簡(jiǎn)單,能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動(dòng)范圍下穩(wěn)定的工作滾動(dòng)軸承由專業(yè)化的工廠生產(chǎn),選購(gòu)維修很方便,在數(shù)控機(jī)床上被廣泛采用但與滑動(dòng)軸承相比,滾動(dòng)軸承的噪聲大,滾動(dòng)體數(shù)目有限,剛度是變化的,抗振性略差,并且對(duì)轉(zhuǎn)速有很大的限制數(shù)控機(jī)床主軸組件在可能條件下,盡量使用了滾動(dòng)軸承,特別是大多數(shù)立式主軸和主軸裝在套筒內(nèi)能夠作軸向移動(dòng)的主軸這時(shí)用滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑以避免漏油滾動(dòng)軸承根據(jù)滾動(dòng)體的結(jié)構(gòu)的不

37、同可分為球軸承圓柱軸承圓錐滾子軸承三大類6.1 軸承的選擇和軸承的精度選用軸承時(shí),首先是選擇類型選擇軸承類型應(yīng)考慮多種因素,如軸承所受載荷的大小方向及性質(zhì);軸向的固定方式;轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境;調(diào)心性能要求;經(jīng)濟(jì)性和其他特殊要求等滾動(dòng)軸承的選,用原則課概括如下1. 載荷條件軸承承受載荷的大小方向性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)載荷較大時(shí)應(yīng)選用線接觸的滾子軸承受純軸向載荷時(shí)通常選用推力軸承;主要受徑向載荷時(shí)應(yīng)選用深溝球軸承;同時(shí)受徑向和軸向載荷時(shí)應(yīng)選用角接觸軸承;受沖擊載荷時(shí)宜選用滾子軸承2. 轉(zhuǎn)速條件當(dāng)轉(zhuǎn)速較高且旋轉(zhuǎn)精度要求較高時(shí),應(yīng)選用球軸承推力軸承的極限轉(zhuǎn)速低當(dāng)工作轉(zhuǎn)速較高,而軸向載荷不大時(shí),可采用

38、角接觸軸承或深溝球軸承對(duì)高速回轉(zhuǎn)的軸承,為減小滾動(dòng)體施加于外圈滾道的離心力,宜選用外徑和滾動(dòng)體直徑較小的軸承3. 裝調(diào)性能3類(圓錐滾子軸承)和N類(圓柱滾子軸承)的內(nèi)外圈可分離,便于裝拆為方便安裝在長(zhǎng)軸上軸承的裝拆和緊固,可選用帶內(nèi)綴孔和緊定套的軸承4. 調(diào)心性能軸承內(nèi)外圈軸線間的偏位角應(yīng)控制在極限值之內(nèi),否則會(huì)增加軸承的附加載荷而降低其壽命對(duì)于剛度差或安裝精度較差的軸組件,宜選用調(diào)心軸承,如1類(調(diào)心球軸承)2類(調(diào)心滾子軸承)軸承5. 經(jīng)濟(jì)性在滿足使用要求的情況下優(yōu)先選用價(jià)格低廉的軸承一般球軸承的價(jià)格低于滾子軸承軸承的精度要求越高價(jià)格就越高在同精度的軸承中深溝球軸承的價(jià)格最低同型號(hào)不同公

39、差等級(jí)軸承的價(jià)格比為:P0:P6:P5:P4=1:1.5:1.8:6選用高精度軸承時(shí)應(yīng)進(jìn)行性能價(jià)格比的分析本次設(shè)計(jì)中選用了的軸承是角接觸軸承和雙向推力向心球軸承角接觸軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷的聯(lián)合作用,其軸上載荷能力的大小,隨接觸角的增大而增大;軸承的精度,分為24560五級(jí)其中2級(jí)最高,0級(jí)為普通精度級(jí)主軸軸承以4級(jí)為主高精度主軸可用P2級(jí)要求較低的主軸或三支撐主軸的輔助軸承可用P5級(jí)P6級(jí)和P0級(jí)一般不用6.2 軸承預(yù)緊力的要求因?yàn)轭A(yù)緊力提高剛度有一定的效果,這是與線接觸的滾子軸承不同的點(diǎn)接觸的球軸承,應(yīng)在溫升允許的條件下,盡量用較高的預(yù)緊力在軸向力的作用下,不受力測(cè)軸承的滾動(dòng)體

