【正文】 模和鑄造工序，不易出廢品。焊接結構設計靈活，便于產品更新、改進結構。焊接件能達到與鑄件相同，甚至更好的結構特性，可提高抗彎截面慣性矩，減少質量。合理的結構布局可以提高剛度，機床的工作頭部分由于重力作用將會使機床立柱產生彎曲變形，切削力將使立柱產生彎曲和扭轉變形。這些變形將影響到加工精度。故本次設計中將采取通過在立柱上方安裝兩組定滑輪來平衡重力的方法，來減少立柱的變形，提高機床的剛度。 提高進給運動的平穩(wěn)性和精度 數控機床各坐標軸進給運動的精度極大的影響零件的加工精度。在開環(huán)進給系統(tǒng)中運動精度取決于系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)，特別是機械傳動部件的精度；在閉環(huán)和半閉環(huán)進給系統(tǒng)中，位置檢測裝置的分辨率對運動精度有決定性的影響，但是機械傳動部件的特性對運動精度也有一定的影響。通常在開環(huán)進給系統(tǒng)中。在閉環(huán)進給系統(tǒng)中，設定的脈沖當量（或稱最小設定單位），當指令進給系統(tǒng)做單步進給（）時，開始一兩個單步指令，進給部件并不動作，到第三個單步指令時才突跳一段距離，以后又如此重復。這些現(xiàn)象都是因為進給系統(tǒng)的低速爬行現(xiàn)象引起的，而低速爬行現(xiàn)象又決定于機械傳動部件的特性。本設計采取的方案有：（1）減少靜、動摩擦系數之差（2）提高系統(tǒng)的傳動剛度。第三章 三坐標數控銑床的設計和計算主傳動系統(tǒng)一般由動力源（如電動機）、變速裝置及執(zhí)行元件（如主軸、刀架、工作臺），以及開停、換向和制動機構等部分組成。動力源為執(zhí)行元件提供動力，并使其得到一定的運動速度和方向,變速裝置傳遞動力以及變換運動速度，執(zhí)行元件執(zhí)行機床所需的運動，完成旋轉或直線運動?，F(xiàn)代切削加工正向著高速、高效和高精度方向發(fā)展，對機床的性能提出越來越高的要求，如轉速高，調速范圍大，恒扭矩調速范圍達1：100～1：1000，恒功率調速范圍達1：10以上；～250kW，能在切削加工中自動變換速度；機床結構簡單，噪聲小，動態(tài)性能好，可靠性高等。數控機床主傳動設計應滿足如下特點：（1）主傳動采用直流或交流電動機無級調速（2）數控機床驅動電動機和主軸功率特性的匹配設計（3）數控機床高速主傳動設計（4）數控機床采用部件標準、模塊化結構設計（5）數控機床的柔性化、復合化（6）虛擬軸機床設計為了適應數控機床加工范圍廣、工藝適應性強、加工精度高和自動化程度高等特點，要求主傳動裝置應具有以下特點：（1）具有較大的調速范圍，并實現(xiàn)無級調速。無級變速傳動在一定的變速范圍內連續(xù)改變轉速，以便得到最有利的切削速度；能在運轉中變速，便于實現(xiàn)變速自動化；能在負載下變速，便于車削大端面時保持恒定的切削速度，以提高生產效率和加工質量。（2）具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低。數控機床加工精度的提高，與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關。為此，應提高傳動件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。（3）良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。數控機床一般既要進行粗加工，又要精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻 運動部件不平穩(wěn)以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進行。因此主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力—抗振性?？拐裥?用動剛度或動柔度來衡量。例如主軸組件的動剛度取決于主軸的當量靜剛度 阻尼比及固有頻率等參數。機床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產生變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合精度，并進行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。 主傳動變速系統(tǒng)普通機床一般采用機械有級變速調速傳動，而數控機床需要自動變速；且在切削階梯軸的不同直徑，切削曲線旋轉面和斷面時，需要隨切削的直徑的變化而自動變速，以保持切削速度基本恒定。這些自動變速又是無級變速，以利于在一定的調速范圍內選用到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。