【正文】 觸，比較容易磨損，使得使用壽命較短；而高剛度型雖然具有很高的承載能力，但是不能滿足機(jī)床的高速運(yùn)轉(zhuǎn) 要求。軸承的密封分為接觸式和非接觸式兩種，在這里我們可以選用非接觸式。 可以知道該電機(jī)的額定功率為 ，轉(zhuǎn)速為 400r/min。但是主軸直徑并不是越大越好，因?yàn)橹睆皆酱螅c之相配的軸承等零件的尺寸就越大，這樣一來，達(dá)到相通公差得制造就越困難。主軸前端懸伸量一般取決于軸的形狀與尺寸，因此可以按標(biāo)準(zhǔn)選取。 下面是對(duì)合理跨距選擇的推薦值，可用作參考： 15~4 DL ）（合理 ? aL ）（合理 5~3? ，用于懸伸長(zhǎng)度較小時(shí) aL ）（合理 2~1? ，用于懸伸長(zhǎng)度較大時(shí) 根據(jù)此次設(shè)計(jì)，選定 aL ? ，即 ???L XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 主軸的受力分析 主軸主要受切削力、支承反力、自重 P 、同步帶的壓軸力和扭矩 QM 的作用。 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 本設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng) 循環(huán)變應(yīng)力，所以 ? 可以取 ,即 ? ? ? ? 3434 ???? ??? DW 帶入式（ ）中： ? ?122 )( ?? ?????ca 故主軸符合強(qiáng)度要求。 鍵聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度計(jì)算 由于鍵和軸上聯(lián)結(jié)件的都是在較大的載荷下工作，所以我們需要都鍵聯(lián)結(jié)進(jìn)行強(qiáng)度校核。 根據(jù)已經(jīng)得到 的數(shù)據(jù)，將各個(gè)力進(jìn)行合成，得 : NFFF AyAxA 2 71 9 422 ??? , NFFF ByBxB 1 3 03 822 ??? 圖 主軸軸承布局 圖 52 為主軸軸承的布局，對(duì)其進(jìn)行的編號(hào)，是為了對(duì)應(yīng)圖 ， A 支承主要通過雙列XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 30 圓柱滾子軸承實(shí)現(xiàn)主軸支承， B 支承主要是三個(gè) 60186。 可以查得 ~?pf ，取 ?pf ，帶入上式（ ）可以求得 ? ? 8 6 5 1 . 1 )( ??????? ard FFfP 根據(jù)表 51，已知 hLh 2500039。這種車銑復(fù)合加工試驗(yàn)裝置目的在于安裝在普通銑床上，使普通銑床可以實(shí)現(xiàn)車銑加工的過程。首先，我深深的感受到機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)的浩海無涯，以及自己知識(shí)的匱乏。主要涉及到了機(jī)床主軸進(jìn)給系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 代入式（ ）求得 NC ? 。之前主軸軸承內(nèi)孔直徑已知為 220mm，選擇 7028AC/DF型號(hào)成對(duì)安裝角接觸球軸承和7028AC 單列角接觸球軸承。如果軸承產(chǎn)生了點(diǎn)蝕破壞后，會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)、噪聲和發(fā)熱。? 的值，通過《機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》可知： 精密機(jī)械傳動(dòng)軸： m/)~(][ 39。因此要 進(jìn)行軸的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的校核。 主軸跨距是決定主軸系統(tǒng)動(dòng)靜剛度的重要影響因素，目的是找出在切削力作用下，主軸前端的柔度值最小的跨距稱為最優(yōu)跨距。主軸內(nèi)孔直徑的選取目的是為了減輕主軸的重量，但是它的取值應(yīng)該在一定的范圍內(nèi)，這樣才能滿足主軸剛度和強(qiáng)度要求。 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 4 主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 主軸所受外力的計(jì)算 切削力的計(jì)算 設(shè)加工工件的材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，選用刀具材料為硬質(zhì)合金；刀具的幾何參數(shù)為：主偏角 ??45rK 、刃傾角 ??10s? 