【文章內(nèi)容簡介】 復(fù)合加工試驗裝置的的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 車銑加工裝置的總體方案 本次畢業(yè)設(shè)計涉及一種車銑加工的裝置，包括軸承、尾座、主軸、三角卡盤、伺服電機。通過將該裝置安裝在普通銑床上，輔助普通銑床實現(xiàn)車銑加工的功能。該車銑加工輔助裝置各零部件加工容易，裝配方便，可以方便的進行安裝固定，在普通銑床上就可以實現(xiàn)不同偏心量的正交以及正切車銑加工，降低了加工的成本，提高了產(chǎn)品的加工質(zhì)量以及加工效率。車銑加工裝置如下圖所示 : 圖 21 車銑加工裝置總體結(jié)構(gòu)圖 爪卡盤 裝置主傳動的選擇與設(shè)計 主電機的選擇與設(shè)計 由于本發(fā)明需要是選擇的伺服電動機，因此我們在這里選擇的是伺服電動機，其具有伺服控制系統(tǒng)，其又被稱為執(zhí)行電動機。相比于由變頻器控制的三相異步電動機，伺服電動機屬于精密控制的電動機。伺服電動機具有獨立的旋轉(zhuǎn)編碼器，可以對電動機運轉(zhuǎn)時的角誤差進行記錄和反饋。而伺服電機中還具有伺服控制器，可以對誤差進行修補，保證了伺服電動機的可 靠性。這種控制，稱為伺服電動機的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。并且在實際的應(yīng)用中，我們可以將獨立的編碼器作為轉(zhuǎn)速反饋元件裝在傳動機構(gòu)的末端，將其反饋，達到全閉環(huán)XXX 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 控制的效果。 伺服電動機的優(yōu)特點： （ 1） 調(diào)速范圍寬，高速性能好； （ 2） 機械性能和調(diào)節(jié)性能為線性，有利于提高控制系統(tǒng)精度； （ 3） 動態(tài)響應(yīng)快，加減速的響應(yīng)時間短； （ 4） 低速運行平穩(wěn)，抗過載能力強 然而我國并沒有相應(yīng)的伺服電動機產(chǎn)品，我們只能選擇諸如德國西門子（ Siemens）公司， 日本法那克（ Fanuc）公司、三菱公司的電動機。 圖 22 伺服電動機 同步帶的選擇與介紹 同步帶傳動是一種綜合了多種傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的一種新型的機械傳動。他的工作原理是：帶齒的工作面與帶輪的齒槽相嚙合，然后進行進行齒輪傳動。其具有帶傳動、齒輪傳動、鏈傳動的優(yōu)點。同步帶的平帶層輕薄，主要依靠平帶上的齒來傳遞運動。因 為帶齒是經(jīng)過精確加工的模具壓鑄而出的，所以帶齒的節(jié)距與齒輪的齒距相類似，具有一定的節(jié)距精度，這樣便能達到傳動同步，故稱之同步帶傳動。 相比于 V帶、平帶、鏈傳動，同步帶傳動的優(yōu)點很多： （ 1） 傳動準確、平穩(wěn)，無滑動且噪聲低 （ 2） 傳動效率一般高達 98%，能夠節(jié)能 （ 3） 同步帶靠帶齒傳動，不靠摩擦傳動，所以無需潤滑 （ 4） 速比范圍大，傳動功率范圍也大 （ 5） 結(jié)構(gòu)緊湊，可用于多軸或長距離傳動 （ 6） 較小的預(yù)緊力，使得軸承和軸上，所受載荷也較小 設(shè)計同步帶傳動目的：確定帶的型號、節(jié)距、帶長（節(jié)線長度）、帶寬、中心距及主、從動輪齒數(shù)等參數(shù)。 XXX 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 主軸 系統(tǒng)選擇與設(shè)計 軸的設(shè)計應(yīng)滿足的要求 ：保證軸和軸上的零件工作位置準確 ,進行合理的設(shè)計，使其上零件便于裝拆和調(diào)整 ,軸的制造最好具有一定的工藝性。 ：軸的承載能力要強，能夠保持工作壽命內(nèi)的工作強度。 ：軸的精度要求很高的話，除了要保持強度要求外，還要有一定的剛度。此外，還應(yīng)保持穩(wěn)定性。 