【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5040/1500=，而主軸要求的很功率伴隨范圍為 2400/210=，顯然電動(dòng)機(jī)不能滿足主軸所要求很功率段的變速范圍。所以在設(shè)計(jì)時(shí)不能依據(jù)總變速范圍（最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比）來(lái)設(shè)計(jì)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，而應(yīng)該考慮電動(dòng)機(jī)和主軸性能的匹配 。??3現(xiàn)主軸恒功率調(diào)速范圍為 ??計(jì)nK而電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍為 )(max電額 電電 n為了使主軸和電動(dòng)機(jī)的很功率匹配，現(xiàn)通過(guò)增加兩組齒輪變速來(lái)滿足。該兩組齒輪即擴(kuò)大了電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速。具體如下：由上圖可知，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 1500r/min 時(shí)，經(jīng)分級(jí)變速箱、主軸可得到 718r/min到 210r/min 范圍內(nèi)的各種轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升至 5040r/min 時(shí)，分級(jí)變速箱轉(zhuǎn)速也液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)–8–隨之上升到 718r/min 到 2400r/min，這是恒功率調(diào)速區(qū)。電機(jī)恒功率調(diào)速范圍擴(kuò)大到主軸的恒功率調(diào)速范圍 。電機(jī)由 1500r/min300r/min，主軸由 140r/min40r/min時(shí)恒扭矩調(diào)速。現(xiàn)在考慮到實(shí)際情況，采用一對(duì)定比齒輪和一對(duì)雙聯(lián)滑移齒輪變速，以簡(jiǎn)化分級(jí)變速箱結(jié)構(gòu)和自動(dòng)化。取 Z=3 lg = 。F??ZRnp當(dāng)電機(jī)為 1500r/min 時(shí)，經(jīng)分級(jí)變速箱、主軸得到 210r/min(低端)718r/min（高端）范圍內(nèi)的各種轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升至 4500r/min 時(shí)，主軸的低端轉(zhuǎn)速由 210r/min 升到 718r/min，主軸高端轉(zhuǎn)速由 718r/min 升到 2400r/min，這是恒功率調(diào)速區(qū)。當(dāng)電機(jī)由 1500r/min 向下調(diào)速（恒轉(zhuǎn)矩）時(shí)，分級(jí)變速機(jī)構(gòu)將主軸上的 718r/min（高端）和 210r/min（低端）也同時(shí)向下進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。為了使恒扭矩之間仍能得到要求的切削功率，電機(jī)的切削功率只能選的大一些。電動(dòng)機(jī)功率 P=，可選用 YP132M4 型交流主軸電機(jī)。主傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖：液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)–9–從 210 r/min→718 r/min 采用變速齒輪組為 21/54 的一組齒輪嚙合。從 718 r/min→ 2400 r/min 采用變速齒輪為 50/38 的一組齒輪嚙合。在 (主) → （主）min計(jì)時(shí)（恒扭矩運(yùn)行），一般就用 21/54 這組齒輪嚙合。通過(guò)上述分析可知，用機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸與電動(dòng)機(jī)的匹配，在實(shí)際中是可行的，單帶來(lái)的缺點(diǎn)是主軸箱的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些。液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)–10–3 軸的設(shè)計(jì) 軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)主軸上零件的安裝、定位以及主軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定主軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響主軸的工作能力和洲上零件的工作可靠性，還會(huì)增加主軸的制造成本和主軸上零件裝配的困難等。因此，主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度，剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多速情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這是只要對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。而對(duì)剛度要求高的主軸和受力大的細(xì)長(zhǎng)軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形。對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞。主軸部件是在主運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件，它夾執(zhí)刀具或工件，并帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。數(shù)控機(jī)床主軸部件的精度，靜，動(dòng)剛度，熱變形對(duì)加工質(zhì)量有直接的影響。主軸部件包括液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)–11–主軸，主軸的支撐以及安裝在主軸上的傳動(dòng)零件，對(duì)于自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，主軸部件中還裝有刀具自動(dòng)夾緊裝置，切削清除裝置和主軸準(zhǔn)停裝置。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛胚多數(shù)用軋鋼制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用是的 45 號(hào)鋼。我的設(shè)計(jì)主軸用 45 號(hào)鋼。合金鋼比碳鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。必須指出：在一般工作溫度下（低于 200 攝氏度），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度與耐磨性，而不是軸的彎曲強(qiáng)度或扭曲強(qiáng)度。但也應(yīng)注意，在既定條件下，有時(shí)也可選擇強(qiáng)度較低的鋼材，而用適當(dāng)增加軸的截面面積的方法來(lái)提高軸的剛度。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要決定于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸的連接方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式 。