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長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
Dimensional Tolerance Allocation for New Type of Parallel Machine Tools
LI Bing, WANG Zhi xing, HU Ying (Dept. of Mechanical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) ?
Abstract：Presents an inverse error estimation method for deriving errors of links from cutter head errors to overcome the difficulty in obtaining analystic solutions for new type of machine tools due to the multi solution of direct kinematics so that the total dimension chain tolerance of machine tool links can be determined by Monte Carlo random simulation for a certain spindle dimension of the machine tool and the precision requirement specified, and the method of dimensional tolerance allocation developed by analysing the elements of machine tool links and the combination of machine tool precision with actual dimensional tolerance for justification of tolerance design for this kind of machine tools.
Key Words： parallel machine tool Monte Carlo simulation tolerance allocation
1 INTRODUCTIONS
The prototype of a new type of parallel machine tools is a 6-6 Stewart platform mechanism. Compared to the traditional machine tool, a parallel machine tool possesses many advantages, such as high precision, high structural rigidity and high machining force/torque capacity, etc. Currently, many universities have research on this kind of machine tools. As shown in Fig.1, the parallel machine tool comprises the following four parts: a fixed platform, six in-parallel actuators, the length variation of each actuator is implemented by ball-screws and the ball-screws are driven by servo motors. The ball joints connect the fixed and moving platforms with ball-screws; a spindle is installed on moving platform bottom. When machining work is being carried out the variation of the moving platform allows a parallel machine tool to machine complicated curved work piece such as die, impeller etc.
The developing tendency of modern NC machine tools is high speed and high precision, and the machine tool errors have direct effect on machine tool precision. In order to meet the precision specified, a scientific dimensional tolerance allocation is urgently required in the design of this kind of machine tool. The errors of the machine tool include the following parts: 1)transmission error in transmission chains, i.e. ,pitch cumulative error of the ball-screw in each actuator and dead domain error during starting or reversing operation;2)length transform error of the ball-screw due to the influence of ambient temperature;3)pares clearance error that connect fixed and moving platform;4)other errors, i.e. , positioning error caused by transmission rigidity, dynamic error caused by moving parts mass and velocity damping. The above errors will finally lead to error at the cutter head of the machine tool. This paper will carry out research on dimensional tolerance allocation based on a kind of statistical experiment method, Monte-Carlo method.
2 SOLUTION OF INVERSE KINEMATICS FOR MACHINE TOOL
The kinematics solution for this parallel machine tool can be classified into two types. When the known quantity is the lengths of the six actuators and the orientation of the cutter head, this is called direct kinematics; On the contrary, when the known quantity is the position and the orientation of the cutter head and the unknown quantity is the lengths of the six actuators, this is called inverse kinematics. The solution of the direct kinematics of the machine tool is used to monitor while the solution of the inverse kinematics of the machine tool is used to control. As shown in Fig.2, a fixed coordinate frame O-XYZ is attached to the fixed platform and a moving coordinate frame O’-X’Y’Z’ is attached to the moving platform. The center of the joint connecting the itch actuator to the fixed platform will be denoted as whereas the center of the joint connecting the same leg to the moving platform will be denoted as , the Y-axis of the fixed coordinate frame is selected along the line which bisects the angle and the Y’-axis of the moving coordinate frame is selected along the line which bisects the angle . Let the position of point O’ with respect to the origin of the fixed coordinate frame be denoted by vector , vectors will be defined as the position vectors of the moving coordinate frame, thus we can write the position vectors of the moving platform joints in fixed coordinate frame as :
Where matrix is the rotation matrix describing the orientation of the moving platform with respect to the fixed platform, the elements of matrix are shown by RPY expression. Let be angles that the moving platform rotates about X-axis, Y-axis, Z-axis of the fixed coordinate frame, and then we can obtain:
Let vectors be the position vectors of the platform joints with respect to the fixed coordinate frame, then the length of each actuator can be written as:
3 DIMENSIONAL TOLERANCE ALLOCATIONS WITH MONTE-CARLO METHOD
Determination of Total Dimensional Chain Error of the Machine Tool Links
In order to carry out dimension tolerance allocation, the variation feature between the errors of the in-parallel links and orientation error of the cutter head (or the center point of the moving platform) need to know. The direct kinematics is used to derive the cutter head error from the link errors of the machine tool. It is difficult to obtain analytical solution by direct kinematics. So an inverse error estimation method by which the link errors can be derived from the position and orientation errors of the cutter head is adopted.
The key to the dimensional tolerance allocation is to determine the total dimensional chain error of the machine tool links. Monte-Carlo method is a numeral method to solve mathematics based on random sampling. In this parallel an evenly-distributed Monte-Carlo random simulation method on a certain position and orientation precision of the cutter head is used. By Esq. (1) the lengths of the machine tool links under the sample volume can be obtained. The maximum length error of each link can be obtained in different positions in the machine tool workspace. Take the minimum length errors as the total error for dimensional tolerance allocation of each link. Before random simulation by Monte-Carlo method, the machine tool precision should be estimated and the variation of the moving platform’s position and orientation should be determined. Let the position and orientation of the center point of the moving platform be three transforming quantities and three rotating quantities. A simplified model of spindle system for parallel machine too is shown in Fig.3. From the figure we can see that point a and b represent cone bearings, segment bc represents cutter holder and segment cd represents the cutter, the cutter head point d bears machining force P.
4 CONCLUSIONS
The presented dimensional tolerance allocation method is the combination between machine tool precision and the actual dimension tolerances. The factors that influence on the cutter head errors of the parallel machine tool are analyzed first. Due to the multi-solution and the difficulty in obtainment of the analytical solution of the direct kinematics, the derivation of the cutter head error from the error of machine tool links is difficult. So a inverse error estimation method to derive errors of links from cutter head error is presented in this paper.
To a certain spindle dimension of the parallel machine tool, the total dimensional tolerance of the machine tool link can be determined by Monte-Carlo random simulation method. The dimensional tolerance allocation for adjustable loop of the link is developed. If the allocated dimension tolerance can not meet the design or manufacturing requirement, the adjustments towards precision grade of the ball screw or the spindle dimension are desired for tolerance re-allocation. Example shows the presented tolerance allocation method is reasonable. This work provides a basis in the design stage of the parallel machine tool.
