機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造--變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套圖紙】

《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造--變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套圖紙】》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造--變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套圖紙】（53頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、編編 號號 無錫太湖學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（論論文文） 題目：題目： 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 信機(jī) 系系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專專 業(yè)業(yè) 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠誠 信信 承承 諾諾 書書 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改 造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成 果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致

2、謝的 內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫 的成果作品。 班 級： 機(jī)械 97 學(xué) 號： 0923822 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無錫太湖學(xué)院 信機(jī)信機(jī) 系系 機(jī)械工程及自動(dòng)化機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)專業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)論論 文文 任任 務(wù)務(wù) 書書 一一、題目及專題題目及專題： 1、題目 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造 、專題 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 二二、課題來源及選題依據(jù)課題來源及選題依據(jù) 課題來源為無錫某機(jī)械有限公司。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)是為了培養(yǎng)學(xué)生 開發(fā)和創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品的能力，要求學(xué)生能夠結(jié)合普通鉆床加工特性， 針對實(shí)際使用過程中存在的問題，綜合所學(xué)的機(jī)械理

3、論設(shè)計(jì)與方法， 對單軸普通鉆床根據(jù)多工位加工要求進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效 率的目的。 在設(shè)計(jì)傳動(dòng)件時(shí)，在滿足產(chǎn)品工作要求的情況下，應(yīng)盡可能多的 采用標(biāo)準(zhǔn)件，提高其互換性要求，以減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本。 三三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 該部件工作時(shí)，能運(yùn)轉(zhuǎn)正常； 擬定工作機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案，并進(jìn)行多方案對比分 析； II 當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸入功率時(shí)，對主要工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析； 設(shè)計(jì)基于多工位加工的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1 張； 設(shè)計(jì)繪制零件工作圖若干； 編制設(shè)計(jì)說明書 1 份。 四、接受任務(wù)學(xué)生四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī) 械97 班班 姓名姓名 沈 宇

4、五、開始及完成日期五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 7 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）：六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學(xué)科組組長 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 年年 月月 日日 III 摘摘 要要 隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)控加工已成為機(jī)加工過程中的一種主 流技術(shù)。這一技術(shù)的運(yùn)用提高了機(jī)加工過程中工作效率和加工精度。數(shù)控多工 位鉆床就是提高鉆削加工精度和效率的一種很好的機(jī)加工工具。本文對數(shù)控多 工位鉆床進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用了普通車床設(shè)計(jì)的步驟和

5、方法，綜合考慮數(shù)控機(jī)床 的特點(diǎn)。從切削力入手確定主軸及電機(jī)，到整個(gè)機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)床的控制。 最后到對機(jī)床初始化程序設(shè)計(jì)。本文完成數(shù)控多工位鉆床的資料收集與國、內(nèi) 外現(xiàn)狀的調(diào)查比較，提出較為可行的方案;完成機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與電氣 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，初步完成控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是關(guān)于將普通鉆床改 造為多工位加工鉆床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。普通鉆床為單軸機(jī)床，且工件安裝后需要進(jìn) 行反復(fù)調(diào)整，工件上有相互位置要求的各表面間的位置精度就會(huì)受到很多因素 的影響，通過設(shè)計(jì)改造成快速主軸、移動(dòng)工作臺和具有一定回轉(zhuǎn)精度的能實(shí)現(xiàn) 多工位加工的鉆床后，能大大地縮短加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。因此本設(shè)計(jì)主 要從鉆床的主

6、軸箱設(shè)計(jì)、移動(dòng)工作臺設(shè)計(jì)及工作臺的回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)幾個(gè)方面，對普 通鉆床進(jìn)行一定的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)多工位加工，以符合現(xiàn)代機(jī)械加工的要求。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：多工位鉆床；生產(chǎn)效率；主軸箱 IV Abstract With the manufacturing development, numerical control manufacturing has become one of the major advanced technologies. efficiency and accuracy has been improved in application of the technology. Numeric

7、al control auto-drilling machine is a kind of the new machine tools that can improve the machining accuracy and efficiency. The paner has designed for Numerical control auto-drilling machine, using design method of the ordinary lathe, and considering the characteristic of the numerical control machi

8、ne tools synthetically. cutting force has been calculated, the structural and the control system has been designed. Finally, the software routine has been explored.This paner has finished completed a investigation of internal and external of current situation for numerical control multistage-drillin

9、g machine, and compared it, put forward a feasible scheme; completed the mechanical structural design an calculated and designed the electric control system, and finished the software and hardware of the control system tentatively.The design is about reconstructing the ordinary drill to carry out mu

10、ltiple position drill. The ordinary drill is a single drill. The machining accuracy of the work-piece will be affected by the mount. Because the exact position of work-piece will be affected by the adjustment. It will promote its productive efficiency, shorten its processing time through the design

11、of the rapid spindle, moving and evolution worktable. Hereby, the keystone of this design paper is how to design the rapid spindle, moving and evolution worktable. Key words: multiple drill; productive efficiency; multiple spindle heads V 目錄目錄 摘 要III AbstractIV 目錄.V 1 緒論1 1.1 鉆床的工藝范圍1 1.2 鉆床的類型.1 1.

12、2.1 臺式鉆床1 1.2.2 立式鉆床1 1.2.3 搖臂鉆床2 1.3 鉆削加工的特點(diǎn)2 1.3.1 多軸加工的特點(diǎn)3 1.3.1 多工位加工的特點(diǎn)3 1.4 論文研究的內(nèi)容及意義3 1.5 本文所做的工作3 2 機(jī)械傳動(dòng)方案確定4 2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容分析4 2.2 機(jī)械傳動(dòng)方案的選擇4 2.2.1 總體傳動(dòng)方案選擇4 2.2.2 總體傳動(dòng)方案確定5 3 主軸傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)7 3.1 切削力的計(jì)算7 3.1.1 機(jī)床工況要求7 3.1.2 切削力和切削扭矩的計(jì)算7 3.2 主軸齒輪傳動(dòng)方案確定9 3.2.1 設(shè)定齒輪傳動(dòng)方案9 3.2.2 主軸傳動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算10 4 工作臺縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1

