機床主軸幾何精度的綜合檢測實驗裝置設(shè)計[答辯畢業(yè)論文 資料 ]

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需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目 機床主軸幾何精度的綜合檢測實驗裝置設(shè)計系 部 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 年 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2摘 要隨著科技步伐的加快，綜合實驗裝置技術(shù)在各個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，綜合實驗裝置系統(tǒng)已成為主機設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一。但是，由于設(shè)計、制造、安裝、使用和維護等方面的因素，影響了綜合實驗裝置系統(tǒng)的正常運行。因此，了解系統(tǒng)工作原理，懂得一些設(shè)計、制造、安裝、使用和維護等方面的知識，是保證綜合實驗裝置系統(tǒng)能正常運行并極大發(fā)揮綜合實驗裝置技術(shù)優(yōu)勢的先決條件。本文主要研究的是綜合實驗裝置傳動系統(tǒng)，綜合實驗裝置傳動系統(tǒng)的設(shè)計需要與主機的總體設(shè)計同時進行。設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮綜合實驗裝置傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的綜合實驗裝置傳動系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：實驗裝置，設(shè)計需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載AbstractWith the quickening pace of science and technology, technology comprehensive experiment device has been widely applied in various fields, system experiment device has become one of the most important part of the host device. However, due to factors of design, manufacturing, installation, use and maintenance etc, affect the normal operation of the system of comprehensive experimental device. Therefore, to understand the working principle of the system, design, manufacturing, installation to understand, use and maintenance of knowledge, is the guarantee of system experiment device to normal operation and a prerequisite for great play integrated experimental device technology advantage.This paper mainly is the study of the comprehensive experimental device transmission system, overall design and computer integrated experimental device of transmission system and. When the design, must proceed from the actual situation, combined with a variety of transmission form, make full use of advantages of transmission experimental apparatus, to design a simple structure, reliable work, low cost, high efficiency, simple operation, convenient repair comprehensive experimental device of transmission system.Key Words: experimental apparatus, design4目 錄摘 要.....................................................................................................................................2Abstract...................................................................................................................................3目 錄.....................................................................................................................................4第 1 章 概述...........................................................................................................................61.1 綜合實驗裝置傳動特點...........................................................................................61.2 綜合實驗裝置傳動優(yōu)勢...........................................................................................71.3 綜合實驗裝置系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求...........................................................9第 2 章 實驗裝置原理設(shè)計.................................................................................................122.1 工作原理.................................................................................................................122.2 課題設(shè)計要求..........................................................................................................12第 3 章 參數(shù)設(shè)計計算.........................................................................................................153．