立式鉆削中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

立式鉆削中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)字控制是利用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)以及加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控?cái)?shù)控機(jī)床是指采用了數(shù)控技術(shù)控控系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的，因此，數(shù)控機(jī)床又稱(chēng)機(jī)床。數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、程序載體、輸入輸出裝置、強(qiáng)電控制裝置、輔助裝置、和機(jī)床主體組成。輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤(pán)直接手動(dòng)輸入。1.3數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)的機(jī)床制造工業(yè)完全是在解放后建立起來(lái)的，現(xiàn)在，我國(guó)的機(jī)床工業(yè)已經(jīng)從無(wú)到有，從小到大的成長(zhǎng)起來(lái)了，形成了比較完整的機(jī)床體系。目前我國(guó)的機(jī)床產(chǎn)量不斷的上升，完全的可以滿足社會(huì)的需求，并有大量的機(jī)床出口，但是我國(guó)的機(jī)床技術(shù)水平和世界現(xiàn)進(jìn)的水平還有一定的差距，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)率低，壽命短和質(zhì)量不穩(wěn)定，此外在掌握某些重型機(jī)床，精度高的機(jī)床及數(shù)控機(jī)床方面，還需要進(jìn)一步的努力，我國(guó)想達(dá)到發(fā)達(dá)的水平就必究技術(shù)的革命，要善于吸取國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，并和自己的創(chuàng)新結(jié)合起來(lái)，以加快我們的發(fā)展速度，把我國(guó)的機(jī)床事業(yè)推向輝煌。隨著電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。大地推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，但是結(jié)合我國(guó)的國(guó)情普遍機(jī)床仍占有很突出的地位，如外圓柱面，圓錐面，環(huán)槽類(lèi)及成型回轉(zhuǎn)表面；車(chē)削端面及加工各類(lèi)常用的公制，英制，模數(shù)制和節(jié)制螺紋；在普通車(chē)床上還能作鉆孔，擴(kuò)孔，鉸孔，滾花等工作。用處很廣，考慮到我國(guó)的勞動(dòng)力眾多，和一些企業(yè)的資金和技術(shù)能力普通機(jī)床還是很有市場(chǎng)的，普通機(jī)床按照它們的萬(wàn)能程度分為1專(zhuān)門(mén)化機(jī)床，這類(lèi)機(jī)床重要用于加工不同尺寸的一類(lèi)或幾類(lèi)零件的件的不同工序，例如普通車(chē)床，臥式車(chē)床，萬(wàn)能升降臺(tái)銑床等，都屬于通用機(jī)床，通用機(jī)床由于萬(wàn)能性較大，它的結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜，通用機(jī)床主要適用于單量小批生產(chǎn)。車(chē)后橋蓋的組合鏜床，機(jī)床主軸箱專(zhuān)用鏜床等等，都是專(zhuān)用機(jī)床，專(zhuān)用機(jī)床是根據(jù)工藝要求專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，它的生產(chǎn)率比較高，機(jī)床的自動(dòng)化的程度往往也比較高，所以專(zhuān)用機(jī)床主要用于成批及大量生產(chǎn)[1-3]。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著它的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。當(dāng)前世界上數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展呈速度和精度是數(shù)控系統(tǒng)地兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)，高速度化，首先是要求計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)在讀入加工指令數(shù)據(jù)后，能高速度處理并計(jì)算出伺服電機(jī)的位移量，并要求伺服電機(jī)高速度的作出反應(yīng)；其次，要是下生產(chǎn)系統(tǒng)的高速度化，必須使主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率、刀具交換、托盤(pán)交換等各種關(guān)鍵部件實(shí)現(xiàn)高速度化。提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，一般是通過(guò)減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用補(bǔ)償統(tǒng)的分辨率，以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給；提高位置檢測(cè)精度；位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制。在采用補(bǔ)償技術(shù)方面，除采用間隙補(bǔ)償、絲杠螺距補(bǔ)償和刀具補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)外，還可以采用熱變形補(bǔ)償技術(shù)[4]。一機(jī)多能的數(shù)控系統(tǒng)，可以最大限度的提高設(shè)備的利用率。數(shù)控加工中心（MachiningCenter-MC）便是一種能實(shí)現(xiàn)多工序加工的數(shù)控機(jī)床。這類(lèi)數(shù)件一經(jīng)裝夾，數(shù)控系統(tǒng)就能控制機(jī)床自動(dòng)的更換刀具，連續(xù)對(duì)工件的各個(gè)加工面完成銑削、鉸孔、擴(kuò)孔及攻螺紋等多工序加工，從而可以避免多次裝夾所造成的定位誤差。