購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或  401339828 本  科  畢  業(yè)  設(shè)  計（論  文）  題     目   數(shù)控車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計【無級變速】        專     業(yè)                                 學(xué)生姓名                                 班     級                                 學(xué)     號                                 指導(dǎo)教師                                 二     年     月      日  購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或  401339828 摘   要  本文闡述了數(shù)控主軸的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀以及趨勢，并介紹了主軸的工作原理及關(guān)鍵技術(shù)。然后，確定了合理的主軸總體結(jié)構(gòu)，分別對主軸的電機(jī)、編碼器和冷卻系統(tǒng)等各零部件進(jìn)行了設(shè)計，設(shè)計了裝配圖、零件圖與設(shè)計說明書等。最后，對主軸的旋轉(zhuǎn)軸和軸承進(jìn)行了詳細(xì)的分析和校核，計算表明，該主軸設(shè)計符合要求。  本次設(shè)計首先針對所要設(shè)計的數(shù)控車床主軸入手，對機(jī)床進(jìn)行總體方案設(shè)計，進(jìn)而確定機(jī)床的總體布局，隨后，對主軸組件進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計主軸組件時，以主軸為線索，在滿足剛度、精度等要求下，完成其它（如軸承、軸 向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)等）所有零件的設(shè)計。  關(guān)鍵詞   主軸組件；數(shù)控車床；數(shù)控機(jī)床    購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或  401339828 NC to is of of of a is to is to be to of In of to of as  of 買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或  401339828 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或  401339828 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或  401339828 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或  401339828 目   錄  第 1 章   緒論  . 1 的、意義  . 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀  . 1 控車床的主要功能  . 3 第 2 章   總體設(shè)計方案  . 5 控車床主軸組件的組成  . 5 械系統(tǒng)方案的確定  . 5 控車床主軸組件總體設(shè)計方案的確定  . 6 軸脈沖發(fā)生器的安裝  . 6 第 3 章  主軸組件的主運動部件  . 7 軸電動機(jī)的選用  . 7 電機(jī)功率估算  . 7 電機(jī) 選型  . 8 軸  . 9 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計  . 9 軸受力分析  . 9 軸的強度校核  . 11 軸的剛度校核  . 12 承的配合  . 12 軸軸承設(shè)計計算  . 13 同步帶的概述及計算  . 14 同步帶介紹  . 14 同步帶的特點  . 15 同步帶傳動的主要失效形式  . 16 同步帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則  . 18 同步帶分類  . 18 步帶的設(shè)計計算  . 19 第 4 章  三爪卡盤設(shè)計  . 22 購買文檔送 子版圖紙， Q 11970985 或  401339828 體框架  . 22 要參數(shù)確定與結(jié)構(gòu)計算  . 