目 錄摘 要 IAbstract .II第 1 章 緒論 11.1 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念 .11.2 數(shù)控機(jī)床的組成與分類 .21.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向 .41.4 SK40 主軸與刀柄簡(jiǎn)介 .4第 2 章 SK40 立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定 62.1 立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .62.2 對(duì)立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 .62.3 主傳動(dòng)的類型及方案選擇 .7第 3 章 電機(jī)的選擇 93.1 確定主軸傳動(dòng)功率 .93.2 電機(jī)的選擇 .103.3 主軸的變速過程 .11第 4 章 主軸系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算及部件設(shè)計(jì) 124.1 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算 .124.1.1 計(jì)算切削功率 .124.1.2 計(jì)算主傳動(dòng)功率 .134.1.3 變速級(jí)數(shù) Z 的確定 .134.2 主軸組件設(shè)計(jì) .134.2.1 概述 .134.2.2 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .144.2.3 主軸強(qiáng)度的校核 .194.3 軸承的設(shè)計(jì) .234.3.1 概述 .234.3.2 軸承的類型選擇 .234.3.3 軸承游隙等級(jí)的選擇 .244.3.4 軸承的壽命計(jì)算 .244.3.5 軸承布局 .244.3.6 軸承裝置的設(shè)計(jì) .25第 5 章 主軸的加工工藝設(shè)計(jì) 295.1 主軸加工工藝的主要內(nèi)容 .295.2 對(duì)電主軸進(jìn)行工藝分析 .295.3 電主軸的工藝路線設(shè)計(jì) .305.3.1 工序的劃分 .305.3.2 工步劃分 .305.4 電主軸加工工序設(shè)計(jì) .305.5 制定加工工藝卡 .31參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………ⅢI摘 要本 文 介 紹 了 立 式 數(shù) 控 銑 床 的 一 些 基 本 概 況 ， 簡(jiǎn) 述 了 機(jī) 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 方 面 的 原 理 和 類 型 ， 分 析 了 各 種 傳 動(dòng) 方 案 的 機(jī) 理 。 立 式 數(shù) 控 銑 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 包 括 了 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) 、 主 軸 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 和 主 軸 組 件 三 部 分 組 成 。 本 文 詳 細(xì) 介 紹 了 立 式 數(shù) 控 銑 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 過 程 ， 該 立 式 數(shù) 控 銑 床 主 軸 變 速 箱 是 靠 齒 輪 進(jìn) 行 傳 動(dòng) 的 ， 主 軸 箱 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 采 用 齒 輪 傳 動(dòng) ， 傳 動(dòng) 形 式 采 用 集 中 式 傳 動(dòng) ， 主 軸 變 速 系 統(tǒng) 采 用 多 聯(lián) 滑 移 齒 輪 變 速 。 齒 輪 傳 動(dòng) 具 有 傳 動(dòng) 效 率 高 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 工 作 可 靠 、 壽 命 長(zhǎng) ， 傳 動(dòng) 比 準(zhǔn) 確 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 文 中 介 紹 了 立 式 數(shù) 控 銑 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 各 種 傳 動(dòng) 方 案 優(yōu) 缺 點(diǎn) 的 比 較 、 主 傳 動(dòng) 方 案 的 選 擇 和 確 定 、 主 傳 動(dòng) 變 速 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 、 主 軸 組 件 的 設(shè) 計(jì) 、 軸 承 的 選 用 及 潤(rùn) 滑 、 關(guān) 鍵 零 件 的 校 核 等 設(shè) 計(jì) 過 程 。 關(guān) 鍵 詞 ： 立 式 數(shù) 控 銑 床 ； 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) ； 主 軸 組 件 ； 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) IIAbstractThis text introduces the sign type number to control some basic general situations of the miller, Chien says the tool machine lord to spread the principle and types of move the systems, analyzing various mechanism that spreads to move the project.The sign type number controls the miller lord to spread to move the system to include the principal axis electric motor, principal axis to spread to move the system and the principal axis module three partses to constitute.Detailed introduction of this text the sign type number controls the design process that the miller lord spreads to move the system, should the sign type number control the miller principal axis to become soon the box is to is carry on by wheel gear to spread to move of, the principal axis box spreads to move the