【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)提高傳動件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。 （ 3）良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床一 般既要進(jìn)行粗加工，又要精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻 運動部件不平穩(wěn)以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進(jìn)行。因此主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力 — 抗振性?？拐裥? 用動剛度或動柔度來衡量。例如主軸組件的動剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度 阻尼比及固有頻率等參數(shù)。 機(jī)床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件之青島黃海職業(yè)學(xué)院 14 間的 相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合精度，并進(jìn)行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。 主傳動變速系統(tǒng) 普通機(jī)床一般采用機(jī)械有級變速調(diào)速傳動，而數(shù)控機(jī)床需要自動變速；且在切削階梯軸的不同直徑，切削曲線旋轉(zhuǎn)面和斷面時，需要隨切削的直徑的變化而自動變速，以保持切削速度基本恒定。這些自動變速又是無級變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選用到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率 。 機(jī)床主傳動中常采用的無級變速裝置有三大類：變速電動機(jī)、機(jī)械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。 無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計原則： 一為盡量選擇功率和扭矩特性符合傳動系統(tǒng)要求的無級變速裝置。如銑床主傳動系統(tǒng)要求恒功率傳動，就應(yīng)該選擇恒功率無級變速裝置。 二為無級變速系統(tǒng)裝置單獨使用時，其調(diào)速范圍較小，尤其是恒功率調(diào)速范圍往往小于機(jī)床實際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級變速裝置與機(jī)械分級變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴(kuò)大恒功率變速范圍和整個變速范圍。 1．主軸部件設(shè)計 主軸部件的性能要求 主軸部件是機(jī)床主要部件之一， 它是機(jī)床的執(zhí)行元件。它的功用是支承并帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動力等載荷，完成表面成型運動。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。 主軸部件的工作性能對整機(jī)性能和加工質(zhì)量以及機(jī)床生產(chǎn)效率有著直接影響，是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。因此，對主軸部件有如下要求： （ 1）軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的定心表面（如車床軸端的定心短錐、錐孔，銑床軸端的 7： 24 錐孔）的徑向和軸向跳動。旋轉(zhuǎn)精度取決于的主要件如主軸、軸承、殼體孔 等的制造、裝配和調(diào)整精度。工件轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能，潤滑劑和主軸組件的平衡。 （ 2）剛度 主軸部件的剛度是指其在外載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時，在位移方向上所施加的作用力來定義的。主軸部件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、滾動軸承的類型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動件的布置方式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等都影響主軸部件的剛度。 青島黃海職業(yè)學(xué)院 15 （ 3）溫升 因為相對運動處的摩擦生熱，切削取得切削熱等使主軸溫度升高將引起熱變形使 主軸伸長，軸承間隙的變化，降低了加工的精度；溫升也會降低潤滑劑的粘度，惡化潤滑條件。因此，各類機(jī)床對溫升都有一定的限制。 （ 4）可靠性 數(shù)控機(jī)床是高度自動化的機(jī)床，所以必須保證工作可靠性，可喜的是這方面的研究正在發(fā)展。 （ 5）精度保持性 它指長期保持其原始制造精度的能力。對數(shù)控機(jī)床的主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。 2．主軸部件的組成和軸承選型 （ 1）主軸部件，它由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。 （ 2）主軸的傳動件，可以位于前后支承之間，也可位于后支承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(xiàn)分離傳動和模塊化設(shè)計：主軸組件（稱為主軸單元）和變速箱可以做成獨立的功能部件，又專門的工廠集中生產(chǎn)，作為商品出售。變速箱和主軸間可用齒輪副或帶傳動聯(lián)接。本三坐標(biāo)曲面數(shù)控銑床采用帶傳動聯(lián)接。主軸支承分徑向和推力（軸向）。角接觸球軸承兼起徑向和推力支承的作用。推力支承應(yīng)位于前支承內(nèi)，原因是數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)原點，常設(shè)定在主軸前端。為了減少熱膨脹造成的坐標(biāo)原點的位移，應(yīng)盡量縮短坐標(biāo)原點支推力支承之間的距離。 （ 3）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(lián)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，背靠背和面對面組配都能受雙向軸向載荷；同向組配只能承受單向軸向載荷。背對背比面對面安裝的軸承具有較高的抗顛覆力矩的能力。運轉(zhuǎn)時，軸承的外圈的散熱條件比內(nèi)圈好，因此，內(nèi)圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹的結(jié)果將使軸承的過盈加大。軸向膨脹對與背靠背組配將使過盈減少，于是，可以補(bǔ)償一部分徑向膨脹；而對于面對面組配，將使過盈進(jìn)一步加大?；谏鲜龇治觯鬏S受到彎距，又屬高速運轉(zhuǎn)，因 此主軸軸承必須采用背靠背組配。 （ 4）角接觸角軸承的間隙調(diào)整和預(yù)緊 主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整，多數(shù)軸承，還應(yīng)在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體和導(dǎo)軌之間有一定的預(yù)變形，這就是軸承的預(yù)緊。 