XK5040数控立式铣床结构设计
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附 录1开环系统的优点是系统简单、成本低,但缺点是精度不高。反向间隙、丝杠螺距误差、起停误差等都会影响定位精度。下面几种改进措施可以使定位精度明显改善。1 反向间隙误差补偿 数控机床加工刀具与工件的相对运动是依靠驱动装置带动齿轮、丝杠转动,从而推动工作台面等移动部件产生位移来实现的。作为传统元件的齿轮、丝杠尽管制造精度很高,但总免不了存在间隙。由于这种间隙存在,当运动的方向改变时,开始段时间必然会引起驱动元件的空走,出现指令脉冲推不动执行元件的局面。这就影响了机床的加工精度,即指令脉冲与实际进给步数不相符合,产生加工误差 因此,开环数控系统一般都设置有反向间隙误差补偿功能,用以补足空走的步数反向间隙差补偿就是首先实测反向进给的误差,把它折算成脉冲当量数,作为间隙补偿子程序的输出量,当计算机判断出现的指令为反向运动时,随即调用间隙补偿子程序,通过输出补偿脉冲消除反向间隙后再进行正常的插补运行。2 常值系统性定位误差补偿 类库以供设计者调用。这样在零件的设计阶段,设计者只需输入特征的参数,系统直接生成特征的实例模型:在数据库中我们必须存储相关的特征类的结构信息,数据库表集就是用于存储这一部分的相关信息。根据特征类型定义的需要,我们定义了特征类编码表、特征类版本信息表表示特征类型;定义了特征类构造表表达特征类的结构;并通过零件特征配置表与零件的特征层信息联系起来。特征层数据表集是本零件模型数据库设计的核心,记录了特征实例模型的设计、工艺等信息。特征构造表记录了特征的几何结构;特征尺寸表、特征形位公差表、特征表面粗糙度表记录了特征的工程语义引用;尺寸表、形位公差表、表面粗糙度表存储了所有零件特征的数据信息。在特征层,利用特征ID、几何要素ID、尺寸ID、公差ID、粗糙度ID等主键进行数据检索。我们将该零件信息模型的数据库应用于工厂环境下某型组件的CAD AM 集成系统中,较好地实现了CAD与CAPP的特征信息共享。在该系统中主要使用现成的CADCAM 软件(Unigraphics 1I)进行产品设计和NC编程,并通过对该软件进行二次开发获取零件的尺寸信息;同时利用自行开发的对话窗体,让设计人员交互输入其它特征信息,实现该软件与系统的共享数据库的连接。在辅助工艺设计时,工艺设计人员通过程序的查询功能,从共享数据库中查询所需的零件信息,进行交互工艺设计。从而方便了CAPP的零件信息获取,提高了工艺设计的效率。在利用UG进行NC编程时,可以从共享数据库中获取所需的工艺及制造信息,进行各工序的刀轨设计与加工仿真在数控机床上建立一个绝对零点,实测出各坐标轴相对点的全部定位误差,做出曲线以便确定补偿点。图l所示是一个实测的定位误差曲线,把这个曲线的纵坐标(误差)以脉冲当量为单位进行分割,作出横线,每个横线与曲线的交点即为目标补偿点。图1中的1到6点处的定位误差为正,需要作减脉冲补偿;而6至9处需要进行加脉冲补偿图中阴影部分为补偿区。把这些补偿点列成误差.修正表存入计算机,当工作台由零点位置移动时,安装在绝对原点处的微动开关发出绝对原点定位信号,以后计算机将随时发出目标补偿点的补偿信号,对机床进行定位误差补偿。3 反馈补偿开环控制 该系统由开环控制和感应同步器直接位置测量两个部分组成。这里的位置检测不用作位置的反馈,而是作为位置误差的补偿反馈。其基本的原理是:由机床数控装置CNC发出的指令脉冲,一方面供给开环系统,控制步进电机按指令运转,并直接驱动机床工作台移动,构成开环控制;另一方面该指令脉冲又供给感应同步器的测量系统(即数字式正、余弦发生器),作为位置给定信号。工作在鉴幅方式的感应同步器此时既是位置检测器,又是比较器,它把由正、余弦发生器给定的滑尺激磁信号传送给步进电机。4 结 论 CIMS环境下基于特征的零件信息建模还是一门不断发展的技术,怎样提高特征设计所能完成的零件复杂度;如何使特征设计适应特征识别、特征语义转换的要求等问题还有待人们去解决。本文介绍了特征技术在零件信息建模中的应用,重点描述该零件数据模型的数据库实现;所建立的零件信息数据库系统可以较好地满足CIMS系统对性 附录2The open system merit of Computer Numerical ControlThe open system merit is the system simple, the cost low, but the shortcoming is the precision is low. The reverse gap, the guide screw pitch error, stop inferiorly can affect the pointing accuracy by mistake. Following several kind of improvements measure may cause the pointing accuracy distinct improvement.1. reverse gap error compensates The numerical control engine bed processing cutting tool and the work piece relative motion is depends upon the drive impetus gear,the guide screw rotation, thus the impetus work floor and so on moves the part to produce moves realizes. As traditional part gear, guide screw although the manufacture precision is very high, but always unavoidably has the gap. As a result of this kind of gap existence, when movement direction change, starts the section time to be able to cause inevitably actuates the part wasting time, appears the instruction pulse to push the motionless functional element the aspect. This has affected the engine bed processing precision, namely the instruction pulse and actual enters for the step does not tally,has the processing error therefore, the split-ring numerical control system all establishes generally has the reverse gap error compensatory function, with by makes up which wastes time the step reverse gap difference compensates is first actual reverse enters for the error, converts the pulse equivalent number it, compensates the subroutine as the gap the output, when the computer judgment appears when instruction for counter motion, transfers the gap to compensate the subroutine immediately, compensates the pulse after the output to eliminate the reverse gap to carry on again normally inserts makes up the movement.2. often the value systematic characteristic position error compensatesA kind of