机床主轴设计讲解
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机床主轴部件设计主轴部件是机床重要部件之一。
作为机床的执行件,其功能是支承并带动工件或刀具旋转进行切削,承受切削力和驱动力等载荷,完成表面成形运动。
主轴部件由主轴及其支承轴承和安装在主轴上的传动件、密封件及定位元件等组成。
对于钻、镗床,主轴部件还包括轴套和镗杆等。
主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有着直接影响,是打算机床性能和技术经济指标的重要因素。
一、主轴部件应满意的基本要求(1)旋转精度——主轴的旋转精度是指机床主轴部件装配后,在无载荷、低速转动条件下,在安装工件或刀具的主轴部位的径向圆跳动和端面圆跳动。
旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔以及主轴上其他相关零件的制造、装配和调整精度。
(2)刚度——主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下反抗变形的力量,通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹性变形时,在位移方向上所施加的作用力的大小来表示。
主轴部件的刚度是综合刚度,它是主轴、轴承和轴承座等刚度的综合反映。
因此,主轴的尺寸和外形,使用轴承的类型、数量、预紧程度和配置形式,传动件的数量及布置方式,以及主轴部件的制造和装配质量等都影响主轴部件的刚度。
(3)抗振性——主轴部件的抗振性是指反抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的力量。
在切削过程中,由于各种因素引起的冲击力和交变力的干扰,使主轴产生振动。
抗振性差,表现为主轴部件工作时易产生振动且振幅较大,降低已加工表面质量和刀具寿命,加速传动件的磨损,诱发加工时的噪声,影响工作环境。
严峻的振动则可破坏刀具或主轴部件正常运转,使加工无法进行。
(4)温升及热变形——主轴部件运转时,因各相对运动处的摩擦生热,切削区的切削热等使主轴部件的温度上升,其尺寸、外形及位置发生变化,造成主轴部件的热变形。
主轴热变形可引起轴承间隙变化,温升后会使润滑油粘度降低,这些变化都会影响主轴部件的工作性能,降低加工精度。
(5)精度保持性——主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的力量。
目录1、前言 (2)1.1金属切削机床在国民经济中的地位 ........................................1.2机床课程设计的目的 ....................................................1.3设计内容和要求 ........................................................ 2 2 22、参数的拟定 (3)2.1车床的规格系列和用处 ..................................................2.2确定极限转速 . .........................................................2.3主电机选择 . .......................................................... 3 3 33.传动设计 (3)3.1主传动方案拟定 . ......................................................3.2传动结构式、结构网的选择 . ............................................3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目 . ...............................3.2.2 传动式的拟定 . .....................................................3.2.3 结构式的拟定 . .....................................................3.3转速图的拟定 .......................................................... 3 4 4 4 4 54.