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1、-.word.zl.2021届本科生毕业设计分类号：TH122 题 目:立式数控铣床主传动系统设计 作 者 姓 名：诚 学 号：2021080834 学 院：机械与电子工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 指导教师：权 王 松 指导教师职称：助 教 工程师 2021 年 5 月-.word.zl.摘 要 本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况，表达了机床主传动系统方面的原理以及类型，分析了各种传动方案的机理。立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机、主轴传动系统两局部。本文详细地介绍了立式数控铣床主传动系统的设计过程，该立式数控铣床主轴变速箱是靠齿轮进展传动的，主轴箱传动系统采用齿轮传动，
2、传动形式采用集中式传动，主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速。另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟、主传动方案的选择和确定、主传动变速系统的设计计算、主轴组件的设计、轴承的选用及润滑、关键零件的校核以及主轴电动机的控制等容。关键词：立式数控铣床；主传动系统；主轴组件；轴承 计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介
3、绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.ABSTRACT This paper introduces the general situation of the basic vertical C milling machine,this paper expounds the principle and type o
4、f the machine tool main drive system,analyzes the mechanism of various kinds of transmission scheme.The main drive system of vertical nc milling machine consists of two parts:main shaft motor and spindle drive system.Vertical C milling machine are introduced in detail in this paper the design proces
5、s of the main transmission system,the vertical C milling machine spindle is by the gear transmission gearbox,spindle box transmission system adopts gear drive,drive mode adopts centralized transmission,spindle drive system using sliding multigang gear.This paper introduces the vertical C milling mac
6、hine main drive system of the parison of the advantages and disadvantages of various transmission schemes,the choice and determination of main transmission scheme,the design and calculation of main drive variable speed system,the design of spindle ponent,the selection of bearing and the key parts of
7、 lubrication,checking and spindle motor control,etc.Key words：Vertical nc milling machine;Main drive system;The spindle ponent;bearing 计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统
8、各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.目 录 绪论.1 1 立式数控铣床主传动系统方案确实定 2 1.1 对立式数控铣床主传动系统简介 2 1.2 对立式数控铣床主传动系统的要求 2 1.3 主传动的类型及方案选择 3 1.4 本章小结 4 2 主传动变速系统主要参数计算 4 2.1 计算切削功率 4 2.2 计算主传动功率 5 2.3
9、 分级变速箱的传动系统的设计及主轴电动机的功率确实定 6 2.4 本章小结 9 3 主轴组件设计 10 3.1 概述 10 3.2 主轴构造设计 10 3.3 主轴强度的校核 15 3.4 本章小结 20 4 轴承的设计 21 4.1 概述 21 4.2 轴承的类型选择 21 4.3 轴承游隙等级的选择 21 计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮
10、变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.4.4 轴承的寿命计算 21 4.5 轴承装置的设计 23 4.6 本章小结 26 5 数控铣床主轴电气控制系统设计 28 5.1 控制方式选择 28 5.2 PLC 的简单介绍 28 5.3 主轴电动机控制.30 5.4 本章小结 31 结论 32 参考文
11、献 33 致 34 计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计
12、算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.绪论 制造业是一个国家或地区经济开展的重要支柱，它的开展水平标志了该国或地区经济的实力，科技水平和国防实力。国际市场的竞争归根到底就是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。机床是制造业的主要生产设备，而数控机床是高精度、高效率的自动化生产设备。目前，国、外数控机床正朝着高性能、高精度、高效率、高柔性、高自动化和模块化方向迅速开展。数控机床，顾名思义，是一类由数字程序实现控制的机床。与人工操作的普通机床相比，它具有适应围广、自动化程度高、柔性强、操作者劳动强度低、易于组成自动生产系统等优点。数控机床也就是一种装了程序控制系统的机床，该系统能逻辑处
