一次包絡(luò)蝸桿專用車床

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上皖 西 學(xué) 院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論 文 題 目一次包絡(luò)蝸桿專用數(shù)控加工裝置姓名（學(xué)號）王超（）系 別機械與電子工程學(xué)院專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化導(dǎo) 師 姓 名吳軍榮二一三年六月專心-專注-專業(yè)一次包絡(luò)蝸桿專用數(shù)控加工裝置作 者王超指導(dǎo)教師吳軍榮摘要：自從包絡(luò)蝸桿傳動問世以來,已經(jīng)在重型機械等傳動領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。一次包絡(luò)蝸桿加工專用設(shè)備的研究和開發(fā)也受到各方面的重視，各種設(shè)備相繼開發(fā)成功，并在實際生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用。平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿，具有較高的工作強度和較長的工作壽命，其制造方式和精度要求較高，且必須嚴(yán)格遵循其嚙合理論，所以對一次包絡(luò)蝸桿專用數(shù)控加工裝置

2、的研究有了特殊的要求和意義。本課題研究的目的是對一次包絡(luò)蝸桿加工專用數(shù)控裝置提出合理的機床結(jié)構(gòu)布置方案，并根據(jù)一次包絡(luò)蝸桿的結(jié)構(gòu)特點同時利用機床車削加工的工藝特點，進(jìn)行一次包絡(luò)蝸桿專用數(shù)控加工進(jìn)給系統(tǒng)和機床總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，達(dá)到數(shù)控車削一次包絡(luò)蝸桿的加工要求。關(guān)鍵詞：一次包絡(luò)蝸桿；數(shù)控車床；設(shè)計；傳動系統(tǒng)A special NC enveloping worm processing apparatusAbstract: since the advent of enveloping worm drive, has been widely used in heavy machinery and ot

3、her areas of transmission. A research and development of special equipment for processing the worm also receives the attention of various fields, various devices have been developed, and has been well applied and in the actual production. Planar enveloping hourglass worm, working life working intens

4、ity is higher and longer, its manufacturing method and high precision, and must strictly follow the meshing theory, so the research on a dedicated CNC machining worm device with special requirements and significance.The purpose of this research is to propose machine structure reasonable layout progr

5、am for a special NC enveloping worm device, and the process characteristics of machine tool machining according to the structure characteristics of a worm, a worm NC machining feed system design of the overall structure of the system and machine tools, CNC turning once reached the requirements of ma

6、chining worm.Keywords: an enveloping worm; NC lathe; design; drive system目錄1 緒論1.1 一次包絡(luò)蝸桿的結(jié)構(gòu)分析一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副是蝸輪蝸桿傳動中的一種，它是用來傳遞空間交錯軸運動和動力的傳動機構(gòu)，一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿與普通蝸桿相比具有有接觸齒數(shù)多、齒面接觸面較大、吃面光潔精度高，并有瞬時雙線接觸、接觸線總長度長、綜合曲率半徑大、接觸應(yīng)力小、嚙合潤滑角大，嚙合中容易形成動壓油膜、減少齒面磨損具、承載能力強等優(yōu)點，極其符合現(xiàn)代機械重載、高速的需求，由于一次包絡(luò)蝸桿具有以上優(yōu)點，所以自誕生以來很快被廣泛推廣，現(xiàn)已大量應(yīng)用于冶金

7、設(shè)備、造船、采礦、機械、軍工、化工等領(lǐng)域。分度曲面為圓環(huán)面的蝸桿統(tǒng)稱為環(huán)面蝸桿，一次包絡(luò)蝸桿為環(huán)面蝸桿的一種。從外形上看，普通圓柱蝸桿呈圓柱狀；環(huán)面蝸桿呈中間小、兩端大的馬鞍狀。從嚙合關(guān)系來看，普通圓柱蝸桿副在軸向截面內(nèi)，像齒條與齒輪的嚙合。環(huán)面蝸桿的齒卻是沿著蝸輪的節(jié)圓“包圍”著蝸輪（如圖1）。從成形運動來看，圓柱蝸桿的母元素（直線、曲線或曲面）作平行于蝸桿中心線的直線運動；環(huán)面蝸桿母元素的動軌跡則是一個圓弧。因此，圓柱蝸桿的節(jié)圓面是一個圓柱面，（圖1左圖）而環(huán)面蝸桿的節(jié)圓面是一個圓環(huán)面的一部分。（如圖1右圖所示即為環(huán)面蝸桿實物圖）環(huán)面蝸桿的外形，是以一個凹圓弧為母線繞蝸桿軸線回轉(zhuǎn)而形成的回

8、轉(zhuǎn)面，是圖1 普通蝸桿與包絡(luò)蝸桿嚙合特點變直徑蝸桿。環(huán)面蝸桿與相配蝸輪組成環(huán)面蝸桿副稱環(huán)面蝸桿傳動。蝸桿分度曲面為圓環(huán)面，蝸輪分度曲面亦為圓環(huán)面的環(huán)面蝸桿傳動稱雙包圍環(huán)面蝸桿傳動。蝸桿分度曲面為圓環(huán)面、蝸輪分度曲面為圓柱面的環(huán)面蝸桿傳動稱單包圍環(huán)面蝸桿傳動。若包絡(luò)環(huán)面蝸桿直接和產(chǎn)形輪相同的圓柱蝸輪相共軛嚙合，組成環(huán)面蝸桿傳動，稱該傳動為一次包絡(luò)蝸桿傳動，屬于單包圍環(huán)面蝸桿傳動。 由環(huán)面蝸桿的形成原理可知, 蝸桿繞其軸心線O1以角速度1自轉(zhuǎn), 同時, 在其軸心線平面內(nèi)直線L以角速度2繞O2旋轉(zhuǎn), 直線L在空間形成包絡(luò)跡面, 即環(huán)面蝸桿的螺旋齒面。當(dāng)螺旋齒面的母線為直線時, 是直廓環(huán)面蝸桿(見圖2

9、( a) ) ,稱為球面蝸桿或圓弧面蝸桿; 當(dāng)螺旋齒面的母線是平面時, 稱為平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿(見圖2( b) ), 簡稱包絡(luò)環(huán)面蝸桿。 （a） （b）圖2 包絡(luò)蝸桿的形成原理1.2 數(shù)控車削蝸桿的現(xiàn)狀分析論述1. 數(shù)控車削蝸桿的現(xiàn)狀：目前國內(nèi)許多廠礦加工環(huán)面蝸桿大都采用改裝滾齒機或普通車床的方法，很少采用專用機床，然而目前傳統(tǒng)的加工方法該蝸桿副在精度上存在無法解決的缺陷。隨著數(shù)字化已成為現(xiàn)代制造業(yè)中產(chǎn)品全生命周期不可缺少的驅(qū)動因素，平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的數(shù)控加工將會成為一種新的生產(chǎn)模式。2. 刀具加工產(chǎn)形線：蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，蝸桿通常用直接展成法加工，即把蝸輪作為刀具展成蝸桿，作為刀具