機床主傳動中常采用的無級變速裝置有三大類：變速電動機、機械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。無級變速主傳動系統(tǒng)設計原則：一為盡量選擇功率和扭矩特性符合傳動系統(tǒng)要求的無級變速裝置。如銑床主傳動系統(tǒng)要求恒功率傳動，就應該選擇恒功率無級變速裝置。二為無級變速系統(tǒng)裝置單獨使用時，其調速范圍較小，尤其是恒功率調速范圍往往小于機床實際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級變速裝置與機械分級變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴大恒功率變速范圍和整個變速范圍。1．主軸部件設計主軸部件的性能要求主軸部件是機床主要部件之一，它是機床的執(zhí)行元件。它的功用是支承并帶動工件或刀具旋轉進行切削，承受切削力和驅動力等載荷，完成表面成型運動。主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。主軸部件的工作性能對整機性能和加工質量以及機床生產效率有著直接影響，是決定機床性能和技術經濟指標的重要因素。因此，對主軸部件有如下要求：（1）軸的旋轉精度是指裝配后，在無載荷、低速轉動的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的定心表面（如車床軸端的定心短錐、錐孔，銑床軸端的7：24錐孔）的徑向和軸向跳動。旋轉精度取決于的主要件如主軸、軸承、殼體孔等的制造、裝配和調整精度。工件轉速下的旋轉精度還取決于主軸的轉速、軸承的性能，潤滑劑和主軸組件的平衡。（2）剛度 主軸部件的剛度是指其在外載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產生單位位移的彈性變形時，在位移方向上所施加的作用力來定義的。主軸部件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、滾動軸承的類型和數量、預緊和配置形式、傳動件的布置方式、主軸部件的制造和裝配質量等都影響主軸部件的剛度。（3）溫升 因為相對運動處的摩擦生熱，切削取得切削熱等使主軸溫度升高將引起熱變形使主軸伸長，軸承間隙的變化，降低了加工的精度；溫升也會降低潤滑劑的粘度，惡化潤滑條件。因此，各類機床對溫升都有一定的限制。（4）可靠性 數控機床是高度自動化的機床，所以必須保證工作可靠性，可喜的是這方面的研究正在發(fā)展。（5）精度保持性 它指長期保持其原始制造精度的能力。對數控機床的主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。2．主軸部件的組成和軸承選型（1）主軸部件，它由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。（2）主軸的傳動件，可以位于前后支承之間，也可位于后支承之后的主軸后懸伸端。目前傳動件位于后懸伸端的越來越多。這樣做，可以實現(xiàn)分離傳動和模塊化設計：主軸組件（稱為主軸單元）和變速箱可以做成獨立的功能部件，又專門的工廠集中生產，作為商品出售。變速箱和主軸間可用齒輪副或帶傳動聯(lián)接。本三坐標曲面數控銑床采用帶傳動聯(lián)接。主軸支承分徑向和推力（軸向）。角接觸球軸承兼起徑向和推力支承的作用。推力支承應位于前支承內，原因是數控機床的坐標原點，常設定在主軸前端。為了減少熱膨脹造成的坐標原點的位移，應盡量縮短坐標原點支推力支承之間的距離。（3）主軸軸承，選用角接觸球軸承。這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。這種球軸承為點接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常采用多聯(lián)組配的辦法。有三種基本組配方式，分別為背對背，面對面和同向組配，背靠背和面對面組配都能受雙向軸向載荷；同向組配只能承受單向軸向載荷。背對背比面對面安裝的軸承具有較高的抗顛覆力矩的能力。運轉時，軸承的外圈的散熱條件比內圈好，因此，內圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹的結果將使軸承的過盈加大。軸向膨脹對與背靠背組配將使過盈減少，于是，可以補償一部分徑向膨脹；而對于面對面組配，將使過盈進一步加大?；谏鲜龇治?，主軸受到彎距，又屬高速運轉，因此主軸軸承必須采用背靠背組配。（4）角接觸角軸承的間隙調整和預緊主軸軸承的內部間隙，必須能夠調整，多數軸承，還應在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體和導軌之間有一定的預變形，這就是軸承的預緊。軸承預緊后，內部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而在預緊前只有部分滾導體與滾道接觸。