數(shù)控多工位立式鉆床設(shè)計使用說明書

1、務(wù)林挈落畢業(yè)論文（設(shè)計）論文（設(shè)計）題目：專用機床的機構(gòu)設(shè)計（數(shù)控多工位立式鉆床）姓名學(xué)號院系機電工程學(xué)院專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化年級指導(dǎo)教師2015年05月08日摘要1Abstract2第1章數(shù)控機床的工作原理與組成41.1 數(shù)控機床的工作原理41.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢41.3 我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展5第2章機械結(jié)構(gòu)選擇6第3章機械傳動部件設(shè)計73.1 切削力的計算73.2 主軸齒輪傳動方案確定93.3 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算1.43.4 縱向進(jìn)給運動的分析及計算.18第4章縱向進(jìn)給步進(jìn)電機加工匹配選擇204.1 縱向進(jìn)給滾珠絲杠的校核204.2 橫向進(jìn)給運動的分析及計算214.3 Z

2、向進(jìn)給負(fù)載分析及計算244.4 齒輪強度校核274.5 回轉(zhuǎn)工作臺運動的分析計算29第5章齒輪強度校核325.1 齒面接觸疲勞強度計算325.2 滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)345.3 導(dǎo)軌及齒輪傳動間隙調(diào)整分析39結(jié)論4工參考文獻(xiàn)42新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要隨著先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，數(shù)控加工已成為機加工過程中的一種主流技術(shù)。這一技術(shù)的運用提高了機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加工工具。對數(shù)控多工位鉆床的設(shè)計，采用了普通車床設(shè)計的步驟和方法，綜合考慮數(shù)控機床的特點。從切削力入手確定主軸及電機，到整個機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計和機床的控制。最后到對機床初始

3、化程序設(shè)計。所做的工作有，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；完成機床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計計算與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計，初步完成控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計；提交論文及機械系統(tǒng)的裝配與關(guān)鍵零部件的相應(yīng)圖紙及數(shù)控系統(tǒng)的硬件圖，同時提交電子文檔；編寫設(shè)計計算說明書。關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；鉆床；鉆削；程序設(shè)計新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）AbstractWiththemanufacturingdevelopment,numericalcontrolmanufacturinghasbecomeoneofthemajoradvancedtechnologiesefficiencyandacc

4、uracyhasbeenimprovedinapplicationofthetechnologyNumericalcontrolauto-drillingmachineisakindofthenewmachinetoolsthatcanimprovethemachiningaccuracyandefficiencyThepanerhasdesignedforNumericalcontrolauto-drillingmachine,usingdesignmethodoftheordinarylathe,andconsideringthecharacteristicofthenumericacon

5、trolmachinetoolssyntheticallycuttingforcehasbeencalculatedthestructuralandthecontrolsystemhasbeendesigned.FiitMysoftwareroutinehasbeenexplored.Thispanerhasfinishedmajorworks:Completedestigationofinternalandexternalofcurrentsituationfornumericabontrolmultistage-drillingnachine,andcomparedt,putforward

6、afeasiblescheme;Completdhemechanicastructuradesignancalculatedanddesignectheelectriccontrolsystem,andfinishedthesoftwareandhardwareofthecontrolsystemtentatively;Submitthesisandth(assemblyofmechanicalsystemandhardwarepictureofkeysparepartanddrawingofnumericalcontrsystem,submittheelectronicfileatthesa

7、metime;Writethespecificationofdesigningandcalculating,hasdesignedaneconomynumericalcontrolmachinetool.Keywords:numericalcontrolmachinjndrillingmachinedrilling；procedureontrol新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）回首過去的“十一五”規(guī)劃的五年，機床工具行業(yè)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)較快發(fā)展，得益于全行業(yè)在新形勢下把握住了“抓創(chuàng)新、調(diào)結(jié)構(gòu)、促改革”這一工作主線，使行業(yè)面貌有了明顯改觀。召開的黨的十七屆五中全會通過了關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展第十二個

8、五年規(guī)劃的建議？國務(wù)院也已正式審議通過了關(guān)于加快培育發(fā)展新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的決議。在有關(guān)文件的精神指導(dǎo)下，數(shù)控機床專項已制定了“十二五”的實施計劃行業(yè)的“十二五”規(guī)劃正在實施中?！笆濉逼陂g將以科學(xué)發(fā)展觀為主題，以轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式為主線，以調(diào)整結(jié)構(gòu)為切入點，工業(yè)行業(yè)最主要的是抓好產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級，以保持行業(yè)的長期、健康、快速發(fā)展。數(shù)控技術(shù)是機械加工現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)用數(shù)控加工可大大提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定加工質(zhì)量、縮短加工周期、增加生產(chǎn)柔性、實現(xiàn)對各種復(fù)雜精密零件的自動化加工，易于在工廠或車間實行計算機管理，還使車間設(shè)備總數(shù)減少，節(jié)省人力、改善勞動條件，有利于加快產(chǎn)品的開發(fā)和更新?lián)Q代，提高

