數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【YK2250型全數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機(jī)】
數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【YK2250型全數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機(jī)】,YK2250型全數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機(jī),數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【YK2250型全數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機(jī)】,數(shù)控,銑床,主軸,系統(tǒng),設(shè)計(jì),yk2250,螺旋,齒輪,銑齒機(jī)
摘 要本 文 介 紹 了 YK2250型全數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機(jī)的 一 些 基 本 概 況 , 簡 述 了 機(jī) 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 方 面 的 原 理 和 類 型 , 分 析 了 各 種 傳 動(dòng) 方 案 的 機(jī) 理 。數(shù) 控 銑 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 包 括 了 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) 、 主 軸 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 和 主 軸 組 件 三 部 分 組 成 。 本 文 詳 細(xì) 介 紹 了 數(shù) 控 銑 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 過 程 , 該 數(shù) 控 銑 床 主 軸 變 速 箱 是 靠 齒 輪 進(jìn) 行 傳 動(dòng) 的 , 主 軸 箱 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 采 用 齒 輪 傳 動(dòng) , 傳 動(dòng) 形 式 采 用 集 中 式 傳 動(dòng) , 主 軸 變 速 系 統(tǒng) 采 用 多 聯(lián) 滑 移 齒 輪 變 速 。 齒 輪 傳 動(dòng) 具 有 傳 動(dòng) 效 率 高 , 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 , 工 作 可 靠 、 壽 命 長 ,傳 動(dòng) 比 準(zhǔn) 確 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 文 中 介 紹 了 該 數(shù) 控 銑 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 各 種 傳 動(dòng) 方 案 優(yōu) 缺 點(diǎn) 的 比 較 、 主 傳 動(dòng) 方 案 的 選 擇 和 確 定 、 主 傳 動(dòng) 變 速 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 、 主 軸 組 件 的 設(shè) 計(jì) 、 軸 承 的 選 用 及 潤 滑 、 關(guān) 鍵 零 件 的 校 核 等 設(shè) 計(jì) 過 程 。 關(guān) 鍵 詞 : 數(shù) 控 銑 床 ; 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) ; 主 軸 組 件 ; 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) AbstractThis text introduces the sign type number to control some basic general situations of the miller, Chien says the tool machine lord to spread the principle and types of move the systems, analyzing various mechanism that spreads to move the project.The sign type number controls the miller lord to spread to move the system to include the principal axis electric motor, principal axis to spread to move the system and the principal axis module three partses to constitute.Detailed introduction of this text the sign type number controls the design process that the miller lord spreads to move the system, should the sign type number control the miller principal axis to become soon the box is to is carry on by wheel gear to spread to move of, the principal axis box spreads to move the system adoption wheel gear to spread to move, spreading to move the form adoption concentration type to spread to move, the principal axis become soon many of the system adoption slip to move the wheel gear to become soon.The