【文章內(nèi)容簡介】 r和20CrMnTi等。在軸的設(shè)計中是根據(jù)軸上的零件的拆裝、定位、固定和加工等因素，合理確定軸的各部分的形狀和尺寸，包括各段軸的直徑，長度等其它必要的尺寸。如軸的常用材料和主要性能表51所示，選用40Cr為軸的材料，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。表51 軸的常用材料和主要力學性能材料牌號熱處理 毛坯直徑d/mm硬度/HBS/MPa/MPa/MPaQ235———44022020045正火100170~217600300275調(diào)質(zhì)200217~25565036030040Cr調(diào)質(zhì)100240~2867505503503Cr13調(diào)質(zhì)10024583563539535CrMo調(diào)質(zhì)100207~269750550390 主軸的設(shè)計 由于所設(shè)計的是“高精度絲杠車床設(shè)計”，所以就要求傳動精度要求高，提高主軸的傳動精度，就可以提高機床的精度，使機床加工的零件更精密，提出以下兩種方案， 方案一： 提高主軸的制造精度； 方案二： 降低主軸所受的力，以減少軸的彎曲變形，提高其運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。針對以上兩個方案：在方案一中，提高主軸的精度，可以在一定程度上提高主軸運動的平穩(wěn)性，進一步提高機床的精度，但主軸在制造過程中，精度的提高是有限的；第2種方案中，減少軸所受到的頸向載荷，就可以提高其旋轉(zhuǎn)精度，具體方法如下：在主軸傳動中，傳動主軸的蝸輪及其軸套2不是直接安裝在主軸上的，而是通過裝在箱體中間壁的滾動軸承1上，在軸套2的右端面有端齒，與軸圈3的端齒相嚙合，蝸輪的運動是經(jīng)過端面齒及其軸套3傳給主軸的。所以，應用卸載結(jié)構(gòu)時，傳動件上的徑向作用力由箱體承受，而主軸只受到扭轉(zhuǎn)力，不承受此徑向力，也就是從主軸上卸去了徑向載荷，即就是所說的卸載結(jié)構(gòu)，卸載結(jié)構(gòu)有利于減少軸的彎曲變形及提高其運動的平穩(wěn)性，所以選用卸載結(jié)構(gòu)[3]。（1）求出主軸上上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 ，則可得 == （51）1—軸承 2—軸套 3—軸圈圖51主軸卸載圖車床傳動是無級調(diào)速，由表查得主軸的計算轉(zhuǎn)速為 （52）式中 ——最低轉(zhuǎn)速——調(diào)速范圍；因為設(shè)計車床的主軸轉(zhuǎn)速為4~40r/min，所以則計算得： （53）則主軸在轉(zhuǎn)速為7~40r/min時為恒扭矩傳動，轉(zhuǎn)速為4~7r/min時為恒功率傳動。車床花盤轉(zhuǎn)速的恒扭矩部分可以利用電動機的恒扭矩調(diào)速范圍。而恒功率部分的變速范圍為 ： （54）扭矩的計算： （55）初步估算軸的直徑，如表52所示，表52軸常用幾種材料的及C值材料Q235,20354540Cr,35SiMn12~2020~3030~4040~52C158~135135~118118~107107~98根據(jù)表52選取C=106，于是得 （56）查表可取直徑為100mm。由于是中空軸，由公式=(~) (57)=60mm。(2)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的外形設(shè)計和各段長度，估算的軸徑作為軸外伸端的直徑，裝有掛輪，由表查出軸承的寬度分別為96mm和115mm，為了保證兩軸承中心間的距離528 mm，在兩軸承之間應該有軸肩，掛輪的寬度為60m(已定)，軸前端伸長量由于要安裝轉(zhuǎn)盤，查手冊得前端伸長為19mm。（3）主軸最佳跨距計算：計算主軸的轉(zhuǎn)動慣量 （57）查軸承手冊，查得前后軸承的許用剛度為 （58） （59）則可得 （510）則 （511）查表得 （512）故 （513）所以主軸的最佳跨距為528mm。 主軸的強度校核 按扭轉(zhuǎn)強度計算由于所設(shè)計的車床是屬于特種車床，精密度要求高，對主軸的要求也就高，所以主軸在安裝中用的是卸載式結(jié)構(gòu)，如圖51主軸卸載圖；3208Nm由上述可知，該主軸只受到扭矩作用，做扭矩圖，如主軸彎矩圖53所示。圖53主軸彎矩圖 （514）式中 ——扭轉(zhuǎn)切應力，單位為MPa。 