畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）題 目 學(xué)生姓名 學(xué) 院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 摘 要臺(tái)式鉆床是現(xiàn)在工業(yè)設(shè)計(jì)必須的一類(lèi)機(jī)床，大到大型加工廠，小到家庭使用，臺(tái)式鉆床在生活是有著極其重要的作用，傳統(tǒng)的機(jī)床技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，現(xiàn)已成為一種較為成熟的技術(shù)，其由如下構(gòu)件組成，底盤(pán)，工件夾具，支柱，電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)，鉆頭，手柄等。先將工件通過(guò)夾具進(jìn)行固定，然后通過(guò)手搖手柄升降鉆頭，抵達(dá)工件表面后開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)進(jìn)行鉆孔、攻絲等工藝加工。其優(yōu)缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)，能加工的工件加工位置有限，并且只能進(jìn)行單一零件的定位、夾緊、加工等。在這篇設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種小型臺(tái)式鉆機(jī)，對(duì)傳統(tǒng)的臺(tái)式鉆床進(jìn)行了如下改動(dòng)，將傳統(tǒng)的圓盤(pán)式夾具改為十字滑臺(tái)式夾具，在使用時(shí)，使用手柄可以控制滑臺(tái)的移動(dòng)，這樣可以最大化的擴(kuò)大夾具的使用，同時(shí)可以對(duì)多個(gè)零件進(jìn)行加工，同時(shí)擴(kuò)大了加工零件的水平移動(dòng)范圍。其次將傳統(tǒng)臺(tái)式鉆床的支柱進(jìn)行了改進(jìn)，改為一種套筒式立柱，這樣改動(dòng)可以擴(kuò)大鉆床的Z 軸升降范圍。第三，將鉆頭的升降改為使用步進(jìn)電機(jī)控制，可以最大效率的利用機(jī)械。在設(shè)計(jì)中，在安全可靠的前提下，優(yōu)先對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其性能在現(xiàn)有前提條件下能達(dá)到最優(yōu)。關(guān)鍵詞：臺(tái)式鉆床；步進(jìn)電機(jī)；十字滑臺(tái)；優(yōu)化設(shè)計(jì) ABSTRACTBench drilling machine is a type of machine tool that is now necessary for industrial design. It can be used in large-scale processing plants and small to home use. Bench drilling machine has an extremely important role in life. After decades of development, the traditional machine tool technology has become a kind of machine tool. The more mature technology consists of the following components: chassis, workpiece fixtures, pillars, motors, transmission systems, drills, handles, etc. The workpiece is fixed by a fixture first, and then the drill bit is lifted and lowered by a hand crank to reach the surface of the workpiece and the motor is started to perform drilling, tapping and other processing. The advantages and disadvantages are obvious. The processing position of the workpiece can be limited, and only the positioning, clamping, and processing of a single part can be performed.In this design, we designed a small bench drilling rig and made the following changes to the traditional bench drilling machine, changing the traditional disc fixture to a cross slide fixture, which can maximize the use of fixtures while Multiple parts can be machined and the horizontal movement range of the machined part can be expanded. Secondly, the pillars of traditional bench drilling machines have been modified to be sleeve-type pillars. Such changes can expand the Z-axis lifting range of drilling machines. Third, changing the lifting of the drill to electric control can make the most efficient use of machinery. In the design, under the premise of safety and reliability, the design of the design is optimized, so that the performance can be optimized under the existing preconditions.Key words: bench drill; stepper motor; cross slide; optimal design目 錄第 1 章 緒論 11.1 鉆床簡(jiǎn)介 .11.2 鉆床的發(fā)展及趨勢(shì) .11.2.1 國(guó)內(nèi)研究的現(xiàn)狀 .21.