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1、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目的。关键词: 数控车床 主轴 床身575
2、7AbstractAlong with mechanical manufacturing industry develop fast. On one hand, to raise the ratio of performance and increase the rigidity of machine and price of the teaching kind of small-sized machine tool of numerical control. On the other hand, to raise the rotate speed of the spindles.This p
3、rogram has carried out the design of the lathe bed ball-bearing nut of numerical control of turning machine CK6132 . In the design, we can not only choose unit motor for the CK6132 lathe, but also can choose the servo motor for the CK6132 lathe. The feed and drive parts with appropriate option the b
4、all thread shaft are also considerable important. At the same time, how to guarantee precision by the installation of feed and drive parts which has corresponding statement in this program.This design has solved the related problem of feed and drive parts basically. It can reach the requirement of t
5、he teaching kind of small-sized machine tool of numerical control .It also gets certain economy and reaches the purpose of this design.Key words: turning machine Spindle lathe bed 目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 数控机床简介11.2 课题意义及本文主要工作11.2.1 选题意义11.2.2 本文主要工作及结构2第2章 数控车床简介32.1 数控车床的结构特点32.1.1 工艺范围与分类32.1.2
6、 数控车床的特点与发展32.1.3 数控车床的组成42.2 数控车床的总体布局42.2.1 数控机床总体布局的概念42.2.2 数控车床布局的结构特点及影响布局的因素62.3 CK6132数控车床的总体布局9第3章 主传动系统的设计103.1 主传动系统变速方式103.2 主运动功率的确定123.2.1 切削用量的选择123.2.2 车削时切削力的计算133.2.3 主传动中电机的功率和型号的确定143.3 皮带轮的设计计算15第4章 主轴部件设计184.1 主轴主要参数的计算184.1.1 车削时切削力的计算184.1.2 主轴内径184.1.3 主轴前端悬伸量a确定194.1.4 主轴跨距
7、的确定204.1.5 主轴的刚度计算254.2 主轴轴承的选择264.2.1 轴承的选型264.2.2 角接触球轴承274.3 轴承间隙调整和预紧284.4 主轴组件的润滑和密封294.4.1 主轴滚动轴承的润滑294.4.2 主轴组件的密封30第5章 进给驱动部件设计325.1 进给驱动部件传动功率的计算325.1.1 数控机床进给传动系统要求325.1.2 计算进给部件传动功率的相关公式及原理335.1.3 进给驱动部件的功率和扭矩的计算355.2 滚珠丝杠副的型号395.3 滚珠丝杠副轴承的选用40第6章 导轨、导轨架及床身的设计416.1 导轨的设计416.1.1 滑动导轨的类型416
8、.1.2 滑动导轨的间隙调整机构436.1.3 滑动导轨的润滑436.2 导轨架的设计436.2.1 导轨架结构的基本要求436.2.2 CK6132数控车床导轨架的结构446.3 床身的设计45结 论46致 谢47参考文献48CONTENTSAbstractIChapter 1 Introduction11.1 CNC machine tools Introduction11.2 Subject of the meaning and this paper11.2.1 The topics of significance11.2.2 In this paper, the work and st
9、ructure2Chapter 2 CNC lathe Introduction32.1 The structural characteristics of CNC lathes32.1.1 Process Scope and Classification32.1.2 CNC lathe features and development32.1.3 CNC lathes composition42.2 CNC lathe overall layout42.2.1 CNC machine tools the overall layout of the concept of42.2.2 CNC l
10、athes layout of the structural features62.3 CK6132 CNC lathe, the overall layout of9Chapter 3 The main transmission103.1 The main drive system of variable speed way103.2 The main sports power123.2.1 The choice of cutting parameters123.2.2 The main drive motor power and models133.2.3 The main drive m
11、otor power and models143.3 Pulley design calculations15Chapter 4 of the spindle assembly design184.1 Spindle main parameters of the calculation of184.1.1 Turning cutting force calculation184.1.2 Spindle inner diameter of184.1.3 The front spindle overhang a Make sure194.1.4 Spindle span to determine
12、the204.1.5 Spindle stiffness calculation254.2 Spindle bearing selection264.2.1 Bearing Selection264.2.2 The angular contact ball bearing274.3 Bearing clearance adjustment and preload284.4 Spindle components, lubrication and sealing294.4.1 Spindle lubrication of rolling bearings294.4.2 The sealing of
13、 the spindle components30Chapter 5 The feed drive unit design325.1 Feed the calculation of the transmission power of drive components325.1.1 The CNC machine tool feed drive system requirements325.1.2 The calculation of feed formulas and principles of the parts of the transmission power335.1.3 Into t
14、he calculation of power and torque of the drive components355.2 Ball screw models395.3 Ball screw bearings40Chapter 6 Rails, rail frame and bed of the design416.1 Guide the design416.1.1 Types of sliding rails416.1.2 The slide rails gap adjusting mechanism436.1.3 Sliding rail lubrication436.2 Rail f
15、rame design436.2.1 The basic requirements of rail structure436.2.2 CK6132 CNC lathe rail frame structure446.3 Body design45Summary46Thanks47References48 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
16、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。1.2 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
17、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、
18、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。1.2.2 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
19、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。第2章 数控车床简介2.1 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
20、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：1. 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。2. 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
21、，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。3. 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。4. 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。5. 由于数控机床
22、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许多。6. 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。7. 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
23、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）、伺服驱动及位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几部分组成。2.2 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，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：1. 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。2.