、前角 ??100? ；切削用量：背吃刀量 a=6mm、進(jìn)給量f=、切削速度切削速度 V=200m/min（ n=212r/min）。 代入式（ ），扭矩應(yīng)滿足： m632NT ?? 因此我們可以根據(jù)下表西門子伺服電機(jī)相關(guān)參數(shù)，選取伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)。 潤滑的作用就是在摩擦面之間加入潤滑劑，降低消耗和磨損，并降低溫度。軸向負(fù)載可以由前支承的雙向角接觸球軸承進(jìn)行平衡。 （ 2）彈性模量大、硬度高。一般成對(duì)使用，可以分裝于兩個(gè)支點(diǎn)或同裝于一個(gè)支點(diǎn)上。 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 軸承名稱 類型及代號(hào) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 基本額定動(dòng)載荷比＊ 極限轉(zhuǎn)速比＊＊ 允許偏位角 主要特性及應(yīng)用 深溝球軸承 60000 1 高 8′～ 16′ 主要承受徑向載荷，同時(shí)也能承受少量的軸向載荷。因系線接觸，承載能力大于 7 類軸承。 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 表 21 常用的各類滾動(dòng)軸承的性能及特點(diǎn) 軸承名稱 類型及代號(hào) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 基本額定動(dòng)載荷比＊ 極限轉(zhuǎn)速比＊＊ 允許偏位角 主要特性及應(yīng)用 調(diào)心球軸承 10000 ～ 中 2176。 主軸支承分徑向和軸向支承。并且這種鍵對(duì)中性好，裝卸方便，所以也應(yīng)用最為廣泛 。 此外，還有一些特殊用途的軸。階梯軸的各截面直徑并不同，加式制造較為復(fù)雜。曲軸是往復(fù)式機(jī)械中的專用零件，用來將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。比如軸在機(jī)器上的安裝位置和要求，定位和固定形式；軸的受力情況，軸上零件的布置，軸承的類型和尺寸等。所以合金鋼一般用來制造有特殊要求或者性能要求較高的軸，如那些處于高溫、低溫或腐蝕介質(zhì)中工作的軸，即飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的軸、精密機(jī)床的軸、礦山井下的軸、酸堿介質(zhì)中工作的軸等等。而且作為鋼材，碳素鋼的可加工性能好，可以進(jìn)行化學(xué)處理和熱處理。還需要滿足強(qiáng)度和剛度要求，因?yàn)楦咚龠\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)床的 軸要承受多種載荷的作用（主要是彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊等），所以要求軸具有抵抗各種載荷的能力。同步帶的平帶層輕薄，主要依靠平帶上的齒來傳遞運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)具有獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)編碼器，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的角誤差進(jìn)行記錄和反饋。 課題研究的內(nèi)容和目的 目前，銑削過程中 都是在車銑 加工中心機(jī)床完成，其價(jià)格高，生產(chǎn)成本 也 高。 此外還有南京數(shù)控機(jī)床有限公司的五軸車磨復(fù)合加工機(jī)床 N 一 094，采用五軸三聯(lián)動(dòng)，工件僅需一次裝夾就可以完成內(nèi)孔、端面、外圓三個(gè)部位的磨削這三道工序，大幅度提高了加工精度和加工效率。而這些差距主要體現(xiàn)在，國外主軸轉(zhuǎn)速到達(dá)了 30000r/min,而中國只有差不多 12020r/min。這些機(jī)床，數(shù)量和種類不斷增多，精度也越來越高，顯示出車銑加工中心正在朝著“三高”、“三化”（即高速、高精、高效及柔性化、智能化、模塊化）的方向發(fā)展。 