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南京工程學(xué)院
工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）
題 目： 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： D機(jī)加工121 學(xué) 號(hào)： 231120332
學(xué)生姓名： 衛(wèi)佳華
指導(dǎo)教師： 劉桂芝
起迄日期： 2016.2.22——2016.6.3
設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 工程中心5號(hào)樓206
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）中文摘要
摘要：
本次論文對(duì)數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要采用了類比法。主傳動(dòng)的性能直接影響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率，對(duì)提高產(chǎn)品的質(zhì)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(jì)算了主軸的受力分析以及軸承支承，并計(jì)算了前后軸承的壽命。本論文的特色有：通過(guò)對(duì)主軸扭矩的研究，提高了主軸的加工能力。通過(guò)對(duì)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(guò)對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊，并合理的使用潤(rùn)滑與密封，提高了軸承的壽命。通過(guò)對(duì)主傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化了主傳動(dòng)，對(duì)數(shù)控車床的發(fā)展和應(yīng)用有深遠(yuǎn)的影響。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車床，主傳動(dòng)系統(tǒng)，主軸組件，主軸
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）
目 錄
前 言 1
第1章 緒論 2
1.1數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展局勢(shì) 2
1.1.1數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.1.2數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 3
1.2數(shù)控機(jī)床的組成 3
1.3數(shù)控車床的功能和特點(diǎn) 4
1.3.1數(shù)控車床的功能 4
1.3.2數(shù)控車床的分類和特點(diǎn) 5
1.4數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 5
第2章 主軸箱總體方案設(shè)計(jì) 6
2.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 6
2.2主傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和傳動(dòng)方式 6
2.2.1主傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 6
2.2.2傳動(dòng)方式的分類及特點(diǎn) 6
2.3電機(jī)的選擇及同步帶的計(jì)算 8
2.3.1電機(jī)型號(hào)的選擇 8
2.3.2同步帶參數(shù)的計(jì)算 9
第3章 主軸組件的設(shè)計(jì) 12
3.1主軸組件的基本要求 12
3.2主軸的功用、類型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.2.1主軸的功用 13
3.2.2主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.3主軸主要參數(shù)的確定 14
3.3.1前后軸承型號(hào)的選擇 14
3.3.2主軸參數(shù)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(jì)算 20
4.1.1軸承的功用及特點(diǎn) 20
4.1.2軸承的配置形式 21
4.1.3軸承壽命計(jì)算 22
4.2軸承的預(yù)緊 27
4.2.1軸承預(yù)緊的意義 27
4.2.2軸承預(yù)緊方式 27
4.3軸承的潤(rùn)滑及密封 28
4.3.1軸承的潤(rùn)滑 28
4.3.2主軸部件的密封 28
第5章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 31
5.1 技術(shù)成本分析的目的與意義 31
5.2 成本構(gòu)成 31
5.2.1 非標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用 31
5.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用 33
5.3成本計(jì)算依據(jù) 34
第6章 結(jié) 論 37
致 謝 38
參考文獻(xiàn) 39
南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）
前 言
由于現(xiàn)在市場(chǎng)上的產(chǎn)品的換代更新太快和對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量的要求提高，普通的傳統(tǒng)車床已經(jīng)不能滿足當(dāng)今人們的生產(chǎn)要求了。而且數(shù)控車床由于其眾多的優(yōu)點(diǎn)，到現(xiàn)在已經(jīng)成為機(jī)床發(fā)展的主流，數(shù)控車床的高速發(fā)展代表了國(guó)家的總體設(shè)計(jì)水平以及制造水平，應(yīng)該受到人們的高度重視。
當(dāng)代數(shù)控機(jī)床是信息化技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的代表產(chǎn)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(chǎn)效率、很高的自動(dòng)化水平、很強(qiáng)的加工適應(yīng)性等一系列特點(diǎn)。能否實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床和生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)控化，是當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。我們可以這么說(shuō)，機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，它的實(shí)質(zhì)性目的就是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。
