word格式文檔word格式文檔專業(yè)整理專業(yè)整理加工中心總體、主軸部件及立柱設計摘要加工中心是一種具有刀庫并能自動更換刀具對工件進行多工序加工的數(shù)控機床。它是適應省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的高科技產品，綜合了數(shù)控銃床、數(shù)控鏈床、數(shù)控鉆床多功能的加工設備?；诩庸ぶ行牡难杆侔l(fā)展，本次畢業(yè)設計的任務是設計加工中心總體、主軸部件及立柱。加工中心的總體設計主要是通過設計各部件之間的尺寸聯(lián)系來滿足它們之間的位置關系要求。主軸部件是機床的重要部件之一。它是機床的執(zhí)行件，其功用是支承并帶動工件或刀具旋轉進行切削，承受切削力和驅動力等載荷，從而完成表面成形運動。主軸部件由主軸及其支承和安裝在主軸上的傳動件、 密封件等組成。加工中心立柱主要是對主軸箱起到支承作用，滿足主軸 Z向運動。根據(jù)對立柱的結構、性能及其經濟性的要求，采用井字型的內腔結構。加工中心的設計符合數(shù)控機床高速化、高精度化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等發(fā)展趨勢。目前，加工中心已成為現(xiàn)代機床發(fā)展的主流方向，廣泛應用于機械制造中。關鍵詞：加工中心，主軸，軸承，立柱DESIGNOFTHEOVERALL,SPINDLEASSEMBLYANDCOLUMNOFMACHINININGCENTERABSTRACTMachiningcenter(MC)isakindofCNCmachinewithtoolmagazine.Itcanperformthemulti-processingofworkpiecebychangecuttingtoolautomatically.Itisthehigh-techproductdevelopedtoadapttotherequirementsforeffort-savingandtime-saving, andthemulti-functionequipmentwhichintegratedCNCmillingmachinewithCNCboringanddrillingmachines.Thetasksofgraduationdesignaretodesigntheoverallofmachine,thespindleassemblyandcolumn.ThepurposeofMCoveralldesignistoestablishthedimensionrelationbetweencomponents.Spindleassemblyisoneoftheimportantpartsofthemachine.Itistheexecutivepieces,anditsfunctionistosupportandcarrytheworkpieceorrotarycuttingtools,andbearthecuttingforce.Thespindleassemblyconsistsofthespindleanditssupport,thetransmissionmembers,sealsandothercomponentsmountedonit.ThefunctionofMCcolumnistosupporttheheadstocktosatisfythemovementofZ-axis.Basedontheperformancerequirementsofthestructureandtheeconomy,Columnisofthecross-typestructureinside.ThedesignofMCisconsistentwiththedevelopmenttrendinhigh-speed,highprecision,intelligent,andhighreliabilityofCNCmachinetools.Currently,MCstandsforthemaindevelopmentdirectionofmodernmachinetool,whichiswidelyusedinmachinemanufacturing.KEYWORDS:machiningcenter,spindle,bearing,column目錄TOC\o"1-5"\h\z前言 