23 壓腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計  . 23 子葉片數(shù)的設(shè)計  . 23 動角的設(shè)計  . 23 子圓柱活塞杠面積的設(shè)計  . 23 塞杠的升程  . 24 總結(jié)  . 27 參考文獻(xiàn)  . 28 致謝  . 29 購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 1 第 1 章   緒論  的、意義   數(shù)控技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，他實現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。數(shù)控車床是一種加工功能很強的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來的數(shù)控車床、柔性加工單元都是在數(shù)控車床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開車削方式。由于數(shù)控車削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問題也最多，因此人們在研究和開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動編程語言的軟件時，也一直把車削加工作為重點。  機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供先進(jìn)技術(shù)裝備的任務(wù)，而機(jī)床工業(yè)是機(jī)械工業(yè)的重要組成部分，是為機(jī)械工業(yè)提供先進(jìn)制造技術(shù) 和裝備的工業(yè)。機(jī)床擁有量、產(chǎn)量、品種和質(zhì)量、是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。因此，機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。  與普通機(jī)床不同，數(shù)控機(jī)床加工零件的過程完全自動的進(jìn)行，加工過程中人工不能干預(yù)。因此，首先必須將所加工的件的全部信息，包括工藝過程、刀具運動軌跡及走刀方向、位移量、工藝參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切屑深度）以及輔助動作（換刀、變速、冷卻、夾緊、松開）等，按加工順序采用標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定的程序指令編寫出正確的數(shù)控加工程序，然后輸入到數(shù)控設(shè)備的控制系統(tǒng)中，隨后控制系統(tǒng)按數(shù)控程序的要求控制數(shù)控機(jī)床對零件 進(jìn)行加工。所謂的數(shù)控編程，一般指包括零件圖樣分析、工藝分析與設(shè)計、圖形數(shù)學(xué)處理、編寫輸入程序清單、程序校驗的全部工作過程。數(shù)控編程可分為手工編程和全自動編程兩種方式。  內(nèi)外研究現(xiàn)狀  建國 60 年來，在黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人的關(guān)懷下，中國機(jī)床工業(yè)歷經(jīng)幾代人的拼搏，從無到有，從小到大，發(fā)生了天翻地覆的變化，如今發(fā)展成為產(chǎn)品布局合理，門類齊全，具有較大經(jīng)濟(jì)規(guī)模和較強技術(shù)實力的產(chǎn)業(yè)。  中國機(jī)床工具行業(yè)已開始走出國門與國際市場競爭，在國際上有了舉足輕重的話語權(quán)和產(chǎn)業(yè)地位，正在向世界機(jī)床工具制造強國的目標(biāo)邁進(jìn)。  機(jī)床是 一切機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)裝備，被稱之為“工作母機(jī)”。  中國機(jī)床工具行業(yè)一直在當(dāng)合國家領(lǐng)導(dǎo)人的關(guān)懷中不斷發(fā)展壯大。如今，中國數(shù)控機(jī)床的品種已達(dá)到 2000 余中種。通過突破國外多年的技術(shù)封鎖，相繼開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的各類數(shù)控機(jī)床，特別是研制出一批國際上首臺重型數(shù)控機(jī)床，滿足了國家重點工程的需要。  