CK6132数控车床总体及主轴部件设计

1、仅供个人参考不得用于商业用途不得用于商业用途摘要随着机械制造业的飞速发展，为进一步提高教学生产类中小型数控车床的性价比，提高主轴转速，增加机床刚性，对原有的数控车床作了一定的结构改进设计。本次课题我不但承担了CK6132数控车床机床本体设计、而且还承担了主轴部件等的设计。在设计中，CK6132车床不但可以选择步进电机，而且可以选择伺服电机。选择恰当的主轴支承方式以及轴承选用及润滑等也是相当的重要，同时，主轴组件的安装如何保证精度等，在本课题中有相应的叙述。本次完成了进给驱动的相关设计问题，能满足教学生产类中小型数控车床加工相关零件的要求，同时该机床也有较好的性价比，最终达到本次设计的综合训练的

2、目的。关键词:数控车床主轴床身AbstractAlongwithmechanicalmanufacturingindustrydevelopfast.Ononehand,toraisetheratioofperformanceandincreasetherigidityofmachineandpriceoftheteachingkindofsmall-sizedmachinetoolofnumericalcontrol.Ontheotherhand,toraisetherotatespeedofthespindles.Thisprogramhascarriedoutthedesignofthe

3、lathebedball-bearingnutofnumericalcontrolofturningmachineCK6132.Inthedesign,wecannotonlychooseunitmotorfortheCK6132lathe,butalsocanchoosetheservomotorfortheCK6132lathe.Thefeedanddrivepartswithappropriateoptiontheballthreadshaftarealsoconsiderableimportant.Atthesametime,howtoguaranteeprecisionbythein

4、stallationoffeedanddrivepartswhichhascorrespondingstatementinthisprogram.Thisdesignhassolvedtherelatedproblemoffeedanddrivepartsbasically.Itcanreachtherequirementoftheteachingkindofsmall-sizedmachinetoolofnumericalcontrol.Italsogetscertaineconomyandreachesthepurposeofthisdesign.Keywords:turningmachi

5、neSpindlelathebed目录摘要错误！未定义书签。Abstract错误！未定义书签。第1章绪论错误！未定义书签。1.1数控机床简介错误！未定义书签。1.2课题意义及本文主要工作错误！未定义书签。1.2.1选题意义错误！未定义书签。1.2.2本文主要工作及结构错误！未定义书签。第2章数控车床简介错误！未定义书签。2.1数控车床的结构特点错误！未定义书签。2.1.1工艺范围与分类错误！未定义书签。2.1.2数控车床的特点与发展错误！未定义书签。2.1.3数控车床的组成错误！未定义书签。2.2数控车床的总体布局错误！未定义书签。2.2.1数控机床总体布局的概念错误！未定义书签。2.2.2数

6、控车床布局的结构特点及影响布局的因素错误！未定义书签2.3CK6132数控车床的总体布局错误！未定义书签。第3章主传动系统的设计错误！未定义书签。3.1主传动系统变速方式错误！未定义书签。3.2主运动功率的确定错误！未定义书签。3.2.1切削用量的选择错误！未定义书签。3.2.2车削时切削力的计算错误！未定义书签。3.2.3主传动中电机的功率和型号的确定错误！未定义书签。3.3皮带轮的设计计算错误！未定义书签。第4章主轴部件设计错误！未定义书签。4.1主轴主要参数的计算错误！未定义书签。4.1.1车削时切削力的计算错误！未定义书签。4.1.2主轴内径错误！未定义书签。4.1.3主轴前端悬伸量a

7、确定错误！未定义书签。4.1.4主轴跨距的确定错误！未定义书签。4.1.5主轴的刚度计算错误！未定义书签。4.2主轴轴承的选择错误！未定义书签。4.2.1轴承的选型错误！未定义书签。4.2.2角接触球轴承错误！未定义书签。4.3轴承间隙调整和预紧错误！未定义书签。4.4主轴组件的润滑和密封错误！未定义书签。4.4.1主轴滚动轴承的润滑错误！未定义书签。4.4.2主轴组件的密封错误！未定义书签。第5章进给驱动部件设计错误！未定义书签。5.1进给驱动部件传动功率的计算错误！未定义书签。5.1.1数控机床进给传动系统要求错误！未定义书签。5.1.2计算进给部件传动功率的相关公式及原理错误！未定义书签

8、5.1.3进给驱动部件的功率和扭矩的计算错误！未定义书签。5.2滚珠丝杠副的型号错误！未定义书签。5.3滚珠丝杠副轴承的选用错误！未定义书签。第6章导轨、导轨架及床身的设计错误！未定义书签。6.1导轨的设计错误！未定义书签。6.1.1滑动导轨的类型错误！未定义书签。6.1.2滑动导轨的间隙调整机构错误！未定义书签。6.1.3滑动导轨的润滑错误！未定义书签。6.2导轨架的设计错误！未定义书签。6.2.1导轨架结构的基本要求错误！未定义书签。6.2.2CK6132数控车床导轨架的结构错误！未定义书签。6.3床身的设计错误！未定义书签。结论错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。参考文献错误！未定义