传动件的估算 (6)4.1 V带传动的计算 ........................................................4.2传动轴的估算 . ........................................................4.2.1确定各轴转速 . ......................................................4.2.2 传动轴直径的估算 . .................................................4.3齿轮齿数的确定和模数的计算 . .........................................4.3.1 齿轮齿数的确定 . ..................................................4.3.2 齿轮模数的计算 . ..................................................4.3.4齿宽确定 . .........................................................4.4带轮结构设计 . .......................................................6 8 8 9 10101113145.动力设计 (14)5.1主轴刚度验算 .........................................................5.1.1 选定前端悬伸量 C ................................................. 5.1.2 主轴支承跨距 L 的确定 . ............................................5.1.3计算 C点挠度 . .....................................141414 错误!未定义书签。
摘要在机械领域中,车床是应用最为广泛、使用最为频繁的一种机床,特别是CA6140车床,它的应用非常的普遍。
所以它的加工精度就极其的重要,工件能否达到加工要求就取决于车床本身的精度,而决定CA6140车床加工质量的就是它的主轴。
CA6140车床主轴是把旋转运动及扭矩通过主轴端部的夹具传递给工件和刀具,要求有很高的强度及回转精度。
我在本设计中将主轴设计为空心阶梯轴,外圆表面设有花键、垫键等功能槽及螺纹。
本文设计详细计算了加工余量、切削用量、尺寸公差并阐述了CA6140主轴的加工工艺过程以及生产中所涉及的重要夹具设计方法。
经设计的CA6140主轴较其传统的车床主轴有更高的强度和回转精度。
关键词:车床;主轴;旋转运动;公差;夹具ABSTRACTIn machinery field, the lather is the most extensively and frequently used machine. Easpecially the CA6140 lather, its application is very widespread. So its processing accuracy is very important. Whether the work piece can reach the accuracy required is decided by the lather. While, the part deciding the processing quality of CA6140 lather is its mainshaft. The mainshaft of the CA6140 lather is to transmit the rovolve motion and the torque to the workpiece and cutting-tool through the fixture on the end of mainshaft, in which high strengh and rotating accuracy are required .In this design, my job contains the things as below. Mainshaft is a hollow stepped shaft. There are functional slots and thread, such as spline, pad key and so on. In the paper, allowance, cutting consumption and tolerance are calculated. Also elaborates the craft processes of the mainshaft of CA6140 lather, and the design of important fixture. After being designed, compared with traditional lather, the strength and rotating accuracy are enhanced.Key words: Lather; Mainshaft; Rotating Movement; Tolerance; Fixture目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2车床的发展史 (1)1.3本课题研究的内容和设计思想 (1)第2章零件的分析 (4)2.1零件的作用 (4)2.1.1支承轴颈 (4)2.1.2头部锥孔 (4)2.1.3头部短锥 (4)2.1.4装配轴颈 (4)2.1.5轴向锁紧 (5)2.2零件的工艺分析 (5)2.2.1加工阶段的划分 (5)2.1.3工序顺序安排 (5)2.1.4主轴锥孔的磨削 (6)2.3 本章小结 (5)第3章工艺规程的设计 (7)3.1主轴的材料、毛坯与热处理 (7)3.1.1主轴的毛坯 (7)3.1.2主轴的材料和热处理 (7)3.2主轴加工工艺过程 (8)3.2.1主轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 (8)3.2.2主轴加工定位基准的选择 (9)3.2.3主轴主要加工表面加工工序的安排 (9)3.2.4各工序工步的排序 (11)3.3 本章小结 (11)第4章机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (12)4.1各工序工步的加工余量的计算 (12)4.2各工序工步的切削用量的计算 (19)4.3本章小结 (49)第5章专用夹具的设计 (50)5.1 钻床夹具的设计 (50)5.2 磨床夹具的设计 (50)5.3 本章小结 (51)结论 (52)参考文献 (53)致谢 (54)第 1 章绪论1.1 概述精密机床的关键部件是进给系统和主轴系统,不同类型的机床主轴,对所选用轴承的精度要求既有相同点,也有不同之处。
数控机床主轴设计
一、概述
1.数控机床主轴是机床加工过程中的核心部件,其质量直接影响到机
床的精度和生产效率。
数控机床主轴设计的主要任务是解决加工件的加工
精度、表面质量和生产效率等要求的技术问题。
2.数控机床主轴设计工作需要满足性能、结构、重量、尺寸、动力、
控制、安装等方面的要求,其中最重要的是性能和结构要求。
二、主轴结构设计
1.针对不同的加工工艺的要求,数控机床主轴设计的结构形式有很多,常见的有研磨轴、多段轴、悬臂式轴等。
2.研磨轴是机床主轴的基本结构,一般用于精超磨削,其结构特点为
研磨轴有较长的平稳运行区段,其强度高,通常采用梃形连接,耐磨性能好,是目前机床常用的轴形式。
3.多段轴是指主轴有多段,每段之间有齿轮连接,它可以满足不同加
工工艺的需求。
4.悬臂式轴是指主轴的两端分别有悬臂,是一种自转和轴向振动均有
良好平衡的结构形式,是用于精铣、拉床等加工工艺的主轴形式。
三、主轴性能设计
1.主轴的动力要求是指主轴所需的动力。
主要有机械动力、电动机动
力和气动动力等形式,根据不同的加工工艺要求,采用不同动力形式实现,其中机械动力是最常用的动力形式。
CK6140数控车床主轴结构设计数控车床主轴结构设计是整个数控车床的核心部分,其稳定性和可靠性直接关系到整机的加工精度和工作效率。
本文将针对CK6140数控车床主轴结构设计展开论述。
1.主轴的选型:在进行主轴结构设计之前,首先需要进行主轴的选型。
主轴选型需要根据数控车床的加工要求、工作条件和加工材料等因素进行综合考虑。
主要考虑的因素包括主轴的最大转速、扭矩输出、刚性和稳定性等。
2.主轴轴承的选择:主轴轴承是保证主轴转动平稳和精度的关键部件。
常见的主轴轴承有滚动轴承和滑动轴承两种。
滚动轴承具有高速度和高负荷能力的优点,适用于高速和高精度加工要求;而滑动轴承具有较好的减震和噪音阻隔能力,适用于低速和大负荷加工。
3.主轴驱动方式的选择:常见的主轴驱动方式有直接驱动和间接驱动两种。
直接驱动主要通过电机和主轴之间的联轴器直接传递动力,具有响应快、传动效率高的特点;间接驱动则需要通过传动带或齿轮等传动装置传递动力,传动效率相对较低但结构简单,维修方便。
4.主轴的冷却方式:由于主轴在加工过程中会产生热量,需要进行冷却以保证其正常工作。
主轴的冷却方式可以通过风冷、水冷或液压冷却等方式实现。
不同的冷却方式有着各自的适用范围和性能特点,设计时需要综合考虑加工材料、加工要求和设备成本等因素。
5.主轴的刚性和稳定性设计:主轴的刚性和稳定性对于数控车床的加工精度和工作效率有着至关重要的影响。
在主轴结构设计中,应考虑加强主轴承座、增加主轴支撑点、加固刚性支撑等方式来提高主轴的刚性和稳定性。
总结:数控车床主轴结构设计是数控车床的核心技术之一,其稳定性和可靠性决定了整个数控车床的加工精度和工作效率。
在主轴结构设计中,需要综合考虑主轴的选型、轴承的选择、驱动方式、冷却方式和刚性稳定性等因素,并根据具体的加工要求和实际情况进行优化设计,以提高数控车床的整体性能。
数控机床主轴设计方法(一)数控机床主轴设计引言数控机床主轴设计是数控技术中的关键环节,合理的主轴设计直接影响着数控机床的工作效率和加工质量。
本文将详细介绍用于数控机床主轴设计的各种方法。
1. 热平衡设计方法•传导热平衡设计–采用高导热材料填充主轴内部空隙,提高传导热的能力。
–优点:简单易行,成本低。
–缺点:热平衡效果有限。
•冷却设计–采用内部冷却系统,如冷却油或冷却液。
–优点:能有效降低主轴温度,提高主轴稳定性。
–缺点:维护较为复杂,成本较高。
•热响应平衡设计–基于热响应分析,通过改变主轴结构和材料分布来实现热平衡。
–优点:可以在设计阶段解决热平衡问题。
–缺点:需要热响应分析专业知识。
2. 动态平衡设计方法•静平衡设计–通过调整主轴结构,使得主轴在旋转时不会引起不平衡。
–优点:简单易行,成本低。
–缺点:目标是在某一转速下实现平衡,不能适应转速变化的情况。
•动平衡设计–采用动平衡仪进行动态平衡调整。
–优点:可以在不同转速下实现平衡,提高主轴动态平衡性能。
–缺点:需要专业的动平衡仪器和技术人员。
3. 结构设计方法•轴承选型和布局–选用合适的轴承和合理的轴承布局,以满足主轴的工作要求。
