【文章內(nèi)容簡介】 三坐標軸的運動，考慮使用方便決定采用 Internal 公司的 8058258155 等單片機組成鍵盤，顯示控制面板等機床控制電路。 確定尺寸及估計重量12 / 65根據(jù)鉆床工作臺的尺寸初步確定Y 軸方向移動的工作臺尺寸重量約為 200N。X 軸方向移動的工作臺尺寸重量約為 150N。XY 工作臺總重量（包括夾具及工件）不超過 450N。 3 橫向（Y 向）設計計算 切削力的計算工件為(45HB250)C = V =d = Ff =f =V=18m/min d=6mmf=F= C V d fFF =18 6 012905096 =(N)對于麻花鉆鉆削加工F = = ?=(N)F = = ?=(N)13 / 65F = = ?=(N) 滾珠絲杠設計計算1)強度計算 對于燕尾型導軌的牽引力計算F =KF +f(F +2F +G)mXZY取 K= f=考慮工作臺在移動過程中只受 G 影響故 F =fG1m=450=90(N)考慮工作臺在加工時靜止只受 FX影響故 F = KF2mX= =(N)取 F = Fmax22)計算最大動載荷 C初選螺母副導程 L0=6mm絲杠的轉(zhuǎn)速 n=100r/minL= 610nT查[2]表 67 取 T=15000 hL= 6 = 105?=9014 / 65考慮滾珠絲杠在運轉(zhuǎn)過程中有沖擊振動和考慮滾珠絲杠的硬度對壽命的影響。查 [2]表 67 取 f = W查 [2]表 68 取 f =Q= f f F3LWH= 1= (KN)查[3]表 227 選取 W2506 型滾珠絲杠(Ca= KN Q),所以剛度足夠3)效率計算根據(jù)[7]的公式，絲杠螺母副的傳動效率 η 為η= )tan(??v摩擦角 Φ=10′ 由[2]可知螺旋角 γ=4176。22′由[3]可知η= )tan(??v = )0124t(??=滾珠絲杠的傳動效率高，這可使絲杠副的溫度變化較小，對減小熱變形，提高剛度、強度都起了很大作用。4)剛度驗算：滾珠絲杠受工作載荷 Fm 引起的導程變化量△L1=177。 ZFLm0L =6 mm= cm 0E=2110 N/cm62F= 2π2（d15 / 65= (cm )2△L1=177。 ZFLm0=177。 ? =177。10 ?滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量△L2 很小，可忽略，既△L=△ L1 所以導程變形總誤差△為△= 01L?= ??=(μm/m)查 [2]表 69 知 E 級精度絲杠允許的螺距誤差（1m 長）為 15 μm/m，故剛度足夠。5)穩(wěn)定驗算機床的進給絲杠通常是軸向力的壓桿，若軸向力過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲，依據(jù)[8]中的歐拉公式計算F =K2)(LZJ??式中截面慣性矩，對實心圓柱 J= 641d? = ? = (Ncm)F =K2)(LZJ??= 26)10(95.? = (N)16 / 65[n ]=～4Kn =KmF= = [n ] K所以滾珠絲杠安全不至失穩(wěn)6)滾珠絲杠基本尺寸表 滾珠絲杠副主要尺寸列表 齒輪的相關計算1)傳動比的計算i =tPL??360主要尺寸 計算公式 計算結果公稱直徑 d0 —— 25基本導程 L0 —— 6滾珠直徑 d3 —— 滾珠圓弧半徑 R —— 螺旋升角 γ —— 4176。22′滾道圓弧偏心距 e —— 絲杠大徑 d —— ——絲杠小徑 d1 d =d +絲杠長度 S S〈700 ——螺母大徑 D —— 45螺母小徑 D0 —— ——螺母長度 —— 58（2 列）17 / 65 = ?=2)初步分配傳動比由 [2]按獲得最小轉(zhuǎn)動慣量的原則分配傳動比i =i it12 i =2得 i = i =3)初步估計齒輪模數(shù) m=小齒輪 Z =27 1大齒輪 Z = i Z12 = 27? =41b =17mm b =20mm12d =mZ1 = 27?= d = mZ2= 41?=(mm) a =12d? = =(mm)小齒輪 Z =30 318 / 65大齒輪Z4 = i Z23 = 30?=49 b =26mm b =28mm34d = mZ3 = 30? =(mm) d = mZ4= 49?=(mm) a =243d? = =(mm) 轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：J =( )2G1???80=( )245075.　?=(Ncm2)絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Js= 10 P L4?=1042448=(Ncm2)齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J = 10 P L1Z?4?19 / 65=104()4=(Ncm2) J = 10 P L2Z?4?=104()42=(Ncm2)J = 10 P L3Z?4?=104()4=4(Ncm2) J = 10 P L4Z?4?=104()4=(Ncm2)總傳動慣量J= + +J +J214ZJS?213JZ1 = ++??=(Ncm2)所需轉(zhuǎn)動力矩快速空載時所需的力矩 M=M +M +Mmaxf0當 n=n 時 M =Mmaxaxn =max0Liv= 6251?=(r/min)M =?TJn20 / 65 = 未 ?=(Ncm)M =fiwL??20?= .?=(Ncm)當 η= 時 預加載荷 P = ，則03XFM =0iLX??6120）（ ?= ?（（=(Ncm)M =tiLFX??20= ?