【正文】 箱。在彈簧的作用下，鋼球抬起，夾緊瓦松開蝸輪，然后由電液脈沖馬達通過傳動裝置，使蝸輪和回轉工作臺按照控制系統(tǒng)的指令作回轉運動。 為了盡量消除傳動間隙和反向間隙，圖示中齒輪和齒輪的嚙合的側隙是靠偏心環(huán)來消除的。與蝸桿相連接的齒輪是靠楔形拉緊圓柱銷來聯(lián)接的，這種聯(lián)接方式可以消除軸與套的配合間隙。 工作臺電機的選擇 確定脈沖當量 脈沖當量 ? 是數控系統(tǒng)發(fā)出一個指令脈沖， 工作臺移動的距離或轉過的角度。它決定了數控機床的加工精度和驅動系統(tǒng)的最高工作頻率。對于回轉工作臺而言，脈沖當量可由下式計算：WK21 ZZZZ ????? ，式中， KZ 蝸桿頭數， WZ 為蝸輪齒數。 在步進電機數控開環(huán)系統(tǒng)中的脈沖當量一般取為 或 ? ，也有選用~ 或者 ?? ~ 。這時脈沖位移的分辨率和精度較高。 初取 ?? 滿足加工要發(fā)求。 步進電機的選擇 22 步進電動機每走一步的步距角mZQ360??，按理論設計是圓周 ?360 的等分值。但是實際的步距角與理論值有誤差。在數控機床中常見的反應式步進電動機的步距角一般為 ?? 3~ 。步距角越小，數控機床的控制精度越高。但是，必須保證步進電動機的輸出轉矩大于負載所需要的轉矩。通常 ~jm ax ?MM 。其中 jmaxM 為步進電動機最大靜態(tài)轉矩， M 為負載轉矩。 初取 ?? ? 等效力矩計算 由公式： ? ? ? ?? ???m1in1j kJkiiK 21 nVFnnTT j? 式中： iT 為轉動件所受力矩（ Nm） in , kn 轉動件的速度 )r/min( iF 為移動件所受力（ N） jV 移動件的速度 )m/min( iT 轉動件所受力矩為蝸桿磨擦力距，潤滑良好可忽略。 iF 移動件所受力，無切削力，可忽略。 故工作臺旋轉所克服的轉矩很小，但考慮到工件較大，故取電機轉矩 Nm5?T 。 確定蝸輪蝸桿的傳動比 蝸桿為 ? 工作臺為 00 002 ?? 則蝸輪蝸桿的傳動比為 83000 002 ?? 確定傳動比為 83I? 確定電機型號 由《數控機床設計實踐指南》 [7]表 F9（ P154）可以查得： 110BF003 型步進電動機。相數為三相，最大靜轉矩 ，最大啟 動頻率 1500Hz,最大 23 運行頻率 7000Hz。步距角 )(? 。外形尺寸：外徑 mm110? ，長度 mm160 軸徑 mm11? ，質量 kg6?M 。 工作臺蝸輪蝸桿的設計計算 根據一般的龍門鉆床中回轉工作臺的轉速為 r/min20?n 。蝸輪蝸桿傳動比 83?i ，由于傳動比 過大，蝸桿頭數取 11?Z ，則蝸輪齒數 8312 ??? ZiZ 。蝸桿材料選為 40Cr,表面淬火，硬度 HRC50~45 ；蝸輪齒圈材料為 110PbZCuSn ，金屬模鑄造。 確定蝸輪蝸桿模數 m 按齒面接觸疲勞強度設計： ? ? 2H2 E212 )(9 ?Z ZKTdm ? 從《機械設計》 [12]表 78 查得 ?K ； 由于 2n 較低，估計 m/s32 ?v ，取 ?K ； 因載荷平穩(wěn)，通過跑合可以改善偏載程度，取 1β?K ； 載荷系數 ?? KKKK ； N .m 661 ???????? ?nPT N . m m6 4 6 4 1 5 1 9 8 012 ????? ?iTT 由表 77 查得 aE MP155?Z 將以上數值代入接觸強度設計公式，有： ? ? 32H2 E212 mm817 5)(9 ?? ?Z ZKTdm 按接觸強度要求， ?dm ，查表 71，選出 mm10?m ， mm1601 ?d ， 16?q ， ///35343??? 