數(shù)控多工位鉆床設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

aaa實(shí)用文檔aaa數(shù)控多工位鉆床設(shè)計(jì)【摘要】本文主要針對(duì)形狀相對(duì)復(fù)雜的工件的孔加工工件，現(xiàn)在一般都采用鉆床加工，但隨著科技的發(fā)展和對(duì)制造精度有了更高的要求，因此數(shù)控技術(shù)成為了主流。而數(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，在滿足制造精度的前提下，更是節(jié)約了人力、時(shí)間的成本。在一般情況下，數(shù)控鉆床就滿足需求，而基于采用西門子數(shù)控系統(tǒng)，能完成連續(xù)精確的高速鉆孔。相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)控鉆床，該方案能適合較大直徑的深孔加工，且還滿足加工速度、高精度、高生產(chǎn)效率的要求;運(yùn)動(dòng)方式而采用點(diǎn)位控制系統(tǒng)，先以較快速度移動(dòng)到終點(diǎn)附近位置，再以低速正確移動(dòng)到終點(diǎn)定位位置，保證了良好的定位精度；而控制方式則采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過檢測(cè)移動(dòng)部件的位置，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入的原指令位置進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，是移動(dòng)部件補(bǔ)充位置，直到差值交出為止，因此增大了工件的加工精度；【關(guān)鍵詞】精度、數(shù)控技術(shù)、多工位、鉆削aaaaaaDesignofCNCdrillingmachinewithmulti-positionprogressivedie【Abstract】Thisarticlewhichmainlyaimedattheshapeoftheholeoftheworkpiecesthoserelativelycomplicatedprocessworkpieces.Atpresent，thedrillingmachineprocessinghavebeentypicallyused,butwiththedevelopmentofscienceandtechnologyandmanufacturingprecisionneedthehigherrequest.Thenumericalcontroltechnologybecamethemainstream.Andthenumericalcontrolofprogressivedrillingmachineisakindofverygoodmachiningtooltoenhancedrillingprocessingprecisionandefficiency.Itnotonlymeetsmanufacturingprecision,butalsolowthemanpowerandthetime.Usually,TheNumericalControlDrillingMachinewillmeetthedemands,andthenumericalcontrolsystembasedonSiemens’,itcandohighspeeddrillingandaccurately.ComparedwiththetraditionalNumericalControlDrillingMachine,it’ssuitableforsomelargerdiameteranddeepholeprocessing,andstillmeettherequestsofspeed,highprecision,highproductionefficiencyrequirements.ThePositionControlSystemwilltakecareofthemodeofmotion.Firstly,inarapidratemovestothenearpositionoftheend.Anditwithalowspeedtothecorrectendposition.Toensureitcanbeinthegoodlocationaccuracy.Andcontrolthehalf-closed-loopcontrolsystem,bydetectingthepositionofthemovingpartsofthesystem,andthenbacktothecomparisonofthenumericalcontroldevice,andenterthelocationoftheoriginalinstructions,controldifferencecompared,ismovingpartsadded,untilthedifferenceuntilthesurrender,thusincreasingtheprecisionofworkpiecemachiningaaaaaa【Keywords】Precision,NumericalControlTechnology,Multi-station,Drilling畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：aaaaaa指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名：日期：aaaaaa學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日aaaaaa目錄緒論 31、概論 31.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.2論文工作的意義 31.3論文研究的主要工作 32、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32.1機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 32.2系統(tǒng)的詳細(xì)組成 32.2.1動(dòng)力系統(tǒng) 32.2.2傳動(dòng)系統(tǒng) 32.2.3數(shù)控系統(tǒng) 32.3詳細(xì)技術(shù)分析 32.4數(shù)控多工位鉆床結(jié)構(gòu)圖 32.5本章小結(jié) 33、詳細(xì)設(shè)計(jì) 33.1切削力的計(jì)算 33.1.1確定加工工件尺寸 33.1.2計(jì)算切削力和扭矩 33.1.3確定主軸齒輪傳動(dòng)方案 33.1.4齒輪設(shè)計(jì) 33.2主軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算 3aaaaaa3.2.1彎曲應(yīng)力計(jì)算及驗(yàn)算 33.3軸承的選擇 33.4系統(tǒng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 33.4.1軸向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 33.4.2縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 33.4.3縱向進(jìn)給滾珠絲杠的核算 33.4.4回轉(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)分析 33.5導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 33.5.1X軸向移動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)選： 