10、的蝸輪稱首創(chuàng)件，被展成的蝸桿成為被創(chuàng)成件。形成首創(chuàng)件圖3 蝸桿加工刀具產(chǎn)形線螺旋面的刀具刃廓稱刀具產(chǎn)形線。刀具產(chǎn)形線是形成首創(chuàng)件螺旋面幾何特點的基礎(chǔ)因素，亦是蝸桿傳動嚙合特性的主要影響因素。此外，首創(chuàng)件齒面的齒廓形狀，還和刀具形狀，齒面形成原理（展成或軌跡法）等有關(guān)。 3 齒面形成：以直齒（或斜齒）平面齒輪作為產(chǎn)形輪（刀具)，按照既定的傳動比和中心距，相對蝸桿毛坯作機床嚙合運動時，產(chǎn)形輪刃面的包絡(luò)面構(gòu)成蝸桿的螺旋面，產(chǎn)形輪可以為盤形銑刀，也可以為切于基圓柱面（或基圓錐面）的平面砂輪2 總體方案設(shè)計概述2.1 一次包絡(luò)蝸桿專用數(shù)控加工裝置設(shè)計方案及主要結(jié)構(gòu)特點環(huán)面蝸桿加工的核心問題是螺旋齒面加工

11、，設(shè)計專用環(huán)面蝸桿加工機床，必須能滿足螺旋齒面的車削。根據(jù)環(huán)面蝸桿的形成原理，環(huán)面蝸桿加工機床必須具備以下基本運動，見圖4。 圖4 蝸桿專用機床的運動示意圖。（1）切削運動（主運動）1：即被加工蝸桿旋轉(zhuǎn)運動。（2）分齒運動2：隨著蝸桿以1旋轉(zhuǎn)，刀盤也要以2的速度相應(yīng)旋轉(zhuǎn)，并要求1和2之間有準(zhǔn)確的傳動比關(guān)系。1和2也可統(tǒng)一稱齒廓形成運動（ 展成運動）。這兩個運動是切削環(huán)面蝸桿齒面或滾切蝸輪齒面的最基本運動。（3）徑向進(jìn)給運動S1 。（4）調(diào)整運動S2和S3。 由于環(huán)面蝸桿具備特殊的結(jié)構(gòu)，在制造加工時刀具必須繞蝸桿齒形發(fā)生基圓的中心旋轉(zhuǎn)運動來進(jìn)行切削，在加工時給我們帶來了難度。因此必須在車床上加裝

12、自己設(shè)計制作的回轉(zhuǎn)刀架,從主軸上引出動力帶動刀架旋轉(zhuǎn)得到切削的動力。2.2 進(jìn)給系統(tǒng)的總體設(shè)計2.2.1 機床的主要性能參數(shù)本設(shè)計對數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，該車床主要用于一次包絡(luò)蝸桿的加工，根據(jù)一次包絡(luò)蝸桿的結(jié)構(gòu)特點和加工特性，初選車床的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。表1 初選車床主要技術(shù)參數(shù)序 號項 目子 項 目單 位參 數(shù) 值1加工范圍工件最大回轉(zhuǎn)直徑mm500最大車削長度mm650(頂尖距)最大車削直徑mm3102主軸主軸通孔直徑mm80主軸轉(zhuǎn)速范圍r.p.m1001503床鞍傾斜角度度 0 X軸行程mm180Z軸行程mm650X軸快速移動速度m/min8Z軸快速移動速度m/min152

13、.2.2進(jìn)給系統(tǒng)的傳動要求及傳動類型的選擇（1）進(jìn)給系統(tǒng)的傳動要求數(shù)控機床進(jìn)給傳動裝置的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，直接影響了數(shù)控車床的定位精度和工件的加工精度。因此，數(shù)控機床對進(jìn)給傳動系統(tǒng)的要求有:（1）傳動部件的剛度高；（2）傳動部件的慣性小穩(wěn)定性好；（3）運動部件的間隙和摩擦力小。 （2）絲杠螺母副傳動類型的選擇絲杠螺母副是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的傳動裝置。在數(shù)控車床上常用的是滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。滾珠絲杠螺母副：在數(shù)控機床上，將回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置一般采用滾珠絲杠螺母副，它由絲杠、螺母、滾珠和反向器等組成。其特點是：傳動效率高，摩擦損失??；絲杠螺母預(yù)緊后可以完全消

14、除間隙，傳動精度高、剛度好；運動平穩(wěn)有可逆性。在數(shù)控機床上得到了廣泛的應(yīng)用，是目前中、小型數(shù)控機床的常見的傳動方式。靜壓絲杠螺母副：靜壓絲杠螺母副是在絲杠和螺母的螺紋間維持一定的厚度，且具有一定剛度的壓力油膜，當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動時，即通過油膜推動螺母移動，或做相反的傳動。其特點是：摩擦系數(shù)小，僅為0.0005，；平穩(wěn)性高；反向間隙大大減小；承載能力與供油壓力成正比，而與轉(zhuǎn)速無關(guān)。對于油液的清潔度要求高，如果在運動中供油忽然中斷，將造成不良后果。由以上比較，根據(jù)要求，縱向進(jìn)給傳動系統(tǒng)和橫向進(jìn)給傳動系統(tǒng)都采用滾珠絲杠螺母副的傳動方式。2.2.3進(jìn)給傳動系統(tǒng)的特點數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)是控制X、Z坐標(biāo)軸的伺服系

15、統(tǒng)的主要組成部分，它將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為刀架的直線運動，而且對移動精度要求很高。采用滾珠絲杠螺母傳動副，可以有效地提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行。另外，消除滾珠絲杠螺母傳動副的配合間隙和絲杠兩端的軸承間隙，也有利于塔高傳動精度。 數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)采用伺服電動驅(qū)動，通過滾珠絲杠螺母帶動刀架移動，所以刀架的快速移動和進(jìn)給運動均為同一傳動路線。 中小型數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)普遍采用滾珠絲杠副傳動。伺服電動機與滾珠絲杠的連接方式有兩種。 （1）滾珠絲杠與伺服電動機軸端通過聯(lián)軸器直接連接，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可減少產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)。且滾珠絲杠或伺服電動機軸端與聯(lián)軸器的連接采用錐環(huán)連接，它是進(jìn)

