毕业设计（论文）-数控车床主传动系统结构设计

前言由于现在市场上的产品的换代更新太快和对产品的质量的要求提高，普通的传统车床已经不能满足当今人们的生产要求了。而且数控车床由于其众多的优点，到现在已经成为机床发展的主流，数控车床的高速发展代表了国家的总体设计水平以及制造水平，应该受到人们的高度重视。当代数控机床是信息化技术和自动化技术的代表产品，它集高效率、高精度、高柔性于一体，具有超高的加工精度、很高的生产效率、很高的自动化水平、很强的加工适应性等一系列特点。能否实现加工机床和生产过程的数控化，是当今制造业的发展方向。我们可以这么说，机械制造业的竞争，它的实质性目的就是数控技术的竞争。本次课题的设计目的以及意义，就是让我们通过平时所学的基础课程的理论知识，和实践经验结合在一起，来达到加深我们的专业知识，巩固我们的基础能力。通过这次设计过程，然后再分析一些机床的结构类型，并进行选择和改造，能够独立的进行结构设计，计算参数，会进行设计步骤和计算方法。通过搜索相关的机械设计手册、机械设计标准的方式，以此来达到积攒知识和提高自身能力的目的。通过毕业设计，得到机械方面的基本技能的培训，提高自己的分析能力和解决机械设计问题的能力，并为我们以后进行其它机械产品的设计打好牢固的基础。第1章绪论1.1数控机床国内外研究现状及发展局势当今世上，机床业较为发达的国家对机床这一产品十分的重视，都在加快发展机电一体化技术和技术先进的数控机床，以此来加快发展工业水平和国民经济，并为社会作出贡献。现如今国内数控机床行业发展十分迅速，每年的产量正在逐渐上升，但是所生产的数控机床的精度等方面有些达不到要求。这样的情况一直持续到现在，然后几大强国就在国际市场上发起了激烈的行业之间的竞争，并始终保持着相互竞争相互发展的关系，尤其是因为电子技术和计算机技术的飞速发展，使得数控机床在1980年后也开始了超速发展。为了满足各种用户的不同需求，也为了吸引全世界人民的眼球，引起更多的关注，各国的机床制造商们纷纷展现出自己的机床水平，改造性能更加好的机床。全力加快发展装备制造业是当今社会的共识，但绝大多数的机械制造装备的数字化控制系统却不是中国独家制造的。尤其是关系到国家的地位和体现国家综合实力的高档数控机床，它的系统和重要零件却都要从国外引进。许多专家纷纷表示，以数控机床为代表的“中国制造”不能没有自主创造，开发具有自主知识产权的数控操作系统已迫在眉睫。1.1.1数控机床国内外研究现状虽然我国数控车床技术还比较落后，但是经过了30多年的发展，我国自主研发生产的，卧式数控车床不仅价格比较便宜，设备费用的投入比较少，一些企业所需要的车床不要太高级，所以这种车床就能满足要求了，现在特别受欢迎，目前这种数控车床在我国仍然十分流行，并且一直在使用中。国外的一些比较发达的国家对数控车床这方面的研究很多，他们的技术水平很高，科技水平比较发达，他们研发的数控车床具有特点如下：（1）数控车床的主流是高速高精并且具有多轴加工，数控车床的潮流是纳米控制。（2）越来越多的多轴加工数控车床被用到其它行业中，并且十分受欢迎。（3）随着计算机监测功能的发展，工厂里的监测系统与管理系统更加方便简单，它能及时分析当前的相关情形，并能够及时预测车床的运行状态，能及时的进行维护，这样可以极力的避免发生车床事故，使车床更少的发生故障，提高机床的寿命。（4）机器自主的检测和纠错能力，变得更强大，这在为了提高车床的精度，也能够完成的时间很短的时间在机床的校正测量[1]。仔细看看我国的数控车床的发展史，虽然这其中获得了不少的成绩，但是跟国外发达的技术相比，仍然有着天差地别的差距。其主要特点：（1）产品质量差，和高端产品的生产技术不行。（2）技术，尤其是科学技术非常薄弱，自我发展能力不强，以及无法自主创新（3）该产品质量不太可靠，而且技术有不到家的地方。（4）功能部件发展停止滞后；（5）严重缺乏大型集体组织、在市场上的很难竞争过别人[2]。1.1.2数控机床国内外发展趋势随着社会的不断发展，IT网络和信息技术的进步，以及新型数控系统，数控车床和自动化制造系统将会呈现以下发展趋势。（1）高速度和高精度高效率，高品质的技术是数控车床的主要指标。只有保证了高速度、高精度这两个要求，才能提高生产效率，保证产品的质量，减少产品的生产周期。（2）高智能、信息开放网络化通过计算机通信网络的功能，并且可以远程建立一个计算机技术支持机来实现信息的发送，可以通过这个装置进行查询和显示，以及远程诊断错误。依靠互联网络连接，用户可以得到能够及时到后实时对用户的设备数据中的信息获取工具行业机床及机械制造商准确性支持机，诊断在线机器把车床和监视开放的网络工具，还可以提高服务效率，使产品的质量有保障。（3）绿色化在二十一世纪，环保和节能是数控车床的首要指标。由于环境约束和资源，绿色制造，绿色资源，最重要的是最终处理环节，但我们的珍贵的生态环境显得尤为突出。因此，最近几年，不用或少用散热器，或半干式切削工具切削数控车床正在不断开发节能。绿色制造能使我国的节能环保数控车床飞速发展，占据更多的国际市场。1.2数控机床的组成数控机床一般由输入/输出设备、操作面板、可编程控制器PLC、计算机数控装置、电气回路、伺服单元、驱动装置、辅助装置、机床本体及测量反馈装置组成。如图1-1所示：图1-1机床的组成1.3数控车床的功能和特点1.3.1数控车床的功能不同种类的数控车床功能也会略有不同，它们各有各优缺点，但都应具备以下主要功能。1、直线插补功能将刀具沿着直线方向进行切削，使用这种功能不仅可以加工圆柱面还能加工圆锥面和倒角部分。2、圆弧插补功能将刀具沿着圆弧进行切削，使用该功能可加工圆弧面和曲面部分。3、固定循环功能固定了机床的常用功能，比如：粗加工、螺纹、切槽、钻孔等，使用该功能可以简化编程程序。4、恒线速度车削使主轴保持切削点处的切削速度恒定，可以让加工表面处的精度相同。5、刀尖半径自动补偿功能可以对刀具的运动轨迹进行半径补偿，在编程时不必考虑刀具的半径，直接按照零件的轮廓进行编程，可以使编程变得更加简洁明了。