9、书签。CONTENTSAbstract错误！未定义书签。Chapter1Introduction错误！未定义书签1.1CNCmachinetoolsIntroduction错误！未定义书签。1.2Subjectofthemeaningandthispaper1.2.1Thetopicsofsignificance1.2.2Inthispaper,theworkandstructureChapter2CNClatheIntroduction2.1ThestructuralcharacteristicsofCNClathes2.1.1错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定

10、义书签。错误！未定义书签。2.2ProcessScopeandClassification错误！未定义书签。2.1.2CNClathefeaturesanddevelopment错误！未定义书签。2.1.3CNClathescomposition错误！未定义书签。CNClatheoveralllayout错误！未定义书签。2.2.1CNCmachinetoolstheoveralllayoutoftheconceptof错误！未定义书2.2.2CNClatheslayoutofthestructuralfeatures.错误！未定义书签。CK6132CNClathe,theoveralllay

11、outof错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。2.3Chapter3Themaintransmission3.13.2ThemaindrivesystemofvariablespeedwayThemainsportspower3.2.1Thechoiceofcuttingparameters.3Themaindrivemotorp

12、owerandmodelsThemaindrivemotorpowerandmodelsPulleydesigncalculations3.3Chapter4ofthespindleassemblydesign4.1Spindlemainparametersofthecalculationof..44.1.5TurningcuttingforcecalculationSpindleinnerdiameterofThefrontspindleoverhangaMakesureSpindlespantodeterminetheSpindlestiffnesscal

13、culation4.2Spindlebearingselection仅供个人参考仅供个人参考不得用于商业用途BearingSelection错误！未定义书签Theangularcontactballbearing错误！未定义书签4.3Bearingclearanceadjustmentandpreload错误！未定义书签。4.4Spindlecomponents,lubricationandsealing错误！未定义书签。Spindlelubricationofrollingbearings错误！未定义书签Thesealingofthespindlecomponents错误！未定义书签。Cha

14、pter5Thefeeddriveunitdesign错误！未定义书签。未定义书未定义书签Feedthecalculationofthetransmissionpowerofdrivecomponents错误TheCNCmachinetoolfeeddrivesystemrequirements错误！Thecalculationoffeedformulasandprinciplesofthepartsofthetransmissionpower错误！未定义书签。Intothecalculationofpowerandtorqueofthedrivecomponents错误！未定义书签Balls

15、crewmodels错误！未定义书签Ballscrewbearings错误！未定义书签Chapter6Rails,railframeandbedofthedesign错误！未定义书签Guidethedesign错误！未定义书签Typesofslidingrails错误！未定义书签Thesliderailsgapadjustingmechanism.错误！未定义书签Slidingraillubrication错误！未定义书签Railframedesign错误！未定义书签Thebasicrequirementsofrailstructure.错误！未定义书签。CK6132CNClatherailf

16、ramestructure.错误！未定义书签Bodydesign错误！未定义书签Summary错误！未定义书签Thanks错误！未定义书签References错误！未定义书签。第1章绪论1.1数控机床简介随着科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短，从而促进了现代制造业的发展。尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业，用普通机床进行加工（精度低、效率低、劳动度大）已无法满足生产要求，从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品数控机床是一种装有程序控制系

17、统（数控系统）的自动化机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令（刀具移动轨迹信息）规定的程序。具体地讲，把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置，经过译码、运算，从而实现控制刀具与工件相对运动，加工出所需要的零件的机床，即为数控机床。课题意义及本文主要工作1.2.1选题意义目前，世界各国对数控机床各种新技术的研究与发展进程，是与各国经济形势紧密相连的。机床工业与国家的经济相互促进和发展，进入21世纪知识机警时代，人们的知识所起的作用更加突出，而机床工业作为机器制造业的基础，其重点地位与战略意义也更加明显。在世界范围内，对新工艺、新材料、新结构、新单元、新元件的研究开发工作

18、正在大力开展，如对新的主轴结构、高速电主轴、高速直线电机等方面提出了更高的要求。对加工超硬、难切削材料及特殊复合材不得用于商业用途料及复杂零件、不规则曲面等也有了更多的需求。我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势：一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外产品机床充斥市场，严重影响我国数控机床自主发展的势头。这种现象的出现，除了有经营上、产品质量上和促销手段上的原因外，还有一个主要的原因就是我国生产的数控机床品种、性能和结构不够先进，新产品的开发周期长，不能即使针对

19、用户的需求提供满意的产品。虽然高、尖、新的数控机床固然重要，但在此背后，假如教学类数控机床也用类似的机床似乎有些不合适，市场也需要中小型的数控机床来作为教学时使用。原有的教学类数控车床转速相对来说不高，在此基础上公司希望通过提高转速来扩大市场竞争力。本文主要工作及结构本次毕业设计主要设计数控车床机械本体部分，其中本课题主要完成机床本体的设计、主轴部件及主要零部件的设计。在此次设计中，第二章简单介绍了数控车床的结构特点及总体布局对机床的影响。第三章主要介绍了主传动系统的计算，如主传动系统变速方式、主运动功率的确定、皮带轮的设计计算等。其中主要进行了主电机的选择。第四章是主轴部件设计。第五章是滚珠

