加工中心主軸傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

《加工中心主軸傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《加工中心主軸傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（50頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目名稱(chēng):加工中心主軸傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名:楊朋朋 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)： 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 班 級(jí)： 機(jī)設(shè)09-2 學(xué) 制: 三年制 學(xué) 號(hào)： 0950323227 學(xué)歷層次： 大專(zhuān) 指導(dǎo)老師： 評(píng) 閱 人： 論文（設(shè)計(jì)）提交日期： 2012年 月 日 論文（設(shè)計(jì)）答辯日期： 2012年 月 日 江

2、蘇 建 筑 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 二〇一二年六月 日 摘要 本設(shè)計(jì)主要介紹了數(shù)控加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，并以電主軸作為主傳動(dòng)部件對(duì)其進(jìn)行研究。主要設(shè)計(jì)了數(shù)控加工中心用電主軸的主軸結(jié)構(gòu)，套筒及支承部件磁懸浮軸承。解決了套筒與主軸的配合及支承部件的布置形式等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。本設(shè)計(jì)采用了創(chuàng)新型設(shè)計(jì)方式：將主軸軸端的捕捉軸承置于內(nèi)側(cè)以增加主軸剛度；將蝶形彈簧拉刀機(jī)構(gòu)換成彈簧卡爪以增加可靠性；將切削液通道均布于軸端內(nèi)部以增強(qiáng)冷卻效果。 關(guān)鍵詞：數(shù)控加工中心；電主軸；套筒；磁懸浮軸

3、承 Abstract This paper introduces the design of CNC machining centers form the structure of the main drive system and electric drive components as the main axis of their research. The main design of the CNC machining center spindle of the spindle p

4、ower structure, sleeve bearings and bearing components of magnetic levitation. Solved with the spindle sleeve and bearing components with the layout of the form of the key technical problems. The design uses an innovative design approach: The main shaft bearing at the inside of the catch to increase

5、 the stiffness of the spindle; will broach Butterfly institutions spring into spring claw card in order to increase reliability; to cloth cutting fluid channel in the shaft end to enhance the cooling effect inside. Keywords: CNC machining center； electric spindle； sleeve；magnetic bearing

6、 目錄 1.確定主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，擬定傳動(dòng)原理圖……………07 1.1直接馭動(dòng)主軸傳動(dòng)方案………………………………………00 1.2一級(jí)傳動(dòng)方案…………………………………………………86 1.3多級(jí)傳動(dòng)方案…………………………………………………65 1.4合理傳動(dòng)方案的確定…………………………………………46 2.進(jìn)行動(dòng)力設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………87 2.1.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)……………………………………………78 2.1.2轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍……………………………………………68 2.1

7、.3變化組……………………………………………………57 2.1.4結(jié)構(gòu)式采用………………………………………………13 2.1.5繪制轉(zhuǎn)速圖………………………………………………23 2.1.6確定變速組齒輪齒數(shù)……………………………………45 2.1.7傳動(dòng)系統(tǒng)圖………………………………………………55 2.1.8帶輪設(shè)計(jì)…………………………………………………34 2.1.9計(jì)算帶的力………………………………………………56 2.2 動(dòng)力設(shè)計(jì)……………………………………………………34 2.2.1傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速………………………………………45

8、 2.2.2計(jì)算各傳動(dòng)軸的輸出功率………………………………12 2.2.3計(jì)算各傳動(dòng)軸的扭矩……………………………………34 2.2.4軸徑設(shè)計(jì)及鍵的選取……………………………………67 2.2.6齒輪校核…………………………………………………56 2.2.5計(jì)算齒輪模數(shù)……………………………………………54 3.主軸和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、精度設(shè)計(jì)和剛度設(shè)計(jì)……………22 3.1主要參數(shù)的確定………………………………………………99 3.1.1主軸前軸頸直徑的選取…………………………………00 3.1.2主軸內(nèi)孔直徑d的確定……………………………………8

9、9 3.1.3主軸前端懸伸量a的確定…………………………………90 3.1.4主軸主要支承間跨距L的確定……………………………56 3.2 主軸的構(gòu)造……………………………………………………24 3.3 軸上零件的定位………………………………………………99 3.4 主軸的校核……………………………………………………90 3.4.2主軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核………………………………………97 3.4.1主軸按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核………………………………………77 3.5 主軸的主軸組件的剛度驗(yàn)算…………………………………66 3.6 求軸承剛度………………………………………………

10、…34 4.軸承選用與壽命計(jì)算…………………………………………23 4.1、滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型、性能與特點(diǎn)………………………12 4.1.1向心軸承……………………………………………………83 4.1.2推力軸承……………………………………………………55 4.1.3滾子動(dòng)軸承…………………………………………………98 4.2 軸承的選取……………………………………………………67 4.3 壽命計(jì)算………………………………………………………78 4.3.1基本額定壽命和基本額定動(dòng)載荷…………………………80 4.3.2滾動(dòng)軸承疲勞

11、壽命計(jì)算的基本公式………………………57 5.主軸箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和精度設(shè)計(jì)………………………………35 5.1箱體基本知識(shí)…………………………………………………66 5.1.1箱體的主要功能……………………………………………79 5.1.2箱體的分類(lèi)…………………………………………………44 5.2設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題和設(shè)計(jì)要求…………………………………54 5.2.1滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求………………………………………99 5.2.2散熱性能和熱變形問(wèn)題……………………………………88 5.2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理………………………………………………77 5.2.4工

12、藝性好……………………………………………………66 5.2.5造型好、質(zhì)量小……………………………………………66 5.3主軸箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………87 6.拉刀裝置設(shè)計(jì)……………………………………………………99 6.1刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)……………………………………………77 6.2 拉刀裝置的工作原理………………………………………55 7.繪制主傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖和零件圖…………………………44 7.1主傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖……………………………………………88 7.2主軸圖…………………………………………………………78 7.3傳動(dòng)軸圖………………………

13、………………………………77 7.4帶輪圖…………………………………………………………44 7.5齒輪圖…………………………………………………………44 8、 結(jié)論…………………………………………………………22 指標(biāo) 轉(zhuǎn)速/(r/min) 計(jì)算/額定轉(zhuǎn)速/(r/min) 輸出功率/kW 主 軸 5~4000 150 6.13 交流主電動(dòng)機(jī) 0~4500 1500 7 一、確定主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，擬定傳動(dòng)原理圖 1.1

