資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本 科 畢 業(yè) 論 文 XK100立式數(shù)控銑床主軸部件設(shè)計(jì) XK100 vertical CNC milling machine spindle components of the design 學(xué)院名稱： 江蘇大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： X X 指導(dǎo)教師姓名： XXX 指導(dǎo)教師職稱： XXX 2013年 4月 XK100立式數(shù)控銑床主軸部件設(shè)計(jì) 摘 要 隨著制造業(yè)的發(fā)展，高速度、高效率、高精度和高剛度已經(jīng)成為當(dāng)今機(jī)床發(fā)展的主要方向。為了滿足當(dāng)前機(jī)床市場(chǎng)的需要，銑床已經(jīng)成為了當(dāng)今機(jī)械行業(yè)一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，特別是在工業(yè)制造，加工過程中有著舉足輕重的地位。在各式各樣的機(jī)床中，立式銑床有著獨(dú)特的加工對(duì)象。主要是對(duì)大型的平面、溝槽等進(jìn)行銑削。在對(duì)銑床的研究中達(dá)到了一定的水平，從而銑床的主軸部件的研究在一定程度上也達(dá)到了空前的規(guī)模。通過以往的加工經(jīng)驗(yàn)可以對(duì)主軸部件的研究在一定程度上有所改進(jìn)，銑床主軸是靠齒輪進(jìn)行傳動(dòng)的。銑床主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方式有多種多樣，每種機(jī)床銑頭的形式都不盡相同。主軸的傳動(dòng)方式也是多種多樣，立銑頭主軸傳動(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(zhǎng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，齒輪機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于傳遞空間任意兩軸或多軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力?，F(xiàn)在的工業(yè)發(fā)展對(duì)銑削有了更加苛刻的要求，高精度、高速度、高效率、復(fù)合型、智能型等是今后發(fā)展的主要趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞：銑床；齒輪傳動(dòng)；傳動(dòng)系統(tǒng)圖；主軸部件 Abstract with the development of manufacturing industry, high speed, high efficiency, high precision and high stiffness has become the main direction of the development of machine tool. In order to meet the needs of market of machine tools, milling machine has become an important development trend of modern mechanical industry, especially in the industrial manufacturing, has play a decisive role in the process of the position. In every kind of machine, vertical milling machine has a processing object is unique. Mainly for milling of large plane, such as grooves. Reached a certain level in the study of milling machine, milling machine of spindle unit and to a certain extent has reached an unprecedented scale. By processing the past experience of the spindle can be improved to a certain extent, milling machine spindle on gear transmission. Rotating spindle are varied, each machine milling head forms are not the same. Drive shaft is various, the vertical driving system of milling head spindle adopts gear transmission, the transmission using centralized form of transmission, system using multiple spindle speed sliding gear transmission. Gear transmission with high efficiency, compact structure, reliable work, long service life, the transmission ratio accurate, gear mechanism is the most widely used transmission mechanism of modern machinery, for the transfer of any two or more between the axis of motion and power. Now