【文章內(nèi)容簡介】 的調(diào)速范圍，一般Rn＞100，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。(4)主軸速度的變換迅速可靠。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)必須適應自動操作的要求。由于直流和交流主軸電機的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不僅能夠方便地實現(xiàn)寬范圍的無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。 對立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的要求 （1）主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動，以滿足機床的運動要求。（2）主電動機具有足夠的功率，全部機構(gòu)和元件具有是夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。（3）主傳動的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗振性，熱變形和噪聲要小，傳動效率要高，以滿足機床的工作性能要求。（4）操縱靈活可靠，調(diào)整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。（5）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟性要求。 主傳動的類型及方案選擇 數(shù)控機床的調(diào)速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構(gòu)必須適應自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級凋速系統(tǒng)。為擴大調(diào)速。為了適應不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)主要有三種變速方式1．具有變速齒輪的主傳動這是大、中型數(shù)控機床采用較多的一種變速方式。通過幾對齒輪降速，增大輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求，見圖11所示。一部分小型數(shù)控機床也采用此種傳動方式以獲得強力切削時所需要的扭矩。 2．通過帶傳動的主傳動通常選用同步齒形帶或多楔帶傳動，這種傳動方式多見于數(shù)控車床，它可避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，見圖12所示。3．由調(diào)速電機直接驅(qū)動的主傳動這種主傳動是由電動機直接驅(qū)動主軸，即電動機的轉(zhuǎn)子直接裝在主軸上，因而大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。如圖13所示。近年來，出現(xiàn)了一種新式的內(nèi)裝電動機主軸，即主軸與電動機轉(zhuǎn)子合為一體。其優(yōu)點是主軸組件結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，慣量小，可提高起動、停止的響應特性，并利于控制振動和噪聲。缺點是電動機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量亦使主軸產(chǎn)生熱變形。因此，溫度控制和冷卻是使用內(nèi)裝電動機主軸的關(guān)鍵問題。日本研制的立式加工中心主軸組件，其內(nèi)裝電動機最高轉(zhuǎn)速可達20000r/min。本次設計采用變速齒店主傳動系統(tǒng)。使主軸獲得較高的轉(zhuǎn)速和驕傲大的轉(zhuǎn)矩。二級以上齒輪變速系統(tǒng)雖然此種結(jié)構(gòu)復雜，制造和維修費用高，但和以上兩種驅(qū)動方式比，變速裝置多采用齒輪變速結(jié)構(gòu)，可以使用可調(diào)的交、直流無級變速電動機，經(jīng)齒輪變速后，實現(xiàn)分段無級變速，調(diào)速范圍增加，且能滿足各種切削運動的轉(zhuǎn)矩輸出，因此選用二級以上齒輪變速系統(tǒng)作為主傳動的變速方式。第三章 主傳動變速系統(tǒng)主要參數(shù)計算 計算切削功率 銑削時的切削力，公式如下 （31）式中——銑削時的主切削力（N）——加工材料影響的系數(shù)——每齒進給量（mm）——背吃刀量（mm）——銑削寬度——銑刀齒數(shù)——銑刀直徑(mm)用直徑=50mm的四齒錐柄立銑刀，銑刀寬=40mm的剛工件，=，=4mm，=68mm，計算得：=132N切削時所消耗的功率稱為切削功率。切削功率的公式計算： （32）式中：——切削功率（kw）——切削力（N）——切削速度（m/min）根據(jù)機床設計手冊典型加工條件以及鋼材料的銑削速度范圍，取=100m/min計算得：=主軸最高轉(zhuǎn)速為，最低轉(zhuǎn)速為 計算主傳動功率 用下列粗略估算主電動機的功率 （33） 式中，為銑床主傳動系統(tǒng)總機械效率，主運動為回轉(zhuǎn)運動時，；主運動為直線運動時。