14、, 直接馭動(dòng)主軸傳動(dòng)方案 這種傳動(dòng)方式是八十年代未期發(fā)展起來(lái)的, 它是采用交流變頻寬調(diào)速VAC電機(jī)通過(guò)剛性連軸節(jié)與機(jī)床主軸聯(lián)接, 或采用內(nèi)裝或主軸電機(jī)(即將機(jī)床主軸裝在電機(jī)的定子內(nèi))來(lái)驅(qū)動(dòng)主軸的一種傳動(dòng)方式。這種傳動(dòng)方既沒(méi)有齒輪變速裝置, 又沒(méi)有皮帶變速機(jī)構(gòu), 主要是由電機(jī)本身來(lái)完成變速和傳遞扭矩任務(wù)。其優(yōu)點(diǎn)是省去齒輪和皮帶傳動(dòng)裝置, 明顯地降低了機(jī)床的振動(dòng), 噪聲和熱量的產(chǎn)生, 提高了機(jī)床主軸的工作熱穩(wěn)定性, 可實(shí)現(xiàn)高精度加工。直接馭動(dòng)主軸的傳動(dòng)方案見(jiàn)圖1 1.2，一級(jí)傳動(dòng)方案 一級(jí)傳動(dòng)時(shí), 無(wú)齒輪變速箱, 只可能有齒輪或皮帶降速。這時(shí)也主要是由電機(jī)本身來(lái)

15、完成變速和傳遞扭矩的任務(wù), 這種方案目前采用較少。見(jiàn)圖2 1.3,多級(jí)傳動(dòng)方案 二級(jí)以上傳動(dòng)方案為多級(jí)傳動(dòng)方案。多級(jí)傳動(dòng)時(shí), 方案很多但各有千秋, 選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)具體實(shí)際情況而定。 但最多為四級(jí), 四級(jí)以上沒(méi)有使用價(jià)值。一般采用齒輪兩檔變速機(jī)構(gòu)（二級(jí)傳動(dòng)方案）, 可配合較為經(jīng)濟(jì)的額定轉(zhuǎn)速較大的無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī), 既可獲得較高轉(zhuǎn)速, 又可較大地拓寬恒功率范圍, 提高低速扭矩, 適合于要求達(dá)到較高轉(zhuǎn)速且可進(jìn)行較大切削量加工的場(chǎng)合。采用齒輪三檔變速機(jī)構(gòu)（三級(jí)傳動(dòng)方案）, 配合較為經(jīng)濟(jì)的額定轉(zhuǎn)速較大的無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī), 既可獲得較高轉(zhuǎn)速, 又可大大拓寬恒功率范圍,大大提高低速扭矩, 適合于

16、要求達(dá)到較高轉(zhuǎn)速且可進(jìn)行大切削量加工的場(chǎng)合, 其機(jī)械性能幾乎與齒輪有級(jí)變速方式相同。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 且由于采用齒輪多級(jí)傳動(dòng)方式, 最高轉(zhuǎn)速受限更大。目前這種傳動(dòng)方式很少采用。 多級(jí)傳動(dòng)方案圖略 1.4， 合理傳動(dòng)方案的確定 從以上介紹可知, 各種傳動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn), 關(guān)鍵是根據(jù)不同的使用要求選擇不同的傳動(dòng)方式。 “三圖”設(shè)計(jì) “三圖”是指轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)圖。相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算如下： 主軸恒功率調(diào)速范圍=主軸最高轉(zhuǎn)速主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速＝4000150≈27 主電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍＝主電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速主電動(dòng)機(jī)計(jì)算轉(zhuǎn)速＝45001500＝3 要將主電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍由3通過(guò)齒輪變速擴(kuò)大9倍到

17、27，此時(shí)主傳動(dòng)系統(tǒng)的最大降速比＝1500150＝10，即讓主電動(dòng)機(jī)的基本轉(zhuǎn)速1500 r/min. 經(jīng)齒輪降速后落在主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速150 r/min上，這樣才能使主電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍與主軸恒功率調(diào)速范圍最低極限匹配。要讓轉(zhuǎn)速圖上不出現(xiàn)“重疊”、“缺口”，還得令： 齒輪變速公比=變速級(jí)數(shù)=電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍=3 由此可知采用三級(jí)傳動(dòng)方案 4500~1500 高速級(jí)降速比=45004000=1.125 1333~4000 4500~1500 中速級(jí)降速比=103=3.33 450~1333 4500~1500 低速級(jí)降速比=1500150=

18、10 5~450 二、動(dòng)力設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1, 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)（選擇集中傳動(dòng)方案） 2.1.2轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍 2.1.3根據(jù)計(jì)算得出三個(gè)檔次速度變化組 4500~1500 高速降速比=45004000=1.125 （0.89） 1333~4000 4500~1500 中速降速比=103=3.33 （0.3） 450~1333 4500~1500 低速降速比=1500150=10 （0.1） 5~450 2.1.4結(jié)構(gòu)式采用：由于在變速級(jí)數(shù)Z=3一定時(shí)，減少變速組個(gè)數(shù)勢(shì)必增加各變速組的傳動(dòng)

19、副數(shù)，并且降速過(guò)快而導(dǎo)致齒輪的徑向尺寸增大，為使變速箱中的齒輪個(gè)數(shù)最少，每個(gè)變速組的傳動(dòng)副數(shù)最好取2～3個(gè)。所以采用如圖傳動(dòng) 2.1.5繪制轉(zhuǎn)速圖： (1）分配總降速比 (2）確定傳動(dòng)軸數(shù) 變速軸軸數(shù)=變速組數(shù)+定比變速副數(shù)+1=3+1+1=4。 如下圖所示 3）繪制轉(zhuǎn)速圖 2.1.6確定變速組齒輪齒數(shù) (1）先計(jì)算基本組的齒輪的齒數(shù) 基本組的降速比分別為：、， =2 根據(jù)傳動(dòng)比和查表計(jì)算的： Z1=37，Z2=22；Z3=25，Z4=44。 (2）擴(kuò)大組的齒數(shù)確定： =0

20、.4、 =1.2 根據(jù)傳動(dòng)比和查表計(jì)算的： Z3=25，Z4=44； Z5=20，Z6=36,Z7=50。 2.1.7傳動(dòng)系統(tǒng)圖如右圖： 2.1.8帶輪設(shè)計(jì) (1）確定計(jì)算功率: ,K為工作情況系數(shù)，可取工作8小時(shí)，取K=1.0 (2）選擇三角帶的型號(hào): 由和查表選擇型帶 (3）取，則，取 (4）核算膠帶速度V --- (5）初定中心矩 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》經(jīng)驗(yàn)公式（11.20） 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表（11.4）的 取. (6）計(jì)算膠帶的長(zhǎng)度 由《機(jī)

21、械設(shè)計(jì)》公式（11.2）計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖11.4，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度 (7）計(jì)算實(shí)際中心距 (8）核算小帶輪的包角 (9）確定膠帶的根數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中的表11.8到11.12得 ， ，取三根帶。 (10）大帶輪結(jié)構(gòu)如下圖所示： 2.1.9計(jì)算帶的張緊力作用在軸上的壓軸力 -帶的傳動(dòng)功率,KW；v-帶速,m/s； q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q