1第——章力口工中心概述 3\o"CurrentDocument"第二章主傳動系統(tǒng)設計 3\o"CurrentDocument"傳動系統(tǒng)簡介 4\o"CurrentDocument"主傳動系統(tǒng)設計的要求 4\o"CurrentDocument"第三章主軸電機的選型與參數(shù) 6\o"CurrentDocument"計算切削力 7\o"CurrentDocument"主電機功率估算 7\o"CurrentDocument"確定電動機型號 8\o"CurrentDocument"第四章主傳動變速系統(tǒng)設計 8\o"CurrentDocument"同步帶參數(shù)計算 9\o"CurrentDocument"圓弧同步帶設計總結 11\o"CurrentDocument"第五章主軸組件的設計 12\o"CurrentDocument"主軸組件的設計要求 13\o"CurrentDocument"主軸設計 14\o"CurrentDocument"主軸的主要尺寸參數(shù) 14\o"CurrentDocument"主軸軸端結構 15\o"CurrentDocument"主軸材料和熱處理 15\o"CurrentDocument"主軸的軸承 15\o"CurrentDocument"主軸組件的計算 15\o"CurrentDocument"初選主軸直徑 15\o"CurrentDocument"主軸懸伸量a的確定 16\o"CurrentDocument"主軸最佳跨距的確定 16\o"CurrentDocument"主軸組件校核 17\o"CurrentDocument"主軸組件的剛度計算 17\o"CurrentDocument"主軸強度校核計算 17\o"CurrentDocument"主軸強度校核 21\o"CurrentDocument"軸承、鍵的校核 21\o"CurrentDocument"軸承校核計算 21\o"CurrentDocument"鍵的設計計算校核 22\o"CurrentDocument"刀具自動加緊機構以及切削屑清洗機構 23\o"CurrentDocument"潤滑與密封 23\o"CurrentDocument"第六章設計總結 24\o"CurrentDocument"致謝 25\o"CurrentDocument"參考文獻 261952年，第一臺數(shù)控機床誕生.在制造業(yè)，數(shù)控裝備出現(xiàn)，使許多復雜的加工曲面都能夠順利進行，如今數(shù)控機床已經成為制造業(yè)加工零件的主流器械。設計的生產面越來越廣，能滿足越來越多的工業(yè)需求，現(xiàn)已被國家科技人員高度重視。數(shù)控機床的集機械制造技術、信息處理技術、微電處理技術和自動化等合為一體，隨著科學技術的發(fā)展而不斷地發(fā)展與創(chuàng)新。在制造業(yè)行的的技術的突飛猛進中，數(shù)控機床的推動作用是至關重要的，同時也帶動了周邊產業(yè)經濟規(guī)模不斷壯大的支柱。一些發(fā)達國家如德國、日本、荷蘭、美國等都已經實現(xiàn)了大規(guī)模數(shù)控化。作為對比，我國機末的發(fā)展卻有自己的特點，作為世界上機床產量最大的國家之一，我國的數(shù)控機床產品得競爭力卻處于國際水平中下游， 距世界一流水平還相差甚遠。