【正文】 床，如精密鏜銑床、超精密數(shù)控機(jī)床等。4 按數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的功能水平劃分按數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的功能水平可分為：低檔、中檔和高檔。[9]1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床比較具有以下特點(diǎn)。（2） 進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。（4） 具有加工復(fù)雜形狀兩件的能力。（6） 加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向當(dāng)今數(shù)控機(jī)床正朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。（2） 多功能化。（4） 目前CAD/CAM圖形交互式自動(dòng)變成已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。（6） 控制系統(tǒng)小型化和時(shí)空系統(tǒng)小型化便于將機(jī)、電裝置結(jié)合為一體。與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)。 數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)的要求1. 范圍： 各種不同的機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍的要求不同，多用途，通用性比較大的機(jī)床，要求主軸的調(diào)速范圍大，不但有低速大轉(zhuǎn)距的功能，而且還要有比較高的速度。降低溫升，減少熱變形是對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)要求的重要指標(biāo)。（2）主軸在以工作速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)量上述兩項(xiàng)精度稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)精度。因此，主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻以及主軸組件的阻尼等，對(duì)主軸組件的靜剛度和抗振性都會(huì)產(chǎn)生影響。凡是有機(jī)械摩擦的部位，軸承，錐孔等都要有足夠的硬度，軸承還應(yīng)具有良好的潤(rùn)滑。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有以下三種配置方式：1. 帶有變速齒輪的主傳動(dòng)這種配置方式在大中型數(shù)控機(jī)床中采用比較普遍。但也有一部分小型數(shù)控機(jī)床也采用這種傳動(dòng)方式，以獲得強(qiáng)力切削時(shí)所需要的扭矩。同步帶有多楔帶，齒形帶，圓弧帶等，是一種綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的新型傳動(dòng)。帶內(nèi)采用了承載后無(wú)彈性伸長(zhǎng)的材料作強(qiáng)力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主動(dòng)和從動(dòng)帶輪可做無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的同步傳動(dòng)。（2）傳動(dòng)效率高，可達(dá)98%以上。（4） 使用范圍廣，速度要達(dá)到50m/s，速比可達(dá)10左右，傳動(dòng)功率由幾瓦到數(shù)千瓦。但是同步帶也有不足之處，其安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。但主軸輸出扭矩小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的熱量對(duì)主軸的精度影響比較大。使用這種電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)電氣定向。隨著功率電子，計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制理論，新材料和電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，矢量控制交流主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正在逐步取代直流系統(tǒng)。圖31主軸電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率的選擇，工作機(jī)所需的有效功率為：Pw=Fv/1000=[1],為了計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需的功率，先要確定從電動(dòng)機(jī)到工作部件的總效率η，設(shè)ηη分別為同步帶輪和同步帶的傳動(dòng)效率。其主要參數(shù)如下表：額定轉(zhuǎn)速（r/min）最高轉(zhuǎn)速(r/min)額定轉(zhuǎn)矩慣性矩()電機(jī)功率(KW)恒功率范圍150060001:90表31 1PH51674CF4型號(hào)交流主軸電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)[11]第四章 同步帶傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)，同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:（1）無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，帶長(zhǎng)不變，傳動(dòng)比穩(wěn)定；（2）帶薄而輕，強(qiáng)力層強(qiáng)度高，適用于高速傳動(dòng)，速度可達(dá)40 m/s；（3）帶的柔性好，課用直徑較小的帶輪，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，能獲得較大的傳動(dòng)比；（4）傳動(dòng)效率高，因而應(yīng)用日益廣泛；（5）初拉力較小，故軸和軸承上所受的載荷小。