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南京工程學院 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯 原 文 題 目： Casting of Brake Disc and Impeller from Aluminium Scrap Using Silica Sand 原 文 來 源： Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies Issue 10, January-June 2007 學 生 姓 名： 衛(wèi)佳華 學 號： X00231120332 所在院(系)部： 工業(yè)中心 專 業(yè) 名 稱： 機械設計制造及其自動化 以廢鋁為材料的制動盤和葉輪砂型鑄造 Matthew S. ABOLARIN Oluwafemi A. OLUGBOJI Oladeji A. OGUNWOLE 尼日利亞尼日爾州明那市聯邦技術大學機械工程系 摘要：葉輪葉片和制動盤是利用砂型鑄造方法生產的。兩種木模以必要余量配合使用。借助環(huán)保技術和成形方法，并利用當地現有的材料來制造模具。鋁廢料也可以作為鑄造材料。利用熔爐熔化鋁廢料，最后將熔融的金屬澆注到砂模內，便可以獲得葉輪和制動盤。 在鑄件的清理工作完成之后，所得的兩個鑄件質量良好。根據鑄件的產量統(tǒng)計，有73.59％的葉輪葉片和85.1％的制動盤能夠符合要求，這表明這種鑄造方法是可行的。 關鍵詞：葉輪葉片 制動盤 環(huán)保成型 熔爐 1 導言 制動盤與葉輪 制動盤是一種可以減慢車輪轉速或讓車輪停止轉動的裝置。一個完整的制動盤通常由鑄鐵或如碳、纖維或硅膠等復合材料制作成的，它的用途是連接車輪或軸。在制動盤的工作過程中，是靠摩擦力來減慢車輪轉速或讓車輪停止轉動。因此剎車皮（安裝在稱之為制動鉗上的裝置）使用耐摩擦性能較好的材料制成。在液壓、氣動或電磁的作用下受到機械力的作用，并與盤面產生較大的摩擦力。在摩擦力的作用下可以減慢車輪轉速或讓車輪停止轉動。 葉輪一般安裝在管狀裝置內，可以增加流體的壓力和提高流體的流量。 水泵葉輪 可旋轉的葉輪是離心泵的組成部分，通常是由鑄鐵，鋼，鋁或塑料等材料制成的。由馬達驅動葉輪旋轉，將流體以中心向外以很高的加速度拋出。葉輪工作時的壓力能轉換為流體的動能，但是只有在泵套管內才存在較大的壓力，從而使流體獲得較大的速度。一般來說，葉輪由一個較短的通孔（稱為眼），流體從一側流入，從另一側流出。葉片在徑向方向上給流體施加力，并繞一個中心軸轉動。 模具成型 模具成型是一種以與零件外形一致的模型模架為基礎對工件進行生產的過程。模具有一個中空的型腔，在它的型腔內可以充滿液體，如熔融的塑料、玻璃、金屬或陶瓷材料。液體流入模具內并充滿型腔，得到零件的實際形狀。模具與鑄造的概念并不相同。 鑄造 鑄造是指將熔融的金屬液體注入到模具中，冷卻固化后得到理想形狀零件的成型方法。當然，主要的鑄造方法包括：砂型鑄造，在砂型鑄造中將液體倒入一個由金剛砂料制造的具有一定形狀的模具中；模具鑄件，其中模腔是由經過加工的金屬內塊組成；也可用如離心鑄造等方法加工。型砂有一個相當低的導熱系數，可以使砂型中的液態(tài)金屬凝固緩慢，這是由型砂的晶粒粗細所決定的。當然，使用金屬模具也許更合適，可以使零件獲得更細的晶體結構。 金屬鑄件是現代化的機器和運輸車輛的重要組成部分。以拖拉機為例，通過鑄造得到的金屬零件的比重超過百分之九十。在汽車發(fā)動機上，這一比例超過了百分之五十?？傊?，鑄造提供了一個改善零件或部件力學性能的好的方法。以鋁作為材料是因為鋁在鑄造生產有著良好的機械性能，比如有著良好的表面粗糙度，重量輕，不易被氧化，塑性較好，具有耐腐蝕性等其他優(yōu)點。本篇論文涉及利用環(huán)保砂模鑄造制動盤和葉輪葉片，其成本并不是太昂貴，其尺寸精度也并不須太精確。由于熔融的鋁合金具有流動性和良好的物理特性，因此被廣泛使用。 2 理論分析 砂型鑄造可以用于有色金屬和非有色金屬合金，但特別適用于大噸位的鑄件。有色合金的鑄造中包括鑄鐵和鑄鋼。一般非有色金屬合金鑄造使用的是鋁制的模架，或由銅鎂基合金的模架。合金的溫度范圍控制在450℃至680℃之間。 在熔煉和澆注的過程中，將金屬熔融的準備工作是將材料在熔煉爐內在適當的溫度下進行的，之后將熔融的金屬澆注到加工好的模具中。在整個過程中，熔化爐的動作包括融爐的抬起與融化爐的傾斜。對于較特殊的鑄造合金，澆注時的溫度要高于其液體的溫度。超高溫度的選擇是根據對金屬的結構和力學性能的影響決定的，另外還有其他因素，如鑄件的厚度，鑄造金屬的壁厚等。影響模具材料物理性能有溫度和模具材料的初始溫度，及在模具中攪拌鐵水的力等其他因素。鋁合金的澆注溫度一般為680℃-700℃，對于銅和黃銅材料，溫度一般是在是1000℃-1200℃，鎂合金是在700-800℃，鋼是1520℃-1620℃，鑄鐵則是在1300-1450℃。 3 材料和方法 3.1 材料的使用 直徑為260mm，厚度為15mm的制動盤和直徑為146mm，厚度為5mm的葉輪分別使用以下材料的鑄造：模型材料，模具材料，鋁廢料。 a) 模型材料 利用先進的成型繪圖方法可以完成木制模型的虛擬設計。硬制木材（如桃花心木）可用于生產葉輪的模型。該葉輪模型從木材最初的尺寸200mm-150mm，考慮到間隔的空間，每個模型的具體深度可以在繪圖設計時根據實際情況修改。 對于葉輪片盤，用兩個32mm32mm見方，每個厚度在2mm的膠合板釘起來并粘和在一起。以膠合板邊為對角線，在其中間開一個半徑為140cm的一個圓孔。硬木的尺寸為16cm1cm，厚度為3cm，并將它們以膠合板為中心粘釘在一起，并在距離6.7cm處鉆一個圓孔。油灰可以被用來填補所有模型的缺陷之處，可修補粗糙的邊緣，在修補工作完成后，將木材刷上漆。 b) 模具材料 該模具為環(huán)保砂模，其中所使用的材料如下：石英砂，黏土和水。組成石英砂的化合物是二氧化硅，也稱為硅，是一種硅元素的氧化物，其化學公式是SiO2。人們自古以來就已經知道它有著很高的硬度。硅最常見的存在形式是砂或石英，以及硅藻的細胞壁中。大多數的玻璃和如混凝土這樣的材料的主要組成元素就是硅。二氧化硅是地殼中最豐富的化學物質之一。所使用的砂模工作場合要求是這樣的：在熔融的金屬液注入模具后，型砂仍然要保持潮濕。石英砂的篩選是要獲得晶體顆粒較細的沙子并去除其他夾雜在沙中的異物。將一定量的沙子與作為粘結劑的黏土混合。在已經混合的混合物中加入水，然后用手徹底地將混合物混合在一起，為制模作好準備。 鋁 鋁是一種銀白色和具有韌性的一種化學元素。鋁的符號是AL；其原子序數是13。在正常情況下鋁不溶于水。鋁是地球地殼中最豐富的金屬元素之一，排在第三，在它之前的分別是氧和硅。鋁在地殼中的含量大是地球固體表面重量的8％。鋁的化學性質相對大自然中的其它金屬較為活躍。因此，目前以發(fā)現超過270種不同的礦物中含有鋁。鋁的主要來源是鋁土礦。 鋁顯著的化學性能是它的耐腐蝕性（這是由于鈍化現象所致）和它的低密度。鋁及其合金在航空航天工業(yè)和運輸建設等其他領域發(fā)揮了極其重要的作用。鋁的化學性質使它可作為催化劑或其它化學添加劑，可運用在硝酸銨炸藥的制造上，以曾加硝酸銨炸藥的威力。 熔爐是用于熔化鋁廢料的熔爐又稱摩根爐，這是一種使用柴油進行燃燒的爐具。 3.2 方法 鋁在熔爐中融化，熔爐是一個古老而又簡單的熔化設備。在金屬融化后倒入其中。在未進行熔化處理之前是不能進行澆注作業(yè)的。在澆注和凝料完成之后，這兩個模型將被拆除，清理和進行缺陷檢查。 3.3 計算 葉輪： 葉輪實際直徑，使用的收縮率，加工余量為。 根據收縮率得到的模型直徑葉輪直徑（收縮率）（葉輪直徑） 因此，再加上加工余量，這個模型直徑為： 模型直徑加工余量根據收縮率得到的模型直徑 制動盤： 實際葉輪片盤直徑，收縮率，加工余量。 根據收縮率得到的模型直徑圓盤直徑（收縮率）（制動盤直徑） 再加上加工余量，則這個模型直徑為： 模型直徑＝加工余量＋根據收縮率得到的模型直徑 鑄件產量——鑄造可以通過鑄件產量來計算，以此確定鑄造中使用金屬的比例。 鑄件產量 其中：鑄件重量，澆注重量，冒口重量。 對于葉輪而言，鑄件重量，澆注和冒口重量。 