就算面對中國國內機床市場的競爭，國產機床也面臨著嚴峻考驗：一方面對于需求方，國內市場對數(shù)控機床尤其是加工中心需求量大，另一方面對于供應方,不幸的是，國產機床質量差，生產成本高，利用率低，生產滯銷堆積；而進口產品質量好，能滿足各企業(yè)的大量需求，占據(jù)著市場大部分區(qū)域，這就嚴重阻礙了我國自主品牌數(shù)控機床的發(fā)展。國內機床行業(yè)的現(xiàn)狀，對于我們青年大學生而言，是一種機遇，也是一種挑戰(zhàn)，下面介紹一下數(shù)控機床的優(yōu)點：加工種類繁多；效率率高；勞動力消耗小；工作量?。坏毒邏勖L；節(jié)約成本。一般來說，數(shù)控機床大體分為數(shù)控車，數(shù)控鍵、加工中心。此次畢設只要針對立式加工中心主軸部件來設計、因此下面將會介紹有關加工中心主軸部件的相關知識。這次畢業(yè)設計對我們即將畢業(yè)的大四學生至關重要，它不僅僅是對這幾年所學習課程的總結，在這次的《加工中心總體、主軸部件及立柱設計》設計中培，還養(yǎng)了我運用所學知識分析和解決問題的能力，讓我能夠將知識轉化為實踐，通過這次畢業(yè)設計，我的各方面綜合能力都得到了良好的鍛煉、能夠綜合設計中遇到的問題練習工程實際問題；復習了機械設計，熟悉和掌握了數(shù)控機床主軸設計的方法，合理運用所學相關知識，同時增強技能專業(yè)化。本次設計我的主要利用材料是數(shù)控加工中心設計、機械設計及機械設計課程手機手冊等。通過反復查閱資料，教材，我對這些理論有了更好的掌握。本說明書共分為六大塊，第一章介紹了關于加工中心的一些概念，工作原理;第二章講述了加工中心的主傳動系統(tǒng)設計；第三章講述主軸電機的計算選型；第四章講述的是傳動系統(tǒng)一一同步帶的設計；第五章講述了主軸組件的設計以及相關零件的校核；第六章時對本次設計的大總結。第一章加工中心概述一'、基本概念即裝有刀庫和自換換刀裝置的數(shù)控機床。它的特點是能夠在倒庫里存下許多種刀具，有程序控制自動換刀，這樣就可以在沒有認為干涉的情況下一次完成很多種加工任務。在加工中心上，一次裝卡工件可同時完成多道工序一一數(shù)控系統(tǒng)能夠根據(jù)程序控制不同的安裝刀具，自動改變主軸進給量，主軸轉速，道具相對于工件的運動軌跡，依次完成一個或者幾個面的工藝加工。因此可以減少換裝工件和機床的調整時間、減少零件生產周期、貯存時間、生產效率高、自動化程度很強。二、加工中心的分類(1)立式加工中心主軸軸線垂直，為立柱固定，矩形工作臺。(2)臥式加工中心主軸軸線水平。是帶有分度回轉轉運動工作臺的一類加工中心，適合加工體積較大的零部件。(3)五坐標加工中心可以完成任意面的加工。三、加工中心基本結構(1)基礎部件一一床體、立柱和工作臺(2)主軸組件一一由主軸箱體、交流主軸電動機、主軸和軸承等零件。(3)控制系統(tǒng)一一單臺加工中心數(shù)控系統(tǒng)是由數(shù)字編程裝置、編程控制元件、伺服驅動裝置、電動機、(4)伺服系統(tǒng)(5)自動換刀裝置一一刀庫、換刀機械手和驅動元件。第二章主傳動系統(tǒng)設計

傳動系統(tǒng)簡介加工中心主傳動系統(tǒng)是由帶動主軸傳動的電機、主軸的傳動系統(tǒng)以及主軸組件組成［1］與普通機床主軸系統(tǒng)相比，轉速更高，回轉精度更精確，結構剛性和抗震性優(yōu)良。加工中心主要的優(yōu)點就是它能夠完成由多臺機床才能夠完成的加工任務，這里列舉一些加工中心突出的優(yōu)點：(1)在數(shù)控機床的基礎上增加了裝有各種刀具的刀庫以及自動換刀裝置。可以一次同時進行多工步加工操作。(2)特有的裝備：自動回轉工作臺；(3)主軸轉速可以變更、進給量可調、具有插補功能，方便操作員編程。(4)如果帶有APC工作臺，工件在加工時，其他工件就在裝卡卸下的位置等待加工，不會耽誤正在進行的工件的加工。主傳動系統(tǒng)設計的要求加工中心整體尺寸圖如2-1所示圖2-1加工中心總體尺寸圖如圖2-1,操作面板在機床的右側，左側是刀庫，里面貯存加工時所需的刀具；本設計的加工中心工作臺分X向進給工作臺、Y向進給工作臺、Z向進給工作臺。