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機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 1 第一章 數(shù)控機床概述 1 1 數(shù)控機床簡介 1 1 1 數(shù)控機床的產(chǎn)生及其重要性 隨著科學技術的飛躍發(fā)展 社會對產(chǎn)品多樣化的要求日益強烈 產(chǎn)品更新 越來越快 多品種 中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加 同時 隨著航空工業(yè) 汽 車工業(yè)和輕工消費品生產(chǎn)的高速增長 復雜形狀的零件越來越多 精度要求也 越來越高 此外 激烈的市場競爭要求產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越來越短 傳統(tǒng)的加 工設備和制造方法已難于適應這種多樣化 柔性化與復雜形狀零件高效和高質(zhì) 量的加工要求 數(shù)字控制機床 就是為了解決單件 小批量 特別是復雜型面零件加工的 自動化并保證質(zhì)量要求而生產(chǎn)的 1947 年 美國 Parsons 公司為了精確制造直 升機翼 槳葉和直升機框架 開始探討用三坐標曲線數(shù)據(jù)來控制機床的運動 并進行實驗 加工飛機零件 1949 年 為了能在短時間內(nèi)制造出經(jīng)常變更設計 的零件 美國空軍 U S AirForce 與 Parsons 公司簽定了制造第一臺數(shù)控 機床的合同 1951 年 美國麻省理工學院 MIT Massachusetts Instiute of Technology 承擔了這一項目 1952 年 MIT 伺服機構研究所用實驗室制造的 控制裝置和辛辛那提 Cincinnati Hydrotel 公司的立式銑床成功地實現(xiàn)了三 軸聯(lián)動數(shù)控運動 可控制銑刀進行連續(xù)空間曲面的加工 揭開了數(shù)控加工技術 的序幕 隨著不斷的改進與完善 1955 年 NC 數(shù)控 機床開始用于工業(yè)加工 數(shù)控機床是綜合應用了微電子 計算機 自動檢測以及精密機械等技術的 最新成果而發(fā)展起來的完全新型的機床 它標志著機床工業(yè)進入了一個新的階 段 從第一臺數(shù)控機床問世到現(xiàn)在 40 多年中 數(shù)控技術的發(fā)展非常迅速 使制 造技術發(fā)生了根本性的變化 幾乎所有品種的機床都實現(xiàn)了數(shù)控化 數(shù)控機床 的應用領域也從航空工業(yè)部門逐步擴大到汽車 造船 機床 建筑等民用機械 制造行業(yè) 此外 數(shù)控技術也會在繪圖儀 坐標測量儀 激光加工與線切割機 等機械設備中得到廣泛的應用 努力發(fā)展數(shù)控加工技術 并向更高層次的自動 化 柔性化 敏捷化 網(wǎng)絡化和數(shù)字化制造方向推進 是當前機械制造業(yè)發(fā)展 的方向 從 20 世紀 50 年代末期 我國就開始研究數(shù)控技術 開發(fā)數(shù)控產(chǎn)品 1958 年 清華大學和北京第一機床廠合作研制了我國第一臺數(shù)控銑床 經(jīng)過多年的 不斷努力 數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了長足的發(fā)展 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)基本上掌握了關鍵技術 可靠性已有很大提高 新開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)品大部分達到國際 20 世紀 80 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 2 年代中期水平 部分達到國際 20 世紀 90 年代水平 為國家重點建設提供了一 批高水平數(shù)控機床 技術上也取得很大突破 如高速主軸制造技術 快速進給 快速換刀 柔性制造等技術 為國產(chǎn)數(shù)控機床的下一步發(fā)展奠定了基礎 雖然 在數(shù)控技術領域中 我國和先進的工業(yè)國家之間還存在著不小的差距 但這種 差距正在迅速縮小 數(shù)控技術是機械加工現(xiàn)代化的重要基礎與關鍵技術 應用數(shù)控加工可大大 提高生產(chǎn)效率 穩(wěn)定加工質(zhì)量 縮短加工周期 增加生產(chǎn)柔性 實現(xiàn)對各種復 雜精密零件的自動化加工 易于在工廠或車間實行計算機管理 還使車間設備 總數(shù)減少 節(jié)省人力 改善勞動條件 有利于加快產(chǎn)品的開發(fā)和更新?lián)Q代 提 高企業(yè)對市場的適應能力并提高企業(yè)綜合經(jīng)濟效益 數(shù)控加工技術的應用 使 機械加工的大量前期準備工作與機械加工過程聯(lián)為一體 使零件的計算機輔助 設計 CAD 計算機輔助工藝規(guī)劃 CAPP 和計算機輔助制造 CAM 的一體化 成為現(xiàn)實 使機械加工的柔性化自動化水平不斷提高 數(shù)控加工技術也是發(fā)展軍事工業(yè)的重要戰(zhàn)略技術 美國與西方各國在高檔 數(shù)控機床與技工技術方面 一直通過巴黎統(tǒng)籌委員會對我國進行封鎖限制 應 為許多先進武器裝備的制造 如飛機 導彈 坦克等的關鍵零件 都離不開高 性能數(shù)控機床的加工 如著名的 東芝事件 即是由于前蘇聯(lián)利用從日本獲得 的大型五坐標數(shù)控銑床 用其制造出具有復雜曲面的潛艇的噪聲大為降低 西 方的反潛艇設備頓時失效 對西方構成了重大威脅 我國的航空 能源 交通 等行業(yè)也從西方引入了一些五坐標機床等高檔數(shù)控設備 但其使用受到國外的 監(jiān)控和限制 不準用語軍事用途的零件加工 特別是 1999 年美國的考克斯報告 其中一項主要內(nèi)容就是指責我國將從美國購買的二手數(shù)控機床用于軍事工業(yè) 這一切均說明數(shù)控加工技術在國防現(xiàn)代化方面所起的重要作用 1 1 2 數(shù)控機床應用范圍及特點 目前的數(shù)控加工主要應用于以下兩方面 一方面的應用是常規(guī)零件加工 如二維車削 箱體類鏜銑等 其目的在于 提高加工效率 避免認為誤差 保證產(chǎn)品質(zhì)量 以柔性加工方式取代高成本的 工裝設備 縮短產(chǎn)品制造周期 適應市場需求 這類零件 一般形狀較簡單 實現(xiàn)上述目的的關鍵一方面在于提高機床的柔性自動化程度 高速精加工能力 加工過程的可靠性與設備的操作性能 另一方面在于合理的生產(chǎn)組織 計劃調(diào) 度和工藝過程安排 另一方面的應用是復雜形狀零件加工 如模具型腔 渦輪葉片等 該類零 件在眾多的制造行業(yè)中具有重要的地位 其加工質(zhì)量直接影響以至決定著整機 