storehouse by transfers for the designer. Like this in the components design stage, the designer only must input the characteristic the parameter, the system direct production characteristic example model: We must save the related characteristic class in the database the structure information, the database table collection are use in saving this part of related information. According to the characteristic type definition need, we defined the characteristic class code table, the characteristic class edition information have outstanding shown the characteristic type; Defined the characteristic class structure outstanding to reach the characteristic class the structure; And relates through the components characteristic disposition table and the components characteristic level information. The characteristic level data sheet collection is this components model database design core, has recorded characteristic example information and so on model design, craft. The characteristic structure table has recorded the characteristic geometry structure; The characteristic size table, the characteristic shape position table of limits, the characteristic surface roughness table has recorded the characteristic project semantics quotation; The size table, the shape position table of limits, the surface roughness table saved all components characteristic data message. In the characteristic level, using characteristic ID, geometry principal linkage and so on essential factor ID, size ID, common difference ID, roughness ID carries on the data retrieval. We apply this components information model database under the factory environment some module CAD in the AM integrative system, has realized CAD and the CAPP characteristic information sharing well. Main use ready-made CAD/the CAM software (Unigra phics 1I) carries on the product design and the NC programming in this system, and through carries on two times of developments gains components to this software the size information; At the same time uses the dialogue window which develops voluntarily, lets design the personnel to input other characteristic information alternately, realizes this software and the system sharing database connection. When assistance technological design, the technological design personnel through the procedure inquiry function, inquires the components information from the sharing database which needs, carries on the interactive technological design. Thus has facilitated the CAPP components information acquisition, enhanced the technological design efficiency. When carries on the NC programming using UG, may from the sharing database gain the craft and the manufacture information which needs, carries on various working procedures the knife axle design and the processing simulation establishes an absolute zero spot on the numerical control engine bed, the actual various coordinate axes syzygy completely position error, makes the curve in order to determined compensates the spot. Attempts l to show is an actual position error curve, (error) carries on this curve y-coordinate take the pulse equivalent as the unit the division, makes the horizontal line, each horizontal line and the curve point of intersection namely compensates the spot for the goal. Chart 1 the center 1 to 6 oclock place position errors for, needs to do reduces the pulse to compensate; But needs to carry on 6 to 9 adds the pulse to compensate in the chart the shadow partially for to compensate the area. Compensates the range of points these to become the errorThe calibration corrections stores the computer, when work table by zero displacement in