9、企業(yè)對市場的適應(yīng)能力并提高企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用，使機械加工的大量前期準(zhǔn)備工作與機械加工過程聯(lián)為一體，使零件的計算機輔助設(shè)計（CAR計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP和計算機輔助制造（CAM的一體化成為現(xiàn)實，使機械加工的柔性化自動化水平不斷提高。目前的數(shù)控加工主要應(yīng)用于以下兩方面：一方面的應(yīng)用是常規(guī)零件加工,如二維車削、箱體類鏈銃等。其目的在于：提高加工效率，避免人為誤差，保證產(chǎn)品質(zhì)量；以柔性加工方式取代高成本的工裝設(shè)備，縮短產(chǎn)品制造周期，適應(yīng)市場需求。這類零件：一般形狀較簡單，實現(xiàn)上述目的的關(guān)鍵一方面在于提高機床的柔性自動化程度、高速精加工能力、加工過程的可靠性與設(shè)備的操作性能，另一

10、方面在于合理的生產(chǎn)組織、計劃調(diào)度和工藝過程安排。另一方面的應(yīng)用是復(fù)雜形狀零件加工，如模具型腔、渦輪葉片等。該類零件在眾多的制造行業(yè)中具有重要的地位，具加工質(zhì)量直接影響以至決定著整機床品的質(zhì)量這類零件型面復(fù)雜，常規(guī)加工方法難以實現(xiàn)，它不僅促使了數(shù)控加工技術(shù)的產(chǎn)生，而且也一直是數(shù)控加工技術(shù)的主要研究及應(yīng)用對象。由于零件型面復(fù)雜，在加工技術(shù)方面，除要求數(shù)控機床具有較強的運動控制能力（如多軸聯(lián)動）外，更重要的是如何有效地獲得高效優(yōu)質(zhì)的數(shù)控加工程序，并從加工過程整體上提高生產(chǎn)效率。數(shù)控機床在機械制造領(lǐng)域中得到日益廣泛的應(yīng)用，是因為它具有如下特點：高柔性、生產(chǎn)效率高、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、自動化程

11、度高、能完成復(fù)雜型面的加工、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）第1章數(shù)控機床的工作原理與組成1.1數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床是數(shù)字信息進(jìn)行控制的機床。即凡是用代碼化和數(shù)字信息將刀具移動軌跡信息記錄在程序介質(zhì)上，然后送入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過譯碼和運算，控制機床刀具與工件的相對運動，加工出所需工件的一類機床即為數(shù)控機床。數(shù)控加工基本過程見圖1所示：圖1計算機數(shù)字控制（PLQ系統(tǒng)框圖數(shù)控機床加工零件時，首先編制零件的數(shù)控程序，這是數(shù)控機床的工作指令。將數(shù)控程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置機床主運動的變速、啟停，進(jìn)給運動的方向、速度和位移大小，以及其他諸如刀具選擇交換，工件夾緊、松開和冷卻

12、、潤滑的啟、停等動作，使刀具與其他輔助裝置嚴(yán)格地按照數(shù)控程序規(guī)定的順序、路程和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出形狀、尺寸與精度等符合要求的零件。數(shù)控機床的組成：數(shù)控機床的種類繁多，但從組成一臺完整的數(shù)控機床來講，它由信息輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機床本體以及復(fù)雜裝置組成。1.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢近十幾年來，數(shù)控機床借助于微電子、計算機技術(shù)的飛速進(jìn)步著高精度、多功能、高速化、高效率、，正向復(fù)合加工功能、智能化等方向邁進(jìn)，明顯地反映出時代的特征，其主要表現(xiàn)為以下幾方面。1）精度化2）高速度化3）高柔性化4）高自動化5）復(fù)合化新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）6）智能化7）網(wǎng)絡(luò)化8）高可靠性1.3 我

13、國數(shù)控產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展20世紀(jì)80年代以來，國家對數(shù)控機床的發(fā)展十分重視，經(jīng)歷了“六五”、“七五”期間的消化吸收引進(jìn)技術(shù)，“八五”期間科技攻關(guān)開發(fā)自主版權(quán)數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化奠定了良好基礎(chǔ)，并取得了長足的進(jìn)步?！熬盼濉逼陂g數(shù)控機床發(fā)展已進(jìn)入實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模有了較大幅度的提高，形成了十幾個普及型數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化基地和開發(fā)中心，數(shù)控機床的年銷量從“八五”末期底1000多臺發(fā)展到2000年的14萬多臺，機床的產(chǎn)值數(shù)控化率從“八五”的12%曾長到2000年的近30%一些重點企業(yè)已達(dá)到70%；上，使高檔數(shù)控機床的進(jìn)口幅度減少，突破了西方在關(guān)鍵設(shè)備方面對我國的進(jìn)口限制，國產(chǎn)數(shù)控機床“八五”期間的市場占