13、理具有使用或其他符号编码指令规定的程序。数控铣床是一种加工功能非常强的数控机床。数控铣床也像通用铣床那样可分为立式、卧式和立卧两用式数控铣床，各类铣床配置的数控系统不同，其功能也有所不同。随着科学技术的极速开展，机械产品的构造也越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。所以，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。在机床行业，由于采取了数控技术，使得许多以前在普通机床上无法完成的工艺容得以完成，大量普通机床为数控机床所代替，这就极促进了机床行业的技术进步和行业开展。综上所述，数控机床在促进技术进步，提高人类生存质量以及创造新的就
14、业时机等方面都起着非常重要的作用。计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算
15、计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.1 立式数控铣床主传动系统方案确实定 1.1 对立式数控铣床主传动系统简介 主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速和变速围，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工作、并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等。数控机床主传动系统主要包括了电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在构造上较简单，因为变速功能全部或大局部主轴电动机的无极调速来承当，省去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三极齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的围。在主传动系统方面，具有以下几个特点：(1)目
16、前数控机床的主传动电机已不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机，它们已经逐步被新型的交流调速电机和直流调速电机所代替。(2)转速高，功率大。(3)变速围大。(4)主轴速度的变换迅速可靠。1.2 对立式数控铣床主传动系统的要求 1主轴具有一定的转速和足够的转速围、转速级数，能够实现运动的开停、变速、换向和制动，以满足机床的运动要求。2主电动机具有足够大的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足动力要求。3主传动的有关构造，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗振性，并且噪声要小，传动效率要高，以满足机床的工作性能要求。4操纵灵活可靠，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。计制造及其自动
17、化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.
18、word.zl.5构造简单紧凑，工艺性好，本钱低，以满足经济性要求。1.3 主传动的类型及方案选择 数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。在主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级凋速系统。为了适应不同的加工要求，主传动系统目前主要有三种变速方式：1具有变速齿轮的主传动 这是大、中型数控机床采用较多的一种变速方式。通过几对齿轮降速，增大输出扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求，见图 1-1 所示。一局部小型数控机床也采用此种传动方式以获得强力切削时所需要的扭矩。图 1.1 具有变速齿轮的主传动 2通过带传动的主传动 通常选用同步齿形带或多楔
19、带传动，这种传动方式多见于数控车床，它可防止齿轮传动时引起的振动和噪声，见图 1-2 所示。图 1.2 通过带传动的主传动 3由调速电机直接驱动的主传动 计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案
20、确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.这种主传动是由电动机直接驱动主轴，即电动机的转子直接装在主轴上，因此大大简化了主轴箱体与主轴的构造，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。如图 1-3 所示。图 1.3 由调速电机直接驱动的主传动 近些年来，出现了一种新式的装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体。其优点是主轴组件构造紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停顿的响应特性，并利于控制振动和噪声。缺点是电动机运转产生
21、的热量亦使主轴产生热变形。因此，使用装电动机主轴的关键问题是温度控制和冷却。1.4 本章小结 本章主要是对立式数控铣床主传动系统确实定，本次设计采用了变速齿店主传动系统。使主轴获得较高的转速和较大的转矩。2 主传动变速系统主要参数计算 2.1 计算切削功率 2.1.1切削力的计算 铣削时的切削力，公式如下 86.074.0 86.098.0DZ B f a CFz p FC 2-1 计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主
22、轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.式中：CF 铣削时的主切削力 N；FC 加工材料影响的系数；Zf 每齿进给量 mm；pa 背吃刀量 mm；B 铣削宽度；Z 铣刀齿数；D 铣刀直径(mm)。用直径 D=50mm 的四齿
23、锥柄立铣刀，铣刀宽 B=40mm 的刚工件，Zf=0.05mm，pa=4mm，FC=68mm，计算得：CF=132N 2.1.2切削功率的计算 切削时所消耗的功率称为切削功率。切削功率的公式计算：6000C CCV FP 2-2 式中：CP 切削功率 kw；CF 切削力 N；CV 切削速度 m/min。根据机床设计手册典型加工条件以及钢材料的铣削速度围，取CV=100m/min 计算得：CP=2.2kw 2.1.3主轴转速围确实定 主轴最高转速为 min/4000maxr n，最低转速为 min/40minr n 2.2 计算主传动功率 用以下粗略估算主电动机的功率 计制造及其自动化指导教师权
24、王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.z
25、l.CCLPP 2-3 式中：C 为铣床主传动系统总机械效率，主运动为回转运动时，8.0 7.0 C；主运动为直线运动时，7.0 6.0 C。取主传动的总效率=0.7 那么初选电动机功率 kw Pd14.3 7.0/2.2 取 kw Pd4 电动机额定转速为 min/1500r nd；额定最高转速为 min/4500maxr nd 2.3 分级变速箱的传动系统的设计及主轴电动机的功率确实定 由 2.2 中初选电动机功率dP 为 4kw，计算转速依据如下公式计算:min/205404004035.0r nj 2-4 那么电动机的恒功率调速围:3 1500/4500 dpR 主轴恒功率调速围:5.
