2071CJK6256B數(shù)控車床主軸箱的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1前言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜，改型也日益頻繁，對機(jī)床的性能、精度、自動(dòng)化程度等提出了越來越高的要求。機(jī)械加工工藝過程自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)上述要求的重要技術(shù)措施之一，不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，還能改善工人的勞動(dòng)條件。為此，許多企業(yè)采用自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床和專用機(jī)床組成自動(dòng)或半自動(dòng)生產(chǎn)線。但是，采用這種自動(dòng)、高效的設(shè)備，需要很大的初期投資以及較長的生準(zhǔn)備周期，只有在大批量的生產(chǎn)條件（如汽車、拖拉機(jī)、家用電器等工業(yè)主要零件的生產(chǎn)） ，才會(huì)有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在機(jī)械制造工業(yè)中，單件、小批量生產(chǎn)的零件約占機(jī)械加工總量的70%80%?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步和機(jī)械制造產(chǎn)品市場競爭的日趨激烈，致使機(jī)械產(chǎn)品不斷改型、更新?lián)Q代，批量相對減少，質(zhì)量要求越來越高。采用專用的自動(dòng)機(jī)床加工這類零件就顯得很不合理，而且調(diào)整或改裝專用的“剛性”自動(dòng)生產(chǎn)線投資大、周期長，有時(shí)從技術(shù)上甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的。采用各類仿型機(jī)床，雖然可以部分地解決小批量復(fù)雜零件的精度很難達(dá)到的要求。為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件的自動(dòng)化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適用于產(chǎn)品頻繁變化的“柔性”自動(dòng)化機(jī)床。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，1952 年，美國帕森斯公司(Parsons)和麻省理工學(xué)院（MIT）合作，研制成功了世界上第一臺以數(shù)字計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字控制(numerical control,簡稱 NC)3 坐標(biāo)直線插補(bǔ)銑床，從而使機(jī)械制造業(yè)進(jìn)入了 一個(gè)新階段。 因此，在畢業(yè)設(shè)計(jì)到來時(shí)，根據(jù)我們專業(yè)與企業(yè)的要求，在徐衛(wèi)國老師的指導(dǎo)下，本人選擇了數(shù)控車床的改造這一課題。通過研究，改造主要有三個(gè)部分：（1）主軸箱（2）電器（3）自動(dòng)刀架此課題有本人承擔(dān)，本人改造主軸箱中的主軸部件是機(jī)床重要組成部分之一。除了與普通機(jī)床一樣要求具有良好的旋轉(zhuǎn)精度、靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及耐磨性外，由于數(shù)控機(jī)床在加工過程中不進(jìn)行人工調(diào)整，且數(shù)控機(jī)床要求的轉(zhuǎn)速更高，功率大。所以數(shù)控機(jī)床的主軸部件在上述幾方面要求更高且更嚴(yán)格。在主軸部件的改造方面，本人采取盡可能按原機(jī)床傳動(dòng)路線，并選用主軸脈沖發(fā)生器來輸出主軸轉(zhuǎn)速，主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，主軸脈沖發(fā)生器 發(fā)出 1024 個(gè)脈沖。數(shù)控車床的電器也很重要，車床的自動(dòng)化程度也就在此體現(xiàn)。電器方面，本人參考 CJK6256B 簡易數(shù)控車床的電器原理，該結(jié)構(gòu)簡單，能2較好的實(shí)現(xiàn)對主軸電機(jī)主軸變頻器，刀臺電機(jī)正反轉(zhuǎn)，風(fēng)扇等等的控制。