鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造——變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD高清圖紙和說明書】【JC系列】

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The hydraulic equipment system has smaller volume , light , high power consistency and compact configuration at a given power . The volume and weight of a hydraulic motor are about 12% of an electric motor .2) Hydraulic equipment has a good working stability . It is because of light , less inertia , quick response : the hydraulic equipment can realize celerity start-up , brake and frequent change in motion direction .3) The hydraulic transmission can reach a wide range of speed regulation (with the range of 1:2000), and the speed can also be regulated during the work processing .4) The hydraulic transmission can easily realize automation and the pressure , flow rate and the flow direction can be regulated and controlled . If we combine it with electric , electron or pneumatic control systems , a more complex transmission system with remote control can be realized .5) The hydraulic system can protect from over-load easily , which cannot be done by electricity or machine equipment .6) Because of standardization , series , and all-purpose application ; the hydraulic system is easier in design , fabrication and application .7) The hydraulic system is easier than machine equipment in doing line motion .2.The shortages of hydraulic transmission 1) Leak . Oil leaks are inevitable because of the loss in fluid flow resistance . So more energy loss exists in a hydraulic transmission .2) Working temperature . The working temperature has strong effect on the working property of a hydraulic system because of the viscosity-temperature character of hydraulic oil . It is suitable for working in a proper temperature .3) Cost . The cost is high because of the needs in high precision fabricate for hydraulic elements .4) It is difficult to find the reasons of fault .3. The advantages of pneumatic transmission .1) The air can be obtained and expelled from the atmosphere . It cannot bring pollution to the environment .2) It is of low viscosity and lower pressure loss in pipes . The pressure air is convenient for convergence supply and remote transportation .3) It is of low working pressure ( usually 0.3-0.8MP a ). Avowers material and fabricate precision is required for the pneumatic transmission elements .4) The pneumatic transmission has a simple servicing .The air pipe is not easy to be jammed .5) Safety . The pneumatic system can protect from over-load easily .4. The shortcomes of pneumatic transmission 1) It is because of air compressibility . The working stabilities for pneumatic transmission system are poorer than those of hydraulic transmission system .2) Because of lower working pressure and small size in configuration , the push force of pneumatic transmission is usually very lower .3) Lower transmission efficiency .To sum up , the strong-points of hydraulic and pneumatic transmission have taken the main advantages , and the shortages have been overcome and improved by technical renovation .The fundamental law underlying the whole science of hydraulics was discovered by Blasie Pascal ,a French physicist ,in the seventeenth century .But it was not until the end of the 18 century that man found ways to make the snugly fitting parts required in hydraulic systems and other modern equipment .Since then progress has been rapid .Hydraulic transmission has been experiencing the process as below .The 17th and 18th centuries were a productive period in the development of hydraulic theory . Torricelli studied fluid motion in the early 17th century .Late in that century ,Sir Isaac Newton conducted studies on viscosity and the resistance of submerged bodies in a moving fluid .The key achievements of the period occurred in the middle of the 18th century when Daniel Bullion developed the theory of transmission of energy in fluid streams and Blas Pascal ,at about the same time ,established the principle of hydrostatic pressure transmission .This principle was first used in the latter part of the 18th century .The first hydraulic pressure machine was manufactured by England in the late 18th century .The fundamentals of fluid theory were established by the above work and refinements were added by Navier who derived the mathematics of motion in liquids including equations for fluid flow with friction .This was early in