【正文】 導(dǎo)思想！查相關(guān)數(shù)控機(jī)床資料和數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)調(diào)查，選擇確定合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)很重要。傳統(tǒng)的數(shù)控機(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。而臥式數(shù)控機(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)數(shù)控機(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。然而一般的臥式數(shù)控機(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Φ10mm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。所以，我們通過對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的了解和認(rèn)識(shí)我們認(rèn)為：對(duì)于我們即將設(shè)計(jì)的機(jī)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。第三章 機(jī)械傳動(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，只有克服這些阻力，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。. 切削力的計(jì)算、 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（бb=）；灰鑄鐵190HBS。加工精度為：IT8∽IT10級(jí)以下孔初加工。、 確定切削力和扭矩：、 計(jì)算：（1）、當(dāng)工件材料為 45井鋼時(shí)，根據(jù)以知條件查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》：∽。、扭矩及軸向力可選取進(jìn)給量的兩極限值f=∽,對(duì)應(yīng)的它們的切削速度為V=∽,則由得 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31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）其中對(duì)于鋼бb= CF= XF= YF= CM= XM= YM= KF=KFmKFw KM=KMmKMw對(duì)于已磨損鉆頭KMw=1 KFw=1工件材料KMm=KFm= =則最小進(jìn)給量f=F1=101=T1=1021=PM1=2103=最大進(jìn)給量f=F2=101=T2=1021=PM2=2103=（2） 當(dāng)工件材料為 灰鑄鐵HB190時(shí)，根據(jù)以知條件查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》：∽。、扭矩及軸向力可迭取進(jìn)給量的兩極限值f=∽，對(duì)應(yīng)的它們的切削速度為V=∽,則由得 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31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）其中對(duì)于灰鑄鐵 CF= XF= YF= CM= XM= YM= KF=KFmKFw KM=KMmKMw對(duì)于已磨損鉆頭KMw=1 KFw=1工件材料KMm=KFm=（HB/190）=1則最小進(jìn)給量f=F3=1011=T3=10211=PM3=2103=最大進(jìn)給量f=F4=1011=T4=10211=PM4=2103=由此可得鉆頭的最大轉(zhuǎn)矩Tmax= 最大轉(zhuǎn)矩Fmax= 最大切削功率PMmax=則鉆頭主軸所需要的功率為：P1= PMmax/η總 其中η總=η花鍵軸η軸承深溝球軸承η= （取3個(gè)）角接觸推力軸承η= （取2個(gè)）花鍵軸η=∽ 由《金屬切削機(jī)床》查得：η總=η花鍵軸η軸承==則P1=對(duì)于主軸電機(jī)的選擇，查《機(jī)械產(chǎn)品目錄》，對(duì)于中小功率的電機(jī)，，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。在數(shù)控機(jī)床多工位鉆床的設(shè)計(jì)過程中，要求數(shù)控機(jī)床能夠進(jìn)行多級(jí)變速。在這種情況下，我們正好可以采用一個(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). 主軸齒輪傳動(dòng)方案確定：． 設(shè)定齒輪傳動(dòng)方案．1． 如圖2所示：軸Ⅰ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 主軸傳動(dòng)示意圖即軸Ⅰ PⅠ= P1=軸Ⅱ PⅡ= PⅠ/η齒輪= （取η齒輪=，精度等級(jí)為8級(jí)）則主軸電機(jī)輸出功率P2P2= PⅠ/η聯(lián)軸器=根據(jù)《機(jī)械產(chǎn)品目錄》選擇電機(jī)可用YCP8022。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YCP90S2，額定電壓為380V，轉(zhuǎn)速為2840r/min。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。． 設(shè)計(jì)齒輪在齒輪設(shè)計(jì)中，,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。計(jì)算如下：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（1）初步計(jì)算：轉(zhuǎn)矩:TII= =5490Nmm齒寬系數(shù):φd （該節(jié)中所指的表均指《機(jī)械設(shè)計(jì)》一書中的表） 取φd＝接觸疲勞極限：σHlim σHlim1=710MPa σHlim2=580MPa初步計(jì)算的許用接觸硬力:[σH1]==710=639MPa，取Ad＝85初步計(jì)算的小齒輪直徑：d1≥=(其中u=I=1, T=5490Nmm)取d1＝90mm 初取齒寬：b=φbd1=190=90mm（2）校核計(jì)算：圓周速度: 精度等級(jí)： 齒數(shù)Z和模數(shù)m:取齒數(shù)Z1=60,Z2=iZ1=160=60= 則 Z2= iZ1=60使用系數(shù)KA:＝ 動(dòng)載系數(shù)K V:＝ 齒間載荷分配系數(shù)KHα:： 端面重合度： （） 重合度系數(shù):Zε== () 由此得： 齒間載荷分布系數(shù)KHβ: （非對(duì)稱支撐） 載荷系數(shù)：K=KAKVKHαKHβ==＝ 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH:＝ 接觸最小安全系數(shù)SHmin:＝ 總工作時(shí)間：th=10300820%=4800h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL:：107NL109 則指數(shù)：m= NL1=NV1=60γithi(Ti/Tmax) =6016314800(++ ) =107 原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。 