同步帶主要用于要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確的中、小功率傳動(dòng)中，如計(jì)算機(jī)、錄音機(jī)、磨床和紡織機(jī)等。帶背和帶齒材料為聚氨酯，抗拉層采用鋼絲繩，適用于中小功率的高速運(yùn)轉(zhuǎn)部分。1. 模數(shù)的選取模數(shù)主要根據(jù)齒形帶所傳遞的計(jì)算功率Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1確定的，通過(guò)查《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床》表433查得Pd=KA*P, 式中P———傳動(dòng)功率表41 工作情況系數(shù)KA載荷性質(zhì)一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間/h≤1010～1616以上載荷平穩(wěn)載荷變化小載荷變化大選取KA=，所以PC==由齒形帶模數(shù)選用圖可選m=42. 小帶輪齒數(shù)Z1:由《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》表838 得Zmin=22,所以取Z1=243. 同步帶節(jié)距Pb:由 PD= n1=1500r/min, 查表選取節(jié)距Pb=, 齒形角2β=40。齒頂厚St=4mm, 齒高h(yuǎn)g=ht+e=+=, 齒根圓半徑Rr=齒頂圓半徑Ra=, 帶高h(yuǎn)s=, 節(jié)頂距δ=, 帶bs=35～40mm。8. 定中心距a0: 5(d1+d2) ≤a0≤2(d1+d2)所以：（96+144）≤a0≤2(96+144)則有168≤a0≤480 初選a0=3009. 帶的節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度Lp以及齒數(shù)Zb：Lp0=2a0+(d1+d2)+=2300+240+= （式42）查表選取Lp=1005㎜ Zb=8010. 計(jì)算中心距a（采用中心距可調(diào)）a≈a0+=300+㎜ （式43 ）選取a=314㎜11. 帶輪與帶的嚙合齒數(shù)Zm：Zm≈= 取Zm=12 （式44）因?yàn)楫?dāng)m≥2時(shí)，Zm應(yīng)不小于6 ，所以計(jì)算的Zm滿(mǎn)足條件。60186。60。15. 帶輪寬度bf, bf1, bf2 bf=bs+(～3)=～43bf1=bs+(6～7)=46～47bf2=bs+(3～5)=43～4[14]第五章 主軸組件的設(shè)計(jì)主軸組件主要包括：主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等，因?yàn)橹鬏S帶動(dòng)工件或刀具直接參加工件表面形成運(yùn)動(dòng)，所以它的工作性能對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)率產(chǎn)生直接影響，是機(jī)床最重要的部件之一。當(dāng)主軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)速度為零的點(diǎn)的連線(xiàn)稱(chēng)為主軸的得回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)。瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)在空間位置的距離，就是主軸的回轉(zhuǎn)誤差，而回轉(zhuǎn)誤差的范圍，就是主軸的回轉(zhuǎn)精度。當(dāng)徑向誤差和角度誤差同時(shí)存在構(gòu)成徑向跳動(dòng)，而軸向誤差和角度誤差同時(shí)存在構(gòu)成端面跳動(dòng)。主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量，一般分為三種靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量和間接測(cè)量。千分表最大和最小的讀數(shù)差既認(rèn)為是主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差。動(dòng)態(tài)測(cè)量是用一標(biāo)準(zhǔn)球裝在主軸中心線(xiàn)上，與主軸中心線(xiàn)上，與主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)；在主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)；在工作臺(tái)上安裝兩個(gè)互成90度角的非接觸傳感器，通過(guò)儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。出廠(chǎng)時(shí)，普通級(jí)加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測(cè)量法測(cè)量，當(dāng)L=㎜。㎜/s以下。通常抵以主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí)，在位移方向上所施加的作用力大小來(lái)表示。