數(shù)控車(chē)床主軸設(shè)計(jì)(已修改)
2025-07-12 01:54 本頁(yè)面
【正文】 緒 論隨著市場(chǎng)上產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快和對(duì)零件精度提出更高的要求，傳統(tǒng)機(jī)床已不能滿(mǎn)足要求。數(shù)控機(jī)床由于眾多的優(yōu)點(diǎn)已成為現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展的主流方向。它的發(fā)展代表了一個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)、制造的水平，在國(guó)內(nèi)外都受到高度重視。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是信息集成和系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)設(shè)備，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高、對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向?？梢哉f(shuō)，機(jī)械制造競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)質(zhì)就是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。本課題的目的和意義在于通過(guò)設(shè)計(jì)中運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的理論知識(shí)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐知識(shí)，達(dá)到鞏固、加深和擴(kuò)大所學(xué)知識(shí)的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)分析比較機(jī)床的某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算和編寫(xiě)技術(shù)文件，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟和方法的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料，達(dá)到積累設(shè)計(jì)知識(shí)和提高設(shè)計(jì)能力的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)獲得設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。一、設(shè)計(jì)題目及參數(shù) 題目本設(shè)計(jì)的題目是數(shù)控車(chē)床的主軸組件的設(shè)計(jì)。它主要由主軸箱，主軸，電動(dòng)機(jī)，主軸脈沖發(fā)生器等組成。我主要設(shè)計(jì)的是主軸部分。主軸是加工中心的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對(duì)加工中心的性能有很大的影響，因此，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要多加注意。主軸前后的受力不同，故要選用不同的軸承。床身回轉(zhuǎn)空間400mm尾架頂尖與主軸端面距離1000mm主軸卡盤(pán)外徑Φ200mm最大加工直徑Φ600mm棒料作業(yè)能力50～63mm主軸前軸承內(nèi)和110～130mm最大扭矩480Nm二、主軸的要求及結(jié)構(gòu)主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無(wú)載荷，低轉(zhuǎn)速的條件下，主軸前端工件或刀具部位的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)。主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度主要取決于各主要件，如主軸、軸承、箱體孔的的制造，裝配和調(diào)整精度。還決定于主軸轉(zhuǎn)速，支撐的設(shè)計(jì)和性能，潤(rùn)滑劑及主軸組件的平衡。通用（包括數(shù)控）機(jī)床的旋轉(zhuǎn)精度已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可循。 靜剛度 主軸組件的靜剛度（簡(jiǎn)稱(chēng)剛度）反映組件抵抗靜態(tài)外載荷變形的能力。影響主軸組件彎曲剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動(dòng)軸承的型號(hào)，數(shù)量，配置形式和預(yù)緊，前后支撐的距離和主軸前端的懸伸量，傳動(dòng)件的布置方式，主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等。各類(lèi)機(jī)床主軸組件的剛度目前尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。主軸組件工作時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)會(huì)降低工件的表面質(zhì)量和刀具耐用度，縮短主軸軸承壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪聲影響環(huán)境。振動(dòng)表現(xiàn)為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種形式。影響抗振性的因素主要有主軸組件的靜剛度，質(zhì)量分布和阻尼（特別是主軸前支撐的阻尼），主軸的固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于自激振動(dòng)的頻率，以使它不易發(fā)生共振。目前，尚未制定出抗振性的指標(biāo)，只有一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。主軸組件工作時(shí)因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生溫升，從而使主軸組件的形狀和位置發(fā)生變化（熱變形）。主軸組件受熱伸長(zhǎng)，使軸承間隙發(fā)生變化。溫度使?jié)櫥驼扯冉档?，降低了軸承的承載能力。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離正確位置。前后軸承的溫度不同，還會(huì)導(dǎo)致主軸軸線(xiàn)傾斜。由于受熱膨脹是材料固有的性質(zhì)，因此高精度機(jī)床要進(jìn)一步提高加工精度，往往受熱變形的限制。研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控制溫度，是高精度機(jī)床主軸組件的研究的主要課題之一。主軸組件的耐磨性是指長(zhǎng)期保持原始精度的能力，即精度保持性。對(duì)精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件的部位，如錐孔，定心軸徑等。為了提高耐磨性，一般機(jī)床主軸上的上述部分應(yīng)淬硬至HRC60左右，深約1mm.主軸承載后允許的彈性變形很小，引起的應(yīng)力通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼的強(qiáng)度極限。因此，強(qiáng)度一般不做為選材的依據(jù)。主軸的形狀，尺寸確定之后，剛度主要取決于材料的彈性模量。各種材料的彈性模量幾乎相同，因此剛度也不是選材的依據(jù)。主軸材料的選擇主要根據(jù)耐磨性和熱處理變形來(lái)考慮。普通機(jī)床的材料通常是45號(hào)或60號(hào)優(yōu)質(zhì)中碳鋼，數(shù)控機(jī)床需調(diào)質(zhì)處理和淬火。 為了提高剛度，主軸的直徑應(yīng)該大些。前軸承到主軸前端的距離（稱(chēng)懸伸量）應(yīng)盡可能小一些。為了便于裝配，主軸通常作成階梯形的，主軸的結(jié)構(gòu)和形狀與主軸上所安裝的傳動(dòng)件，軸承等零件的類(lèi)型，數(shù)量，位置和安裝方法有直接的關(guān)系。主軸中的孔主要 用于通過(guò)棒料，拉桿或其它工具。為了能夠通過(guò)更大的棒料，車(chē)床的中空希望大些，但受剛度條件的影響和限制，孔徑一般不宜超過(guò)外徑的70%。主軸的結(jié)構(gòu)如（附圖1）。圖1三 、主傳動(dòng)系統(tǒng)變速方式為了適應(yīng)不同的加工要求，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)主要有以下幾種配置方式：（1）帶有變速齒輪的主傳動(dòng)。這種方式在大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多。通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，擴(kuò)大了輸出扭矩，以滿(mǎn)足主軸的輸出扭矩特性的要求，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)有力的切削時(shí)所需要扭矩。數(shù)控機(jī)床使用可調(diào)無(wú)級(jí)變速交流、直流電動(dòng)機(jī)。所以經(jīng)齒輪變速后，實(shí)現(xiàn)8段無(wú)級(jí)變速，調(diào)速范圍增加。其優(yōu)點(diǎn)是可滿(mǎn)足各種切削運(yùn)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩，具有大范圍調(diào)速能力。但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要增加潤(rùn)滑及溫度控制裝置。成本較高，此外，制造和維修也比較困難。（參圖a）（2）一級(jí)帶傳動(dòng)變速方式。這種傳動(dòng)方式主要應(yīng)用在中小型數(shù)控機(jī)床上。采用V型帶或同步帶傳動(dòng)，可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)可引起的振動(dòng)與噪聲，適用于低扭矩特性要求的主軸。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，調(diào)試容易，被廣泛用于許多數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)中。（參圖b）（3）調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式，這種主軸傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高主軸部件的剛度，由于結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少，加工中心的可加工空間相對(duì)變大。但是主軸轉(zhuǎn)速的變化及扭矩的輸出和電動(dòng)機(jī)輸出特性完全一致，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響大，最好裝有冷卻裝置，否則使用還是受到約束。（參圖c）（4）電主軸直接驅(qū)動(dòng)方式：這種驅(qū)動(dòng)方式其實(shí)和（c圖）方式差不多，但這種傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)方式更為緊湊，占用空間更小。它主要是將主軸作為電機(jī)的轉(zhuǎn)子，箱體殼（與主軸配合箱體
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