這樣減少了設(shè)備臺(tái)數(shù)、工件夾具和操作人員，節(jié)省了占也有所改革。例如，采取多系統(tǒng)混合控制方式，用不同的切削方式（車(chē)、鉆、軸，同事聯(lián)動(dòng)的軸數(shù)已達(dá)到6軸[5]。數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用高技術(shù)的重要目標(biāo)是這能化。智能化技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(a)引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)（AdaptiveControl-AC）的目的是要求在隨機(jī)的加工過(guò)程中，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)加工過(guò)程中所測(cè)得的工作特征、狀態(tài)，按照給定的評(píng)價(jià)指標(biāo)自動(dòng)校正自身的工作參數(shù)，以達(dá)到或接近最佳的工作狀態(tài)。通常數(shù)控機(jī)床是按照預(yù)先編好的程序進(jìn)行控制，但隨機(jī)因素，如毛坯余量和硬度的不均勻、刀具的磨損等難以預(yù)測(cè)。為了確保質(zhì)量，勢(shì)必在編程時(shí)采用較保守的切削用量，從而降低了加工效率。AC系統(tǒng)可對(duì)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)矩、切削力、切削溫度、刀具磨損等參數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并由CPU進(jìn)行比較運(yùn)算后發(fā)出修改主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量大小的信號(hào)，確保AC處于最佳切削用量狀態(tài)，從而在保證質(zhì)量條件下使加工成本最低或生產(chǎn)率最高[6]。（b）附加人機(jī)械化自動(dòng)編程功能建立切削用量專(zhuān)家系統(tǒng)和示數(shù)系統(tǒng)，從而達(dá)到提高編程效率和降低對(duì)編程人員技術(shù)水平的要求。（c）具有設(shè)備故障診斷功能數(shù)控系統(tǒng)出了故障，控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行自診斷，并自動(dòng)采取排除故障的措施，以適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作環(huán)境的要求。蓬勃發(fā)展的機(jī)電一體化設(shè)備，對(duì)CNC系統(tǒng)提出了小型化的要求，體積小型化便于將機(jī)、電裝置糅合為一體。日本新開(kāi)發(fā)的FS16和FS1都采用了三維安裝方法，使電子元器件得以高精度的安裝，縮小了新型TFT彩色液晶薄型顯示器，使CNC系統(tǒng)進(jìn)一步小型化，這樣可更方便地將它們裝到機(jī)械設(shè)備上[7]。在機(jī)床加工中鉆床的加工工作量在總制造工作量中占有很大的比量。鉆床為孔加工機(jī)床，按其機(jī)構(gòu)形式不同可以分為搖臂鉆床、立式鉆床、臥式鉆期以來(lái)我國(guó)的機(jī)械制造工業(yè)中孔類(lèi)加工多數(shù)由傳統(tǒng)鉆床來(lái)完成，但是傳統(tǒng)的鉆床在大批生產(chǎn)時(shí)存在許多的不足之處：(2)工作效率低，且工人的工作環(huán)境惡劣；(3)占用人力較多，操作固定不交易出錯(cuò)；(4)精度不高，工件裝夾費(fèi)時(shí)；生產(chǎn)流程導(dǎo)致了鉆床加工的自動(dòng)化程度低、生產(chǎn)效率低、共作環(huán)境惡劣和產(chǎn)品質(zhì)量不高，因此，我們需要解決的問(wèn)題在于如何減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其他工藝流程相結(jié)合同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題[7]。針對(duì)以上傳統(tǒng)鉆床的不足之處及生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，我們有必要在傳統(tǒng)鉆床的基礎(chǔ)上研究出新型數(shù)控鉆床——立式鉆銷(xiāo)中心。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)鉆床手動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，假如新技術(shù)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及工作量。鉆銷(xiāo)中心具有自動(dòng)換刀功能，可減少工件在機(jī)床上的兩次安裝，提高加加工平面凸輪[8]。本設(shè)計(jì)從角度入手，主要對(duì)主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)分析，確定出主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括以下三部分，并對(duì)其提出設(shè)計(jì)方案，方案如下：主軸的調(diào)速取消了齒輪變速機(jī)構(gòu)，而是由交流電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，且主軸與電機(jī)軸之間采用帶傳動(dòng)。主軸上的傳動(dòng)件，主要有齒輪和帶。齒輪能夠傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，是一般機(jī)床常用的傳動(dòng)副。但其線速度不能太高，傳動(dòng)也不夠平穩(wěn)。對(duì)于較高速主軸，用帶傳動(dòng)可以使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。本次設(shè)計(jì)采用多楔帶傳動(dòng)。多楔帶兼有平帶和帶的優(yōu)點(diǎn)：柔性好，摩擦力大，能傳遞的功率大，并解決了多根帶長(zhǎng)短不一使各帶受力不均的問(wèn)題。多楔帶主要用于傳遞功主軸上的傳動(dòng)件，主要由齒輪和帶。齒輪能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，是一般機(jī)床常用的傳動(dòng)副。缺點(diǎn)是線速度不能太高，傳動(dòng)也不夠平穩(wěn)。通常，線速度V≤12-15m/s。為使主軸運(yùn)行平穩(wěn)，可采用斜齒輪。螺旋傾角一般不宜超過(guò)），輪與主軸最好用圓錐配合。