the industrial development has a more rigorous requirements for milling, high accuracy, high speed, high efficiency, complex, intelligent, is the main trend in the future. Keywords: milling machine; gear transmission; transmission system; spindle 目 錄 第一章 緒論 6 1.1 數(shù)控銑床的組成 6 1.2 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu) 6 1.3 銑床其主要組成部分 7 第二章 數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng) 8 2.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)的要求 8 2.2 數(shù)控銑床主傳動(dòng)的配置方式 8 第三章 主軸電動(dòng)機(jī)的選取 11 第四章 主軸組件的設(shè)計(jì) 12 4.1 主軸組件的設(shè)計(jì)要求 12 4.2 主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計(jì)算 14 4.3 主軸傳動(dòng)裝置箱體的作用 18 4.4 主軸箱體的截面形狀和壁厚計(jì)算 18 第五章 主軸軸承的選擇 19 5.1 軸承的選擇和軸承的精度 19 5.2 軸承預(yù)緊力的要求 20 5.3 主軸軸承的潤(rùn)滑與密封 20 5.4 軸承壽命校核 22 第六章 聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計(jì)算 24 6.1聯(lián)接鍵的選擇 24 6.2碟形彈簧的選擇與計(jì)算 24 6.3碟形彈簧材料及熱處理、厚度和脫碳 25 6.4碟形彈簧的強(qiáng)壓處理、表面強(qiáng)化處理和防腐處理 25 第七章 螺釘聯(lián)接的設(shè)計(jì) 27 第八章 液壓缸與密封件的設(shè)計(jì) 29 8.1液壓缸安裝時(shí)應(yīng)注意的問題 29 8.2液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)及主要尺寸的確定 30 8.3強(qiáng)度校核 30 8.4密封件的作用及其意義 31 8.5密封的分類及密封件的材料要求 31 8.6防塵圈設(shè)計(jì)要求 32 結(jié)論 33 致謝 34 參考文獻(xiàn) 35 附錄：外文翻譯 36 第一章 緒論 1.1 數(shù)控銑床的組成 數(shù)控銑床由床身、立柱、主軸箱、工作臺(tái)、滑鞍、滾珠絲杠、伺服電機(jī)、伺服裝置、數(shù)控系統(tǒng)等組成。 床身用于支撐和連接機(jī)床各部件。主軸箱用于安裝主軸。主軸下端用于安裝銑刀。當(dāng)主軸箱內(nèi)的主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)銑刀能夠切削工件。主軸箱還可沿立柱上的導(dǎo)軌在Z向移動(dòng)使刀具上升或下降。工作臺(tái)用于安裝工件或夾具。工作臺(tái)可沿滑鞍上的導(dǎo)軌在X向移動(dòng)?；翱裳卮采砩系膶?dǎo)軌在Y向移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)工件在X和Y向的移動(dòng)。無論是X、Y向還是Z向的移動(dòng)都是靠伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)。伺服裝置用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。控制器用于輸入零件加工程序和控制機(jī)床工作狀態(tài)?？刂齐娫从糜谙蛩欧b置和控制器供電。 1.2 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu) 圖1.1 圖1.1所示為立式升降臺(tái)銑床。立式升降臺(tái)銑床，它是銑床中應(yīng)用最多的一種。這類銑床與臥式升降臺(tái)銑床的主要區(qū)別，在于他的主軸是垂直安置的，可用各種端銑刀或立銑刀加工平面、斜面、溝槽、臺(tái)階、齒輪、凸輪以及封閉輪廓表面等。圖1為立式升降臺(tái)銑床中常見的一種。其工作臺(tái)3、床鞍4、及升降臺(tái)5的結(jié)構(gòu)與臥式升降臺(tái)銑床相同。立銑頭1可以根據(jù)加工要求在垂直平面內(nèi)調(diào)整角度，主軸2并可沿軸線方向進(jìn)行調(diào)整或作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 綜上所述，升降臺(tái)式銑床的優(yōu)點(diǎn)是工藝范圍較廣泛，工作時(shí)切削加工的高低位置不變，有利于操作者的觀察加工情況，且機(jī)床的操縱手柄較集中，便于調(diào)整及操縱。其缺點(diǎn)是工作臺(tái)支承在成懸臂狀態(tài)的升降臺(tái)上，且層次多，因而剛性較差，不適合進(jìn)行重型切削及加工大型工件。 1.3 銑床其主要組成部分 1、銑頭 立銑頭安裝于臥式銑床主軸端，由銑床主軸以傳動(dòng)比i=1驅(qū)動(dòng)立銑頭主軸回轉(zhuǎn)，使臥式銑床起立式銑床的功用，從而擴(kuò)大了臥式銑床的工藝范圍。立銑頭主軸在垂直平面內(nèi)最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度為±45°，其轉(zhuǎn)速與銑床主軸轉(zhuǎn)速相同。 2、主軸 它是一根空心的階梯軸，前端內(nèi)部有錐度為7：24的錐孔，用來安裝銑刀刀桿。 