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南京工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(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(xué) 生 姓 名： 衛(wèi)佳華 學(xué) 號(hào)： X00231120332
所在院(系)部： 工業(yè)中心
專 業(yè) 名 稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
以廢鋁為材料的制動(dòng)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(lián)邦技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程系
摘要：葉輪葉片和制動(dòng)盤是利用砂型鑄造方法生產(chǎn)的。兩種木模以必要余量配合使用。借助環(huán)保技術(shù)和成形方法，并利用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)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(nèi)，便可以獲得葉輪和制動(dòng)盤。
在鑄件的清理工作完成之后，所得的兩個(gè)鑄件質(zhì)量良好。根據(jù)鑄件的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)，有73.59％的葉輪葉片和85.1％的制動(dòng)盤能夠符合要求，這表明這種鑄造方法是可行的。
關(guān)鍵詞：葉輪葉片 制動(dòng)盤 環(huán)保成型 熔爐
1 導(dǎo)言
制動(dòng)盤與葉輪
制動(dòng)盤是一種可以減慢車輪轉(zhuǎn)速或讓車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。一個(gè)完整的制動(dòng)盤通常由鑄鐵或如碳、纖維或硅膠等復(fù)合材料制作成的，它的用途是連接車輪或軸。在制動(dòng)盤的工作過程中，是靠摩擦力來減慢車輪轉(zhuǎn)速或讓車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因此剎車皮（安裝在稱之為制動(dòng)鉗上的裝置）使用耐摩擦性能較好的材料制成。在液壓、氣動(dòng)或電磁的作用下受到機(jī)械力的作用，并與盤面產(chǎn)生較大的摩擦力。在摩擦力的作用下可以減慢車輪轉(zhuǎn)速或讓車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
葉輪一般安裝在管狀裝置內(nèi)，可以增加流體的壓力和提高流體的流量。
水泵葉輪
可旋轉(zhuǎn)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(dá)驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，將流體以中心向外以很高的加速度拋出。葉輪工作時(shí)的壓力能轉(zhuǎn)換為流體的動(dòng)能，但是只有在泵套管內(nèi)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(gè)較短的通孔（稱為眼），流體從一側(cè)流入，從另一側(cè)流出。葉片在徑向方向上給流體施加力，并繞一個(gè)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
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(chǔ)對(duì)工件進(jìn)行生產(chǎn)的過程。模具有一個(gè)中空的型腔，在它的型腔內(nèi)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(nèi)并充滿型腔，得到零件的實(shí)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(dāng)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(gè)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(jīng)過加工的金屬內(nèi)塊組成；也可用如離心鑄造等方法加工。型砂有一個(gè)相當(dāng)?shù)偷膶?dǎo)熱系數(shù)，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(xì)所決定的。當(dāng)然，使用金屬模具也許更合適，可以使零件獲得更細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)。
金屬鑄件是現(xiàn)代化的機(jī)器和運(yùn)輸車輛的重要組成部分。以拖拉機(jī)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(dòng)機(jī)上，這一比例超過了百分之五十?？傊?，鑄造提供了一個(gè)改善零件或部件力學(xué)性能的好的方法。以鋁作為材料是因?yàn)殇X在鑄造生產(chǎn)有著良好的機(jī)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(diǎn)。本篇論文涉及利用環(huán)保砂模鑄造制動(dòng)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(dòng)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(zhǔn)備工作是將材料在熔煉爐內(nèi)在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行的，之后將熔融的金屬澆注到加工好的模具中。在整個(gè)過程中，熔化爐的動(dòng)作包括融爐的抬起與融化爐的傾斜。