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 .21.3 研究目的 .31.4 研究意義 .3第二章 課題任務(wù) 42.1 主要內(nèi)容 .42.2 技術(shù)要求 .42.3 任務(wù)要求 .42.4 成果要求 .52.5 其他要求 .5第三章 自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用 63.1 產(chǎn)生 .63.2 發(fā)展趨勢(shì) .6第四章 電動(dòng)機(jī)選擇 94.1 臺(tái)式鉆床的動(dòng)力性能比較 .94.2 臺(tái)式鉆床動(dòng)力的計(jì)算與選擇 10第五章 步進(jìn)電機(jī)選擇 .125.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 125.2 系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 125.3 切削力計(jì)算 135.4 初選步進(jìn)電機(jī) 165.5 步進(jìn)電機(jī)的校驗(yàn) 18第六章 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) .216.1 確定計(jì)算功率 216.2 選擇 V 帶的型號(hào) 216.3 確定帶輪直徑 216.4 定中心矩和基準(zhǔn)帶長(zhǎng)： 216.5 驗(yàn)算包角： 216.6 確定 V 帶根數(shù)： 22第 7 章 主要零件的加工工藝 237.1 零件圖樣分析 .237.2 零件工序和裝夾方式的確定 .237.3 加工順序的確定 .247.4 進(jìn)給路線的確定 247.5 夾具的選擇 .247.6 刀具的選擇 .247.7 切削用量的選擇 .257.8 加工所需工、量具 25結(jié)束語(yǔ) .27致 謝 .28參考文獻(xiàn) .291第 1章 緒論1.1鉆床簡(jiǎn)介目前將機(jī)床分為 12 大類(lèi)：車(chē)床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機(jī)床、鋸床及其他機(jī)床。在每一類(lèi)機(jī)床中，又可以按照工藝范圍、步型型式和結(jié)構(gòu)等等，可以分為若干組，每一組又可以分為若干系列。如鉆床又包括：坐標(biāo)鏜鉆床、深孔鉆床、搖臂鉆床、臺(tái)式鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、中心孔鉆床及其他鉆床。在上述的基本分類(lèi)方法的基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)機(jī)床的其他特征進(jìn)一步進(jìn)行分類(lèi)。同類(lèi)型機(jī)床按照應(yīng)用范圍（通用性程度），可以分為通用機(jī)床（或者稱(chēng)萬(wàn)能機(jī)床）、專(zhuān)門(mén)化機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床三大類(lèi)。其中通用機(jī)床是可以加工多種工件，完成多種多樣工序的加工范圍較廣的機(jī)床，如臥式車(chē)床、搖臂鉆床等等。搖臂鉆床主要由立柱，搖臂，主軸箱，和底座等部分組成。主軸箱裝在搖臂上，可沿立柱上下移動(dòng)，以適應(yīng)加工不同高度工件的要求。此外，搖臂還可以隨外立柱在 360°范圍回轉(zhuǎn)，因此主軸很容易調(diào)整到所需要的加工位置。為了使主軸在加工時(shí)保持確定的位置，搖臂鉆床還具有內(nèi)立柱，搖臂及主軸箱的夾緊機(jī)構(gòu)，當(dāng)主軸的位置調(diào)整確定后，可以快速將它們夾緊。 搖臂鉆床的其他變形如萬(wàn)向搖臂鉆床搖臂和主軸箱可以回轉(zhuǎn)或傾斜，使主軸可在空間任意方向都可以進(jìn)行鉆削，適用于重型機(jī)器，機(jī)車(chē)車(chē)輛，船舶和鍋爐等制造業(yè)中加工大型工件。車(chē)式搖臂鉆床的底座有車(chē)輪，可以在軌道上移動(dòng)，適用于橋梁和機(jī)床等行業(yè)窄長(zhǎng)形工件的孔加工。1.2鉆床的發(fā)展及趨勢(shì)進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)后，國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，與中捷搖臂鉆廠生產(chǎn)相同型號(hào)產(chǎn)品的企業(yè)有 40 多家，中捷搖臂鉆廠產(chǎn)品領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)受到挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，中捷搖臂鉆廠在產(chǎn)品賣(mài)得正火的時(shí)候，提出了進(jìn)行跨越產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整。第一，用先進(jìn)技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)品。如普通搖臂鉆床實(shí)現(xiàn)了五軸聯(lián)動(dòng)，價(jià)格由幾萬(wàn)元上升到幾十萬(wàn)元，達(dá)到中國(guó)搖臂鉆床最高水平。