wheel gear spreads to move to have to spread to move the efficiency high, the structure tightly packed, work credibility, the life span is long, spreading to move than accurate etc. advantage.It introduced the sign type number to control the miller lord to spread to move various comparison, lord that spreads to move the project merit and shortcoming of system to spread in the text the choice and assurance, lords of move the projects spread to move to become soon system of design, bearings of design calculation, the principal axis module choose the control of the school pit, and the principal axis electric motor of use the lubrication, the key spare parts etc. the design process.Key words:CNC milling machine;The lord spreads to move the system;Principal axis module;Principal axis electric motor.目錄摘 要IAbstractII1 數(shù)控加工技術(shù)概論11.1 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念11.2 數(shù)控機(jī)床的組成與分類11.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向31.4 螺旋錐齒輪及螺旋錐齒輪銑齒機(jī)簡介32 數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)52.1 數(shù)控機(jī)床對主傳動(dòng)的要求52.2 數(shù)控銑床主傳動(dòng)的配置方式53 主軸電動(dòng)機(jī)的選取74 主軸組件的設(shè)計(jì)84.1 主軸組件的設(shè)計(jì)要求84.2 主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計(jì)算94.3 主軸傳動(dòng)裝置箱體的作用124.4 主軸箱體的截面形狀和壁厚計(jì)算125 主軸軸承的選擇135.1 軸承的選擇和軸承的精度135.2 軸承預(yù)緊力的要求145.3 主軸軸承的潤滑與密封145.4 軸承壽命校核146 聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計(jì)算166.1 聯(lián)接鍵的選擇166.2 碟形彈簧的選擇與計(jì)算166.3 碟形彈簧材料及熱處理、厚度和脫碳176.4 碟形彈簧的強(qiáng)壓處理、表面強(qiáng)化處理和防腐處理177 螺釘聯(lián)接的設(shè)計(jì)197.1 設(shè)計(jì)要求197.2 計(jì)算結(jié)果及校核19致謝20參考文獻(xiàn)21II1 數(shù)控加工技術(shù)概論1.1 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念1、 數(shù) 控 技 術(shù) 數(shù) 控 技 術(shù) 是 本 世 紀(jì) 中 期 發(fā) 展 起 來 的 機(jī) 床 控 制 技 術(shù) , 是 用 數(shù) 字 信 息 對 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) 和 工 作 過 程 進(jìn) 行 控 制 的 技 術(shù) 。 數(shù) 控 裝 備 是 以 數(shù) 控 技 術(shù) 為 代 表 的 新 技 術(shù) 對 傳 統(tǒng) 制 造 產(chǎn) 業(yè) 和 新 興 制 造 業(yè) 的 滲 透 行 程 的 機(jī) 電 一 體 化 鏟 平 , 即 所 謂 的 數(shù) 字 化 裝 備 。 (1)數(shù) 控 與 數(shù) 控 機(jī) 床 數(shù) 字 控 制 ( Numerical Control, 簡 稱 NC) ,國 家 標(biāo) 準(zhǔn) 定 義 為 : “ 是 用 數(shù) 字 化 信 號(hào) 對 機(jī) 床 的 運(yùn) 動(dòng) 及 其 加 工 過 程 進(jìn) 行 控 制 的 一 種 方 法 ” 。 定 義 中 的 “ 機(jī) 床 ” , 不 僅 指 金 屬 切 削 機(jī) 床 , 還 包 括 其 他 各 類 機(jī) 床 , 如 線 切 割 機(jī) 床 等 。 數(shù) 控 機(jī) 床 ( Numerical Control Machine Tools) 是 技 術(shù) 密 集 度 及 自 動(dòng) 化 程 度 很 高 的 機(jī) 電 一 體 化 加 工 裝 備 。 簡 單 地 說 就 是 采 用 了 數(shù) 控 技 術(shù) 的 機(jī) 床 , 或 者 說 是 裝 備 了 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 機(jī) 床 。 國 際 信 息 處 理 聯(lián) 盟 ( Internaional Federation of Information Proceccing, 簡 稱 IFIP) 第 五 技 術(shù) 委 員 會(huì) 對 數(shù) 控 機(jī) 床 作 了 如 下 定 義 : 數(shù) 控 機(jī) 床 是 一 種 裝 有 程 序 控 制 系 統(tǒng) 的 機(jī) 床 , 該 系 統(tǒng) 能 邏 輯 地 處 理 具 有 特 定 代 碼 和 其 他 符 號(hào) 編 碼 指 令 規(guī) 定 的 程 序 。 ( 2) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 數(shù) 控 系 統(tǒng) ( NC System) 就 是 上 訴 定 義 中 所 指 的 那 種 程 序 控 制 系 統(tǒng) , 它 是 邏 輯 地 處 理 駛 入 到 系 統(tǒng) 中 具 有 特 定 代 碼 的 程 序 , 并 將 其 譯 碼 , 從 而 使 機(jī) 床 運(yùn) 行 并 加 工 零 件 。 數(shù) 控 系 統(tǒng) 在 本 質(zhì) 上 是 一 臺(tái) 計(jì) 算 機(jī) 。 在 硬 件 方 面 , 它 經(jīng) 歷 了 電 子 管 、 晶 體 管 、 小 規(guī) 模 集 成 電 路 、 微 處 理 機(jī) 到 當(dāng) 前 PC結(jié) 構(gòu) 的 五 代 發(fā) 展 ; 在 體 系 結(jié) 構(gòu) 上 , 經(jīng) 歷 了 硬 件 數(shù) 控 系 統(tǒng) ( NC) 、 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 ( CNC) 、 到 目 前 的 PC數(shù) 控 ( PC-NC) 三 個(gè) 階 段 。 12、 數(shù) 控 加 工 數(shù) 控 加 工 技 術(shù) 是 20世 紀(jì) 40年 代 后 期 為 適 應(yīng) 加 工 復(fù) 雜 外 形 零 件 而 發(fā) 展 起 來 的 一 種 自 動(dòng) 化 加 工 技 術(shù) 。 數(shù) 控 加 工 就 是 用 數(shù) 控 機(jī) 床 加 工 零 件 的 方 法 。 數(shù) 控 加 工 是 伴 隨 數(shù) 控 機(jī) 床 的 產(chǎn) 生 、 發(fā) 展 而 逐 步 完 善 起 來 的 一 種 應(yīng) 用 技 術(shù) , 它 是 人 們 長 期 從 事 數(shù) 控 加 工 實(shí) 踐 的 經(jīng) 驗(yàn) 總 結(jié) 。 1.2 數(shù)控機(jī)床的組成與分類1、 數(shù) 控 機(jī) 床 的 組 成 數(shù) 控 機(jī) 床 的 種 類 很 多 , 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 。 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 門 系 統(tǒng) 軟 件 的 專 用 微 型 計(jì) 算 機(jī) 。 伺 服 系 統(tǒng) 伺 服 系 統(tǒng) ( 或 稱 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 。 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 和 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 (Autormatic Tools Changer, 簡 稱 ATC)(6)自 動(dòng) 托 盤 交 換 裝 置 ( Autormatic Pallet Changer, 簡 稱 APC) 機(jī) 床 基 礎(chǔ) 件 或 稱 機(jī) 床 大 件 , 通 常 是 指 床 身 (或 底 座 )、 立 柱 、 滑 座 和 工 作 臺(tái) 等 , 它 是 整 臺(tái) 機(jī) 床 的 基 礎(chǔ) 和 框 架 。 22、 數(shù) 控 機(jī) 床 的 分 類 按 工 藝 用 途 分 按 照 工 藝 的 不 同 , 數(shù) 控 機(jī) 床 可 分 為 數(shù) 控 車 床 、 數(shù) 控 銑 床 、 數(shù) 控 鉆 床 、 數(shù) 控 鏜 床 、 數(shù) 控 齒 輪 加 工 機(jī) 床 、 數(shù) 控 電 火 花 加 工 機(jī) 床 、 數(shù) 控 線 切 割 機(jī) 床 、 數(shù) 控 沖 床 、 數(shù) 控 剪 床 、 數(shù) 控 液 壓 機(jī) 等 各 種 工 藝 用 途 的 數(shù) 控 機(jī) 床 。 按 運(yùn) 動(dòng) 方 式 劃 分 按 運(yùn) 動(dòng) 方 式 即 刀 具 與 工 件 相 對 運(yùn) 動(dòng) 方 式 , 數(shù) 控 機(jī) 床 可 分 為 : 點(diǎn) 位 控 制 、 直 線 控 制 和 輪 廓 控 制 。 按 伺 服 系 統(tǒng) 類 型 劃 分 按 伺 服 系 統(tǒng) 類 型 的 不 同 , 數(shù) 控 機(jī) 床 可 分 為 : 開 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 、 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 和 半 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 時(shí) 空 機(jī) 床 。 開 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 開 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 是 一 種 不 叫 原 始 的 數(shù) 控 機(jī) 床 。 這 類 機(jī) 床 的 數(shù) 控 系 統(tǒng) 將 零 件 的 程 序 處 理 后 , 輸 出 數(shù) 據(jù) 指 令 給 伺 服 系 統(tǒng) , 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) , 沒 有 來 自 位 置 傳 感 器 的 反 饋 信 號(hào) 。 最 典 型 的 系 統(tǒng) 就 是 采 用 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 伺 服 系 統(tǒng) 。 這 類 系 統(tǒng) 的 信 息 流 是 單 向 的 , 即 進(jìn) 給 脈 沖 發(fā) 出 去 以 后 , 實(shí) 際 移 動(dòng) 值 不 再 反 饋 回 來 , 所 以 稱 為 開 環(huán) 控 制 。 這 類 機(jī) 床 較 為 經(jīng) 濟(jì) , 但 加 工 速 度 和 加 工 精 度 較 低 。 