16、給傳動系統(tǒng)消除傳動間隙的一種比較理想的連接方式。它主要靠內(nèi)外錐環(huán)面壓緊后產(chǎn)生的摩擦力傳動動力，避免了鍵連接產(chǎn)生的間隙。這種連接方式在進(jìn)給傳動鏈的各個環(huán)節(jié)得到了廣泛的應(yīng)用（2）滾珠絲杠通過同步齒形帶及帶輪與伺服電動機連接，這種結(jié)構(gòu)連接特點是通過帶輪降速，提高驅(qū)動扭矩，切安裝精度要求不高。為了消除同步齒形帶傳動對精度的影響，要把脈沖編碼器安裝在滾珠絲杠的端部，以便直接對滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行檢測。在滿足機床要求的前提下，通過對比，本課題中橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用第一種滾珠絲杠與伺服電動機軸端通過聯(lián)軸器直接連接的方式，這是一種簡單的聯(lián)接形式具有大的扭轉(zhuǎn)剛度，制造成本低，傳動精度高，而且結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)

17、整方便。2.2.4 進(jìn)給傳動方案設(shè)計根據(jù)一次包絡(luò)蝸桿的特性和加工工藝特點，對車床的精度和穩(wěn)定性要求較高，選用滾珠絲杠與伺服電動機軸端通過聯(lián)軸器直接連接的方式。以減小傳動鏈，并保證較高的剛度，提高傳動系統(tǒng)效率，以減小溫升的影響。滾珠絲杠采用兩端裝軸承的支承方式。X、Z兩軸分別用獨立電機驅(qū)動。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動方案示意圖如圖5所示?；鍧L珠絲杠螺母副聯(lián)軸器Z軸驅(qū)動電機(a)Z軸傳動系統(tǒng)刀架滾珠絲杠螺母副聯(lián)軸器X軸驅(qū)動電機(b)X軸傳動系統(tǒng)圖5 橫向縱向進(jìn)給機構(gòu)傳動示意圖對于驅(qū)動電機，由于系統(tǒng)要求精度和穩(wěn)定性高，不宜采用步進(jìn)電機驅(qū)動，因而選用交流伺服電機。2.2.5 總體布局機床結(jié)構(gòu)可以布置成臥式、

18、立式、倒立式及斜置式等，本車床選用臥式布置方式，主軸水平安裝?？傮w布局如下：Z、X軸傳動系統(tǒng)采用穩(wěn)定性較高的滾珠絲杠副傳動，滾珠絲杠螺母副直接連接電動機；伺服方式上選擇最廣泛應(yīng)用的半閉環(huán)方式。為此，本設(shè)計要進(jìn)行滾珠絲杠副尺寸規(guī)格、交流伺服電動機的型號傳動軸的強度等方面的計算。3 橫向進(jìn)給機構(gòu)的設(shè)計與計算3.1 主切削力的計算 要使刀具從工件毛坯上切除多余的金屬，使其成為具有一定形狀尺寸的零件，刀具和工件之間必須具有一定的相對運動，這種相對運動稱為切削運動。切削運動又可以分為主運動和進(jìn)給運動，這兩個運動的矢量和稱為合成切削運動。在切削工件時，為了便于測量和應(yīng)用，將切削合力F分解為三個互相垂直的分

19、力，即主切削力FC背向力FP和進(jìn)給力Ff。如圖6 圖6 車削合力及分力 根據(jù)計算切削力的經(jīng)驗公式 （3.1）式中各個符號為與工件材料及切削條件有關(guān)的系數(shù)及相關(guān)指數(shù)和修正系數(shù)。在加工蝸桿的過程中，圓盤刀具必須繞蝸桿齒形發(fā)生基圓的中心做旋轉(zhuǎn)運動，所以刀具切削時的主偏角不斷變化，根據(jù)表2-11，在這里與其相關(guān)的修正系數(shù),取1.105；根據(jù)表2-10這里取15；根據(jù)表格2-6到表格2-14，車刀前角15度，=15；切削速度時，=1.055；車刀刃傾角改變時切削力的修正系數(shù)=15；車刀后刀面磨損量改變時的修正系數(shù)=15，碳素結(jié)構(gòu)鋼45的=1640，,=1，=0.84,切削蝸桿時的背吃刀量ap選3mm，進(jìn)

20、給量f選0.4mm/r5，帶入公式計算如下： 背向力FP和 進(jìn)給力Ff參照表2-12選取最大值，即： 切削功率 (3.2) 機床消耗功率 （3.3）這里取機床傳動效率為0.8。3.2 滾珠絲杠的計算及選擇（1）已知技術(shù)參數(shù) 橫向最大行程（X軸）180mm； 工作進(jìn)給速度為18000mm/min；橫向快速進(jìn)給速度：8 m/min；刀架估計重量：100kg；滑板的估計重量：50kg；滾珠絲杠使用壽命：15000h。滾珠絲杠的計算（2）滾珠絲杠的計算滾珠絲杠導(dǎo)程的確定在本設(shè)計中，電機和絲杠直接相連，傳動比為，設(shè)電機的最高工作轉(zhuǎn)速為，則絲杠導(dǎo)程為： (3.3)，取 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 (3.4)由公式

21、(4.2),最大進(jìn)給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： 最小進(jìn)給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： 絲杠等效轉(zhuǎn)速： (3.5) ，轉(zhuǎn)速，作用下的時間(s)，設(shè)轉(zhuǎn)速在和之間變化，則 確定絲杠的等效負(fù)載 估計工作臺質(zhì)量及工作臺承重總質(zhì)量：確定絲杠的等效負(fù)載 各種切削方式下，絲杠軸向載荷 （3.6） 摩擦因數(shù)f取0.03 帶入數(shù)據(jù)得： 取1834N 如果載荷在和間周期變化，則 （3.7） 確定絲杠所受的最大動載荷 （3.8） fw負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)；（查表11-24：當(dāng)一般運轉(zhuǎn)時，fw 為1.21.5，取fw=1.51。）ft溫度系數(shù)；（查表11-25，取11）fh硬度系數(shù)；（查表11-25，滾道實際硬度HRC58時，fh=11。）fa

22、精度系數(shù)；（查表11-26：當(dāng)精度等級為3時，fa=1.01。）fk可靠性系數(shù)；(查表11-27：可靠性為90%時，fk =1.001。)Fm等效負(fù)荷(N)；nm等效轉(zhuǎn)速(r/min)；Tn工作壽命(h)。（查表得：數(shù)控機床：Th=15000。）由公式得： 帶入公式求得最大動載荷：（3）選擇滾珠絲杠的型號根據(jù)計算出的參數(shù)，查表18-331可知，選定絲杠為外循環(huán)插管式雙-螺母墊皮預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型，型號為 CDM3206-3。滾珠絲杠的公稱直徑是32mm，公稱導(dǎo)程，絲杠螺紋底徑為27. 9mm，螺母長度為112mm，循環(huán)圈數(shù)為1.52其額定動載荷，額定靜載荷，接觸剛度為，取絲杠的精度為3級。在本設(shè)