新型并聯(lián)機(jī)床的三維公差分配
李冰，王知行，胡穎（哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程系，中國哈爾濱150001）
摘要：提出了一種逆誤差估計(jì)的方法以克服刀盤刀具連接中存在錯(cuò)誤和誤差這一難題，獲取新型機(jī)床由于直接運(yùn)動(dòng)學(xué)多解的解決方案，通過蒙特卡羅隨機(jī)模擬的方法直接確定機(jī)床環(huán)節(jié)對(duì)機(jī)床的主軸尺寸和精度要求，對(duì)尺寸公差分配和組合機(jī)床機(jī)床精度與實(shí)際的尺寸公差的分析，可采用該方法的公差分配來設(shè)計(jì)機(jī)床。
關(guān)鍵詞：并聯(lián)機(jī)床 蒙特卡洛模擬 公差分配
1介紹
新類型的并聯(lián)機(jī)床的原型是一個(gè)6-6斯圖爾特平臺(tái)機(jī)構(gòu)。與普通機(jī)床相比，并聯(lián)機(jī)床有許多優(yōu)點(diǎn)，比如高的精度，高的結(jié)構(gòu)剛度和高機(jī)制力量/轉(zhuǎn)力矩能力等?，F(xiàn)在，許多大學(xué)都對(duì)這種并聯(lián)機(jī)床都加以研究。如圖1所示。并聯(lián)機(jī)床包括四個(gè)部分：一個(gè)固定的平臺(tái)，六個(gè)平行的主動(dòng)件，每個(gè)主動(dòng)件的長度變化由球鉸鏈來控制，而球鉸鏈由伺服馬達(dá)驅(qū)使。球關(guān)節(jié)用鉸鏈連接固定部分和可動(dòng)部分，轉(zhuǎn)軸安裝在移動(dòng)平臺(tái)底部。當(dāng)機(jī)加工進(jìn)行時(shí)，移動(dòng)平臺(tái)使并聯(lián)機(jī)床能加工復(fù)雜的工件，如鋼模的復(fù)雜彎工作塊及其他的東西。
現(xiàn)代的控制母機(jī)的發(fā)展趨向是高速度和高精度，并且機(jī)床的誤差應(yīng)能直接影響機(jī)床的精度。為了解決這種精密的需要，一種尺寸公差分配方法需要應(yīng)用于機(jī)床的設(shè)計(jì)中。機(jī)床的誤差包括下列各項(xiàng)部分：（1）傳輸鏈的傳輸誤差，也就是，在開始或顛倒操作的時(shí)候在每個(gè)主動(dòng)件和死區(qū)中球鉸鏈的累積誤差（2）周圍溫度變化導(dǎo)致的球鉸鏈長度變化誤差（3）剝連固定和可動(dòng)工作臺(tái)的清除誤差（4）其它的誤差，也就是，由移動(dòng)部分塊和速度降低引起的動(dòng)態(tài)誤差。上述的誤差最終會(huì)導(dǎo)致在工作母機(jī)的切削頭上產(chǎn)生的誤差。這篇論文將對(duì)一種基于統(tǒng)計(jì)的尺寸公差分配的實(shí)驗(yàn)方法——蒙地卡羅方法加以研究。
2 機(jī)床的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)的解決
運(yùn)動(dòng)學(xué)解決這種并聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)解決方法可以分為兩類。當(dāng)已知量是六個(gè)主動(dòng)件的長度和切削頭的方向的時(shí)候，這叫做正向的運(yùn)動(dòng)學(xué)。另一方面，當(dāng)已知量是位置和切削頭的方向而未知量是六個(gè)主動(dòng)件的長度的時(shí)候，這叫做逆向的運(yùn)動(dòng)學(xué)。并聯(lián)機(jī)床的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)用于解決檢測問題，而逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)用于解決控制問題。如圖2所示，固定的坐標(biāo)系附在固定的平臺(tái)上，而移動(dòng)的坐標(biāo)系附在移動(dòng)的平臺(tái)上。連接主動(dòng)件到固定的平臺(tái)關(guān)節(jié)的中心被表示為，同樣，連接相同的腿到那個(gè)移動(dòng)平臺(tái)的關(guān)節(jié)中心被表示為。固定坐標(biāo)系的Y軸是按沿著角挑選的，而移動(dòng)坐標(biāo)系的Y`軸是沿著角。讓有關(guān)固定的坐標(biāo)系的起源用矢量表示，而移動(dòng)坐標(biāo)系的起源用矢量表示。如此，我們把移動(dòng)平臺(tái)的位置在固定平臺(tái)中用位置矢量表示為：
點(diǎn)陣式是描述移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)于固定平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)陣式，點(diǎn)陣式元素用RPY表示。讓為移動(dòng)平臺(tái)與X軸，Y軸，Z軸之間的旋轉(zhuǎn)夾角，然后，我們能獲得：
讓矢量是有關(guān)于坐標(biāo)體格平臺(tái)位置的矢量。然后每個(gè)主動(dòng)件的長度可以寫作：
3 蒙地卡羅尺寸公差分配方法
為了要實(shí)現(xiàn)尺寸公差分配，必須弄清楚聯(lián)編尺寸誤差和切削頭的定位誤差之間的變化特征。正向運(yùn)動(dòng)學(xué)用于來制來自機(jī)床的聯(lián)編誤差的切削頭誤差。直接運(yùn)動(dòng)學(xué)的獲得分析是十分困難的。如此一個(gè)可能起源于位置的逆向誤差和切削頭定方位的判斷方法可以被采用。
尺寸公差分配的關(guān)鍵是要決定機(jī)床的聯(lián)編總體尺寸公差。蒙地卡羅方法是基于隨意抽取樣品的解決尺寸公差分配的一種數(shù)學(xué)方法。平均地隨意分配在一個(gè)某位置和切削頭方向的蒙地卡羅模擬方法被采用在并聯(lián)機(jī)床上。樣本容量下的機(jī)床的聯(lián)編尺寸的長度可能被獲得。聯(lián)編的最大長度誤差可能在工作母機(jī)工作空間的不同位置獲得，尺寸公差分配為拿聯(lián)編最小量長度誤差作為總誤差。在蒙地卡羅隨意模擬之前，工作母機(jī)的精度應(yīng)被估計(jì)，并且移動(dòng)平臺(tái)的位置變化和方位應(yīng)被考慮。那個(gè)移動(dòng)平臺(tái)的中心點(diǎn)位置和方向?yàn)槿D(zhuǎn)換量和三替換量。并聯(lián)機(jī)床的轉(zhuǎn)軸的簡化模型也被顯示在圖片3中。從這個(gè)圖片，我們可以看出a和b代表圓錐體，弦bc代表切削者，而弦cd切削頭，切削頭點(diǎn)d產(chǎn)生機(jī)制力量P。
3 結(jié)論
尺寸公差分配方法是機(jī)床精確度和真實(shí)尺寸公差之間的組合。我們應(yīng)首先分析影響并聯(lián)機(jī)床的切削頭的誤差。由于直接運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析解決獲得困難和形式多樣，源自機(jī)床聯(lián)編誤差的切削頭誤差的引出很困難。因此，本論文中闡述了源自切削頭誤差的聯(lián)編誤差的倒轉(zhuǎn)誤差判斷方法。
對(duì)于并聯(lián)機(jī)床轉(zhuǎn)軸來說，機(jī)床聯(lián)編總體尺寸公差分配可能被蒙地卡羅隨意模擬方法確定。調(diào)整性的尺寸公差分配正被發(fā)展。如果尺寸公差分配不能滿足機(jī)械制造業(yè)和設(shè)計(jì)的需要，那么，能調(diào)整的精密的球螺釘或轉(zhuǎn)軸被需要出現(xiàn)。事例證明這個(gè)尺寸公差分配方法是合理可行的。這一工作為并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)階段提供了基礎(chǔ)。
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摘 要
數(shù)控機(jī)床即數(shù)字程序控制機(jī)床，是一種自動(dòng)化機(jī)床，數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機(jī)床研究的核心，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床借助現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、工序集約化和新的功能部件使機(jī)床的加工范圍、動(dòng)態(tài)性能、加工精度和可靠性有了極大的提高。
本次設(shè)計(jì)通過對(duì)現(xiàn)有數(shù)控鉆銑床的分析研究，提出一種新的設(shè)計(jì)方案,其自動(dòng)化程度更高，結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較簡單。本方案中，主軸箱采用電磁離合器實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速，在X、Y、Z三個(gè)方向上的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用滾珠絲桿，而動(dòng)力則由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過調(diào)隙齒輪來傳遞，并且采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制?？刂葡到y(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)，通過擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O接口實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù) 滾珠絲桿 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展
Abstract
The numerical control engine bed is the digital process control engine bed, is one kind of automated engine bed, the numerical control technology is the core which the numerical control engine bed studies, is the manufacturing industry realization automation, the network, the flexibility, the integrated foundation. Along with the manufacture technology development, the modern numerical control engine bed with the aid of the modern design technology, the working procedure intensification and the new function part caused the engine bed the processing scope, the dynamic performance, the processing precision and the reliability had the enormous enhancement .