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 帶 有 檢 測 裝 置 , 直 接 對 工 作 臺(tái) 的 位 移 量 進(jìn) 行 檢 測 。 這 類 控 制 系 統(tǒng) , 因 為 把 機(jī) 床 工 作 臺(tái) 納 入 位 置 控 制 環(huán) , 故 稱 為 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 。 該 系 統(tǒng) 可 以 消 除 包 括 工 作 臺(tái) 傳 動(dòng) 鏈 在 內(nèi) 的 運(yùn) 動(dòng) 誤 差 , 因 而 定 位 精 度 高 、 調(diào) 節(jié) 速 度 快 。 但 由 于 該 系 統(tǒng) 受 進(jìn) 給 絲 杠 的 拉 壓 剛 度 、 扭 轉(zhuǎn) 剛 度 、 摩 擦 阻 尼 特 性 和 間 隙 等 非 線 性 因 素 的 影 響 , 給 調(diào) 試 工 作 造 成 較 大 的 困 難 。 由 于 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 復(fù) 雜 和 成 本 高 , 故 適 用 于 精 度 要 求 很 高 的 數(shù) 控 機(jī) 床 , 如 精 密 鏜 銑 床 、 超 精 密 數(shù) 控 機(jī) 床 等 。 半 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床 大 多 數(shù) 數(shù) 控 機(jī) 床 是 半 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) , 這 類 系 統(tǒng) 介 于 開 環(huán) 和 閉 環(huán) 之 間 , 精 度 沒 有 閉 環(huán) 高 , 調(diào) 試 卻 比 閉 環(huán) 方 便 , 因 而 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 按 數(shù) 控 機(jī) 床 系 統(tǒng) 的 功 能 水 平 劃 分 按 數(shù) 控 機(jī) 床 系 統(tǒng) 的 功 能 水 平 可 分 為 : 低 檔 、 中 檔 和 高 檔 。 按 控 制 軸 數(shù) 和 聯(lián) 動(dòng) 軸 數(shù) 可 分 為 幾 軸 聯(lián) 動(dòng) 等 多 種 數(shù) 控 機(jī) 床 ; 按 數(shù) 控 機(jī) 床 功 能 多 少 可 分 為 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 機(jī) 床 和 全 功 能 型 數(shù) 控 機(jī) 床 等 。 31.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向1、 數(shù) 控 機(jī) 床 的 特 點(diǎn) 數(shù) 控 機(jī) 床 與 普 通 機(jī) 床 比 較 具 有 以 下 特 點(diǎn) 。 ( 1) 自 動(dòng) 化 程 度 高 。 ( 2) 進(jìn) 給 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 簡 單 。 ( 3) 工 藝 復(fù) 合 化 和 功 能 集 成 化 。 ( 4) 具 有 加 工 復(fù) 雜 形 狀 兩 件 的 能 力 。 ( 5) 具 有 高 度 柔 性 , 適 用 性 強(qiáng) 。 ( 6) 加 工 精 度 高 、 質(zhì) 量 穩(wěn) 定 。 ( 7) 生 產(chǎn) 效 率 高 。 2、 數(shù) 控 機(jī) 床 的 發(fā) 展 方 向 當(dāng) 今 數(shù) 控 機(jī) 床 正 朝 著 以 下 幾 個(gè) 方 向 發(fā) 展 。 ( 1) 高 速 度 、 高 精 度 。 ( 2) 多 功 能 化 。 ( 3) 智 能 化 。 ( 4) 目 前 CAD/CAM圖 形 交 互 式 自 動(dòng) 變 成 已 得 到 較 多 的 應(yīng) 用 , 是 數(shù) 控 技 術(shù) 發(fā) 展 的 新 趨 勢 。 ( 5) 可 靠 性 最 大 化 數(shù) 控 機(jī) 床 的 可 靠 性 一 直 是 用 戶 最 關(guān) 心 的 主 要 指 標(biāo) 。 ( 6) 控 制 系 統(tǒng) 小 型 化 和 時(shí) 空 系 統(tǒng) 小 型 化 便 于 將 機(jī) 、 電 裝 置 結(jié) 合 為 一 體 。 41.4 螺旋錐齒輪及螺旋錐齒輪銑齒機(jī)簡介螺 旋 錐 齒 輪 是 機(jī) 械 傳 動(dòng) 實(shí) 現(xiàn) 相 交 軸 運(yùn) 動(dòng) 傳 遞 的 基 礎(chǔ) 元 件 , 它 具 有 重 合 度 大 、 傳 動(dòng) 平 穩(wěn) 、 噪 音 小 , 承 載 能 力 高 等 優(yōu) 點(diǎn) , 被 廣 泛 應(yīng) 用 于 各 種 機(jī) 器 設(shè) 備 中 , 是 目 前 汽 車 、 飛 機(jī) 等 高 精 高 速 重 載 設(shè) 備 的 主 傳 動(dòng) 元 件 。 在 齒 輪 加 工 行 業(yè) 屬 于 一 個(gè) 加 工 難 點(diǎn) , 加 工 過 程 中 對 機(jī) 床 調(diào) 整 的 要 求 很 高 。 因 此 對 螺 旋 錐 齒 輪 的 數(shù) 控 加 工 技 術(shù) 的 研 究 成 為 螺 旋 錐 齒 輪 加 工 行 業(yè) 的 一 個(gè) 重 點(diǎn) 。 1、 螺 旋 錐 齒 輪 銑 齒 展 成 原 理 螺 旋 錐 齒 輪 銑 齒 原 理 如 圖 1.l所 示 : 機(jī) 床 上 的 搖 臺(tái) 機(jī) 構(gòu) 模 擬 一 個(gè) 假 想 的 齒 輪 , 安 裝 在 搖 臺(tái) 上 的 銑 刀 盤 旋 轉(zhuǎn) 形 成 切 削 面 相 當(dāng) 于 假 想 齒 輪 的 一 個(gè) 齒 面 。 當(dāng) 被 加 工 齒 輪 毛 坯 與 假 想 齒 輪 按 照 一 定 的 傳 動(dòng) 比 繞 各 自 的 軸 線 一 同 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) , 銑 刀 盤 就 在 齒 輪 毛 坯 上 切 出 一 個(gè) 齒 槽 。 