23、計中采用雙螺母墊片預(yù)緊。滾珠絲杠及其組件安裝示意圖見圖7（4）聯(lián)軸器及軸承的選用 聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件，主要用于連接軸及其組件，用來傳動運動與轉(zhuǎn)矩，根據(jù)聯(lián)軸器對位移有沒有一定的補償能力，把聯(lián)軸器分為撓性聯(lián)軸器和剛性聯(lián)軸器兩類。剛性聯(lián)軸器一般有夾殼式、凸緣式和套筒式。其中凸緣式是將兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器以平鍵連接的方式使兩軸相連，用螺栓使其連為一體傳動運動和扭矩。這種連接方式結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可承受較大轉(zhuǎn)矩。撓性聯(lián)軸器可分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器。無彈性元件的具有一定的撓性，可以補償兩軸的相對位移，但不能緩沖減震，常用的有十字滑塊聯(lián)軸器、滑塊聯(lián)軸器、十字軸式萬向聯(lián)

24、軸器和齒式聯(lián)軸器等。有彈性元件的聯(lián)軸器裝有彈性元件，不僅能補償相對位移，而且能夠起到緩沖減震的作用，常用的有彈性套筒銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器和膜片聯(lián)軸器等。本設(shè)計由于電機和滾珠絲杠通過聯(lián)軸器直接連接在一條直線上，并且傳動的力矩較小，僅為，這里選用剛性聯(lián)軸器，型號為GYH2，軸孔直徑為25mm，公稱轉(zhuǎn)矩為63，許用轉(zhuǎn)速為10000rmin，滿足設(shè)計要求。剛性聯(lián)軸器見圖7。圖7 剛性聯(lián)軸器兩邊軸承分別是20mm和25mm本設(shè)計中絲杠的支撐選用滾珠絲杠專用軸承，滾珠絲杠支承用專用軸承特點：1. 剛性大，摩擦阻力小，潤滑維修方便。2. 用戶不需要進(jìn)行預(yù)調(diào)整，極限轉(zhuǎn)速快。3. 起動力矩小等特點。滾珠絲杠

25、及其組件安裝示意圖見圖8圖8 滾珠絲杠及其組件安裝示意圖3.3 校核 根據(jù)所選的滾珠絲杠的型號，可知所選絲杠的額定動載荷已經(jīng)滿足要求，現(xiàn)根據(jù)其靜載荷和臨界轉(zhuǎn)速來對其進(jìn)行校核。（1）額定靜載荷校核額定靜載荷系指滾珠絲杠副在靜止或低速下，滾珠與滾道型面在接觸點上產(chǎn)生塑性變形之和為滾珠直徑萬分之一的軸向載荷。滾珠絲杠的額定靜載荷的計算公式： （3.9） 式中為靜態(tài)安全系數(shù)，查文獻(xiàn)2表5-14選取，帶入公式計算得: 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其額定靜載荷45968N,滿足要求。（2）臨界轉(zhuǎn)速校核查表得L1=134mm，L2=54mm，橫向最大行程（X軸）180mm；L1+L2+180=368 取絲杠支承間距L為400m

26、m。絲杠底徑，根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速公式：大于式中f為與支承方法有關(guān)的臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表5-152此處f取值21.9,設(shè)計滿足要求。3.4 伺服電機的選擇和計算 3.4.1 伺服電機的分類 進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)使用的驅(qū)動電機有步進(jìn)電機、交流伺服電機、直流伺服電機和直線電機等。其中步進(jìn)電機主要用于開環(huán)伺服系統(tǒng)；直流伺服電機、直線電機和交流伺服電機主要用于半閉環(huán)和閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。這里重點介紹交流伺服電機。（1） 交流伺服電機及其驅(qū)動原理在數(shù)控車床上，閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)因為具有工作可靠、精度高和抗干擾性強的優(yōu)點較為常用。閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)對于相應(yīng)執(zhí)行元件的要求更高，要求盡可能提高過載能力，能夠適應(yīng)一定的沖擊現(xiàn)象；能

27、夠提高低俗運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，保證伺服系統(tǒng)低速時的精度；電機的轉(zhuǎn)動慣量要小，用以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。因此，此系統(tǒng)廣泛采用交流伺服電機和直流伺服電機。直流伺服電機因為具有調(diào)速容易、機械特性硬等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。但由于直流伺服電機存在電刷磨損限制了電機的最高轉(zhuǎn)速，并且需要經(jīng)常對其進(jìn)行維護(hù)和更換，而且直流伺服電機的容量較小，體積大結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點，其應(yīng)用也受到了限制。近年來，交流伺服電機已經(jīng)慢慢取代了直流伺服電機。 交流伺服電機分為同步型和異步型兩大類。其中異步型交流電機即交流感應(yīng)電機，它可分為單相和三相，也可分為繞線式和鼠籠式兩種。由于鼠籠式三相感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量較輕較為常用。同步交流電機按照

28、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以分為電磁式和非電磁式兩大類。其中非電磁式又有磁滯式、反應(yīng)式和永磁式多種。（2）交流永磁同步電機的工作原理與特性交流永磁同步電機的組成部件主要有定子、轉(zhuǎn)子和定子繞組。其中定子與異步電機的定子結(jié)構(gòu)相似，是由硅鋼片、固定鐵芯、三相繞組及端蓋組成。交流永磁同步電機的轉(zhuǎn)子通常采用永磁稀土材料制成，能夠產(chǎn)生固定穩(wěn)定的磁場。當(dāng)定子三相繞組通交流電以后，會產(chǎn)生一個固定轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子的磁場用永磁鐵芯產(chǎn)生。定子的磁場和轉(zhuǎn)子的磁場磁極相互吸引一起旋轉(zhuǎn)。本設(shè)計使用交流永磁同步電機。3.4.2扭矩的計算扭矩的計算為：（1）理論動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩查表11-181知3級滾珠絲杠 （2）最大動態(tài)摩擦力矩對于3級滾

29、珠絲杠， (3.11) 驅(qū)動最大負(fù)載所耗轉(zhuǎn)矩=1.95 (3.12)（3）支承軸承所需啟動扭矩查軸承表：對于的軸承，其，對于的軸承，其，則 。（4）驅(qū)動滾珠絲杠副所需扭矩 =0.172+1.95+0.35=2.472 （3.13）（5）電機的額定扭矩 3.4.3 電機的選擇根據(jù)以上計算的扭矩，選擇交流永磁同步電機型號為SM 110-060-20 LFB，其額定轉(zhuǎn)矩為6 。4 縱向進(jìn)給系統(tǒng)4.1滾珠絲杠的計算及選擇（1）已知技術(shù)參數(shù)縱向最大行程（Z軸）650 mm； 工作進(jìn)給速度為mm/min；縱向快速進(jìn)給速度：15 m/min；工作臺重量：200kg ；床鞍及其他的估計重量：150kg；材料選