對(duì)于較特殊的鑄造合金，澆注時(shí)的溫度要高于其液體的溫度。超高溫度的選擇是根據(jù)對(duì)金屬的結(jié)構(gòu)和力學(xué)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(duì)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(dòng)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(jìn)的成型繪圖方法可以完成木制模型的虛擬設(shè)計(jì)。硬制木材（如桃花心木）可用于生產(chǎn)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(gè)模型的具體深度可以在繪圖設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)際情況修改。
對(duì)于葉輪片盤，用兩個(gè)32mm32mm見方，每個(gè)厚度在2mm的膠合板釘起來并粘和在一起。以膠合板邊為對(duì)角線，在其中間開一個(gè)半徑為140cm的一個(gè)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(gè)圓孔。油灰可以被用來填補(bǔ)所有模型的缺陷之處，可修補(bǔ)粗糙的邊緣，在修補(bǔ)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(xué)公式是SiO2。人們自古以來就已經(jīng)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(xì)胞壁中。大多數(shù)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(xué)物質(zhì)之一。所使用的砂模工作場(chǎng)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(xì)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(jié)劑的黏土混合。在已經(jīng)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(zhǔn)備。
鋁
鋁是一種銀白色和具有韌性的一種化學(xué)元素。鋁的符號(hào)是AL；其原子序數(shù)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(xué)性質(zhì)相對(duì)大自然中的其它金屬較為活躍。因此，目前以發(fā)現(xiàn)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(xué)性能是它的耐腐蝕性（這是由于鈍化現(xiàn)象所致）和它的低密度。鋁及其合金在航空航天工業(yè)和運(yùn)輸建設(shè)等其他領(lǐng)域發(fā)揮了極其重要的作用。鋁的化學(xué)性質(zhì)使它可作為催化劑或其它化學(xué)添加劑，可運(yùn)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(jìn)行燃燒的爐具。
3.2 方法
鋁在熔爐中融化，熔爐是一個(gè)古老而又簡(jiǎn)單的熔化設(shè)備。在金屬融化后倒入其中。在未進(jìn)行熔化處理之前是不能進(jìn)行澆注作業(yè)的。在澆注和凝料完成之后，這兩個(gè)模型將被拆除，清理和進(jìn)行缺陷檢查。
3.3 計(jì)算
葉輪：
葉輪實(shí)際直徑，使用的收縮率，加工余量為。
根據(jù)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(gè)模型直徑為：
模型直徑加工余量根據(jù)收縮率得到的模型直徑
制動(dòng)盤：
實(shí)際葉輪片盤直徑，收縮率，加工余量。
根據(jù)收縮率得到的模型直徑圓盤直徑（收縮率）（制動(dòng)盤直徑）
再加上加工余量，則這個(gè)模型直徑為：
模型直徑＝加工余量＋根據(jù)收縮率得到的模型直徑
鑄件產(chǎn)量——鑄造可以通過鑄件產(chǎn)量來計(jì)算，以此確定鑄造中使用金屬的比例。
鑄件產(chǎn)量
其中：鑄件重量，澆注重量，冒口重量。
對(duì)于葉輪而言，鑄件重量，澆注和冒口重量。
鑄件產(chǎn)量
對(duì)于制動(dòng)盤來說，鑄件重量，澆注和冒口重量
鑄件產(chǎn)量
4 結(jié)果和討論
對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)一些缺陷是可以避免的，當(dāng)然，模具應(yīng)當(dāng)充分的準(zhǔn)備并且在熔煉和澆注的過程中正確地操作。在這項(xiàng)工作中，由于錯(cuò)誤是不可避免的，因此在葉輪葉片和制動(dòng)盤的鑄件上會(huì)發(fā)現(xiàn)了一些缺陷。無論是在鑄件的外部還是內(nèi)部，其表面都相對(duì)比較粗糙。然而，對(duì)外部表面進(jìn)行加工，可以獲得更高的表面粗糙度，就內(nèi)部表面而言，這樣做以改善表面質(zhì)量幾乎是不可能的。在葉輪鑄件中，邊緣一般較粗糙?？梢允褂锰钛a(bǔ)邊緣的方法完善它。
5 結(jié)論
在這項(xiàng)工作中，利用當(dāng)?shù)氐匿X廢料來生產(chǎn)葉輪和制動(dòng)盤，并確保它們符合規(guī)范要求。利用砂模制造了兩個(gè)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(dāng)造成的。兩個(gè)鑄造上所發(fā)現(xiàn)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(dòng)盤的鑄件產(chǎn)量表明，已達(dá)到了良好鑄造效果。
參考文獻(xiàn)
[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(cè)Desk版. 美國(guó)：美國(guó)金屬學(xué)會(huì)，1992.
