盘类数控车床变速床头设计.docx

毕业设计说明书毕 业 设 计 题 目 盘类数控车床变速床头设计 学院专业班级 交通与机械工程学院 摘要自20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。本次设计主要是以沈阳第一机床厂成型产品HTC3230数控车床为基础，了解数控车床主轴部件具体参数，熟悉主轴部分整体机械结构、原理及日常保养与维护。到沈阳第一机床厂车间进行实际参观学习，了解数控车床主轴部件在实际加工中所起到的作用、加工原理等。关键词: 数控车床;HTC3230;结构原理AbstractSince the mid-20th century advent of NC，CNC machine to machine manufacturing industry has brought a revolutionary change。NC has the following characteristics：good Flexible working，high precision machining，high productivity，reducing operator labor intensity，improving working conditions，improving production management in favor of modernization and economic。CNC machine is a highly mechatronic products，many varieties suitable for processing small quantities of parts，more complex structure，high precision parts，require frequent modification parts，expensive and does not allow key parts scrapped，copy the required precision parts，need to shorten the production cycle of much-needed parts and require 100% inspection of parts，characteristics and scope of application of CNC machine tools makes the development of the national economy and national defense construction equipment important。The design is mainly based on the Shenyang Machine Tool Plant molding products HTC3230 based CNC lathe，learnning CNC lathe spindle components specific parameters，spindle familiar part of the overall mechanical structure, principle and routine care and maintenance。Go to Shenyang Machine Tool Plant to the actual workshop study tour， learnning CNC lathe spindle components in the actual processing of the role played by processing principle, etc.。Key words: CNC lathes; HTC3020; Structural principle 目录第一章 前言3第二章 数控车床的概述62.1 数控车床的作用与简史62.1.1 数控车床的作用62.1.2 数控车床的简史62.2 数控车床的分类及组成82.2.1 数控车床分类82.2.2 数控车床的基本组成82.3 数控车床的总体组成102.4 国内外数控车床发展现状和趋势102.4.1.国内现状102.4.2.国外发展情况11第三章HTC3230变速床头设计133.1 参考车床简介133.2 床头部件设计143.2.1 齿轮部分设计143.2.2 主轴部分设计143.2.3 轴承部分设计143.2.4 键的设计153.2.5 润滑与密封15第四章HTC3230变速床头设计164.1 齿轮部分校核164.2 主轴部分校核174.2.1 主动轴的校核184.2.2 从动轴的校核214.3 主轴部分校核234.3.1 主动轴上轴承的校核244.3.2 从动轴上轴承的校核25第五章 技术经济性分析27第六章 结论28参考文献.29谢辞30附录一附录二盘类数控车床变速床头总体设计第一章 前言从20世纪60年代数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了翻天覆地的变化。数控加工具有如下特点：柔性好，精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。目前国产数控机床特别是中高端数控机床在国际上缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。（1）不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关键 国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。