1 運動參數(shù)和動力參數(shù)設(shè)計計算...........................................................................153.1.1 主軸極限轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍................................................................................153.1.2 最大試驗功率的確定........................................................................................153.1.3 最大試驗力和扭矩的確定................................................................................163．2 主軸部件設(shè)計計算...............................................................................................163.2.1 主軸最小軸徑.......................................................................................................163.2.2 主軸支承結(jié)構(gòu).......................................................................................................163.2.3 主軸帶傳動的設(shè)計計算.......................................................................................193.2.4 主軸端部卸荷帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計...............................................................................223.2.5 主軸強度校核.......................................................................................................233.2.6 主軸剛度校核.......................................................................................................26第 4 章 機架的設(shè)計.............................................................................................................284.1 對機架結(jié)構(gòu)的基本要求..........................................................................................284.2 機架的結(jié)構(gòu).............................................................................................................30需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載4.3 橫梁設(shè)計..................................................................................................................324.4 機架的基本尺寸的確定............................................................................................354.5 架子材料的選擇確定................................................................................................354.6 主要梁的強度校核....................................................................................................36第 5 章 尾座部分的設(shè)計.......................................................................................................375.1 尾座套筒的設(shè)計.........................................................................................................395.2 尾座體的設(shè)計.............................................................................................................395.3 尾座頂尖的設(shè)計.........................................................................................................405.4 