【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ：（1）、二級(jí)以上齒輪變速系統(tǒng)； （2）、一級(jí)帶傳動(dòng)方式；（3）、調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式。如下圖所示：圖 主軸傳動(dòng)鏈 分析傳動(dòng)方案 （1）、二級(jí)以上齒輪變速系統(tǒng) 變速裝置多采用齒輪變速結(jié)構(gòu)。通常使用滑移齒輪實(shí)現(xiàn)二級(jí)變速的主傳動(dòng)系統(tǒng)?；讫X輪的移位大都采用液壓驅(qū)動(dòng)。因?yàn)閿?shù)控銑床使用可調(diào)無機(jī)變速交流、直流電動(dòng)機(jī)，所以經(jīng)齒輪變速后，實(shí)現(xiàn)分段無級(jí)變速，調(diào)速范圍增加。其優(yōu)點(diǎn)是能夠滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，且具有大范圍調(diào)速的能力。但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要增加潤(rùn)滑及溫度控制裝置，成本較高。此外，制造和維修也比較難。 （2）、一級(jí)帶傳動(dòng)方式 目前多采用帶傳動(dòng)方式傳動(dòng)裝置，帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，且在一定條件下能滿足轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的輸出要求。但系統(tǒng)的調(diào)速范圍受電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍的約束。這種傳動(dòng)方式可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)與噪聲，適用于低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。（3）、調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，轉(zhuǎn)換頻率高，但是主軸轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出和電動(dòng)機(jī)的輸出特性完全一致，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響大，因而使用受到限制。 綜上所述，xk714數(shù)控銑床主軸箱采用交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式，即主軸為內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)式主軸（電主軸）,。此傳動(dòng)方案的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、使用壽命長(zhǎng)。電機(jī)不會(huì)與箱體發(fā)生干涉。圖 xk714型主軸箱三維圖第3章 電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)的選擇因?yàn)閄K714數(shù)控銑床采用電主軸，選用一般的電動(dòng)機(jī)達(dá)不到要求，所以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求主軸連續(xù)工作輸出功率為11kW，30min過載工作時(shí)，最大輸出功率為15kW。主軸轉(zhuǎn)速為454500r/min。所以主軸電動(dòng)機(jī)初步采用交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。本方案采用的交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)是由YR180L4型電動(dòng)機(jī)改造而來的。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)在主軸上，定子設(shè)計(jì)在主軸箱內(nèi)，采用變頻器進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。這樣的電動(dòng)機(jī)改造方案基本滿足XK714數(shù)控銑床主軸電動(dòng)機(jī)的要求。另外，由于電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱量易使主軸發(fā)生熱變形，所以在定子上設(shè)計(jì)冷卻管進(jìn)行控制電動(dòng)機(jī)的溫度。使主軸以高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，都能處于熱平衡。 電動(dòng)機(jī)的輸出特性通常情況下，無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的計(jì)算轉(zhuǎn)速為=1500r/min,為恒功率區(qū)，為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。如圖 ：圖 電動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩為：① 過載時(shí)： （1）=② 連續(xù)工作時(shí)： 由于主軸就是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的鐵芯，所以主軸的轉(zhuǎn)速和輸出扭矩都與電動(dòng)機(jī)的相同。