T——軸所受的扭矩，單位為Nm Wt——軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm3； n——主軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 P——軸傳遞的功率，單位為kW； d——計算截面處的直徑，單位為mm。 ——許用扭轉(zhuǎn)切應力，單位為MPa。故按扭轉(zhuǎn)強度計算符合要求。 按彎扭組合計算在上述中我們可以看出，主軸在傳遞力的過程中，采用卸載結(jié)構(gòu)，不受到徑向作用力，所以所受到的彎矩為0。由校核公式 （515）式中 ——軸的計算應力，單位為MPa； M ——軸所受的彎矩，單位為Nmm； T ——軸所受扭矩，單位為Nmm； ——對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力；當扭轉(zhuǎn)切應力為靜應力時，取=，當扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力時，=；若扭轉(zhuǎn)切應力為對稱循環(huán)變應力時，取=1；由于主軸是變速運動，且為脈動循環(huán)變應力，所以取=。帶入式可計算得 （516）故按彎扭組合校核也符合要求。 本章小結(jié)本章進行主軸材料的選擇，經(jīng)過分析選40Cr，設(shè)計主軸的尺寸，最后對主軸的彎扭強度進行校核。第6章 精密床身導軌設(shè)計 導軌結(jié)構(gòu)分析在工作臺中，導軌是用來保證各種運動部件的相對位置和相對運動精度，以及用來承受載荷（包括工作臺，滑板部件的重量）。對導軌性能的基本要求是導向精度高，剛度大，耐磨性好，精度保持性好，運動靈活而平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單和工藝性好。導向精度是導軌副的重要精度指標，所謂導向精度就是指動導軌運動軌跡的精度。運動件的實際運動軌跡與給定方向之間的偏差越小，則導向精度越高。影響導向精度的主要因素有導軌的結(jié)構(gòu)類型，導軌的幾何精度和接觸精度，導軌和機座的剛度，導軌的油膜厚度和油膜剛度及導軌和機座的熱變形等。導軌受力產(chǎn)生變形，其中有自身變形，局部變形和接觸變形。導軌自身變形是由于作用在導軌面上的零部件重量造成的。這種變形通常會影響加工精度。為了減小這類變形量，常需要在結(jié)構(gòu)尺寸及筋板布置上采取措施，或者將導軌面預先加工成中凸的形狀，用以補償受力后的彎曲變形。有時候還要設(shè)置補償裝置。導軌局部變形發(fā)生在載荷集中的地方，如立柱與導軌接觸部位。接觸變形是由于平面微觀不平度造成實際接觸面積僅是名義接觸面積的很小一部分。當壓強很小時，兩個接觸面間只有少數(shù)高點接觸，接觸變形較大，接觸剛度較小，當壓強增大時，這些接觸點進一步變形，也可能又有一些新的接觸點，使的接觸面積擴大了，從而接觸剛度有所提高。因此，接觸剛度不是一個固定值。工作臺滑板運動一段時間后，將會產(chǎn)生不同程度的不均勻磨損，就會影響導軌的精度，從而影響機床的精度。導軌耐磨性與摩擦性質(zhì)，導軌材料，加工工藝方法以及受力情況有關(guān)。提高導軌的耐磨性是提高儀器使用壽命的重要途徑。為了提高導軌耐磨性可以采取降低導軌面的比壓的措施。導軌面比壓： （51）式中 W——載荷，單位為N； A——承載面積，單位mm2。 L——動導軌長度，cm；a——導軌寬度，cm。若適當加大導軌寬度仍不能滿足要求時，則可采取卸荷措施。在導軌上安裝防護罩可以防止灰塵和污物進入，有利于延長其使用壽命和保護導軌精度。良好的潤滑能改善磨損狀況。潤滑油應具有良好的潤滑性和足夠的油膜剛性，溫度變化時黏度變化要小，不腐蝕機體，雜質(zhì)要少。 材料和熱處理正確選擇導軌材料及其熱處理工藝。為了提高導軌耐磨性，固定導軌與運動件導軌一般不要硬度相同。~。常用以下不同硬度材料配合。鑄鐵—鑄鐵導軌。鑄鐵—淬硬鑄鐵導軌。鑄鐵—淬硬鋼導軌。銅合金—鋼導軌。淬火鋼—淬火鋼導軌。塑料（聚四氟乙烯）—鑄鐵導軌有較好的抗振性和耐摩性，且溫度適應性廣（200~280），摩擦因素小。對于長導軌，很難各處均勻磨損。不均勻的磨損會影響精度，因此，長導軌應采用耐磨和硬度高的材料。導軌經(jīng)過熱處理以后，耐磨性明顯提高。常用的熱處理方法有電接觸表面淬火，中頻淬火以及高頻淬火等。電接觸表面淬火采用大直流，低電壓，通過滾輪接觸導軌面，使表面形成封閉的花紋。淬火后，硬度可以達到HRC50以上，淬火變形小，~，無需再進行加工，耐磨性提高1~2倍。這種方法簡單，成本低且變形小。淬硬鋼制成的“鑲鋼導軌”耐磨性比鑄鐵導軌高5~10倍。40Cr、TT10和GCr15鋼淬火后硬度可以達到H