主軸組件的剛度不足，在切削力及其他力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形，不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會(huì)破壞齒輪、軸承的正常工作條件，使其加快磨損，降低精度。3. 主軸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)的運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的能力。另外，使主軸固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振力的頻率。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生：“抱軸”。5. 主軸的耐磨性主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長(zhǎng)期保持精度。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬硬，或者經(jīng)過(guò)氮化處理，以提高硬度增加耐磨性。以上這些要求，有的還是矛盾的，例如高剛度和高速，高速和高精度等，這就要具體問(wèn)題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件的主軸應(yīng)滿(mǎn)足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精度數(shù)控機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿(mǎn)足高剛度、低溫升的要求。6. 提高主軸組件抗振性的措施（1）盡量縮短主軸前軸承結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度， 適當(dāng)增大跨矩；（2）盡量提高前軸承的剛度和阻尼；（3）提高前軸承的精度，把推力軸承放在前支撐初可提高抗振性；（4）對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的零件作靜、動(dòng)平衡，提高齒輪、主軸的制造精度都可適當(dāng)減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)源；（5）對(duì)于非連續(xù)切削過(guò)程的銑削，滾削等加裝飛輪可減少振動(dòng)；（6）應(yīng)用阻尼器消耗振動(dòng)能量是有效的措施；考慮系統(tǒng)的固有頻率，避免共振。（2）改善主傳動(dòng)的潤(rùn)滑條件。（3）采用冷卻散熱裝置。如可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一些自動(dòng)補(bǔ)償?shù)难b置設(shè)法使熱變形朝不影響加工精度的方向發(fā)展。如先空運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間再加工。 主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計(jì)算圖51主軸主軸是主軸組件的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料、及其熱處理，對(duì)主軸組件的工作性能都有很大的影響。主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長(zhǎng)度和支撐跨距。1. 主軸直徑 主軸直徑越大，其剛度越高，但使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應(yīng)增大。同時(shí)極限轉(zhuǎn)數(shù)下降。前、后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高，工藝性能也越好。主軸孔徑越大，可通過(guò)的棒料直徑也越大，機(jī)床的適用范圍就越廣，同時(shí)主軸部件的相對(duì)重量也越輕。主軸的孔徑與主軸的直徑之比，；，空心主軸的剛度為實(shí)心主軸剛度的90%；。其熱處理及參數(shù)如下表表51 45號(hào)鋼熱處理參數(shù)[13]材料熱處理硬度（HBS）抗拉強(qiáng)度極限屈服強(qiáng)度極限σs彎曲疲勞極限σ1剪切疲勞極限τ1許用彎曲應(yīng)力[σ1] 45調(diào)質(zhì)、滲氮217～25564035530015560因?yàn)檫x用的主軸電機(jī)功率為P=，額定轉(zhuǎn)速nc=1500r/min所以主軸功率 p=pc/η1η2η3== kw (式51)因?yàn)橹鬏S是空心轉(zhuǎn)軸，所以 d1= . （式52）查表得= 所以d1==㎜ 又因?yàn)榇颂庉S上有一個(gè)鍵槽，所以d1=d(1+5%)=㎜ 取d1=60㎜。所以 d2=63mm d3=d2+5～8mm=72mm。d5=d4+1～5mm=78mm。a≥(～)d1 所以d6=80mm。3. 主軸的軸端結(jié)構(gòu)主軸的軸端是用于安裝夾具和刀具。數(shù)控銑床的主軸端部結(jié)構(gòu)，一般采用短圓錐法蘭盤(pán)式。m左右；軸承軸頸需要按軸承內(nèi)孔“實(shí)際尺寸”配合，并且需要保證配合過(guò)盈1181。m；錐孔與軸承軸頸得同軸度為3181。m，與錐面的接觸面積不小于80%，且大端接觸較好；裝圓柱滾子軸承與軸承內(nèi)圈的接觸面積應(yīng)該不小于85%。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）的剛度振動(dòng)則應(yīng)提高軸承的剛度。激振力可能來(lái)自主軸組件的不平衡，這時(shí)激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以π/30。（2）增大阻尼 如前面所述，低階模態(tài)常是主軸的剛體振動(dòng)。如果要求得到很光的加工表面，主軸又是水平的，可用滑動(dòng)軸承。