页数：97页文件大小：1.46 MB来源： 机械制造装备设计ppt课件
本课件可查阅主轴部件的旋转精度、刚度、抗振性、温升与耐磨性要求，主轴滚动轴承的类型、精度配合与润滑密封，主轴的结构与主要参数确定，支承件的结构设计与材料，滑动导轨与滚动导轨的类型及间隙调整，以及数控机床自动换刀装置的刀库形式与刀具选择方式。
一、主轴部件的基本要求
.旋转精度主轴作旋转运动时线速度为零的点的连线称为主轴的旋转中心线。
在理想状态下，该线即为主轴的几何中心线，其位置是不随时间而变化的。
由于制造和装配等误差的影响，主轴旋转时，该线的空间位置每时每刻都在发生着变化。
瞬时旋转中心线相对于理想旋转中心线在空间位置上的偏差，即主轴旋转时的瞬时误差（旋转误差），其范围就为主轴的旋转精度。
影响主轴组件刚度的主要因素
影响主轴部件温升和热变形的主要因素
影响耐磨性的主要因素
二、主轴轴承的选择与配置（一）滚动轴承
.主轴滚动轴承的类型
（1）双列圆柱滚子轴承滚子多，两列滚子交叉排列，旋转时刚度的变化较小。
内圈为1：12的锥孔，与主轴的锥形轴颈相配合。
轴向移动内圈，可把内圈胀大，以消除间隙或预紧，故该轴承的径向刚度较大。
双列圆柱滚子轴承只能承受径向载荷。
一般常和推力轴承配套使用，能承受较大的径向载荷和轴向载荷，适用于载荷和刚度较高、中等转速的主轴部件前支承上。
(2)角接触球轴承这种轴承多用于高速主轴，它既能承受径向载荷，又能承受轴向载荷。
常用的有7000C和7000AC两个系列，前者允许转速高，但轴向刚度较低，常用于高速、轻载的机床，如磨床或不承受轴向载荷的车、镗、铣床主轴后轴承；
后者轴向刚度较高，但径向刚度和允许转速略低，多用于车、镗、铣加工中心等机床主轴。
（3）双向推力角接触球轴承这种轴承的接触角α=60˚，由外圈
（4）双列圆锥滚子轴承有一个公用外圈和两个内圈，外圈的凸肩靠住箱体或主轴套筒的端面，实现轴向定位，用法兰压紧另一端面。
凸肩上还有缺口，插入螺钉防止外圈转动。
修磨中间隔套可以调整间隙或预紧。
既可承受径向载荷，又可承受双向轴向载荷，承载能力和刚度都较大，并且结构简单，适用于中低速、中等以上载荷的主轴部件前支承
.加梅（Gamet）轴承图g为H系列，用于前支承；
图h为P系列，用于后支承，配套使用。
这种轴承与一般圆锥滚子轴承的不同点是它的滚子制成中空的，转动时在离心力的作用下形成良好的循环润滑；
H系列的两列滚子数目差一个，改善了动态特性;P系列的外环上有弹簧（16-20个）1用9作预紧。
.主轴滚动轴承的配置型式主轴轴承的选择和配置取决于承受载荷的大小、方向及其性质，转速大小，精度高低等因素。
承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要依据。
载荷较大转速较高时，采用双列圆柱滚子轴承和接触角为60°的双向推力角接触球轴承组合。
转速为中、低速时，采用双列圆柱滚子轴承和推力球轴承或圆锥滚子轴承的组合。
载荷中等转速较高时，采用双列圆柱滚子轴承和角接触球轴承的组合或采用前后支承都是角接触球轴承的组合。
转速为中、低速时，可采用两个圆锥滚子轴承做前后支承轴承。
载荷较小转速较高时，可采用前后支承都是单列角接触球轴承的组合，如果要提高轴向刚度可每个支承并列两个轴承。
转速为中、低速时，可采用深沟球轴承和推力球轴承的组合。
Y=(D+d0)/23.滚动轴承的精度和配合a图表示前轴承有偏移δa时δa1=(L+a)δa/Lb图表示后轴承有偏移δb时δb1=aδb/L
.滚动轴承的精度和配合前轴承的精度对主轴旋转精度影响较大，因此，前轴承的精度通常应选的比后轴承高一级。
滚动轴承的内圈与轴颈、外圈与支撑孔的的配合必须适当，过松时受载后会出现松动，影响主轴部件的旋转精度和刚度、缩短轴承的使用寿命；
过紧则会使内外圈变形，同样会影响主轴部件的旋转精度、加速轴承的磨损、增加温升和热变形，也给装配带来困难。
.滚动轴承间隙的调整和预紧滚动轴承具有合适的间隙或过盈量，不仅能提高主轴组件的工作性能，而且还可以保证轴承有较长的寿命。
因此，主轴组件中应设有间隙调整机构，以保证主轴轴承保持合理的间隙或过盈量。
.滚动轴承的润滑与密封润滑的目的是减少摩擦与磨损、延长寿命，也起到冷却、吸振、防锈和降低噪声的作用。
通常，速度较低，工作负荷较大时用脂润滑，速度较高，负荷较小时用油润滑。
密封的作用是防止润滑油外漏，防止灰尘、屑么及水分侵入，减少磨损和腐蚀，保护环境。
密封分接触式和非接触式，前者有摩擦磨损，发热严重，用于低速主轴；