–优点:能提高主轴的运行平稳性和工作精度。
–缺点:需要综合考虑轴承的负荷承受能力和使用寿命。
•刚度设计–主轴整体刚度设计,主要包括主轴箱的刚度和轴承的刚度。
–优点:能提高主轴抗振能力,降低振动和噪音。
–缺点:需要精确计算和结构分析。
结论数控机床主轴设计是一个复杂而关键的工作,需要综合考虑热平衡、动态平衡和结构设计等因素。
合理的主轴设计可以提高数控机床工作效率和加工质量,从而提升整体生产力。
在实际应用中,根据具体需求选择合适的方法进行主轴设计,以满足工业生产的要求。
参考文献1.Wang, J., Zhang, H., & Fan, H. (2018). Research on heatbalance of high-speed spindle based on optimizedstructural design. Journal of Superhard Materials,40(4), .2.Wang, Y., Song, Y., & Liang, C. (2020). Research ondynamic balance technology of CNC machine tool spindlebased on DNM720. In IOP Conference Series: MaterialsScience and Engineering (Vol. 861, No. 3, p. . IOPPublishing.3.Yang, Y., He, Y., Du, X., & Li, M. (2017). Designoptimization of spindle system of precision CNC machine tool based on finite element analysis. Journal ofMechanical Engineering, 53(8), 59-63.4.Li, S., Qin, X., Li, W., & Tan, P. (2016). Structuraloptimization design of high speed CNC spindle based onfluid-structure interaction analysis. Advances inMechanical Engineering, 8(11), .5.Li, C., Xu, A., & Qian, X. (2019). Design andoptimization of CNC spindle structure based on ANSYS.Advances in Mechanical Engineering, 11(10), .致谢感谢以上文献的作者为数控机床主轴设计领域做出的贡献。
机床主轴设计范文机床主轴是机床的核心零件,它负责驱动刀具进行加工作业。
主轴的设计关乎机床的运行效率、加工精度和寿命等方面。
本文将从主轴的选材、结构设计、动力系统和附件等方面,详细介绍机床主轴的设计。
1.选材主轴的选材是保证其性能和寿命的关键。
首先要选择具有足够强度和硬度的材料,能够承受高速旋转、大径向载荷和轴向载荷的同时不发生变形和破坏。
常见的主轴材料有优质合金钢、优质碳素结构钢和铸铁等。
其次,考虑到机床主轴的质量平衡问题,在选材时要注意对称性和均匀性,以减小动平衡对主轴的影响。
2.结构设计机床主轴的结构设计应该考虑到其承受的载荷和转速,同时要保证刚度和稳定性。
常见的主轴结构有支撑式主轴和主轴箱式主轴。
支撑式主轴通过各种轴承和支撑装置实现轴向支撑和径向支撑,具有结构简单、承受能力大的优点。
主轴箱式主轴将主轴箱和主轴一体化设计,结构更加紧凑,能够大大提高主轴的刚度和稳定性。
3.动力系统机床主轴的动力系统包括驱动器和电机。
驱动器一般选用变速器,可根据加工要求和工件材料的不同选择不同的速度档位。
电机选用的主要考虑因素有功率、转速范围和转矩要求。
一般使用交流伺服电机、电涡流电机或直流电机作为主轴的驱动电机。
4.附件机床主轴通常需要配备一些附件以实现特定的加工要求。
例如,主轴可能需要装配刀库,用于刀具的自动换刀;也可能需要装配冷却液系统,用于对切削区域进行冷却和润滑;还可能需要装配自动夹具,用于自动夹紧工件。
这些附件的设计需要充分考虑主轴结构的特点和工艺要求,以确保其功能正常和可靠。
总之,机床主轴的设计是机床设计中非常重要的一环。
通过合理的选材、结构设计、动力系统和附件的选择和配置,可以提高机床的运行效率、加工精度和寿命。
在实际应用中,还要注意对主轴进行定期的检查和维护,以保证其正常工作。
1. 机床主要技术参数:(1) 尺寸参数:床身上最大回转直径: 400mm 刀架上的最大回转直径: 200mm 主轴通孔直径: 40mm 主轴前锥孔: 莫式6号 最大加工工件长度: 1000mm(2) 运动参数:根据工况,确定主轴最高转速有采用YT15硬质合金刀车削碳钢工件获得,主轴最低转速有采用W 16Cr 4V 高速钢刀车削铸铁件获得。
n max =min 1000max d v π= 23.8r/min n min = maxmin1000d v π =1214r/min根据标准数列数值表,选择机床的最高转速为1180r/min ,最低转速为26.5/min 公比ϕ取1.41,转速级数Z=12。