33.5.2導(dǎo)軌的相關(guān)計(jì)算 33.5.3導(dǎo)軌的壓強(qiáng)計(jì)算和分布 33.5.4滑動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算 33.5.5導(dǎo)軌壓強(qiáng) 33.5.6導(dǎo)軌及齒輪傳動(dòng)間隙調(diào)整分析 33.6計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33.6.1數(shù)控裝置系統(tǒng)硬件組成 33.6.2計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置軟件 33.6.3步進(jìn)電機(jī)的接口電路 33.6.4系統(tǒng)總程序 33.7本章小結(jié) 3總結(jié)與展望 3參考文獻(xiàn) 3aaaaaa致謝 3aaaaaa緒論數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志之一，由于數(shù)控機(jī)床相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床極大地提高了加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度，所以在加工中得以廣泛應(yīng)用。而針對(duì)本次數(shù)控多工位鉆床設(shè)計(jì)要完成一下幾點(diǎn)：1、對(duì)數(shù)控多工位鉆床進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量提高機(jī)床的抗振性，通常機(jī)床的振動(dòng)包括強(qiáng)迫振動(dòng)和受迫振動(dòng)，要提高機(jī)床在低速進(jìn)給時(shí)的平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度；2、對(duì)鉆床的主傳動(dòng)和主軸部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，使主軸能在軸向方向上移動(dòng)和使主傳動(dòng)能進(jìn)行多級(jí)調(diào)速；3、多工位的數(shù)控鉆床，要有主軸箱的進(jìn)給和工作臺(tái)的滑動(dòng)。而在本次設(shè)計(jì)中，進(jìn)給傳動(dòng)和傳動(dòng)部件是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)多是用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)傳動(dòng)。對(duì)于鉆床來說，工作臺(tái)可采用簡(jiǎn)單的滑動(dòng)導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的進(jìn)給和主軸箱的進(jìn)給，多個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的疊加組合便可以使鉆床實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸三軸向的運(yùn)動(dòng)進(jìn)給；3、對(duì)于數(shù)控多工位鉆床，多工位是必不可少的一步。要實(shí)現(xiàn)多工位就必須設(shè)計(jì)針對(duì)鉆床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)4、數(shù)控機(jī)床的數(shù)控部分的設(shè)計(jì)對(duì)于我的設(shè)計(jì)只要求設(shè)計(jì)出機(jī)床的硬件部分就是控制元件的選擇，也就是框圖；5、機(jī)床的床身和立柱的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮：要保證機(jī)床各部分的剛度。床身、立柱的結(jié)構(gòu)和材料選擇是必不可少的。對(duì)于本次數(shù)控多工位鉆床的設(shè)計(jì)，我認(rèn)為使鉆削加工能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的數(shù)控加工正是運(yùn)用到了數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：提高了加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。采用多工位則更為縮短了裝夾時(shí)間，使生產(chǎn)率得到更大的提高等，這是本設(shè)計(jì)課題經(jīng)濟(jì)意義。aaaaaa1、概論1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近些年來為了加工某些零件上的相互交叉或任意角度、或與加工零件中心線成一定角度的斜孔，垂直孔或平行孔等需要，各個(gè)國家而專門開發(fā)研制多種專用深孔鉆床。例如專門為了加工曲軸上的油孔，連桿上的斜油孔，平行孔和飼料機(jī)械上料模的多個(gè)徑向出料孔等。如：TBT公司生產(chǎn)的特別適用于加工摩托車到輕型卡車的各種中小型曲軸油孔的BW200-KW深孔鉆床；特別適用于大中型卡車曲軸油孔的BW250-KW深孔鉆床，它們均具有X、Y、Z、W四軸數(shù)控。該公司為了客戶需要,在一條生產(chǎn)線上可以加工多種不同品種的曲軸油孔，于2000年設(shè)計(jì)制造了第一臺(tái)柔性曲軸加工中心，可以加工2～12缸不同曲軸上所有的油孔。英國MOLLART公司生產(chǎn)制造的專為加工顆粒擠出模具而開發(fā)的具有六等分六根主軸同時(shí)加工同一工件上六個(gè)孔的專用深孔鉆床。該工件孔數(shù)量多達(dá)36000個(gè)。全都是數(shù)控系統(tǒng)控制的。1.2論文工作的意義機(jī)床是制造裝備的“工作母機(jī)”，數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的“大腦”。數(shù)控機(jī)床的制造水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家的制造業(yè)水平、工業(yè)現(xiàn)代化程度和國家綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志。實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。aaaaaa在加工零部件時(shí)，傳統(tǒng)鉆床在加工精度、工件的形狀、經(jīng)濟(jì)成本等方面不能滿足現(xiàn)代的生產(chǎn)要求，而且還浪費(fèi)了更多的人力與加工時(shí)間，因此，它逐漸被日新月異的社會(huì)所淘汰。相反，在這競(jìng)爭(zhēng)激烈的現(xiàn)代社會(huì)中，數(shù)控多工位鉆床適應(yīng)了社會(huì)發(fā)展、生產(chǎn)制造的發(fā)展需求。相對(duì)傳統(tǒng)鉆床而言，而本文所涉及的數(shù)控多工位鉆床具有加工高精度、低成本、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高、良好的經(jīng)濟(jì)效益、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化等優(yōu)點(diǎn)，因此它將成為制造業(yè)的主流。