床品的質(zhì)量 這類零件型面復雜 常規(guī)加工方法難以實現(xiàn) 它不僅促使了數(shù)控 加工技術的產(chǎn)生 而且也一直是數(shù)控加工技術的主要研究及應用對象 由于零 件型面復雜 在加工技術方面 除要求數(shù)控機床具有較強的運動控制能力 如 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 3 多軸聯(lián)動 外 更重要的是如何有效地獲得高效優(yōu)質(zhì)的數(shù)控加工程序 并從加 工過程整體上提高生產(chǎn)效率 數(shù)控機床在機械制造領域中得到日益廣泛的應用 是因為它具有如下特點 高柔性 生產(chǎn)效率高 加工精度高 加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠 自動化程度高 能完 成復雜型面的加工 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 1 2 數(shù)控機床的工作原理與組成 1 2 1 數(shù)控機床的工作原理 數(shù)控機床是數(shù)字信息進行控制的機床 即凡是用代碼化和數(shù)字信息將刀具 移動軌跡信息記錄在程序介質(zhì)上 然后送入數(shù)控系統(tǒng) 經(jīng)過譯碼和運算 控制 機床刀具與工件的相對運動 加工出所需工件的一類機床即為數(shù)控機床 數(shù)控 加工基本過程見圖 1 所示 計 算 機 數(shù)字 控 制裝 置 CN裝 置 通 信線 路編 程 器CAD M系 統(tǒng)上 位 機 輸 出裝 置輸 入裝 置程 序 清 單信 息 載 體 機 床速 度 控 制 單 元 位 置 檢 測 器進 給 電 動 機可 編 程 控 制 器 PLC 主 軸 控 制單 元 主 軸 電 動 機 圖 1 計算機數(shù)字控制 CNC 系統(tǒng)框圖 數(shù)控機床加工零件時 首先編制零件的數(shù)控程序 這是數(shù)控機床的工作指 令 將數(shù)控程序輸入到數(shù)控裝置 再由數(shù)控裝置機床主運動的變速 啟停 進 給運動的方向 速度和位移大小 以及其他諸如刀具選擇交換 工件夾緊 松 開和冷卻 潤滑的啟 停等動作 使刀具與其他輔助裝置嚴格地按照數(shù)控程序 規(guī)定的順序 路程和參數(shù)進行工作 從而加工出形狀 尺寸與精度等符合要求 的零件 1 2 2 數(shù)控機床的組成 數(shù)控機床的種類繁多 但從組成一臺完整的數(shù)控機床來講 它由信息輸入 裝置 數(shù)控裝置 伺服系統(tǒng) 機床本體以及復雜裝置組成 1 3 數(shù)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 近十幾年來 數(shù)控機床借助于微電子 計算機技術的飛速進步著高精度 多功能 高速化 高效率 正向復合加工功能 智能化等方向邁進 明顯地反 映出時代的特征 其主要表現(xiàn)為以下幾方面 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 4 1 3 1 精度化 當代工業(yè)產(chǎn)品對精度提出了越來越高的要求 像儀表 鐘表 家用電器等 都有相當高精度的零件 典型的高精度零件如陀螺框架 伺服閥體 渦輪葉片 非球面透鏡 光盤 磁頭 反射鼓等 這些零件的尺寸精度要求均在微米 亞 微米級 因此 加工這些零件的機床也必須受到需求的牽引而向高精度發(fā)展 1 3 2 高速度化 提高生產(chǎn)率是機床技術發(fā)展追求的基本目標之一 而實現(xiàn)這個目標的最主要 最直接的方法就是提高切學速度和減少輔助時間 隨著刀具 電機 軸承 數(shù)控 系統(tǒng)等相關技術的突破及機床本身基礎技術的進步 使各種運動速度大為提高 1 3 3 高柔性化 柔性是指機床適應加工對象變化的能力 當代產(chǎn)品的多樣化和個性化 對機 床提供了更高的柔性加工要求 數(shù)控機床在提高單機柔性化的同時 朝著單元柔 性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展 不僅中 小批量的生產(chǎn)方式在努力提高柔性化能力 就是在大批量生產(chǎn)方式中 也積極向柔性化方向轉向 如出現(xiàn)了可編程控制器 PLC 控制的可調(diào)組合機床 數(shù)控多軸加工中心 換刀換箱式加工中心 數(shù)控 三坐標動力單元等具有柔性的高效率加工設備 柔性加工單元 FMC 柔性制造 系統(tǒng) FMS 以及介于傳統(tǒng)自動線與 FMS 之間的柔性制造線 FTL 1 3 4 高自動化 高自動化是指在全部加工過程中盡量減少 人 的介入而自動完成規(guī)定的任 務 它包括物料流和信息流的自動化 自 20 世紀 80 年代中期以來 以數(shù)控機 床為主體的加工自動化已從 點 的自動化 單臺數(shù)控機床 發(fā)展到 線 的 自動化 柔性制造車間 結合信息管理系統(tǒng)的自動化 逐步形成整個工廠 體 的自動化 并出現(xiàn)了 FA 自動化工廠 和 CIM 計算機集成制造 工廠的雛形 實體 盡管由于這種高自動化的技術還不夠完備 投資過大 回收期較長 而 提出 有人介入 的自動化觀點 但數(shù)控機床的高自動化并向 FMC FMS 集成方 向發(fā)展的總趨勢仍然是機械制造業(yè)發(fā)展的主流 數(shù)控機床的自動化除進一步提 高其自動編程 上下料 加工等自動化程度外 還在自動檢索 監(jiān)控 診斷 自動對刀 自動傳輸?shù)确较蜻M一步發(fā)展 1 3 5 復合化 復合化包含了工序復合化和功能復合化 在一臺數(shù)控設備上能完成多工序切 削加工 如車 銑 鏜 鉆等 的加工中心 打破了傳統(tǒng)的工序界限和分開加工 的規(guī)程 一臺具有自動換刀裝置 自動交換工作臺和自動轉換立臥主軸頭的鏜銑 加工中心 不僅一次裝夾便可以完成鏜 銑 鉆 鉸 攻絲和檢驗等工序 而且 還可以完成箱體件五個面粗 精加工的全部工序 此外 還出現(xiàn)了與車削或磨削 復合的加工中心 1 3 6 智能化 數(shù)控技術的一個重要發(fā)展趨勢是加工過程的智能化 帶有自適應控制功能 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 5 的控制系統(tǒng) 可以在加工過程中根據(jù)切削力和切削溫度等加工參數(shù) 自動優(yōu)化 加工過程 從而達到提高生產(chǎn)率 增加刀具壽命并改善加工表面質(zhì)量等目的 刀具破損監(jiān)控和刀具智能管理功能可以智能的管理刀具 使得刀具保持最佳工 作狀態(tài) 以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐的 具有人工智能的專家系統(tǒng)被用于指導加 工 1 3 7 網(wǎng)絡化 