較高速的主軸，用帶傳動(dòng)可使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。在帶傳動(dòng)中，常用的有平帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)等。平帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，帶輪也容易制造，在傳動(dòng)中心距較大的情況下應(yīng)用較多。常用的平帶有帆布芯平帶、芯平帶應(yīng)用最廣，它的規(guī)格可查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或手冊(cè)。在一般的機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛的是V帶傳動(dòng)。V帶的橫截面呈等腰梯形，帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動(dòng)時(shí)，V槽只和輪槽的兩個(gè)側(cè)面接觸，即以兩側(cè)面為工作面。根據(jù)槽面摩擦的原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動(dòng)較平帶傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦多楔角主要由于傳遞功率較大而結(jié)構(gòu)要求緊湊的場(chǎng)合，傳動(dòng)比可達(dá)10，帶速有可靠的防護(hù)裝置以及防止與油接觸受侵蝕。當(dāng)線速度v≤30m/時(shí)，可用絲（天然絲、滌綸絲）織呆由于本設(shè)計(jì)為較高速主軸，線速度v≤主軸進(jìn)給系統(tǒng)齒條和軸承等組成。主軸在加工時(shí)即要做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也要做軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的主軸被安裝在主軸的套筒內(nèi)，套筒安置在主軸箱體孔的箱套內(nèi)，主軸通過(guò)齒條帶動(dòng)套筒在箱套內(nèi)運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中采用了半閉環(huán)控制系統(tǒng)，半閉環(huán)系統(tǒng)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度略低，但是其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且調(diào)整方便。夾緊系統(tǒng)傳統(tǒng)鉆床的夾緊主要是手工操作，由夾具夾緊工件。為了便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，主軸內(nèi)部刀具的自動(dòng)加緊，則采用了碟形彈簧與氣壓傳動(dòng)技術(shù)。2.2方案的可行性分析采用本文提出的設(shè)計(jì)方案，所設(shè)計(jì)出的鉆銷(xiāo)中心具有如下特點(diǎn)：(1)自動(dòng)化程度較高鉆銷(xiāo)中心不僅具有一般數(shù)控鉆床的自動(dòng)加工功能，而且裝有轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù)，可以自動(dòng)更換刀具，進(jìn)行多工序加工。由于采用了半閉環(huán)、連續(xù)輪廓控制的數(shù)控系統(tǒng)，可進(jìn)行輪廓控制的銑削工序。當(dāng)配有工業(yè)機(jī)器人時(shí)，尚可自動(dòng)裝卸工件，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化生產(chǎn)。(2)加工效率高為了適應(yīng)各種材料、各種尺寸的零件加工，采用了寬自動(dòng)換刀時(shí)間一般為5s，可縮短加工的輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率。(3)維修方便在主機(jī)上沒(méi)有齒輪傳動(dòng)、沒(méi)有液壓傳動(dòng)，應(yīng)用了高壽命的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌及滾珠絲杠螺母副，是日常維修大大簡(jiǎn)單化，維修方便。使用此中機(jī)電一體化設(shè)備，可減少工件在機(jī)床建的兩次安裝，提高加工為適應(yīng)高崗度要求，前、后支撐都采用了圓錐滾子軸承，背靠背安裝，前面兩個(gè)軸承大口朝向主軸前端，后一個(gè)軸承大口朝向主軸尾端。2自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)由機(jī)械傳動(dòng)改為氣壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相比具有動(dòng)作迅速，調(diào)節(jié)方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，不存在介質(zhì)變質(zhì)以及補(bǔ)充等問(wèn)題。氣壓傳動(dòng)以空氣為工作介質(zhì)，綠色環(huán)保。氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、壽命長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化[12]。第3章鉆削中心主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1主軸的基本尺寸參數(shù)的確定主軸前支承軸徑D，根據(jù)機(jī)床主電動(dòng)機(jī)功率來(lái)確定。已知鉆削中心主電1動(dòng)機(jī)功率為5.5kW。查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖3-30，選取前支承軸徑22主軸內(nèi)孔直徑主軸的內(nèi)孔直徑用于通過(guò)刀具夾緊裝置固定刀具﹑傳動(dòng)氣動(dòng)或液壓卡盤(pán)等。主軸內(nèi)孔直徑越大，主軸部件相對(duì)重量也越輕。主軸孔徑大小主要受主軸剛度制約。主軸孔徑與主軸直徑之比，小于0.5是空心主軸的剛度幾乎3主軸前端懸伸量的選擇主軸懸伸量是指主軸前支承徑向反力作用點(diǎn)到主軸前端受力作用點(diǎn)之間的距離，見(jiàn)圖2-1。無(wú)論從理論分析還是從實(shí)際測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，主軸懸伸量a值愈小愈能提高主軸部件的剛度。因此，確定主軸懸伸量a的原則是在滿足機(jī)構(gòu)要求的前提下，盡可能取小值。