14、有率只有23%至IJ2000年已達(dá)到50%數(shù)控機床新開發(fā)品種300個，已有一定的覆蓋面。新開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)品大部分達(dá)到國際20世紀(jì)80年代中期水平，部分達(dá)到90年代水平，為國家重點建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機床。在技術(shù)上也取得了突破，如高速主軸制造技術(shù)（12000r/min1800r/min）、快速進(jìn)給（60m/min）、快速換刀（1.5s）、柔性制造、快速成形制造技術(shù)等為下一步國產(chǎn)數(shù)控機床的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)前，我國數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過度的關(guān)鍵時期，也是由封閉型數(shù)控系統(tǒng)向開放型系統(tǒng)過渡的時期。從生產(chǎn)規(guī)模上看，已有像航天數(shù)控集團(tuán)、華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司、北京機床研究所等

15、可實現(xiàn)批量生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化基地。我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)上（包括核心技術(shù)），已達(dá)到國外先進(jìn)水平，以開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于PC機的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機床的可靠性指標(biāo)有大幅度提高。我國數(shù)控機床的可靠性指標(biāo)（MTBF一直是其市場信譽及市場競爭力的主要問題。“九五”時期，我國加工中心的MTBFB達(dá)至U400h,數(shù)控車床從平均200h提高到平均450h;數(shù)控系統(tǒng)從5000h提高到10000h以上，最高達(dá)到20000h。曾長期捆擾我國，并受到西方國家封鎖的多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控技術(shù)已漸成熟，并進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用階段?！熬盼濉逼陂g，我國生產(chǎn)的五軸聯(lián)動及五面加工機床已有多個品種，并

16、在軍工、航天、船舶等領(lǐng)域里應(yīng)用，有效地打破了國外對我國進(jìn)口此類設(shè)備的限制。新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）第2章機械結(jié)構(gòu)選擇經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計給出的題目要求和數(shù)據(jù)：要設(shè)計加工工件的最大直徑為10mm,且其工作行程為300X300X70的數(shù)控多工位鉆床。根據(jù)這一特點表明要設(shè)計的機床是一臺中小型的數(shù)控鉆床，而且是用于一般的機加工中。所以設(shè)計這樣的機床考慮其經(jīng)濟(jì)性、合理性應(yīng)該是最為重要的和成為設(shè)計的主導(dǎo)思想！查相關(guān)數(shù)控機床資料和數(shù)控機床的市場調(diào)查，選擇確定合理的機床結(jié)構(gòu)很重要。傳統(tǒng)的數(shù)控機床結(jié)構(gòu)包括立式、臥式兩大類。立式機床的主軸定位多數(shù)是相同的，它的優(yōu)點在于：機床小巧、占地空間小、經(jīng)濟(jì)實惠。適合于工作單一加

17、工工件較小及加工尺寸小的場合。而臥式數(shù)控機床的主軸結(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)點在于：主軸箱的自重不會使立柱產(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)于提高了機床的剛度。故要是采用對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計成為臥式結(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。然而一般的臥式數(shù)控機床的加工尺寸都很大，對于我們要設(shè)計的機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)計的機床采用立式的結(jié)構(gòu)更為節(jié)省空間，節(jié)省材料。同時機床看上去更為小巧，然而完全可以達(dá)到要求加工范圍的要求。包括此類機床的其它特點都很滿足我

18、們要設(shè)計機床的要求。所以，我們通過對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的了解和認(rèn)識我們認(rèn)為：對于我們即將設(shè)計的機床，采用立式的結(jié)構(gòu)是完全可行的。方案的確定結(jié)果是：數(shù)控多工位立式鉆床。新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計)第3章機械傳動部件設(shè)計由于電機工作時，其負(fù)載阻力有切削力、摩察阻力、慣性力，只有克服這些阻力，才能正常啟動及運行。因此要對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行必要的設(shè)計及計算。3.1 切削力的計算3.1.1 初始條件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#鋼(=0.638GPO);灰鑄鐵190HBS加工精度為：IT8sIT10級以下孔初加工。3.1.2 確定切削力和扭矩(1)當(dāng)工件材料為45井鋼

19、時，根據(jù)以知條件查機械加工工藝手冊表2.4-38高速鋼鉆頭鉆孔時的進(jìn)給量知：10mna頭初加工白進(jìn)給量為0.22s0.280由表2.4-41高速鋼鉆頭切削時切削速度、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,對應(yīng)的它們的切削速度為V=0.99m/ss0.43m/s,貝U由丫=型蛆1000：d0鉆頭或工彳的轉(zhuǎn)速=10000.99二d0=31.53r/s=13.69r/s10000.43n2二"二d0由金屬切削刀具計算鉆頭軸向力F和扭矩T的經(jīng)驗公式及表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=9.81CFd0XFfyFKFT=9.81

20、cMd0XMfyMKMPm=2二Tn10，Cm=0.0311其中對于鋼-b=0.638GPaCF=61.2XF=1.0YH=0.7XM=2.0YM=0.8KF=KFMKFWKM=KMnKMv對于已磨損鉆頭KMn=1KMv=1_0.75工件材料KMn=KFm=0bf=0.989389637)則最小進(jìn)給量f=0.08mm/rFi=9.81X61.2X10X0,080.7X0.98938X1=1013.79NT1=9.81X0.0311X102X0.080.8X0.98938X1=4.0NmPN1=2X3.14X4.0X31.53X10“=0.79Kw新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計)最大進(jìn)給量f=0.3

