【正文】 實際軸間距 實際軸間距 mmmmLLaa P 2 00 ??????? 式中： 0a —— 初定軸間距； pL —— 節(jié) 線長； 0L —— 帶長。 將 1d ， 2d 值代入公式（ 310），得 mmamm 2 5 4 0 ?? 。 按照同步帶的帶型為 H 型，由表 4612? [5]查得節(jié)距 mmpb ? (3) 小帶輪齒數(shù) 1Z 根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速 min60001 rn ? ，同步帶的帶型為 H 型，由表 5112? [5]查得小帶輪的最小齒數(shù) 22min ?Z ，故取 301?Z (4) 小帶輪節(jié)圓直徑 1d mmmmpZd b ????? ? 式中： 1Z —— 小帶輪齒數(shù)； bp —— 節(jié)距。從圖上可知，在 A、 B兩處所用的是同種型號的角接觸球軸承，且 D 處的軸承是成對使用，共同承擔(dān)支承作用。 (a) 修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè) (b) 修磨軸承外圈的內(nèi)側(cè) 圖 修磨軸承座 圈 圖 所示為外圍窄邊相對 (面對面 )安裝，這時修磨軸承外圈的窄邊。 圖 在主軸凸緣上均布數(shù)個螺釘以調(diào)整內(nèi)圈的移動量，調(diào)整方便，但是用幾個螺釘調(diào)整。用螺母通過套筒推動內(nèi)圈在錐形軸頸上做軸向移動，使內(nèi)圈變形脹大，在滾道上產(chǎn)生過盈，從而達(dá)到預(yù)緊的目的。 在圖 所示的配置形式中，前支撐采用雙列圓錐滾子軸承，承受徑向載荷和軸向載荷，后支承采用單列圓錐滾子軸承，這種配置徑向和軸向的剛度高，可承受重載荷，尤其能承受較強(qiáng)的動載荷，安裝與調(diào)整性能好，但主軸轉(zhuǎn)速和精度的提高受到限制，因此適用于中等精度，低速與重載荷的數(shù)控機(jī)床主軸[15]。 (a) (b) (c) (d) 圖 數(shù)控機(jī)床主軸軸承的配置形式 在圖 所示的配置中，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和 60186。由表 15142[24]查得軸的允許撓度為 )( mmLy p ???? 將上述參數(shù)代入公式（ 38），則軸的計算剛度為 )( 41 344 221 mmy ?????? ?? 由于 pyy?1 ，所以軸 能夠滿足剛度要求。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。 得 )(5 6 6 9 88542132 851 4 1 343 mmW ????????? ?????????? 根 據(jù) 主 軸 材 料 為 Cr40 ，由表 151[23] 查 得 許 用 彎 曲 應(yīng) 力? ? MPa701 ??? 。因此，這兩個截面是危險截面。 AB 段彎矩： 水平面： 0?ABXM 垂直面： 0?ABYM 合成： 022 ??? ABYABXAB MMM BC 段彎矩： 水平面： )( 3 mNFFM HrB C XB C X ??????? 垂直面： )( 0 03 5 3 3 mNFFM VrB C YB C Y ??????? 合成： )( 3 1 6 2222 mNMMM B C YB C XBC ?????? 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 CD 段彎矩： 水平面： )( 4 51 0 03 5 34 3 6 32 mNFFFM HrHrC D XC D X ????????? 垂直面： )( 0 03 5 34 3 6 32 mNFFFM HrVrC D YC D Y ????????? 合成： )( 5 4 5 2222 mNMMM C DYC DXCD ?????? DE 段彎矩： 水平面： )(0 0 0 4 0 04 3 63 5 35 1 5 312 mNFFFFM HrHrHrDE XDE X ?????????? 垂直面： )(0 0 1 3 0 04 3 63 5 35 1 5 312 mNFFFFM VrVrVrDE YDE Y ?????????? 合成： )(0 0 1 0 1 3 0 0 4 2222 mNMMM DE YDE XDE ?????? 軸的水平面、垂直面及合成彎矩圖見圖 、 f、 g。 (e)垂直面受力 (f)垂直面彎矩圖 由公式（ ）得 4205cmI ? 。 由公式（ ）得出切向銑削力 NF 2046?切 徑向負(fù)荷 [22] NNFF r 1 62 0 4 ????? 切 切向負(fù)荷 [22] NNFF t 8 4 12 0 4 ????? 切 軸向負(fù)荷 [22] NNFF a 0 7 42 0 4 ????? 切 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 靜不定梁鉛垂面分解圖 由于此主軸的受力屬于簡單靜不定梁類型，所以要以靜不定梁的受力方法來解決問題。計算時，常常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點取為載荷分布段的中點。 