鑄件產量 對于制動盤來說，鑄件重量，澆注和冒口重量 鑄件產量 4 結果和討論 對模型進行優(yōu)化設計時一些缺陷是可以避免的，當然，模具應當充分的準備并且在熔煉和澆注的過程中正確地操作。在這項工作中，由于錯誤是不可避免的，因此在葉輪葉片和制動盤的鑄件上會發(fā)現了一些缺陷。無論是在鑄件的外部還是內部，其表面都相對比較粗糙。然而，對外部表面進行加工，可以獲得更高的表面粗糙度，就內部表面而言，這樣做以改善表面質量幾乎是不可能的。在葉輪鑄件中，邊緣一般較粗糙。可以使用填補邊緣的方法完善它。 5 結論 在這項工作中，利用當地的鋁廢料來生產葉輪和制動盤，并確保它們符合規(guī)范要求。利用砂模制造了兩個表面粗糙的鑄件，這也可能是由于沒有添加一些合理的成分，或制造成分比例使用不當造成的。兩個鑄造上所發(fā)現的缺陷可能是由于混入空氣或模具表面光潔度不足，雖然缺陷較小。量葉輪和制動盤的鑄件產量表明，已達到了良好鑄造效果。 參考文獻 [1] Mikhailow A.M.. 金屬鑄造第一版. 莫斯科：Mir出版社, 1989. [2] Howard E.B.，Timothy L.G.. 金屬手冊Desk版. 美國：美國金屬學會，1992. 南京工程學院 工 業(yè) 中 心 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目：數控車床主傳動系統(tǒng)結構設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： D機加工121 學 號：231120332 學生姓名： 衛(wèi)佳華 指導教師： 劉桂芝 2016年 3月 10日 本科畢業(yè)設計(論文)開題報告 學生姓名 衛(wèi)佳華 學 號 231120332 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 指導教師姓名 劉桂芝 職 稱 研究員級高工 所在院系 工業(yè)中心 課題來源 D．自擬課題 課題性質 A．工程設計 課題名稱 數控車床主傳動系統(tǒng)結構設計 畢業(yè)設計的 內容和意義? 采用類比法，進行數控車床主傳動系統(tǒng)的設計。該部件動力輸出性能及機械性能直接影響工件的加工質量和切削生產率,是決定機床性能和技術經濟指標的重要因素。 畢業(yè)設計的具體內容： 1. 主軸箱的主要零件 2. CAD繪制主軸箱傳動機構裝配圖0號 1張 3. CAD繪制零件圖紙,CAD圖紙折合0號1.5張 （約15個零件） 4. 繪制主軸動平衡圖,輸出功率和扭矩圖 5. 確定主軸切削扭矩 6. 主軸受力分析及主軸最佳支承計算 7. 主軸前后軸承壽命計算 8. 技術經濟分析 9. 撰寫畢業(yè)設計說明書 本課題研究的意義： 本課題對數控車床主傳動系統(tǒng)進行了設計，其意義如下： 1、高速、高精是數控車床主傳動系統(tǒng)的重要指標，高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。 2、了解數控車床的工作原理，掌握數控車床主傳動系統(tǒng)的設計過程和方法，提高對數控車床主傳動系統(tǒng)的設計能力。 3、通過運用所學知識及查閱相關資料，提高獨立思考能力和解決問題的能力。 4、通過對數控車床主傳動系統(tǒng)的設計，優(yōu)化了主傳動系統(tǒng)，對數控車床的廣泛應用和推廣數控機床的改造有著深遠的意義。 英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼 文獻綜述 隨著電子信息技術的發(fā)展，世界制造業(yè)已進入了以數字化制造技術為核心的機電一體化時代，其中數控機床就是代表產品之一。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數控機床產業(yè)化進程，而中國從20 世紀80 年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，數字控制技術已經廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數控機械所代替[1]。 國外工業(yè)發(fā)達國家對數控車床的研究時間較長，而且經驗豐富，技術水平較高，其特點如下：（1）高速高精與多軸加工成為數控車床的主流， 納米控制已經成為高速高效加工的潮流。（2）多任務、多軸加工數控車床越來越多地應用到航空航天、能源、汽車及船舶等行業(yè)。（3）智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充， 車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關數據，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率。（4）機床誤差檢測與補償功能越來越強大， 能夠在較短的時間內完成對機床的補償測量。與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高3～4 倍，同時效率得到大幅度提升。（5）最新的CAD/CAM 技術為多軸、多任務數控車床提供了強有力的支持，可以大幅度提高加工效率[2]。 數控車床的高精度和高速度都要靠主傳動系統(tǒng)來保證。主傳動系統(tǒng)是用來實現機床主運動的, 它將主電動機的原動力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。為適應各種不同的加工及各種不同的加工方法數控機床的主傳動系統(tǒng)應具有較大的調速范圍以保證加工時能選用合理的切削用量同時主傳動系統(tǒng)還需要有較高精度及剛度并盡可能降低噪聲, 從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量[3]。 在設計機床的主傳動常規(guī)變速系統(tǒng)時, 當機床的運動參數如轉速范圍、電動機功率、公比基本確定以后, 通常采用圖解的方法來設計傳動系統(tǒng), 即使用轉速圖直觀地表達出傳動系統(tǒng)中各軸的變化規(guī)律和傳動副的速比關系。按照傳統(tǒng)的設計方法, 只能對有限的幾種方案進行計算和比較, 要想取得一個最優(yōu)方案相當困難。將CAD 設計方法和優(yōu)化設計的思想引入主傳動系統(tǒng)設計中, 可以在滿足一定的約束條件下, 獲得最優(yōu)方案[4]。 影響主軸系統(tǒng)動靜剛度的因素有主軸軸承的配置、預加載荷、主軸前后軸承的支承距、主軸組的動平衡以及主軸系統(tǒng)的動態(tài)性能等，必須根據具體的產品進行分析計算，并制定相應的工藝，保證達到各項性能指標。軸承可以通過不同的組合來滿足各種機床的要求。在進行機床設計時，根據機床的結構、精度、主軸的轉速、負載等要求，確定機床主軸軸承的配置形式，并根據承載情況確定合適載荷的軸承[5]。 數控車床的主軸回轉時受各種因素的影響，瞬時回轉軸線的位置是經常變化的。根據相對運動的原理，在任何瞬時，一方面主軸繞自己的瞬時回轉軸線旋轉。另一方面，該瞬時回轉軸線還相對理想回轉軸線作軸向的、徑向的和傾角的運動。通過對數控機床主軸回轉精度的研究，可以合理確定主軸回轉精度的各項評定指標，綜合考慮尺寸誤差、形狀和位置誤差的影響，確定數控車床主軸的誤差范圍，為界定數控機床的加工精度范圍提供了一種新的途徑[6]。 軸的材料是決定其承載能力的重要因素，制造軸的主要材料是碳素鋼及合金鋼。為了保證軸的正常工作，對于一般機器的軸，應進行剛度校核，防止因軸的強度不夠而斷裂；對于有剛度要求的軸（如機床主軸、跨度大的蝸桿軸等），還需進行剛度校核，防止軸工作中產生過大的變形[7]。 主軸軸承的潤滑與密封對機床使用和維護過程中值得重視的兩個問題。良好的潤滑效果可以降低軸承的工作溫度和和延長使用壽命。密封不僅要防止灰塵屑末和切削液進入，還要防止?jié)櫥偷男孤Ｔ跀悼貦C床上，主軸軸承潤滑方式有：油脂潤滑、油液循環(huán)潤滑、油霧潤滑，油氣潤滑等方式[8]。 