【導(dǎo)讀】在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會碰到一些大型回轉(zhuǎn)體類零件，其上需加工很多。用普通機床對其加工往往會遺漏，而小型數(shù)控加工中心則難以對其進行加工。它不僅大大減輕了操作者的勞動強度，而且大大提高了勞動生產(chǎn)率。本次設(shè)計包括了數(shù)控鉆床的主要機械結(jié)構(gòu)，其中包括：主軸箱中的主傳動系裝配；進給系統(tǒng)中的工作臺裝配和傳動系統(tǒng)中的絲杠螺母等設(shè)計。同時，將各項相關(guān)技術(shù)合。理運用，以達到最優(yōu)化設(shè)計的目的。機械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)。須奮發(fā)圖強，努力工作，以便早日趕上世界先進水平。

　　

【正文】 由公式： ? ? ? ?? ???m1in1j kJkiiK 21 nVFnnTT j? 式中： iT 為轉(zhuǎn)動件所受力矩（ Nm） in , kn 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)所克服的轉(zhuǎn)矩很小，但考慮到工件較大，故取電機轉(zhuǎn)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(shù)控機床設(shè)計實踐指南》 [7]表 F9（ P154）可以查得： 110BF003 型步進電動機。相數(shù)為三相，最大靜轉(zhuǎn)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(zhì)量 kg6?M 。 工作臺蝸輪蝸桿的設(shè)計計算 根據(jù)一般的龍門鉆床中回轉(zhuǎn)工作臺的 轉(zhuǎn)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(shù)取 11?Z ，則蝸輪齒數(shù) 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(shù) m 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計： ? ? 2H2 E212 )(9 ?Z ZKTdm ? 從《機械設(shè)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(shù) ?? 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(shù)值代入接觸強度設(shè)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(jié)構(gòu)要求， 取中心距： mm650?a 24 檢驗初設(shè)參數(shù) 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(jù) 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(dāng)量齒數(shù) 83co s/ 32V2 ?? ?zz ，由圖 619 查得 83V2?z 時，齒形系數(shù) ?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(zhuǎn)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 2121 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： mm850mm1028302 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(jié)構(gòu)。 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(diào)整間隙。蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。 由上面的數(shù)據(jù)可以得到蝸桿蝸輪參數(shù)見表 2： 表 2 蝸輪蝸桿各參數(shù) 名稱 符號 結(jié)論 )mm( 中心距 a 650 蝸桿頭數(shù) 1z 1 蝸 輪齒數(shù) 2z 83 壓力角 ? ?20 模數(shù) m 10 傳動比 i 83 蝸桿直徑系數(shù) q 10 蝸桿軸向齒距 ap 蝸桿導(dǎo)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(dǎo)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(xiàn)代 機床 實用 設(shè)計手冊》 [8]公式（ 3614）可得： 28 )W()(15)1(1s ?????? ?PP 自然冷卻 )W()W(750)2070()( 211 ???????? ttKAH 滿足要求。 工作臺彈簧的設(shè)計計算 設(shè)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(shè)計方法；三是查表法。 因彈簧直徑已知，故采用第二種設(shè)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(yīng)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 ) 1 9109 2 ???? MgF 查表可知： MPa340p ?? 所以， 542221198 340 2 ????? ?A 查表對應(yīng) 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(shù) 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(yīng)使彈簧至少預(yù)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(dǎo)軌設(shè)計計算 29 在機床設(shè)計中，導(dǎo)軌設(shè)計應(yīng)該滿足導(dǎo)軌的基本要求，即導(dǎo)向性，耐磨性，剛度，低速運動平穩(wěn)等要求。 其按摩擦性質(zhì)分類可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。由于滾動導(dǎo)軌摩擦小，允許轉(zhuǎn)速高，壽命長，潤滑簡單，維護容易，故選用滾動導(dǎo)軌。而在導(dǎo)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(shè)計的工作臺為大型回轉(zhuǎn)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(dǎo)軌。 滾動體的尺寸要求及確定 滾動體的直徑越大，摩擦系數(shù)越小，故在結(jié)構(gòu)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(xiàn)代 機床 實用 設(shè)計手冊》 [8]可知：選圓柱滾子的尺寸為： mm48?d ， mm48?l 。 滾動體數(shù)目確定 對于滾動導(dǎo)軌有公式： lGz 4? 式中 G 為導(dǎo)軌上的載荷； l 為滾子長度； z 為導(dǎo)軌上的滾動體數(shù)目。 導(dǎo)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?。? d) 節(jié)約有色金屬，成本低。 30 總 結(jié) 這一次的畢業(yè)設(shè)計題目是龍門式數(shù)控鉆床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計的內(nèi)容主要包括工作臺的設(shè)計、機械部分的設(shè)計、橫梁滾珠絲杠的設(shè)計。 工作臺的設(shè)計包括工作臺電機的選擇、工作臺的蝸輪蝸桿的設(shè)計計算、工作臺的滾動導(dǎo)軌設(shè)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(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進給運動，以使數(shù)控機床能完成指定的加工工序。常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作 臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。 本次設(shè)計采用的是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，此工作臺采用了液壓裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖等一些功能 。 機械部分的設(shè)計主要包括主傳動系的設(shè)計計算、主軸的設(shè)計計算、軸承的選擇和校核以及主軸上鍵的選擇和校核。 主軸箱的作用主要是完成鉆床的變速功能，主軸箱中包含了三個軸，由于變速的范圍較大，所以對軸承的選擇有較高的要求，轉(zhuǎn)速較高，從而產(chǎn)生的熱量也隨之增加，這樣對軸承的要求較高。 橫梁滾珠絲杠的設(shè)計包含了動載強度的計算、如何確定滾珠絲杠型號和幾何參數(shù)、傳動效率以及剛度的校驗。 此次設(shè)計的龍門式數(shù)控鉆床經(jīng)濟型性價比較高， 各個部件的選擇也是標(biāo)準(zhǔn)件，材料的選擇也是在滿足要求后選擇的低價材料，為機床的總體性價提高了較多。 31 致 謝 此次設(shè)計的完成，是在我的指導(dǎo)老師 ***老師的指導(dǎo)下完成的，在每次遇到難的問題時，我都要前去請教 *老師， **老師以她特有的教學(xué)氣質(zhì)來解答問題， *老師曾經(jīng)教過我們機械工程控制，為此，我對 *老師的印象非常的深刻， 再次的 感謝老師不耐煩的悉心教導(dǎo)， *華老師的和藹可親讓我銘記心中，老師的幫助讓我少走了很多的彎路 。 最后，感謝機電學(xué)院的老師們，沒有你們的栽培，我無法完成此次畢業(yè)設(shè) 計，忠心的感謝你們，老師辛苦了！