1.3論文研究的主要工作該論文主要研究傳統(tǒng)數(shù)控鉆床怎么實(shí)現(xiàn)多工位的功能、提高生產(chǎn)效率、高精度、自動(dòng)化控制等，以滿足當(dāng)代的生產(chǎn)需求，以低成本來滿足良好的經(jīng)濟(jì)效益。2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖做什么都離不開一個(gè)大綱，而機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖就像一個(gè)大綱，引導(dǎo)論文的設(shè)計(jì)。具體如圖2-1結(jié)束滿足設(shè)計(jì)要求機(jī)床整機(jī)綜合評(píng)價(jià)詳細(xì)設(shè)計(jì)機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)結(jié)束滿足設(shè)計(jì)要求機(jī)床整機(jī)綜合評(píng)價(jià)詳細(xì)設(shè)計(jì)機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)總體方案綜合評(píng)價(jià)與選擇總體方案綜合評(píng)價(jià)與選擇總體方案的設(shè)計(jì)修改（優(yōu)化）總體方案的設(shè)計(jì)修改（優(yōu)化）aaaaaaNY圖2-1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖2.2系統(tǒng)的詳細(xì)組成該數(shù)控多工位鉆床主要由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等組成。2.2.1動(dòng)力系統(tǒng)要選擇既合適又經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力系統(tǒng)，要先確定該機(jī)床最大加工工件時(shí)的負(fù)載，要考慮到電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、負(fù)載等因素。我們就以加工最大尺寸的孔加工工件QUOTE為例，根據(jù)切削力、所需轉(zhuǎn)矩來確定電機(jī)。詳細(xì)設(shè)計(jì)和計(jì)算在下一章。2.2.2傳動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速不能夠滿足鉆孔加工是所需轉(zhuǎn)矩時(shí)，要用減速器來降低加工時(shí)的轉(zhuǎn)速來增大轉(zhuǎn)矩，以滿足孔加工要求。根據(jù)查閱相關(guān)資料，使用漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)能滿足加工的要求，并且，漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)有良好的經(jīng)濟(jì)性能和相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。所以，該論文將用漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)來作為減速器。aaaaaa2.2.3數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)就是對(duì)機(jī)械部分的控制，如對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)、工作臺(tái)回轉(zhuǎn)、定位、轉(zhuǎn)速等的控制。該論文將采用開環(huán)控制系統(tǒng)，采用經(jīng)濟(jì)性的單片機(jī)控制系統(tǒng)，起控制系統(tǒng)框圖如圖2-2所示，在下一章有詳細(xì)設(shè)計(jì)縱橫等軸主軸脈沖主軸電機(jī)刀庫（銑床）機(jī)械手控制電路繼電器蝸桿渦輪Z向絲杠橫向絲杠縱向絲杠W軸電Z軸電Y軸電X軸電鍵盤顯示器驅(qū)動(dòng)器功率放大器光電驅(qū)動(dòng)I/O口存儲(chǔ)器縱橫等軸主軸脈沖主軸電機(jī)刀庫（銑床）機(jī)械手控制電路繼電器蝸桿渦輪Z向絲杠橫向絲杠縱向絲杠W軸電Z軸電Y軸電X軸電鍵盤顯示器驅(qū)動(dòng)器功率放大器光電驅(qū)動(dòng)I/O口存儲(chǔ)器單單片機(jī)急停、STOP急停、STOP清零等圖2-2、數(shù)控系統(tǒng)控制框圖2.3詳細(xì)技術(shù)分析本論文組要是在加工零件是實(shí)現(xiàn)多工位功能，而回轉(zhuǎn)工作臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)多工位的功能，因此主要就是在工作臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)采用渦輪蝸桿及絲杠傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多工位功能。2.4數(shù)控多工位鉆床結(jié)構(gòu)圖為了使設(shè)計(jì)更有明確的目的性、針對(duì)性，本論文設(shè)計(jì)將按照該鉆床的結(jié)構(gòu)圖來設(shè)計(jì)，這樣將會(huì)節(jié)約更多的時(shí)間，具體結(jié)構(gòu)圖如圖2-3：aaaaaa圖2-3、數(shù)控多工位鉆床結(jié)構(gòu)圖2.5本章小結(jié)本章主要完成了對(duì)論文設(shè)計(jì)的前期工作，為論文的設(shè)計(jì)構(gòu)建一個(gè)框架，并提出設(shè)計(jì)重點(diǎn)，即怎樣實(shí)現(xiàn)機(jī)床的多工位功能，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這個(gè)基本框架使后面的詳細(xì)設(shè)計(jì)更針對(duì)的性，以免脫離設(shè)計(jì)的目的和要求。3、詳細(xì)設(shè)計(jì)aaaaaa3.1切削力的計(jì)算3.1.1確定加工工件尺寸加工零件尺寸QUOTE=10mm,刀具為高速鋼麻花鉆。工件材料為號(hào)鋼（QUOTE=0.638Gpa）；灰鑄鐵190HBS；加工精度IT8∽IT10級(jí)3.1.2計(jì)算切削力和扭矩（1）根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表2.4-38可知，工件材料為45#號(hào)鋼時(shí)，高速鋼在鉆孔（QUOTE=10mm）時(shí)的初加工進(jìn)給量為0.22∽0.28，而又由表2.4-41得之，鉆頭的切削速度、扭矩及軸向力可選取進(jìn)給量的兩極極限值f=0.08mm/r∽0.30mm/r,而與之對(duì)應(yīng)的切削速度為V=0.99m/s∽0.43m/s，而由公式v=QUOTEQUOTE得n=QUOTEQUOTE。所以鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速Q(mào)UOTE,QUOTE=QUOTE=13.69r/s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：T=9.81QUOTE(a)F=9.81QUOTE（b）QUOTE=2QUOTE(c)而其中鋼QUOTE=0.63GPa、QUOTE=61.2、QUOTE=1.0、QUOTE=0.7、QUOTE=0.0311、QUOTE=2.0QUOTE=QUOTE、QUOTE=QUOTE而工件材料QUOTE=QUOTE=QUOTE=0.98938、已經(jīng)磨損的鉆頭QUOTE=1當(dāng)最小進(jìn)給量f=0.08mm/r時(shí)QUOTE=9.81QUOTE=1013.78NaaaaaaQUOTE=9.810.0311QUOTE=4NmQUOTE=2QUOTE=2QUOTE4=0.597Kw同理可得，當(dāng)最大進(jìn)給量為f=0.3時(shí)，有QUOTE=9.81QUOTE=2557.22NQUOTE=9.81QUOTE=11.52NmQUOTE=2QUOTE=0.99Kw（2）當(dāng)材料為灰鑄鐵是，同（1）可得：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,進(jìn)給量0.22∽0.28。