（2）制造水平与管理手段依然落后 一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高，加工手段基本以普通机床与低效刀具为主，装配调试完全靠手工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式，工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。（3）服务水平与能力欠缺也是影响国产数控机床占有率的一个重要因素 由于数控机床产业发展迅速，一部分企业不顾长远利益，对提高自身的综合服务水平不够重视，甚至对服务缺乏真正的理解，只注重推销而不注重售前与售后服务。有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解，不会使用或使用不好数控机床，更不能指导用户使用好机床；有的对先进高效刀具缺乏基本了解，不能提供较好的工艺解决方案，用户自然对制造商缺乏信心。制造商的服务应从研究用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手，帮助用户进行设备选型，推荐先进工艺与工辅具，配备专业的培训人员和良好的培训环境，帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终产品，这样才能逐步得到用户的认同，提高国产数控机床的市场占有率。（4）加大数控专业人才的培养力度 从我国数控机床的发展形式来看需要三种层次的数控技术人才：第一种是熟悉数控机床的操作及加工工艺、懂得简单的机床维护、能够进行手工或自动编程的车间技术操作人员；第二种是熟悉数控机床机械结构及数控系统软硬件知识的中级人才，要掌握复杂模具的设计和制造知识，能够熟练应用UG、PRO/E等CAD/CAM软件，同时有扎实的专业理论知识、较高的英语水平并积累了大量的实践经验；第三种是精通数控机床结构设计以及数控系统电气设计、能够进行数控机床产品开发及技术创新的数控技术高级人才。我国应根据需要有目标的加大人才培养力度，为我国的数控机床产业提供强大的技术人才支撑。数控车床又称为 CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥 了良好的经济效果。为了适应未来数控车床高扭矩的需求，本次设计的数控车床主轴旋转速度达到1500转/min，主轴输出扭矩为600Nm，最大承重量为200kg，主轴为机械式变速主轴，主轴端部标准为A2-8。机械部件刚性良好，适合高强度的加工。第二章 数控车床的概述2.1 数控车床的作用与简史 2.1.1 数控车床的作用 数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。具有高速化、高精度化、复合化、智能化、开 放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化的特点。数控车床的这些优势使其成为现在机械加工中必不可少的工作母机，对于生产效率的提高、工人劳动强度的减轻都有很大的帮助。2.1.2 数控车床的简史古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。1797年，英国机械发明家莫磁利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另外一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。为了提高机械自动化的程度，1845年，美国的费奇明发明了转塔车床，1848年，美国又出现了回轮车床；1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不就他又制成三轴自动车床，20世纪初出现了单独电机驱动的带有齿轮变数箱的车床。第一次世界大战后，由于军火，汽车和其他机械工业的需要，各种高效的自动车床和专门车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代，带液压仿形装置的车床得到推广，于此同时，多刀车床也得到发展，50年代中，发展了带穿孔卡，插销板和拨码盘等的程序控制车床。20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备，由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控车床的研究，并于1952年研制成功第一台由大型立式仿铣床改装而成的三角坐标数控铣床，不久即开始正式生产，与1957年正式投入使用，这是制造技术发展过程中的重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始，数控加工时现代制造技术的基础，这一发明对于制造业而言，具有划时代的意义和深远的影响。1952年美国麻省理工学院和吉丁斯路易斯公司首先联合研制出世界上第一台数控升降台铣床，随后德国、日本、苏联等国于1956年分别研制出本国的第一台数控机床。60年代初，美国、日本、德国、英国相继进入商品化试生产，由于当时数控系统处于电子管、晶体管、和集成电路初期，设备体积大、线路复杂、价格昂贵、可靠性差，数控机床大多是控制简单的数控钻床，数控技术没有普及推广，数控机床技术发展整体进展缓慢。 