1.3.2数控车床的分类和特点1、按车床主轴位置分类（1）立式数控车床：这种车床它的主轴和水平面之间是垂直的，并且具有一个直径很大的圆形工作台，用这个圆台来装夹工件。（2）卧式数控机床：它又分为数控水平导轨和数控倾斜导轨两种类型的卧式车床，倾斜导轨车床的刚性更大，排屑也更加方便。2、按加工零件的类型分类（1）卡盘式数控机床（2）顶尖式数控机床3、按刀架数量分类（1）单刀式数控机床（2）双刀式数控机床4按功能分类（1）经济型数控机床（2）普通数控机床（3）车削加工中心1.4数控车床主传动系统的简介机床主传动是依靠主传动系统来实现的,它将主电动机的主动力转换成可供主轴上刀具切削加工的切削力和切削速度。主传动系统应具有较大的调速范围，以此来保证加工时能选用合适的切削用量，只有这样才能配合不同种类的加工方式和不同种类的机床。同时主传动系统还需具备较高的精度和刚度，并尽可能降低噪声,从而获得更佳的生产率、加工精度和表面质量[3]。第2章主轴箱总体方案设计2.1主传动系统的设计要求（1）为了满足机床的运动要求，主轴必须具有足够的转速和变速范围、转速级数，并能够及时的实现机床的各种运动。（2）应该是主要的发动机功率，以满足所有部件的需求必须满足的强度和刚度要求，从而满足了设备的电力需求。（3）机床的主要动力，特别是心轴组件具有足够高的性能要求，耐冲击性，热变形和低噪音，高效率，和确保设备的工作要求。（4）操作要求简单而且可靠，使用维修的时候也要方便，并且具有良好的润滑和完美的密封，这样才能满足设备的基本要求。（5）整体结构紧凑而且简单，机床的技术性好，并且要保证总体成本低，以此来保证整个机床的各种各样的要求。2.2主传动的结构特点和传动方式2.2.1主传动的结构特点（1）高速和大功率。切削时能够进行高速和高能的车床，可以保证良好的生产效率。（2）调速范围广。确保如何快速制造系统数控车床，使得Ra>100，并确保零件的合理工作量，和处理的处理速度，以达到更高的生产率和较高的机械精度以及表面质量。（3）转速快速和可靠。转动速度和由主轴马达提供的主要速度，不仅方便实现在规定的时间内来移动无级变速机，而且还降低了工艺的中间体转移的损失，从而提高了整体的可靠性和准确性的无级变速传输。（4）主轴组件必须是正常的高耐蚀性，这样才能使传动系统具有较高的精确度。每当摩擦部件工作时，如轴承，通孔等，这样我们就有足够的韧性，以及确保轴承的润滑良好[4]。2.2.2传动方式的分类及特点 1、采用变速齿轮的主传动：使用齿轮传动比来进行降速，然后再通过液压拨叉来使车床具有自动变速的功能。由于电机主轴是采用无级变速的方法，这样还能实现主轴的正反启动、停止和制动等一系列功能。使用该传动方式会使传动产生较大的扭矩，以及很大的噪声，所以一般只用于低速加工。如图2-1（a）所示。 2、通过带传动的主传动：该传动方式中主轴箱和主轴的结构比较简单，而且主轴部件都具有较高的刚性；带传动的效率很高，传动过程中比较平稳、传动时发出的噪声也比较小；所以传动不需润滑；但是输出扭矩会小，在低速情况下性能不太好，所以我们只能把它用在中档机床中，这样有较多的应用。如图2-1（b）所示。 3、用两个电动机分别驱动主轴：通过齿轮传动和带传动这两种方式的混合传动方式，具有上述两种传动方式的所有性能。如图2-1（c）所示。4、采用主轴电机直接驱动：这种方式是通过主轴电机直接来驱动主轴转动的，而且电机和主轴是合在一起的。使用这个传动方式的话，我们必须要弄好散热和润滑方式，所以这种传动方式，一般只能应用于高速机床。如图2-1（d）所示。图2-1传动方式的分类2.3电机的选择及同步带的计算2.3.1电机型号的选择1、选电机时考虑的问题(1)选择电动机类型的时候，我们要根据机床电动机的开始、停止、转动等方面的要求来综合选择。（2）考虑车床的负荷，以及速度和启动等方面的需求，然后再考虑发动机的温度是否合适，是否会引起产能过剩。再根据电动机的负载能力，并最终确定冷却方式。（3）选择电机时要考虑电机的电压和工作环境等方面的要求。(4)选择电机时，应该综合考虑节能环保、转动、价格、维修保养方面的因素。2、主电机功率的确定首先假设以下的切削条件：选择材料：45钢；选择热处理：正火；选择工件直径：∅65mm切削速度：V=150m/min切削用量：ap=1.5mm(1)主切削力Fz=Pf(2)切削扭矩M切=FzR=(3)切削功率M切=FzV==2.25kw因为该主传动的总效率为N主N切=(4)因为本次设计要求机床的变速范围比较大，还要求主轴具有较高的扭矩，而且机床的定位也不是太高，所以我选用Y13521-2型电机，它的额定功率为5.5kw，已知该电机的额定转速为2900kw，而且其中采用1:1.2降速比以此来提高轴的扭矩，所以我们可以得知，主轴转速以及输出扭矩n额==2417额定扭矩M==2.3.2同步带参数的计算根据车床的结构设计要求，我们选择d1=125mm，并考虑到同步带的滑动率，那么大带轮直径:d2=d1(1+∈)ii取：根据上述公式可以得出：d2=148.5（1）确定带轮的中心距：Dm==137.5mm首先假设：a=660mm带长：L=所以按照标准来取：L0=1800mm那么：a===683.9mm，取（2）小带轮的包角：1==178.8（3）带轮速度：==26.2n1：小轮最高转速根据上面的计算过程以及计算结果，并且综合一下考虑后，我最后还是选择使用A型带，d1=125mm（4）单根V型带的基本功率根据d1=125mm、n1=2900r/min，由《机械设计手册》第3册中的表22.1N1=1.93kw再考虑到传动比的影响i1，那么额定功率的增量N1（5）带的根数：Z=(2-12)Nc——计算功率：N——机床传递功率KA——工作情况系数，由于本机床传动时运转平稳，无振动，故取N1KKL——带长系数，由表Z==2.9取三根A型带Z=3（6）张紧力：F=(2-13)q：F==188.42N（7）径向载荷：Q=2ZF0=1130.53Sin=1112.8(N)以上计算公式均取自机械设计手册编委会编写的《机械设计手册》这本书。第3章主轴组件的设计3.1主轴组件的基本要求1、工作性能上的要求①回转精度

