SK40立式數(shù)控銑床設(shè)計(jì)－主軸部件設(shè)計(jì)

SK40立式數(shù)控銑床設(shè)計(jì)主軸部件設(shè)計(jì),SK40立式數(shù)控銑床設(shè)計(jì)主軸部件設(shè)計(jì),sk40,立式,數(shù)控,銑床,設(shè)計(jì),主軸,部件 文獻(xiàn)綜述課題題目 ：SK40立式數(shù)控銑床設(shè)計(jì)主軸部件設(shè)計(jì) 所在學(xué)院： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 合作導(dǎo)師： 日期： 2013 年 11 月 15 日前言數(shù)控銑床引是在一般銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，兩者的加工工藝基本相同，結(jié)構(gòu)也有些相似，但數(shù)控銑床是靠程序控制的自動(dòng)加工機(jī)床，所以其結(jié)構(gòu)也與普通銑床有很大區(qū)別。數(shù)控銑床形式多樣，不同類(lèi)型的數(shù)控銑床在組成上雖有所差別，但卻有許多相似之處，但是任何一種數(shù)控機(jī)床都主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成。一、 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，是數(shù)控機(jī)床的“指揮系統(tǒng)”。數(shù)控系統(tǒng)通常是一臺(tái)帶有專(zhuān)門(mén)系統(tǒng)軟件的專(zhuān)用微型計(jì)算機(jī)。二、 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)（或稱(chēng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是由驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行兩大部分組成。用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服控制和株洲伺服控制。它接受數(shù)控裝置的指令信息，并按指令信息的要求控制執(zhí)行部件的進(jìn)給熟讀、方向和位移。三、 機(jī)械系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)，除機(jī)床基礎(chǔ)件意外，有下列各部分組成:(1)主軸部件：包括主軸電動(dòng)機(jī)和主軸傳動(dòng)系統(tǒng)。(2)進(jìn)給系統(tǒng)：包括進(jìn)給執(zhí)行電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)。(3)實(shí)現(xiàn)共建回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件。(4)實(shí)現(xiàn)某些部件動(dòng)作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置。(5)刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置(AutormaticToolsChanger,簡(jiǎn)稱(chēng)ATC)(6)自動(dòng)托盤(pán)交換裝置（AutormaticPalletChanger，簡(jiǎn)稱(chēng)APC）而我主要來(lái)介紹說(shuō)明一下機(jī)械系統(tǒng)主題部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)包括主軸電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸組件。與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)。省去了繁雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，還有一些數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中還存在二級(jí)或三級(jí)齒輪變速機(jī)構(gòu)用以擴(kuò)大主軸電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速的范圍。1. 數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)的要求（1）范圍：各種不同的機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍的要求不同，多用途，通用性比較大的機(jī)床，要求主軸的調(diào)速范圍大，不但有低速大轉(zhuǎn)距的功能，而且還要有比較高的速度。（2）熱變形：電動(dòng)機(jī)、主軸及傳動(dòng)件都有熱源。降低溫升，減少熱變形是對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)要求的重要指標(biāo)。2.旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度（1）主軸的旋轉(zhuǎn)精度:是指裝配后，在無(wú)載荷，低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下，測(cè)量主軸前端和300mm處的徑向和軸向跳動(dòng)值。（2）主軸在以工作速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)量上述兩項(xiàng)精度稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)精度。4.