position, installs sends out the absolute zero point localization signal in the absolute zero point micros witch, later computer as necessary will send out the goal to compensate to compensate the signal, will carry on the position error to the engine bed to compensate. The cosine generator assigns slide guage initiation signal a electricity and by step of transmission.3. feedbacks compensates the open-loop controlChart 2 has produced this kind of system schematic diagram. This system surveys two parts by the open-loop control and the induction synchromesh direct position to be composed. Here position examination does not serve as the position the feedback, but is compensates the feedback as the position error. Its cardinal principle is: Installs the instruction pulse by the engine bed numerical control which CNC sends out, on the one hand the supplies open system, the control step-by-steps the electrical machinery according to the instruction revolution, and the direct drive platen moves, constitutes the open-loop control; On the other hand this instruction pulse supplies the induction synchromesh the measurement system (namely digitally, cosine generator), as position demand signal a by. The work in the warning way induction synchromesh this time not only is the position sensor, also is the comparator, it by, The cosine generator assigns slide guage initiation signal a electricity and by step of transmission.4. conclusions Under the CIMS environment the technology which develops unceasingly based on characteristic components information modeling, how enhances the components order of complexity which the characteristic design can complete; How causes question and so on request which the characteristic design adoption trick recognition, the characteristic semantics transforms also to wait for the people to solve. This article introduced the characteristic technology in the components information modeling application, describes this components data model database realization with emphasis; Establishes the components information database system may satisfy the CIMS system well to the letter.Reference:1.Zhang Huashu under. parallel environment based on characteristic components definition model J. mechanical science with technology, 1,999, 18 (1): 14l 144.2.forest morning star, Du full text, Xu Jianxin. characteristic and (,M)/CAPP/CAM integrative system J. the computer-aided design and makes, 1998, 28 (5): 5155.3.Zeng Hui E, Zhou Qingzhong. studied J based on the characteristic mechanical product modelling . the machinery to suppose Counts with the manufacture the regulation, 1,999, 28 (2): 12 l4.学生实习报告院(系):机械工程学院 专业:机械设计制造及其自动化 班级: 姓名: 一、 实习的主要内容2007年1月份开始,我在广东的一个日资企业技术部实习,主要从事注塑机周边设备的设计,主要有除湿干燥机,模温机,粉碎机等系列产品,我们实习的主要内容是:1、参加由公司组织的理论知识的学习,由有经验的领导、工程师授课,学习公司的文化、以及公司的发展前景、主要产品的生产流程和必要的技术要求以及一些改进方向、公司必须保留和更新发展的技术核心等等。2、 在公司,实习期间我主要完成了新款除湿机NS-25系列的机箱钣金件的二维图绘制和三维绘制,将零件装配起来,完成一个实体图,以便校核和模拟,同时绘制了NS-100系列的二维图,并在设计过程中制作机器明细表等,所需零件全部准备好之后,再行组装。在组装过程中进一步了解到哪个零件是否合理,如果不合理怎么样加以改进,使以后批量生产中不会出现同样的错误。3、 熟悉了除湿干燥机的工作原理,并对新开发的除湿机做彩页说明,包括中英文对照,参数等的设定,为销售作好前期工作。4、对新机器制作网页,因为网络是一个最快速且先进的交流工具,使客户能够第一时间了解我们公司的产品及开发进程。5、对机器上的每一个零件摄影,并且用PhotoShop对图片进行处理,完成了公司里面全部零件的处理工作。并且熟悉了PhotoShop软件的应用。二、实习取得的经验及收获:通过一段时间在公司的实习,使我受益匪浅。 1、首先让自己对社会有了一定的了解,对公司的文化、产品有了一定的认识,为自己在以后的人生路上做了一个很好的铺垫,并逐步养成了吃苦耐劳的精神,培养了团结一致的团队精神。 2、了解了一般公司要想发展所应具备的基本要求,必须具备创新能力开发出新型的能够符合市场竞争需要的新产品,才能够在市场竞争中立于不败之地。 3、通过这一段时间的实习,使我对学校里学的理论知识有了更深入的了解,并且能够熟练应用CAD,PROE ,PhotoShop等软件,对办公软件也更加熟练。 4、经过了这段实习生活后,加深巩固了以前学校里学的知识,同时也了解到了以前学校里面学不到的东西,极大的拓宽了我的视野及知识面,为今后的正式工作生活奠定了一个良好的基础。三、 存在的不足及建议通过实习我本人感觉到还有很多不足的地方: a) 我们学习了四年的理论知识,初步了解了机械行业的基础知识,但在实际生产中这些还是不够的,“书到用时方恨少”真实的说明了这个道理。