【正文】 目前國內(nèi)外有關(guān)部門均開展了這一方面的研究與應(yīng)用。隨著機(jī)床向高精度和高自動(dòng)化方向的發(fā)展，熱變形問題變得十分突出，特別是近年來數(shù)控機(jī)床的快速發(fā)展和廣泛使用，控制機(jī)床熱變形的研究大大加強(qiáng)，由于數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度以及有效工作時(shí)間均高于普通機(jī)床，機(jī)床發(fā)熱量及熱變形對(duì)加工精度的影響也遠(yuǎn)大于普通機(jī)床。工作臺(tái)材料選用HT2）為了安裝方便，Y向絲杠螺母座采用的是與工作臺(tái)分離式結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。其精度和剛性都會(huì)直接影響到工件的加工質(zhì)量。1. 導(dǎo)軌長度的計(jì)算 根據(jù)工作臺(tái)尺寸以及行程，查《機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊》知：X向：取動(dòng)導(dǎo)軌L=630mm，動(dòng)導(dǎo)軌不伸出，故取靜導(dǎo)軌L’=L+675=1305mm2. 滾動(dòng)體的尺寸數(shù)量 選取滾珠直徑d=9mm，滾珠數(shù)目： (41) 取 Z=80 F—每條導(dǎo)軌所承受的載荷（N） d—滾珠直徑（mm）3. 導(dǎo)軌壽命驗(yàn)算 由《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊》（下冊）表2921查得： 導(dǎo)軌壽命： 式中：—額定壽命（km）； —基本額定動(dòng)載荷（kN），查《機(jī)械師手冊》（下冊）表2926得 C=； —計(jì)算載荷（kN）； —硬度系數(shù)，按《機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊》（下冊）圖2930選取1； —溫度系數(shù)， 按《機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊》（下冊）圖2931選取1； — 接觸系數(shù)， 按《機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊》（下冊）； —工況系數(shù)， 按《機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊》（下冊）； X向?qū)к墸? 式中：—額定壽命（h）； —額定壽命（km）； —； —每分鐘往復(fù)次數(shù)，取8次。有關(guān)這種導(dǎo)軌的精度標(biāo)準(zhǔn)，在制造廠發(fā)行的樣本資料中可查到。（3）良好的尺寸穩(wěn)定性 導(dǎo)軌在加工和使用過程中，殘余應(yīng)力引起的變形，溫度和溫度變化，都會(huì)影響幾何尺寸的穩(wěn)定性。密封墊用來防止灰塵進(jìn)入軌道。當(dāng)滾珠滾到滑塊的端點(diǎn)，經(jīng)端面擋板和回珠孔返回另一端，再次進(jìn)入循環(huán)。此外，滾動(dòng)導(dǎo)軌潤滑簡單（可用脂潤滑），維護(hù)比較方便（只需更換滾動(dòng)體），高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)像滑動(dòng)導(dǎo)軌那樣因動(dòng)壓效應(yīng)而浮起。能滿足上述要求的有滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌。（7) 振動(dòng)性和穩(wěn)定性 對(duì)于閉式控制的數(shù)控機(jī)床，不僅要求導(dǎo)軌的啟動(dòng)、制動(dòng)跟蹤靈敏度高，還要求有適當(dāng)?shù)恼硿枘崽匦?，以防止在啟?dòng)、制動(dòng)過程中發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。它與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)與潤滑、動(dòng)靜摩擦系數(shù)的差值以及傳動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度有關(guān)。對(duì)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的具體要求如下：（1）導(dǎo)軌精度 導(dǎo)軌在空載和在切削時(shí)都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度。通常采用刮研或磨削手段來實(shí)現(xiàn)。它是根據(jù)所用錐鉸刀的實(shí)際錐角，配磨圓錐銷，以提高圓錐銷在圓錐孔內(nèi)的效果。導(dǎo)軌形式從工藝性角度考慮，采用平導(dǎo)軌形式。在設(shè)計(jì)立柱時(shí)，還要考慮在運(yùn)輸中固定平衡重的穩(wěn)妥可靠地方法。出于這種原因本立柱仍采用井字型肋板。為了滿足對(duì)立柱的這一要求，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和肋板布局上，要有合理的安排。