This design tries a new method after the analyze and research of the exited numerical control bed for mill and bore with the higher automatization degrees and the simpler configuration. In the method, electromagnetism clutch is used for the realization of the level shift in the headstock, and in the motion of , we all adopt ball bearing thread haulm for the X、Y、Z direction ,The power of which is step by step electromotor transferred by gear that used for adjusting gaps. And more, we used singlechip for numerical control.The control system introduces MCS-51 series singlechip, and the realization of hardware circuit was accomplished by enlarging program memorizer、data memorizer and I/O meet meatus.
Keywords: Numerical control technology Ball bearing thread haulm
The step by step electromotor The enlarge for SCM system
長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目錄 第一章 數(shù)控機(jī)床概述 .................................................1 一．?dāng)?shù)控機(jī)床的簡介 ....................................................1 （一）數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及其重要性 ......................................1 （二）數(shù)控機(jī)床應(yīng)用范圍及特點(diǎn) ........................................1 （三）數(shù)控機(jī)床的組成 ................................................2 （四）數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 ......................................3 第二章 機(jī)床總體布局設(shè)計(jì) .............................................5 一.機(jī)床總體尺寸參數(shù)的選定 .............................................5 二.機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式的選定 .....................................5 第三章 主傳動(dòng)的設(shè)計(jì) .................................................6 一．議定轉(zhuǎn)速圖 ........................................................6 （一）確定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)式 ..........................................6 （二）議定轉(zhuǎn)速圖 ....................................................7 （三）確定各齒輪的齒數(shù) ..............................................8 （四）傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定 .............................................10 二．主傳動(dòng)主要零件的強(qiáng)度計(jì)算 .........................................11 （一）電動(dòng)機(jī)的選擇 .................................................11 （二）齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................................11 （三）軸的設(shè) 計(jì)計(jì)算 .................................................14 （四）離合器的選用 .................................................27 第四章 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)計(jì)算 .........................................28 一．垂直進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................................28 (一)脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 .........................................28 (二)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................30 (三)步進(jìn)電機(jī)的選擇 .................................................34 (四)滾珠絲桿副的預(yù)緊方式 ...........................................36 （五）齒輪傳動(dòng)消隙 ..................................................36 二．橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................................37 (一)脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 .........................................37 (二)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................38 (三)步進(jìn)電機(jī)的選擇 .................................................40 第五章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ..............................................42 一．控制系統(tǒng)總體方案的擬定 ...........................................42 二．總控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ...........................................42 （一）單片機(jī)的選用 .................................................42 （二）系統(tǒng)的擴(kuò)展 ...................................................45 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 （三）鍵盤、顯示器接口 .............................................47 （四）步進(jìn)電機(jī)控制電路 .............................................48 （五）光電隔離電路 .................................................49 結(jié)論 ..................................................................51 致謝 ..................................................................52 參考文獻(xiàn) .............................................................53 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 第一章 數(shù)控機(jī)床概述 一．?dāng)?shù)控機(jī)床的簡介 （一）數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及其重要性 隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化的要求日益強(qiáng)烈， 產(chǎn)品更新越來越快，特別是在宇航、造船、軍事等領(lǐng)域需要的機(jī)械零件。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(shè)備和制造方法難 于適應(yīng)這種多樣化與復(fù)雜形狀零件高質(zhì)量的加工要求，為了解決上述問題，數(shù)控 機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。 數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用了微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)檢測以及精密機(jī)械等技術(shù)的最 新成果而發(fā)展起來的新型機(jī)床，它標(biāo)志著機(jī)床工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。從第一 臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世到現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展非常迅速，使制造技術(shù)發(fā)生了根本性的 變化，幾乎所有品種的機(jī)床都實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用領(lǐng)域也從航空工業(yè) 部門逐步擴(kuò)大到汽車、造船、機(jī)床、建筑等民用機(jī)械制造行業(yè)。努力發(fā)展數(shù)控加 工技術(shù)，并向更高層次的自動(dòng)化、柔性化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化制造方向推 進(jìn)，是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的方向。 