20、丝杠的选用及校核，主要叙述了滚珠丝杠的型号、滚珠丝杠螺母副的预紧方式，此后对所选的滚珠丝杠进行了校核。第六章介绍了导轨、导轨架及床身的设计。对导轨架的尺寸进行了估算。由于时间较短，本文主要讨论的是关于数控机床机械本体的设计。对于数控车床电气设备只是在设计过程中有初步的了解，本文没有深入讨论此方面的问题。仅供个人参考仅供个人参考第2章数控车床简介数控车床的结构特点2.1.1工艺范围与分类车床主要是用于车削加工，在车床上一般可以加工各种回转表面，如内外圆柱面、圆锥面、成型回转表面及螺纹面等。在数控车床上还可以加工高精度的曲面与端面螺纹。用的刀具主要是车刀，各种孔加工用刀具（如钻头、绞刀、镗刀等）及

21、螺纹刀具。车床主要用于加工各种轴类，套筒类和盘类零件上的回转表面。数控车床加工零件的尺寸精度可达IT5IT6，表面粗糙度可达1.6um以下。2.1.2数控车床的特点与发展与传统车床相比，数控车床的结构有以下特点：由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短。不必使用挂轮、光杠等传动部件，用伺服电动机直接与丝杠联接带动刀架运动。伺服电动机丝杠间也可以用同步皮带副或齿轮副联结。多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。为扩大变速范围，现在一般还要通过一级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样，床头箱内的

22、结构已比传统车床简单得多。数控车床的另一个结构特点是刚度大，这是为了与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。数控车床的第三个结构特点是轻拖动。刀架移动一般采用滚珠不得用于商业用途丝杠副。滚珠丝杠副是数控车床的关键机械部件之一，滚珠丝杠两端安装的滚动轴承是专用铀承，它的压力角比常用的向心推力球轴承要大得多。这种专用轴承配对安装，是选配的，最好在轴承出厂时就是成对的。为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。由于数控机床的价格较高、控制系统的寿命较长，所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好。数控车床一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，其使用寿命也可延长

23、许多。数控车床还具有加工冷却充分、防护较严密等特点，自动运转时一般都处于全封闭或半封闭状态。数控车床一般还配有自动排屑装置。现在，数控车床技术还在不断向前发展着，数控车床发展趋势如下：随着控制系统，机床结构和刀具材料的技术发展，数控车床将向高速化发展，进一步提高主轴转速，刀架快速移动以及转位换刀速度；工艺和工序将更加复合化和集中化；数控车床将向多主轴，多刀架加工方向发展；为实现长时间的无人全自动操作，数控车床将向全自动化方向发展；机床的加工精度将向更高方向发展。同时，数控车床也会向简易型发展。2.1.3数控车床的组成数控车床一般由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置（CNC）、伺服驱动及位置

24、检测装置、辅助控制装置、车床本体等几部分组成。数控车床的总体布局2.2.1数控机床总体布局的概念数控机床是一种全自动化的机床，但是像装卸工件和刀具（加工中心可以自动装卸刀具）、清理刀屑、观察加工情况和调整等辅助工作，不得用于商业用途仅供个人参考仅供个人参考不得用于商业用途不得用于商业用途还得由操作者来完成，因此在考虑数控机床总体布局时，不仅要遵循机床布局的一般原则，还要考虑在使用方面的特定要求：数控机床的布局首先要满足用户提出来的要求，如机床的加工范围，工作精度，生产效率和经济性等等。确保在加工过程中工件和刀具之间的相对位置和相对运动。在经济、合理的条件下，尽量采用较短的传动链，简化机构，提高

25、传动精度和传动效率。确保数控机床具有大的切削率，高的静、动态刚度和良好的抗振性能确保数控机床具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性便于同时操作和观察，数控机床的操作按钮开关都放在数控装置上，对于小型数控机床，将数控装置放在机床的近旁，操作者一边在数控装置上进行操作，一边观察机床的工作情况，还是比较方便的。但是，对于尺寸较大的机床，这样的布局方案，因工作区与数控装置之间距离较远，使操作者的操作与观察会有顾此失彼的问题，因此，要设置吊挂按钮站，可由操作者移至需要和方便的位置，对机床进行操作和观察。对于重型数控机床这一点尤为重要，在重型数控机床上，总是设在接近工作区域并可以随工作区变动而移

26、动的操作台或数控装置放在操作台上，以便同时操作和观察。刀具、工件装卸、夹紧方便，除了自动换刀的加工中心机床以外，数控机床的刀具和工件的装卸和夹紧松开，都是由操作者来完成的要求易于接近装卸区域，而且安装装夹机构要省力简便。数控机床的效率高、切屑多，所以机床结构的布局要便于排屑和冷却。体积小，重量轻，节省原材料，成本要低，缩小机床的占地面积，外形要美观。这次设计的CK6132数控车床，采用普通车床最常用的卧式布局形式。仅供个人参考仅供个人参考数控车床布局的结构特点及影响布局的因素1数控车床布局的结构特点数控车床的床身结构和导轨有很多种形式，主要有水平床身、倾斜床身以及水平床身斜滑板等。一般中小型数