b) 初到公司缺乏工作经验,很多的工作感到无从下手,没有一个完整的头绪,很难单独去接受一个实际的课题。通过实习我想对学校一点建议:1 学校是否考虑注重学生的实际动手能力,加强学生的实践能力的培养,如增加学生的在校实习的机会和延长学生的实践活动的时间、更加注重在老师的指导下让学生真正的参与到实践中去。2 毕业设计期间学校是否能考虑组织学生到生产现场去参观实习,让学生接 受最为直接的设计基本知识,比凭空去设想更有效果。哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计(论文)摘 要数控机床即数字程序控制机床,是一种自动化机床,数控技术是数控机床研究的核心,是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。随着制造技术的发展,现代数控机床借助现代设计技术、工序集约化和新的功能部件使机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大的提高。本文主要对XK5040数控立式铣床及控制系统进行设计,首先分析立式铣床的加工特点和加工要求确定其主参数,包括运动和动力参数;根据主参数和设计要求进行主运动系统、进给系统设计。主要进行主运动系统和进给系统的机械结构设计及滚珠丝杠和步进电机的选型和校核。关键词 数控技术;立式铣床;结构设计- 68 -AbstractThe numerical control engine bed is the digital process control engine bed, is one kind of automated engine bed, the numerical control technology is the core which the numerical control engine bed studies, is the manufacturing industry realization automation, the network, the flexibility, the integrated foundation. Along with the manufacture technology development, the modern numerical control engine bed with the aid of the modern design technology, the working procedure intensification and the new function part caused the engine bed the processing scope, the dynamic performance, the processing precision and the reliability had the enormous enhancement .This article mainly carries on the design to the XK5040 numerical control vertical milling machine , first analyzes the vertical milling machine the processing characteristic and the processing request determines its host parameter, including movement and dynamic parameter; Carry on the host kinematic scheme according to the host parameter and the design request, enters for the system and the control system hardware circuit design. Mainly carries on the host kinematic scheme and enters for the system mechanism design and the ball bearing guide screw and electric stepping motor shaping and the examination; Key words Numerical control technology; Vertical milling machine; Design目 录摘 要IAbstractII第1章 总体设计11.1铣床简介1 1.2 XK5040型数控铣床的总体布局主要技术参数及总传动系统图1 1.2.1 XK5040型数控铣床的总体布局11.2.2 XK5040型数控铣床的主要技术参数3 1.2.3 总传动系统图4 第2章主运动系统设计 62.1 传动系统设计62.1.1参数的拟定6 2.1.2 传动结构或结构网的选择62.1.3 转速图拟定72.1.4齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制102.2传动件的估算与验算14 2.2.1传动轴的估算和验算14 2.2.2齿轮模数的估算17 2.3 展开图设计 222.3.1结构实际的内容及技术要求222.3.2齿轮块的设计242.3.3传动轴设计262.3.4主轴组件设计292.4制动器设计352.4.1按扭矩选择35 2.5截面图设计372.5.1轴的空间布置37 2.5.2操纵机构38 2.5.3润滑38 2.5.4箱体设计的确有关问题39 第3章 进给系统设计403.1总体方案设计40 3.1.1对进给伺服系统的基本要求40 3.1.2进给伺服系统的设计要求403.1.3总体方案40 3.2进给伺服系统机械部分设计41 3.2.1确定脉冲当量计算切削力41 3.2.2滚珠丝杆螺母副的计算和造型43 3.2.3齿轮传动比计算53 3.2.4步进电机的计算和选型54 3.2.5进给伺服系统机械部分结构设计65结论69 致谢70参考文献71 第1章 总体设计1.1铣床简介铣床是一种用途广泛的机床。它可以加工平面(水平面、垂直面等)、沟槽(键槽、T型槽、燕尾槽等)、多齿零件上齿槽(齿轮、链轮、棘轮、花键轴等)、螺旋形表面(螺纹和螺旋槽)及各种曲面。此外,它还可以用于加工回转体表面及内孔,以及进行切断工作等。由于铣床使用旋转的多齿刀具加工工件,同时有数个刀齿参加切削,所以生产效率高,但是,由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的,且每一个的切削厚度又是变化的,这就使切削力相应地发生变化,容易引起机床振动,因此,铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。铣床的类型很多,主要类型有:卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床和各种专门化铣床等。随着科学技术的进步,数控铣床得到了越来越广泛的应用,它一般分为立式和卧式两种,一般数控铣床是指规格较小的升降台数控铣床,其工作台宽度多在400mm以下,规格较大的数控铣床,例如工作台宽度在500mm以上的,其功能已向加工中心靠近,进而演变成柔性制造单元。数控铣床多为三坐标、两轴联动的机床,也称两轴半控制,即X、Y、Z三个坐标轴中,任意两个都可以联动。一般情况下,在数控铣床上只能用来加工平面曲线的轮廓。对于有特殊要求的数控铣床,还可以加进一个回转的A坐标或C坐标,即增加一个数控分度头或数控回转工作台,这是机床的数控系统为四坐标的数控系统,它可用来加工旋转槽、叶片等立体曲面零件。我们本次设计过程中要接触到的为XK5040数控立式铣床。它的工作台宽度为400mm。1.2 XK5040型数控铣床的总体布局主要技术参数及总传动系统图1.2.1 XK5040型数控铣床的总体布局图1.1所示为XK5040型数控铣床的布局图,床身6固定在底座1上,用于安装与支承机床各部件。操纵台10上有CT显示器、机床操作按钮和各种开关及指示灯。纵向工作台16、横向溜板12安装在升降台15上,通过纵向进给伺服电动机13、横向进给伺服电动机14和垂直升降进给服电动机4的驱动,完成X、Y、Z坐标进给。