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編 號(hào) 無(wú)錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 題目 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專(zhuān) 業(yè) 學(xué) 號(hào) 0923822 學(xué)生姓名 沈宇 指導(dǎo)教師 韓邦華 職稱(chēng) 副教授 職稱(chēng) 2013 年 5 月 25 日 無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 誠(chéng) 信 承 諾 書(shū) 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(xiě) 的成果作品 班 級(jí) 機(jī)械 97 學(xué) 號(hào) 0923822 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 I 無(wú)錫太湖學(xué)院 信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書(shū) 一 題目及專(zhuān)題 1 題目 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造 專(zhuān)題 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 二 課題來(lái)源及選題依據(jù) 課題來(lái)源為無(wú)錫某機(jī)械有限公司 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)是為了培養(yǎng)學(xué) 生開(kāi)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(duì)實(shí)際使用過(guò)程中存在的問(wèn)題 綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計(jì)與 方法 對(duì)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(mǎn)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 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(duì)比分 析 II 當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸入功率時(shí) 對(duì)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(shuō)明書(shū) 1 份 四 接受任務(wù)學(xué)生 機(jī) 械 97 班 姓名 沈 宇 五 開(kāi)始及完成日期 自 2012 年 11 月 7 日 至 2013 年 5 月 25 日 六 設(shè)計(jì) 論文 指導(dǎo) 或顧問(wèn) 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長(zhǎng) 簽名 系主任 簽名 年 月 日 III 摘 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(guò)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(guò)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(duì)數(shù)控多 工位鉆床進(jìn)行了設(shè)計(jì) 采用了普通車(chē)床設(shè)計(jì)的步驟和方法 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(duì)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(guó) 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(guò)設(shè)計(jì)改造成快速主軸 移動(dòng)工作臺(tái)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 要從鉆床的主軸箱設(shè)計(jì) 移動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)及工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)幾個(gè)方面 對(duì)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 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 Numerical 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 machine 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 drilling 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 multiple 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 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 摘 要 III Abstract IV 目錄 V 1 緒論 1 1 1 鉆床的工藝范圍 1 1 2 鉆床的類(lèi)型 1 1 2 1 臺(tái)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(tái)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18 4 1 工作臺(tái)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 25 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 5 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)軸承的選擇 31 6 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(rùn)滑油粘度和潤(rùn)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 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)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 鉆床類(lèi)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(lèi)型 鉆床的主要類(lèi)型有臺(tái)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(tái)式鉆床 臺(tái)式鉆床實(shí)質(zhì)上是加工小孔的立式鉆床 簡(jiǎn) 稱(chēng)臺(tái)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(tái)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(jiǎn)單 小 巧靈活 使用方便 其結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖 1 2 所示 1 2 2 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(xiàn)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)工件的方法使刀具旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)與被加工孔的中心線(xiàn)重 