與之相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為QUOTE=QUOTE=25.16r/s、QUOTE=QUOTE=10.51r/s同理由《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：（1）（2）（3）而QUOTE=42.7、QUOTE=1.0、QUOTE=0.021、QUOTE=2.0、QUOTE=0.8QUOTE=QUOTE、QUOTE=QUOTE對(duì)于已經(jīng)磨損的鉆頭QUOTE=QUOTE=1而工件材料QUOTE=QUOTE=（QUOTEHb190Hb190）=1，其中（QUOTE=190）當(dāng)進(jìn)給量為f=0.12mm/r時(shí)，由公式F=9.81QUOTE、T=9.81QUOTE、QUOTE=2QUOTE可得QUOTE=9.81QUOTE=3.78NmaaaaaaQUOTE=9.81QUOTE=768.14NQUOTE=2QUOTE=0.597Kw當(dāng)進(jìn)給量為f=0.7mm/r時(shí)，同理可得QUOTE=9.81QUOTE=3149.02NQUOTE=9.81QUOTE=15.49NmQUOTE=2QUOTE=1.02Kw所以，可得鉆頭的最大軸心力QUOTEFmax=3149.02N、最大轉(zhuǎn)矩QUOTETmax=15.49Nm、最大功率QUOTEPmax=1.02Kw又因鉆頭的主軸功率QUOTE=QUOTE/QUOTE，QUOTE=QUOTE=0.97×0.993×0.982=0.904所以QUOTE=1.02/0.904=1.13Kw現(xiàn)在開始選擇主軸的電機(jī)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》（附錄Ⅲ電動(dòng)機(jī)）中只有轉(zhuǎn)矩在1.7∽2.2之間，不能滿足主軸(QUOTETmax=15.49Nm)需求。因此，需要齒輪組進(jìn)行減速以增大轉(zhuǎn)矩來滿足主軸的轉(zhuǎn)矩需求。在數(shù)控多工位鉆床設(shè)計(jì)中，要求機(jī)床能進(jìn)行多級(jí)變速。在此前提下，無極變速器剛好能滿足主軸的相應(yīng)轉(zhuǎn)矩和傳遞要求。并且，根據(jù)設(shè)計(jì)，主軸要能在主軸的軸向方形上移動(dòng)，也就是說，上端的花鍵齒外面要有內(nèi)花鍵齒輪才能將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞給主軸，所以主軸的傳遞方式為：主軸電機(jī)—無級(jí)變速器—聯(lián)軸器—漸開線圓柱齒輪組—主軸3.1.3確定主軸齒輪傳動(dòng)方案（1）齒輪傳遞方案的確定如圖3-1所示，軸Ⅰ為機(jī)床主軸，設(shè)計(jì)為齒輪花鍵軸；軸Ⅱ?yàn)橹鬏S電機(jī)聯(lián)軸器aaaaaa圖3-1、主軸傳動(dòng)示意圖所以QUOTE=QUOTE=1.13Kw，軸二=QUOTE=1.16Kw（精度為8級(jí)）則主軸電機(jī)輸出功率QUOTE=QUOTE/QUOTE=1.16/0.99=1.18Kw粗略估算則選用Y90S-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2.2Nm?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》附錄Ⅲ電動(dòng)機(jī)表一選擇了電動(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。3.1.4齒輪設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)齒輪的時(shí)候，選取轉(zhuǎn)矩最大時(shí)用到的最大轉(zhuǎn)矩15.49Nm,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。關(guān)于主軸傳動(dòng)中的第一組齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算如下所示：aaaaaa小輪直徑的初步計(jì)算：d1≥QUOTEQUOTE=0.8QUOTE~~1.4,（《機(jī)械設(shè)計(jì)》表12.13）取QUOTE=1QUOTE=0.9QUOTE（式12.15）QUOTE=85（表12.16）接觸疲勞極限QUOTE=710Mpa；QUOTE=580Mpa（由圖12.18c取得）QUOTE=QUOTE=5.49Nm=5490NmmQUOTEd1≥89.13d1=90mm（沒特別說明本章所指均是《機(jī)械設(shè)計(jì)》一書）QUOTE=b/d1b=90mm（2）校核計(jì)算圓周速度：等級(jí)精度為8級(jí)（由表12.6選取）選取齒數(shù)QUOTE=60，QUOTE=iQUOTE=160=60m=QUOTE=90/60=1.5，由表12.3取m=1.5使用系數(shù)QUOTE:由表12.9取QUOTE＝1.5，動(dòng)載系數(shù)QUOTE:由表12.9取QUOTE＝1.1齒間載荷系數(shù)QUOTE由表12.10可計(jì)算QUOTE=1/QUOTEQUOTE=2QUOTE=122（QUOTE=5490，QUOTE=90）QUOTE/b=2.033N/mmQUOTE<<100N/mm斷面重合度QUOTE=[1.88-3.2（1/QUOTE+1/QUOTE）]cos=1.77(式12.6)（直齒圓柱齒輪=0）由式12.10可計(jì)算重合度系數(shù)QUOTE==0.74所以齒間載荷系數(shù)QUOTE=1/QUOTE=1.81aaaaaa齒向載荷分布系數(shù)QUOTE=A+BQUOTE+C.QUOTEb（由表12.11所得）=109+0.16QUOTE+0.3090=1.28彈性系數(shù)QUOTE=189.8E/Mpa（表12.12）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)QUOTE=2.5（圖12.16）最小安全系數(shù)QUOTE=1.05（表12.14）工作總時(shí)間：QUOTE=10QUOTE300QUOTE8QUOTE20%=4800h應(yīng)力循環(huán)系數(shù)QUOTE由表12.15估計(jì)那么指數(shù)m=8.78QUOTE=QUOTE=60QUOTE（QUOTE（式12.13）=60×1×631×4800×(18.78×0.2+0.58.78×0.5+0.28.78×0.3)=3.65×QUOTE原估計(jì)應(yīng)力系數(shù)正確接觸壽命系數(shù)QUOTE=1.13，QUOTE=1.18；（由圖12.18）許用接觸應(yīng)力[QUOTE]驗(yàn)算：бH=ZEZHZε＝aaaaaa＝503.4MPa計(jì)算結(jié)果正確，接觸疲勞強(qiáng)度合適，不需要作相應(yīng)的調(diào)整。（3）傳動(dòng)主要尺寸的計(jì)算與確定實(shí)際分度圓直徑d在模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)齒數(shù)不用調(diào)整，所以分度圓直徑不變。