中心距： mm495)(22 ??? zqma mm83022 ?? mzd 由于工作臺結構要求，取中心距： mm650?a 24 檢驗初設參數 蝸輪圓周速度 2v m / 222 ?? ????? ndv ? 原估計 m/s32 ?v ，選 ?K 值，相符。 滑動速度 sv ： m / i n i n ///2s ????? ?vv 。 sv 較大，選用錫青銅為蝸輪材料合適。 蝸桿傳動效率 1)~( ?? ? 根據 smv / ? ，查表 79，得 /V 170??? ， )ta n(tan V1 ??? ?? ?? ~)~( 1 ?? ?? ，初選 ?? 與之相符。 驗算齒根彎曲疲勞強度 ? ?F212βF a 22F ?? ?? zdm YYKT 蝸輪當量齒數 83co s/ 32V2 ?? ?zz ，由圖 619 查得 83V2?z 時，齒形系數 ?Y ； β ???? ?Y a2212 βF a 22F ??? ?????? zdm YYKT? ? ?FF ?? ? ，滿足彎曲強度。 蝸桿軸的剛度驗算 因為工作臺在回轉時不克服任何切削力，只克服極小的滾動摩擦與慣性力。因此可以忽略。 蝸桿蝸輪幾何尺寸計算 25 蝸桿軸向齒距 ???? mp ? 蝸桿軸向齒厚 ax1 ???? Ps 蝸桿法向齒厚 o o s ///x1n1 ?????? ?ss 蝸桿齒頂圓直徑 mm1 8 0mm)10121 6 0(22 a1a11a1 ????????? ? mhdhdd 1)( a ??h 蝸桿齒根圓直徑 )(22 a1f11f1 ?????????? ?? chdhdd )( ??c 蝸桿齒寬 mm2 2 21 ??????? zmb 取 mm2301 ?b 蝸輪喉圓直徑： mm8 5 0mm1028 3 02 a22a2 ?????? hdd mm02 ?x 蝸輪齒根圓直徑： mm806mm)(2 f22f2 ??????? hdd 蝸輪咽喉母圓半徑： mm75mm)2850500(2a2g2 ????? dar 蝸輪齒寬 i n1602s i n12 ??? ?db 取 )100( ??? 選蝸輪輪齒端面為錐面結構。 蝸輪輪緣寬度 i n)( i n)2( a1 ??????????? ? mmcdB ? 取 mm148?B 為切去頂圓齒尖，蝸輪頂圓直徑： ))50c os1(752850()2c os1(2 g2a2e2 ????????? ?rdd 為不損傷齒 2b ，蝸輪頂圓直徑： 26 2tan22 2g2a2e2 ??????? ??????????????????? ?brdd 取 mmde 9002 ? 注：為了消除蝸輪副的傳動隙，采用雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸桿的軸向位置來調整間隙。蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。 由上面的數據可以得到蝸桿蝸輪參數見表 2： 表 2 蝸輪蝸桿各參數 名稱 符號 結論 )mm( 中心距 a 650 蝸桿頭數 1z 1 蝸輪齒數 2z 83 壓力角 ? ?20 模數 m 10 傳動比 i 83 蝸桿直徑系數 q 10 蝸桿軸向齒距 ap 蝸桿導程 zp 蝸桿分度圓直徑 1d 160 蝸桿齒頂圓直徑 a1d 180 蝸桿齒根圓直徑 f1d 136 頂隙 c 蝸桿齒頂高 a1h 10 27 蝸桿齒根高 f1h 12 蝸桿齒高 1h 22 蝸桿導程角 ? ///35343? 蝸桿齒寬 1b 230 蝸輪分度圓直徑 2d 830 蝸輪喉圓直徑 a2d 850 蝸輪齒根圓直徑 f2d 806 蝸輪齒頂高 a2h 20 蝸輪齒根高 f2h 24 蝸輪咽喉母圓半徑 g2r 75 蝸輪齒寬 2b 210 蝸桿軸向齒距 ap 蝸桿法向齒厚 n1s 蝸輪軸向齒厚 x1s 蝸桿傳動的效率和散熱計算 傳動 效率： 嚙合效率 %83) a n( a n1 ??? ??? 