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主轴最佳跨距的选择主轴组件的跨距L是指前、后两个支承点间的距离 见图4 1中的L。根据参考文献 书中提到组件的支承由于受到结构的限制 实际的大于最佳 且用传统方式计算理想L

2022-07-10 作者:火狐体育官网   来源:火狐体育官方网站app

  主轴最佳跨距的选择主轴组件的跨距L是指前、后两个支承点间的距离 见图4 1中的L。根据参考文献 书中提到主轴组件的支承跨距由于受到结构的限制 实际的支承跨距大于最佳跨距 且用传统方式计算理想支承跨距L 既费时 又不准确。在此用一种经验公式 K—刚度值其下限值250N D—主轴平均外径mmd—主轴平均

  主轴最佳跨距的选择主轴组件的跨距L是指前、后两个支承点间的距离 见图4 1中的L。根据参考文献 书中提到主轴组件的支承跨距由于受到结构的限制 实际的支承跨距大于最佳跨距 且用传统方式计算理想支承跨距L 既费时 又不准确。在此用一种经验公式 K—刚度值其下限值250N D—主轴平均外径mmd—主轴平均内径 即中空轴平均内径mm l—主轴轴承支承跨距mm 本课题研究是中小铣削加工中心 属于一般机床所以选择K 350N 50l 得出l 360mm 根据本文设计要求 结合电机的转子长度L 320mm选取跨距L 360mm。由上述尺寸 得出轴的总长为 2030mmLL总轴承跨距悬伸量a后支承宽度B 所以轴总长 mmL0 主轴上零件定位轴上零件的定位是为了防止其在受力的情况发生相对运动 除了特殊要求外 轴上的都必须有轴向和径向的定位。常用的轴上定位零件有轴肩、挡圈、套筒、轴承端盖和螺母等。 根据参考文献 可知高速电主轴上由于转速的提高 所以对轴上零件的动平衡要求高。轴承与主轴不宜采用螺纹联接 电动机转子与主轴也不宜采用键联接 而普遍采用阶梯过盈联接。一般用热套法进行安装 用注入压力油的方法进行拆卸 14安装向心轴承的轴公差带本文选择轴承与轴的配合公差 为H7k6 轴与电主轴电机的配合公差参考超同步科技有限公司带衬套的转子配合公差 选择H7 r6。 主轴刚度校核根据参考文献 对于加工中心的主轴主要进行刚度验证如果刚度能满足使用要求 也就能够满足强度使用要求。本论文主要研究中小型铣削加工中心机床 速度要求不够 在此主要验证主轴的刚度。 1主轴的扭转刚度校核对于主轴的扭转变形 常用每米轴长的扭转角来表示 单位为 m。对于一般传动的轴可取 对于精密传动轴可取 对于阶梯轴圆轴扭转角的计算公式为 4115 7310ziiipiTlLGI 、长度和极惯性矩 L—阶梯轴受扭矩作用的长度G—轴的材料的剪切弹性模量aP 对于钢材G 108Paz—阶梯轴受扭矩作用的轴段数 计算轴的扭矩T 1000rmin代人公式 5716251000PTn 计算阶梯各段的1ziiipiTlI把扭矩T、式 、各段轴外径id和长度il代入求和公式得计算过程略 58 8z1 ipiiiIlT 计算阶梯轴的扭转角 101701017 0101 836058 81073 52584 从上述计算可以看出 所以主轴的扭转刚度符合要求。 2主轴刚度验算参考文献 2可知主轴单元的径向刚度K轴一般计算公式如下1A2B ZSFFK —主轴挠度Nm1A —前轴承折算后的变形m 2A —后轴承的折算变形m 由本文第四节轴承选择得出主轴端受到17905N的切削力 如图3 主轴受力简图前轴承的变形为1r 02m和后轴承的变形2r 7m折算后 mA 15 51 mA 38 0360807 12 由于id 5d所以采用 22441790 538080 F—作用力Nl—两轴承的跨距 d—为直径把以上数据代入式 后得出主轴单元刚度K轴1790 2178N 31图为SKF公司的样本同类型的的主轴组件的径向刚度值。