其中X向進給量為500毫米，Y向進給量為600毫米，Z向進給量為600毫米。當需要加工工件時，自動換刀裝置會根據(jù)編程選定合適的刀具，然后安裝在主軸前端。主軸通過加緊機構將刀具鎖緊。這時，主軸電機通過同步帶帶動主軸旋轉，共建加工開始。等工件加工完成以后，下一個在裝卸位置等待的待加工工件就會被推至加工處，進行下一輪加工。若一批零件加工完成以后或者需要加工另一道工序時，機床系統(tǒng)選擇合適道具，然后自動裝卡，進行加工。在換刀過程中，由主軸上端通過主軸內孔股進來的壓縮空氣會把主軸前端安裝刀具部位清理干凈，避免刀具安裝時產生誤差。本次設計的立式加工中心的總體大概設計：主軸電機：交流調速電動機傳動部件：圓弧同步帶圓弧齒同步帶應力分布均勻，在高速條件下產生的震動小，勻化了應力分布，嚙合齒數(shù)，因此選用圓弧齒同步帶作為本次設計的傳動系統(tǒng)部件。同步帶傳動裝置簡圖見2-2。▽圖2-2同步帶傳動傳動系統(tǒng)設計分析機械傳動的方式有帶傳動，齒輪傳動，鏈傳動，在大三的機械設計課程設計中,二級減速器的傳動方案中，我們選擇帶傳動在高速級，將齒輪傳動放在中間級,將鏈傳動放在了最后一級。這樣以來，每種傳動都克服了彼此的缺點并發(fā)揚了自己的優(yōu)點，相輔相成。對于同步帶傳動這棟特殊的傳動方式，克服了鏈傳動傳動比不穩(wěn)定， 傳遞效率低，齒輪傳動結構安裝復雜，噪聲大，V帶傳動壓軸力大，容易發(fā)生打滑等缺點。可謂是一帶多用。它的帶型是齒輪狀的，工作與帶輪上的齒進行正確嚙合，避免打滑破壞帶的性能?？估瓕邮怯商厥獾睦w維材料或金屬制成，這樣就使帶不發(fā)生過大的彈性滑動。同步帶雖然優(yōu)點眾多，但是維護不力的話，同樣會發(fā)生損壞，比如承載載荷純發(fā)生斷裂、爬齒跳齒等。對于第一種失效，通常是因為工作過程中帶承載的拉力過大，超出承載范圍。若選用的主動帶輪直徑不合適的話，同步帶在嚙合帶輪和推出帶輪時會收到周期性彎曲應力。也會導致帶斷裂。對于第二種失效，一般是由于設計時尺寸不合理或者受力等因素造成的。我們可以通過以下幾個方面來避免跳齒爬齒的發(fā)生：(1)切向力比帶的許用許用應力小。(2)設計時帶節(jié)距的差值的在規(guī)定范圍內。(3)適當增加帶的初始安裝拉力(初拉力)，使帶齒與輪的齒吻合牢靠。第三章主軸電機的選型與參數(shù)3.1計算切削力經驗公式[2]:F切=821.a095p.a%.a1'3」」0/.（工 （3-1）式（3-1）中，F(xiàn)切：主切削力（N）ap: 銃削深度（mmaf:每齒進給量（z/mn）ae:銃削寬度（mrmd0:銃刀直徑（mrmZ:銃刀齒數(shù)Kfz:銃削力修正系數(shù)已知高速鋼刀具：刀具前角y0=15度；主偏角Ky=60度；工件材料仃b=75kgf/mm2碳鋼；每齒進給量=0.1mm/zcrb;刀具直徑d0=16mm;齒數(shù)Z=8工件寬度ae=12mm；切肖U深度ap=3mm將上述數(shù)據(jù)帶入經驗公式（3-1）得F切=821,a0.95p*a0.8f?a1.1e”.1。?Z?KFz=821X3095X0.10.8X121.1X16工1X8X0.92X（75^9.81^10^/0.638）,3:2046N切削速度[3]Vmax=二?Dmin^max/1000 （3-2）=3.14168000/1000401.92m/s2主電機功率估算PmPm=F切.Vmax/60000（3-3）=2046.401.92/60000=13.7kw主 電 機 功 率 pe=pm不(3-4)=13.7/(0.992.0.98)=14.26kw式中nm,為機床主傳動系統(tǒng)效率，滾動軸承傳動效率為 0.99,帶傳動傳遞效率為0.98.確定電動機型號這里選擇FUNU在軸電機，型號為aiI8/10000。