强电柜2中装有机床电器部分的接触器、继电器等。变压器器箱3安装在床身立柱的后面。数控柜7内装有机床数控系统。保护开关8、11可控制纵向行程硬限位;挡铁9为纵向参考点设定挡铁。主轴变速手柄和按钮板5用于手动控制主轴的正、反转、停止及切削液开停等。图1-1 XK5040铣床外观图 1.2.2 XK5040型数控铣床的主要技术参数机床设计的初使,首先需确定有关参数,它们是传动设计和就亿个度微设计的依据,影响到产品是否能满足所需要的功能要求,因此,参数拟定是机床设计中的重要问题。机床参数有主参数和基本参数。主参数是最重要的,它直接反映机床的加工能力、特性、决定和影响其他基本参数的数值。如铣床的工作台宽度等。基本参数是一些与加工工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数。可归纳为:尺寸参数、运动参数和动力参数。XK5040型数控铣床的主要技术参数如下:工作台:工作台尺寸(长宽) 1600400mm工作台最大纵向行程 900mm工作台最大横向行程 375mm工作台最大垂直行程 400mm工作台T型槽数 3工作台T型槽宽 18mm工作台T型间距 100mm主轴:主轴锥度 50#(7:24)主轴孔径 27mm刀杆直径 32mm或50mm主轴前轴承直径 90mm主轴轴向移动距离 70mm部件间主要尺寸:立铣头最大回转角度 45主轴端面到工作台面的距离 50400mm主轴中心线至床身垂直导轨距离 430mm工作台侧面至床身垂直导轨距离 30405mm机动性能:主轴转速级数 18主轴转速范围 301500r/min动力外形:主电机功率 7.5KW主电机转速 1450r/min工作台进给量:纵向 101500mm/min横向 101500mm/min垂直 10600mm/min定位精度ISO标准 X 0.07mm Y 0.05mm Z 0.06mm重复定位精度ISO标准 0.03mm工作台最大承载 200kg机床外形尺寸(长宽高) 2495mm2100mm2170mm机床重量 约2700kg1.2.3 总传动系统图 XK5040立式铣床的总的传动系统图如图1-2所示。图1-2 XK5040总传动系统图第2章主运动系统设计2.1 传动系统设计2.1.1参数的拟定选定公比,确定各级传送机床常用的公比 为1.26或1.41,考虑适当减少相对速度损失,这里取公比为 =1.26,根据给出的条件:主运动部分Z=18级,根据标准数列表,确定各级转速为:(30,37.5,47.5,60,75,95,118,150,190,235,300,375,475,600,750,950,1180,1500R/min).2.1.2 传动结构或结构网的选择1 .确定变数组数目和各变数组中传动副的数目该机床的变数范围较大,必须经过较长的传动链减速才能把电机的转速降到主轴所需的转速。级数为Z的传动系统由若干个传动副组成,各传动组分别有. .个传动副,即Z=。传动副数由于结构的限制,通常采用P=2或3,即变速Z应为2或3的因子:Z=x因此,这里18=3x3x2,共需三个变速组。2 . 传动组传动顺序的安排18级转速传动系统的传动组,可以排成:3x3x2,或3x2x3。选择传动组安排方式时,要考虑到机床主轴变速率的具体结构,装置和性能。I轴如果安置制动的电磁离和器时,为减少轴向尺寸。第一传动组的传动副数不能多,以2为宜,有时甚至用一个定比传动副;主轴对加工精度,表面粗糙度的影响很大,因此主轴上齿轮少些为好,最后一个传动组的传动副选用2 ,或一个定比传动副。这里,根据前多后少的原则,选择18=3x3x2方案。3 . 传动系统的扩大顺序安排 对于18=3x3x2的传动,有3!=6种可能安排,亦即有6种机构副和对应的结构网,传动方案中,扩大顺序与传动顺序可以一致,结构式18=xx的传动中,扩大顺序与传动顺序一致,称为顺序扩大传动,而,18=xx的传动顺序不一致,根据“前密后疏”的原则,选择18=xx的结构式。4 . 验算变速组的变速范围 齿轮的最小传动1/4,最大传动比2,决定了一个传动组的最大变速范围=/根据传动比及指数 x, 的值因此,可选择18=xx的传动方案。5 . 最后扩大传动组的选择正常连续顺序扩大传动(串联式)的传动式为:Z=*最后扩大传动组的变速范围为:r=按原则,导出系统的最大收效Z和变速范围为:因此,传动方案18=3*3*2符合上述条件,其结构网如下图2-1:图2-1 结构网图2.1.3 转速图拟定运动参数确定后,主轴各级转速就已知,切削耗能确定电机功率。在此基础上,选择电机的型号,分配个变速组的最小传动比;拟定转速图,确定各中间轴的转速。1 主电机的选择中型机床上,一般都采用交流异步电动机为动力源,可在下列中选用,在选择电机型号时,应注意:(1)电机的N:根据机床切削能力的要求确定电机功率,但电机产品的功率已标准化,因此,按要求应选取相近的标准值。(2)电机的转速异步电动机的转速有:3000,1500,1000,750,r/min,这取决于电动机的极对数P=60f/p=60x50/p ( r/min)机床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 两种,选用是要使电机转速与主轴最高速度和工轴转速相近为宜,以免采用过大或过小的降速传动。 根据以上要求,我们选择功率为7.5KW,转速为1500r/min的电机,查表,其型号为Y132M-4, 2 分配最小传动比,拟定转速图 (1)轴的转速: 轴从电机得到运动,经传动系统转化为主轴各级转速,电机转速和主轴最小转速应相近,显然,从动件在高速运转下功率工作时所受扭矩最小来考虑,轴转速不宜将电机转速降得太低。弱轴上装有离合器等零件时,高速下摩檫损耗,发热都将成为突出矛盾,因此,轴转速也不宜也太高,轴转速一般取7001000r/min左右较合适。 因此,使中间变速组降速缓慢。以减少结构的径向尺寸,在电机轴I到主传动系统前端轴增加一对26/54的降速齿轮副,这样,也有利于变型机床的设计,改变降速齿轮传动副的传动比,就可以将主轴18级转速一起提高或降低。 (2)中间轴的转速 对于中间传动轴的转速的考虑原则是:妥善解决结构尺寸大小和噪音,振动等性能要求之间的矛盾。 中间传动轴转速较高时,中间传动轴和齿轮承受扭矩小,可以使轴径和齿轮模数小些: d, m从而可使结构紧凑。但这样引起空载功率和噪音加大:=1/(3.5+cn)KW式中:C系数,两支承滚动轴承和滑动轴承C=8.5,三支承滚动轴承C=10;所有中间轴轴径的平均值;主轴前后轴径的平均值中间传动轴的转速之和n主轴转速(r/min)=20lg-K式中:(所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值mm;主轴上齿轮分度圆直径的平均值mm;q传到主轴上所经过的齿轮对数主轴齿轮螺旋角,K系数,根据机床类型及制造水平选取,我国中型车床,铣床=3.5,车床K=54,铣床K=50.5 从上述经验公式可知,主轴n和中间传动轴的转速和 对机床噪音和发热的关系,确定中间轴转速时,应结合实际情况做相应的修正。a,对高速轻载或精密机床,中间轴转速宜取低些b,控制齿轮圆周速度v8m/s(可用级齿轮精度),在此条件下,可适当选用较高的中间轴转速。(3)齿轮传动比的限制机床主传动系统中,齿轮副的极限传动比:a, 升速传动中,最大传动比 2 ,过大,容易引起振动的噪音。b, 降速传动中,最小传动比 1/4。过小,则主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大将导致结构庞大。(4)分配最小传动比a,决定轴V-VI和VI-的传动比,根据台式铣床的结构特点,及对同类车床的比较,为使传动平稳取其传动比为1,b,决定各变速组的传动比;由前面2轴的转速及中间轴转速的分析,及齿轮传动比的现在,根据“前缓后急”的原则,取轴IV-V的最小降速比为极限值的1/4,=1.26,=4,轴III-IV和轴II-III均取=1/(5)拟定转速图:根据结构图及结构网图及传动比的分配,拟定转速图,如下图2-2所示: 图2-2 传动系统图2.1.4齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制1 . 齿轮齿数的确定的要求可用计算法或查表确定齿轮齿数,后者更为简便,根据要求的传动比u和初步定出的传动副齿数和,查表即可求出小齿轮齿数:选择是应考虑:a,传动组小齿轮不应小于允许的最小齿数,即:推荐:对轴齿轮=12,特殊情况下=11,对套装在轴上的齿轮,=16,特殊情况下=14,对套装在滚动轴承上的空套齿轮,=20;当齿数少于不发生根切的最小齿数时(压力角a=20的直齿标准,=17),一般需对齿轮进行正变位修正。