攪油效率 ?? 軸承效率 ?? 所以 ????? ? 散熱計算：由《現代機床實用設計手冊》 [8]公式（ 3614）可得： 28 )W()(15)1(1s ?????? ?PP 自然冷卻 )W()W(7 5 0)2070()( 211 ???????? ttKAH 滿足要求。 工作臺彈簧的設計計算 設計彈簧時的方法很多，通常有三個方法。一是公式計算法；二是已知彈簧直徑時的設計方法；三是查表法。 因彈簧直徑已知，故采用第二種設計方法。 查表可知，確定彈簧中徑為 mm22?D 由公式： 322p8 KCDFA ?? ?? 式中： p? 為許用應力； 2F 為最大工作負荷； D 為彈簧直徑。 最大工作負荷計算：因彈簧工作時只需克服活塞，少量 油液，圓柱體，與托柱體的自重：則由公式 )Kg( ????? VVVVM ???? 所以： ( N ) ???? MgF 查表可知： MPa340p ?? 所以， 542221198 340 2 ????? ?A 查表對應 A 值的 C 值為 。所以 ??? CDd 。查表 mm3?d ， mm22?D 工作極限負荷 324＞ 116N。滿足要求。有效圈數 n 的選取范圍為 ~ ，取 4?n 圈。 則最大心軸直徑 mm16max ?D ，最小套筒直徑 mm28min ?D 。 驗算彈簧剛度：由公式： 34 ?? nDGdk 。 故為保證彈簧彈開 116N 重量，應使彈簧至少預先壓縮 mm7 。自由高度 0H 的選取范圍為mm125~25 取 mm450 ?H 彈簧壓縮狀態(tài)高度為 mm32 。足夠用。 工作臺滾動導軌設計計算 29 在機床設計中，導軌設計應該滿足導軌的基本要求，即導向性，耐磨性，剛度，低速運動平穩(wěn)等要求。其按摩擦性質分類可分為滑動導軌和滾動導軌。由于滾動導軌摩擦小，允許轉速高，壽命長，潤滑簡單，維護容易，故選用滾動導軌。而在導軌之間的滾動體又分為滾珠、滾針、滾柱三種。其材料一般為滾動軸承鋼，淬火后硬度可達到 60HRC 以上。由于本設 計的工作臺為大型回轉工作臺，加工大型零件，為提高其承載能力，故選用滾動體為滾柱的導軌。 滾動體的尺寸要求及確定 滾動體的直徑越大，摩擦系數越小，故在結構允許的情況下，盡量選用較大直徑的滾 動體，取 mm48?d ，由于滾子長度增加，可提高剛度，但過長會使?jié)L子在長度上的壓力分布不均。 查《現代機床實用設計手冊》 [8]可知：選圓柱滾子的尺寸為： mm48?d ， mm48?l 。 滾動體數目確定 對于滾動導軌有公式： lGz 4? 式中 G 為導軌上的載荷； l 為滾子長度； z 為導軌上的滾動體數目。 導軌上載荷估算： K g )(100 6 1 3 423 ???????? ?? VM 所以，載荷估算值為： )N(100 6 1 3 6 1 3 54 ?????G 則 553484 100613 5 ?? ??? lGz 取 550?z 保持架樣式 采用整體注射式保持架，它具有以下特點 ： a) 滾動體不會掉出，保管容易； b) 裝配使用方便； c) 摩擦小； d) 節(jié)約有色金屬，成本低。 30 總 結 這一次的畢業(yè)設計題目是龍門式數控鉆床機械結構設計，設計的內容主要包括工作臺的設計、機械部分的設計、橫梁滾珠絲杠的設計。 工作臺的設計包括工作臺電機的選擇、工作臺的蝸輪蝸桿的設計計算、工作臺的滾動導軌設計計算。工作臺 的作用是按照控制裝置的信號或指令作回轉分度或連續(xù)回轉進給運動，以使數控機床能完成指定的加工工序。常用的回轉工作臺有分度工作臺和數控回轉工作臺。 本次設計采用的是數控回轉工作臺，此工作臺采用了液壓裝置，能 夠實現自鎖等一些功能。 機械部分的設計主要包括主傳動系的設計計算、