当主轴开始做旋转直线运动的时候，速度为0的连接点上的线速度被称为主轴旋转中心线。它是应该被改变的，旋转中心线的空间位置是固定的。但实际上的情况是，由于各种各样的因素，在每一个时刻的主轴组件中心的线转动的空间位置有变化，平均空间位置是理想的中场旋转中场转动。空间的瞬时旋转轴转动后，提供了完美的中场旋转精度，称为主轴旋转误差。这是主轴的旋转精度。单纯从径向误差，角度误差和观点轴向的错误，他们并不单独存在。当径向和角度误差存在时，就变成了跳动，并且当轴向和角度误差同时存在时则成为了跳动。②刚度

是由外力硬化单元主轴转动期间抵抗变形的能力。我们常常在主轴的前端用所施加的力的大小来表示的方向移动。当主轴组件的变形后获得更大的刚性，所以主轴的受力情况也比较良好。如果主轴的刚度比较差，那么在外力的作用下，主轴会产生很大的弹性变形，如果主轴长时间处于这样的状态下，那么将会使工件的质量变差，影响其它元件的正常工作，并会加快主轴部件的磨损程度，同时降低加工精度。具有较高的刚度的主轴单元和配置轴承类型的支撑跨度的大小，类型和位置的主轴结构的大小，轴承预压等，心轴组件等。③抗振性