即QUOTEmQUOTE=90mm，QUOTEmQUOTE=90mm則中心距QUOTE=mQUOTE（QUOTE+QUOTE）/2=60mm齒寬b=QUOTE=90mm（4）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算重合度系數(shù)QUOTE=0.25+0.75/QUOTE=0.25+0.75/1.77=0.67齒間載荷分配系數(shù)QUOTE由表12.10可知QUOTE=1/QUOTE=1.49齒向載荷分布系數(shù)QUOTE：b/h=90/（2.253）=13.33所以由圖12.14可得QUOTE=1.25所以載荷系數(shù)K=QUOTE=1.5QUOTE1.1QUOTE1.49QUOTE1.25=3.07齒形系數(shù)QUOTE由圖12.21可得QUOTE=2.8，QUOTE=2.29應(yīng)力修正系數(shù)QUOTE由圖12.22可得QUOTE=1.54，QUOTE=1.74彎曲疲勞極限QUOTE由圖12.23c可得QUOTE=60Mpa，QUOTE=450Mpa最小安全系數(shù)QUOTE由表12.14可得QUOTE=1.25應(yīng)力循環(huán)系數(shù)QUOTE由表12.15可估計(jì)3×106<NL<1010，則指數(shù)m=49.91aaaaaaNL1=NV==60×1×631×4800×(149.91×0.2+0.549.91×0.5+0.249.91×0.3)=3.63×107原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)正確QUOTE=QUOTE/Ⅰ=3.63QUOTE107/1=3.63QUOTE107彎曲壽命系數(shù)NL=1.0,（圖12.24）許用彎曲應(yīng)力[QUOTE]=QUOTE則驗(yàn)算：傳動(dòng)沒有過載，所以不作強(qiáng)度核算3.2主軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算主軸材料45鋼，調(diào)質(zhì)到HB220～250aaaaaa主軸的最小軸徑dQUOTE11QUOTE（《現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》式3-8-2）P=1.13KWnj=2840r/min所以dQUOTE14mm，又求得的軸徑應(yīng)加以圓整至標(biāo)準(zhǔn)值，所以d=20mm根據(jù)最小軸徑確定各段主軸軸徑，主軸如圖3-2所示ab圖3-2、主軸示意圖a段取長設(shè)計(jì)為35，b段取長設(shè)計(jì)為503.2.1彎曲應(yīng)力計(jì)算及驗(yàn)算許用彎曲應(yīng)力QUOTE==0.1QUOTE由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖3-8-16、3-8-18c、表3-8-15可得QUOTE=0.92=0.9QUOTE=1.5QUOTE=2QUOTE=500MPaaaaaa所以QUOTE=13.8MPa==13.4MpaQUOTE所以彎曲應(yīng)力合適3.3軸承的選擇根據(jù)主軸示意圖，可選用深溝球軸承和推力球軸承，具體選擇如下表：型號(hào)外徑/D內(nèi)徑/d承寬/b軸承類型a6206623016深溝球軸承51206523016推力球軸承b6206623016深溝球軸承（2個(gè)）51206523016推力球軸承aaaaaa3.4系統(tǒng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.4.1軸向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主軸外設(shè)計(jì)一個(gè)套筒：先用一級(jí)減速器接步進(jìn)電機(jī)使主軸產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)長度為80mm齒條，并由齒輪帶動(dòng)齒條，具體示意圖如圖3-3所示：圖3-3、齒輪、齒條傳動(dòng)由《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》可知：I=α×t0/360×δα為步距角（deg）δ為脈沖當(dāng)量（取0.02mm）t0為齒距（t0=Лm）根據(jù)《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》選步進(jìn)電機(jī)取α=0.1m=1.25I=QUOTE=3.2α=0.75時(shí)：I=QUOTE=23.44當(dāng)I=3.2，α=0.1時(shí)Z1=20Z2=64m=1.25b=20mmα=200df1=mZ1=25mmdf2=mZ2=80mmde1=28de2=83aaaaaa設(shè)計(jì)齒輪為直齒圓柱齒輪，齒輪材料為45鋼，則大、小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為：J=7.8d4b10-4Kgm2由《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表1，初選步進(jìn)電機(jī)為200BF001，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)慣量為：Z1=20Z2=64所以電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=1300.8Kgm2計(jì)算等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm，取V=2m/minTm=（F軸+F摩）V主軸進(jìn)給/2QUOTEnmnm=VQUOTE/3600=1100r/min（1）啟動(dòng)慣量的計(jì)算當(dāng)系統(tǒng)在最不利的情況下啟動(dòng)為例，設(shè)啟動(dòng)加速時(shí)間為△t=0.3s步進(jìn)電機(jī)的角速度Wm=2QUOTEnm/60=116.18rad/s所以加速度a=Wm/△t=387.27rad/s2T慣=a=5.04Nm，則T∑=Tm+T慣=1.04+5.04=6.08Nm（2）步進(jìn)電機(jī)的選擇傳動(dòng)效率n=0.7，安全系數(shù)K=1.5aaaaaa初選的進(jìn)電機(jī)型號(hào)200BF001，五相十步，步距角0.1%Step，最大靜轉(zhuǎn)矩Tymax=14.7Nm，為保證能夠正常起動(dòng)或停止，步電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TgQUOTETΣˊ，由表可知Tg/Tymax=0.951，則Tg=14.7×0.951=13.98Nm>13.03Nm，故選擇合適。