(3) 动力参数:电动机功率4KW 选用Y112M-4型电动机2. 确定结构方案:(1) 主轴传动系统采用V 带、齿轮传动; (2) 传动形式采用集中式传动;(3) 主轴换向制动采用双向片式摩擦离合器和带式制动器; (4) 变速系统采用多联滑移齿轮变速。
3. 主传动系统运动设计:(1) 拟订结构式:1) 确定变速组传动副数目:实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合: A .12=3*4 B. 12=4*3 C 。
12=3*2*2 D .12=2*3*2 E 。
12=2*2*3方案A 、B 可节省一根传动轴。
但是,其中一个传动组内有四个变速传动副,增大了该轴的轴向尺寸。
这种方案不宜采用。
根据传动副数目分配应“前多后少”的原则,方案C 是可取的。
但是,由于主轴换向采用双向离合器结构,致使Ⅰ轴尺寸加大,此方案也不宜采用,而应选用方案D2)确定变速组扩大顺序:12=2*3*2的传动副组合,其传动组的扩大顺序又可以有以下6种形式:A.12=21*32*26B。
12=21*34*22C.12 =23*31*26D。
12=26*31*23E.22*34*21F。
12=26*32*21根据级比指数非陪要“前疏后密”的原则,应选用第一种方案。
CM6132机床主轴箱结构设计机床主轴箱是机床的核心部件之一,承载着主轴、主轴驱动系统以及主轴支撑装置等关键部件。
主轴箱的结构设计对机床的工作性能和使用寿命具有重要影响。
下面将详细介绍CM6132机床主轴箱的结构设计。
首先,CM6132机床主轴箱结构采用立式结构,主轴箱底座与机床床身一体铸造,确保了结构的刚性和稳定性。
主轴箱采用矩形箱体结构,结构紧凑,便于安装和维修。
主轴箱箱体采用高强度铸铁材料,通过热处理工艺和震动消除工艺,提高了箱体的刚性和抗振能力。
主轴箱内部设有主轴,主轴采用磨削加工工艺,保证了主轴的精度和平衡性。
主轴由主轴轴承支撑,主轴轴承采用进口高速轴承,具有较高的承载能力和转速范围。
主轴与电机通过皮带传动连接,通过变速箱实现不同转速的调节,满足不同工件加工要求。
主轴箱还设有主轴支撑装置,主轴支撑装置采用滚动导轨方式,确保了主轴的稳定性和刚性。
滚动导轨由伺服电机和滚动导轨轴承组成,通过伺服电机的控制可以实现主轴的自动定位和加工过程中的精确控制。
主轴支撑装置还配备有润滑系统,确保主轴的正常运转和寿命。
此外,主轴箱还设有冷却系统和排屑装置。
冷却系统通过冷却液对主轴箱进行冷却,以减少摩擦和热变形,同时有效降低主轴温度,提高工作效率和加工质量。
排屑装置通过排屑槽和排屑器将切屑和废料排出主轴箱,保持主轴箱内的清洁和运转的安全性。
总之,CM6132机床主轴箱的结构设计充分考虑了刚性、稳定性和精度要求,通过合理的布局和优质的材料及加工工艺,提高了主轴箱的工作性能和使用寿命。
这种结构设计不仅满足了工件的加工需求,而且具有较高的工作效率和安全性。
通过对主轴箱的结构设计优化,可以进一步提高机床的性能和竞争力。
数控机床主轴总体设计说明一、引言数控机床主轴是数控机床的核心部件之一,它直接影响到数控机床的加工质量和加工效率。
因此,对数控机床主轴的设计、制造和检验都有着非常高的要求。
本文将结合实际生产经验,对数控机床主轴的总体设计进行说明。
二、主轴的功能数控机床主轴是一台数控加工设备的核心部件,具有以下功能:1.旋转工件或刀具,实现工件或刀具的加工。
2.传动功率和转矩,将电机的运动转化为工件或刀具的动力。
3.承受工件或刀具的径向和轴向载荷,保证加工精度和轴向精度。
4.提供冷却润滑油和气体,保持主轴箱内清洁和恒定的温度。
三、主轴的总体设计主轴的总体设计包括主轴的结构设计、选型及计算、刚度分析、动平衡设计和主轴箱的设计等方面。
1.主轴的结构设计主轴结构设计的主要要求是,保证主轴的强度、刚度、耐磨损性能和承受力等,同时还要考虑加工精度、轴向精度、温度稳定性和动平衡等因素。
主轴的结构设计要根据主轴的类型、加工能力及加工特点等来确定,常见的主轴类型包括带式主轴、插入式主轴、自锁式主轴等。
2.选型及计算选型及计算的主要任务是确定主轴的型号、规格、旋转速度、转矩、功率等参数。
这些参数的确定需要考虑到加工能力、加工精度、使用环境及加工特点等,以满足加工要求和质量要求。
3.刚度分析刚度分析是保证主轴在加工过程中加工精度和轴向精度的重要手段。
刚度分析要根据主轴的加工特点及使用环境等要素,确定最大切削力、最大拉力、最大径向力和最大轴向力,并结合主轴的结构设计确定刚度系数。
4.动平衡设计主轴的动平衡设计是保证加工质量的重要环节,它能有效地减少振动和杂音,提高加工效率和加工精度。
动平衡设计主要包括自动平衡控制、振动分析计算、动平衡校正及接触式动平衡等。
主轴箱的设计是保证主轴的工作稳定性和长寿命的重要条件。
主轴箱的设计要考虑到温度稳定性、噪声降低、密封性能、承载力及润滑性能等因素。
四、主轴的制造与检验主轴的制造过程包括材料采购、热处理、粗加工、研磨、组装、调试等环节。
数控机床主轴总体设计
报告
一、报告概述
数控机床主轴设计涉及机床整体结构及其相关机构的设计,是数控机
床制造过程中的重要步骤,也是控制机床精度和加工质量的关键因素。
本
文将重点介绍数控机床主轴的设计,包括其设计要点、数控机床主轴的结
构设计和参数设计,以及检验和润滑等。