綜合實驗裝置缸的設(shè)計.............................................................................................415.5 尾座導(dǎo)軌的設(shè)計.........................................................................................................415.6 尾座孔系設(shè)計.............................................................................................................435.6.1 配合..........................................................................................................................435.6.2 套筒孔的設(shè)計..........................................................................................................445.6.3 孔和鍵的設(shè)計..........................................................................................................445.7 撓度、轉(zhuǎn)角、綜合實驗裝置缸內(nèi)徑、鎖緊力的計算及校核.................................465.7.1 撓度的計算..............................................................................................................475.7.2 轉(zhuǎn)角的計算..............................................................................................................475.7.3 壓板處螺栓直徑的校核..........................................................................................475.7.4 綜合實驗裝置缸內(nèi)徑的校核..................................................................................495.7.5 尾座鎖緊力的驗算..................................................................................................50第 6 章 尾座精度的設(shè)計.........................................................................................................516.1 表面粗糙度的確定.....................................................................................................516.2 尾座與機床主軸形位公差的確定.............................................................................526.3 底面及立導(dǎo)向面形位公差的確定.............................................................................52參考文獻...................................................................................................................................54總結(jié)與展望...............................................................................................................................55致謝...........................................................................................................................................566需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載第 1 章 概述1.1 綜合實驗裝置傳動特點綜合實驗裝置傳動有機械傳動和電力拖動系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點技術(shù)無法比擬的優(yōu)點。綜合實驗裝置元件的布置不受嚴格的空間位置限制，系統(tǒng)中個部分用管道連接，布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成用其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。綜合實驗裝置傳動系統(tǒng)可以在運行過程中實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速。另外綜合實驗裝置傳動傳遞運動均勻平穩(wěn)，易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。除此以外，綜合實驗裝置傳動系統(tǒng)操作控制方便、省力，易于實現(xiàn)自動控制、中遠程距離控制、過載保護。與電氣控制、電子控制相結(jié)合，易于實現(xiàn)自動工作循環(huán)和自動過載保護。而且綜合實驗裝置元件屬機械工業(yè)基礎(chǔ)件，標準化和通用化程度較高，有利于縮短機器的設(shè)計、制造周期和降低制造成本。本世紀的 60 年代后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計算機技術(shù)（微電子技術(shù)）等的發(fā)展再次將綜合實驗裝置技術(shù)推向前進，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，使它在國民經(jīng)濟的各方面都得到了應(yīng)用。