本次課題的設(shè)計(jì)目的以及意義，就是讓我們通過(guò)平時(shí)所學(xué)的基礎(chǔ)課程的理論知識(shí)，和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)合在一起，來(lái)達(dá)到加深我們的專業(yè)知識(shí)，鞏固我們的基礎(chǔ)能力。通過(guò)這次設(shè)計(jì)過(guò)程，然后再分析一些機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型，并進(jìn)行選擇和改造，能夠獨(dú)立的進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算參數(shù)，會(huì)進(jìn)行設(shè)計(jì)步驟和計(jì)算方法。通過(guò)搜索相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的方式，以此來(lái)達(dá)到積攢知識(shí)和提高自身能力的目的。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，得到機(jī)械方面的基本技能的培訓(xùn)，提高自己的分析能力和解決機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力，并為我們以后進(jìn)行其它機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)打好牢固的基礎(chǔ)。
第1章 緒論
1.1數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展局勢(shì)
當(dāng)今世上，機(jī)床業(yè)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)機(jī)床這一產(chǎn)品十分的重視，都在加快發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)和技術(shù)先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床，以此來(lái)加快發(fā)展工業(yè)水平和國(guó)民經(jīng)濟(jì)，并為社會(huì)作出貢獻(xiàn)?，F(xiàn)如今國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展十分迅速，每年的產(chǎn)量正在逐漸上升，但是所生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床的精度等方面有些達(dá)不到要求。這樣的情況一直持續(xù)到現(xiàn)在，然后幾大強(qiáng)國(guó)就在國(guó)際市場(chǎng)上發(fā)起了激烈的行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)，并始終保持著相互競(jìng)爭(zhēng)相互發(fā)展的關(guān)系，尤其是因?yàn)殡娮蛹夹g(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得數(shù)控機(jī)床在1980年后也開(kāi)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(guān)注，各國(guó)的機(jī)床制造商們紛紛展現(xiàn)出自己的機(jī)床水平，改造性能更加好的機(jī)床。
全力加快發(fā)展裝備制造業(yè)是當(dāng)今社會(huì)的共識(shí)，但絕大多數(shù)的機(jī)械制造裝備的數(shù)字化控制系統(tǒng)卻不是中國(guó)獨(dú)家制造的。尤其是關(guān)系到國(guó)家的地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合實(shí)力的高檔數(shù)控機(jī)床，它的系統(tǒng)和重要零件卻都要從國(guó)外引進(jìn)。許多專家紛紛表示，以數(shù)控機(jī)床為代表的“中國(guó)制造”不能沒(méi)有自主創(chuàng)造，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控操作系統(tǒng)已迫在眉睫。
1.1.1數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
雖然我國(guó)數(shù)控車床技術(shù)還比較落后，但是經(jīng)過(guò)了30多年的發(fā)展，我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的，臥式數(shù)控車床不僅價(jià)格比較便宜，設(shè)備費(fèi)用的投入比較少，一些企業(yè)所需要的車床不要太高級(jí)，所以這種車床就能滿足要求了，現(xiàn)在特別受歡迎，目前這種數(shù)控車床在我國(guó)仍然十分流行，并且一直在使用中。
國(guó)外的一些比較發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)數(shù)控車床這方面的研究很多，他們的技術(shù)水平很高，科技水平比較發(fā)達(dá)，他們研發(fā)的數(shù)控車床具有特點(diǎn)如下：（1）數(shù)控車床的主流是高速高精并且具有多軸加工，數(shù)控車床的潮流是納米控制。（2）越來(lái)越多的多軸加工數(shù)控車床被用到其它行業(yè)中，并且十分受歡迎。（3）隨著計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)功能的發(fā)展，工廠里的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與管理系統(tǒng)更加方便簡(jiǎn)單，它能及時(shí)分析當(dāng)前的相關(guān)情形，并能夠及時(shí)預(yù)測(cè)車床的運(yùn)行狀態(tài)，能及時(shí)的進(jìn)行維護(hù)，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(jī)床的壽命。（4）機(jī)器自主的檢測(cè)和糾錯(cuò)能力，變得更強(qiáng)大，這在為了提高車床的精度，也能夠完成的時(shí)間很短的時(shí)間在機(jī)床的校正測(cè)量[1]。
仔細(xì)看看我國(guó)的數(shù)控車床的發(fā)展史，雖然這其中獲得了不少的成績(jī)，但是跟國(guó)外發(fā)達(dá)的技術(shù)相比，仍然有著天差地別的差距。其主要特點(diǎn)：（1）產(chǎn)品質(zhì)量差，和高端產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)不行。（2）技術(shù)，尤其是科學(xué)技術(shù)非常薄弱，自我發(fā)展能力不強(qiáng)，以及無(wú)法自主創(chuàng)新（3）該產(chǎn)品質(zhì)量不太可靠，而且技術(shù)有不到家的地方。（4）功能部件發(fā)展停止滯后；（5）嚴(yán)重缺乏大型集體組織、在市場(chǎng)上的很難競(jìng)爭(zhēng)過(guò)別人[2]。
1.1.2數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，IT網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的進(jìn)步，以及新型數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控車床和自動(dòng)化制造系統(tǒng)將會(huì)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)。
（1）高速度和高精度
高效率，高品質(zhì)的技術(shù)是數(shù)控車床的主要指標(biāo)。只有保證了高速度、高精度這兩個(gè)要求，才能提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，減少產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。
（2）高智能、信息開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)化
