【正文】 軸頸直徑D越大，與之相配的軸承等零件的尺寸越大，要達(dá)到相同的公差則制造越困難，重量也增加。 內(nèi)錐孔內(nèi)錐孔是安裝刀具或頂尖的定位基面。主軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面幾何形狀誤差和表面粗糙度，關(guān)系到接觸剛度，零件接觸表面形狀愈準(zhǔn)確、表面粗糙度愈低，則受力后的接觸變形愈小，亦即接觸剛度愈高。主軸的剛度與材料的彈性模量E值有關(guān)，鋼的E值較大（10N/cm左右），所以，主軸材料首先考慮用鋼料。 主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定主軸的結(jié)構(gòu)主要決定于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動(dòng)件、軸承和密封裝置等的類型、數(shù)目、位置和安裝定位的方法，同時(shí)還要考慮主軸加工和裝配的工藝性，一般在機(jī)床主軸上裝有較多的零件，為了滿足剛度要求和能得到足夠的止推面以及便于裝配，常把主軸設(shè)計(jì)成階梯軸，即軸徑從前軸頸起向后依次遞減。 適應(yīng)結(jié)構(gòu)的要求當(dāng)要求主軸組件在性能上有較高的剛度和一定的承載能力，而在結(jié)構(gòu)上徑向尺寸要緊湊時(shí)，則可在一個(gè)支承（尤其是前支承）中配置兩個(gè)或兩個(gè)以上的軸承。低速時(shí)形不成油漠，無(wú)承載能力適應(yīng)于各種轉(zhuǎn)速摩擦功耗一般較小，潤(rùn)滑調(diào)整不當(dāng)時(shí)則較大f=～較小f=～本身功耗小，但有相當(dāng)大的泵功耗f=～噪 聲較大無(wú)噪聲本身無(wú)噪聲，泵有噪聲壽 命受疲勞強(qiáng)度限制在不頻繁啟動(dòng)時(shí)，壽命較長(zhǎng)本身壽命無(wú)限，但供油系統(tǒng)的壽命有限 適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求由于結(jié)構(gòu)和制造方面的原因，不同型號(hào)和規(guī)格的軸承所允許的最高轉(zhuǎn)速是不同的。徑向載荷較大時(shí)，可選用滾子軸承；較小時(shí)，可選用球軸承。主軸在切削力和傳動(dòng)力的作用下，應(yīng)有可靠的徑向和軸向定位，使主軸在工作時(shí)受到的切削力和傳動(dòng)力通過(guò)軸承可靠地傳至箱體等基礎(chǔ)零件上。熱變形應(yīng)以主軸組件運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后各部分位置的變化來(lái)度量。對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的試驗(yàn)表明，切削自振頻率往往接近于主軸組件彎曲振動(dòng)的低階固有頻率。根據(jù)所設(shè)計(jì)的機(jī)床加工表面粗糙度的要求，確定主軸前端的允許振幅，然后計(jì)算或測(cè)定主軸組件在各種動(dòng)態(tài)干擾力的作用下，其前端的振幅，并同允許值比較，評(píng)價(jià)是否滿足要求。圖22 主軸組件靜剛度主軸組件的剛度是綜合剛度，影響主軸組件剛度的因素很多，主要有：主軸的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承的類型及其配置型式、軸承的間隙大小、傳動(dòng)件的布置方式、主軸組件的制造與裝配質(zhì)量等。 主軸的基本要求 旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指主軸在手動(dòng)或低速、空載時(shí)，主軸前端定位面的徑向跳動(dòng)△r、端面跳動(dòng)△a和軸向竄動(dòng)值△o。計(jì)算銑削工件時(shí)的切削力F=aaZd式中：a—銑削寬度，a=90mma—銑削深度，由于是一次銑削就能達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸，則銑削深度為工件加工余量，即a=。若生產(chǎn)率要求不高，可以取很小的每齒走刀量，一次銑削4～5mm的余量達(dá)到R=。相應(yīng)的表面成形運(yùn)動(dòng)為：?jiǎn)沃鬏S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)為：主軸軸向調(diào)整運(yùn)動(dòng)。對(duì)于VF6/7型空壓機(jī)減荷閥體，用車床進(jìn)行車削加工時(shí)，由于減荷閥體外形復(fù)雜，且為殼類零件，不宜裝夾在車床主軸上進(jìn)行加工，裝夾穩(wěn)定性也不高；用刨床進(jìn)行刨削加工時(shí)，機(jī)床需要兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床和刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝夾在工件臺(tái)上快速，穩(wěn)固，但生產(chǎn)率低，加工精度也達(dá)不到工件要求；用端銑刀進(jìn)行銑削加工時(shí)，生產(chǎn)率不僅提高了，也能滿足工件所要求的加工精度，且裝夾快速，方便。