3、工作臺(tái) 它可沿轉(zhuǎn)臺(tái)上面的燕尾導(dǎo)軌移動(dòng)，帶動(dòng)安裝在工作臺(tái)上的工件縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 4、 床鞍 它用來固定和支撐銑床上所有部件。其內(nèi)部安裝主軸、主軸變速箱、電器設(shè)備及潤(rùn)滑油泵等部件。 5、升降臺(tái) 它可沿床身的垂直導(dǎo)軌移動(dòng)，以調(diào)解工作臺(tái)臺(tái)面到主軸之間的距離，或者作垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在升降臺(tái)的內(nèi)部裝有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)。 第二章 數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng) XK100立式數(shù)控銑床的主傳動(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。 2.1 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)。 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(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。 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(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。[6] 2.2 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(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(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)。[4] 第三章 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=17.5kw[1],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η，設(shè)η1、η2、分別為同步帶輪和同步帶的傳動(dòng)效率，查表所得η1和η2都等于0.97。則傳動(dòng)的總效率為η=η1×η2=0.94[1]， 所以電動(dòng)機(jī)所需的功率為Pd=Pw/η=18.5KW[1] 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?。焊鶕?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： 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 1500 6000 117.7 0.046 18.5 1:90 表3-1 1PH5167-4CF4型號(hào)交流主軸電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)[11] 第四章 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?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。 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?；剞D(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(duì)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(cè)量，一般分為三種靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量和間接測(cè)量。目前我國在生產(chǎn)中沿著傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量法，用一個(gè)精密的檢測(cè)棒插入主軸錐孔中千分表觸頭觸及檢測(cè)棒圓柱表面，以低速轉(zhuǎn)動(dòng)主軸進(jìn)行測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量試件的圓度來評(píng)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(cè)量法測(cè)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(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(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(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)減少強(qiáng)迫振動(dòng)源； （5）對(duì)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(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、精加工分開等。 4.2 主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計(jì)算 圖4-1主軸 主軸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(duì)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(zhǎng)度和支撐跨距。