13、8 4.1 工作臺縱向進(jìn)給負(fù)載分析及計(jì)算18 4.1.1 摩擦阻力計(jì)算18 4.1.2 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算18 4.1.3 絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算19 4.1.4 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算19 4.1.5 起動(dòng)慣性阻力矩的計(jì)算19 4.1.6 步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算19 4.2 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)選擇19 4.3 縱向進(jìn)給滾珠絲杠的選擇與校核19 4.3.1 承載能力的校核19 VI 4.3.2 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算20 4.3.3 剛度驗(yàn)算20 4.4 滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21 4.4.1 移動(dòng)導(dǎo)軌的分析21 4.4.2 移動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)選21 4.4.3 移動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算22 4.5 縱向進(jìn)給軸承的選擇2

14、5 5 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)25 5.1 橫向進(jìn)給負(fù)載分析及計(jì)算.25 5.1.1 摩擦阻力的計(jì)算25 5.1.2 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算25 5.1.3 絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算26 5.1.4 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算26 5.1.5 起動(dòng)慣性阻力矩的計(jì)算27 5.1.6 步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算27 5.2 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)選擇27 5.3 橫向進(jìn)給滾珠絲杠的選擇與校核27 5.3.1 承載能力的校核27 5.3.2 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算27 5.3.3 剛度驗(yàn)算28 5.4 滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28 5.4.1 移動(dòng)導(dǎo)軌的分析28 5.4.2 移動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)選29 5.4.3 移動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算29 5.

15、5 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)軸承的選擇.31 6 回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31 6.1 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算31 6.1.1 初選d1/a值31 6.1.2 中心距計(jì)算31 6.2 傳動(dòng)基本尺寸的確定32 6.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的校核計(jì)算32 6.3.1 蝸輪按齒面接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算32 6.3.2 輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算34 6.3.3 蝸桿軸繞度驗(yàn)算34 6.3.4 溫度計(jì)算35 6.3.5 潤滑油粘度和潤滑方法35 6.3.6 花鍵的選擇35 結(jié)論與展望36 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)37 VII 致 謝38 參考文獻(xiàn)39 VIII 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 1 緒論緒論 隨著時(shí)代的發(fā)展，作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)

16、志之一的金屬切削機(jī)床 得到了更多的研究和發(fā)展，而隨著在機(jī)加工中廣泛投入使用這種機(jī)床，更是促 進(jìn)了傳統(tǒng)的機(jī)械加工行業(yè)的高速發(fā)展。由于多工位加工機(jī)床極大地提高了加工 精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度，受到了生產(chǎn)商的廣泛歡迎。而多工位機(jī)床則因其 一次裝夾能進(jìn)行多工位的加工。在某種程度上，更是大大的提高了機(jī)加工的加 工效率，很適合工件的批量生產(chǎn)。 1.1 鉆床的工藝范圍鉆床的工藝范圍 鉆床類機(jī)床屬孔加工機(jī)床，一般用于加工直徑不大、精度要求不高的孔。 其主要加工方法是用鉆頭在實(shí)心材料上鉆孔，此外還可在原有孔的基礎(chǔ)上擴(kuò)孔、 鉸孔、锪平面、攻螺紋等加工。如圖 1.1 所示。 1.2 鉆床的類型鉆床的類型 鉆床的主要

17、類型有臺式鉆床、立式鉆床、搖 臂鉆床、深孔鉆床等。在鉆床上加工時(shí)，工件固 定不動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)是刀具（主軸）旋轉(zhuǎn)，刀具沿軸 向的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 1.2.1 臺式鉆床臺式鉆床 臺式鉆床實(shí)質(zhì)上是加工小孔的立式鉆床，簡 稱臺鉆，其鉆孔直徑一般在 16mm 以下。主要用 于小型零件上各種小孔的加工。臺鉆的自動(dòng)化程 度較低，通常采用手動(dòng)進(jìn)給，但其結(jié)構(gòu)簡單，小 巧靈活，使用方便。其結(jié)構(gòu)圖見圖 1.2 所示。 1.2.2 立式鉆床立式鉆床 圖 1.3 所示是立式鉆床的外形。其特點(diǎn)為主軸軸線垂直布置，且位置固定。 主軸箱 3 中裝有主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸部件以及操縱機(jī)構(gòu)等。 主軸箱固定不動(dòng)，用移動(dòng)工

18、件的方法使刀具旋轉(zhuǎn)中心線與被加工孔的中心線重 圖 1.1 鉆床的加工 方法 1-工作臺 2-進(jìn)給手柄 3-主軸 4-皮帶罩 5-電 動(dòng)機(jī) 6-主軸箱 7-立柱 8-底座 圖 1.2 臺式鉆床 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 合，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由主軸隨主軸套筒在主軸箱中作直線移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。利用裝在主軸 箱上的進(jìn)給操縱機(jī)構(gòu) 5，可以使主軸實(shí)現(xiàn)手動(dòng)快速升降、手動(dòng)進(jìn)給以及接通或 斷開機(jī)動(dòng)進(jìn)給。被加工工件可直接或通過夾具安裝在工作臺 2 上。工作臺和主 軸箱都裝在方形立柱 4 的垂直導(dǎo)軌上，可上下調(diào)整位置，以適應(yīng)加工不同高度 的工件。適用于中小型工件孔的加工，且加工孔數(shù)不宜過多。 1.2.3 搖臂鉆床搖臂鉆床 對

19、于一些大而重的工件，因移動(dòng)費(fèi)力，找正困難，不便于在立式鉆床上進(jìn) 行加工，這時(shí)希望工件固定不動(dòng)而移動(dòng)主軸，使主軸中心對準(zhǔn)被加工孔的中心， 這樣便產(chǎn)生了搖臂鉆床，如圖 1.4 所示為搖臂鉆床的外形。它的主軸箱裝在搖 臂 3 上，可沿?fù)u臂的導(dǎo)軌水平移動(dòng)，而搖臂 3 又可繞立柱 2 的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，因而 可以方便地調(diào)整主軸的坐標(biāo)位置，使主軸旋轉(zhuǎn)軸線與被加工孔的中心線重合， 此外，搖臂 3 還可沿立柱升降，以便于加工不同高度的工件。為保證機(jī)床在加 工時(shí)有足夠的剛度，并使主軸在鉆孔時(shí)保持準(zhǔn)確的位置，搖臂鉆床具有立柱、 搖臂及主軸箱的夾緊機(jī)構(gòu)，當(dāng)主軸位置調(diào)整完畢后，可以迅速地將它們夾緊。 底座 1 上的工作臺