因此，在擬定總體方案的過(guò)程中，必須全面地、周密地考慮，使所定方案技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。加工部位的加工要求如下：(1)被加工表面的粗糙度均為R10；(2)被加工表面的相互位置精度為：平面1～2之間的距離為225mm；平面1～。合理的總體布局的基本要求有：(1)保證工藝方法所要求的工件與刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系；(2)保證機(jī)床具有足夠的加工精度和相適應(yīng)的剛度和抗振性；(3)便于操縱、調(diào)整、維修，便于輸送、裝卸工件和排屑等；(4)節(jié)省材料，占地面積小，即經(jīng)濟(jì)效果好；(5)造型美觀。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》～,(此為雙邊加工)。 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍、進(jìn)給量范圍、進(jìn)給量數(shù)列以及空行程速度等。 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》第41頁(yè)，可知：進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率取決于進(jìn)給的有效功率和傳動(dòng)件的機(jī)械效率，即：N=式中：N—進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率(KW) Q —進(jìn)給抗力(N) V—進(jìn)給速度(m/min)η—進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總機(jī)械效率(～)粗略計(jì)算時(shí)，可根據(jù)進(jìn)給傳動(dòng)與主傳動(dòng)所需功率之比值來(lái)估算進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度取決于部件中各主要件（如主軸、軸承及支承座孔等）的制造精度和裝配、調(diào)整精度；運(yùn)動(dòng)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能和潤(rùn)滑以及主軸部件的動(dòng)態(tài)特性。如果主軸組件的抗振性差，工作時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響工件的表面質(zhì)量，降低刀具的耐用度和主軸軸承的壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪聲影響工作環(huán)境。此外，主軸組件的低階固有頻率與振型也是其抗振性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于粗加工機(jī)床，切削寬度大，切削自振的可能性大，但加工表面質(zhì)量要求不高，可主要考慮不產(chǎn)生顫振的條件。目前，對(duì)各種類型機(jī)床連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下的允許溫升都有一定的規(guī)定。在保證好用的基礎(chǔ)上，盡可能地做到好造、好裝、好拆及好修，并盡可能降低主軸組件的成本。一般來(lái)說(shuō)，前支承的剛度，應(yīng)比后支承的大。在承受軸向載荷的軸承當(dāng)中，向心推力軸承的極限轉(zhuǎn)速最高；推力球軸承的次之；圓錐滾子軸承的最低，但承載能力與上述次序相反。例如，在能夠滿足要求的情況下，一般采用已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，且大批量生產(chǎn)的滾動(dòng)軸承較為經(jīng)濟(jì)，但對(duì)于一些大型、重型機(jī)床的主軸組件，當(dāng)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的大型號(hào)滾動(dòng)軸承時(shí)，可采用動(dòng)壓軸承或靜壓軸承。主軸端部系指主軸前端。當(dāng)主軸軸承采用滾動(dòng)軸承時(shí)，軸頸可不淬硬，但為了提高接觸剛度，防止敲碰損傷軸頸的配合表面，不少45鋼主軸軸頸仍進(jìn)行高頻淬火（HRC48～54）.有關(guān)45鋼主軸熱處理情況如下表22所列：表22 使用滾動(dòng)軸承的45鋼主軸熱處理等參數(shù)工 作 條 件使 用 機(jī) 床材 料 牌 號(hào)熱 處 理硬 度常 用代 用輕中負(fù)載車、鉆、銑、磨床主軸4550調(diào)質(zhì)HB220～250輕中負(fù)載局部要求高硬度磨床的砂輪軸4550高頻淬火HRC52～58輕中負(fù)載PV≤400（N支承軸頸是主軸的工作基面、工藝基面和測(cè)量基面。錐孔與軸承軸頸的同軸度，一般以錐孔端部及其相距100～300毫米處對(duì)軸頸的徑向跳動(dòng)表示；其形狀誤差用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)錐著色檢查的接觸面積大小來(lái)檢驗(yàn)，此乃綜合指標(biāo)；還要求一定的表面粗糙度和硬度等。