27、控车床多采用倾斜床身或水平床身斜滑板结构。因为这种布局结构具有机床外形美观，占地面积小，易于排屑和冷却液的排流，便于操作者操作与观察，易于安装上下料机械手，实现全面自动化等特点。倾斜床身还有一个优点是可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。床身导轨倾斜角度多为45、60和70，但倾斜角度太大会影响导轨的导向性及受力情况。水平床身加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。床身导轨常采用宽支撑v平形导轨，丝杠位于两导轨之间。数控车床多采用自动回转刀架来夹持各种不同用途的刀具，受空间大小的限制，刀架的工位数量不可能太多，一般都采用6、8、10或12

28、。数控车削中心是在数控车床的基础之上发展起来的，一般具有C轴控制，在数控系统的控制下，实现C轴Z轴插补或C轴X轴插补。它的回转刀架还可以安置动力刀具，使工件在一次装夹下，除完成一般车削外，还可在工件轴向或径向等部位进行钻铣等加工。2影响数控车床布局的因素工件的形状、尺寸和质量随着工件尺寸、形状和质量的变换，数控车床的布局可有卧式车床、落地车床、单立柱立式车床、双立柱立式车床和龙门移动式立式车床的变化。当工件的直径小于1250mm时，可用普通卧式车床加工；当工件直径小于2000mm时，采用单立柱立式车床加工；当工件直径为25008000mm时，采用双立柱立式车床加工。根据以上要求以及任务书中给定

29、的数据(最大加工直径320mm、拖板上最大加工直径160mm、最大加工长度为500mm),综合考虑，本次设计的CK6132数控车床采用卧式普通车床的形式。不得用于商业用途仅供个人参考仅供个人参考不得用于商业用途不得用于商业用途车床的生产率要求随着生产率要求的不同，数控车床的布局可以产生单主轴单刀架、单主轴双刀架、双主轴双刀架等不同的结构变化。本次设计的CK6132数控车床是小型的数控车床，它的生产率不是很高，因此，这次的数控车床采用单主轴单刀架的形式。机床精度随着机床精度的不同，数控车床的布局要考虑到切削力、切削热和切削振动的影响。要是这些因素对精度影响最小，机床的布局就要考虑都各部件的刚度、

30、抗振性和在受热时使得热变形的影响在不敏感的方向。由此可看出，在卧式数控车床的布局中，刀架和导轨的布局已成为重要的影响因素。刀架和导轨的位置较大的影响了机床和刀具的调整、工件的装卸、机床操作的方便性以及机床的加工精度。a)后斜床身-斜滑板e）平床身-斜滑板图2-1床身布局数控车床的床身和导轨的布局主要有水平床身、倾斜床身、水平床身斜滑板、立式床身等，如图2-1所示。其中平床身的加工工艺性好，部件精度容易保证。另外，平床身机床工件重量产生的变形方向向下，它与刀具运动方向垂直，对加工精度的影响较小。虽然操作、防护性能稍差，但其敞开面宽，起吊容易，装卸比较方便。在本次设计中，根据客户要求，CK6132

31、采用平床身平滑板式。2.3CK6132数控车床的总体布局这次设计的CK6132数控车床是在做了周密和必要的调查研究后和满足用户提出的要求的前提下，查阅了大量的设计手册、相关的书籍和参考了同类型数控车床的设计实例而设计的。根据上面提到的数控机床的布局原则和影响布局的因素，则CK6132数控车床采用卧式车床的布局形式。床身的左端是主轴箱，V带传动。主轴是由变频电动机驱动。机床可以无级调速和恒线速度切削。主轴前端采用莫氏3号锥度。主轴支撑轴承为角接触球轴承以保证主轴的刚度和精度。主轴面对操作者，便于装卸工件。数控车床的Z轴和X轴都是采用电机和滚珠丝杠直接连接的形式。脉冲编码器与主轴相联。第3章主传动

32、系统的设计主传动系统变速方式为了适应不同的加工要求，数控机床主传动主要有以下几种配置方式：带有变速齿轮的主传动。这种方式在大、中型数控机床采用较多通过少数几对齿轮降速，扩大了输出扭矩，以满足主轴的输出扭矩特性的要求，一部分小型数控机床也采用此种传动方式。以获得强有力的切削时所需要扭矩。数控机床使用可调无级变速交流、直流电动机。所以经齿轮变速后，实现8段无级变速，调速范围增加。其优点是可满足各种切削运动输出转矩，具有大范围调速能力。但是由于结构复杂，需要增加润滑及温度控制装置。成本较高，此外，制造和维修也比较困难。如图3-1（a）一级带传动变速方式。这种传动方式主要应用在中小型数控机床上。采用V