查出当量直径为80mm的径向刚度值为200N 。所以上述数据表明本文设计的电主轴满足刚度使用要求。11 轴承配置形式主轴转速特性常用mnd值衡量 目前加工中心的mnd值范围在80万 350万之间 加工中心主轴常用6种轴承配置形式 11 轴承配置如图所示 轴承配置 高速角接触球轴承2列DT 高速角接触球轴承2列DT 特点该轴承配置适用于高速旋转主轴 虽然刚度略低 但在高速及温升性能方面较好。 该轴承配置mnd值 采用油气润滑mnd可达到350万 采用油脂润滑mnd可达到200万。 轴承配置如图所示 轴承配置 前端 高速角接触球轴承2列 DB 后端 高速单列圆柱滚子轴承。 特点 该轴承配置 定位预紧方式下可对应高速旋转 相比主轴式 其径向及轴向刚度高。考虑到主轴的热膨胀 在右侧可采用轴向滑动性良好的圆柱滚子轴承。 该轴承配置mnd值 采用油气润滑mnd可达到250万 采用油脂润滑mnd可达到150万。 轴承配置如图所示 轴承配置 前端 高速角接触球轴承4列 DBB 后端 高速圆柱滚子轴承。 特点 该轴承配置 相比主轴式 其高速性能较弱 但径向刚性较好。 12 该轴承配置mnd值 采用油气润滑mnd可达到220万 采用油脂润滑mnd可达到130万。 轴承配置如图所示 轴承配置 前端 高速单列圆柱滚子轴承 角接触球轴承2列 DB 后端 高速单列圆柱滚子轴承 11 特点该轴承配置 相比主轴式 具有同等的旋转性能 同时在FRONT侧装有圆柱滚子轴承 提高径向刚性 轴向刚性较 是一种可进行高速重切削的配置。该轴承配置mnd值 采用油气润滑mnd可达到220万 采用油脂润滑mnd可达到130万。 轴承配置如图所示 轴承配置 前端 高速角接触球轴承3列 DBD 后端 高速单列圆柱滚子轴承。 特点 该轴承配置 相比主轴式 其高速性能弱 但径向刚性好 相比主轴 高速性及刚性都弱。该轴承配置mnd值 采用油气润滑mnd可达到180万 采用油脂润滑mnd可达到120万。 轴承配置如图所示 轴承配置 前端 高刚度双列圆柱滚子轴承、高刚度双列角接触球轴承3列 DB 后端 高速双列圆柱滚子轴承。 特点 该轴承配置 高速性较弱 但径向刚性最好 是具有高刚度的主轴配置。 该轴承配置mnd值 采用油气润滑mnd可达到100万 采用油脂润滑mnd可达到80万。 考虑到本课题研究的电主轴用于中小型加工中心的铣削加工 对刚度要求不高 13散热要求好。所以 轴承配置形式最符合本设计要求 高速角接触球轴承2列DT 高速角接触球轴承2列DT 轴承型号选择在数控机床上主轴轴承常用的有滚动轴承和滑动轴承 本课题初选滚动轴承。滚动轴承根据滚动体的结构分为角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承三大类。本课题初选前侧轴承 双列 DT 高速角接触球轴承型号为7018C 后侧轴承 双列 DT 高速角接触球轴承型号为7014C 其参数如下表4。 轴承的型号和参数型号 7018C DT 7014C DT 轴承内径 mm 90 70 轴承外径 mm 140 110 轴承宽度 mm 48 40 脂润滑转速 min5700 7300 油润滑转速 min7500 9700 基本额定载荷 kN Cr 116 C0r138 3轴承精度轴承的精度不但影响主轴组件的旋转精度 而且也影响刚度和抗振性。主轴轴承中 前、后轴承的精度对主轴旋转精度的影响具有不同。所以在选择轴承精度时 不但要根据所选机床的精度等级 还要分别考虑前、后的精度等级。根据参考文献 3和结合本课题设计要求初步选定前轴承的精度等级为P4 SP 4轴承刚度计算根据中小型加工中心加工参数和实际工程的应用 一般在使用φ80刀具时 主轴的基本转速n为1000rpm。