20、5 可用于安裝尺寸不大的工件，如果工件尺寸很大，可將其 直接安裝在底座上，甚至就放在地面上進(jìn)行加工。搖臂鉆床適用于單件和中、 小批量生產(chǎn)中加工大、中型零件。 1.3 鉆削加工的特點(diǎn)鉆削加工的特點(diǎn) 據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過全部工作時(shí)間的 15%。其余時(shí)間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測量 以及清除鐵 屑等等。使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高 85%，但購置費(fèi)用大。某些情況下，即使生 產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短 1-底座 2-立柱 3-搖臂 4-主軸箱 5-工作臺 圖 1.4 搖臂鉆床 1-底座 2-工作臺 3-主軸箱 4-立柱 5

21、-進(jìn)給操縱機(jī)構(gòu) 圖 1.3 立式鉆床 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 加工時(shí)間。不同的加工方法有不同的特點(diǎn)，就鉆削加工而言，多工位加工是一 種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。 1.3.1 多軸加工的特點(diǎn)多軸加工的特點(diǎn) 多軸加工是在一次進(jìn)給中同時(shí)加工許多孔或同時(shí)在許多相同或不同工件上 各加工一個(gè)孔。這不僅縮短切削時(shí)間，提高精度，減少裝夾或定位時(shí)間，并且 在數(shù)控機(jī)床中不必計(jì)算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè) 備進(jìn)行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機(jī)床心及自動(dòng)更 換主軸箱機(jī)床。甚至可以通過二個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控 工作臺縱橫二個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，

22、加工各種圓形或橢圓形孔組的一個(gè)或幾個(gè)工序。 1.3.1 多工位加工的特點(diǎn)多工位加工的特點(diǎn) 多工位加工示意圖如圖 1.5 所示。 它利用機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺，使工 在六個(gè)工位上依次進(jìn)行裝卸工件、預(yù)鉆孔、鉆孔、擴(kuò)孔、粗鉸和精鉸工作。 它實(shí)現(xiàn)了減少工件的安裝次數(shù)、提高零件各表面間相互位置精度及提高生產(chǎn)效 率等目的，相對普通鉆床而言，它具有高速、高效、高精度等特點(diǎn)。這種加工 方式常采用多工位夾具或多軸（或多工位）機(jī)床，使工件在一次安裝后先后經(jīng) 過若干個(gè)不同位置順次進(jìn)行加工。 1.4 論文研究的內(nèi)容及意義論文研究的內(nèi)容及意義 本文根據(jù)設(shè)計(jì)老師的要求，主要設(shè)計(jì)出基于齒輪傳動(dòng)的單軸、快速移動(dòng)回 轉(zhuǎn)式工作臺以實(shí)現(xiàn)

23、不同位置的順次加工，達(dá)到高效、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度等目的， 并可通過后期的改進(jìn)設(shè)計(jì)能使鉆削加工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的數(shù)控加工。同時(shí)采用多工 位加工則更為縮短了裝夾時(shí)間等輔助時(shí)間，使生產(chǎn)率得到更大的提高等。后期 還可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再通過 PLC 控制，達(dá)到高效率、高 精度、低成本等特點(diǎn)。對機(jī)械加工行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)的意義。 1.5 本文所做的工作本文所做的工作 1）完成數(shù)控多工位鉆床的資料收集與國、內(nèi)外現(xiàn)狀的調(diào)查比較，提出較為 可行的方案； 2）完成鉆床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及裝配與關(guān)鍵零部件的相應(yīng)圖紙； 工位 1裝卸工件 工位 2預(yù)鉆孔 工位 3鉆 孔 工位 4擴(kuò)孔 工位 5粗鉸 工位

24、6精 鉸 圖 1.5 多工位加工 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 機(jī)械機(jī)械傳動(dòng)方案確定傳動(dòng)方案確定 經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計(jì)給出的題目要求和數(shù)據(jù):要設(shè)計(jì)加工工件的最大直徑為 10mm，工作行程為 30030070 的數(shù)孔多工位鉆床。根據(jù)這一特點(diǎn)表明要設(shè) 計(jì)的機(jī)床是一臺中小型的鉆床，而且是用于一般的機(jī)加工中。所以設(shè)計(jì)這樣的 機(jī)床考慮其經(jīng)濟(jì)性、合理性應(yīng)該是最為重要的和成為設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想！ 2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容分析設(shè)計(jì)內(nèi)容分析 閱讀相關(guān)機(jī)床資料和機(jī)床的市場調(diào)查，選擇合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)很重要。傳統(tǒng) 的機(jī)床結(jié)構(gòu)包括立式、臥式兩大類。立式機(jī)床的主軸定位多數(shù)是相同的，它的 優(yōu)點(diǎn)在于：機(jī)床小巧、占地空間小、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。適合于工作

25、單一加工工件較小 及加工尺寸小的場合。而臥式機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)及主軸箱布局可為單面懸掛主軸 箱和主軸箱位于立柱對面內(nèi)。后者的優(yōu)點(diǎn)在于：主軸箱的自重不會(huì)使立柱產(chǎn)生 彎曲變形，相同的切削力所引起的立柱的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形均大為減小。這樣就 相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。故要是采用對機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為臥式結(jié)構(gòu)的話就應(yīng) 該選用主軸箱位于立柱內(nèi)的布局形式。然而一般的臥式機(jī)床的加工尺寸都很大， 對于我們要設(shè)計(jì)的機(jī)床加工零件的尺寸是很小的：僅為最大加工為 10mm 的 孔。從經(jīng)濟(jì)的角度上來說：我們設(shè)計(jì)的機(jī)床采用立式的結(jié)構(gòu)更為節(jié)省空間，節(jié) 省材料。同時(shí)機(jī)床看上去更為小巧，然而完全可以達(dá)到要求加工范圍的要求。 包括此類機(jī)床的其