22、=0.17kg/m。v = 1500r/min = 9.81m/s、v =4500r/min=29.44m/s。 2.2, 動(dòng)力設(shè)計(jì) 2.2.1傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：n=150r/min。 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下： 軸序號(hào) 電 １ 2 主 計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min） 1500 750 370 150 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 ∵ ∴ 所以合適。

23、 2.2.2計(jì)算各傳動(dòng)軸的輸出功率 2.2.3計(jì)算各傳動(dòng)軸的扭矩 （n.mm） （n.mm） （n.mm） 2.2.4軸徑設(shè)計(jì)及鍵的選?。ú椤稒C(jī)械設(shè)計(jì)》公式16.9和表16.4得） 軸一：，，取帶入公式： 有，,圓整取 選花鍵： 軸二：，，取帶入公式： 有，,圓整取 選花鍵： 主軸：，，取帶入公式： 有，,圓整取 選花鍵： 其中：P-電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）； -從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積； -該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（

24、）； -傳動(dòng)軸允許的扭轉(zhuǎn)角（）。 2.2.5計(jì)算齒輪模數(shù) 齒輪模數(shù)的估算。通常同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)，如齒輪材料相同時(shí)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行估算模數(shù)和，并按其中較大者選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，為簡(jiǎn)化工藝變速傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣，通常不超過(guò)2～3種模數(shù)。 先計(jì)算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù)，齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動(dòng)，查表的齒輪精度選用7級(jí)精度，再由表10-1選擇小齒輪材料為40C(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS： 有公式： ① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 其中: -公比 ； = 2； -齒輪傳遞的

25、名義功率； -齒寬系數(shù)=； -齒輪許允接觸應(yīng)力； -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; -載荷系數(shù)取1.76。 -齒輪齒數(shù) ② 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： 其中: -齒輪傳遞的名義功率； -齒寬系數(shù)； -齒輪許允齒根應(yīng)力 45號(hào)鋼整體淬火， 按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)m,查表計(jì)算可得 低速檔 取，，，， 由公式可得，m=3.5mm 由公式 可得，m=2mm 因?yàn)樗詍=3.5mm 中速檔 取，，，， 由公式可得，m=2.5mm 由公式 可得，m=1.5mm 因?yàn)樗?/p>

26、m=2.5mm 高速檔 取，，，， 由公式可得，m=2.5mm 由公式 可得，m=2mm 因?yàn)樗詍=2.5mm 2.2.6齒輪校核 初選齒輪的材料：一律選用鍛鋼（需進(jìn)行精加工的齒輪所用鍛鋼） 材料牌號(hào)： 硬度60HRC 齒頂圓直徑 ； 齒根圓直徑； 分度圓直徑 ； 齒頂高 ； 齒根高 ； 表6.1齒輪尺寸表 （單位：mm） 齒輪 齒數(shù) z 模數(shù) 分度圓直徑d 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒頂高 齒根高 Z5 20 3.5 70 77 61.25 3.5 4.375 Z2 22 2.5 5

27、5 60 48.75 2.5 3.125 Z3 25 2.5 62.5 67.5 56.25 2.5 3.125 Z6 36 2.5 90 95 83.75 2.5 3.125 Z1 37 2.5 92.5 97.5 86.25 2.5 3.125 Z4 44 2.5 110 115 103.75 2.5 3.125 Z7 50 3.5 175 182 166.25 3.5 4.375 傳動(dòng)軸間的中心距 因?yàn)辇X寬系數(shù)=中心距一個(gè)系數(shù) ，硬齒面0.35、軟齒面0.4。 齒寬系數(shù)=0.40.8

28、25=0.33 =0.41=0.4 選齒寬系數(shù)=0.33 因?yàn)辇X輪Z2有三個(gè)傳動(dòng)檔所以 因?yàn)辇X輪Z5有兩個(gè)傳動(dòng)檔所以 齒厚 三、主軸和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、精度設(shè)計(jì)和剛度設(shè)計(jì) 3.1，主要參數(shù)的確定 3.1.1主軸前軸頸直徑的選取 根據(jù)功率，在之間，查表得主軸軸頸選取，取。主軸后軸頸直徑=0.9=81mm， 取=81mm。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，選前軸承為30218型，后軸承為30216型。 3.1.2主軸內(nèi)孔直徑d的確定 很多機(jī)床的主軸是空心的，內(nèi)孔直徑與其用途有關(guān)。銑床主軸內(nèi)孔可通過(guò)拉桿來(lái)拉緊刀桿。為不過(guò)多的削弱主軸

29、的剛度，銑床主軸孔徑d可比刀具拉桿直徑大5—10mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可知：d=(50%～60%)=(35～42)mm,此處取 d=35mm, =0.4. 當(dāng)小于0.3時(shí)，空心主軸的剛度幾乎等于實(shí)心主軸的剛度，等于0.4時(shí)，空心主軸的剛度為實(shí)心主軸的90%，小于0.7時(shí)，空心主軸的剛度急劇下降，所以d=35mm是合適的。 3.1.3主軸前端懸伸量a的確定 主軸懸伸量a一般越小越好，a值越小，對(duì)提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性都有顯著效果。根據(jù)《專(zhuān)用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造》表5—15可知： =0.6～1.5 a=（0.6～1.5）

30、 a=54～135mm 本設(shè)計(jì)取a為80毫米。 3.1.4主軸主要支承間跨距L的確定 合理確定主軸主要支承間的跨距L，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。支承跨距過(guò)小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支承變形引起主軸前端的位移量增大；反之，支承跨距過(guò)大，支承變形引起主軸前端的位移量盡管減小了，但主軸的彎曲變形增大，也會(huì)引起主軸前軸端較大的位移。因此存在一個(gè)最佳跨距，在該跨距時(shí)，因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小。一般會(huì)不斷降低，主軸主要支承間的實(shí)際跨距L往往大于上述最佳跨距，此處選L=3a=300mm. 下面我們就來(lái)確定最佳跨距與合理

31、跨距。 （1）的確定 支承剛度可用估算式： 取彈性模量 主軸截面慣性矩 截面面積 無(wú)量綱量 ，則根據(jù)判別式 所以有 （2）的確定 根據(jù)以上計(jì)算所得的值，由于結(jié)構(gòu)上原因往往不能實(shí)現(xiàn)。設(shè)實(shí)選跨距為L(zhǎng)，，則主軸組件的剛度達(dá)不到最大值。令L/=1時(shí)的剛度為100%，則當(dāng)0.75≤≤1.5時(shí)，主軸組件的剛度損失不超過(guò)5%～7%，即： =（0.75～1.5） =170～340.5mm 我們?cè)谠O(shè)計(jì)中，取支承跨距為 =250mm 3.2, 主軸的構(gòu)造 主軸的構(gòu)造和形狀主要取決于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動(dòng)件、軸承等零件的類(lèi)型、數(shù)量、