the 19th century .It was followed by the work of Stokes ,who independently discovered the same equations and further extended the work of Navicert .Recently hydraulic and pneumatic pressure transmission technology has been developed with a large scale petrolic industry in the 19th century ,and the barbette displace was the first one successful using hydraulic equipment ,and then hydraulic machine tool .In World War I many new machines based on the principles of hydraulics had been used .The great automotive industy introduced hydraulic brakes in the early thirties and hydraulic transmissions in the late thirties .The tractor industry began using hydraulics in 1940 to increase the flexibility and utility of farm equipment .In World War II because of the demand transmission and control equipments in fast reaction ,precision action and high output powers boosted development in hydraulic theology .After the War ,the hydraulic development turned into civil industry ,such as machine tool ,engineering ,metallurgy ,plastic machine ,farm machine ,vehicle and watercraft .In more recent years ,the role of leadership in hydraulic power application has been taken over largely by some of the large earthmoving and construction equipment manufacturers .The total power involved is often greater than that required in even the largest aircraft systems .With the development of higher automation of hydraulic machines and increasing use of hydraulic and pneumatic elements ,the scaled elements and integrated hydraulic system with miniaturization is inevitable .Especially in recent years hydraulic and pneumatic transmission is combined closely with the sensor and micro-electricity technology .It has been emerging amounts of new valves such as hydraulic-electricity proportional valves ,digital valves ,hydraulic and electro-hydraulic servo cylinders and the integrative elements ,which will lead the hydraulic and pneumatic technology to the development of higher pressure ,higher speed ,larger power ,lower energy wastage and noise ,longevity and high integration .Computer aided design (CAD ) and test (CAT ) and practical control technology used in hydraulic and pneumatic system will be the trend .Nowadays the application of hydraulic transmission system has become one of the important indications of industry level for a country .In developed countries ,95%of engineering machine ,90%of numerical control center and more than 95%of automation assembly lines use the hydraulic transmission system .液壓與氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及發(fā)展應(yīng)用概況1. 液壓傳動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)1）在同等體積下，液壓裝置畢電氣裝置產(chǎn)生更高的動(dòng)力。再同等功率下，液壓裝置體積小，重量輕，功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。3）液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還可以在運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)速。4）液壓傳動(dòng)易于自動(dòng)化，它對(duì)液體壓力、流量或流動(dòng)方向易于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動(dòng)控制結(jié)合起來使用時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)裝置能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的順序動(dòng)作，也能方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。5）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，這是電氣傳動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置無法辦到的。6）由于液壓元件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。7）用液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。2.液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)1）由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄露是不可避免的，所以液壓傳動(dòng)在工作過程中常有較多的能量損失。2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度下工作。3）為了減少泄漏，液壓元件的制造精度要求較高，因而價(jià)格較貴。4）液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因。3.氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)1）空氣可以從大氣中取得，同時(shí)，用過的空氣可直接排放到大氣中去，處理方便，萬一空氣管路有泄漏，除引起部分功率損失外，不知產(chǎn)生不利于工作的嚴(yán)重影響，也不會(huì)污染環(huán)境。2）空氣粘度很小，在管道中的壓力損失較小，因此壓縮空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。3）因壓縮空氣的工作壓力較低（一般為0.30.8Mpa），因此，對(duì)氣動(dòng)元件的材料和制造精度上的要求較低。4）氣動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單，管道不易堵塞。5）使用安全，并且便于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。4.氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)1）由于空氣具有可壓縮的特性，因此運(yùn)動(dòng)速度的平穩(wěn)性不如液壓傳動(dòng)。2）因?yàn)楣ぷ鲏毫^低和結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，因而氣壓傳動(dòng)裝置的總推力一般不可能很大。3）傳動(dòng)效率低。總的說來，液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是主要的，而它們的缺點(diǎn)通過技術(shù)進(jìn)步和多年的不懈努力，已得到克服或得到了很大的改善。