耐振动性是指主轴在加工过程中，使该主轴保持无振动发生顺利工作的能力。如果主轴总是在不佳的振动下工作，那么工作过程中将导致更大的振动，这样不仅降低了加工质量，也会降低了机器的生产效率，同时也会使刀具的耐用度降低。如果你仍然想提高主轴的抗振性，那么有必要增加主轴组件的刚性，所以我们必须使用前承载更大的阻尼比增加静态刚度，不得不在需要时安装阻尼器。此外，主轴必须比定频激振力的频率更高。④温升

操作期间主轴组件，温升过高会导致两个严重的不良后果：首先，将主轴的各个部分，并由于相对于中心的位置失真的热膨胀的壳体，旋转中心线使主轴和机器部件将从移动，这将直接影响加工精度;第二，轴承和其它组件由于温度变化和间隙会破坏原有的良好的润滑条件下，影响轴承的正常运转。有时甚至发生“抱轴”。因此，一般的数控机床将恒温启闭来解决这个问题。⑤耐磨性

只有具有了足够的耐磨性，为了维持长期高精度主轴组件。主轴它是比较容易磨损和刀具和工件的工作部分的转轴安装部分。所以，如果我们要提高其耐磨性，它必须被硬化或在主轴氮化处理的至少一部分，以增加硬度。和主轴轴承应具有良好的润滑性以提高主轴的耐磨性[5]。2、结构上的要求（1）定位可靠（2）长期运转（3）标准设计（4）工艺性好3.2主轴的功用、类型及结构设计3.2.1主轴的功用它指的是工件主轴或刀具使机器上的旋转轴。通常由主轴，轴承和传动部件和其他部件主轴部件组成。主轴主要用于支持传动零件，如齿轮，滑轮，传递运动和扭矩，如机床主轴;一些人装夹工件，如心轴。3.2.2主轴的结构设计在进行结构设计时，必须考虑以下的几个方面：主轴上的零件要具有可靠的轴向固定基准；主轴上的零件要有可靠的周向固定基准；零件可拆卸性更好和轴更加方便加工；能提高主轴的强度和刚度，并且能节约成本和减轻重量。轴的形状通常采用阶梯形状，那是由于阶梯轴的强度比较高，而且加工时比较容易，再者说，轴上的零件能可靠地固定，装拆也比较方便。在确定所述轴的直径在每个配合时要注意：1、与轴颈直径相配合，滚动轴承的内径需要满足标准系列的要求。2、轴上螺纹部分必须符合螺纹的标准。3、轴上花键部分必须符合花键标准。4、其他配合直径也应采用圆整值。3.3主轴主要参数的确定3.3.1前后轴承型号的选择选择主轴承类型载荷大小，是根据在负载方向上的负荷的特性来选择的。在选择轴承的时候，因为轴承中的主要元件都是线接触的形式，大都适用于重载荷。球轴承为点接触的形式，可承受规定的负荷系数小的载荷，如此一来，在所受载荷较小的时候，我们应该优先选用球轴承。当我们按照遭遇选择与该类型载体的方向，当推力轴承的情况下只使用下轴向负荷，通常我们在纯轴向载荷推力球轴承时选择推力球轴承，单纯的轴向载荷可以选择承受更大的力量的轴承。这种情况下，它仅受纯径向载荷，我们通常使用深沟球轴承，圆柱滚子轴承和滚针轴承。这是当轴承的径向负荷，也有较小的轴向载荷承载，我们可以用深沟球轴承，角接触球轴承和圆锥滚子轴承，当较大的轴向载荷，我们可以选择接触角越大角接触球轴承和圆锥滚子轴承也可以选择组合的径向和轴向形式，它们可以分别在径向和轴向负荷中使用。3.3.2主轴参数的确定主轴可以使用自动变速模式，能够实现无级变模式，速度范围20--4000r/min主轴端部尺寸GB/T5900.11997A24.主轴直径:前轴承处70mm,后轴承处65mm.前轴承型号:70X110X20(2)/C46114后轴承型号:65X100X18(2)/D36113皮带轮降速比125/1503.3.3主轴受力分析1、由于本次设计采用了A24主轴，所以我通过查阅资料获得的数据，得出取前支承直径为70mm的结论，并且考虑到最大直径为25mm，所以最后选取后轴径2、求支承的径向刚度：主轴的扭矩：根据扭矩转速图可查得：在NMmax=30若取Dmax=70mm则Fz=Fy=0.5Fz=428.6则F=受力情况如图3-1所示图3-1刀具受力情况图3-2主轴受力情况支承情况如图3-2所示，我们可以根据需要取a=68mm取1a=可以根据力的平衡定理，再结合上面的计算内容和计算结果，得出：F==1277.7F在设计过程中，我通过查阅资料并请教老师，最后得出前后轴承分别选取46114、36114二个成组使用的轴承和二对36113轴承，这样可以满足所需的转速要求。