綜合實驗裝置傳動在某些領(lǐng)域內(nèi)甚至已占有壓倒性的優(yōu)勢，例如，國外今日生產(chǎn)的 95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了綜合實驗裝置傳動。因此采用綜合實驗裝置傳動的程度現(xiàn)在已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。當(dāng)前，綜合實驗裝置技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在綜合實驗裝置元件和綜合實驗裝置系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化以及微機控制等開發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績。我國的綜合實驗裝置工業(yè)開始于本世紀 50 年代，其產(chǎn)品最初只用于機床和鍛壓設(shè)備，后來才用到拖拉機和工程機械上。自 1964 年從國外引進一些綜合實驗裝置元件生產(chǎn)技術(shù)、同時進行自行設(shè)計綜合實驗裝置產(chǎn)8品以來，我國的綜合實驗裝置件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設(shè)備上得到了廣泛的使用。80 年代起更加速了對西方先進綜合實驗裝置產(chǎn)品和技術(shù)的有計劃引進、消化、吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的綜合實驗裝置技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟效益、人才培訓(xùn)、研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。1.2 綜合實驗裝置傳動優(yōu)勢綜合實驗裝置傳動突出的優(yōu)點還有單位質(zhì)量輸出功率大，以空氣為工作介質(zhì)，處理方便，無介質(zhì)費用、泄露污染環(huán)境、介質(zhì)變質(zhì)及補充等問題。由于綜合實驗裝置傳動是封閉的，多數(shù)情況下其元件均可由傳動綜合實驗裝置自行潤滑，因此磨損很小。綜合實驗裝置元件體積小、重量輕、標準化程度高，便于集中大批量生產(chǎn)，加上近年發(fā)展起來的疊裝、插裝技術(shù)，裝配也很容易，因此造價低，比起其他機械傳動，綜合實驗裝置傳動常為一種最為經(jīng)濟的選擇。驅(qū)動的綜合實驗裝置系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、綜合實驗裝置泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、綜合實驗裝置缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：綜合實驗裝置泵由電動機帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進入綜合實驗裝置泵，當(dāng)它從泵中輸出進入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入綜合實驗裝置缸左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，綜合實驗裝置缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。如果將換向閥手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，則壓力管中的油將經(jīng)過開停閥、節(jié)流閥和換向閥進入綜合實驗裝置缸右腔，推動活塞和工作臺向左移動，并使綜合實驗裝置缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油管。工作臺的移動速度是由節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開大時，進入綜合實驗裝置缸的油液增多，工作臺的移動速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，綜合實驗裝置缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由綜合實驗裝置缸中的油綜合實驗裝置力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油綜合實驗裝置力越高；反之壓力就越低。輸入綜合實驗裝置缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，綜合實驗裝置泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油綜合實驗裝置力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中綜合實驗裝置泵出口處的油綜合實驗裝置力是由溢流閥決定的，它和缸中的油綜合實驗裝置力不一樣大。綜合實驗裝置傳動是由 17 世紀帕斯卡提出的靜壓傳遞原理、18 世紀末英國制造出世界上第一臺水壓機開始發(fā)展起來的，但綜合實驗裝置傳動在工業(yè)上被廣泛采用和有較大幅度的發(fā)展卻是本世紀中期以后的事情，特別是被 20 世紀第二次世界大戰(zhàn)期間戰(zhàn)爭的激勵，取得了很大進展，整體上經(jīng)歷了開關(guān)控制，伺服控制，比例控制 3 個階段。比例控制技術(shù)是 20 世紀 60 年代末人們開發(fā)的一種可靠，廉價，控制精度和響應(yīng)特性，均能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)實際需要的控制系統(tǒng)。當(dāng)時，點液伺服技術(shù)已日益完善，但電液伺服閥成本高，應(yīng)用和維護條件苛刻，難以被工業(yè)界接受。希望有一種廉價，控制精度能滿足需要的控制技術(shù)去替代，這種需求背景導(dǎo)致了比例技術(shù)的誕生和發(fā)展。隨著綜合實驗裝置機械自動化程度的不斷提高，綜合實驗裝置元件應(yīng)用數(shù)量急劇增加，元件小型化、系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢。綜合實驗裝置控制閥在綜合實驗裝置系統(tǒng)中被用來控制液流的壓力、流量和方向，保證執(zhí)行元件按照負載的需求進行工作。