查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3-8。14主軸合理跨距的選擇主軸前支承點(diǎn)至主軸后支承點(diǎn)之間的距離稱(chēng)為跨距l(xiāng)，見(jiàn)圖3-1。圖3-1主軸支承跨距及懸伸量主軸組件的支承跨距對(duì)主軸本身剛度和對(duì)支承剛度有很大的影響。根據(jù)《數(shù)控加工中心設(shè)計(jì)》所介紹如下經(jīng)驗(yàn)公式D4-d4l3D—主軸平均外徑，單位mm；d—主軸平均內(nèi)徑，即中空主軸平均內(nèi)徑，單位mm；l—主軸軸承支承跨距，單位mm。3K加工中心主軸的軸端用于安裝夾具和刀具。要求夾具和刀具在軸端定位精度高、定位剛度高、裝卸方便，同時(shí)使主軸的懸伸長(zhǎng)度短。短錐法蘭結(jié)構(gòu)有很高的定位精度，主軸的懸伸長(zhǎng)度短，大大提高了主軸的剛度。查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》卷3表6.1-36，查得主軸端部結(jié)構(gòu)以及主要尺寸如表3-1：表3-1主軸端部結(jié)構(gòu)尺寸主軸端部有四個(gè)螺紋孔是用來(lái)裝端銑刀的，另外有兩個(gè)端面鍵是用來(lái)固定刀的周向的轉(zhuǎn)動(dòng)，具體結(jié)構(gòu)如圖3-2[15]。圖3-2主軸端部結(jié)構(gòu)主軸內(nèi)部刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)是加工中心必不可少的機(jī)構(gòu)。加工中心自動(dòng)換刀，所以，主軸系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)松開(kāi)和夾緊刀具的功能。刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)安裝在主軸內(nèi)部，本設(shè)計(jì)采用如圖3-3所示的刀桿拉緊機(jī)構(gòu)。圖3-3刀桿拉緊機(jī)構(gòu)圖3-4刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)示意圖刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)安裝在主軸的內(nèi)部，如圖3-4所示，刀柄由兩個(gè)鋼球拉緊。當(dāng)換刀時(shí)，要求松開(kāi)刀柄，此時(shí)將主軸上端汽缸的上腔通壓縮空氣，活塞桿7及拉桿向下移動(dòng)，同時(shí)壓縮碟形彈簧，當(dāng)拉桿下移到使刀具松開(kāi)的位置，刀具即可由機(jī)械手更換。待新刀裝入后，汽缸上腔停止供氣，活塞桿在圓柱螺旋彈簧力的作用下上移，在碟形彈簧作用下拉桿帶動(dòng)鋼球上移，重新將刀柄拉緊?；钊麠U移動(dòng)的兩個(gè)極限位置分別設(shè)有行程開(kāi)關(guān)8，作為刀具夾緊和松開(kāi)的信號(hào)。(1)計(jì)算當(dāng)量直徑圖3-5主軸尺寸示意圖主軸尺寸示意圖，如圖3-5所示；當(dāng)量直徑d=d1l1+d2l2+d3l3+d4l4l主軸前懸伸部分較粗，剛度較高，其變形可以忽略不計(jì)。后懸伸部分不影響剛度，也可不計(jì)。如主軸前端作用一外載荷F，則主軸前端撓度y為：式中F—外載荷，單位N；Fa2l3EIFaFa2la—前懸伸，等于外載荷作用點(diǎn)至支承點(diǎn)間的距離，單位mm；l—跨距，等于前后支撐點(diǎn)間的距離，單位mm；E—彈性模量，鋼為E=2x105單位MPa；：；id,d—主軸的外徑和孔徑，單位mm。i圖3-6主軸受力示意圖將E及I之值代入上式可得i如果d<0.5d，則孔的影響可以忽略，即iy=Fa2l(μm)彎曲剛度KyKy==il所以，當(dāng)d<0.5d時(shí)，則i4yliiy2主軸扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算對(duì)鉆床等以扭轉(zhuǎn)變形為主的主軸，還要驗(yàn)算其扭轉(zhuǎn)剛度。通常要求其扭GIπR式中T—主軸傳遞最大扭矩，單位N.cm；G—剪切彈性模量，鋼料為x1064；I—截面極慣性矩，對(duì)于圓截面I=0.1D4，單位為cm4；6x故滿足扭轉(zhuǎn)剛度的要求。3主軸臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·軸及其連接》表5-1-47：一階臨界轉(zhuǎn)速n的計(jì)算公式如3-4式，計(jì)算示意圖如圖3-7。n3jj0j0j輪，其重力估算如下：00-6x)00011j1圖3-7臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算示意圖于剛性軸3.1.5主軸材料和熱處理的選擇評(píng)價(jià)和考慮主軸主要尺寸參數(shù)的依據(jù)是主軸的剛度、結(jié)構(gòu)工藝性和主軸組件的工藝適用范圍。主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性、熱處理變形大小等因素確定。主軸的剛度與材料彈性模量E有關(guān)，鋼的E值彈性模量的數(shù)值與鋼的種類(lèi)和熱處理方式無(wú)關(guān)，即不論是普通鋼或合金鋼，其彈性模量基本相同。因此在選擇鋼料時(shí)應(yīng)首先選用價(jià)格便宜的中碳鋼（如45鋼只有在載荷特別重和有較大的沖擊時(shí)，或者精密機(jī)床主軸需要減小熱處理后的變形時(shí)，或者軸向移動(dòng)的主軸需要保證其耐磨性時(shí)，才考慮選用合金鋼。當(dāng)主軸軸承采用滾動(dòng)軸承時(shí)，軸頸可以不淬硬，但為了提高接觸剛因此，通常在軸頸處進(jìn)行高頻淬火；對(duì)大直徑主軸(Φ~400mm）也可用火焰淬火來(lái)提高表面硬度；對(duì)于受較大沖擊的主軸，可用15或20號(hào)鋼，需經(jīng)滲氮和感應(yīng)加熱淬火。主軸上的傳動(dòng)件，主要有齒輪和帶。齒輪能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，是一般機(jī)床常用的傳動(dòng)副。缺點(diǎn)是線速度不能太高，傳動(dòng)也不夠平穩(wěn)。通常，線速度V<12-15m/s。為使主軸運(yùn)行平穩(wěn)，可采用斜齒輪。螺旋傾角一般不宜超過(guò)150-200，以免引起有太大的軸向分力。主軸上盡量不要有滑移齒輪或其它），與主軸最好用圓錐配合。較高速的主軸，用帶傳動(dòng)可使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。在帶傳動(dòng)中，常用的有平帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)等。