由此可得，轴承的径向弹性位移量：o=(3-2Qr——滚动体上的径向载荷Qr=(3-3)Fr——轴承的支反力i——滚动体列数Z——每列滚动体数QrQr：向心推力轴承推力角；dQ：滚动体直径则：o设：4611463113轴承的预紧量为相对位移量：1822δo查得：=0.24由：1=通过查阅哈轴样本，得出：C46114、D36113轴承与箱体孔的装配过盈量：由公式得：K代入式：=(3-4F——外载荷（K——系数b——轴承宽度（d——轴承外径那么轴承C46114、D36113与轴的装配过盈量：再根据公式，得出：K通过上面的计算式，能够得出前轴承以及后轴承的径向刚度：KK(3)求最佳跨距kα当主轴当量外径D当==67.5mm惯量矩I=0.505=根据曲线可查得：则：Lo=3.3a=3.3本设计取a=67通过上面的计算可得：当选取a=67mm，跨距为210m时，就能够满足主轴的基本要求。以上计算公式均取自机械设计手册编委会编写的《机械设计手册3.4主轴材料的选择及热处理1.根据主轴的强度，磨损条件和主轴大小来选择的热处理后变形阻力。2.确定主轴的具体尺寸，主轴材料通过弹性模量E来决定主轴的刚度。3.所有钢材的弹性模量值一般都是相同的，并且与热处理没有太大的关系。4.常见的钢材有45钢以及60钢，它们的价格一般都比较便宜。5.通用的主轴将使用45号钢，它淬火到220〜250HBS，在主轴锥孔的端部，将定心轴颈或定心锥形表面部使用局部品质HRC50〜55硬度。6.支承的地方可以使用滚动轴承，轴颈的部位可以不用淬硬，但是有些主轴仍然采用淬硬，这是为了防止其它物体损伤了轴颈的配合面。7.如果采用滑动轴承，在必要的时候用高频轴颈硬化，从而保证轴承的耐磨损性。8.如果轴承的负荷大，那么为了提高轴承的耐疲劳性，我们可以选择的40Cr或50Mn2的材料。9.当在需要更高的硬度以承受更大的冲击载荷的主轴，我们可以使用20Cr进行渗碳，使其硬度达到HRC56-62。第4章轴承的选择4.1轴承的选择及寿命计算4.1.1轴承的功用及特点（一）、轴承的分类轴承一般可以分为滑动轴承和滚动轴承这两个大类。1.滑动轴承的分类根据承受载荷的方向不同分为：向心轴承和推力轴承。2、滚动轴承的分类滚动轴承的主要分为：调心球轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、深沟球轴承和滚针轴承（二）、轴承的功能介绍1、滑动轴承的功能轴承具有平滑和可靠的操作和无噪音的优点。在液体润滑条件和滑动面的情况下，从没有与产生不仅大大降低了摩擦损失和振动吸收表面可以穿油膜直接接触的润滑油分离。2、滚动轴承的功能不仅支持驱动轴和轴部分，还可以保证正常的工作位置和轴的旋转精度，轴承使用简单，比较易于维护保养，在工作时非常可靠的起动性能比较好，所以在中等速度的由承载能力的情况下是比较高的。用在相对低的寿命的滑动轴承的话，轴承其径向尺寸稍大，但阻尼能力也比较差，高速运动时噪声也比较大。3、各滚动轴承的功能介绍（1）调心球轴承可以自主调整中心位置，常用于多支点和刚度不足的轴。（2）调心滚子轴承

可以自己调整中心位置，能承受较大径向载荷和较小的轴向载荷，可以抵抗振动载荷、还能抵抗冲击载荷。（3）圆锥滚子轴承

这种轴承既可以承受径向载荷又可以承受轴向载荷。内圈和外圈可以分离出来，可以用来调整间隙，装卸也比较方便，可用于刚性较大的主轴上，我们一般成对使用，然后对称着来安装。（4）推力球轴承

这种轴承只能承受轴向载荷，而且载荷中心线与主轴中心线在同一条直线上。这种轴承可以用在轴向载荷较大但是转速不太高的场合。（5）深沟球轴承

这种轴承能够承受轻量的径向载荷，还能够承受轴向载荷。但在轴向载荷不大时，我们可以用它来代替推力球轴承，从而承受纯轴向载荷。这种轴承适用于高转速，低噪音，低振动的工作环境下。这些轴承具有较大的代表性。（6）角接触球轴承

