【導(dǎo)讀】課題來源為無錫某機(jī)械有限公司。開發(fā)和創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品的能力，要求學(xué)生能夠結(jié)合普通鉆床加工特性，針對實(shí)際使用過程中存在的問題，綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計(jì)與方法，采用標(biāo)準(zhǔn)件，提高其互換性要求，以減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本。①該部件工作時(shí)，能運(yùn)轉(zhuǎn)正常；③當(dāng)電動機(jī)輸入功率時(shí)，對主要工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動和動力分析；⑤設(shè)計(jì)繪制零件工作圖若干；⑥編制設(shè)計(jì)說明書1份。這一技術(shù)的運(yùn)用提高了機(jī)加工過程中工作效率和加工精度。從切削力入手確定主軸及電機(jī)，到整個(gè)機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)床的控制。機(jī)床初始化程序設(shè)計(jì)。本文完成數(shù)控多工位鉆床的資料收集與國、內(nèi)外現(xiàn)狀的調(diào)。計(jì)，初步完成控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。普通鉆床為單軸機(jī)床，且工件安裝后需要進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，工。后，能大大地縮短加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)多工位加工，以符合現(xiàn)代機(jī)械加工的要求。

　　

【正文】 強(qiáng)度校核。 2）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 （ 1）軸直徑及結(jié)構(gòu)的確定： 軸的最小直徑 ? ?3 nPdT??? 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 162 查得： 45 鋼 [ηT]=35Mpa mmd 6 ??? ??? 取軸最小直徑 20mm。 根據(jù)最小軸徑確定各階軸徑。主軸結(jié)構(gòu)簡圖如圖 所示。 （ 2）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=16 b 處有： 6206 d=30 D=62 B=16 (兩個(gè) ) 51206 d=30 D=52 B=16 則 a 段取長設(shè)計(jì)為 35， b 段取長設(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》表 ，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)》表 72 對花鍵軸聯(lián)接傳遞的轉(zhuǎn)矩計(jì)算： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 動聯(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 mdDrCdDhm33 19224 192222????????????????? 工作條件中等，齒面經(jīng)過熱處理。 由 72 查得 [P]=5～ 15Mpa 取 [P]= 15Mpa 選擇齒的接觸長度 l′即為 Z4 齒的齒寬 l′=b4=30mm 取載荷不均勻系數(shù) K= 則： T（動聯(lián)接） =410310315106 =Tmax= 則花鍵軸能夠達(dá)到所需傳遞的轉(zhuǎn)矩。 對于花鍵軸傳遞轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生的摩擦力為 F 花 ：取 μ= F 花 =181。f=5338= 而 NTTF 1 5 4 5 1922219 3 ??????? ? 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=） 3）軸向進(jìn)給設(shè)計(jì) （ 1）主軸結(jié)構(gòu)形式確定 在主軸外設(shè)計(jì)一套筒：由長為 80mm 的齒條經(jīng)齒輪帶動。先設(shè)計(jì)用一級減速接步進(jìn)電機(jī)使主軸進(jìn)給。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 主軸進(jìn)給示意圖 （ 2）步進(jìn)電機(jī)的選擇及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》： I=αt0/3600δ 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 其 中： α—步距角（ deg） δ—脈沖當(dāng)量（鉆床取 ） t0—齒距（ t0=Лm） 根據(jù)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》選步進(jìn)電機(jī) 取 α= m= ????? ?I 取 α= 時(shí) ?? ??? ?I 取 I=（ α= 時(shí)）可取： Z1=20 Z2=64 m= b=20mm α=200 df1=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)動慣量分別為： 244 K g mbdJ ????? 25441 K g mJ Z ?? ?????? 25442 K g mJ Z ?? ?????? 根據(jù)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，預(yù)選步進(jìn)電機(jī)為 200BF001，查得電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動慣量為： KgmJ m ??? 折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量： ? ? 202122121 2 ???????????????????????????? ?tZZmZZJJJJJ SZZm 252255326464K g m???????????? ??????????????????????? ?? 有效負(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 m i n/ 00 rVh m ????? ?? NmTm 36352 ???? ? 起動慣量矩的計(jì)算： 以最不利條件下的快速起動計(jì)算，設(shè)起動加速度或制動減速度的時(shí)間 △ t=，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度 ????? snW mm ?? 則 ： ???? ?? stWW mn 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 T 慣 = NmWJ m 0 3 8 71013 3 ???? ?? 則 J∑=Tm+T 慣 =+= 如考慮機(jī)械傳動系統(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： NmTnKT 39。 ???? ?? 由預(yù)選的步進(jìn)電機(jī)型號 200BF001，五相十步，步距角 ，其最大靜轉(zhuǎn)矩 Tymax=，為保證正常的起動和停止，步進(jìn)電機(jī)的起動轉(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。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 4 工作臺縱向進(jìn)給 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 工作臺 縱向進(jìn)給 負(fù)載分析及計(jì)算 摩擦阻力計(jì)算 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 及工作臺加縱向軌道之重力，設(shè)工作臺重量為 400Kg，縱向軌道重量為 400Kg. 摩F =[（ 400+400） 10＋ 1175]= ?? 