【文章內容簡介】 圖29 主軸轉矩圖如圖許用應力許用應力值 校核軸徑軸徑 35mm主軸的強度符合要求。1主軸組件 包括主軸、軸承、傳動件和相應的緊固件。主軸組件的構造，主要是支撐部分的構造。主軸端部是標準的；傳動件如齒輪、帶輪等與一般機械零件相同。因此，研究主軸組件，主要是研究主軸的支撐部分。2主軸的傳動件 可以位于前后支撐之間，也可位于后支撐之后的主軸后懸伸端。目前傳動件位于后懸伸端的越來越多。這樣做，可以實現分離傳動和模塊化設計。主軸組件（稱為主軸單元）和 變速箱還可以作成獨立的功能部件，又有專門的工廠集中生產，作為商品出售。變速箱和主軸可用齒輪副或帶傳動聯結。主軸支撐分徑向和軸向。角接觸球軸承兼起徑向和推力支撐的作用。推力支撐應位于前支撐內，原因是數控機床的坐標原點，設定在主軸前端。為了減少熱膨脹造成的坐標原點的位移，應盡量縮短坐標原點支推力支撐之間的距離。3 主軸組件的動態(tài)特性 平移，主軸作為一個剛體（實際上略有彎曲），在彈性支撐上作平移振動，主軸各點的振動方向一致。2搖擺，主軸在彈性支座上搖擺，左右振動方向相反。3彎曲，主軸本身作彎曲振動，主軸中間與兩端的振動方向相反，有兩個節(jié)點。這兩個節(jié)點位于支撐點附近。每個振型都有其固有頻率。每個振型固有頻率排列的次序，稱為階。上述三個振型的固有頻率，以平移振型為最低，彎曲振型為最高，三個振型分別為第一、二、三振型，振型和固有頻率合成為模態(tài)?？梢钥闯觯谝?、二階模態(tài)的彈性環(huán)節(jié)主要是軸承；第三階則主要是軸承。當軸的剛度提高時，第一、二階模態(tài)的固有頻率也隨之提高，但第三階模態(tài)提高不多。主軸是一個連續(xù)體，又無窮個模態(tài)。例如還有主軸的扭矩振動、縱向振動等。但是，這些模態(tài)的固有頻率較高，工作是不可能發(fā)生共振，所以，只需研究最低幾階模態(tài)，可用有限元法或傳遞矩陣法，借助計算機計算。通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸，特別是帶內裝式電動機高速主軸，電動機轉子是一個集中質量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。改善動態(tài)特性，可采取下列措施。（1）使主軸組件的固有頻率避開激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率的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上（軸承）的剛體振動的第一階（平移）和第二階（搖擺）模態(tài)，則應提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動，則應提高主軸的剛度，如加粗直徑。（2）增大比尼。如前所述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度振動。這時主軸軸承，特別是前軸承的阻尼對主軸組件的抗震性影響很大。如果要求得到很大。如果要求得到很光的加工表面，滾動軸承適當預緊可以增大阻尼，但過大的預緊反而使阻尼減小，故選擇預緊時還因考慮阻尼因素。（3）采用消振裝置4主軸軸承 選用角接觸球軸承。這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。這種球軸承為點接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常采用多聯組配的辦法。有三種基本組配方式，分別為背對背，面對面和同向組配，背靠背和面對面都能受雙向軸向載荷；同向組配只能承受單向軸向載荷。背對背與面對面相比，支撐點（接觸線的交點）間距離前者比后者大，因而能產生一個較大的抗彎力矩，即支撐剛度較大。運轉時，軸承的外圈的散熱條件比內圈好，因此，內圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹的結果將使軸承的過盈加大。軸向膨脹對背靠背組配將使過盈減少，于是，可以補償一部分徑向膨脹；而對于面對面組配，將使過盈進一步加大，本車床是微型數控車床載荷不是很大，因此采用一個角接觸球軸承即可。基于上述分析，本車床主軸前端軸頸部軸承選用1個角接觸球軸承型號為7009C，后軸頸軸承采用1個角接觸球軸承型號為7006C。5角接觸球軸承的間隙調整和預緊 主軸軸承的內部間隙，必須能夠調整，多數軸承還應在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體和導軌之間有一定的預變形，這就是軸承的預緊。 