b,保证强度和防止热处理变形过大,齿轮齿根圆到键槽的壁厚,一般取图2-3齿轮则,如图2-3所示。c、同一传动组的个齿轮副的中心矩应相等。若摸数相等时,则齿数和亦相等,但由于传动比要求,尤其是在传动中使用了公用齿轮后,常常满足不了上述要求,机床上可用修正齿轮,在一定范围内调整中心矩使其相等但修正量不能太大,一般齿数差不能够超过34个齿。2 . 变速传动组中齿轮齿数的确定 为了减少齿轮数目和缩短变速箱的轴向尺寸,这里采用了公用齿轮。但由于公用齿轮的采用,使两个传动组间的传动比互相牵制,不能独立地按照最紧凑的原则决定传动件的尺寸,因此,径向尺寸一般较大,此外,公用齿轮的两侧齿面同时啮合会影响其磨损和寿命。这里我们采用查表法来确定齿轮的齿数。查机床设计手册确定个齿轮齿数如下: 轴II-III间变速齿轮齿数的确定:由于公比=1.26,传动比为=1/=,=1/=,=1/设:传动组中最小齿轮齿数=16,查机床设计手册表7.3-14可查得:=16/39 (0.1%),=19/36 (0.9%),=22/33 (-0.3%)齿数和为=55公用齿轮选为=39轴III-IV间变速组齿轮齿数的确定:传动比为=1/ =1/ =根据=,主动轮齿数为39,从表7.3-14可查得:=18/47 (-0.1%),=28/37 (0.9%),=39/26 (-0.3%)齿数和为:=65轴IV-V间变速组齿轮齿数的确定:由于变数组齿轮传动比和各传动副上受力差别较大齿轮副的速度变化,受力差别较大,为了得到合理的结构尺寸,可采用不同模数的齿轮副。轴IV-V间的两对齿轮,其传动比为=1/4, =2分别取,则取,x3=90, =30x4=120按传动比将齿数分配如下:=1/4=18/7219/71 ,=2=80/4082/38轴V-VI及VI-VII间齿数确定,由于这两个传动组只是改变传动方向,不起便速度作用,只需考虑其结构尺寸及磨损振动和噪音等因素。,取V-VI轴间锥材料齿轮齿数为,I-VII轴间齿轮齿数为67。3 主轴转速系列的验算主轴转速在使用上并要求十分准确,转速稍高或稍低并无太大影响,但标牌上标准数列的数值一般也不允许与实际转速相差太大。 由确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符,需要验算主轴各级转速,最大误差不得超过即%主轴的各级实际转速分别为:29.4,37.8,47.7,58,74.6,94.3,115,148,187,236.7,304.5,384.6,468,602,760,927,1192.6,1526.5 r/min=2%而%=2.6%故符合条件同理:经验算,其他各级转速也满足要求。4 .传动系统图的绘制 转速图和齿轮齿数确定后,变速箱的结构复杂程度也基本确定了(如齿轮个数,轴数,支承轴,为使变速箱的结构紧凑,合理布置齿轮是一个重要的问题,因为它直接影响变速箱的尺寸,变速操作的方便性和结构实现的可行性问题,在考虑主轴适当的支承距和散热条件下,一般应尽可能减少变速箱尺寸。这里为使变速操作的方便,提高效率采用电磁离合器操纵方式。根据计算结果,绘制出传动系统图,如图2-4所示 图2-4 主传动系统图主运动传动链的传动路线表达式如下:电动机IIIIIIIV=VVIVIII(主轴)2.2传动件的估算与验算2.2.1传动轴的估算和验算传动轴除应满足强度要求外,还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求高,不允许有较大的变形因此,疲劳强度一般不是主要矛盾,除载荷很大的情况下,可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不致产生过大的变形(弯曲,失稳,转角)。若刚度不足,轴上的零件如齿轮,轴承等将由于轴的变形过大而不能正常工作,或产生振动和噪声,发热,过早磨损而失效。因此,必须保证传动轴有足够的刚度。可以先扭转刚度估算轴的直径,画出草图后,再根据受力情况,结构布置和有关尺寸,验算弯曲刚度。1 . 传动轴直径的估算传动轴直径按扭转刚度用下列公式估算传动轴直径:d=91mm式中:N该传动轴的输入功率 N KW电机额定功率从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积(不计该轴轴承上的效率)。该传动轴的计算转速;计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速,各传动件的计算转速可以从转速图上,按主轴的计算转速和相应的传动关系而确定,而中型车,铣床主轴的计算转速为:(主)=每米长度上允许的扭转角(deg/m);可根据传动轴的要求选取。估算时应注意:(1)值为每米长度上允许的扭转角,而估算的传动轴的长度往往不足1m,因此,在计算时应按轴的实际长度计算和修正,如轴为500mm,取=1deg/m则d=91 mm(2)效率y对估算轴径d影响不大,可以忽略(3)如使用花键是可根据估算的轴径 d选取相近的标准花键轴的规格,主轴总轴径可参考统计数据确定;各轴的计算转速:=95 r/min=118 m/min =300 r/min=750 r./min =1450 r/min轴径的估算:=91x=24.4=91x=28.78 =91x=36.18=91x =45.69 =91x=48.242 . 传动轴刚度的验算(1)轴的弯曲变形的条件和允许值机床的主传动轴的弯曲刚度验算,主要验算轴上装齿轮和轴承出的挠度y和倾角。各类轴的挠度y,装齿轮和轴承处的倾角,应小于弯曲刚度的许用值和,即。轴的弯曲变形的允许值:(2)轴的弯曲复形计算公式:计算花键轴的刚度时可采用平均直径或当量直径计算公式:矩形花键轴:平均直径=(D+d)/2当量直径=惯性矩:I=确定矩形花键轴的平均直径d1, 当量直径d 2和惯性In,惯性In查机床设计指导35页表可定: 表2-1花键轴尺寸(GB1144-74)平均直径mm当量直径mm极惯性矩惯性矩轴:3939.26233341116671轴:4545.3414840207420轴IV:52.552.7758297379148轴V:52.552.77582973791482.2.2齿轮模数的估算1 . 估算按接触疲劳和弯曲强度计算次论模数比较复杂,而且有些系数只有在齿轮各参数都已知的情况先才能确定,所以只在草图画完之后校核用。在画草图之前,先估算,再选用标准齿轮模数。齿轮弯曲疲劳强度的估算: mm齿面点蚀的估算:A mm其中 为大齿轮的计算转速,A为齿轮中心矩,由中心矩A及齿数,求出模数=2A/ mm根据估算所得和中较大的值,选择相近的标准模数,各齿轮的计算转数为:=1450r/min =695r/min =300r/min 235r/min =95r/min =273r/min =235r/min =695r/min =475r/min =118r/min =695r/min =695r/min =300r/min =300r/min =118r/min轴III间传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算:=32=1.87齿轮点蚀的估算:A=370x =81.76 mm=2A/=2x81.76/(26+54)=2.04 mm所以模数为m=3.轴IIIII传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算:=32=2.759齿面点蚀估算:A=370x =108.18=2A/=2x108.18/(16+39)=3.93 mm取标准模数 m=4轴IIIIV间传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算:=32x=3.046齿面点蚀估算:A=370x =117.3=2A/=2x147.3/(28+37)=3.61所以取标准模数m=4mm。轴VVI间传动组齿轮模数的估算:齿轮弯曲疲劳计算,4.46齿面点蚀估算:Ax=153.4=2A/=2x153.4/(29+29)=5.29取标准模数值m=5,轴VIVII间齿轮模数的确定:齿轮弯曲疲劳强度计算,齿面电蚀估算Ax =158.7=2A/=2x158.7/(67+67)=2.37取模数值为m=4。2 . 