=所以快速啟動時所需力矩M=M +M +Mmaxf0=++=(Ncm)切削時所需力矩M=M +M +Matf0=0+0++=(Ncm)由上分析計算可知21 / 65所需最大力矩 M 發(fā)生切削啟動時 M=M = Ncmmax maxM == = (Ncm)為滿足最小步進距要求，電動機選用三相三拍工作方式查表 72 知 =M ==( Ncm)步進電動機的最高頻率f =maxpv?60= ?=(HZ) 選用 110BF003 型直流步進電機，能滿足使用要求 齒輪的驗算1)材料的選擇由[5] 機械設計表 101 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS2)第一對齒輪按齒面接觸強度設計由[5]設計計算公式（109a）d t1 21])([????(1)確定公式內(nèi)的各計算值①試選擇載荷系數(shù) K =22 / 65②小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=8000(Nm)③由[5]表 107 選出齒寬系數(shù) =?④由[5]表 106 查得材料的彈性影響系數(shù) Z =189MPaE21⑤由[5]圖 1021d（按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度）=600MPa 大齒輪的接觸疲勞強度極限1limH?=550MPa 小齒輪的接觸疲勞強度極限2li⑥由[5]1013 計算應力循環(huán)次數(shù)N =60n j h1=60 833 1 （2 8 300 15）??= 10 9N =21i= 9?= 10 9⑦由[5]圖 1019 查得接觸疲勞壽命系數(shù) K = K =⑧計算接觸疲勞許用應力取失效概率為 1%安全系數(shù) S=1 由式（1012） ，得[ ] =H?1SHN1lim1= 6092.?=552(MPa) [ ] =H?2SKHN2lim2 = 15096.? =528( MPa)23 / 65(2)計算①試算小齒輪分度園直徑 d 帶入[ ] 中較小的值tH?d t1 21])([??? =?2)58(..??=(mm)②計算圓周速度 vv= 106?ndt?= 83.=(m/s)③計算齒寬 b= td1?= ?=(mm)④計算齒寬與齒高之比 b/h模數(shù) m =t1Zdt =(mm)齒高 h= t = ? =(mm) =6?⑤計算載荷系數(shù)24 / 65根據(jù) v=[5]圖 108 得 動載系數(shù) K =直齒輪 假設 〈 100 N/mm 由表 103 得 K = K = ?HF由表 102 得，使用系數(shù) K =1A由表 104 得 7 級精度小齒輪相對支承懸臂布置時K =+ （1+ ） + 10 b?H?2d??2d3??=由 = ，K = 查圖 1013 得 K =?H?F故 載荷系數(shù)K=K K KA?H?=1 ?=⑥按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度園直徑，由式（1010a） ，得d =d1t3tK=?=(mm)⑦計算模數(shù) mm= 1Zd= =(mm)3)第一對齒輪按齒根彎曲強度設計由式（105）得彎曲強度的設計公式m 31][2FdSaZYKT???25 / 65(1)確定公式內(nèi)的各計算值①由圖 1020C 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 =500MPa,大齒輪的彎曲疲勞強度極1FZ?限 =380MPa2FZ?②由圖 1018 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) K = K =③計算彎曲疲勞許用應力=[ ]=1F?SFZN1= ?=(MPa)[ ]=2F?SKFZN2 = ? =(MPa)④計算載荷系數(shù)K=K K K KAV?FR =1 ?=⑤查取齒形系數(shù)由表 105 查得 Y = Y =⑥查取應力校正系數(shù)由表 105 查得 Y = Y =⑦計算大，小齒輪的 并加以比較][F?=1][?26 / 65 ==2][FSaY?? =大齒輪數(shù)值大(2)設計計算m 31][2FdSaZYKT???= 32)7(?=對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度多決定的承載能力，而齒面接觸強度多決定的承載能力，僅與只論直徑歸類，可取由彎曲強度算得的模數(shù) 〈m m=故 齒輪強度適合。4）第二對齒輪按齒面接觸強度設計由[5]設計計算公式（109a）d t1 21])([????(1)確定公式內(nèi)的各計算值①試選擇載荷系數(shù) K =②小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T =i =13120(Nm)12③由[5]表 107 選出齒寬系數(shù) =?④由[5]表 106 查得材料的彈性影響系數(shù) Z =189MPaE21⑤由[5]圖 1021d（按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度）=600MPa 大齒輪的接觸疲勞強度極限1limH?27 / 65=550MPa2limH?⑥由[5]1013 計算應力循環(huán)次數(shù)N =60n jh31=60 1 （2 8 300 15）??= 10 9N =423i = 9?= 10 9⑦由[5]圖 1019 查得接觸疲勞壽命系數(shù) K = K =⑧計算接觸疲勞許用應力取失效概率為 1%安全系數(shù) S=1 由式（1