為適應制造業(yè)的網(wǎng)絡化和全球化發(fā)展趨勢 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化功能也日趨 重要 在企業(yè)內(nèi)部 具有網(wǎng)絡功能的數(shù)控系統(tǒng)可以充分實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的資源和 信息共享 適應未來車間的面向任務的定單的生產(chǎn)發(fā)展模式 使得底蹭生產(chǎn)控 制系統(tǒng)的集成更加簡便有效 在生產(chǎn)企業(yè)之間 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化功能可以更 好地適應敏捷制造 AM 等先進制造模式 同時 系統(tǒng)制造商也可以通過系統(tǒng) 的網(wǎng)絡功能進行遠程診斷服務 1 3 8 高可靠性 數(shù)控機床的可靠性是數(shù)控機床產(chǎn)品質(zhì)量的一項關鍵性指標 數(shù)控機床能否 發(fā)揮其高性能 高精度 高效率 并獲得良好的效益 關鍵取決于可靠性 衡 量可靠性的重要的量化指標是平均無故障工作時間 MTBF 數(shù)控系統(tǒng)的 MTBF 已由 20 世紀 80 年代的 10000h 以上 提高到 90 年代的 30000h 以上 而數(shù)控整 機的 MTBF 也從 20 世紀 80 年代的 100 200h 提高到現(xiàn)在的 500 800h 除上述發(fā)展趨勢外 近年來還出現(xiàn)了全新結構的數(shù)控機床 最早在美國 IMTS 94 機床博覽會上 出現(xiàn)了被稱為 六條腿 的機床 這種新型結構機床 的六條腿能自由伸縮 沒有導軌和拖板 也稱為虛軸機床 Virtual Axis Machine 其精度相當于測量機 比傳統(tǒng)機械加工中心高 2 10 倍 剛度為傳統(tǒng) 機械加工的 5 倍 對零件輪廓的加工效率是傳統(tǒng)加工中心的 5 10 倍 這種機床 結構設想是德國 STEWART1962 年提出的 稱之為數(shù)學造型機床 今天借助計算 機技術的進步得以實現(xiàn) 1 4 我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展 20 世紀 80 年代以來 國家對數(shù)控機床的發(fā)展十分重視 經(jīng)歷了 六五 七五 期間的消化吸收引進技術 八五 期間科技攻關開發(fā)自主版權數(shù)控機 床的產(chǎn)業(yè)化奠定了良好基礎 并取得了長足的進步 九五 期間數(shù)控機床發(fā)展 已進入實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段 產(chǎn)業(yè)化規(guī)模有了較大幅度的提高 形成了十幾個普及 型數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化基地和開發(fā)中心 數(shù)控機床的年銷量從 八五 末期底 000 多臺發(fā)展到 2000 年的 14 萬多臺 機床的產(chǎn)值數(shù)控化率從 八五 的 12 增 長到 2000 年的近 30 一些重點企業(yè)已達到 70 以上 使高檔數(shù)控機床的進口 幅度減少 突破了西方在關鍵設備方面對我國的進口限制 國產(chǎn)數(shù)控機床 八 五 期間的市場占有率只有 23 到 2000 年已達到 50 數(shù)控機床新開發(fā)品種 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 6 300 個 已有一定的覆蓋面 新開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)品大部分達到國際 20 世 紀 80 年代中期水平 部分達到 90 年代水平 為國家重點建設提供了一批高水 平數(shù)控機床 在技術上也取得了突破 如高速主軸制造技術 12000r min 1800r min 快速進給 60m min 快速換刀 1 5s 柔性制 造 快速成形制造技術等為下一步國產(chǎn)數(shù)控機床的發(fā)展奠定了基礎 當前 我 國數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應用階段過度的關鍵時期 也是由封 閉型數(shù)控系統(tǒng)向開放型系統(tǒng)過渡的時期 從生產(chǎn)規(guī)模上看 已有像航天數(shù)控集 團 華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司 北京機床研究所等可實現(xiàn)批量生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化基地 我國數(shù)控系統(tǒng)在技術上已趨于成熟 在重大關鍵技術上 包括核心技術 已達 到國外先進水平 以開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的基于 PC 機的開放式智能化數(shù)控 系統(tǒng) 數(shù)控機床的可靠性指標有大幅度提高 我國數(shù)控機床的可靠性指標 MTBF 一直是其市場信譽及市場競爭力的主要問題 九五 時期 我國加工 中心的 MTBF 已達到 400h 數(shù)控車床從平均 200h 提高到平均 450h 數(shù)控系統(tǒng)從 5000h 提高到 10000h 以上 最高達到 20000h 曾長期捆擾我國 并受到西方國家封鎖的多坐標聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控技術 已漸成熟 并進入生產(chǎn)應用階段 九五 期間 我國生產(chǎn)的五軸聯(lián)動及五面加 工機床已有多個品種 并在軍工 航天 船舶等領域里應用 有效地打破了國 外對我國進口此類設備的限制 1 5 本文所做的工作 1 5 1 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)查比較 提出 較為可行的方案 1 5 2 完成機床的機械結構設計計算與電氣控制系統(tǒng)設計 初步完成控制 系統(tǒng)的軟硬件設計 提交論文及機械系統(tǒng)的裝配與關鍵零部件的相應圖紙及數(shù) 控系統(tǒng)的硬件圖 同時提交電子文檔 1 5 3 編 寫 設 計 計 算 說 明 書 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 7 第二章 機械結構選擇 經(jīng)過畢業(yè)設計給出的題目要求和數(shù)據(jù) 要設計加工工件的最大直徑為 10mm 且其工作行程為 300 300 70 的數(shù)孔多工位鉆床 根據(jù)這一特點表 