二、主轴的设计要点
1.数控机床主轴的设计应考虑机床的整体结构和控制要求。
2.主轴为定心支承结构,必须考虑受力、应力、热变形等方面的影响,以确保设计符合要求,并能满足用户的实际要求。
3.主轴运行部件应确定所需转速、变速比、功率等参数,以确保设备
具有良好的动力性能。
4.数控机床的主轴应考虑到在高速运行时,动平衡质量及其调整要求。
5.主轴及其附件的安装应考虑其各自的尺寸和形位关系,以确保正确
安装及更换。
三、主轴结构设计
1.主轴材料选择
主轴材料可以根据设计要求选择金属材料或高分子材料。
其中金属材
料包括钢、铝合金、镁合金等,而高分子材料则包括塑料或玻璃钢等,具
体选择要考虑材料的机械性能、抗腐蚀性能和使用寿命等。
2.主轴结构设计。
绪论随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求,传统机床已不能满足要求。
数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。
它的发展代表了一个国家设计、制造的水平,在国内外都受到高度重视。
现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备,它集高效率、高精度、高柔性于一身,具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。
实现加工机床及生产过程的数控化,已经成为当今制造业的发展方向。
可以说,机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。
本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识,生产实习和实验等实践知识,达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。
通过设计分析比较机床的某些典型机构,进行选择和改进,学习构造设计,进行设计、计算和编写技术文件,达到学习设计步骤和方法的目的。
通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料,达到积累设计知识和提高设计能力的目的。
通过设计获得设计工作的基本技能的训练,提高分析和解决工程技术问题的能力,并为进行一般机械的设计创造一定的条件。
一、设计题目及参数1.1 题目本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。
它主要由主轴箱,主轴,电动机,主轴脉冲发生器等组成。
我主要设计的是主轴部分。
主轴是加工中心的关键部位,其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响,因此,在设计的过程中要多加注意。
主轴前后的受力不同,故要选用不同的轴承。
1.2参数床身回转空间400mm尾架顶尖与主轴端面距离1000mm主轴卡盘外径Φ200mm最大加工直径Φ600mm棒料作业能力50~63mm主轴前轴承内和110~130mm最大扭矩480N·m二、主轴的要求及结构2.1主轴的要求2.1.1旋转精度主轴的旋转精度是指装配后,在无载荷,低转速的条件下,主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。
主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件,如主轴、轴承、箱体孔的的制造,装配和调整精度。
数控车床主轴组件设计数控车床主轴组件是数控机床中最基本、最重要的部件之一。
其主要作用是将旋转电机的动力转化为刀具的相对运动。
主轴组件的设计质量直接影响到机床的加工精度、切削效率和使用寿命。
因此,在数控车床的设计中,主轴组件的设计显得尤为重要。
本文将从设计要求、主要结构、材料选用、加工工艺等方面详细阐述数控车床主轴组件的设计。
一、设计要求在数控车床主轴组件设计过程中,需要考虑以下一些因素:1. 总体尺寸:根据数控车床的使用场景,确定主轴组件的长度、直径等尺寸,并保证其能够安装到机床上并协调运动。
2. 刚性要求:数控车床需要进行高精度的加工,因此主轴组件的刚性需要足够高,能够承受切削力和切削热等负载,保证刀具的精度和寿命。
3. 精度要求:主轴组件的精度取决于各个部件的加工质量和装配精度。
不同的加工要求对主轴组件精度的要求不尽相同,因此在设计过程中需要根据实际需求设定相应的精度标准。
4. 特殊要求:根据数控车床的特殊加工要求,主轴组件可能还需要具备高温抗性、低噪音、低振动、耐腐蚀等特殊性能,因此需要针对实际需求进行定制化设计。
二、主要结构数控车床主轴组件主要由主轴箱、主轴、轴承、传动装置、调速装置和夹具等组成。
1. 主轴箱:主要承载整个主轴组件,并连接到车床上。
主轴箱需要具备足够的刚性和稳定性,防止在高速运转时产生振动和因热膨胀引起的变形。
2. 主轴:作为主轴组件的核心部件,需要具备高强度、高精度和高刚性。
通常采用高强度钢材或工程塑料材料制造,以确保其能承受高速运转和不同方向向心力的作用。
3. 轴承:轴承承受主轴的径向和轴向力,并保证主轴组件的转动平稳和精度稳定。