26、它特點(diǎn)都很滿足我們要設(shè)計(jì)機(jī)床的要求。 而另一個(gè)問題則為，機(jī)床是否采用多軸，多軸鉆床可分為可調(diào)式和固定式 兩種規(guī)格，可調(diào)式多軸鉆床在其加工范圍內(nèi)，其主軸的數(shù)量、主軸間的距離， 相對可以任意調(diào)整，一次進(jìn)給同時(shí)加工數(shù)孔。在其配合液壓機(jī)床工作時(shí)，可 自動(dòng)進(jìn)行快進(jìn)、工進(jìn)（工退）、快退、停止 .同單軸鉆（攻絲）比較，工件加 工精度高、工效快，可有效的節(jié)約投資方的人力、物力、財(cái)力。尤其機(jī)床的 自動(dòng)化大大減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。固定式多軸鉆床采用單件（加工件）專 機(jī)的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)其加工件加工頻率高、量大之原因，專門量身定制一件 一機(jī)的設(shè)備，在其工作中勿須擔(dān)心尺寸跑偏而傷腦筋，更是可以針對客戶的 要求進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)

27、計(jì)。而對于大多數(shù)金屬加工機(jī)床來說，數(shù)控進(jìn)給復(fù)合運(yùn)動(dòng)的 加工，是以直線軸加上回轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，而數(shù)控回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)與制造， 更是衍生了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，這種既能作為數(shù)控回轉(zhuǎn)軸，同時(shí)也起著承載工 件重量、夾持工件的功能，有著進(jìn)給分度和實(shí)現(xiàn)工作臺圓周方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 的作用。相比于前者，這種機(jī)床無疑比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 2.2 機(jī)械傳動(dòng)方案的選擇機(jī)械傳動(dòng)方案的選擇 2.2.1 總體傳動(dòng)方案選擇總體傳動(dòng)方案選擇 通過對幾種鉆床結(jié)構(gòu)的了解和認(rèn)識，結(jié)合論文題目的要求，確定設(shè)計(jì)一種 基于機(jī)械傳動(dòng)的立式多工位加工的鉆床。該機(jī)構(gòu)應(yīng)能達(dá)到達(dá)到高效、提高工件 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 加工精度、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度

28、等目的。 機(jī)械傳動(dòng)方式種類很多，由于在加工中需要機(jī)床具有一定的移動(dòng)精度和回 轉(zhuǎn)精度，因此，本文進(jìn)行多工位鉆床的設(shè)計(jì)主要是采用封閉的齒輪傳動(dòng)方式。 在所有的機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)應(yīng)用最廣，可用來傳遞相對位置不遠(yuǎn)的兩 軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。齒輪傳動(dòng)是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng) 的機(jī)械傳動(dòng)。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)、相交軸圓錐齒輪 傳動(dòng)和交錯(cuò)軸螺旋齒輪傳動(dòng)。其具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長等特點(diǎn)。 1）根據(jù)兩軸的相對位置和輪齒的方向，可分為以下類型： 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)、人字齒輪傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)、交錯(cuò) 軸斜齒輪傳動(dòng)等。 2）根據(jù)齒輪的工作條件，可分為： 開式齒輪

29、傳動(dòng)式齒輪傳動(dòng)、半開式齒輪傳動(dòng)、閉式齒輪傳動(dòng)等。 齒輪傳動(dòng)部分方式如圖 2.1 所示。 2.2.2 總體傳動(dòng)方案確定總體傳動(dòng)方案確定 由上面分析可知，本文傳動(dòng)方式主要在如圖 2-1 中所列幾種方式中進(jìn)行選 擇。現(xiàn)對以上幾種齒輪傳動(dòng)方式進(jìn)行分析比較，最終確定適合于多工位加工的 齒輪傳動(dòng)方式。 1）圓柱齒輪傳動(dòng) 用于平行軸間的傳動(dòng)，一般傳動(dòng)比單級可到 8，最大 20，兩級可到 45，最 大 60，三級可到 200，最大 300。傳遞功率可到 10 萬千瓦，轉(zhuǎn)速可到 10 萬轉(zhuǎn) 分，圓周速度可到 300 米/秒。單級效率為 0.960.99。直齒輪傳動(dòng)適用于中、 低速傳動(dòng)。斜齒輪傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，適用于

30、中、高速傳動(dòng)。人字齒輪傳動(dòng)適用于 傳遞大功率和大轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)。圓柱齒輪傳動(dòng)的嚙合形式有 3 種：外嚙合齒輪傳 動(dòng)，由兩個(gè)外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相反；內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，由一個(gè)內(nèi)齒輪 和一個(gè)小的外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相同；齒輪齒條傳動(dòng)，可將齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng) 變?yōu)辇X條的直線移動(dòng)，或者相反。 2）蝸輪蝸桿傳動(dòng) 交錯(cuò)軸傳動(dòng)的主要形式，軸線交錯(cuò)角一般為 90。蝸桿傳動(dòng)可獲得很大的 傳動(dòng)比，通常單級為 880，用于傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá) 1500；傳遞功率可達(dá) 4500 千 瓦；蝸桿的轉(zhuǎn)速可到 3 萬轉(zhuǎn)分；圓周速度可到 70 米秒。蝸桿傳動(dòng)工作平穩(wěn)， 傳動(dòng)比準(zhǔn)確，可以自鎖，但自鎖時(shí)傳動(dòng)效率低于 0.5。蝸桿傳動(dòng)齒面間滑動(dòng)

31、較大,發(fā) 熱量較多，傳動(dòng)效率低，通常為 0.450.97。 圖 2.1 齒輪傳動(dòng)方式簡圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 3）行星齒輪傳動(dòng) 具有動(dòng)軸線的齒輪傳動(dòng)。行星齒輪傳動(dòng)類型很多，不同類型的性能相差很 大，根據(jù)工作條件合理地選擇類型是非常重要的。常用的是由太陽輪、行星輪、 內(nèi)齒輪和行星架組成的普通行星傳動(dòng)、少齒差行星齒輪傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)和 諧波傳動(dòng)等。行星齒輪傳動(dòng)一般是由平行軸齒輪組合而成，具有尺寸小、重量 輕的特點(diǎn)，輸入軸和輸出軸可在同一直線上。其應(yīng)用愈來愈廣泛。 通過以上分析，結(jié)合機(jī)床實(shí)際加工要求，現(xiàn)確定機(jī)床傳動(dòng)方案為：工作臺 的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，而工作臺縱向和橫向運(yùn)動(dòng)采用滾球

