【正文】 產(chǎn)品的一個必經(jīng)環(huán)節(jié)。一項工程圖的繪制往往是需要數(shù)次的修改后才能完成的。他們用草圖表達設計思想，手法不一。但是由于項目的多樣性，多變性，使手工繪圖周期長，效率低，從而阻礙了建設的發(fā)展。隨著計算機的迅猛發(fā)展，工程界的迫切需要，計算機輔助繪圖（Computer Aided Drafting）應運而生。進入80年代，微型計算機的迅猛發(fā)展，使計算機輔助工程設計逐漸成為現(xiàn)實。計算機繪圖是通過編制計算機輔助繪圖軟件，將圖形顯示在屏幕上，用戶可用光標對圖形進行編輯及修改。由于微機和各種外部設備的進一步發(fā)展，計算機輔助繪圖軟件的開發(fā)也得到長足的發(fā)展。這時，各種設計數(shù)字，文字，圖形等都能存放在計算機的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索及調用。CAD能夠減輕設計人員的計算畫圖等重復性勞動，使其專著于設計本身，縮短設計周期和提高設計質量。AUTOCAD，PRO/E，SOLIDWORKS，UG等軟件已經(jīng)開發(fā)出來了幾代產(chǎn)品。 國內(nèi)外機床動靜態(tài)特性研究現(xiàn)狀主軸單元的動靜態(tài)特性包括主軸的變形、共振頻率、臨界轉速和動態(tài)響應等，其對主軸速度和精度性能有極大的影響，早在上世紀20年代就開始了有關研究。六十年代初，開始出現(xiàn)最佳跨距計算，使主軸的結構設計有了很大的改進，由于計算方法和手段的限制，對動力學模型通過簡化后，只能圖解法或解析法分析，方法繁瑣，計算精度低。美國工程師們進行了機床動態(tài)設計與控制相結合的研究，Michigan大學T．jiang應用有限元法和動態(tài)分析的基礎上，用數(shù)學模型來模擬機床的連接形式，建立了機床整機的動力學模型，并對機床結合面連接件的位置和數(shù)量進行了拓撲優(yōu)化。 蘭州理工大學吳暉對Q3808A無心車床的主軸系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)的動力學特性進行了研究[2]。建立了機床傳動系統(tǒng)基于Riccati傳遞矩陣法的動力學模型以及與之相應的數(shù)學模型，獲得了傳動系統(tǒng)扭轉振動時有關其固有頻率方面的信息。東南大學倪曉宇，基于ANSYS軟件針對機床組件進行有限元分析和優(yōu)化設計的專用軟件系統(tǒng)的研究與開發(fā)[4]。機床動靜態(tài)分析的原理方法是具有共性的，用動靜態(tài)分析的原理方法來分析具體的機床是有其特殊性的，所以，在有限元方法在數(shù)控車床設計中的應用方面做一些探討是有意義的。3．ANSYS對主軸進行應力分析，得到主軸的應力狀態(tài)，用于指導實踐。 研究內(nèi)容 數(shù)控車床主軸結構設計1．主軸組件的基本要求。在本論文第二章有詳細敘述。要綜合考慮軸承的搭配，如何選用合適的軸承，軸承的使用壽命等問題。3．主軸的主要參數(shù)設計。在本論文第五章有詳細敘述。主軸是數(shù)控車床的關鍵部位，其結構優(yōu)劣對數(shù)控車床的性能有很大的影響，因此，在設計的過程中要多加注意。零件的定位，材料的熱處理等也會影響到數(shù)控車床的整體性能，故在設計時也需要多加注意。主軸組件通常由主軸、軸承和安裝在主軸上的傳動件等組成。所以主軸組件的工作性能，對加工質量和機床生產(chǎn)率有重要影響。 特殊要求主軸是直接帶著工件進行切削的，機床的加工質量，在很大程度上要靠主軸組件保證。 旋轉精度主軸的旋轉精度上是指裝配后，在無載荷，低轉速的條件下，主軸前端工件或刀具部位的徑向跳動和軸向跳動。還決定于主軸轉速，支撐的設計和性能，潤滑劑及主軸組件的平衡。 靜剛度 主軸組件的靜剛度（簡稱剛度）反映組件抵抗靜態(tài)外載荷變形的能力。各類機床主軸組件的剛度目前尚無統(tǒng)一的標準。振動表現(xiàn)為強迫振動和自激振動兩種形式。目前，尚未制定出抗振性的指標，只有一些實驗數(shù)據(jù)可供設計時參考。主軸組件受熱伸長，使軸承間隙發(fā)生變化。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離正確位置。由于受熱膨脹是材料固有的性質，因此高精度機床要進一步提高加工精度，往往受熱變形的限制。 耐磨性主軸組見的耐磨性是指長期保持原始精度的能力，即精度保持性。為了提高耐磨性，一般機床主軸上的上述部分應淬火至硬度HRC60左右，深約1mm[5]。因此，選材的依據(jù)一般不用強度。各種材料的彈性模量幾乎相同，因此剛度也不是選材的依據(jù)。普通機床的材料通常是45號或60號優(yōu)質中碳鋼，數(shù)控機床需調質處理[6]。前軸承到主軸前端的距離（稱懸伸量）應盡可能小一些。主軸中孔用與通過棒料，拉桿或其它工具。數(shù)控車床主軸關鍵零部件的設計與應力分析第三章 主軸軸承的選擇 軸承的選型主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結構、配置、精度、安裝、調整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。滾動軸承摩擦阻力小，可以欲緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作。雖然與滑動軸承相比，滾動軸承的噪聲大，滾動體的數(shù)目有限，剛度是變化的，抗震性略差，但總體來說，數(shù)控機床主軸組件在可能的條件下，應盡量使用滾動軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸在套筒內(nèi)能夠作軸向移動的主軸。