評(píng)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(duì)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)如下表 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σs 彎曲疲勞極限σ-1 剪切疲勞極限τ-1 許用彎曲應(yīng)力[σ-1] 45 調(diào)質(zhì)、滲氮 217～255 640 355 300 155 60 因?yàn)檫x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/η1η2η3==9.67 kw (式5-1) 因?yàn)橹鬏S是空心轉(zhuǎn)軸，所以 d1=21.68 ×. （式5-2） 查表得=1.23 所以d1=21.68×1.2321.23=56.6㎜ 又因?yàn)榇颂庉S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=63mm d3=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5-3） —只考慮彎距作用的安全系數(shù)； sτ—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；sσ= 查表得出σ-1=270Mpa τ-1=155Mpa kσ=1.71 kτ=1.44 β=1.6 εσ=0.78 ετ=0.74， ψσ=0.3，ψτ=0.21，σα=， σm=σα M= Wp= 所以：s==1.08<[s]=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(zhǎng)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5μm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1μm～5μm；錐孔與軸承軸頸得同軸度為3μm～5μm，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π/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(duì)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)緊時(shí)還應(yīng)該考慮阻尼的因素。 （3）采用三支承 如主軸后端懸深很長(zhǎng)，可增加輔助支承，成為三支承主軸。輔助支承可用深溝球軸承，保留游動(dòng)間隙。輔助支承的作用，與其說是提高剛度，不如說是為了提高抗振性。[12] 4.3 主軸傳動(dòng)裝置箱體的作用 通過傳動(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。 4.4 主軸箱體的截面形狀和壁厚計(jì)算 傳動(dòng)裝置箱體的典型縱截面形狀為矩形或圓形。箱體壁厚N的計(jì)算: N=[14] （式5-4） 第五章 主軸軸承的選擇 主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機(jī)床上主軸軸承常用的有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。 滾動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤(rùn)滑維護(hù)簡(jiǎn)單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動(dòng)范圍下穩(wěn)定的工作。滾動(dòng)軸承由專業(yè)化的工廠生產(chǎn)，選購維修很方便，在數(shù)控機(jī)床上被廣泛采用。但與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的噪聲大，滾動(dòng)體數(shù)目有限，剛度是變化的，抗振性略差，并且對(duì)轉(zhuǎn)速有很大的限制。數(shù)控機(jī)床主軸組件在可能條件下，盡量使用了滾動(dòng)軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸裝在套筒內(nèi)能夠作軸向移動(dòng)的主軸。這時(shí)用滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑以避免漏油。滾動(dòng)軸承根據(jù)滾動(dòng)體的結(jié)構(gòu)的不同可分為球軸承、圓柱軸承、圓錐滾子軸承三大類。[6] 5.1 軸承的選擇和軸承的精度 選用軸承時(shí)，首先是選擇類型。選擇軸承類型應(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)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。載荷較大時(shí)應(yīng)選用線接觸的滾子軸承。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（圓錐滾子軸承）和N類（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（調(diào)心球軸承）、2類（調(diào)心滾子軸承）軸承。 5. 經(jīng)濟(jì)性 在滿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。[6] 5.2 軸承預(yù)緊力的要求 因?yàn)轭A(yù)緊力提高剛度有一定的效果,這是與線接觸的滾子軸承不同的。點(diǎn)接觸的球軸承，應(yīng)在溫升允許的條件下，盡量用較高的預(yù)緊力。 在軸向力的作用下，不受力測(cè)軸承的滾動(dòng)體與滾道不配時(shí)為最大軸向載荷的35%；三聯(lián)組配時(shí)為24%。 