33、型带或同步带传动，可以避免齿轮传动时可引起的振动与噪声，适用于低扭矩特性要求的主轴。这种方式结构简单，安装方便，调试容易，被广泛用于许多数控机床传动中。如图3-1（b）调速电机直接驱动方式，这种主轴传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高主轴部件的刚度，由于结构紧凑，占用空间少，加工中心的可加工空间相对变大。但是主轴转速的变化及扭矩的输出和电动机输出特性完全一致，电动机的发热对主轴的精度影响大，最好装有冷却装置，否则使用还是受到约束。如图3-1（c）综上所述，进行各种传动方式优缺点进行分析和比较来选取本设计所采用的主轴传动方式。首先是该设计为数控车床，主轴选用带传动，主轴主要是车削加

34、工，必须保证其加工精度，而带传动能缓和冲击、吸收振动，故传动平稳。由此选用一级带传动变速方式。(a)带有变速齿轮的主传动(b)级带传动变速方式(c)调速电机直接驱动方式图3-1主传动系统变速方式主运动功率的确定3.2.1切削用量的选择根据加工工艺的要求合理的选择切削用量，是确定机床参数的基本依据。切削用量包括三要素为切削速度v、进给量f、背吃刀量a.。因cp.此在选择切削用量的时候，应该要考虑到以下几个方面的关系：切削加工生产率在切削加工中，材料的切除率与切削用量三要素v、f、a均保持线性关系，其中任一参数增大，都可使生产率提cp高。但由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它两参数必须减小。

35、因此，在指定切削用量时，使三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。刀具寿命切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为v、f、a。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，cp应先采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后按照确定的刀具寿命公式求出切削速度。对于专用机床来说，为了保证刀具的使用寿命，切削用量不宜过大。加工表面粗糙度对于粗加工，在切削力和刀片大小允许时，首先应进卡能的加大a.，相应的降低f、v，使粗糙的毛坯表面在一次p.c吃刀中切除。在机床、工件、刀具和刀具夹持刚度等允许时，粗加工也可以尽可能提高f，并适当降低v；对于精加工，增大进给量将增大加c工表面粗糙度

36、值。因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。在多刀切削或使用组合刀具切削时，应按各把刀具允许的切削用量中最低的参数，作为调整机床的参数。对自动化加工，各工位加工工序的切削用量，要按生产节拍进行平衡。在车床上粗加工零件时，切削力和切削用量都比较的大，所以选择粗车直径为40mm,材料为45钢的棒料的外圆面为典型的工况。假设棒料经过调制处理，根据3表8-7优质碳素钢可知45钢的硬度为217255HB。根据参考】4P734表10-1硬质合金车刀纵车削外圆的切削速度v可选取刀具材料为YT15。根据参考】5P507表2.4-3硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量选取车刀刀杆尺寸BxH为16x2

37、5、工件直径为40mm、a=2mm时进给量f=0.5mm/r。p根据参考4P1056表14-1切削速度计算公式中结构碳钢在出粗加工时，切削深度为2mm时的切削速度Cv=jt0.2a0.15f0.35p327600.2x20.15x0.50.35=165.5m/min3-1)式中C系数vt车刀的耐用度车削时切削力的计算根据参考41058页表14-2切削力的计算F=Caf0.75v-0.15=253x2x0.50.75x165.5-0.15x9.8=1370.2nzFxpF=Ca0.9f0.6v-0.3=99x20.9x0.50.6x165.5-0.3x9.8=258.6NyFypF=Caf0.5

38、v-0.4=344x2xO.5o.5x165.5-0.4x9.8=617.5nxFxp式中cf系数主传动中电机的功率和型号的确定查阅参考6P513可以知道主电动机功率的计算式即：p=Mm(kW)(3-2)E耳式中p主传动电动机的功率，单位为kW;Ep切削功率，单位为kW；pCM耳主传动链的总效率，一般在通用机床上可取=0.700.85。当结构简单，转速较低时取大值。切削功率的确定应该在加工工艺的基础上来进行分析。通用机床应该选择对切削功率有决定性影响的若干加工情况；专用机床应该要按典型工件的加工情况来考虑，然后根据选用的切削用量来计算切削功率。本次设计的CK6132数控车床是通用型的小型数控车

39、床，所以它的切削功率有决定性的影响着若干的加工情况。查阅参考7公式(211)可得切削功率的计算公式：p=Fcvc(kW)(3-3)c60 x103所以机床的切削功率为：Fvcc-60 x1031370.2x165.560 x103二3.78kW由于本次设计的CK6132数控车床中主电机与主轴之间的连接是通过V带传动来实现的，通过参考7表1.1-10可以查得V带的传动效率n=0.96，因此主运动电机的功率为：P3.78P=3.94kW(3-4)E耳0.96按照上面计算的结果，可以确定选择额定功率为4kW的三相变频电动机是完全能够满足本次设计的CK6132数控车床的正常运行的。查阅网上资料，选用上

40、海森力玛YPNC系列主轴变频专用电机YPNC-33.3-4-B。根据网上查阅采用上海森力玛YPNC系列变频主轴电机，该系列电机的特点有:运行转速精度更高，更能满足超低俗运行，且能保持输出额定专柜不变。恒功率范围广，基频50Hz的马达可达4倍，基频33.3Hz的马达可达6倍导入基频33.3Hz设计，达成低速力矩大，确保低速强力切削，超宽恒功率调速范围，保障高速切削光洁度。降低变频器功率，节省成本和电源容量。皮带轮的设计计算设一天运转时间810小时(按小带轮计算)1.确定计算功率Pc由参考8表5-8查得工作情况系数，故计算功率:P二KP二1.2x4二4.8kWcA根据P和n选胶带型别为：A型c确定