然 后 搖 臺(tái) 反 轉(zhuǎn) 到 初 始 位 置 , 工 件 箱 隨 床 鞍 一 起 后 退 , 同 時(shí) 被 加 工 齒 輪 轉(zhuǎn) 過 一 定 的 分 齒 角 度 , 進(jìn) 入 下 一 個(gè) 切 齒 循 環(huán) 。 反 復(fù) 進(jìn) 行 即 可 完 成 整 個(gè) 齒 輪 的 加 工 。 這 種 加 工 方 法 稱 為 展 成 法 , 搖 臺(tái) 所 代 表 的 假 想 齒 輪 稱 為 產(chǎn) 形 輪 。 圖 1.1 螺旋錐齒輪加工原理圖2、 數(shù) 控 螺 旋 錐 齒 輪 銑 齒 機(jī) 簡 介 數(shù) 控 螺 旋 錐 齒 輪 銑 齒 機(jī) 是 一 種 涉 及 多 學(xué) 科 ( 自 動(dòng) 控 制 、 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 、 數(shù) 學(xué) 、 齒 輪 嚙 合 理 論 、 信 息 化 與 智 能 化 技 術(shù) 、 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 與 制 造 等 ) 的 高 科 技 產(chǎn) 品 , 技 術(shù) 難 度 大 , 科 技 含 量 高 , 目 前 世 界 上 只 有 美 國 、 德 國 兩 個(gè) 國 家 能 夠 完 全 獨(dú) 立 生 產(chǎn) 。 2 數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)本 文 設(shè) 計(jì) 的 是 YK2250型 全 數(shù) 控 螺 旋 錐 齒 輪 銑 齒 機(jī) 的 主 軸 系 統(tǒng) , 為 方 便 描 述 , 下 文 統(tǒng) 一 稱 數(shù) 控 銑 床 。 數(shù) 控 機(jī) 床 的 主 軸 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 單 , 這 是 因 為 變 速 功 能 全 部 或 大 部 分 由 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) 的 無 級(jí) 調(diào) 速 來 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 級(jí) 變 速 的 范 圍 。 本 文 設(shè) 計(jì) 的 主 軸 系 統(tǒng) 就 屬 于 這 樣 類 型 。 2.1 數(shù)控機(jī)床對主傳動(dòng)的要求1. 范 圍 : 各 種 不 同 的 機(jī) 床 對 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 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 要 求 的 重 要 指 標(biāo) 。 3. 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 載 荷 , 低 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) 條 件 下 , 測 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 量 上 述 兩 項(xiàng) 精 度 稱 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 主 軸 組 件 的 靜 剛 度 和 抗 振 性 都 會(huì) 產(chǎn) 生 影 響 。 5. 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 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 滑 。 62.2 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 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 少 數(shù) 幾 對 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 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 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 帶 輪 與 輪 齒 相 嵌 合 , 做 無 滑 動(dòng) 的 嚙 合 傳 動(dòng) 。 帶 內(nèi) 采 用 了 承 載 后 無 彈 性 伸 長 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 相 對 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 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 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 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 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 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) 。 73 主軸電動(dòng)機(jī)的選取正 確 選 擇 電 動(dòng) 機(jī) 的 類 型 、 型 號(hào) 及 容 量 是 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 的 重 要 問 題 之 一 , 它 直 接 影 響 著 機(jī) 床 的 結(jié) 構(gòu) 和 壽 命 , 選 擇 時(shí) 要 根 據(jù) 機(jī) 床 的 功 能 要 求 , 所 設(shè) 計(jì) 的 結(jié) 構(gòu) , 工 作 狀 況 等 全 面 考 慮 , 然 后 選 擇 適 宜 的 結(jié) 構(gòu) 型 式 及 容 量 。 