軸的選材 機床的傳動軸部分進行著不同程度的摩擦，特別是軸頸部位與軸承配合時的摩擦過大，所以要求具有一定耐磨性和硬度。還需要滿足強度和剛度要求，因為高速運轉(zhuǎn)時，機床的 軸要承受多種載荷的作用（主要是彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊等），所以要求軸具有抵抗各種載荷的能力。當傳動軸載荷又大、轉(zhuǎn)速又高時，傳動軸還承受著變焦應(yīng)力。同時，選擇軸的材料還要按照經(jīng)濟性因素，考慮軸的工作環(huán)境，工藝性合理的原則，考慮材料資源及供應(yīng)情況。 碳素鋼和合金鋼是軸的常用材料。 而鑄鐵，有時也可制造形狀復(fù)雜勞動的軸，如凸輪軸，曲軸，空心軸等，經(jīng)過鑄造成型，可得到比較復(fù)雜的形狀。雖然球墨鑄鐵價格低廉，但是也具有許多不錯的屬性，如耐磨性和可加工性。但是，對應(yīng)力差，不僅如此，鑄鐵的沖擊韌性低，工藝過程不易控制，軸的質(zhì)量不 易控制。 相比于合金鋼，碳素鋼的價格更加便宜，對應(yīng)力集中敏感性低。而且作為鋼材，碳素鋼的可加工性能好，可以進行化學(xué)處理和熱處理。由于碳素鋼的的性能較好，所以他的應(yīng)用也較為廣泛，一般的機器，多選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造。而在型號眾多的優(yōu)質(zhì)鋼中，45 號鋼的性能較好，也最為常見。對于一些不重要的軸，或者對于強度要求不高，可以采用普通鋼。而以 45 號鋼為主軸材料，最好的熱處理方式應(yīng)當是正火或者調(diào)質(zhì)處理。 合金鋼又被稱為高強度鋼。合金鋼的性能比之碳素鋼要更好，并且在熱處理方面的能力也更加出色。由于合金鋼對應(yīng)力集中性較為敏感，且 價格較為昂貴，所以必須要保證軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，這才能使合金鋼的使用恰到好處。所以合金鋼一般用來制造有特殊要求或者性能要求較高的軸，如那些處于高溫、低溫或腐蝕介質(zhì)中工作的軸，即飛機發(fā)動機的軸、精密機床的軸、礦山井下的軸、酸堿介質(zhì)中工作的軸等等。 在普通環(huán)境的溫度下，兩種鋼材的彈性模量并沒有顯著差別。即使通過熱處理的方式并不能改變鋼的彈性模量，所以合金鋼并不能代替碳素鋼。要想提高軸的剛度，應(yīng)從鋼材的本身性質(zhì)入手。合金鋼制造的軸，對應(yīng)力集中敏感，對于選擇合金鋼作為軸的材料我們應(yīng)當慎重考慮。 XXX 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 綜合以上考慮我們應(yīng)當選 擇 45 號鋼進行正火處理。 由參考資料《機械設(shè)計實用手冊》表 知 ： 212120212122/59][/216][/98][/155/268/353/635mmNmmNmmmmNmmNmmNmmNbbbsb?????????????????? 影響軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計因素 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當根據(jù)軸的工作條件與環(huán)境，以及設(shè)計所需要的條件，合理地設(shè)計軸的外形結(jié)構(gòu)尺寸。 影響軸的結(jié)構(gòu)的因素有很多。比如軸在機器上的安裝位置和要求，定位和固定形式；軸的受力情況，軸上零件的布置，軸承的類型和尺寸等。由于這些因素的影響，所以使得軸與軸之間的區(qū)別較大。因此軸的結(jié)構(gòu)不可能是一樣的。軸的設(shè)計必須具體情況具 體分析，根據(jù)所需要的各部分條件，篩選出軸需要的條件精心設(shè)計。相比與其他設(shè)計，軸的合理結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下列要求：軸首先要有一定的制造工藝性，軸合理受力，根據(jù)力學(xué)觀點能減小軸的應(yīng)力集中效果，這樣能做到材料的節(jié)省以及軸質(zhì)量的削減。