繼三軸、四軸車削加工 中心成功的推向國際市場(chǎng)之后，二十世紀(jì)九十年代，國外的高性能的數(shù)控五軸車銑復(fù)合加工機(jī)床被研發(fā)。 車銑復(fù)合設(shè)備既提高了制造工藝的有效性，還由于在制造過程中僅僅只需裝夾一次，這就更加保證了加工的精度，同時(shí)大大剪短了生產(chǎn)鏈。復(fù)合工藝和復(fù)合類型的基本點(diǎn)，是機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展和追求，致力于僅用一個(gè)裝卡就完成零件的加工和制造。目前，銑削過程中 都是在車銑 加工中心機(jī) 床完成，其價(jià)格高，生產(chǎn)成本 也 高。 此裝置 具有易加工，零件組裝方便， 便于 固定， 準(zhǔn)確 和方便的速度 調(diào)配 和 可靠 的軸承 潤滑密封等特點(diǎn) 。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 XXX學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解 XXX 關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸 XXX所擁有。 本畢業(yè)設(shè)計(jì) 擬 制訂一個(gè) 車銑復(fù)合加工試驗(yàn)裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 ，并 進(jìn)行零部件的三維建模和裝配 。本畢業(yè)設(shè)計(jì) 對(duì) 這個(gè)問題 加以研究設(shè)計(jì) ，即 一個(gè) 車銑加工 固定工件的輔助裝置的設(shè)計(jì)，該裝置安裝在普通銑床，能使普通銑床實(shí)現(xiàn)車銑 加工。這是當(dāng)今制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。并且此時(shí)，一個(gè)加工任務(wù)只要一個(gè)加工步驟，僅要一個(gè)工作崗位即可完成，使得生產(chǎn)管理和計(jì)劃調(diào)度得以簡(jiǎn)化，同時(shí)加工透明度得以提升，無需復(fù)雜的計(jì)劃， 車銑系統(tǒng)就可以解決問題并將之優(yōu)化。這次為了高精度回轉(zhuǎn)的零件的切削而設(shè)計(jì)的車銑復(fù)合加工機(jī)床，特別適用于類似于軍工，航空航天等高精密產(chǎn)業(yè)的需求。隨著數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的商業(yè)化，對(duì)于數(shù)控機(jī)床的研究水平也更高，各廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈，導(dǎo)致了機(jī)床的性價(jià)比有利于消費(fèi)者。國外的最大進(jìn)給速度 能夠在 50m/min 以上，而國內(nèi)的只能保持在 30m/min左右；國外的車銑加工中心車削主軸采用了高速的電主軸，而國內(nèi)還在采用功率小，轉(zhuǎn)速低的伺服電動(dòng)機(jī)；并且動(dòng)力刀架，伺服電機(jī)，液壓元件，高精密軸承等均采用進(jìn)口，且依賴嚴(yán)重。 作為國內(nèi)的車床企業(yè)的研究和發(fā)展而言，要想擺脫國外對(duì)各種數(shù)控機(jī)床技術(shù)的壟斷 ,進(jìn)一步完善和深化加工技術(shù)顯得日益迫切。本畢業(yè)設(shè)計(jì) 對(duì) 這個(gè)問題 加以研究設(shè)計(jì) ， 即 一個(gè) 車銑加工 固定工件的輔助裝置的設(shè)計(jì)，該裝置 能夠安裝在普通銑床 上 ， 讓 普通銑床實(shí)現(xiàn) 車銑 加工。而伺服電機(jī)中還具有伺服控制器，可以對(duì)誤差進(jìn)行修補(bǔ)，保證了伺服電動(dòng)機(jī)的可 靠性。因 為帶齒是經(jīng)過精確加工的模具壓鑄而出的，所以帶齒的節(jié)距與齒輪的齒距相類似，具有一定的節(jié)距精度，這樣便能達(dá)到傳動(dòng)同步，故稱之同步帶傳動(dòng)。當(dāng)傳動(dòng)軸載荷又大、轉(zhuǎn)速又高時(shí)，傳動(dòng)軸還承受著變焦應(yīng)力。由于碳素鋼的的性能較好，所以他的應(yīng)用也較為廣泛，一般的機(jī)器，多選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造。 在普通環(huán)境的溫度下，兩種鋼材的彈性模量并沒有顯著差別。