30、為HT200；滾珠絲杠使用壽命；15000h。（2）滾珠絲杠的計算滾珠絲杠導(dǎo)程的確定在本設(shè)計中，電機和絲杠直接相連，傳動比為，設(shè)電機的最高工作轉(zhuǎn)速為，則由公式(3.1)可得絲杠導(dǎo)程為： （4.1） 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速由公式(3.2) ，最大進(jìn)給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速：最小進(jìn)給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速：由公式(3.3) ，絲杠等效轉(zhuǎn)速為： （4.2）確定絲杠的等效負(fù)載估計工作臺質(zhì)量及工作臺承重縱向工作臺負(fù)載： 床鞍及其他負(fù)載：總負(fù)載：各種切削方式下，絲杠軸向載荷 （4.3） 摩擦因數(shù)f取0.03帶入得: 取1631N （4.4）如果載荷在和間周期變化，則當(dāng)量載荷確定絲杠所受的最大動載荷 （4.5） fw負(fù)荷性

31、質(zhì)系數(shù)；（查表11-24：當(dāng)一般運轉(zhuǎn)時，fw 為1.21.5，取fw=1.51。）ft溫度系數(shù)；（查表11-25,取11：）fh硬度系數(shù)；（查表11-25：滾道實際硬度HRC58時，fh=11。）fa精度系數(shù)；（查表11-26：當(dāng)精度等級為3時，fa=1.01。）fk可靠性系數(shù)；(查表11-27：可靠性為90%時，fk =1.001。)Fm等效負(fù)荷(N)；nm等效轉(zhuǎn)速(r/min)；Tn工作壽命(h)。（查表得：數(shù)控機床：Th=15000。）由公式得：帶入公式求得最大動載荷： （3）選擇滾珠絲杠及其組件型號根據(jù)計算出的參數(shù)，查文表18-331可知，選定絲杠為外循環(huán)插管式雙螺母墊皮預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入

32、型，型號為CBT3210-3。滾珠絲杠的公稱直徑是32mm，公稱導(dǎo)程，絲杠螺紋底徑為24.3mm，螺母長度為90mm，循環(huán)圈數(shù)為1.52其額定動載荷，額定靜載荷，接觸剛度為，絲杠的精度為3級。在本設(shè)計中采用雙螺母墊片預(yù)緊。兩邊的軸承選為25mm與20mm。本設(shè)計中絲杠的支承方式同樣選用滾珠絲杠專用軸承。 根據(jù)上述橫向進(jìn)給系統(tǒng)聯(lián)軸器的選用，縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用同樣的聯(lián)軸器，即剛性聯(lián)軸器，型號為GYH2，軸孔直徑為25mm，公稱轉(zhuǎn)矩為63，許用轉(zhuǎn)速為10000rmin，滿足設(shè)計要求。滾珠絲杠及其組件安裝示意圖見圖9。圖9 滾珠絲杠及其組件安裝示意圖4.2 校核 根據(jù)所選的滾珠絲杠的型號，可知所選絲杠的

33、額定動載荷已經(jīng)滿足要求，現(xiàn)根據(jù)其靜載荷和臨界轉(zhuǎn)速來對其進(jìn)行校核。（1）額定靜載荷校核額定靜載荷系指滾珠絲杠副在靜止或低速下，滾珠與滾道型面在接觸點上產(chǎn)生塑性變形之和為滾珠直徑萬分之一的軸向載荷。滾珠絲杠的額定靜載荷的計算公式： （4.6）式中為靜態(tài)安全系數(shù)，查表5-14選取為32， 已知為1631N 帶入公式計算得: 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其額定靜載荷34158N,滿足設(shè)計要求。（2）臨界轉(zhuǎn)速校核查表的L1=90mm， 縱向最大行程（Z軸）650mm；L1+650=740 取絲杠支承間距L為800mm。絲杠底徑24.3mm，根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速公式：式中f為與支承方法有關(guān)的臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表5-15 此處f取值21

34、.92滿足要求。4.3 伺服電機的選擇和計算 （1）扭矩的計算理論動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 （4.7）理論動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 （4.8）最大動態(tài)摩擦力矩對于3級滾珠絲杠，所以 （4.9）驅(qū)動最大負(fù)載所耗轉(zhuǎn)矩由公式(3.19) （4.10）支承軸承所需啟動扭矩查軸承表：對于20mm的軸承，其對于25mm的軸承，其則 驅(qū)動滾珠絲杠副所需扭矩： 電機的額定扭矩： (2)電機的選擇根據(jù)伺服電機的驅(qū)動原理和以上計算的扭矩及伺服電機選型手冊，選擇交流永磁同步電機型號為SM 130-100-15LFB,其額定轉(zhuǎn)矩為10。5 旋轉(zhuǎn)進(jìn)給系統(tǒng) 5.1 驅(qū)動方式選擇及方案的確定由于在車削蝸桿中要求蝸桿毛坯與蝸輪刀架有固定的旋轉(zhuǎn)比，而

35、且機構(gòu)的工作功率不大，所以本設(shè)計旋轉(zhuǎn)進(jìn)給機構(gòu)通過同步帶傳動與電機聯(lián)接。同步帶傳動通過帶內(nèi)表面等距分布的橫向齒與帶輪上相應(yīng)的齒槽嚙合來傳遞運動。同步帶與摩擦型帶傳動相比沒有相對滑動，能夠保證嚴(yán)格的傳動比。在確定所要加工的一次包絡(luò)蝸桿的參數(shù)，并且使旋轉(zhuǎn)主軸的轉(zhuǎn)速與主傳動軸的轉(zhuǎn)速保持一致之后，只需進(jìn)給系統(tǒng)中蝸桿的主要參數(shù)和蝸桿毛坯的參數(shù)一樣即可，這樣蝸輪刀架和兩側(cè)的蝸桿的嚙合的傳動比一致，并且旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中蝸桿件的轉(zhuǎn)速與主軸相同，不需要減速結(jié)構(gòu)，簡化了機床的結(jié)構(gòu)和加工過程，提高了加工的穩(wěn)定性和蝸桿的加工精度。 由前述一次包絡(luò)蝸桿的特性和對加工精度及工藝的特殊要求，本設(shè)計旋轉(zhuǎn)進(jìn)給系統(tǒng)采用蝸輪蝸桿傳動的形式