南京工程學(xué)院
工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
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
2016年 3月 10日
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
衛(wèi)佳華
學(xué) 號(hào)
231120332
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師姓名
劉桂芝
職 稱
研究員級(jí)高工
所在院系
工業(yè)中心
課題來源
D．自擬課題
課題性質(zhì)
A．工程設(shè)計(jì)
課題名稱
數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)的
內(nèi)容和意義?
采用類比法，進(jìn)行數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該部件動(dòng)力輸出性能及機(jī)械性能直接影響工件的加工質(zhì)量和切削生產(chǎn)率,是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容：
1. 主軸箱的主要零件
2. CAD繪制主軸箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖0號(hào) 1張
3. CAD繪制零件圖紙,CAD圖紙折合0號(hào)1.5張 （約15個(gè)零件）
4. 繪制主軸動(dòng)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(jì)算
7. 主軸前后軸承壽命計(jì)算
8. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
9. 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
本課題研究的意義：
本課題對(duì)數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其意義如下：
1、高速、高精是數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的重要指標(biāo)，高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
2、了解數(shù)控車床的工作原理，掌握數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和方法，提高對(duì)數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。
3、通過運(yùn)用所學(xué)知識(shí)及查閱相關(guān)資料，提高獨(dú)立思考能力和解決問題的能力。
4、通過對(duì)數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化了主傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)數(shù)控車床的廣泛應(yīng)用和推廣數(shù)控機(jī)床的改造有著深遠(yuǎn)的意義。
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號(hào)：起止頁碼
文獻(xiàn)綜述
隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界制造業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。目前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從20 世紀(jì)80 年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)械所代替[1]。
國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)數(shù)控車床的研究時(shí)間較長(zhǎng)，而且經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)水平較高，其特點(diǎn)如下：（1）高速高精與多軸加工成為數(shù)控車床的主流， 納米控制已經(jīng)成為高速高效加工的潮流。（2）多任務(wù)、多軸加工數(shù)控車床越來越多地應(yīng)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(cè)功能不斷擴(kuò)充， 車間的加工監(jiān)測(cè)與管理可實(shí)時(shí)獲取機(jī)床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)機(jī)床的狀態(tài)，提前進(jìn)行相關(guān)的維護(hù)，避免事故的發(fā)生，減少機(jī)床的故障率，提高機(jī)床的利用率。（4）機(jī)床誤差檢測(cè)與補(bǔ)償功能越來越強(qiáng)大， 能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)機(jī)床的補(bǔ)償測(cè)量。與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對(duì)機(jī)床誤差的補(bǔ)償精度能夠提高3～4 倍，同時(shí)效率得到大幅度提升。（5）最新的CAD/CAM 技術(shù)為多軸、多任務(wù)數(shù)控車床提供了強(qiáng)有力的支持，可以大幅度提高加工效率[2]。
數(shù)控車床的高精度和高速度都要靠主傳動(dòng)系統(tǒng)來保證。主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的, 它將主電動(dòng)機(jī)的原動(dòng)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(yīng)各種不同的加工及各種不同的加工方法數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有較大的調(diào)速范圍以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量同時(shí)主傳動(dòng)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(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量[3]。
