【正文】 ，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動范圍。隨著功率電子，計算機(jī)技術(shù)，控制理論，新材料和電動機(jī)設(shè)計的進(jìn)一步發(fā)展和完善，矢量控制交流主軸電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的性能已經(jīng)達(dá)到甚至超過了直流電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)正在逐步取代直流系統(tǒng)。[4]第三章 主軸電動機(jī)的選取正確選擇電動機(jī)的類型、型號及容量是機(jī)床設(shè)計的重要問題之一，它直接影響著機(jī)床的結(jié)構(gòu)和壽命，選擇時要根據(jù)機(jī)床的功能要求，所設(shè)計的結(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31主軸電動機(jī)電動機(jī)功率的選擇，工作機(jī)所需的有效功率為：Pw=Fv/1000=[1],為了計算電動機(jī)所需的功率，先要確定從電動機(jī)到工作部件的總效率η，設(shè)ηη分別為同步帶輪和同步帶的傳動效率。則傳動的總效率為η=η1η2=[1]， 所以電動機(jī)所需的功率為Pd=Pw/η=[1]電動機(jī)傳速的選擇:此次設(shè)計要求電動機(jī)必須有額定轉(zhuǎn)速1500r/min,最高轉(zhuǎn)速必須達(dá)到4000r/min.電動機(jī)型號的選?。焊鶕?jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計中選取蘭州電機(jī)廠生產(chǎn)的1PH51674CF4型號交流主軸電動機(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()電機(jī)功率(KW)恒功率范圍150060001:90表31 1PH51674CF4型號交流主軸電動機(jī)的主要參數(shù)[11]第四章 同步帶傳動同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的特點，同步帶傳動的優(yōu)點是:（1）無相對滑動，帶長不變，傳動比穩(wěn)定；（2）帶薄而輕，強(qiáng)力層強(qiáng)度高，適用于高速傳動，速度可達(dá)40 m/s；（3）帶的柔性好，課用直徑較小的帶輪，傳動結(jié)構(gòu)緊湊，能獲得較大的傳動比；（4）傳動效率高，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。主要缺點是制造、安裝精度要求較高、成本高。同步帶主要用于要求傳動比準(zhǔn)確的中、小功率傳動中，如計算機(jī)、錄音機(jī)、磨床和紡織機(jī)等。[13] 材料選擇根據(jù)設(shè)計要求，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轉(zhuǎn)部分。[13] 參數(shù)計算設(shè)計計算的內(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，傳動中心距，作用在軸上載荷以及結(jié)構(gòu)設(shè)計。1. 模數(shù)的選取模數(shù)主要根據(jù)齒形帶所傳遞的計算功率Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1確定的，通過查《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床》表433查得Pd=KA*P, 式中P———傳動功率表41 工作情況系數(shù)KA載荷性質(zhì)一天運轉(zhuǎn)時間/h≤1010～1616以上載荷平穩(wěn)載荷變化小載荷變化大選取KA=，所以PC==由齒形帶模數(shù)選用圖可選m=42. 小帶輪齒數(shù)Z1:由《機(jī)械傳動裝置設(shè)計手冊》表838 得Zmin=22,所以取Z1=243. 同步帶節(jié)距Pb:由 PD= n1=1500r/min, 查表選取節(jié)距Pb=, 齒形角2β=40?！↓X根厚S=。齒頂厚St=4mm, 齒高h(yuǎn)g=ht+e=+=, 齒根圓半徑Rr=齒頂圓半徑Ra=, 帶高h(yuǎn)s=, 節(jié)頂距δ=, 帶bs=35～40mm。4. 節(jié)圓直徑d1:d1==96㎜ 5. 大帶輪齒數(shù)z2與直徑：z2=iz1=366. 大帶輪直徑d2=id1=96=144㎜ 7. 帶的速度V:V==， (式41)由表查得[13]Vmax=35～40 VVmax 所以合格。8. 定中心距a0: 5(d1+d2) ≤a0≤2(d1+d2)所以：（96+144）≤a0≤2(96+144)則有168≤a0≤480 初選a0=3009. 帶的節(jié)線長度Lp以及齒數(shù)Zb：Lp0=2a0+(d1+d2)+=2300+240+= （式42）查表選取Lp=1005㎜ Zb=8010. 計算中心距a（采用中心距可調(diào)）a≈a0+=300+㎜ （式43 ）選取a=314㎜11. 帶輪與帶的嚙合齒數(shù)Zm：Zm≈= 取Zm=12 （式44）因為當(dāng)m≥2時，Zm應(yīng)不小于6 ，所以計算的Zm滿足條件。12. 帶寬bs: bs≥ 查表取Kz=, Fa=20N/mm （式45）Fc=mbV2=103 =所以 bs≥㎜選取bs=40㎜13. 作用與軸上的力Fr：Fr= （式46）14. 小帶輪最小包角ɑ：α≈180186。60186。（d2d1）/a=180。60。（14496）/314=。15. 帶輪寬度bf, bf1, bf2 bf=bs+(～3)=～43bf1=bs+(6～7)=46～47bf2=bs+(3～5)=43～4[14]第五章 主軸組件的設(shè)計主軸組件主要包括：主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動件、密封件等，因為主軸帶動工件或刀具直接參加工件表面形成運動，所以它的工作性能對加工質(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。 主軸組件的設(shè)計要求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)運動時，線速度為零的點的連線稱為主軸的得回轉(zhuǎn)中心線?；剞D(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。瞬時回轉(zhuǎn)中心線相對于理想回轉(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、角度誤差和軸向誤差，它們很少單獨存在。當(dāng)徑向誤差和角度誤差同時存在構(gòu)成徑向跳動，而軸向誤差和角度誤差同時存在構(gòu)成端面跳動。由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是一個空間旋轉(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)精度的測量，一般分為三種靜態(tài)測量、動態(tài)測量和間接測量。目前我國在生產(chǎn)中沿著傳統(tǒng)的靜態(tài)測量法，用一個精密的檢測棒插入主軸錐孔中千分表觸頭觸及檢測棒圓柱表面，以低速轉(zhuǎn)動主軸進(jìn)行測量。