21、0mm/rF2=9.81X61.2X10X0.300.7X0.98938X1=2557.22NT2=9.81x0.0311x102x0.308x0.98938x1=11.52NmPN2=2X3.14X11.52X13.69乂10,=0.99Kw(2)當(dāng)工件材料為灰鑄鐵HB190時，根據(jù)以知條件查機械加工工藝手冊表2.4-41高速鋼鉆頭鉆孔時的進(jìn)給量知：10mmi占頭初加工白進(jìn)給量為0.22-0.28。由表2.4-41高速鋼鉆頭切削時切削速度、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,對應(yīng)的它們的切削速度為V=0.79m/s-0.33m/s,則由v=型必10001

22、000V鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速=25.16r/s1000V310000.79n3=：=二d0二101000V410000.33二d°二10=10.51r/s由金屬切削刀具計算鉆頭軸向力F和扭矩T的經(jīng)驗公式及表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=9.81CFd0XFfyFKFT=9.81cMd0XMfyMKmPm=2110，其中對于灰鑄鐵CF=42.7XF=1.0Yf=0.8CM0.021XM=2.0YM=0.8KF-KFMKFWKM=KMnKMV對于已磨損鉆頭KMV=1Kfw=1工件材料KMn=KFm=(Hb/190)0.6=1則最小進(jìn)給量f=0.12mm/rF

23、3=9.81X42.7X10X0.120.8X1X1=768.14NT3=9.81義0.021義102義0.120.8義1義1=3.78Nm3PM3=2X3.14X3.78X25.16X10=0.597Kw最大進(jìn)給量f=0.70mm/rF4=9.81X42.7X10X0.708X1X1=3149.02NT4=9.81X0.021義102X0.70°.8X1X1=15.49Nm3PM4=2X3.14X10.51X15.49X10=1.02Kw由此可得鉆頭的最大轉(zhuǎn)矩Tmax=15.49Nm新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）最大轉(zhuǎn)矩Fmax=3149.02N最大切削功率Pmax=1.02Kw則鉆

24、頭主軸所需要的功率為：P=PMax/總其中"總="花鍵軸"軸承深溝球軸承q=0.99（取3個）角接觸推力軸承q=0.98（取2個）花鍵軸4=0.97-0.98由金屬切削機床查得：“總=線鍵軸”軸承=0.97X0.993X0.982=0.904則p=1.02/0.904=1.03Kw對于主軸電機的選擇，查機械產(chǎn)品目錄，對于中小功率的電機，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)電機的額定轉(zhuǎn)矩。在數(shù)控機床多工位鉆床的設(shè)計過程中，要求數(shù)控機床能夠進(jìn)行多級變速。在這種情況下，我們正好可以采用一個變

25、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，根據(jù)主軸特點設(shè)計鉆床主軸的特點是主軸在軸向方向上有移動，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機的運動傳遞給主軸，使主軸轉(zhuǎn)動。在本次設(shè)計中我們就選用花鍵的齒輪作為傳動件，把電機的轉(zhuǎn)動傳給主軸，則從主軸來的傳動方式為：主軸（花鍵軸）一一內(nèi)花鍵齒輪一一嚙合齒輪（一組或多組）一一聯(lián)軸器一一無級變速器一一主軸電動機3.2主軸齒輪傳動方案確定3.2.1 設(shè)定齒輪傳動方案如圖3-1所示：軸I為機床主軸，設(shè)計為齒輪花鍵軸。由前面知齒輪花鍵軸的功率為Pin主軸電機Ir機床主軸新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）圖3-1

26、主軸傳動示意圖即軸Ip尸Pi=l.l3KwP113軸IIPi=1.16KwPn=Pi/Y齒輪0.97=1.13/0.97=1.16Kw（取“齒輪=0.97,精度等級為8級）則主軸電機輸出功率P2P2=R=1.16/0.99=1.18Kw/聯(lián)軸器根據(jù)機械產(chǎn)品目錄選擇電機可用YCP802-2,1.1Kw額定功率和YCP90S-21.5Kw額定功率最為接近功率要求。而前者略小于最大輸出功率，而加一個無級變速器相對于電機來說其傳遞功率也不會消耗太多，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2.3NS選擇了電

27、動機就可根據(jù)所選擇電動機確定相應(yīng)的無級變速器。根據(jù)電動機功率和轉(zhuǎn)矩及主軸所必須達(dá)到的最小轉(zhuǎn)矩，可確定變速器，查機械設(shè)計手冊第四卷可選擇的無級變速器為：HZXD1500L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，同時轉(zhuǎn)速也能達(dá)到要求。故在接下來設(shè)計的齒輪組中，主要達(dá)到的目的為將電動機的轉(zhuǎn)動傳遞給主軸使主軸完成轉(zhuǎn)動，并不影響軸向的進(jìn)給動。對于齒輪組的設(shè)計就是要完成傳動。為了設(shè)計需要，可以僅設(shè)計一組齒輪即可。又因為轉(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)計成一組惰輪