第二，向國(guó)際先進(jìn)水平靠攏，不斷擴(kuò)大產(chǎn)品領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。ZK 系列、橋式和動(dòng)橋系列產(chǎn)品，十幾項(xiàng)技術(shù)居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。ZK3050 獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并成為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品；Z3580A 萬(wàn)向搖臂鉆，在任何空間、任意方向、任意位置上實(shí)現(xiàn)鉆削功能，不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，在國(guó)外也不多見(jiàn)。在國(guó)際著名的芝加哥機(jī)床展覽會(huì)上，中捷搖臂鉆廠參展產(chǎn)品被一位美籍華商相中并當(dāng)場(chǎng)拉走。德國(guó)、意大利、西臘、瑞典、伊朗等國(guó)家和地區(qū)紛紛提出做中捷牌搖臂鉆的代理經(jīng)銷(xiāo)商。在上海國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，沈陽(yáng)2機(jī)床股份有限公司參展的數(shù)控鉆銑床，同時(shí)被國(guó)內(nèi)三家企業(yè)看好。搖臂鉆床和大多數(shù)機(jī)床一樣，將向數(shù)控自動(dòng)化、機(jī)電一體化和智能化方向發(fā)展。搖臂鉆床未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是：應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高和擴(kuò)大自動(dòng)化工作的功能，使機(jī)床適應(yīng)于納入柔性制造系統(tǒng)工作；提高功率主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度，相應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜剛度以適應(yīng)采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并發(fā)展超精密加工機(jī)床，以適應(yīng)電子機(jī)械、航天等新興工業(yè)的需要。1.2.1國(guó)內(nèi)研究的現(xiàn)狀 鉆床廣泛地在我國(guó)紡織機(jī)械、石油機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、醫(yī)療器械、航空航天、汽車(chē)拖拉機(jī)、橡塑模具以及發(fā)電機(jī)制造、機(jī)床制造等行業(yè)有關(guān)零件的鉆孔加工得到應(yīng)用。目前我國(guó)機(jī)床工業(yè)自 1949 年建立以來(lái)，雖然在短短的時(shí)間內(nèi)取得了很大的成就，但與世界先進(jìn)水平相比還有很大的差距。就現(xiàn)狀看，主要表現(xiàn)在：我國(guó)機(jī)床工業(yè)起步晚、技術(shù)不成熟；大部分高精度和超精度機(jī)床的性能還不能滿(mǎn)足要求，精度保持度也很差，特別是高效自動(dòng)化和數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量、技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量?jī)H是全部機(jī)床產(chǎn)量的 1.5% 。我國(guó)數(shù)控機(jī)床基本上是中等規(guī)格的車(chē)床、銑床、鉆床等，而精密、大型、重型或小型數(shù)控機(jī)床還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足要求；另外我國(guó)機(jī)床在技術(shù)水平和性能方面的差距也很明顯，機(jī)床理論和應(yīng)用技術(shù)的研究也明顯落后。所以為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，我們要不斷創(chuàng)新、改進(jìn)，學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)加強(qiáng)自動(dòng)化、數(shù)字化的控制，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工的升級(jí)換代，為機(jī)械加工產(chǎn)品商業(yè)化創(chuàng)造條件，推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品商品化的進(jìn)程，使我國(guó)的機(jī)械加工產(chǎn)品以及先進(jìn)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)在世界先進(jìn)的行列。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀在發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)于這一塊的發(fā)展遠(yuǎn)超過(guò)我國(guó)目前這樣的現(xiàn)狀。國(guó)外的發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)普遍采用自動(dòng)化臺(tái)鉆來(lái)加工產(chǎn)品，如德國(guó) IXION 公司、TBT 公司、英國(guó) MOLLART 公司等，都采用自動(dòng)化鉆床技術(shù)，其獨(dú)到之處是對(duì)長(zhǎng)鉆頭的輔助支撐，在加工過(guò)程中能自動(dòng)就位和撤回，并且使用用戶(hù)化編程軟件 GE.FANUC 數(shù)控系統(tǒng)，大大優(yōu)化了加工過(guò)程。