設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對(duì)不同情況進(jìn)??4行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝載軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)變預(yù)裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝星等。下面討論軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要解決的幾個(gè)主要問(wèn)題。 軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求者外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。(1)零件的軸向定位液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)–12–軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來(lái)保證的。軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩類。利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然會(huì)是軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應(yīng)力集中。另外，軸肩過(guò)多時(shí)也不利于加工。因此，軸肩定位多用于軸向力較大的場(chǎng)合。定位軸肩的高度 h 一般取為 h=()d，d 為與零件相配處的直徑，單位為 mm。滾動(dòng)軸承的定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便于拆卸軸承，軸肩的高度可查手冊(cè)中軸承的安裝尺寸。為了使零件能靠近軸肩而得到準(zhǔn)確可靠的定位，軸肩處的過(guò)渡圓角半徑 r 必須小于與之相配的零件轂孔端部的圓角半徑 R 或倒角尺寸 C。套筒定位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，軸上不需開(kāi)槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個(gè)零件之間的定位。如兩零件的間距較大時(shí)，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。因套筒與軸的配合較松，如軸的轉(zhuǎn)速很高時(shí)，也不宜采用套筒定位。軸端擋圈適用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定，為了防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動(dòng)造成螺釘松脫，可加圓柱銷鎖定軸端擋圈可采用雙螺釘加止動(dòng)墊片防松等固定方法。圓螺母定位可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應(yīng)力集中，會(huì)降低軸的疲勞強(qiáng)度，故一般用于固定軸端零件，有雙圓螺母和圓螺母與止動(dòng)墊圈兩周形式。當(dāng)軸上兩零件的間距離較大不宜使用套筒定位時(shí)，也常采用圓螺母定位。軸承端蓋用螺釘或槽與箱體聯(lián)接而使?jié)L動(dòng)軸承的外圈得到軸向定位。在一般情況下，整個(gè)軸的軸向定位也常利用軸承端蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用彈性擋圈、緊定螺釘及鎖定擋圈等進(jìn)行軸向定位，只適用于零件上的軸向力不大之處。緊定螺釘和鎖緊擋圈常用于光軸上零件的定位。此外，對(duì)于承受沖擊載荷和同心度要求較高的軸端零件，也可以采用圓錐面定位。(2) 零件的周向定位周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過(guò)盈配合等，其中鎖定螺釘只用在傳力不大之處。(3) 各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)–13–零件在軸上的定位和裝拆方案確定后，軸的形狀便大體確定。各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關(guān)。初步確定軸的直徑時(shí)，通常還不知道支反力的作用點(diǎn)，不能確定彎矩的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來(lái)確定軸的直徑。但在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，通常已能求得軸所受的扭矩。因此，可按軸所受的扭矩初步估算軸所需的直徑。將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑 dmin，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從 dmin 處起注意確定各短軸的直徑。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，軸的直徑亦可憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)去定，或參考同類機(jī)器用類比的方法確定。為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)采用較小的直徑。為了使宇軸做過(guò)盈配合的零件易于裝配，相配軸段的壓入段應(yīng)制出錐度；或在同一軸段的兩個(gè)部位上采用不同的尺寸公差。確定各軸段的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。軸的各段長(zhǎng)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間必要的空隙來(lái)確定的。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長(zhǎng)度一般應(yīng)比輪轂長(zhǎng)度短 23mm. 主軸端部的結(jié)構(gòu)和主軸的支承 (1) 主軸端部的結(jié)構(gòu)主軸端部用與按裝刀具或者夾持工件的夾具。在結(jié)構(gòu)上，能夠保證定位準(zhǔn)確，安裝可靠，連接牢固，裝卸方便，并能夠傳遞足夠的扭矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。車床的主軸端部前端的圓錐面和凸緣面為安裝卡盤(pán)的定為面；撥銷用于傳遞扭矩；安裝卡盤(pán)時(shí)，卡盤(pán)上的固定螺栓連同螺母從凸緣孔中穿過(guò)。轉(zhuǎn)過(guò)快卸卡盤(pán)同時(shí)將幾個(gè)螺栓卡住，在擰緊螺母。(2)主軸的支承 數(shù)控機(jī)床的主軸支承根據(jù)主軸部件的性能（轉(zhuǎn)速，承載能力，回轉(zhuǎn)精度等）要求不同而采用不同種類的軸承。一般中小數(shù)控機(jī)床（如車床，銑床，加工中心等）的主軸部件多數(shù)采用滾動(dòng)軸承；重型數(shù)控機(jī)床采用液體靜壓軸承；高精度數(shù)控機(jī)床采用氣體靜壓軸承；更高轉(zhuǎn)速的主軸可以采用磁力軸承或陶瓷滾動(dòng)軸承。不同類型的主軸軸承的優(yōu)缺點(diǎn)不同。液 壓 缸 變 速 式 數(shù) 控 車 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)–14– 采用滾動(dòng)軸承作為主軸支承時(shí)候，可以有許多種不同的配置形式。目前數(shù)控機(jī)床主軸軸承的配置形式主要有以下幾種：① 前支承采用雙列圓柱磙子軸承和角接觸推力雙列向心軸承，承受徑向力和軸向力，這種配置在中等轉(zhuǎn)速的數(shù)控機(jī)床應(yīng)用普遍。② 前支承采用角接觸球軸承，由 2 或者 3 個(gè)軸承組成一套背靠背安裝能夠承受軸向和徑向力；后支撐采用雙列圓柱滾子軸承。這種適合轉(zhuǎn)速高，重載荷，主軸端部精度好后支撐采用成組角接觸球軸承，用以承受徑向和軸向力，這種配置多用于輕載，精密數(shù)控機(jī)床。 軸的材料和工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便