5.3 主軸軸承的潤(rùn)滑與密封 主軸的密封有接觸式密封和非接觸式密封，主軸軸承的潤(rùn)滑與密封是機(jī)床使用和維護(hù)過程中值得重視的兩個(gè)問題。良好的潤(rùn)滑效果可以較低軸承的工作溫度和延長(zhǎng)使用壽命。密封不僅要防止灰塵屑末和切削液進(jìn)入，還要防止?jié)櫥偷男孤? 數(shù)控機(jī)床上，主軸軸承潤(rùn)滑方式有：油脂潤(rùn)滑、油液循環(huán)潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑等方式。此次設(shè)計(jì)選用的是油脂潤(rùn)滑方式。主軸的潤(rùn)滑狀態(tài)可分為流體潤(rùn)滑狀態(tài)和非流體潤(rùn)滑狀態(tài)兩大類，流體潤(rùn)滑狀態(tài)又可分為邊界潤(rùn)滑狀態(tài)和干摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)。除上述外，還常見有混合潤(rùn)滑狀態(tài)，即流體潤(rùn)滑狀態(tài)和邊界潤(rùn)滑狀態(tài)同時(shí)存在。 油脂潤(rùn)滑方式： 是目前在數(shù)控機(jī)床的主軸軸承上最常用的潤(rùn)滑方式，特別是在前支承軸承上更是常常用到。當(dāng)然，如果主軸箱中沒有冷卻潤(rùn)滑油系統(tǒng)，那么后支承軸承和其他軸承，一般采用油脂潤(rùn)滑方式潤(rùn)滑。 （1）油液潤(rùn)滑方式： 在數(shù)控機(jī)床主軸上，有采用油液循環(huán)潤(rùn)滑方式的。裝有CA-MET軸承的主軸，即可使用這種方式潤(rùn)滑，對(duì)一般主軸軸承，后支承上采用這種方式潤(rùn)滑比較常見。不過在用油液潤(rùn)滑角接觸軸承的時(shí)候，要注意角接觸軸承有泵油效應(yīng)，必須使油液從小口進(jìn)入。 （2）油霧潤(rùn)滑方式： 油霧潤(rùn)滑方式是將油液經(jīng)高壓氣體霧化后從噴嘴成霧狀噴出倒需要潤(rùn)滑的部位達(dá)到潤(rùn)滑目的的方式。由于霧狀油吸熱性好，又無油液攪拌作用，所以常用于高速主軸軸承的潤(rùn)滑。但是，油霧容易吹出，污染環(huán)境。 （3）油氣潤(rùn)滑方式： 油氣潤(rùn)滑方式是針對(duì)高速主軸而開發(fā)的新型的潤(rùn)滑方式。它是用極微量的油（約0.03㎝3）潤(rùn)滑軸承，以抑制軸承發(fā)熱。油箱中的油位開關(guān)和管路的壓力開關(guān)，確保在油箱中無油或者壓力不足的時(shí)候，能自動(dòng)啟動(dòng)切斷主電動(dòng)機(jī)電源。 軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊 主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整。多數(shù)軸承，還應(yīng)在過盈狀態(tài)下滾動(dòng)體與滾道之間有一定的預(yù)變形，這就叫做軸承的預(yù)緊。 軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度。滾動(dòng)體的直徑不可能絕對(duì)相等，滾道也不可能絕對(duì)正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾動(dòng)體與滾道接觸。預(yù)緊后，滾動(dòng)體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動(dòng)體將更多，各滾動(dòng)體的受力將更為均勻。這些都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動(dòng)，則由于各個(gè)方面都有滾動(dòng)體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊將使軸承壽命下降，故預(yù)緊要適量。[17] 5.4 軸承壽命校核 主軸軸承通常載荷相對(duì)較輕,除一些特殊的重載主軸外,軸承的承載能力是沒有問題的。主軸軸成的壽命，主要不是取決于疲勞點(diǎn)蝕，而是因?yàn)槟p而降低精度。通常，如軸承精度為P4級(jí)，經(jīng)使用導(dǎo)致磨損后跳動(dòng)精度降至P5級(jí)時(shí)，這個(gè)軸承就不能滿足加工精度要求了。應(yīng)該更換了。雖然還遠(yuǎn)未達(dá)到其疲勞壽命，但是這種“精度壽命”目前還難以估算準(zhǔn)確。 所選軸承按照每天兩班工作制，每班工作8小時(shí)，預(yù)計(jì)使用五年。則T=16×365×5=29200h 根據(jù)軸承壽命校核公式： Lh= （式6-1） Lh----軸承壽命。 T----滾動(dòng)軸承許用壽命。 C----滾動(dòng)軸承額定動(dòng)負(fù)荷。 fn----速度系數(shù)fn= ε----壽命指數(shù)。 對(duì)球軸承ε=3；對(duì)滾子軸承ε=10/3。 KA----使用系數(shù)。查表取KA=1.2. Kn----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查表取Kn=0.89。 KL----齒輪輪換工作系數(shù)，查表取KL=0.8. P----當(dāng)量動(dòng)載荷。[14] 所以根據(jù)公式計(jì)算得： Lh=500h>T 因?yàn)檩S承使用壽命遠(yuǎn)大于軸承預(yù)期的壽命所以軸承合格的。 