28、，即不改變變速器傳遞出來的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，僅將轉(zhuǎn)動傳給主軸，達(dá)到了設(shè)計要求和目的。3.3.2設(shè)計齒輪在齒輪設(shè)計中，取轉(zhuǎn)矩最大時設(shè)計用到最大轉(zhuǎn)矩15.49,切削速度=631r/min。首先小齒輪（主動齒輪）用40Cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度241H&286HB平均取為260HB大齒輪（從動齒輪）用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229H&286HB平均取為240HB計算如下：10新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）關(guān)于主軸傳動中的第一組齒輪齒面接觸疲勞強度計算1）初步計算：轉(zhuǎn)矩:Tii=5.49Nm=5490Nmm書中的表）取*齒寬系數(shù)：由表12.13（該節(jié)中所指的表均指機械設(shè)計=1.0接觸疲勞極限：仃Hli

29、m由機械設(shè)計圖12.17C可取二Hm2=580MPa二Hiim1=710MPa初步計算的許用接觸硬力：仃hi=0.9仃Hlim1=0.9X710=639MPaAd值由表12.16,取Ad=85初步計算的小齒輪直徑:TiU1d1>Ad3,-t一'Q*1u=853549011,2=29.1415221(其中u=I=1,T=5490Nmm)取d1=90mm初取齒寬：b=bd1=1x90=90mm2）校核計算:圓周速度:二d1nl6010003.1485631601000=2.8m/s精度等級：由機械設(shè)計表12.6選8級精度齒數(shù)Z和模數(shù)m:取齒數(shù)乙=60,Z2=iZ1=1X60=60模數(shù)

30、m=d1=90=1.5由機械設(shè)計表12.3取m=1.5乙60d1貝UZ1=60Z2=iZ1=60m使用系數(shù)Ka：由表12.9取Ka=1.5動載系數(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：F2T*25490Ft122d190KaFt15122=2.033N/mm：100N/mm9011新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）端面重合度：,=1.88-3.2：Icos-乙Z2=%.88-3.2M+=1.77I60”重合度系數(shù):Z=,(4-1.77)/3=0.74由止匕得：KH-=12=2=1.81-Z20.742齒間載荷分布系數(shù)KhP：由機械設(shè)計表12.11(非對

31、稱支撐)b2工KH=ABCb10d123=1.090.1610.309010=1.28載荷系數(shù)：K=KaKvKh0t。y1.5X1.1X1.81X1.28=3.82彈性系數(shù)ZE由表12.12取ZE=189.8J'MPa節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH:由機械設(shè)計手冊圖12.16可取ZH=2.5接觸最小安全系數(shù)SHlim:由表12.14取SHlim=1.05總工作時間：th=10X300X8X20%=4800h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Nl:由表12.15估計：107<Nl<109則指數(shù)：m=8.78Nl1=Nv1=60'Znithi('/T)i1max=60X1X631義4800X(1義

32、0.2+0.58.78X0.5+0.20.8義0.3)=3.65X107原估計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確Nl2Nl13.651071=3.65107接觸壽命系數(shù)ZN:由機械設(shè)計圖12.18可取Zn1=1.13Zn2=1.18許用接觸應(yīng)力6H：|:HlimZN17101.13-H11=764MPaSHmin1.05trH2|_HlimZn2SHmin7101.181.05=652MPa驗算：二h二ZeZhZ；,2KT1(u1)/bd12u12新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）=189.92.50.7422.68549011303021=503.4MPa計算結(jié)果表明，接觸疲勞強度較為適合，齒輪齒寸無需調(diào)整。3）確

33、定傳動主要尺寸：實際分度圓直徑d,因模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時，齒數(shù)并未調(diào)整，故分度圓直徑不會改變,即：d1=mzi=90mmd2=mz2=90mm60+60嗚億1+Z27彳60+60、”中心距a=m1=1父=60mm齒寬b=bd1=90mm4）齒根彎曲疲勞強度驗算:重合度系數(shù)Y.：Y.-0.25齒間載荷分配系數(shù)kF：.:11Kf=1.49Y.0.670.750.75=0.25=0.67二.1.77由機械設(shè)計表12.10齒向載荷分布系數(shù)七:b90=13.33h2.253由機械設(shè)計手冊表12.14kF-=1.25載荷系數(shù)K:K=KaKvKhgKhP=1.5X1.1X1.49X1.25=3.07齒形系數(shù)丫小：

34、由機械設(shè)計圖12.21YF1=2.8YF2=2.29應(yīng)力修正系數(shù)YS/由機械設(shè)計圖12.22YSa=1.54丫直口彎曲疲勞極限仃Fiim:由機械設(shè)計圖12.23C二=60MPaFlim1二Flim2450Mpa彎曲最小安全系數(shù)SFmin:由表12.14Sfmin=1.25應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL:由表12.15,估計3X106<NL<101049.91TTmax/thith則指數(shù)m=49.91nNL1=NV=60rn1th”i1=60X1X631X4800X(1X0.2+0.549.91乂0.5+0.249.91乂0.3)=3.63X10713新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）原估計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)