70年代，出现了大规模集成电路和小型计算机，特别是微处理器的研制成功，实现了数控系统体积小、运算速度快、可靠性提高、价格下降，使数控系统总体性能、质量有了很大提高，同时，数控机床的基础理论和关键技术有了新的突破，从而给数控机床发展注入了新的活力，世界发达国家的数控机床产业开始进入了发展阶段。80年代以来，数控系统微处理器运算速度快速提高，功能不断完善、可靠性进一步提高，监控、检测、换刀、外围设备得到了应用，使数控机床得到了全面发展，数控机床品种迅速扩展，发达国家数控机床产业进入了发展应用阶段。90年代，数控机床得到了普遍应用，数控机床技术有了进一步发展，柔性单元、柔性系统、自动化工厂开始应用，标志着数控机床产业化进入成熟阶段。中国于1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在19581979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。进入21世纪，军事技术和民用工业的发展对数控机床的要求越来越高，应用现代设计技术、测量技术、工序集约化、新一代功能部件以及软件技术，使数控机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大地提高。科学技术特别是信息技术的发展迅速，高速高精控制技术、多通道开放式体系结构、多轴控制技术、智能控制技术、网络化技术、CAD/CAM与CNC的综合集成，使数控机床技术进入了智能化、网络化、敏捷制造、虚拟制造的更高阶段。2.2 数控车床的分类及组成 2.2.1 数控车床分类 数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件车削加工。卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。卧式数控车床按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心。(1)经济型数控车床：采用步进电动机和单片机对普通车床的车削进给系统进行改造后形成的简易型数控车床。成本较低，自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。(2)普通数控车床：根据车削加工要求在结构上进行专门设计，配备通用数控系统而形成的数控车床。数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即x轴和z轴。(3)车削加工中心：在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的机床还带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。2.2.2 数控车床的基本组成数控车床由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成。主机，他是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。数控装置，是数控车床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。驱动装置，他是数控车床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。尾架有普通液压尾架和可编程液压尾架。数控车床的刀架数控车床可以配备两种刀架：(1)专用刀架 由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。这种刀架的优点是制造成本低，但缺乏通用性。(2)通用刀架根据一定的通用标准(如VDI，德国工程师协会)而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。铣削动力头：数控车床刀架上安装铣削动力头后可以大大扩展数控车床的加工能力。如：利用铣削动力头进行轴向钻孔和铣削轴向槽。数控车床的刀具在数控车床或车削加工中心上车削零件时，应根据车床的刀架结构和可以安装刀具的数量，合理、科学地安排刀具在刀架上的位置，并注意避免刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件以及刀具相互之间的干涉现象。2.3 数控车床的总体组成 图 2-1 数控车床组成图 1.主电机 2.床身 3.床头 4.卡盘 5.尾座 6.排屑器 7.操作站 8.床鞍 9.刀架 10.电柜 11.X轴驱动电机 12.变压器 13.Z轴驱动电机2.4 国内外数控车床发展现状和趋势2.4.1.国内现状我国数控车床发展始于1970年代。 通过 30 余年的发展，我国生产的经济型卧式数控车床（平床身卧式数控车床）价格低廉，设备费用投入较少，可以满足企业发展初期的需要，特别是受到民营企业的欢迎，仍是我国当前数控车床的主流产品。 普及型数控车床，即 2 轴控制的卧式数控车床（斜床身）和立式数控车床，国产产品得到了用户认可，基本可以满足用户需要。对于车削中心等 3 轴控制以上的中高档数控车床，国内用户选购的大部分是进口产品或合资、独资企业，如大连因代克斯、宁夏小巨人、杭州友佳、上海哈挺等机床有限公司生产的产品， 国产机床市场占有率较低。 近几年，我国开发了多个中高档数控车床新品种，如具有 Y 轴功能的车削中心、双主轴双刀架车削中心、倒置顺置主轴立式车削单元、车铣复合中心等等。纵观我国数控车床的发展历程， 尽管取得了不少成绩，但与国外相比，差距还是很大。主要表现在：（1）低档产品产能过剩，高档产品产能不足；（2）科技基础薄弱、自主创新能力不足；（3）产品质量、可靠性及服务等能力不强；（4）功能部件发展滞后；（5）缺乏大型国际集团、市场竞争力弱。