3.4.2縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)摩擦力F摩=F正QUOTEμ=0.1設(shè)工作臺(tái)重量為400Kg，縱向軌道重量為400Kg，又F軸向=1175N所以F摩=F正QUOTE=[（400+400）×10+1175]QUOTE×0.1=917.5N（1）計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量粗選：α=0.75t0=5δ=0.005所以=2.08所以取=25,Z2=52m=1.5b=25mm=20odf1=mZ1=1.5×25=37.5mmdf2=mZ2=1.5×52=78mmde1＝40.5mmde2=81mm齒輪材料為45#鋼，大、小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為JZ1、JZ2J=7.8×d4×b×10-4(kgm2)所以JZ1=7.8×3.754×2.5×10-4=3.86×10-5Kgm2JZ2=7.8×8.104×2.5×10-4=8.40×10-4Kgm2選擇滾珠絲桿直徑d0=25mm,L=700mm,材料為鋼，則絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量近似的計(jì)算為：aaaaaaJS=7.8×2.54×70×10-4=2.13×10-4Kgm2步進(jìn)電機(jī)110BF004電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Jm=3.43×10-4Kgm2疊加到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為m=m1=400Kg由上節(jié)可知i=2.08所以QUOTEQUOTE=6.26×10-4Kgm2由于用的是滾珠絲杠，摩擦阻力很小，所以摩擦阻力矩可以忽略不計(jì)（2）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：Tm=(F縱+F摩)V工作/2πnm由（3）計(jì)算啟動(dòng)慣性阻力矩在最不利條件下的快速起動(dòng)，設(shè)起動(dòng)加速式制動(dòng)減速的時(shí)間為Δt0.1QUOTEΔtQUOTE1s，取中間值Δt=0.5s步進(jìn)電機(jī)的角速度角加速度a=Wm/Δt=174.44rad/s-2所以啟動(dòng)慣性阻力矩T慣＝J∑×a=6.26×10-4×174.44=0.11Nm所以步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：J∑=Tm+T慣=0.35+0.11=0.46Nm（4）縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)加工匹配選擇機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率為η,安全系數(shù)為K,則此時(shí)的負(fù)載總轉(zhuǎn)矩為aaaaaa而預(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，滿足步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的條件，即TgQUOTETΣ',由表查出Tg/TΣ'=0.866所以Tg=4.9×0.866=4.24Nm>0.99Nm，所以選擇的電機(jī)合適3.4.3縱向進(jìn)給滾珠絲杠的核算初選絲杠型號(hào)為CMD2504-3，必須對(duì)承載能力、壓桿穩(wěn)定性、剛度進(jìn)行校核(1)驗(yàn)算承載能力Ｑ＝fHfWPmaxCO（L為滾珠絲杠壽命系數(shù)（））Pmax=F縱+F摩＝0+917.5＝917.5NfH=1fW=1.2T=15000Ｑ＝查表得絲桿額定載荷為ＣO=8.2KN>Q滿足設(shè)計(jì)要求（2）驗(yàn)算壓桿穩(wěn)定性取雙推—簡(jiǎn)支式支承，由FK=2鋼的彈性模量E=2.1×105Mpa絲杠小徑的截面慣性矩aaaaaa查手冊(cè)可知，所用絲杠的最小徑為：d1=21.9mm壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K=4絲杠長度L=LS=700mm所選絲杠滿足設(shè)計(jì)要求（3）驗(yàn)算絲杠剛度絲杠剛度是保證第一導(dǎo)程的變動(dòng)量必須要在允許范圍內(nèi)絲杠最小截面積S=d21/4=3.76cm2設(shè)T0=0.5I=2.26cm4M=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:由于選擇要求滾珠絲杠精度等級(jí)為C級(jí)，ΔL0=±4μm>0.681μm所以，所設(shè)計(jì)絲杠滿足剛度需求，設(shè)計(jì)合格縱向進(jìn)給軸承：推力球軸承：51305；向心球軸承：6205（4）齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算①齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算(該節(jié)中所指的表、圖均指《機(jī)械設(shè)計(jì)》)轉(zhuǎn)矩:T1=0.35Nm齒寬系數(shù)φd由表12.13取aaaaaa接觸疲勞極限：σHlim由12.17c可取σHlim1=710MPaσHlim2=580MPa初步計(jì)算的許用接觸硬力:[σH1]=0.9σHlim1=0.9×710=639MPaAd值由表12.16取Ad＝85初步計(jì)算小齒輪直徑d1AdQUOTEQUOTE=85=9.94取d1=33mm；齒寬b=φdd1=0.75×33=25mm②對(duì)齒輪進(jìn)行校核因?yàn)閳A周速度V=2m/min，精度等級(jí)：由表12.6選8級(jí)精度取齒數(shù)Z1=20,Z2=iZ1=50模數(shù)m=d1/Z1=1.65，由表12.3取m=1.5則由表12.9取使用系數(shù)KA=1.5端面重合度：重合度系數(shù):Zε==0.88aaaaaa由此得齒間載荷分配系數(shù)齒間載荷分布系數(shù)KHβ由表12.11（對(duì)稱支撐）得KHβ=A+B(b/d1)2+Cb10-3所以KHβ載荷系數(shù)：K=KAKVKHαKHβ=1.5×1.1×1.29×1.27=2.70由表12.12得彈性系數(shù)ZE＝189.8由圖12.16可取節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH＝2.5由表12.14取接觸最小安全系數(shù)SHmin＝1.05工作總時(shí)間th=15000由表12.15估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)107<NL<109則指數(shù)：m=8.78NL1=NV1=60γithi(Ti/Tmax)=60×1×1000×15000×(18.78×0.2+0.58.78×0.5+0.28.78×0.3)=1.81×108原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。由圖12.18可取接觸壽命系數(shù)ZN:ZN1=1.12、ZN2=1.24許用接觸應(yīng)力[бH]：驗(yàn)算：бH=ZEZHZεaaaaaa計(jì)算結(jié)果證明,接觸疲勞強(qiáng)度適合，齒輪齒寸不用調(diào)整③確定傳動(dòng)尺寸由于模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，齒數(shù)不用調(diào)整，故分度圓直徑不會(huì)改變，即：d1=33mm、d2=82.5mm所以齒寬b=φdd1=25mm中心距a=m（z1+z2）/2=57.75mm3.4.4回轉(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)分析回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用蝸桿蝸輪傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比i=30.