圖3.1 主軸電動(dòng)機(jī)電 動(dòng) 機(jī) 功 率 的 選 擇 , 工 作 機(jī) 所 需 的 有 效 功 率 為 : Pw=Fv/1000=17.5kw8,為 了 計(jì) 算 電 動(dòng) 機(jī) 所 需 的 功 率 , 先 要 確 定 從 電 動(dòng) 機(jī) 到 工 作 部 件 的 總 效 率 , 設(shè) 1、 2、 分 別 為 同 步 帶 輪 和 同 步 帶 的 傳 動(dòng) 效 率 , 查 表 所 得 1和 2都 等 于 0.97。 則 傳 動(dòng) 的 總 效 率 為 = 1 2=0.948, 所 以 電 動(dòng) 機(jī) 所 需 的 功 率 為 Pd=Pw/ =18.5KW8電 動(dòng) 機(jī) 傳 速 的 選 擇 :此 次 設(shè) 計(jì) 要 求 電 動(dòng) 機(jī) 必 須 有 額 定 轉(zhuǎn) 速 1500r/min,最 高 轉(zhuǎn) 速 必 須 達(dá) 到 4000r/min。 電 動(dòng) 機(jī) 型 號(hào) 的 選 取 : 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 , 本 次 設(shè) 計(jì) 中 選 取 蘭 州 電 機(jī) 廠 生 產(chǎn) 的 1PH5167-4CF4型 號(hào) 交 流 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) 。 其 主 要 參 數(shù) 如 下 表 : 表 3-1 1PH5167-4CF4型 號(hào) 交 流 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) 的 主 要 參 數(shù) 9額 定 轉(zhuǎn) 速 ( r/min) 最 高 轉(zhuǎn) 速 (r/min)額 定 轉(zhuǎn) 矩 慣 性 矩 (N.M)電 機(jī) 功 率 (KW)恒 功 率 范 圍 15006000117.70.04618.51:904 主軸組件的設(shè)計(jì)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 為 主 軸 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 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 。 4.1 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 速 度 為 零 的 點(diǎn) 的 連 線 稱 為 主 軸 的 得 回 轉(zhuǎn) 中 心 線 。 回 轉(zhuǎn) 中 心 線 的 空 間 位 置 , 每 一 瞬 間 都 是 變 化 的 , 這 些 瞬 間 回 轉(zhuǎn) 中 心 線 的 平 均 空 單 位 轉(zhuǎn) 移 不 為 理 想 回 轉(zhuǎn) 中 心 線 。 瞬 時(shí) 回 轉(zhuǎn) 中 心 線 相 對 于 理 想 回 轉(zhuǎn) 中 心 線 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 。 主 軸 回 轉(zhuǎn) 精 度 的 測 量 , 一 般 分 為 三 種 靜 態(tài) 測 量 、 動(dòng) 態(tài) 測 量 和 間 接 測 量 。 目 前 我 國 在 生 產(chǎn) 中 沿 著 傳 統(tǒng) 的 靜 態(tài) 測 量 法 , 用 一 個(gè) 精 密 的 檢 測 棒 插 入 主 軸 錐 孔 中 千 分 表 觸 頭 觸 及 檢 測 棒 圓 柱 表 面 , 以 低 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) 主 軸 進(jìn) 行 測 量 。 千 分 表 最 大 和 最 小 的 讀 數(shù) 差 既 認(rèn) 為 是 主 軸 的 徑 向 回 轉(zhuǎn) 誤 差 。 端 面 誤 差 一 般 以 包 括 主 軸 所 在 平 面 內(nèi) 的 直 角 坐 標(biāo) 系 的 垂 直 度 , 數(shù) 據(jù) 綜 合 表 示 。 動(dòng) 態(tài) 測 量 是 用 一 標(biāo) 準(zhǔn) 球 裝 在 主 軸 中 心 線 上 , 與 主 軸 中 心 線 上 , 與 主 軸 同 時(shí) 旋 轉(zhuǎn) ; 在 主 軸 同 時(shí) 旋 轉(zhuǎn) ; 在 工 作 臺(tái) 上 安 裝 兩 個(gè) 互 成 90度 角 的 非 接 觸 傳 感 器 , 通 過 儀 器 記 錄 回 轉(zhuǎn) 情 況 。 間 接 測 量 是 用 小 的 切 削 量 用 小 的 切 削 量 回 工 有 色 金 屬 試 件 , 然 后 在 圓 度 儀 上 測 量 試 件 的 圓 度 來 評 價(jià) 。 出 廠 時(shí) , 普 通 級(jí) 加 工 中 心 的 回 轉(zhuǎn) 精 度 用 靜 態(tài) 測 量 法 測 量 , 當(dāng) L=300mm時(shí) 允 許 誤 差 應(yīng) 小 于 0.02 。 造 成 主 軸 回 轉(zhuǎn) 誤 差 的 原 因 主 要 是 由 于 主 軸 的 結(jié) 構(gòu) 及 其 加 工 精 度 、 主 軸 軸 承 的 選 用 及 剛 度 等 , 而 主 軸 及 其 回 轉(zhuǎn) 零 件 的 不 平 衡 , 在 回 轉(zhuǎn) 時(shí) 引 起 的 激 振 力 , 也 會(huì) 造 成 主 軸 的 回 轉(zhuǎn) 誤 差 。 因 此 加 工 中 心 的 主 軸 不 平 衡 量 要 控 制 在 0.4 /s以 下 。 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 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 型 及 配 置 形 勢 、 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 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 和 機(jī) 床 其 他 件 的 相 對 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 高 而 改 變 已 調(diào) 好 的 間 隙 和 破 壞 正 常 潤 滑 條 件 , 影 響 軸 承 的 正 常 工 作 。 