41、带轮的基准直径d并验算带速d选小带轮直径d=100mm1则大带轮直径d=132mm2验算带速：=7.85m/s3-5)ndn3.14x0.1x1500v=-1=60 x100060 x10004.确定V带的中心距a和基准长度Ld初定中心距a=800mm0由公式计算带所需的基准长度兀，、Qd=2a+vd+d丿+2i02124a0=2268.87mm3-6)5.6.选带的基准长度L二2240mmd计算实际中心距aLLa=a+tdo=786mmo2验算小带轮包角a1dda=180。-2ix57.3。=177。120。1a计算带的概数z单根V带传递的功率p0-=100mmd=132mmn=1500r/

42、min121查表得P=1.66kW0单根胶带传递功率的增量：AP=0.11kW0计算V带的根数z查表得K=0.98，K=1.06aLIp=(p000aLP胶带根数：zp=2.250取z=3根。7.计算单根V带的初始拉力的最小值(F):0min(F+qv2=137.88N0minKzva3-7)3-8)应使带的实际初拉力F(f)00min8.作用在轴上的力3-9)F=2z(F)sin-=827NQ0min2带轮宽：B=(z-1)e+2/=48mm仅供个人参考仅供个人参考第4章主轴部件设计主轴主要参数的计算主轴的主要参数是：主轴前端直径D，主轴内径d。主轴悬伸量a和主轴1支撑跨距L。4.1.1车削

43、时切削力的计算表4-1主轴D（按电机功率）（mm）：157.37.411主电机功率（kW）1.42.523.635.5卧式车床608070907010595130110145铣床及加工中心5090609060957510090105外圆磨床5060557070807590车床、铣床、镗床、加工中心等机床因装配的需要，主轴直径常是自前往后逐渐减小的。前轴颈直径D大于后轴直径D。对于车、铳床一般12D=（0.70.9）D，由上表可取D=100mm。211因此可知由式子D=（0.70.9）D21后端直径D=100 x0.8=80mm2圆整后D=80mm24.1.2主轴内径主轴内孔径与机床类型有关，主

44、要用来通过棒料、镗杆、拉杆或顶尖。确定内孔径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不得用于商业用途仅供个人参考仅供个人参考不得用于商业用途不得用于商业用途下，应取最大值。主轴的内径是通过刀具夹具装置固定刀具、传动气动或液压卡盘等。主轴孔径越大，主轴部件的相对重量就越轻。主轴的孔径大小主要受主轴刚度的制约。主轴的孔径与主轴直径之比，小于0.3时空心主轴的刚度几乎与实心主轴相等；等于0.5时空心主轴的刚度为实心主轴的90%；大于0.7时，空心主轴的刚度就急剧下降。一般可取其比值为0.5左右。主轴本身刚度K正比于抗弯断面惯性矩IKI4(d丫KI(D丿实实1由式子可知取孔径的直径

45、极限d为1maxd0.7D1max1此时若孔径再大，刚度急剧下降根据推荐值伫二0.50.65D1取10.5D1d50mm1主轴的内径为50mm主轴前端悬伸量a确定主轴悬伸量指主轴前端面到前支承径向反力作用中点(一般即为前径支撑中点)的距离，参考9表6.1-45，它主要取决于主轴前端部结构形式和尺寸前支撑轴承配置和密封等。因此主要由结构设计确定。图4-1主轴悬伸量简图悬伸量与主轴部件的刚度及抗振性成反比，故应尽量取小值。式中E材料的弹性模量I轴惯性距K前刚度值1K后刚度值2处选a值可参考表4-2确定表4-2主轴悬伸量与前轴颈关系车床和主轴类型/D精密车床、自动车床用滚动轴承支承，适用高精度和普通

46、精0.61.5度要求中等长度和较长主轴端的车床和铣床，悬伸不太长（不是细长）的精密镗床和内圆磨床，用滚动轴承和滑动轴承支承适1.252.5用于绝大部分普通生产要求a取=0.8，D=100mmD11计算得悬伸量为80mm4.1.4主轴跨距的确定主轴跨距是决定主轴系统动静刚度的重要影响因素，目的是找出在切削力作用下，主轴前端的柔度值最小的跨距称为最优跨距（1）。实验证明，动态作用下最优跨距很接近于推得最优值，因此设计时尽量达到0最优值。主轴支承跨距L是指主轴前-后或前-中支承反力作用点之间的距离，它是决定主轴组件刚度的主要因素之一，因为主轴组件的刚度主要取决于主轴本身的刚度和主轴支承的刚度，而前者