system adoption wheel gear to spread to move, spreading to move the form adoption concentration type to spread to move, the principal axis become soon many of the system adoption slip to move the wheel gear to become soon.The wheel gear spreads to move to have to spread to move the efficiency high, the structure tightly packed, work credibility, the life span is long, spreading to move than accurate etc. advantage.It introduced the sign type number to control the miller lord to spread to move various comparison, lord that spreads to move the project merit and shortcoming of system to spread in the text the choice and assurance, lords of move the projects spread to move to become soon system of design, bearings of design calculation, the principal axis module choose the control of the school pit, and the principal axis electric motor of use the lubrication, the key spare parts etc. the design process.Key words： The sign type number controls the miller;The lord spreads to move the system;Principal axis module;Principal axis electric motor.1第 1 章 緒論1.1 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念1、 數(shù) 控 技 術(shù) 數(shù) 控 技 術(shù) 是 本 世 紀(jì) 中 期 發(fā) 展 起 來 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 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]。 (1)數(shù) 控 與 數(shù) 控 機(jī) 床 數(shù) 字 控 制 (Numerical Control， 簡(jiǎn) 稱 NC） ,國 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 程 進(jìn) 行 控 制 的 一 種 方 法 [2]。 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 就 是 采 用 了 數(shù) 控 技 術(shù) 的 機(jī) 床 ， 或 者 說 是 裝 備 了 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 機(jī) 床 [3]。 國 際 信 息 處 理 聯(lián) 盟 （Internaional Federationof 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 義 中 所 指 的 那 種 程 序 控 制 系 統(tǒng) [4] ， 它 是 邏 輯 地 處 理 駛 入 到 系 統(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 [5]。 2、 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 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 2伴 隨 數(shù) 控 機(jī) 床 的 產(chǎn) 生 、 發(fā) 展 而 逐 步 完 善 起 來 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1、 數(shù) 控 機(jī) 床 的 組 成 數(shù) 控 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) [6]， 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 :a、 主 軸 部 件 ： 包 括 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) 和 主 軸 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 。 b、 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) 。 c、 實(shí) 現(xiàn) 共 建 回 轉(zhuǎn) 、 定 位 的 裝 置 和 附 件 。 d、 實(shí) 現(xiàn) 某 些 部 件 動(dòng) 作 和 輔 助 功 能 的 系 統(tǒng) 和 裝 置 。 e、 刀 庫 和 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 (Autormatic Tools Changer，簡(jiǎn) 稱 ATC) [7]f、 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 [8]。1、 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 3、 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 [9]。 (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 [10]。 (3)按 伺 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 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 。 a、 開 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 開 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 有 來 自 位 置 傳 感 器 的 反 饋 信 號(hào) [11]。 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 ， 所 以 稱 為 開 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 。 b、 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) [12]。