嚴(yán) 重 時(shí) 甚 至 會(huì) 發(fā) 生 : “ 抱 軸 ” 。 數(shù) 控 機(jī) 床 在 解 決 溫 升 問 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 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 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 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 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 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 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 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 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 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 源 ; ( 5) 對 于 非 連 續(xù) 切 削 過 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 滑 條 件 。 如 進(jìn) 行 箱 外 循 環(huán) 潤 滑 , 用 低 粘 度 的 潤 滑 油 、 油 霧 潤 滑 等 , 特 別 注 意 前 軸 承 的 潤 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 的 裝 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 等 。 4.2 主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計(jì)算4.1 主 軸 主 軸 ( 圖 4.1) 是 主 軸 組 件 的 重 要 組 成 部 分 , 它 的 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 和 形 狀 、 制 造 精 度 、 材 料 、 及 其 熱 處 理 , 對 主 軸 組 件 的 工 作 性 能 都 有 很 大 的 影 響 。 主 軸 結(jié) 構(gòu) 隨 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 要 求 的 不 同 而 有 各 種 形 式 。 主 軸 的 主 要 尺 寸 參 數(shù) 包 括 : 主 軸 直 徑 、 內(nèi) 孔 直 徑 、 懸 伸 長 度 和 支 撐 跨 距 。 評 價(jià) 和 考 慮 主 軸 的 主 要 尺 寸 參 數(shù) 的 依 據(jù) 使 主 軸 的 剛 度 、 結(jié) 構(gòu) 工 藝 性 和 主 軸 組 件 的 工 藝 適 應(yīng) 范 圍 。 1. 主 軸 直 徑 主 軸 直 徑 越 大 , 其 剛 度 越 高 , 但 使 得 軸 承 和 軸 上 其 他 零 件 的 尺 寸 相 應(yīng) 增 大 。 軸 承 的 直 徑 越 大 , 同 等 級(jí) 精 度 軸 承 的 公 差 值 也 越 大 , 要 保 證 主 軸 的 旋 轉(zhuǎn) 精 度 就 越 困 難 。 同 時(shí) 極 限 轉(zhuǎn) 數(shù) 下 降 。 主 軸 后 端 支 撐 軸 頸 的 直 徑 可 視 為 0.7 0.8的 前 支 承 軸 頸 值 , 實(shí) 際 尺 寸 要 在 主 軸 組 件 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 時(shí) 確 定 。 前 、 后 軸 頸 的 差 值 越 小 則 主 軸 的 剛 度 越 高 , 工 藝 性 能 也 越 好 。 2. 主 軸 內(nèi) 孔 直 徑 主 軸 的 內(nèi) 孔 用 來 安 放 棒 料 、 刀 具 夾 緊 裝 置 固 定 刀 具 、 傳 動(dòng) 氣 動(dòng) 或 液 動(dòng) 卡 盤 等 。 主 軸 孔 徑 越 大 , 可 通 過 的 棒 料 直 徑 也 越 大 , 機(jī) 床 的 適 用 范 圍 就 越 廣 , 同 時(shí) 主 軸 部 件 的 相 對 重 量 也 越 輕 。 主 軸 孔 徑 的 大 小 主 要 受 主 軸 剛 度 的 制 約 。 主 軸 的 孔 徑 與 主 軸 的 直 徑 之 比 , 小 于 0.3時(shí) 空 心 主 軸 的 剛 度 幾 乎 與 實(shí) 心 主 軸 的 剛 度 相 當(dāng) ; 等 于 0.35時(shí) , 空 心 主 軸 的 剛 度 為 實(shí) 心 主 軸 剛 度 的 90%; 大 于 0.7時(shí) 空 心 主 軸 的 剛 度 急 劇 下 降 。 一 般 可 取 其 比 值 為 0.5左 右 。 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 , 此 設(shè) 計(jì) 選 用 的 主 軸 材 料 是 45號(hào) 鋼 。 其 熱 處 理 及 參 數(shù) 如 表 4.1所 示 。 表 4.1 45號(hào) 鋼 熱 處 理 參 數(shù) 13材 料 熱 處 理 硬 度 ( HBS) 抗 拉 強(qiáng) 度 極 限 屈 服 強(qiáng) 度 極 限 s彎 曲 疲 勞 極 限 -1剪 切 疲 勞 極 限 -1許 用 彎 曲 應(yīng) 力 -145調(diào) 質(zhì) 、 滲 氮 217 25564035530015560因 為 選 用 的 主 軸 電 機(jī) 功 率 為 P=18.5KW, 額 定 轉(zhuǎn) 速 nc=1500r/min所 以 主 軸 功 率 p=pc/ 1 2 3=9.67 kw (式 4.1)因 為 主 軸 是 空 心 轉(zhuǎn) 軸 , 所 以 d1=21.68 . ( 式 4.2) 查 表 得 =1.23 所 以 d1=21.68 1.2321.23=56.6 又 因 為 此 處 軸 上 有 一 個(gè) 鍵 槽 , 所 以 d1=d (1+5%)=59.45 取 d1=60 ;d2=d1+2a,a為 軸 肩 高 度 , 用 于 軸 上 零 件 的 定 位 和 固 定 , 故 a值 應(yīng) 該 稍 微 大 于 轂 孔 的 圓 角 半 徑 或 倒 角 深 , 通 常 取 a ( 0.07 0.1) d1; d2應(yīng) 符 合 密 封 件 的 孔 徑 要 求 。 