明要設計的機床是一臺中小型的數(shù)控鉆床 而且是用于一般的機加工中 所以 設計這樣的機床考慮其經(jīng)濟性 合理性應該是最為重要的和成為設計的主導思 想 查相關數(shù)控機床資料和數(shù)控機床的市場調(diào)查 選擇確定合理的機床結構很 重要 傳統(tǒng)的數(shù)控機床結構包括立式 臥式兩大類 立式機床的主軸定位多數(shù) 是相同的 它的優(yōu)點在于 機床小巧 占地空間小 經(jīng)濟實惠 適合于工作單 一加工工件較小及加工尺寸小的場合 而臥式數(shù)控機床的主軸結構及主軸箱布 局可為單面懸掛主軸箱和主軸箱位于立柱對面內(nèi) 后者的優(yōu)點在于 主軸箱的 自重不會使立柱產(chǎn)生彎曲變形 相同的切削力所引起的立柱的彎曲和扭轉變形 均大為減小 這樣就相當于提高了機床的剛度 故要是采用對數(shù)控機床結構設 計成為臥式結構的話就應該選用主軸箱位于立柱內(nèi)的布局形式 然而一般的臥 式數(shù)控機床的加工尺寸都很大 對于我們要設計的機床加工零件的尺寸是很小 的 僅為最大加工為 10mm 的孔 從經(jīng)濟的角度上來說 我們設計的機床采 用立式的結構更為節(jié)省空間 節(jié)省材料 同時機床看上去更為小巧 然而完全 可以達到要求加工范圍的要求 包括此類機床的其它特點都很滿足我們要設計 機床的要求 所以 我們通過對數(shù)控機床結構的了解和認識我們認為 對于我們即將設計的機床 采用 立式的結構是完全可行的 方案的確定結果是 數(shù)控多工位立式鉆床 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 8 第三章 機械傳動部件設計 由于電機工作時 其負載阻力有切削力 摩察阻力 慣性力 只有克服這 些阻力 才能正常啟動及運行 因此要對進給系統(tǒng)進行必要的設計及計算 3 1 切削力的計算 3 1 1 要求加工的最大孔為 d0 10mm 刀具為高速鋼麻花鉆 以磨損 工件材料為 45 井 鋼 b 0 638GPa 灰鑄鐵 190HBS 加工精度為 IT8 IT10 級以下孔初加工 3 1 2 確定切削力和扭矩 3 1 2 1 計算 1 當工件材料為 45 井 鋼時 根據(jù)以知條件查 機械加工工藝手冊 表 2 4 38 高速鋼鉆頭鉆孔時的進給量知 10mm 鉆頭初加工的進給量為 0 22 0 28 由表 2 4 41 高速鋼鉆頭切削時切削速度 扭矩及軸向力可選取進 給量的兩極限值 f 0 08mm r 0 30mm r 對應的它們的切削速度為 V 0 99m s 0 43m s 則由 得 10ndv 0dv 鉆頭或工件的轉速 srdn 53 9 01 6 14 02 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 3 1 麻花 鉆軸向力和扭矩表達式中的系數(shù) 指數(shù)及修正系數(shù)可知 1 FyXFKfdC081 9 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 9 2 MyXKfdCT081 9 3 32 nmP 其中對于鋼 b 0 638GPa CF 61 2 XF 1 0 YF 0 7 CM 0 0311 XM 2 0 YM 0 8 KF KFmKFw KM KMmKMw 對于已磨損鉆頭 KMw 1 KFw 1 工件材料 KMm KFm 0 98938 75 063 b 則最小進給量 f 0 08mm r F1 9 81 61 2 10 0 080 7 0 98938 1 1013 79N T1 9 81 0 0311 102 0 080 8 0 98938 1 4 0Nm PM1 2 3 14 4 0 31 53 10 3 0 79Kw 最大進給量 f 0 30mm r F2 9 81 61 2 10 0 300 7 0 98938 1 2557 22N T2 9 81 0 0311 102 0 300 8 0 98938 1 11 52Nm PM2 2 3 14 11 52 13 69 10 3 0 99Kw 2 當工件材料為 灰鑄鐵 HB190 時 根據(jù)以知條件查 機械加工工藝 手冊 表 2 4 41 高速鋼鉆頭鉆孔時的進給量知 10mm 鉆頭初加工的進給量為 0 22 0 28 由表 2 4 41 高速鋼鉆頭切削時切削速度 扭矩及軸向力可迭取進 給量的兩極限值 f 0 12mm r 0 70mm r 對應的它們的切削速度為 V 0 79m s 0 33m s 則由 得 鉆頭或工件的轉速 10ndv 01dv srdVn 6 2579 1033 sr 1 03 044 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 3 1 麻花 鉆軸向力和扭矩表達式中的系數(shù) 指數(shù)及修正系數(shù)可知 1 FyXFKfdC081 9 2 MT 3 32 nmP 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 10 其中對于灰鑄鐵 CF 42 7 XF 1 0 YF 0 8 CM 0 021 XM 2 0 YM 0 8 KF KFmKFw KM KMmKMw 對于已磨損鉆頭 KMw 1 KFw 1 工件材料 KMm KFm H B 190 0 6 1 則最小進給量 f 0 12mm r F3 9 81 42 7 10 0 120 8 1 1 768 14N T3 9 81 0 021 102 0 120 8 1 1 3 78Nm PM3 2 3 14 3 78 25 16 10 3 0 597Kw 最大進給量 f 0 70mm r F4 9 81 42 7 10 0 700 8 1 1 3149 02N T4 9 81 0 021 102 0 700 8 1 1 15 49Nm PM4 2 3 14 10 51 15 49 10 3 1 02Kw 由此可得鉆頭的最大轉矩 Tmax 15 49Nm 最大轉矩 Fmax 3149 02N 最大切削功率 PMmax 1 02Kw 則鉆頭主軸所需要的功率為 P 1 PMmax 總 其中 總 花鍵軸 軸承 深溝球軸承 0 99 取 3 個 角接觸推力軸承 0 98 取 2 個 花鍵軸 0 97 0 98 由 金屬切削機床 查得 總 花鍵軸 軸承 0 97 0 993 0 982 0 904 則 P1 1 02 0 904 1 03Kw 對于主軸電機的選擇 查 機械產(chǎn)品目錄 對于中小功率的電機 一般 額定轉矩只有 2 1 4 而主軸所需要的最大扭矩為 15 49Nm 故必須采用齒輪組 進行減速以提供大的轉矩達到符合相應電機的額定轉矩 在數(shù)控機床多工位鉆床的設計過程中 要求數(shù)控機床能夠進行多級變速 在這種情況下 我們正好可以采用一個變速器來解決 無級變速器就是能使主 軸達到相應轉矩和使主軸傳遞的轉矩符合要求 同時 根據(jù)主軸特點設計鉆床主軸的特點是主軸在軸向方向上有移動 就 