40、與滾道不配時(shí)為最大軸向載荷的35%;三聯(lián)組配時(shí)為24%6.3 主軸軸承的潤(rùn)滑與密封主軸的密封有接觸式密封和非接觸式密封,主軸軸承的潤(rùn)滑與密封是機(jī)床使用和維護(hù)過(guò)程中值得重視的兩個(gè)問(wèn)題良好的潤(rùn)滑效果可以較低軸承的工作溫度和延長(zhǎng)使用壽命密封不僅要防止灰塵屑末和切削液進(jìn)入,還要防止?jié)櫥偷男孤?shù)控機(jī)床上,主軸軸承潤(rùn)滑方式有:油脂潤(rùn)滑油液循環(huán)潤(rùn)滑油霧潤(rùn)滑油氣潤(rùn)滑等方式此次設(shè)計(jì)選用的是油脂潤(rùn)滑方式主軸的潤(rùn)滑狀態(tài)可分為流體潤(rùn)滑狀態(tài)和非流體潤(rùn)滑狀態(tài)兩大類,流體潤(rùn)滑狀態(tài)又可分為邊界潤(rùn)滑狀態(tài)和干摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)除上述外,還常見(jiàn)有混合潤(rùn)滑狀態(tài),即流體潤(rùn)滑狀態(tài)和邊界潤(rùn)滑狀態(tài)同時(shí)存在油脂潤(rùn)滑方式: 是目前在數(shù)控機(jī)床的主軸軸

41、承上最常用的潤(rùn)滑方式,特別是在前支承軸承上更是常常用到當(dāng)然,如果主軸箱中沒(méi)有冷卻潤(rùn)滑油系統(tǒng),那么后支承軸承和其他軸承,一般采用油脂潤(rùn)滑方式潤(rùn)滑(1)油液潤(rùn)滑方式: 在數(shù)控機(jī)床主軸上,有采用油液循環(huán)潤(rùn)滑方式的裝有CA-MET軸承的主軸,即可使用這種方式潤(rùn)滑,對(duì)一般主軸軸承,后支承上采用這種方式潤(rùn)滑比較常見(jiàn)不過(guò)在用油液潤(rùn)滑角接觸軸承的時(shí)候,要注意角接觸軸承有泵油效應(yīng),必須使油液從小口進(jìn)入(2)油霧潤(rùn)滑方式: 油霧潤(rùn)滑方式是將油液經(jīng)高壓氣體霧化后從噴嘴成霧狀噴出倒需要潤(rùn)滑的部位達(dá)到潤(rùn)滑目的的方式由于霧狀油吸熱性好,又無(wú)油液攪拌作用,所以常用于高速主軸軸承的潤(rùn)滑但是,油霧容易吹出,污染環(huán)境(3)油氣潤(rùn)

42、滑方式: 油氣潤(rùn)滑方式是針對(duì)高速主軸而開(kāi)發(fā)的新型的潤(rùn)滑方式它是用極微量的油(約0.033)潤(rùn)滑軸承,以抑制軸承發(fā)熱油箱中的油位開(kāi)關(guān)和管路的壓力開(kāi)關(guān),確保在油箱中無(wú)油或者壓力不足的時(shí)候,能自動(dòng)啟動(dòng)切斷主電動(dòng)機(jī)電源軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊 主軸軸承的內(nèi)部間隙,必須能夠調(diào)整多數(shù)軸承軸承預(yù)緊后,內(nèi)部無(wú)間隙,滾動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸,有利于提高運(yùn)動(dòng)精度滾動(dòng)體的直徑不可能絕對(duì)相等,滾道也不可能絕對(duì)正圓,因而預(yù)緊前只有部分滾動(dòng)體與滾道接觸預(yù)緊后,滾動(dòng)體和滾道都有了一定的變形,參加工作的滾動(dòng)體將更多,各滾動(dòng)體的受力將更為均勻這些都有利于提高軸承的精度剛度和壽命如主軸產(chǎn)生振動(dòng),則由于各個(gè)方面都有滾動(dòng)體支承,可以提高抗

43、振性但是,預(yù)緊將使軸承壽命下降,故預(yù)緊要適量6.4 軸承壽命校核主軸軸承通常載荷相對(duì)較輕,除一些特殊的重載主軸外,軸承的承載能力是沒(méi)有問(wèn)題的主軸軸成的壽命,主要不是取決于疲勞點(diǎn)蝕,而是因?yàn)槟p而降低精度通常,如軸承精度為P4級(jí),經(jīng)使用導(dǎo)致磨損后跳動(dòng)精度降至P5級(jí)時(shí),這個(gè)軸承就不能滿足加工精度要求了應(yīng)該更換了雖然還遠(yuǎn)未達(dá)到其疲勞壽命,但是這種“精度壽命”目前還難以估算準(zhǔn)確所選軸承按照每天兩班工作制,每班工作8小時(shí),預(yù)計(jì)使用五年則T=16×365×5=29200h根據(jù)軸承壽命校核公式: Lh= (式6-1)Lh-軸承壽命T-滾動(dòng)軸承許用壽命C-滾動(dòng)軸承額定動(dòng)負(fù)荷fn-速度系數(shù)f