蝸輪蝸桿的計(jì)算如下：設(shè)VS=4m/s，查表13.6取大值得量摩擦系數(shù)μv=0.03查圖13.11在i=30線上選取A點(diǎn)，查得[d1/a]＝0.25、r=130(Z1=2)、η1=0.88（1）計(jì)算中心距蝸輪轉(zhuǎn)矩：T2=T1iη1=9.55×106P1in1η1=按要求查表12.9得使用系數(shù)KA=1.0轉(zhuǎn)速系數(shù)根據(jù)蝸輪副材料查表13.2得彈性系數(shù)ZE=147Mpa壽命系數(shù)ZH==QUOTE=1.13QUOTE1.6由圖13.12I線查出接觸系數(shù)Ze=3.35查表13.2得接觸疲勞極限σHim=265MPa接觸疲勞最小安全系數(shù)：SHmin=1.3aaaaaa所以中心距去標(biāo)準(zhǔn)值中心距a=125mm（2）確定基本傳動(dòng)尺寸由圖13.11查得蝸桿頭數(shù)r=130Z1=2所以蝸輪齒數(shù)：Z2=iZ1=30×2=60模數(shù)m=（1.4QUOTE1.7）a/Z2=2.92QUOTE3.54所以取模數(shù)m=3.15蝸桿分度圓直徑d1=[d1/a]a=0.25×125=31.25查表13.4取蝸桿分度圓直徑d1＝35.5mm蝸輪分度圓直徑：d2=mZ2=3.15×60=189mm蝸桿導(dǎo)程角r==10.060渦輪寬度b2=2m（0.5+QUOTE）=25.22取b2=26mm蝸桿圓周速度：相對(duì)滑動(dòng)速度：由表13.6查得當(dāng)量摩擦系數(shù)μv=0.043ρv=2.40（3）齒面接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算如下：許用接觸應(yīng)力：最大接觸應(yīng)力：aaaaaa經(jīng)核算，設(shè)計(jì)合格（4）輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算：齒根彎曲疲勞極限：由表13.2查出σFlim＝115Mpa彎曲疲勞最小安全系數(shù)：SFmin=1.4許用彎曲疲勞應(yīng)力：輪齒最大彎曲應(yīng)力：經(jīng)核算，設(shè)計(jì)合格（5）蝸桿軸繞度驗(yàn)算：軸慣性矩：允許蝸桿繞度：[δ]=0.004m=0.004×3.15=0.0126mm蝸桿軸繞度：取l≈d2經(jīng)核算，蝸桿軸繞度合格（6）溫度計(jì)算傳動(dòng)嚙合效率：焦油效率：η2=0.99；軸承效率：η3=0.99總效率：η1=η1η2η3=0.80×0.99×0.99＝0.787aaaaaa散熱面積估算：箱體工作溫度：此處取,中等通風(fēng)環(huán)境經(jīng)計(jì)算，溫度合格（7）潤滑油粘度和潤滑方法潤滑油粘度：根據(jù)Vs=6.19m/s由表13.7選取V40度=220mm2/s潤滑方法：由表13.7，采用侵油潤滑花鍵的選擇:Z×d×D×b=6×26×32×6軸承的選擇:深溝球軸承：6209、6208、6207電機(jī)的選擇:伺服電機(jī)JS1-023.5導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)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）。3.5.1X軸向移動(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3-4所示：aaaaaa圖3-4、導(dǎo)軌機(jī)床坐標(biāo)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)軌預(yù)選為H=20B=50B1=12A=400h=12h1=H-0.5鑲條b=6（平）圖3-5、T型導(dǎo)軌剖面結(jié)構(gòu)3.5.2導(dǎo)軌的相關(guān)計(jì)算對(duì)于數(shù)控多工位的鉆床的導(dǎo)軌受力分析簡(jiǎn)圖如圖3-6所示：Ｆc、Ｆf、ＦQ分別為切削力、進(jìn)給力和背向力W(QUOTE)RaRBe圖3-6、導(dǎo)軌受力分析簡(jiǎn)圖（1）各外力對(duì)坐標(biāo)軸取矩可解得各力矩如下MX=FCZF-FfyF-FQyQaaaaaaMY=FfxF-FPzF+FQxQ（數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)式7-11）MZ=FpyF-FcxF+Wxwa、X軸對(duì)坐標(biāo)取矩當(dāng)機(jī)床為鉆床時(shí)，F(xiàn)C=0FQ=0相對(duì)于X軸yf=0所以MX=0b、Y軸對(duì)坐標(biāo)軸取矩MY=FfxF-FPzF+FQxQYf=e/2=設(shè)工件與工作臺(tái)共重500Kg，即W=500KgXQ有兩種極限：當(dāng)工作臺(tái)在最近的地方XQ=0.05；當(dāng)工作臺(tái)在最遠(yuǎn)的地方XQ=0.05+0.35=0.4Ff=3149NMy1=3149QUOTE0.35/2+4000QUOTE0.05=751.08NmMy2=3149QUOTE0.35/2+4000QUOTE0.4=2151NmC、Z軸對(duì)坐標(biāo)軸取矩由各方面的分析可知MZ=0（2）各導(dǎo)軌面上的集中支反力RA=FC-W-RBRB=MZ/e（數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)式7-12）RC=FPRAZ=Ff+W-RBRAX=0aaaaaaRBz1=My1/e=751.08/0.35=2146NRBz2=My2/e=2151/0.35=6146N因?yàn)橐龃驲Bz2，所以RAZ=3149+40010-2146=5003N或RAZ=3149+40010-6146=1003N對(duì)于鉆床FP=0，所以RC=FP=0（3）各導(dǎo)軌面上的支反力矩（數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)式7-13）MA=MB=MX/2（數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)式7-13）MC=MY由本章節(jié)（1、2）得 MX=0My1=751.08NmMy2=2151Nm所以MA=0，MC=751.08Nm或2151Nm（4）進(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)刀架的牽引力相對(duì)于鉆床，進(jìn)給力可忽略不計(jì)，即FQ=03.5.3導(dǎo)軌的壓強(qiáng)計(jì)算和分布本論文鉆床導(dǎo)軌按線性分布PF=QUOTEFZaLFZaLa=B=0.05；L=0.3maL=0.015FZ=RZ（根據(jù)工作臺(tái)和導(dǎo)軌長度初步確定）PF=5003/0.015=0.34MPa或PF=1003/0.015=0.07Mpa或aaaaaa或由于該鉆床時(shí)以較低進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌，平均壓強(qiáng)為1.2QUOTE1.5MPa,許用最大壓強(qiáng)為2.5QUOTE3MPa。當(dāng)導(dǎo)軌上鑲有以聚四氟乙烯的塑料板時(shí)，若滑動(dòng)速度V≤1m/min時(shí)，PV≤0.2Mpam/min；若滑動(dòng)速度V>1m/min時(shí)，則許用壓強(qiáng)取0.2MPa。而所選導(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，在鑲?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。而對(duì)于數(shù)控鉆床來講，工件進(jìn)給過程中不受切削力的影響，所以在加上鑲?cè)胨芰蠈?dǎo)軌板時(shí)的平均壓力可以適當(dāng)增加。這種情況下，取許用平均壓強(qiáng)在0.6QUOTE0.8Mpa，所以導(dǎo)軌的平均許用壓強(qiáng)Pav=0.35Mpa<0.6QUOTE0.8Mpa，即所選導(dǎo)軌符合設(shè)計(jì)要求。