计算(验算) 结构确定后,齿轮的工作条件:空间安排,材料和精度等级都已经确定,才可以核验齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度值是否满足要求。 根据接触疲劳强度计算齿轮模数的公式:= mm 根据弯曲疲劳强度计算齿轮模数,公式= mm 式中:N计算齿轮传递的额定功率N= KW计算齿轮的计算转速r/min齿宽系数=b/m, 常取6-10;大齿轮与小齿轮齿数,一般取传动中最小齿轮的齿数i大齿轮与小齿轮的传动比, i=/1; “+”用于外啮合,“-”用于内啮合寿命系数,=,工作期限系数,=齿轮等传动件在接触和弯曲交变载荷下的指数m和基准循环次数n齿轮的最低转速 r/minT预先的齿轮工作期限,中型机床推荐:T=1500020000h;转速变化系数功率利用系数材料强化系数,幅值低的交变载荷可使金属材料的晶粒边界强化,起阻止疲劳的刃缝扩大的作用工作情况系数,中等冲击的主运动,=1.21.6;动载荷系数齿向载荷分布系数齿形系数许用弯曲,接触应力MPa;(1)轴I-II间齿轮模数的计算(验算)a 按接触疲劳计算齿轮模数:N=y=0.987.5=7.35W=8 查表: 取 则 取 线速度 查表: 取 查表 取 查表取 . 因此: b 根据弯曲疲劳计算 查表取 : 而 查表取 .Y=0.43, 因此: 。由以上计算结果知,齿轮模数合格。()其它齿轮模数的验算其它齿轮的验算过程与上面相同,将有关数值代入上式,经计算均满足要求;2.3 展开图设计2.3.1结构实际的内容及技术要求1.设计内容 设计主轴变速箱的结构包括传动件(传动轴,轴承,齿轮,离合器和制动器等),主轴组件,操纵机构,润滑密封系统和箱体及其连接件的结构设计与布置,用一张展开图和若干张横截面图表示。2.技术要求主轴变速箱是指机床的主要部分,设计时除考虑一般机械传动的有关要求外,着重考虑以下几个方面的问题:(1)精度立式铣床主轴部分要求比较高的精度主轴的径向跳动,0.01mm;主轴轴向串动0.01mm。(2)刚度和抗振性综合刚度(主轴刀架之间的力与相对变形之比);综合刚度3400N/m主轴与刀架之间的相对振幅的要求 表2-2等级IIIIII振幅(0.001mm)123(3),传动效率要求 表2-3等级IIIIII效率0.850.80.75(4)主轴总轴承处温升和温升应控制在以下范围: 表2-4条件温度温升用滚动轴承7040用滑动轴承6030 ()噪声要控制在以下范围: 表2-5等级IIIIIIdB788083噪音=20log式中:所有中间传动齿轮分度圆直径的平均值mm主轴上齿轮的分度圆直径的平均值mm传到主轴所经过的齿轮对数,k系数,根据个类型及制造水平选取。我国中型车床,铣床=3.5,车床K254,铣床K50.5()结构简单,紧凑,加工和装配工艺性好,便于维修和调整()操作方便,安全可靠()遵循标准化和通用化的原则2.3.2齿轮块的设计1.特点齿轮是变速箱中的重要元件,齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的,也就是说,作用在一个齿上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差,不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音,常常成为变速箱的主要噪声源,并影响主轴回转均匀性,在设计齿轮时,应充分考虑这些问题。2.精度等级的选择变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于周围速度。采用同一精度时,周围速度越高,振动和噪声越大,根据实验结果,周围速度增加一倍,噪音约增加6dB。工作平稳性和接触误差对振动和噪音的影响比运动误差更大。所以这两项精度应选高一级,为了控制噪音,机床上主传动齿轮都选用较高的精度,大都用7-6-6,这里主运动齿轮的精度选为7-6-6。3.结构与加工方法不同精度等级的齿轮,要采用不同的加工方法,对结构要求也有不同。8级精度齿轮,一般滚齿或插齿就可以达到。7级精度齿轮,用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后,由于变形,精度下降,因此,需淬火的7级齿轮一般滚(插)后要剃齿,使精度高于7级或淬火和衍齿才能达到6级。机床主轴变速箱中齿轮一般都需要淬火。多联齿轮块的结构形式如下图2.5所示,各部分的尺寸推荐如下:(1)、空刀槽,插齿时: 模数 12mm, 5mm; 模数2.54mm, 6mm。剃齿时: 采用公式:=4.5+k(1.1+0.038-0.03)mm及计算。试中,k为与剃齿刀倾斜角有关的系数若齿面要高频淬火,为避免互相影响,应大于8。由于这里采用的齿轮的精度为7-6-6,需要剃齿或珩齿,需齿面淬火,所以8,取=8。()齿宽b 齿宽影响齿的强度。但如果太宽,由于齿轮误差和轴的变形,可能接触不均匀,反而容易引起振动和噪音。一般取=(610)m齿轮模数m小,装在轴的中部或单片齿轮,取大值齿轮模数m大,装在靠近支承处或多联齿轮,取小值。薄的大齿轮容易产生板振动,成为噪音发射体,因此,齿轮基体不宜太薄,设计单片齿轮时要注意这里均是单片齿轮,取齿宽(m为模数)。(3)其他问题 滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿,有规定的形状和尺寸(见图2.6),圆齿和倒角性质不同,加工方法和画法也不一样,部分(图(一)用于安装拨动齿轮的滑块,一般取=或,这里我们选。选折齿轮块的结构时要考虑毛坯形式(棒料、自由锻或模锻)和机械加工时的安装和定位基面,尽可能做到省工,省料又容易保证精度。4.组合齿轮齿轮磨齿时,要求有叫大的空刀(砂轮)距离,因此,多联齿轮不便作成一整体一般都作成组合的齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸,也采用组合齿轮。这里轴的三联滑移齿轮可做成浮动连接的组合齿轮,其结构如下图2.7图2-7 组合齿轮说明:齿轮3的左边挖一圆沟槽,端面上有若干个径向缺口,齿轮1的右侧有2个销子2,安装时将销子2对证齿轮端面的缺口,把齿轮1和齿轮3拼装后,相对转过一个角度,一起装在花键轴上。这种结构,连接后的两个齿轮成为一体,但连接是浮动的,不影响两个齿轮在花键轴上的定心。5齿轮的轴向定位要保证正确啮合,齿轮在轴上的位置应该可靠,空套齿轮和固定在轴上的齿轮的轴向定位可采用隔套定位。2.3.3传动轴设计1.特点机床传动轴,广泛采用滚动轴承作支承。轴上要安装齿轮,离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作首先,传动轴应有足够的强度和刚度,如挠度和倾角过大,将使齿轮啮合不良,轴承工作条件恶化,使振动,噪音、空载功率、磨损和发热增大。两轴中心距误差和轴心线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。 2.轴的结构传动轴可以是光轴也可以是化键轴,成批生产中,有专门加工花键轴的洗床和磨床,工艺上并无困难。所以一般都采用化键轴,花键轴承载能力高,加工如转盘也比但单键的光轴方便。这里I轴与电机轴相连,I轴上只装有一个齿轮,可选光轴II、III、IV、V轴采用花键轴,VI轴采用光轴。3.轴承的选择 机床传动轴常用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升。空载功率和噪音等方面,球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支承孔的加工精度要求都比较高,异常球轴承用得更多。但滚锥轴承的内外圈可以公开。装配方便,间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时,也常采用这种轴承。选择轴承的型式和尺寸,首先取决于承载能力,但也要考虑其它结构条件。即要满足承载能力要求,又要符合孔的加工工艺,可以用轻、中、或重系列的轴承来达到支承孔直径的安排要求花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个应小于花键的内径,一般传动轴上轴承选用G级精度。