圖 1 1 鉆床的加工 方法 1 工作臺(tái) 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(tái)式鉆床 無(wú)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(xiàn)移動(dòng)來(lái)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(kāi)機(jī)動(dòng)進(jìn)給 被加工工件可直接或通過(guò)夾具安裝在工作臺(tái) 2 上 工作臺(tái)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(guò)多 1 2 3 搖臂鉆床 對(duì)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(duì)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(xiàn)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(xiàn)與被加工孔的中心線(xiàn)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(tái) 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) 據(jù)統(tǒng)計(jì) 一般在車(chē)間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過(guò)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(cè)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(gòu)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(tái) 圖 1 4 搖臂鉆床 1 底座 2 工作臺(tái) 3 主軸箱 4 立柱 5 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(guò)少量投資來(lái)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(jiǎn)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(guò)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(tái)縱橫二個(gè)方向的運(yùn)動(dòng) 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) 多工位加工示意圖如圖 1 5 所示 它利用機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 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(duì)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(guò)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 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(tái)以實(shí)現(xiàn)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(guò)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(guò) PLC 控制 達(dá)到高效率 高 精度 低成本等特點(diǎn) 對(duì)機(jī)械加工行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)的意義 1 5 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(guó) 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 6 精 鉸 圖 1 5 多工位加工 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 機(jī)械傳動(dòng)方案確定 經(jīng)過(guò)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 300 300 70 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(tái)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 閱讀相關(guān)機(jī)床資料和機(jī)床的市場(chǎng)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(lèi) 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 適合于工作單一加工工件較小 及加工尺寸小的場(chǎng)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(duì)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(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為臥式結(jié)構(gòu)的話(huà)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(duì)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(lái)說(shuō) 我們?cè)O(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(lèi)機(jī)床的其它特點(diǎn)都很滿(mǎn)足我們要設(shè)計(jì)機(jī)床的要求 而另一個(gè)問(wèn)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(duì) 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(zhuān) 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(zhuān) 門(mén) 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(duì) 客 戶(hù) 的 要 求 進(jìn) 行 專(zhuān) 項(xiàng) 設(shè) 計(jì) 而 對(duì) 于 大 多 數(shù) 金 屬 加 工 機(jī) 床 來(lái) 說(shuō) 數(shù) 控 進(jìn) 給 復(fù) 合 運(yùn) 動(dòng) 的 加 工 是 以 直 線(xiàn) 軸 加 上 回 轉(zhuǎn) 軸 的 聯(lián) 動(dòng) 來(lái) 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(tái) 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(tái) 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(wú) 疑 比 較 經(jīng) 濟(jì) 實(shí) 惠 2 2 機(jī)械傳動(dòng)方案的選擇 2 2 1 總體傳動(dòng)方案選擇 通過(guò)對(duì)幾種鉆床結(jié)構(gòu)的了解和認(rèn)識(shí) 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)度等目的 