（全套CAD图纸）立式加工中心主轴组件的结构设计

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立式加工中心主轴组件的结构设计摘要来通过棒料，通过拉杆镗杆或顶出顶尖等。确定孔径的原则是，为减轻主轴重量，在满足对空心主轴孔径要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下，应尽量取大值。由经验得知，当时是主轴平均直径，主轴刚度会急剧下降而当时，内孔对主轴刚度几乎无影响，可忽略不计，所以常取孔径的极限值为此时，刚度削弱小于。按照任务书的要求及综合各轴段直径的实际大小，确定内孔直径。.主轴端部形状的选择机床主轴的轴端般用于安装刀具夹持工件或夹具。在结构上，应能保证定位准确安装可靠连接牢固装卸方便，并能传递足够的扭矩。目前，主轴端部的结构形状都已标准化。图.所示为铣床主轴的轴端形式，其尺寸大小按照进行加工，选择主轴序号为的主轴端部尺寸。图.铣床主轴的轴端形式.主轴悬伸量的确定主轴悬伸量是指主轴前端面到前支承径向反力作用中点般即为前径向支承中点的距离。它主要取决于主轴端部结构型式和尺寸前支承的轴承配置和密封装置等，有的还与机床其他结构参数有关，如工作台的行程等，因此主要由结构设计确定。悬伸量值对主轴部件的刚度和抗振性具有较大的影响。因此，确定悬伸量的原则，是在满足结构要求的前提下尽可能取小值，同时应在设计时采取措施缩减值。.主轴支承跨距的确定支承跨距是指主轴相邻两支承反力作用点之间的距离。跨距是决定主轴系统动静刚度的重要影响因素。合理确定支承跨距，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之。最优跨距是指在切削力作用下，主轴前端的柔度值最小时的跨距。其推导公式是在静态力作用下进行的。实验证明，动态作用下最优跨距很接近于推得的最优值。最优跨距可按下列公式计算.式中式中主轴前端悬伸长，单位为材料的弹性模量，单位为轴惯性矩，单位为前轴承刚度值，单位为后轴承刚度值，单位为。按上式计算最优跨距，计算过程如下.式中主轴跨距部分的平均直径，单位为主轴跨距部分的平均孔颈，单位为。由式.得由参考文献中图.确定，由主轴材料为查得材料的弹性模量由主轴的结构形式确定主轴前端悬伸长将上述参数值代入公式，得，将，值代入公式.，得按照结构设计的要求，取。由于，故满足设计要求。主轴受力分析轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。而作用在轴上的扭矩，般从传动件轮毂宽度的中点算起。图.轴承受力图主轴上的轴承采用端固定，另端游动的支承形式。图示.为轴承在空间力系的总受力图，它可分解为铅垂面图.和水平面图.两个平面力系。由公式.得出切向铣削力径向负荷切向负荷轴向负荷图.静不定梁铅垂面分解图由于此主轴的受力属于简单静不定梁类型，所以要以静不定梁的受力方法来解决问题。图示.为静不定梁的铅垂面受力图。为了使其变形与原静不定梁相同，必须满足变形协调条件，即要求。利用叠加法，得挠度为.式中径向切向负荷分力，单位为径向切向负荷，单位为材料的弹性模量，轴惯性矩，。由公式.得。将，代入公式.，则铅垂面的挠度为得得得将，代入公式.，则水平面的挠度为得得得机构草图受力简图水平面受力水平面弯矩图垂直面受力垂直面弯矩图合成弯矩图转矩图图.轴的结构和载荷图段支承反力水平面垂直面段支承反力水平面垂直面段支承反力水平面垂直面段支承反力水平面垂直面轴的受力简图水平面及垂直面受力简图见图.。段弯矩水平面垂直面合成段弯矩水平面垂直面合成段弯矩水平面垂直面合成段弯矩水平面垂直面合成轴的水平面垂直面及合成弯矩图见图.。已知小带轮的输出功率为，同步带的传动效率为。所以，大带轮的输出功率为则大带轮的输出转矩为轴的转矩图见图.。主轴的强度校核从合成弯矩图和转矩图上得知，主轴在截面处承受了较大的弯矩，并且还受到带轮传动所带来的扭矩。因此，这两个截面是危险截面。在校核主轴的强度时应按弯扭合成强度条件进行计算。轴的弯扭合成强度条件为.式中轴的计算应力，轴的抗弯截面系数，折合系数轴的许用弯曲应力，轴所受的扭矩，单位为轴所受的弯矩，单位为。轴的抗弯截面系数为式中轴颈处直径，单位为，此处，为轴孔直径。得根据主轴材料为，由表查得许用弯曲应力。按扭转切应力为脉动循环变应力，取折合系数。将上述参数代入公式.，则轴的计算应力为因为，所以主轴的强度符合要求。主轴的刚度校核轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。对于本课题的主轴，应该按轴的弯曲刚度校核。轴计算刚度经验公式为.式中轴的计算挠度，单位为轴惯性量，单位为轴所用材料的弹性模量，单位为支承跨度，单位为轴所受圆周力，单位为轴所受径向力，单位为。轴的允许挠度，单位为已知。由表查得轴的允许挠度为将上述参数代入公式.，则轴的计算刚度为由于，所以轴能够满足刚度要求。综上所述，轴的强度，刚度均符合校核要求。.主轴组件的支承主轴轴承的类型机床主轴带着刀具或夹具在支承件中作回转运动，需要传递切削扭矩，承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。数控机床主轴支承根据主轴部件的转速承载能力及回转精度等要求的不同而采用不同种类的轴承。主轴轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型结构配置精度安装调整润滑和冷却都直接影响了主轴组件的工作性能。在数控机床上主轴轴承常用的有滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承摩擦阻力小，可以预紧，润滑维护简单，能在定的转速范围和载荷变动范围下稳定地工作。滚动轴承由专业化工厂生产，选购维修方便，在数控机床上被广泛采用。但与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体数目有限，刚度是变化的，抗振性略差并且对转速有很大的限制。数控机床主轴组件在可能条件下，尽量使用了滚动轴承，特别是大多数立式主轴和主轴装在套筒内能够作轴向移动的主轴。这时滚动轴承可以用润滑脂润滑以避免漏油。图.所示为主轴常用的几种滚动轴承的类型。双列圆柱双列推力向双列圆锥滚带凸缘双列圆柱带弹簧的单列圆滚子轴承心球轴承子轴承滚子轴承锥滚子轴承图.主轴常用的几种滚动轴承的类型为了适应主轴高速发展