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。動態(tài)測量是用一標(biāo)準(zhǔn)球裝在主軸中心線上，與主軸中心線上，與主軸同時旋轉(zhuǎn)；在主軸同時旋轉(zhuǎn)；在工作臺上安裝兩個互成90度角的非接觸傳感器，通過儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。間接測量是用小的切削量用小的切削量回工有色金屬試件，然后在圓度儀上測量試件的圓度來評價。出廠時，普通級加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測量法測量，當(dāng)L=㎜。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)時引起的激振力，也會造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差。㎜/s以下。2. 主軸剛度主軸組件的剛度是指受外力作用時，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，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。主軸組件的剛度越大，主軸受力的變形就越小。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、砂間隙的調(diào)整、主軸上傳動元件的位置等有關(guān)。3. 主軸抗振性主軸組件的抗振性是指切削加工時，主軸保持平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的能力。主軸組件抗振性及在必要時安裝阻尼（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轉(zhuǎn)中，溫升過高會起兩方面的不良結(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)床其他件的相對位置會有變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生：“抱軸”。數(shù)控機(jī)床在解決溫升問題時，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，這就要具體問題具體分析，例如設(shè)計高效數(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)計高精度數(shù)控機(jī)床時，主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求。同時，主軸結(jié)構(gòu)要保證個部件定位可靠，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）對高速旋轉(zhuǎn)的零件作靜、動平衡，提高齒輪、主軸的制造精度都可適當(dāng)減少強(qiáng)迫振動源；（5）對于非連續(xù)切削過程的銑削，滾削等加裝飛輪可減少振動；（6）應(yīng)用阻尼器消耗振動能量是有效的措施；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）改善主傳動的潤滑條件。如進(jìn)行箱外循環(huán)潤滑，用低粘度的潤滑油、油霧潤滑等，特別注意前軸承的潤滑情況。（3）采用冷卻散熱裝置。例如用熱管冷卻減少機(jī)床各部位的溫差,進(jìn)行熱補償。如可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計采用一些自動補償?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。如先空運轉(zhuǎn)一段時間再加工。把粗、精加工分開等。 主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計算圖51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、懸伸長度和支撐跨距。評價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。軸承的直徑越大，同等級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。同時極限轉(zhuǎn)數(shù)下降?！?，實際尺寸要在主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計時確定。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)孔用來安放棒料、刀具夾緊裝置固定刀具、傳動氣動或液動卡盤等。主軸孔徑越大，可通過的棒料直徑也越大，機(jī)床的適用范圍就越廣，同時主軸部件的相對重量也越輕。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，；，空心主軸的剛度為實心主軸剛度的90%；。根據(jù)設(shè)計要求，此設(shè)計選用的主軸材料是45號鋼。其熱處理及參數(shù)如下表表51 45號鋼熱處理參數(shù)[13]材料熱處理硬度（HBS）抗拉強(qiáng)度極限屈服強(qiáng)度極限σs彎曲疲勞極限σ1剪切疲勞極限τ1許用彎曲應(yīng)力[σ1] 45調(diào)質(zhì)、滲氮217～25564035530015560因為選用的主軸電機(jī)功率為P=，額定轉(zhuǎn)速nc=1500r/min所以主軸功率 p=pc/η1η2η3== kw (式51)因為主軸是空心轉(zhuǎn)軸，所以 d1= . （式52）查表得= 所以d1==㎜ 又因為此處軸上有一個鍵槽，所以d1=d(1+5%)=㎜ 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≥（～）d1；d2應(yīng)符合密封件的孔徑要求。所以 d2=63mm d3=d2+5～8mm=72mm。 d4=d3+1～5mm=74mm。d5=d4+1～5mm=78mm。d6=d5+2a。a≥(～)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，危險截面安全系數(shù)s的校核計算： s=≥[s] （式53）—只考慮彎距作用的安全系數(shù)；sτ—只考慮扭距作用是的安全系數(shù)；[s] —許用安全系數(shù)；[14]在此查表所得[s]=～；sσ= 查表得出σ1=270Mpa τ1=155Mpa kσ= kτ= β= εσ= ετ=， ψσ=，ψτ=，σα=， σm=σα M= Wp= 所以：s==[s]=～ 所以主軸設(shè)計符合要求。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，同時使主軸的懸伸長度短。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5181。m左右；軸承軸頸需要按軸承內(nèi)孔“實際尺寸”配合，并且需要保證配合過盈1181。m～5181。m；錐孔與軸承軸頸得同軸度為3181。m～5181。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. 主軸動態(tài)特性的改善 改善主軸動態(tài)特性的措施有以下幾個方面：（1）使主軸組件的固有頻率避開激振力的頻率 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