根据此数据计算出轴上受到作用力 也就是切削力ZF由于在加工中心在铣削过程中收到径向力远远大于轴向力所以在计算轴承刚度时 只要计算径向刚度 主轴受力图 如图3 参数14 由式1000nd 和60000ZCFP 可以求出切削力ZF d为最大刀具直径 把数据代入得 1000100080 minm33 251 主轴最大输出功率 暂时不考虑效率 主轴输出的最大功率为7 5kW。把数据代入 251 337 560000ZF NFZ51790 前轴承支承反力1F和后轴承支承反力2F NF37 05 17901 NF87 3975 179037 21882 由点接触的轴承的刚度公式 5cosrrFQiz 230 436cosrbQrd 2531 18 cosrrrbrdFKFdizd 公式中字母代表的意义 径向变形rQ—单个滚动体的径向载荷 rK 径向刚度 bd 滚珠的球径 iz、 接触角rF 径向载荷。 根据前面计算的力NF27 21881 NF87 3972 。由《现代数控机床》 7查出i2、1z 20、2z 19 1bd 14 288、2bd 12 303所选轴承型号角接触球轴C系列的 15的数据代入上述公式 前轴承的刚度和变形1rK 431 76Nm 1r 02m后轴承的刚度和变形 2rK 216 44Nm 2r 7m15 刀具自动夹紧原理在加工中心中 为了能实现刀具在主轴上的自动夹紧 所以主轴必须设计一个自动夹紧装置。其结构如图5 1为加工中心电主轴结构装配图所示 本课题刀柄采用7 24的大锥度锥柄 大锥度锥柄有定心更准确、方便等优点。它的工作过程 当按下换到按钮后 拉杆缸推动拉杆28 克服了蝶形弹簧29的弹力 将拉杆推向主轴锥孔 32 这时钢球33就从拉杆外两边退出拉钉头就不受钢球的束缚 拉杆28再继续下移 拉杆推动刀具从主轴锥孔推出 装上新的刀具后 按拉刀缸复位按钮 蝶形弹簧29恢复弹力拉杆28从 32 4的孔返回到 27的孔内 当进入到一定阶段后 拉杆带动拉钉头夹紧 在刀柄和主轴锥孔完全到位后新刀具就被定位 换刀过程结束。 在换刀过程中 旧刀具取下来新刀具未装上之前 在拉杆28中心孔通入压缩空气 把切削或异物吹干净 以保证刀具的装夹精度。这个过程就叫做刀具自动装卸和切削清除。 加工中心电主轴结构组装图1、3、9、20、23—内六角螺钉 2、12、25—密封圈 4、30—轴承端盖 5、22调整垫片 7、24—双列角接触球轴承8—箱体前盖 10、13、18、19—套筒 11、31—挡油环 14、15、16—电机的冷却水套、定子、转子 17—冷却水接头 21—箱体后盖 26—主轴 27—圆螺母 28—拉杆 29—蝶形弹簧 32—箱体 33—钢珠 34—拉钉 16 拉杆的尺寸确定及其校核本论文选取4个 6mm的钢球。钢球所在锥孔要保证在 27mm孔内钢球可以夹紧刀具 也要保证在 32 4mm孔内钢球不会脱离锥孔刀具也能从拉杆拔出来。从参考资料中 拉杆的材料选取45号优质碳素结构钢 查得性能参数为600bMPa 355sMPa 140MPa 由上述整个自动夹紧原理设计出拉杆的结构简图 如图5 对拉杆的尺寸说明根据主轴端面设计中提到拉杆孔 21mm 所以选定拉杆的外径为 20mm 拉杆内孔为 6mm 拉杆的长度为430mm。 其刚度校核为22 4DdA 将拉杆的外径D20mm 得22859Amm FA 其中F为拉杆拉力根据参考文献 查一般拉杆的拉力为10000N把其代入公式得35MPa SSS是最小安全系数 将355sMPa代入得 236MPa 由此看出aMP35远远小于 236MPa 故拉杆的刚度满足要求。 锥孔与钢球接触部分的挤压强度校核pFA


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