帶傳動可分為摩擦傳動和嚙合傳動兩類，帶傳動中，帶為中間撓性件并靠摩擦力工作，所以能緩沖和吸振；運行平穩(wěn)無噪聲；過載時帶在帶輪上打滑，因而可防止其它零件的損壞；可增加帶長以適應中心距較大的工作條件[9]。同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次嚙合傳遞運動和動力, 因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點, 且無相對滑動, 平均傳動比較準確, 傳動精度高, 而且齒形帶的強度高、厚度小、重量輕, 故可用于高速傳動[10]。 以上各個組成部分都是數控車床主傳動系統(tǒng)中必不可少的，只有這些都滿足設計要求，才能使主傳動系統(tǒng)具有更高的精度和剛度，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。 參考文獻： 1、馮銀蘭 . 數控設備的發(fā)展及人才狀況. 科學之友，2008,5：136-138 2、江崇民 . 數控車床技術發(fā)展現狀及趨勢. 機械工程師，2012,4：98-100 3、劉鎖 . 數控機床主傳動系統(tǒng)設計 . 民營科技，2013,8：37 4、潘越 . 機床主傳動系統(tǒng)優(yōu)化設計 . 煤礦機械, 2005,4:18-19 5、劉桂芝 . 影響機床主軸系統(tǒng)加工精度的分析. 機械制造與自動化,2004,4:57-60 6、張麗萍 . 影響數控車床主軸精度因素的研究. 機械設計與制造，2007,12:127-129 7、董剛 . 機械設計 . 北京：機械工業(yè)出版社，1998:233-234 8、王愛玲 . 現代數控機床. 北京：國防工業(yè)出版社，2003:186-188 9、楊景蕙 . 機械設計 . 北京：機械工業(yè)出版社，1992:147-151 10、趙軍華 曹和平. 對數控機床主傳動、進給傳動的探討.河南科技, 2007,9: 56 研究內容 1、確定主軸切削扭矩 機床主軸作為機床上一個重要的部件起著非常重要的作用，其設計直接決定著車床的加工能力。 2、主軸受力分析及主軸最佳支承計算 主軸部件的剛度對機床的工作性能有重大影響。影響主軸部件剛度的因素很多，其中支承跨距對其剛度的影響巨大，設計過大、過小都會使其剛度降低，從而影響傳動件的工作狀態(tài)和機床的加工效率和精度。 3、主軸前后軸承壽命計算 計算軸承的受力情況與轉速，選擇合適的軸承，并且對軸承進行預緊，再通過潤滑與密封，保證軸承的壽命。 研究計劃 研究周期與時間安排 畢業(yè)設計起止日期：2.22~6.03（第一周~第十五周） 第1 周(2.22-2.26) 收集資料，學習有關書籍文獻。 第2 周(2.29-3.04) 搜集設計過程中所要遵照的有關國家標準并進行學習，提出初步設計所采用的方案； 第3 周(3.07-3.11）完成開題報告及外文材料翻譯； 第4 周(3.14-3.18)完成試驗機的三維草圖設計及摩擦系數的計算； 第5 周(3.21-3.25)完成裝配圖草圖設計； 第6 周(3.28-4.01)進行各零部件設計，進行機械制圖工作 第7 周(4.04-4.08）畢業(yè)設計中期檢查 第8 周(4.11-4.15）進行CAD 繪制零件圖 第9 周(4.18-4.22)完成零件圖繪制，同期準備論文的撰寫 第10 周(4.25-4.29）完成裝配圖、零件圖的繪制 第11 周(5.02-5.06)遞交論文初稿 第12 周(5.09-5.13)修改論文并定稿 第13 周(5.16-5.20)論文評審 第14 周(5.23-5.27)答辯資格確定 第15 周(5.30-6.03)畢業(yè)設計（論文）答辯 第16 周（6.6-6.10）整理資料存檔 特色與創(chuàng)新 本論文特色與創(chuàng)新如下： 1、通過對主軸扭矩的研究，提高了主軸的加工能力。 2、通過對主軸的受力情況和支承跨距的分析，使主軸具有更高的剛度。 3、通過對軸承進行預緊，并合理的使用潤滑與密封，提高了軸承的壽命。 指導教師 意 見 指導教師簽名： 年 月 日 分中心意見 中心意見 分中心主任簽名： 年 月 日 教學主任簽名： 年 月 日 南京工程學院 工 業(yè) 中 心 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 題 目： 數控車床主傳動系統(tǒng)結構設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： D機加工121 學 號： 231120332 學生姓名： 衛(wèi)佳華 指導教師： 劉桂芝 起迄日期： 2016.2.22——2016.6.3 設計地點： 工程中心5號樓206 畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要 摘要： 本次論文對數控車床主傳動系統(tǒng)進行了設計，主要采用了類比法。主傳動的性能直接影響機床的加工精度和生產效率，對提高產品的質量和檔次有重大意義。本論文主要研究了主軸的切削扭矩，計算了主軸的受力分析以及軸承支承，并計算了前后軸承的壽命。本論文的特色有：通過對主軸扭矩的研究，提高了主軸的加工能力。通過對主軸的受力情況和支承跨距的分析，使主軸具有更高的剛度。通過對軸承進行預緊，并合理的使用潤滑與密封，提高了軸承的壽命。通過對主傳動的設計，優(yōu)化了主傳動，對數控車床的發(fā)展和應用有深遠的影響。 關鍵詞：數控車床，主傳動系統(tǒng)，主軸組件，主軸 畢業(yè)設計說明書（論文）英文摘要 Title CNC lathes Main Transmission System Design Abstract： The main thesis of CNC lathe drive system has been designed, the main use of analogy. Main drive performance directly affects the machining accuracy and productivity of the machine, to improve product quality and grades of great significance. In this thesis, the spindle cutting torque, stress analysis and calculation of the bearing spindle, and calculates the front and rear bearing life. Features of this paper are: the study of the spindle torque, the spindle increase processing capacity. Through analysis of the main shaft of the force and the support span, the spindle has a higher stiffness. By bearing preload and rational use of lubrication and sealing, improved bearing life. Through the main drive design, optimized for main drive, it has a profound influence on the development and application of numerical control lathes. Key words: CNC lathes, the main drive system, the spindle assembly, spindle II 南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 目 錄 前 言 1 第1章 緒論 2 1.1數控機床國內外研究現狀及發(fā)展局勢 2 1.1.1數控機床國內外研究現狀 2 1.1.2數控機床國內外發(fā)展趨勢 3 1.2數控機床的組成 3 