平容易制造，在傳動(dòng)中心距較大的情況下應(yīng)用較多。常用的平帶有帆布芯平帶、芯平帶應(yīng)用最廣，它的規(guī)格可查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或手冊(cè)。在一般機(jī)械傳動(dòng)中，應(yīng)用最廣泛的是V帶傳動(dòng)。V帶的橫截面呈等腰梯形，帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動(dòng)時(shí)，V帶只和輪槽的兩個(gè)側(cè)面接觸，即以兩側(cè)面為工作面。根據(jù)槽面摩擦的原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動(dòng)較平帶傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦結(jié)構(gòu)較緊湊，以及V帶多已標(biāo)準(zhǔn)化并能大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因而V帶傳動(dòng)的應(yīng)用比平帶傳動(dòng)廣泛得多。多楔帶兼有V平帶和V帶的優(yōu)點(diǎn)：柔性好，摩擦力大，能傳遞的功率大，并解決了多根V帶長(zhǎng)短不一而使各帶受力不均的問(wèn)題。多楔帶主要用于傳遞功率較大而結(jié)構(gòu)要求緊湊的場(chǎng)合，傳動(dòng)比可達(dá)10，帶速傳動(dòng)帶易拉長(zhǎng)和磨損，設(shè)計(jì)時(shí)必須注意能調(diào)節(jié)中心距；磨損后易于更換；有可靠的防護(hù)裝置以防止與油接觸受侵蝕。當(dāng)線速度v<30m/s時(shí)，可用形可用絲（天然絲、錦綸絲或滌綸絲）織帶。由于本設(shè)計(jì)為較高速主軸，線速基本設(shè)計(jì)參數(shù)：由設(shè)計(jì)要求n=3000r/min,p=5.d3小帶輪直徑的確定根據(jù)帶型與設(shè)計(jì)功率，查《現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)》[13]表5.1-78，小帶輪節(jié)4大帶輪基準(zhǔn)直徑的確定根據(jù)帶型與設(shè)計(jì)功率，查《現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)》[13]d260x1000maxd20007所需基準(zhǔn)長(zhǎng)度L0。1KP)KKAA1111K—彎曲影響系數(shù)，查表b-,bK—傳動(dòng)比系數(shù)，查表i-,i11K—小輪包角系數(shù)，見(jiàn)圖a-,Ka;LL3.2.3多楔帶的選擇及帶輪尺寸參數(shù)的確定多楔帶的帶輪常采用HT200制造，當(dāng)帶速超過(guò)m/s時(shí)，常采用35或表3-2帶輪參數(shù)表槽間距槽間距p最小槽頂圓角半徑rl實(shí)際槽深h0最大槽根圓角半徑rb節(jié)線差a最小邊距s帶輪寬度B帶型帶型多楔帶的選擇查《現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)》表5.1-69，可得多楔帶參數(shù)，具體見(jiàn)表3-3。表3-3多楔帶參數(shù)表楔根楔根R楔頂R計(jì)算齒高h(yuǎn)0帶高H節(jié)距Pb楔角θ帶型b3.2.4傳動(dòng)帶在主軸上的位置查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》卷3表6.1-5，主軸采用帶傳動(dòng)時(shí)，為了便于更換帶和防止皮帶沾油，帶輪通常裝在主軸后支承外側(cè)。如圖3-9所示。圖傳動(dòng)件位置示意圖機(jī)床機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》[14]表4-17，選取交流變頻調(diào)速電機(jī)，其基同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速額定功率額定電流極數(shù)4查表4－18，其外形安裝尺寸如下表3-5。表3-5電機(jī)安裝尺寸參數(shù)表機(jī)座號(hào)機(jī)座號(hào)LGED主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。常用的主軸軸承有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承的摩擦力小，可以預(yù)緊，潤(rùn)滑維護(hù)簡(jiǎn)單，能在一定的轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。滾動(dòng)軸承由專(zhuān)業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購(gòu)維修方便。但與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的噪聲大，滾動(dòng)體數(shù)目有限，剛度是變化的，抗震性略差并且對(duì)轉(zhuǎn)速有很大限制。加工中心主軸組件在可能條件下，盡量使用滾動(dòng)軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸裝在套筒內(nèi)能夠做軸向移動(dòng)的主軸。本次設(shè)計(jì)選用圓錐滾子軸承。查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3.8-52選用型表3-6軸承基本參數(shù)表極限轉(zhuǎn)速（油潤(rùn)滑）前支承軸承壽命校核軸承壽命h6(ε,C—滾動(dòng)軸承額定動(dòng)負(fù)荷查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表,rrmaxra對(duì)鉆削中心整體以及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，可知滾動(dòng)軸承在此處主要承受-9aa式中F—軸承所受徑向負(fù)荷；r查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表：FCa將以上數(shù)據(jù)代入軸承壽命計(jì)算公式可得：h所以，選用該軸承滿足要求。后支承軸承所受力比前支承軸承力小，后支承軸承不必校驗(yàn)。根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)要求和已選軸承分析，為適應(yīng)高剛度要求，前支承采用兩個(gè)超精密級(jí)圓錐滾子軸承的組合方式，且因軸承精度較高，能保證高的回轉(zhuǎn)精度。前后支承都采用了圓錐滾子軸承，背靠背安裝，前面兩個(gè)軸承小口朝向主軸前端，后一個(gè)軸承小口朝向主軸尾部。