雖然在17世紀(jì)中葉法國(guó)物理學(xué)家伯雷斯.帕斯卡提出了靜壓傳遞原理，但在18世紀(jì)末才開始找到應(yīng)用在液壓系統(tǒng)和其他現(xiàn)代裝備中合適的元件。從那以后，液壓技術(shù)得到迅速發(fā)展。17、18世紀(jì)是液壓基礎(chǔ)理論的建立最興旺的時(shí)期。其中在17世紀(jì)初期，意大利數(shù)學(xué)和物理學(xué)家托里切利研究流體運(yùn)動(dòng)原理；17世紀(jì)后期艾沙克牛頓研究物體在流動(dòng)的液體中的粘性和阻力問題；18世紀(jì)中葉是最關(guān)鍵的時(shí)期，主要的成就有丹萊爾.箔某里發(fā)展了流體能量傳遞原理，同時(shí)伯雷斯.帕斯卡建立并提出了靜壓傳遞原理。從此靜壓傳遞原理奠定了流體傳動(dòng)（液壓、氣壓傳動(dòng)）的理論基礎(chǔ)。靜壓傳遞原理在18 世紀(jì)后期得到廣泛運(yùn)用。世界上第一臺(tái)水壓機(jī)是在18 世紀(jì)末由英國(guó)制造的。在上述理論基礎(chǔ)上，納維推倒流體運(yùn)動(dòng)方程，到了19世紀(jì)初期斯托克斯葉獨(dú)立發(fā)現(xiàn)相同的方程并進(jìn)一步發(fā)展了納維的流體運(yùn)動(dòng)方程。近代液壓氣壓傳動(dòng)是有19 世紀(jì)崛起并蓬勃發(fā)展的石油工業(yè)推動(dòng)起來的，最早實(shí)踐成功的液壓傳動(dòng)裝置是艦艇上的炮塔轉(zhuǎn)位器，其后才在機(jī)床上應(yīng)用。第一次世界大戰(zhàn)引入基于液壓原理的新武器。在20 世紀(jì)30 年代初期和后期在大型工業(yè)自動(dòng)化中引入液壓制動(dòng)。1940年代開始使用拖拉機(jī)以增強(qiáng)農(nóng)機(jī)設(shè)備的機(jī)動(dòng)性和效率。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)和裝備迫切需要反應(yīng)迅速、動(dòng)作準(zhǔn)確、輸出功率大的液壓傳動(dòng)及控制裝置，促使液壓技術(shù)迅速發(fā)展；戰(zhàn)后，液壓技術(shù)很快轉(zhuǎn)入民用工業(yè)。在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、塑料機(jī)械。農(nóng)林機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)得到大幅度的應(yīng)用和發(fā)展。近幾年液壓傳動(dòng)應(yīng)用到大型挖掘機(jī)和建筑施工的設(shè)備中，所涉及的總的動(dòng)力常常比最大型的航空系統(tǒng)所需的動(dòng)力還高。隨著液壓機(jī)械自動(dòng)化程度的不斷提高，液壓、氣動(dòng)元件應(yīng)用數(shù)量急劇增加，元件小型化、系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢(shì)。特別是近十年來，液壓和氣動(dòng)技術(shù)與傳感技術(shù)、微電子技術(shù)密切結(jié)合，出現(xiàn)了許多諸如電液比例控制閥、數(shù)字閥、電液伺服液壓缸等機(jī)（液）電一體化元器件，使液壓技術(shù)在高壓高速大功率節(jié)能高低噪聲使用壽命長(zhǎng)高度集成化等方面取得了重大進(jìn)展。無疑，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)（CAT）和計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制也是當(dāng)前液壓和氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向?，F(xiàn)今采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。如發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動(dòng)生產(chǎn)線都采用了液壓傳動(dòng)。編號(hào)無錫太湖學(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 專業(yè)學(xué) 號(hào)： 0923822 學(xué)生姓名： 沈宇 指導(dǎo)教師： 韓邦華（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）誠(chéng) 信 承 諾 書本人鄭重聲明：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 日無錫太湖學(xué)院 信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書一、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、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(duì)實(shí)際使用過程中存在的問題，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； 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)說明書1份。四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī) 械97 班 姓名 沈 宇 五、開始及完成日期： 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）：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(duì)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AbstractWith 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目錄摘 要IIIAbstractIV目錄V1 緒論11.1 鉆床的工藝范圍11.2 鉆床的類型11.2.1 臺(tái)式鉆床11.2.2 立式鉆床11.2.3 搖臂鉆床21.3 鉆削加工的特點(diǎn)21.3.1 多軸加工的特點(diǎn)31.3.1 多工位加工的特點(diǎn)31.4 論文研究的內(nèi)容及意義31.5 本文所做的工作32 機(jī)械傳動(dòng)方案確定42.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容分析42.2機(jī)械傳動(dòng)方案的選擇42.2.1 總體傳動(dòng)方案選擇42.2.2 總體傳動(dòng)方案確定53 主軸傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)73.1 切削力的計(jì)算73.1.1 機(jī)床工況要求73.1.2 切削力和切削扭矩的計(jì)算73.2 主軸齒輪傳動(dòng)方案確定93.2.1 設(shè)定齒輪傳動(dòng)方案93.2.2 主軸傳動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算104 工作臺(tái)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)184.1 工作臺(tái)縱向進(jìn)給負(fù)載分析及計(jì)算184.1.1 摩擦阻力計(jì)算184.1.2 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算184.1.3 絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算194.1.4 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算194.1.5 起動(dòng)慣性阻力矩的計(jì)算194.1.6 步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算194.2 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)選擇194.3 縱向進(jìn)給滾珠絲杠的選擇與校核194.3.1 承載能力的校核194.3.2 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算204.3.3 剛度驗(yàn)算204.4 滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)214.4.1 移動(dòng)導(dǎo)軌的分析214.4.2 移動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)選214.4.3 移動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算224.5 縱向進(jìn)給軸承的選擇255 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)255.1 橫向進(jìn)給負(fù)載分析及計(jì)算255.1.1 摩擦阻力的計(jì)算255.1.2 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算255.1.3 絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算265.1.4 