【正文】 好的工作性能，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高。在第十五屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，中國(guó)的機(jī)床企業(yè)展示了大量的先進(jìn)機(jī)床，例如沈陽機(jī)床展示的i5智能機(jī)床，寶雞西力精密機(jī)械展示的FTN50自動(dòng)化加工單元，數(shù)控系統(tǒng)方面則有華中數(shù)控展示的華中8型數(shù)控系統(tǒng)。本次機(jī)床展覽會(huì)顯示了中國(guó)機(jī)床行業(yè)令人驚訝的創(chuàng)新能力與產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力，在多年的發(fā)展過程中，中國(guó)的機(jī)床行業(yè)并沒有在外國(guó)的技術(shù)封鎖與殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中消亡，反而依靠自身能力，一步一個(gè)腳印，走出了自己的康莊大道，出現(xiàn)了一批具有極強(qiáng)研發(fā)能力的企業(yè)，例如沈陽機(jī)床，大連機(jī)床，華中數(shù)控，廣州數(shù)控等等。現(xiàn)如今，中國(guó)的機(jī)床行業(yè)仍有大量的問題沒有解決，經(jīng)過2008年經(jīng)融危機(jī)后，西方的許多工業(yè)強(qiáng)國(guó)都意識(shí)到了制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位，紛紛加大了對(duì)制造業(yè)的研發(fā)投入，中國(guó)面臨的競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈，與國(guó)際上的機(jī)床制造強(qiáng)國(guó)相比，中國(guó)的機(jī)床制造業(yè)主要存在以下幾項(xiàng)缺點(diǎn)：（1）在技術(shù)水平上，經(jīng)過多年的發(fā)展，外國(guó)企業(yè)積累了雄厚的研發(fā)能力，目前，他們已將目光投向與新一代數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)，技術(shù)方面呈現(xiàn)“高，精，尖”的特點(diǎn)，在這些高水平數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)上，中國(guó)仍有一定的差距。（2）從機(jī)床市場(chǎng)上的產(chǎn)品組成上看，機(jī)床市場(chǎng)上產(chǎn)品的整體水平還處于中下游，技術(shù)水平與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比有一定的差距，一些高水平的數(shù)控機(jī)床還處于試驗(yàn)階段，并沒有投放市場(chǎng)。（3）從數(shù)控機(jī)床的研發(fā)設(shè)計(jì)能力上看，中國(guó)的機(jī)床行業(yè)研發(fā)能力還有不足，機(jī)床是一個(gè)系統(tǒng)，且比一般產(chǎn)品更加復(fù)雜，它有許多零件組成，每一個(gè)都對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生一定的影響，沒有雄厚的科研能力與相關(guān)的技術(shù)積累，很難設(shè)計(jì)出性能優(yōu)異的機(jī)床，而中國(guó)的機(jī)床行業(yè)就是缺少相關(guān)的技術(shù)積累，一直處于摸索過程中。（4）從市場(chǎng)化程度上看，中國(guó)機(jī)床行業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上并沒有占據(jù)很大的市場(chǎng)份額，甚至在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上所占份額都不算太大，主要因?yàn)橹袊?guó)機(jī)床水平落后于西方的工業(yè)強(qiáng)國(guó)，雖然中國(guó)一直在奮起直追，但中國(guó)面臨的競(jìng)爭(zhēng)壓力只會(huì)越來越大。目前，這些問題已經(jīng)引起了相關(guān)部門的重視，產(chǎn)業(yè)扶持力度也在不斷加大，相信將來，中國(guó)的機(jī)床行業(yè)也能趕上世界先進(jìn)水平。 設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)主要包括兩大部分內(nèi)容，第一部分是主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最高轉(zhuǎn)速為6000r/min，額定功率為1500r/min，主軸轉(zhuǎn)速范圍為30～6000r/min，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容有：①分級(jí)變速箱的設(shè)計(jì)，②主軸的設(shè)計(jì)，③主軸支承軸承的設(shè)計(jì)。第二部分是進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，已知參數(shù)有工作臺(tái)重量210kg，最大承重300kg，面積1000320mm，切削速度10～4000mm/min，最大速度5000mm/min，工作臺(tái)x向行程600mm，具體設(shè)計(jì)零件有滾珠絲杠的設(shè)計(jì)，支承軸承的設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌的選型，伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)與滾珠絲杠的連接，滾珠絲杠的剛度校核與壽命校核。2 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概述主軸電機(jī)啟動(dòng)后，經(jīng)過主軸箱的變速機(jī)構(gòu)，來調(diào)節(jié)刀具的切削速度，進(jìn)而加工加工各種不同的零件。主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，屬于無級(jí)調(diào)速，但是調(diào)速范圍不大，在本次設(shè)計(jì)中，主電動(dòng)機(jī)參數(shù)已知，其額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，經(jīng)過變頻器變速后最大轉(zhuǎn)速可以達(dá)到6000r/min，為了使數(shù)控銑床的主軸能夠無級(jí)調(diào)速，并且扭矩能夠?qū)崿F(xiàn)加工要求，可以在調(diào)速電機(jī)后串聯(lián)有級(jí)調(diào)速機(jī)構(gòu)，即齒輪調(diào)速，進(jìn)過無極變速和有級(jí)變速的共同調(diào)節(jié)，可以使主軸轉(zhuǎn)速范圍滿足設(shè)計(jì)要求，在加工零件時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)在其計(jì)算轉(zhuǎn)速以上，此時(shí)可以充分發(fā)揮主電動(dòng)機(jī)的功率。 