綜合考慮，本次設(shè)計(jì)采用了井字型肋板?？v向肋板可以加強(qiáng)縱向抗彎強(qiáng)度；橫向肋板對(duì)提高抗扭剛度有顯著效果；斜向肋板對(duì)提高抗彎、抗扭剛度又較好的效果。由于鑄件在鑄造成型后，冷卻過程中會(huì)因?yàn)槭湛s造成內(nèi)應(yīng)力，而內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生會(huì)影響機(jī)床精度，是加工出的零件精度受到影響，所以要進(jìn)行時(shí)效處理以消除內(nèi)應(yīng)力。平面上的兩個(gè)坐標(biāo)移動(dòng)是由滑塊和工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，床身結(jié)構(gòu)比較簡單。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)床身是機(jī)床的關(guān)鍵基礎(chǔ)件之一要有足夠的靜、動(dòng)剛度和精度保持性。因此應(yīng)對(duì)床身的熱變形及熱應(yīng)力加以控制。因此床身要有足夠大的剛度。這些部件要承受一定的重力、切削力、摩擦力、夾緊力以及相應(yīng)的彎矩和扭矩。 。3） 活塞與缸體的密封 ① 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》。②技術(shù)要求：a. 直徑d、D3的圓柱度、公差值按8級(jí)精度選。主要零件的結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求如下：1） 缸體① 選擇的聯(lián)接形式為法蘭聯(lián)接。缺點(diǎn)：空心活塞兩個(gè)配合面，同心度要求高，裝撥叉的活塞桿懸伸，使活塞磨損不均勻。根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，操作油缸結(jié)構(gòu)選用821頁最下方一個(gè)三位液壓缸。變速液壓缸的選擇：由主軸運(yùn)動(dòng)情況可知，齒輪傳動(dòng)必須實(shí)現(xiàn)三種狀態(tài)兩級(jí)轉(zhuǎn)速變化時(shí)齒輪的兩種嚙合狀態(tài)。在液壓缸的使用過程中應(yīng)注意下列問題： 工作中有劇烈沖擊式，液壓缸的缸筒、端蓋不能用脆性材料。如可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一些自動(dòng)補(bǔ)償裝置。2）改善主傳動(dòng)箱的潤滑條件，如進(jìn)行箱外循環(huán)潤滑，用低粘度的潤滑油、油霧潤滑等。6）考慮系統(tǒng)的固有頻率，避免共振。2）提高前軸承的精度，把推力軸承放在前支承處可提高抗振性。這一方面有利于重心向內(nèi)側(cè)移，又能適當(dāng)減少前軸承的受力。2）選擇剛度好的軸承，特別注意軸承預(yù)緊會(huì)明顯提高軸承的剛度。通常使前軸承精度比后軸承的高一級(jí)。同時(shí)，由于本課題的軸承采用油脂潤滑方式，其密封目的主要是防止外界異物進(jìn)入，所以可以采用較為簡單的密封方式。由于這種密封方法能有效地保護(hù)軸承，所以得到廣泛應(yīng)用。圖311c是迷宮式密封結(jié)構(gòu)，對(duì)于采用油脂潤滑的主軸，密封主要是防止外界異物進(jìn)入。圖310非接觸式密封1—端蓋 2—螺母圖310a是圈形間隙式密封，它是在蓋的內(nèi)腔中車出梯形或半圓形截面的環(huán)形油槽，并填滿潤滑脂。后者制成迷宮式和間隙式，發(fā)熱很小，應(yīng)用廣泛。油脂潤滑填充量不宜過多，尤其不能填滿軸承的空間，否則將引起過多的發(fā)熱，并有可能使油脂熔化流出。油脂潤滑使用方便，不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有漏油問題。但是，油霧容易吹出，污染環(huán)境。同時(shí)，脂潤滑會(huì)降低全鋼軸承的性能，而混合陶瓷球軸承卻可以安全地采用脂潤滑，符合本課題的主軸支承的選用。當(dāng)然，如果主軸箱中沒有冷卻潤滑油系統(tǒng)，那麼后支承軸承和其它軸承一般采用油脂潤滑方式。潤滑劑和潤滑方式?jīng)Q定于軸承的類型、速度、和工作負(fù)荷。(4) 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 (367)1) 齒向載荷分布系數(shù) 根據(jù)式（）取2) 齒間載荷分布系數(shù) 3) 復(fù)合齒形系數(shù) 4) 將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算彎曲應(yīng)力 彎曲強(qiáng)度足夠。（4） 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 (367)1) 齒向載荷分布系數(shù) 根據(jù)式（）取2) 齒間載荷分布系數(shù) 3) 復(fù)合齒形系數(shù) 4) 將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算彎曲應(yīng)力 彎曲強(qiáng)度足夠?；讫X輪的移位采用液壓缸加撥叉。