通過(guò)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的功能，并且可以遠(yuǎn)程建立一個(gè)計(jì)算機(jī)技術(shù)支持機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送，可以通過(guò)這個(gè)裝置進(jìn)行查詢和顯示，以及遠(yuǎn)程診斷錯(cuò)誤。依靠互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接，用戶可以得到能夠及時(shí)到后實(shí)時(shí)對(duì)用戶的設(shè)備數(shù)據(jù)中的信息獲取工具行業(yè)機(jī)床及機(jī)械制造商準(zhǔn)確性支持機(jī)，診斷在線機(jī)器把車床和監(jiān)視開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)工具，還可以提高服務(wù)效率，使產(chǎn)品的質(zhì)量有保障。
（3）綠色化
在二十一世紀(jì)，環(huán)保和節(jié)能是數(shù)控車床的首要指標(biāo)。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(shù)控車床正在不斷開(kāi)發(fā)節(jié)能。綠色制造能使我國(guó)的節(jié)能環(huán)保數(shù)控車床飛速發(fā)展，占據(jù)更多的國(guó)際市場(chǎng)。
1.2數(shù)控機(jī)床的組成
數(shù)控機(jī)床一般由輸入/輸出設(shè)備、操作面板、可編程控制器PLC、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、電氣回路、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置、機(jī)床本體及測(cè)量反饋裝置組成。如圖1-1所示：
圖1-1機(jī)床的組成
1.3數(shù)控車床的功能和特點(diǎn)
1.3.1數(shù)控車床的功能
不同種類的數(shù)控車床功能也會(huì)略有不同，它們各有各優(yōu)缺點(diǎn)，但都應(yīng)具備以下主要功能。
1、直線插補(bǔ)功能
將刀具沿著直線方向進(jìn)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(bǔ)功能
將刀具沿著圓弧進(jìn)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(jī)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(jiǎn)化編程程序。
4、恒線速度車削
使主軸保持切削點(diǎn)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(dòng)補(bǔ)償功能
可以對(duì)刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行半徑補(bǔ)償，在編程時(shí)不必考慮刀具的半徑，直接按照零件的輪廓進(jìn)行編程，可以使編程變得更加簡(jiǎn)潔明了。
1.3.2數(shù)控車床的分類和特點(diǎn)
1、按車床主軸位置分類
（1）立式數(shù)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(gè)直徑很大的圓形工作臺(tái)，用這個(gè)圓臺(tái)來(lái)裝夾工件。
（2）臥式數(shù)控機(jī)床：它又分為數(shù)控水平導(dǎo)軌和數(shù)控傾斜導(dǎo)軌兩種類型的臥式車床，傾斜導(dǎo)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(shù)控機(jī)床
（2）頂尖式數(shù)控機(jī)床
3、按刀架數(shù)量分類
（1）單刀式數(shù)控機(jī)床
（2）雙刀式數(shù)控機(jī)床
4 按功能分類
（1）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床
（2）普通數(shù)控機(jī)床
（3）車削加工中心
1.4數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介
機(jī)床主傳動(dòng)是依靠主傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,它將主電動(dòng)機(jī)的主動(dòng)力轉(zhuǎn)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(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有較大的調(diào)速范圍，以此來(lái)保證加工時(shí)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(jī)床。同時(shí)主傳動(dòng)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(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量[3]。
第2章 主軸箱總體方案設(shè)計(jì)
2.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
（1）為了滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)要求，主軸必須具有足夠的轉(zhuǎn)速和變速范圍、轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，并能夠及時(shí)的實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)。
（2）應(yīng)該是主要的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，以滿足所有部件的需求必須滿足的強(qiáng)度和剛度要求，從而滿足了設(shè)備的電力需求。
（3）機(jī)床的主要?jiǎng)恿?，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(shè)備的工作要求。
（4）操作要求簡(jiǎn)單而且可靠，使用維修的時(shí)候也要方便，并且具有良好的潤(rùn)滑和完美的密封，這樣才能滿足設(shè)備的基本要求。
（5）整體結(jié)構(gòu)緊湊而且簡(jiǎn)單，機(jī)床的技術(shù)性好，并且要保證總體成本低，以此來(lái)保證整個(gè)機(jī)床的各種各樣的要求。
2.2主傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和傳動(dòng)方式
2.2.1主傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
（1）高速和大功率。切削時(shí)能夠進(jìn)行高速和高能的車床，可以保證良好的生產(chǎn)效率。
（2）調(diào)速范圍廣。確保如何快速制造系統(tǒng)數(shù)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(dá)到更高的生產(chǎn)率和較高的機(jī)械精度以及表面質(zhì)量。
（3）轉(zhuǎn)速快速和可靠。 轉(zhuǎn)動(dòng)速度和由主軸馬達(dá)提供的主要速度，不僅方便實(shí)現(xiàn)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)來(lái)移動(dòng)無(wú)級(jí)變速機(jī)，而且還降低了工藝的中間體轉(zhuǎn)移的損失，從而提高了整體的可靠性和準(zhǔn)確性的無(wú)級(jí)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(dòng)系統(tǒng)具有較高的精確度。每當(dāng)摩擦部件工作時(shí)，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(rùn)滑良好[4]。
2.2.2傳動(dòng)方式的分類及特點(diǎn)