可以同时承受径向和轴向载荷，每当标称接触角变大时，轴向承载能力也变大。此类轴承主要应用于高速和高精度方面。（7）圆柱滚子轴承

它能够承受大的径向载荷，而不能承受轴向载荷。这些轴承可以用于重负载和冲击载荷和高速应用中。4.1.2轴承的配置形式1）可以在前轴轴承双列圆柱滚子轴承和双列角接触球轴承的组合使用可以在后轴支撑一对角接触球轴承（图4-1a）。这可以提高主轴的整体刚度，同时也能满足切削力的v要求轴承结构中，它被广泛用于各类数控机床主轴中。2）可以使用高精度双列角接触球轴承（图4-1b）。具有良好的高速运动性能角接触球轴承，在最高转速主轴可以达到4000转/分钟。然而，它的承载能力比较小，所以我们一般把它在高速并且轻载时，精密数控机床主轴。3）使用配置形式双列和单列圆锥滚子轴承（图4-1c）。这样的配置有轴承的径向和轴向刚度，能承受重载荷，特别是能经受强烈动载荷，并且比较易于安装，调整和良好的性能。但是这种配置方式轴承阻碍了最高的速度和精度旋转主轴，所以我们一般将其用于中等精度，低速和重型数控机床主轴。图4-1轴承配置形式4.1.3轴承寿命计算主轴的受力分析如下图4-2所示：图4-2主轴受力分析（1）切削零件：假设试件的尺寸为：那么夹头体重量：G=（2）使用时间（th）我们假设机床每天工作15个小时，一年可以使用300天，它的使用寿命为8年，在工作期间里切削时间占了70%，则：th=15（3）平均转速（ne）由于本次设计的机床是在20--4000r/min的范围内进行调速的，所以需要计算平均转速，假设机床的总运行时间为1，那么与机床总运转时间之比如表4-1所示。表4-1常用转速与机床总运转时间之比常用转速40060090012001500180021002500300035004000与机床总运转时间之比0.10.10.10.10.150.150.10.10.050.040.01ne==1595r/min（4）平均切削力：在平常用的转速下，主轴所受的切削力见如下表4-2。表4-2主轴切削力常用转速40060090012001500180021002500300035004000走刀深度1.81.510.80.50.50.50.50.50.30.3走刀量0.30.30.30.30.30.30.30.30.30.20.2主切削力10890604830303030124.84.8材钢有F=PapfP——单位切削量的切削力钢为200kgf/mm平均主切削力Fze==45.76kg平均切削分力Fye=0.5（5）根据力的平衡原理，求出、支承处的支反力图4-3、支承处的支反力计算G点在、支承处的分力：受力分析如图4-3所示。FF根据上述皮带的校核计算，皮带张紧时的张紧力Q=112.8N，受力分析如图4-4所示。图4-4受力分析FF计算主切削力在、支承上的支反力（Fze），受力分析如图4-5所示。图4-5支反力分析FF计算切削分力在、支承上的支反力：FF通过上述计算所得，、两支承处所受的总支反力，如图4-6所示。图4-6总支反力FFFF（6）轴承寿命计算：Lh=(4-4)ne——平均计算转速P——轴承支反力（此处支承是由1个46114和1个36114组成组合轴承的，额定负载取46114轴承的额定负载。Lh后轴承取2个36113自成组轴承C=28.6KNLh根据上面的计算结果可以得知，如果后轴承采用36113轴承，那么它的寿命不能满足机床的基本要求，所以后轴承必须要重选，我决定采用36213轴承。C=56.1KN则：Lh以上计算公式均取自机床设计手册编写组主编的《机床设计手册》。4.2轴承的预紧4.2.1轴承预紧的意义我们谈论滚动轴承预紧的时候，一般指的都是完全组装的轴承，使用某些的加成沿上轴承的内圈或外圈的方向上的轴承的轴线的恒定力的方法和手段，并我们要保持那么这个力让沿轴线方向的相对移动，从而可以通过这种方式，轴承内部的自由空间被消除的轴承内圈和外圈，也使滚动元件之间的内圈，紧密接触在一起的外圈，他们在与局部变形接触。由于这种变形是不能由轴承负荷造成的，​​所以我们把它称为预变形。预载力，滚动元件和接触的内圈和外圈会引起局部弹性变形，而且对接触面积变大，使得共同承担滚动元件的力变得越多，将在大于180的范围内°使滚动体一起用力，有时它有可能使在360°范围内受力所有的滚动体的作用，如果我们这样去做，那肯定是滚动元件的情况下预紧了一把比较好，这样的方式能使轴承承受更多的负荷。我们通过以上讨论，我们可以知道通过轴承的预紧力，如果遭受相同的负载再次接触变形轴承的接触变形肯定会一直没有预紧要小，这样就可以提高轴承的支撑刚性，并且它也能补偿在使用过程中的轴承的磨损。4.2.2轴承预紧方式1、定位预紧后轴承内圈或外圈的轴向力可以使内、外位置保持相对固定，我们称之为定位预紧。2、定压预紧使用弹性元件让轴承承受轴向力并使其产生变形的方法称之为定压预紧。3、调压预紧用液压力来使轴承的某些部位产生运动，可以通过改变油的压力调整预紧力的大小，以此来达到随着负荷不同，它可以自动控制预紧力的大小的方式。4.3轴承的润滑及密封4.3.1轴承的润滑轴承是非常重要的机械零件，一个数控车床如果要充分发挥其性能，这是非常有必要的，以确保有足够的润滑。也就是说，轴承可以完美运行的关键是良好的润滑，它可提高轴承的承载能力及使用寿命。润滑在轴承中起到的作用一般有以下几条：