第六章 聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計(jì)算 6.1聯(lián)接鍵的選擇 鍵的類型可根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和工作條件選擇，鍵截面尺寸通常根據(jù)軸的直徑，從標(biāo)準(zhǔn)中選取，對(duì)于某些特殊情況（如階梯軸）在保證傳遞所需的轉(zhuǎn)矩的條件下，允許選用較標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小一擋的截面尺寸，有時(shí)候由于工藝和強(qiáng)度原因，也可以選用較標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定尺寸大一擋的鍵，鍵的長(zhǎng)度按輪轂長(zhǎng)度而定，即鍵的長(zhǎng)度等于略短于輪轂的長(zhǎng)度，而導(dǎo)向平鍵就得按輪轂的長(zhǎng)度及滑動(dòng)距離而定，鍵的長(zhǎng)度應(yīng)該符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度系列。 根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸和GB/T1096-1979選普通平鍵聯(lián)接，鍵的公稱尺寸是b×h×L=10×8×(28～36)，材料選取45號(hào)鋼。 6.2碟形彈簧的選擇與計(jì)算 碟形彈簧它是一種用鋼板沖壓的截面錐形壓縮彈簧，其特點(diǎn)是： 圖6-1碟形彈簧 （1）剛度大，用于負(fù)荷大，軸向空間要求小的地方。 （2）具有變剛度特性，適應(yīng)范圍廣，根據(jù)其極限變形量h0和彈簧板厚度t不同，可有各種不同的特性曲線和承載能力。 （3）在工作過程中，碟片之間有摩擦損失，加載和卸載時(shí)的特性曲線不重合，吸振能力強(qiáng)，制造維修方便。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用A系列碟形彈簧。采用對(duì)合組合方式安裝。[17] 6.3碟形彈簧材料及熱處理、厚度和脫碳 碟形彈簧材料為60Si2MnA，碟簧成型后，進(jìn)行淬火，回火后的硬度必須在HRC42～45范圍內(nèi)單面脫碳層深度，對(duì)于厚度小于1.25mm的第一類碟形彈簧，不得超過其厚度的5%，對(duì)于厚度不小于1.25mm的碟形彈簧，不超過其厚度的3%（其最小值允許為0.06㎜）。 6.4碟形彈簧的強(qiáng)壓處理、表面強(qiáng)化處理和防腐處理 碟形彈簧應(yīng)全部進(jìn)行強(qiáng)壓處理，處理方法為：一次壓平，持續(xù)時(shí)間不少于12h，或者進(jìn)行短時(shí)壓平，壓平次數(shù)不小于5次，壓平力不小于二倍的Pf=0.75h0,強(qiáng)化處理后自由高度應(yīng)穩(wěn)定。 對(duì)于受變負(fù)荷的碟形彈簧，內(nèi)錐面推薦表面作強(qiáng)化處理，例如噴丸處理等，根據(jù)需要，碟形彈簧表面進(jìn)行防腐處理（如磷化、氧化、鍍鋅等），經(jīng)電鍍后的碟形彈簧，必須進(jìn)行去氫處理，不過對(duì)受變負(fù)載的碟形彈簧應(yīng)該避免采用電鍍方法處理。[6] 其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：D=50 d=25.4 t=3 h0=1.1 H0=4.1 P=12000N f=0.83 H0-f=3.27 σM=-1250N/㎜2 σⅡ =1430 N/㎜2 Q=34.30kg/1000件 D/t≈18 h0=0.4 E=206000N/㎜2 μ=0.3 K4=1 C=2 壓平彈簧的負(fù)載： PC= （式7-1） K1==0.69， （式7-2） P/Pc=5000/8410=0.59 因?yàn)閔0/t=0.4 (查表所得) 所以 f=0.57×h0=0.51 所以對(duì)合組合的片數(shù)為I= 取12片. 未受負(fù)載的高度是HZ=i.H0=22×3.15=69.3 受負(fù)載時(shí)的高度H1=HZ-if=69.3-22×0.51=58.08 壓平彈簧時(shí)(f=h0)M點(diǎn)的應(yīng)力 σM= （式7-3） 此數(shù)據(jù)與60Si2MnA的屈服極限1400接近 碟形彈簧的剛度 P==9015.53N （式7-4） 第七章 螺釘聯(lián)接的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求： 1.螺釘?shù)牟贾靡话銓?duì)稱形式，并應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)和力流方向使螺釘受力合理，加工與安裝方便。 2.形心與結(jié)合面的形心應(yīng)該重合。 3.用鉸制孔螺釘（受剪切螺釘）承受橫向載荷時(shí)，沿力流方向的螺釘應(yīng)不多于6個(gè)。 4.一組螺釘?shù)闹睆胶烷L(zhǎng)度應(yīng)該盡量相同。 5.一組螺釘中每個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力應(yīng)該相同。 6.釘中心線間的最小距離t=（1.5～2.0）s，s為六角螺母的對(duì)邊寬度，最大距離與聯(lián)接用途有關(guān)。 7.該滿足擰螺釘時(shí)需要的最小扳手空間。 8.校核計(jì)算時(shí)只計(jì)算受力最大的螺釘。 六角頭頭部帶槽螺釘： 圖7-1六角頭頭部帶槽螺釘 根據(jù)要求計(jì)算： 選用M6和M8兩種螺釘，其中M6型號(hào)螺釘主要尺寸參數(shù)為：b=24, dk=9.78～10, K=3.9, t=2, B=4.15, l=10～60,精度等級(jí)為8.8級(jí)。 M8型號(hào)螺釘主要尺寸參數(shù)為：b=28, dk=12.73～13, K=5, t=2.6, B=5, l=12～80， 精度等級(jí)為8.8級(jí)。 螺釘?shù)膹?qiáng)度計(jì)算與校核： 承受橫向載荷和軸向載荷的普通螺釘?shù)男：薓6螺釘 校核公式：4×1.3F0/(πd1)2≤[б], 96.32≤[б]=106.2所以合格。 