32、位置和安裝定位方法等。設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮主軸加工工藝性和裝配工藝性?？蚣苁綌?shù)控銑床主軸一般為空心階梯軸，前端徑向尺寸大，中間徑向尺寸逐漸減小，尾部徑向尺寸最小。 主軸的前端形式取決于機(jī)床類(lèi)型和安裝夾具或刀具的形式。主軸頭部的形狀和尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)遵照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主軸的直徑和長(zhǎng)度的確定主要是根據(jù)軸上零件的裝配，框架式數(shù)控銑床主軸簡(jiǎn)圖如圖4-6所示 軸上主要尺寸已在前面介紹，在確定各軸段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。軸的各段長(zhǎng)度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相臨零件間必要的空隙來(lái)確定的。 圖4-6框架式銑床主軸簡(jiǎn)圖 3.3,

33、 軸上零件的定位 3.3.1零件的軸向定位 軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來(lái)保證。軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩，軸肩處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，而且軸肩過(guò)多也不利于裝配，因此，軸肩定位多用于軸向力較大的場(chǎng)合， 套筒定位因?yàn)椴挥绊戄S的疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個(gè)零件之間的定位。若兩零件的間距較大或轉(zhuǎn)速較高時(shí)，都不宜采用套筒定位。 軸端擋圈適用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。為了防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動(dòng)造成螺釘松脫，可加圓柱銷(xiāo)鎖定軸端擋圈。 圓螺母定位可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應(yīng)力集中，故一般用于固定軸端的零件，當(dāng)軸上零件間距離較大不宜使用套筒定位時(shí)，也常

34、采用圓螺母定位。 3.3.2零件的周向定位 周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷(xiāo)、緊定螺釘以及過(guò)盈配合等，其中緊定螺釘只用在傳力不大之處。 3.4, 主軸的校核 3.4.1主軸按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 這種方法只是按軸所受的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果軸還受到不大的彎矩時(shí)，則用降低需用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： (4.1) (4.2)

35、 (4.3) —需用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為。 因?yàn)?7 ，，mm，查表得40 的值為：35—55，則 ≈0.31 ≤成立， 所以此主軸滿(mǎn)足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。 3.4.2主軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核。 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角表示。階梯軸的扭轉(zhuǎn)角[單位為（）/m]的計(jì)算公式為： 對(duì)圓軸： = 軸的扭轉(zhuǎn)剛度的條件為： 的取值為 0.51（）/m

36、 計(jì)算得階梯軸的扭轉(zhuǎn)角為： 0.04,則軸滿(mǎn)足扭轉(zhuǎn)剛度要求。 3.5, 主軸的主軸組件的剛度驗(yàn)算 主軸的驗(yàn)算主要是剛度的驗(yàn)算，與一般軸著重于強(qiáng)度的情況不同，通常能滿(mǎn)足剛度要求的主軸也能滿(mǎn)足強(qiáng)度的要求。剛度分為彎曲剛度與扭轉(zhuǎn)剛度兩種。彎曲剛度用軸在受力時(shí)產(chǎn)生的撓度（y）及傾角（θ）來(lái)度量；扭轉(zhuǎn)剛度用軸在受力時(shí)每1米長(zhǎng)度產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角（）來(lái)度量。 本設(shè)計(jì)中，主軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高，所以我們把軸看作等徑軸，采用平均直徑（各直徑之和除以直徑數(shù)）來(lái)進(jìn)行計(jì)算。我們將軸簡(jiǎn)化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁。 根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的已知條件可得： 主軸輸出轉(zhuǎn)速n=150r/min,傳動(dòng)比i=10;傳動(dòng)

37、效率：由設(shè)計(jì)圖知，輸出齒輪的功率、轉(zhuǎn)速與它通過(guò)的齒輪嚙合對(duì)數(shù)相關(guān)，由于功率在傳動(dòng)過(guò)程中有損失，則在輸出齒輪上傳遞的功率大小為：=6.13 KW （此設(shè)計(jì)中，電機(jī)的輸入功率為7 KW） 計(jì)算齒輪受力： 大齒輪Z7的受力計(jì)算： 轉(zhuǎn)矩： 圓周力： KN 徑向力： KN （其中，直齒圓柱齒輪的壓力角為） 法向力 KN 小齒輪Z6的受力計(jì)算： 轉(zhuǎn)矩： 圓周力： KN 徑向力： KN （其中，直齒圓柱齒輪的壓力角為） 法向力 KN 經(jīng)比較可得：小齒輪上受到的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大齒輪上的力，所以在計(jì)算過(guò)程中，僅對(duì)小齒輪上的力對(duì)軸的影響進(jìn)行了受力分析。令主軸末端軸承不受

38、力，而其前端受到的徑向銑削力為銑刀的最大切削力 N（由銑削功率的計(jì)算公式為、是銑削功率、是銑削速度），則主軸受力如下所示： 圖5-3 主軸的受力分析 計(jì)算支承反力： 水平面反力：=4.73 KN =-4.50KN 垂直面反力：=-1.02KN KN 畫(huà)彎矩圖：水平面彎矩圖：如上圖d 所示 垂直面彎矩圖：如上圖e所示 合成彎矩圖： 畫(huà)軸轉(zhuǎn)矩： 軸受轉(zhuǎn)矩： 轉(zhuǎn)矩圖：如上圖g所示 許用應(yīng)力： 許用應(yīng)力值：取軸材料為45，用插值法由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.3查得： ； 應(yīng)力校正系數(shù)： 畫(huà)當(dāng)量彎矩圖：如上圖h所示 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩：

39、 當(dāng)量彎矩：在小齒輪中間截面處 在右端軸頸處 畫(huà)當(dāng)量彎矩圖：如上圖h所示 3.6，求軸承剛度 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩（未考慮機(jī)械效率） T= 切削力： 背向力： 故總此作用力：F= 此力主軸頸和后軸頸個(gè)承受一般，故主軸端受力為F/2=12926N。 在估算時(shí)，先假設(shè)初值l/a=3,l=3100=300mm。前后支承的支反力和: 根據(jù)公式有： 查得軸承根子有效長(zhǎng)度、球數(shù)和列數(shù)： 再帶入剛度公式： 四、軸承選用與壽命計(jì)算 4.1、滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型、性能與特點(diǎn) 　　