1、采用變速齒輪的主傳動(dòng)：使用齒輪傳動(dòng)比來(lái)進(jìn)行降速，然后再通過(guò)液壓撥叉來(lái)使車床具有自動(dòng)變速的功能。由于電機(jī)主軸是采用無(wú)級(jí)變速的方法，這樣還能實(shí)現(xiàn)主軸的正反啟動(dòng)、停止和制動(dòng)等一系列功能。使用該傳動(dòng)方式會(huì)使傳動(dòng)產(chǎn)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(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)：該傳動(dòng)方式中主軸箱和主軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，而且主軸部件都具有較高的剛性；帶傳動(dòng)的效率很高，傳動(dòng)過(guò)程中比較平穩(wěn)、傳動(dòng)時(shí)發(fā)出的噪聲也比較小；所以傳動(dòng)不需潤(rùn)滑；但是輸出扭矩會(huì)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(jī)床中，這樣有較多的應(yīng)用。如圖2-1（b）所示。
3、用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸：通過(guò)齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)這兩種方式的混合傳動(dòng)方式，具有上述兩種傳動(dòng)方式的所有性能。如圖2-1（c）所示。
4、采用主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)：這種方式是通過(guò)主軸電機(jī)直接來(lái)驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的，而且電機(jī)和主軸是合在一起的。使用這個(gè)傳動(dòng)方式的話，我們必須要弄好散熱和潤(rùn)滑方式，所以這種傳動(dòng)方式，一般只能應(yīng)用于高速機(jī)床。如圖2-1（d）所示。
圖2-1傳動(dòng)方式的分類
2.3電機(jī)的選擇及同步帶的計(jì)算
2.3.1電機(jī)型號(hào)的選擇
1、選電機(jī)時(shí)考慮的問(wèn)題
(1)選擇電動(dòng)機(jī)類型的時(shí)候，我們要根據(jù)機(jī)床電動(dòng)機(jī)的開(kāi)始、停止、轉(zhuǎn)動(dòng)等方面的要求來(lái)綜合選擇。
（2）考慮車床的負(fù)荷，以及速度和啟動(dòng)等方面的需求，然后再考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度是否合適，是否會(huì)引起產(chǎn)能過(guò)剩。再根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力，并最終確定冷卻方式。
（3）選擇電機(jī)時(shí)要考慮電機(jī)的電壓和工作環(huán)境等方面的要求。
(4)選擇電機(jī)時(shí)，應(yīng)該綜合考慮節(jié)能環(huán)保、轉(zhuǎn)動(dòng)、價(jià)格、維修保養(yǎng)方面的因素。
2、主電機(jī)功率的確定
首先假設(shè)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?yàn)樵撝鱾鲃?dòng)的總效率為h=0.8
N主/N切==2.8125kw (2-4)
(4)因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)要求機(jī)床的變速范圍比較大，還要求主軸具有較高的扭矩，而且機(jī)床的定位也不是太高，所以我選用Y13521-2型電機(jī)，它的額定功率為5.5kw，已知該電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為2900kw，而且其中采用1:1.2降速比以此來(lái)提高軸的扭矩，所以我們可以得知，主軸轉(zhuǎn)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(shù)的計(jì)算
根據(jù)車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，我們選擇d1=125mm，并考慮到同步帶的滑動(dòng)率e，那么大帶輪直徑:
d2=d1(1+∈)i (2-7)
e——皮帶滑動(dòng)率
i——傳動(dòng)比
取：e=1%；i=1.2
根據(jù)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(shè)：a=660mm
帶長(zhǎng)：L=p×Dm+2a+=3.14′137.5+2′660+=1752mm (2-9)
所以按照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)取：L0=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(zhuǎn)速n=4000r/min
根據(jù)上面的計(jì)算過(guò)程以及計(jì)算結(jié)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(jù)d1=125mm、n1=2900r/min，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第3冊(cè)中的表22.1-13d查得（A型帶）：
N1=1.93kw
再考慮到傳動(dòng)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(shù)：
Z= (2-12)
Nc——計(jì)算功率：Nc=KA×N=1.1′5.5=6.05
N——機(jī)床傳遞功率
KA——工作情況系數(shù)，由于本機(jī)床傳動(dòng)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)振動(dòng)，故取KA=1.1
DN1——功率增量
Ka——包角系數(shù)，由表22.1-10查得Ka=0.99486
KL——帶長(zhǎng)系數(shù)，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(zhǎng)質(zhì)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(jì)算公式均取自機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編寫的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》這本書。
第3章 主軸組件的設(shè)計(jì)
3.1主軸組件的基本要求
1、工作性能上的要求
①回轉(zhuǎn)精度??當(dāng)主軸開(kāi)始做旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，速度為0的連接點(diǎn)上的線速度被稱為主軸旋轉(zhuǎn)中心線。它是應(yīng)該被改變的，旋轉(zhuǎn)中心線的空間位置是固定的。但實(shí)際上的情況是，由于各種各樣的因素，在每一個(gè)時(shí)刻的主軸組件中心的線轉(zhuǎn)動(dòng)的空間位置有變化，平均空間位置是理想的中場(chǎng)旋轉(zhuǎn)中場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)?？臻g的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)后，提供了完美的中場(chǎng)旋轉(zhuǎn)精度，稱為主軸旋轉(zhuǎn)誤差。這是主軸的旋轉(zhuǎn)精度。單純從徑向誤差，角度誤差和觀點(diǎn)軸向的錯(cuò)誤，他們并不單獨(dú)存在。當(dāng)徑向和角度誤差存在時(shí)，就變成了跳動(dòng)，并且當(dāng)軸向和角度誤差同時(shí)存在時(shí)則成為了跳動(dòng)。