數(shù)控加工技術(shù)也是發(fā)展軍事工業(yè)的重要戰(zhàn)略技術(shù)。美國與西方各國在高檔數(shù) 控機(jī)床與技工技術(shù)方面，對(duì)我國進(jìn)行封鎖限制，因?yàn)樵S多先進(jìn)武器裝備的制造， 如飛機(jī)、導(dǎo)彈、坦克等的關(guān)鍵零件，都離不開高性能數(shù)控機(jī)床的加工。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(biāo)機(jī)床等高檔數(shù)控設(shè)備，但其使 用受到國外的監(jiān)控和限制，這一切均說明數(shù)控加工技術(shù)在國防現(xiàn)代化方面所起的 重要作用。 （二）數(shù)控機(jī)床應(yīng)用范圍及特點(diǎn) 目前的數(shù)控加工主要應(yīng)用于以下兩方面： 一方面的應(yīng)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(rèn)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(shè)備，縮短產(chǎn)品制造周期，適應(yīng)市場需求。這類零件一般形狀較簡單，實(shí)現(xiàn)上述 目的的關(guān)鍵在于提高機(jī)床的柔性自動(dòng)化程度、高速精加工能力、加工過程的可靠 性。 另一方面的應(yīng)用是復(fù)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(jī)床品 的質(zhì)量。這類零件型面復(fù)雜，常規(guī)加工方法難以實(shí)現(xiàn)，它不僅促使了數(shù)控加工技 術(shù)的產(chǎn)生，而且也一直是數(shù)控加工技術(shù)的主要研究及應(yīng)用對(duì)象。由于零件型面復(fù) 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 雜，在加工技術(shù)方面，除要求數(shù)控機(jī)床具有較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制能力外，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。 （三）數(shù)控機(jī)床的組成 如圖所示，數(shù)控機(jī)床由一下幾個(gè)部分組成： 1．程序編制 數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件的工作指令。在對(duì)加工零件進(jìn)行工藝分析 的基礎(chǔ)上，確定零件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系上的相對(duì)位置，即零件在機(jī)床上的安裝 位置，刀具與零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的尺寸參數(shù)，零件加工的工藝路線或加工順序，主運(yùn) 動(dòng)的起、停、換向、變速、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度、位移大小等工藝參數(shù)，以及輔助裝 置的動(dòng)作，得到零件的運(yùn)動(dòng)、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息后，用由文字、數(shù)字和 符號(hào)組成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼，按規(guī)定的方法和格式，編制零件加工的數(shù)控程序單。 2．輸入裝置 輸入裝置的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。根據(jù)控 制存儲(chǔ)介質(zhì)的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)或軟盤驅(qū)動(dòng)器等。數(shù)控 機(jī)床加工程序也可通過鍵盤用手工方式直接輸入數(shù)控系統(tǒng)。 零件加工程序輸入過程有兩種不同的方式：一種是邊讀入邊加工，另一種是 一次將零件加工程序全部讀入數(shù)控裝置內(nèi)部的存儲(chǔ)器，加工時(shí)再從內(nèi)部存儲(chǔ)器中 逐段逐段調(diào)出進(jìn)行加工。 3．?dāng)?shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出或接受輸入裝置 送來的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、 運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機(jī)床各部分的工作，使其進(jìn) 行規(guī)定的有序運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。 4．輔助控制裝置 輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的開關(guān)量指令信號(hào)，經(jīng)過編譯、 邏輯判別和運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器，帶動(dòng)機(jī)床的機(jī)械、液壓、氣 動(dòng)等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關(guān)量動(dòng)作。這些控制包括主軸運(yùn)動(dòng)部件的變速、 換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟動(dòng)停止，工件和 機(jī)床部件的松開、夾緊，分度工作臺(tái)轉(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動(dòng)作 圖 1-1 數(shù)控機(jī)床組成 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 5．驅(qū)動(dòng)裝置和位置檢測裝置 驅(qū)動(dòng)裝置接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息 的要求驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件，以加工出符合圖樣要求的零件。因此，它的伺服精度 和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能是影響數(shù)控機(jī)床加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。 位置檢測裝置將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量檢測出來，經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī) 床的數(shù)控裝置之后，數(shù)控裝置將反饋回來的實(shí)際位移量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控 制驅(qū)動(dòng)裝置按照指令設(shè)定值運(yùn)動(dòng)。 6.機(jī)床的機(jī)械部件 數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床 身、工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但 數(shù)控機(jī)床在整體布局、外觀造型、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)等方 面都發(fā)生了很大的變化，這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。 （四）數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床借助于微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步正向 著高精度、多功能、高速化、高效率、復(fù)合加工功能、智能化等方向邁進(jìn)，明顯 地反映出時(shí)代的特征。當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床技術(shù)呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢： 1.精度化 當(dāng)代工業(yè)產(chǎn)品對(duì)精度提出了越高的要求，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、等，這些零件的尺寸精度要求均在微米、 亞微米級(jí)。因此，加工這些零件的機(jī)床也受到需求的牽引而向高精度發(fā)展。 2.高速度化 提高生產(chǎn)率是機(jī)床技術(shù)發(fā)展追求的基本目標(biāo)之一，而實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的最主要、 最直接的方法就是提高切削速度和減少輔助時(shí)間。隨著刀具、電機(jī)、軸承、數(shù)控 系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)的突破及機(jī)床本身基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步，使各種運(yùn)動(dòng)速度大為提高。 3.高柔性化 柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力，當(dāng)代產(chǎn)品的多樣化和個(gè)性化，對(duì)機(jī) 床提供了更高的柔性加工要求。數(shù)控機(jī)床在提高單機(jī)柔性化的同時(shí)，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(zhuǎn)向。 4.高自動(dòng)化 高自動(dòng)化是指在全部加工過程中盡量減少“人”的介入而自動(dòng)完成規(guī)定的任 務(wù)，包括物料流和信息流的自動(dòng)化。自上世紀(jì) 80 年代中期以來，以數(shù)控機(jī)床為 主體的加工自動(dòng)化已從“點(diǎn)”的自動(dòng)化（單臺(tái)數(shù)控機(jī)床）發(fā)展到“線”的自動(dòng)化 （柔性制造車間） ，結(jié)合信息管理系統(tǒng)的自動(dòng)化，逐步形成整個(gè)工廠“體”的自 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 動(dòng)化，并出現(xiàn)了 FA（自動(dòng)化工廠）和 CIM（計(jì)算機(jī)集成制造）工廠的雛形實(shí)體。 數(shù)控機(jī)床的高自動(dòng)化并向 FMC、FMS 集成方向發(fā)展的總趨勢仍然是機(jī)械制造業(yè)發(fā) 展的主流。 5.復(fù)合化 復(fù)合化包含工序復(fù)合化和功能復(fù)合化。在一臺(tái)數(shù)控設(shè)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(tái)具有自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)交換工作臺(tái)和自動(dòng)轉(zhuǎn)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(yàn)等工序，而且還 可以完成箱體件五個(gè)面粗、精加工的全部工序。 