【文章內容簡介】 承的溫度不同，還會導致主軸軸線傾斜。 由于受熱膨脹是材料固有的性質，因此高精度機床要進一步提高加工精度，往往受熱變形的限制。研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控制溫度，是高精度機床主軸組件的研究的主要課題之一。 耐磨性主軸組見的耐磨性是指長期保持原始精度的能力，即精度保持性。對精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件的部位，如錐孔，定心軸徑等。為了提高耐磨性，一般機床主軸上的上述部分應淬火至硬度HRC60左右，深約1mm. 材料和熱處理主軸承載后允許的彈性變形很小，引起的應力通常遠遠小于鋼的強度極限。因此，選材的依據一般不用強度。 主軸的形狀，尺寸確定之后，剛度主要取決于材料的彈性模量。各種材料的彈性模量幾乎相同，因此剛度也不是選材的依據。主軸材料的選擇主要根據耐磨性和熱處理變形來考慮。普通機床的材料通常是45號或60號優(yōu)質中碳鋼，數控機床需調質處理。 主軸的結構 為了提高剛度，主軸的直徑應該大些。前軸承到主軸前端的距離（稱懸伸量）應盡可能小一些。為了便于裝配，主軸通常做成階梯形的，主軸的結構和形狀與主軸上所安裝的傳動件，軸承等零件的類型，數量，位置和安裝方法有直接的關系。主軸中孔用與通過棒料，拉桿或其它工具。為了能夠通過更大的棒料，車床的中空希望大些，但受剛度條件的影響和限制，孔徑一般不宜超過外徑的70%。3 主軸軸承的選擇3 主軸軸承的選擇 軸承的選型 主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結構、配置、精度、安裝、調整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數控機床主軸上常用的軸承有滾動軸承和滑動軸承。滾動軸承摩擦阻力小，可以欲緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作。滾動軸承有專業(yè)化工廠生產，選購維修方便，在數控機床上被廣泛采用。雖然與滑動軸承相比，滾動軸承的噪聲大，滾動體的數目有限，剛度是變化的，抗震性略差，但總體來說，數控機床主軸組件在可能的條件下，應盡量使用滾動軸承，特別是大多數立式主軸和主軸在套筒內能夠作軸向移動的主軸。這時用滾動軸承可以用潤滑脂潤滑，以避免漏油。由于滾動軸承有許多優(yōu)點，加之加工精度的提高，所以，一般情況下數控機床應盡量采用滾動軸承，只有要求加工表面粗糙度數值和小時，且主軸又是水平的機床時才用滑動軸承，而本設計內容為小型加工中心主軸組件設計，所以要選用滾動軸承了。滾動軸承根據滾動體的結構分為球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承三大類。主軸支承分徑向和推力支承。角接觸軸承包括角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，兼起徑向和推力支承的作用。主軸軸承，可選用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承和角接觸球軸承。主軸軸承，主要應根據精度、剛度和轉速來選擇。為了提高精度和剛度，主軸軸承的間隙應該是可調的。線接觸的滾子軸承比點接觸的球軸承剛度高，但在一定溫升下允許的轉速較低。下面簡述幾種常用的數控機床主軸軸承的結構特點和適用范圍。雙列圓柱滾子軸承(NNU4900K、NN3000K)，特點是內孔為l：12的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合，軸向移動內圈，可把內圈脹大，以消除徑向間隙或預緊，這種軸承只能承受徑向載荷。NNU4900K系列雙列圓柱滾 雙列圓柱滾子軸承子軸承內圈可分離，NN3000K雙列圓柱滾子軸承外圈可分離。這類軸承多用于載荷較大、剛度要求高、中等轉速的地方。雙向推力角接觸球軸承BTAA／BTAB。這種軸承與雙列圓柱滾子軸承相配套，用來承受軸向載荷。角接觸球軸承(70C／70AC)，這種軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。常用的接觸角主要有兩種：ａ=25176。，ａ1=15176。，其中ａ=25176。的編號為7000AC型（舊代號為46100型），屬于特輕型；或編號為7190AC型（舊代號為46900型），屬于超輕型。ａ1=15176。的編號為7000C型（舊代號為36100型），屬于特輕型；或編號為7190C型；或編號為7190C型（舊代號為1036900型），屬于超輕型。角接觸球軸承多用于高速主軸，水接觸角的不同有所區(qū)別，α=25176。的軸向剛度較高，但徑向剛度和允許的轉速略低，多用于車、鏜、銑加工中心等主軸；α=15176。的轉速可更高一些，打扮軸向剛度較低，常用于軸向載荷較小、轉速較高的磨床主軸或不承受載荷的車、鏜、銑主軸后軸承。這種軸承為點接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常用多聯(lián)組的方法。 雙列圓柱滾子軸承3．2軸承精度軸承的精度，分為0五級，其中2級最高，0級為普通精度級。主軸軸承以4級為主(記為P4)。高精度主軸可用P2級。要求較低的主軸或三支承主軸的輔助支承可用P5級。P6級和P0級一般不用。此外又規(guī)定了2種輔助精度等級SP(特殊精密級)和UP(超精密級)。由于軸承的工作精度主要決定于旋轉精度，箱體孔和主軸軸頸是根據一定的間隙和過盈要求配作的。因此，軸承內、外徑的公差即使寬些也不影響工作精度，但卻降低了成本。不同精度等級的機床。數控機床，可按精密級或高精度級選用。 