32、絲桿進(jìn)行傳 動(dòng)。 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 3 主軸傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)主軸傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 由于電機(jī)工作時(shí)，其負(fù)載阻力有切削力、摩察阻力、慣性力，所以只有在 這些阻力被克服，才能正常啟動(dòng)及運(yùn)行。因此要對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)及 計(jì)算。 3.1 切削力的計(jì)算切削力的計(jì)算 3.1.1 機(jī)床工況要求機(jī)床工況要求 要求加工的最大孔為 d0=10mm,刀具為高速鋼麻花鉆（以磨損） 。工件材料 為 45 井鋼（b=0.638GPa） ；灰鑄鐵 190HBS。加工精度為：IT8IT10 級以下孔 粗加工。 3.1.2 切削力和切削扭矩的計(jì)算切削力和切削扭矩的計(jì)算 1）當(dāng)工件材料為 45 井鋼 根據(jù)已知條件

33、查機(jī)械加工工藝手冊表 2.4-38 高速鋼鉆頭鉆孔時(shí)的進(jìn)給 量知：10mm 鉆頭粗加工的進(jìn)給量為 0.220.28。由表 2.4-41 高速鋼鉆頭切削時(shí) 切削速度、扭矩及軸向力可選取進(jìn)給量的兩極限值 f=0.08mm/r0.30mm/r，對 應(yīng)的它們的切削速度為 V=0.99m/s0.43m/s,則由得 1000 0n d v 0 1000 d v n 鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速 sr d n/53.31 99 . 0 1000 0 1 sr d n/69.13 43 . 0 1000 0 2 由機(jī)械制造工程原理計(jì)算鉆頭軸向力 F 和扭矩 T 的經(jīng)驗(yàn)公式及麻花鉆 軸向力和扭矩表達(dá)式中的系數(shù)、指數(shù)及修正系

34、數(shù)可知： F yXF F KfdCF F 0 81 . 9 （3.1） M yXM M KfdCT M 0 81 . 9 （3.2） 3 102 nm TP （3.3） 式中：b=0.638GPa CF=61.2 XF=1.0 YF=0.7 CM=0.0311 XM=2.0 YM=0.8 KF=KFmKFw KM=KMmKMw 對于已磨損鉆頭 KMw=1 KFw=1 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 工件材料 KMm=KFm= =0.98938 75 . 0 637 . 0 b 則最小進(jìn)給量 f=0.08mm/r F1=9.8161.2100.080.70.989381=1013.79N T1=9

35、.810.03111020.080.80.989381=4.0Nm PM1=23.144.031.5310-3=0.79Kw 最大進(jìn)給量 f=0.30mm/r F2=9.8161.2100.300.70.989381=2557.22N T2=9.810.03111020.300.80.989381 =11.52Nm PM2=23.1411.5213.6910-3=0.99Kw 2）當(dāng)工件材料為灰鑄鐵時(shí) 根據(jù)已知條件查機(jī)械加工工藝手冊表 2.4-41 高速鋼鉆頭鉆孔時(shí)的進(jìn)給 量知：10mm 鉆頭初加工的進(jìn)給量為 0.220.28。由表 2.4-41 高速鋼鉆頭切削時(shí) 切削速度、扭矩及軸向力可迭取

36、進(jìn)給量的兩極限值 f=0.12mm/r0.70mm/r，對 應(yīng)的它們的切削速度為 V=0.79m/s0.33m/s, 則由可得： 1000 0n d v 鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速 0 1000 d v n sr d V n/16.25 10 79 . 0 10001000 0 3 3 sr d V n/51.10 10 33 . 0 10001000 0 4 4 由金屬切削刀具計(jì)算鉆頭軸向力 F 和扭矩 T 的經(jīng)驗(yàn)公式及表 3-1 麻花 鉆軸向力和扭矩表達(dá)式中的系數(shù)、指數(shù)及修正系數(shù)可知： F yXF F KfdCF F 0 81 . 9 （3.4） M yXM M KfdCT M 0 81. 9 （3

37、.5） 3 102 nm TP （3.6） 式中： CF=42.7 XF=1.0 YF=0.8 CM=0.021 XM=2.0 YM=0.8 KF=KFmKFw KM=KMmKMw 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 對于已磨損鉆頭 KMw=1 KFw=1 工件材料 KMm=KFm=（HB/190）0.6=1 則最小進(jìn)給量 f=0.12mm/r F3=9.8142.7100.120.811=768.14N T3=9.810.0211020.120.811=3.78Nm PM3=23.143.7825.1610-3=0.597Kw 最大進(jìn)給量 f=0.70mm/r F4=9.8142.7100

38、.700.811=3149.02N T4=9.810.0211020.700.811=15.49Nm PM4=23.1410.5115.4910-3=1.02Kw 由此可得鉆頭的最大轉(zhuǎn)矩 Tmax=15.49Nm 最大轉(zhuǎn)矩 Fmax=3149.02N 最大切削功率 PMmax=1.02Kw 則鉆頭主軸所需要的功率為：P1= PMmax/總 其中 總=花鍵軸軸承 深溝球軸承 =0.99 （取 3 個(gè)） 角接觸推力軸承 =0.98 （取 2 個(gè)） 花鍵軸 =0.970.98 由金屬切削機(jī)床查得： 總= 花鍵軸 軸承=0.970.9930.982=0.904 則 P1=1.02/0.904=1.03

39、Kw 對于主軸電機(jī)的選擇，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 ，對于中小功率的電機(jī)，一般額 定轉(zhuǎn)矩只有 2.1-4，而主軸所需要的最大扭矩為 15.49Nm，故必須采用齒輪組進(jìn) 行減速以提供大的轉(zhuǎn)矩達(dá)到符合相應(yīng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。 在多工位鉆床的設(shè)計(jì)過程中，要求機(jī)床能夠進(jìn)行多級變速。在這種情況下， 可以采用一個(gè)變速器來解決。無級變速器就是能使主軸達(dá)到相應(yīng)轉(zhuǎn)矩和使主軸 傳遞的轉(zhuǎn)矩符合要求。 同時(shí)，根據(jù)主軸特點(diǎn)設(shè)計(jì)鉆床主軸的特點(diǎn)是主軸在軸向方向上有移動(dòng)，就 是說上端的花鍵軸外面必須套有內(nèi)花鍵的齒輪或其它才能將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞 給主軸，使主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在本次設(shè)計(jì)中我們就選用花鍵的齒輪作為傳動(dòng)件，把電 機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳給主軸，則從主軸