②剛度???是由外力硬化單元主軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(lái)表示的方向移動(dòng)。當(dāng)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(huì)產(chǎn)生很大的彈性變形，如果主軸長(zhǎng)時(shí)間處于這樣的狀態(tài)下，那么將會(huì)使工件的質(zhì)量變差，影響其它元件的正常工作，并會(huì)加快主軸部件的磨損程度，同時(shí)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(jié)構(gòu)的大小，軸承預(yù)壓等，心軸組件等。
③抗振性???耐振動(dòng)性是指主軸在加工過(guò)程中，使該主軸保持無(wú)振動(dòng)發(fā)生順利工作的能力。如果主軸總是在不佳的振動(dòng)下工作，那么工作過(guò)程中將導(dǎo)致更大的振動(dòng)，這樣不僅降低了加工質(zhì)量，也會(huì)降低了機(jī)器的生產(chǎn)效率，同時(shí)也會(huì)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(shí)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(guò)高會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)嚴(yán)重的不良后果：首先，將主軸的各個(gè)部分，并由于相對(duì)于中心的位置失真的熱膨脹的殼體，旋轉(zhuǎn)中心線使主軸和機(jī)器部件將從移動(dòng)，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(huì)破壞原有的良好的潤(rùn)滑條件下，影響軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。有時(shí)甚至發(fā)生“抱軸”。因此，一般的數(shù)控機(jī)床將恒溫啟閉來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
⑤耐磨性???只有具有了足夠的耐磨性，為了維持長(zhǎng)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(zhuǎn)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(yīng)具有良好的潤(rùn)滑性以提高主軸的耐磨性[5]。
2、結(jié)構(gòu)上的要求
（1）定位可靠
（2）長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)
（3）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)
（4）工藝性好
3.2主軸的功用、類型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2.1主軸的功用
它指的是工件主軸或刀具使機(jī)器上的旋轉(zhuǎn)軸。通常由主軸，軸承和傳動(dòng)部件和其他部件主軸部件組成。主軸主要用于支持傳動(dòng)零件，如齒輪，滑輪，傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩，如機(jī)床主軸;一些人裝夾工件，如心軸。
3.2.2主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮以下的幾個(gè)方面：主軸上的零件要具有可靠的軸向固定基準(zhǔn)；主軸上的零件要有可靠的周向固定基準(zhǔn)；零件可拆卸性更好和軸更加方便加工；能提高主軸的強(qiáng)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(qiáng)度比較高，而且加工時(shí)比較容易，再者說(shuō)，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(gè)配合時(shí)要注意：
1、與軸頸直徑相配合，滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑需要滿足標(biāo)準(zhǔn)系列的要求。
2、軸上螺紋部分必須符合螺紋的標(biāo)準(zhǔn)。
3、軸上花鍵部分必須符合花鍵標(biāo)準(zhǔn)。
4、其他配合直徑也應(yīng)采用圓整值。
3.3主軸主要參數(shù)的確定
3.3.1前后軸承型號(hào)的選擇
選擇主軸承類型載荷大小，是根據(jù)在負(fù)載方向上的負(fù)荷的特性來(lái)選擇的。
在選擇軸承的時(shí)候，因?yàn)檩S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(diǎn)接觸的形式，可承受規(guī)定的負(fù)荷系數(shù)小的載荷，如此一來(lái)，在所受載荷較小的時(shí)候，我們應(yīng)該優(yōu)先選用球軸承。
當(dāng)我們按照遭遇選擇與該類型載體的方向，當(dāng)推力軸承的情況下只使用下軸向負(fù)荷，通常我們?cè)诩冚S向載荷推力球軸承時(shí)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(dāng)軸承的徑向負(fù)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(dāng)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(fù)荷中使用。
3.3.2主軸參數(shù)的確定
主軸可以使用自動(dòng)變速模式，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)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(hào):70X110X20(2)/C46114
后軸承型號(hào):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(shè)計(jì)采用了A24主軸，所以我通過(guò)查閱資料獲得的數(shù)據(jù)，得出取前支承直徑為?70mm的結(jié)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(jù)扭矩轉(zhuǎn)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(jù)需要取a=68mm，
取1a=3，則l=3a=3′68=204mm
可以根據(jù)力的平衡定理，再結(jié)合上面的計(jì)算內(nèi)容和計(jì)算結(jié)果，得出：
Fa==1277.7N （3-1）
Fb==319.4N
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱資料并請(qǐng)教老師，最后得出前后軸承分別選取46114、36114二個(gè)成組使用的軸承和二對(duì)36113軸承，這樣可以滿足所需的轉(zhuǎn)速要求。由此可得，軸承的徑向彈性位移量：
do= (3-2)
Qr——滾動(dòng)體上的徑向載荷
Qr= (3-3)
Fr——軸承的支反力
i——滾動(dòng)體列數(shù)
Z——每列滾動(dòng)體數(shù)
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(dòng)體直徑
則： doa==6.4mm
dob==2.49mm
設(shè)：46114軸承的預(yù)緊量為18mm
63113軸承的預(yù)緊量為22mm
相對(duì)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(guò)查閱哈軸樣本，得出：C46114、D36113軸承與箱體孔的裝配過(guò)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(shù)
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(guò)盈量：
Da2=4.5mm，Db2=0mm
再根據(jù)公式，得出：Ka2=0.17，Kb1=0.2