由于這些因素的影響，所以使得軸與軸之間的區(qū)別較大。 按工作時(shí)的受載情況不同，軸可分為以下的三種類型。但是方便于工作于軸上工件的裝拆，固定和定位，并且各軸段強(qiáng)度相近。如由緊貼在一起的幾層鋼線層構(gòu)成的鋼線軟軸，可以靈活的 把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩傳遞至所有位置。但是這種鍵不能受軸向力，因此不能軸向固定。角接觸軸承（包括角接觸球軸承和圓錐滾子軸承）兼起徑向和軸向支承的作用?！?3176。內(nèi)、外圈可以分離，裝拆方便，一般成對(duì)使用。當(dāng)轉(zhuǎn)速很高而軸向載荷不太大時(shí)，可代替推力球軸承承受純軸向載荷。 圓柱滾子軸承 N0000 ～ 3 較高 2′～ 4′ 外圈（或內(nèi)圈）可以分離，故不能承受軸向載荷。 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 （ 3）膨脹系數(shù)小。這種方案具有很高的剛度，使用壽命相對(duì)長(zhǎng)，適合 對(duì)剛度、承載能力和精度要求較高的機(jī)床。滾動(dòng)軸承有脂潤滑和油潤滑，而主軸滑動(dòng)軸承的軸承的潤滑，采用潤滑油潤滑。 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 圖 31 西門子 伺服電機(jī)相關(guān)型號(hào)參數(shù) 選取電機(jī)型號(hào)為 :1PH72242NB030CA0(SIEMENS) 額定速度 400r/min,額定功率 ,額定轉(zhuǎn)矩 725 mN? 。 主切削力 cF FCnCyxpFC KVfaCF FCFCFC ?????c 式（ ） 背向力 PF FPnCyxpFP KVfaCF FOFOFO ?????P 式（ ） 進(jìn)給力 fF FfnCyxpFf KVfaCF FfFfFf ?????f 式（ ） 圖 41 切削力計(jì)算公式 查上表得，式（ ）（ ）（ ）部分?jǐn)?shù)據(jù) 270c ?FC ， ?Pcx ， ?Fcy ， ??F XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 199p ?FC ， ?Fpx ， ?Fpy ， ??Fpn 294?PfC ， ?Ffx ， ?Ffy ， ??Ffn 然而上述式中， 切削力的修正系數(shù) cFK ， FpK ， FfK 并不知道，通過下表的查閱計(jì)算， 圖 42 鋼和鑄鐵的強(qiáng)度改變時(shí)切削力的修正系數(shù) mfK 可得： ?FK ， ?FpK ， ?FfK 綜上所述，可以求出 式（ ） 主切削力 ?F N 式 （ ） 背向力 ?PF N 式 （ ） 進(jìn)給力 ?fF N 同步帶壓軸力的計(jì)算 同步帶的壓軸力：同步帶作用在同步帶軸上的力，是松邊拉力和緊邊拉力的矢量和，如下圖所示 XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 圖 43 同步帶壓軸力示意圖 據(jù)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn) JB/ 壓軸力 Q 計(jì)算如下所示： )( 21 FFKQ F ?? (N) 式（ ） 式中 FK 為矢量相加修正系數(shù)，如下圖 44所示 圖 44 矢量相加修正系數(shù) FK 式中 V是帶速， V=緊邊拉力 VPF d /12501 ? N 松邊拉力 VPF d /2502 ? N 由同步帶的選型和計(jì)算可知， dP 是設(shè)計(jì)功率 kwPKP mA ?? 式中 V是帶速， V=帶入式（ ），得同步帶的壓軸力為： ????? V PKKQ AF N XXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條來計(jì)算軸的最小直徑 ][ 5 5 0 0 0 03 TTT dnPWT ?? ??? 式（ ） 式中 T? —— 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， M pa； T —— 所受到的扭矩， N并且應(yīng)滿足對(duì)空心主軸孔徑要求，和最小壁厚要求下取最大值的原則。因此，支承跨距越小，彎曲變形越小，主軸自身剛度越大。校核軸的扭轉(zhuǎn)剛度，就是計(jì)算出軸在受力情況下，每米長(zhǎng)度的軸的扭轉(zhuǎn)角 ? 。 ??? 一般傳動(dòng)軸： m/)1~(][ 39。 我們不難看出，本次設(shè)計(jì)的機(jī)床可以看成每