按上式計算最優(yōu)跨距 0l ，計 算過程如下： ? ?4464 ll dDI ?? ? ???????????????????? （ 35） 式中： lD —— 主軸跨距部分的平均直徑， 單位為 mm ； ld —— 主軸跨距部分的平均孔頸， 單位為 mm 。 最優(yōu)跨距 0l 是指在切削力作用下，主軸前端的柔度值最小時的跨距。因此，確定懸伸量 a 的原則，是在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下盡可能取小值，同時應(yīng)在設(shè)計時采取措施縮減 a 值。 圖 所示為銑床主軸的軸端形式，其尺寸大小按照 JB232478 進(jìn)行加工，選擇主軸序號為 50 的主軸端部尺寸。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 按照任務(wù)書的要求及綜合各軸段直徑的實際大小，確定內(nèi)孔直徑mmd 52? 。 由于裝配需要，主軸的直徑總是由前軸頸向后緩慢地逐段減小的。加大直徑 D ，可減少主軸本身彎曲變形引起的主軸軸端位移和軸承彈性變形引起的軸端位移，從而提高主軸部件剛度。該系列可應(yīng)用在各種類型的數(shù)控機(jī)床上。 圖 所示為本課題主軸組件結(jié)構(gòu)示意圖 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 主軸組件結(jié)構(gòu)示意圖 1—— 刀架； 2—— 拉釘； 3—— 主軸； 4—— 拉桿； 5—— 碟形彈簧； 6—— 活 塞； 7—— 液壓缸； 10—— 行程開關(guān)； 9—— 壓縮空氣管接頭； 11—— 彈簧； 12—— 鋼球； 13—— 端面鍵 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 3 主軸組件的主運(yùn)動部件 主軸電動機(jī)的選用 主電機(jī)功率估算 1) 計算主銑削力 切F 經(jīng)驗公式 ：ZFefp KZdaaaF ??????? ? ????????? （ 31） 式中 ： 切F —— 銑削力，即主切削力（切向圓周分力）， N pa —— 銑削深度， mm fa —— 每齒進(jìn)給量， zmm ea —— 銑削寬度 ， mm 0d —— 銑刀直徑 ， mm Z —— 銑刀齒數(shù) ZFK—— 銑削力修正系 數(shù) ，ZZZZ KFFmFF KKKK ??? ? b? —— 工件材料抗拉強(qiáng)度， GPa 已知：高速鋼刀具；刀具前角 ??150? ； 主偏角 ??60?K ； 工件材料為275 mmkgfb ?? 碳鋼；每齒進(jìn)給量 zmmaf ? ； 刀具直徑為 mm16 ， 齒數(shù) 8?Z ；工件寬度 mmae 12? ， 切削深度 mmap 3? 將上述各條件代入公式（ ），則主切削力為 ZFefp KZdaaaF ??????? ? ???????? ???????????? N2046? 切削速度 [6] min150min1000 m a xm i nm a x mmmmnDV ??????? ? 2) 主電機(jī)功率估算 [6] 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 銑削功率 kWkWVFPm 000 15020 4660 000 m a x ????? 切 主電機(jī)功率 kWkWPPmmE 5 ???? ? 式中： m? —— 機(jī)床主傳動系統(tǒng)傳動效率。其間將通入一定的壓縮空氣來清除切屑。它控制著刀桿的松緊，使刀具在加工時能緊緊地固定在主軸上，在換刀時能輕松地卸載。其耐磨性好、磨損小，低速運(yùn)行時無爬行、無振動，能夠很好地確保 Z 軸的進(jìn)給精度。 NC 機(jī)械、機(jī)器人等 步 進(jìn) 電 動機(jī) 1. 轉(zhuǎn)角與控制脈沖數(shù)成比例，可構(gòu)成直接數(shù)字控制； 2. 工作狀態(tài)不受干擾； 3. 步距 角有誤差； 4. 高速易失步，低速易振蕩 。故在本課題的主電機(jī)選用中選擇交流伺服電動機(jī)。但是由于使用電刷和換向器，故壽命較低，需要定期維修。其輸入一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，即每當(dāng)電動機(jī)繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。由于其可在很寬的速度和負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)、精確地控制，因而在各種機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。如果主軸錐孔中落入了切屑，灰塵或其它污物，在拉緊刀桿時，錐孔表面和刀桿錐柄會被劃傷，甚至?xí)沟稐U發(fā)生偏斜，破壞刀桿 的正確定位，影響零件的加工精度，甚至?xí)沽慵顖髲U。