一是成功研發(fā)了一大批多種類型，多種規(guī)格多坐標(biāo)，智能，帶刀庫，帶 A,B 軸五軸聯(lián)動的，臥式復(fù)合機(jī)床。  二是成功研發(fā)了一大批大規(guī)格，大尺寸，大噸位多品種的重型，超重型機(jī)床，其中許購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 2 多是世界首臺最大規(guī)格的數(shù)控機(jī)床。  三是研發(fā)成功一大 批高精，高速，高效的各類機(jī)床。  四是功能部件，數(shù)控系統(tǒng)，刃量具等方面產(chǎn)品研發(fā)。  我國的機(jī)床工業(yè)在新中國成立后建立起來的，解放后 50 年來，我國機(jī)床工業(yè)獲得了高速發(fā)展，我國已制定了完整的機(jī)床系列，機(jī)床品種日趨齊全，能生產(chǎn)上千個品種。  數(shù)控車床 從結(jié)構(gòu)上可分為、臥式及立臥兩用三種。  （ 1） 數(shù)控車床  數(shù)控車床 主軸軸線垂直于水平面，這種 車 床占 數(shù)控車床 的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣。  （ 2）臥式 數(shù)控車床  臥式 數(shù)控車床 主軸的軸線平行于水平面。為了擴(kuò)大加工范圍和擴(kuò)充功能，臥式 數(shù)控車床 通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤（或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤）來實現(xiàn)四 坐標(biāo)、五坐標(biāo)加工。  （ 3）立臥兩用 數(shù)控車床  這類 車 床可在一臺機(jī)床上進(jìn)行加工或臥式加工，同時具備立、臥式 車 床的功能。它的使用范圍更廣，功能更全。  東歐這些國家的機(jī)床生產(chǎn)品種不全，配套件缺乏，而中國機(jī)床工業(yè)經(jīng)過這么多年的發(fā)展，已具備相當(dāng)規(guī)模，產(chǎn)品門類齊全，數(shù)控機(jī)床的品種從幾百種發(fā)展到近倆千種，全行業(yè)開發(fā)出一批市場急需的新產(chǎn)品，填補了國內(nèi)空白。一批高精，高速，高效，一批多坐標(biāo)，復(fù)合，智能型的數(shù)控機(jī)床新產(chǎn)品滿足了國家重點用戶需求。面前中國機(jī)床工業(yè)正在通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高自主創(chuàng)新能力。以精密、柔性、成套、 綠色需求為方向，以改革、改進(jìn)、改組、設(shè)計為動力。購并國際名牌企業(yè)和產(chǎn)品，努力提高國產(chǎn)機(jī)床占有率。不斷提高國產(chǎn)機(jī)床市場占有率，不斷拓寬機(jī)床工具產(chǎn)品的發(fā)展空間。  日本、美國、英國、德國、法國、意大利等六國 1989年金屬切削機(jī)床的總產(chǎn)值與 1980年比，僅增加 54%，但同期數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值比 1980年刪增加了 256%。 1990年，日本數(shù)控機(jī)床的年產(chǎn)量已達(dá) 61697臺，年產(chǎn)量的數(shù)控化率為 年產(chǎn)值的數(shù)控化率為 76%。其他五國的年產(chǎn)量數(shù)控化率均在 20%以上，年產(chǎn)值數(shù)控化率均在 50%以上。上述六國擁有量數(shù)控化率在 10%以上。 1994年日本擁有量的數(shù)控化率為   工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(jī)床廠均生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，普通機(jī)床已逐步甩給第三世界營家去生產(chǎn)。在數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)中，生產(chǎn)最多的仍然是普通數(shù)控機(jī)床，特別是數(shù)控車床，但發(fā)展最快的則是可以自動換刀的 數(shù)控車床 。在近幾年的國際機(jī)床展覽會上，展品均以 數(shù)控車床 及由 數(shù)控車床 為主體的柔性加工單元及柔性制造系統(tǒng)為主?，F(xiàn)在，日本、箍國、美國等三國生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)約占國際市場的三分之二。  