自動(dòng)刀架也是數(shù)控車床與普通車床的重要區(qū)別之一，它具有準(zhǔn)確的重復(fù)定位功能，具有較高的精度。3目錄第一章數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)及主軸部件1.1 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)裝置4-61.1.1 特點(diǎn)1.1.2 變速方式1.1.3 選擇電動(dòng)機(jī)1.1.4 選擇帶輪1.1.5 確定傳動(dòng)方式1.2 主軸組件設(shè)計(jì)7-91.2.1 主軸主件類型1.2.2 主軸設(shè)計(jì)1.2.3 主軸支承1.2.4 主軸停止功能 11.3 中間軸的設(shè)計(jì)101.4 輸入軸的設(shè)計(jì)111.5 主軸箱的裝配12第二章電器13-14第三章自動(dòng)刀架15結(jié)論16參考文獻(xiàn)17附錄184第一章數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)及主軸組件1.1 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)裝置1.1.1 特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)與普通機(jī)床的相比具有以下特點(diǎn)：（1） 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速高，功率大，能滿足數(shù)控機(jī)床大功率切削和高速切削的要求，實(shí)現(xiàn)機(jī)床高效率工作。（2） 傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速范圍較大，變速迅速可靠，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無級調(diào)速，使切削工作始終在最佳狀態(tài)下進(jìn)行。（3） 為實(shí)現(xiàn)刀具的快速或自動(dòng)裝卸，主軸上具有特殊的刀具安裝結(jié)構(gòu)。（4） 主軸部件要求有較大的剛度和較高的精度。1.1.2 變速方式本人根據(jù)原機(jī)床結(jié)構(gòu)采用雙向內(nèi)齒離合器來使主軸實(shí)現(xiàn)四級變速。1.1.3 選擇電動(dòng)機(jī)選用 Y160L-4 A 型鼠籠轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)系列。功率 15KW 轉(zhuǎn)速 1460r/min.額定轉(zhuǎn)矩2.2kn/m。1.1.4 選擇帶輪根據(jù)電動(dòng)機(jī)的輸出功率、輸出軸所需的轉(zhuǎn)速、工作時(shí)間，選擇并校核帶輪，確定小帶輪與大帶輪的基準(zhǔn)直徑，大帶輪如裝配圖 所示，基準(zhǔn)直徑為 304mm，采用孔板式結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)與噪聲，傳動(dòng)比較準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高、平穩(wěn)、噪聲小，維修保養(yǎng)方便，不需潤滑。采用無級變速主軸電機(jī)（直流或交流） ，主軸箱內(nèi)齒輪變速級數(shù)很少（一般最多為四級） 。主軸箱內(nèi)設(shè)置齒輪變速，主要目的是重復(fù)利用電機(jī)的恒功率，輸出范圍一般多用于大中型機(jī)床，一部分小型機(jī)床為了獲得強(qiáng)力切削也在應(yīng)用。變速級改變通常是用液壓控制齒輪滑移來實(shí)現(xiàn)，一般小型數(shù)控機(jī)床的主軸箱步設(shè)置齒輪變速機(jī)構(gòu)其噪聲與振動(dòng)大大減少由于主軸功率特性在不斷改進(jìn)，無齒輪變速的主傳動(dòng)得到越來越多的應(yīng)用。液壓刀架使用廣泛，性能比較穩(wěn)定，電機(jī)帶動(dòng)的刀架沒有液壓管路，結(jié)構(gòu)簡單。1.1.5 確定傳動(dòng)方式5傳動(dòng)路線如下：離合器 1 撥叉向左 24電動(dòng)機(jī)帶輪離合器 1 撥叉向右 離合器 2 撥叉向左 603離合器 2 撥叉向右 6024603離合器 2 撥叉向左 24離合器 2 撥叉向右 602460361.2 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動(dòng)件和密封件等組成。