電液比例閥是比例控制系統(tǒng)中的主要功率放大元件，它可以根據(jù)輸入的電信號大小連續(xù)地成比例地對綜合實驗裝置系統(tǒng)的參量實現(xiàn)遠距離控制、計算機控制，與伺服控制系統(tǒng)中的伺服閥相比，在某些方面還有一定的性能差距，但它顯著的優(yōu)點是抗污染能力強，大大地減少可由污染而造成的工作故障，提高了綜合實驗裝置系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性；另一方面比例閥的成本比伺服閥低，結(jié)構(gòu)也簡單，已或得了廣泛的運用。10比例閥按主要功能分類，分為壓力控制閥，流量控制閥和方向控制閥三大類，每一類又可以分為直接控制和先導(dǎo)控制兩種結(jié)構(gòu)形式，直接控制用的小流量小功率系統(tǒng)中，先導(dǎo)控制 用的大流量大功率系統(tǒng)中。這些年來國內(nèi)在綜合實驗裝置件清洗設(shè)備的研制和生產(chǎn)方面發(fā)展很快，但使用經(jīng)驗表明，還存在一些需要進一步改進和完善的問題。首先是通用清洗設(shè)備的適用性問題。對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜和具有內(nèi)部油路的零部件，采用通用清洗設(shè)備往往效果不理想，內(nèi)部殘留的污染物很難沖洗出來，因而應(yīng)考慮選用或設(shè)計專用的清洗設(shè)備。其次是關(guān)于清洗液的潔凈性問題。零件清洗過程中清洗液應(yīng)保持一定的清洗度，這對于零件裝配前的精密清洗尤為重要。目前國內(nèi)清洗設(shè)備較普遍地存在過濾裝置不夠完善的問題，過濾精度低，納垢容量小，不能有效的濾除從零件沖洗出來的顆粒污染物。有的清洗設(shè)備甚至沒有過濾設(shè)備，而是定期對清洗設(shè)備的清洗液進行過濾凈化。這樣，在清洗的初期清潔度可能符合要求，但清洗到后期，由于污染物積累清洗液污染越來越嚴重，不僅達不到清洗的目的，反而污染了零件。因此，清洗設(shè)備必須裝社具有足夠高的過濾精度和納垢容量的過濾器。采用可清洗濾芯和增加外過濾系統(tǒng)，可提高過濾凈化能力并節(jié)約費用。設(shè)計的主要內(nèi)容包括：綜合實驗裝置總裝圖，非標準零件的設(shè)計，綜合實驗裝置缸的設(shè)計，電機及泵、閥、管件的選擇使用等等。為了使設(shè)計更趨于合理化、標注化、絕大多數(shù)零件都按照國家標注進行。1.3 綜合實驗裝置系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求綜合實驗裝置傳動系統(tǒng)是綜合實驗裝置機械的一個組成部分，綜合實驗裝置傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進行。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮綜合實驗裝置傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的綜合實驗裝置傳動系統(tǒng)。綜合實驗裝置傳動裝置主要由以下四部分組成：1）能源裝置——把機械能轉(zhuǎn)換成油液綜合實驗裝置能的裝置。最常需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載見的形式就是綜合實驗裝置泵，它給綜合實驗裝置系統(tǒng)提供壓力油。2）執(zhí)行裝置——把油液的綜合實驗裝置能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。它可以是作直線運動的綜合實驗裝置缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的綜合實驗裝置馬達。3)制調(diào)節(jié)裝置——對系統(tǒng)中油綜合實驗裝置力、流量或流動方向進行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的綜合實驗裝置系統(tǒng)。4)輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用。綜合實驗裝置傳動有以下一些優(yōu)點：1） 在同等的體積下，綜合實驗裝置裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力，因為綜合實驗裝置系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出 30~40 倍。在同等的功率下，綜合實驗裝置裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。綜合實驗裝置馬達的體積和重量只有同等功率電動機的 12%左右。2） 綜合實驗裝置裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，綜合實驗裝置裝置易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。綜合實驗裝置裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運動時可達 500次/min，實現(xiàn)往復(fù)直線運動時可達 1000 次/min。3） 綜合實驗裝置裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達2000） ，它還可以在運行的過程中進行調(diào)速。4） 綜合實驗裝置傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易于進行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將綜合實驗裝置控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合起來使用時，整個傳動裝置能實現(xiàn)很復(fù)雜的順序動作，接受遠程控制。5） 綜合實驗裝置裝置易于實現(xiàn)過載保護。綜合實驗裝置缸和綜合實驗裝置馬達都能長期在失速狀態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。綜合實驗裝置件能自行潤滑，使用壽命較長。126） 由于綜合實驗裝置元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，綜合實驗裝置系統(tǒng)的設(shè)計、制造和使用都比較方便。綜合實驗裝置元件的排列布置也具有較大的機動性。7） 用綜合實驗裝置傳動來實現(xiàn)直線運動遠比用機械傳動簡單。綜合實驗裝置傳動的缺點是：1） 綜合實驗裝置傳動不能保證嚴格的傳動化，這是由綜合實驗裝置油液的可壓縮性和泄漏等原因造成的。2） 綜合實驗裝置傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失等） ，長距離傳動時更是如此。3） 綜合實驗裝置傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。4） 為了減少泄漏，綜合實驗裝置元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價較貴，而且對油液的污染比較敏感。