以臥式加工中心主軸設(shè)計為例，詳細(xì)闡述主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及理論計算。通過機(jī)床樣機(jī)測試，驗證主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、設(shè)計計算過程正確。

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一、引言文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3662.html

作為機(jī)床核心部件，主軸的工作性能對機(jī)床有直接影響，主軸設(shè)計主要考慮以下幾個方面：剛度、精度穩(wěn)定性、回轉(zhuǎn)精度、抗振和熱變形等方面。
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二、結(jié)構(gòu)設(shè)計文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3662.html

開發(fā)臥式加工中心確定的主軸具體參數(shù)是：主軸錐孔型號No.7:24ISO50，主軸變檔3檔，主軸轉(zhuǎn)速范圍20rpm～4000rpm，主電機(jī)功率30KW，主軸最大軸向抗力20000N，主軸前軸承直徑Ф140mm，主軸結(jié)構(gòu)采用了日本公司高精度和高剛性的組合軸承，回轉(zhuǎn)精度高、剛性好，可保證主軸加工精度。主軸最大扭矩2246Nm。文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3662.html

主軸箱內(nèi)的齒輪傳動機(jī)構(gòu)具有增大扭矩作用。動力由主軸伺服電機(jī)通過電機(jī)軸的齒輪嚙合，將運動傳給中間軸。solidworks教程網(wǎng)m.66kg.cn?中間軸上通過三位油缸推動滑移齒輪實現(xiàn)自動3檔變速，傳動檔次由滑移齒輪所處的位置確定，最后由中間軸傳給主軸。主軸箱結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3662.html

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圖1 主軸箱展開圖文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3662.html

主軸是由前面3組高精度角接觸球軸承和后面一個滾珠軸承支承。主軸軸承的潤滑為脂潤，主軸有冷卻循環(huán)系統(tǒng)，solidworks教程網(wǎng)m.66kg.cn??控制主軸溫升。拉刀機(jī)構(gòu)是由碟形彈簧及液壓油缸組成的，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸的ISO50錐孔后，由主軸內(nèi)部的刀具夾緊裝置進(jìn)行夾緊。當(dāng)?shù)毒唛_始夾緊時，夾緊裝置的拉刀爪夾住刀柄后部的螺栓，靠碟簧彈力使刀具拉緊。刀具松開時是通過文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3662.html

主軸后部的液壓油缸壓縮碟形彈簧，使夾緊裝置的彈性夾頭張開，并借助推桿將刀具推出。文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3662.html

該臥式加工中心主軸電機(jī)根據(jù)計算得到，選擇FANUCα30/6000i型號，根據(jù)電機(jī)的特性曲線，通過計算，可以得到主軸驅(qū)動系統(tǒng)特性曲線。

三、理論計算

1．傳動比計算

主軸箱有3檔齒輪變速，其各檔減速比按如下公式計算。

低檔減速比：

高檔減速比：

2．主軸性能參數(shù)計

圖2 主電機(jī)功率扭矩圖

功率扭矩圖上主軸各個性能參數(shù)確定，主軸轉(zhuǎn)速范圍：20rpm～4000rpm，計算如下：

為了能充分發(fā)揮電機(jī)各階段的性能，在適合的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行機(jī)械換擋，能夠得到最優(yōu)的功率扭矩曲線，solidworks教程網(wǎng)m.66kg.cn??機(jī)械檔數(shù)為高，中，低3檔，主電機(jī)轉(zhuǎn)速：低檔：20rpm～478rpm；中

檔:479rpm～1188rpm；高檔：1189rpm～4000rpm。換擋速度計算公式如下：