主軸的靜剛度和抗振性由于數(shù)控機(jī)床的加工精度比較高，主軸的轉(zhuǎn)速又很高。因此，主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻以及主軸組件的阻尼等，對(duì)主軸組件的靜剛度和抗振性都會(huì)產(chǎn)生影響。3.主軸組件的耐磨性主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之能夠長(zhǎng)期保持要求的準(zhǔn)確精度。凡是有機(jī)械摩擦的部位，軸承，錐孔等都要有足夠的硬度，軸承還應(yīng)具有良好的潤(rùn)滑。數(shù)控銑床主傳動(dòng)的配置方式數(shù)控銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，以保證進(jìn)行加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)效率、加工精度和表面質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。大多數(shù)的數(shù)控銑床是用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)控制的。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有以下三種配置方式：1.帶有變速齒輪的主傳動(dòng)這種配置方式在大中型數(shù)控機(jī)床中采用比較普遍。它通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪進(jìn)行降速，使之能夠分段變速，確保低速時(shí)擁有足夠的扭矩，以滿(mǎn)足主軸輸出扭矩特性。但也有一部分小型數(shù)控機(jī)床也采用這種傳動(dòng)方式，以獲得強(qiáng)力切削時(shí)所需要的扭矩。2.通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)主要應(yīng)用在中小數(shù)控機(jī)床上，可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲，但它只能適用于低扭矩特性要求的主軸。同步帶有多楔帶，齒形帶，圓弧帶等，是一種綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的新型傳動(dòng)。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過(guò)帶輪與輪齒相嵌合，做無(wú)滑動(dòng)的嚙合傳動(dòng)。帶內(nèi)采用了承載后無(wú)彈性伸長(zhǎng)的材料作強(qiáng)力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主動(dòng)和從動(dòng)帶輪可做無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的同步傳動(dòng)。與一般帶傳動(dòng)相比，同步帶傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確。（2）傳動(dòng)效率高，可達(dá)98%以上。（3）傳動(dòng)平穩(wěn)可靠，噪聲小。（4）使用范圍廣，速度要達(dá)到50m/s，速比可達(dá)10左右，傳動(dòng)功率由幾瓦到數(shù)千瓦。（5）修保養(yǎng)方便，不需要潤(rùn)滑。但是同步帶也有不足之處，其安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。3.由調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的熱量對(duì)主軸的精度影響比較大。在低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩輸出，高于額定轉(zhuǎn)矩時(shí)為恒功率輸出。使用這種電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)電氣定向。我們把機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)與一般工業(yè)的驅(qū)動(dòng)相比較，便可知機(jī)床要求其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有較高的速度精度和動(dòng)態(tài)剛度，而且要求具有能連續(xù)輸出的高轉(zhuǎn)距能力和非常寬的恒功率運(yùn)動(dòng)范圍。隨著功率電子，計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制理論，新材料和電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，矢量控制交流主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正在逐步取代直流系統(tǒng)。主軸組件主要包括：主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等，因?yàn)橹鬏S帶動(dòng)工件或刀具直接參加工件表面形成運(yùn)動(dòng)，所以它的工作性能對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)率產(chǎn)生直接影響，是機(jī)床最重要的部件之一。主軸組件的設(shè)計(jì)要求1.回轉(zhuǎn)精度主軸組件的回轉(zhuǎn)精度,是指主軸的回轉(zhuǎn)精度。當(dāng)主軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)速度為零的點(diǎn)的連線(xiàn)稱(chēng)為主軸的得回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)。