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 數(shù)控鏜銑床主軸組件機(jī)構(gòu)示意圖 1—— 調(diào)整半環(huán)； 2—— 雙列園柱滾子軸承； 3—— 向心球軸承； 4， 9—— 調(diào)整環(huán)； 5—— 雙瓣卡爪； 6—— 彈簧； 7—— 拉桿； 8—— 向心推力球軸承； 10—— 油缸； 11—— 碟形彈簧； 12—— 活塞； 13—— 噴氣頭； 14—— 套筒 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 (a) (b) 圖 刀柄拉緊結(jié)構(gòu) 刀桿尾部的拉緊結(jié)構(gòu)，除上述的卡爪式以外，還有圖 結(jié)構(gòu)以及圖 所示的鋼球拉緊機(jī)構(gòu)。 碟形彈簧 11 通過拉桿 7，雙瓣卡爪 5，在套筒 14的作用下，將刀柄的尾端拉緊。在各種加工中心上采用什么形式的主軸定向裝置，要根據(jù)各自的約束條件來選擇。這種 準(zhǔn)停裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)磁體與磁感傳感器間沒有接觸摩擦，準(zhǔn)停的定位精度可達(dá) ??1 ，能滿足一般換刀要求。 當(dāng)活塞桿向右移到位時，行程開關(guān) LS1 發(fā)出定向滾輪 5 退出凸輪定位盤凹槽的信號，此時主軸可啟動工作。 加工中心的主軸定向裝置有機(jī)械方式和電氣方式 (如磁力傳感器檢測定向 )。 由于本課題中絲杠用于主軸垂直方向的進(jìn)給，所以對于高低速時運(yùn)行的穩(wěn)定性要求較高。 成 本 較低。 表 滑動螺旋、滾動螺旋的特點與應(yīng)用場合 滑動螺旋 滾動螺旋 結(jié)構(gòu)示意圖 使用性能 (1) 摩擦系數(shù)大，傳動效率低，約 %40~%30 ； (1) 摩擦系數(shù)很低，傳動效率高達(dá) %99 ； (2) 低 速 運(yùn) 行 時 有 爬行 或 振動； (2) 低速運(yùn)行時無爬行、振動； (3) 磨損大，使用壽命較短； (3) 耐磨性好，磨損極小； (4) 運(yùn)轉(zhuǎn)時無噪聲。 主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu) 對于主軸的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，機(jī)床通常被設(shè)計為進(jìn)給電動機(jī)與絲杠直接傳動的形式。它的帶由專業(yè)廠商生產(chǎn)，帶輪自行設(shè)計制造，它在遠(yuǎn)距離、多軸傳動時比較經(jīng)濟(jì)。齒輪傳動大多數(shù)為傳動比固定的傳動，少數(shù)為有級變速傳動。主軸內(nèi)部刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)是自動刀具交換裝置的組成部分。 本課題涉及的主要技術(shù)指標(biāo) 有： 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 1)主軸孔錐度： 24:7 ； 2) 主軸孔直徑： 52mm ； 3)主軸箱行程（ Z 軸）： mm470 ； 4)主軸轉(zhuǎn)速范圍： mmr3000~30 ； 5)快速移動速度（ Z 軸）： min10m ； 6)進(jìn)給速度（ Z 軸）： min400~1 mm 。主要影響因素是材料熱處理、軸承類型和潤滑方式。抗振性直接影響加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)率，應(yīng)盡量提高。 剛度：指主軸組件和進(jìn)給組件在外力的作用下，仍能保持一定工作精度的能力。除此之外，在機(jī)床可靠性上也存在著明顯差距，國外機(jī)床的平均無故障時間（ MTBF）都在 5000小時以上，而國產(chǎn)機(jī)床大 大低于這個數(shù)字，國產(chǎn)機(jī)床故障率較高是用戶反映最強(qiáng)烈的蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 問題之一。國內(nèi)高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般在 18000~6000 r/min，定位精度控制在~ mm之內(nèi) ，重復(fù)定位精度控制在 ~ mm之內(nèi)。國外加工中心定位精度基本 上按德國標(biāo)準(zhǔn)驗收，行程 1000mm以下，定位精度可控制在 ~ mm之內(nèi)。國外高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般都在 25000~12021 r/min，由于某些機(jī)床采用磁浮軸承和空氣靜壓軸承，預(yù)計轉(zhuǎn)速上限可提高到 100000r/min。合理使用加工中心的工藝裝備，能提高零件的加工精度。 總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。我國數(shù)控技術(shù)研究從 1958年起步，國產(chǎn)的第一臺數(shù)控機(jī)床是北京第一機(jī)床廠生產(chǎn)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。