（1）降低金属体之间的摩擦损失可以延长轴承寿命。（2）以产生薄膜，提高金属之间的接触面积，减少了产生的应力。（3）保证在高频率的轴承压力，工作能力长期运行，以延长其疲劳寿命。（4）除去由摩擦产生的热量和轴承面可以降低温度，防止烧毁轴承表面。

（5）起防尘、防锈、防蚀的作用[6]。因此，轴承要想正常运行，良好的润滑起着决定性的作用。轴承的润滑方法的设计一般包括：确定良好的润滑方法中，润滑剂的选择模式，润滑剂换油周期和果汁计数的计算量。根据所用可分为其润滑油，润滑脂和固体润滑三类润滑剂的类型轴承的润滑。润滑油润滑比其他更广泛的温度范围内，轴承向下更适合于高速和工作在高负荷条件;并且，由于油润滑设备维护和更换润滑油是非常简单和方便，所以现在厂家一般采用油润滑。油脂润滑的密封简洁，相对低的维护成本和润滑脂的成本低，在轴承的低速、中速、中温操作，从而常用。特别是最近的抗磨损添加剂，大大提高了油的润滑性能，从而使润滑脂更广泛的应用。如果油润滑和脂润滑的实际使用是不是我们需要的轴承润滑条件或不能满足特定的工作条件，那么我们可以用一种固体润滑剂，也可以提高轴承的润滑性能本身。4.3.2主轴部件的密封密封轴承是必不可少的。内部和外部的密封件不仅可以防止灰尘，水蒸汽和其它有害气体进入轴承，还能防止润滑剂的损失，并减少对环境的污染。当我们选择密封装置，它应该被认为润滑轴承哪种方式，密封线速度的部件的主要形式是由摩擦引起的密封温度的问题和上方面所需的成本数。轴承密封件，可被设置在支撑部的轴承上，但是也可以设置在轴承中。但不管其设置在哪一部分上，根据结构的密封装置，我们都可以把它分为非接触密封和接触式密封两类。1、非接触式密封

非接触式密封是使用一个小的间隙，以密封密封方法，基本上没有磨擦，从而使温度上升比较小，几乎没有磨损，通常使用的场合为高速旋转的情况。在主轴上或打开几个环形槽可以改善密封效果，因为如果用油脂润滑，那么环形槽可以保存油脂，以便在防止外部杂物的侵入中发挥了作用。有时我们的密封间隙有回流设计，使用这种密封方法也可用于油润滑。如果密封间隙，以提高密封效果加长，我们可以打开多层迷宫通道，即迷宫式密封结构。这种密封方法一般用于润滑脂润滑。和油脂填补了内部的通道，那么整体的密封效果会变得更好，可以有效防止外部灰尘或者湿气的进入。2、接触式密封

接触密封模式意味着除了一个压力到弹性环形密封件的压到滑动面。典型地，该接触密封件密封的密封性能比非接触密封性能较好，但这样会增加摩擦转矩，使温度上升变高。当毛毡密封件易于使用，主要用于脂润滑方式，这种方式可以防止灰尘的进入，但很难避免浸渍润滑油感觉和流出毛毡。以增强密封效果，我们主要是使用Z形横截面是润滑脂密封件也可以使用的GS形环来代替。安装密封进沟前，毛毡圈应在80℃的油中完全饱和。在接触密封最常见的密封施加唇形密封。通常密封唇接触压力是通过施加所述环形螺旋弹簧紧密地连接到轴，使得两个随后的摆动轴线，而且甚至更密封效果。当低速运转的时候，密封唇可以按照尺寸较大端面侧到另一侧。每当主轴的线速度超过12米/秒时，由于线之间的松配合到离心力和轴密封，开始一个事务所带来固定的。因此，当我们使用润滑脂润滑，被安装在轴承，它可以防止外部杂物进入轴承的内部的外侧环上;然后油润滑的选择，通常安装在轴承壳体内，从密封唇的轴承，它可以防止润滑油向外部的内部泄漏背向。3、组合密封