是說上端的花鍵軸外面必須套有內(nèi)花鍵的齒輪或其它才能將電動機的運動傳遞 給主軸 使主軸轉動 在本次設計中我們就選用花鍵的齒輪作為傳動件 把電 機的轉動傳給主軸 則從主軸來的傳動方式為 主軸 花鍵軸 內(nèi)花鍵齒輪 嚙合齒輪 一組或多組 聯(lián)軸器 無級變速器 主軸電動機 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 11 3 2 主軸齒輪傳動方案確定 3 2 1 設定齒輪傳動方案 3 2 1 1 如圖 2 所示 軸 為機床主軸 設計為齒輪花鍵軸 由前面知齒輪花鍵軸的功率為 P1I主 軸 電 機機 床 主 軸 圖 2 主軸傳動示意圖 即軸 P P1 1 13Kw 軸 P P 齒輪 1 13 0 97 1 16KwKwII 16 97 03 取 齒輪 0 97 精度等級為 8 級 則主軸電機輸出功率 P2 P2 P 聯(lián)軸器 1 16 0 99 1 18Kw 根據(jù) 機械產(chǎn)品目錄 選擇電機可用 YCP802 2 1 1Kw 額定功率和 YCP90S 2 1 5Kw 額定功率最為接近功率要求 而前者略小于最大輸出功率 而加一個無級變速器相對于電機來說其傳遞功率也不會消耗太多 粗略估算則 選用后者 YCP90S 2 額定功率為 1 5Kw 額定電壓為 380V 額定電流為 3 4A 轉速為 2840r min 最大額定轉矩為 2 3Nm 選擇了電動機就可根據(jù)所選擇電動機確定相應的無級變速器 根據(jù)電動機 功率和轉矩及主軸所必須達到的最小轉矩 可確定變速器 查 機械設計手冊 第四卷可選擇的無級變速器為 HZXD1500L 根據(jù)無級變速器的相關數(shù)據(jù)和主軸所需要的相關數(shù)據(jù) 無級變速器提供的 轉矩已經(jīng)可以達到主軸要求的轉矩 同時轉速也能達到要求 故在接下來設計 的齒輪組中 主要達到的目的為將電動機的轉動傳遞給主軸使主軸完成轉動 并不影響軸向的進給運動 對于齒輪組的設計就是要完成傳動 為了設計需要 可以僅設計一組齒輪 即可 又因為轉矩完全達到要求 轉矩要求的差又不是太大 從對主軸箱結構 設計入手 對主軸箱的總體布局和結構合理 比例合適 可將這對齒輪設計成 一組惰輪 即不改變變速器傳遞出來的轉矩和轉速 僅將轉動傳給主軸 達到 了設計要求和目的 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 12 3 2 2 設計齒輪 在齒輪設計中 取轉矩最大時設計用到最大轉矩 15 49 切削速度 nI 631r min 首先小齒輪 主動齒輪 用 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 硬度 241HB 286HB 平均取 為 260HB 大齒輪 從動齒輪 用 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 硬度 229HB 286HB 平均 取為 240HB 計算如下 關于主軸傳動中的第一組齒輪齒面接觸疲勞強度計算 1 初步計算 轉矩 T II 5 49Nm 5490Nmm 齒寬系數(shù) d 由表 12 13 該節(jié)中所指的表均指 機械設計 一書中的表 取 d 1 0 接觸疲勞極限 Hlim 由圖 12 17c 可取 Hlim1 710MPa Hlim2 580MPa 初步計算的許用接觸硬力 H1 0 9 Hlim1 0 9 710 639MPa Ad 值由表 12 16 取 Ad 85 初步計算的小齒輪直徑 d1 29 14 31UTAHd 32154908 其中 u I 1 T 5490Nmm 取 d1 90mm 初取齒寬 b bd1 1 90 90mm 2 校核計算 圓周速度 smnV 8 2106354 061 精度等級 由表 12 6 選 8 級精度 齒數(shù) Z 和模數(shù) m 取齒數(shù) Z1 60 Z2 iZ1 1 60 60 模數(shù) 由表 12 3 取 m 1 5 5 6091 dm 則 Z2 iZ1 601Z 使用系數(shù) KA 由表 12 9 取 KA 1 5 動載系數(shù) K V 由表 12 9 取 KV 1 1 齒間載荷分配系數(shù) KH 由表 12 10 先求 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 13 mNbFKd TAIt 10 03 2915 42 端面重合度 式 12 6 cos 821 Z 7 60 31 重合度系數(shù) Z 0 74 式 12 10 7 4 由此得 81 0122 ZKH 齒間載荷分布系數(shù) KH 由表 12 11 非對稱支撐 28 1093 16 09 132321 CbdBAH 載荷系數(shù) K K AKVKH KH 1 5 1 1 1 81 1 28 3 82 彈性系數(shù) ZE由表 12 12 取 ZE 189 8 MPa 節(jié)點區(qū)域系數(shù) ZH 由圖 12 16 可取 ZH 2 5 接觸最小安全系數(shù) SHmin 由表 12 14 取 SHmin 1 05 總工作時間 t h 10 300 8 20 4800h 應力循環(huán)次數(shù) NL 由表 12 15 估計 10 7 NL 109 則指數(shù) m 8 78 NL1 NV1 60 ithi Ti Tmax n1 60 1 631 4800 18 78 0 2 0 58 78 0 5 0 28 78 0 3 3 65 107 原估計應力循環(huán)次數(shù)正確 7 712 1065 3 iNL 接觸壽命系數(shù) ZN 由圖 12 18 可取 ZN1 1 13 ZN2 1 18 許用接觸應力 H 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 14 MPaSZHN76405 13minl1 2 8in2l2 驗算 H ZEZHZ ubdKT1 13054968 274 0529 18 503 4MPa 計算結果表明 接觸疲勞強度較為適合 齒輪齒寸無需調(diào)整 3 確定傳動主要尺寸 實際分度圓直徑 d 因模數(shù)取標準值時 齒數(shù)并未調(diào)整 故分度圓直徑不會 改變 即 d1 mZ1 90mm d2 mZ2 90mm 中心距 mZma60121 齒寬 b bd1 90mm 4 齒根彎曲疲勞強度驗算 重合度系數(shù) Y 67 0 152 075 2 0 Y 齒間載荷分配系數(shù) KF 由表 12 10 49 167 0 YF 齒向載荷分布系數(shù) KF 3 25 9 hb 由表 12 14 KF 1 25 載荷系數(shù) K K KA KVKF KF 1 5 1 1 1 49 1 25 3 07 齒形系數(shù) YF 由圖 12 21 YF1 2 8 YF2 2 29 應力修正系數(shù) YSa 由圖 12 22Ysa1 1 54 Ysa2 1 74 