xk714型數控銑床主軸箱的設計及主軸加工工藝(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ：（1）、二級以上齒輪變速系統； （2）、一級帶傳動方式；（3）、調速電動機直接驅動方式。如下圖所示：圖 主軸傳動鏈 分析傳動方案 （1）、二級以上齒輪變速系統 變速裝置多采用齒輪變速結構。通常使用滑移齒輪實現二級變速的主傳動系統。滑移齒輪的移位大都采用液壓驅動。因為數控銑床使用可調無機變速交流、直流電動機，所以經齒輪變速后，實現分段無級變速，調速范圍增加。其優點是能夠滿足各種切削運動的轉矩輸出，且具有大范圍調速的能力。但由于結構復雜，需要增加潤滑及溫度控制裝置，成本較高。此外，制造和維修也比較難。 （2）、一級帶傳動方式 目前多采用帶傳動方式傳動裝置，帶傳動的優點是結構簡單，安裝方便，且在一定條件下能滿足轉速和轉矩的輸出要求。但系統的調速范圍受電動機調速范圍的約束。這種傳動方式可以避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲，適用于低轉矩特性要求的主軸。（3）、調速電動機直接驅動方式 其優點是結構緊湊，占用空間小，轉換頻率高，但是主軸轉速的變化及轉矩的輸出和電動機的輸出特性完全一致，電動機的發熱對主軸的精度影響大，因而使用受到限制。 綜上所述，xk714數控銑床主軸箱采用交流調速電動機直接驅動方式，即主軸為內裝電動機式主軸（電主軸）,。此傳動方案的特點：結構緊湊、效率高、使用壽命長。電機不會與箱體發生干涉。圖 xk714型主軸箱三維圖第3章 電動機的選擇 電動機的選擇因為XK714數控銑床采用電主軸，選用一般的電動機達不到要求，所以對電動機進行改造設計。設計要求主軸連續工作輸出功率為11kW，30min過載工作時，最大輸出功率為15kW。主軸轉速為454500r/min。所以主軸電動機初步采用交流變頻調速電動機。本方案采用的交流變頻調速電動機是由YR180L4型電動機改造而來的。電動機的轉子設計在主軸上，定子設計在主軸箱內，采用變頻器進行無級調速。這樣的電動機改造方案基本滿足XK714數控銑床主軸電動機的要求。另外，由于電動機運轉時產生的熱量易使主軸發生熱變形，所以在定子上設計冷卻管進行控制電動機的溫度。使主軸以高速運轉時，都能處于熱平衡。 電動機的輸出特性通常情況下，無級調速電動機的計算轉速為=1500r/min,為恒功率區，為恒轉矩區。如圖 ：圖 電動機的最大輸出扭矩為：① 過載時： （1）=② 連續工作時： 由于主軸就是電動機轉子的鐵芯，所以主軸的轉速和輸出扭矩都與電動機的相同。即30min過載時。連續工作時。 電動機的優缺點電動機的轉子直接安裝在主軸上，減小了中間轉動裝置部件，進而減小了主軸箱的占用空間，提高了轉換頻率和傳動效率。主軸轉速的變化及轉矩的輸出特性和電動機的完全一致，電動機的發熱對主軸的精度影響大。[2]第4章 主軸的設計 選材XK714數控銑床主軸采用電主軸。在高速、高溫條件下工作，必須具有良好的高溫力學性能，常用40CrNi、38CrMoALA等合金結構鋼。[4] 所以電主軸初選40CrNi合金調質鋼。40CrNi合金調質鋼的力學參數為：強度極限 =980Mpa，屈服極限=785MPa，彎曲疲勞極限=500Mpa，扭切應力=80Mpa,材料和承載常數C=100。 主軸主要結構參數的確定主軸的主要結構參數有：主軸前、后軸頸和，主軸內徑直徑d,主軸前端懸伸量a和主軸主要支承間的跨距L。這些參數直接影響主軸旋轉精度和主軸剛度。 主軸前軸頸的選取一般按機床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑（）選取。銑床的直徑≈（）。表 Xk714型數控銑床的無級調速電動機的最大輸出功率為15kW,： （2）所以查上表得=100mm, ===85mm,但由于主軸內孔太大，對主軸剛度有影響，故=95mm。 主軸內徑孔直徑d的確定很多機床的主軸是空心的，內徑與其用途有關。而XK714數控銑床主軸內孔用于拉桿來拉緊刀桿。為了不過多地削弱主軸的剛度，主軸孔徑可比刀具拉桿直徑大510mm。主軸內孔直徑在一定范圍內對主軸剛度影響很小，若超出此范圍側能使主軸剛度急劇下降。由材料力學可知，剛度K正比于截面慣性距I，它與直徑之間有下列關系，即 （3），所以由上式得：即 d=36mm式中 ，——空心主軸的剛度和截面慣性矩； K，I—實心主軸的剛度和截面慣性矩。一般，對剛度影響不大；若＞，將剛度急劇下降。 主軸前段懸伸量a的確定主軸前端懸伸量a是指主軸前端面到前軸頸向支反力作用中點的距離。它主要取決于主軸端部的結構、前支承軸配置和密封裝置的形式和尺寸，由結構設計確定。由于前端懸伸量對主軸部件的剛度、抗振性的影響大，因此在滿足結構要求的前提下，設計時應盡量宿短該懸伸量。在本設計中，主軸前端懸伸量a由套杯的壁厚，主軸蓋的壁厚e以及懸伸部分構成。由設計好的軸承套杯得壁厚=20mm,主軸的壁厚e=20mm, 初選25mm。所以 a =+ e + （4）=20+20+25=65mm 主軸主要支承跨距L的確定合理確定主軸主要支承間的跨距L，是獲得主軸部件最大剛度的重要條件之一。支承跨距過小，主軸的彎矩變形固然較小，但因支承變形引起主軸端的位移量增大，反之，支承跨距過大，支承變形引起主軸前軸端的位移量盡管減小了，但主軸的彎矩變形和支承變形引起主軸端較大的位移。一般最（2︿）a (5)但由于結構上的原因，主軸主要支承間的實際跨距L往往大于最佳跨距。 在本設計中，主軸主要支承的跨距L由無級變頻調速電動機的轉子的中心高h,定位環的長度所確定。由已設計好的電動機可知h=210mm, =25mm。 所以 L = h + 2 (6)=210+225=260mm綜上所述，主軸總長由前主軸前段懸伸量a, 后主軸前段懸伸量a1,軸套，前軸承寬度B，后軸承寬度B1，主軸主要支承跨距L構成。即 = a + a1 + + 3B + 2B1 + L (7) = 65+65+40+324+224+260 =520mm圖 主軸總體尺寸 電主軸的強度及剛度校核計算(1)強度校核計算 （7）====切應力，與小于許用切應力，說明軸的扭轉強度符合要求。（2）剛度校核計算= （8）==9665===6446= （9）==rad==rad =rad由此得軸的總扭矩角為=+ （10）=+=radAB段的扭轉角變化率為 BC段的扭矩角變化率為AC段總的扭轉角變化率為由此可見，該軸的扭轉剛度符合要求。