主軸軸承精度機床精度等級前軸承后軸承普通精度等級P5或P4（SP）P5或P4（SP）精密級P4（SP）或P2（UP）P4（SP）高精度級P2（UP）P2（UP） 軸承間隙調整和欲緊主軸軸承的內部間隙，必須能夠調整。多數軸承，還應能夠在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體和滾道之間有一定的欲變形，這就是軸承的欲緊。軸承欲緊后，內部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而欲緊前只有部分滾動體和滾道接觸。欲緊后，滾動體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動體將更多，各滾動體的受力將更均勻。這都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產生振動，則由于各個方向都有滾動體支承，可以提高抗振性。但是，欲緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且太大的欲緊將使軸承的壽命降低，故欲緊要適當。本設計為小型加工中心主軸組件設計，功率相對較小，所以取中欲緊。根據上述軸承選用的要求結合本設計的要求，軸承選用如下：后支承：圓錐孔雙列圓柱滾子軸承(NN3000K型)精度等級相當于P5級，前支承：兩個推力球軸承(51000型)和一個圓錐孔雙列圓柱滾子軸承(NN3000K型)組配精度等級相當于P5級，并且軸承為中欲緊。 本設計軸承選用按照設計要求以及工作條件，選用Y系列三相異步電動機，臥式封閉結構，電壓380V。工作主軸功率Pw=工作機所需電動機功率Pr=Pwη上式中，Pw為工作主軸功率，Pr為工作機所需電動機功率，η為傳動系統(tǒng)的總效率。由于此處的傳動系統(tǒng)為7級精度圓柱直齒輪傳動，根據機械設計手冊取η=，所以Pr=Pwη==為滿足Pm≥Pr的條件，根據已知條件，主軸轉速為1450r/min，選同步轉速為3000 r/min的電動機，其型號為Y132S12。將Y132S12型電動機有關技術數據及相應算得的總傳動比列于表41表41電動機型號額定功率（Kw）同步轉速（r/min）滿載轉速（r/min）總傳動比Y132S12300029002綜上，滿載轉速為2900r/min，電動機中心高H=132mm。傳動系統(tǒng)選為齒輪傳動，設定工作壽命為15年（設每年工作300天），兩班制且工作平穩(wěn)，轉向不變。，精度等級、材料及齒數1) 根據傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。2) 即床位一般工作機床，故選用7級精度。3) 材料選擇。選擇小齒輪材料為40Cr (調質)，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼(調質)硬度為240HBS，而這材料硬度差為40HBS。4) 選小齒輪齒數z1=24,大齒輪齒數z2=uz1=224=48。由設計計算公式進行試算，即1） 確定公式內的各計算數值（1） 試選載荷系數Kt=（2） 計算小齒輪傳遞的轉矩T1=105Pmn=105=104N?mm（3） 選取齒寬系數?d=1（4） 查得材料的彈性影響系數（5） 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim1＝600MPa；大齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim2＝550MPa；（6） 計算應力循環(huán)次數N1＝60n2jLh＝601（2830015）＝109 N2＝N1/2＝109（7） 查得接觸疲勞壽命系數KHN1＝；KHN2＝（8） 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1％，安全系數S＝1，得 [σH]1＝600MPa＝540MPa [σH]2＝550MPa＝ 2） 計算（1） 試算小齒輪分度圓直徑d1t，代入[σH]中較小的值d1t≥104132()2 mm =（2） 計算圓周速度v=πd1tn1601000=π2900601000=（3） 計算齒寬b及模數b=?dd1t=1=（4） 計算齒寬與齒高之比b/h模數mt=d1tz1==齒高h===bh==（5） 計算載荷系數K 根據v=,7級精度，查得動載系數Kv=； 直齒輪，假設KAFtb100N/mm，查得KHα=KFα=已知載荷平穩(wěn)，查得使用系數7級精度，小齒輪相對支承對稱布置時，查得KHβ=++103b將數據代入后，得到，KHβ=+12+103=由bh= 和KHβ= 查得KFβ=故載荷系數K=KAKVKHαKHβ=1=（6） 按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑，由式（10—10a）得d1=d1t3KKt=計算模數mm=d1z1==彎曲強度的設計公式為1) 確定計算參數（1） 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE1=500MPa； 大齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE1=380MPa；（2） 查得彎曲疲勞壽命系數KFN1=,KFN2=（3） 計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數S=，得到[σF]1=KFN1σFN1S==[σF]2=KFN2σFN2S==（4） 計算載荷系數KK=KAKVKFαKFβ=1=（5） 查詢齒形系數 查得YFa1=；YFa2=（6） 查取應力校正系數YSa1=；YSa2=（7） 計算大小齒輪的YFaYSa[σF]并加以比較YFa1YSa1[σF]1==