參數(shù)如下:額定功率：15KW最大功率(30min):18.8KW額定基本轉速：1500r/min額定功率速度上限：6000r/min最高轉速：7000r/min額定扭矩：95.4N?m轉子慣量：0.09Kg/m2第四章主傳動變速系統(tǒng)設計4.1同步帶參數(shù)計算結合前述的條件可知：主軸電機功率 15KW轉速n1=1500r/min傳動比為1,則電="=1500r/min；二班制工作；中心距可調。(1)確定設計功率[4]查《機設計手冊》取工況系數(shù)K0=1.3則設計功率 pd=K0.p=1.3,15=19.5kw(4-1)(2)選定帶型個節(jié)距由Pd=19.5kw,n1=1500r/min參考《機設手冊》選同步帶，型號14M節(jié)距pb-14mm(3)選取小帶輪齒數(shù)在帶速和安裝尺寸允許的情況下，Z1盡可能取大值，乙之Zmin；而Zmin查表得，當帶型號為14M轉速在1200——1800之間時，查表可得Zmin=40故選取小帶輪齒數(shù)乙二64(4)小帶輪節(jié)圓直徑TOC\o"1-5"\h\zd1=pbzzr：=864/3.14=162.98mm (4-2)由《機械設計手冊》查得0=0.685則小帶輪頂圓直徑dr1=d1-2二=162.98-20.685-161.61mm (4-3)(5)校核帶速V=11cli?n1/60000=n><162.98M1500/60000=12.8m/sW35m/s設計合理(6)傳動比i=n1/n2=1-10 (4-4)傳動比滿足要求(7)大帶輪齒數(shù)Z2=iZ1二64 (4-5)(8)帶輪”的節(jié)圓直徑mm,d?=d1=162.98大帶輪頂圓直徑dr=d2-2=161.61mm?2 2(9)初定中心距a00.7(d1+d2)Ma0M2(d1+d2) 即 114.09<a0<325.6(4-6)初定中心距a0=32mm(10)初定帶Lop長2?.Lop：2a0 .*(dd1d2)/2(dp21dp1)/4a0(4-7)二2320：：ii.iM162.98162.98)0=1151.8mm查表選取帶長為Lp=1190mm帶齒數(shù)Zb=85(11)計算實際中心距中心距可調，則實際中心距為aa(Lp-L0)/2=320(1190-1151.8)/2=339.1mm(12)小帶帶輪齒合齒數(shù)Zm=entZ1/2-Pb*ZKZ2-Z/⑵[2*a)l(4-8)=ent64/2—864(64一64)/(2[[2339.1)1=32_Zmin=6故滿足設計要求(13)基本額定功率由表查得對應型號為14M的同步帶，P0=12.17kw(14)所需帶寬帶 寬 bs=bs0"Spd/(Pso?Ki,Kz)(4-9)查表得bs0=40mm,Kl=1,Kz=1貝必=401.1419.5/(12.711)=58.26mm查表可得： 型號為14M的同步帶帶寬為 bs=55mm,小于帶輪節(jié)圓直徑d1=162.98mm,設計滿足要求(15)計算壓軸力Fq=1000Pd/V=100019.5/12.8=1523.4N(4-10)(16)計算匯總同步帶規(guī)格：1040-14M-55大、小帶輪規(guī)格：均為64-14M-55大小帶輪中心距：a0=339mm壓軸力：Fq=1523.4Nq齒形帶單位寬度上的力F:F=Fq/b2=1523.4/55=27.7N/mm(4-11)4.2圓弧同步帶設計總結節(jié)距Pb14mm齒根厚s9.40mm齒高％6.02mm帶圖hs10.0mm圓角半徑rr1.35mm弧齒半徑ra4.55mm齒頂距a1.397mm雙邊擋環(huán)帶輪的寬bf60mm帶輪寬度b55mm擋圈厚度t3mm擋圈高K7mm第五章主軸組件的設計加工中心主軸部件圖5-11——內六角螺釘；2——主軸；3——鋼球；4、8—一角接觸球軸承；5——預緊螺母；6——碟形彈簧7——圓弧齒同步帶；；9——拉桿；10——套筒如圖5-1所示主軸組件是機床動力實現(xiàn)的部件。