彎曲疲勞極限 Flim 由圖 12 23C Flim1 60MPa Flim2 450Mpa 彎曲最小安全系數(shù) SFmin 由表 12 14 SFmin 1 25 應力循環(huán)次數(shù) NL 由表 12 15 估計 3 106 NLTmax 15 49Nm 則花鍵軸能夠達到所需傳遞的轉矩 對于花鍵軸傳遞轉矩轉動中產(chǎn)生的摩擦力為 F 花 取 0 1 F 花 f 5338 0 1 533 8N 而 NTT15407 13 02913 則軸所受軸向力 F 合 F 花 Fmax 154 5 3149 02 3304N 則軸向方向齒條受力 F 合 K 1 1 F 合 3635N K 1 1 3 3 2 3 軸向進給設計 在主軸外設計一套筒 設長為 80mm 的齒條由齒輪帶動 先設計用一級減速 接步進電機使主軸進給 如圖 4 所示 圖 4 主軸進給圖示 由 機電一體化課程設計指導書 I t 0 3600 其中 步距角 deg 脈沖當量 鉆床取 0 02mm t0 齒距 t 0 m 根據(jù) 機電一體化課程設計指導書 選步進電機 取 0 1 m 1 25 2 30 3651 I 取 0 75 時 4 230 6517 I 取 I 3 2 0 1 時 可取 Z1 20 Z2 64 m 1 25 b 20mm 20 0 df1 mZ1 25mm df2 mZ2 80mm de1 28 de2 83 齒輪設計成直齒圓柱齒輪 齒輪材料為 45 鋼 則大小齒輪轉動慣量分別為 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 18 244108 7KgmbdJ 251 109 2gZ 44263J 根據(jù) 機電一體化課程設計指導書 表 1 預選步進電機為 200BF001 查 得電機轉子軸的轉動慣量為 231094 2KgmJm 折算到電動機軸上的轉動慣量 20212121 tZJJSZm25 22553108 5 16405 1649 639 4Kg 等效負載轉矩 Tm 的計算 取 V 2m min Tm F 軸 F 摩 V 主軸進給 2 n m in 102 36020 rhm NT4 15 3 3 2 4 起動慣量矩的計算 以最不利條件下的快速起動計算 設起動加速度或制動減速度的時間 t 0 3s 由于步進電機的角速度 18 60126 snWm 則 T 慣 273 tnNJm538710 則 J Tm T 慣 1 04 5 038 6 08Nm 3 3 2 5 步進電機的匹配選擇 如考慮機械傳動系統(tǒng)的效率為 n 安全數(shù)值為 K 則此時負載總轉矩為 NmTnK03 18 6705 由預選的步進電機型號 200BF001 五相十步 步距角 0 1 Step 其最大靜 轉矩 Tymax 14 7Nm 為保證正常的起動和停止 步進電機的起動轉矩 Tg 必須大 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 19 于或等于 T 由表可知 Tg Tymax的比值 取 Tg Tymax 0 951 則 Tg 14 7 0 951 13 98Nm 13 03Nm 故選擇合適 3 4 縱向進給運動的分析及計算 3 4 1 縱向進給負載分析及計算 3 4 1 1 摩擦阻力 摩擦阻力應等于正壓力乘以摩擦系數(shù) 正壓力應包括軸向力 F 1175N 及工 作臺加縱向軌道之重力 設工作臺重量為 400Kg 縱向軌道重量為 400Kg 400 400 10 1175 0 1 917 5N 摩F 1 0 3 4 1 2 等效轉動慣量計算 根據(jù)要求粗選 0 75 t o 5 0 005 036i 08 25 7 可取 25 52 m 1 5 b 25mm 20o1Z df1 mZ1 1 5 25 37 5mm df2 mZ2 1 5 52 78mm de1 40 5mm d e2 81mm 將齒輪看作近似的圓柱體 材料為 鋼 則大 小齒輪的轉動慣量分別 45 為 J 7 8 d4 b 10 4 kgm2 JZ1 7 8 3 754 2 5 10 4 3 86 10 5Kgm2 JZ2 7 8 8 104 2 5 10 4 8 40 10 4Kgm2 滾珠絲桿直徑選擇為 d0 25mm L 700mm 材料 鋼 則絲桿的轉動慣量可 45 近似的算出為 JS 7 8 2 54 70 10 4 2 13 10 4Kgm2 由 機電一體化課程設計指示書 表 1 預選步進電機為 110BF004 查得 電機轉子軸的轉動慣量為 Jm 3 43 10 4Kgm2 折算到電機軸上的總轉動慣量為 221221 4 mnSZm ViJJ 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 20 242 244541026 3 8 08 10 81 106 3 Kgm 3 4 1 3 絲杠摩擦阻力矩的計算 由于用的是滾珠絲杠 摩擦阻力矩很小 可以忽略不計 3 4 1 4 等效負載轉矩的計算 Tm F 縱 F 摩 V 工作 2 n m N35 0 82917 由 in 3 8 630 rnnm 3 4 1 5 起動慣性阻力矩的計算 以最不利條件下的快速起動計算 設起動加速式制動減速的時間 t 0 5s 一般在 0 1 1s 之間 由于步進電機的角速度 2 87603 2 SnWm 角加速度 24 15 t T 慣 J m 6 26 10 4 174 44 0 11Nm 3 4 1 6 步進電機輸出軸總的負載轉矩的計算 J Tm T 慣 0 35 0 11 0 46Nm 4 2 縱向進給步進電機加工匹配選擇 考慮機械傳動系統(tǒng)的效率 為 安全系數(shù)為 K 則比時的負載總 轉矩應考 慮為 NmTK9 046 751 由預選的步進電機型號為 110BF004 三相六拍 步距角 0 75 step 其最大 轉矩 Tymax 4 9Nm 為保證正常的起動與停止 步進電機的起動轉矩 Tg必須大于或 等于 T 由表查出 Tg T 0 866 T g 4 9 0 866 4 24Nm 0 99Nm 故選擇合適 確定選用 110BF004 步進電機 3 4 3 縱向進給滾珠絲杠的校核 初選絲杠型號為 CMD2504 3 因此必須進行以下幾個項目的校核 3 4 3 1 承載能力的校核 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 21 fHfWPmaxCO 式中 L 滾珠絲杠壽命系數(shù) 3L 轉610 P max F 縱 F 摩 0 917 5 917 5N fH 1 fW 1 2 T 15000610min 64 08 23NtLrns KN8 745 36 9172 01 54 3 6 選絲桿 CMD2504 3 查表得絲桿額定載荷為 O 8 2KN Q 滿足要求 3 4 3 2 壓桿穩(wěn)定性驗算 max2PKDEIF 取雙推 簡支式支承 由 FK 2 E 鋼的彈性模量 2 1 105 Mpa I 絲杠小徑的截面慣性矩 4 44180 3269 cmdI 