發(fā)展高端數(shù)控機(jī)床是本輪產(chǎn)業(yè)升級的必經(jīng)之路。隨著國內(nèi)勞動力成本上漲，環(huán)境減排的迫切需求，以及對人民幣長期升值，國內(nèi) 需求不足的狀況。這將促使中國制造業(yè)得新一輪的產(chǎn)業(yè)升級必須將是高端制造業(yè)代替簡單制造業(yè)，技術(shù)密集型代替勞動密集型。這種轉(zhuǎn)型將大大減少簡單機(jī)械的需求，增加更加高效、更加精確的數(shù)控機(jī)床需求。政府加大投資購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 3 的領(lǐng)域包括以高速客運專線為主的鐵路建設(shè)，航空制造業(yè)尤其對高端數(shù)控機(jī)床提出了更高的要求。作為制造業(yè)母機(jī)的機(jī)床行業(yè)，是產(chǎn)品升級的必經(jīng)之路。  中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展正當(dāng)其時。中國機(jī)床出口盡管比例不高，總金額比較少，但增長速度遠(yuǎn)高于進(jìn)口產(chǎn)品增速。目前中國國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平正在提高，在部分領(lǐng)域已經(jīng)能夠替代進(jìn)口，占據(jù)國內(nèi)高端數(shù) 控機(jī)床主要市場的進(jìn)口產(chǎn)品即將面臨國產(chǎn)產(chǎn)品的沖擊。未來高端數(shù)控機(jī)床對進(jìn)口產(chǎn)品的替代潛力巨大。面對外出口的市場現(xiàn)在還處于萌芽期，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆? 控車床的主要功能  近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機(jī)械所代替。目前國外機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率已達(dá)到 85%以上，而我國的機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率不足 20%，隨著我國機(jī)制行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。 精加工技術(shù)及裝備的新趨勢 放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 范的建立其中包括： b. 關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)規(guī)范，加強數(shù)控車床的整機(jī)設(shè)計中應(yīng)該把握的主要 問題的訓(xùn)練。  1、 研究此課題的意義在于：針對大學(xué)畢業(yè)生技能的需求，在培養(yǎng)過程中，加強實踐環(huán)節(jié)，把自己置身于工程背景之中，以提高我們的專業(yè)水平。通過此設(shè)計，我們可以初步掌握設(shè)計一般車床的方法與步驟，可為我們今后工作打下良好的基礎(chǔ)。將大學(xué)三年所學(xué)到的知識進(jìn)行匯總，考核我們所學(xué)知識的牢固度，檢驗我們運用知識的能力。  2、 數(shù)控車床可以分為、臥式和立臥兩用式數(shù)控車床，數(shù)控車床的應(yīng)用越來越廣泛，主要具有下列功能：  3、 1、點位控制功能    利用這一功能，數(shù)控車床可以進(jìn)行只需要作點位控制的磚孔、擴(kuò)孔、忽孔、鉸孔和鏜孔等加工。  4、 2、連 續(xù)輪廓控制功能   數(shù)控車床通過直線和圓弧插補，可以實現(xiàn)對刀具運動軌跡的連續(xù)輪廓控制，加工出由直線和圓弧兩種幾何要素構(gòu)成的平面輪廓工件。對非圓曲線（橢圓、拋物線、雙曲線等二次曲線及對數(shù)螺旋線、阿基米德螺旋線和列表曲線等）構(gòu)成的平面輪廓，在經(jīng)過直線或圓弧逼近后也可以加工。除此之外，還可以加工一些空間曲面。  5、 3、刀具半徑自動補償功能   使用這一功能，在編程時可以很方便地按工件實際輪廓形狀和尺寸進(jìn)行編程計算，而加工中可以使刀具中心自動偏離工件輪廓一個刀具購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 4 半徑，加工出符合要求的輪廓表面。也可以利用該功能，通過改變刀具 半徑補償量的方法來彌補車刀制造的尺寸精度誤差，擴(kuò)大刀具直徑選用范圍及刀具返修刃磨的允許誤差。  