40、按滾動(dòng)體的形狀，滾動(dòng)軸承可分為球軸承和滾子軸承。 　　按接觸角的大小和所能承受載荷的方向，軸承可分為： 4.1.1向心軸承： 　　公稱(chēng)接觸角：045，向心軸承又可細(xì)分為： A、徑向接觸軸承：＝0，只能承受徑向載荷(如圓柱滾子軸承)，或主要用于承受徑向載荷，但也能承受少量的軸向載荷(如深溝球軸承)； B、向心角接觸軸承：0<45，能同時(shí)承受徑向載荷和單向的軸向載荷(如角接觸球軸承及圓錐滾子軸承)。 4.1.2推力軸承： 　　公稱(chēng)接觸角：45<90，推力軸承又可細(xì)分為： 　　A、軸向接觸軸承：＝90，只用于承受軸向載荷； 　　B、推力角接觸軸承：45<<90主要承受大的軸向載荷，

41、也能承受不大的徑向載荷。 　　按自動(dòng)調(diào)心性能，軸承可分為自動(dòng)調(diào)心軸承和非自動(dòng)調(diào)心軸承。 滾子軸承的類(lèi)型很多，現(xiàn)將最常用的幾種滾動(dòng)軸承的性能和特點(diǎn)作一簡(jiǎn)要介紹，其他的見(jiàn)表9-1中。 4.1.3滾子動(dòng)軸承 　　能承受較大的徑向載荷和單向的軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速較低。 內(nèi)外圈可分離，故軸承游隙可在安裝時(shí)調(diào)整，通常成對(duì)使用，對(duì)稱(chēng)安裝。適用于轉(zhuǎn)速不太高、軸的剛性較好的場(chǎng)合。 軸承類(lèi)型 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、 承載方向 類(lèi)型代號(hào) 尺寸系列代號(hào) 組合代號(hào) 特性 雙列角接觸球軸承 (0) (0) 32 33 32 33 　同時(shí)能承受徑向載荷和雙向的軸向載荷、它比角接觸球軸承具有較大的

42、承載能力， 調(diào)心球軸承 1 (1) 1 (1) (0)2 22 (0)3 23 12 22 13 23 　主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受少量的雙向軸向載荷。外圈滾道為球面，具有自動(dòng)調(diào)心性能。 內(nèi)外圈軸線(xiàn)相對(duì)偏斜允許 2～3，適用于多支軸，彎曲剛度小的軸以及難于精確對(duì)中的支承。 調(diào)心滾子軸承 2 2 2 2 2 2 2 2 13 22 23 30 31 32 40 41 213 222 223 230 231 232 240 241 　用于承受徑向載荷，其承載能力比調(diào)心球軸承約大一倍，也能承受少量的雙向軸向

43、載荷。外圈滾道為球面，具有調(diào)心性能，內(nèi)外圈軸線(xiàn)相對(duì)偏斜允許0.5~2，適用于多支點(diǎn)軸、彎曲剛度小的軸以及難于精確對(duì)中的支承 推力調(diào)心滾子軸承 2 2 2 92 93 94 292 293 294 　可以承受很大的軸向載荷和一定的徑向載荷。滾子為鼓形，外圈滾道為球面，能自動(dòng)調(diào)心，允許軸線(xiàn)偏斜 2～3，轉(zhuǎn)速可比推力球軸承高，常用于水輪機(jī)軸和起重機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)等 圓錐滾子軸承 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 02 03 13 20 22 23 29 30 31 32 302 303 313 320 322 323

44、329 330 331 332 　能承受較大的徑向載荷和單向的軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速較低。 　內(nèi)外圈可分離，故軸承游隙可在安裝時(shí)調(diào)整，通常成對(duì)使用，對(duì)稱(chēng)安裝。 　適用于轉(zhuǎn)速不太高、軸的剛性較好場(chǎng)合。 雙列深溝球軸承 4 4 (2)2 (2)3 42 43 　主要承受徑向載荷，也能承受一定的雙向軸向載荷 　它比深溝球軸承具有較大承載能力 推力球軸承 單向 5 5 5 5 11 12 13 14 511 512 513 514 　推力球軸承的套圈與滾動(dòng)體多半是可分離的。單向推力球軸承只能承受單向軸向載荷，兩個(gè)圈的內(nèi)孔不一樣大，內(nèi)徑較

45、小的是緊圈與軸配合，內(nèi)孔較大的是松圈，與機(jī)座固定在一起。極限轉(zhuǎn)速較低，適用于軸向力大而 轉(zhuǎn)速較低的埸合。 雙向 5 5 5 22 23 24 522 523 524 　雙向推力軸承可承受雙向軸向載荷，中間圈為緊圈，與軸配合，另兩圈為松圈。 　高速時(shí)，由于離心力大，球與保持架因摩擦而發(fā)熱嚴(yán)重，壽命較低。 　常用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高處。 深溝球軸承 6 6 6 6 16 6 6 6 6 17 37 18 19 (0)0 (1)0 (0)2 (0)3 (0)4 617 637 618 619 160 60 62

46、 63 64 　主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受少量雙向軸向載荷，工作時(shí)內(nèi)外圈軸線(xiàn)允許偏斜8′～16′。 摩擦阻力小，極限轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，應(yīng)用最廣泛。但承受沖擊負(fù)荷能力較差。適用于高速場(chǎng)合，在高速時(shí)，可能來(lái)代替推力球軸承。 角接觸球軸承 7 7 7 7 19 (1)0 (0)2 (0)3 (0)4 719 70 72 73 74 　能同時(shí)承受徑向載荷與單向的軸向載荷，公稱(chēng)接觸角α有15、25、40三種。α越大，軸向承載能力也越大。通常成對(duì)使用，對(duì)稱(chēng)安裝。極限轉(zhuǎn)速較高。 　適用于轉(zhuǎn)速較高、 同時(shí)承受徑向和軸向載荷的場(chǎng)合。 推力圓柱滾子軸承

47、 8 8 11 12 811 812 　能承受很大的單向軸向載荷，但不能承受徑向載荷，它比推力球軸承承載能力要大；套圈也分緊圈和松圈。其極限轉(zhuǎn)速很低，故適用于低速重載的場(chǎng)合。 圓柱滾子軸承 外圈無(wú)擋力圓柱滾子軸承 N N N N N N 10 (0)2 22 (0)3 23 (0)4 N10 N2 N22 N3 N23 N4 　只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷。承受載荷能力比同尺寸的球軸承大，尤其是承受沖擊載荷能力大，極限轉(zhuǎn)速較高。 雙列圓柱滾子軸承 NN 30 NN30 　對(duì)軸的偏斜敏感，允許外圈與內(nèi)圈的偏斜度較