軸和裝配在軸上的零件應(yīng)有正確的工件位置，并可以進行牢靠的固定，便于方便的裝拆和調(diào)整軸上的零件。 我們?nèi)绻麑S的結(jié)構(gòu)開始設(shè)計，如下條件必須為已知：機器部件的主要參數(shù)和尺寸，裝配簡圖，傳遞的功率，軸的轉(zhuǎn)速，傳動零件類型等。 軸的分類 按軸線形狀來分，軸可以分為兩種不同類型，分為直軸和曲軸 兩類，直軸是大多類機械中使用的零件。曲軸是往復(fù)式機械中的專用零件，用來將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運動。 按工作時的受載情況不同，軸可分為以下的三種類型。 （ 1）心軸 用來支承轉(zhuǎn)動零件，工作時只承受彎距不傳遞轉(zhuǎn)距。可分為固定心軸和轉(zhuǎn)動心軸。 （ 2）傳動軸 工作時只承受轉(zhuǎn)矩，不承受彎矩或所受彎矩很小的軸。 （ 3）轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸是機器中最為常見的軸，通常簡稱為軸，其工作時既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩 ，軸可分為光軸和階梯軸； XXX 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 光軸加工工藝性好，具有良好的制造性。但是不便于軸上 工件的裝拆，固定和定位。常用于紡織機械，農(nóng)業(yè)機械和橋式起重機械中。階梯軸的各截面直徑并不同，加式制造較為復(fù)雜。但是方便于工作于軸上工件的裝拆，固定和定位，并且各軸段強度相近。所以在一般機械中應(yīng)用最為廣泛。 ，軸可分為實心軸和空心軸。 軸一般都不能制成實心的。實心軸加工工藝性好。有時為了減輕軸的重量或者由于機器結(jié)構(gòu)的要求而需在軸中裝設(shè)某種零件時，則將軸制成空心的。如汽車中的傳動軸，機床的主軸，一般都是空心軸。 此外，還有一些特殊用途的軸。如由緊貼在一起的幾層鋼線層構(gòu)成的鋼線軟軸，可以靈活的 把回轉(zhuǎn)運動和轉(zhuǎn)矩傳遞至所有位置。 根據(jù)設(shè)計需要，此處軸設(shè)計為轉(zhuǎn)軸。按軸的表面分類是階梯軸，按軸的載面形狀分類為空心軸。他在工作時既同時承受彎矩的作用，又同時承受轉(zhuǎn)矩的作用， 鍵的選擇與設(shè)計 軸與軸上的旋轉(zhuǎn)件可以通過鍵或者花鍵聯(lián)結(jié)。鍵是一種標準件，可以實現(xiàn)軸和輪轂轉(zhuǎn)矩傳遞。根據(jù)鍵的類型的不同，鍵可以分為應(yīng)用最廣的平鍵、用于輕載的半圓鍵、對精度要求不高的楔鍵、用于載荷很大的切向鍵。 普通平鍵聯(lián)結(jié)的的兩側(cè)是工作面，鍵與軸槽的配合較緊，適用于高精度，高速的場合。并且這種鍵對中性好，裝卸方便，所以也應(yīng)用最為廣泛 。但是這種鍵不能受軸向力，因此不能軸向固定。 鍵的選型，主要是類型和尺寸的選擇。由于我們所需精度較高，所以選用平鍵聯(lián)結(jié)。由于齒輪不在軸端，鍵在槽中軸向固定良好，所以選用圓頭 A 型普通平鍵。 圖 23 普通平鍵聯(lián)結(jié)（圖中 b、 c、 d 下方為鍵及鍵槽示意圖 ） XXX 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 軸承選擇與設(shè)計 軸承的類型 主軸軸承數(shù)控機床的重要零件，他的工作性能受到各種因素的影響。根據(jù)功能和結(jié)構(gòu)以及摩擦力的不同，數(shù)控機床上主軸軸承常用的有：滾動軸承和滑動軸承。 滾動軸承根據(jù)滾動體的結(jié)構(gòu)各不相同，依據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以分為球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承三大類。 