近年來(lái)，隨著家電市場(chǎng)銷(xiāo)售量增大，塑料制品增長(zhǎng)速度加快，塑料模具制造業(yè)蓬勃發(fā)展，深孔鉆床為了滿(mǎn)足模具上的水孔、射銷(xiāo)孔等孔系的深孔加工。由過(guò)去的單一座標(biāo)軸的深孔鉆床加工發(fā)展到需要加工3座標(biāo)孔系的多孔加工而開(kāi)發(fā)的三座標(biāo)數(shù)控深孔鉆床近些年來(lái)發(fā)展很快。美國(guó)TBT 公司生產(chǎn)的特別適用于加工摩托車(chē)到輕型卡車(chē)的各種中小型曲軸油孔的BW200-KW 深孔鉆床；特別適用于大中型卡車(chē)曲軸油孔的 BW250-KW 深孔鉆床，它們均具有 X、Y、Z、W 四軸數(shù)控。該公司為了客戶(hù)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 2000 年設(shè)計(jì)制造了第一臺(tái)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。英國(guó) MOLLART 公司生產(chǎn)制造的專(zhuān)為加工顆粒擠出模具而開(kāi)發(fā)的具有六等分六根主軸同時(shí)加工同一工件上六個(gè)孔的專(zhuān)用深孔鉆床。該工件孔數(shù)量多達(dá) 36000 個(gè)。全都是數(shù)控系統(tǒng)控制的。國(guó)外先進(jìn)鉆床技術(shù)效率高、自動(dòng)化程度高、加工速度快、操作方便，可完成大規(guī)模的機(jī)械生產(chǎn)任務(wù)，遠(yuǎn)超過(guò)我國(guó)目前的現(xiàn)狀。 1.3研究目的 鉆床是進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲等不可缺少的的設(shè)備，主要應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。在當(dāng)今飛速發(fā)展的時(shí)代，通過(guò)提高設(shè)備的性能與節(jié)約工作時(shí)間，從而達(dá)到提高工作效率的目的已越來(lái)越受歡迎，近年來(lái)放眼望去有關(guān)的機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)車(chē)間都在逐步被自動(dòng)化管理所取代，在當(dāng)今的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，此次把傳統(tǒng)手工操作的臺(tái)式鉆床改裝成自動(dòng)化工作的鉆床，大大節(jié)約了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)讓機(jī)械制造業(yè)也緊跟時(shí)代的發(fā)展腳步。1.4研究意義在拿到設(shè)計(jì)題目之后，經(jīng)過(guò)查資料，資詢(xún)同學(xué)，詢(xún)問(wèn)老師，了解臺(tái)式鉆床機(jī)械加工的發(fā)展，以及鉆床加工設(shè)備的類(lèi)型，得知設(shè)備的工作類(lèi)型可分為以下幾種：臺(tái)式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床、銑鉆床、深孔鉆床、平端面中心孔鉆床、臥式鉆床等。每種鉆床都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，也有各自不同的配置。本次我們所要研究的就是如何對(duì)臺(tái)式鉆床進(jìn)行改進(jìn)從而達(dá)到我們所要設(shè)計(jì)的目的，也讓臺(tái)鉆的自動(dòng)化加工生產(chǎn)方式在市場(chǎng)上及其他不可缺少的地方使企業(yè)的生產(chǎn)效率不斷滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，盡快縮短與國(guó)際的差距。當(dāng)然這需要時(shí)間也需要我們大家共同的努力，通過(guò)我們以后不斷的改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)、加強(qiáng)自身的探索，讓自動(dòng)化的臺(tái)鉆走向各個(gè)需要它的領(lǐng)域發(fā)揮其重要的作用，這是一條充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的道路，前進(jìn)的道路困難重重，堅(jiān)持下去，就是我們?cè)O(shè)計(jì)的意義所在，任重而道遠(yuǎn)。4第二章 課題任務(wù)2.1主要內(nèi)容傳統(tǒng)的機(jī)床技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，現(xiàn)已成為一種較為成熟的技術(shù)，其由如下構(gòu)件組成，底盤(pán)，工件夾具，支柱，電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)，鉆頭，手柄等。先將工件通過(guò)夾具進(jìn)行固定，然后通過(guò)手搖手柄升降鉆頭，抵達(dá)工件表面后開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)進(jìn)行鉆孔、攻絲等工藝加工。其優(yōu)缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)，能加工的工件加工位置有限，并且只能進(jìn)行單一零件的定位、夾緊、加工等?，F(xiàn)如今，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種小型臺(tái)式鉆機(jī)，對(duì)傳統(tǒng)的臺(tái)式鉆床進(jìn)行了如下改動(dòng)，將傳統(tǒng)的圓盤(pán)式夾具改為十字滑臺(tái)式夾具，這樣可以最大化的擴(kuò)大夾具的使用，同時(shí)可以對(duì)多個(gè)零件進(jìn)行加工。將傳統(tǒng)臺(tái)式鉆床的支柱進(jìn)行了改進(jìn)，改為一種套筒式立柱，可以擴(kuò)大鉆床的 Z 軸升降范圍。