常用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两种,选择时需要根据应用场景和对精度的要求进行综合考虑。
4. 传动装置:传动装置将电动机的旋转动力传递到主轴上,通常采用皮带传动、齿轮传动和磁力传动三种方式。
5. 调速装置:调速装置是保证数控车床能够满足不同加工需要的关键部分。
设计题目机床主传动系统设计系别机电工程分院专业机械制造及其自动化学生姓名专业班级班级学号设计日期车床设计任务书一、设计题目工件最大回转直径D max=300mm,/r轴最低转速=355min/r轴最高转速=1800min电机功率P=3KW,公比Ф=1.26=二、运动设计,确定结构式1. 查表得355,450,560,710,900,1120,1400,1800(共8级)或者Z=82.结构式、传动组和传动副数的确定 ①传动组和传动副数可能的方案有: 8=4×2 8= 2×4 8 = 2×2×2第一行方案有时可以省掉一根轴。
缺点是有一个传动组内有四个传动副。
如果用一个四联滑移齿轮,则会增加轴向尺寸;如果用两个双联滑移齿轮,则操纵机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。
所以一般少用。
第二行的方案根据 “前多后少”的原则。
取8 = 2×2×2 的方案。
②结构式或结构网的各种方案的确定 由①知方案有a.4212228⨯⨯=b.4122228⨯⨯=c.2142228⨯⨯=d.2412228⨯⨯=e.1422228⨯⨯=f.1242228⨯⨯=选择原则:I)传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围降速传动中,主动齿轮的最少齿数受到限制m in u ≥41;避免被动齿轮的直径过大升速传动比最大值max u ≤2(斜齿传动max u = 2.5)尽量减少振动和噪声;各变速组的变速范围m ax R =max u /m in u ≤8-10 之间;对于进给传动链,由于转速通常较低,零件尺寸也较小,上述限制可放宽些。
8.251≤≤进i 。
故max 进R 14≤在检查传动组的变速范围时,只需检查最后一个扩大组。
因为其它传动组的变速范围都比它小。
应为:max )1-(p n R R n x n ≤=ϕII)基本组与扩大组的排列顺序。
原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。
综上所述,方案4212228⨯⨯= 较好三、转速图与传动系统图1.根据已知参数,取4级电动机Y100L2-4,额定功率3KW ,满载转速1430min /r本例所选定的结构式共有三个传动组,变速机构共需4轴。
加上电动机轴共5轴。
故转速图需5条竖线,主轴共8速,电动机轴转速与主轴最高转速相近,故需8条横线。
Ⅳ轴 8级速度355,450,560,710,900,1120,1400,1800Ⅲ轴 传动组变速 4ϕ=2.5,所以俩个传动副传动比为极限值1c i =21ϕ,22ϕ=c iⅡ轴 级比指数2,取转速为900,1120min /r Ⅰ轴 级比指数1,取 ϕ11=a i 13=a i变速组a :1/1/101==ϕa u26.1/1/112==ϕa u共同组为50、52、54、56、66、68、70、72、74、82、84、86、…取二对传动副的齿数和为52,则:,变速组b :1/1/101==ϕb u60.1/1/122==ϕb u共同组为44、48、52、54、60、62、70、72、78、80、82、86、88、90…取两对传动副的齿数和为54,则: ,变速组C :1/60.11/21==ϕc u 60.1/1/122==ϕc u因为互为倒数,可以选任意组取两对传动副的齿数和为62,则:,由此可得各变速组齿轮数,,,初步验算得最高转速最低转速验算合格四,动力计算(1),选择电机型号按照工作要求和条件,选用三相异步电动机,Y系列,额定电压380V。
已知电动机的额定功率是4KW,根据《车床设计手册》查出有三种适用的电动机型号,因此有三种传动比方案,如下表一:综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、传动比,可见第1方案比较适合。
因此选定电动机型号为Y100L2-4,其主要性能如下表二:表二:(2),带轮数据的确定1.选择三角带类型选工况系数X=1.1,则计算功率4.441.1=⨯==KN N j 根据电机转速和计算功率,三角带取A 型。
2.确定带轮的计算直径2D A 型 取min D =100mm2D =)-(121ξD n n ⨯ ,其中ξ=0.02所以125)2%-1(100112014302=⨯⨯=D 3.确定三角带速度s m nD v /7.51000600314001100060min =⨯⨯⨯=⨯=ππ4.确定中心距0A0A =(0.7~2)(21D D +) 取0A =1.8*(100+125)=405 5.确定三角带的计算长度0l 及内周长n l 0l =20A +1163.44)()(2min 221≈-++A D D D D π将计算出的0l 数值取整到标准的计算长度1163.4=l 1120=n l6.验算三角带的绕曲次数n 。