機(jī)床加工時(shí)，主軸帶動(dòng)工件或刀具直接參與表面成型運(yùn)動(dòng)，所以主軸的精度、剛度和熱變形對加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率等有著重要的影響，而且由于數(shù)控機(jī)床在加工過程中心 線 的 平 均 空 間 位 置 稱 為 瞬 時(shí) 回 轉(zhuǎn) 中 心 線 。 瞬 時(shí) 回 轉(zhuǎn) 中 心 線 相 對 于 理 想 回 轉(zhuǎn) 中心 線 的 距 離 ， 就 是 主 軸 的 回 轉(zhuǎn) 誤 差 。 而 回 轉(zhuǎn)不進(jìn)行人為調(diào)整，這些影響就更為重要。（ 1） 回 轉(zhuǎn) 精 度 高回 轉(zhuǎn) 中 心 線 的 空 間 位 置 ， 在 理 想 的 情 況 下 應(yīng) 是 固 定 不 變 的 ， 稱 為 理 想 中 心 線 。 實(shí) 際 上 ，由 于 主 軸 組 件 中 各 種 因 素 的 影 響 ， 回 轉(zhuǎn) 中 心 線 的 空 間 位 置 每 一 瞬 間 都 是 變 化 的 ， 這 些瞬 時(shí) 回 轉(zhuǎn) 中 誤 差 的 范 圍 ， 就 是 主 軸 的 回 轉(zhuǎn) 精 度 。 徑 向 誤 差 、 角 度 誤 差 和 軸 向 誤 差 很 少單 獨(dú) 存 在 ， 當(dāng) 徑 向 誤 差 和 角 度 誤 差 同 時(shí) 存 在 時(shí) ， 構(gòu) 成 徑 向 跳 動(dòng) ， 而 軸 向 誤 差 和 角 度 誤差 同 時(shí) 存 在 時(shí) 構(gòu) 成 端 面 跳 動(dòng) 。（ 2） 剛 度 大主 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 。 主 軸 組 件 的 剛 度越 大 ， 主 軸 受 力 后 的 變 形 越 小 。 若 主 軸 組 件 的 剛 度 不 足 ， 在 切 削 力 及 其 它 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 ， 加 快 其 磨 損 ， 降 低 精 度 。 主 軸 部 件 的 剛 度 與 主 軸 的 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 、 支 承 跨 距 、所 選 用 的 軸 承 類 型 及 其 配 置 形 式 、 軸 承 間 隙 的 調(diào) 整 、 主 軸 上 傳 動(dòng) 元 件 的 位 置 關(guān) 系 等 有 關(guān) 。（ 3） 抗 振 性 強(qiáng)主 軸 組 件 的 抗 振 性 是 指 切 削 加 工 時(shí) ， 主 軸 保 持 平 穩(wěn) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 而 不 發(fā) 生 振 動(dòng) 的 能 力 。 若主 軸 組 件 抗 振 性 差 ， 工 作 時(shí) 容 易 產(chǎn) 生 振 動(dòng) ， 不 僅 會(huì) 降 低 加 工 質(zhì) 量 ， 而 且 限 制 了 機(jī) 床 生產(chǎn) 率 的 提 高 ， 使 就 刀 具 的 耐 用 度 下 降 。（ 4） 溫 升 低主 軸 組 件 運(yùn) 轉(zhuǎn) 中 的 溫 升 過 高 會(huì) 引 起 兩 個(gè) 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 它 元 件 的 相 對 位 置 發(fā) 生 變 化 ， 直 接 影 響 到加 工 精 度 ； 二 是 軸 承 等 元 件 會(huì) 因 溫 度 過 高 而 改 變 已 調(diào) 好 的 間 隙 ， 破 壞 正 常 工 作 ， 嚴(yán) 重時(shí) 甚 至 會(huì) 發(fā) 生 “抱 軸 ”。 數(shù) 控 機(jī) 床 為 了 解 決 溫 升 問 題 ， 一 般 采 用 恒 溫 主 軸 箱 。（ 5） 耐 磨 性 好主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工作安裝部位，以及移動(dòng)式主軸的工作表面。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬火硬，或氮化處理，以提高硬度，增加耐磨性。主軸軸承也需要有良好的潤滑，以提高其耐磨性。71.2.1 主軸組件的類型主軸組件按運(yùn)動(dòng)方式可分為五類：（1）只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的主軸組件。這類主軸組件結(jié)構(gòu)較為簡單，如車床、銑床、和磨床等主軸組件。