膜片聯(lián)軸器是靠膜片的彈性變形來補(bǔ)償所聯(lián)結(jié)兩軸相對(duì)位置的偏差，是一種高性能的彈性元件撓性聯(lián)軸器，不用潤滑，結(jié)構(gòu)較緊湊，強(qiáng)度高，使用壽命長，無旋轉(zhuǎn)間隙，不受濕度和油霧的影響，適用于高溫、高熱、高腐蝕介質(zhì)的工況環(huán)境。 聯(lián)軸器的可靠性和使用壽命 對(duì)于要求運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，不允許運(yùn)轉(zhuǎn)工作臨時(shí)中斷的傳動(dòng)，最好選用不許潤滑，無非金屬彈性元件的聯(lián)軸器。 工作機(jī)的轉(zhuǎn)速高低 對(duì)于需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)的聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)具有高平穩(wěn)精度的特性。這將直接影響聯(lián)軸器的類型的選擇，是選擇的首要依據(jù)之一。聯(lián)軸器的選擇原則：選擇聯(lián)軸器時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的載荷性質(zhì)，軸的轉(zhuǎn)速，兩被聯(lián)結(jié)軸的軸線位置偏差，傳動(dòng)精度等選擇聯(lián)軸器型號(hào)。廣泛的應(yīng)用于冶金、化工、機(jī)械、車船、電子、飛機(jī)等工業(yè)部門。驗(yàn)算包角： (346)符合設(shè)計(jì)要求。 (341)符合設(shè)計(jì)要求。（2） 選取帶輪節(jié)圓直徑、驗(yàn)算帶速為了使帶的彎曲應(yīng)力不致過大，應(yīng)使小輪直徑,也不要過大，否則外輪廓尺寸太大。繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動(dòng)和嚙合帶傳動(dòng)。根據(jù)載荷性質(zhì)為中等沖擊，~，取。將上述參數(shù)帶入公式，則以小時(shí)數(shù)表示的軸承壽命為 (335)由于，所以能夠滿足要求。由表135查得分界判斷系數(shù)。（a） （b）圖38隔套調(diào)整法軸承的受力簡圖參見圖39。（a） 修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè) （b）修磨軸承外圈的內(nèi)側(cè)圖37修磨軸承座圈圖37（a）所示為軸承外圍寬邊相對(duì)（背對(duì)背）安裝，這時(shí)修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè)，使間隙增大。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無游隙，游動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度，剛度，壽命和提高高抗振性。軸承內(nèi)圈移動(dòng)這種方法適用于錐孔雙列圓柱滾子軸承。當(dāng)滾動(dòng)軸承存在較大間隙時(shí)，載荷將集中作用于受力方向上的少數(shù)滾動(dòng)體，使得軸承剛度下降，承載能力下降，旋轉(zhuǎn)精度差。預(yù)緊后，滾動(dòng)體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動(dòng)體將更多，各滾動(dòng)體的受力將更均勻。主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整。因此在本課題的軸承配置中選用如圖35(c)的方式。在圖35(b)所示的配置形式中，前軸承采用角接觸球軸承，由3~2個(gè)軸承組成一套，背靠背安裝，承受徑向載荷和軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，這種配置適用于高速、重載的主軸部件。根據(jù)主軸部件的工作精度、剛度、溫升和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，合理配置軸承，可以提高主傳動(dòng)系統(tǒng)的精度?；瑒?dòng)軸承依據(jù)其產(chǎn)生油膜的壓強(qiáng)方式區(qū)別，可以分為液體動(dòng)壓軸承和液體靜壓軸承?；瑒?dòng)軸承滑動(dòng)軸承是在滑動(dòng)摩擦力作用下工作的軸承。從功能和結(jié)構(gòu)上，主軸軸承可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。圖33 主軸受力圖和彎矩轉(zhuǎn)矩圖按當(dāng)量軸徑法計(jì)算1）按當(dāng)量軸徑法計(jì)算 (326)2）求B點(diǎn)撓度 (327)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表116得機(jī)床主軸的許用撓度: (328)經(jīng)比較，故B點(diǎn)剛度滿足要求。根據(jù)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》圖823查得最佳跨距與懸伸長的比值L0/= 即L0==310mm，現(xiàn)取L合理===462mm，為了方便取L合理=460mm（5） 主軸頭的選用如前文所述，采用短錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)有利于減小主軸懸伸量。