机械制造装备设计之3——典型部件设计-哈工大(威海)黄博教学文案.ppt

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1、机械制造装备设计哈尔滨工业大学(威海)机器人研究所山东省现代数字化医疗装备高校重点实验室黄博本课程主要讲述内容机械制造装备及制造业动态机械制造装备设计方法金属切削机床设计典型部件设计工业机器人设计机床夹具设计物流系统设计机械加工生产线总体设计4.1典型部件设计——主轴部件设计1、旋转精度旋转精度指主轴装配后,在空载、低速转动状态下,安装刀具或工件的主轴部位的径向跳动和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。2、刚度受主轴的尺寸和形状,滚动轴承的类型、数量、预紧和配置形式,传动件的布置方式,主轴组件的制造精度和装配质量等因素影响。4.1典型部件设计——主轴部件设计主轴的

2、结构取决于主轴上安装的刀具、夹具、工件、传动件、轴承的类型、数量、位置和安装定位方法。主轴前端形式取决于机床的类型和安装夹具或刀具的形式。通用机床已有标准化的形式。主轴整体结构空心阶梯轴,外径从前端到尾部逐渐减小。4.1典型部件设计——主轴部件设计主轴的选材依据:载荷类型、耐磨性、热处理方法。(1)普通机床主轴采用45#或60#优质结构钢。在主轴支承轴颈及装卡刀具的定位基面进行局部高频淬火,提高耐磨性,硬度为50~55HRC。(2)精密、大载荷、有冲击的机床主轴采用中碳或低碳合金钢,如40Cr,20Cr。进行高频淬火或渗碳淬火,提高耐磨性,硬度52~65HRC。(3)主轴材料的攻关点怎样减小高

3、速、高效、高精密机床主轴的热变形、振动。已诞生的新型材料有玻璃陶瓷材料。主轴的技术要求:①主轴前后轴承轴颈的同轴度,②锥孔相对于前后轴颈中心连接线的径向跳动,③定心轴颈及其定位轴肩相对于前后轴颈中心线径向和轴向跳动等。4.1典型部件设计——主轴部件设计主轴的传动形式(1)齿轮传动轮齿的啮合传动,结构简单、紧凑;能传递较大的扭矩,适应变转速、变载荷工作。不足:线速度需<12~15m/s,且不如带传动平稳。(2)带传动靠摩擦力传递动力。结构简单,皮带有弹性可吸振,传动平稳,噪声小;过载时打滑,具有过载保护作用。适用于中心距较大的两轴间传动。不足:传动速比不够准确。4.1典型部件设计——主轴部件设计

4、主轴的传动形式(3)同步齿形带传动通过带上的齿与带轮上的轮齿传递传动此传动无相对滑动,传动比大且准确,传动精度高;可传递较大动力,传动平稳;不需特别张紧,对轴和轴承压力小,传动效率高;不需润滑,耐腐蚀,耐高温。可达50m/s;传动比可达1:10不足:制造工艺复杂,安装条件高。(4)电动机直接驱动对于转速小于3000r/min的主轴,采用异步电动机和联轴器直接驱动主轴。如高速内圆磨床的磨头。对于转速小于8000r/min的轴,采用变频调速电动机直接驱动。4.1典型部件设计——主轴部件设计主轴部件结构设计之1——支承数目1)前、后两个支承结构简单,制造方便,应用广泛。为提高刚度,前后支承应消除间隙

5、或预紧。2)三个支承①前、后支承为主要支承,中间支承为辅助支承;②前、中支承为主要支承,后支承为辅助支承。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。要求“主”支承应该消除间隙或预紧,“辅助”支承应保留一定的径向间隙或选用较大游隙的轴承。以免发生干涉,恶化主轴的工作性能,使空载功率大幅度上升和轴承温升过高。4.1典型部件设计——主轴部件设计主轴部件结构设计之2——主轴轴向定位为使主轴具有足够的轴向刚度和轴向位置精度,推力轴承在主轴前后支承的配置形式。它影响主轴的刚度、热变形方向和大小。①前端配置(前端定位)指推力轴承布置在前支承处。该配置在前支承处轴承较多,发热大,温升高,但主轴受热

6、后向后伸长,不影响轴向精度,精度高。用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。②后端配置(后端定位)推力轴承布置在后支承处。主轴前支承处轴承较少,发热少,温升低;但主轴受热后向前伸长,影响轴向精度。常用于轴向精度要求不高的普通机床,如立铣、多刀车床。4.1典型部件设计——主轴部件设计主轴部件结构设计之2——主轴轴向定位为使主轴具有足够的轴向刚度和轴向位置精度,推力轴承在主轴前后支承的配置形式。它影响主轴的刚度、热变形方向和大小。③两端配置(两端定位)推力轴承布置在前后两个支承处。主轴受热伸长后,影响主轴轴承的轴向间隙。故需采用弹簧消除间隙和补偿热变形。常用于较短主轴或轴向间隙变化不影响

7、正常工作的机床。如组合机床主轴。④中间配置两个方向的推力轴承布置在前支承后侧。可减少主轴的悬升量,并使主轴受热膨胀后向后伸长,但前支承结构较复杂,温升也可能较高4.1典型部件设计——主轴部件设计主轴部件结构设计之3——主轴传动件轴向布置布置原则应使由传动力引起的主轴弯曲变形小,引起主轴前端在影响加工精度的敏感方向上的位移小。方法传动件轴向布置尽量靠近前支承;最大传动件应靠近前端。传动件在前支承内侧

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