立式加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)-全文預(yù)覽
【正文】 主軸能夠承受雙向的軸向載荷。通過對(duì)同步帶帶型的選擇，確定了同步帶傳動(dòng)的線速度、帶長(zhǎng)、軸間距等參數(shù)，并對(duì)大小帶輪進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。加工中心主軸組件的運(yùn)轉(zhuǎn)過程比較平穩(wěn)，且主軸組件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，維修容易，價(jià)格低廉。故能夠滿足要求。(2) 載荷計(jì)算已知進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為。當(dāng)然，寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)體積較大，其電刷易磨損，壽命受到一定限制。由于，所以能滿足要求。除非存在嚴(yán)重過載，否則一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。(12) 基本額定功率按照同步帶的帶型為H型，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》查得帶的許用工作拉力，帶的單位長(zhǎng)度的質(zhì)量。(9) 帶長(zhǎng)及其齒數(shù)式中： —— 帶長(zhǎng)； —— 初定軸間距； —— 小帶輪節(jié)圓直徑； —— 大帶輪節(jié)圓直徑。按大帶輪齒數(shù)，同步帶帶型為H型，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》查得其外徑(7) 帶速式中： —— 小帶輪節(jié)圓直徑； —— 小帶輪轉(zhuǎn)速。故設(shè)計(jì)功率為：式中： —— 傳遞的功率，—— 載荷修正系數(shù)(2) 選定帶型和節(jié)距根據(jù)設(shè)計(jì)功率，小帶輪轉(zhuǎn)速，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》確定帶輪的帶型為H型。根據(jù)載荷性質(zhì)為中等沖擊，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》查得載荷系數(shù)一般為，取。將上述參數(shù)代入公式（），則以小時(shí)數(shù)表示的軸承壽命為由于，所以能夠滿足要求。由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》查得徑向動(dòng)載荷系數(shù)X=，軸向動(dòng)載荷系數(shù)Y=。從圖上可知，在A、B兩處所用的是同種型號(hào)的角接觸球軸承，且D處的軸承是成對(duì)使用，共同承擔(dān)支承作用。為了提高機(jī)床的切削剛性，該軸承與主軸的配合采用過盈配合, 配合目標(biāo)過盈量取0～4μm。因此,為了提高軸承的剛性,防止軸承在工作期間因摩擦發(fā)熱而引起內(nèi)圈膨脹,導(dǎo)致內(nèi)圈與主軸之間產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象, 精密機(jī)床主軸軸承內(nèi)圈與主軸之間一般選擇過盈配合。因此，這些軸承通常成對(duì)安裝并施加預(yù)負(fù)荷以保證正確的接觸角。雖然只是把鋼球變成了氮化硅球，但是另一方面，溝道的幾何尺寸也作了改進(jìn)以優(yōu)化軸承性能。，前后支承均采用成對(duì)角接觸球軸承，以承受徑向載荷和軸向載荷，角接觸球軸承具有較好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)，但這種軸承的承載能力小，因而這種配置適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。采用滾動(dòng)軸承支承，有許多不同的配置形式。目前，一般中小規(guī)格的數(shù)控機(jī)床（如車床、銑床、鉆鏜床、加工中心、磨床等）的主軸部件多采用成組高精度滾動(dòng)軸承重型數(shù)控機(jī)床采用液體靜壓軸承，高精度數(shù)控機(jī)床（如坐標(biāo)磨床）采用氣體靜壓軸承，轉(zhuǎn)速達(dá)的主軸則可采用磁力軸承或氮化硅材料的陶瓷滾珠軸承。數(shù)控機(jī)床主軸支承根據(jù)主軸部件的轉(zhuǎn)速、承載能力及回轉(zhuǎn)精度等要求的不同而采用不同種類的軸承。這時(shí)滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑以避免漏油。滾動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤(rùn)滑維護(hù)簡(jiǎn)單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動(dòng)范圍下穩(wěn)定地工作。 主軸組件的支承 主軸軸承的類型機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承件中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，需要傳遞切削扭矩，承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。軸計(jì)算剛度經(jīng)驗(yàn)公式為 ……………………………………………（）式中： —— 軸的計(jì)算撓度，單位為； —— 軸慣性量，單位為； —— 軸所用材料的彈性模量，單位為； —— 支承跨度，單位為； —— 軸所受圓周力，單位為； —— 軸所受徑向力，單位為。將上述參數(shù)代入公式（），則軸的計(jì)算應(yīng)力為因?yàn)?，所以主軸的強(qiáng)度符合要求。軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為 ……………………（）式中： —— 軸的計(jì)算應(yīng)力，； —— 軸的抗彎截面系數(shù)，； —— 折合系數(shù)； —— 軸的許用彎曲應(yīng)力，； —— 軸所受的扭矩，單位為； —— 軸所受的彎矩，單位為。所以，大帶輪的輸出功率為：則大帶輪的輸出轉(zhuǎn)矩為：。由公式（）得。它可分解為鉛垂面（）和水平面（）兩個(gè)平面力系。 主軸受力分析軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。最優(yōu)跨距可按下列公式計(jì)算： ……………………………………（）式中： …………………………………………（） ………………………………………………………（）式中： —— 主軸前端懸伸長(zhǎng)，單位為； —— 材料的彈性模量，單位為； —— 軸慣性矩，單位為； —— 前軸承剛度值，單位為； —— 后軸承剛度值，單位為。合理確定支承跨距，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。懸伸量值對(duì)主軸部件的剛度和抗振性具有較大的影響。目前，主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都已標(biāo)準(zhǔn)化。由經(jīng)驗(yàn)得知，當(dāng)時(shí)（是主軸平均直徑），主軸剛度會(huì)急劇下降；而當(dāng)時(shí)，內(nèi)孔對(duì)主軸剛度幾乎無影響，可忽略不計(jì)，所以常取孔徑的極限值為：此時(shí)，剛度削弱小于。加工中心主軸前軸頸直徑按主電動(dòng)機(jī)功率來確定，由《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》查得。 主軸主要參數(shù)示意圖 （1） 主軸軸徑的確定主軸軸徑通常指主軸前軸頸的直徑，其對(duì)于主軸部件剛度影響較大。該系列可應(yīng)用在各種類型的數(shù)控機(jī)床上。3 主軸組件的主運(yùn)動(dòng)部件 主軸電動(dòng)機(jī)的選用 主電機(jī)功率估算 由畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書知主軸功率5kw主電機(jī)功率 式中：——機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)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(shí)能緊緊地固定在主軸上，在換刀時(shí)能輕松地卸載。其耐磨性好、磨損小，低速運(yùn)行時(shí)無爬行、無振動(dòng)，能夠很好地確保Z軸的進(jìn)給精度。而同步帶傳動(dòng)則避免了這些狀況，并且傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比等都能符合課題的要求，故在本課題的主軸傳動(dòng)方式中選擇同步帶傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)時(shí)的線速度可達(dá)（有時(shí)允許達(dá)），傳動(dòng)功率可達(dá)，傳動(dòng)比可達(dá)（有時(shí)允許達(dá)），傳動(dòng)效率可達(dá)。但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離過大的場(chǎng)合。 機(jī)械系統(tǒng)方案的確定 主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)于現(xiàn)在的機(jī)床主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來說，主要分為齒輪傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)。2 方案擬定 加工中心主軸組件的組成主軸組件是由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動(dòng)件和密封件等組成的。溫升和熱變形溫升會(huì)引起機(jī)床部件熱變形，使主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給的相對(duì)位置發(fā)生變化，影響加工精度。剛度不足時(shí)，不僅影響加工精度和表面質(zhì)量，還容易引起振動(dòng)，惡化傳動(dòng)件和軸承的工作條件。圓盤式刀庫：10個(gè)刀位，換刀時(shí)間為6秒 課題擬解決的關(guān)鍵問題各類機(jī)床對(duì)其主軸組件和進(jìn)給組件的要求，主要是精度問題，就是要保證機(jī)床在一定的載荷與轉(zhuǎn)速下，組件能帶動(dòng)工件或刀具精確地、穩(wěn)定地繞其軸心旋轉(zhuǎn)，并長(zhǎng)期地保持這一性能。 立式加工中心的研究進(jìn)展 立式加工中心結(jié)構(gòu)圖1切削箱 2X軸伺服電機(jī) 3Z軸伺服電機(jī) 4主軸電機(jī)5主軸箱 6刀庫 7數(shù)控柜 8操縱面板9驅(qū)動(dòng)電柜 10工作臺(tái) 11滑座 12立柱13床身 14冷卻水箱 15間歇潤(rùn)滑油箱 16機(jī)械手典型加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有基礎(chǔ)支承件、加工中心主軸系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、工作臺(tái)交換系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、刀庫及自動(dòng)換刀裝置以及其他機(jī)械功能部件組成。在換刀速度方面，國(guó)內(nèi)機(jī)床多在，無法與國(guó)際水平相比。此外，為適應(yīng)未來加工精度提高的要求，國(guó)外不少
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