具体到数控车床技术，尤其是当前先进的数控车床技术，我国的发展现状仍不容乐观。我国数控车床技术产业大而不强，还需要加大对机床主机和重要基础元器件的创新力度， 加大对数控系统的开发力度，并不断完善、提高机床加工精度和自动化效率，逐步缩小与世界先进水平的差距。2.4.2.国外发展情况上世纪60年代美国研制出第一台数控机床到现在几十年的实践里，发达国家一直处于数控车床领先地位，现如今机床市场中高端机床里，欧美国家的机床依然抢手。国外工业发达国家对数控车床的研究时间较长，而且经验丰富，技术水平较高，其特点如下：（1）高速、高精与多轴加工成为数控车床的主流， 纳米控制已经成为高速高效加工的潮流。（2）多任务、多轴加工数控车床越来越多地应用到航空航天、能源、汽车及船舶等行业。（3）智能化加工与监测功能不断扩充， 车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率。（4）机床误差检测与补偿功能越来越强大， 能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量。 与传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高 34 倍，同时效率得到大幅度提升。（5）最新的 CAD/CAM 技术为多轴、 多任务数控车床提供了强有力的支持，可以大幅度提高加工效率。国外著名机床公司在数控车床科研、设计、制造和应用上，依托先进的数控技术和经验，其产品一贯以较高精度、高效率、高可靠性的特点著称于世。其中比较著名的车床公司有日本山崎马扎克公司，其生产的VTM-200大型立式车削中心可实现对直径2000mm部件高精度、高效率加工；英国的普瑞泰克公司生产的Nanoform700是超精密金刚石车床，用于生产光学镜头，光学模具等;德国德玛吉公司身缠的NEF400/600数控车床在同类机床中切削精度最高，几何精度最好。第三章HTC3230变速床头设计此次设计主要是以沈阳第一机床厂成型产品HTC3230数控车床为基础，了解数控车床主轴部件具体参数，熟悉主轴部分整体机械结构、原理及日常保养与维护。主要技术参数为：数控车床主轴旋转速度达到1500转/min，主轴输出扭矩为600Nm，最大承重量为200kg，主轴为机械式变速主轴，主轴端部标准为A2-8。机械部件刚性良好，适合高强度的加工。3.1 参考车床简介数控车床HTC3230能够加工各种轴类、盘类零件，可以车削螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面，作为通用型机床，特别适合汽车、摩托车、电子、航天、军工等行业对回转体类零件进行高效、大批量、高精度的加工。该机床采用45斜角的整体床身，采用树脂砂工艺铸造，内部筋形布局合理，导轨面宽，床身刚性高。标准配置两轴直线滚动导轨均采用德国力士乐滚柱系列的45规格的滑块，进给精度高、摩擦阻力小，且Z轴导轨滑块特殊采用长滑块形式，刚性好，抗振动、抗变形能力高，可使用户获得较高的加工精度及提高快速移动的速度，获得较高的生产效率。纵、横向进给采用伺服电机通过联轴器与滚珠丝杠直接连接，滚珠丝杠采用一端固定一端支承的方式，这种支承方式可使丝杠一端能自由延伸，从而避免了在工作过程中由于温度升高而引起丝杠伸长，产生纵向弯曲。为了补偿因工作温度升高而引起丝杠伸长，保证丝杠使用时的定位精度和滚珠丝杠的系统刚性，在装配前按一定的热伸长量对丝杠进行预拉伸并预紧，消除温升对精度的影响。主轴箱为单主轴箱，采用对称结构使受热变形均匀，避免主轴中心因此产生便宜。为较少热变形，增加了散热措施。主轴箱设计时为了提高主轴精度及增强刚性采取多种措施，如：主轴按轴承内环配磨，箱体孔按轴承外环配镗，同时对主轴轴承进行预紧，使主轴长期工作时保持各项精度的型对稳定。主轴采用电机通过皮带轮直接带动主轴旋转，减少了机械传动的功率损耗、启动、停车快速、平稳。 3.2 床头部件设计3.2.1 齿轮部分设计齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。齿轮使用范围广，传动比恒定效率高，选择齿轮需要满足材料的机械性能（包括强度、刚度、塑性、韧性等）、材料的工艺性能及经济要求等。HTC3230数控车床齿轮组中大齿轮材料为45钢，齿数81，分度圆直径328，齿宽30，调质处理；小齿轮材料选用45Cr，齿数31，分度圆直径124，齿宽30，调质处理。3.2.2 主轴部分设计车床主轴是指在机床上带动工件或刀具旋转的轴，由主轴、轴承和传动件（齿轮或带轮）等组成主轴部件，主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩。HTC3230数控车床主动轴长度为455，阶梯轴设计，直径最小60，直径最大80；传动轴长度600，空心轴设计，内径最小80，最大90。材料均为45钢。3.2.3 轴承部分设计 滚动轴承的种类、类型及尺寸是多种多样的。为使机械装置发挥出预期的性能，选择最适宜的轴承是至关重要的。为选定轴承，需要分析诸多要因，从各个角度进行研究、评价有关选择轴承的程序，并无特殊规格，但一般顺序如下：掌握机械装置和轴承的使用条件等、明确对轴承的要求、选定轴承的类型、选定轴承配置方式、选定轴承尺寸、选定轴承规格、选定轴承的安装方法等，主要考虑承载和额定转速。HTC3230数控车床主轴承受大扭矩，高转速，主动轴转速高，承受扭矩高，选用双列角接触球轴承：7014CTYNDBLP5、7012CTYNDBLP5，双列角接触球轴既能承受轴向力又能承受径向力，且可用于高转速工作环境。