前支承既承受徑向載荷，又承受兩個(gè)方向的軸向載荷。后支承為圓錐滾子軸承，也是背靠背安裝。后支承僅承受徑向載荷，故可以不必進(jìn)行校核。軸承的組合形式，根據(jù)載荷大小和剛度設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，具體組合形式見(jiàn)圖3-11。圖3-11軸承配置示意圖2主軸軸承的精度配置在加工中心上，主軸軸承精度一般有三種B﹑C﹑D級(jí)。對(duì)于精密級(jí)主軸，前支承常采用B級(jí)軸承，后支承常采用C級(jí)軸承。普通精度級(jí)主軸前支承常采用C級(jí)軸承，后支承采用D級(jí)軸承。本設(shè)計(jì)采用前支承C級(jí)軸承，后支承采用D級(jí)軸承。3.3.3滾動(dòng)軸承調(diào)整和預(yù)緊方法如圖3-9所示，本設(shè)計(jì)采用隔套調(diào)整的方法。采用兩個(gè)隔套調(diào)整，通過(guò)改變兩個(gè)調(diào)整套的寬度差達(dá)到調(diào)整軸承間隙的目的。這種調(diào)整方法不必拆卸軸承，預(yù)緊力的大小全憑操作人員的經(jīng)驗(yàn)確定。因軸承精度高，能保證較高的回轉(zhuǎn)精度，軸承的預(yù)緊采用修磨內(nèi)圈的方式。查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1.8－7查得內(nèi)隔套材料為HT150，具體參表3-7內(nèi)隔套基本參數(shù)表型號(hào)型號(hào)dD平行度σLAA主軸組件的潤(rùn)滑密封是加工中心使用和維護(hù)過(guò)程中值得重視的兩個(gè)問(wèn)題。良好的潤(rùn)滑效果可以減低摩擦﹑降低軸承的工作溫度。密封不僅要防止灰塵和切削液進(jìn)入，還要防止?jié)櫥偷男孤?。?rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式?jīng)Q定于軸承的類(lèi)型﹑速度和工作負(fù)荷。如果選擇的合適，可以降低軸承的工作溫度和延長(zhǎng)使用壽命。以往加工中心主軸軸承的潤(rùn)滑方式，大多采用油脂封入式潤(rùn)滑方式。但這種潤(rùn)滑方式的轉(zhuǎn)速有一定的限度，為了適應(yīng)主軸轉(zhuǎn)速向高速化發(fā)展的需要，相繼開(kāi)發(fā)了新型潤(rùn)滑和冷卻方式。在加工中心上，主軸軸承的潤(rùn)滑方式主要有：油脂潤(rùn)滑﹑油液潤(rùn)滑﹑油液循環(huán)潤(rùn)滑﹑油霧潤(rùn)滑﹑油氣潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑基于彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑方式。滾動(dòng)體和滾道接觸處壓強(qiáng)很高，會(huì)產(chǎn)生接觸變形。接觸區(qū)是一小塊面積的接觸，而不是一條線或一個(gè)點(diǎn)的接觸。潤(rùn)滑劑在高壓下被壓縮，黏度急劇升高。瞬時(shí)局部高黏度的油可以在接觸區(qū)形成油膜，把滾動(dòng)體和滾道分隔開(kāi)。滾動(dòng)體滾道的接觸面積小，所以需要的潤(rùn)滑劑也很少。滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。在速度較低時(shí)，用潤(rùn)滑脂比用潤(rùn)滑油溫升低；速度較高時(shí)，用潤(rùn)滑油較好。本次設(shè)計(jì)主軸轉(zhuǎn)速較高，所以選量增加，則因攪拌作用而使油溫升高；油量若再增加，則冷卻作用逐漸超過(guò)了攪拌作用，溫升將下降，但耗能卻加大了。常用油的粘度為12~2/油滑方式較多，為選取合適的油潤(rùn)滑方式，查《專(zhuān)用機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì)》表mmm查表3-13，圓錐滾子軸承在nd時(shí)，應(yīng)選取油氣潤(rùn)滑方式。m2油氣潤(rùn)滑工作原理其工作原理如圖3-13所示。一路經(jīng)氣閥進(jìn)入注油器，定時(shí)器定時(shí)打開(kāi)氣閥，壓縮空氣把一股油注入油氣混合室，與經(jīng)節(jié)流閥來(lái)的另一路壓縮空氣混合，進(jìn)入塑料管道。塑料管道孔徑約為1.5mm，油流的作用下蠕動(dòng)到噴嘴處，噴向軸承。往混合室內(nèi)注油是間歇的，但噴嘴處噴油卻是連續(xù)的。管道越長(zhǎng)，供油越均勻。油氣潤(rùn)滑器是一個(gè)可外購(gòu)的獨(dú)立部件，油氣潤(rùn)滑時(shí)，油未霧化，用過(guò)后可回收，不致污染環(huán)境，是一種很有前途的潤(rùn)滑方式。圖3-13油氣潤(rùn)滑工作原理圖普通麻花鉆每一切割刃都產(chǎn)生切向切削抗力F、徑向切削抗力F與軸向切削抗力F。這些分力合成即為鉆削力。當(dāng)左右切削刃對(duì)稱(chēng)時(shí)，徑向抗力Fx相平衡。切向抗力F形成鉆削扭矩，它消耗了切削功率。所有切削刃上軸向zx鉆削時(shí)，工作臺(tái)載荷主要是垂直進(jìn)給方向F，其大小與鉆削軸向力F相vvv查《數(shù)控機(jī)床機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》[1-3]表2-2，當(dāng)最大鉆孔直徑為20mm時(shí)，采用高速鋼鉆頭，最大軸向力鉆削中心具有一定的銑削能力，故鉆削力的分解可以參照銑削力的分解，查《數(shù)控機(jī)床機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》得：縱向切削力F=F=0.35F橫向切削力F=F=0.9FzF進(jìn)行估算1對(duì)鋼球進(jìn)行受力分析，如圖3-15F進(jìn)行估算1圖鉆削力分解圖鋼球受力分析圖圖鋼球受力分析圖碟形彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算彈簧所受載荷的估算靜載荷靜載荷1122故動(dòng)載荷2彈簧的選擇與計(jì)算根據(jù)導(dǎo)桿尺寸，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·彈簧·起重運(yùn)輸件·五金表彈簧參數(shù)表DDdtB系列H0PfB系列①壓平彈簧時(shí)的載荷P的計(jì)算c0K22KD241本·彈簧·起重運(yùn)輸件·五金件》表K=0.94《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行42-0cPPPcc③-f的計(jì)算h0查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·彈簧·起重運(yùn)輸件·五金件》圖7-6-2查h④對(duì)合組合片數(shù)i的計(jì)算f0.252⑤未受載荷時(shí)的自由高度H的計(jì)算Z⑥受載荷時(shí)的高度H1的計(jì)算⑦碟形彈簧壓平時(shí)的最大應(yīng)力σ2Kf1xx0.94xx-σ小于的屈服點(diǎn)，本彈簧符合設(shè)計(jì)要求。