將鉆頭的升降改為電動(dòng)控制，可以最大效率的利用機(jī)械。2.2技術(shù)要求（1）在深刻領(lǐng)會(huì)任務(wù)內(nèi)吝及要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料、調(diào)查研究和方案論證，寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告。然后開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究、理論研究、設(shè)計(jì)、研制、開(kāi)發(fā)以及數(shù)據(jù)處理、分析總結(jié)、資料整理等與任務(wù)書(shū)要求相應(yīng)的工作，并撰寫(xiě)成畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，獨(dú)立地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)任務(wù)。完成臺(tái)式鉆床的設(shè)計(jì)，要求在滿(mǎn)足工藝要求的前提下，對(duì)所需要加工的零件完成孔以及攻絲的加工，對(duì)于定位要求、設(shè)計(jì)要求、夾緊要求等應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。（2）設(shè)計(jì)的臺(tái)式鉆床要絕對(duì)安全，放心可靠，效率有一定的提高，使用時(shí)方便，無(wú)特殊操作要求。鉆頭升降高度為 200--800mm。（3）選擇壓緊力產(chǎn)生原理，設(shè)計(jì)相應(yīng)的壓緊機(jī)構(gòu)，對(duì)臺(tái)鉆的工件夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，應(yīng)達(dá)到如下要求，夾緊力合適，不會(huì)對(duì)工件造成表面的損傷，夾緊后工件在加工時(shí)應(yīng)不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)等不符合加工要求的移動(dòng)。（4）整機(jī)的設(shè)計(jì)盡量選取輕型材料，使整機(jī)盡量輕便。2.3任務(wù)要求已知原始數(shù)據(jù):輸入軸電機(jī):2KW；設(shè)計(jì)臺(tái)式鉆床，變速范圍 50-1600 轉(zhuǎn)/分;主要任務(wù)包括:(1)根據(jù)所設(shè)計(jì)變速箱轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)要求，確定布局方案和運(yùn)動(dòng)形式，計(jì)算運(yùn)動(dòng)參數(shù);5（2）根據(jù)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)及其布局方案，依據(jù)輸入電機(jī)功率以及變速特征，計(jì)算傳動(dòng)件參數(shù)《例如齒輪模數(shù)、齒寬等，鈾徑等);（3）根據(jù)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、動(dòng)力設(shè)計(jì)得到的主要技術(shù)參數(shù)，設(shè)計(jì)具體零部件結(jié)構(gòu)，完成裝配圖設(shè)計(jì);（4）撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū);2.4成果要求（1）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述。一份。（2）對(duì)所設(shè)計(jì)的臺(tái)式鉆床裝配圖一張（零號(hào)）、關(guān)鍵零件圖若干，兩項(xiàng)折合零號(hào)圖紙 3 張以上。（3）臺(tái)式鉆床零件的強(qiáng)度校核，相關(guān)設(shè)備的參數(shù)選擇。（4）完成編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)需符合規(guī)范化要求，即:由中外文題名、目錄、中外文摘要、引言(前言)、正文、結(jié)論、謝辭、參考文獻(xiàn)和附錄組成，中文摘要在 400 個(gè)漢字左右，外文摘要在 250 個(gè)實(shí)詞左右。中文題名字?jǐn)?shù)一般不超過(guò) 20 個(gè)，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、論文或軟件說(shuō)明書(shū)的總字?jǐn)?shù)在 1.5萬(wàn)漢字。2.5其他要求（1）臺(tái)式鉆床應(yīng)該為通用性鉆床，在不同的需要時(shí)滿(mǎn)足不同的要求；（2）鉆床上相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)部件應(yīng)能調(diào)換；（3）臺(tái)式鉆床的體積應(yīng)盡量小，盡量輕。（4）機(jī)體裝配時(shí)應(yīng)根據(jù)圖紙要求簡(jiǎn)單容易的裝配，維修容易，不需專(zhuān)門(mén)工具。（5）盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件，對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)盡可能工藝簡(jiǎn)單，加工容易。6第三章 自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用3.1產(chǎn)生 社會(huì)需求是推動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展最有力的因素。二十世紀(jì)四十年代以來(lái)，由于航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于各種飛行器的加工提出了更高的要求，這些零件大多形狀非常復(fù)雜，材料多為難加工的合金。