传动轴承受大扭矩，转速相对主动轴较低，选用双列圆柱滚子轴承NN3022TBKRCC9P4、NN3024TBKRCC9P4,双列推力角接触球轴承120BAR10STYNDBLP4A。主轴轴承精度要求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大，所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。轴承与轴和轴承与箱体孔之间，一般都采用过渡配合。3.2.4 键的设计轴与齿轮间采用平键链接。查表选择轴上的键，根据轴的直径d，主动轴键的尺寸选择键宽14，键高10，键长50.传动轴上键宽20，键高12，键长50。3.2.5 润滑与密封主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管将油引到轴承处与齿轮啮合处。在切削、灰尘等工作环境下工作，车床可采用曲路密封。第四章HTC3230变速床头设计4.1 齿轮部分校核齿轮是变速箱中的重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的。也就是说，作用在一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常成为变速箱的主要噪声源，并影响主轴回转均匀性。变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于圆周速度。采用同一精度时，圆周速度越高，振动和噪声越大，根据实际结果得知，圆周速度会增加一倍，噪声约增大6dB。工作平稳性和接触误差对振动和噪声的影响比运动误差要大，所以这两项精度应选高一级。为了控制噪声，机床上主传动齿轮都要选用较高的精度。在齿轮块设计时，应充分考虑这些问题。齿轮按照齿面接触强度设计，按照齿根弯曲强度校核。闭式齿轮传动一般转速较高，为提高平稳性，较少冲击和振动，齿轮免于根切，HTC3230齿轮组齿数分别为31和82.材料大齿轮为45钢。硬度为380+0.7HBS。小齿轮在工作中承载次数较多，为使两齿轮寿命相近，小齿轮的材料硬度比大齿轮高，一般齿轮硬度差在30至50之间。材料为45Cr。小齿轮硬度为240-260HBS，取硬度值为260HBS,大齿轮硬度为229-286HBS，取硬度值为240HBS。 =380 + HBS = 640 MPa =380 + 0.7HBS =380 + 240 0.7 =548MPa = 155 + 0.3HBS = 155 + 0.3 260 = 233MPa =140 + 0.2HBS = 140 + 0.2 240 = 188MPa = 31 = 82 = 124 = 328 = 15KW = 3-1 3-2参数代入3-1得= =Nmm得m= = 4 由 = 31 = 82 查表9-5得= 2.5 = 2.2 = 1.63 = 1.78 = 3-3 代入得 = 1.74 = = 0.86 = = = 0.68 = 3-4代入参数得= = 71.82233 所以，所选齿轮齿根弯曲强度足够，符合设计要求4.2 主轴部分校核轴是组成机器的主要零件之一，一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、涡轮等），都必须装在轴上才能进行运动和动力的传递，轴的主要作用是支承回转零件及传递运动和动力，轴的结构取决于轴在机器的安装位置、轴是哪个零件分布情况、轴的加工工艺等。轴的结构满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置，轴上零件应便于拆装和调整，轴应该有良好的制造工艺性。轴的计算通常是在初步完成结构设计后进行校核设计，计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时应校核轴的振动稳定性。进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当的选取其许用应力，对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），应按扭转强度条件计算；对于只受弯矩的轴（心轴），应按弯曲条件计算;对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），应按弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。此外，对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静载荷，以免过量的塑性变形。在主轴结构形状和尺寸一定的条件下，材料的弹性模量E越大，主轴的刚度也越高，由于钢材的E值较大，故一般采用钢质主轴，一般机床的主轴选用价格便宜、性能良好的45号钢。提高主轴有关表面硬度，增加耐磨性，在长期使用中不至于丧失精度，这是对主轴热处理的根本要求。机床主轴都在一定部位上承受着不同程度的摩擦，主轴与滚动轴承配合使用时，轴颈表面具有适当的硬度可改善装配工艺并保证装配精度，通常硬度为HRC40-50即可满足要求。4.2.1 主动轴的校核 轴主要受力点有带轮部分 ，齿轮部分，轴承部分。 带轮部分 = 3-5 查表7-5得 = 1.1 d = 168 = = 151.1 = 16.5KW V = = = 13.19 带速在5与25 之间，合适 查表7-8得Ka = 0.926 = = + 0.1 = 283.19N = 2Z = 24283.19 = 2188N 齿轮部分受力 Ft = = = 1540N Fr = Ft = 1540 = 560.6N 主轴径向受力图如下：图3-1 主轴径向受力图以受力处为支点分析，取向下为正 + + () = 0 3-62188156.5 + 561133 + 239 = 0 = -1167 方向向上以受力处为支点分析，取向下为正。 