在設(shè)計(jì)機(jī)床的主傳動(dòng)常規(guī)變速系統(tǒng)時(shí), 當(dāng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)如轉(zhuǎn)速范圍、電動(dòng)機(jī)功率、公比基本確定以后, 通常采用圖解的方法來設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng), 即使用轉(zhuǎn)速圖直觀地表達(dá)出傳動(dòng)系統(tǒng)中各軸的變化規(guī)律和傳動(dòng)副的速比關(guān)系。按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法, 只能對(duì)有限的幾種方案進(jìn)行計(jì)算和比較, 要想取得一個(gè)最優(yōu)方案相當(dāng)困難。將CAD 設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想引入主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)靜剛度的因素有主軸軸承的配置、預(yù)加載荷、主軸前后軸承的支承距、主軸組的動(dòng)平衡以及主軸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能等，必須根據(jù)具體的產(chǎn)品進(jìn)行分析計(jì)算，并制定相應(yīng)的工藝，保證達(dá)到各項(xiàng)性能指標(biāo)。軸承可以通過不同的組合來滿足各種機(jī)床的要求。在進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、精度、主軸的轉(zhuǎn)速、負(fù)載等要求，確定機(jī)床主軸軸承的配置形式，并根據(jù)承載情況確定合適載荷的軸承[5]。
數(shù)控車床的主軸回轉(zhuǎn)時(shí)受各種因素的影響，瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的位置是經(jīng)常變化的。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，在任何瞬時(shí)，一方面主軸繞自己的瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。另一方面，該瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線還相對(duì)理想回轉(zhuǎn)軸線作軸向的、徑向的和傾角的運(yùn)動(dòng)。通過對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度的研究，可以合理確定主軸回轉(zhuǎn)精度的各項(xiàng)評(píng)定指標(biāo)，綜合考慮尺寸誤差、形狀和位置誤差的影響，確定數(shù)控車床主軸的誤差范圍，為界定數(shù)控機(jī)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(duì)于一般機(jī)器的軸，應(yīng)進(jìn)行剛度校核，防止因軸的強(qiáng)度不夠而斷裂；對(duì)于有剛度要求的軸（如機(jī)床主軸、跨度大的蝸桿軸等），還需進(jìn)行剛度校核，防止軸工作中產(chǎn)生過大的變形[7]。
主軸軸承的潤(rùn)滑與密封對(duì)機(jī)床使用和維護(hù)過程中值得重視的兩個(gè)問題。良好的潤(rùn)滑效果可以降低軸承的工作溫度和和延長(zhǎng)使用壽命。密封不僅要防止灰塵屑末和切削液進(jìn)入，還要防止?jié)櫥偷男孤?。在?shù)控機(jī)床上，主軸軸承潤(rùn)滑方式有：油脂潤(rùn)滑、油液循環(huán)潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑，油氣潤(rùn)滑等方式[8]。
帶傳動(dòng)可分為摩擦傳動(dòng)和嚙合傳動(dòng)兩類，帶傳動(dòng)中，帶為中間撓性件并靠摩擦力工作，所以能緩沖和吸振；運(yùn)行平穩(wěn)無噪聲；過載時(shí)帶在帶輪上打滑，因而可防止其它零件的損壞；可增加帶長(zhǎng)以適應(yīng)中心距較大的工作條件[9]。同步齒形帶傳動(dòng)是一種新型的帶傳動(dòng)。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力, 因而兼有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn), 且無相對(duì)滑動(dòng), 平均傳動(dòng)比較準(zhǔn)確, 傳動(dòng)精度高, 而且齒形帶的強(qiáng)度高、厚度小、重量輕, 故可用于高速傳動(dòng)[10]。
以上各個(gè)組成部分都是數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)中必不可少的，只有這些都滿足設(shè)計(jì)要求，才能使主傳動(dòng)系統(tǒng)具有更高的精度和剛度，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
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10、趙軍華 曹和平. 對(duì)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)、進(jìn)給傳動(dòng)的探討.河南科技, 2007,9: 56
研究?jī)?nèi)容
1、確定主軸切削扭矩
機(jī)床主軸作為機(jī)床上一個(gè)重要的部件起著非常重要的作用，其設(shè)計(jì)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(jì)算
主軸部件的剛度對(duì)機(jī)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(duì)其剛度的影響巨大，設(shè)計(jì)過大、過小都會(huì)使其剛度降低，從而影響傳動(dòng)件的工作狀態(tài)和機(jī)床的加工效率和精度。
3、主軸前后軸承壽命計(jì)算
計(jì)算軸承的受力情況與轉(zhuǎn)速，選擇合適的軸承，并且對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊，再通過潤(rùn)滑與密封，保證軸承的壽命。
研究計(jì)劃
研究周期與時(shí)間安排
畢業(yè)設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)有關(guān)書籍文獻(xiàn)。
第2 周(2.29-3.04) 搜集設(shè)計(jì)過程中所要遵照的有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行學(xué)習(xí)，提出初步設(shè)計(jì)所采用的方案；
第3 周(3.07-3.11）完成開題報(bào)告及外文材料翻譯；
第4 周(3.14-3.18)完成試驗(yàn)機(jī)的三維草圖設(shè)計(jì)及摩擦系數(shù)的計(jì)算；
第5 周(3.21-3.25)完成裝配圖草圖設(shè)計(jì)；
第6 周(3.28-4.01)進(jìn)行各零部件設(shè)計(jì)，進(jìn)行機(jī)械制圖工作
第7 周(4.04-4.08）畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查
第8 周(4.11-4.15）進(jìn)行CAD 繪制零件圖