(1)滚动轴承的选择计算a,寿命计算公式:滚动轴承的寿命计算公式如下:L=试中:L额定寿命( x)转C额定动载荷(Kgf)P当量负载荷(Kgf)寿命指数,对球轴承 =3 对滚子轴承=10/3在实际计算中,一般采用工作小时数表示轴承的额定寿命,这时上试可变为:=试中:额定寿命(h)n轴承的计算转速(r/min)当量动载荷P=X+Y试中:径向负荷(Kgf)轴向负荷(Kgf)X径向系数Y轴向系数(2)按照负载荷选择轴承按额定静负载选择轴承的基本公式如下:= 试中:当量静负荷(kgf) 按下列两式计算,取大值 额定静负荷(kgf)安全系数(3)轴承的选择I轴两端轴承的选择,根据前面估算的直径及该轴的结构和受力情况,选择单列向心球轴承(GB27664)轴承型号为7000308(左轴承)右轴承7000307II轴两端轴承的选择左轴承:7000307 右轴承:7000306III轴:左,7000309 右,7000308IV轴:左,7000310,右7000409V轴轴承的选择,由于轴V右端悬伸部分与锥齿轮不相连,承受一定的轴向负荷及径向负荷,因此,可选用圆锥磙子轴承左端型号:27310(GB29864)右端:27610VI轴垂直布置,下端轴承承受到大的轴向力,可选用向心推力球轴承,型号为36107,上端轴承可选用向心球轴承70003094.轴的轴向定位传动轴必须在箱体内保持准确的位置,相对保证安装在轴上各传动件的位置正确性,不论轴是否转动,是否受轴向力,都必须有轴的定位。对受轴向力的轴,其轴向定位更重要。回转轴的轴向包括轴承在轴上的定位和在箱体孔中定位)在选择定位方式时应注意:1,轴的长度,长度要考虑热伸长的问题,宜有一端定位。2,轴承的间隙是否需要调整。3,整个轴的轴向位置是否需要调整4,在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈5,加工和装配的工艺性等根据轴的结构特点和收里情况,I,II,III,IV,V轴均采用弹簧卡圈定位或压盖和轴肩定位。.传递轴的结构设计()、 轴I的结构设计:1),选联轴器轴I与电机轴用联轴器相连,需同时选取连轴器.轴I上的转矩T为: 联轴器的计算转矩 查表取 则,根据工作需要,选用弹性柱销连轴器,型号为HL3,联轴器的许用转矩为: , 联轴器的轴孔直径d=38mm, 半联轴器的长度为L=82mm,联轴器标记为: HL3联轴器 3882 GB501485.2),按轴向定位要求确定轴的各段直径和长度.2.3.4主轴组件设计主轴组件结构复杂,技术要求高,安装工件(车床)或者刀具(铣床,钻床)的主轴参予切削成形运动,因此它的精度和性能直接影响加工质量(加工精度和表面粗糙度),设计时主要围绕着保证精度,刚度和抗振性,减小温度和热变形等几个方面考虑.对主轴部件的基本要求主轴组件是机床主要部件之一. 它的性能对整机性能影响很大. 主轴直接承受切削力,转速范围又很大,所以对主轴组件的主要性能基本要求如下:(1) 回转精度. 主轴组件的回转精度是指主轴的回转精度.造成主轴回转误差的原因是主要是由于主轴的结构及其加工精度,主轴轴承的选用及刚度等,而主轴及其回转零件的不平衡,在回转时引起的激振力也会造成主轴的回转误差.(2) 刚度. 主轴组件的刚度指受外力作用时,主轴组件抵抗变形的能力. 主轴部件的刚度与主轴结构尺寸,支承跨距,所选用的轴承类型及配置形式,轴承间隙的调整,主轴上传动元件的位置等有关.(3) 抗振性: 主轴组件的抗振性是指切削加工时,主轴保持平衡运转而不发生振动的能力,提高主轴抗振性,必须提高主轴组件的静刚度,采用较大阻尼比的前轴承,以及在必要时安装阻尼(消振)器,另外,使主轴的固有频率远远大于激振力的频率.(4) 温度. 主轴组件在运转时,温度过高会引起很多不良结果,数控机床在解决温度问题时,一般采用注温主轴箱. (5) 耐磨性, 主轴组件必须有足够的耐磨性,以便能长期保持精度.主轴部件的传动方式和布置形式.(1)传动方式主轴旋转运动传动方式的选择,决定于主轴转速的高低,所传递扭矩的大小,对远转平稳性的要求及结构紧凑,装卸维修方便.这里我们选择齿轮传动,这样结构简单,紧凑和能传递较大的扭矩.(2)传动件位置的合理布置.对于传动件直接装在主轴上的主轴部件,工作时主要承受传动力Q.切削力P和支承反力. 合理布置传动件的轴向位置,可以改善主轴的受力情况,减少主轴的变形,改善传动件的轴承工作条件,减少轴承的受力,提高主轴部件的抗振性等.合理布置的原则传动力Q引起的主轴弯曲变形小,且能部分抵消切削力P引起的主轴弯曲变形.传动力Q引起的支承反力能部分抵消切削力引起的支承反力.传动力Q引起的主轴端位移小,并且尽可能部分地抵消切削力引起的端位移,尤其在影响加工精度的敏感方向上.结构紧凑,主轴箱尺寸小,装配维修方便.综合所上述原则,选择传动件的轴向布置形式.主轴部件轴承的选择(1) 主轴轴承的选择主轴部件上的轴承应具有旋转精度高,刚度高,承载能力强,抗振性好,极限转速高,适应变速范围大,摩擦功耗小,噪音低,寿命长的性能,同时应满足制造简单,使用维修方便,成本低,结构尺寸小等要求。滚动轴承已经标准化,并有专门工程批量生产,而且它在旋转精度高,刚度,承载能力,转速,发热等主要性能上能满足大多数主轴部件的要求,特别是它具有能在转速和载荷变动范围很大的的条件下稳定工作的的优点。这里前支承选用-3182100型,可承受径向力,反支承选用一对推力球轴承,承受径向和轴轴向载荷,使主轴轴向定位.(2) 轴承的配置大多数机床主轴采用两个支承,结构简单,制造方便,在配置轴承时,应注意以下几点: 没个支承点都要能承受径向回力 每个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上,即负载都由机床支承件承受轴承配置简图2-9如下: 图2-9轴承配置简图(3)轴承的精度配合主轴轴承的精度要求比一般传动高,前轴承的误差对主轴前端的影响最大,所以前轴承的精度一般比后轴承的选择要高一级。普通精度级机床的主轴,前轴承选C或D级,后轴承选D或E级.精密或高精级机床, 前轴承选B或C级, 后轴承选C或D级。这里前轴承选C精度, 后轴承选D级精度轴承与轴和轴承与箱体孔之间,一般都采用过渡配合,采用比一般轴要松一些.如:j5, js5, j6, js6. 另外,轴承内外环都是薄壁件,轴的孔和形状误差都会反映到轴承滚道上去,如果配合精度选得过低,会降低轴承的回转精度,所以, 轴承孔的精度应与轴承精度相匹配. 内圆选 外圆选.主轴支承结构设计支承中的轴承应定位可靠,精度保证性好.安装调整方便. 支承中各零部件的加工和装配工艺性好,维修更换方便.1, 轴承(3182118型)内圈的轴向定位双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动,当内圈向大端移动时,由于1:12的内锥孔.内圈将胀大消除间隙。.主轴端部的结构型式主轴端部的型式取决于机床的类型和安装夹具或刀具的型式. 主轴端部的结构,应保证夹具顶尖或刀具可靠,定位准确,高的联结刚度以传递足够的扭矩,并尽量缩短主轴悬伸长度,以及装卸方便等. 通用铣床主轴端部结构型式如下图2-10: 图2-10主轴端部结构7:24锥孔作定位面,供安装铣刀或铣刀心轴的尾锥,再用拉杆从主轴后端拉紧四个螺孔供安装铣刀用,两个长槽供安装端面键以传递扭矩. .主轴主要参数的确定主轴的主要参数是指:主轴平均直径D(主轴前轴颈直径D1);主轴内孔直径d,;主轴悬伸量a和主轴支承跨距L。这些参数直接影响主轴的工作性能.但为简化问题,主要从静刚度条件出发来确定这些参数. 即选择D,d,a,L使主轴获得最大的静刚度,也就是使主轴轴端位移最小,同时兼顾其他的要求,如高速性,抗振性能等。(1)主轴轴颈直径的确定主轴轴颈直径对主轴部件刚度影响最大. 加大直径,可减少主轴本身弯曲变形引起的主轴轴端位移和轴承弹性变形所引起的轴端位移,从而提高主轴部件刚度. 但加大直径受到轴承值的限制,同时造成相配零件尺寸加大,制造困难,结构庞大和重量增加等. 因此在满足刚度要求下应取小值。查取=90mm,后轴颈 平均轴颈 取d=27mm.(2) 主轴内孔直径d的确定主轴内孔主要用于通过棒料夹紧刀具或工件的控杆,冷却管等,大型,重型机床的空心主轴还可以减轻重量. 确定孔径d的原则是在满足对空心主轴孔径的要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下尽量去大些。由材料力学知,轴刚度K与抗弯截面惯性矩I成正比,与直径之间有下列关系: 由上式可知,当时,空心主轴的刚度与实心主轴的刚度相差甚小,即内孔对主轴刚度降低的影响很小
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