這 類 控 制 系 統(tǒng) ， 因 為 把 機(jī) 床 工 作 臺(tái) 納 入 位 置 控 制 環(huán) ， 故 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 。 c、 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 環(huán) 和 閉 環(huán) 之 間 ， 精 度 沒 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) 控 機(jī) 床 等 [13]。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 [14]。1.4 SK40 主軸與刀柄簡(jiǎn)介加 工 中 心 的 主 軸 錐 孔 通 常 分 為 兩 大 類 [15]， 即 錐 度 為 7： 24 的 通 用 系 統(tǒng) 和 1： 10的 HSK 真 空 系 統(tǒng) 。 SK 系 列 主 軸 與 刀 具 屬 于 錐 度 為 7： 24 的 德 國 DIN 標(biāo) 準(zhǔn) 通 用 系 統(tǒng) 。 SK40 刀 柄 如 圖 1.1 所 示 ， 各 尺 寸 數(shù) 值 見 表 1.1。 圖 1.1SK40 刀柄表 1.1 SK40 刀柄尺寸 規(guī) 格 D1 D2 D3max D4 D5 D6 L1SK40 44.45 17 48 50 63.55 72.3 68.456第 2 章 SK40 立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定2.1 立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介主 傳 動(dòng) 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 傳 動(dòng) 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 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 相 比 在 結(jié) 構(gòu) 上 簡(jiǎn) 單 ， 這 是 因 為 變 速 功 能 全 部 或 大 部 分 主 軸 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 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 方 面 ， 具 有 下 列 特 點(diǎn) ： (1)目 前 數(shù) 控 機(jī) 床 的 主 傳 動(dòng) 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 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 要 求 有 較 大 的 調(diào) 速 范 圍 ， 一 般 Rn＞100 ， 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)控銑床主傳動(dòng)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 實(shí) 現(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 。 （ 3） 主 傳 動(dòng) 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 7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(rùn) 滑 密 封 良 好 ， 以 滿 足 機(jī) 床 的 使 用 要 求 。 （ 5） 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 緊 湊 ， 工 藝 性 好 ， 成 本 低 ， 以 滿 足 經(jīng) 濟(jì) 性 要 求 。 2.3 主傳動(dòng)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 傳 動(dòng) 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 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 主 要 有 三 種 變 速 方 式 1、 具 有 變 速 齒 輪 的 主 傳 動(dòng) 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 變速齒輪主傳動(dòng) 圖 2.2 帶傳動(dòng)主傳動(dòng)2、 通 過 帶 傳 動(dòng) 的 主 傳 動(dòng) 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 傳 動(dòng) 這 種 主 傳 動(dòng) 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(jiǎn) 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 。 圖 2.3 直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)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 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 8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 調(diào) 速 電 機(jī) 直 接 驅(qū) 動(dòng) 的 主 傳 動(dòng) 。 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 調(diào) 速 電 機(jī) 直 接 驅(qū) 動(dòng) 的 主 傳 動(dòng) 。 9第 3 章 電機(jī)的選擇 現(xiàn) 在 的 數(shù) 控 銑 床 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 無 級(jí) 變 速 或 無 級(jí) 變 速 加 有 級(jí) 變 速 ， 數(shù) 控 銑 床 一 般 都 采 用 由 直 流 或 交 流 調(diào) 速 電 動(dòng) 機(jī) 作 為 驅(qū) 動(dòng) 的 電 氣 無 級(jí) 調(diào) 速 。 由 于 數(shù) 控 銑 床 的 運(yùn) 動(dòng) 調(diào) 速 范 圍 較 大 ， 單 靠 調(diào) 速 電 機(jī) 無 法 滿 足 這 么 大 的 調(diào) 速 范 圍 ， 另 一 方 面 調(diào) 速 電 機(jī) 的 功 率 扭 矩 特 性 也 難 于 直 接 與 機(jī) 床 的 功 率 和 轉(zhuǎn) 矩 要 求 相 匹 配 。 因 此 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 主 傳 動(dòng) 變 速 系 統(tǒng) 常 常 在 無 級(jí) 變 速 電 機(jī) 之 后 串 聯(lián) 機(jī) 械 有 級(jí) 變 速 傳 動(dòng) ， 以 滿 足 機(jī) 床 要 求 的 調(diào) 速 范 圍 和 轉(zhuǎn) 矩 特 性 。 