主軸組件一根主軸、角接觸球軸承、圓頭平鍵、若干密封裝置等組成。由于現(xiàn)在的加工的中心對待轉速的指標越來越高，因此需要主軸具有良好的回環(huán)轉精度、結構性剛度、熱的穩(wěn)定性和抗擊震動性。加工中心還應該具備刀庫和自動換刀裝置以及自動夾緊機構、主軸準停配置和切削屑清掃配置。主軸是一根開有內控孔的軸，端部裝定向鍵，裝刀柄處結構采用 7:24錐度結構，前端支承采用三個角接觸球軸承，前兩個貼緊安裝小口朝上，提高剛度;第三個小口朝下。后支承也采用兩個角接觸球軸承，大口相背安裝，承受徑向載荷，外圈軸向沒有定位。軸承潤滑方式為脂潤滑。在主軸內孔中，內置有刀具自動加緊和松開元及切削屑清掃元件。如上圖所示，加緊時液壓油通入活塞剛下腔，將活塞頂起，從而將拉桿拉起，自動裝卡機構在安裝刀具以后拉桿帶動鋼球上移從而夾緊刀具。松開刀具時，將液壓油通入上腔，將活塞下壓，拉桿下移，小鋼球隨之下移，松開刀具頭部，同時拉桿頂松刀具端部，有自動換刀裝置更換刀具。這時，從上段通入主軸內孔的壓縮空氣將切削屑清除掉，保證下一個刀具的安裝精度。主軸組件的設計要求主軸組件的回轉精度、剛度、耐磨性、抗震性以及溫升和熱變形等都會影響加工中心工作時的效率，設計時應盡量滿足以下要求回轉精度指空載時，裝置工件或者刀具部位的徑跳動和軸跳動值達到要求。保證主軸的回轉精度是通過保證加工中心零部件的幾何精度和表面粗糙度來實現(xiàn)的剛度主軸組件剛度越大主軸受力變形越小，與主軸尺寸、支承跨度、選用的軸承類型及配置形式等因素有關。在條件允許下，應盡量提高主軸剛度耐磨性采取合適的材料熱處理方法，這樣可以使耐磨性增強抗震性提高主軸抗震性必須提高主軸組件的靜剛度另外，要使主軸固有頻率遠遠大于激振頻率溫升和熱變形為了防止熱變形導致的箱體膨脹變形主軸中心線發(fā)生變化進而影響加工精度應盡量控溫升表5-1主軸設計主軸是主軸部件重要設計元件，主軸結構，尺寸，設計時的精度、加工主軸的材料及進行熱處理的方式對主軸部件的工作都會產生影響。同時，主軸的設計構造要可以滿足整體的定位可靠性程度高、工藝性能優(yōu)等要求。主軸的主要尺寸參數(shù)主軸直徑D內孔徑d懸伸量a支承跨距L我們可以依據(jù)主軸的剛度、構造工藝性以及軸的工藝適用范圍， 幾何參考資料通過合理計算和反復的校驗來氣確定軸頸的以上參數(shù)。(1)主軸直徑直徑大小與剛度大小成正比例關系，主軸前端的軸頸可根據(jù)主軸電機的功率來選擇，后端軸頸逼前端軸頸小一般去0.8倍的前端軸頸值。最終尺寸，要在主軸組件設計時確定，前后軸頸之差值不宜過大。(2)主軸的內孔徑 作用是通過拉桿，壓縮空氣，棒料等。主軸孔徑與主軸直徑值之比，一般不能低于0.5但不能高于0.7,低于0.5時設計不合理，工藝性不好；當.大于0.7時主軸的剛度就會遭到極大的削弱，本次設計取 0.5。(3)懸伸量ao就是主軸兩個前端軸承的中點距主軸軸端的距離。 與軸承選型、如何組合、潤滑方式的選擇、主軸前端形狀大小有關。在滿足結構要求條件下，a的值盡量取小。(4)主軸的支撐跨距Lo就是指主軸前軸承支承中點與后軸承支承作用中點之間的距離。L太大，那設計的那根軸變形量大，L越小，則設計的那根變形量就越小。L太大或者太小都會降低綜合剛度，它是有一個最佳值的，可以通過查閱相關文獻來確定這一最佳值。主軸軸端結構本次設計選用BT45刀柄，主軸端面上有螺栓孔和端面鍵，螺栓孔作用是將刀具固定，端面鍵能夠傳遞轉矩，也用來對刀具的周向定位。主軸材料和熱處理考慮實際情況，本次設計選用45鋼、高頻頻率的淬火處理。主軸的軸承本次設計選用的是滾動軸承。滾動軸承與軸承內外圈接觸面積小，因此阻力力小，滾動軸承可以進行軸端預緊，維護和更換方便，能在一定轉速范圍和載荷變動范圍內穩(wěn)定工作［5,］結合加工中心實際安裝的軸承類型，也可以選擇角接接球軸承來匹配主軸。前端的兩個軸承，采用背對背方式安裝，后支承也采用背對背安裝方式。