47、与支承跨距L有关。主轴组件的刚度与主轴受力后的端部变形有关。主轴端部受力后，主轴和主轴的支承都会产生弹性变形，使主轴端部产生位移，根据位移叠加原理主轴端部位移y由两部分组成y=叮y2式中y刚性支承(假定支承不变形)上弹性主轴端部的位移。1y弹性支承上刚性主轴(假定主轴不变形)端部的位移。2刚性支承上弹性主轴端部的位移y根据两支撑点梁和悬臂梁的挠度公式，可得：PaLPa31L(ra1Pa3(LJ/、y=a+=Pa2辽+aP+1(mm)13EI3EI3EI3EIa丿式中E主轴材料的弹性模量；主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D，内孔直径为d时,“妙-；当无孔时，i=也；6464式中RA前支承的

48、支反力，R二一BKB弹性支承上刚性主轴端部的位移y设前、后支承的刚度分别为K,K，前后支承的弹性变形刚度分别AB为6,8128=a,81K2A后支承的支反力，P(因此，8二1KIAPa8=-2KlB仅供个人参考仅供个人参考仅供个人参考2不得用于商业用途不得用于商业用途不得用于商业用途用相似三角形定理可求得y2(a)aP(a)2P(a1+-+81+-+11丿21K11丿K7丿1AB=8整理后可得：y2主轴端部位移：(1KIKBPa3(1+丄+a丿KAKB合理的跨距可根据上式确定，最小挠度的条件为葺=0,这时的1应为合理跨距，式中用l表示：0Pa31P3EIaKA1K1+AKB3丿2a-130整理

49、后得：1K1+-K丿B丿6EI6EI13-1-0Ka0KAA4.用计算线图来定l，0令综合变量耳=-，代入上式，可解出:Ka34-1)ATOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark170 o Current Document (1K)6亠+1 HYPERLINK l bookmark194 o Current Document .aK丿B7耳系无量纲量，它表示抗弯刚度EI与主轴前支承刚度K人及悬伸量a的三A次方的比值，由上式可知，耳仅是比值10和a的函数，故可用“为参变量,aKKBBl0为变量，耳做出的计算图。a5.计算如下:前端角接触球轴承的刚度K:ATOC o 1-

50、5 h z HYPERLINK l bookmark198 o Current Document K=1.18fFdCzAco$a（4-2）AArb HYPERLINK l bookmark200 o Current Document F=F+Fco血=7400+1380cot25。=1035N9（4-3）rrea0K=1.18310359x15.875x202xcos525。=396N/卩m（4-4）A查轴承样本额定动载荷a=25。，z=20，d=15.875，C=74kN，取bF=C/10=7400N，F=1380N。rea0同理得：KB=279N/卩mKAKB396279=1.42将D=

51、100mm，d=50mm，a=80mm及前后轴承的刚度代入公式（4-1）得：EI2x1011x4.69x10-6=0.64396x0.083x106式中EKa3A弹性模量，钢的E=2x1011Pa；截面惯性距，I=0.05G4-d4）=4.69x10-6m4查主轴最佳跨距计算线图得：所以l0沁3.75al=3.75a=300mm0计算得主轴跨距为300mm主轴结构和主要尺寸如图4-2。寸尺要主和构结轴主2窗仅供个人参考仅供个人参考不得用于商业用途4.1.5主轴的刚度计算1.当量外径de如果主轴前后轴承由数段组成，则当量直径dedl+dl+dld=mme22l式中d,l,d,l，d,l分别为各段

52、的直径和长度mm；1122nnl总长,l=l+l+l12n,80 x75+85x132+120 x36d=97mme4-5)314如果前后轴承的直径相差不大,也可把前后轴承直径的平均值近似地作为当量直径。2.主轴刚度Ks3x104d43x104x0.0974K=I二二1296.8N/卩msa2Q+a丿0.0742（0.3+0.074丿AAd主轴孔径,ia前支撑点距主轴端部的距离A对于这种机床的刚度要求“_Kb口KB=cos卩K切削系数（N/um.mm）cbb极限切削宽度（mm）lim匚机床系统的阻尼比P作用力F与工件切削表面垂直线的夹角a由于该机床属高效通用机床,主轴的刚度可根据自激振动稳定性

53、决定。取阻尼比=0.025；当v二50m/mim,s二0.1mm/r时，K二2.46N/um.mm,cbB=68.8。取b=0.02D=0.02x320=6.4mmlimmax代入式（4-6）得:式中3.式中4-6)xcos68.8=110N2.64x6.42x0.25xG+0.25)根据稳定性指标的规定，工件长度L=0.3xD=96mm,a=274mmmaxBK=KABa20.6b+0.4a2A(1+a/1)2(1+a/l)2A=110 x0.6x27427+0.4x(1+274/300)2G+74/300二714N/ym式中a前支撑点距切削处的距离BK=1.66K=1185N/ymsA所以

54、主轴刚度满足要求。4.2主轴轴承的选择4.2.1轴承的选型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，能在一定的转速范围和载荷变动范围下稳定地工作。滚动轴承有专业化工厂生产，选购维修方便，在数控机床上被广泛采用。与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体的数目有限，刚度是变化的，抗震性略差，但总体来说，数控机床主轴组件在可能的条件下，应尽量使用滚动轴承，特别是大多数立式主轴和主轴在套筒内能够做轴向移动的主轴。这时用滚动轴承可以用润滑脂