P`12KD241—(2)計(jì)算f和f0(3)確定疲勞破壞關(guān)鍵部位為Ⅱ處并計(jì)算σ和應(yīng)力幅σ==根查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·彈簧·起重運(yùn)輸件·五金件》表7-6-3上確定疲勞關(guān)部位，并計(jì)算σ和應(yīng)力幅σ。=K4K4(K2-2K3)0--42-2-12-122根K=3根=根K=3nnn1]K52252(4)校驗(yàn)持久壽命范圍根據(jù)σ=281.2MPa，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·彈簧·起重運(yùn)輸minσa所以此碟形彈簧能持久工作。式彈簧復(fù)位氣缸，工作原理圖如圖3-16所示。圖3-16氣缸工作原理圖其工作原理為壓縮空氣驅(qū)動(dòng)活塞向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，復(fù)位靠彈簧力彈簧起背壓作用，輸出力隨行程而變化，適用于短行程。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·氣壓傳動(dòng)》表22-1-56：2PF式中F—?dú)飧纵敵鐾屏,—碟形彈簧剛度-1；Ns查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·氣壓傳動(dòng)》表<-s2圓柱螺旋彈簧的計(jì)算2x1(2)最大工作載荷Pn本設(shè)計(jì)中彈簧在一天中受載次數(shù)N，N<103次，故彈簧端部并緊、磨平，支承圈為一圈。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·彈簧·起重運(yùn)輸件·五金件》表2-3-5，(6)初算彈簧剛度P,jjnjn(8)彈簧材料直徑d及彈簧中徑D與有關(guān)參數(shù)的確定根據(jù)P條件從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·彈簧·起重運(yùn)輸件·五金件》j表3-9彈簧參數(shù)表djjP(9)有效圈數(shù)n的計(jì)算,11Ptn(12)工作極限載荷下變形量F的計(jì)算jjj0002211(17)最小載荷時(shí)的高度H確定1(18)最大載荷時(shí)的高度H確定n,不必進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，此彈簧能夠滿足設(shè)1壓力控制回路概述壓力控制回路是對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的回路。在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，進(jìn)行壓力控制主要有兩種。第一是控制一次壓力，提高氣動(dòng)系統(tǒng)工作的安全性。第二是控制二次壓力，給氣動(dòng)裝置提供穩(wěn)定的工作壓力，這樣才能充分發(fā)揮元件的功能和性能。2一次壓力控制回路圖3-17所示為一次壓力控制回路。此回路主要用于把空氣壓縮機(jī)的輸出壓力控制在一定的壓力范圍內(nèi)。因?yàn)橄到y(tǒng)中壓力過(guò)高，除了會(huì)增加壓縮空氣輸壓力應(yīng)始終控制在系統(tǒng)的額定值以下。-溢流閥－空氣壓縮機(jī)－單向閥－氣罐－電觸點(diǎn)式壓力計(jì)－氣源調(diào)節(jié)裝置圖3-17一次壓力控制回路該回路中常用外控性溢流閥1保持供氣壓力基本恒定和用電觸點(diǎn)式壓力一般情況下，空氣壓縮機(jī)的出口壓力為0.8Mpa左右。3二次壓力控制回路圖3-18所示為二次壓力控制回路。此回路的主要作用是對(duì)氣動(dòng)裝置的氣源入口處壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，提供穩(wěn)定地工作壓力。該回路一般由空氣過(guò)濾器、減壓閥和油霧器組成，通常稱(chēng)為氣動(dòng)調(diào)節(jié)裝閥調(diào)節(jié)壓力并使其穩(wěn)定；油霧器使清潔的潤(rùn)滑油霧化后注入空氣流中，對(duì)需要潤(rùn)滑的部件進(jìn)行潤(rùn)滑。1－空氣過(guò)濾器a)詳圖b)簡(jiǎn)圖4－油霧器圖3-18二次壓力控制回路4控制回路的選擇通過(guò)對(duì)以上兩種回路的分析結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，應(yīng)選用二次壓力控制回路。二次壓力控制回路能夠提供穩(wěn)定的工作壓力，應(yīng)用于氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)非常的合適[25]。4.1.1伺服進(jìn)給系統(tǒng)的組成如圖4-1所示，伺服進(jìn)給系統(tǒng)是一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中可以采用測(cè)速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器等作為速度反饋的檢測(cè)裝置。速度控制單元是一個(gè)獨(dú)立的單元部件，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、功率驅(qū)動(dòng)放大器等各部分組成。位置環(huán)是由CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測(cè)及反饋控制等各部分組成。位置控制主要是對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)進(jìn)行控制。圖圖4-1伺服進(jìn)給系統(tǒng)組成示意圖4.1.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)的類(lèi)型加工中心伺服系統(tǒng)一般為閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。（1）閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖4-2所示是典型的閉環(huán)伺服系統(tǒng)，它由伺服電動(dòng)機(jī)、檢測(cè)裝置、比較電路、伺服放大系統(tǒng)等部分組成。閉環(huán)伺服系統(tǒng)根據(jù)來(lái)自檢測(cè)裝置的反饋信號(hào)與指令信號(hào)比較的結(jié)果進(jìn)行速度和位置的控制。