軸承預緊后，內部無間隙，滾動體從各個方向支撐主軸，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，因而預緊前只有部分滾導體與滾道接觸。預緊后，滾導體和滾道都有一定的變形，參加工作的滾動體將增多，各滾動體的受力將更加均勻。這些都有利提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產生振動，則由于各個方面都有滾動體支撐，可以提高抗震性。但是，預緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且較大的預緊將使壽命下降，故預緊要適量。 角接觸球軸承在軸向力的作用下，使內外圈產生軸向錯位實現預緊，衡量預緊力大小的是軸向預緊力，簡稱預緊力F，單位為N。多聯角接觸球軸承是根據預緊力組配的。軸承廠規(guī)定了輕預緊、中預緊和重預緊三級預緊。定貨時可指定預緊級別。軸承廠在內圈（背靠背組配）或外圈（面對面組配）的端面根據預緊力磨取。裝配時擠緊，便可得到預定的預緊。 6承載能力和壽命 主軸軸承通常載荷相對較輕。除了這些特殊重載主軸外軸承的承載能力是沒有問題的。主軸軸承的壽命，主要不是取決于疲勞點蝕，而是由于磨損而降低精度。通常，如軸承精度為P4級，經使用磨損后跳動精度降為P5級，這個軸承就認為應該更換了。雖然還未達到其疲勞壽命，但這種“精度壽命”目前還難以估計。7主軸軸承的潤滑和密封 滾動軸承在接觸區(qū)的壓強很高，在這么高的壓強下，接觸區(qū)產生變形，是一塊小面積的接觸而不是一條線或一個點的接觸：潤滑劑在高壓下被壓縮，粘度升高了。因此，才能在滾動體與滾道的接觸區(qū)，形成一個厚度的油膜，把兩者隔開，滾道體與滾道的接觸面積很小，所以，滾動軸承所需的潤滑劑很少的。當然，也可用脂潤滑，還有用油氣潤滑的。滾動軸承能用脂潤滑是它的突出優(yōu)點之一。脂潤滑不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有漏油問題。如果脂的選擇合適、清潔、密封良好，不是灰塵、油、切削液等進入，壽命是很長的。一次沖填可用到大修，不許補充，也不要加脂孔。脂潤滑可選用鋰基脂，如SKFLGLT2號（常用于球軸承）。主軸的密封有接觸式和非接觸式兩種。圖210非接觸式密封幾種非接觸密封的形式如圖210所示。圖210a)是利用軸承蓋與軸的間隙密封，在軸承蓋的孔內開槽是為了提高密封效果；這種密封用于工作環(huán)境比較清潔的油脂潤滑處。圖210b)是在螺母的外圓上開鋸齒形環(huán)槽，當油向外流時，靠主軸轉動的離心力把油沿斜面甩到端蓋的空腔內，油液再流回箱內。圖210c)是迷宮式密封的結構，在切屑多、灰塵大的工作環(huán)境下可獲得可靠的密封效果；這種結構適用于油脂或油液潤滑的密封。接觸式密封主要有油氈圈和耐油橡膠密封圈密封兩種。1初選傳動軸直徑：傳動軸直徑越粗，剛度越高，但同時與之相配的軸承等零件的尺寸也越大。根據齒輪內徑及相配合軸承的內徑大小，初選傳動軸前軸頸=10mm，后軸直徑=15mm。2傳動軸懸伸量的確定：傳動軸軸懸伸量是指傳動軸前支撐徑向支反力的作用點到傳動軸前端面之間的距離，它對傳動軸組件剛度影響較大，根據分析和試驗，縮短懸伸量可以顯著提高主軸組件的剛度和抗振性。因此在滿足結構要求的條件下，盡量縮短懸伸量a。初選傳動軸懸伸量a=。3傳動軸跨距及總長的確定：合理布置各個零件的配合，確定傳動軸的跨距為242mm。4傳動軸材料選用傳動軸選用45鋼，調質22~28HRC，局部高頻淬硬50~55HRC。5傳動軸強度的校核：傳動軸轉速 所受轉矩 955電機給傳動軸的力 計算齒輪受力所受圓周力 所受徑向力 所受法向力 畫出傳動軸受力圖211： 圖211 傳動軸受力圖計算支撐反力： 水平面反力 垂直面反力 水平面受力圖如圖212： 圖212 傳動軸水平面受力圖垂直面受力圖如圖213： 圖213 傳動軸垂直面受力圖畫軸的彎矩圖： 水平面彎矩圖如圖214： 圖214 傳動軸水平面彎矩圖垂直面彎矩圖如圖215： 圖215 傳動軸垂直面彎矩圖合成彎矩圖如圖216： 圖216 傳動軸合成彎矩圖畫軸的轉矩圖受轉矩 轉矩圖如圖217： 圖217 傳動軸轉矩圖許用應力許用應力值 校核軸徑軸徑 10mm傳動軸的強度符合要求。：傳動軸組件，包括傳動軸、軸承、傳動件和相應的緊固件。傳動件如齒輪、帶輪及離合器等。1離合器的選用 結合本數控車床輕小、靈便等特點，選用摩擦片式電磁離合器，根據傳動軸的直徑選用DLM5型濕式多摩擦式電磁離合器，內孔直徑2傳動軸的傳動件 由于采用兩個電磁離合器調節(jié)齒輪之間的傳動，因此齒輪內徑與傳動軸并不直接接觸，傳動軸將動力傳給電磁離合器，電磁離合器再將轉動傳遞給齒輪。