【正文】 4 數(shù)控多工位鉆床結(jié)構(gòu)圖 ................................................ 5 本章小結(jié) ............................................................ 5 詳細設(shè)計 ................................................................. 6 切削力的計算 ........................................................ 6 確定加工工件尺寸 ............................................... 6 計算切削力和扭矩 ............................................... 6 確定主軸齒輪傳動 方案 ........................................... 7 齒輪設(shè)計 ....................................................... 8 .................................................... 11 彎曲應(yīng)力計算及驗算 ............................................ 11 軸承的選擇 ......................................................... 12 系統(tǒng)進給機構(gòu)的設(shè)計 ................................................. 12 軸向進給機構(gòu)設(shè)計 .............................................. 12 縱向進給運動 .................................................. 14 縱向進給滾珠絲杠的核算 ........................................ 15 回轉(zhuǎn)工作臺運動分析 ........................................... 18 .......................................................... 21 X 軸向移動導(dǎo)軌的預(yù)選： ....................................... 21 導(dǎo)軌的相關(guān)計算 ................................................ 21 導(dǎo)軌的壓強計算和分布 .......................................... 23 滑動導(dǎo)軌的驗算 ................................................ 25 導(dǎo)軌壓強 ..................................................... 25 導(dǎo)軌及齒輪傳動間隙調(diào)整分析 .................................... 26 計算機數(shù)控裝置系統(tǒng)設(shè)計 ............................................. 26 數(shù)控裝置系統(tǒng)硬件 組成 .......................................... 27 計算機數(shù)控裝置軟件 ............................................ 28 步進電機的接口電路 ............................................ 29 系統(tǒng)總程序 .................................................... 29 本章小結(jié) ........................................................... 30 總結(jié)與展望 ................................................................. 30 VI 參考文獻 ................................................................... 31 致謝 ....................................................................... 32 1 緒論 數(shù)控機床是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的一個重要標(biāo)志之一，由于數(shù)控機床相對于傳統(tǒng)機床極大地提高了加工精度、生產(chǎn)率和自動化程度，所以在加工中得以廣泛應(yīng)用。而在本次設(shè)計中，進給傳動和傳動部件是一個重要環(huán)節(jié) 。對于鉆床來說，工作臺可采用簡單的滑動導(dǎo)軌實現(xiàn)工作臺的進給和主軸箱的進給，多個滑動導(dǎo)軌的疊加組合便可以使鉆床實現(xiàn) X、 Y、 Z 軸三軸向的運動進給； 對于數(shù)控多工位鉆床，多工位是必不可少的一步。床身、立柱的結(jié)構(gòu)和材料選擇是必不可少的。采用多工位則更為縮短了裝夾時間，使生產(chǎn)率得到更大的提高等，這是本設(shè)計課題經(jīng)濟意義。例如專門為了加工曲軸上的油孔，連桿上的斜油孔，平行孔和飼料機械上料模的多個徑向出料孔等。該公司為了客戶需要 ,在一條生產(chǎn)線上可以加工多種不同品種的曲軸油孔，于 2020 年設(shè)計制造了第一臺柔性曲軸加工中心，可以加工 2～ 12缸不同曲軸上所有的油孔。該工件孔數(shù)量多達 36000 個。 論文工作的意義 機床是制造裝備的“工作母機”，數(shù)控系統(tǒng)是機床的“大腦”。實現(xiàn)加工機床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。相反，在這競爭激烈的現(xiàn)代社會中，數(shù)控多工位鉆床適應(yīng)了社會發(fā)展、生產(chǎn)制造的發(fā)展需求。 論文研究的主要工作 該論文主要研究傳統(tǒng)數(shù)控鉆床怎么實現(xiàn)多工位的功能、提高生產(chǎn)效率、高精度、自動化控制等，以滿足當(dāng)代的生產(chǎn)需求，以低成本來滿足良好的經(jīng)濟效益。