接觸壽命系數(shù)ZN:ZN1= ZN2=許用接觸應(yīng)力[бH]： 驗(yàn)算：бH=ZEZHZε ＝ ＝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=φbd1=90mm（4）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算：重合度系數(shù)Yε：齒間載荷分配系數(shù)KFɑ: 齒向載荷分布系數(shù)KFβ: KFɑ=載荷系數(shù)K:K=KA KVKFαKFβ==齒形系數(shù)YFɑ: YF1= YF2=應(yīng)力修正系數(shù)YSa: = Ysa2=彎曲疲勞極限σFlim:σFlim1=60MPa σFlim2=450Mpa彎曲最小安全系數(shù)SFmin: SFmin＝應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL:，估計(jì)3106NL1010則指數(shù)m= NL1= NV= =6016314800(++ ) =107原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。彎曲壽命系數(shù)YN: YN1＝ YN2＝尺寸系數(shù)YX: YX＝ 許用彎曲應(yīng)力[σF]: 驗(yàn)算： 傳動(dòng)無過載，故不作靜強(qiáng)度校核。. 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算主軸材料45鋼，調(diào)質(zhì)到HB220～250左右． 軸的確定：軸的最小直徑 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》：45鋼[τT]=35Mpa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所示：、 軸上軸承和花鍵的確定：、 在所在主軸上使用的軸承選擇如下：圖主軸結(jié)構(gòu)圖選用深溝球軸承和推力球軸承：a處有：6206 d=30 D=62 B=16 51206 d=30 D=52 B=16b處有：6206 d=30 D=62 B=16 (兩個(gè)) 51206 d=30 D=52 B=16則a段取長(zhǎng)設(shè)計(jì)為35，b段取長(zhǎng)設(shè)計(jì)為50。、 花鍵軸上花鍵的選擇定型為：由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》，根據(jù)軸的最小徑可取花鍵為：Z—DdB=4—22198，dmin=， C=， r=由《機(jī)械設(shè)計(jì)》：動(dòng)聯(lián)接過程T=KZhl′rm[P]花鍵選用矩形花鍵，外徑定心，其定心精度高，表面硬度高于40HRc 工作條件中等，齒面經(jīng)過熱處理。[P]=5～15Mpa 取[P]= 15Mpa選擇齒的接觸長(zhǎng)度l′即為Z4齒的齒寬l′=b4=30mm 取載荷不均勻系數(shù)K=則T（動(dòng)聯(lián)接）=410310315106=Tmax=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μ=F花=181。f=5338=而 則軸所受軸向力：F合= F花+ Fmax =+=3304N則軸向方向齒條受力F合K=F合=3635N（K=）、 軸向進(jìn)給設(shè)計(jì)： 在主軸外設(shè)計(jì)一套筒：設(shè)長(zhǎng)為80mm的齒條由齒輪帶動(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。如圖4所示：圖主軸進(jìn)給圖示由《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》：I=αt0/3600δ其中α—步距角（deg） δ—脈沖當(dāng)量（） t0—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= m= 取α=取I=（α=）可?。篫1=20 Z2=64 m= b=20mm α=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)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表1，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：等效負(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/2Πnm 、 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=，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度則： T慣=則J∑=Tm+T慣=+=、 步進(jìn)電機(jī)的匹配選擇： 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，%Step，其最大靜轉(zhuǎn)矩Tymax=，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TΣˊ，由表可知Tg/Tymax的比值，取Tg/Tymax=，則Tg==故選擇合適。. 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分析及計(jì)算、 縱向進(jìn)給負(fù)載分析及計(jì)算、 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(tái)加縱向軌道之重力，設(shè)工作臺(tái)重量為400Kg，縱向軌道重量為400Kg.=[（400+400）10＋1175]= 、 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算:根據(jù)要求粗選：α= to=5 δ=∴∴可取 =25 , =52 m= b=25mm