6、 4、刀具長度補償功能   利用該功能可以自動改變切削平 面高度，同時可以降低在制造與返修時對刀具長度尺寸的精度要求，還可彌補軸向?qū)Φ墩`差。  5、鏡像加工功能   鏡像加工也稱為軸對稱加工。對于一個軸對稱形狀的工件來說，利用這一功能，只要編出一半形狀的加工程序就可完成全部加工了。  6、固定循環(huán)功能   利用數(shù)控車床對空進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、鍃和鏜加工時，加工的基本動作是：刀具無切削快速到達(dá)孔位 慢速切削進(jìn)給 快速退回。對于這種典型 化動作，可以專門設(shè)計一段程序（子程序）在需要的時候進(jìn)行掉用來實現(xiàn)上述加工循環(huán)，特別是在加工許多相同的孔時，應(yīng)用固定循環(huán)功能可以大大簡化程序。  購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 5 第 2 章   總體設(shè)計方案  數(shù)控車床具有數(shù)控車床的特點，自動變速，變速方法采用無級變速加有級變速。無級變速采用交流變頻調(diào)速電機(jī)，實現(xiàn)兩極變速，變速過程中齒輪的嚙合通過離合器的得電和失電來實現(xiàn)。  數(shù)控車床主軸部件的設(shè)計主要有軸以及軸上零件，選擇合適的電機(jī)，滿足切削時的功率要求，選擇電機(jī)時根據(jù)典型切削工藝求得切削是需要的功率  機(jī)械部分?jǐn)?shù)控化設(shè)計需涉及電機(jī)的選擇、工作臺進(jìn)給 結(jié)構(gòu)、傳動比分配與計算等方面的內(nèi)容。  1 伺服驅(qū)動元件   進(jìn)給電機(jī)選用混合式步進(jìn)電機(jī)，其不僅步距角小運行頻率高且功耗低低頻噪音小等優(yōu)點。廣泛用于開環(huán)控制系統(tǒng)，不需要反饋裝置，結(jié)構(gòu)簡單可靠，壽命長。橫縱向進(jìn)給電機(jī)均選用同一型號以便于設(shè)計和日后維修。脈沖當(dāng)量 t=沖，選用步距角 = 。對原機(jī)床的主傳動系統(tǒng)均維持不變，以節(jié)約資金及縮短改裝時間。  控車床主軸組件的組成  主軸組件是由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動件和密封件等組成的。主軸的啟動、停止和變速等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在 主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸是數(shù)控車床的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的好壞對數(shù)控車床的性能有很大的影響，它決定著數(shù)控車床的切削性能、動態(tài)剛度、加工精度等。主軸內(nèi)部刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)是自動刀具交換裝置的組成部分。  械系統(tǒng)方案的確定  對于現(xiàn)在的機(jī)床主軸傳動機(jī)構(gòu)來說，主要分為齒輪傳動和同步帶傳動。  齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一，應(yīng)用普遍，類型較多，適應(yīng)性廣。其傳遞的功率可達(dá)近十萬千瓦，圓周速度可達(dá) 效率可達(dá) 齒輪傳動大多數(shù)為傳動比固定的傳動，少數(shù)為有級變速傳動。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。  同步帶是嚙合傳動中唯一一種不需要潤滑的傳動方式。在嚙合傳動中，它的結(jié)構(gòu)最簡單，制造最容易，最經(jīng)濟(jì)，彈性緩沖的能力最強，重量輕，兩軸可以任意布置，噪聲低。它的帶由專業(yè)廠商生產(chǎn)，帶輪自行設(shè)計制造，它在遠(yuǎn)距離、多軸傳動時比較經(jīng)濟(jì)。同步帶傳動時的線速度可達(dá) 有時允許達(dá) ，傳動功 率可達(dá) 傳動比可達(dá) 10（有時允許達(dá) 20 ），傳動效率可達(dá)   同步帶傳動的優(yōu)點是 9：  無滑動，能保證固定的傳動比；  預(yù)緊力較小，軸和軸承上所受的載荷?。? 購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 6 帶的厚度小，單位長度的質(zhì)量小，故允許的線速度較高；  帶的柔性好，故所用帶輪的直徑可以較小。  