5） 綜合實驗裝置傳動要求有單獨的能源。6） 綜合實驗裝置傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。總的說來，綜合實驗裝置傳動的優(yōu)點是突出的，它的一些缺點有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進一步得到克服。第 2 章 實驗裝置原理設(shè)計2.1 工作原理節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置的綜合實驗裝置系統(tǒng)的油源為定量綜合實驗裝置泵（葉片泵），其最高工作壓力由溢流閥設(shè)定，二位二通電磁換向需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載閥用于控制綜合實驗裝置泵的卸荷和供油。系統(tǒng)的執(zhí)行器為豎直綜合實驗裝置缸和綜合實驗裝置缸，其中豎直綜合實驗裝置缸和綜合實驗裝置缸的運動方向均采用電磁換向閥作為導(dǎo)閥的液控順序閥控制。豎直綜合實驗裝置缸進回油路中并聯(lián)的順序閥和單向閥用于該缸差動反饋連接，液控順序閥在缸差動時關(guān)閉回油路，在非差動時，提供回油路。綜合實驗裝置缸的回油路上串聯(lián)的溢流閥起背壓作用。系統(tǒng)中壓力繼電器作為電磁鐵通斷電的發(fā)信裝置，控制電磁換向閥的換向動作。壓力表及其開關(guān)分別用于調(diào)整系統(tǒng)最高壓力和壓力繼電器的動作壓力時的顯示和觀測。2.2 課題設(shè)計要求綜合實驗裝置傳動由于其具有傳動功率大、易于實現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點，使得其在各類機械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。通過該題目原理圖的設(shè)計，可以使學(xué)生熟悉綜合實驗裝置傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般程序，了解并掌握綜合實驗裝置傳動這門技術(shù)。通過綜合實驗裝置傳動裝置的設(shè)計，可以使學(xué)生掌握機械設(shè)計的一般程序和基本方法?？傊ㄟ^本題目的設(shè)計，可以使機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的學(xué)生對四年所學(xué)課程得到一次較為全面的實踐鍛煉。機床主軸工作時產(chǎn)生振動，不僅會影響機床主軸的動態(tài)精度和被加工零件的質(zhì)量，而且還要降低生產(chǎn)效率和刀具的耐用度。振動劇烈時甚至?xí)档蜋C床主軸的使用性能，不僅如此，伴隨振動所產(chǎn)生的噪聲可能刺激操作工人，引起疲倦，導(dǎo)致工作效率下降。故振動問題必須引起我14們足夠的重視。隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，對機器零件的制造精度和表面質(zhì)量提出了更高的要求，從而機床主軸振動問題的研究成為研制、生產(chǎn)和使用機床主軸部門必須面對的重大課題。研究機床主軸振動的目的，在于探究機床主軸振動發(fā)生的原因，謀求防止和消除機床主軸振動的方法，以及研制抗振性更佳的機床主軸。本文對機床主軸的振動危害及減振方法做了一定的討論及研究。機床主軸的減振方法從理論上來說，一般有四種途徑：1、減少激振力P。2、增大系統(tǒng)的阻尼 。3、增大系統(tǒng)中的剛度 K。4、提高系統(tǒng)的固有?頻率 或改變激振頻率 ，以使兩者遠離。本文主要是對臥式銑床的振n??動減振系統(tǒng)的實驗特性的研究，由于銑床的外部環(huán)境及本身構(gòu)造在其的研究中可看做是不可改變的因素，所以可以實現(xiàn)的減振方法只有附加諧振系統(tǒng)在振動結(jié)構(gòu)上用以抵消原振動，以達到減振的目的。故本文主要討論的減振方法屬于阻尼消振的一種，即安裝減振器或類似結(jié)構(gòu)以抵消臥式銑床懸臂梁本身的振動，以達到減振的目的。本文的研究主要可以分為以下三個部分：首先，主要結(jié)構(gòu)，包括底座、立柱、刀軸等，并根據(jù)需要添加了減振槽、掛架及相當(dāng)于偏心輪的模擬銑刀等結(jié)構(gòu)。盛放不同規(guī)格鋼球的減振槽相當(dāng)于一個阻尼消振器，利用鋼球之間及其與槽壁之間的碰撞摩擦，消耗銑床模型機的振動能量，以達到減振的目的。其次，是對模型機固有頻率的測定。這是試驗最基本和首要的一步，用以作為標準衡量之后減振試驗效果的好壞。本文講述了三種模型機的激振方法：1、穩(wěn)態(tài)正弦激勵法：穩(wěn)態(tài)正弦激勵又稱簡諧激振，它是通過激振設(shè)備對被測試對象施加頻率可控的簡諧激振力，常用的激振設(shè)備是頻帶寬、波形好的電磁激振系統(tǒng)，由掃描信號發(fā)生器，功率放大器和激振器組成。 2、脈沖激勵法：脈沖激振是用一把裝有力傳感器的錘子（又叫脈沖錘）敲擊試件，它對試件的作用力為近似正弦波，其有效頻率范圍決定于脈沖持續(xù)時間 τ，錘頭墊愈硬 τ 越小，則頻率范圍愈大。使用適當(dāng)?shù)腻N頭墊材料可以得到要求的頻帶寬度，改變錘頭配重塊的質(zhì)量和敲擊加速度可調(diào)節(jié)激振力的大小。3、施加偏心激振力法：在模型機設(shè)計中，在模擬銑刀上設(shè)計了一通孔，使模擬刀具相當(dāng)于一偏心輪，在高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，即對系統(tǒng)產(chǎn)生一離心激振力，對調(diào)頻電動機轉(zhuǎn)速進需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載行調(diào)節(jié)可改變激振力的大小。在本次試驗中，主要是利用正弦激勵法測定了模型機的固有頻率，由于時間和條件限制，脈沖法只做了一組用于對比，最后一種方法僅作為設(shè)想來介紹。最后，減振試驗由于是多因素，多水平試驗，要得到全面準確的試驗結(jié)果，工作量十分大。故采用了科學(xué)的正交試驗方案，既減少了試驗次數(shù)，又可得出全面的結(jié)論。正交設(shè)計（Orthogoual design）簡稱正交設(shè)計（Orthogoual）,它是利用規(guī)格化的正交表（Orthogoual table） ，科學(xué)的安排與分析多因素試驗的方法，使目前最常用的方法之一。正交表是指利用“均衡搭配”與“整齊可比”這兩條基本原理，從大量的全面實驗方案中，挑選出少量具有代表性的實驗點，所制成的排列整齊的規(guī)格化表格。在本次的實驗中，安排了五組鋼球減振實驗以及一組沙子的減振實驗。其中，鋼球減振的前四組分別是根據(jù)鋼球排列層數(shù)（包括兩層及三層） 、重量及規(guī)格設(shè)計的正交試驗方案，第五組是一組為更好得到鋼球大小和槽數(shù)對實驗結(jié)果影響的對比而做的全面試驗。