這種系統(tǒng)通常是直接從安裝在工作臺(tái)等移動(dòng)部件上的檢測(cè)裝置中取得反饋信號(hào)，閉環(huán)系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的全部誤差，控制精度較高，因此適用于高精度或大型加工中心控制。由于采用了位置檢測(cè)反饋裝置，所以閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置精度主要取決于檢測(cè)裝置的精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的定為精度一般可達(dá)±0.01～0.005mm。圖4-2閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理（2）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖所示。檢測(cè)元件被安裝在伺服電動(dòng)機(jī)軸或滾珠絲杠等中間傳動(dòng)件上，間接測(cè)量執(zhí)行部件位置。半閉環(huán)系統(tǒng)只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部分元件的誤差，因此，半閉環(huán)系統(tǒng)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都比較簡(jiǎn)單。圖4-3半閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)通過(guò)直接測(cè)量工作臺(tái)等移動(dòng)部件的位移從而實(shí)現(xiàn)精度高的反饋控制。但這種測(cè)量裝置的安裝及調(diào)整都比較復(fù)雜且不易保養(yǎng)。相比之下，半閉環(huán)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)角測(cè)量就比較容易實(shí)現(xiàn)，但由于后繼傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的影響，測(cè)量補(bǔ)償精度比閉環(huán)系統(tǒng)差。通過(guò)對(duì)以上兩種系統(tǒng)的分析比較，并結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，應(yīng)選用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且調(diào)整方便，精度較高，適合與本4.2進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，采用高速鋼鉆頭，最大軸向力鉆削中心具有一定的銑削能力，故鉆削力的分解可以參照銑削力的分解，查《銑工工藝學(xué)》中級(jí)本得：縱向切削力橫向切削力垂直切削力F=yF=yF=zF=z1滾珠絲杠導(dǎo)程的確定在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)和絲杠直接相連，傳動(dòng)比為1，即i=1。查《數(shù)控機(jī)床機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表4-16，選擇FB-35電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速2確定絲杠等效轉(zhuǎn)速3確定絲杠的等效負(fù)載工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滾動(dòng)導(dǎo)軌，而一般情況下，滑動(dòng)塑料導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.04，則絲杠所受最大牽引力為式中G—為主軸箱的重力，估算14確定絲杠所受最大動(dòng)載荷CC(60Ln)(60Ln)6)LFfffffF—絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷；mmmwkk查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3-7-26，選用內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)反向器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，型號(hào)為FFZ8010，絲杠公稱(chēng)直徑80mm，基本導(dǎo)程為4列，絲杠螺母副的接觸剛度K為3320N/μ,絲杠大徑為78mm，螺母長(zhǎng)度c確定絲杠螺紋部分地長(zhǎng)度Luuu為fπ2EIfπ2EI0I—絲杠最小截面慣性矩，46m4F—最大軸向工作載荷，336可見(jiàn)F遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F，滿足要求。30f30f222cEIKf2dc2L—臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度，取L413f—絲杠支承方式系數(shù)，查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表-,22將以上數(shù)據(jù)代入上式，則本設(shè)計(jì)絲杠采用一端固定，另一端游動(dòng)的支承方式，固定端選用一對(duì)角接觸球軸承，背靠背安裝，查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表－可得其參數(shù)表4-1角接觸球軸承參數(shù)表游動(dòng)端選用深溝球軸承，查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3.8-44可得其參數(shù)表4-2深溝球軸承參數(shù)表2扭轉(zhuǎn)剛度校核Tm=L44由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，平移物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為w絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量s2Z絲杠扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率負(fù)為T(mén)3絲杠壓桿穩(wěn)定性校核細(xì)長(zhǎng)絲杠在受壓縮負(fù)荷時(shí)，不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮載荷為臨界載荷F：fd4fd4er00