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，往往由于結(jié)構(gòu)上的限制而使，這就造成主軸部件的剛度損失。⑤改變軸端夾具的結(jié)構(gòu)形式來減小值。③合理設(shè)計(jì)前支承的調(diào)整結(jié)構(gòu)和密封裝置形式。（3） 主軸懸伸量的確定主軸懸伸量是指主軸前端面到支承徑向反力作用中點(diǎn)的距離，它對(duì)主軸部件的剛度和抗振性影響很大。加大直徑，可減少主軸本身彎曲變形引起的主軸軸端位移和軸承彈性變形引起的軸端位移，從而提高主軸部件剛度。根據(jù)以上要求，選取Y132S2─4型三相異步電動(dòng)機(jī)，,滿載轉(zhuǎn)速1500r/min。刀具幾何參數(shù)：，現(xiàn)以確定粗車是的切削用量為設(shè)計(jì)：① 確定背吃刀量和進(jìn)給量，根據(jù)《切削加工簡明實(shí)用手冊》表850，取4mm，取。合理的確定電機(jī)功率P，使機(jī)床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。(3) 根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)措施，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。所以，L有一個(gè)最佳值，L太大或太小，都會(huì)降低綜合剛度。前懸伸對(duì)主軸組件的綜合剛度影響很大。2）軸承軸頸需按軸承內(nèi)孔“實(shí)際尺寸”配磨，且須保證配合過盈1μm—5μm。短錐法蘭結(jié)構(gòu)有很高的定心精度，主軸的懸伸長度短，大大提高了主軸的剛度。主軸的孔徑與主軸直徑之比，；％；。前后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高，工藝性能也越好。主軸結(jié)構(gòu)隨主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的不同而有各種形式。例如高剛度與高速，高速與低溫升，高速與高精度等。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動(dòng)式主軸的工作部位。（4）溫升主軸組件在運(yùn)轉(zhuǎn)中，溫升過高會(huì)引起兩方面的不良結(jié)果：一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機(jī)床其它件的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會(huì)因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。（3）抗振性主軸組件的抗振性是指切削加工時(shí)，主軸保持平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的能力。通常主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí)，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。間接測量是用小的切削量加工有色金屬試件，然后在圓度儀上的測量試件的圓度來評(píng)價(jià)。千分表最大和最小的讀數(shù)差即認(rèn)為是主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差。當(dāng)主軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線速度為零的點(diǎn)的連線稱為主軸的回轉(zhuǎn)中心線，回轉(zhuǎn)中心線的空間位置，在理想的情況下應(yīng)是固定不變的。（5）主傳動(dòng)鏈盡可能短傳動(dòng)鏈越短，則積累誤差越小，機(jī)床精度相應(yīng)就高。因此在主傳動(dòng)系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾引起振動(dòng)的能力——抗振性。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，工序集中，工件一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。圖21 運(yùn)動(dòng)方案液壓變速機(jī)構(gòu)是通過液壓缸、活塞桿帶動(dòng)撥叉推動(dòng)滑移齒輪移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個(gè)液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪則必須使用兩個(gè)液壓缸（差動(dòng)油缸）實(shí)現(xiàn)三位移動(dòng)。無級(jí)調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用由直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)