所選型號：前軸承和中間軸承7028AC后支承軸承：7025AG主軸組件的計算初選主軸直徑查《數(shù)控機床系統(tǒng)設計》曲線圖，取主軸前端直徑Di=140mm則后端直徑D2=(0.7~0.9)Di=98~126mm。取D2=112mm0主軸內孔徑：d/D<0.7,dE0.7D1=0.7父140=98mm,取d=60mm。主軸懸伸量a的確定根據(jù)結構選a=120mm主軸最佳跨距的確定參考《數(shù)控機床系統(tǒng)設計》例題4.1有計算過程如下(1)求軸承剛度切削速度 V=口Dn/60000=EH100M1500/60000=7.85m/s(5-1)由 Pc=Fz*V(5-2)帶入數(shù)據(jù)得 Fz-1910NFy=0.5Fz=0.51910=955N故 F=Fz2Fy2=.191029552-2135N(5-3)估算時暫取10仙=3.5即10=3.5m120=420mm前后支承反力分別為：Ra=F*(L0a)/L0=2135(420120)/420=2745N(5-4)RB=F*a/L0=2135*120/420=625N(5-5)由點接觸軸承條件求出軸端位移量： 6A=2.4Nm,6B=2.0Nm取前后支承剛度Ka=886」m,Kb=230」m(2)求最佳跨距L0假設主軸的軸頸為前后軸平均直徑。即 D=(140120)/2=126mm(5-6)固當前設計的加工中心主軸的I為I=0.05(0.1264-0.064)=1.210*m4(5-7)貝U =EI/(Ka3)=2.110111.210^/(8861060.123)=1.65(5-8)查線圖得：L0/a=4故支撐跨距為L0=120x4=480mm主軸組件校核主軸組件的剛度計算查參考書，下面用一種簡化近似計算方法，首先應把主軸組件簡化成一個均勻截面的簡支梁[6]當量直徑 d=(D1+D2)/2=126mm(5-9)主軸前端撓度 y=(Fa2l/3EI)?103(5-10)I:慣性矩，d,di：外徑和孔徑這里di<0.5d因此影響忽略不計。則y-21351202420/(301264)=1.708所以，彎曲岡【J度 Ky=F/y=2135/1.078=1250N/Nm驗算合格主軸強度校核計算軸所受載荷是從軸上的零件傳遞過來的，計算時，通常將散步在軸上的載荷簡化為集中載荷，集中點取為載荷分布中點，軸上扭矩的作用點，一般是從輪轂中點算起。圖5-2 主軸在承受轉矩時的受力分析圖由之前計算知：F-2135NFr=0.35F=0.352135=747.3NFt=0.9F=0.92135=1921.5NFa=0.525F=0.5252135=1120.9N(5-11)主軸屬于靜不定梁所以b二0撓 度 %=F.2L3/(3EI)-Fa2/(6EI),(3L-a)(5-12)將I=120,E=2.1M106,F=Fr,Fr2=Fr2v代入上式得：Fr2v=747.3N又 Fr2v300Fr1v(300200)-Fr(300120120)=0(5-13)得Fr1v=427N由 FR1VFR2VFR3V一FR=0(5-14)得Fr3=-427NIv

將F=Ft,Fr2=Fr2h帶入撓度公式得：,b=Fr2h1.23/(32.1106120)-1921.51.262(31.2-1.2)/(62.1106120)=0得Fr2h=1921.5NFr2hM300+Fr1hm(300+120)-Ftx(300+120+120)=0 (5-15)得Fr1h=1098N西垂圖垂直面圖5-3-a主軸承受切削力時的水平面彎矩圖垂直面圖5-3-a主軸承受切削力時的水平面彎矩圖圖5-3-b主軸承受切削力時的垂直面彎矩圖AB段水平面：MABX=0垂直面：Maby=0(5-16)BC段AB段水平面：MABX=0垂直面：Maby=0(5-16)BC段MBCX=—Fr3h，BC=—329.4N?m