由于滾動軸承有許多優(yōu)點，加之加工精度的提高，所以，一般情況下數(shù)控機床應盡量采用滾動軸承，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，而本設計內(nèi)容為小型加工中心主軸組件設計，所以要選用滾動軸承了。主軸支承分徑向和推力支承。主軸軸承，可選用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承和角接觸球軸承。為了提高精度和剛度，主軸軸承的間隙應該是可調的。下面簡述幾種常用的數(shù)控機床主軸軸承的結構特點和適用范圍。NNU4900K系列雙列圓柱滾子軸承內(nèi)圈可分離，NN3000K雙列圓柱滾子軸承外圈可分離。 雙列圓柱滾子軸承雙向推力角接觸球軸承BTAA／BTAB。角接觸球軸承(70C／70AC)，這種軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。ａ1=15176。的編號為7000AC型（舊代號為46100型），屬于特輕型；或編號為7190AC型（舊代號為46900型），屬于超輕型。的編號為7000C型（舊代號為36100型），屬于特輕型；或編號為7190C型；或編號為7190C型（舊代號為1036900型），屬于超輕型。的軸向剛度較高，但徑向剛度和允許的轉速略低，多用于車、鏜、銑加工中心等主軸；α=15176。這種軸承為點接觸，剛度較低。 雙列圓柱滾子軸承3．2軸承精度軸承的精度，分為0五級，其中2級最高，0級為普通精度級。高精度主軸可用P2級。P6級和P0級一般不用。由于軸承的工作精度主要決定于旋轉精度，箱體孔和主軸軸頸是根據(jù)一定的間隙和過盈要求配作的。 不同精度等級的機床。 主軸軸承精度機床精度等級前軸承后軸承普通精度等級P5或P4（SP）P5或P4（SP）精密級P4（SP）或P2（UP）P4（SP）高精度級P2（UP）P2（UP） 軸承間隙調整和欲緊主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調整。軸承欲緊后，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。欲緊后，滾動體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動體將更多，各滾動體的受力將更均勻。如主軸產(chǎn)生振動，則由于各個方向都有滾動體支承，可以提高抗振性。本設計為小型加工中心主軸組件設計，功率相對較小，所以取中欲緊。 本設計軸承結構選用第四章 傳動系統(tǒng)的設計按照設計要求以及工作條件，選用Y系列三相異步電動機，臥式封閉結構，電壓380V。由于此處的傳動系統(tǒng)為7級精度圓柱直齒輪傳動，根據(jù)機械設計手冊[8]取η=，所以 Pr=Pwη== （42）為滿足Pm≥Pr的條件，根據(jù)已知條件，主軸轉速為1450r/min，選同步轉速為3000 r/min的電動機，其型號為Y132S12。表41電動機數(shù)據(jù)表電動機型號額定功率（Kw）同步轉速（r/min）滿載轉速（r/min）總傳動比Y132S12300029002 綜上，滿載轉速為2900r/min，電動機中心高H=132mm。，精度等級、材料及齒數(shù)1．根據(jù)傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。3．材料選擇。4．選小齒輪齒數(shù)z1=24,大齒輪齒數(shù)z2=uz1=224=48。6．設計計算 m≥321041242= （423） 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，=1. 5，按接觸強度算得的分度圓直徑 d1=，算出小齒輪的齒數(shù) z1=d1m==27 （424） z2=uz1=227=54 （425）1．計算分度圓直徑 d1=mz1=27= （426） d2=mz2=54=81mm （427）2．計算中心距 a=d1+d22= （428）3．計算齒輪寬度 b=?dd1= （429）取B2=41mm,B1=46mm Ft=2T1d1=2= （430） KAFtb=1=100Nmm （431）T1為以計算得出的小齒輪傳動轉矩。數(shù)控車床主軸關鍵零部件的設計與應力分析第五章 主軸主要參數(shù)的計算及校核主軸的構造和形狀主要決定于軸上所安裝的傳動件、軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和安裝方法等。為了便于裝配，常把主軸做成階梯形。主軸頭部已標準化。 主軸的主要參數(shù)的計算主軸的主要參數(shù)包括主軸的平均直徑D(或前軸頸直徑D1)，主軸內(nèi)徑d（對于空心主軸而言）,前端的懸伸量a和主軸支承跨距L等。 前軸頸直徑D1主軸前軸頸直徑D1的增大能大大提高主軸的剛度，但也會使主軸上的傳動件和軸承的徑向尺寸加大。D1可根據(jù)機床主電動機功率來確定。 主軸前軸頸直徑D1的大?。▎挝唬簃m）功率(Kw)D1機床~2~3~5~~11車床60~8070~9070~10595~130110~145銑床及加工中心50~9060~9060~9575~10090~105外圓磨床——50~6055~7070~8075~90已知功率P=，且為數(shù)控車床，查上表可取D1=100mm主軸后軸頸直徑D2小于前軸頸直徑D1，一般D2= (~)