用傳統(tǒng)的機(jī)床和工藝方法進(jìn)行加工，不能保證精度，也很難提高生產(chǎn)效率。為了解決零件復(fù)雜形狀表面的加工問(wèn)題，1952 年，美國(guó)帕森斯公司和麻省理工學(xué)院研制成功了世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六個(gè)時(shí)代：（1）數(shù)控（NC）階段（1952 年～1970 年）早期的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求，人們只好用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺(tái)機(jī)床專(zhuān)用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，這就是硬件連接數(shù)控，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控（NC）。隨著電子元器件的發(fā)展，這個(gè)階段經(jīng)歷了三代，即 1952 年的第一代——電子管數(shù)控機(jī)床，1959 年的第二代——晶體管數(shù)控機(jī)床，1965 年的第三代——集成電路數(shù)控機(jī)床。（2）計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970 年～現(xiàn)在）1970 年，通用小型計(jì)算機(jī)已出現(xiàn)并投入成批生產(chǎn)，人們將它移植過(guò)來(lái)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入計(jì)算機(jī)數(shù)控階段。這個(gè)階段也經(jīng)歷了三代，即 1970 年的第四代——小型計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，1974 年的第五代——微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，1990 年的第六代——基于 PC 的數(shù)控機(jī)床。 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)也隨之不斷更新，發(fā)展非常迅速，幾乎每 5 年更新?lián)Q代一次，其在制造領(lǐng)域的加工優(yōu)勢(shì)逐漸體現(xiàn)出來(lái)。3.2發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車(chē)、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。當(dāng)前世界上數(shù)控機(jī)床的發(fā)展呈現(xiàn)如下趨勢(shì)：（1）高速度高精度化 速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于數(shù)控機(jī)床，高速度化首先是要求計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)在讀入加工指令數(shù)據(jù)后，能高速度處理并計(jì)算出伺服電機(jī)的位移量，7并要求伺服電機(jī)高速度地做出反應(yīng)。此外，要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的高速度化，還必須謀求主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率、刀具交換、托盤(pán)交換等各種關(guān)鍵部件也要實(shí)現(xiàn)高速度化。 提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，一般是通過(guò)減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用補(bǔ)償技術(shù)來(lái)達(dá)到。在減少數(shù)控系統(tǒng)誤差方面，一般采取三種方法：①提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率、以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給；②提高位置檢測(cè)精度；③位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制。在采用補(bǔ)償技術(shù)方面，除采用間隙補(bǔ)償、絲杠螺距補(bǔ)償和刀具補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)外，還采用了熱變形補(bǔ)償技術(shù)。（2）多功能化 一機(jī)多能的數(shù)控機(jī)床，可以最大限度地提高設(shè)備的利用率。如數(shù)控加工中心（Machining Center——MC）配有機(jī)械手和刀具庫(kù)，工件一經(jīng)裝夾，數(shù)控系統(tǒng)就能控制機(jī)床自動(dòng)地更換刀具，連續(xù)對(duì)工件的各個(gè)加工面自動(dòng)地完成銑削、鏜削、鉸孔、擴(kuò)孔及攻螺紋等多工序加工，從而避免多次裝夾所造成的定位誤差。這樣減少了設(shè)備臺(tái)數(shù)、工夾具和操作人員，節(jié)省了占地面積和輔助時(shí)間。為了提高效率，新型數(shù)控機(jī)床在控制系統(tǒng)和機(jī)床結(jié)構(gòu)上也有所改革。例如，采取多系統(tǒng)混合控制方式，用不同的切削方式（車(chē)、鉆、銑、攻螺紋等）同時(shí)加工零件的不同部位等?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)控制軸數(shù)多達(dá) 15 軸，同時(shí)聯(lián)動(dòng)的軸數(shù)已達(dá)到 6 軸。（3）智能化 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用高技術(shù)的重要目標(biāo)是智能化。