40、來的傳動(dòng)方式為： 主軸（花鍵軸）內(nèi)花鍵齒輪嚙合齒輪（一組或多組）聯(lián)軸器 無級變速器主軸電動(dòng)機(jī) 3.2 主軸齒輪傳動(dòng)方案確定主軸齒輪傳動(dòng)方案確定 3.2.1 設(shè)定齒輪傳動(dòng)方案設(shè)定齒輪傳動(dòng)方案 主軸齒輪傳動(dòng)方案如圖 3.1 所示： 軸為機(jī)床主軸，設(shè)計(jì)為齒輪花鍵軸。由前面知齒輪花鍵軸的功率為 P1。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 I 主軸電機(jī) 機(jī)床主軸 圖 3.1 主軸傳動(dòng)示意圖 即軸 P= P1=1.13Kw 軸 P= P/齒輪=1.13/0.97=1.16KwKw P P I II 16 . 1 97 . 0 13 . 1 （取 齒輪=0.97，精度等級為 8 級） 則主軸電機(jī)輸出功率 P2

41、P2= P/聯(lián)軸器=1.16/0.99=1.18Kw 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選擇電機(jī)可用 YCP802-2，1.1Kw 額定功率和 YCP90S-2，1.5Kw 額定功率最為接近功率要求。而前者略小于最大輸出功率， 而加一個(gè)無級變速器相對于電機(jī)來說其傳遞功率也不會(huì)消耗太多，粗略估算則 選用后者 YCP90S-2，額定功率為 1.5Kw，額定電壓為 380V，額定電流為 3.4A，轉(zhuǎn)速為 2840r/min，最大額定轉(zhuǎn)矩為 2.3Nm。 選擇了電動(dòng)機(jī)就可根據(jù)所選擇電動(dòng)機(jī)確定相應(yīng)的無級變速器。根據(jù)電動(dòng)機(jī) 功率和轉(zhuǎn)矩及主軸所必須達(dá)到的最小轉(zhuǎn)矩，可確定變速器，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第四卷可選擇的無級變速器為：HZ

42、XD1500L。 根據(jù)無級變速器的相關(guān)數(shù)據(jù)和主軸所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，無級變速器提供的 轉(zhuǎn)矩已經(jīng)可以達(dá)到主軸要求的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)轉(zhuǎn)速也能達(dá)到要求。故在接下來設(shè)計(jì) 的齒輪組中，主要達(dá)到的目的為將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給主軸使主軸完成轉(zhuǎn)動(dòng)， 并不影響軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 對于齒輪組的設(shè)計(jì)就是要完成傳動(dòng)。為了設(shè)計(jì)需要，可以僅設(shè)計(jì)一組齒輪 即可。又因?yàn)檗D(zhuǎn)矩完全達(dá)到要求，轉(zhuǎn)矩要求的差又不是太大，從對主軸箱結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)入手（對主軸箱的總體布局和結(jié)構(gòu)合理、比例合適） ，可將這對齒輪設(shè)計(jì)成 一組惰輪，即不改變變速器傳遞出來的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，僅將轉(zhuǎn)動(dòng)傳給主軸，達(dá)到 了設(shè)計(jì)要求和目的。 3.2.2 主軸傳動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算主軸傳動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算

43、1）齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 在齒輪設(shè)計(jì)中，取轉(zhuǎn)矩最大時(shí)設(shè)計(jì)用到最大轉(zhuǎn)矩 15.49,切削速度 nI=631r/min。 首先小齒輪（主動(dòng)齒輪）用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 241HB286HB，平均 取為 260HB，大齒輪（從動(dòng)齒輪）用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度 229HB286HB， 平均取為 240HB。 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 關(guān)于主軸傳動(dòng)中的第一組齒輪按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 （1）初步計(jì)算： 轉(zhuǎn)矩:TII= 5.49Nm=5490Nmm 齒寬系數(shù):d 由表 12-13（該節(jié)中所指的表均指機(jī)械設(shè)計(jì)一書中的表） 取 d1.0 接觸疲勞極限：Hlim 由圖 12.17c 可取 H

44、lim1=710MPa Hlim2=580MPa 初步計(jì)算的許用接觸硬力: H1=0.9Hlim1=0.9710=639MPa Ad 值由表 12-16，取 Ad85 初步計(jì)算的小齒輪直徑： d1=29.14 3 1 1 U UT Ad Hd 3 2 1 11 5221 5490 85 (其中 u=I=1, T=5490Nmm) 取 d190mm 初取齒寬：b=bd1=190=90mm （2）校核計(jì)算： 圓周速度: sm nd V/8 . 2 100060 6318514 . 3 100060 11 精度等級：由表 12-6 選 8 級精度 齒數(shù) Z 和模數(shù) m:取齒數(shù) Z1=60,Z2=iZ

45、1=160=60 模數(shù)由表 12-3 取 m=1.5 5 . 1 60 90 1 1 Z d m 則 Z2= iZ1=6060 1 1 m d Z 使用系數(shù) KA:由表 12-9 取 KA1.5 動(dòng)載系數(shù) KV:由表 12-9 取 KV1.1 齒間載荷分配系數(shù) KH:由表 12-10 先求： mmNmmN b FK d T F TA III t /100/033 . 2 90 1225 . 1 122 90 549022 1 端面重合度： cos 11 2 . 388 . 1 21 ZZ 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 77 . 1 60 1 60 1 2 . 388 . 1 重合度系數(shù):Z=

46、0.74 3/ )77 . 1 4( 由此得：81 . 1 74 . 0 11 22 Z KH 齒間載荷分布系數(shù) KH: 28 . 1 109030 . 0 116 . 0 09 . 1 10 323 2 1 Cb d b BAKH 載荷系數(shù)：K=KAKVKHKH=1.51.11.811.28=3.82 彈性系數(shù) ZE由表 12-12 取 ZE189.8MPa 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH:由圖 12.16 可取 ZH2.5 接觸最小安全系數(shù) SHmin:由表 12-14 取 SHmin1.05 總工作時(shí)間：th=10300820%=4800h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) NL:由表 12-15 估計(jì)：107Tmax