（2）既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的主軸組件。（3）既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有軸向調(diào)整移動(dòng)的主軸組件。如滾齒機(jī)、部分立式銑床等的主軸組件。主軸在套筒內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并可根據(jù)需要隨主軸套筒一起作軸向調(diào)整運(yùn)動(dòng)。主軸組件工作時(shí)，用其中的夾緊裝置將主軸套筒夾緊在主軸箱內(nèi)，以提高主軸部件的剛度。（4）既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的主軸部件。如臥式鏜床的平旋盤主軸組件、組合機(jī)床的鏜孔車端面頭主軸組件。主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，裝在主軸前端面平旋盤上的徑向滑塊可帶動(dòng)刀具作徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（5）主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又作行星運(yùn)動(dòng)的主軸部件。1.2.2 主軸設(shè)計(jì)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、材料及其熱處理等。對主軸組件的工作性能都有很大的影響，其主要尺寸參數(shù)包括如下四個(gè)部分：（1）主軸直徑（2）內(nèi)孔直徑（3）懸件長度（4）支承跨距根據(jù)原有結(jié)構(gòu)，本人采用原有主軸，改變主軸支承方案來增強(qiáng)主軸的強(qiáng)度與剛性。1.2.3 主軸支承根據(jù)各段軸的直徑，確定主軸支承。前支承用 3182132 型雙短圓柱滾子軸承與 8218 推力球軸承，后支承采用 3182124 型雙短圓柱滾子軸承，中間輔助支承為 128 型單列滾珠軸承。這樣不僅保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，也提高了主軸剛度和抗振性。由于運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)發(fā)熱，主軸必然會(huì)膨脹，為了吸收這個(gè)熱膨脹量，希望后支承能沿軸向移動(dòng)，容易使軸承受損。因此從提高后支承剛性和適應(yīng)主軸熱膨脹的要求來說，前支承采用 3182132 型雙短圓柱滾子軸承為好，右端用端蓋頂住，左面用調(diào)整螺母來預(yù)緊。81.2.4 主軸停止功能為使停車時(shí)克服旋件的慣性，采用液壓摩擦制動(dòng)器使主軸迅速停止，此裝置結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，主軸通過齒輪嚙合傳至主軸脈沖器。主軸原理床頭箱中的雙向內(nèi)齒離合器和，由操縱油缸中的活塞帶動(dòng)撥叉和來控制它接通或放松，使主軸實(shí)現(xiàn)四級變速。停車時(shí)為克服旋轉(zhuǎn)件的慣性，采用液壓摩擦制動(dòng)器使主軸迅速停止。主軸運(yùn)動(dòng)通過齒輪傳至主軸脈沖發(fā)生器，其傳動(dòng)比為。主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，主軸脈沖發(fā)生器發(fā)出個(gè)脈沖。改變主電機(jī)正、反轉(zhuǎn)。主軸具有三個(gè)支承：前支承為雙列短圓柱滾子軸承；后支承為雙列短圓柱滾子軸承；中間輔助支承為型單列滾珠軸承。這樣不僅保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，也提高了主軸剛度和抗振性。. 91.3 中間軸的設(shè)計(jì)根據(jù)傳動(dòng)方式，中間軸與主軸通過一對斜齒輪來傳動(dòng)，中間軸由兩段軸、共同組成，兩段都裝有與內(nèi)齒離合器 55 相嚙合的齒輪 48、57，從而實(shí)現(xiàn)變速，用來使主軸迅速停止的液壓摩擦制動(dòng)器 23 就裝在前一段軸 22 上，中間軸后端用制動(dòng)器 23 固定，前端則用調(diào)整螺栓結(jié)構(gòu) 62 頂住，中間軸用滾動(dòng)軸承與單列圓錐滾子球軸承來支承，可用來支承較大的徑向力。其中，前一個(gè)單列圓錐滾子球軸承用軸肩與調(diào)整螺栓 62 來固定調(diào)整，后一個(gè)則用箱壁與斜齒輪61 固定，深