后者制成迷宫式和间歇式，发热很小，应用广泛。
（二）滑动轴承
1.液体动压滑动轴承O动压轴承依靠主轴以较高的转速旋转时，带着润滑油从间隙大处向间隙小处流动，形成压力油楔而将主轴浮起，产生压力油膜以承受载荷。
.液体静压轴承•优点：
承载能力高；
旋转精度高；
油膜有均化误差的作用，可提高加工精度；
抗振性好；
运转平稳；
既能在极低转速下工作，也能在极高转速下工作；
摩擦小，轴承寿命长。
•缺点：需要一套专用供油设备，轴承制造工艺复杂、成本较高。
三、主轴
.主轴的结构主轴一般为空心阶梯轴，前端径向尺寸大，中间径向尺寸逐渐减小，尾部径向尺寸最小。
主轴的前端型式取决于机床类型和安装夹具或刀具的型式。
主轴的形状和尺寸已经标准化，应遵照标准进行设计。
.主轴的材料和热处理
.主轴主要结构参数的确定•一般按机床类型、主轴传递的功率或最大加工直径，选取D1。车床和铣床后轴颈的直径D2：(
主轴部件的支承数目多数机床的主轴采用前、后两个支承。
这种方式结构简单，制造装配方便，容易保证精度。
为提高主轴部件的刚度，前后支承应消除间隙或预紧。
机床主轴采用三个支承，为提高刚度和抗振性。
三支承方式对三支承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。
三个支承中可以前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承；
也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。
在三支承主轴部件中，采用前、中支承为主要支承较多。
主轴传动件位置的合理布置
四、典型主轴部件
四、典型主轴部件
典型的主轴部件
四、典型主轴部件
支撑件及导轨一、支撑件支承件是设备的基础构件，包括床身、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等。
这些件一般都比较大，所以也称大件。
.支承件的功能
.支承件的功能支承和安装机器各部分零部件，并承受各种静态力（重力）及动态力（切削力）。
保证各零部件之间的相对位置精度和运动部件的运动精度。
用作电气箱或液压油、润滑油、切削液的储存器。
独立完成某些功能，如货架、托架、工作台等。
.支承件应满足的基本要求1)应具有足够的刚度和较高的刚度-质量比。
2)应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗(动刚度)和阻尼；
整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振；
不会因薄壁振动而产生噪声。
3)热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。
4)排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。
.支承件的结构设计支承件的性能对整个设备的性能影响较大，支承件的重量占设备总重的80%以上。
因此，应该正确进行支承件的结构设计，并对主要支承件进行必要的验算和试验，使支承件能满足它的基本要求，并在这个前提下尽量节约材料。
支承件的结构设计原则
合理选择支承件的截面形状和尺寸空心截面的惯性矩比实心的大。
设计支承件时总是使壁厚在工艺性好的前提下尽量薄一些。
方形截面的抗弯刚度比圆形的大，而抗扭刚度较低。
如果支承件所受的主要是弯矩，则截面形状为方形和矩形为佳。
承受单方向的弯矩为主的支承件，其截面形状常取为矩形。
不封闭的截面比封闭的截面刚度小得多，抗扭刚度更小。
支承件的截面应尽量做成封闭的形式。
典型的车床类床身工作时承受弯曲和扭转载荷，并且床身上需有较大空间排除大量切屑和冷却液。
镗床、龙门刨床等机床的床身主要承受弯曲载荷，由于切屑不需要从床身排除，所以顶面多采用封闭的，台面不太高，以便于工件的安装调整。
大型和重型机床的床身采用三道壁。
重型机床可采用双层壁结构床身，以便进一步提高刚度。
提高支承件的局部刚度
提高支承件的局部刚度图a所示为凸缘式，局部刚度较差；
图b和图c所示的形状都可提高局部刚度。
提高支承件的局部刚度合理配置加强筋是提高局部刚度的有效方法。
加强筋不是连接两壁，而是布置在某壁上，高度一般较小。
通过设置可减少局部变形，提高局部刚度。
加强筋的布置形式
支承件的材料