由Pav=(Pmax+Pmin)/2即Pav=PF=F/al由此可確定：令PF=0.2MPa=Pav，F(xiàn)=RAZ不變，則a=B=0.05m,則重取接觸長度L，即：得L=0.5maaaaaa或得L=0.1m要使貼塑料板的導(dǎo)軌平均壓力取0.2Mpa,導(dǎo)軌面的接觸長度必須取L=0.5m=500mm,有或或或經(jīng)計(jì)算各條件符合許用壓力和平均壓力的要求Y軸移動(dòng)導(dǎo)軌的選擇：由于結(jié)構(gòu)與前面的相同選擇參數(shù)：H=20B=70B1=12A=400h=12h1=H-0.5b=6（平）3.5.4滑動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算Z軸導(dǎo)軌受力分析如圖3-7aaaaaa圖3-7、Z軸受力分析（1）各外力對(duì)坐標(biāo)軸取矩X軸：MX=Ffe/2+WXQXQ=0.05或0.4e=A-B=330mmW=500Kg當(dāng)XQ=0.05時(shí)，MX=0.33/23149+500100.05=769.59Nm當(dāng)XQ=0.4時(shí)，MX=2519.59NmMy=Mz=0（2）支反力計(jì)算各導(dǎo)軌面的支反力分別為RA、RB、RC則有：或（3）牽引力：對(duì)于鉆床進(jìn)給力很小或?yàn)?，即Ff=03.5.5導(dǎo)軌壓強(qiáng)按線形分布的導(dǎo)軌壓強(qiáng)：aaaaaaa=B值=0.07L=0.35m（接觸強(qiáng)度）上導(dǎo)軌的寬度基本上等于下導(dǎo)軌的接觸長度。（根據(jù)工作臺(tái)大小和導(dǎo)軌長度初步確定）或或或經(jīng)計(jì)算各條件符合許用最大壓強(qiáng)和許用平均壓強(qiáng)的要求3.5.6導(dǎo)軌及齒輪傳動(dòng)間隙調(diào)整分析（1）導(dǎo)軌的分析對(duì)導(dǎo)軌的基本要求有：a、有良好的導(dǎo)向精度及直線度；b、良好的耐磨性，從而降低對(duì)加工精度的影響；c、要有足夠的剛度，提高各部件之間的相對(duì)位置和導(dǎo)向精度；d、要具有低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。由于加工精度為7級(jí)，而鉆床為一般機(jī)床，所以可選擇貼塑的矩形滑動(dòng)導(dǎo)軌。因?yàn)闄C(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，對(duì)導(dǎo)軌的磨損較大，所以要采取措施提高導(dǎo)軌的耐磨性。除選取合適的材料、熱處理、潤滑外，還應(yīng)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aaaaaa，提高導(dǎo)軌的壽命。（2）齒輪傳動(dòng)間隙調(diào)整分析要達(dá)到一定的加工精度和表面粗糙度，就要齒輪無間隙嚙合，并能靈活旋轉(zhuǎn)，所以要對(duì)齒輪進(jìn)行間歇調(diào)整。雙片可調(diào)式薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法能夠調(diào)整齒側(cè)隙，使加工精度及表面粗糙度達(dá)一定要求，所以可采用該方法調(diào)整以消除齒輪間隙。3.6計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是整個(gè)數(shù)控多工位鉆床的核心，它根據(jù)外部輸入的數(shù)控加工程序控制機(jī)床工作臺(tái)的移動(dòng)和主軸的旋轉(zhuǎn)，從而加工出合格的零件。3.6.1數(shù)控裝置系統(tǒng)硬件組成計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是由輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床電器邏輯控制裝置組成，具體情況如圖3-8所示：機(jī)床本體伺服系統(tǒng)機(jī)床本體伺服系統(tǒng)數(shù)控裝置輸入輸出裝置機(jī)床電器邏輯控制裝置機(jī)床電器邏輯控制裝置圖3-8、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)組成輸入/輸出裝置主要完成人與數(shù)控機(jī)床之間的人機(jī)交互，將數(shù)控程序、機(jī)床參數(shù)等輸入裝置和將輸入內(nèi)容及工作狀態(tài)信息輸出；數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的只會(huì)中心，主要功能是正確識(shí)別和解釋數(shù)控加工程序，進(jìn)行各種零件輪廓幾何信息和命令邏輯信息處理，并將處理結(jié)果分發(fā)給相應(yīng)單元；伺服系統(tǒng)位于數(shù)控裝置與基礎(chǔ)本體之間，包括進(jìn)給軸伺服驅(qū)動(dòng)和主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置。其中進(jìn)給軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置按照數(shù)控裝置中插補(bǔ)器發(fā)出的位置控制命令和速度控制命令正確驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)或刀具等受控部件進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)；主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要為機(jī)床提供切屑動(dòng)力；aaaaaa機(jī)床電器邏輯控制裝置也位于數(shù)控裝置與機(jī)床本體之間，接受數(shù)控裝置發(fā)出的開關(guān)命令，主要完成機(jī)床主軸選速、啟停、和方向控制功能、換刀功能、工件裝夾功能、冷卻、液壓、氣動(dòng)、潤滑系統(tǒng)控制功能及其他機(jī)床輔助功能。本論文采用PLC控制，且采用內(nèi)裝型PLC，具體情況如圖3-9所示：面板MDI/CRT面板MDI/CRTCNC計(jì)算機(jī)CNC計(jì)算機(jī)輔助動(dòng)作換刀動(dòng)作切削液開關(guān)主軸電機(jī)進(jìn)給電機(jī)操作面板強(qiáng)電電路主軸單元進(jìn)給單元DIDO電路PLC輔助動(dòng)作換刀動(dòng)作切削液開關(guān)主軸電機(jī)進(jìn)給電機(jī)操作面板強(qiáng)電電路主軸單元進(jìn)給單元DIDO電路PLC圖3-9、內(nèi)裝型PLC的CNC系統(tǒng)框圖3.6.2計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置軟件根據(jù)零件圖紙和機(jī)械加工工藝編寫出數(shù)控加工程序輸入CNC裝置，在內(nèi)部進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的位置信號(hào)給伺服系統(tǒng)，經(jīng)電機(jī)和滾珠絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)或刀具進(jìn)行移動(dòng)，最后加工出零件。其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程如圖3-10所示：伺服系統(tǒng)滾珠絲杠工作臺(tái)或刀具合格零件數(shù)控加伺服系統(tǒng)滾珠絲杠工作臺(tái)或刀具合格零件數(shù)控加工程序位置控制插補(bǔ)計(jì)算速度控制刀補(bǔ)計(jì)算診斷位置控制插補(bǔ)計(jì)算速度控制刀