智能化技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù) 自適應(yīng)控制技術(shù)（Adaptive Control——AC）的目的是要求在隨機(jī)的加工過(guò)程中，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)加工過(guò)程中所測(cè)得的工作狀態(tài)、特性，按照給定的評(píng)價(jià)指標(biāo)自動(dòng)校正自身的工作參數(shù)，以達(dá)到或接近最佳工作狀態(tài)。通常數(shù)控機(jī)床是按照預(yù)先編好的程序進(jìn)行控制，但隨機(jī)因素，如毛坯余量和硬度的不均勻、刀具的磨損等難以預(yù)測(cè)。為了確保質(zhì)量，勢(shì)必在編程時(shí)采用較保守的切削用量，從而降低了加工效率。AC 系統(tǒng)可對(duì)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)矩、切削力、切削溫度、刀具磨損等參數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并由 CPU 進(jìn)行比較運(yùn)算后發(fā)出修改主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量大小的信號(hào)，確保 AC 處于最佳的切削用量狀態(tài)，從而在保證質(zhì)量條件下使加工成本最低或生產(chǎn)率最高。AC 系統(tǒng)主要在宇航等工業(yè)部門(mén)用于特種材料的加工。②附加人機(jī)會(huì)話(huà)自動(dòng)編程功能 建立切削用量專(zhuān)家系統(tǒng)和示教系統(tǒng)，從而達(dá)到提高編程效率和降低對(duì)編程人員技術(shù)水平的要求。③具有設(shè)備故障自診斷功能 數(shù)控系統(tǒng)出了故障，控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行自診斷，并自動(dòng)采取排除故障的措施，以適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作環(huán)境的要求。（4）小型化 蓬勃發(fā)展的機(jī)電一體化設(shè)備，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)提出了小型化的要求，體積小型化便于將機(jī)、電裝置揉合為一體。日本新開(kāi)發(fā)的 FS16 和FS18 都采用了三維安裝方法，使電子元器件得以高密度地安裝，大大地縮小了8系統(tǒng)的占有空間。此外，它們還采用了新型 TFT 彩色液晶薄型顯示器，使數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)一步小型化，這樣可更方便地將它們裝到機(jī)械設(shè)備上。（5）高可靠性 數(shù)控系統(tǒng)比較貴重，用戶(hù)期望發(fā)揮投資效益，因此要求設(shè)備具有高可靠性。特別是對(duì)在長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作環(huán)境下運(yùn)行的數(shù)控系統(tǒng)，可靠性成為人們最為關(guān)注的問(wèn)題。提高可靠性，通常可采取如下一些措施：①提高線路集成度 采用大規(guī)?；虺笠?guī)模的集成電路、專(zhuān)用芯片及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，精簡(jiǎn)外部連線和減低功耗。②建立由設(shè)計(jì)、試制到生產(chǎn)的一整套質(zhì)量保證體系 例如，采取防電源干擾，輸入/輸出光電隔離；使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化，以便于組織批量生產(chǎn)及維修；在安裝制造時(shí)注意嚴(yán)格篩選元器件；對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行全面的檢查考核等。通過(guò)這些手段，保證產(chǎn)品質(zhì)量。③增強(qiáng)故障自診斷功能和保護(hù)功能 由于元器件失效、編程及人為操作錯(cuò)誤等原因，數(shù)控機(jī)床完全可能出現(xiàn)故障。數(shù)控機(jī)床一般具有故障自診斷功能，能夠?qū)τ布蛙浖M(jìn)行故障診斷，自動(dòng)顯示出故障的部位及類(lèi)型，以便快速排除故障。新型數(shù)控機(jī)床還具有故障預(yù)報(bào)、自恢復(fù)功能、監(jiān)控與保護(hù)功能。例如，有的系統(tǒng)設(shè)有刀具破損檢測(cè)、行程范圍保護(hù)和斷電保護(hù)等功能，以避免損壞機(jī)床及報(bào)廢工件。由于采取了各種有效的可靠性措施，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）可達(dá)到 10000～36000h。9第四章 電動(dòng)機(jī)選擇原動(dòng)機(jī)又被稱(chēng)之位動(dòng)力機(jī)，是機(jī)械設(shè)備中的重要驅(qū)動(dòng)部分。原動(dòng)機(jī)泛指利用能源產(chǎn)生原動(dòng)力的一切機(jī)械，按利用的能源分，有熱力發(fā)動(dòng)機(jī)、水力發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)等；是現(xiàn)代生產(chǎn)、生活領(lǐng)域中所需動(dòng)力的主要來(lái)源。電動(dòng)機(jī)（Motor）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它是利用通電線圈（也就是定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并作用于轉(zhuǎn)子（如鼠籠式閉合鋁框）形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)（電機(jī)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。