1.3數控車床的功能和特點 4 1.3.1數控車床的功能 4 1.3.2數控車床的分類和特點 5 1.4數控車床主傳動系統(tǒng)的簡介 5 第2章 主軸箱總體方案設計 6 2.1主傳動系統(tǒng)的設計要求 6 2.2主傳動的結構特點和傳動方式 6 2.2.1主傳動的結構特點 6 2.2.2傳動方式的分類及特點 6 2.3電機的選擇及同步帶的計算 8 2.3.1電機型號的選擇 8 2.3.2同步帶參數的計算 9 第3章 主軸組件的設計 12 3.1主軸組件的基本要求 12 3.2主軸的功用、類型及結構設計 13 3.2.1主軸的功用 13 3.2.2主軸的結構設計 13 3.3主軸主要參數的確定 14 3.3.1前后軸承型號的選擇 14 3.3.2主軸參數的確定 14 3.3.3主軸受力分析 14 3.4主軸材料的選擇及熱處理 19 第4章 軸承的選擇 20 4.1軸承的選擇及壽命計算 20 4.1.1軸承的功用及特點 20 4.1.2軸承的配置形式 21 4.1.3軸承壽命計算 22 4.2軸承的預緊 27 4.2.1軸承預緊的意義 27 4.2.2軸承預緊方式 27 4.3軸承的潤滑及密封 28 4.3.1軸承的潤滑 28 4.3.2主軸部件的密封 28 第5章 技術經濟分析 31 5.1 技術成本分析的目的與意義 31 5.2 成本構成 31 5.2.1 非標準件外購費用 31 5.2.2 標準件外購費用 33 5.3成本計算依據 34 第6章 結 論 37 致 謝 38 參考文獻 39 南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文） 前 言 由于現在市場上的產品的換代更新太快和對產品的質量的要求提高，普通的傳統(tǒng)車床已經不能滿足當今人們的生產要求了。而且數控車床由于其眾多的優(yōu)點，到現在已經成為機床發(fā)展的主流，數控車床的高速發(fā)展代表了國家的總體設計水平以及制造水平，應該受到人們的高度重視。 當代數控機床是信息化技術和自動化技術的代表產品，它集高效率、高精度、高柔性于一體，具有超高的加工精度、很高的生產效率、很高的自動化水平、很強的加工適應性等一系列特點。能否實現加工機床和生產過程的數控化，是當今制造業(yè)的發(fā)展方向。我們可以這么說，機械制造業(yè)的競爭，它的實質性目的就是數控技術的競爭。 本次課題的設計目的以及意義，就是讓我們通過平時所學的基礎課程的理論知識，和實踐經驗結合在一起，來達到加深我們的專業(yè)知識，鞏固我們的基礎能力。通過這次設計過程，然后再分析一些機床的結構類型，并進行選擇和改造，能夠獨立的進行結構設計，計算參數，會進行設計步驟和計算方法。通過搜索相關的機械設計手冊、機械設計標準的方式，以此來達到積攢知識和提高自身能力的目的。通過畢業(yè)設計，得到機械方面的基本技能的培訓，提高自己的分析能力和解決機械設計問題的能力，并為我們以后進行其它機械產品的設計打好牢固的基礎。 第1章 緒論 1.1數控機床國內外研究現狀及發(fā)展局勢 當今世上，機床業(yè)較為發(fā)達的國家對機床這一產品十分的重視，都在加快發(fā)展機電一體化技術和技術先進的數控機床，以此來加快發(fā)展工業(yè)水平和國民經濟，并為社會作出貢獻?，F如今國內數控機床行業(yè)發(fā)展十分迅速，每年的產量正在逐漸上升，但是所生產的數控機床的精度等方面有些達不到要求。這樣的情況一直持續(xù)到現在，然后幾大強國就在國際市場上發(fā)起了激烈的行業(yè)之間的競爭，并始終保持著相互競爭相互發(fā)展的關系，尤其是因為電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，使得數控機床在1980年后也開始了超速發(fā)展。為了滿足各種用戶的不同需求，也為了吸引全世界人民的眼球，引起更多的關注，各國的機床制造商們紛紛展現出自己的機床水平，改造性能更加好的機床。 全力加快發(fā)展裝備制造業(yè)是當今社會的共識，但絕大多數的機械制造裝備的數字化控制系統(tǒng)卻不是中國獨家制造的。尤其是關系到國家的地位和體現國家綜合實力的高檔數控機床，它的系統(tǒng)和重要零件卻都要從國外引進。許多專家紛紛表示，以數控機床為代表的“中國制造”不能沒有自主創(chuàng)造，開發(fā)具有自主知識產權的數控操作系統(tǒng)已迫在眉睫。 1.1.1數控機床國內外研究現狀 雖然我國數控車床技術還比較落后，但是經過了30多年的發(fā)展，我國自主研發(fā)生產的，臥式數控車床不僅價格比較便宜，設備費用的投入比較少，一些企業(yè)所需要的車床不要太高級，所以這種車床就能滿足要求了，現在特別受歡迎，目前這種數控車床在我國仍然十分流行，并且一直在使用中。 國外的一些比較發(fā)達的國家對數控車床這方面的研究很多，他們的技術水平很高，科技水平比較發(fā)達，他們研發(fā)的數控車床具有特點如下：（1）數控車床的主流是高速高精并且具有多軸加工，數控車床的潮流是納米控制。（2）越來越多的多軸加工數控車床被用到其它行業(yè)中，并且十分受歡迎。（3）隨著計算機監(jiān)測功能的發(fā)展，工廠里的監(jiān)測系統(tǒng)與管理系統(tǒng)更加方便簡單，它能及時分析當前的相關情形，并能夠及時預測車床的運行狀態(tài)，能及時的進行維護，這樣可以極力的避免發(fā)生車床事故，使車床更少的發(fā)生故障，提高機床的壽命。（4）機器自主的檢測和糾錯能力，變得更強大，這在為了提高車床的精度，也能夠完成的時間很短的時間在機床的校正測量[1]。 仔細看看我國的數控車床的發(fā)展史，雖然這其中獲得了不少的成績，但是跟國外發(fā)達的技術相比，仍然有著天差地別的差距。其主要特點：（1）產品質量差，和高端產品的生產技術不行。（2）技術，尤其是科學技術非常薄弱，自我發(fā)展能力不強，以及無法自主創(chuàng)新（3）該產品質量不太可靠，而且技術有不到家的地方。（4）功能部件發(fā)展停止滯后；（5）嚴重缺乏大型集體組織、在市場上的很難競爭過別人[2]。 1.1.2數控機床國內外發(fā)展趨勢 隨著社會的不斷發(fā)展，IT網絡和信息技術的進步，以及新型數控系統(tǒng)，數控車床和自動化制造系統(tǒng)將會呈現以下發(fā)展趨勢。 （1）高速度和高精度 高效率，高品質的技術是數控車床的主要指標。只有保證了高速度、高精度這兩個要求，才能提高生產效率，保證產品的質量，減少產品的生產周期。 （2）高智能、信息開放網絡化 通過計算機通信網絡的功能，并且可以遠程建立一個計算機技術支持機來實現信息的發(fā)送，可以通過這個裝置進行查詢和顯示，以及遠程診斷錯誤。依靠互聯網絡連接，用戶可以得到能夠及時到后實時對用戶的設備數據中的信息獲取工具行業(yè)機床及機械制造商準確性支持機，診斷在線機器把車床和監(jiān)視開放的網絡工具，還可以提高服務效率，使產品的質量有保障。 （3）綠色化 在二十一世紀，環(huán)保和節(jié)能是數控車床的首要指標。由于環(huán)境約束和資源，綠色制造，綠色資源，最重要的是最終處理環(huán)節(jié)，但我們的珍貴的生態(tài)環(huán)境顯得尤為突出。因此，最近幾年，不用或少用散熱器，或半干式切削工具切削數控車床正在不斷開發(fā)節(jié)能。綠色制造能使我國的節(jié)能環(huán)保數控車床飛速發(fā)展，占據更多的國際市場。 1.2數控機床的組成 數控機床一般由輸入/輸出設備、操作面板、可編程控制器PLC、計算機數控裝置、電氣回路、伺服單元、驅動裝置、輔助裝置、機床本體及測量反饋裝置組成。如圖1-1所示： 圖1-1機床的組成 1.3數控車床的功能和特點 1.3.1數控車床的功能 不同種類的數控車床功能也會略有不同，它們各有各優(yōu)缺點，但都應具備以下主要功能。 1、直線插補功能 將刀具沿著直線方向進行切削，使用這種功能不僅可以加工圓柱面還能加工圓錐面和倒角部分。 2、圓弧插補功能 將刀具沿著圓弧進行切削，使用該功能可加工圓弧面和曲面部分。 3、固定循環(huán)功能 固定了機床的常用功能，比如：粗加工、螺紋、切槽、鉆孔等，使用該功能可以簡化編程程序。 