36、，即將車刀安裝在回轉(zhuǎn)蝸輪刀架上，回轉(zhuǎn)刀架由普通圓柱蝸桿傳動，蝸輪刀架和蝸桿毛坯做嚙合切削運動。蝸輪蝸桿傳動沖擊載荷比較小，傳動平穩(wěn)，噪聲低，能達(dá)到較高的加工精度。旋轉(zhuǎn)進(jìn)給結(jié)構(gòu)的傳動方案為：電機帶輪傳動蝸桿傳動工作臺。見圖10。圖10 旋轉(zhuǎn)進(jìn)給機構(gòu)傳動系統(tǒng)圖蝸桿傳動作為常用的傳動機構(gòu)有以下幾個特點：（1）傳動比大：在動力傳動中傳動比可達(dá)到580:；在分度機構(gòu)和手動機構(gòu)中可達(dá)300以上；若只傳動動力可達(dá)到1000。同時與其他傳動形式相比，零件數(shù)目比較少，機構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。（2）傳動平穩(wěn)：蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，它與蝸輪的嚙合是逐漸進(jìn)出的連續(xù)嚙合，因此，蝸輪蝸桿傳動沖擊載荷比較小，傳動平穩(wěn)，噪

37、聲低，能達(dá)到較高的加工精度。（3）可以自鎖：當(dāng)蝸桿的螺旋線導(dǎo)程角小于齒輪的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿傳動便可以自鎖。（4）效率比較低、有相對滑動：蝸桿傳動是，當(dāng)齒面上具有較大的滑動速度時，摩擦損失比較大，效率約為0.7-0.8，當(dāng)蝸桿傳動具有自鎖性時，效率僅為0.4。5.2 蝸輪蝸桿的選用與校核（1）蝸輪蝸桿的材料和類型 基于蝸桿傳動的特點，蝸桿、蝸輪的材料首先應(yīng)具有足夠的強度；同時還要有良好的耐磨性。 蝸桿大多數(shù)采用碳鋼或合金鋼制造，高速重載蝸桿還要經(jīng)淬火處理后以提高其表面硬度，增強齒面的耐磨性，一般低速中載的蝸桿可以采用40或45鋼。 蝸輪的常用材料有錫青銅ZcuSn10Pb1，灰鑄鐵及鑄造鋁鐵青

38、銅等。錫青銅價格高耐磨性好，通常用于高速重載的傳動中?；瑒铀俣刃∮?m/s時，可選用鑄造鋁鐵青銅。當(dāng)滑動速度小于2m/s時，可采用灰鑄鐵鐵制作渦輪。考慮到本設(shè)計中要求的蝸桿傳動轉(zhuǎn)速較低，滑動速度也相應(yīng)較小，傳動的力矩不大，故蝸桿材料選用用45號鋼，蝸輪材料用灰鑄鐵（HT200）鑄造。（2）蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸已知要加工的一次包絡(luò)蝸桿的參數(shù)為：模數(shù)為m=4mm，分度圓直徑為40mm，蝸桿頭數(shù)為1頭，則蝸輪蝸桿傳動中蝸桿的主要參數(shù)應(yīng)與其相同，選取參數(shù)如表2。表2 蝸輪蝸桿的基本尺寸名稱符號公式數(shù)值模數(shù)m4mm蝸桿頭數(shù)1蝸桿分度圓直徑40mm蝸桿直徑系數(shù)q10變位系數(shù)20蝸桿軸向齒距12.

39、56mm蝸桿導(dǎo)程12.56mm蝸桿齒頂圓直徑45mm蝸桿齒根圓直徑35mm蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角蝸輪軸向壓力角蝸輪齒數(shù)30蝸輪齒頂高4蝸輪喉圓直徑128蝸輪分度圓直徑120mm蝸輪齒根圓直徑115mm蝸輪外徑132mm蝸輪齒寬取為10mm中心距a80mm蝸輪蝸桿傳動比：5.3 蝸桿傳動的強度校核(1)蝸桿傳動的受力分析在蝸桿傳動中，設(shè)為集中作用在節(jié)點處的法向方向的載荷，可以分解成三個方向互相垂直的分力，即徑向力，圓周力和軸向力。見圖11.圖11 蝸桿傳動的受力分析所以在蝸桿和蝸輪之間存在著相互作用的三個大小相等、方向相反的力，即和，和，和。在不計摩擦影響的情況下，在加工切削蝸桿毛坯時，蝸輪回轉(zhuǎn)刀架

40、所受到的圓周力和切削時的進(jìn)給力相同， 即 其回轉(zhuǎn)力矩： (2)蝸輪齒面疲勞強度校核 參照公式11-133如下： （5.1）當(dāng)量齒數(shù)： （5.2）根據(jù)2=0，ZV2=60，可查表11-19得齒形系數(shù)3，螺旋角系數(shù)： Y=1-/140=0.961 查文獻(xiàn)3表11-8得蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 =48MPa 校核結(jié)果所選齒輪齒根的彎曲強度滿足要求。(3) 蝸桿的剛度校核蝸桿在受力之后如果產(chǎn)生太大的變形，就會在輪齒上產(chǎn)生載荷集中的現(xiàn)象，影響蝸輪和蝸桿的嚙合，所以要對蝸桿進(jìn)行剛度校核。蝸桿的剛度校核主要是校核蝸桿的彎曲剛度，根據(jù)公式11-153，蝸桿的最大撓度計算公式為： （5.3）其中：和分別為蝸桿受到

41、的圓周力和徑向力；E為蝸桿所選材料的彈性模量，這里取鋼的彈性模量為200GPa;I為蝸桿危險截面慣性矩，；為蝸桿的支承跨距，這里??；許用最大撓度，。根據(jù)圖11-17及公式11-103得：； （5.4）。 （5.5）將上述數(shù)據(jù)代入校驗公式得：，遠(yuǎn)小于其最大許用撓度0.04mm，所以校核滿足要求。蝸輪蝸桿軸簡圖見圖12，圖12上圖為蝸輪軸，下圖為蝸桿軸。由于旋轉(zhuǎn)進(jìn)給系統(tǒng)直接影響到蝸桿加工的精度，所以對其系統(tǒng)的軸向和徑向的傳動精度要求較高，本設(shè)計中蝸桿軸和蝸輪軸選用角接觸球軸承，蝸輪軸的兩端軸承型號均為7207AC,蝸桿軸兩端軸承型號分別為：7203AC和7205AC。圖12 蝸輪蝸桿軸簡圖5.4

42、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)功率計算根據(jù)公式，代入得蝸輪功率為： （5.6）本設(shè)計中加工蝸桿毛坯時的主軸轉(zhuǎn)速為，這里取較大值，即式中蝸輪的轉(zhuǎn)速為。則旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的總功率為： 這里取傳動的總效率為0.8。5.5 同步帶傳動的設(shè)計計算 設(shè)計同步帶傳動的設(shè)計計算主要內(nèi)容是：齒形帶的模數(shù)、寬度和齒數(shù)，帶輪的結(jié)構(gòu)及尺寸，帶輪傳動的中心距，作用在軸上的載荷及結(jié)構(gòu)設(shè)計等。同步帶傳動見圖13。圖13 同步帶傳動本設(shè)計選定傳動比為2，大帶輪與旋轉(zhuǎn)主軸聯(lián)接，則小帶輪的轉(zhuǎn)速為 （1）模數(shù)的選取帶輪模數(shù)主要根據(jù)齒形帶傳動的計算功率和小帶輪的最大轉(zhuǎn)速，計算功率計算公式為： （5.7）式中 p齒形帶傳遞功率 工作情況系數(shù)，參照表4-12選取1.