設(shè)計(jì)公式：d1≥[4×1.3F0/π[б]1/2 =5.96 式中 (d1是螺釘?shù)穆菁y小徑，[б]是螺釘?shù)脑S用拉應(yīng)力) [12] 第八章 液壓缸與密封件的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，要在對(duì)液壓系統(tǒng)工作情況分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)液壓缸在機(jī)構(gòu)中所要完成的任務(wù)來選擇液壓缸的結(jié)構(gòu)形式，然后按負(fù)載、運(yùn)動(dòng)要求、運(yùn)動(dòng)要求、最大行程等確定主要尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和緩沖驗(yàn)算，最后進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 此次設(shè)計(jì)選用的是雙桿活塞式液壓缸，這種液壓缸是缸筒固定的雙桿活塞缸，活塞的兩側(cè)的活塞桿直徑相等，它的進(jìn)油口和出油口位于缸筒的兩端，當(dāng)工作壓力和輸入流量向同時(shí)，兩個(gè)方向上的推力和速度是相等的。 圖8-1液壓缸 8.1液壓缸安裝時(shí)應(yīng)注意的問題 （1）液壓缸的基座必須有足夠的剛度，如果按裝基座不夠堅(jiān)固，加壓時(shí)，缸筒將會(huì)呈弓形和向上翹起，致使活塞桿彎曲或折損，還有得就是盡量使活塞桿在受拉力狀態(tài)下能夠承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下活塞桿具有良好的縱向穩(wěn)定性。 （2）液壓缸軸向兩端不要固定死， 因?yàn)橐簤焊谉崤蛎浀纫蛩?，?huì)在軸向伸縮，假若兩端固定死，將會(huì)使液壓缸的整體向上彎曲，而導(dǎo)致個(gè)部分變形，當(dāng)活塞移動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生阻滯現(xiàn)象，活塞和活塞桿的導(dǎo)向套等表面產(chǎn)生不均勻的磨損等不良現(xiàn)象，所以必須避免這種安裝方法。 （3）安裝前，先要檢查加工零件上有無毛刺或銳角；裝入密封件時(shí)，要用高熔點(diǎn)潤(rùn)滑油；正確安裝，搞清安裝方向；注意密封件的擠出和擰扭； 密封圈要順利的通過螺紋或孔口。[12] 8.2液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)及主要尺寸的確定 盡可能按推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、加工、裝配和維修方便。 正確確定液壓缸的安裝和固定方式?？紤]液壓缸的熱變形，它只能一端固定。 缸筒內(nèi)徑D： 根據(jù)負(fù)載大小和選定的工作壓力，或運(yùn)動(dòng)速度和輸入流量計(jì)算，再參考GB2348-80標(biāo)準(zhǔn)選取缸筒內(nèi)徑D=78.5mm 活塞桿直徑d： 按工作時(shí)受力情況，參考GB3458-80標(biāo)準(zhǔn)確定d=27mm 鋼筒長(zhǎng)度L: 根據(jù)最大工作行程確定L=126mm 8.3強(qiáng)度校核 對(duì)于液壓缸的缸筒壁厚δ活塞桿直徑d缸蓋處固定螺釘?shù)闹睆?，在高壓系統(tǒng)中，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 筒壁厚δ，在中、低壓液壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚往往由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，一般不要校核。在高壓系統(tǒng)中，須按下列情況進(jìn)行校核。 當(dāng)D/δ>10時(shí)為薄壁，δ可按下式校核，δ = 23mm 式中 D----缸筒的內(nèi)徑 py----試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力pn≤16Mpa時(shí)，取 py=1.5pn；pn>16Mpa時(shí)，取py=1.25 [σ]----缸筒材料的許用應(yīng)力, [σ]=σb/n, σb為材料抗拉強(qiáng)度,n為安全系數(shù),一般取n=5。 活塞桿直徑d的校核 =26.66mm （式9-1） 式中F----活塞桿上的作用力。 [σ]----活塞桿上的許用應(yīng)力，[σ]= σb/1. 8.4 密封件的作用及其意義 在液壓與氣壓系統(tǒng)及其元件中，安置密封裝置和密封的作用，在于防止工作介質(zhì)的泄漏及外界塵埃和異物的侵入。設(shè)置于密封裝置中、起密封作用的元件稱為密封件。 液壓與氣壓傳動(dòng)工作介質(zhì)，在系統(tǒng)及元件的容腔內(nèi)流動(dòng)或暫存時(shí)，由于壓力、間隙、黏度等因素的變化，而導(dǎo)致少量工作介質(zhì)越過容腔邊界，由高壓腔或外界流出，這種“越界流出”現(xiàn)象就叫做泄漏。泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏兩類。內(nèi)泄漏指在系統(tǒng)或元件內(nèi)部工作介質(zhì)由高壓腔向低壓腔的泄漏；外泄漏則是由系統(tǒng)或元件內(nèi)部向外界的泄漏。單位時(shí)間內(nèi)泄漏的工作介質(zhì)的體積稱為泄漏量。 對(duì)于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，內(nèi)泄漏會(huì)引起系統(tǒng)容積效率的急劇下降，達(dá)不到所需的工作壓力，使設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)；外泄漏則造成工作介質(zhì)的浪費(fèi)和環(huán)境的污染，甚至引發(fā)設(shè)備操作失靈和人身事故。 