4、恒線速度車削 使主軸保持切削點處的切削速度恒定，可以讓加工表面處的精度相同。 5、刀尖半徑自動補償功能 可以對刀具的運動軌跡進行半徑補償，在編程時不必考慮刀具的半徑，直接按照零件的輪廓進行編程，可以使編程變得更加簡潔明了。 1.3.2數控車床的分類和特點 1、按車床主軸位置分類 （1）立式數控車床：這種車床它的主軸和水平面之間是垂直的，并且具有一個直徑很大的圓形工作臺，用這個圓臺來裝夾工件。 （2）臥式數控機床：它又分為數控水平導軌和數控傾斜導軌兩種類型的臥式車床，傾斜導軌車床的剛性更大，排屑也更加方便。 2、按加工零件的類型分類 （1）卡盤式數控機床 （2）頂尖式數控機床 3、按刀架數量分類 （1）單刀式數控機床 （2）雙刀式數控機床 4 按功能分類 （1）經濟型數控機床 （2）普通數控機床 （3）車削加工中心 1.4數控車床主傳動系統(tǒng)的簡介 機床主傳動是依靠主傳動系統(tǒng)來實現的,它將主電動機的主動力轉換成可供主軸上刀具切削加工的切削力和切削速度。主傳動系統(tǒng)應具有較大的調速范圍，以此來保證加工時能選用合適的切削用量，只有這樣才能配合不同種類的加工方式和不同種類的機床。同時主傳動系統(tǒng)還需具備較高的精度和剛度，并盡可能降低噪聲, 從而獲得更佳的生產率、加工精度和表面質量[3]。 第2章 主軸箱總體方案設計 2.1主傳動系統(tǒng)的設計要求 （1）為了滿足機床的運動要求，主軸必須具有足夠的轉速和變速范圍、轉速級數，并能夠及時的實現機床的各種運動。 （2）應該是主要的發(fā)動機功率，以滿足所有部件的需求必須滿足的強度和剛度要求，從而滿足了設備的電力需求。 （3）機床的主要動力，特別是心軸組件具有足夠高的性能要求，耐沖擊性，熱變形和低噪音，高效率，和確保設備的工作要求。 （4）操作要求簡單而且可靠，使用維修的時候也要方便，并且具有良好的潤滑和完美的密封，這樣才能滿足設備的基本要求。 （5）整體結構緊湊而且簡單，機床的技術性好，并且要保證總體成本低，以此來保證整個機床的各種各樣的要求。 2.2主傳動的結構特點和傳動方式 2.2.1主傳動的結構特點 （1）高速和大功率。切削時能夠進行高速和高能的車床，可以保證良好的生產效率。 （2）調速范圍廣。確保如何快速制造系統(tǒng)數控車床，使得Ra> 100，并確保零件的合理工作量，和處理的處理速度，以達到更高的生產率和較高的機械精度以及表面質量。 （3）轉速快速和可靠。 轉動速度和由主軸馬達提供的主要速度，不僅方便實現在規(guī)定的時間內來移動無級變速機，而且還降低了工藝的中間體轉移的損失，從而提高了整體的可靠性和準確性的無級變速傳輸。 （4）主軸組件必須是正常的高耐蝕性，這樣才能使傳動系統(tǒng)具有較高的精確度。每當摩擦部件工作時，如軸承，通孔等，這樣我們就有足夠的韌性，以及確保軸承的潤滑良好[4]。 2.2.2傳動方式的分類及特點 1、采用變速齒輪的主傳動：使用齒輪傳動比來進行降速，然后再通過液壓撥叉來使車床具有自動變速的功能。由于電機主軸是采用無級變速的方法，這樣還能實現主軸的正反啟動、停止和制動等一系列功能。使用該傳動方式會使傳動產生較大的扭矩，以及很大的噪聲，所以一般只用于低速加工。如圖2-1（a）所示。 2、通過帶傳動的主傳動：該傳動方式中主軸箱和主軸的結構比較簡單，而且主軸部件都具有較高的剛性；帶傳動的效率很高，傳動過程中比較平穩(wěn)、傳動時發(fā)出的噪聲也比較小；所以傳動不需潤滑；但是輸出扭矩會小，在低速情況下性能不太好，所以我們只能把它用在中檔機床中，這樣有較多的應用。如圖2-1（b）所示。 3、用兩個電動機分別驅動主軸：通過齒輪傳動和帶傳動這兩種方式的混合傳動方式，具有上述兩種傳動方式的所有性能。如圖2-1（c）所示。 4、采用主軸電機直接驅動：這種方式是通過主軸電機直接來驅動主軸轉動的，而且電機和主軸是合在一起的。使用這個傳動方式的話，我們必須要弄好散熱和潤滑方式，所以這種傳動方式，一般只能應用于高速機床。如圖2-1（d）所示。 圖2-1傳動方式的分類 2.3電機的選擇及同步帶的計算 2.3.1電機型號的選擇 1、選電機時考慮的問題 (1)選擇電動機類型的時候，我們要根據機床電動機的開始、停止、轉動等方面的要求來綜合選擇。 （2）考慮車床的負荷，以及速度和啟動等方面的需求，然后再考慮發(fā)動機的溫度是否合適，是否會引起產能過剩。再根據電動機的負載能力，并最終確定冷卻方式。 （3）選擇電機時要考慮電機的電壓和工作環(huán)境等方面的要求。 (4)選擇電機時，應該綜合考慮節(jié)能環(huán)保、轉動、價格、維修保養(yǎng)方面的因素。 2、主電機功率的確定 首先假設以下的切削條件： 選擇材料：45鋼； 選擇熱處理：正火； 選擇工件直徑：?65mm 切削速度：V=150m/min 切削用量：ap=1.5mm；f=0.3mm/n；P=200kg×f/mm2 (1)主切削力 Fz=P×f×ap=200′0.3′1.5=90kg×f=900N (2-1) (2)切削扭矩 M切=Fz×R==27N×m (2-2) (3)切削功率 M切=Fz×V==2.25kw (2-3) 因為該主傳動的總效率為h=0.8 N主/N切==2.8125kw (2-4) (4)因為本次設計要求機床的變速范圍比較大，還要求主軸具有較高的扭矩，而且機床的定位也不是太高，所以我選用Y13521-2型電機，它的額定功率為5.5kw，已知該電機的額定轉速為2900kw，而且其中采用1:1.2降速比以此來提高軸的扭矩，所以我們可以得知，主軸轉速以及輸出扭矩為： n額==2417r/min (2-5) 額定扭矩M==18.58N×m (2-6) 2.3.2同步帶參數的計算 根據車床的結構設計要求，我們選擇d1=125mm，并考慮到同步帶的滑動率e，那么大帶輪直徑: d2=d1(1+∈)i (2-7) e——皮帶滑動率 i——傳動比 ?。篹=1%；i=1.2 根據上述公式可以得出：d2=148.5，取d2=150mm （1）確定帶輪的中心距： Dm==137.5mm (2-8) D==12.5mm 首先假設：a=660mm 帶長：L=p×Dm+2a+=3.14′137.5+2′660+=1752mm (2-9) 所以按照標準來?。篖0=1800mm 那么：a= = =683.9mm，取a=684mm （2）小帶輪的包角： a1==178.8°>120° (2-10) （3）帶輪速度： n==26.2m/s>25m/s (2-11) n1：小輪最高轉速n=4000r/min 根據上面的計算過程以及計算結果，并且綜合一下考慮后，我最后還是選擇使用A型帶， d1=125mm （4）單根V型帶的基本功率 根據d1=125mm、n1=2900r/min，由《機械設計手冊》第3冊中的表22.1-13d查得（A型帶）： N1=1.93kw 再考慮到傳動比的影響i11，那么額定功率的增量DN1由表22.1-13d查得： DN=0.13kw （5）帶的根數： Z= (2-12) Nc——計算功率：Nc=KA×N=1.1′5.5=6.05 N——機床傳遞功率 KA——工作情況系數，由于本機床傳動時運轉平穩(wěn)，無振動，故取KA=1.1 DN1——功率增量 Ka——包角系數，由表22.1-10查得Ka=0.99486 KL——帶長系數，由表22.1-11查得KL=0.99 Z==2.9 取三根A型帶Z=3 （6）張緊力： F= (2-13) q：V型帶每米長質量查表q=0.1kg/m F==188.42N （7）徑向載荷： Q=2×Z×F0×Sin （2-14） =1130.53Sin=1112.8(N) 以上計算公式均取自機械設計手冊編委會編寫的《機械設計手冊》這本書。 第3章 主軸組件的設計 3.1主軸組件的基本要求 1、工作性能上的要求 ①回轉精度??當主軸開始做旋轉直線運動的時候，速度為0的連接點上的線速度被稱為主軸旋轉中心線。它是應該被改變的，旋轉中心線的空間位置是固定的。但實際上的情況是，由于各種各樣的因素，在每一個時刻的主軸組件中心的線轉動的空間位置有變化，平均空間位置是理想的中場旋轉中場轉動。空間的瞬時旋轉軸轉動后，提供了完美的中場旋轉精度，稱為主軸旋轉誤差。這是主軸的旋轉精度。單純從徑向誤差，角度誤差和觀點軸向的錯誤，他們并不單獨存在。