數(shù)控機床主軸設(shè)計

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1、緒論隨著市場上產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快和對零件精度提出更高的要求，傳統(tǒng)機床已不能滿足要求。數(shù)控機床由于眾多的優(yōu)點已成為現(xiàn)代機床發(fā)展的主流方向。它的發(fā)展代表了一個國家設(shè)計、制造的水平，在國內(nèi)外都受到高度重視。現(xiàn)代數(shù)控機床是信息集成和系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)設(shè)備，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生產(chǎn)效率高、自動化程度高、對加工對象的適應(yīng)強等優(yōu)點。實現(xiàn)加工機床及生產(chǎn)過程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。可以說，機械制造競爭的實質(zhì)就是數(shù)控技術(shù)的競爭。本課題的目的和意義在于通過設(shè)計中運用所學(xué)的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的理論知識，生產(chǎn)實習(xí)和實驗等實踐知識，達到鞏固、加

2、深和擴大所學(xué)知識的目的。通過設(shè)計分析比較機床的某些典型機構(gòu)，進行選擇和改進，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計，進行設(shè)計、計算和編寫技術(shù)文件，達到學(xué)習(xí)設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計學(xué)習(xí)查閱有關(guān)設(shè)計手冊、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和資料，達到積累設(shè)計知識和提高設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計獲得設(shè)計工作的基本技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進行一般機械的設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。-23-一、設(shè)計題目及參數(shù)1.1題目本設(shè)計的題目是數(shù)控車床的主軸組件的設(shè)計。它主要由主軸箱，主軸，電動機，主軸脈沖發(fā)生器等組成。我主要設(shè)計的是主軸部分。主軸是加工中心的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對加工中心的性能有很大的影響，因此，在設(shè)計

3、的過程中要多加注意。主軸前后的受力不同，故要選用不同的軸承。1.2參數(shù)床身回轉(zhuǎn)空間400mm尾架頂尖與主軸端面距離1000mm主軸卡盤外徑Φ200mm最大加工直徑Φ600mm棒料作業(yè)能力50～63mm主軸前軸承內(nèi)和110～130mm最大扭矩480N·m二、主軸的要求及結(jié)構(gòu)2.1主軸的要求2.1.1旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷，低轉(zhuǎn)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。主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度主要取決于各主要件，如主軸、軸承、箱體孔的的制造，裝配和調(diào)整精度。還決定于主軸轉(zhuǎn)速，支撐的設(shè)計和性能，潤滑劑及主軸組件的平衡。通用（包括數(shù)控）機床的旋轉(zhuǎn)精

4、度已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可循。2.1.2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。影響主軸組件彎曲剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型號，數(shù)量，配置形式和預(yù)緊，前后支撐的距離和主軸前端的懸伸量，傳動件的布置方式，主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等。各類機床主軸組件的剛度目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。2.1.3抗振性主軸組件工作時產(chǎn)生震動會降低工件的表面質(zhì)量和刀具耐用度，縮短主軸軸承壽命，還會產(chǎn)生噪聲影響環(huán)境。振動表現(xiàn)為強迫振動和自激振動兩種形式。-23-影響抗振性的因素主要有主軸組件的靜剛度，質(zhì)量分布和阻尼（特別是主軸前支撐的阻尼），主軸的固有頻率應(yīng)遠大于自

5、激振動的頻率，以使它不易發(fā)生共振。目前，尚未制定出抗振性的指標(biāo)，只有一些實驗數(shù)據(jù)可供設(shè)計時參考。2.1.4溫升和熱變形主軸組件工作時因各相對運動處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生溫升，從而使主軸組件的形狀和位置發(fā)生變化（熱變形）。主軸組件受熱伸長，使軸承間隙發(fā)生變化。溫度使?jié)櫥驼扯冉档?，降低了軸承的承載能力。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離正確位置。前后軸承的溫度不同，還會導(dǎo)致主軸軸線傾斜。由于受熱膨脹是材料固有的性質(zhì)，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。研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控制溫度，是高精度機床主軸組件的研究的主要課題之一。2.1.5耐磨性

6、主軸組件的耐磨性是指長期保持原始精度的能力，即精度保持性。對精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件的部位，如錐孔，定心軸徑等。為了提高耐磨性，一般機床主軸上的上述部分應(yīng)淬硬至HRC60左右，深約1mm.2.1.6材料和熱處理主軸承載后允許的彈性變形很小，引起的應(yīng)力通常遠遠小于鋼的強度極限。因此，強度一般不做為選材的依據(jù)。主軸的形狀，尺寸確定之后，剛度主要取決于材料的彈性模量。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)。主軸材料的選擇主要根據(jù)耐磨性和熱處理變形來考慮。普通機床的材料通常是45號或60號優(yōu)質(zhì)中碳鋼，數(shù)控機床需調(diào)質(zhì)處理和淬火。2.2主軸的

7、結(jié)構(gòu)為了提高剛度，主軸的直徑應(yīng)該大些。前軸承到主軸前端的距離（稱懸伸量）應(yīng)盡可能小一些。為了便于裝配，主軸通常作成階梯形的，主軸的結(jié)構(gòu)和形狀與主軸上所安裝的傳動件，軸承等零件的類型，數(shù)量，位置和安裝方法有直接的關(guān)系。主軸中的孔主要用于通過棒料，拉桿或其它工具。為了能夠通過更大的棒料，車床的中空希望大些，但受剛度條件的影響和限制，孔徑一般不宜超過外徑的70%。主軸的結(jié)構(gòu)如（附圖1）。-23-圖1三、主傳動系統(tǒng)變速方式為了適應(yīng)不同的加工要求，數(shù)控機床主傳動主要有以下幾種配置方式：（1）帶有變速齒輪的主傳動。這種方式在大、中型數(shù)控機床采用較多。通過少數(shù)幾對