35、正確Nl2Nli113.631071=3.63107彎曲壽命系數(shù)Yn：由機械設(shè)計圖12.24Yn1=0.93Yn2=0.95尺寸系數(shù)Yx：由機械設(shè)計圖12.25Yx=1.0許用彎曲應(yīng)力皿：小=?=5=446.44MPa,'Flim2YN2YXF2J=SFmin4500.951二342MPa1.25驗算:2KYFa1YSa1Y；bd1m23.0754902.81.540.67901001.5=7.2MPaIF二F2：，F(xiàn)1YFa2YSa2YFa1YFa17.22.291.742.81.54=6.65MPa傳動無過載，故不作靜強度校核3.3主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算主軸材料45鋼，調(diào)質(zhì)到HB223

36、250左右3.3.1 軸的確定軸的最小直徑d-39.55106P0.2!Tn由機械設(shè)計表16.2查得：45鋼匕=35Mpa-13.47mmd39.551061.13-0.23510.51取軸最小直徑20mm根據(jù)最小軸徑確定各階軸徑主軸如圖3-2所示：14新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）3.3.2 在所在主軸上使用的軸承選擇如下圖3-2主軸結(jié)構(gòu)圖選用深溝球軸承和推力球軸承:a處有：6206d=30D=62B=1651206d=30D=52B=16b處有：6206d=30D=62B=16（兩個）51206d=30D=52B=16則a段取長設(shè)計為35,b段取長設(shè)計為50。3.3.3 軸上軸承和花鍵的確定

37、花鍵軸上花鍵的選擇定型為：由機床設(shè)計手冊表4.2-13,根據(jù)軸的最小徑可取花鍵為:Z-DXdXB=4-22X19X8,dmin=18.3,C=0.3,r=0.2由機械設(shè)計表7.2對花鍵軸聯(lián)接傳遞的轉(zhuǎn)矩計算:40HRc動聯(lián)接過程T=KZhl'JP花鍵選用矩形花鍵，外徑定心，其定心精度高，表面硬度高于D-d”h=-2C22-191=-20.3=0.910222194=12.75104m工作條件中等，齒面經(jīng)過熱處理。由機械設(shè)計手冊7.2查得P=515Mpa取P=15Mpa選擇齒的接觸長度l'即為Z4齒的齒寬l'=b4=30mm取載荷不均勻系數(shù)K=0.8則T（動聯(lián)接）=0.8X

38、4X0.9X10-3X12.75X10-3X0.030X15X10615新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）=16.53Nm>Tmax=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)動中產(chǎn)生的摩擦力為F花：取仙=0.1F花=f=5338X0.1=533.8N而F=T=T3-1545N1922-1910.710與-0.322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=1.1XF合=3635N（K=1.1）3.3.4軸向進(jìn)給設(shè)計在主軸外設(shè)計一套筒：設(shè)長為80mm勺齒條由齒輪帶動。先設(shè)計用一級減速接步進(jìn)電機使主軸進(jìn)給。如圖3

39、-3所示：圖3-3主軸進(jìn)給圖示由機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書：I=民xt0/3600x6其中a一步距角（deg）6一脈沖當(dāng)量（鉆床取0.02mm卜一齒距（10=jim根據(jù)機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書選步進(jìn)電機取a=0.1m=1.25_0.1二1.25_I_3.23600.02取a=0.75時I=075上二125=23.443600.02取I=3.2（a=0.1時）可?。篫1=20Z2=64m=1.25b=20mma=20°16新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）df1=mZ1=25mmdf2=mZ2de1=28de2=83齒輪設(shè)計成直齒圓柱齒輪，齒輪材料為45鋼，則大小齒輪轉(zhuǎn)動慣量分別為：J=7.8

40、d4b10'Kgm2Jzi-7.82.842100.95910“Kgm2JZ2=7.884210工=63.9010）Kgm2根據(jù)機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書表1,預(yù)選步進(jìn)電機為200BF001,查得電機轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動慣量為：Jm=12.9410,Kgm2折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量:J=JmJZ1JZ2=12.9410*0.95910"63.910，空1.25型1.25抬164J164JI2兀J等效負(fù)載轉(zhuǎn)_52=1300.8110Kgm矩Tm的計算：取V=2m/minTm=（F軸+F摩）V主軸進(jìn)給/2Hnm0.1hm=V0、=200.02=1110r/min3603603.3.5Tm