其主要缺點是安裝時中心距的要求嚴(yán)格。  由于齒輪傳動需要具備較多的潤滑條件，而且為了使主軸能 夠達(dá)到一定的旋轉(zhuǎn)精度，必須選擇較好的工作環(huán)境，以防止外界雜物侵入。而同步帶傳動則避免了這些狀況，并且傳動效率和傳動比等都能符合課題的要求，故在本課題的主軸傳動方式中選擇同步帶傳動。  控車床主軸組件總體設(shè)計方案的確定  綜合 2中的方案，本課題的總體設(shè)計方案現(xiàn)確定如下：  由于同步帶無滑動，能保證固定的傳動比，且傳動效率高，允許的線速度較高，無需安置在很良好的工作環(huán)境中，所以在主軸傳動方式中選擇同步帶傳動。但是需要注意的是同步帶的安裝具有嚴(yán)格的要求。  在主軸的進(jìn)給運動中，采用滾珠絲杠。其耐磨性好、磨 損小，低速運行時無爬行、無振動，能夠很好地確保 Z 軸的進(jìn)給精度。  由于數(shù)控車床具備自動換刀功能，所以在主軸組件中還應(yīng)有主軸準(zhǔn)停裝置、刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)以及切屑清除機(jī)構(gòu)。在本課題中，主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)采用磁力傳感器檢測定向，其不僅能夠使主軸停止在調(diào)整好的位置上，而且能夠檢測到主軸的轉(zhuǎn)速，并在數(shù)控車床的操控面板上顯示出來，方便機(jī)床操作者調(diào)整轉(zhuǎn)速。  在換刀過程中，刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)也是不可獲缺的一部分。它控制著刀桿的松緊，使刀具在加工時能緊緊地固定在主軸上，在換刀時能輕松地卸載。本課題采用了液壓缸運行的方式，通過活塞、拉桿、 拉釘?shù)纫幌盗性倪\動來達(dá)到刀桿的松緊目的。同時，為了減少液壓推力對主軸支承的磨損，在主軸的內(nèi)部設(shè)置了一段碟形彈簧，使活塞對拉桿的作用起到一個緩沖的作用。同時，在換刀過程中，活塞及拉桿的內(nèi)部將被加工成中空狀。其間將通入一定的壓縮空氣來清除切屑。使刀桿和主軸始終具有很好的配合精度。  軸脈沖發(fā)生器的安裝   主軸脈沖發(fā)生器是為了加工螺紋而安裝的主軸檢測裝置，微機(jī)從主軸脈沖發(fā)生器中取出與螺距相應(yīng)的脈沖數(shù)，使主軸旋轉(zhuǎn)角度與進(jìn)給量保持一定關(guān)系，確保螺距的準(zhǔn)確性。主軸脈沖發(fā)生器的安裝通常有兩種：一種是同軸安裝，另 一種是異軸安裝。一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造多采用同軸安裝。本設(shè)計選用 軸脈沖發(fā)生器，采用同軸安裝方式并采用波紋管與主軸柔性連接，該連接方式在實現(xiàn)角位移傳遞的同時，能夠吸收車床的部分振動，從而使脈沖發(fā)生器平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。  購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 7 第 3 章  主軸組件的主運動部件  軸電動機(jī)的選用  電機(jī)功率估算  橫切端面 :      查綜合作業(yè)指導(dǎo)書   式中 車床床身上加工最大 直徑橫切端面時主切削力 可取縱切時  21    5 9 a x   : 9  5 9 421 走刀方向的切削力（ N）   垂直走刀方向的切削力（ N）   NF x  5  9     NF y  1  9  主切削力 F（ N）按經(jīng)驗公式估算：  F Z   走刀方向的切削分力（ N）  車床身上加工最大直徑（ mm）00 m a x  =N）  ：  1： F 走刀方向的切削力   垂直走刀方向的切削力    )   ) m  主電機(jī)功率   式中： m 機(jī)床主傳動系統(tǒng)傳動效率。滾珠軸承傳動效率 步帶傳動效率 在數(shù)控機(jī)床常用直流電動機(jī)和交流調(diào)頻電機(jī)兩種。目前，中小型數(shù)控機(jī)床中，交流調(diào)頻電機(jī)已占優(yōu)勢，有取代直流電機(jī)之勢。本文所設(shè)計的車床采用交流調(diào)頻電機(jī)調(diào)節(jié)電源頻率來達(dá)到調(diào)速的目的，額定轉(zhuǎn)速常為 1500r 圖 1額定轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速 區(qū)域為恒功率區(qū)，從最低轉(zhuǎn)速  區(qū)域為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。  