【文章內(nèi)容簡介】 計算轉(zhuǎn)速如下： 軸序號 電 １ 2 3 主 計算轉(zhuǎn)速（ r/min） 1450 1000 500 177 125 最小齒輪的計算轉(zhuǎn)如下： 軸序號及最小齒輪齒數(shù) 1（ 19） 2(30) 3(27) 主 (53) 計算轉(zhuǎn)速 （ r/min） 1000 500 180 125 計算各傳動軸的輸出功率 1 4. 0 0. 96 0. 99 3. 80 ( )brp p n n k w? ? ? ? ? ? ?額 21 3. 80 0. 97 0. 99 3. 65 ( )grp p n n k w? ? ? ? ? ? ? 32 3. 65 0. 97 0. 99 3. 51 ( )grp p n n k w? ? ? ? ? ? ? 3 3. 51 0. 97 0. 99 3. 37 ( )grp p n n k w? ? ? ? ? ? ?主 普通臥式升降臺銑床主軸變速箱設(shè)計 10 計算各傳動軸的扭矩 119 5 5 0 3 6 4 8 5jPn??1T（ ） 229 5 5 0 6 8 9 7 2jPn??2T（ ） 339 5 5 0 1 8 8 7 6 5jPn??3T（ ） 9 5 5 0 2 5 7 3 4 5jPn??主主主T （ ） 其他 軸徑設(shè)計 1） 先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫草圖后再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)尺寸演算彎曲強(qiáng)度 軸一 ： 1 kw? ， 1 1000 / minjnr? ， 取 ? 。【 】 ＝ 帶入公式： 491[]j Pd n? ??有 ， mm? ,圓整取 25d mm? 。 軸二 ： 2 kw? ， 2 500 / minjnr? ， 取 ? ?！?】 ＝ 帶入公式 ： 491[]j Pd n? ??有 ， mm? ,圓整取 30d mm? 。 軸三 ： 3 kw? ， 3 177 / minjnr? ， 取 ? 。【 】 ＝ 帶入公式 ： 491[]j Pd n? ??有 ， mm? ,圓整取 35d mm? 。 主軸組件設(shè)計 主軸組件主要包括：主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動件、密封件等，因為主軸帶動工件或刀具直接參加工件表面形成運(yùn)動，所以它的工作性能對加工質(zhì)量和生產(chǎn)率產(chǎn)生直接影響，是機(jī)床最重要的部件之一。 1） 主軸組件的設(shè)計要求： 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 主 要體現(xiàn)在如下方面： ① 回轉(zhuǎn)精度： 主軸組件的回轉(zhuǎn)精度 ,是指主軸的回轉(zhuǎn)精度。當(dāng)主軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，線速度為零的點(diǎn)的連線稱為主軸的得回轉(zhuǎn)中心線?；剞D(zhuǎn)中心線的空間位置，每一瞬間都是變化的，這些瞬間回轉(zhuǎn)中心線的平均空單位轉(zhuǎn)移不為理想回轉(zhuǎn)中心線。瞬時回轉(zhuǎn)中心線相對于理想回轉(zhuǎn)中心線在空間位置的距離，就是主軸的回轉(zhuǎn)誤差，而回轉(zhuǎn)誤差的范圍，就是主軸的回轉(zhuǎn)精度。純徑轉(zhuǎn)誤差、角度誤差和軸向誤差，它們很少單獨(dú)存在。當(dāng)徑向誤差和角度誤差同時存在構(gòu)成徑向跳動，而軸向誤差和角度誤差同時存在構(gòu)成端面跳動。由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是一 個空間旋轉(zhuǎn)矢量，它并不是在所有的情況下都表示為被加工工件所得的加工形狀。主軸回轉(zhuǎn)精度的測量，一般分為三種靜態(tài)測量、動態(tài)測量和間接測量。目前我國在生產(chǎn)中沿著傳統(tǒng)的靜態(tài)測量法，用一個精密的檢測棒插入主軸錐孔中千分表觸頭觸及檢測棒圓柱表面，以低速轉(zhuǎn)動主軸進(jìn)行測量。千分表最大和最小的讀數(shù)差既認(rèn)為是主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差。端面誤差一般以包括主軸所在平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系的垂直度，數(shù)據(jù)綜合表示。動態(tài)測量是用一標(biāo)準(zhǔn)球裝在主軸中心線上，與主軸中心線上，與主軸同時旋轉(zhuǎn)；在主軸同時旋轉(zhuǎn)；在工作臺上安裝兩個互成 90 度角的非接觸傳感器，通 過儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。間接測量是用小的切削量用小的切削量回工 有色金屬試件，然后在圓度儀上測量試件的圓度來評價。出廠時，普通級加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測量法測量，當(dāng) L=300mm時允許誤差應(yīng)小于 ㎜。造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因主要是由于主軸的結(jié)構(gòu)及其加工精度、主軸軸承的選用及剛度等，而主軸及其回轉(zhuǎn)零件的不平衡 ，在回轉(zhuǎn)時引起的激振力，也會造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差。