取主傳動的總效率=則初選電動機功率取電動機額定轉(zhuǎn)速為；額定最高轉(zhuǎn)速為 分級變速箱的傳動系統(tǒng)的設計及主軸電動機的功率的確定，計算轉(zhuǎn)速依據(jù)如下公式計算: （34）則電動機的恒功率調(diào)速范圍: 主軸恒功率調(diào)速范圍:因此主軸要求的恒功率變速范圍遠大于電動機所能提供的恒功率圍，所以在電動機與主軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，來擴大電動功率變速范圍。 變速級數(shù)Z的確定如取變速箱的公比 則由于無級變速時 故變速箱的變速極數(shù) 可取Z=3 （35）雖然此中方法功率特性圖示連續(xù)的、無缺口(即沒有功率降低區(qū))和無重但是Z=3，變速箱機構(gòu)較復雜。因此為簡化變速箱機構(gòu)，取Z=2。 電動機的功率的確定由公式（3—5）可知，應增大 即 所以比大很多。此時變速箱每擋內(nèi)有部分低轉(zhuǎn)速只能恒轉(zhuǎn)矩變速，主傳動系統(tǒng)的功率特性圖中出現(xiàn)缺口區(qū)。缺口處的功率為 低谷處功率應保證傳遞全部功率，只有選擇額定功率較大的電機給予補償。所以選用的交流變頻電動機。則缺口處的功率為。有很大的改善。 電動機參數(shù)一、電動機性能指標電機采用CTB系列變頻電機,型號：CBT—43P5BXB50—4,主要技術(shù)指標如下。（1）電壓:三相380V/50Hz；（2）變頻調(diào)速范圍:5～100Hz無級調(diào)速,5～50Hz恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,50～100Hz恒功率調(diào)速,級數(shù)為4級,額定轉(zhuǎn)速1440r/min。（3）電機應能承受額定轉(zhuǎn)矩的60%過載,歷時1min,低速時轉(zhuǎn)矩平滑,無爬行現(xiàn)象。能通過變頻裝置的電壓提升,保證電動機頻率在5Hz時輸出額定轉(zhuǎn)矩而不致使電機因發(fā)熱而燒毀。（4）CTB系列變頻電機,型號：CBT—43P5BXB50—4 ： 分級變速箱的傳動系統(tǒng)變速機構(gòu)的確定本系統(tǒng)設計的傳動系統(tǒng)具有兩檔速度，低檔轉(zhuǎn)速為，高檔轉(zhuǎn)。采用二級變速傳動，傳動比為的高速傳動的低速傳動兩種變速機構(gòu)，采用撥叉變速。顯然如果要求巧內(nèi)作恒功率的不停車變速可用高檔。如果要求在內(nèi)作恒功率的不停車變速可用低檔。第四章 主軸組件設計主軸部件設計是機床重要部件之一，它是機床的執(zhí)行件。它的功用是支撐并帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)進行切削，承受切削力和驅(qū)動力等載荷，完成表面成型運動。軸是機械傳動的一個重要零件，一般作回轉(zhuǎn)運動的零件常要裝在軸上才能實現(xiàn)其回轉(zhuǎn)運動。其承載在載荷可分為：——工作時既承受彎矩又承受扭矩?！糜谥无D(zhuǎn)動零件，只承受彎矩。——傳遞扭矩。在高速傳動的軸不僅要考慮軸的材料、結(jié)構(gòu)、強度和剛度，而且要防止軸的振動（動平衡）。此外，注意軸上零件的固定，結(jié)構(gòu)工藝性，熱處理等要求。作為制造機器的機器上的軸，設計的主要原則是——剛度原則,本次設計選擇轉(zhuǎn)軸。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。數(shù)控主軸主要傳遞扭矩，且在高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生大量的熱，產(chǎn)生一定的軸伸長，其他零件的變形，從而影響加工精度和表面質(zhì)量。從多方面考慮選用40Cr為本次數(shù)控銑床主軸材料。主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。 （1）旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度指裝配后，在無載荷、低轉(zhuǎn)速條件下，在安裝工件或刀具的主軸部位的徑向和端面圓跳動。其主要取決于主軸、軸承、箱體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。（2）剛度 主軸部件的剛度指其在外加載荷的作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性形變時，在位移方向上所施加的作用力來定義。如圖41所示。主軸部件的剛度是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、軸承的類型和數(shù)量、預緊和配置形式、傳動件布置形式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量都影響主軸部件的剛度。圖41（3）抗振性 主軸部件的抗振性指抵抗受迫振動和自激振動的能力。在切削過程中，主軸部件不僅受靜態(tài)力作用，同時也受沖擊力和交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動。影響抗振性的主要因素是主軸部件的靜剛度、質(zhì)量分布及阻尼。