回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的空間位置，每一瞬間都是變化的，這些瞬間回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的平均空單位轉(zhuǎn)移不為理想回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)。瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)在空間位置的距離，就是主軸的回轉(zhuǎn)誤差，而回轉(zhuǎn)誤差的范圍，就是主軸的回轉(zhuǎn)精度。純徑轉(zhuǎn)誤差、角度誤差和軸向誤差，它們很少單獨(dú)存在。當(dāng)徑向誤差和角度誤差同時(shí)存在構(gòu)成徑向跳動(dòng)，而軸向誤差和角度誤差同時(shí)存在構(gòu)成端面跳動(dòng)。由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)矢量，它并不是在所有的情況下都表示為被加工工件所得的加工形狀。2.主軸剛度主軸組件的剛度是指受外力作用時(shí)，主軸組件抵抗變形的能力。通常抵以主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí)，在位移方向上所施加的作用力大小來(lái)表示。主軸組件的剛度越大，主軸受力的變形就越小。主軸組件的剛度不足，在切削力及其他力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形，不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會(huì)破壞齒輪、軸承的正常工作條件，使其加快磨損，降低精度。主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸、支撐跨距、所選軸承類(lèi)型及配置形勢(shì)、砂間隙的調(diào)整、主軸上傳動(dòng)元件的位置等有關(guān)。3.主軸抗振性主軸組件的抗振性是指切削加工時(shí)，主軸保持平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的能力。主軸組件抗振性及在必要時(shí)安裝阻尼（消振）器。另外，使主軸固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振力的頻率。4.主軸溫升主軸組件在運(yùn)轉(zhuǎn)中，溫升過(guò)高會(huì)起兩方面的不良結(jié)果：一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)和機(jī)床其他件的相對(duì)位置會(huì)有變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會(huì)因溫度過(guò)高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤(rùn)滑條件，影響軸承的正常工作。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生：“抱軸”。數(shù)控機(jī)床在解決溫升問(wèn)題時(shí)，一般采用恒溫主軸箱。5.主軸的耐磨性主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長(zhǎng)期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動(dòng)式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬硬，或者經(jīng)過(guò)氮化處理，以提高硬度增加耐磨性。主軸軸承也需要有良好的潤(rùn)滑，提高其耐磨性。以上這些要求，有的還是矛盾的，例如高剛度和高速，高速和高精度等，這就要具體問(wèn)題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件的主軸應(yīng)滿(mǎn)足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精度數(shù)控機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿(mǎn)足高剛度、低溫升的要求。同時(shí)，主軸結(jié)構(gòu)要保證個(gè)部件定位可靠，工藝性能好等要求。6.提高主軸組件抗振性的措施（1）盡量縮短主軸前軸承結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，適當(dāng)增大跨矩；（2）盡量提高前軸承的剛度和阻尼；（3）提高前軸承的精度，把推力軸承放在前支撐初可提高抗振性；（4）對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的零件作靜、動(dòng)平衡，提高齒輪、主軸的制造精度都可適當(dāng)減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)源；（5）對(duì)于非連續(xù)切削過(guò)程的銑削，滾削等加裝飛輪可減少振動(dòng)；（6）應(yīng)用阻尼器消耗振動(dòng)能量是有效的措施；考慮系統(tǒng)的固有頻率，避免共振。7.減少主軸組件熱變形的措施（1）把熱源移至機(jī)床以外。（2）改善主傳動(dòng)的潤(rùn)滑條件。如進(jìn)行箱外循環(huán)潤(rùn)滑，用低粘度的潤(rùn)滑油、油霧潤(rùn)滑等，特別注意前軸承的潤(rùn)滑情況。（3）采用冷卻散熱裝置。例如用熱管冷卻減少機(jī)床各部位的溫差,進(jìn)行熱補(bǔ)償。如可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一些自動(dòng)補(bǔ)償?shù)难b置設(shè)法使熱變形朝不影響加工精度的方向發(fā)展。