另外，為對比鋼球及其他材料的減振效果，還做了一組根據(jù)沙子重量設(shè)計的正交試驗。六組實驗的數(shù)據(jù)對比及結(jié)果分析從一定程度上說明了利用鋼球減振的可能性。在對振動問題的研究分析之外，本文也對現(xiàn)今國內(nèi)外機床主軸動態(tài)性能的研究作了一定的介紹，并指出了未來的研究趨勢。在本文的撰寫過程中，參考了大量有關(guān)機床主軸振動、動力學(xué)及沖擊測試、試驗?zāi)B(tài)分析等的有關(guān)書籍，并且得到了指導(dǎo)老師及同學(xué)的幫助。但由于時間及條件限制，可能存在一些不足之處，希望評閱老師指出并原諒。16第 3 章 參數(shù)設(shè)計計算3．1 運動參數(shù)和動力參數(shù)設(shè)計計算3.1.1 主軸極限轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍由金屬切削加工手冊查得平假設(shè)試驗時候的線速度范圍為v＝20～30m/s,則主軸的轉(zhuǎn)速范圍 n＝ ＝637～955r/min3601vd??由于其轉(zhuǎn)速變化范圍不是很大，可采用三相異步電機變頻調(diào)速來實現(xiàn)。3.1.2 最大試驗功率的確定由機床主軸的實際加工過程可知，在試驗機床主軸消耗的功率最大，因此需根據(jù)該工況的工藝參數(shù)來計算主軸的最大功率。工作臺速度 v100mm 時，2h。＝（0.0004~0.0006）d=0.044~0.066取 2h。＝0.045（6） 油腔深度 0(21)h.4~2.tZm??～為保證足夠的承載面積 ，取 tZ（7）軸承的壁厚 r?保證不形成薄壁零件，考慮油孔空間 ＝25r?（8）軸與軸承的配合間隙 2h。的公差 h。?h。 ，因此取 h。＝?0~75h??0.5?（9）軸與軸承的幾何精度誤差（圓度、圓柱度、同軸度）取 D＝0.00501（10）軸承外圓與箱體孔的配合過盈量 0～0.02mm（11）兩個向心軸承中心跨距 ll＝（4～6）d＝400～600 取 l＝400mm（12）選擇節(jié)流比 ，液阻比??考慮油溫變化而引起的 值的變化，應(yīng)使油溫為 20～50 度時＝1.5～3.0，液阻比 。?1??一般情況下，當(dāng) ＝0.71， ＝1.71 時軸承具有最佳剛度，即??＝1.71 為最佳節(jié)流比（13）確定供油壓力 sP20粗選供油壓力為 2.5MPa則油腔壓力 ＝ / ＝14.6MParPs?（14）計算一個油腔的有效承載面積 eA（15）3212 30452()sin()5(108)sin()7.910m2eARla? ????????。 。 ＝計算軸承油膜剛度 J361012()cos27.910.50.71cos3J= (2)esph????????。＝ 9.58/Nm?（16）軸向推力軸承的結(jié)構(gòu)尺寸軸肩半徑：4231.67.5d?軸肩的厚度 當(dāng) d＝50～200mm 時，H。＝（0.1～0.2）d＝11～22mm取 H。＝20mm3.2.3 主軸帶傳動的設(shè)計計算為了有效地將電機產(chǎn)生的振動與主軸隔離，在電機與主軸之間采用帶傳動。因為帶傳動有很好的緩沖、減震和吸陣作用。不需要減速因此傳動比選 1：1。考慮傳動的扭矩比較大且轉(zhuǎn)速較高，選用多楔 v 帶傳動。多楔帶又稱為復(fù)合三角帶，是一種新型的三角膠帶，由于它綜合了普通V 帶和平膠帶的優(yōu)點，在機床主軸的傳動中正在獲得越來越廣泛的應(yīng)用。它與普通 V 帶相比較，且有下列優(yōu)點： 需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載(1)傳動功率大。由于多楔帶和帶輪的接觸好，各工作面間的裁荷分布均勻，故多楔帶的承裁能力高。(2) 消除了多根膠帶長短不齊的現(xiàn)象。多楔帶振動小，發(fā)熱少，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。(3)伸長率小，使用壽命高。 (4)運轉(zhuǎn)速度高。由于多楔帶的斷面尺寸小，重量輕，強力層的耐曲撓性能好，適于以較小的帶輪直徑在高速下(達 40 m/s)運轉(zhuǎn)。多楔帶的具體計算如下，參考機床主軸設(shè)計手冊（零件設(shè)計）表5.2-26（1）確定計算功率jNK?查表 5.2-5，K＝1.21.285.j?（2）選擇多楔 v 帶型號160~97/minnr?根據(jù) 和 查圖 5.2～16，選 M 型多楔帶。jN（3）確定帶輪計算直徑 1D由表 5.2-20 選帶輪推薦直徑 ＝180mm，由傳動比 ＝1 得?＝ ＝180mm2D1（4）初定中心距 A。 （中心距過大易振動，過小則壽命低）22，即 180 108020123()DA??0A?考慮到結(jié)構(gòu)需求，初選 ＝1000mm（5）求膠帶計算長度 L210120()2()56.4DLAmA?????按表 5.2-18 選最接近的長度為 L＝2583mm(6) 計算準確中心距221128(),()aDAaD???????得 ， 5360435.??A＝a/4=1008.9mm帶的中心距是可以調(diào)整的，考慮安裝調(diào)整和補償初拉力（如帶伸長而松弛后的張緊）的需要，中心距的變動范圍為 min0.1597.2ALm??ax3864?(7) 確定多楔帶的齒數(shù) Z012iNZC?查表 5.2-25 得， ＝1.972Kw； ＝1.00； ＝1.00i 1C2則 Z＝11.3，取 Z＝12 齒。多楔帶的具體斷面尺寸如下：齒距 t＝9.5 H＝1.67 h＝9.6 h。＝13.05 401???。需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載（8）多楔帶輪的基本尺寸外徑 wD21803.5172.9C????寬度 ，取 B＝125().04.5BZtg?帶輪材料為 45 鋼（9）多楔帶的張緊裝置帶經(jīng)過一定時間的運轉(zhuǎn)后，就會由于塑性變形而松弛，使初拉力 F。降低。為了保證傳動能力，應(yīng)定檢查初拉力的數(shù)值。如發(fā)現(xiàn)不足時，必須重新張緊，才能正常工作。具體張緊裝置如周邊磨頭裝配圖中所示，將安裝有帶輪的電機安裝在基座上，基座用螺栓固定在垂直滑板上，基座上的螺栓孔為長槽，可使基座相對于垂直滑板上下滑動。要調(diào)節(jié)帶的張緊力時，松開基板上的各螺栓，旋動調(diào)節(jié)螺釘，將電機推到所需的位置，然后擰緊基座與垂直滑板的連接螺栓。3.2.4 主軸端部卸荷帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計由于帶的張緊力對主軸的剛性影響很大，因此在主軸端部設(shè)計了卸荷帶輪結(jié)構(gòu)，將帶的拉力直接傳遞到主軸箱體上，而扭矩通過帶輪端蓋螺釘和鍵來傳遞到軸上，從而大大減小了主軸的徑向力，提高了主軸的剛性。