當徑向和角度誤差存在時，就變成了跳動，并且當軸向和角度誤差同時存在時則成為了跳動。 ②剛度???是由外力硬化單元主軸轉動期間抵抗變形的能力。我們常常在主軸的前端用所施加的力的大小來表示的方向移動。當主軸組件的變形后獲得更大的剛性，所以主軸的受力情況也比較良好。如果主軸的剛度比較差，那么在外力的作用下，主軸會產生很大的彈性變形，如果主軸長時間處于這樣的狀態(tài)下，那么將會使工件的質量變差，影響其它元件的正常工作，并會加快主軸部件的磨損程度，同時降低加工精度。具有較高的剛度的主軸單元和配置軸承類型的支撐跨度的大小，類型和位置的主軸結構的大小，軸承預壓等，心軸組件等。 ③抗振性???耐振動性是指主軸在加工過程中，使該主軸保持無振動發(fā)生順利工作的能力。如果主軸總是在不佳的振動下工作，那么工作過程中將導致更大的振動，這樣不僅降低了加工質量，也會降低了機器的生產效率，同時也會使刀具的耐用度降低。如果你仍然想提高主軸的抗振性，那么有必要增加主軸組件的剛性，所以我們必須使用前承載更大的阻尼比增加靜態(tài)剛度，不得不在需要時安裝阻尼器。此外，主軸必須比定頻激振力的頻率更高。 ④溫升????操作期間主軸組件，溫升過高會導致兩個嚴重的不良后果：首先，將主軸的各個部分，并由于相對于中心的位置失真的熱膨脹的殼體，旋轉中心線使主軸和機器部件將從移動，這將直接影響加工精度;第二，軸承和其它組件由于溫度變化和間隙會破壞原有的良好的潤滑條件下，影響軸承的正常運轉。有時甚至發(fā)生“抱軸”。因此，一般的數控機床將恒溫啟閉來解決這個問題。 ⑤耐磨性???只有具有了足夠的耐磨性，為了維持長期高精度主軸組件。主軸它是比較容易磨損和刀具和工件的工作部分的轉軸安裝部分。所以，如果我們要提高其耐磨性，它必須被硬化或在主軸氮化處理的至少一部分，以增加硬度。和主軸軸承應具有良好的潤滑性以提高主軸的耐磨性[5]。 2、結構上的要求 （1）定位可靠 （2）長期運轉 （3）標準設計 （4）工藝性好 3.2主軸的功用、類型及結構設計 3.2.1主軸的功用 它指的是工件主軸或刀具使機器上的旋轉軸。通常由主軸，軸承和傳動部件和其他部件主軸部件組成。主軸主要用于支持傳動零件，如齒輪，滑輪，傳遞運動和扭矩，如機床主軸;一些人裝夾工件，如心軸。 3.2.2主軸的結構設計 在進行結構設計時，必須考慮以下的幾個方面：主軸上的零件要具有可靠的軸向固定基準；主軸上的零件要有可靠的周向固定基準；零件可拆卸性更好和軸更加方便加工；能提高主軸的強度和剛度，并且能節(jié)約成本和減輕重量。 軸的形狀通常采用階梯形狀，那是由于階梯軸的強度比較高，而且加工時比較容易，再者說，軸上的零件能可靠地固定，裝拆也比較方便。 在確定所述軸的直徑在每個配合時要注意： 1、與軸頸直徑相配合，滾動軸承的內徑需要滿足標準系列的要求。 2、軸上螺紋部分必須符合螺紋的標準。 3、軸上花鍵部分必須符合花鍵標準。 4、其他配合直徑也應采用圓整值。 3.3主軸主要參數的確定 3.3.1前后軸承型號的選擇 選擇主軸承類型載荷大小，是根據在負載方向上的負荷的特性來選擇的。 在選擇軸承的時候，因為軸承中的主要元件都是線接觸的形式，大都適用于重載荷。球軸承為點接觸的形式，可承受規(guī)定的負荷系數小的載荷，如此一來，在所受載荷較小的時候，我們應該優(yōu)先選用球軸承。 當我們按照遭遇選擇與該類型載體的方向，當推力軸承的情況下只使用下軸向負荷，通常我們在純軸向載荷推力球軸承時選擇推力球軸承，單純的軸向載荷可以選擇承受更大的力量的軸承。這種情況下，它僅受純徑向載荷，我們通常使用深溝球軸承，圓柱滾子軸承和滾針軸承。這是當軸承的徑向負荷，也有較小的軸向載荷承載，我們可以用深溝球軸承，角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，當較大的軸向載荷，我們可以選擇接觸角越大角接觸球軸承和圓錐滾子軸承也可以選擇組合的徑向和軸向形式，它們可以分別在徑向和軸向負荷中使用。 3.3.2主軸參數的確定 主軸可以使用自動變速模式，能夠實現無級變模式，速度范圍20--4000r/min 主軸端部尺寸GB/T5900.1-1997-A24. 主軸直徑:前軸承處70mm,后軸承處65mm. 前軸承型號:70X110X20(2)/C46114 后軸承型號:65X100X18(2)/D36113 皮帶輪降速比125/150 3.3.3主軸受力分析 1、由于本次設計采用了A24主軸，所以我通過查閱資料獲得的數據，得出取前支承直徑為?70mm的結論，并且考慮到最大直徑為?25mm，所以最后選取后軸徑?65mm。 2、求支承的徑向剛度： 主軸的扭矩：根據扭矩轉速圖可查得： 在Nmin=20r/min Mmax=30N×m 若取Dmax=70mm 則Fz==857.1N Fy=0.5Fz=428.6N 則F==958.29N 受力情況如圖3-1所示 圖3-1刀具受力情況 圖3-2主軸受力情況 支承情況如圖3-2所示，我們可以根據需要取a=68mm， 取1a=3，則l=3a=3′68=204mm 可以根據力的平衡定理，再結合上面的計算內容和計算結果，得出： Fa==1277.7N （3-1） Fb==319.4N 在設計過程中，我通過查閱資料并請教老師，最后得出前后軸承分別選取46114、36114二個成組使用的軸承和二對36113軸承，這樣可以滿足所需的轉速要求。由此可得，軸承的徑向彈性位移量： do= (3-2) Qr——滾動體上的徑向載荷 Qr= (3-3) Fr——軸承的支反力 i——滾動體列數 Z——每列滾動體數 Qra==185.7N Qrb==43.5N a：向心推力軸承推力角；36接觸角15°；46接觸角25° dQ：滾動體直徑 則： doa==6.4mm dob==2.49mm 設：46114軸承的預緊量為18mm 63113軸承的預緊量為22mm 相對位移量：18δoα=187.4=2.81 22δoβ=222.79=8.84 查得：ba=0.24，b=0.2 由：d1=bdo得 da1=0.25doa=0.24′6.4=1.28mm db1=0.2dob=0.2′2.49=0.498mm 通過查閱哈軸樣本，得出：C46114、D36113軸承與箱體孔的裝配過盈量： Da1=0mm，Db1=0mm 由公式得：Ka1=0.2，Kb1=0.2 代入式： d= (3-4) F——外載荷（N） K——系數 b——軸承寬度（mm） d——軸承外徑 da2==1.163mm db2==0.348mm 那么軸承C46114、D36113與軸的裝配過盈量： Da2=4.5mm，Db2=0mm 再根據公式，得出：Ka2=0.17，Kb1=0.2 da3==0.988mm db3==0.348mm 通過上面的計算式，能夠得出前軸承以及后軸承的徑向剛度： Ka==372.4×104N/cm Kb=N/cm (3)求最佳跨距 kαkβ=1.39,kαkβ≈1 當主軸當量外徑D當==67.5mm，當量內徑d當=48mm時， 慣量矩I=0.505′ h=?1.2 （3-5） 根據h-曲線可查得：la=3.3 則：Lo=3.3a=3.3′68 =22.44 本設計取a=67mm，跨距210mm 通過上面的計算可得：當選取a=67mm，跨距為210m時，就能夠滿足主軸的基本要求。以上計算公式均取自機械設計手冊編委會編寫的《機械設計手冊》這本書。 3.4主軸材料的選擇及熱處理 1. 根據主軸的強度，磨損條件和主軸大小來選擇的熱處理后變形阻力。 2.確定主軸的具體尺寸，主軸材料通過彈性模量E來決定主軸的剛度。 3.所有鋼材的彈性模量值一般都是相同的，并且與熱處理沒有太大的關系。 4.常見的鋼材有45鋼以及60鋼，它們的價格一般都比較便宜。 5. 通用的主軸將使用45號鋼，它淬火到220?250HBS，在主軸錐孔的端部，將定心軸頸或定心錐形表面部使用局部品質HRC50?55硬度。 6.支承的地方可以使用滾動軸承，軸頸的部位可以不用淬硬，但是有些主軸仍然采用淬硬，這是為了防止其它物體損傷了軸頸的配合面。 7. 如果采用滑動軸承，在必要的時候用高頻軸頸硬化，從而保證軸承的耐磨損性。 8. 如果軸承的負荷大，那么為了提高軸承的耐疲勞性，我們可以選擇的40Cr或50Mn2的材料。 9. 