機(jī)械傳動(dòng)方式種類(lèi)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(lái)傳遞相對(duì)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(xiàn)的相對(duì)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(zhǎng)等特點(diǎn) 1 根據(jù)兩軸的相對(duì)位置和輪齒的方向 可分為以下類(lèi)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(kāi)式齒輪傳動(dòng)式齒輪傳動(dòng) 半開(kāi)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 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(duì)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(jí)可到 8 最大 20 兩級(jí)可到 45 最 大 60 三級(jí)可到 200 最大 300 傳遞功率可到 10 萬(wàn)千瓦 轉(zhuǎn)速可到 10 萬(wàn)轉(zhuǎn) 分 圓周速度可到 300 米 秒 單級(jí)效率為 0 96 0 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(xiàn)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(xiàn)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(jí)為 8 80 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(wàn)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)較大 發(fā) 熱量較多 傳動(dòng)效率低 通常為 0 45 0 97 圖 2 1 齒輪傳動(dòng)方式簡(jiǎn)圖 無(wú)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(xiàn)的齒輪傳動(dòng) 行星齒輪傳動(dòng)類(lèi)型很多 不同類(lèi)型的性能相差很 大 根據(jù)工作條件合理地選擇類(lèi)型是非常重要的 常用的是由太陽(yáng)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(xiàn)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(xiàn)上 其應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛 通過(guò)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(tái) 的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng) 而工作臺(tái)縱向和橫向運(yùn)動(dòng)采用滾球絲桿進(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) 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(duì)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 3 1 1 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 IT8 IT10 級(jí)以下孔 粗加工 3 1 2 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)已知條件查 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 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 22 0 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 r 0 30mm r 對(duì) 應(yīng)的它們的切削速度為 V 0 99m s 0 43m s 則由 得 10ndv 0dv 鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速 srdn 53 1 9 01 6 4 02 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)及修正系數(shù)可知 FyXFKfdC081 9 3 1 MyXfdT081 9 3 2 32 nmP 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(duì)于已磨損鉆頭 KMw 1 KFw 1 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 工件材料 KMm KFm 0 98938 75 063 b 則最小進(jìn)給量 f 0 08mm r F1 9 81 61 2 10 0 080 7 0 98938 1 1013 79N T1 9 81 0 0311 102 0 080 8 0 98938 1 4 0Nm PM1 2 3 14 4 0 31 53 10 3 0 79Kw 最大進(jìn)給量 f 0 30mm r F2 9 81 61 2 10 0 300 7 0 98938 1 2557 22N T2 9 81 0 0311 102 0 300 8 0 98938 1 11 52Nm PM2 2 3 14 11 52 13 69 10 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(cè) 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 22 0 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進(jìn)給量的兩極限值 f 0 12mm r 0 70mm r 對(duì) 應(yīng)的它們的切削速度為 V 0 79m s 0 33m s 則由 可得 10ndv 鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速 0 srdVn 16 25079 1033 3 044 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 FyXFKfdC081 9 3 4 MyXfdT081 9 3 5 32 nmP 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(duì)于已磨損鉆頭 KMw 1 KFw 1 工件材料 KMm KFm H B 190 0 6 1 則最小進(jìn)給量 f 0 12mm r F3 9 81 42 7 10 0 120 8 1 1 768 14N T3 9 81 0 021 102 0 120 8 1 1 3 78Nm PM3 2 3 14 3 78 25 16 10 3 0 597Kw 最大進(jìn)給量 f 0 70mm r F4 9 81 42 7 10 0 700 8 1 1 3149 02N T4 9 81 0 021 102 0 700 8 1 1 15 49Nm PM4 2 3 14 10 51 15 49 10 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 P 1 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 97 0 98 由 金屬切削機(jī)床 查得 總 花鍵軸 軸承 0 97 0 993 0 982 0 904 則 P1 1 02 0 904 1 03Kw 對(duì)于主軸電機(jī)的選擇 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 