購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 8 圖  3速電動機(jī)的功率特性  在設(shè)計數(shù)控車床主傳動時，必須考慮電機(jī)與機(jī)床主軸功率特性匹配問題。由于主軸要求的恒功率變速范圍 大于電機(jī)的恒功率變速范圍 所以在電機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，以擴(kuò)大其功率調(diào)速范圍，滿足低速大功率切削時對電機(jī)的輸出功率要求。為了簡化變速箱結(jié)構(gòu)，變速級數(shù)應(yīng)少些，變速箱公比 f 可取大于電機(jī)的恒功率調(diào)速范圍 即 f 這時，變速箱每擋內(nèi)有部分低轉(zhuǎn)速只能恒轉(zhuǎn)矩變速，主傳動系統(tǒng)功率特性圖中出現(xiàn)“缺口”，稱之功率降低區(qū)。使用“缺口”范 圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速時，為限制轉(zhuǎn)矩過大，得不到電動機(jī)輸出的全部功率。為保證缺口處的輸出功率，電動機(jī)的功率應(yīng)相應(yīng)的增大。為了滿足主軸傳遞 高轉(zhuǎn)速 4000r 擇上海富田電機(jī)生產(chǎn)的 型號為 132M 1500  其中： 系列代號  132 極座號（中心高）  M 機(jī)座長度代號，有 S、 M、 1500 基本轉(zhuǎn)速 單位： r  額定功率（ 單位：  電機(jī)在 60 1500r 現(xiàn)恒扭矩輸出，在 1500 4500r 高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到 6000r  主電機(jī)選型  利用交流伺服系統(tǒng)可進(jìn)行精密定位控制，可作為 床、工業(yè)機(jī)器人等的執(zhí)行元件。  流主軸電機(jī) S 系列從 37分 13 種。它的特點是轉(zhuǎn)速高、輸出功率大、性能可靠、精度好、振動小、噪音低，既適合于高速切削又適合于低速重切削。該系列可應(yīng)用在各種類型的數(shù)控機(jī)床上。根據(jù)主電機(jī)功率 ，故本課題選用 流主軸電機(jī) 6S 型號 6。其主要技術(shù)參數(shù)如下：  a) 額定輸出功率：   n m a xn dn m i WP 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 9 b) 最高速度： 000 r ；  c) 額定輸出轉(zhuǎn)矩：   d) 轉(zhuǎn)子慣量： 2022.0 。  軸  軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計  主軸的主要參數(shù)是指：主軸前軸頸直徑 1D ；主軸內(nèi)孔徑 d ；主軸懸伸量 a 和主軸支承跨距 l ，見圖 3 圖 3軸主要參數(shù)示意圖  主軸軸徑通常指主軸前軸頸的直徑，其對于主軸部件剛度影響較大。加大直徑 D ，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。但加大直徑受到軸承 的限制，同時造成相配零件尺寸加大、制造困難、結(jié)構(gòu)龐大和重量增加等，因此在滿足剛度要求下應(yīng)取較小值。  設(shè) 計時主要用類比分析的方法來確定主軸前軸頸直徑 1D 。數(shù)控車床主軸前軸頸直徑1D 按主電動機(jī)功率來確定，由 表 查 得51 。  由于裝配需要，主軸的直徑總是由前軸頸向后緩慢地逐段減小的。在確定前軸徑 1D 后，由 式 可 知前軸頸直徑 1D 和后軸頸直徑 2D 有如下關(guān)系：  2  軸受力分析  軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計算時，常常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點取為載荷分布段的中點。而作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度的中點算起。  (a) 購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 10 (b) (c) 圖 3承受力圖  主軸上的軸承采用一端固 定，另一端游動的支承形式。圖示 3軸承在空間力系的總受力圖，它可分解為鉛垂面（圖 3水平面（圖 3個平面力系 。  