41、236352二1110=1.04Nm起動慣量矩的計算以最不利條件下的快速起動計算，設(shè)起動加速度或制動減速度的時間t=0.3s,由于步進(jìn)電機的角速度Wm=2二=2二1110=116.18s46060Wm-0116.18_2則：Wnm387.27st0.3T=JWn=1310”387.3=5.038NmI慣一一貝（JJZ=TmJ±+T慣=1.04+5.038=6.08Nm3.3.6步進(jìn)電機的匹配選擇如考慮機械傳動系統(tǒng)的效率為n,安全數(shù)值為K,則此時負(fù)載總轉(zhuǎn)矩為:1.5.6.08=13.03Nm0.7由預(yù)選的步進(jìn)電機型號200BF001,五相十步，步距角0.1%Step,其最大靜轉(zhuǎn)矩17新

42、鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計)Tymax=14.7Nm為保證正常的起動和停止,步進(jìn)電機的起動轉(zhuǎn)矩Tg必須大于或等于TE,由表可知TgZ的比值，取TgZ=0.951,TIymaxTymax則T=14.7X0.951=13.98Nm>13.03Nm故選擇合適。3.4縱向進(jìn)給運動的分析及計算3.4.1 摩擦阻力摩擦阻力應(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.5摩=(400+400)X10+1175X0.1=917.5N0=0.13.4.2 等效轉(zhuǎn)動慣量計算根據(jù)要求粗選：a=0.75to=56=0.005

43、：t0360、0.75536000.005=2.08,可取Z1=25,Z2=52m=1.5b=25mm2=20°df1=m乙=1.5x25=37.5mmdf2=mZ2=1.5x52=78mmde1=40.5mmde2=81mm將齒輪看作近似的圓柱體，材料為45#鋼，則大、小齒輪白轉(zhuǎn)動慣量分別為：J=7.8xd4XbX10"kg*m2JZ1=7.8X3.754X2.5X10=3.86X10“kg*m2Jz2=7.8X8.104X2.5X10=8.40X10Kgrn滾珠絲桿直徑選擇為d0=25mm,L=700mmy料45#鋼，則絲桿的轉(zhuǎn)動慣量可近似的算出為：JS=7.8X2.5

44、4X70X10'=2.13乂10"4Kgrri由機電一體化課程設(shè)計指示書表1,預(yù)選步進(jìn)電機為110BF004查得電機轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動慣量為42Jm=3.43X10Kgm折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為:J=JmJZ1JZ218新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）=3.4310-3.8610-2.1310-8.4010-，22.08400400<833.33)3.4.3=6.2610-Kgm2絲杠摩擦阻力矩的計算由于用的是滾珠絲杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不計3.4.1.4等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算：Tm=（F縱F摩）V工作.2n20917.5Tm=0.35Nm2二833.33,Vn：20.75

45、由nm=-=F=833.33r/min360°、36000.0053.4.4起動慣性阻力矩的計算以最不利條件下的快速起動計算，設(shè)起動加速式制動減速的時間At=0.5s(Wm=260一角加速度一般在0.11s之間）,由于步進(jìn)電機的角速度2二833.33=87.22S60X二君二174.44s/m：t0.5T慣=也父6m=6.26X104X174.44=0.11Nm3.4.5步進(jìn)電機輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算Jy=Tm+T慣h=0.35+0.11=0.46Nm19新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）第4章縱向進(jìn)給步進(jìn)電機加工匹配選擇由預(yù)選的步進(jìn)電機型號為110BF004三相六拍，步距角0.75%s

46、tep.其最大轉(zhuǎn)矩Tymax=4.9Nm為保證正常的起動與停止，步進(jìn)電機的起動轉(zhuǎn)矩Tg必須大于或等于Ty,由表查出Tg=0.866T.%=4.9X0.866=4.24Nm>0.99Nm故選擇合適。確定選用110BF004步進(jìn)電機。4.1 縱向進(jìn)給滾珠絲杠的校核初選絲杠型號為CMD2504-3因此必須進(jìn)行以下幾個項目的校核4.1.1 承載能力的校核Q=VLfHfvPmaXCO式中L一滾珠絲杠壽命系數(shù)（1父106轉(zhuǎn)）PmaX=F縱+F摩=0+917.5=917.5NfH=1fv=1.2T=15000833.33n=ns=400.64r/min2.0860Nt1063400.646015000

47、/1061.01.2917.5=7836.45N=7.8KN選絲桿CMD25043o=8.2KN>Q滿足要求。查表得絲桿額定載荷為c4.1.2 壓桿穩(wěn)定性驗算Fk二2eiPk=D_Pmax取雙推一簡支式支承，由Fk=2E-鋼的彈性模量2.1X106（Mp3I-絲杠小徑的截面慣性矩（I=也32查手冊可知，所用絲杠的最小徑為：41.694、=0.80cm)32di=21.9mm取壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K=4絲杠長度L=Ls=700mmPk=2二22.110*2.262.5252=3746.49N-PmaxPmax=917.5N故滿足要求20新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）4.1.3 剛度驗算絲杠的剛度

48、是保證第一導(dǎo)程的變動量要在允許范圍內(nèi)PTo二MToES2-IES=絲杠最小截面積一-2二或2.19二2=3.76cm設(shè)To=O.5i=2.26cm4M=Tmaxi=4.9X2.08=10.20Nm=1020Ncm+”號用于拉伸，“一”號用于壓縮，都取“+”號，則917.5x0.55!+<2.11053.67J-21020M0.50父2.26父2.1父105=6.8110cm=0.618m由于選擇要求滾珠絲杠精度等級為C級，AL0=±4im>0.681mm所以滿足要求。4.1.4 縱向進(jìn)給軸承的選擇推力球軸承：51305向心球軸承：62054.2橫向進(jìn)給運動的分析及計算4.