查手冊可知 所用絲杠的最小徑為 d 1 21 9mm 取壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 4 絲杠長度 L LS 700mm NPNPK 5 91749 37625 10max 故滿足要求 3 4 3 3 剛度驗算 絲杠的剛度是保證第一導程的變動量要在允許范圍內(nèi) IEMTSPL 200 絲杠最小截面積 22176 349 cmd 設 T0 0 5 I 2 26cm4 M Tmaxi 4 9 2 08 10 20Nm 1020Ncm 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 22 號用于拉伸 一 號用于壓縮 都取 號 則 mcL 618 081 60 265167 310 259 4 由于選擇要求滾珠絲杠精度等級為 C 級 L 0 4 m 0 681 m 所以滿足要求 3 4 4 縱向進給軸承的選擇 推力球軸承 51305 向心球軸承 6205 3 5 橫向進給運動的分析及計算 3 5 1 橫向進給負載分析及計算 3 5 1 1 摩擦阻力 當鉆床的工作臺與導軌間的相對運動為滑動摩擦 取摩擦系數(shù) 摩1 0 擦阻力應等于正壓力乘摩擦系數(shù) 正壓力應包括軸向力及工作臺之重力 工作 臺的重量為 400kg 故可算出起摩擦阻力為 F 摩 400 1175 0 1 517 5N 3 5 1 2 等效轉動慣量計算 根據(jù)要求粗選 0 36 t o 5 0 002 036i 5 2 7 初取 20 50 m 1 5 b 25mm 20o1Z df1 mZ1 1 5 20 30mm df2 mZ2 1 5 50 75mm de1 33mm d e2 78mm 將齒輪看作近似的圓柱體 材料為 鋼 則大 小齒輪的轉動慣量分別 45 為 J 7 8 d4 b 10 4 kgm2 JZ1 7 8 3 34 2 5 10 4 2 31 10 5Kgm2 JZ2 7 8 7 84 2 5 10 4 7 22 10 4Kgm2 滾珠絲桿直徑選擇為 do 20mm L 700mm 材料 鋼 則絲桿的轉動慣量可 45 近似的算出為 JS 7 8 24 70 10 4 0 87 10 3Kgm2 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 23 預選步進電機為 90BF006 查得電機轉子軸的轉動慣量為 Jm 1 764 10 4Kgm2 折算到電機軸上的總轉動慣量為 221221 4 mnSZm ViJJ 242 244541096 5 107 8 703 76 Kgm 3 5 1 3 絲杠摩擦阻力矩的計算 由于用的是滾珠絲杠 摩擦阻力矩很小 可以忽略不計 3 5 1 4 等效負載轉矩的計算 Tm F 橫 F 摩 V 工作 2 n m N16 0257 鉆床工作臺行程速度為 2 m min 根據(jù)絲桿螺距算出絲桿速度 再根據(jù)齒輪 減速比算出步進電機的轉速為由 min 10 3600 rVnnm 3 5 1 5 起動慣性阻力矩的計算 以最不利條件下的快速起動計算 設起動加速式制動減速的時間 t 0 5s 一般在 0 1 1s 之間 由于步進電機的角速度 27 104620 SnWm 角加速度 24 95 tm T 慣 J m 4 96 10 4 209 44 0 14Nm 3 5 1 6 步進電機輸出軸總的負載轉矩的計算 J Tm T 慣 0 16 0 14 0 30 Nm 3 5 2 橫向進給步進電機加工匹配選擇 如果考慮機械傳動系統(tǒng)的效率為 0 7 安全系數(shù)為 K 1 5 則此時的負載 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 24 總轉矩應考慮為 NmTK64 03 751 由預選的步進電機型號為 90BF006 五相十拍 步距角 0 36 step 其最大轉矩 Tymax 2 156Nm 為保證正常的起動與停止 步進電機的 起動轉矩 Tg必須大于或等于 T 由表查出 Tg T 0 951 T g 2 156 0 951 2 05Nm 0 49Nm 所以選擇合適 確定選用 90BF006 步進電機 3 5 3 橫向進給滾珠絲杠的校核 初選絲杠型號為 CMD2005 3 因此必須進行以下幾個項目的校核 3 5 3 1 承載能力的校核 fHfWPmaxCO 式中 L 滾珠絲杠壽命系數(shù) 3L 轉610 P max F 橫 F 摩 0 517 5 517 5N fH 1 fW 2 T 15000 610 min 45 2NtLrns KN37 0 765 120 1 436 選絲桿 CMD2005 3 查表得絲桿額定載荷為 O 9KN Q 滿足要求 3 5 3 2 壓桿穩(wěn)定性驗算 max2PKDEFI 取雙推 簡支式支承 由 FK 2 E 鋼的彈性模量 2 1 105 Mpa I 絲杠小徑的截面慣性矩 444180 3269 cmdI 查手冊可知 所用絲杠的最小徑為 d 1 1 69mm 取壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 2 5 絲杠長度 L LS 700mm 5 17 83 12205 1maxNPNPK 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 25 故滿足要求 3 5 3 3 剛度驗算 絲杠的剛度是保證第一導程的變動量要在允許范圍內(nèi) IEMTSPL 200 絲杠最小截面積 2214 69 4cmd 設 T0 0 5 I 0 80cm4 M Tmaxi 0 882 2 5 2 21Nm 221Ncm 號用于拉伸 一 號用于壓縮 都取 號 則 mcL 602 102 61 280524 10 57 4 由于選擇要求滾珠絲杠精度等級為 C 級 L 0 4 m 0 602 m 所以滿足要求 3 5 4 橫向進給軸承的選擇 推力球軸承 51304 向心球軸承 6204 3 6 Z 向進給運動的分析及計算 3 6 1 Z 向進給負載分析及計算 3 6 1 1 摩擦阻力 摩擦阻力應等于正壓力乘以摩擦系數(shù) 因主軸箱自重被平衡 對軌道無壓 力 所以摩擦阻力為零 3 6 1 2 等效轉動慣量計算 根據(jù)要求粗選 0 75 t o 5 0 02 360i 5208 7 i 可取 46 24 m 1 5 b 25mm 20o1Z2 df1 mZ1 1 5 46 69mm df2 mZ2 1 5 24 36mm de1 72mm d e2 39mm 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 26 將齒輪看作近似的圓柱體 材料為 鋼 則大 小齒輪的轉動慣量分別 45 為 J 7 8 d4 b 10 4 kgm2 JZ1 7 8 7 24 2 5 10 4 5 24 10 5Kgm2 JZ2 7 8 3 94 2 5 10 4 0 45 10 4Kgm2 滾珠絲桿直徑選擇為 d0 32mm