主軸支承分徑向和軸向支承。角接觸軸承（包括角接觸球軸承和圓錐滾子軸承）兼起徑向和軸向支承的作用。 推力支撐應(yīng)位于前支撐內(nèi)，原因是數(shù)控機床的坐標原點常設(shè)在主軸的前端。為了減少熱膨脹造成的坐標原點移動，應(yīng)盡量縮短坐標原點至推力支撐之間的距離。 主軸軸承可以選用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承由于滾子大端面與內(nèi)圈擋邊之間為滑動摩擦，發(fā)熱較多，故轉(zhuǎn)速受到限制。 由于滾動軸承優(yōu)點較多，加之具有較高的加工精度，所以，一般情況下數(shù)控機床應(yīng)盡量采用滾動軸承。只有要求加工表面粗糙度數(shù)值和小時，且主軸又是 水平的機床時才用滑動軸承。 本設(shè)計內(nèi)容為小型加工中心主軸組件設(shè)計，要選用滾動軸承。 XXX 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 表 21 常用的各類滾動軸承的性能及特點 軸承名稱 類型及代號 結(jié)構(gòu)簡圖 基本額定動載荷比＊ 極限轉(zhuǎn)速比＊＊ 允許偏位角 主要特性及應(yīng)用 調(diào)心球軸承 10000 ～ 中 2176。～ 3176。 主要承受徑向載荷，也能承受少量的軸向載荷。因為外圈滾道表面是以軸線中點為球心的球面，故能自動調(diào)心。 調(diào)心滾子軸承 20200 ～ 4 低 1176。～ 176。 主要承受徑向載荷，也可承受一些不大的軸向載荷，承載能力大 ，能自動調(diào)心。 圓錐滾子軸承 30000 ～ 中 2′ 能承受以徑向載荷為主的徑向、軸向聯(lián)合載荷，當接觸角α大時，亦可承受純單向軸向聯(lián)合載荷。因系線接觸，承載能力大于 7 類軸承。內(nèi)、外圈可以分離，裝拆方便，一般成對使用。 推力球軸承 51000 1 低 不允許 接觸角α =0176。，只能承受單向軸向載荷。而且載荷作用線必須與軸線相重合，高速時鋼球離心力大，磨損、發(fā)熱嚴重，極限轉(zhuǎn)速低。所以只用于軸向載荷大，轉(zhuǎn)速不高之處。 雙向推力 球軸承 52020 1 低 不允許 能承受雙向軸向載荷 。其余與推力軸承相同。 XXX 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 軸承名稱 類型及代號 結(jié)構(gòu)簡圖 基本額定動載荷比＊ 極限轉(zhuǎn)速比＊＊ 允許偏位角 主要特性及應(yīng)用 深溝球軸承 60000 1 高 8′～ 16′ 主要承受徑向載荷，同時也能承受少量的軸向載荷。當轉(zhuǎn)速很高而軸向載荷不太大時，可代替推力球軸承承受純軸向載荷。生產(chǎn)量大，價格低。 角接觸球軸承 70000 ～ 較高 2′～ 10′ 能同時承受徑向和軸向聯(lián)合載荷 .接觸角 ?越大，承受軸向載荷的 能力越大。接觸角? 有 15176。、 25176。和40176。三種。一般成對使用，可以分裝于兩個支點或同裝于一個支點上。 圓柱滾子軸承 N0000 ～ 3 較高 2′～ 4′ 外圈（或內(nèi)圈）可以分離，故不能承受軸向載荷。由于是線接觸，所以能承受較大的徑向載荷。 滾針軸承 NA0000 —— 低 不允許 在同樣內(nèi)徑條件下，與其它類型軸承相比，其外徑最小，外圈（或內(nèi)圈）可以分離，徑向承載能力較大，一般無保持架，磨擦系數(shù)大。 軸承的材料 目前，滾動軸承電主軸的支承形式主要采用鋼質(zhì)球軸承和陶瓷球混合軸承。本人采用陶瓷球混合軸承。陶瓷球混合軸承與傳統(tǒng)的鋼質(zhì)球軸承相比， 具有密度小、彈性模量大、熱膨脹系數(shù)小、耐高溫等優(yōu)良物理性能和機械性能。 （ 1）陶瓷球混合軸承材料 43NSi ，密度相當于鋼的四成。 （ 2）彈性模量大、硬度高。 XXX 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 （ 3）膨脹系數(shù)小。 軸承的支承方式 表 22 軸承的支承方式