26、19 205/4000/max j npn n R 因此主轴要求的恒功率变速围npR 远大于电动机所能提供的恒功率围dpR，所以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，来扩大电动功率变速围。计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴
27、承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.2.3.1 确定变速级数 Z 如取变速箱的公比 3 dp fR 那么由于无级变速时 zf dpzf npR R 1 故变速箱的变速极数 704.23 lg5.19 lglglg fnpRZ 可取 Z=3 2-5 虽然此方法功率特性图示连续的、无缺口(即没有功率降低区)和无重但是 Z=3，变速箱机构较复杂。因此为简化变速箱机构，取 Z=2。2.3.2 电动机的功率确实定 由公式
28、25可知，应增大f fnpRZ lglg 即 f lg5.19 lg2 所以 42.4 f 比 3 dpR 大很多。缺口处的功率为 kw P R Pf d dp71.2 42.4/4 3/所以选用 5.5kw 的交流变频电动机。那么缺口处的功率为 kw P R Pf d dp73.3 42.4/5.5 3/。有很大的改善。2.3.3 电动机参数 电动机性能指标：电机采用 CTB 系列变频电机,型号：CBT43P5BXB504,主要技术指标如下：1电压:三相 380V/50Hz；2变频调速围:5 100Hz 无级调速,5 50Hz 恒转矩调速,50 100Hz 恒功率调速,级数为 4 级,额定转
29、速 1440r/min;计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功
30、率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.3电机应能承受额定转矩的 60%过载,历时 1min,低速时转矩平滑,无爬行现象;4 CTB 系列变频电机,型号：CBT 43P5BXB50 4 图 2.1 电动机外形图 2.3.4 分级变速箱的传动系统变速机构确实定 本系统设计的传动系统具有两档速度，低档转速为 40 900/r min，高档转300 4000/r min。显然如果要求巧 1500 4000/r min 作恒功率的不停车变速可用高档。转速图和功率特性图如图 2.2 所示。计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了
31、机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.图 2.2 转速图和功率特性图 2.4 本章小结 本章通过对切削规律和主
32、传动功率的计算，分级变速箱传动系统的设计以及主轴电动机功率确实定得出主传动变速系统的主要参数。计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的
33、要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.3 主轴组件设计 3.1 概述 主轴部件设计是机床重要部件之一，它是机床的执行件。它的功用是支撑并带开工件或刀具旋转进展切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成外表成型运动。3.1.1轴的分类 轴是机械传动的一个重要零件，一般作回转运动的零件常要装在轴上才能实现其回转运动。其承载在载荷可分为：1.转轴工作时既承受弯矩又承受扭矩。2.心轴用于支撑转动零件，只承受弯矩。3.传动轴传递扭矩。在高速传动的轴不仅要考虑轴的材料、构造、强度和刚度，而且要防止轴的振动 动平衡。此外，注意轴
34、上零件的固定，构造工艺性，热处理等要求。作为制造机器的机器上的轴，设计的主要原那么是刚度原那么,本次设计选择转轴。3.1.2主轴材料 轴的材料主要是碳钢和合金钢。数控主轴主要传递扭矩，且在高速旋转中产生大量的热，产生一定的轴伸长，其他零件的变形，从而影响加工精度和外表质量。从多方面考虑选用 40Cr 为本次数控铣床主轴材料。3.2 主轴构造设计 主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有着直接影响，是决定 计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方
35、面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.机床性能和技术经济指标的重要因素。因此，对主轴部件有较高的要求。3.2.1主轴部件应满足