對(duì)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(guò)程中 要求機(jī)床能夠進(jìn)行多級(jí)變速 在這種情況下 可以采用一個(gè)變速器來(lái)解決 無(wú)級(jí)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(shuō)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 則從主軸來(lái)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(wú)級(jí)變速器 主軸電動(dòng)機(jī) 3 2 主軸齒輪傳動(dòng)方案確定 3 2 1 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(wú)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 16KwKwII 16 97 03 取 齒輪 0 97 精度等級(jí)為 8 級(jí) 則主軸電機(jī)輸出功率 P2 P2 P 聯(lián)軸器 1 16 0 99 1 18Kw 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 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(wú)級(jí)變速器相對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)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(wú)級(jí)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(cè) 第四卷可選擇的無(wú)級(jí)變速器為 HZXD1500L 根據(jù)無(wú)級(jí)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(wú)級(jí)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(lái)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(duì)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?xún)H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(duì)主軸箱結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)入手 對(duì)主軸箱的總體布局和結(jié)構(gòu)合理 比例合適 可將這對(duì)齒輪設(shè)計(jì)成 一組惰輪 即不改變變速器傳遞出來(lái)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 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 241HB 286HB 平均 取為 260HB 大齒輪 從動(dòng)齒輪 用 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 硬度 229HB 286HB 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 T II 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(shū)中的表 取 d 1 0 接觸疲勞極限 Hlim 由圖 12 17c 可取 Hlim1 710MPa Hlim2 580MPa 初步計(jì)算的許用接觸硬力 H1 0 9 Hlim1 0 9 710 639MPa Ad 值由表 12 16 取 Ad 85 初步計(jì)算的小齒輪直徑 d1 29 14 31UTAHd 32154908 其中 u I 1 T 5490Nmm 取 d1 90mm 初取齒寬 b bd1 1 90 90mm 2 校核計(jì)算 圓周速度 smnV 8 2106354 061 精度等級(jí) 由表 12 6 選 8 級(jí)精度 齒數(shù) Z 和模數(shù) m 取齒數(shù) Z1 60 Z2 iZ1 1 60 60 模數(shù) 由表 12 3 取 m 1 5 5 6091 dm 則 Z2 iZ1 601Z 使用系數(shù) KA 由表 12 9 取 KA 1 5 動(dòng)載系數(shù) KV 由表 12 9 取 KV 1 1 齒間載荷分配系數(shù) KH 由表 12 10 先求 mNbFd TAIt 10 03 2915 42 端面重合度 cos 821 Z 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 7 1602 381 重合度系數(shù) Z 0 74 7 4 由此得 81 0122 ZKH 齒間載荷分布系數(shù) KH 28 1093 16 09 132321 CbdBAH 載荷系數(shù) K K AKVKH KH 1 5 1 1 1 81 1 28 3 82 彈性系數(shù) ZE 由表 12 12 取 ZE 189 8 MPa 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH 由圖 12 16 可取 ZH 2 5 接觸最小安全系數(shù) SHmin 由表 12 14 取 SHmin 1 05 總工作時(shí)間 t h 10 300 8 20 4800h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) NL 由表 12 15 估計(jì) 10 7 NL 109 則指數(shù) m 8 78 NL1 NV1 60 ithi Ti Tmax n1 60 1 631 4800 18 78 0 2 0 58 78 0 5 0 28 78 0 3 3 65 107 原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確 7 712 1065 3 iNL 接觸壽命系數(shù) ZN 由圖 12 18 可取 ZN1 1 13 ZN2 1 18 許用接觸應(yīng)力 H MPaSNH76405 13minl1 ZH2 8in2l2 驗(yàn)算 H ZEZHZ ubdKT1 13054968 274 0529 18 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 503 4MPa 計(jì)算結(jié)果表明 接觸疲勞強(qiáng)度較為適合 齒輪齒寸無(wú)需調(diào)整 3 確定傳動(dòng)主要尺寸 實(shí)際分度圓直徑 d 因模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時(shí) 齒數(shù)并未調(diào)整 故分度圓直徑不會(huì) 改變 即 d1 mZ1 90mm d2 mZ2 90mm 中心距 mZma60121 齒寬 b bd1 90mm 4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 重合度系數(shù) Y 67 0 152 075 2 0 Y 齒間載荷分配系數(shù) KF 由表 12 10 49 167 0 YF 齒向載荷分布系數(shù) KF 3 25 9 hb 由表 12 14 KF 1 25 載荷系數(shù) K K KA KVKF KF 1 5 1 1 1 49 1 25 3 07 齒形系數(shù) YF 由圖 12 21 YF1 2 8 YF2 2 29 應(yīng)力修正系數(shù) YSa 由圖 12 22Ysa1 1 54 Ysa2 1 74 彎曲疲勞極限 Flim 由圖 12 23C Flim1 60MPa Flim2 450Mpa 彎曲最小安全系數(shù) SFmin 由表 12 14 SFmin 1 25 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) NL 由表 12 15 估計(jì) 3 106 NLTmax 15 49Nm 