軸承預(yù)緊后，內(nèi)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，因而在預(yù)緊前只有部分滾導(dǎo)體與滾道接觸。預(yù)緊后，滾導(dǎo)體和滾道都有了一定的變形，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(chǎn)生振動，則由于各個方面都有滾動體 支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；而且較大的預(yù)緊力將使壽命下降，故預(yù)緊要適量。 青島黃海職業(yè)學(xué)院 16 角接觸角軸承在軸向力的作用下，使內(nèi)外圈產(chǎn)生軸向錯位實現(xiàn)預(yù)緊，衡量預(yù)緊力大小的是軸向預(yù)緊力，簡稱預(yù)緊力 Fa0，單位為 N。多聯(lián)角接角球軸承是根據(jù)預(yù)緊力組配的。軸承廠規(guī)定了輕預(yù)緊、中預(yù)緊和重預(yù)緊三級預(yù)緊。訂貨時可指定預(yù)緊級別。軸承廠在內(nèi)圈（背靠背組配）或外圈（面對面組配）的端面根據(jù)預(yù)緊力磨去δ。裝配時擠緊，便可得到預(yù)定的預(yù)緊力。如果兩個軸承間需要隔開一定的距離，可在兩軸承之間加入厚度相同的內(nèi)外隔套。在軸向載荷的作用 下，不受力側(cè)軸承的滾動體與滾道不能脫離接觸。而滿足這個條件的最小預(yù)緊力，雙聯(lián)組配為最大軸向載荷的 35%。 （ 5） 承載能力和壽命 主軸軸承通常載荷相對較輕。一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(jīng)使用磨損后跳動精度降為 P5 級 ,這個軸承就認(rèn)為應(yīng)該更換了。雖然還未達(dá)到其疲勞壽命，但這種“精度壽命”目前還難以估計。 3．主軸組件的動態(tài)特性 通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸，特別是帶內(nèi)裝式電動機(jī)高速主軸，電 動機(jī)轉(zhuǎn)子是一個集中質(zhì)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） 是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(chǔ)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(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動，則應(yīng)提高主軸的剛度，如加粗直徑。 激振力可能來自主軸組件的不平衡，這時激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以 π /30。也可能來自斷續(xù)切削，這時激振頻率還應(yīng)乘以刀齒數(shù) Z。 （ 2）增大阻尼。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振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面，滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過大的預(yù)緊反而使阻尼減少，故選擇預(yù)緊時還因考慮阻尼因素。 （ 3）采用消振裝置。 4．主軸軸承的潤滑 滾動軸承在接觸區(qū)的壓強(qiáng)很高，在這么高的壓強(qiáng)下，接觸區(qū)產(chǎn)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)，形成一定厚度的油膜，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(dāng)然，也可用脂潤滑，還有用油氣潤滑的。 青島黃海職業(yè)學(xué)院 17 （ 1） 脂潤滑 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、潔凈、密封良好，不使灰塵、油、切削液等進(jìn)入，壽命是很長的。一次充填可用到大修，不需補(bǔ)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）。 （ 2） 油氣潤滑 如果 dn 值較大時，還需對軸承進(jìn)行冷卻。如果用油兼作潤滑和冷卻，則由于油的攪拌作用，溫升反而會增加。最好用油潤滑，用空氣冷卻。油霧潤滑能達(dá)到這個目的，但是易污染環(huán)境。比較好的方 法是油氣潤滑：在吹向軸承的空氣中定期地注入油，油并不霧化，用后可回收，不污染環(huán)境。油 用于潤滑，空氣用于冷卻。 主軸系統(tǒng)計算 V帶傳動的設(shè)計計算 三角帶的選用應(yīng)保證有效地傳遞最大功率（不打滑）并有足夠的使用壽命（一定的疲勞強(qiáng)度）。帶傳動設(shè)計計算的主要內(nèi)容包括確定帶的型號、基準(zhǔn)長度和根數(shù)；確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)尺寸；確定傳動中心距及作用在軸上的力等。 (1) 確定計算功率 Pd PAd ??? ??? kW 式中： KA — 工況系數(shù) (工作情況系數(shù) ) P— 電機(jī)額定功率 Kw (2) 選擇三角帶型號 根據(jù) Pd 、 n1 由圖 78選 SPA 型 窄 V 帶 (3) 確定帶輪直徑 D1 、 D2 小帶輪直徑 D1 應(yīng)滿足： D?1 Dmin ，以免帶的彎曲應(yīng)力過大而導(dǎo)致其壽命降低。 查表 74取 D mm90min? ,故選擇 D mm1001? (4) 計算膠帶速度 smsmnDv /25/ 000 12 5010010 0060 11 ??????? ?? 5V 故 D1 選擇合格 D mmiD 202100212 ???? (5) 確定中心距 a和帶長 Ld )( 21 DD ? )(2 210 DDa ??? 青島黃海職業(yè)學(xué)院 18 得 mmamm 6 0 02 1 0 0 ?? 初選 mma 3000 ? 帶長 mma DDDDaL d 10784 )()(22 021221039。 ?????? ? 查表 73，取 mmLd 1000? 中心距 mmLLaa dd 2612 39。0 ???? a的調(diào)整范圍： mmLaa d 2 4 60 1 in ??? mmLaa d 2 9 a x ??? (6) 驗算小帶輪包角 1? 小帶輪包角可按公式求得： ?? ???? 121 a DD? 得 ?? ?? 1202121? ， 即滿足條件。 (7) 確定 V 帶根數(shù) z V 帶根數(shù) Z 可按下式計算： Ld KKPP Pz?)( 00 ??? 由表 76a 查得 ?? )11(10 ib KnK ???? 由表 710 查得 ???bK 由表 711 查得 ?iK ) 11( 3 ????? ?iP ? 由表 79 查得 ??K 由表 73 查得 ?LK 代入求根公式，得 )( ????z ? 取 z=6,符合表 74推薦的輪槽數(shù) 青島黃海職業(yè)學(xué)院 19 (8) 確定初拉力 0F 單根 V帶合適的初拉力可按下式計算： 20 )(500 qvKzvPF d ??? ? 由表 75 得 mkgq /? 20 )11 ( ?????F N282? (9) 計算作用在軸上的壓力 Q 2sin2 1?zQ? 216 2sin28 262 ???? N3383? 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計 對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求 進(jìn)給伺服系統(tǒng)不但是數(shù)控機(jī)床的一個重要組成