所 以 d2=63mmd3=d2+5 8mm=72mm。 d4=d3+1 5mm=74mm。 d5=d4+1 5mm=78mm。 d6=d5+2a。 a (0.07 0.1)d1 所 以 d6=80mm。 根 據(jù) 選 用 的 軸 承 確 定 d7=98mm主 軸 的 疲 勞 強(qiáng) 度 安 全 系 數(shù) 校 核 , 危 險(xiǎn) 截 面 安 全 系 數(shù) s的 校 核 計(jì) 算 : s= s ( 式 4.3) 只 考 慮 彎 距 作 用 的 安 全 系 數(shù) ; s 只 考 慮 扭 距 作 用 是 的 安 全 系 數(shù) ; s 許 用 安 全 系 數(shù) ; 14在 此 查 表 所 得 s=1.3 1.5; s = 查 表 得 出 -1=270Mpa -1=155Mpa k =1.71 k =1.44 =1.6 =0.78 =0.74, =0.3, =0.21, =, m= M= Wp= 所 以 : s=1.08s=1.3 1.5 所 以 主 軸 設(shè) 計(jì) 符 合 要 求 。 3. 主 軸 的 軸 端 結(jié) 構(gòu) 主 軸 的 軸 端 是 用 于 安 裝 夾 具 和 刀 具 。 要 求 夾 具 和 刀 具 在 軸 端 定 位 精 度 高 、 定 位 好 、 裝 卸 方 便 , 同 時(shí) 使 主 軸 的 懸 伸 長 度 短 。 數(shù) 控 銑 床 的 主 軸 端 部 結(jié) 構(gòu) , 一 般 采 用 短 圓 錐 法 蘭 盤 式 。 4. 軸 主 要 精 度 指 標(biāo) 前 支 承 軸 承 軸 頸 得 同 軸 度 約 為 5 m左 右 ; 軸 承 軸 頸 需 要 按 軸 承 內(nèi) 孔 “ 實(shí) 際 尺 寸 ” 配 合 , 并 且 需 要 保 證 配 合 過 盈 1 m 5 m; 錐 孔 與 軸 承 軸 頸 得 同 軸 度 為 3 m 5 m, 與 錐 面 的 接 觸 面 積 不 小 于 80%, 且 大 端 接 觸 較 好 ; 裝 圓 柱 滾 子 軸 承 與 軸 承 內(nèi) 圈 的 接 觸 面 積 應(yīng) 該 不 小 于 85%。 5. 主 軸 動(dòng) 態(tài) 特 性 的 改 善 改 善 主 軸 動(dòng) 態(tài) 特 性 的 措 施 有 以 下 幾 個(gè) 方 面 : ( 1) 使 主 軸 組 件 的 固 有 頻 率 避 開 激 振 力 的 頻 率 通 常 應(yīng) 該 使 固 有 頻 率 高 于 激 振 力 頻 率 的 30%以 上 。 如 果 發(fā) 生 共 振 的 那 階 模 態(tài) 屬 于 主 軸 在 彈 性 基 礎(chǔ) 上 ( 軸 承 ) 的 剛 度 振 動(dòng) 則 應(yīng) 提 高 軸 承 的 剛 度 。 如 果 屬 于 主 軸 的 彎 曲 振 動(dòng) , 則 應(yīng) 提 高 主 軸 的 剛 度 , 如 加 粗 直 徑 。 激 振 力 可 能 來 自 主 軸 組 件 的 不 平 衡 , 這 時(shí) 激 振 頻 率 等 于 主 軸 轉(zhuǎn) 速 乘 以 /30。 也 可 能 來 自 斷 續(xù) 切 削 , 這 時(shí) 激 振 頻 率 還 應(yīng) 該 乘 以 刀 齒 數(shù) z。 ( 2) 增 大 阻 尼 如 前 面 所 述 , 低 階 模 態(tài) 常 是 主 軸 的 剛 體 振 動(dòng) 。 這 時(shí) 主 軸 軸 承 , 特 別 是 前 軸 承 的 阻 尼 對 主 軸 組 件 的 抗 振 性 影 響 很 大 。 如 果 要 求 得 到 很 光 的 加 工 表 面 , 主 軸 又 是 水 平 的 , 可 用 滑 動(dòng) 軸 承 。 滾 動(dòng) 軸 承 適 當(dāng) 預(yù) 緊 可 以 增 大 阻 尼 , 但 過 大 的 預(yù) 緊 反 而 使 阻 尼 減 少 , 故 選 擇 預(yù) 緊
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編號(hào):21037520
類型:共享資源
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上傳時(shí)間:2021-04-22
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YK2250型全數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機(jī)
數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【YK2250型全數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機(jī)】
數(shù)控
銑床
主軸
系統(tǒng)
設(shè)計(jì)
yk2250
螺旋
齒輪
銑齒機(jī)
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數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【YK2250型全數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機(jī)】,YK2250型全數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機(jī),數(shù)控銑床主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【YK2250型全數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機(jī)】,數(shù)控,銑床,主軸,系統(tǒng),設(shè)計(jì),yk2250,螺旋,齒輪,銑齒機(jī)
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