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加工中心主轴产品分析
1、主轴组件零件分析
一套完整的主轴组件离不开以下零件:端面键、刀柄、拉钉、主轴前端盖、拉杆、拉刀爪、前端轴承、主轴、隔环、主轴套、同步皮带和皮带轮、密封件、蝶形弹簧、拉刀气缸、撞块、行程开关、冷却系统、浮动退刀装置及紧固件。
端面键、刀具、刀柄、拉钉、拉刀爪、轴承、同步皮带和皮带轮、蝶形弹簧、拉刀气缸、行程开关、紧固件已经标准化,所以主轴需要自己独立设计的就只有主轴前端盖、拉杆、主轴、隔环、主轴套、同步带轮内孔和结构可根据需要特制、撞块、冷却系统的布局,浮动退刀装置(其实就是一种卸荷装置。
(3)拉钉:GB10945.1-2006-T自动换刀用 7:24 圆锥工具柄部
-40、45和50号柄用拉钉 第1部分:尺寸及机械性能 GB/T 10945.2-2006自动换刀用7:24圆锥工具柄部。
(5)轴承:经查阅大量主轴相关资料及前面已介绍,主轴轴承采用的是角接触球轴承或双列圆柱滚子轴承(用于大中型卧式加工中心主轴和强力切削机床主轴),主轴轴承主轴采用轴承的内径为60,65,70(用于BT40型号),80,100(用于BT50型号)mm,台湾几家专业主轴厂家的主轴前轴承采用的德国FAG公司的高精度精密主轴轴承或(NSK)轴承或SKF轴承,且前后轴承精度等级都为P4级。
(6)同步皮带和皮带轮
(7)蝶形弹簧
(8)拉刀气缸
(9)行程开关
2、主轴:
1、主轴主要尺寸参数:主轴的主要尺寸参数包括:主轴的直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适用范围.主轴材料的选择主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素确定。
(1).主轴直径 主轴直径越大,其刚度越高,但使得轴承和轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承的直径越大,同等级精度轴承公差值就越大,要保证主轴的旋转精度就越困难。同时极限转速下降。主轴前支承轴颈的直径可根据主轴电动机功率初步选择。主轴后端支承轴颈的直径可以是0.7~0.8倍前支承轴颈值,实际尺寸要在主轴组件结构设计时确定。前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高,工艺性能也越好。
通过查阅相关资料,了解到BT40主轴的轴径为60—110,因为经对很多主轴公司样本查阅,发现大部分主轴采用轴承的内径为60,65,70(用于BT40型号),80,100(用于BT50型号)mm,而轴承是装在主轴上面的,考虑到轴肩结构,所以可推知主轴直径范围为55-110mm,具体数值可根据主轴型号确定。
(2).主轴内孔直径 主轴的内孔直径用于通过刀具夹紧装置固定刀具、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也越轻。主轴孔径的大小主要受主轴刚度的制约。
主轴直径确定了,根据以上要求可知主轴内孔直径一般为30—55mm。
(3).前悬伸a 主轴前支承点至主轴前端的距离a称为主轴的前端伸。主轴的前悬伸长度与主轴前端结构的形状尺寸,前轴承的类型、组合方式和轴承的润滑与密封有关,主轴的前悬伸长度对主轴的刚度影响较轴前悬伸长度越短,其刚度越高。因此,在进行结构设计时,应尽量缩短悬伸量为 a的取值范围为70—100mm,该值取多少,需经过理论和试验考证,所以只能考虑一个范围,该值是在BT40型号中的参数值,具体是多少可以根据结构在该范围内调整。
(4).主轴的支承跨距 l 主轴前支承点至主轴后支撑点之间的距离称为跨距l,主轴组件的支承跨距对主轴本身刚度和对支承刚度有很大的影响。
主轴直径、内孔直径、悬伸长度及支承跨度
3、主轴的材料及热处理
评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适用范围。主轴材料的选择主要根据刚度、载荷特点、耐磨性、热处理变形大小等因素确定。主轴的刚度与材料的弹性模量E有关,钢的E值较大,所以主轴材料首先考虑钢料。值得注意的是不论是普通钢或合金钢,其弹性模量基本相同。因此在选择钢料时应首先选用价格便宜的中碳钢(如45钢),只有在载荷特别重和有较大的冲击时,或者精密机床主轴需要减小热处理后的变形时,或者轴向移动的主轴需要保证其耐磨性时,才考虑用合金钢。国内加工中心主轴常用的材料及热处理。
主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转精度。主轴、轴承等零件相连接处的表面几何形状误差和表面粗糙度,关系到接触刚度。零件接触表面形状越准确,表面粗糙度越小,则受力后的接触变形愈小,亦即接触刚度愈高。因此,对主轴设计必须提出一定的技术要求,它主要包括主轴各配件表面的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、表面硬度等内容,并应在主轴零件图上标注准确、合理。
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