44、n=-壽命指數(shù) 對(duì)球軸承=3;對(duì)滾子軸承=10/3KA-使用系數(shù)查表取KA=1.2.Kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù),查表取Kn=0.89KL-齒輪輪換工作系數(shù),查表取KL=0.8.P-當(dāng)量動(dòng)載荷所以根據(jù)公式計(jì)算得:Lh=500h>T 因?yàn)檩S承使用壽命遠(yuǎn)大于軸承預(yù)期的壽命所以軸承合格的第七章 聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計(jì)算7.1聯(lián)接鍵的選擇鍵的類型可根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使用要求和工作條件選擇,鍵截面尺寸通常根據(jù)軸的直徑,從標(biāo)準(zhǔn)中選取,對(duì)于某些特殊情況(如階梯軸)在保證傳遞所需的轉(zhuǎn)矩的條件下,允許選用較標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小一擋的截面尺寸,有時(shí)候由于工藝和強(qiáng)度原因,也可以選用較標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定尺寸大一擋的鍵,鍵的長(zhǎng)度按

45、輪轂長(zhǎng)度而定,即鍵的長(zhǎng)度等于略短于輪轂的長(zhǎng)度,而導(dǎo)向平鍵就得按輪轂的長(zhǎng)度及滑動(dòng)距離而定,鍵的長(zhǎng)度應(yīng)該符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度系列根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸和GB/T1096-1979選普通平鍵聯(lián)接,鍵的公稱尺寸是b×h×L=10×8×(2836),材料選取45號(hào)鋼7.2碟形彈簧的選擇與計(jì)算碟形彈簧它是一種用鋼板沖壓的截面錐形壓縮彈簧,其特點(diǎn)是: 圖7-1碟形彈簧(1)剛度大,用于負(fù)荷大,軸向空間要求小的地方(2)具有變剛度特性,適應(yīng)范圍廣,根據(jù)其極限變形量h0和彈簧板厚度t不同,可有各種不同的特性曲線和承載能力(3)在工作過(guò)程中,碟片之間有摩擦損失,加載和卸載時(shí)的特性曲線不

46、重合,吸振能力強(qiáng),制造維修方便根據(jù)設(shè)計(jì)要求,選用A系列碟形彈簧采用對(duì)合組合方式安裝7.3碟形彈簧材料及熱處理厚度和脫碳碟形彈簧材料為60Si2MnA,碟簧成型后,進(jìn)行淬火,回火后的硬度必須在HRC4245范圍內(nèi)單面脫碳層深度,對(duì)于厚度小于1.25mm的第一類碟形彈簧,不得超過(guò)其厚度的5%,對(duì)于厚度不小于1.25mm的碟形彈簧,不超過(guò)其厚度的3%(其最小值允許為0.06)7.4碟形彈簧的強(qiáng)壓處理表面強(qiáng)化處理和防腐處理碟形彈簧應(yīng)全部進(jìn)行強(qiáng)壓處理,處理方法為:一次壓平,持續(xù)時(shí)間不少于12h,或者進(jìn)行短時(shí)壓平,壓平次數(shù)不小于5次,壓平力不小于二倍的Pf=0.75h0,強(qiáng)化處理后自由高度應(yīng)穩(wěn)定對(duì)于受變負(fù)

47、荷的碟形彈簧,內(nèi)錐面推薦表面作強(qiáng)化處理,例如噴丸處理等,根據(jù)需要,碟形彈簧表面進(jìn)行防腐處理(如磷化氧化鍍鋅等),經(jīng)電鍍后的碟形彈簧,必須進(jìn)行去氫處理,不過(guò)對(duì)受變負(fù)載的碟形彈簧應(yīng)該避免采用電鍍方法處理其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下:D=50 d=25.4 t=3 h0=1.1 H0=4.1 P=12000N f=0.83 H0-f=3.27 M=-1250N/2 =1430 N/2 Q=34.30kg/1000件D/t18 h0=0.4 E=206000N/2 =0.3 K4=1 C=2 壓平彈簧的負(fù)載:PC= (式7-1) K1=0.69, (式7-2)P/Pc=5000/8410=0.59 因?yàn)閔0/t

48、=0.4 (查表所得) 所以 f=0.57×h0=0.51 所以對(duì)合組合的片數(shù)為I= 取12片.未受負(fù)載的高度是HZ=i.H0=22×3.15=69.3受負(fù)載時(shí)的高度H1=HZ-if=69.3-22×0.51=58.08壓平彈簧時(shí)(f=h0)M點(diǎn)的應(yīng)力 M= (式7-3)此數(shù)據(jù)與60Si2MnA的屈服極限1400接近碟形彈簧的剛度 P=9015.53N (式7-4)第八章 螺釘聯(lián)接的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求:1.螺釘?shù)牟贾靡话銓?duì)稱形式,并應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)和力流方向使螺釘受力合理,加工與安裝方便2.形心與結(jié)合面的形心應(yīng)該重合3.用鉸制孔螺釘(受剪切螺釘)承受橫向載荷時(shí),沿力流方向的