第9 周(4.18-4.22)完成零件圖繪制，同期準(zhǔn)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(píng)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(shè)計(jì)（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(duì)主軸扭矩的研究，提高了主軸的加工能力。
2、通過對(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。
3、通過對(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。
指導(dǎo)教師
意 見
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分中心意見
中心意見
分中心主任簽名：
年 月 日
教學(xué)主任簽名：
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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：通過對(duì)主軸扭矩的研究，提高了主軸的加工能力。通過對(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)件外購費(fèi)用 31
5.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件外購費(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，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。通過這次設(shè)計(jì)過程，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，以此來達(dá)到積攢知識(shí)和提高自身能力的目的。通過畢業(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”不能沒有自主創(chuàng)造，開發(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、信息開放網(wǎng)絡(luò)化
通過計(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)來實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送，可以通過這個(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)來移動(dòng)無級(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)比來進(jìn)行降速，然后再通過液壓撥叉來使車床具有自動(dòng)變速的功能。由于電機(jī)主軸是采用無級(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)過程中比較平穩(wěn)、傳動(dòng)時(shí)發(fā)出的噪聲也比較?。凰詡鲃?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)：這種方式是通過主軸電機(jī)直接來驅(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)的開始、停止、轉(zhuǎn)動(dòng)等方面的要求來綜合選擇。
（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
?。篹=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?。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(zhuǎn)速n=4000r/min
根據(jù)上面的計(jì)算過程以及計(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程中，使該主軸保持無振動(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)床將恒溫啟閉來解決這個(gè)問題。
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，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，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)過程中，我通過查閱資料并請(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(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(guān)系。
4.常見的鋼材有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，可以用來調(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。我們通過以上討論，我們可以知道通過軸承的預(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 用液壓力來使軸承的某些部位產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，可以通過改變油的壓力調(diào)整預(yù)緊力的大小，以此來達(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，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(chǎng)合為高速旋轉(zhuǎn)的情況。在主軸上或打開幾個(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(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12米/秒時(shí)，由于線之間的松配合到離心力和軸密封，開始一個(gè)事務(wù)所帶來固定的。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。一般來說，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，并通過脂潤(rùn)滑的方式來進(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。
通過使用成本計(jì)算資料及其他相關(guān)方面等，來分析構(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)件外購總費(fèi)用為98元。
5.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件外購費(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