43、62代入得：根據(jù)計算公式和小帶輪轉(zhuǎn)速，參照圖12-13選取L型帶輪，同步帶的基準(zhǔn)寬度為25.4mm，帶輪的節(jié)距為9.5，選擇齒數(shù)為12，其直徑查表12-56得分度園直徑，齒頂圓直徑為，由于傳動比為2，則大帶輪的齒數(shù)為24，其分度圓直徑,齒頂圓直徑為，選取模數(shù)為21(2) 選定中心距 （5.8） ，初次選定為150mm 中心距初選以后，可按下列公式計算帶長 （5.9）則帶的齒數(shù),選取齒數(shù)為80最終確定中心距 （5.10） （3)小帶輪的嚙合齒數(shù) （5.11）當(dāng)時，不小于4，當(dāng)時，不小于6，所以滿足要求。6 主傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計6.1 數(shù)控車床對主軸系統(tǒng)的性能要求 數(shù)控車床的主軸系統(tǒng)就是數(shù)控車床的

44、主傳動系統(tǒng)，是車床的重要組成部分之一，數(shù)控車床主軸運動時車床成形運動之一，也就是一次包絡(luò)蝸桿毛坯件的旋轉(zhuǎn)運動，它的運動精度、轉(zhuǎn)速范圍、傳遞功率和動力特性，決定了蝸桿的加工精度、加工效率和加工工藝能力。數(shù)控車床的主軸系統(tǒng)應(yīng)滿足如下性能要求： （1）主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，從而能夠保證加工時可以選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能。 （2）具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低，以滿足機床的工作性能要求。 （3）主傳動的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗震性和熱穩(wěn)定性，傳動效率高。 （4）操作靈活可靠，維修方便，結(jié)構(gòu)簡單緊湊。6.2 主傳動方式的選擇

45、數(shù)控車床的主軸傳動要求有較大的調(diào)速范圍，以保證加工時可以選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率和加工精度。數(shù)控車床的調(diào)速是按照控制指令自動進(jìn)行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。所以數(shù)控車床通常采用無級變速系統(tǒng)，其主軸主動系統(tǒng)通常有一下幾種方式：（1）調(diào)速電動機直接驅(qū)動主軸傳動方式這種方式由電動機直接帶動主軸旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，這種主傳動方式很好的簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，而且有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸的調(diào)速及轉(zhuǎn)矩特性與電動機的輸出特性一致，電動機發(fā)熱對主軸精度的影響較大。（2）具有變速齒輪的傳動方式一般在大、中型數(shù)控機床中采用這種變速方式。這種傳動方式通過少數(shù)幾對齒輪降速，擴(kuò)大輸

46、出轉(zhuǎn)矩，增大調(diào)速范圍，以滿足主軸對輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機床一般通過齒輪變速形成分段無級變速。當(dāng)有些小型數(shù)控車床要求獲得較大的切削轉(zhuǎn)矩時也可以采用這種傳動方式。（3）通過帶傳動的傳動方式這種傳動主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速要求較高、變速范圍不大的機床。其結(jié)構(gòu)簡單調(diào)試方便，在一定條件下電動機本身的調(diào)速能夠滿足要求，不需要齒輪變速，產(chǎn)生的噪聲和振動較小。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。在機床生常用的是多楔帶和同步齒形帶。由于本車床專用來加工一次包絡(luò)蝸桿，加工時主軸轉(zhuǎn)速不高，對調(diào)速范圍要求較低，所以本設(shè)計采用調(diào)速電動機直接驅(qū)動主軸傳動方式。根據(jù)車床車削所需總功率為2.75KW，則旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的總功率為0.056

47、KW,這里選取電動機型號為：YCJ132，其額定功率為3KW，調(diào)速范圍為,14196r每分鐘，最大輸出扭矩為19106.3 主軸的主要尺寸參數(shù)及組件的選擇設(shè)計 主軸組件的尺寸參數(shù)主要包括：主軸的直徑D；主軸內(nèi)孔直徑d；主軸前端部的懸伸長度a；以及主軸支承跨距L等。確定這些尺寸參數(shù)的一般步驟是：首先依據(jù)機床主電機功率或機床的主參數(shù)來選取D，在滿足主軸本身剛度的情況下下，按照工藝要求確定內(nèi)孔直徑d，根據(jù)主軸總體結(jié)構(gòu)形狀和前支承的結(jié)構(gòu)型式確定懸伸長度a,最后根據(jù)這些參數(shù)來確定L。（1）主軸直徑確定主軸直徑對主軸組件剛度的影響很大，主軸的直徑越大，剛度越高，同時主軸變形和由軸承變形引起的前端位移越小。

48、但主軸直徑越大，與之相配的軸承和軸上其他零件的尺寸等越大，同等級精度軸承要達(dá)到相同的公差則制造越困難，主軸的旋轉(zhuǎn)精度也難保證。同時，加大直徑主軸的極限轉(zhuǎn)速也急劇下降。通常，主軸前軸頸直徑D可根據(jù)主電動機功率和機床種類進(jìn)行初步估計。主軸后端支承軸頸的直徑一般為0.70.8的前軸承直徑，前后軸頸的差值大小越小則主軸的剛度就會越高，質(zhì)量也會越輕，同時工藝性能越好。下表為幾種常見的機床主軸前軸頸的直徑D已知主電機功率=3 KW，機床類型是車床，查表3初選D=70。前軸頸直徑D和主軸后軸頸直徑D的關(guān)系，可根據(jù)下列公式來確定：D=（0.70.8）DD=（0.70.8）D=（0.70.8）70=4956，取

49、D=55。表 3主軸前軸頸直徑D的選擇機床機 床 功 率 （千瓦）1.472.52.63.63.75.55.67.37.4111114.7銑床5085609060957510090105100120車床608070907010595130110145140165外圓磨床509055757080759075100主軸的材料方面，因為主軸的剛度與材料的彈性模量E值密切相關(guān)，而鋼的E值較大（2.110N/cm左右），因此主軸材料首先選用鋼料。同時鋼的彈性模量E和鋼的熱處理方式和種類無關(guān)，普通鋼和合金鋼的彈性模量基本相同。所以根據(jù)此次設(shè)計的機床主軸，考慮到主軸材料的選擇原則，選擇鋼料應(yīng)首先選用性價比較