則花鍵軸能夠達(dá)到所需傳遞的轉(zhuǎn)矩 對(duì)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 5338 0 1 533 8N 而 NTT15407 13 02913 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 1 F 合 3635N K 1 1 3 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(zhǎng)為 80mm 的齒條經(jīng)齒輪帶動(dòng) 先設(shè)計(jì)用一級(jí)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(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 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 t 0 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 30 3651 I 取 0 75 時(shí) 4 30 6517 I 取 I 3 2 0 1 時(shí) 可取 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 齒輪材料為 45 鋼 則大小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為 24408 7KgmbJ 251 109 1 2gZ 44263J 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 231094 2KgmJm 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 20212121 tZJJSZm25 22553108 5 16405 1649 639 4Kg 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 2 nm in 102 36020 rhm NT4 15 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 18 60126 snWm 則 273 tn T 慣 NmJm 513 則 J 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 TnK03 18 6705 由預(yù)選的步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 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 7 0 951 13 98Nm 13 03Nm 故選擇合適 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 4 工作臺(tái)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4 1 工作臺(tái)縱向進(jìn)給負(fù)載分析及計(jì)算 4 1 1 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(tái)加縱向軌道之重力 設(shè)工作臺(tái)重量為 400Kg 縱向軌道重量為 400Kg 400 400 10 1175 0 1 917 5N 摩F 1 0 4 1 2 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 根據(jù)要求粗選 0 75 to 5 0 005 036ti 08 25 7 可取 25 52 m 1 5 b 25mm 20o1Z 則 d f1 mZ1 1 5 25 37 5mm df2 mZ2 1 5 52 78mm de1 40 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 8 d4 b 10 4 kgm2 JZ1 7 8 3 754 2 5 10 4 3 86 10 5Kgm2 JZ2 7 8 8 104 2 5 10 4 8 40 10 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 8 2 54 70 10 4 2 13 10 4Kgm2 由 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)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 43 10 4Kgm2 折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 221221 4 mnSZm ViJJ 242 24541026 3 8 08 10 8 06 3 Kgm 4 1 3 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 Tm F 縱 F 摩 V 工作 2 nm N35 0 82917 由 in 3 8 630 rnnm 4 1 5 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 1 1s 之間 由于步進(jìn)電機(jī)的角速度 2 87603 2 SnWm 角加速度 4 15 t T 慣 J m 6 26 10 4 174 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 J Tm T 慣 0 35 0 11 0 46Nm 4 2 縱向進(jìn)給步進(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 NmTK9 046 751 由預(yù)選的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為 110BF004 三相六拍 步距角 0 75 step 其最大 無(wú)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 9 0 866 4 24Nm 0 99Nm 故選擇合適 確定選用 110BF004 步進(jìn)電機(jī) 4 3 縱向進(jìn)給滾珠絲杠的選擇與校核 初選絲杠型號(hào)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 fHfWPmaxCO 式中 L 滾珠絲杠壽命系數(shù) 3L 轉(zhuǎn)610 P max F 縱 F 摩 0 917 5 917 5N fH 1 fW 1 2 T 15000610min 64 08 23NtLrns KN8 745 36 9172 01 54 3 6 選絲桿 CMD2504 3 查表得絲桿額定載荷為 O 8 2KN Q 滿(mǎn)足要求 4 3 2 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 max2PKDEIF 取雙推 簡(jiǎn)支式支承 由 FK 2 E 鋼的彈性模量 2 1 105 Mpa I 絲杠小徑的截面慣性矩 4 44180 3269 cmdI 查手冊(cè)可知 所用絲杠的最小徑為 d 1 21 9mm 取壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 4 絲杠長(zhǎng)度 L LS 700mm NPNPK 5 91749 37625 10max 故滿(mǎn)足要求 4 3 3 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) 21 IEMTSPL 200 絲杠最小截面積 22176 349 cmd 設(shè) T0 0 5 I 2 26cm4 M Tmaxi 4 9 2 08 10 20Nm 1020Ncm 號(hào)用于拉伸 一 號(hào)用于壓縮 都取 號(hào) 則 mcL 618 081 60 265167 310 259 4 由于選擇要求滾珠絲杠精度等級(jí)為 C 級(jí) L 0 4 m 0 681 m 所以滿(mǎn)足要求 4 4 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 