24、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，提高传动精度和传动效率。3. 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4. 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5. 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
25、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。6. 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。7. 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。8. 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。2.2.2 数控车床布局的结构特点
26、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
27、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。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(1) 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
28、；当工件直径小于mm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。(2) 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。(3) 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
29、、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、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 b)直立床身-直立滑板 c)平床身-平滑板 d)前斜床身-平滑板 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
30、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采用平床身平滑板式。2.3 CK6132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
31、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 主传动系统的设计3.1 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：1.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
32、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）2.一级带传动变速方式。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）3.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
33、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）一级带传动变速方式 (c) 调速电机直接驱动方式图3-1主传动系统变速方式3.2 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、进给量、背吃刀量.。因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
34、系：1. 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、均保持线性关系，其中任一参数增大，都可使生产率提高。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。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。2. 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、。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，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。3. 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.，
35、相应的降低、，使粗糙的毛坯表面在一次吃刀中切除。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，并适当降低；对于精加工，增大进给量将增大加 工表面粗糙度值。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
36、硬质合金车刀纵车削外圆的切削速度可选取刀具材料为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BH为1625、工件直径为40mm、ap=2mm时进给量f=0.5mm/r。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 （3-1）式中 系数 车刀的耐用度 3.2.2 车削时切削力的计算根据参考41058页表14-2切削力的计算N N N 式中 系数3.2.3 主传动中电机的功率和型号的确定查阅参考6可以知道主电动机功率的计算式即： (kW) （3-2）式中 主传动电动机的功率，单位为kW;
37、切削功率，单位为kW； 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：(kW ) （3-3）所以机床的切削功率为： kW 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
38、可以查得V带的传动效率，因此主运动电机的功率为：kW （3-4）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
39、成本和电源容量。3.3 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. 确定计算功率由参考8表5-8查得工作情况系数，故 计算功率:kW2. 根据和选胶带型别为：A型3. 确定带轮的基准直径并验算带速 选小带轮直径mm 则大带轮直径mm 验算带速： m/s （3-5）4. 确定V带的中心距和基准长度 初定中心距mm 由公式计算带所需的基准长度 mm （3-6） 选带的基准长度mm 计算实际中心距 mm5. 验算小带轮包角 6. 计算带的概数 单根V带传递的功率 mm mm r/min查表得 kW单根胶带传递功率的增量：kW 计算V带的根数 查表得， kW （3-7） 胶带根数：
40、取根。7. 计算单根V带的初始拉力的最小值 : N （3-8） 应使带的实际初拉力 8. 作用在轴上的力 N （3-9） 带轮宽：mm第4章 主轴部件设计4.1 主轴主要参数的计算主轴的主要参数是：主轴前端直径，主轴内径。主轴悬伸量和主轴支撑跨距。4.1.1 车削时切削力的计算表4-1主轴（按电机功率）（mm）：主电机功率（kW）1.42.523.635.557.37.411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
41、渐减小的。前轴颈直径大于后轴直径。对于车、铣床一般，由上表可取mm。因此可知由式子后端直径mm圆整后mm 4.1.2 主轴内径主轴内孔径与机床类型有关，主要用来通过棒料、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
42、本身刚度K正比于抗弯断面惯性矩由式子可知取孔径的直径极限为此时若孔径再大，刚度急剧下降根据推荐值 取 mm 主轴的内径为50 mm4.1.3 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 材料的弹性模量轴惯性距前刚度值 后刚度值处选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精密车床、自动车床用滚动轴承支承，适用高精度和普通精度要
43、求0.61.5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用于绝大部分普通生产要求1.252.5取 ，mm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（）。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最优值。主轴支承跨距是指主轴前-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，而前者与支承跨距有关。 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，主轴端部位移由两部分组成 式中 刚性支承（假定支承不变形）上弹性主轴端部的位移。 弹性支承上刚性主轴（假定主轴不变形）端部的位移。1. 刚性支承上弹性主轴端部的位移根据两支撑点梁和悬臂梁的挠度公式，可得： = +=（mm）式中 主轴材料的