6.智能化 數(shù)控技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢是加工過程的智能化，帶有自適應(yīng)控制功能的 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(dòng)優(yōu)化加工 過程，從而達(dá)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)。 另外以工藝參數(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(dǎo)加工。 7.網(wǎng)絡(luò)化 為適應(yīng)制造業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化和全球化發(fā)展趨勢，數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能也日趨重 要。在企業(yè)內(nèi)部，具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控系統(tǒng)可以充分實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的資源和信息 共享，適應(yīng)未來車間的面向任務(wù)的定單的生產(chǎn)發(fā)展模式，使得生產(chǎn)控制系統(tǒng)的集 成更加簡便有效。 8.高可靠性 數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)，數(shù)控機(jī)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(guān)鍵取決于可靠性。數(shù)控系 統(tǒng)可采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模的專用及混合式集成電路，以減少 元器件的數(shù)量，提高可靠性。 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 圖 1-2 數(shù)控立式鉆銑床 第二章 機(jī)床總體布局設(shè)計(jì) 一.機(jī)床總體尺寸參數(shù)的選定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求并參考實(shí)際情況，初步選定機(jī)床主要參數(shù)如下： 工作臺(tái)寬度×長度 400×1600mm 主軸錐孔 7∶24 工作臺(tái)最大縱向行程 300mm 工作臺(tái)最大橫向行程 375mm 主軸箱最大垂直行程 400mm 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 12 級(jí) 主軸轉(zhuǎn)速范圍 30~1500r/min X、Y 軸步進(jìn)電機(jī) 130BF001（反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)） Z 軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 130BF001（反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)） 主電動(dòng)機(jī)的功率 4.0KW 主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1440r/min 機(jī)床外形尺寸（長×寬×高） 150×1200×2300mm 機(jī)床凈重 500Kg 二.機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式的選定 1.主運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 因所設(shè)計(jì)的機(jī)床要求能進(jìn)行立式的鉆和銑，垂直方向的行程比較大,因而采 用工作臺(tái)不動(dòng),而主軸箱各軸向擺放為立式的結(jié)構(gòu)布局。為了使主軸箱在數(shù)控的 計(jì)算機(jī)控制上齒輪的傳動(dòng)更準(zhǔn)確、更平穩(wěn)，工作更可靠，主軸箱主要采用液壓系 統(tǒng)控制滑移齒輪和離合器變換齒輪的有級(jí)變速。 2.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 本次所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制，因此在 X、Y、Z 三個(gè) 方向上，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用滾珠絲杠螺母副，其動(dòng)力由步進(jìn)電機(jī)通過調(diào)隙齒輪傳遞。 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 3.數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn) 采用單片機(jī)控制，各個(gè)控制按扭均安裝在控制臺(tái)上，而控制臺(tái)擺放在易操作 的位置，這一點(diǎn)須根據(jù)實(shí)際情況而定。 第三章 主傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 一．議定轉(zhuǎn)速圖 （一）確定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)式 1.主傳動(dòng)的確定 ， 和公比 Ф 的確定：nmaxin 根據(jù) ZJK-7532 的使用說明書，初步定主軸轉(zhuǎn)速范圍為 95～1600r／min， 則 Ф ＝ = ＝ ＝1.29 （3-1?ZnR1minaxz19560 1） 由設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)值得：Ф=1.26 令 ，則in/160maxr? min/9.1256.01maxin rZ??? 則取 i/6i,/25axin r 2.確定變速組和傳動(dòng)副數(shù)目： 大多數(shù)機(jī)床廣泛應(yīng)用滑移齒輪的變速方式，為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操縱方便 的要求，通常采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪，因此主軸轉(zhuǎn)速為 12 級(jí)的變速系統(tǒng)，總 共需要三個(gè)變速組。 3.確定傳動(dòng)順序方案： 按著傳動(dòng)順序，各變速組排列方案有： 12＝3×2×2 12＝2×3×2 12＝2×2×3 從電機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)，接近電機(jī)處的零件轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩 較小，尺寸也就較小。如果使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在接近電機(jī)處，則可使小 尺寸的零件多些，而大尺寸的零件可以少些，這樣就節(jié)省省材料，經(jīng)濟(jì)上就占 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 優(yōu)勢，且這也符合“前多后少”的原則。從這個(gè)角度考慮，以取 12=3×2×2 的 方案為好，本次設(shè)計(jì)即采用此方案。 4.確定擴(kuò)大順序方案： 傳動(dòng)順序方案確定以后，還可列出若干不同擴(kuò)大順序方案。如無特殊要求， 根據(jù)“前密后疏”的原則，應(yīng)使擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致，通常能得到最佳的 結(jié)構(gòu)式方案，故選用 12＝ × × 結(jié)構(gòu)式方案。1326 檢查最后擴(kuò)大組的變速范圍： r= ～10 故合符要求。 80.46.)12(3 ?????ⅣⅢⅡⅠ 圖 2-1 12 級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖 （二）議定轉(zhuǎn)速圖 根據(jù)已確定的結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)議定轉(zhuǎn)速圖時(shí)，應(yīng)注意解決定比傳動(dòng)和分配傳 動(dòng)比，合理確定傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。 1.定比傳動(dòng) 在變速傳動(dòng)系統(tǒng)中采用定比傳動(dòng)，主要考慮傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)和性能等方面的要求， 以及滿足不同用戶的使用要求。在鉆銑床的設(shè)計(jì)中，總降速比為 u=125/1440=0.087。若每一個(gè)變速組的最小降速比均取 1/4，則三個(gè)變速組的總 降速可達(dá) ，故無需要增加降速傳動(dòng)，但為了使中間兩個(gè)變016.41?? 速組做到降速緩慢，以利于減小變速箱的徑向尺寸和有利于制動(dòng)方便，在Ⅰ－Ⅱ 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 軸間增加一對(duì)降速傳動(dòng)齒輪（ ） ，同時(shí)也有利于設(shè)計(jì)變型機(jī)床，因?yàn)橹灰淖?42 這對(duì)降速齒輪傳動(dòng)比，在其他三個(gè)變速組不變的情況下，就可以將主軸的 12 種 轉(zhuǎn)速同時(shí)提高或降低，以便滿足不同用戶的要求。 2.分配降速比 前面已確定，12＝3×2×2 共需三個(gè)變速組，并在Ⅰ－Ⅱ軸間增加一對(duì)降速 傳動(dòng)齒輪，要用到四個(gè)變速組，在主軸Ⅴ上標(biāo)出 12 級(jí)轉(zhuǎn)速：125～1600r/min,在 第Ⅰ軸上用 A 點(diǎn)代表電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ，最低轉(zhuǎn)速用 E 點(diǎn)標(biāo)出，因此min/140r? A,E 兩點(diǎn)相距約 11 格，即代表總降速傳動(dòng)比為 。1??ut 3.定出各變速組的最小傳動(dòng)比 根據(jù)降速前慢后快的原則，在Ⅳ－Ⅴ軸間變速組取 ，在Ⅲ－Ⅳ軸間變4?? 速組取 ，在Ⅱ－Ⅲ軸間變速組取 ，則31??u 21??uⅤⅣⅢⅡⅠ n (160)23975n8 (61)035n4 (2)198.75140 圖 2-2 轉(zhuǎn)速圖 根據(jù)結(jié)構(gòu)式可知：Ⅱ～Ⅴ軸間變速組的級(jí)比指數(shù)分別為：1，3，6，傳動(dòng)副 為：3，2，2，則畫出上圖的轉(zhuǎn)速圖。 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 （三）確定各齒輪的齒數(shù) 在確定齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)注意：齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過大，以免加大兩軸之間的中 心距，使機(jī)床的結(jié)構(gòu)龐大，而且增大齒數(shù)和還會(huì)提高齒輪的線速度而增大噪聲， 所以在設(shè)計(jì)時(shí)要把齒數(shù)和控制在 ；為了控制每組嚙合齒輪不產(chǎn)生根120~?sz 切現(xiàn)象，使最小齒數(shù) ，因而齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過小。