具體如圖 21 N Y 圖 2系統(tǒng)設(shè)計框圖 系統(tǒng)的詳細組成 該數(shù)控多工位鉆床主要由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、進給系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等組成。我們就以加工最大尺寸的孔加工工件為例，根據(jù)切削力、所需轉(zhuǎn)矩來確定電機。 傳動系統(tǒng) 因為電機的轉(zhuǎn)速不能夠滿足鉆孔加工是所需轉(zhuǎn)矩時，要用減速器來降低加工時的轉(zhuǎn)速來增大轉(zhuǎn)矩，以滿足孔加工要求。所以，該論文將用漸開線圓柱齒輪傳動來作為減速器。該論文將采用開環(huán)控制系統(tǒng)，采用經(jīng)濟性的單片機控制系統(tǒng)，起控制系統(tǒng)框圖如圖 22所示，在下一章有詳細設(shè)計 圖 2數(shù)控系統(tǒng)控制框圖 詳細技術(shù)分析 本論文組要是在加工零件是實現(xiàn)多工位功能，而回轉(zhuǎn)工作臺能夠?qū)崿F(xiàn)多工位的功能，因此主要就是在工作臺設(shè)計時采用渦輪蝸桿及絲杠傳動，實現(xiàn)多工位功能。這個基本框架使后面的詳細設(shè)計更針對的性，以免脫離設(shè)計的目的和要求。工件材料為號鋼（ =）；灰鑄鐵190HBS；加工精度 IT8∽ IT10 級 計算切削力和扭矩 （ 1）根據(jù)《機械加工工藝手冊》表 可知，工件材料為 45號鋼時，高速鋼在鉆孔（ =10mm）時的初加工進給量為 ∽ ，而又由表 ，鉆頭的切削速度、扭矩及軸向力可選取進給量的兩極極限值 f=∽ ,而與之對應(yīng)的切削速度為 V=∽ ，而由公式 v=得 n=。與之相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為==、 ==同理由《金屬切削刀具》計算鉆頭軸向力 F 和扭矩 T 的經(jīng)驗公式及表 31麻花鉆軸向 7 力和扭矩表達式中的系數(shù)、指數(shù)及修正系數(shù)可知： MyXMM KfdCT ? （ 1） FyXFF KfdCF ? （ 2） 3102 ?? nm TP ? （ 3） 而 =、 =、 =、 =、 = = 、 = 對于已經(jīng)磨損的鉆頭 ==1 而工件材料 ==（） =1，其中（ =190） 當(dāng)進給量為 f=，由公式 F= 、 T= 、 =2可得 = = == =2= 當(dāng)進給量為 f=，同理可得 == = = =2= 所以，可得鉆頭的最大軸心力 Fmax=、最大轉(zhuǎn)矩 Tmax=、最大功率Pmax= 又因鉆頭的主軸功率 =/， == = 所以 =現(xiàn)在開始選擇主軸的電機，查閱《機械設(shè)計課程設(shè)計》（附錄Ⅲ 電動機）中只有轉(zhuǎn)矩在 ∽ ，不能滿足主軸 (Tmax=)需求。 在數(shù)控多工位鉆床設(shè)計中，要求機床能進行多級變速。并且，根據(jù)設(shè)計，主軸要能在主軸的軸向方形上移動，也就是說，上端的花鍵齒外面要有內(nèi)花鍵齒輪才能將電動機的運動傳遞給主軸，所以主軸的傳遞方式為：主軸電機 — 無級變速器 — 聯(lián)軸器 — 漸開線圓柱齒輪組 — 主軸 確定主軸齒輪傳動方案 （ 1）齒輪傳遞方案的確定 如圖 31 所示，軸Ⅰ為機床主軸，設(shè)計為齒輪花鍵軸；軸Ⅱ為主軸電機聯(lián)軸器 8 圖 3主軸傳動示意圖 所以 ==，軸二 == （精度為 8 級） 則主軸電機輸出功率 =/=粗略估算則選用 Y90S2，額定功率為 ，額定電壓為 380V，額定電流為 ，轉(zhuǎn)速為 2840R/MIN，最大額定轉(zhuǎn)矩為 。根據(jù)電動機功率和轉(zhuǎn)矩及主軸所必須達到的最小轉(zhuǎn)矩，可確定變速器，查《機械設(shè)計手冊》第四卷可選擇的無級變速器為： HZXD1500L。故在接下來設(shè)計的齒輪組中，主要達到的目的為將電動機的轉(zhuǎn)動傳遞給主軸使主軸完成轉(zhuǎn)動，并不影響軸向的進給運動。為了設(shè)計需要，可以僅設(shè)計一組齒輪即可。 齒輪設(shè)計 設(shè)計齒輪的時候，選取轉(zhuǎn)矩最大時用到的最大轉(zhuǎn)矩 ,切削速度 nⅠ =631r/min。關(guān)于主軸傳動中的第一組齒輪齒面接觸疲勞強度計算如下所示： 小輪直徑的初步計算： d1≥ =,（《機械設(shè)計》表 ） 取 =1 = （式 ） =85 （表 ） 接觸疲勞極限 =710Mpa； =580Mpa （由圖 取得） ===5490Nmm d1≥ d1=90mm （沒特別說明本章所指均是《機械設(shè)計》一書） =b/d1 b=90mm （ 2） 校核計算 圓周速度： smndV / 0 0 060 6 3 0 0 060 11 ?? ????? ? 等級精度為 8 級（由表 選?。? 9 選取齒數(shù) =60， =i=1 60=60 m==90/60=，由表 取 m= 使用系數(shù) :由表 ?。?，動載系數(shù) :由表 ?。? 齒間載荷系數(shù)由表 可計算 =1/ =2=122 （ =5490， =90） /b=斷面重合度 =[（ 1/+1/） ]cos = (式 ) （直齒圓柱齒輪 =0） 由式 可計算重合度系數(shù) == 所以齒間載荷系數(shù) =1/= 齒向載荷分布系數(shù) =A+B+ （由表 所得） =109++ 90= 彈性系數(shù) =（表 ） 節(jié)點區(qū)域系數(shù) = （圖 ） 最小安全系數(shù) = （表 ） 工作總時間： =10300820%=4800h 應(yīng)力循環(huán)系數(shù)由表 估計 那么指數(shù) m= ==60（ （式 ） =60 1 631 4800 ( + + ) = 原估計應(yīng)力系數(shù)正確 7712 ????? iNN LL 接觸壽命系數(shù) =， =；（由圖 ） 許用接觸應(yīng)力 [] ? ? M P aS ZH NHH i n 1l i m1 ???? ?? ? ? M P aS ZH NHH 6 5 1 0m i n 2l i m2 ???? ?? 驗算：б H=ZEZHZε ubduKT 12/)1(12 ? 10 ＝1 113030 5 49 89 2 ??? ????? ＝ 計算結(jié)果正確，接觸疲勞強度合適，不需要作相應(yīng)的調(diào)整。 即 m=90mm， m=90mm 則中心距 =m（ +） /2=60mm 齒寬 b==90mm （ 4） 齒根彎曲疲勞強度驗算 重合度