36、的根本要求 1旋转精度 主轴的旋转精度指装配后，在无载荷、低转速条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和端面圆跳动。其主要取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。2刚度 主轴部件的刚度指其在外加载荷的作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性形变时，在位移方向上所施加的作用力来定义。如图 4-1所示。主轴部件的刚度是主轴、轴承等刚度的综合反映。因此，主轴的尺寸和形状、轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件布置形式、主轴部件的制造和装配质量都影响主轴部件的刚度。图 3-1 主轴形变 3抗振性 4温升和热变形 轴的设计也和其他的零件的设计相似，包括构造设计和工作能力的计算
37、两方面的容。轴的构造设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺性等方面的要求。轴的构造不合理会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性。因此轴的构造设计很重要。计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动
38、系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。对于机械装备那么需刚度计算，防止工作时产生过大的弹性变形，影响加工精度和外表质量。3.2.2轴的构造设计 轴的构造主要取决于以下因素:1轴在机器中的安装位置及形式；2轴上安装零件的类型、尺寸、数量和轴连接的方法；3载荷的性质、大小、方向及分布情况；4轴的加工工艺。不管什么条件,轴的构造应满足以下条件：1轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置,周向
39、和轴向要有准确的定位；2轴上的零件应便于装拆和调整；3轴应具有良好的构造工艺性和制造工艺性。3.2.3草拟轴上零件的装配方案 图 4.2 主轴装配图 预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和关系，如以下图立式数控铣床主轴的装配。前轴承前支撑、套筒、轴承、套筒曲路密封与端盖曲路密封齿轮动计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣
40、床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.力输入局部、圆螺母、轴承后支撑、端盖、依次从轴的后端向前端安装。3.2.4轴上零件的定位 为防止轴上零件受力时发生沿轴向和周向的相对运动,轴上零件除了有游动或空转要求外,都必须进展轴向和周向定位,以保证其准确的工作位置。1.零件的轴向固定:通常由轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母来保
41、证；2.零件的周向固定:周向固定的目的是限制轴上零件与轴发生相对运动。常用周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等,其中紧定螺钉只用在传力不大之处。3.2.5 各轴段直径与确实定 由轴的构造和拉刀方式确定出轴的最小直径：立式数控铣床主轴必须制成空心轴，且又因为为空心轴的径1d 与外径 d 之比，为了保证轴的刚度和扭转刚度,通常在0.5 0.6 之间,取为 0.6。故 d=50mm。按轴上零件的装配方案和定位要求，从mind 处起逐一确定各轴段的直径。在实际的设计中，轴的直径亦可凭设计者的经历确定，或参考同类机器用类比的方法确定。有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件的部位的
42、轴径，应取为相应的标准值及所选的配合公差。且在这样的轴段需 0.5mm 的碳氮共渗层。为了使带轮、轴承等有配合要求的零件装配拆卸方便，并减少配合面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径，发挥轴肩的作用。确定各轴段长度时，应尽可能使构造紧凑，同时还需要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合局部的轴向尺寸和相邻零件必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠与带轮等零件相配合局部的轴段长度一般应比轮毂长度短 2 3mm，所以取 Dmax=78mm.计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及
43、类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.1主轴悬伸量 a 与前端轴颈 D1之比可按下表 3.1 选择：表 3.1 主轴悬伸量与前端轴颈之比