因此加工中心的主軸不平衡量要控制在 ㎜ /s 以下。 ② 、主軸剛度： 主軸組件的剛度是指受外力作用時，主軸組件抵抗變形的能力。通常抵以主軸前端產(chǎn)生單位位移時 ，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。主軸組件的剛度越大，主軸受力的變形就越小。主軸組件的剛度不足，在切削力及其他力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形，不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會破壞齒輪、軸承的正常工作條件，使其加快磨損，降低精度。主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸、支撐跨距、所選軸承類型及配置形勢、砂間隙的調(diào)整、主軸上傳動元件的位置等有關(guān)。 ③ 、主軸抗振性： 主軸組件的抗振性是指切削加工時，主軸保持平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的能力。主軸組件抗振性及在必要時安裝阻尼（消振）器。另外，使主軸固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振力的 頻率。 ④ 、主軸溫升： 主軸組件在運(yùn)轉(zhuǎn)中，溫升過高會起兩方面的不良結(jié)果：一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機(jī)床其他件的相對位置會有變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生：“抱軸”。數(shù)控機(jī)床在解決溫升問題時，一般采用恒溫主軸箱。 ⑤ 、主軸的耐磨性： 主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工普通臥式升降臺銑床主軸變速箱設(shè)計 12 件的安裝部位以及移動式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬硬，或者經(jīng) 過氮化處理，以提高硬度增加耐磨性。主軸軸承也需要有良好的潤滑，提高其耐磨性。 以上這些要求，有的還是矛盾的，例如高剛度和高速，高速和高精度等，這就要具體問題具體分析，例如設(shè)計高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件的主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求；設(shè)計高精度數(shù)控機(jī)床時，主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求。同時，主軸結(jié)構(gòu)要保證個部件定位可靠，工藝性能好等要求。 ⑥ 、提高主軸組件抗振性的措施： 盡量縮短主軸前軸承結(jié)構(gòu)的長度 ， 適當(dāng)增大跨矩；盡量提高前軸承的剛度和阻尼；提高前軸承的精度，把推力軸承放在前支撐初可提高抗振性；對高速旋轉(zhuǎn)的零件 作靜、動平衡，提高齒輪、主軸的制造精度都可適當(dāng)減少強(qiáng)迫振動源；對于非連續(xù)切削過程的銑削，滾削等加裝飛輪可減少振動；應(yīng)用阻尼器消耗振動能量是有效的措施；考慮系統(tǒng)的固有頻率，避免共振。 2） 減少主軸組件熱變形的措施： 把熱源移至機(jī)床以外。 改善主傳動的潤滑條件。如進(jìn)行箱外循環(huán)潤滑，用低粘度的潤滑油、油霧潤滑等，特別注意前軸承的潤滑情況。采用冷卻散熱裝置。例如用熱管冷卻減少機(jī)床各部位的溫差 ,進(jìn)行熱補(bǔ)償。如可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計采用一些自動補(bǔ)償?shù)难b置設(shè)法使熱變形朝不影響加工精度的方向發(fā)展。還可以在工藝上減少熱變形的影響。如 先空運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間再加工。把粗、精加工分開等。 3） 主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計算： 主軸是主軸組件的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料、及其熱處理，對主軸組件的工作性能都有很大的影響。主軸結(jié)構(gòu)隨系統(tǒng)設(shè)計要求的不同而有各種形式。 主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支撐跨距。評價和考慮主軸的主要尺寸參數(shù)的依據(jù)使主軸的剛度、結(jié)構(gòu)工藝性和主軸組件的工藝適應(yīng)范圍。 主軸直徑 。 主軸直徑越大，其剛度越高，但使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應(yīng)增大。軸承的直徑越大，同等級精度軸承的公差值 也 越大，要保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度就越困難。同時極限轉(zhuǎn)數(shù)下降。主軸后端支撐軸頸的直徑可視為 ～ 的前支承軸頸值，實際尺寸要在主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計時確定。