6.70112057.110001000=⨯⨯==lmvn ﹤40(m 为带轮个数)7.确定实际中心距A 3842-00=+=l l A A8.验算最小包角000min201201763.57-180≥=⨯-≈AD D α 9.确定三角带根数根据1D =100mm ,n 1=1430r/min, 查表得P 0=1.32kW99.0=αk19.0=l K所以 1.28819.0*99.0*)11.01.32(=+=rP所以3根(3)传动件的计算转速(1)主轴 1-3m i nzj n n ϕ= =521.8计算转速为主轴从最低转速算起,第一个31转速范围内的最高级转速,即为min /4504r n =(2)各传动轴:轴Ⅲ可从主轴为450r/min ,按传动副24/38找上去,似应为1120r/min, 但由于轴Ⅲ上的最低转速560r/min , 可使主轴得到355和900r/min 俩种转速, 900r/min 要传递全部功率,所以轴Ⅲ计算转速应为560r/min,轴Ⅱ的计算转速可按传动副38/24推上去,得900r/min。
各轴的计算转速如下:(4)验算转速误差:所有转速校验合格(5)、传动轴计算及其组件的设计8512.299.096.03额1=⨯⨯=⨯⨯=r b n n p p738.299.097.08512.212=⨯⨯=⨯⨯=r g n n p p2.62999.097.02.73823=⨯⨯=⨯⨯=r g n n p p 2.52599.097.02.62934=⨯⨯=⨯⨯=r g n n p p(KW )(6)计算各轴扭矩(n/mm )(n/mm )(n/mm )(n/mm )(7)各轴直径的估算d ≥ 其中:P-电动机额定功率 K-键槽系数A-系数η-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积;j n -该传动轴的计算转速。
计算转速j n 是传动件能传递全部功率的最低转速。
各传动件的计算转速可以从转速图上,按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。
Ⅰ轴:K=1.06,A=12028.28112096.08512.2)06.1120(41=⨯⨯=d ,取30mmⅡ轴:K=1.06,A=12057.2990096.0738.2)06.1120(42=⨯⨯=d , 取30mmⅢ轴:K=1.06,A=12032.9556096.02.629)06.1120(43=⨯⨯=d , 取35mmIV 轴:K=1.06,A=12035.4645096.02.525)06.1120(44=⨯⨯=d , 取40mm此轴径为平均轴径,设计时可相应调整。
(8)主轴的计算主轴前轴径D 1与刀架上工件回转直径 d 的关系为:工件最大回转直径为300,所以这里前端直径90,结合查表得后轴颈,所以D 2=40则主轴的平均直径因为主轴孔径通常不小于主轴的平均直径的55%~60%,所以d=30 支承形式选择两支撑,初取主轴前端的悬伸量a=70mm , 支撑跨距,实际取,则取L=360mm 。
主轴图(9)轴承的选择Ⅰ轴: 30206 ,D=62 B=18 圆锥滚子轴承 Ⅱ轴: 30206, D=62 B=18 圆锥滚子轴承 Ⅲ轴: 30207 ,D=72 B=17 圆锥滚子轴承 Ⅳ轴: 前取30212,D=110 B=22 圆锥滚子轴承后取30208 D=80 B=18 圆锥滚子轴承(10)齿轮的估算与计算1.弯曲疲劳(根据齿轮最多的齿轮进行计算与计算)齿轮弯曲疲劳的估算332jx w n Z Nm ≥ 1.56900293323=⨯≥w m1.75560333323=⨯≥w m1.79450383323=⨯≥w m2.齿面点蚀估算3370jn N A ≥'2jj j Z Z Am +=55.2790033703=≥A 2.162923110.54=+=j m64.7456033703=≥A 2.403321129.48=+=j m69.6445033703=≥A 2.253824139.28=+=j m3齿数模数齿轮的尺寸计算其中:I 轴Z1,Z3, II 轴Z2,Z4,Z5,Z7, III 轴Z6,Z8,Z9,Z11, IV 轴Z10,Z12尺宽的计算齿宽计算公式1d B d j ⨯Φ=(d Φ齿宽系数,d 1为小齿轮直径)d Φ=0.2-1.4两支乘相对小齿轮作对称布置最大,两支乘相对小齿轮作不对称布置d Φ取中等,小齿轮作悬臂布置d Φ最小Ⅰ轴Z min =23 d Φ=0.5 B j1=0.5×57.5=28.75 圆整取30 Ⅱ轴Z min =21 d Φ=0.5 B j2=0.5×52.5=26.25 圆整取28 III 轴Z min =24 d Φ=0.5 B j3=0.5×60=30 IV 轴Z min =24 d Φ=0.5 B j4=0.5×60=30在设计上,相啮合齿轮的一对齿轮,小齿轮比大齿轮宽5-10mmB 1=30,B 2=28,B 3=36,B 4=28,B 5=30,B 6=30,B 7=36,B 8=30,B 9=30,B 10=36,B 11=36,B 12=30机床主轴展开图九、参考文献罗宗泽主编. 《机械设计课程设计手册》.第4版北京:高等教育出版社. 2012关慧贞,冯辛安,主编. 《机械制造装备设计》,第3版. 北京:机械工业出版社. 2009 濮良贵,纪名刚主编. 《机械设计》第八版. 北京:高等教育出版社2006。