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算265.1.5 起動(dòng)慣性阻力矩的計(jì)算275.1.6 步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算275.2 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)選擇275.3 橫向進(jìn)給滾珠絲杠的選擇與校核275.3.1 承載能力的校核275.3.2 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算275.3.3 剛度驗(yàn)算285.4 滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)285.4.1 移動(dòng)導(dǎo)軌的分析285.4.2 移動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)選295.4.3 移動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算295.5 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)軸承的選擇316 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)316.1 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算316.1.1 初選d1/a值316.1.2 中心距計(jì)算316.2 傳動(dòng)基本尺寸的確定326.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的校核計(jì)算326.3.1 蝸輪按齒面接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算326.3.2 輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算346.3.3 蝸桿軸繞度驗(yàn)算346.3.4 溫度計(jì)算356.3.5 潤(rùn)滑油粘度和潤(rùn)滑方法356.3.6 花鍵的選擇35結(jié)論與展望36畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)37致 謝38參考文獻(xiàn)3941鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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 鉆床的工藝范圍圖1.1鉆床的加工方法鉆床類機(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-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1.2 鉆床的類型鉆床的主要類型有臺(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)中心線與被加工孔的中心線重合，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(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)不宜過多。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(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(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。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(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；2 機(jī)械傳動(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(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。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)的角度上來說：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。包括此類機(jī)床的其它特點(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(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(duì)客戶的要求進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。而對(duì)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(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(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。圖2.1 齒輪傳動(dòng)方式簡(jiǎn)圖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?，F(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10萬千瓦，轉(zhuǎn)速可到10萬轉(zhuǎn)分，圓周速度可到300米/秒。單級(jí)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(jí)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)較大,發(fā)熱量較多，傳動(dòng)效率低，通常為0.450.97。 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(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)。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：IT8IT10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0.220.28。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(duì)應(yīng)的它們的切削速度為V=0.99m/s0.43m/s,則由得 鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速 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： （3.1） （3.2） （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工件材料KMm=KFm= =0.98938則最小進(jìn)給量f=0.08mm/rF1=9.8161.2100.080.70.989381=1013.79NT1=9.810.03111020.080.80.989381=4.0NmPM1=23.144.031.5310-3=0.79Kw最大進(jìn)給量f=0.30mm/rF2=9.8161.2100.300.70.989381=2557.22NT2=9.810.03111020.300.80.989381=11.52NmPM2=23.1411.5213.6910-3=0.99Kw2）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0.220.28。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進(jìn)給量的兩極限值f=0.12mm/r0.70mm/r，對(duì)應(yīng)的它們的切削速度為V=0.79m/s0.33m/s,則由可得： 鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速 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： （3.4） （3.5） （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對(duì)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/rF3=9.8142.7100.120.811=768.14NT3=9.810.0211020.120.811=3.78NmPM3=23.143.7825.1610-3=0.597Kw最大進(jìn)給量f=0.70mm/rF4=9.8142.7100.700.811=3149.02NT4=9.810.0211020.700.811=15.49NmPM4=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=1.03Kw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)變速器來解決。無級(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(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。