47、=15.49Nm 則花鍵軸能夠達(dá)到所需傳遞的轉(zhuǎn)矩。 對于花鍵軸傳遞轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦力為 F花：取 =0.1 F花=f=53380.1=533.8N 而N TT F1545 10 7 . 10 3 . 0 2 1922 2 19 3 則軸所受軸向力： F合= F花+ Fmax =154.5+3149.02=3304N 則軸向方向齒條受力 F合K=1.1F合=3635N（K=1.1） 3）軸向進(jìn)給設(shè)計(jì)）軸向進(jìn)給設(shè)計(jì) （1）主軸結(jié)構(gòu)形式確定 在主軸外設(shè)計(jì)一套筒：由長為 80mm 的齒條經(jīng)齒輪帶動(dòng)。先設(shè)計(jì)用一級減 速接步進(jìn)電機(jī)使主軸進(jìn)給。其結(jié)構(gòu)如圖 3.3 所示。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16

48、圖 3.3 主軸進(jìn)給示意圖 （2）步進(jìn)電機(jī)的選擇及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)： I=t0/3600 其中：步距角（deg） 脈沖當(dāng)量（鉆床取 0.02mm） t0齒距（t0=m） 根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)選步進(jìn)電機(jī) 取 =0.1 m=1.25 2 . 3 02 . 0 360 25 . 1 1 . 0 I 取 =0.75 時(shí)44.23 02 . 0 360 25 . 1 75 . 0 I 取 I=3.2（=0.1 時(shí)）可?。?Z1=20 Z2=64 m=1.25 b=20mm =200 df1=mZ1=25mm df2=mZ2=80mm de1=28 de2=83 齒輪設(shè)計(jì)成直齒圓柱齒輪，

49、齒輪材料為 45 鋼，則大小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為： 244 108 . 7KgmbdJ 2544 1 10959 . 0 1028 . 28 . 7KgmJZ 2544 2 1090.6310288 . 7KgmJZ 根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，預(yù)選步進(jìn)電機(jī)為 200BF001，查得電機(jī)轉(zhuǎn)子 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 23 1094.12KgmJm 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2 0 2 1 2 2 1 21 2 t Z Z m Z Z JJJJJ SZZm 25 22 553 1081.1300 2 25 . 1 64 20 25 . 1 64 20 10 9 . 6310959 . 0 1094.1

50、2 Kgm 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 有效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tm 的計(jì)算：取 V=2m/min Tm=（F軸+F摩）V主軸進(jìn)給/2nm min/111002 . 0 360 1 . 0 2 360 00 rVhm NmTm04 . 1 11102 36352 起動(dòng)慣量矩的計(jì)算： 以最不利條件下的快速起動(dòng)計(jì)算，設(shè)起動(dòng)加速度或制動(dòng)減速度的時(shí)間 t=0.3s，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度 1 18.116 60 1110 2 60 2 s n W m m 則： 2 27.387 3 . 0 18.1160 s t W W m n T慣= NmWJ m 038 . 5 3 . 3871013 3 則 J

51、=Tm+T慣=1.04+5.038=6.08Nm 如考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的效率為 n，安全數(shù)值為 K，則此時(shí)負(fù)載總轉(zhuǎn)矩為： NmT n K T03.1308 . 6 7 . 0 5 . 1 由預(yù)選的步進(jìn)電機(jī)型號 200BF001，五相十步，步距角 0.10/Step，其最大靜 轉(zhuǎn)矩 Tymax=14.7Nm，為保證正常的起動(dòng)和停止，步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tg 必須 大于或等于 T，由表可知 Tg/Tymax的比值，取 Tg/Tymax=0.951， 則 Tg=14.70.951=13.98Nm13.03Nm 故選擇合適。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 4 工作臺縱向進(jìn)給工作臺縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)

52、的設(shè)計(jì) 4.1 工作臺工作臺縱向進(jìn)給縱向進(jìn)給負(fù)載分析及計(jì)算負(fù)載分析及計(jì)算 4.1.1 摩擦阻力計(jì)算摩擦阻力計(jì)算 摩擦阻力應(yīng)等于正壓力乘以摩擦系數(shù)。正壓力應(yīng)包括軸向力 F=1175N 及工 作臺加縱向軌道之重力，設(shè)工作臺重量為 400Kg，縱向軌道重量為 400Kg. =（400+400）1011750.1=917.5N 摩 F1 . 0 4.1.2 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 根據(jù)要求粗選：=0.75 to=5 =0.005 0 0 360 t i 08 . 2 005 . 0 360 575 . 0 0 i 可取 =25 , =52 m=1.5 b=25mm =20o 1 Z 2 Z

53、則：df1=mZ1=1.525=37.5mm df2=mZ2=1.552=78mm de140.5mm de2=81mm 將齒輪看作近似的圓柱體，材料為鋼，則大、小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別 # 45 為: J=7.8d4 b10-4 (kgm2) JZ1=7.83.7542.510-4=3.8610-5Kgm2 JZ2=7.88.1042.510-4=8.4010-4Kgm2 滾珠絲桿直徑選擇為 d0=25mm, L=700mm,材料鋼，則絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 # 45 可近似的算出為： 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 JS=7.82.547010-4=2.1310-4Kgm2 由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)

54、計(jì) ，預(yù)選步進(jìn)電機(jī)為 110BF004，查得電機(jī)轉(zhuǎn)子軸 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 Jm=3.4310-4Kgm2 折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2 2 12 21 4 1 m n SZZm n V mm i JJJJJ 24 2 2 2 4454 1026 . 6 4 33.833 2 400400 08. 2 1 1040 . 8 1013 . 2 1086. 31043. 3 Kgm 4.1.3 絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算 由于用的是滾珠絲杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不計(jì)。 4.1.4 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 Tm=(F縱+F摩) V工作/2nm NmTm35 . 0 3

55、3.8332 5 . 91702 由min/33.833 005 . 0 360 75 . 0 2 360 00 r V n n m 4.1.5 起動(dòng)慣性阻力矩的計(jì)算起動(dòng)慣性阻力矩的計(jì)算 以最不利條件下的快速起動(dòng)計(jì)算，設(shè)起動(dòng)加速式制動(dòng)減速的時(shí)間 t=0.5s(一般在 0.11s 之間)，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度 2 22.87 60 33.8332 60 2 S n W m m 角加速度 2 44.174 5 . 0 22.870 S t Wm m T慣Jm=6.2610-4174.44=0.11Nm 4.1.6 步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 J=Tm +T慣=