da3==0.988mm
db3==0.348mm
通過(guò)上面的計(jì)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(dāng)主軸當(dāng)量外徑D當(dāng)==67.5mm，當(dāng)量?jī)?nèi)徑d當(dāng)=48mm時(shí)，
慣量矩I=0.505′
h=?1.2 （3-5）
根據(jù)h-曲線可查得：la=3.3
則：Lo=3.3a=3.3′68 =22.44
本設(shè)計(jì)取a=67mm，跨距210mm
通過(guò)上面的計(jì)算可得：當(dāng)選取a=67mm，跨距為210m時(shí)，就能夠滿足主軸的基本要求。以上計(jì)算公式均取自機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編寫的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》這本書。
3.4主軸材料的選擇及熱處理
1. 根據(jù)主軸的強(qiáng)度，磨損條件和主軸大小來(lái)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(guò)彈性模量E來(lái)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(méi)有太大的關(guān)系。
4.常見(jiàn)的鋼材有45鋼以及60鋼，它們的價(jià)格一般都比較便宜。
5. 通用的主軸將使用45號(hào)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(zhì)HRC50?55硬度。
6.支承的地方可以使用滾動(dòng)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(dòng)軸承，在必要的時(shí)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(fù)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(dāng)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(jìn)行滲碳，使其硬度達(dá)到HRC56-62。
第4章 軸承的選擇
4.1軸承的選擇及壽命計(jì)算
4.1.1軸承的功用及特點(diǎn)
（一）、軸承的分類
軸承一般可以分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承這兩個(gè)大類。
1.滑動(dòng)軸承的分類
根據(jù)承受載荷的方向不同分為：向心軸承和推力軸承。
2、滾動(dòng)軸承的分類
滾動(dòng)軸承的主要分為：調(diào)心球軸承、調(diào)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(dòng)軸承的功能
軸承具有平滑和可靠的操作和無(wú)噪音的優(yōu)點(diǎn)。在液體潤(rùn)滑條件和滑動(dòng)面的情況下，從沒(méi)有與產(chǎn)生不僅大大降低了摩擦損失和振動(dòng)吸收表面可以穿油膜直接接觸的潤(rùn)滑油分離。
2、滾動(dòng)軸承的功能
不僅支持驅(qū)動(dòng)軸和軸部分，還可以保證正常的工作位置和軸的旋轉(zhuǎn)精度，軸承使用簡(jiǎn)單，比較易于維護(hù)保養(yǎng)，在工作時(shí)非?？煽康钠饎?dòng)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(duì)低的壽命的滑動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)噪聲也比較大。
3、各滾動(dòng)軸承的功能介紹
（1）調(diào)心球軸承 可以自主調(diào)整中心位置，常用于多支點(diǎn)和剛度不足的軸。
（2）調(diào)心滾子軸承? 可以自己調(diào)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(dòng)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(nèi)圈和外圈可以分離出來(lái)，可以用來(lái)調(diào)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(duì)使用，然后對(duì)稱著來(lái)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(zhuǎn)速不太高的場(chǎng)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(shí)，我們可以用它來(lái)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(zhuǎn)速，低噪音，低振動(dòng)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(shí)承受徑向和軸向載荷，每當(dāng)標(biāo)稱接觸角變大時(shí)，軸向承載能力也變大。此類軸承主要應(yīng)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(fù)載和沖擊載荷和高速應(yīng)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(duì)角接觸球軸承（圖4-1a）。這可以提高主軸的整體剛度，同時(shí)也能滿足切削力的v要求軸承結(jié)構(gòu)中，它被廣泛用于各類數(shù)控機(jī)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(yùn)動(dòng)性能角接觸球軸承，在最高轉(zhuǎn)速主軸可以達(dá)到4000轉(zhuǎn)/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(shí)，精密數(shù)控機(jī)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(jīng)受強(qiáng)烈動(dòng)載荷，并且比較易于安裝，調(diào)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(zhuǎn)主軸，所以我們一般將其用于中等精度，低速和重型數(shù)控機(jī)床主軸。
圖4-1軸承配置形式
4.1.3軸承壽命計(jì)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(shè)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(shí)間（th）
我們假設(shè)機(jī)床每天工作15個(gè)小時(shí)，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(shí)間占了70%，則：
th=15′300′8′70%=25200（h）
（3）平均轉(zhuǎn)速（ne）
由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)床是在20--4000r/min的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速的，所以需要計(jì)算平均轉(zhuǎn)速，假設(shè)機(jī)床的總運(yùn)行時(shí)間為1，那么與機(jī)床總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間之比如表4-1所示。
表4-1常用轉(zhuǎn)速與機(jī)床總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間之比
常用轉(zhuǎn)速r//min
400
600
900
1200
1500
1800
2100
2500
3000
3500
4000