3.1 確定主軸傳動(dòng)功率數(shù) 控 銑 床 的 加 工 范 圍 一 般 都 比 較 大 ， 所 傳 動(dòng) 的 額 定 功 率 可 以 根 據(jù) 典 型 切 削 工 藝 的 情 況 計(jì) 算 ， 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 的 銑 床 主 要 的 加 工 范 圍 ， 查 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 確 定 如 下 典 型 加 工 工 藝 ： 用 高 速 剛 圓 柱 平 刀 銑 削 灰 鑄 鐵 工 件 平 面 ， 刀 具 直 徑 D=100mm， 刀 齒 數(shù) 為 10， 工 件 材 料 為 HT200， 硬 度 190HBS， 切 削 速 度 =23.5m/min， 進(jìn) 給 速 v度 為 160mm/min， 背 吃 刀 量 ＝ 5mm， 切 寬 為 75mm。 ap由 公 式 = 計(jì) 算 得 =1200r/minnDv?10n則 每 齒 進(jìn) 給 量 ＝ ＝ ＝0.013mmsz6120?根 據(jù) 典 型 切 削 工 藝 公 式 ： P 切 ＝2.8× · · · B· · · 102?t9.z74.0n9H式 中 ： t— 切 削 厚 度 ， 即 被 吃 刀 量 （mm） — 每 齒 進(jìn) 給 量 （mm）szB— 切 削 寬 度 （mm） Z— 刀 齒 數(shù) HB—材 料 硬 度 代 入 數(shù) 值 得 P 切=2.8× ×5 ×0.013 ×75×10×1200× =4300W=4.3KW102?9.74.019010主 傳 動(dòng) 的 總 效 率 一 般 可 取 為 η=0.70～0.85, 數(shù) 控 機(jī) 床 的 主 傳 動(dòng) 多 用 調(diào) 速 電 機(jī) 和 有 限 的 機(jī) 械 變 速 傳 動(dòng) 實(shí) 現(xiàn) ， 傳 動(dòng) 鏈 較 短 ， 因 此 效 率 可 取 較 大 值 ， 由 此 可 求 得 主 軸 傳 遞 的 功 率 為 P= = =5.4kw?p切 8.0343.2 電機(jī)的選擇現(xiàn) 在 數(shù) 控 機(jī) 床 常 用 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 和 交 流 調(diào) 頻 電 機(jī) 兩 種 。 目 前 ， 中 小 型 數(shù) 控 機(jī) 床 中 ， 交 流 調(diào) 頻 電 機(jī) 已 占 優(yōu) 勢(shì) ， 有 取 代 直 流 電 機(jī) 之 勢(shì) 。 本 文 所 設(shè) 計(jì) 的 銑 床 采 用 交 流 調(diào) 頻 電 機(jī) 調(diào) 節(jié) 電 源 頻 率 來 達(dá) 到 調(diào) 速 的 目 的 ， 額 定 轉(zhuǎn) 速 常 為 1500r/min， 如 圖 3.1 所 示 是 變 速 電 機(jī) 的 功 率 特 性 。 從 額 定 轉(zhuǎn) 速 到 最 高 轉(zhuǎn) 速 的 區(qū) 域 Ⅰ為 恒 功 ndmax率 區(qū) ， 從 最 低 轉(zhuǎn) 速 至 的 區(qū) 域 Ⅱ 為 恒 轉(zhuǎn) 矩 區(qū) 。 nmid圖 3.1 變速電動(dòng)機(jī)的功率特性在 設(shè) 計(jì) 數(shù) 控 銑 床 主 傳 動(dòng) 時(shí) ， 必 須 考 慮 電 機(jī) 與 機(jī) 床 主 軸 功 率 特 性 匹 配 問 題 。 由 于 主 軸 要 求 的 恒 功 率 變 速 范 圍 遠(yuǎn) 大 于 電 機(jī) 的 恒 功 率 變 速 范 圍 ， 所 以 在 Rnp Rdp電 機(jī) 與 主 軸 之 間 要 串 聯(lián) 一 個(gè) 分 級(jí) 變 速 箱 ， 以 擴(kuò) 大 其 功 率 調(diào) 速 范 圍 ， 滿 足 低 速 大 功 率 切 削 時(shí) 對(duì) 電 機(jī) 的 輸 出 功 率 要 求 。 為 了 簡(jiǎn) 化 變 速 箱 結(jié) 構(gòu) ， 變 速 級(jí) 數(shù) 應(yīng) 少 些 ， 變 速 箱 公 比 可 取 大 于 電 機(jī) 的 恒 功 率 調(diào) 速 范 圍 ， 即 。 這 時(shí) ， 變 速 ?f dp?fdp箱 每 擋 內(nèi) 有 部 分 低 轉(zhuǎn) 速 只 能 恒 轉(zhuǎn) 矩 變 速 ， 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 功 率 特 性 圖 中 出 現(xiàn) “ 缺 口 ” ， 稱 之 功 率 降 低 區(qū) 。 使 用 “ 缺 口 ” 范 圍 內(nèi) 的 轉(zhuǎn) 速 時(shí) ， 為 限 制 轉(zhuǎn) 矩 過 大 ， 得 不 到 電 動(dòng) 機(jī) 輸 出 的 全 部 功 率 。 為 保 證 缺 口 處 的 輸 出 功 率 ， 電 動(dòng) 機(jī) 的 功 率 應(yīng) 相 應(yīng) 的 增 大 。 為 11了 滿 足 主 軸 傳 遞 5.4kw， 最 高 轉(zhuǎn) 速 4000r/min 的 要 求 ， 選 擇 上 海 富 田 電 機(jī) 生 產(chǎn) 的IAG 系 列 變 頻 調(diào) 速 專 用 感 應(yīng) 電 動(dòng) 機(jī) ， 其 型 號(hào) 為 IAG132M-1500-7.5。 其 中 ： IAG—系 列 代 號(hào) 132— 極 座 號(hào) （ 中 心 高 ） M— 機(jī) 座 長(zhǎng) 度 代 號(hào) ， 有 S、 M、 L 三 種 類 型 1500— 基 本 轉(zhuǎn) 速 （ 單 位 ： r/min） Nb7.5— 額 定 功 率 （ 單 位 ： kw） 電 機(jī) 在 60-1500r/min 內(nèi) ， 實(shí) 現(xiàn) 恒 扭 矩 輸 出 ， 在 1500-500r/min 內(nèi) 實(shí) 現(xiàn) 恒 功 率 輸 出 ； 最 高 轉(zhuǎn) 速 可 以 達(dá) 到 6000r/min， 當(dāng) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 達(dá) 到 6000r/min， 扭 矩 特 性 不 好 ， 因 此 一 般 情 況 下 轉(zhuǎn) 速 只 達(dá) 到 4500r/min3.3 主軸的變速過程為 了 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 控 銑 床 的 無 級(jí) 變 速 ， 本 設(shè) 計(jì) 采 用 的 是 交 流 調(diào) 頻 電 機(jī) ， 通 過 對(duì) 電 源 頻 率 的 調(diào) 節(jié) 來 實(shí) 現(xiàn) 主 軸 的 增 /減 速 傳 動(dòng) 。