其評價指標是主軸部件的低階固有頻率與振型。（4）溫升和熱變形 主軸部件運轉(zhuǎn)時，因相對運動產(chǎn)生的摩擦熱、切削的切削熱等使主軸部件的溫度升高，形狀尺寸和位置發(fā)生變化，造成主軸部件的熱變形。其引起軸承間隙變化，潤滑油溫度升高會使粘度降低，這些變化會影響主軸部件的工作性能，降低加工精度。（5）精度保持性 主軸部件的精度保持性指長期保持其原始制造精度的能力。磨損是主軸部件喪失原始精度的主要原因。因此，必須提高主軸部件的耐磨性。對耐磨性影響較大的有主軸的材料、軸承的材料、熱處理方式、軸承類型及潤滑防護方式等。由于機械結(jié)構(gòu)的要求而需在軸中裝設其他零件或者減少軸的質(zhì)量具有特別重大的作用的場合,則將軸制成空心的,。軸的設計也和其他的零件的設計相似，包括結(jié)構(gòu)設計和工作能力的計算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝性等方面的要求,合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)不合理會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性,還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此軸的結(jié)構(gòu)設計很重要。軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度。這時只需對軸進行強度計算，以防止斷裂或塑性變形。對于機械裝備則需剛度計算，防止工作時產(chǎn)生過大的彈性變形，影響加工精度和表面質(zhì)量。對于高速運轉(zhuǎn)的軸，還應進行振動穩(wěn)定性計算，防止發(fā)生共振而破壞。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素:（1）軸在機器中的安裝位置及形式；（2）軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量和軸連接的方法；（3）載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；（4）軸的加工工藝。不論什么條件,軸的結(jié)構(gòu)應滿足以下條件：（1） 軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置,周向和軸向要有準確的定位；（2） 軸上的零件應便于裝拆和調(diào)整；（3） 軸應具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和制造工藝性。 主軸裝配圖預定出軸上主要零件的裝配方向、順序和關(guān)系，如下圖立式數(shù)控銑床主軸的裝配。前軸承（前支撐）、套筒、軸承、套筒（曲路密封）與端蓋（曲路密封）齒輪（動力輸入部分）、圓螺母、軸承（后支撐）、端蓋、依次從軸的后端向前端安裝。 為防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向和周向的相對運動,軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)要求外,都必須進行軸向和周向定位,以保證其準確的工作位置。 :通常由軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母來保證； :周向固定的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對運動。常用周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過盈配合等,其中緊定螺釘只用在傳力不大之處。 各軸段直徑與的確定由軸的結(jié)構(gòu)和拉刀方式確定出軸的最小直徑：立式數(shù)控銑床主軸必須制成空心軸，且又因為為空心軸的內(nèi)徑與外徑d 之比，為了保證軸的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度,通常在之間,。故d=50mm。按軸上零件的裝配方案和定位要求，從處起逐一確定各軸段的直徑。在實際的設計中，軸的直徑亦可憑設計者的經(jīng)驗確定，或參考同類機器用類比的方法確定。有配合要求的軸段，應盡量采用標準直徑。安裝標準件的部位的軸徑，應取為相應的標準值及所選的配合公差。為了使帶輪、軸承等有配合要求的零件裝配拆卸方便，并減少配合面的擦傷，在配合軸段前應采用較小的直徑，發(fā)揮軸肩的作用。 確定各軸段長度時，應盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時還需要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。軸的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件必要的空隙來確定的。為了保證軸向定位可靠與帶輪等零件相配合部分的軸段長度一般應比輪轂長度短23mm，所以取Dmax=78mm.（1）： 主軸懸伸量與前端軸頸之比機床和主軸的類型a/D1通用和精密機床，自動車床和短主軸端銑床，用滾動軸承和支架~中等