還可以在工藝上減少熱變形的影響。如先空運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間再加工。把粗、精加工分開(kāi)等。主軸傳動(dòng)裝置箱體的作用通過(guò)傳動(dòng)軸承支撐傳動(dòng)件的軸；存儲(chǔ)潤(rùn)滑劑，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)件和軸承的潤(rùn)滑；密封作用，減少環(huán)境不良因素；保護(hù)機(jī)器操作者的人身安全，避免傷亡事故。軸承的選擇和軸承的精度選用軸承時(shí)，首先是選擇類(lèi)型。選擇軸承類(lèi)型應(yīng)考慮多種因素，如軸承所受載荷的大小、方向及性質(zhì)；軸向的固定方式；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境；調(diào)心性能要求；經(jīng)濟(jì)性和其他特殊要求等。滾動(dòng)軸承的選，用原則課概括如下。1.載荷條件軸承承受載荷的大小、方向、性質(zhì)是選擇軸承類(lèi)型的主要依據(jù)。載荷較大時(shí)應(yīng)選用線(xiàn)接觸的滾子軸承。受純軸向載荷時(shí)通常選用推力軸承；主要受徑向載荷時(shí)應(yīng)選用深溝球軸承；同時(shí)受徑向和軸向載荷時(shí)應(yīng)選用角接觸軸承；受沖擊載荷時(shí)宜選用滾子軸承。2.轉(zhuǎn)速條件當(dāng)轉(zhuǎn)速較高且旋轉(zhuǎn)精度要求較高時(shí)，應(yīng)選用球軸承。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速低。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速較高，而軸向載荷不大時(shí)，可采用角接觸軸承或深溝球軸承。對(duì)高速回轉(zhuǎn)的軸承，為減小滾動(dòng)體施加于外圈滾道的離心力，宜選用外徑和滾動(dòng)體直徑較小的軸承。3.裝調(diào)性能3類(lèi)（圓錐滾子軸承）和N類(lèi)（圓柱滾子軸承）的內(nèi)外圈可分離，便于裝拆。為方便安裝在長(zhǎng)軸上軸承的裝拆和緊固，可選用帶內(nèi)綴孔和緊定套的軸承。4.調(diào)心性能軸承內(nèi)、外圈軸線(xiàn)間的偏位角應(yīng)控制在極限值之內(nèi)，否則會(huì)增加軸承的附加載荷而降低其壽命。對(duì)于剛度差或安裝精度較差的軸組件，宜選用調(diào)心軸承，如1類(lèi)（調(diào)心球軸承）、2類(lèi)（調(diào)心滾子軸承）軸承。5.經(jīng)濟(jì)性在滿(mǎn)足使用要求的情況下優(yōu)先選用價(jià)格低廉的軸承。一般球軸承的價(jià)格低于滾子軸承。軸承的精度要求越高價(jià)格就越高。在同精度的軸承中深溝球軸承的價(jià)格最低。同型號(hào)不同公差等級(jí)軸承的價(jià)格比為：P0:P6:P5:P4=1:1.5:1.8:6。選用高精度軸承時(shí)應(yīng)進(jìn)行性能價(jià)格比的分析。本次設(shè)計(jì)中選用了的軸承是角接觸軸承和雙向推力向心球軸承。角接觸軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷的聯(lián)合作用，其軸上載荷能力的大小，隨接觸角的增大而增大；軸承的精度，分為2、4、5、6、0五級(jí)。其中2級(jí)最高，0級(jí)為普通精度級(jí)。主軸軸承以4級(jí)為主。高精度主軸可用P2級(jí)。要求較低的主軸或三支撐主軸的輔助軸承可用P5級(jí)。P6級(jí)和P0級(jí)一般不用。總結(jié)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越要求一切東西的質(zhì)量好。選擇一個(gè)好的主軸，減少環(huán)境污染，高效，節(jié)能，加工零件精度高等特點(diǎn)，正是符合現(xiàn)在人們所追求。在我選擇的幾篇文章中，介紹了很多不同的數(shù)控銑床主軸選擇方案，我將在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中選擇和參考一種最適合的控制方式去完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn)1陳心昭.現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.82李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)M.沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1999.13文懷興，夏田.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2005.54吳玉厚.數(shù)控電主軸單元技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.35Paul Kenneth.21st Century ManufacturingM.Prentice Hall and TingHua University Press,20026Robert L. Norton:Design of Machinery An Introduction to the Synthesis and Analysis of Mechanisms and MachinesM. McGraw-Hill Education companies, Inc., and Chine Machine Press.2003.指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師： 年 月 日專(zhuān)業(yè)教研室審查意見(jiàn) 負(fù)責(zé)人： 年 月 日