铸铁铸铁铸造性能好，可以铸造结构形状复杂的支承件，价格便宜，应用广泛。
如果导轨与支承件铸为一体，则铸铁的牌号根据导轨的要求选择。
如果导轨为镶装上去的，或者支承件上没有导轨，则一般可用HT100,HT150,HT200,HT250,HT300等，还可用球墨铸铁QT450-10,QT800-02等。
钢铸钢的弹性模量较大，强度大于铸铁，抗拉和抗压强度接近。
但铸钢的工艺性能不如铸铁。
一般情况下要用铸铁，只有在支承件强度高、刚度大且形状不复杂时才考虑用铸钢。
常用的材料有ZG200-400、ZG270-500等。
如果支承件由型钢和钢板焊接，则常用Q235钢或Q275钢。
非金属非金属材料主要有混凝土、天然岩石及陶瓷等。
混凝土的密度是钢的1/3，弹性模量是钢的1/10-1/15，其阻尼很大，刚度也较高，成本低，适用于受载面积大、抗振要求较高的支承件。
天然岩石及陶瓷支承件膨胀系数小，热稳定性能好，残余应力小，性能稳定，精度保持性好。
支承件的热处理支承件在铸造和焊接过程中所产生的残余应力，将使支承件产生蠕变，因此必须进行时效处理，以消除内应力。
二、导轨
（一）导轨的功用、分类和基本要求（二）滑动导轨（三）滚动导轨
（一）导轨的功用、分类和基本要求
.导轨的功用支承并引导运动部件，使之沿着一定的轨迹准确运动。
在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，固定不动的叫做支承导轨。
动导轨相对于支承导轨的运动，通常是直线运动或回转运动。
.导轨的分类1运动性质
.导轨的分类(2)摩擦性质滑动导轨液体静压导轨液体动压导轨混合摩擦导轨边界摩擦导轨滚动导轨(3)受力情况开式导轨闭式导轨
导轨的基本要求
（二）滑动导轨
.导轨的材料1对导轨材料的要求2常用导轨的材料3导轨副材料的选用
（1）对导轨材料的要求耐磨性好工艺性好成本低。
对于塑料镶装导轨的材料，还应保证：在温度升高和空气湿度增大时的尺寸稳定性；
不发生蠕变；
塑料的线膨胀系数应与铁接近。
（2）常用导轨的材料
.导轨的结构双三角形导轨导向性和精度保持性好，但由于过定位，加工、检验和维修都比较困难，因此多用于精度要求较高的设备，如单柱坐标镗床。
双矩形导轨它的承载能力较大，但导向性稍差，多用于普通精度的设备。
由一条导轨的两侧导向时，叫做窄式组合；
分别由两条导轨的外侧导向时，叫做宽式组合。
宽式组合导向性稍差，因此双矩形导轨窄式组合比宽式用得更多一些。
三角形和矩形导轨的组合它兼有导向性好、制造方便和刚度高的优点，应用最广，如磨床、龙门刨床等工作台导轨。
燕尾形导轨它是闭式导轨中接触面最少的一种结构，用一根镶条就可调节各接触面的间隙，如牛头刨床的滑枕。
矩形和燕尾形导轨的组合它具有调整方便和承受较大力矩的优点，多用于横梁、立柱等的导轨。
双圆柱导轨常用于只受轴向力的场合，如攻丝机和机械手等
导轨间隙的调整导轨结合面配合的松紧对设备的工作性能有很大的影响。
过紧不仅操作困难，而且磨损也快；
过松则影响运动精度，甚至会产生振动。
因此，必须对导轨间隙加以调整。
常用调整导轨间隙的装置有镶条和压板两种。
压板压板用于调整间隙并承受颠覆力矩.这种方法调节方便，但刚性比前两种差，因此多用于经常调节间隙和受力不大的场合。
镶条镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨面的企常接触。
镶条应放在导轨受力较小的一侧。
通常有平镶条和楔形镶条两种。
平镶条具有调整方便、制造容易等特点。
但图中所示的平镶条较薄，只在与螺钉接触的几个点受力，容易变形，刚度低。
楔形镶条的两个面分别与动导轨和支承导轨均匀接触，所以比平镶条刚度高，但加工稍困难。
楔形镶条的斜度为1:100-1:40，镶条越长斜度应越小，以免两端厚度相差太大。
导轨的验算导轨的设计应先参考同类型设备，初步确定导轨的结构型式和尺寸，然后再进行验算。
导轨的主要失效形式为磨损，而导轨的磨损又与导轨副表面的压强有密切关系，随着压强的增加，导轨的磨损量也增加。
验算滑动导轨，现阶段只能验算导轨的压强和压强分布。
压强大小直接影响导轨表面的耐磨性，压强的分布影响磨损的均匀性。
通过压强分布还可以判断是否应采用压板，即导轨应是开式还是闭式的。
自动换刀装置数控机床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置（简称ATC）。
它能够自动地更换加工中所用的刀具。