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=1.16Kw （取齒輪=0.97，精度等級(jí)為8級(jí)）則主軸電機(jī)輸出功率P2P2= 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)無級(jí)變速器相對(duì)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(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)第四卷可選擇的無級(jí)變速器為：HZXD1500L。根據(jù)無級(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(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。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 Hlim1=710MPa Hlim2=580MPa初步計(jì)算的許用接觸硬力:H1=0.9Hlim1=0.9710=639MPaAd值由表12-16，取Ad85初步計(jì)算的小齒輪直徑：d1=29.14(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: 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=160=60模數(shù)由表12-3取m=1.5 則 Z2= iZ1=60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： 端面重合度： 重合度系數(shù):Z=0.74 由此得： 齒間載荷分布系數(shù)KH: 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ZE189.8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)：107NL109 則指數(shù)：m=8.78NL1=NV1=60ithi(Ti/Tmax) =6016314800(18.780.2+0.58.780.5+0.28.78 0.3) =3.65107 原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。 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： 驗(yàn)算：H=ZEZHZ 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 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：齒間載荷分配系數(shù)KF: 由表12-10 齒向載荷分布系數(shù)KF:由表12-14 KF=1.25載荷系數(shù)K:K=KA KVKFKF=1.51.11.491.25=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12.23CFlim1=60MPa Flim2=450Mpa彎曲最小安全系數(shù)SFmin:由表12-14 SFmin1.25應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL:由表12-15，估計(jì)3106NLTmax=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=0.1F花=f=53380.1=533.8N而則軸所受軸向力：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)（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。 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 取=0.75時(shí)取I=3.2（=0.1時(shí)）可?。篫1=20 Z2=64 m=1.25 b=20mm =200df1=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：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：折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：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 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)的角速度則： T慣=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： 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=14.70.951=13.98Nm13.03Nm故選擇合適。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）1011750.1=917.5N 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可取 =25 , =52 m=1.5 b=25mm =20o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)慣量可近似的算出為：JS=7.82.547010-4=2.1310-4Kgm2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=3.4310-4Kgm2折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 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/2nm由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0.11s之間)，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度角加速度T慣Jm=6.2610-4174.44=0.11Nm4.1.6 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=0.46Nm4.2 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 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=0.866Tg=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)（）Pmax=F縱+F摩0+917.5917.5NfH=1 fW=1.2 T=15000選絲桿CMD25043查表得絲桿額定載荷為O=8.2KNQ滿足要求。4.3.2 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 取雙推簡(jiǎn)支式支承，由FK=2E-鋼的彈性模量2.1105（Mpa）I-絲杠小徑的截面慣性矩（）查手冊(cè)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(zhǎng)度L=LS=700mm故滿足要求。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)絲杠最小截面積設(shè)T0=0.5I=2.26cm4 M= Tmaxi=4.92.08=10.20Nm=1020Ncm“”號(hào)用于拉伸，“一”號(hào)用于壓縮，都取“”號(hào)，則:由于選擇要求滾珠絲杠精度等級(jí)為C級(jí)，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)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：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：軸對(duì)于鉆床而（相對(duì)于軸的）則軸：工件與工作臺(tái)重估計(jì)；：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)） Z軸：由分析知2）支反力計(jì)算：各導(dǎo)軌面的支反力分別為RA、RB、RC要增大，則有：或：（對(duì)于鉆床）3）各導(dǎo)軌面的支反力矩：4）牽引力：對(duì)于鉆床來說，F(xiàn)f進(jìn)給力很小或?yàn)?。5）導(dǎo)軌壓強(qiáng)：按線形分布的導(dǎo)軌壓強(qiáng)：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）或或或?qū)τ诨瑒?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1.21.5Mpa，最大許用壓強(qiáng)2.53.0Mpa，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V1m/min時(shí)PV值不得超過0.2Mpam/min，如滑動(dòng)速度V1m/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)控鉆床來講，工件進(jìn)給過程中并不受切削力，則加上鑲?cè)胨芰蠈?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0.60.8Mpa，故導(dǎo)軌的平均許用壓強(qiáng)Pav=0.35Mpa0.60.8Mpa，故選擇導(dǎo)軌符合要求。由 即在此可確定：令 不變，則a=B=0.05m,則重取接觸長(zhǎng)度L，即：