第3章 典型部件设计-1.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,3.1,主轴部件设计,3.2,支承件设计,3.3,导轨设计,3.4,机床刀架和自动换刀装置设计,第三章 典型部件设计,3.,1,主轴部件设计,3.,1.1,主轴部件应满足的基本要求,3.,1.2,主轴部件的传动方式,3.,1.3,主轴用滚动轴承,3.,1.4,主轴用滑动轴承,3.,1.5,主轴部件结构设计,3.,1.1,主轴部件应满足的基本要求,1.,旋转精度,：主轴的旋转精度是指主轴在,手动或低速,、,空载,时，主轴,前端定位面,的,径向跳动,、,端面跳动,和,轴向窜动值,。,当主轴以工作转速旋转时，与低速相比，其旋转精度是不同的，对于精密和高精密机床是不能忽略的。此时，还应测定机床在工作转速时的旋转精度，称为,运动精度。,旋转精度,取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。,运动精度,还取决于主轴转速、轴承的设计和性能以及主轴部件的动态性能。,3.,1.1,主轴部件应满足的基本要求,主轴部件的组成：,主轴、支承轴承、传动件、定位元件,密封件,主轴部件的功能：,支撑并带动工件或刀具旋转进行切削；承受切削力、驱动力，完成表面成形运动,。,主轴部件应满足的基本要求,旋转精度,温升和热变形,刚度,抗振性,耐磨性,3.,1.1,主轴部件应满足的基本要求,2,刚度,：指主轴部件承受外载荷时抵抗变形的能力，刚度的倒数也称为柔度。,刚度,常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向施加的作用力表示。,当主轴外伸端受径向作用力,F,受力方向上弹性位移为,时，则刚度,K,为：,3.,1.1,主轴部件应满足的基本要求,1,）静刚度,主轴部件在静载荷作用下，抵抗变形的能力，表示为：,K,j,=F,j,/,j,。,2,）静刚度,主轴部件在交变载荷作用下，抵抗变形的能力，表示为：,K,d,=F,d,/,d,。,主轴部件的刚度受,主轴,的尺寸和形状，,滚动轴承,的类型、数量、预紧和配置方式、,传动件,的布置方式、,主轴部件,的制造精度和装配质量等影响。,主轴部件的刚度不足，直接影响加工精度和机床性能。,3.,1.1,主轴部件应满足的基本要求,3,抗振性,：主轴部件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。,理论分析和试验结果表明，影响主轴部件抗振性的主要因素是,主轴部件的静刚度,、,阻尼特性,和,固有频率,等。刚度和阻尼比越大越不容易产生振动。,振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。,3.,1.1,主轴部件应满足的基本要求,4,温升和热变形,：主轴部件工作时由于摩擦和搅油等耗损而产生热量，出现温升。温升使主轴部件的形状和位置发生畸变，称之为热变形。,影响主轴部件温升、热变形的主要因素是轴承的类型和布置方式；轴承预紧力大小；润滑方式和散热条件等。,3.,1.1,主轴部件应满足的基本要求,5,耐磨性,：主轴部件的耐磨性是指长期保持其原始 精度的能力，即精度的保持性。,精度保持性决定于主轴部件的耐磨性能,对耐磨性影响较大的因素有主轴、轴承的材料、热处理方法、轴承类型及润滑防护措施等因素,磨损后对精度有影响的部位首先是轴承、其次是安装夹具、刀具或工件的定位面或锥孔。,3.,1,主轴部件设计,3.,1.1,主轴部件应满足的基本要求,3.,1.2,主轴部件的传动方式,3.,1.3,主轴用滚动轴承,3.,1.4,主轴用滑动轴承,3.,1.5,主轴部件结构设计,3.,1.2,主轴部件的传动方式,1齿轮传动,齿轮传动的特点是结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。,缺点：是线速度不能过高，通常小于,1215,m/s,，,不如带传动平稳。,齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直驱传动,2,带传动,靠摩擦力传动、结构简单、制造容易、成本低，特别适用于中心距较大的两轴间传动。皮带有弹性可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速传动。过载中会打滑，能起到过载保护作用。,缺点：传动比不够准确。,3.,1.2,主轴部件的传动方式,同步齿形带的齿形有两种：梯形齿和圆弧齿。圆弧齿形受力合理，较梯形齿同步带能够传递更大的扭矩。,同步齿形带无相对滑动，传动比准确，传动精度高；,厚度小、重量轻、传动平稳、噪声小,适于高速传动，传动效率高；,不需要润滑，耐水耐腐蚀，能在高温下工作，维护保养方便；传动比大，可达1：10以上。,缺点是制造工艺复杂，安装条件要求高。,3,同步齿形带,3.,1.2,主轴部件的传动方式,4.,电动机直接驱动方式,电动机转子轴就是主轴，电动机座就是机床主轴单元的壳体。主轴单元大大简化了结构，有较宽的调速范围；有较大的驱动功率和扭矩；便于组织专业化生产,。,广泛地用于精密机床、高速加工中心和数控车床中。,3.,1,主轴部件设计,3.,1.1,主轴部件应满足的基本要求,3.,1.2,主轴部件的传动方式,3.,1.3,主轴用滚动轴承,3.,1.4,主轴用滑动轴承,3.,1.5,主轴部件结构设计,3.,1.3,主轴滚动轴承,轴承是主轴部件中最重要的组件。