18min? 在Ⅳ－Ⅴ軸間因?yàn)?， ，又因?yàn)?而最小59.27??u52.48?17min?z 齒輪的齒數(shù)是在 的齒輪副中，令 ，則 等，因?yàn)樵? 0minz8,730,64sz 高速軸中盡量使齒輪的幾何尺寸小一點(diǎn)以減小主軸的尺寸，所以可取 67?sz 可查出： ，195?z481967?? ，2423z 同理： ， 且查得 ….1us6?74,2603sz 取 則查得： ，3?z 1?12?? ，39 360 ， ，12u26.13?5.124u 查得： .70,52?sz 因?yàn)槿?lián)滑移齒輪中的最大齒數(shù)與次大齒數(shù)之差必須要大于或等于 4 則必需有 。70min2z 又因?yàn)榍皞鲃?dòng)軸的轉(zhuǎn)速高，扭矩小，一般傳動(dòng)件的尺寸要小一些，因而齒數(shù) 和可取比前一級(jí)變速組小。 用計(jì)算法取 ，則 ， 23min7?z3759.12478?uz60372??sz 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 可得 ，2760.1135 ????suzz 32760??z ，323z 4 因?yàn)?所以取 ，則 69.014?21?3469.0212?uz 滑移齒輪齒數(shù)的驗(yàn)算：在三聯(lián)滑移齒輪 中，為了確保其左右移動(dòng)時(shí)753, 能順利通過，不致相碰，則必須保證三聯(lián)滑移齒輪的次大齒輪 與最大齒輪的配z5 對(duì)齒輪 不相碰（最大齒輪布置在中間） ，即：z4 （3-Amz??)2(1)2(145 2） 又因?yàn)?， 則必須保證： ，從上面計(jì)算可知：)(43A? 453??z ， ，則 ，這與要求不符。但是由于Ⅲ與30z75 27305???z Ⅳ都采用了離合器，使齒輪 和 的距離拉大了，因而在滑移齒輪在移動(dòng)過程48 中不存在相碰的情況，所以三聯(lián)滑移齒輪在這個(gè)設(shè)計(jì)里是可以實(shí)現(xiàn)的。 （四）傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定 根據(jù)以上分析及計(jì)算，擬定如下傳動(dòng)系統(tǒng)圖： 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 2648411943323723023303424 主 電 機(jī) 二．主傳動(dòng)主要零件的強(qiáng)度計(jì)算 （一）電動(dòng)機(jī)的選擇 1．電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算 鉆頭材料選用 W18Cr4V, ，根據(jù)加工要求選用鉆頭直徑毫 米公 斤σ /80?b D＝25mm，則查表得進(jìn)給量 S＝0.39～0.47mm，根據(jù)鉆孔切削用量表查得： n＝377r/min，M=8580N·m 則可得： （3-kw32.6.17208536.1720＝＝ ???MnN 3） 2．電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇 在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須使得 P ≥P ，根據(jù)這個(gè)原則，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手額 定 總 圖 2-3 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 冊(cè)》選取 Y112M-4 型電動(dòng)機(jī)，其基本參數(shù)如下（單位為 mm）： A=190 B=140 C=70 D=28 E=60 F=8 G=24 H=112 K=12 AB=245 AC=230 AD=190 HD=265 BB=180 L=400 （二）齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于直齒圓柱齒輪具有加工和安裝方便、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu) 點(diǎn)，而且直齒圓柱齒輪傳動(dòng)也能滿足設(shè)計(jì)要求，所以本次設(shè)計(jì)選用漸開線直 齒圓柱齒輪傳動(dòng)；主軸箱中的齒輪用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，它的精度直接與工 作的平穩(wěn)性、接觸誤差及噪聲有關(guān)。為了控制噪聲，機(jī)床上主傳動(dòng)齒輪都選 用較高的精度，但考慮到制造成本，本次設(shè)計(jì)都選用 7-6-6 的精度，具體設(shè) 計(jì)步驟如下： 1.模數(shù)的估算 按接觸疲勞和彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒 輪各參數(shù)都已知道后方可確定，所以只在草圖畫完之后校核用，在畫草圖之 前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。 齒輪彎曲疲勞的估算公式： mm （式中 即為齒輪所傳遞的功率） （3-wm32jZnN?N 4） 齒面點(diǎn)蝕的估算公式： mm （式中 即為齒輪所傳遞的功率） （3-A32jnN?N 5） 其中 為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速， 為齒輪中心距。j A 由中心距 及齒數(shù) 求出模數(shù)：A21,Z mm （3-21mj?? 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 6） 根據(jù)估算所得 和 中較大的值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。wmj 前面已求得各軸所傳遞的功率，各軸上齒輪模數(shù)估算如下： 第一對(duì)齒輪副 in/140rnj? mmwm5.129.3??? mmA48.0.43? mm15.2.??j 所以，第一對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為 mm。15.0?wm 第二對(duì)齒輪副 in/0rnj mmwm76.102398..42??? mmA.1..3 mm06.7298.??j 所以，第二對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為 mm。06.?wm 第三對(duì)齒輪副 in/631rnj mmwm06.2631298..043??? mmA7.5..3 mm1.04278.5??j 所以，第三對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為 mm。175.0?wm 第四對(duì)齒輪副 in/35rnj 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 mmwm71.231598.0.43234??? mmA...34 mm2.0819.7??j 所以，第四對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為 mm。2.0?wm 綜上所述，為了降低成本，機(jī)床中各齒輪模數(shù)值應(yīng)盡可能取相同，但因 為Ⅴ軸得轉(zhuǎn)速比較小，扭矩比較大，為了增加其強(qiáng)度和在主軸上能起到飛輪 的作用，需增加Ⅴ軸齒輪的幾何尺寸。所以，本次設(shè)計(jì)中在Ⅰ～Ⅳ間各個(gè)齒 輪模數(shù)均為 =2.5mm，在Ⅴ軸上就取 。1mm32? 2.齒輪分度圓直徑的計(jì)算 根據(jù)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪分度圓直徑計(jì)算公式可得各個(gè)傳動(dòng)副中齒 輪的分度圓直徑為： 605.241??d 85.2342??d 75.230??d 73675 .86 ..7 .9.8 9 2510??d 521??d 105.2412??d 343 78364 735 816 3.齒輪寬度 B 的確定 齒寬影響齒的強(qiáng)度，但如果太寬，由于齒輪制造誤差和軸的變形，可能 接觸不均勻，反兒容易引起振動(dòng)和噪聲。本次設(shè)計(jì)中，取主動(dòng)齒輪寬度 B=8m=8×2.5=20mm(在最后一對(duì)齒輪嚙合取也取 B=7m≈20)，則與其嚙合的從 動(dòng)齒輪的寬度一致。而取多聯(lián)齒輪的寬度 B=8m=8×2.5=20mm，為了使嚙合更 容易和平穩(wěn)，則與其嚙合的從動(dòng)齒輪的寬度要小一點(diǎn)，取 B’ =6m＝6×2.5＝15mm。 4.齒輪其他參數(shù)的計(jì)算 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 根據(jù)《機(jī)械原理》中關(guān)于漸開線圓柱齒輪參數(shù)的計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)的 規(guī)定，齒輪的其它參數(shù)都可以由以上計(jì)算所得的參數(shù)計(jì)算出來，本次設(shè)計(jì)中， 這些參數(shù)在此不在一一計(jì)算。 5.齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 不同精度等級(jí)的齒輪，要采用不同的加工方法，對(duì)結(jié)構(gòu)的要求也不同，7 級(jí)精度的齒輪，用較高精度的滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到。但淬火后，由于變 形，精度將下降。因此，需要淬火的 7 級(jí)齒輪一般滾或插后要剃齒，使精度 高于 7 級(jí)，或者淬火后再珩齒。6 級(jí)精度的齒輪，用精密滾齒機(jī)可以達(dá)到。淬 火齒輪，必須才能達(dá)到 6 級(jí)。機(jī)床主軸箱中的齒輪齒部一般都需要淬火。 6.齒輪的校核（接觸疲勞強(qiáng)度） 計(jì)算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù) K，包括使用系數(shù) ,動(dòng)載荷系數(shù) ,齒間載AKV 荷分配系數(shù) 及齒向載荷分布系數(shù) ，即：?K? =1.25×1.07×1.1×1.12=1.65 （3-?vA? 7） 查表得： =0.88 =2.5 =189.8?ZHEZ = （3-H?E?ubdK21)(?? 8） 將數(shù)據(jù)代入得： 1100mpaH? 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度滿足，因此接觸的應(yīng)力小于許用的接觸應(yīng)力，其它齒 輪也符合要求，故其余齒輪不再驗(yàn)算，在此略去。 （三）軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1.各傳動(dòng)軸軸徑的估算 滾動(dòng)軸承的型號(hào)是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸 徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行，因此先要初算軸徑。軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法用下列公式 進(jìn)行估算： 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 （3-30nPAd?m 9） 對(duì)于空心軸，則 （3-340)-n(1PAd?? 10） 式中， ——軸傳遞的功率，kW ——軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/minn ——經(jīng)驗(yàn)值0A 取 β 的值為 0.5 (1)計(jì)算各傳動(dòng)軸傳遞的功率 P 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇可知，本次設(shè)計(jì)所選用的電動(dòng)機(jī)額定功率 各傳動(dòng)軸傳遞的功率可按下式計(jì)算：kWNd0.4? （3-??dP 11） ——電機(jī)到傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)效率η 由傳動(dòng)系統(tǒng)圖可以看出，本次設(shè)計(jì)中采用了聯(lián)軸器和齒輪傳動(dòng)，則各軸傳遞 的功率為： kWNPd 842.39.0.0411 ????? 782322 k61..7.3 3.509????9.061.44?P (2)估算各軸的最小直徑 本次設(shè)計(jì)中，考慮到主軸的強(qiáng)度與剛度以及制造成本的經(jīng)濟(jì)性，初步選 擇主軸的材料為 40Cr，其它各軸的材料均選擇 45 鋼，取 A0 值為 115，各軸 的計(jì)算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖得出： 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 n1j=1002r/min, n2j=631r/min, n3j=315r/min, n4j=250r/min 所以各軸的最小直徑為： md8.16024.315??? .7.31 md9.2561.531??? 7.0.31 在以上各軸中，每根軸都開有平鍵或花鍵，所以為了使鍵槽不影響軸的 強(qiáng)度，應(yīng)將軸的最小直徑增大 5%，將增大后的直徑圓整后分別取各軸的最小 直徑為： minⅡd=18 , =23 , =34 , =46minⅢdminⅣdminⅤd 2.各軸段長度值的確定 各軸段的長度值，應(yīng)根據(jù)主軸箱的具體結(jié)構(gòu)而定，且必須滿足以下的原則： （1）應(yīng)滿足軸承及齒輪的定位要求。 （2）應(yīng)滿足滑移齒輪安全滑移的要求。 3.軸的剛度與強(qiáng)度校核 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，需選擇除主軸外的一根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，而主軸 必須進(jìn)行剛度校核，在此選擇第Ⅲ根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。 （1）第Ⅲ根軸的強(qiáng)度校核 1)軸的受力分析及受力簡圖 由主軸箱的展開圖可知，該軸的動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳遞過來，而后 通過一個(gè)三聯(lián)齒輪將動(dòng)力傳遞到下一根軸，其兩端通過一對(duì)角接觸球軸承將力 轉(zhuǎn)移到箱體上去。由于傳遞的齒輪采用的直齒圓柱齒輪，因此其軸向力可以忽 略不計(jì)。所以只要校核其在 xz 平面及 yz 平面的受力。 軸所受載荷是從軸上零件傳來的，計(jì)算時(shí)常將軸上的分布載荷簡化為集中 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂 寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類 型和布置方式有關(guān)。其受力簡圖如下： 在 xz 平面內(nèi)： R2FtFt1R DCBA b=5l=450a=0 在 yz 平面內(nèi)： TT1a=0l=450b=25ABCDR'FrFrR' 2）作出軸的彎矩圖 根據(jù)上述簡圖，分別按 xz 平面及 yz 平面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié) 果分別作出兩個(gè)平面的上的彎矩圖。 在 xz 平面內(nèi)，根據(jù)力的平衡原理可得： R1+R2+Ft2=Ft1 將各個(gè)力對(duì) R1 取矩可得： Ft1×a=Ft2×（l-b）+R2×l Ft1=2 /d7PⅡ Ft2=2 /d11Ⅲ 由以上兩式可解出： 圖 2-4 xz 平面的受力圖 圖 2-5 yz 平面的受力圖 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 R1=Ft1（l-a）/l-Ft2×b/l R2=Ft1×a/l-F2xz+Ft2×b/l 由于有多個(gè)力的存在，彎矩?zé)o法用一個(gè)方程來表示，用 x 來表示所選截面 距 R1 的距離，則每段的彎矩方程為： 在 AB 段：M=R1×x （a≥x≥0） 在 BC 段：M=R1×（a+x）-Ft1×x （l-b≥x≥a） 在 CD 段：M=R2（l-x） （l≥x≥l-b） 則該軸在 xz 平面內(nèi)的彎矩圖為： DCBAXM 圖 2-6 軸在 xz 平面內(nèi)的彎矩圖 同理可得在 yz 平面內(nèi)的彎矩圖為： B 圖 2-7 軸在 yz 平面內(nèi)的彎矩圖 3）作出總的彎矩圖 由上求得的在 xz、yz 平面的彎矩圖，根據(jù) M= 可得總的彎矩圖yzMxz2? 為： 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 DCBA XM 圖 2-8 軸的總彎矩圖 4）作出計(jì)算彎矩圖 根據(jù)已作出的總彎矩圖和扭矩圖，則可由公式 Mca= 求出計(jì)算彎22)(T?? 矩，其中 α 是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù)， 因通常由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 則常常不是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，故在求計(jì)算彎矩時(shí)，必須計(jì)及這種循環(huán)特性差異 的影響。即當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取 α≈0.3；扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng) 力時(shí)，取 α≈0.6；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力也為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取 α=1。應(yīng)本次設(shè) 計(jì)中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力，所以取 α≈0.3，則計(jì)算彎矩圖為：MXABCD 5）校核軸的強(qiáng)度 選擇軸的材料為 45 鋼，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得其許用彎曲 應(yīng)力為 60MP，由計(jì)算彎矩圖可知，該軸的危險(xiǎn)截面在 B 的作用點(diǎn)上，由于該作用 點(diǎn)上安裝滑移齒輪，開有花鍵，由機(jī)械設(shè)計(jì)可查得其截面的慣性矩為： W= [πd 4+（D-d） （D+d） 2zb]/32D （3- 12） 圖 2-9 彎矩圖 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 其中 z 為花鍵的數(shù)目，在本次設(shè)計(jì)中，z=6，D=28mm，d=23mm， b=6mm 所以其截面的慣性矩為 W=524.38mm3 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪受力計(jì)算公式可得圓周力與徑向力： Ft=2T1/d1， Fr=Ft×tanα （3- 13） 其中 T1 為小齒輪傳遞的扭矩，N·mm；α 為嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，取 α=20 ；而 Ft 與 Fr 分別對(duì)應(yīng)與 xz 平面及 yz 平面的力。各段軸的長度可從 2 號(hào) A0 圖? 中得出，則根據(jù)前面的公式可得出該軸危險(xiǎn)截面的計(jì)算彎矩為： Mca=25014.22N·m，則該軸危險(xiǎn)截面所受的彎曲應(yīng)力為： δ ca=25014.22/524.38≈47.7MP≤60MP，所以該 軸的強(qiáng)度滿足要求。 （2）主軸的剛度校核 1）主軸材料的選擇 考慮到主軸的剛度幾強(qiáng)度，選擇主軸的材料為 40Cr，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。 2）主軸結(jié)構(gòu)的確定 主軸直徑的選擇，根據(jù)機(jī)床主電機(jī)功率來確定 1D 因?yàn)?P＝4KW，屬于中等以上轉(zhuǎn)速，中等以下載荷的機(jī)床，所以可取mD70~61? 根據(jù)以下的公式確定主軸內(nèi)孔直徑 （3-4440 1)(6/)( ?????DddDIK 14） 其中 ， ----空心主軸的剛度和截面慣性矩0I K, I ----實(shí)心主軸的剛度和截面慣性矩 當(dāng) 則主軸的剛度急劇下降，故取 <0.77.?? ? 主軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)主軸上應(yīng)安裝的組件以及在主軸箱里的具體布置來確定， 在此不在繪出。 其中： D=31.750 832.691?D0.542?D d＝18 L=7314 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 3）主軸的剛度驗(yàn)算 軸的變形和允許值： 軸上裝齒輪和軸承處的繞度和傾角（y 和 ）應(yīng)該小于彎曲變形的許用值? ，即 y ???和 ????? 軸的類型 （mm）y變形部位 （rad）??? 一般傳動(dòng)軸 4.0003~0.0005l 裝向心軸承處 0.0025 剛度的要求較高 -0.0002l 裝齒輪處 0.001 安裝齒輪軸 （0.01~0.00）m 裝單列圓錐滾子軸 承 0.006 其中：L 表跨距，m 表模數(shù) 軸的變形計(jì)算： 計(jì)算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的繞度 y 及傾角 時(shí)，一般常將軸簡化為集中載荷下? 的簡支梁。按材料力學(xué)相關(guān)公式計(jì)算，主軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高 的時(shí)候，可把軸看作等徑軸，采用平均直 d 來計(jì)算，計(jì)算花鍵時(shí)同樣選擇用平均 直徑。 圓軸： d （3-i?? 15） 慣性矩： I= （3-64i? 16） 矩形花鍵軸：d1= （3-2dD? 17） （3-?id64? 18） 慣性矩： （3-64)( 24dDzI???? 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 19） 軸的分解和變形合成：對(duì)于復(fù)雜受力的變形，先將受力分解為三個(gè)垂直面上 的分力，應(yīng)用彎曲變形公式求出所求截面的兩個(gè)垂直平面的 和 y。然后進(jìn)行疊? 加，在同以平面內(nèi)的可進(jìn)行代數(shù)疊加，在兩平面內(nèi)按幾何公式，求出該截面的總 繞度和總傾角。 提高軸剛度的一些措施：加大軸的直徑，適當(dāng)減少軸的跨度或增加第三支承， 重新安排齒輪在軸上的位置改變軸的布置方位等。 