44、机床和主轴的类型 a/D1 通用和精细机床，自动车床和短主轴端铣床，用滚动轴承和支架 0.51.5 中等长度和较长主轴端的车床和铣床，悬伸较长的精细镗床 和圆磨床 1.252.5 孔加工机床应用加工细长孔的机床，由加工技术决定，需要有长的悬伸刀杆或主轴可移动，因切削较长而不适用于有高精度要求的机床 2.5 取 a=65mm 2主轴合理跨距的选择：在具体设计时，常常由于构造上的限制，实际跨距0l l 最正确合理跨距。这样就造成主轴组件的刚度损失。在设计中一般认为 5.1 75.0/0 l l 时，刚度损失不大 5%左右。应该认为在合理围之，称之为合理跨距，合理跨距 05.1 75.0 l l 合
45、理是一个区域。3.2.6 提高主轴强度的措施 轴和轴上零件的构造、工艺及轴上零件的安装布置等对轴的强度有很大的影响，所以应在这些方面进展考虑，以利提高轴的承载的能力，减小轴的尺寸和机器的质量，降低制造本钱。1合理布置轴上零件以减小轴的载荷。为了减小轴所承受的弯矩，传动件应尽量靠近轴承，并尽可能不采用悬臂的支承形式，力求缩短支承跨距及悬臂长度。通常轴是在变应力条件下工作的，轴的截面尺寸发生突变处产生应力集中，轴的疲计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要
46、包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.劳破坏也常常发生在此处。轴肩要采用较大的 R 减小应力集中；选择适宜的配合关系；可在轮毂或轴上开减载槽；切制螺纹处的应力集中较大，应防止在轴上受载较大的区
47、段切制螺纹。2改良轴的外表质量提高轴的疲劳强度。轴的外表愈粗糙，疲劳强度愈低。因此，应合理减小轴的外表及圆角处的aR，提高轴的疲劳强度。外表强化处理的方法有：外表高频淬火；外表渗碳、氮化；碾压、喷丸等强化处理。3.2.7 轴的构造工艺性 轴的构造工艺性指轴的构造形式应便于加工和装配轴上的零件，生产率高，本钱低。一般说，轴的构造越简单，工艺性越好。因此，在满足使用要求的前提下，轴的构造形式应尽量简单。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出 45的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。主轴构造设计如以下图：图 3.3 主轴构造示意图 3.3主轴强度的校核 常
48、见轴材料见表 3.2所示。表 3.2 常见轴材料 轴的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 40Cr 15-25 20-35 25-45 35-45 计制造及其自动化指导教师权王松指导教师职称助教工程师年月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况表达了机床主传动系统方面的原理以及类型分析了各种传动方案的机理立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机主 展传动的主轴箱传动系统采用齿轮传动传动形式采用集中式传动主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟主传动方案的选择和确定主传动变速系统的设计计算主轴组 轴承目录绪论立式数控铣床主传动系
49、统方案确实定对立式数控铣床主传动系统简介对立式数控铣床主传动系统的要求主传动的类型及方案选择本章小结主传动变速系统主要参数计算计算切削功率计算主传动功率分级变速箱的传动系-.word.zl.A0 149-126 135-112 126-103 112-97 3.3.1按扭转强度进展计算 下面这种方法只是按轴所承受的扭矩来计算轴的强度；如果还承受有不大的弯矩时，那么用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。在作轴的构造设计时通常用这种方法初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可作为计算结果。轴的扭转强度条件为 TTTdnPWT 32.09550000 3-1 式中：T 扭转切应力，单位 MPa；T轴所受的
50、扭矩，单位为 N mm；TW 轴的抗扭截面系数，单位为3mm；n轴的转速，单位为 r/min；P轴传递的功率，单位为 kw；d计算截面处轴的直径，单位为 mm T 许用扭转切应力，单位为 MPa。由上式可的直径 302.09550000nPAPdT 3-2 式中:23095500001020.2TA mm 对于空心轴 3418(1)Pd mmn 3-3 应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径 d100mm 的轴，有一个键槽时，轴径应增大 7%。对于直径 d100mm 的轴，有一个键槽时，轴径应增大 5%-7%有两个键槽时，应增大 10%-15%。然后将轴