由于端蓋螺栓以及鍵傳遞很大的扭矩，因此需校核其強度。（1）螺栓組聯(lián)接設(shè)計計算采用圓周均布，螺栓數(shù) Z=4，均布直徑 d＝180。螺栓僅受扭矩 T＝295Nm，則每個螺栓所受的工作剪力為24＝819.4N；/4FTr?螺栓所需的預(yù)緊力 1.73.5609spKFQNf???選擇螺栓材料為 Q235，性能等級為 4.6 的螺栓，查表得 ，S＝1.5240sMPa??[]//1.56sS因此螺紋小徑 1341.3097.8[]pQdm????????按粗牙普通螺紋標準，選用螺紋公稱直徑 d＝10（小徑＝8.376>7.88mm）1d(2) 聯(lián)接平鍵的校核根據(jù)軸徑查表選擇鍵的尺寸是 ，普通平鍵聯(lián)接，其主要失16032?效形式是工作表面被壓潰，強度條件為MPa33210264.710[]10.5p pTMPakld????????可見，聯(lián)接鍵的強度足夠。3.2.5 主軸強度校核主軸 B 點的在水平和垂直方向的彎矩分別為:垂直方向 32.810764920vMPaNm?????水平方向 58H由前面的計算可得扭矩 T?主軸彎矩與扭矩如圖 3-1 所示，需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載圖 3-1 主軸彎矩與扭矩圖合成彎矩 22249630158405vHMNm??????按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩及扭矩的截面（即危險截面 B）的強度。則當(dāng)量彎矩2222()504(.6470)536caMTNm????????3476.9/0.1NmW??26前以選定軸的材料為 40 ，調(diào)質(zhì)處理，查表得許用彎曲應(yīng)力rG1[]70rbMPa???因為 ＝4.94 < ,故安全。ca精確校核軸的疲勞強度判斷危險截面時，綜合分析考慮以下三方面的影響：載荷大小、軸徑大小、應(yīng)力集中程度。從受載情況來看，顯然截面 B 處的 最大，caM但該處基本沒有應(yīng)力集中。而用來承受推力的軸肩處，載荷較大并且由于軸徑變化大，應(yīng)力集中嚴重，因此確定該截面為危險截面。計算安全系數(shù)：軸肩截面處的抗彎截面模量為 330.10Wdm?抗扭截面模量為 30.126Td?作用于該截面的彎矩為 M＝ 7655432981N???作用于該截面的扭矩為 0Nm?截面上的彎曲應(yīng)力 23298.6/bMW???截面上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 236471/0T??軸的材料為 40 ，調(diào)質(zhì)處理。由表查得 ，rG685BMPa??， 。 135MPa???185Pa???該截面處由于軸肩圓角形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按 r/d=5/110=0.045,D/d=160/110=1.45,經(jīng)插值后可查得，2.1???1.32???需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載又由附圖查得軸材料的敏性系數(shù)為0.85q??0.87q??故有效應(yīng)力集中系數(shù)為1()1.(2.1).3k????????0878q?????查表得尺寸系數(shù)為0.67?? 0.7??表面質(zhì)量系數(shù)為.92????軸未經(jīng)表面強化處理，即 ，則按下式計算可得綜合影響系數(shù)值為1q??2.03()(1)3.267.9qkK????????1.8()().7.q????故軸肩截面處的計算安全系數(shù) 值可按下式計算得cS?13543.6.2460.1amSK???????????182.7.????2243614.5.caS???????顯然，該軸的疲勞強度足夠。283.2.6 主軸剛度校核主軸的受力情況如下圖所示，軸承跨距 ＝400mm；懸伸量 a＝176mml圖 3-2 主軸垂直方向受力圖主軸的變形主要由兩部分組成，主軸自身的受力變形和靜壓軸承油膜的受力變形，主要的精度要求是 C 點的撓度 <0.01mmcf1）由主軸變形產(chǎn)生的撓度P 在 C 點的撓度21()3cPaflEI???4441096DIm???（E 取 200GPa）2 2 41 6817.()(4017.6)0339cafl cmEI ???????2）由油膜變形引起的撓度假設(shè)軸為剛性，則其受力變形情況如圖 3-3，圖 3-3 靜壓軸承油膜變形圖需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載A、B 兩點的支反力分別為： 2.8176.240APaRKNl????()().06B??油膜剛度由前面計算可知 J＝ 91.58/m?369240.710./ARNf ???369612.5.58/BfJm???則 6621707410cf ????根據(jù)疊加原理，C 點的總變形量 <0.01mm625.7ccffm???可見，主軸的剛度足夠。第 4 章 機架的設(shè)計4.1 對機架結(jié)構(gòu)的基本要求機架是整個機床主軸的基礎(chǔ)支持件，一般用來放置重要部件。為了滿足機床主軸高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動化程度的要求，與普通機床主軸相比，機床主軸應(yīng)有高的靜、動剛度，更好的抗振性。 一、對機床主軸的機架主要在以下 3 個方面提出了更高的要求： 1．很高的精度和精度保持性 30在機架上有很多安裝零部件的加工面和運動部件的導(dǎo)軌面，這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要長時間保持。另外，機床主軸在切削加工時，所有的靜、動載荷最后往往都傳到機架上，所以，機架受力很復(fù)雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對運動精度，除了滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還需要滿足靜、動剛度和抗振性、熱穩(wěn)定性、工藝性等方面的技術(shù)要求。 2．應(yīng)具有足夠的靜、動剛度 靜剛度包括：機架的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，最后達到有較高的剛度-質(zhì)量比。動剛度直接反映機床主軸的動態(tài)性能，為了保證機床主軸在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動及自激振動的能力，可以通過適當(dāng)?shù)脑黾幼枘?、提高固有頻率等措施避免共振及因薄壁振動而產(chǎn)生噪音。 3．較好的熱穩(wěn)定性 對機床主軸來說，熱穩(wěn)定性已經(jīng)成了一個突出問題，必須在設(shè)計上要做到使整機的