55、润滑，以避免漏油。滚动轴承根据滚动体的结构分为球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承三大类。主轴轴承主要应根据精度、刚度和转速来选择，为了提高精度和刚度，不得用于商业用途主轴轴承间的间隙应该是可调的。线接触的滚子轴承比点接触的球轴承的刚度高，但一定温升下允许的转速较低，下面就简述几种常用的数控机床主轴的机构及适用范围。角接触球轴承这种轴承既可以承受径向载荷又可以承受轴向载荷。常用的接触角主要有两种：a=25。，a=15。，其中a=25。的编号为7000AC型，属于特轻型；或编号为7190AC型，属于超轻型。a=15的编号为7000C型，属于特轻型；或编号为7190C型；或编号为7190C型，属于超

56、轻型。如图4-3所示。角接触球轴承多用于高速主轴，随接触角的不同，其应用有所区别，a=25。的轴向刚度较高，但径向刚度和允许的转速略低，多用于车、镗、铣加工中心等主轴；a=15。的转速可更高一些，但是轴向刚度较低，常用于轴向载荷较小、转速较高的磨床主轴或不承受载荷的车、镗、铣主轴后轴承。这种轴承为点接触，刚度较低。为了提高刚度和承载能力，常用多联组配的方法。所以本设计前支承采用三联组配的方式，后支承采用双联组配的方式，代号为DB，如图4-4。仅供个人参考仅供个人参考不得用于商业用途不得用于商业用途轴承间隙调整和预紧主轴轴承的内部间隙，必须能够调整。多数轴承，还应能够在过盈状态下工作，使滚动体和

57、滚道之间有一定的欲变形，这就是轴承的预紧。轴承预紧后，内部无间隙，滚动体从各个方向支承主轴，有利于提高运动精度。滚动体的直径不可能绝对相等，滚道也不可能绝对正圆，因而预紧前只有部分滚动体和滚道接触。预紧后，滚动体和滚道都有了一定的变形，参加工作的滚动体将更多，各滚动体的受力将更均匀。这都有利于提高轴承的精度、刚度和寿命。如主轴产生振动，则由于各个方向都有滚动体支承，可以提高抗振性。但是，预紧后发热较多，温升较高；且太大的预紧将使轴承的寿命降低，故预紧要适当。本设计为数控车床的主轴组件设计，功率相对较小，所以取中预紧。4.4主轴组件的润滑和密封4.4.1主轴滚动轴承的润滑润滑的作用是减少摩擦、降

58、低温升并与密封装置一起保护轴承不受外物的损伤与腐蚀。润滑剂和润滑方式决定于轴承的类型、速度和工作负荷。如果选择合适，可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命。滚动轴承可以用润滑脂或润滑油润滑。在速度较低时，用润滑脂比用润滑油温升低；速度较高时，用油润滑较好。脂润滑脂润滑使用方便，不需要供油管路和系统，没有漏油问题。如果转速不太高（数值可查轴承样本），滚动轴承应尽量采用脂润滑，特别是立式主轴或装在套筒内可以伸缩的主轴（如钻床、坐标镗床、加工中心等的主轴）。润滑脂使用期限长，如果转速不超极限值，一次充填可使用2000h以上。只要密封良好，不让灰尘、油污进入轴承，一次充填可一直用到大修时才更换，中间不需

59、填充。润滑脂填充量不宜过多，尤其不能填满轴承空间。否则将引起过多的发热，并油可能使脂熔化流出。油润滑润滑滚动轴承所需的油量很少，约每分钟15滴。若油量增大，则由于搅拌作用会使温度升高。油量增加过大，则冷却作用为主，温度会下降，但能耗却加大了。常用油的粘度为12mm2/s30mm2/s（40C时）。高速主轴，发热较多。为控制其温升，希望润滑时兼起冷却的作用。采用油润滑，用空气冷却的方法。常用油雾和油气润滑。由于主轴前端采用了角接触球轴承，速度较高，致使发热较多，所以采用油润滑，在润滑时也起冷却的作用。后端采用的是曲路（迷宫）密封为防止油液外漏，用脂润滑双列圆柱滚子轴承。主轴组件的密封主轴组件密封

60、主要是防止油外泄和尘埃、屑末进入。密封的类型很多，两个具有相对运动的结合面之间必然有间隙，它们之间的密封称为动密封两个相对静止不动的结合面之间的密封称为静密封。静密封有研磨面密封垫片密封、密封胶密封等。主轴的密封主轴的密封分接触式（如图4-5）和非接触式（如图4-6）。(b)(a)端盖;螺母（c）（a）形式一；（b）形式二；（c）形式三图4-5非接触式密封在本设计中轴承端盖与箱体之间的密封属于静密封，采用纸封油垫配合紧定螺钉进行密封，之所以采用此种密封是由于研磨面密封适用与结合面加工平整、光洁，但本设计箱体为铸造，不合适；而密封胶密封又不便端盖拆卸。(a)油毡圈密封；(b)耐油橡胶密封圈密封图