自动换刀装置包括贮存刀具的刀库，以及能够将刀具在刀库和主轴间进行交换的装置。
自动换刀装置应满足基本要求是：换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地面积小及安全可靠等。
一、自动换刀装置
的常见形式1、回转刀架
、动力刀架刀盘上既可以安装各种非动力辅助刀夹夹持刀具进行加工，也可以安装动力刀夹夹持刀具进行主动切削，完成横向钻孔及攻螺纹、端面钻孔及攻螺纹、铣平面、铣键槽、铣扁方等各种复杂工序，实现加工自动化、高效化。
、主轴与刀库合为一体的自动换刀装置这是带有旋转刀具的数控机床的一种比较简单的换刀方式。
这种主轴头实际上就是一个转塔刀库，如图所示。
主轴头有卧式和立式两种，通常用转塔的转位来更换主轴头，以实现自动换刀。
在转塔的各个主轴上，预先安装有各工序所需要的旋转刀具，当发出换刀指令时，各主轴头依次地转到加工位置，并接通主运动，使相应的主轴带动刀具旋转。
、主轴与刀库分离的自动换刀装置这种换刀装置由刀库、选刀机构、刀具交换机构及刀具在主轴上的自动装卸机构等四部分组成，应用最广泛。
带刀库的自动换刀系统,整个换刀过程比较复杂。
首先要把加工过程中要用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上,在机床外进行尺寸预调整后,插入刀库中。
换刀时根据选刀指令在刀库上选刀，由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换，然后将新刀具装入主轴，将用过的刀放回刀库。
主轴箱立柱机械手刀库主轴箱89主轴刀具工件刀库
二、刀库及刀具的选择方式
1、刀库
.刀具的选择方式根据数控装置发出的换刀指令，刀具交换装置从刀库中将所需的刀具转换到取刀位置，称为自动选刀。
自动选择刀具通常又有顺序选择和任意选择两种方式。
.刀具的选择方式（1）顺序选择刀具刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内。
每次换刀时，刀库按顺序转动一个刀座的位置，并取出所需要的刀具。
已经使用过的刀具可以放回到原来的刀座内，也可以按顺序放入下一个刀座内。
采用这种方式的刀库，不需要刀具识别装置，而且驱动控制也比较简单，可以直接由刀库的分度机构来实现。
因此刀具的顺序选择方式具有结构简单，工作可靠等优点。
但由于刀库中刀具在不同的工序中不能重复使用，因而必须相应地增加刀具的数量和刀库的容量，这样就降低了刀具和刀库的利用率。
此外，人工装刀操作必须十分谨慎，如果刀具在刀库中的顺序发生差错，将造成设备或质量事故。
（2）任意选择刀具这种方式是根据程序指令的要求来选择所需要的刀具，采用任意选择方式的自动换刀系统中必须有刀具识别装置。
刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可任意存放。
每把刀具（或刀座）都编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具（或刀座）都经过“刀具识别装置”接受识别。
当某把刀具的代码与数控指令的代码相符合时，该刀具就被选中，并将刀具送到换刀位置，等待机械手来抓取。
三、刀具交换装置
数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。
刀具的交换方式和它们的具体结构对机床的生产率和工作可靠性有着直接的影响。
刀具的交换方式很多，一般可分为以下两大类。
1无机械手换刀2机械手换刀
（1）无机械手换刀无机械手换刀，是由刀库和机床主轴的相对运动实现的刀具交换。
换刀时，必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不可能同时进行，因此，换刀时间长。
（2）机械手换刀由于刀库及刀具交换方式的不同，换刀机械手也有多种形式。
因为机械手换刀有很大的灵活性，而且还可以减少换刀时间，应用最为广泛。
1.两支承主轴部件中前后
轴承的精度对主轴部件旋转精度的影响是否相同？为什么？2.什么是支撑件的自身刚度、局部刚度和接触刚度？
下载地址：{{downurl}}
{{{a}}}
{{#b}}{{{b}}}
{{/b}} {{/title}} {{#nolog}}登陆注册
{{/nolog}} {{#djsx}}点我刷新
{{/djsx}} {{#gocz}} {{/gocz}} {{#ffqr}} {{/ffqr}}