預緊后，滾導體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動體將增多，各滾動體的受力將更加均勻。這些都有利提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產生振動，則由于各個方面都有滾動體支承，可以提高抗振性。但是，預緊后發(fā)熱較多，溫升較高；而且較大的預緊力將使壽命下降，故預緊要適量。角接觸角軸承在軸向力的作用下，使內外圈產生軸向錯位實現(xiàn)預緊，衡量預緊力大小的是軸向預緊力，簡稱預緊力Fa0，單位為N。多聯(lián)角接角球軸承是根據預緊力組配的。軸承廠規(guī)定了輕預緊、中預緊和重預緊三級預緊。訂貨時可指定預緊級別。軸承廠在內圈（背靠背組配）或外圈（面對面組配）的端面根據預緊力磨去δ。裝配時擠緊，便可得到預定的預緊力。如果兩個軸承間需要隔開一定的距離，可在兩軸承之間加入厚度相同的內外隔套。在軸向載荷的作用下，不受力側軸承的滾動體與滾道不能脫離接觸。而滿足這個條件的最小預緊力，雙聯(lián)組配為最大軸向載荷的35%。（5） 承載能力和壽命主軸軸承通常載荷相對較輕。一些特殊重載主軸外軸承的承載能力是沒有問題的。主軸軸承的壽命，主要不是取決于疲勞點蝕，而是由于磨損而降低精度。通常，如軸承精度為P4級，經使用磨損后跳動精度降為P5級,這個軸承就認為應該更換了。雖然還未達到其疲勞壽命，但這種“精度壽命”目前還難以估計。3．主軸組件的動態(tài)特性通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸，特別是帶內裝式電動機高速主軸，電動機轉子是一個集中質量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。改善動態(tài)特性，可采取下列措施：（1） 是主軸組件的固有頻率避開激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率的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上（軸承）的剛體振動的第一階（平移）和第二階（搖擺）模態(tài)，則應提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動，則應提高主軸的剛度，如加粗直徑。激振力可能來自主軸組件的不平衡，這時激振頻率等于主軸轉速乘以 π/30。也可能來自斷續(xù)切削，這時激振頻率還應乘以刀齒數Z。（2）增大阻尼。如前所述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度振動。這時主軸軸承，特別是前軸承的阻尼對主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面，滾動軸承適當預緊可以增大阻尼，但過大的預緊反而使阻尼減少，故選擇預緊時還因考慮阻尼因素。（3）采用消振裝置。4．主軸軸承的潤滑滾動軸承在接觸區(qū)的壓強很高，在這么高的壓強下，接觸區(qū)產生變形，是一塊小面積的接觸而不是一條線或一個點的接觸；潤滑劑在高壓下被壓縮，粘度升高了。因此，才能在滾動體與滾道的接觸區(qū)，形成一定厚度的油膜，把兩者隔開，滾道體與滾道的接觸面積很小，所以，滾動軸承所需的潤滑劑很少的。當然，也可用脂潤滑，還有用油氣潤滑的。（1） 脂潤滑滾動軸承能用脂潤滑是它的突出優(yōu)點之一。脂潤滑不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有漏油問題。如果脂的選擇合適、潔凈、密封良好，不使灰塵、油、切削液等進入，壽命是很長的。一次充填可用到大修，不需補充，也不要加脂孔。脂潤滑可選用鋰基脂，如SKFLGLT2號（常用于球軸承）。（2） 油氣潤滑如果dn值較大時，還需對軸承進行冷卻。如果用油兼作潤滑和冷卻，則由于油的攪拌作用，溫升反而會增加。最好用油潤滑，用空氣冷卻。油霧潤滑能達到這個目的，但是易污染環(huán)境。比較好的方法是油氣潤滑：在吹向軸承的空氣中定期地注入油，油并不霧化，用后可回收，不污染環(huán)境。油 用于潤滑，空氣用于冷卻。 主軸系統(tǒng)計算 V帶傳動的設計計算 三角帶的選用應保證有效地傳遞最大功率（不打滑）并有足夠的使用壽命（一定的疲勞強度）。帶傳動設計計算的主要內容包括確定帶的型號、基準長度和根數；確定帶輪的材料、結構尺寸；確定傳動中心距及作用在軸上的力等。 (1) 確定計算功率P kW式中：K—工況系數(工作情況系數)P—電機額定功率 Kw (2) 選擇三角帶型號 根據P、n由圖78選SPA型 窄V帶 (3) 確定帶輪直徑D、D 小帶輪直徑D應滿足：DD，以免帶的彎曲應力過大而導致其壽命降低。 查表74取D,故選擇D (4) 計算膠帶速度 5V 故 D選擇合格 D (5) 確定中心距a和帶長L 得 初選 帶長 查表73，取 中心距 a的調整范圍：