即30min過載時(shí)。連續(xù)工作時(shí)。 電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接安裝在主軸上，減小了中間轉(zhuǎn)動(dòng)裝置部件，進(jìn)而減小了主軸箱的占用空間，提高了轉(zhuǎn)換頻率和傳動(dòng)效率。主軸轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出特性和電動(dòng)機(jī)的完全一致，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響大。[2]第4章 主軸的設(shè)計(jì) 選材XK714數(shù)控銑床主軸采用電主軸。在高速、高溫條件下工作，必須具有良好的高溫力學(xué)性能，常用40CrNi、38CrMoALA等合金結(jié)構(gòu)鋼。[4] 所以電主軸初選40CrNi合金調(diào)質(zhì)鋼。40CrNi合金調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)參數(shù)為：強(qiáng)度極限 =980Mpa，屈服極限=785MPa，彎曲疲勞極限=500Mpa，扭切應(yīng)力=80Mpa,材料和承載常數(shù)C=100。 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：主軸前、后軸頸和，主軸內(nèi)徑直徑d,主軸前端懸伸量a和主軸主要支承間的跨距L。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸剛度。 主軸前軸頸的選取一般按機(jī)床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑（）選取。銑床的直徑≈（）。表 Xk714型數(shù)控銑床的無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為15kW,： （2）所以查上表得=100mm, ===85mm,但由于主軸內(nèi)孔太大，對(duì)主軸剛度有影響，故=95mm。 主軸內(nèi)徑孔直徑d的確定很多機(jī)床的主軸是空心的，內(nèi)徑與其用途有關(guān)。而XK714數(shù)控銑床主軸內(nèi)孔用于拉桿來拉緊刀桿。為了不過多地削弱主軸的剛度，主軸孔徑可比刀具拉桿直徑大510mm。主軸內(nèi)孔直徑在一定范圍內(nèi)對(duì)主軸剛度影響很小，若超出此范圍側(cè)能使主軸剛度急劇下降。由材料力學(xué)可知，剛度K正比于截面慣性距I，它與直徑之間有下列關(guān)系，即 （3），所以由上式得：即 d=36mm式中 ，——空心主軸的剛度和截面慣性矩； K，I—實(shí)心主軸的剛度和截面慣性矩。一般，對(duì)剛度影響不大；若＞，將剛度急劇下降。 主軸前段懸伸量a的確定主軸前端懸伸量a是指主軸前端面到前軸頸向支反力作用中點(diǎn)的距離。它主要取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)、前支承軸配置和密封裝置的形式和尺寸，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。由于前端懸伸量對(duì)主軸部件的剛度、抗振性的影響大，因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量宿短該懸伸量。在本設(shè)計(jì)中，主軸前端懸伸量a由套杯的壁厚，主軸蓋的壁厚e以及懸伸部分構(gòu)成。由設(shè)計(jì)好的軸承套杯得壁厚=20mm,主軸的壁厚e=20mm, 初選25mm。所以 a =+ e + （4）=20+20+25=65mm 主軸主要支承跨距L的確定合理確定主軸主要支承間的跨距L，是獲得主軸部件最大剛度的重要條件之一。支承跨距過小，主軸的彎矩變形固然較小，但因支承變形引起主軸端的位移量增大，反之，支承跨距過大，支承變形引起主軸前軸端的位移量盡管減小了，但主軸的彎矩變形和支承變形引起主軸端較大的位移。一般最（2︿）a (5)但由于結(jié)構(gòu)上的原因，主軸主要支承間的實(shí)際跨距L往往大于最佳跨距。 在本設(shè)計(jì)中，主軸主要支承的跨距L由無級(jí)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的中心高h(yuǎn),定位環(huán)的長(zhǎng)度所確定。由已設(shè)計(jì)好的電動(dòng)機(jī)可知h=210mm, =25mm。 所以 L = h + 2 (6)=210+225=260mm綜上所述，主軸總長(zhǎng)由前主軸前段懸伸量a, 后主軸前段懸伸量a1,軸套，前軸承寬度B，后軸承寬度B1，主軸主要支承跨距L構(gòu)成。即 = a + a1 + + 3B + 2B1 + L (7) = 65+65+40+324+224+260 =520mm圖 主軸總體尺寸 電主軸的強(qiáng)度及剛度校核計(jì)算(1)強(qiáng)度校核計(jì)算 （7）====切應(yīng)力，與小于許用切應(yīng)力，說明軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度符合要求。（2）剛度校核計(jì)算= （8）==9665===6446= （9）==rad==rad =rad由此得軸的總扭矩角為=+ （10）=+=radAB段的扭轉(zhuǎn)角變化率為 BC段的扭矩角變化率為AC段總的扭轉(zhuǎn)角變化率為由此可見，該軸的扭轉(zhuǎn)剛度符合要求。