12第 4 章 主軸系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算及部件設(shè)計(jì)4.1 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算4.1.1 計(jì)算切削功率1、切削力的計(jì)算銑 削 時(shí) 的 切 削 力 ， 公 式 如 下 （4-1）0.74869FpZCBfaD???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 ： =132NF2、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 ： （4-2）60CVFP??式 中 ： — — 切 削 功 率 （kw）C— — 切 削 力 （N）F— — 切 削 速 度 （m/min）V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/minc計(jì) 算 得 ： =2.2kwCP133、主軸轉(zhuǎn)速范圍的確定主 軸 最 高 轉(zhuǎn) 速 為 ， 最 低 轉(zhuǎn) 速 為 40/maxrin?40/minri?4.1.2 計(jì)算主傳動(dòng)功率用 下 列 粗 略 估 算 主 電 動(dòng) 機(jī) 的 功 率 （4-3）CLP??式 中 ， 為 銑 床 主 傳 動(dòng) 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) ， 。 0.7~8C? 0.6~7C取 主 傳 動(dòng) 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 ax4/dri4.1.3 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) 1zznff?故 變 速 箱 的 變 速 極 數(shù) 可 取 Z=3 （4-4）lg9.52704l3npfZ?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(jiǎn) 化 變 速 箱 機(jī) 構(gòu) ， 取 Z=2。 4.2 主軸組件設(shè)計(jì)4.2.1 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 14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) 。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） 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 。 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(zhǎng) ， 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 。 4.2.2 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 。 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 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 。 15圖 4.1 主軸受載圖（ 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(rùn) 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(zhǎng) 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(rùn) 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 。 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 。 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 :16（ 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 。 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 圖 4.2 所 示 立 式 數(shù) 控 銑 床 主 軸 的 裝 配 。端 蓋 （ 曲 路 密 封 ） 、 套 筒 （ 曲 路 密 封 ） 、 前 軸 承 （ 前 支 撐 ） 、 軸 套 、 軸 承 （ 后 支 撐 ） 、套 筒 （ 曲 路 密 封 ） 、 齒 輪 （ 動(dòng) 力 輸 入 部 分 ） 、 圓 螺 母 、 軸 承 、 端 蓋 、 依 次 從 軸 的 后 端 向 前 端 安 裝 。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 。 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 為 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 ?1度 ,通 常 在 之 間 ,取 為 0.6。 故 d=50mm。 按 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案 和 定 位 要 求 0.5~617， 從 處 起 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 mind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(zhǎng) 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(zhǎng) 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(zhǎng) 度 一 般 應(yīng) 比 輪 轂 長(zhǎng) 度 短 2 3mm， 所 以 取 Dmax=100mm。~（ 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 0.5~1.5中 等 長(zhǎng) 度 和 較 長(zhǎng) 主 軸 端 的 車 床 和 銑 床 ， 懸 伸 較 長(zhǎng) 的 精 密 鏜 床 和 內(nèi) 圓 磨 床 1.25~2.5孔 加 工 機(jī) 床 應(yīng) 用 加 工 細(xì) 長(zhǎng) 孔 的 機(jī) 床 ， 由 加 工 技 術(shù) 決 定 ， 需 要 有 長(zhǎng) 的 懸 伸 刀 桿 或 主 軸 可 移 動(dòng) ， 因 切 削 較 長(zhǎng) 而 不 適 用 于 有 高 精 度 要 求 的 機(jī) 床 2.5取 a=65mm（ 2） 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 0就 造 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 .75~1大 （ 5%左 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 =（ 合 理l） 是 一 個(gè) 區(qū) 域 。 0.7~10l6、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 18和 機(jī) 器