（3）采用三支承 如主軸后端懸深很長(zhǎng)，可增加輔助支承，成為三支承主軸。輔助支承的作用，與其說(shuō)是提高剛度，不如說(shuō)是為了提高抗振性。 主軸箱體的截面形狀和壁厚計(jì)算 傳動(dòng)裝置箱體的典型縱截面形狀為矩形或圓形。在數(shù)控機(jī)床上主軸軸承常用的有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類(lèi)。滾動(dòng)軸承由專(zhuān)業(yè)化的工廠(chǎng)生產(chǎn)，選購(gòu)維修很方便，在數(shù)控機(jī)床上被廣泛采用。數(shù)控機(jī)床主軸組件在可能條件下，盡量使用了滾動(dòng)軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸裝在套筒內(nèi)能夠作軸向移動(dòng)的主軸。滾動(dòng)軸承根據(jù)滾動(dòng)體的結(jié)構(gòu)的不同可分為球軸承、圓柱軸承、圓錐滾子軸承三大類(lèi)。選擇軸承類(lèi)型應(yīng)考慮多種因素，如軸承所受載荷的大小、方向及性質(zhì)；軸向的固定方式；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境；調(diào)心性能要求；經(jīng)濟(jì)性和其他特殊要求等。1. 載荷條件軸承承受載荷的大小、方向、性質(zhì)是選擇軸承類(lèi)型的主要依據(jù)。受純軸向載荷時(shí)通常選用推力軸承；主要受徑向載荷時(shí)應(yīng)選用深溝球軸承；同時(shí)受徑向和軸向載荷時(shí)應(yīng)選用角接觸軸承；受沖擊載荷時(shí)宜選用滾子軸承。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速低。對(duì)高速回轉(zhuǎn)的軸承，為減小滾動(dòng)體施加于外圈滾道的離心力，宜選用外徑和滾動(dòng)體直徑較小的軸承。為方便安裝在長(zhǎng)軸上軸承的裝拆和緊固，可選用帶內(nèi)綴孔和緊定套的軸承。對(duì)于剛度差或安裝精度較差的軸組件，宜選用調(diào)心軸承，如1類(lèi)（調(diào)心球軸承）、2類(lèi)（調(diào)心滾子軸承）軸承。一般球軸承的價(jià)格低于滾子軸承。在同精度的軸承中深溝球軸承的價(jià)格最低。選用高精度軸承時(shí)應(yīng)進(jìn)行性能價(jià)格比的分析。角接觸軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷的聯(lián)合作用，其軸上載荷能力的大小，隨接觸角的增大而增大；軸承的精度，分為0五級(jí)。主軸軸承以4級(jí)為主。要求較低的主軸或三支撐主軸的輔助軸承可用P5級(jí)。[6] 軸承預(yù)緊力的要求因?yàn)轭A(yù)緊力提高剛度有一定的效果,這是與線(xiàn)接觸的滾子軸承不同的。在軸向力的作用下，不受力測(cè)軸承的滾動(dòng)體與滾道不配時(shí)為最大軸向載荷的35%；三聯(lián)組配時(shí)為24%。良好的潤(rùn)滑效果可以較低軸承的工作溫度和延長(zhǎng)使用壽命。數(shù)控機(jī)床上，主軸軸承潤(rùn)滑方式有：油脂潤(rùn)滑、油液循環(huán)潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑等方式。主軸的潤(rùn)滑狀態(tài)可分為流體潤(rùn)滑狀態(tài)和非流體潤(rùn)滑狀態(tài)兩大類(lèi)，流體潤(rùn)滑狀態(tài)又可分為邊界潤(rùn)滑狀態(tài)和干摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)。油脂潤(rùn)滑方式： 是目前在數(shù)控機(jī)床的主軸軸承上最常用的潤(rùn)滑方式，特別是在前支承軸承上更是常常用到。（1）油液潤(rùn)滑方式： 在數(shù)控機(jī)床主軸上，有采用油液循環(huán)潤(rùn)滑方式的。不過(guò)在用油液潤(rùn)滑角接觸軸承的時(shí)候，要注意角接觸軸承有泵油效應(yīng)，必須使油液從小口進(jìn)入。由于霧狀油吸熱性好，又無(wú)油液攪拌作用，所以常用于高速主軸軸承的潤(rùn)滑。（3）油氣潤(rùn)滑方式： 油氣潤(rùn)滑方式是針對(duì)高速主軸而開(kāi)發(fā)的新型的潤(rùn)滑方式。油箱中的油位開(kāi)關(guān)和管路的壓力開(kāi)關(guān)，確保在油箱中無(wú)油或者壓力不足的時(shí)候，能自動(dòng)啟動(dòng)切斷主電動(dòng)機(jī)電源。多數(shù)軸承，還應(yīng)在過(guò)盈狀態(tài)下滾動(dòng)體與滾道之間有一定的預(yù)變形，這就叫做軸承的預(yù)緊。滾動(dòng)體的直徑不可能絕對(duì)相等，滾道也不可能絕對(duì)正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾動(dòng)體與滾道接觸。這些都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。但是，預(yù)緊將使軸承壽命下降，故預(yù)緊要適量。主軸軸成的壽命，主要不是取決于疲勞點(diǎn)蝕，而是因?yàn)槟p而降低精度。應(yīng)該更換了。所選軸承按照每天兩班工作制，每班工作8小時(shí)，預(yù)計(jì)使用五年。T滾動(dòng)軸承許用壽命。fn速度系數(shù)fn=ε壽命指數(shù)。KA使用系數(shù)。KL齒輪輪換工作系數(shù)，查表取KL=.P當(dāng)量動(dòng)載荷。第七章 聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計(jì)算鍵的類(lèi)型可根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和工作條件選擇，鍵截面尺寸通常根據(jù)軸的直徑