3-7 () + () + = 0 2188395.5 + 239 + 560.6126 = 0 = -3916 N图3-2 主轴轴向受力图以处为支点分析，取向下为正 = () 3-8 = = 728.1N 以处为支点分析，去向下为正。 = () 3-9 = = 811.9N由以上参数可以画出该轴弯矩图 图3-3 主轴弯矩图T = = 9.55 情况1. = 342422 M = = 342422 = = 523MPa380+0.7HBS=548MPa情况2. = 147158 = 91744.7 = = 173298.5 = = 267MPa380+0.7HBS=548MPa符合45钢强度要求，选择合适4.2.2 从动轴的校核 受力部分有带轮，轴承，齿轮受力，受力点有五处。受力弯矩图如下：图3-4 传动轴径向受力图以处为支点进行受力分析，取向上为正。可列方程 +（） + （+ （+）=0 3-10以处为支点进行受力分析，取向上为正。可列方程 + + （）+ （+）=0 3-11以处为支点进行受力分析，取向上为正。可列方程 + + + （+）=0 3-12以处为支点进行受力分析，取向上为正。可列方程（ + + + =0 3-13以处为支点进行受力分析，取向上为正。可列方程 +（+） + （+）+ =0 3-14联合五个方程可得 = 4605N 方向向下 = -4776N 方向向上 = - 770 N 方向向上 = 599 N 方向向下 图3-5 传动轴弯矩图 = = 240000N M=350581 Me = M =350581 = = 542MPa380+0.7HBS=548MPa符合45钢强度要求，选择合适4.3 主轴部分校核 滚动轴承是现在机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承滚动零件的。滚动轴承具有摩擦阻力小、功率消耗少、起动容易等优点。大多数机床主轴采用两个支撑，结构简单，制造方便，但为了提高主轴刚度也有用三个支撑的了。三支撑结构要求箱体上三支撑孔具有良好的同心度，否则温升和空载功率增大，效果不一定好。三孔同心在工艺上难度较大，可以用两个支撑的主要支撑，第三个为辅助支撑。辅助支撑轴承（中间支撑或后支撑）保持比较大的游隙（约0.030.07），只有在载荷比较大、轴产生弯曲变形时，辅助支撑轴承才起作用。选用轴承时，首要是选择轴承类型，其次考虑以下几个因素。（1）轴承的载荷：轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据，根据载荷的大小选择轴承时，由于滚子轴承中主要元件间是线接触，宜用于承受较大的载荷，承载后的变形也较小。而球轴承主要为点接触，宜用于承受较轻的或中等的载荷，故在较小载荷时，可优先选用球轴承。根据载荷的方向选择轴承选择轴承类型时，对于纯轴向载荷，一般选用推力轴承，较小的纯轴向载荷可选用推力球轴承，较大的纯轴向载荷可选用推力滚子轴承，对于纯径向载荷，一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承，当轴承在承受径向载荷的同时，还有不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，当轴向载荷较大时，可选用接触角较大的家接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承组合分别承受径向和轴向载荷。（2）轴承的转速：在一般的转速下，转世党高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有比较显著的影响。球轴承与滚子轴承相比，有较高的极限转速，高速运转应优先选用球轴承。内径相同的条件下，外径越小，则滚动体越小，运转时滚动体离心力越小，越适合在高转速下工作。推力球轴承的极限转速很低，当高速运转时，若轴向载荷不十分大，可以采用角接触球轴承承受纯轴向力。HTC3230数控车床变速床头主轴承受大扭矩、高速运转，选用双列圆柱滚子轴承、双列角接触球轴承、双列推力角接触球轴承。双列圆柱滚子轴承有圆柱形内孔和圆锥形内孔两种结构。该类轴承具有结构紧凑、刚性大、承载能力大、受负荷后变形小等优点，特别适用于机床主轴支承。双列角接触球轴承能承受较大的径向负荷为主的径向和轴向联合负荷和力矩负荷，限制轴的两方面的轴向位移。主要用于限制轴和外壳双向轴向位移的部件中，能承受倾覆力矩。轴承为非分离式。特别适用于有高刚性要求的应用场合。双向推力角接触球轴承的特点是可以同时承受径向和轴向载荷的联合载荷，限制轴的两方面的轴向位移。它是由外圈、内圈、钢球、保持架组成，能在较高的速度下稳定地工作。对选用轴承校核如下；4.3.1 主动轴上轴承的校核（1）轴承7014CTYNDBLP5校核 Fa = 811N Fr = 3916N = 0.2e=0.38 X = 1 Y = 0 P = XFr = 3916 3-15 查表得 = 1 = 1.5 = 20000 = 31756N 查手册得该轴承Cr = 47000N 满足设计要求（2）7012CTYNDBLP5轴承校核 Fa = 728N Fr = 1167N = 0.62e 查手册得C0r = 29500 e = = 0.362 X = 0.44 查表13-8得Y介于1和1.