前、后軸頸的差值越小則主軸的 剛度越高，工藝性能也越好。 主軸內(nèi)孔直徑 。 主軸的內(nèi)孔用來安放棒料、刀具夾緊裝置固定刀具、傳動氣動或液動卡盤等。主軸孔徑越大，可通過的棒料直徑也越大，機(jī)床的適用范圍就越廣，同時主軸部件的相對重量也越輕。主軸孔徑的大小主要受主軸剛度的制約。主軸的孔徑與主軸的直徑之比，小于 時空心主軸的剛度幾乎與實心主軸的剛度相當(dāng)；等于 ， 空心主軸的剛度為實心主軸剛度的 90%；大于 時空心主軸的剛度急劇下降。一般可取其比值為 。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 根據(jù)設(shè)計要求，此設(shè)計選用的主軸材料是 45鋼。其熱處理及參數(shù)如下表 表 61 材料 熱處理 硬度（ HBS） 抗拉強(qiáng)度極限 屈服強(qiáng)度極限 σs 彎曲疲勞極限 σ1 剪切疲勞極限 τ1 許用彎曲應(yīng)力 [σ1] 45 調(diào)質(zhì)、滲氮 217～255 640 355 300 155 60 因為選用的主軸電機(jī)功率為 P=，額定轉(zhuǎn)速 nc=1500r/min 所以主軸功率 p=pc/η1η2η3= ??= kw 因為主軸是空心轉(zhuǎn)軸，所以 d1= 3122 )(???? TM .3 411?? 查表得3 411?? = 所以 d1== ㎜ 又因為此處軸上有一個鍵槽，所以 d1=d(1+5%)= ㎜ 取 d1=60 ㎜ 。d2=d1+2a,a 為軸肩高度，用于軸上零件的定位和固定，故 a 值應(yīng)該稍微大于轂孔的圓角半徑或倒角深，通常取 a≥（ ～ ） d1； d2 應(yīng)符合密封件的孔徑要求。 所以 d2=62mm d3=d2+5～ 8mm=73mm。 d4=d3+1～ 5mm=75mm。 d5=d4+1～ 5mm=79mm。 d6=d5+2a。 a≥(～ )d1 所以 d6=80mm。 根據(jù)選用的軸承確定 d7=98mm， 主軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核，危險截面安全系數(shù) s的校核計算： s=????22 ssss?≥[s] （式 63） ?s____________只考慮彎距作用的安全系數(shù)； s? ____________只考慮扭距作用是的安全系數(shù)； 普通臥式升降臺銑床主軸變速箱設(shè)計 14 [s] ____________許用安全系數(shù)； 在此查表所得 [s]=～ ； sσ=mk ?????????? ??1 mks ?????????? ??? ?1 查表得出 σ1=270Mpa τ1=155Mpa kσ= kτ= β= εσ= ετ=， ψσ=， ψτ=， σα= WM2 ， σm=σα M= )1(32 43 ?? ?d dd0?? Wp= )1(16 43 ?? ?d 所以： s=???? 22 ss ss ? =[s]=～ 所以主軸設(shè)計符合要求。 主軸的軸端結(jié)構(gòu) 主軸的軸端是用于安裝夾具和刀具。要求夾具和刀具在軸端定位精度高、定位好、裝卸方便，同時使主軸 的懸伸長度短。 銑床的主軸端部結(jié)構(gòu)，一般采用短圓錐法蘭盤式。 軸主要精度指標(biāo) 。 前支承軸承軸頸得同軸度約為 5181。m 左右；軸承軸頸需要按軸承內(nèi)孔 “實際尺寸 ”配合，并且需要保證配合過盈 1181。m～ 5181。m；錐孔與軸承軸頸得同軸度為 3181。m～ 5181。m，與錐面的接觸面積不小于 80%，且大端接觸較好；裝圓柱滾子軸承與軸承內(nèi)圈的接觸面積應(yīng) 該不小于85%。 主軸動態(tài)特性的改善 。 改善主軸動態(tài)特性的措施有以下幾個方面： 使主軸組件的固有頻率避開激振力的頻率 通常應(yīng)該使固有頻率高于激振力頻率的 30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎(chǔ)上（軸承）的剛度振動則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動，則應(yīng)提高主軸的剛度，如加粗直徑。激振力可能來自主軸組件的不平衡，這時激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以 π/30。也可能來自斷續(xù)切削，這時激振頻率還應(yīng)該乘以刀齒數(shù) z。 增大阻尼 如前面所述，低階模態(tài)常是主軸的剛體振動。這時主軸軸承，特別是前軸承的阻 尼對主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面，主軸又是水平的，可用滑動軸承。滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過大的預(yù)緊反而使阻尼減少，故選擇預(yù)緊時還應(yīng)該考慮阻尼的因素。 采用三支承 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 如主軸后端懸深很長，可增加輔助支承，成為三支承主軸。輔助支承可用深溝球軸承，保留游動間隙。輔助支承的作用，與其說是提高剛度，不如說是為了提高抗振性。 4） 主軸傳動裝置箱體的作用： 通過傳動軸承支撐傳動件的軸；存儲潤滑劑，實現(xiàn)傳動件和軸承的潤滑；密封作用，減少環(huán)境不良因素；保護(hù)機(jī)器操作者的人身安全，避免傷亡事故。 5） 主軸箱體的截面形狀和壁厚計算： 傳動裝置箱體的典型縱截面形狀為矩形或圓形。箱體壁厚 N 的計算 : N= mmhbl 233