48、小（2′～4′)，故只能用于剛性較大的軸上，并要求支承座孔很好地對(duì)中。雙列圓柱滾子軸承比單列軸承承受載荷的能力更高。 滾針軸承 NA NA NA 48 49 69 NA48 NA49 NA69 　這類(lèi)軸承采用數(shù)量較多的滾針作滾動(dòng)體，一般沒(méi)有保持架。徑向結(jié)構(gòu)緊湊，且徑向承受載荷能力很大，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是不能承受軸向負(fù)荷，滾針間有摩擦，旋轉(zhuǎn)精度及極限轉(zhuǎn)速低，工作時(shí)不允許內(nèi)、外圈軸線(xiàn)有偏斜。常用于轉(zhuǎn)速較低而徑向尺寸受限制的場(chǎng)合。 四點(diǎn)接觸球軸承 QJ QJ (0)2 (0)3 QJ2 QJ3 　它是雙半內(nèi)圈單列向心推力球軸承，能承受徑向載荷及任一方向的軸

49、向載荷。球和滾道四點(diǎn)接觸，與其他球軸承比較，當(dāng)徑向游隙相同時(shí)軸向游隙較小。 4.2,軸承的選取 (1) 帶輪：由于帶輪不承受軸向力，故選用深溝球軸承，型號(hào)：210。 (2) 一軸：一軸的前后端與箱體外壁配合，配合處傳動(dòng)軸的軸徑是30mm，同時(shí)一軸也不會(huì)承受軸向力故也選用深溝球軸承，型號(hào)：205。 (3) 二軸：二軸與一軸相似，但是由于工作過(guò)程之中傳動(dòng)可能右誤差，二軸會(huì)承受軸向 力，因此二軸與外壁配合處采用圓錐滾子軸承，型號(hào)：7206E。 (4) 主軸：主軸是傳動(dòng)系統(tǒng)之中最為關(guān)鍵的部分，因此應(yīng)該合理的選擇軸承。 從主軸末端到前端依次選擇軸承為圓錐滾子軸承，型號(hào)

50、：7214E;推力球軸承，型號(hào)::38215；圓柱滾子軸承，型號(hào)：3182113 4.3,壽命計(jì)算 4.3.1基本額定壽命和基本額定動(dòng)載荷 　　所謂軸承壽命，對(duì)于單個(gè)滾動(dòng)軸承來(lái)說(shuō)，是指其中一個(gè)套圈或滾動(dòng)體材料首次出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕之前，一套圈相對(duì)于另一套圈所能運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)。 　　由于對(duì)同一批軸承(結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、熱處理以及加工等完全相同)，在完全相同的工作條件下進(jìn)行壽命實(shí)驗(yàn)，滾動(dòng)軸承的疲勞壽命是相當(dāng)離散的，所以只能用基本額定壽命作為選擇軸承的標(biāo)準(zhǔn)。 　　基本額定壽命：是指一批相同的軸承，在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90%的軸承在發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕以前能運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)(以轉(zhuǎn)為單位)或在一定轉(zhuǎn)速下所能運(yùn)轉(zhuǎn)的

51、總工作小時(shí)數(shù)。 　　基本額定動(dòng)載荷C：當(dāng)軸承的基本額定壽命為轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的載荷值。 　　基本額定動(dòng)載荷，對(duì)向心軸承，指的是純徑向載荷，并稱(chēng)為徑向基本額定動(dòng)載荷，用表示；對(duì)推力軸承，指的是純軸向載荷，并稱(chēng)為軸向基本額定動(dòng)載荷，用表示；對(duì)角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，指的是使套圈間只產(chǎn)生純徑向位移的載荷的徑向分量。 　　不同型號(hào)的軸承有不同的基本額定動(dòng)載荷值，它表征了不同型號(hào)軸承承載能力的大小。 　4.3.2滾動(dòng)軸承疲勞壽命計(jì)算的基本公式 圖4-1　軸承的載荷-壽命曲線(xiàn) 圖4-1是軸承的載荷-壽命曲線(xiàn)，它表示了載荷P與基本額定壽命之間的關(guān)系。此曲線(xiàn)用公式表示為： 　　　　　　

52、　　　　　　　　　　(轉(zhuǎn))　　　　　　　　　　　　 　　式中：P 為當(dāng)量動(dòng)載荷(N)； 　　　　　 ε 為壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承 ε ＝3；對(duì)于滾子軸承 ε ＝10/3。 L額定壽命，單位是轉(zhuǎn) 實(shí)際計(jì)算時(shí)，常用小時(shí)數(shù)表示軸承壽命為： 　　　　　　　　　　　　(h)　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　式中：n為代表軸承的轉(zhuǎn)速(r/min)。 　　溫度的變化通常會(huì)對(duì)軸承元件材料產(chǎn)生影響，軸承硬度將要降低，承載能力下降。所以需引入溫度系數(shù) ft (見(jiàn)表4-2)，對(duì)壽命計(jì)算公式進(jìn)行修正： 　　　　　　　　　　　　　　(轉(zhuǎn))　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　

53、　　　　(h)　　　　　　　　　　　　　　　　 表4-2　溫度系數(shù) ft 軸承工作溫度(℃) ≤120 125 150 175 200 225 250 300 350 溫度系數(shù)ft 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.6 0.5 　　 疲勞壽命校核計(jì)算應(yīng)滿(mǎn)足的約束條件為 　　　　　　　　　　 　　式中： 為軸承預(yù)期計(jì)算壽命，列于表4-2，可供參考。 　　如果當(dāng)量動(dòng)載荷P和轉(zhuǎn)速n已知，預(yù)期計(jì)算壽命 也已被選定，則可從公式中計(jì)算出軸承應(yīng)具有的基本額定動(dòng)載荷 值，從而可根據(jù) 值選用所需軸承的型號(hào)： 　　　　　　

54、 N　　 表4-3　推薦的軸承預(yù)期計(jì)算壽命 機(jī)器類(lèi)型 預(yù)期計(jì)算壽命 （h） 不經(jīng)常使用的儀器或設(shè)備，如閘門(mén)開(kāi)閉裝置等 300～3000 短期或間斷使用的機(jī)械，中斷使用不致引起嚴(yán)重后果，如手動(dòng)機(jī)械等 3000～8000 間斷使用的機(jī)械，中斷使用后果嚴(yán)重，如發(fā)動(dòng)機(jī)輔助設(shè)計(jì)、流水作業(yè)線(xiàn)自動(dòng)傳送裝置、長(zhǎng)降機(jī)、車(chē)間吊車(chē)、不常使用的機(jī)床等 8000～12000 每日8小時(shí)工作的機(jī)械（利用率較高），如一般的齒輪傳動(dòng)、某些固定電動(dòng)機(jī)等 12000～20000 每日8小時(shí)工作的機(jī)械（利用率不高），如金屬切削機(jī)床、連續(xù)使用的起重機(jī)、木材加工機(jī)械、印刷機(jī)械等 20000～30000