與機(jī)床總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(zhuǎn)速下，主軸所受的切削力見(jiàn)如下表4-2。
表4-2主軸切削力
常用轉(zhuǎn)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(jù)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(jì)算G點(diǎn)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(jù)上述皮帶的校核計(jì)算，皮帶張緊時(shí)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(jì)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(jì)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(guò)上述計(jì)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(jì)算：
Lh= (4-4)
ne——平均計(jì)算轉(zhuǎn)速
P——軸承支反力（此處Fa、Fb）
a支承是由1個(gè)46114和1個(gè)36114組成組合軸承的，額定負(fù)載取46114軸承的額定負(fù)載。
Lha==79904.8h>30000h
后軸承取2個(gè)36113自成組軸承C=28.6KN
Lhb==20755.6(h)
根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)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(jī)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(jì)算公式均取自機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組主編的《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》。
4.2軸承的預(yù)緊
4.2.1軸承預(yù)緊的意義
我們談?wù)摑L動(dòng)軸承預(yù)緊的時(shí)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(nèi)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(gè)力讓沿軸線方向的相對(duì)移動(dòng)，從而可以通過(guò)這種方式，軸承內(nèi)部的自由空間被消除的軸承內(nèi)圈和外圈，也使?jié)L動(dòng)元件之間的內(nèi)圈，緊密接觸在一起的外圈，他們?cè)谂c局部變形接觸。由于這種變形是不能由軸承負(fù)荷造成的，??所以我們把它稱為預(yù)變形。預(yù)載力，滾動(dòng)元件和接觸的內(nèi)圈和外圈會(huì)引起局部彈性變形，而且對(duì)接觸面積變大，使得共同承擔(dān)滾動(dòng)元件的力變得越多，將在大于180的范圍內(nèi)°使?jié)L動(dòng)體一起用力，有時(shí)它有可能使在360°范圍內(nèi)受力所有的滾動(dòng)體的作用，如果我們這樣去做，那肯定是滾動(dòng)元件的情況下預(yù)緊了一把比較好，這樣的方式能使軸承承受更多的負(fù)荷。我們通過(guò)以上討論，我們可以知道通過(guò)軸承的預(yù)緊力，如果遭受相同的負(fù)載再次接觸變形軸承的接觸變形肯定會(huì)一直沒(méi)有預(yù)緊要小，這樣就可以提高軸承的支撐剛性，并且它也能補(bǔ)償在使用過(guò)程中的軸承的磨損。
4.2.2軸承預(yù)緊方式
1、定位預(yù)緊 后軸承內(nèi)圈或外圈的軸向力可以使內(nèi)、外位置保持相對(duì)固定，我們稱之為定位預(yù)緊。
2、定壓預(yù)緊 使用彈性元件讓軸承承受軸向力并使其產(chǎn)生變形的方法稱之為定壓預(yù)緊。
3、調(diào)壓預(yù)緊 用液壓力來(lái)使軸承的某些部位產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，可以通過(guò)改變油的壓力調(diào)整預(yù)緊力的大小，以此來(lái)達(dá)到隨著負(fù)荷不同，它可以自動(dòng)控制預(yù)緊力的大小的方式。
4.3軸承的潤(rùn)滑及密封
4.3.1軸承的潤(rùn)滑
軸承是非常重要的機(jī)械零件，一個(gè)數(shù)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(rùn)滑。也就是說(shuō)，軸承可以完美運(yùn)行的關(guān)鍵是良好的潤(rùn)滑，它可提高軸承的承載能力及使用壽命。潤(rùn)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(zhǎng)軸承壽命。 （2）以產(chǎn)生薄膜，提高金屬之間的接觸面積，減少了產(chǎn)生的應(yīng)力。 （3）保證在高頻率的軸承壓力，工作能力長(zhǎng)期運(yùn)行，以延長(zhǎng)其疲勞壽命。 （4）除去由摩擦產(chǎn)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(yùn)行，良好的潤(rùn)滑起著決定性的作用。軸承的潤(rùn)滑方法的設(shè)計(jì)一般包括：確定良好的潤(rùn)滑方法中，潤(rùn)滑劑的選擇模式，潤(rùn)滑劑換油周期和果汁計(jì)數(shù)的計(jì)算量。根據(jù)所用可分為其潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑脂和固體潤(rùn)滑三類潤(rùn)滑劑的類型軸承的潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油潤(rùn)滑比其他更廣泛的溫度范圍內(nèi)，軸承向下更適合于高速和工作在高負(fù)荷條件;并且，由于油潤(rùn)滑設(shè)備維護(hù)和更換潤(rùn)滑油是非常簡(jiǎn)單和方便，所以現(xiàn)在廠家一般采用油潤(rùn)滑。油脂潤(rùn)滑的密封簡(jiǎn)潔，相對(duì)低的維護(hù)成本和潤(rùn)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(rùn)滑性能，從而使?jié)櫥鼜V泛的應(yīng)用。如果油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑的實(shí)際使用是不是我們需要的軸承潤(rùn)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(rùn)滑劑，也可以提高軸承的潤(rùn)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(nèi)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(jìn)入軸承，還能防止?jié)櫥瑒┑膿p失，并減少對(duì)環(huán)境的污染。當(dāng)我們選擇密封裝置，它應(yīng)該被認(rèn)為潤(rùn)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(wèn)題和上方面所需的成本數(shù)。軸承密封件，可被設(shè)置在支撐部的軸承上，但是也可以設(shè)置在軸承中。但不管其設(shè)置在哪一部分上，根據(jù)結(jié)構(gòu)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(gè)小的間隙，以密封密封方法，基本上沒(méi)有磨擦，從而使溫度上升比較小，幾乎沒(méi)有磨損，通常使用的場(chǎng)合為高速旋轉(zhuǎn)的情況。在主軸上或打開(kāi)幾個(gè)環(huán)形槽可以改善密封效果，因?yàn)槿绻糜椭瑵?rùn)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(shí)我們的密封間隙有回流設(shè)計(jì)，使用這種密封方法也可用于油潤(rùn)滑。如果密封間隙，以提高密封效果加長(zhǎng)，我們可以打開(kāi)多層迷宮通道，即迷宮式密封結(jié)構(gòu)。這種密封方法一般用于潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。和油脂填補(bǔ)了內(nèi)部的通道，那么整體的密封效果會(huì)變得更好，可以有效防止外部灰塵或者濕氣的進(jìn)入。