通常在灰尘，湿气，有害气体和其他不利的环境或润滑剂泄漏不能使用的场合，一般采用这种方式，这将实现更理想的密封效果都密封。4、密封轴承

非接触式密封轴承两种形式分为钢板冲压盖子和橡胶圈。钢板冲压盖密封间隙比较大，它只能用来防止灰尘进入;橡胶密封，然后密封差距相对较小，但在良好的防尘作用，或具有比钢板冲压盖的方式更好的密封性能。接触密封轴承密封件主要是橡胶，由密封唇棒橡胶密封件一起紧紧地贴在轴承的转动部件，使灰尘和水可以发挥作用。一般来说，我们通常是首选的结构简单，密封可靠，维修方便的密封轴承。考虑到经济效益以及使用维护方便，我在这次设计中使用了接触式密封的方式，并通过脂润滑的方式来进行轴承的润滑。轴承采用两对滚动轴承背靠背的配置形式。如图4-7所示：4-7轴承配置形式第5章技术经济分析5.1技术成本分析的目的与意义经济分析是一项技术指标，我们用它来提高我们的机床的经济效益，它具有良好的纪律性，能使技术得到进步。技术分析在技术科学和经济科学这两个领域都有不同之处，但是它们之间有一个十分密切的联系，如果技术经济是一个国家快速发展的重要条件，那么技术成本分析一定是技术进步的最重要的基础组成部分。他们之间缺一不可，相辅相成。通过使用成本计算资料及其他相关方面等，来分析构成的成本和成本的变化，研究各种因素及其原因在成本变化的长期过程中，技术经济的比重。最重要的部分是分析成本的用处，它的主要作用是什么，为什么要通过使用合理的经济分析，才能正确评价工作的计划，理解了分析成本的目的，才能对产品的经济效益有所了解，才能知道一个产品的是否能盈利。所以一个合格的成本分析能正确的分析出产品的成本的结果，也能分析出成本的用途，它能给人提供一个最终决定的依据，并且一定让人信服。5.2成本构成5.2.1非标准件外购费用设计中非标准件，如表5-1所示；非标准件的外购费用，如表5-2所示。表5-1非标准件统计序号名称材料数量净重（1法兰LY1212.52圈4510.9333轴4512.181表5-1（续）非标准件统计4套4550.1875轴40Cr136紧定螺钉4510.0067连接套4543.38法兰LY1211.59夹紧块4541.5111密封环尼龙10.0145钢重量：G1=23.353kg，合金钢重量：G2=3kg，尼龙1010件总净重：G3=0.01kg，LY12铝棒总净重：G4=4kg。现在市场上，45钢的价格为3400元/吨，合金钢的价格5850元/吨，尼龙1010的价格75000元/吨，LY12铝棒的价格28000元表5-2非标准件外购费用序号名称数量单价（元1轴承（232轴承213O12.16所以，合计非标准件外购总费用为98元。5.2.2标准件外购费用设计中标准件的费用，如表5-3所示。表5-3标准件外购费用统计序号名称规格数量单价（元1内六角圆柱螺钉M680.12内六角圆柱螺钉M880.13内六角圆柱螺钉M530.14内六圆柱头螺钉M880.15开槽内六角圆柱螺钉M1080.16螺母M61017螺母M102018圆柱销M6319弹簧垫圈1680.210O501311O4513标准件的外购件费用为44.1元。5.3成本计算依据根据设计时所有零件的数量，求出总加工费用，得出总成本。计算公式：零件成本材料费用毛坯的重量材料的利用率：,45钢为0.6~0.7，无缝钢管为0.6~0.7，合金钢为0.6~0.7，矩形钢管为0.6~0.7，尼龙1010为0.6~0.7，LY12铝棒为0.6~0.7。工时费：主要零件一般件=(1)材料费的计算由计算公式可得：45钢毛坯重量=23.353/0.65=35.93kgQUOTE45钢毛坯重量=10.18736/0.65=15.673Kg合金钢=3/0.65=4.62kg尼龙1010件=0.01/0.65=0.015kgQUOTE尼龙1010件=0.001/0.65=0.002KgLY12铝棒=4/0.65=6.15kgQUOTELY12铝棒=5.17/0.65=7.954Kg(2)工时费的计算主要零件：主要的工时费用=（122.162+27+172.2+3）×8=2594.896元QUOTE主要的工时费用=92.5×8=一般零件：一般的工时费用=（98+44.1）×4.5=639.45元QUOTE一般的工时费用=（18.18+29.3）×(3)热处理工时的费用热处理零件统计如表5-4所示：表5-4热处理零件统计序号名称材料热处理要求净重（1圈45表面镀锌0.9332法兰LY12涂灰色油漆0.8883夹紧块45发蓝3.7154连接套45表面镀锌3.35轴45调制2.5546套45发蓝0.032热处理的价格如下表5-5所示。表5-5目前热处理的价格序号名称单价（元1镀锌1.12涂油漆1.53发蓝14调制1.5计算可得热处理加工费用为13.93元。课题的总成本=材料费用+工