在設(shè)計(jì)機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，已知的設(shè)計(jì)參數(shù)有：主軸的調(diào)速范圍為30～6000r/min，計(jì)算轉(zhuǎn)速為500r/min，電動(dòng)機(jī)的基本轉(zhuǎn)速為1500r/min，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min。主軸要求的恒功率調(diào)速范圍： Rnp=6000/500=12電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍為： Rp=6000/1500=4機(jī)床在加工零件時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)工作在恒功率范圍，這是電動(dòng)機(jī)的主要工作狀態(tài)，但由計(jì)算可以，在恒功率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍達(dá)不到主軸的要求，因此要設(shè)計(jì)分級(jí)變速箱，以滿足主軸的調(diào)速范圍。故可以使用兩對(duì)齒輪變速。 分級(jí)變速箱各級(jí)轉(zhuǎn)速之比，即為傳動(dòng)公比，前面已經(jīng)求得，變速箱為兩級(jí)變速機(jī)構(gòu)，一般情況下，可以使各級(jí)轉(zhuǎn)速之間滿足等比數(shù)列關(guān)系，這樣可以使轉(zhuǎn)速損失均勻分布到各級(jí)，也能使設(shè)計(jì)過程變得更加簡(jiǎn)單，傳動(dòng)公比φ的大小是有規(guī)定的，其取值大小只能為一下幾種：、、主軸的額定轉(zhuǎn)速為500r/min，Z=2,故可求得傳動(dòng)公比φ為：，φ=，取φ=. 在確定齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)該使齒輪齒輪的結(jié)構(gòu)更加緊湊，使機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差更小，具體要求如下：1) 齒輪的齒數(shù)和Sz不應(yīng)過大兩個(gè)齒輪相互嚙合時(shí)，齒數(shù)越多，兩齒輪的中心矩也就會(huì)更大，這會(huì)加大主傳動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量，也會(huì)使其尺寸加大，一般推薦齒輪的齒數(shù)和小于100.2） 小齒輪的齒數(shù)盡量取較小值，但也不能過小，過小會(huì)產(chǎn)生根切，也可能使兩軸靠地過近，使其他結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞，一般情況下，小齒輪的齒數(shù)應(yīng)該不小于18個(gè)。3） 齒輪齒數(shù)應(yīng)該滿足傳動(dòng)公比φ在設(shè)計(jì)只初，故在選擇齒輪齒數(shù)時(shí)，也要滿足該要求，兩者之間允許存在誤差，但誤差應(yīng)在合理范圍之內(nèi)。 使用查表法可求得齒輪齒數(shù)查閱《機(jī)械制造技術(shù)裝備及設(shè)計(jì)》，當(dāng)φ=取Z1=27,則Z2=7527=48,取Z2=45,Z3=30時(shí)，Z4=8430=54,Z5=32時(shí)，Z6=52,r/min由上述可得，主傳動(dòng)系統(tǒng)圖和轉(zhuǎn)速圖如下：600027：4552：3230：542000150050090306000 1500Z5 Z4 Z690Z3Z2 Z11 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 轉(zhuǎn)速圖 主軸組件的基本要求 （1） 回轉(zhuǎn)精度 在機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，測(cè)量主軸前軸頸的徑向圓跳動(dòng)，軸向竄動(dòng)，即可得到主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸加工零件時(shí)，主要就是做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，如果主軸存在回轉(zhuǎn)精度誤差，這種誤差將會(huì)傳遞到零件的各個(gè)尺寸中去，對(duì)機(jī)床的整個(gè)精度造成極大影響。 （2） 剛度 主軸抵抗變形的能力稱為主軸的剛度，主軸剛度與其結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)，作為機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的一部分，當(dāng)其變形量過大時(shí)，會(huì)直接影響到與其裝配的軸承、齒輪等等其他零件，會(huì)使這些零件的工作性能發(fā)生變化，進(jìn)而使整個(gè)系統(tǒng)的性能降低。（3） 抗震性主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，存在震動(dòng)現(xiàn)象，主軸抵抗這種震動(dòng)的能力被稱為抗震性，當(dāng)主軸的抗震性過低時(shí)，不僅不能加工出滿意的零件，還會(huì)大幅縮短刀具的使用壽命，也會(huì)使主軸與軸承，齒輪之間發(fā)生碰撞，磨損，加大配合間隙，一般采取的措施是安裝阻尼器，來增加主軸的抗震性。（4）溫升 主軸旋轉(zhuǎn)速度最高可達(dá)6000r/min，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇烈摩擦，使溫度升高，機(jī)床性能受到很大影響，常見的有，主軸溫度升高產(chǎn)生熱變形，進(jìn)而使回轉(zhuǎn)精度降低，也會(huì)使主軸零件之間產(chǎn)生相對(duì)位移，使它們之間的配合準(zhǔn)確性下降，軸承溫度過高時(shí)會(huì)發(fā)生膨脹，使內(nèi)徑減小，極端情況下會(huì)發(fā)生抱軸現(xiàn)象。為了解決這一問題，一般機(jī)床都會(huì)增加冷卻系統(tǒng)。使機(jī)床溫度保持在20℃以內(nèi)。（5）耐磨性 主軸上安裝刀具的地方，是最容易發(fā)生磨損的地方，磨損量過大時(shí)，會(huì)影響到刀具的安裝精度，進(jìn)而使加工零件的精度達(dá)不到要求，主軸的耐磨性主要與主軸的材料和熱處理有關(guān) ，對(duì)于一般的精密機(jī)床，常用的主軸材料為40Cr或者20Cr,16MnCr5,12CrNi2A,并將主軸滲碳淬硬處理，使其HRC硬度不低于60.（6） 主軸主要的精度指標(biāo)根據(jù)一般的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，主軸前支承軸承的同軸度約為5微米，軸承與軸組成過盈配合，過盈量在5微米以內(nèi)，主軸前端為7：24的錐孔，