55、24小時(shí)連續(xù)工作的機(jī)械，如礦山升降機(jī)、紡織機(jī)械、泵、電機(jī)等 40000～60000 24小時(shí)連續(xù)工作的機(jī)械，中斷使用后果嚴(yán)重。如纖維生產(chǎn)或造紙?jiān)O(shè)備、發(fā)電站主電機(jī)、礦井水泵、船舶漿軸等 100000～200000 由表4-3可知一軸、二軸和主軸上的軸承預(yù)期壽命12000~20000小時(shí)。 五、主軸箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和精度設(shè)計(jì) 5.1,箱體基本知識(shí) 5.1.1箱體的主要功能 (1)支承并包容各種傳動(dòng)零件，如齒輪、軸、軸承等，使它們能夠保持正常的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)精度。箱體還可以?xún)?chǔ)存潤(rùn)滑劑，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)零件的潤(rùn)滑。 (2)安全保護(hù)和密封作用，使箱體內(nèi)的零件不受外界環(huán)境的影響，又保

56、護(hù)機(jī)器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。 (3)使機(jī)器各部分分別由獨(dú)立的箱體組成，各成單元，便于加工、裝配、調(diào)整和修理。 (4)改善機(jī)器造型，協(xié)調(diào)機(jī)器各部分比例，使整機(jī)造型美觀(guān)。 5.1.2箱體的分類(lèi) 按箱體的制造方法分，主要有： 1)鑄造箱體，常用的材料是鑄鐵，有時(shí)也用鑄鋼、鑄鋁合金和鑄銅等。鑄鐵箱體的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)形狀可以較復(fù)雜，有較好的吸振性和機(jī)加工性能，常用于成批生產(chǎn)的中小型箱體。 2)焊接箱體，由鋼板、型鋼或鑄鋼件焊接而成，結(jié)構(gòu)要求較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期較短。焊接箱體適用于單件小批量生產(chǎn)，尤其是大件箱體，采用焊接件可大大降低成本。 3)其

57、它箱體，如沖壓和注塑箱體，適用于大批量生產(chǎn)的小型、輕載和結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單的箱體。 5.2，設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題和設(shè)計(jì)要求 箱體設(shè)計(jì)首先要考慮箱體內(nèi)零件的布置及與箱體外部零件的關(guān)系，如車(chē)床按兩頂尖要求等高，確定箱體的形狀和尺寸，此外還應(yīng)考慮以下問(wèn)題： 5.2.1滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求。對(duì)受力很大的箱體零件，滿(mǎn)足強(qiáng)度是一個(gè)重要問(wèn)題；但對(duì)于大多數(shù)箱體，評(píng)定性能的主要指標(biāo)是剛度，因?yàn)橄潴w的剛度不僅影響傳動(dòng)零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。 5.2.2散熱性能和熱變形問(wèn)題。箱體內(nèi)零件摩擦發(fā)熱使?jié)櫥驼扯茸兓?，影響其?rùn)滑性能；溫度升高使箱體產(chǎn)生熱變形，尤其是溫度不均勻分布的熱變形和熱應(yīng)力，對(duì)

58、箱體的精度和強(qiáng)度有很大的影響。 5.2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。如支點(diǎn)的安排、筋的布置、開(kāi)孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等均要有利于提高箱體的強(qiáng)度和剛度。 5.2.4工藝性好。包括毛坯制造、機(jī)械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運(yùn)輸、維護(hù)修理等各方面的工藝性。 5.2.5造型好、質(zhì)量小。 設(shè)計(jì)不同的箱體對(duì)以上的要求可能有所側(cè)重。 5.3，主軸箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 箱體的形狀和尺寸常由箱體內(nèi)部零件及內(nèi)部零件間的相互關(guān)系來(lái)決定，決定箱體結(jié)構(gòu)尺寸和外觀(guān)造型的這一設(shè)計(jì)方法稱(chēng)為"結(jié)構(gòu)包容法"，當(dāng)然還應(yīng)考慮外部有關(guān)零件對(duì)箱體形狀和尺寸的要求。 箱體壁厚的設(shè)計(jì)多采用類(lèi)比法，對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行比較

59、，參照設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)或設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定壁厚、筋板和凸臺(tái)等的布置和結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)于重要的箱體，可用計(jì)算機(jī)的有限元法計(jì)算箱體的剛度和強(qiáng)度，或用模型和實(shí)物進(jìn)行應(yīng)力或應(yīng)變的測(cè)定，直接取得數(shù)據(jù)或作為計(jì)算結(jié)果的校核手段。 5.3.1箱體的毛坯、材料及熱處理 (1)箱體的毛坯：選用鑄造毛坯或焊接毛坯，應(yīng)根據(jù)具體條件進(jìn)行全面分析決定。鑄造容易鑄造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體毛坯，焊接箱體允許有薄壁和大平面，而鑄造卻較困難實(shí)現(xiàn)薄壁和大平面。 焊接箱體一般比鑄造箱體輕，鑄造箱體的熱影響變形小，吸振能力較強(qiáng)，也容易獲得較好的結(jié)構(gòu)剛度。 (2)箱體的材料和熱處理 箱體的常用材料有：

60、 鑄鐵 多數(shù)箱體的材料為鑄鐵，鑄鐵流動(dòng)性好，收縮較小，容易獲得形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體。鑄鐵的阻尼作用強(qiáng)，動(dòng)態(tài)剛性和機(jī)加工性能好，價(jià)格適度。加入合金元素還可以提高耐磨性。具體牌號(hào)查閱有關(guān)手冊(cè)。 鑄造鋁合金 用于要求減小質(zhì)量且載荷不太大的箱體。多數(shù)可通過(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，有足夠的強(qiáng)度和較好的塑性。 鋼材 鑄鋼有一定的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，較好的導(dǎo)熱性和焊接性，機(jī)加工性能也較好，但鑄造時(shí)容易氧化與熱裂。箱體也可用低碳鋼板和型鋼焊接而成。 箱體的熱處理： 鑄造或箱體毛坯中的剩余應(yīng)力使箱體產(chǎn)生變形，為了保證箱體加工后精度的穩(wěn)定性，對(duì)箱體毛坯或粗加工后要用熱處理方法消除剩余應(yīng)力