49、2.1 摩擦阻力當(dāng)鉆床的工作臺與導(dǎo)軌間的相對運動為滑動摩擦，取摩擦系數(shù)以=0.1摩擦阻力應(yīng)等于正壓力乘摩擦系數(shù)。正壓力應(yīng)包括軸向力及工作臺之重力。工作臺的重量為400kg。故可算出起摩擦阻力為：F摩=（400+1175X0.1=517.5N4.2.2 等效轉(zhuǎn)動慣量計算o=5根據(jù)要求粗選：a=0.36t6=0.002=2.5it0I一360°二0.755-i=036000.002初取Zi=20,-oZ2=50m=1.5b=25mm：=20df1=mZ=1.5x20=30mmdQ=mZ=1.5x50=75mmde1=33mmde2=78mm將齒輪看作近似的圓柱體，材料為45#鋼，則大、小

50、齒輪的轉(zhuǎn)動慣量分別為:21新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）J=7.8xd4xbx10-4(kgm2)Jzi=7.8X3.34X2.5X10-4=2.31X10-5KgmJz2=7.8X7.84X2.5X10-4=7.22X10-4Kgm2滾珠絲桿直徑選擇為d°=20mm,L=700mmy料45#鋼，則絲桿的轉(zhuǎn)動慣量可近似的算出為：Js=7.8X24X70X10=0.87X10Kgrn預(yù)選步進(jìn)電機為90BF006，查得電機轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動慣量為：Jm=1.764X10工Kgm折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為:mm1vj2J=JmJZ1JZ2JS=1.76410-2.3110-7.2210工8.70

51、10,400+22I1000.24.=4.9610"Kgm2絲杠摩擦阻力矩的計算：由于用的是滾珠絲杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不計4.2.3 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算Tm=(F橫+F摩)V工作/2九nm20517.5Tm=0.16Nm2二1000122.5鉆床工作臺行程速度為2m/min根據(jù)絲桿螺距算出絲桿速度。再根據(jù)齒輪減速比算出步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速為由20.36nm-0一0360、3600.0024.2.4 起動慣性阻力矩的計算=1000r/min以最不利條件下的快速起動計算，設(shè)起動加速式制動減速的時間At=0.5s（一般在0.11s之間），由于步進(jìn)電機的角速度2二nm2二1000_2Wmm

52、=104.72S606022新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）一角加速度；mWm-0t104.722209.44S0.5T慣=J"'=4.96X104X209.44=0.14Nm步進(jìn)電機輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算：J"Tm+T慣=0.16+0.14=0.30Nm4.2.53向進(jìn)給步進(jìn)電機加工匹配選擇如果考慮機械傳動系統(tǒng)的效率為4=0.7,安全系數(shù)為K=1.5，則此時的負(fù)載總轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮為_，K_1.5一_Tt-T0.30=0.64Nm-0.7由預(yù)選的步進(jìn)電機型號為90BF006,五相十拍，步距角0.36%step,其最大轉(zhuǎn)矩Tymax=2.156Nm為保證正常的起動與停止，步

53、進(jìn)電機的起動轉(zhuǎn)矩Tg必須大于或等于T',由表查出Tg/T/=0.951.Tq=2.156X0.951=2.05Nm>0.49Nm所以選擇合適。g確定選用90BF006步進(jìn)電機。4.2.6橫向進(jìn)給滾珠絲杠的校核初選絲杠型號為CMD2005-3因此必須進(jìn)行以下幾個項目的校核承載能力的校核：Q=VLfHfwPmaxC0式中L一滾珠絲杠壽命系數(shù)（1父106轉(zhuǎn)）Pmax=F橫+F摩=0+517.5=517.5Nfw=2T=150001000n=ns=400r/min2.560Nt查表得絲桿額定載荷為c4.2.7壓桿穩(wěn)定性驗算o=9KN>Q滿足要求Pk2Fk二Ei_2_KDPmax取雙推一簡支式支承，由Fk=2L二6"10Q=3.4006015000/1061.02517.5-7366.70N-7.37KN選絲桿CMD20O53E-鋼的彈性模量2.1X105（MPa23新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）I-絲杠小徑的截面慣性矩二d421二1.6944=0.80cm32查手冊可知，所用絲杠的最小徑為：di=1.69mm取壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K=2.5絲杠長度L=Ls=700mm_2_5_一2二22.11050.80ZZ22.520=3312.83N.Pmax(Pmax=517.5N)故滿足要求4.2.8剛度驗算絲杠的剛度是保