L 400mm 材料 鋼 則絲桿的轉動慣量可 45 近似的算出為 JS 7 8 3 24 40 10 4 3 27 10 4Kgm2 由 機電一體化課程設計指示書 表 1 預選步進電機為 110BF003 查得 電機轉子軸的轉動慣量為 Jm 4 61 10 4Kgm2 折算到電機軸上的總轉動慣量為 221221 4 mnSZm ViJJ 242 24541059 283 508 17 30 0 6 Kgm 3 6 1 3 絲杠摩擦阻力矩的計算 由于用的是滾珠絲杠 摩擦阻力矩很小 可以忽略不計 6 1 4 等效負載轉矩的計算 Tm F 軸 F 摩 V 工作 2 n m N80 13 2750 Tm 0 1175 2 2 208 33 1 80Nm 由 in 3 20 60rnn 3 6 1 5 起動慣性阻力矩的計算 以最不利條件下的快速起動計算 設起動加速式制動減速的時間 t 0 5s 一般在 0 1 1s 之間 由于步進電機的角速度 281 603 2 SnWm 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 27 角加速度 24 095 8120 StWm T 慣 J m 2 59 10 3 43 62 0 11Nm 3 6 1 6 步進電機輸出軸總的負載轉矩的計算 J Tm T 慣 1 80 0 11 1 91Nm 3 6 2 Z 向進給步進電機加工匹配選擇 考慮機械傳動系統(tǒng)的效率 為 安全系數(shù)為 K 則比時的負載總 轉矩應考 慮為 T K T 1 5 0 7 1 91 4 09Nm 由預選的步進電機型號為 110BF003 三相六拍 步距角 0 75 step 其最大 轉矩 Tymax 7 84Nm 為保證正常的起動與停止 步進電機的起動轉矩 Tg必須大于 或等于 T 由表查出 Tg T 0 866 T g 7 84 0 866 6 79Nm 4 09Nm 故選擇合適 確定選用 110BF003 步進電機 3 6 3 Z 向進給滾珠絲杠的校核 初選絲杠型號為 CMD3205 5 因此必須進行以下幾個項目的校核 3 6 3 1 承載能力的校核 fHfWPmaxCO 式中 L 滾珠絲杠壽命系數(shù) 3L 轉610 P max F 向 F 摩 1175 0 1175N fH 1 fW 2 T 15000 610 min 4528 3NtLrns KN72 16520 1 436 選絲桿 CMD3205 5 查表得絲桿額定載荷為 O 19 2KN Q 滿足要求 max2PKDEIF 取雙推 簡支式支承 由 FK 2 E 鋼的彈性模量 2 1 105 Mpa I 絲杠小徑的截面慣性矩 4 41485 6329 cmdI 查手冊可知 所用絲杠的最小徑為 d 1 2 89mm 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 28 取壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 4 絲杠長度 L LS 700mm 175 102 932485 610 max4NPNPK 故滿足要求 3 6 3 2 剛度驗算 絲杠的剛度是保證第一導程的變動量要在允許范圍內(nèi) IEMTSPL 200 絲杠最小截面積 2 2156 489 cmd 設 T0 0 5 I 6 85cm4 M Tmaxi 7 84 0 5208 4 083Nm 408 3Ncm 號用于拉伸 一 號用于壓縮 都取 號 則 mcL 438 0138 410 25634856 10 27 45 由于選擇要求滾珠絲杠精度等級為 C 級 L 0 4 m 0 438 m 所以滿足要求 3 6 4 Z 向進給軸承的選擇 推力球軸承 51307 向心球軸承 6207 3 7 齒輪強度校核 3 7 1 齒面接觸疲勞強度計算 3 7 1 1 初步計算 轉矩 T 1 0 35Nm 350Nmm 齒寬系數(shù) d 由表 12 13 該節(jié)中所指的表均指 機械設計 主編一 書中的表 取 75 01 b 接觸疲勞極限 Hlim 由圖 12 17c 可取 Hlim1 710MPa Hlim2 580MPa 初步計算的許用接觸硬力 H1 0 9 Hlim1 0 9 710 639MPa 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 29 Ad 值由表 12 16 取 Ad 85 初步計算的小齒輪直徑 d1 85 9 943 5 2396 750 1 2 5 取 d1 33mm 初取齒寬 b dd1 0 75 33 25mm 3 7 1 2 校核計算 圓周速度 V 2m min 精度等級 由表 12 6 選 8 級精度 齒數(shù) Z 和模數(shù) m 取齒數(shù) Z1 20 Z2 iZ1 50 模數(shù) 由表 12 3 取 m 1 5 65 2031 dm 則 Z1iZ 使用系數(shù) KA 由表 12 9 取 KA 1 5 齒間載荷分配系數(shù) KH 由表 12 10 先求 mNFd TTAt 10 27 15 3021 端面重合度 6 152 38cos 38121 Z 重合度系數(shù) Z 0 883 6 4 由此得 29 18 02 ZKH 齒間載荷分布系數(shù) KH 由表 12 11 對稱支撐 321 CbdBAH 70 215 07 6 032 載荷系數(shù) K K AKVKH KH 1 5 1 1 1 29 1 27 2 70 彈性系數(shù) ZE由表 12 12 取 ZE 189 8 MPa 節(jié)點區(qū)域系數(shù) ZH 由圖 12 16 可取 ZH 2 5 機械設計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設計 論文 30 接觸最小安全系數(shù) SHmin 由表 12 14 取 SHmin 1 05 總工作時間 t h 15000 應力循環(huán)次數(shù) NL 由表 12 15 估計 10 7 NL 109 則指數(shù) m 8 78 NL1 NV1 60 ithi Ti Tmax n1 60 1 1000 15000 18 78 0 2 0 58 78 0 5 0 28 78 0 3 1 81 108 原估計應力循環(huán)次數(shù)正確 7812 1024 5 iNL 接觸壽命系數(shù) ZN 由圖 12 18 可取 ZN1 1 12 ZN2 1 24 許用接觸應力 H MPaSZHN6850 12457 min2l2i1l1 驗算 H ZEZHZ ubdKT1 2224 1305 3507 8 029 1 HMPa 計算結果表明 接觸疲勞強度較為適合 齒輪齒寸無需調(diào)整 3 7 2 確定傳動主要尺寸 實際分度圓直徑 d 因模數(shù)取標準值時 齒數(shù)并未調(diào)整 故分度圓直徑不會 改變 即 d1 mZ1 33mm d2 mZ2 82 5mm 中心距 mZma75 5 121 齒寬 b