49、螺釘應(yīng)不多于6個(gè)4.一組螺釘?shù)闹睆胶烷L(zhǎng)度應(yīng)該盡量相同5.一組螺釘中每個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力應(yīng)該相同6.釘中心線間的最小距離t=(1.52.0)s,s為六角螺母的對(duì)邊寬度,最大距離與聯(lián)接用途有關(guān)7.該滿足擰螺釘時(shí)需要的最小扳手空間8.校核計(jì)算時(shí)只計(jì)算受力最大的螺釘六角頭頭部帶槽螺釘: 圖8-1六角頭頭部帶槽螺釘 根據(jù)要求計(jì)算:選用M6和M8兩種螺釘,其中M6型號(hào)螺釘主要尺寸參數(shù)為:b=24, dk=9.7810, K=3.9, t=2, B=4.15, l=1060,精度等級(jí)為8.8級(jí)M8型號(hào)螺釘主要尺寸參數(shù)為:b=28, dk=12.7313, K=5, t=2.6, B=5, l=1280, 精度等

50、級(jí)為8.8級(jí)螺釘?shù)膹?qiáng)度計(jì)算與校核:承受橫向載荷和軸向載荷的普通螺釘?shù)男：薓6螺釘校核公式:4×1.3F0/(d1)2, 96.32=106.2所以合格設(shè)計(jì)公式:d14×1.3F0/1/2 =5.96 式中 (d1是螺釘?shù)穆菁y小徑,是螺釘?shù)脑S用拉應(yīng)力)第九章 液壓缸與密封件的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)液壓缸時(shí),要在對(duì)液壓系統(tǒng)工作情況分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)液壓缸在機(jī)構(gòu)中所要完成的任務(wù)來(lái)選擇液壓缸的結(jié)構(gòu)形式,然后按負(fù)載運(yùn)動(dòng)要求運(yùn)動(dòng)要求最大行程等確定主要尺寸,進(jìn)行強(qiáng)度穩(wěn)定性和緩沖驗(yàn)算,最后進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)選用的是雙桿活塞式液壓缸,這種液壓缸是缸筒固定的雙桿活塞缸,活塞的兩側(cè)的活塞桿直徑相等,它

51、的進(jìn)油口和出油口位于缸筒的兩端,當(dāng)工作壓力和輸入流量向同時(shí),兩個(gè)方向上的推力和速度是相等的 圖9-1液壓缸9.1液壓缸安裝時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題(1)液壓缸的基座必須有足夠的剛度,如果按裝基座不夠堅(jiān)固,加壓時(shí),缸筒將會(huì)呈弓形和向上翹起,致使活塞桿彎曲或折損,還有得就是盡量使活塞桿在受拉力狀態(tài)下能夠承受最大負(fù)載,或在受壓狀態(tài)下活塞桿具有良好的縱向穩(wěn)定性(2)液壓缸軸向兩端不要固定死, 因?yàn)橐簤焊谉崤蛎浀纫蛩?會(huì)在軸向伸縮,假若兩端固定死,將會(huì)使液壓缸的整體向上彎曲,而導(dǎo)致個(gè)部分變形,當(dāng)活塞移動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生阻滯現(xiàn)象,活塞和活塞桿的導(dǎo)向套等表面產(chǎn)生不均勻的磨損等不良現(xiàn)象,所以必須避免這種安裝方法(3)安裝前,

52、先要檢查加工零件上有無(wú)毛刺或銳角;裝入密封件時(shí),要用高熔點(diǎn)潤(rùn)滑油;正確安裝,搞清安裝方向;注意密封件的擠出和擰扭; 密封圈要順利的通過(guò)螺紋或孔口 9.2液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)及主要尺寸的確定盡可能按推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊加工裝配和維修方便正確確定液壓缸的安裝和固定方式考慮液壓缸的熱變形,它只能一端固定缸筒內(nèi)徑D: 根據(jù)負(fù)載大小和選定的工作壓力,或運(yùn)動(dòng)速度和輸入流量計(jì)算,再參考GB2348-80標(biāo)準(zhǔn)選取缸筒內(nèi)徑D=78.5mm活塞桿直徑d: 按工作時(shí)受力情況,參考GB3458-80標(biāo)準(zhǔn)確定d=27mm鋼筒長(zhǎng)度L: 根據(jù)最大工作行程確定L=126mm9.3強(qiáng)度校核對(duì)于液壓缸的缸筒壁厚活塞桿直徑d缸蓋處固