50、高的中碳鋼（45鋼調(diào)質(zhì)處理），只有在有較大的沖擊和載荷特別重時，才考慮到選用合金鋼。該組合機床用于車削加工，主軸的內(nèi)孔可用來通過棒料或傳動液壓卡盤等，主軸孔徑大小主要受到剛度的限制，該車床主軸內(nèi)孔直徑應(yīng)選取合理，才不致于影響主軸剛度。主軸內(nèi)孔直徑與主軸直徑之比為0.30.5，本設(shè)計中選用0.5 即d=0.5 D=0.555=27.5將其圓整，d最后取為25（2）主軸前后支承軸承的選擇 本課設(shè)計數(shù)控車床要求的轉(zhuǎn)速不高，軸承的徑向和軸向受力不大，前軸承采用兩個角接觸球軸承并列配置，以減少主軸懸伸量和端部變形，后軸承采用深溝球軸承，以承受較大的電機傳動力，主軸的前后直徑分別為70mm和55mm。選取

51、的主軸前支承的兩個角接觸球軸承型號為7211C。其中，d=55，D=100，B=21，r=1.5。再選取主軸后支承的深溝球軸承型號為6214。其中：d=70，D=125，B=24，r=1.8。（3）主軸前端懸伸量和跨度主軸前端懸伸量a是指主軸前端受力作用點到主軸前支承支反力的作用點之間的距離，懸伸長度對主軸組件剛度的影響較大。懸伸長度越短，則主軸組件剛度越好。主軸前端懸伸長度a一般應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選取，為了滿足主軸的剛度要求,應(yīng)盡可能減小懸伸長度a。初算時，可查表4。表4 主軸的懸伸量與直徑之比類 型機 床 和 主 軸 的 類 型a/ D自動車床和短主軸端銑床，通用和精密車床，用滾動軸承支承，適用于普

52、通精度和高精度要求0.61.5較長主軸端和中等長度的車床和銑床，懸伸長度不太長的精密鏜床和內(nèi)圓磨床，用滑動或滾動軸承支承，適用于大部分普通生產(chǎn)的要求1.252.5專用加工細(xì)長深孔的機床，由加工技術(shù)決定其需要有較長的懸伸刀桿或主軸可以移動，由于切削量大而不適用于較高精度要求的機床2.5根據(jù)上表所示，所設(shè)計的車床屬于型，所以選取a/ D為1.252.5，即：a=（1.252.5）D=（1.252.5）70=87.5175取a=100。主軸的支承跨距長度是指主軸前、后支承的支承反力作用點之間的跨距。合理確定主軸的支承跨距，可提高主軸部件的剛度。支承跨距越小，主軸的剛度就越大，彎曲變形也會越小，但是支

53、承產(chǎn)生的變形引起的主軸前端的位移量也會增大；支承跨距大，支承產(chǎn)生的變形引起的主軸前端的位移量減小，但主軸的彎曲變形將增大剛度也會受影響。主軸的支承跨距存在最佳距離，一般可參照下列公式進(jìn)行選擇計算：（1） L=（45）D；（2） L=（35）a，用于懸伸長度較小時；（3） L=（12）a，用于懸伸長度較大時。根據(jù)此次設(shè)計的車床剛性主軸的懸伸長度較小，選取L4a為宜。即此次設(shè)計的車床主軸的合理跨距為L4a=4100=400取L=400。主軸簡圖見圖14。圖14 主軸簡圖（4）主軸的強度校核對于兩邊支承的主軸，若前支承有個雙列滾動軸承或兩個以上滾動軸承，則可將主軸組件簡化為簡支梁，如圖15所示圖15

54、 主軸組件簡化為簡支梁圖16 主軸組件簡化為固定端梁此次設(shè)計的主軸，前支承選用了兩個角接觸球軸承作為支承，即可認(rèn)為主軸在前支承處無彎曲變形，可以簡化成固定端梁，如圖16所示。根據(jù)上述支承方式和簡化結(jié)果，主軸所受的最大彎矩為： （6.1）主軸所受到的扭矩為： （6.2）假定在加工蝸桿時設(shè)計的最低切削速度時主軸轉(zhuǎn)速為100r/min軸的抗彎截面系數(shù)為： （6.3）根據(jù)第三強度理論，則軸的彎扭合成強度為： （6.4）參考表15-13 得知所選軸的許用彎曲應(yīng)力所以強度校核滿足滿足要求根據(jù)上述聯(lián)軸器的選用原則，這里選擇剛性聯(lián)軸器，型號為GYS8,其軸孔直徑為70mm，許用轉(zhuǎn)速為4800r/min，公稱轉(zhuǎn)

55、矩為3150，滿足設(shè)計要求。6.4 主軸組件的潤滑和密封（1）主軸軸承的潤滑方式潤滑的作用是減小溫升，降低主軸部件的摩擦，降低軸承的工作溫度和延長使用期限，并和密封裝置保護(hù)軸承減少受到外物的磨損及腐蝕。在數(shù)控車床上，主要的潤滑方式有：油脂潤滑、油液循環(huán)潤滑、油氣潤滑及油霧潤滑等。潤滑方式的選擇取決于軸承的類型、工作負(fù)荷等因素。滾動軸承一般可以使用潤滑脂或潤滑油潤滑。在速度較低時，用潤滑脂比用潤滑油效果好。所以，本設(shè)計的主軸支承采用潤滑脂的潤滑方式。加潤滑脂時，加入軸承容量的10%即可，油脂過多時會加劇主軸的發(fā)熱。（2）主軸的密封密封在一定程度上也影響著主軸組件的工作性能。機床主軸密封不好，將使?jié)櫥瑒┩饬?，造成浪費，加速零件的磨損，還會嚴(yán)重地影響到工作環(huán)境及機床的外觀。密封是防止?jié)櫥瑒闹鬏S組件及其傳動部件中流失，避免潤滑油的浪費，保護(hù)工作環(huán)境的穩(wěn)定，阻止灰塵、水等雜物從外面進(jìn)入部件，以延長機床的使用壽命。主軸組件的密封可分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式密封是在軸承蓋內(nèi)安置軟的密封材料和主軸直接接觸的密封形式，常用的幾種結(jié)構(gòu)形式有氈圈油封、唇形密封圈、密封環(huán)；非接觸式密封可以避免接觸式中的滑動摩擦，主要結(jié)構(gòu)形式有：隙縫密封、甩油密封和曲路密封。由于本設(shè)計的主軸轉(zhuǎn)速較低，所以選擇結(jié)構(gòu)較為簡單適應(yīng)于低速運動的氈圈密封。橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)也同樣采用這種密封形式。、6.5 控制系統(tǒng)設(shè)計 機