61、，減少變形。常用的熱處理措施有以下三類(lèi)： A)熱時(shí)效。鑄件在500～600C下退火，可以大幅度地降低或消除鑄造箱體中的剩余應(yīng)力。 B)熱沖擊時(shí)效。將鑄件快速加熱，利用其產(chǎn)生的熱應(yīng)力與鑄造剩余應(yīng)力疊加，使原有剩余應(yīng)力松弛。 C)自然時(shí)效。自然時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效可以提高鑄件的松弛剛性，使鑄件的尺寸精度穩(wěn)定。 5.3.2箱體結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 (1) 壁厚 鑄鐵、鑄鋼和其它材料箱體的壁厚可以從表5-1中選取，表中N用下式計(jì)算： N=（2L+B+H）/3000 （mm） 式中L-鑄件長(zhǎng)度（mm），L、B、H中，L為最大值； B-鑄件寬度（mm）； H-鑄件高度（mm）；

62、 表5-1 鑄造箱體的壁厚 儀器儀表鑄造外殼的最小壁厚參考表5-2選取 (2)加強(qiáng)筋 為改善箱體的剛度，尤其是箱體壁厚的剛度，常在箱壁上增設(shè)加強(qiáng)筋，若箱體中有中間短軸或中間支承時(shí)，常設(shè)置橫向筋板。筋板的高度H不應(yīng)超過(guò)壁厚t的（3-4）倍，超過(guò)此值對(duì)提高剛度無(wú)明顯效果。加強(qiáng)筋的尺寸見(jiàn)表5-3。 (3)孔和凸臺(tái) 箱體內(nèi)壁和外壁上位于同一軸線(xiàn)上的孔，從機(jī)加工角度要求，單件小批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡可能使孔的質(zhì)量相等；成批大量生產(chǎn)時(shí)，外壁上的孔應(yīng)大于內(nèi)壁上的孔徑，這有利于刀具的進(jìn)入和退出。箱體壁上的開(kāi)孔會(huì)降低箱體的剛度，實(shí)驗(yàn)證明，剛度的降低程度與孔的面積大小成正比。

63、 在箱壁上與孔中心線(xiàn)垂直的端面處附加凸臺(tái)，可以增加箱體局部的剛度；同時(shí)可以減少加工面。當(dāng)凸臺(tái)直徑D與孔徑d的比值D/d≤2和凸臺(tái)高度h與壁厚t的比值t/h≤2時(shí)，剛度增加較大；比值大于2以后，效果不明顯。如因設(shè)計(jì)需要，凸臺(tái)高度加大時(shí)，為了改善凸臺(tái)的局部剛度，可在適當(dāng)位置增設(shè)局部加強(qiáng)筋。見(jiàn)圖5-4。 圖5-4 (4)連接和固定 箱體連接處的剛度主要是結(jié)合面的變形和位移，它包括結(jié)合面的接觸變形，連接螺釘?shù)淖冃魏瓦B接部位的局部變形。為了保證連接剛度，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題： 1重要結(jié)合面表面粗糙度值Ra應(yīng)不大于3.2um，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。 2

64、合理選擇聯(lián)結(jié)螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結(jié)合面的預(yù)緊力。為了保證結(jié)合面之間的壓強(qiáng)，又不使螺釘直徑太大，結(jié)合面的實(shí)際接觸面積在允許范圍內(nèi)盡可能減小。如圖19-9。 3合理設(shè)計(jì)聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)，聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)及應(yīng)用見(jiàn)表5-5。 表5-5 六、拉刀裝置設(shè)計(jì) 6.1，刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) 在數(shù)控銑床上多采用氣壓或液壓裝夾刀具，常見(jiàn)的刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)主要由拉桿、 拉桿端部的夾頭、蝶形彈簧、活塞、氣缸等組成 。夾緊狀態(tài)時(shí)，蝶形彈簧通過(guò)拉桿及夾頭，拉住刀柄的尾部，使刀具錐柄和主軸錐孔緊密配合；松刀時(shí)，通過(guò)氣缸活塞推動(dòng)拉桿，壓縮蝶形彈簧，使夾頭松開(kāi)，夾頭與刀柄上的拉釘脫離，即可拔出刀具，進(jìn)行新、

65、舊刀具的交換，新刀裝入后，氣缸活塞后移，新刀具又被蝶形彈簧拉緊。 需注意的是，不同的機(jī)床，其刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不同，與之適應(yīng)的刀柄及拉釘規(guī)格亦不同。 為實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸，主軸上必須帶有刀具的自動(dòng)卡緊機(jī)構(gòu)，通常刀桿都是采用7：24的大錐柄和主軸錐孔配合定心，從而保證刀具回轉(zhuǎn)中心每次裝卡后與主軸回轉(zhuǎn)中心都同軸，而且大錐度的錐柄不僅有利于定心，也為松卡帶來(lái)方便。另外，主軸端面有一鍵塊，通過(guò)它既可傳遞主軸的扭矩，又可用于刀具的周向定位。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拉馬的具體機(jī)構(gòu)是由一組碟形彈簧配以一液壓裝置組成的。使用碟簧拉緊刀具，而用氣壓缸放松刀具，從而保證在工作中，即使突然斷電，刀桿也不會(huì)自行松脫。

66、6.2 拉刀裝置的工作原理 該拉刀裝置的工作原理如圖6-1所示，當(dāng)?shù)毒哂扇斯に偷?：24主軸錐孔后，刀柄后部的拉釘便被送入到主軸中心的拉桿的前端，當(dāng)增壓氣缸接收到刀具已被放入主軸錐孔的信號(hào)時(shí)，增壓氣缸活塞推桿便向上運(yùn)動(dòng)，拉桿在碟形彈簧(在松刀時(shí)已被壓縮處于儲(chǔ)能狀態(tài))能量釋放反作用力下，也跟著向上運(yùn)動(dòng)，拉桿前端的卡爪(卡爪在圓周方向等分割成6片)由于受到卡爪彈簧的緊箍力作用，而與拉桿緊緊相連，因此彈簧卡爪也跟著向上運(yùn)動(dòng)，卡爪末端從~35mm開(kāi)放的圓柱孔經(jīng)過(guò)錐孔進(jìn)入~27mm的主軸圓柱孔，6片卡爪在~27mm的主軸圓柱孔中縮小了直徑，從而抱住拉釘，同時(shí)把拉釘向上拉。由于碟形彈簧力一直作用在拉桿上，所以拉釘一直被緊緊拉住(該拉力大約2萬(wàn)N左右)。當(dāng)增壓氣缸接到準(zhǔn)備取走主軸錐孔內(nèi)的刀具信號(hào)時(shí)，增壓氣缸活塞推桿便向下運(yùn)動(dòng)，克服碟形彈簧反作用力，把拉桿向下推，卡爪末端從~27mm圓柱孔經(jīng)過(guò)內(nèi)錐孔進(jìn)入開(kāi)放的~35mm圓柱孔內(nèi)，此時(shí)6片卡爪由于彈簧的作用向外擴(kuò)張，就能把刀具從主軸上取走。因此我們可設(shè)計(jì)兩個(gè)控制按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。