由公式（ 出切向車削力 046切徑向負(fù)荷 22  62 0 4 切切向負(fù)荷 22  4 12 0 4 切軸向負(fù)荷 22  7 42 0 4 65 2   切圖 3不定梁鉛垂面分解圖  由于 此主軸的受力屬于簡單靜不定梁類型，所以要以靜不定梁的受力方法來解決問題。圖示 3靜不定梁的鉛垂面受力圖。為了使其變形與原靜不定梁相同，必須滿足變形協(xié)調(diào)條件，即要求 0B 。  利用疊加法，得撓度為：   363 232                 （  式中： 徑向（切向）負(fù)荷分力，單位為 N ；  F    徑向（切向）負(fù)荷，單位為 N ；  E    材料的彈性模量， 26101.2 ；  I    軸慣性矩， 4  由公式（  4205  。將 ，F(xiàn) 22 代入公式（ 則鉛垂面的撓度為：     1 62 0  26 32  購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 11 得 079832 5 3832 5 32 5 3 12 得 0321 得 將 F 22 代入公式（ 則水平面的撓度為：     8 4 12 0  26 32  得 r   079832 5 3832 5 32 5 3 12 得 r   0321 得 軸的強度校核  從合成彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖上得知，主軸在截面 C、 D 處承受了較大的彎矩，并且還受到帶輪傳動所帶來的扭矩。因此，這兩個截面是危險截面。在校核主軸的強度時應(yīng)按彎扭合成強度條件進(jìn)行計算 。  軸的彎扭合成強度條件為 23 222214 2 W （  式中： 軸的計算應(yīng)力，   W   軸的抗彎截面系數(shù)， 3     折合系數(shù)；   1   軸的許用彎曲應(yīng)力，   T   軸所受的扭矩，單位為 ；  M   軸所受的彎矩，單位為 。  軸的抗彎截面系數(shù)為 23 43 132 式中： d    軸頸處直徑，單位為       ，此處， 1d 為軸孔直徑。  購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 12 得 )(5 6 6 9 88542132851 4 1 43  根據(jù)主軸材料為 由表 153查得許用彎曲應(yīng)力 。 按 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù)  。  將上述參數(shù)代入公式（ 則軸的計算應(yīng)力為   )(80 22 M P  因為 M 01 ，所以主軸的強度符合要求。  軸的剛度校核  軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。對于本課題的主軸，應(yīng)該按軸的彎曲剛度校核。軸計算剛度經(jīng)驗公式為   3221 48（  式中：1y 軸的計算撓度，單位為   I    軸慣性量，單位為 4  E    軸所用材料的彈性模量，單位為 2/N   L    支承跨度，單位為   1 軸所受圓周力，單位為 N ；  1 軸所受徑向力，單位為 N 。   軸的允許撓度，單位為  已知：  ， 4205 ， 26101.2 ， 36 。由表 154查得軸的允許撓度為  )(0 6 7  0  0 2.0 p  將上述參數(shù)代入公式（ 則軸的計算剛度為  )(0 3  6102 0   4 1 344 221  由于1， 所以軸能夠滿足剛度要求 。  綜上所述，軸的強度，剛度均符合校核要求。  承的配合  由于主軸軸承在工作時基本上都是內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)、外圈相對固定不動 ,且主軸承受載荷多為定向載荷。因此 ,為了提高軸承的剛性 ,防止軸承在工作期間因摩擦發(fā)熱而引起內(nèi)圈膨脹 ,導(dǎo)致內(nèi)圈與主軸之間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動現(xiàn)象 , 精密機(jī)床主軸軸承內(nèi)圈與主軸之間一般選 擇過盈配購買文檔送 子版圖紙 ， Q 11970985 或  401339828 13 合。另外 ,為了使軸承外圈溝道不只在某一局部受力 ,允許軸承外圈在軸承座內(nèi)出現(xiàn)蠕動現(xiàn)象 , 以盡可能地延長軸承的使用壽命。同時 ,為防止軸承外圈因熱膨脹引起與軸承座之間的過緊現(xiàn)象 , 引起軸承預(yù)緊增加 ,導(dǎo)致摩擦發(fā)熱加劇 ,故軸承外圈與軸承座之間一般選擇間隙配合。  在本課題中，固定端前支承的 7017配合目標(biāo)間隙值取 3 8 m。為了