I(5-17)Mbcy="r3v*BC=-128.1N，m(5-18)合成Mbc合=Mbcx+Mbcy—353.4N?m(5-19)CD段Mcdx=Fr3h*BDFr2h*CD=-230.58NmMcdy二-Fr3v*BDFr2v*CD=—89.66Nm(5-20)合成Mcd合=1MCbx+MCdy=247.4N*m (5-21)合成彎矩圖如下:5-4合成彎矩圖、扭矩圖大帶輪輸出功率：P大=巳、?n=15x0.98=14.7kw (5-22)大帶輪輸出轉矩：T=9550//n=93.59N?m (5-23)轉矩見圖見5-4主軸強度校核經分析可知，截面C初承受較大彎矩，切還受到帶傳動帶來的轉矩，因此這個界面是危險界面，校核時依照彎扭合成強度來計算。oca=./(M/W)2(：：T/W)2_七一二1(5-24)式(5-24)中，W=f[d3(1-P4)/32,P=di/d;di為軸孔直徑。W=3.1412631-(60-126)4L96181mm3主軸材料為45鋼，查表得b」】=70MPa折合系數(shù)一：=0.6則二ca=J3534002(0.693590)2/96181=3.7MPa卜/所以強度滿足設計要求軸承、鍵的校核軸承校核計算軸承安裝方式為兩個軸承背對背安裝在一起作為支撐?？梢猿惺軓较蚝洼S向載荷，這樣就可以保證支承剛度和旋轉精度達到設計要求，參考機設教材進行軸承的校核。7028ACW承與軸承套的配合采用間隙配合。剛度也要滿足要求，為了提高剛度，軸承與主軸的配合采用過盈配合；后支承型號為7025AC與軸承座之間是間隙配合軸承受力分析：檢驗校核CD初7028AC軸承即可。已知，C處Fr2v=747.3N,Fr2h=1921.5N (5-25)D 處Fr1v=427N,Fr1h=1098N (5-26)C處軸承所受徑向力合力：Frc=<743.22+1921.52=2062N (5-27)D處軸承所受徑向力合力：FrD=427210982=589N(5-28)C處派生軸向力 Fdc=0.68Frc=1402N (5-29)D處派生軸向力 FdD=0.68F.d=400N (5-30)Fdc豈FdD固軸承左壓緊，右放松FaC=FaD=1402N(5-31)假設軸承工作年限為7年一年按360天算，兩班制(16h),則預期壽命為：Lh=730016=33600h已知軸承7028ACff受軸向力Fa=1402N,Fr=2062NFa/Fr=1402/2062=0.68；所以X=1,Y=0查《機械設計》知道fp=1.6p則軸承當量動載荷為：P=fp(XFr+YFa)=1.6父2062=3299.2N (5-32)軸承壽命Lh=106,(C/P)名/60n = 71967h>33600h(5-23)故能滿足設計要求鍵的設計計算校核主軸上的鍵，普通平鍵連接強度條件二p=2T.103/(Kld)1plpp其中，T=F.d/2,K=0.5h,l=L-b(5-24)帶輪作用在軸上的力F=500N,鍵所處軸段直徑d=112mm,查《機設課程設》選鍵的公稱尺寸bxh=28Ml6,槽7St=10mm,轂t1=6.4mm公稱長度L=70mm鍵所傳遞的轉矩T=F3/2=5000.012/2=28Nm選用圓頭平鍵，則工作長度：l=L.b-50mm將上述參數(shù)帶入校核公式得：Cp=228103/(950112)=1.1MPa查表知道tpl=60MPa而c-p?三!:p［故滿足設計要求刀具自動加緊機構以及切削屑清洗機構加工中心能夠自動換刀，因此主軸應具有自動加緊和松開的功用，主軸內部裝有自動加緊機構，設計者在主軸前端加工出一個 7:24的錐度孔，用來裝卡刀具，通過向液壓缸通入壓力油使刀具加緊和放松。如果在換刀之前，錐孔殘存的有切削屑或者其他污染物品，將使安裝刀具發(fā)生偏差，刀具安裝不可靠，加工誤差增加，甚至會導致零件報廢。主軸錐孔的衛(wèi)生需要經常打掃清潔和保持，保持干凈。設計時常常設計一個壓縮空氣通氣孔，從主軸上端內控通入壓縮空氣，壓縮空氣經過主軸內控，將錐孔清理干凈。，使噴射出來的壓縮空氣能清洗到每一個地方，以提高效率。潤滑與密封潤滑和密封是加工中心設計時必須考慮的條件。潤滑良好時，摩擦阻力小，同時