等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算 根據(jù)要求粗選： α= to=5 ?? 00360ti ?? δ= ∴ 0 ?? ??i ∴ 可取 1Z =25 , 2Z =52 m= b=25mm ? =20o 則： df1=mZ1=25= df2=mZ2=52=78mm de1＝ de2=81mm 將齒輪看作近似的圓柱體，材料為 45 鋼，則大、小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量分別為 : J=d4 b104 (kgm2) JZ1=104=105Kgm2 JZ2=104=104Kgm2 滾珠絲桿直徑選擇為 d0=25mm, L=700mm,材料 45 鋼，則絲桿的轉(zhuǎn)動慣量可近似的算出為： JS=70104=104Kgm2 由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》，預(yù)選步進(jìn)電機(jī)為 110BF004，查得電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動慣量為 Jm=104Kgm2 折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為： ? ? ? ? 221221 41?????????????????????? mnSZZmnVmmiJJJJJ 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 ? ?? ?242224454424004001K g m???????????????????????????????? 絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算 由于用的是滾珠絲杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不計(jì)。 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 Tm=(F 縱 +F 摩 ) V 工作 /2πnm ? ? NmT m ?? ??? ? 由 m i n/ 00 rVn nm ????? ?? 起動慣性阻力矩的計(jì)算 以最不利條件下的快速起動計(jì)算，設(shè)起動加速式制動減速的時(shí)間 Δt=(一般在 ～ 1s 之間 )，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度 ????? SnW mm ?? ∴ 角加速度 ???? ?? StW mm? T 慣 ＝ J∑εm=104= 步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 J∑=Tm +T 慣 =+= 縱向進(jìn)給 步進(jìn)電機(jī)選擇 考慮 機(jī)械傳動系統(tǒng)的效率 η 為 ,安全系數(shù)為 K,則比時(shí)的負(fù)載總轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮為NmTKT 39。 ???? ?? ? 由預(yù)選的步進(jìn)電機(jī)型號為 110BF004，三相六拍，步距角 %轉(zhuǎn)矩 Tymax= 為保證正常的起動與停止，步進(jìn)電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩 Tg 必須大于或等于 TΣ39。,由表查出 Tg/TΣ39。= ∴ Tg== 故選擇合適。 確定選用 110BF004 步進(jìn)電機(jī)。 縱向進(jìn)給 滾珠絲杠的選擇與校核 初選絲杠型號為 CMD25043，因此必須 進(jìn)行以下幾個(gè)項(xiàng)目的校核 承載能力的校核 Ｑ＝ 3L fHfWPmaxCO 式中 L—滾珠絲杠壽命系數(shù)（ 轉(zhuǎn)6101? ） 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 Pmax=F 縱 +F 摩 ＝ 0+＝ fH=1 fW= T=15000 61060m in/ NtLrnn s???? Ｑ＝ KNN ??????? 選絲桿 CMD2504－ 3 查表得絲桿額定載 荷為Ｃ O=Q 滿足要求。 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 m ax22 PKD EIFP KK ?? ? 取雙推 —簡支式支承，由 FK=2 E鋼的彈性模量 105（ Mpa） I絲杠小徑的截面慣性矩（ 4441 cmdI ???? ?? ） 查手冊可知，所用絲杠的最小徑為： d1 = 取壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K=4 絲杠長度 L=LS=700mm ? ?NPPNP K m a xm a x2 52 ???? ????? ?? 故 滿足要求 。 剛度驗(yàn)算 絲杠的剛度是保證第一導(dǎo)程的變動量要在允許范圍內(nèi) ???????????????? IEMTESPTL ?2 00 絲杠最小截面積 221 cmdS ??? ?? 設(shè) T0= I= M= Tmaxi===1020Ncm ∴ ―＋ ‖號用于拉伸， ―一 ‖號用于壓縮，都取 ―＋ ‖號，則 : mcmL ?? 4525 ??????????? ??? ???????? ?? ??? ? 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 由于選擇要求滾珠絲杠精度等級為 C 級， ΔL0=177。4μm 所以滿足要求。 滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 移動導(dǎo)軌的分析 對導(dǎo)軌的要求主要有：要有一定的導(dǎo)向精度；要有良好的耐磨性，足夠的剛度；要減少熱變形影響；要使運(yùn)動輕便平穩(wěn)和一定的工藝性。因此，在考慮到要求加工精度為 7 級，且鉆床為一般機(jī)床，所以可以選用貼塑的矩形滑動導(dǎo)軌。 由于機(jī)床上的運(yùn)動部件都是沿導(dǎo)軌而作運(yùn)動，則導(dǎo)軌的磨損就非常大，所以要采用一系列措施來提高導(dǎo)軌耐磨性。其中除了選用合適材料、熱處理、潤滑外，還應(yīng)該采用保護(hù)裝置，即采用防護(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。 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)控鉆床用滑動導(dǎo)軌貼塑就可以了，可不用滾動導(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、動導(dǎo)軌貼塑料軟帶，是滑動導(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）。 移動導(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 所示。 圖 數(shù)控鉆床坐標(biāo)系 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》新版（ 2）表 ， X 軸向移動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸預(yù)選為： H=20 B=50 B1=12 A=400 h=12 h1= 鑲條 b=6（平） 其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 所示。 ≥全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 圖 T 型導(dǎo)軌剖面結(jié)構(gòu) 移動導(dǎo)軌的驗(yàn)算 對于數(shù)控多工位的鉆床的導(dǎo)軌受力分析如圖 所示。 Ｆ ｃ 、Ｆ ｆ 、ＦＱ 分別為切削力、進(jìn)給力和背向力。 圖 導(dǎo)軌受力分析圖 1）各外力對坐標(biāo)軸取矩： Ｘ軸 QF QyfyC Z FX FFFM ??? 對于鉆床 0?CF 0?QF 而 0?Fy （相對于Ｘ軸的） 則 0?? ffX yFM Ｙ軸 XQfyy WFMF ?? 2 222 ?????? ????BAeyF Ｗ：工件與工作臺重估計(jì)４００Ｋｇ； Ｘ Ｑ ：有兩種極限情況（ａ：工作臺到最近處：Ｘ Ｑ ＝０ .０５長度 。ｂ：工作臺到最近處：Ｘ Ｑ ＝