軸的校核計(jì)算： 軸的計(jì)算簡圖在 xz 平面內(nèi)： 主軸的傳動(dòng)功率： P 主 = =3.513KW469.0.4? 主軸轉(zhuǎn)矩： T 主 = =1569002513. 6?mN? 支點(diǎn)上的力： dFtB 8.26409.T5??主 NtC351.21?主 根據(jù)彎矩平衡得： 0)48623()962( ?????tBtcHEFFR 求得：R HE=-84.9 根據(jù)力平衡得： NHA7.0? 4）垂直平面的彎矩圖 =951.71N?tgFBR? =761.4NCr? 根據(jù)平面內(nèi)彎矩平衡有： 0)48623()3962(3?????rBrCNE FFR.8? 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 再根據(jù)力平衡得： ，則可得 B、C 點(diǎn)得彎矩圖：NRNA71.0?? M X 圖 2-10 垂直平面內(nèi)的彎矩圖 在 B 點(diǎn)和 C 點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要求，B、C 點(diǎn)滿足即可，在 B、C 截面 得彎矩為： =803403.1N·㎜ （3-22BVHBM??? 20） =675702.3 N·㎜ （3-22CVHC? 21） 扭矩圖為： T X 圖 2-11 垂直平面內(nèi)的扭矩圖 經(jīng)分析可知 B 所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要 B 滿足條件即可，則剛度滿足。 計(jì)算彎矩： （3-2)(BBCTM??? 22） =862517.2 N·㎜ 軸得抗彎截面系數(shù)為： （3-23） 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 347.14598021806)(mDzbddW????? 所以 53.96?Mca???1??? 故滿足第三強(qiáng)度理論。 剛度驗(yàn)算： 在水平面內(nèi)， 單獨(dú)作用時(shí)：tBF （3-EIblpfc48)3(12?? 24） = I??5 2210.48)463(.26 =-0.02598mm 其中 I= =274750032)( 4dD?? 在 單獨(dú)作用下：tcf （3-EIblpfc48)(22?? 25） = I??5 2210.48)4963(90 =-0.0182mm 在兩力得共同作用下： mffcc078.12?? 在垂直面內(nèi)有(在 單獨(dú)作用時(shí))rBF （3-EIblpfc483(12? 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 26） = I???5 2210.48)463(7.951 =-0.0072mm 其中 I= =274750032)( 4dD?? 在 單獨(dú)作用下：rCF （3-EIblpfc48)(22?? 27） = I???5 2210.48)9463(9.761 =-0.0182mm 在兩力的共同作用下： mffcc06.12?? 故在 共同作用下，x 處為危險(xiǎn)截面，其最大繞度為rCtrBt F、、、 l21? （3-ffcc0783.2?? 28） 而一般的剛度 ??ly)5.~.(? =0.21~0.35mm ，故 符合剛度要求，其轉(zhuǎn)角就不驗(yàn)算了。??yfc? 下面校核由 V 傳到主軸時(shí)的強(qiáng)度、剛度、校核， 主軸的傳動(dòng)功率：P 主 = =5.9974KW697.05.7? 主軸轉(zhuǎn)矩：T 主 = =143188Nmm410.9 6 支點(diǎn)上的力： NdFtB 5.238602T???主 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 NdFtC8.137650421T???主 根據(jù)彎矩平衡得： 2.48362???tBtDHEFR 求得：R HE=-244.9N 根據(jù)力平衡得： NHA6.15? 5）垂直平面彎矩： =868.6N?tgFBR? =501.1 NCr? 根據(jù)平面內(nèi)的彎矩平衡有： 0215.48362????rBrDNEFR1.9? 再根據(jù)力的平衡： NNA.7 在 B 點(diǎn)和 C 點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要求，B、C 點(diǎn)滿足即可，在 B、C 截面 得彎矩為： =110489.6N·㎜ （3-22BVHBM??? 29） =708402.5 N·㎜ （3-22CVHC? 30） 經(jīng)分析可知 B 所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要 B 滿足條件即可，則剛度滿足。 計(jì)算彎矩 =942100 N·㎜ （3-2)(BBCTM??? 31） 軸的抗彎截面系數(shù)為： （3-32) 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 28 347.14598021806)(mDzbddW????? =58.94 （3-?Mca???1??? 33） 故滿足第三強(qiáng)度理論。 剛度驗(yàn)算： 在水平面內(nèi)， 單獨(dú)作用時(shí)tBF （3-EIblpfc48)3(12?? 34） = I??5 2210.48)463(5.23 =-0.018147mm 其中 I= =274750032)( 4dD?? 在 單獨(dú)作用下tcf （3-EIblpfc48)(22?? 35） = I???5 2210.).48363(.1376 =-0.00551mm 在兩力的共同作用下 mffcc01264.2?? 在垂直面內(nèi)有(在 單獨(dú)作用時(shí))rBF （3-EIblpfc483(12? 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 36） = I???5 2210.48)463(.6 =-0.0066mm 其中 I= =274750032)( 4dD?? 在 單獨(dú)作用下rCF （3-EIblpfc48)(22?? 37） = I???5 2210.48).48363(1.50 =-0.001515mm 在兩力的共同作用下 mffcc084.12?? 故在 共同作用下，x 處為危險(xiǎn)截面，其最大繞度為rCtrBt F、、、 l21? （3-ffcc064.2?? 38） 而一般的剛度 =0.21~0.35mm??ly)5.~3.(? 故 符合剛度要求，其轉(zhuǎn)角就不用驗(yàn)算了。fc? （四）離合器的選用 離合器在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可將傳動(dòng)系統(tǒng)隨時(shí)分離或接合，對(duì)離合器的要求有：接 合平穩(wěn)、分離迅速徹底、調(diào)節(jié)和修理方便、外廓尺寸質(zhì)量小、耐磨性好和有足夠 的散熱能力、操作方便省力。離合器常用的可分牙嵌式和摩擦式，根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 選用了電磁式摩擦片離合器。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值 ； 。dD)3~2(1?d)5.2~1(2? 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 第四章 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 一．垂直進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 假定主軸箱的重量： =100kgf=100×9.8=980NW Z 軸的行程為： 400mm 垂直脈沖當(dāng)量： 0.005mm 預(yù)選滾珠絲杠基本導(dǎo)程： =10mm0L 步距角： ??75.b? 快速進(jìn)給速度： =2.0m/min maxV (一)脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 (1)傳動(dòng)比的選定 對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)脈沖當(dāng)量 確定，并且滾珠絲桿導(dǎo)程 和步進(jìn)電機(jī)步距??0L 角 都已初步選定后，則可用下式來計(jì)算該軸伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比：b? （4-17.46250.36170＝＝??PbLi? 1） (2)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 初選步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為 130BF001，則查表查出電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ＝40.06×DJ25m10．kg? 對(duì)于軸，軸承，齒輪，聯(lián)軸節(jié)，絲桿等圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式為： （4-8 2MJC?)c(2．k 2） 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 對(duì)于鋼材，材料密度為 ，則有3108.7－?)cm/(3kg （4-3478.0－?LDJ(2． 3） 從資料定出齒輪副為： ， ， m＝1.5 mm， B=20mm21?Z962 則齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 334341 107.58410.278.0178.0 －－－ ＝ ????LDJ )cm(2．kg ＝ 5－ 2．kg 334342 .9.69.. －－－?J )c(2．k ＝ 510－?2m．k 滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算： 33434 104.581078.78. －－－ ????LDJS )cm(2．kg ＝ 510.－?2．kg 工作臺(tái)質(zhì)量折算： ＝ （4-53.2).()2(20＝??MLJG )cm(2．kg5103.－?2．kg 4） 傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算： （4-221/)(iJJGSD???? 5） ＝ 2555 17.4/03.2815.308.06.4 －－－ ）＋＋＋ （＋ ?? ＝ ＝6.16?2m．kgc．kg (3)工作載荷分析及計(jì)算 普通麻花鉆每一切刃都產(chǎn)生切向切削抗力 ,徑向切削抗力 與軸向切削ZFyF 抗力 。當(dāng)左，右切削刃對(duì)稱時(shí)，徑向抗力 相互平衡。切向抗力 形成鉆削xFy Z 扭矩 M，它消耗了切削功率 。所有切削刃上軸向抗力 之和形成了鉆頭上的軸mPx 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 向力 。xF?? 鉆削時(shí)安裝工件的工作臺(tái)是靜止的，不作縱，橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，因此鉆削時(shí) 工作臺(tái)載荷主要是垂直進(jìn)給方向載荷 ，其大小與鉆削軸向力 F 相同，方向相反。vF 當(dāng)鉆削工作臺(tái)不作垂直進(jìn)給時(shí)， 是工作臺(tái)的靜壓垂直載荷；當(dāng)工作臺(tái)作垂直進(jìn) 給時(shí)， 是工作臺(tái)垂直進(jìn)給抗力。vF 因?yàn)殂@頭直徑 ，取進(jìn)給量 f＝0.36mm/r，則查表得到高速鋼