通過調節(jié)電磁離合器的通電狀態(tài)，即可變換傳動副之間的嚙合狀態(tài)，齒輪內徑通過軸承間接與傳動軸相連，由于齒輪齒寬較寬，因此一級減速齒輪的內徑采用兩個角接觸球軸承與傳動軸相連，內圈軸承采用彈性軸套進行定位。3傳動軸軸承 選用角接觸球軸承。這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。這種球軸承為點接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，本車床傳動軸前端軸頸部軸承選用1個角接觸球軸承型號為7200C，后軸頸軸承采用1個角接觸球軸承型號為7002C。4傳動軸軸承的密封及潤滑 滾動軸承能用脂潤滑是它的突出優(yōu)點之一。脂潤滑不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有漏油問題。如果脂的選擇合適、清潔、密封良好，不是灰塵、油、切削液等進入，壽命是很長的。一次沖填可用到大修，不許補充，也不要加脂孔。脂潤滑可選用鋰基脂，如SKFLGLT2號（常用于球軸承）。密封采用接觸式密封，氈圈密封。第三章 縱向進給傳動系統(tǒng)設計第三章 縱向進給傳動系統(tǒng)設計數控車床進給運動系統(tǒng)，尤其是輪廓控制的進給運動系統(tǒng)，必須對進給運動的位置和運動的速度兩個方面同時實現自動控制，與普通機床相比，要求其進給系統(tǒng)有較高的定位精度和良好的動態(tài)響應特性。一個典型數控機床閉環(huán)控制的進給系統(tǒng)，通常由位置比較放大單元、驅動單元、機械傳動裝置及檢測反饋元件等幾部分組成。這里所說的機械傳動裝置是指將驅動源的旋轉運動變?yōu)楣ぷ髋_直線運動的整個機械傳動鏈，包括減速裝置、轉動變移動的絲杠螺母副及導向元件等等。為確保數控機床進給系統(tǒng)的傳動精度、靈敏度和工作的穩(wěn)定性，對機械部分設計總的要求是消除間隙，減少摩擦，減少運動慣量，提高傳動精度和剛度。另外，進給系統(tǒng)的負載變化較大，響應特性要求很高，故對剛度、慣量匹配都有很高的要求。為了滿足上述要求，數控機床一般采用低摩擦的傳動副，如減摩滑動導軌、滾動導軌及靜壓導軌、滾珠絲杠等；保證傳動元件的加工精度，采用合理的預緊、合理的支承形式以提高傳動系統(tǒng)的剛度；選用最佳降速比，以提高機床的分辨率，并使系統(tǒng)折算到驅動軸上的慣量減少；盡量消除傳動間隙，減少反向死區(qū)誤差，提高位移精度等。數控車床進給驅動對位置精度、快速響應特性、調速范圍等有較高的要求。實現進給驅動的電機主要有三種：步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機。目前，步進電機只適應用于經濟型數控機床，直流伺服電機在我國正廣泛使用，交流伺服電機作為比較理想的驅動元件已成為發(fā)展趨勢。數控機床的進給系統(tǒng)當采用不同的驅動元件時，其進給機構可能會有所不同。電機與絲杠間的聯接主要有三種形式，如圖31所示。 數控車床在機械進給裝置中一般采用齒輪傳動副來達到一定的降速比要求，如圖31a）所示。由于齒輪在制造中不可能達到理想齒面要求，總存在著一定的齒側間隙才能正常工作，但齒側間隙會造成進給系統(tǒng)的反向失動量，對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側間隙會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用消除措施來盡量減小齒輪側隙。但這種聯接形式的機械結構比較復雜。圖31 電機與絲杠間的聯接形式 如圖31b）所示，這種聯接形式的機械結構比較簡單。同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但只能適于低扭矩特性要求的場所。安裝時中心距要求嚴格，且同步帶與帶輪的制造工藝復雜。 如圖31c）所示，此結構通常是電機軸與絲杠之間采用錐環(huán)無鍵聯接或高精度十字聯軸器聯接，從而使進給傳動系統(tǒng)具有較高的傳動精度和傳動剛度，并大大簡化了機械結構。在加工中心和精度較高的數控機床的進給運動中，普遍采用這種聯接形式。由于本機床加工的工件為代木、石臘等材料，所需的切削力矩較小，因此絲杠與電機之間沒有減速裝置。滾珠絲杠螺母副是回轉運動與直線運動相互轉換的一種新型傳動裝置，在數控機床上得到了廣泛的應用。它的結