對(duì)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(jí) 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(lái)提高導(dǎo)軌耐磨性 其中除了選用合適材料 熱處理 潤(rùn) 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 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 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(cè) 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(wú)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(jiǎn)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 對(duì)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(duì)坐標(biāo)軸取矩 軸 QFyfCZXM 對(duì)于鉆床 00 而 相對(duì)于 軸的 Fy 則 fX 軸 XQfyWFM 2 BAeyF 工件與工作臺(tái)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(tái)到最近處 長(zhǎng)度 工 作臺(tái)到最近處 0 05 0 35 NmMNFyf 2154 0235 01497 21 Z 軸 由分析知 Z 2 支反力計(jì)算 各導(dǎo)軌面的支反力分別為 RA R B R CBfAWFRZ 0XNReMZZBy61435 027 要增大 2Z 則 有 ZA NZ 50321460149 或 RZA3 對(duì)于鉆床 PCFPF 3 各導(dǎo)軌面的支反力矩 yCXBAM 02 4 牽引力 對(duì)于鉆床來(lái)說(shuō) F f 進(jìn)給力很小或?yàn)?0 5 導(dǎo)軌壓強(qiáng) 按線(xiàn)形分布的導(dǎo)軌壓強(qiáng) aLPZF a B 值 0 05 L 0 3m 接觸強(qiáng)度 根據(jù)工作臺(tái)大小和導(dǎo)軌長(zhǎng)度初步確定 ZAR 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 MPaPF34 05 或 7 1aaLyMy 0 135 0622 或 MPPyy 87 22 PaPav 34 06 3412 0minax 或 Maav07 8294 17 minax 對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌速度較低的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)規(guī) 平均許用壓 1 2 1 5Mpa 最大許 用壓強(qiáng) 2 5 3 0Mpa 動(dòng)導(dǎo)軌上鑲有以聚四氟乙烯為基體的塑料板時(shí) 如滑動(dòng)速 度 V 1m min 時(shí) PV 值不得超過(guò) 0 2Mpam min 如滑動(dòng)速度 V 1m min 時(shí) 則 許用壓強(qiáng)取 0 2Mpa 對(duì)于所選導(dǎo)軌在不加塑料板時(shí) 平均壓強(qiáng)和最大許用壓強(qiáng) 都能滿(mǎn)足要求 而當(dāng)要鑲?cè)胨芰习鍟r(shí)許用壓強(qiáng)則 Pav 有 0 25Mpa 而設(shè)計(jì)滑行 速度為 2m min 時(shí) Pav 0 2Mpa 則不能符合要求 則必須對(duì)導(dǎo)軌參數(shù)進(jìn)行重新 選擇 但是對(duì)于數(shù)控鉆床來(lái)講 工件進(jìn)給過(guò)程中并不受切削力 則加上鑲?cè)胨芰?導(dǎo)軌板時(shí)的平均壓力可以適當(dāng)?shù)脑黾?取這種情況下的許用平均壓強(qiáng)在 0 6 0 8Mpa 故導(dǎo)軌的平均許用壓強(qiáng) Pav 0 35Mpa0 49Nm 所以選擇合適 確定選用 90BF006 步進(jìn)電機(jī) 5 3 橫向進(jìn)給滾珠絲杠的選擇與校核 初選絲杠型號(hào)為 CMD2005 3 因此必須進(jìn)行以下幾個(gè)項(xiàng)目的校核 5 3 1 承載能力的校核 fHfWPmaxCO 式中 L 滾珠絲杠壽命系數(shù) 3L 轉(zhuǎn)610 P max F 橫 F 摩 0 517 5 517 5N fH 1 fW 2 T 15000 610 min 45 2NtLrns Q KN37 0 7365 120 1 436 選絲桿 CMD2005 3 查表得絲桿額定載荷為 O 9KN Q 滿(mǎn)足要求 5 3 2 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 max2PKDEFI 取雙推 簡(jiǎn)支式支承 由 FK 2 E 鋼的彈性模量 2 1 105 Mpa I 絲杠小徑的截面慣性矩 4 44180 3269 cmdI 查手冊(cè)可知 所用絲杠的最小徑為 d 1 1 69mm 取壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 2 5 絲杠長(zhǎng)度 L LS 700mm 5 17 83 12205 1maxNPNPK 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 故滿(mǎn)足要求 5 3 3 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) IEMTSPL 200 絲杠最小截面積 2214 69 4cmd 設(shè) T0 0 5 I 0 80cm4 M Tmaxi 0 882 2 5 2 21Nm 221Ncm 號(hào)用于拉伸 一 號(hào)用于壓縮 都取 號(hào) 則 mcL 602 102 61 280524 10 57 4 由于選擇要求滾珠絲杠精度等級(jí)為 C 級(jí) L 0 4 m 0 602 m 所以滿(mǎn)足要求 5 4 滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 4 1 移動(dòng)導(dǎo)軌的分析 對(duì)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(jí) 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(lái)提高導(dǎo)軌耐磨性 其中除了選用合適材料 熱處理 潤(rùn) 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 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 5 4 2 移動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)選 由 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 新版 2 表 9 3 7 移動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸預(yù)選為下 其結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 5 1 所示 圖 5 1 T 型導(dǎo)軌剖面結(jié)構(gòu) 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 30 H 20 B 70 B1 12 A 400 h 12 h1 H 0 5 b 6 平 5 4 3 移動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算 對(duì)于數(shù)控多工位的鉆床的導(dǎo)軌受力分析如圖 5 2 所示 1 各外力對(duì)坐標(biāo)軸取矩 軸 35 02 WFeM