當在需要更高的硬度以承受更大的沖擊載荷的主軸，我們可以使用20Cr進行滲碳，使其硬度達到HRC56-62。 第4章 軸承的選擇 4.1軸承的選擇及壽命計算 4.1.1軸承的功用及特點 （一）、軸承的分類 軸承一般可以分為滑動軸承和滾動軸承這兩個大類。 1.滑動軸承的分類 根據承受載荷的方向不同分為：向心軸承和推力軸承。 2、滾動軸承的分類 滾動軸承的主要分為：調心球軸承、調心滾子軸承、圓錐滾子軸承、推力 球軸承、角接觸球軸承、圓柱滾子軸承、深溝球軸承和滾針軸承 （二）、軸承的功能介紹 1、滑動軸承的功能 軸承具有平滑和可靠的操作和無噪音的優(yōu)點。在液體潤滑條件和滑動面的情況下，從沒有與產生不僅大大降低了摩擦損失和振動吸收表面可以穿油膜直接接觸的潤滑油分離。 2、滾動軸承的功能 不僅支持驅動軸和軸部分，還可以保證正常的工作位置和軸的旋轉精度，軸承使用簡單，比較易于維護保養(yǎng)，在工作時非常可靠的起動性能比較好，所以在中等速度的由承載能力的情況下是比較高的。用在相對低的壽命的滑動軸承的話，軸承其徑向尺寸稍大，但阻尼能力也比較差，高速運動時噪聲也比較大。 3、各滾動軸承的功能介紹 （1）調心球軸承 可以自主調整中心位置，常用于多支點和剛度不足的軸。 （2）調心滾子軸承? 可以自己調整中心位置，能承受較大徑向載荷和較小的軸向載荷，可以抵抗振動載荷、還能抵抗沖擊載荷。 （3）圓錐滾子軸承? 這種軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。內圈和外圈可以分離出來，可以用來調整間隙，裝卸也比較方便，可用于剛性較大的主軸上，我們一般成對使用，然后對稱著來安裝。 （4）推力球軸承? 這種軸承只能承受軸向載荷，而且載荷中心線與主軸中心線在同一條直線上。這種軸承可以用在軸向載荷較大但是轉速不太高的場合。 （5）深溝球軸承? 這種軸承能夠承受輕量的徑向載荷，還能夠承受軸向載荷。但在軸向載荷不大時，我們可以用它來代替推力球軸承，從而承受純軸向載荷。這種軸承適用于高轉速，低噪音，低振動的工作環(huán)境下。這些軸承具有較大的代表性。 （6）角接觸球軸承?可以同時承受徑向和軸向載荷，每當標稱接觸角變大時，軸向承載能力也變大。此類軸承主要應用于高速和高精度方面。 （7）圓柱滾子軸承?它能夠承受大的徑向載荷，而不能承受軸向載荷。這些軸承可以用于重負載和沖擊載荷和高速應用中。 4.1.2軸承的配置形式 1）可以在前軸軸承雙列圓柱滾子軸承和雙列角接觸球軸承的組合使用可以在后軸支撐一對角接觸球軸承（圖4-1a）。這可以提高主軸的整體剛度，同時也能滿足切削力的v要求軸承結構中，它被廣泛用于各類數控機床主軸中。 2）可以使用高精度雙列角接觸球軸承（圖4-1b）。具有良好的高速運動性能角接觸球軸承，在最高轉速主軸可以達到4000轉/分鐘。然而，它的承載能力比較小，所以我們一般把它在高速并且輕載時，精密數控機床主軸。 3）使用配置形式雙列和單列圓錐滾子軸承（圖4-1c）。這樣的配置有軸承的徑向和軸向剛度，能承受重載荷，特別是能經受強烈動載荷，并且比較易于安裝，調整和良好的性能。但是這種配置方式軸承阻礙了最高的速度和精度旋轉主軸，所以我們一般將其用于中等精度，低速和重型數控機床主軸。 圖4-1軸承配置形式 4.1.3軸承壽命計算 主軸的受力分析如下圖4-2所示： 圖4-2主軸受力分析 （1）切削零件： 假設試件的尺寸為：?25′100mm 那么夾頭體重量：G=g×V=7.8′3.14′=1.3kg （2）使用時間（th） 我們假設機床每天工作15個小時，一年可以使用300天，它的使用壽命為8年，在工作期間里切削時間占了70%，則： th=15′300′8′70%=25200（h） （3）平均轉速（ne） 由于本次設計的機床是在20--4000r/min的范圍內進行調速的，所以需要計算平均轉速，假設機床的總運行時間為1，那么與機床總運轉時間之比如表4-1所示。 表4-1常用轉速與機床總運轉時間之比 常用轉速r//min 400 600 900 1200 1500 1800 2100 2500 3000 3500 4000 與機床總運轉時間之比 0.1 0.1 0.1 0.1 0.15 0.15 0.1 0.1 0.05 0.04 0.01 ne==1595r/min （4-1） （4）平均切削力： 在平常用的轉速下，主軸所受的切削力見如下表4-2。 表4-2主軸切削力 常用轉速r/min 400 600 900 1200 1500 1800 2100 2500 3000 3500 4000 走刀深度(mm) 1.8 1.5 1 0.8 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.3 0.3 走刀量(mm) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2 主切削力kg×f 108 90 60 48 30 30 30 30 12 4.8 4.8 材 料 鋼 件 有 色 金 屬 件 F=Pap×f (4-2) P——單位切削量的切削力 鋼為200kg×f/mm2，有色金屬為80kg×f/mm2 平均主切削力Fze==45.76kg×f （4-3） 平均切削分力Fye=0.5′Fze=22.88kg×f （5）根據力的平衡原理，求出a、b支承處的支反力 圖4-3a、b支承處的支反力 計算G點在a、b支承處的分力：受力分析如圖4-3所示。 FaG==1.9kg=19N FbG=1.9-1.3=0.6kg=6N 根據上述皮帶的校核計算，皮帶張緊時的張緊力Q=112.8N，受力分析如圖4-4所示。 圖4-4受力分析 FaQ==699.5N FbQ=1812.3N 計算主切削力在a、b支承上的支反力（Fze），受力分析如圖4-5所示。 圖4-5支反力分析 Faze==2Fze=2′45.76kg=915N Fbze=915-457.6=457.4N 計算切削分力在a、b支承上的支反力： Fay==2Fy=2′22.88=45.76kg=457.6N Fby=Fay-Fy=228.2N 通過上述計算所得，a、b兩支承處所受的總支反力，如圖4-6所示。 圖4-6總支反力 Fa￠=FaQ+Faze-FaG=1595.5N Fb=FbQ+Fbze-FbG=1812.3+457.4-6=2263.7N Fa==1659.8N Fb==12275.2N （6）軸承壽命計算： Lh= (4-4) ne——平均計算轉速 P——軸承支反力（此處Fa、Fb） a支承是由1個46114和1個36114組成組合軸承的，額定負載取46114軸承的額定負載。 Lha==79904.8h>30000h 后軸承取2個36113自成組軸承C=28.6KN Lhb==20755.6(h) 根據上面的計算結果可以得知，如果后軸承采用36113軸承，那么它的壽命不能滿足機床的基本要求，所以后軸承必須要重選，我決定采用36213軸承。 C=56.1KN 則：Lhb==15664.86(h)>30000h 以上計算公式均取自機床設計手冊編寫組主編的《機床設計手冊》。 4.2軸承的預緊 4.2.1軸承預緊的意義 我們談論滾動軸承預緊的時候，一般指的都是完全組裝的軸承，使用某些的加成沿上軸承的內圈或外圈的方向上的軸承的軸線的恒定力的方法和手段，并我們要保持那么這個力讓沿軸線方向的相對移動，從而可以通過這種方式，軸承內部的自由空間被消除的軸承內圈和外圈，也使?jié)L動元件之間的內圈，緊密接觸在一起的外圈，他們在與局部變形接觸。由于這種變形是不能由軸承負荷造成的，??所以我們把它稱為預變形。預載力，滾動元件和接觸的內圈和外圈會引起局部彈性變形，而且對接觸面積變大，使得共同承擔滾動元件的力變得越多，將在大于180的范圍內°使?jié)L動體一起用力，有時它有可能使在360°范圍內受力所有的滾動體的作用，如果我們這樣去做，那肯定是滾動元件的情況下預緊了一把比較好，這樣的方式能使軸承承受更多的負荷。我們通過以上討論，我們可以知道通過軸承的預緊力，如果遭受相同的負載再次接觸變形軸承的接觸變形肯定會一直沒有預緊要小，這樣就可以提高軸承的支撐剛性，并且它也能補償在使用過程中的軸承的磨損。 4.2.2軸承預緊方式 1、定位預緊 后軸承內圈或外圈的軸向力可以使內、外位置保持相對固定，我們稱之為定位預緊。 