2、接觸式密封? 接觸密封模式意味著除了一個(gè)壓力到彈性環(huán)形密封件的壓到滑動(dòng)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(huì)增加摩擦轉(zhuǎn)矩，使溫度上升變高。當(dāng)毛氈密封件易于使用，主要用于脂潤(rùn)滑方式，這種方式可以防止灰塵的進(jìn)入，但很難避免浸漬潤(rùn)滑油感覺(jué)和流出毛氈。以增強(qiáng)密封效果，我們主要是使用Z形橫截面是潤(rùn)滑脂密封件也可以使用的GS形環(huán)來(lái)代替。安裝密封進(jìn)溝前，毛氈圈應(yīng)在80℃的油中完全飽和。在接觸密封最常見(jiàn)的密封施加唇形密封。通常密封唇接觸壓力是通過(guò)施加所述環(huán)形螺旋彈簧緊密地連接到軸，使得兩個(gè)隨后的擺動(dòng)軸線，而且甚至更密封效果。當(dāng)?shù)退龠\(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，密封唇可以按照尺寸較大端面?zhèn)鹊搅硪粋?cè)。每當(dāng)主軸的線速度超過(guò)12米/秒時(shí)，由于線之間的松配合到離心力和軸密封，開(kāi)始一個(gè)事務(wù)所帶來(lái)固定的。因此，當(dāng)我們使用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，被安裝在軸承，它可以防止外部雜物進(jìn)入軸承的內(nèi)部的外側(cè)環(huán)上;然后油潤(rùn)滑的選擇，通常安裝在軸承殼體內(nèi)，從密封唇的軸承，它可以防止?jié)櫥拖蛲獠康膬?nèi)部泄漏背向。
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(rùn)滑劑泄漏不能使用的場(chǎng)合，一般采用這種方式，這將實(shí)現(xiàn)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(lái)防止灰塵進(jìn)入;橡膠密封，然后密封差距相對(duì)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(zhuǎn)動(dòng)部件，使灰塵和水可以發(fā)揮作用。一般來(lái)說(shuō)，我們通常是首選的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封可靠，維修方便的密封軸承。
考慮到經(jīng)濟(jì)效益以及使用維護(hù)方便，我在這次設(shè)計(jì)中使用了接觸式密封的方式，并通過(guò)脂潤(rùn)滑的方式來(lái)進(jìn)行軸承的潤(rùn)滑。軸承采用兩對(duì)滾動(dòng)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(shù)經(jīng)濟(jì)分析
5.1 技術(shù)成本分析的目的與意義
經(jīng)濟(jì)分析是一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，我們用它來(lái)提高我們的機(jī)床的經(jīng)濟(jì)效益，它具有良好的紀(jì)律性，能使技術(shù)得到進(jìn)步。技術(shù)分析在技術(shù)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)科學(xué)這兩個(gè)領(lǐng)域都有不同之處，但是它們之間有一個(gè)十分密切的聯(lián)系，如果技術(shù)經(jīng)濟(jì)是一個(gè)國(guó)家快速發(fā)展的重要條件，那么技術(shù)成本分析一定是技術(shù)進(jìn)步的最重要的基礎(chǔ)組成部分。他們之間缺一不可，相輔相成。
通過(guò)使用成本計(jì)算資料及其他相關(guān)方面等，來(lái)分析構(gòu)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(zhǎng)期過(guò)程中，技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(guò)使用合理的經(jīng)濟(jì)分析，才能正確評(píng)價(jià)工作的計(jì)劃，理解了分析成本的目的，才能對(duì)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益有所了解，才能知道一個(gè)產(chǎn)品的是否能盈利。所以一個(gè)合格的成本分析能正確的分析出產(chǎn)品的成本的結(jié)果，也能分析出成本的用途，它能給人提供一個(gè)最終決定的依據(jù)，并且一定讓人信服。
5.2 成本構(gòu)成
5.2.1 非標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用
設(shè)計(jì)中非標(biāo)準(zhǔn)件，如表5-1所示；非標(biāo)準(zhǔn)件的外購(gòu)費(fèi)用，如表5-2所示。
表5-1非標(biāo)準(zhǔn)件統(tǒng)計(jì)
序號(hào)
名稱
材料
數(shù)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(biāo)準(zhǔn)件統(tǒng)計(jì)
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(xiàn)在市場(chǎng)上，45鋼的價(jià)格為3400元/噸，合金鋼的價(jià)格5850元/噸，尼龍1010的價(jià)格75000元/噸，LY12鋁棒的價(jià)格28000元/噸。
表5-2非標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用
序號(hào)
名稱
數(shù)量
單價(jià)（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(jì)非標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)總費(fèi)用為98元。
5.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用
設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)件的費(fèi)用，如表5-3所示。
表5-3標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用統(tǒng)計(jì)
序號(hào)
名稱
規(guī)格
數(shù)量
單價(jià)（元/件）
1
內(nèi)六角圓柱螺釘
M6×103
8
0.1
2
內(nèi)六角圓柱螺釘
M8×40
8
0.1
3
內(nèi)六角圓柱螺釘
M5×25
3
0.1
4
內(nèi)六圓柱頭螺釘
M8×30
8
0.1
5
開(kāi)槽內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)件的外購(gòu)件費(fèi)用為44.1元。
5.3成本計(jì)算依據(jù)
根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)所有零件的數(shù)量，求出總加工費(fèi)用，得出總成本。計(jì)算公式：
零件成本=材料費(fèi)用+加工工時(shí)費(fèi)用
材料費(fèi)用=材料的單價(jià)×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(wú)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