因此，正確和合理的使用密封件事液壓系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保證。 8.5 密封的分類及密封件的材料要求 密封的作用是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有兩方面：一是密封面上有間隙；二是密封部位兩側(cè)存在較大壓力差。消去或減少任一因素都可以阻止或減少泄漏。因此，密封的方法通常有：封住結(jié)合面的間隙；切斷泄漏通道；增加泄漏通道中的阻力；設(shè)置做功元件，對(duì)泄漏介質(zhì)造成的壓力，以抵消或平衡泄漏通道的壓力差。所以，密封的分類存在多種方法。 用于制造密封件的材料主要有橡膠（如丁晴橡膠、聚氨酯橡膠、硅橡膠等）、塑料（如四氟乙烯、聚酰胺、聚甲醛等），以及皮革、金屬等。密封件的材料應(yīng)滿足密封功能的要求。由于被密封工作介質(zhì)以及設(shè)備工作條件的不同，密封件材料具有不同的適應(yīng)性。 密封材料應(yīng)具用的一般要求：1.材料密實(shí)，不易泄漏工作介質(zhì)；2.對(duì)工作介質(zhì)有良好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性；有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度和硬度，受工作介質(zhì)的影響??；3.壓縮性和復(fù)原性好，永久變形??；4.溫度適應(yīng)性好，高溫下不軟化、不分解，低溫下不硬化，不脆裂；5.摩擦系數(shù)小，耐磨性好；6.抗腐蝕性能好，能在工作介質(zhì)中長(zhǎng)期工作，其體積和硬度變化?。?.與密封面貼合的柔軟性和彈性好；8.耐臭氧性和耐老化性好，使用壽命長(zhǎng)；9.加工性能好，價(jià)格低廉； 顯然，能同時(shí)滿足上述所有要求的密封材料是不易求得的，但密封性能優(yōu)越的材料應(yīng)能夠滿足上述大部分的要求。[12] 8.6防塵圈設(shè)計(jì)要求 在液壓缸中，防塵圈被設(shè)置于或活塞桿或柱塞運(yùn)動(dòng)期間，外界塵埃、沙粒等異物侵入液壓缸，從而引起密封圈、導(dǎo)向環(huán)和支撐環(huán)等損傷和早期磨損，并污染工作介質(zhì)，導(dǎo)致液壓元件損壞。 結(jié)論 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的題目是“XK100立式數(shù)控銑床主軸部件設(shè)計(jì)”，通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀有了一個(gè)全面地了解，了解了數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)在以及以后機(jī)械工業(yè)中所起的作用，明白了數(shù)控技術(shù)的在以后工業(yè)的發(fā)展中所扮演的角色。為自己今后更好的學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)指明了方向。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)，進(jìn)行了融會(huì)貫通，有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，對(duì)以前許多不太清楚的地方，通過問老師和查資料的方法，已經(jīng)明白了很多，知道了自己以前學(xué)習(xí)的不足，所以以后應(yīng)該更加努力。 此次設(shè)計(jì)，我認(rèn)為最重要的就是使我明白了，無論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學(xué)習(xí)，時(shí)刻學(xué)習(xí)；做事要嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真，細(xì)致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。 致謝 歷時(shí)幾個(gè)月的實(shí)習(xí)接近尾聲了，我的設(shè)計(jì)也基本上圓滿完成了。此時(shí)回想過去設(shè)計(jì)的日子，體會(huì)多多，感慨也不少。設(shè)計(jì)過程也如我所料，遇到不少的問題。幸好在此過程中常得到高老師的指導(dǎo)、同學(xué)們的幫助，讓我基本上解決了問題，完成了設(shè)計(jì)。 最后交給指導(dǎo)老師，請(qǐng)她幫我檢查。指導(dǎo)老師經(jīng)過詳細(xì)的檢查后對(duì)我的設(shè)計(jì)給予詳細(xì)的、全面的批評(píng)指正和修改建議。我根據(jù)指導(dǎo)老師的修改建議，進(jìn)行第二輪的修改，修改完后再請(qǐng)老師過目指導(dǎo)，直到指導(dǎo)老師認(rèn)為基本沒什么錯(cuò)誤為止。在此表示衷心的感謝！ 最后，在此對(duì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，給予我指導(dǎo)和幫助的老師同學(xué)表示衷心的感謝！特別是我的指導(dǎo)老師高老師，對(duì)我設(shè)計(jì)給予悉心的指導(dǎo)，她對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度也是我學(xué)習(xí)的好榜樣，我受益匪淺，在此再次表示衷心的感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 吳宗澤,羅圣國.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版[M].北京:高等教育出版社,1999. 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