2、定壓預緊 使用彈性元件讓軸承承受軸向力并使其產生變形的方法稱之為定壓預緊。 3、調壓預緊 用液壓力來使軸承的某些部位產生運動，可以通過改變油的壓力調整預緊力的大小，以此來達到隨著負荷不同，它可以自動控制預緊力的大小的方式。 4.3軸承的潤滑及密封 4.3.1軸承的潤滑 軸承是非常重要的機械零件，一個數控車床如果要充分發(fā)揮其性能，這是非常有必要的，以確保有足夠的潤滑。也就是說，軸承可以完美運行的關鍵是良好的潤滑，它可提高軸承的承載能力及使用壽命。潤滑在軸承中起到的作用一般有以下幾條：?（1）降低金屬體之間的摩擦損失可以延長軸承壽命。 （2）以產生薄膜，提高金屬之間的接觸面積，減少了產生的應力。 （3）保證在高頻率的軸承壓力，工作能力長期運行，以延長其疲勞壽命。 （4）除去由摩擦產生的熱量和軸承面可以降低溫度，防止燒毀軸承表面。?（5）起防塵、防銹、防蝕的作用[6]。 因此，軸承要想正常運行，良好的潤滑起著決定性的作用。軸承的潤滑方法的設計一般包括：確定良好的潤滑方法中，潤滑劑的選擇模式，潤滑劑換油周期和果汁計數的計算量。根據所用可分為其潤滑油，潤滑脂和固體潤滑三類潤滑劑的類型軸承的潤滑。潤滑油潤滑比其他更廣泛的溫度范圍內，軸承向下更適合于高速和工作在高負荷條件;并且，由于油潤滑設備維護和更換潤滑油是非常簡單和方便，所以現在廠家一般采用油潤滑。油脂潤滑的密封簡潔，相對低的維護成本和潤滑脂的成本低，在軸承的低速、中速、中溫操作，從而常用。特別是最近的抗磨損添加劑，大大提高了油的潤滑性能，從而使?jié)櫥鼜V泛的應用。如果油潤滑和脂潤滑的實際使用是不是我們需要的軸承潤滑條件或不能滿足特定的工作條件，那么我們可以用一種固體潤滑劑，也可以提高軸承的潤滑性能本身。 4.3.2主軸部件的密封 密封軸承是必不可少的。內部和外部的密封件不僅可以防止灰塵，水蒸汽和其它有害氣體進入軸承，還能防止?jié)櫥瑒┑膿p失，并減少對環(huán)境的污染。當我們選擇密封裝置，它應該被認為潤滑軸承哪種方式，密封線速度的部件的主要形式是由摩擦引起的密封溫度的問題和上方面所需的成本數。軸承密封件，可被設置在支撐部的軸承上，但是也可以設置在軸承中。但不管其設置在哪一部分上，根據結構的密封裝置，我們都可以把它分為非接觸密封和接觸式密封兩類。 1、非接觸式密封? 非接觸式密封是使用一個小的間隙，以密封密封方法，基本上沒有磨擦，從而使溫度上升比較小，幾乎沒有磨損，通常使用的場合為高速旋轉的情況。在主軸上或打開幾個環(huán)形槽可以改善密封效果，因為如果用油脂潤滑，那么環(huán)形槽可以保存油脂，以便在防止外部雜物的侵入中發(fā)揮了作用。有時我們的密封間隙有回流設計，使用這種密封方法也可用于油潤滑。如果密封間隙，以提高密封效果加長，我們可以打開多層迷宮通道，即迷宮式密封結構。這種密封方法一般用于潤滑脂潤滑。和油脂填補了內部的通道，那么整體的密封效果會變得更好，可以有效防止外部灰塵或者濕氣的進入。 2、接觸式密封? 接觸密封模式意味著除了一個壓力到彈性環(huán)形密封件的壓到滑動面。典型地，該接觸密封件密封的密封性能比非接觸密封性能較好，但這樣會增加摩擦轉矩，使溫度上升變高。當毛氈密封件易于使用，主要用于脂潤滑方式，這種方式可以防止灰塵的進入，但很難避免浸漬潤滑油感覺和流出毛氈。以增強密封效果，我們主要是使用Z形橫截面是潤滑脂密封件也可以使用的GS形環(huán)來代替。安裝密封進溝前，毛氈圈應在80℃的油中完全飽和。在接觸密封最常見的密封施加唇形密封。通常密封唇接觸壓力是通過施加所述環(huán)形螺旋彈簧緊密地連接到軸，使得兩個隨后的擺動軸線，而且甚至更密封效果。當低速運轉的時候，密封唇可以按照尺寸較大端面?zhèn)鹊搅硪粋?。每當主軸的線速度超過12米/秒時，由于線之間的松配合到離心力和軸密封，開始一個事務所帶來固定的。因此，當我們使用潤滑脂潤滑，被安裝在軸承，它可以防止外部雜物進入軸承的內部的外側環(huán)上;然后油潤滑的選擇，通常安裝在軸承殼體內，從密封唇的軸承，它可以防止?jié)櫥拖蛲獠康膬炔啃孤┍诚颉? 3、組合密封?通常在灰塵，濕氣，有害氣體和其他不利的環(huán)境或潤滑劑泄漏不能使用的場合，一般采用這種方式，這將實現更理想的密封效果都密封。 4、密封軸承? 非接觸式密封軸承兩種形式分為鋼板沖壓蓋子和橡膠圈。鋼板沖壓蓋密封間隙比較大，它只能用來防止灰塵進入;橡膠密封，然后密封差距相對較小，但在良好的防塵作用，或具有比鋼板沖壓蓋的方式更好的密封性能。接觸密封軸承密封件主要是橡膠，由密封唇棒橡膠密封件一起緊緊地貼在軸承的轉動部件，使灰塵和水可以發(fā)揮作用。一般來說，我們通常是首選的結構簡單，密封可靠，維修方便的密封軸承。 考慮到經濟效益以及使用維護方便，我在這次設計中使用了接觸式密封的方式，并通過脂潤滑的方式來進行軸承的潤滑。軸承采用兩對滾動軸承背靠背的配置形式。如圖4-7所示： 4-7軸承配置形式 第5章 技術經濟分析 5.1 技術成本分析的目的與意義 經濟分析是一項技術指標，我們用它來提高我們的機床的經濟效益，它具有良好的紀律性，能使技術得到進步。技術分析在技術科學和經濟科學這兩個領域都有不同之處，但是它們之間有一個十分密切的聯系，如果技術經濟是一個國家快速發(fā)展的重要條件，那么技術成本分析一定是技術進步的最重要的基礎組成部分。他們之間缺一不可，相輔相成。 通過使用成本計算資料及其他相關方面等，來分析構成的成本和成本的變化，研究各種因素及其原因在成本變化的長期過程中，技術經濟的比重。最重要的部分是分析成本的用處，它的主要作用是什么，為什么要通過使用合理的經濟分析，才能正確評價工作的計劃，理解了分析成本的目的，才能對產品的經濟效益有所了解，才能知道一個產品的是否能盈利。所以一個合格的成本分析能正確的分析出產品的成本的結果，也能分析出成本的用途，它能給人提供一個最終決定的依據，并且一定讓人信服。 5.2 成本構成 5.2.1 非標準件外購費用 設計中非標準件，如表5-1所示；非標準件的外購費用，如表5-2所示。 表5-1非標準件統(tǒng)計 序號 名稱 材料 數量 凈重（Kg） 1 法蘭 LY12 1 2.5 2 圈 45 1 0.933 3 軸 45 1 2.181 表5-1（續(xù)）非標準件統(tǒng)計 4 套 45 5 0.187 5 軸 40Cr 1 3 6 緊定螺釘 45 10 0.006 7 連接套 45 4 3.3 8 法蘭 LY12 1 1.5 9 夾緊塊 45 4 1.511 10 密封環(huán) 尼龍1010 1 0.01 45鋼重量：G1=23.353kg，合金鋼重量：G2=3kg，尼龍1010件總凈重：G3=0.01kg，LY12鋁棒總凈重：G4=4kg。 現在市場上，45鋼的價格為3400元/噸，合金鋼的價格5850元/噸，尼龍1010的價格75000元/噸，LY12鋁棒的價格28000元/噸。 表5-2非標準件外購費用 序號 名稱 數量 單價（元/件） 1 軸承（NK12/16） 2 3 2 軸承 2 1 3 O型密封圈 1 2.16 所以，合計非標準件外購總費用為98元。 5.2.2 標準件外購費用 設計中標準件的費用，如表5-3所示。 表5-3標準件外購費用統(tǒng)計 序號 名稱 規(guī)格 數量 單價（元/件） 1 內六角圓柱螺釘 M6×103 8 0.1 2 內六角圓柱螺釘 M8×40 8 0.1 3 內六角圓柱螺釘 M5×25 3 0.1 4 內六圓柱頭螺釘 M8×30 8 0.1 5 開槽內六角圓柱螺釘 M10×45 8 0.1 6 螺母 M6 10 1 7 螺母 M10 20 1 8 圓柱銷 M6×16 3 1 9 彈簧墊圈 16 8 0.2 10 O型密封 50×3.55 1 3 11 O型密封 45×3.5 1 3 標準件的外購件費用為44.1元。 5.3成本計算依據 根據設計時所有零件的數量，求出總加工費用，得出總成本。計算公式： 零件成本=材料費用+加工工時費用 材料費用=材料的單價×材料的毛坯重量 毛坯的重量=凈重/材料的利用率 材料的利用率：,45鋼為0.6~0.7，無縫鋼管為0.6~0.7，合金鋼為0.6~0.7，矩形鋼管為0.6~0.7，尼龍1010為0.6~0.7，LY12鋁棒為