56、0.35+0.11=0.46Nm 4.2 縱向進(jìn)給縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)選擇步進(jìn)電機(jī)選擇 考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的效率 為,安全系數(shù)為 K,則比時(shí)的負(fù)載總轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮為 NmT K T99 . 0 46 . 0 7 . 0 5 . 1 由預(yù)選的步進(jìn)電機(jī)型號為 110BF004，三相六拍，步距角 0.75%step.其最大 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 轉(zhuǎn)矩 Tymax=4.9Nm 為保證正常的起動(dòng)與停止，步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tg必須大于 或等于 T,由表查出 Tg/T=0.866 Tg=4.90.866=4.24Nm0.99Nm 故選擇合適。 確定選用 110BF004 步進(jìn)電機(jī)。 4.3 縱向進(jìn)給縱向進(jìn)

57、給滾珠絲杠的滾珠絲杠的選擇與校核選擇與校核 初選絲杠型號為 CMD2504-3，因此必須進(jìn)行以下幾個(gè)項(xiàng)目的校核 4.3.1 承載能力的校核承載能力的校核 fHfWPmaxCO 式中 L滾珠絲杠壽命系數(shù)（） 3 L轉(zhuǎn) 6 101 Pmax=F縱+F摩0+917.5917.5N fH=1 fW=1.2 T=15000 6 10 60 min/64.400 08 . 2 33.833 Nt L rnn s KNN8 . 745.7836 5 . 9172 . 10 . 110/150006064.400 36 選絲桿 CMD25043 查表得絲桿額定載荷為O=8.2KNQ 滿足要求。 4.3.2 壓

58、桿穩(wěn)定性驗(yàn)算壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 max 2 2 P KD EIF P K K 取雙推簡支式支承，由 FK=2 E-鋼的彈性模量 2.1105（Mpa） I-絲杠小徑的截面慣性矩（） 4 44 1 80 . 0 32 69 . 1 32 cm d I 查手冊可知，所用絲杠的最小徑為：d1 =21.9mm 取壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K=4 絲杠長度 L=LS=700mm NPPNPK 5 . 91749.3746 255 . 2 26 . 2 101 . 22 maxmax 2 52 故滿足要求。 4.3.3 剛度驗(yàn)算剛度驗(yàn)算 絲杠的剛度是保證第一導(dǎo)程的變動(dòng)量要在允許范圍內(nèi) 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

59、 21 IE MT ES PT L 2 00 絲杠最小截面積 2 2 1 76. 3 4 19. 2 4 cm d S 設(shè) T0=0.5 I=2.26cm4 M= Tmaxi=4.92.08=10.20Nm=1020Ncm “”號用于拉伸， “一”號用于壓縮，都取“”號，則: mcmL 618 . 0 1081 . 6 101 . 226 . 2 2 5 . 01020 67 . 3 101 . 2 5 . 0 5 . 917 4 5 2 5 由于選擇要求滾珠絲杠精度等級為 C 級，L0=4m0.681m 所以滿足要求。 4.4 滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.4.1 移動(dòng)導(dǎo)軌的分析

60、移動(dòng)導(dǎo)軌的分析 對導(dǎo)軌的要求主要有：要有一定的導(dǎo)向精度；要有良好的耐磨性，足夠的 剛度；要減少熱變形影響；要使運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)和一定的工藝性。因此，在考慮 到要求加工精度為 7 級，且鉆床為一般機(jī)床，所以可以選用貼塑的矩形滑動(dòng)導(dǎo) 軌。 由于機(jī)床上的運(yùn)動(dòng)部件都是沿導(dǎo)軌而作運(yùn)動(dòng)，則導(dǎo)軌的磨損就非常大，所 以要采用一系列措施來提高導(dǎo)軌耐磨性。其中除了選用合適材料、熱處理、潤 滑外，還應(yīng)該采用保護(hù)裝置，即采用防護(hù)罩，使機(jī)床導(dǎo)軌不外露，這樣直接能 防止切屑及灰塵等落到導(dǎo)軌上。 由金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì) ，導(dǎo)軌的截面形狀與組合選擇為雙矩形導(dǎo)軌（數(shù)控 鉆床用滑動(dòng)導(dǎo)軌貼塑就可以了，可不用滾動(dòng)導(dǎo)軌） 。 這種導(dǎo)軌的剛度高

61、，當(dāng)量摩擦系數(shù)比三角形導(dǎo)軌低，承載能力高，加工、 檢驗(yàn)和維修都方便，特別是數(shù)控機(jī)床雙矩形、動(dòng)導(dǎo)軌貼塑料軟帶，是滑動(dòng)導(dǎo)軌 的主要形式。矩形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，必須用鑲條進(jìn)行調(diào)整（采用窄式組合） 。 4.4.2 移動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)選移動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)選 根據(jù)以知條件和加工要求，預(yù)選導(dǎo)軌機(jī)床坐標(biāo)如圖 4.1 所示。 圖 4.1 數(shù)控鉆床坐標(biāo)系 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊新版（2）表 9.3-7，X 軸向移動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸預(yù)選為： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 H=20 B=50 B1=12 A=400 h=12 h1=H-0.5 鑲條 b=6（平） 其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 4.2 所示。 圖 4.2 T 型導(dǎo)軌剖面結(jié)構(gòu) 4.4.3 移動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算移動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算 對于數(shù)控多工位的鉆床的導(dǎo)軌受力分析如圖 4.3 所示。 、分別為切削力、進(jìn)給力和背向力。 圖 4.3 導(dǎo)軌受力分析圖 1）各外力對坐標(biāo)軸取矩： 軸 QF QyfyCZFX FFFM 對于鉆床 0 C F0 Q F 而（相對于軸的）0 F y 則0 ffX yFM 軸 XQfyy WFM F 2 2 2 2 B A e yF ：工件與工作臺重估計(jì)； 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 ：有兩種極限情況（：工作臺到最近處：.長度;：工 作臺到最近處：(0.05+0.35)） NmM