轴承的,类型、配置、精度、安装、调整和润滑,等都直接影响主轴部件的工作性能。,对主轴轴承的要求是旋转精度高、刚度高、承载能力强、极限转速高、适应变速范围大、摩擦小、噪声低、抗振性好、使用寿命长、制造简单、使用维护方便等。,主轴轴承分为,滚动轴承和滑动轴承,，在使用中，应根据主轴部件的工作性能要求、制造条件和经济效益中和考虑，合理选用。,3.,1.3,主轴滚动轴承,一.常用滚动轴承类型,（,1,）角接触球轴承：接触角,接触角,=0,，深沟球轴承,接触角,0,45,，角接触球轴承,接触角,45,2.5,3.,1.5,主轴部件结构设计,4,主轴主要尺寸参数确定,（,4,）主轴跨距,L,的确定,受力后，轴端弹性变形,y=y,1,+y,2,支承为刚体，主轴 弹性变形,y,1,支承为弹性变形，主轴刚体,y,2,各当主轴部件的,D,，,a,，前后支承刚度一定时，必存在一个能使主轴轴端挠度,y=y,min,的跨距,L,0,最佳跨距,。,3.,1.5,主轴部件结构设计,4,主轴主要尺寸参数确定,（,3,）主轴前端悬伸量,L,的确定,1),L,合理,(4,5)D,1,2)L,合理,(3,5),a,，,用于悬伸长度较小时，如车床、铣床等。,3),L,合理,(1,2),a,，,用于悬伸长度较大时，如镗床、内圆磨床等。,（,1,）主轴部件的支承数目,前、后两个支承,结构简单，制造装配方便，容易保证精度，应用广泛。为提高主轴部件的刚度，前后支承应消除间隙或预紧。,三个支承,有前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承；有前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承，其,应用较多,。以提高刚度和抗振性能，但是制造装配较复杂。,3.,1.5,主轴部件结构设计,对于三支承：,“,主,”,支承应消除间隙或预紧，,“,辅,”,助支承应保留一定的径向间隙或选用较大游隙的轴承。,避免发生干涉，恶化主轴的工作性能，使空载功率大幅度上升。,5,主轴部件结构设计,3.,1.5,主轴部件结构设计,（,2,）推力轴承位置配置型式,两个方向的推力轴承都布置在前支承外。,在前支承处轴承较多，发热大，温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度，精度高，对提高主轴部件刚度有利。,用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。,两个方向的推力轴承配置在前支承的后侧。,这类配置方案可减少主轴的悬伸量，并使主轴的热膨胀向后；但前支承结构较复杂，温升也可能较高。,两个方向的推力轴承都布置在后支承处。,前支承处轴承较少，发热小，温升低；但是主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。,用于轴向精度要求不高的普通精度机床，如立铣、多刀车床等。,两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承处。,主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴向间隙。为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀。,常用于短主轴，如组合机床主轴。,5,主轴部件结构设计,3.,1.5,主轴部件结构设计,（,3,）主轴传动件位置的合理布置,传动件放在两个支承中间靠近前支承处，受力情况较好，用得最为普遍；,传动件放在主轴前悬伸端，主要用于具有大转盘的机床，如立式车床、镗床等，传动齿轮直接安装在转盘上。,传动件放在主轴的后悬伸端，较多地用于带传动，为了更换传动带方便，如磨床。,驱动主轴的传动轴位置的合理布置,应尽可能将该驱动轴布置在合适的位置，使驱动力引起的主轴变形可抵消一部分因切削力引起的主轴轴端精度敏感方向上的位移。,5,主轴部件结构设计,提高主轴部件性能的措施,除了选用高精度轴承并合理调整间隙，提高主轴轴颈的和支承座孔的精度，还以采取一些工艺措施：,1,提高主轴部件的旋转精度,（,1,）选配法,A,和,B,分别为主轴前后支承的径向跳动,显然，装配时，应使前后轴承的最大径向跳动位于同一轴向平面内，而且在轴线的同一侧，可以减小主轴前端的径向跳动,（,2,）装配后精加工,提高主轴部件性能的措施,首要措施加大主轴直径,D,，其次是缩短悬伸量,a,，第三是提高前后支承的刚度，其中提高前支承效果显著，提高后支承刚度效果不是很明显。最佳跨度,L,，只在,D,，,a,，前后支承刚度确定的前提下才有意义。,2,提高主轴部件的刚度,在提高支承刚度时，除选用高刚度的轴承，减少轴承内孔与轴颈以及轴承外圈与支承座孔的接触变形外，还应考虑支承座孔对主轴刚度的影响。,提高主轴部件性能的措施,（,1,）减少产生收迫振动的来源,（,2,）避免发生共振：主轴部件的固有频率避开激振力频率。,（,3,）提高主轴轴承阻尼，特别是前轴承阻尼。,（,4,）增加主轴箱的刚度：加大壁厚或设置加强筋等。,（,5,）增加消振装置。,3,提高主轴部件的抗振性,4,控制主轴部件的温升和热变形,（,1,）减少发热量：轴承预紧力不能太大，采用低粘度润滑油等,（,2,）加强散热,（,3,）均热,