查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》第157頁(yè)表512中，幾種常見(jiàn)的通用機(jī)床鋼質(zhì)主軸前軸頸的直徑D，可供參考，如下表23所示：已知主電機(jī)功率P=4KW，機(jī)床類型是銑床，查上表中對(duì)應(yīng)項(xiàng)，初取D=80。一般，主軸內(nèi)孔直徑受到主軸后軸頸的直徑所限制。初算時(shí)，可查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》第158頁(yè)表514，如下表24所示：表24 主軸的懸伸量與直徑之比類 型機(jī) 床 和 主 軸 的 類 型a/ DⅠ通用和精密車床，自動(dòng)車床和短主軸端銑床，用滾動(dòng)軸承支承，適用于高精度和普通精度要求～Ⅱ中等長(zhǎng)度和較長(zhǎng)主軸端的車床和銑床，懸伸量不太長(zhǎng)（不是細(xì)長(zhǎng)）的精密鏜床和內(nèi)圓磨，用滾動(dòng)和滑動(dòng)軸承支承，適用于絕大部分普通生產(chǎn)的要求～Ⅲ孔加工機(jī)床，專用加工細(xì)長(zhǎng)深孔的機(jī)床，由加工技術(shù)決定需要有長(zhǎng)的懸伸刀桿或主軸可移動(dòng)，由于切削較重而不適用于有高精度要求的機(jī)床根據(jù)上表所列，所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床屬于Ⅱ型，所以取a/ ～，即：a=（～）D=（～）80=100～200初取a=120。 主軸結(jié)構(gòu)圖根據(jù)以上的分析計(jì)算，可初步得出主軸的結(jié)構(gòu)如圖27所示： 主軸組件的驗(yàn)算主軸在工作中的受力情況嚴(yán)重，而允許的變形則很微小，決定主軸尺寸的基本因素是所允許的變形的大小，因此主軸的計(jì)算主要是剛度的驗(yàn)算，與一般軸著重于強(qiáng)度的情況不一樣。(2) 主軸的撓度查《材料力學(xué)I》，對(duì)圖29作更進(jìn)一步的分析，如下圖210所示：根據(jù)圖210，可得此時(shí)的最大撓度=其中，F(xiàn)—主軸前端受力。根據(jù)圖210，可得此時(shí)的最大傾角=其中，F(xiàn)—主軸前端受力。 主軸組件的潤(rùn)滑和密封 主軸軸承的潤(rùn)滑潤(rùn)滑的作用是降低摩擦，減小溫升，并與密封裝置在一起，保護(hù)軸承不受外物的磨損和防止腐蝕。 主軸組件的密封密封對(duì)主軸組件的工作性能與潤(rùn)滑影響也較大。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》第87頁(yè)表717，可得此次選用的迷宮式密封裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖211所示：圖211 迷宮式密封裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)其中，d=80，D=130，e=1 主軸組件中相關(guān)部件 軸肩擋圈前支承雙列向心短圓柱滾子軸承和推力球軸承之間所用的擋圈，可查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》第56頁(yè)表51，可得此次選用的擋圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖212所示：圖212 軸肩擋圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)其中，D=95，d=80，H=6 擋圈兩推力球之間用的擋圈為非標(biāo)準(zhǔn)件，徑向尺寸依主軸套筒尺寸而定，軸向尺寸可初取為6mm。絲杠主要承受軸向力，故采用兩推力球軸承作為絲杠的支承，螺母支承的軸和主軸套筒上的孔相配合，實(shí)現(xiàn)主軸的軸向調(diào)節(jié)。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》，可知其精度等級(jí)范圍取8～10級(jí)即可。=arc tg h/R≈176。但是，為了滿足體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、效率高及質(zhì)量好的要求，需對(duì)箱體做進(jìn)一步的分析和設(shè)計(jì)：第一，箱體的頂部，為了安裝、調(diào)試和維修軸向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)方便，需設(shè)置一箱體蓋，用四顆螺釘聯(lián)接在箱體上。 我綜合運(yùn)用專業(yè)課程和技術(shù)基礎(chǔ)課程的基本知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際來(lái)進(jìn)行分析，解決實(shí)際工程中的問(wèn)題，完成了銑削組合機(jī)床及主軸組件的設(shè)計(jì)。