電動(dòng)機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的方向跟電流方向和磁感線（磁場(chǎng)方向）方向有關(guān)。電動(dòng)機(jī)工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流受力的作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。考慮到此次設(shè)計(jì)的合理性，我們選擇使用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)1）必須考慮到工作機(jī)對(duì)原動(dòng)機(jī)所提出的起動(dòng)、過(guò)載、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性等方面的要求；2）必須考慮到其經(jīng)濟(jì)效益及其成本，這也是非常重要的一項(xiàng)。3）必須考慮到現(xiàn)場(chǎng)能源的供應(yīng)情況及工作環(huán)境因素；4）必須考慮原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與工作機(jī)的匹配情況；5）必須考慮到維修是否方便，操作是否簡(jiǎn)單，工作是否可靠；4.1臺(tái)式鉆床的動(dòng)力性能比較表 2-2 原動(dòng)機(jī)性能比較類(lèi)別 電動(dòng)機(jī) 氣缸馬達(dá) 液壓馬達(dá) 柴油機(jī)尺寸 較大 較小 較小 較大功率及取范圍功率大；0.3~1000KW，范圍廣功率比電動(dòng)機(jī)大；一般在2.2KW 以下，尤其適用于0.75KW 以下的高速傳動(dòng)功率最大；受實(shí)際油壓和馬達(dá)尺寸的限制功率大；5~38000KW重量 大 比電動(dòng)機(jī)大 最大 大輸出剛度 硬 軟 較硬 較硬運(yùn)行溫度控制 溫度應(yīng)低于許 應(yīng)值排氣時(shí)空氣膨脹，噪聲較大，排氣處應(yīng)安裝消聲器對(duì)油箱進(jìn)行風(fēng)冷或水冷調(diào)整方法和性能直流電動(dòng)機(jī)用改變電樞電阻、電壓或改變磁通的方法；交流電動(dòng)機(jī)用變用氣閥控制，簡(jiǎn)單，迅速，但不夠精確通過(guò)閥或泵控制改變流量，調(diào)速范圍大較難10頻、變極或變轉(zhuǎn)差率的方法噪聲 小 較大 較大 較大維護(hù)要求 較少 少 較多 較多初始成本 低 較高 高 高運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用 最低 最高 高 高應(yīng)用 很廣，需要?jiǎng)?力電源 小功率高速場(chǎng) 合 較廣很廣，如各種車(chē)輛，船舶、農(nóng)用機(jī)械、工程機(jī)械和壓縮機(jī)等等4.2臺(tái)式鉆床動(dòng)力的計(jì)算與選擇鉆床切削力的計(jì)算包括鉆床主軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算和主軸軸向切削力的計(jì)算。由于加工材料為Q235 鋼，其屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，鉆頭為高速鋼麻花鉆，加工方式為鉆孔，所以查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：鉆床轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下： pkkfDM08234.?式中， —— 切削力矩（N·M）—— 鉆頭直徑（mm）—— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm）f—— 修正系數(shù)pk軸向切削力的計(jì)算公式如下： pfKDfF7.06?式中， —— 軸向切削力（N）f—— 鉆頭直徑（mm）—— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm)f—— 修正系數(shù)pk已知被加工材料為 Q235 結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼取=736MPa， D=13mm， =0.2mm，所以可分別計(jì)算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削為：b?f=13.5 N·MkM=2595 NfF由金屬切削原理可知，主軸切削功率的計(jì)算公式為：式中： —— 軸向切削力（N）fF75.0)36(bpk??KWnMfFPkm310)6201(??????11—— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm)fn——主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min）—— 切削力矩（N·M ）kM將以上數(shù)值代入公式中可計(jì)算出功率 =0.25KWmP考慮到軸承傳動(dòng)效率（查得為 0.99）和鍵傳動(dòng)效率（查得為 0.98），所以可計(jì)算出鉆床主軸要傳遞的功率 P 為：P= /(0.99×0.99×0.98)=0.37KWm考慮到臺(tái)式鉆床的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境及工作需求，臺(tái)式鉆床的起動(dòng)力矩和調(diào)速范圍等要求，我選擇電動(dòng)機(jī)作為其原動(dòng)機(jī)。由于生產(chǎn)機(jī)械裝置及工作機(jī)所處的工作環(huán)境各不相同，電動(dòng)機(jī)的 工作環(huán)境也自然而然就各不一樣。在絕大多數(shù)情況下，電動(dòng)機(jī)工作的周?chē)髿庵杏胁煌至康幕覊m和水分，有的處于潮濕之處甚至水下工作，有的周?chē)懈g性氣體甚至爆炸物，為了保證電動(dòng)機(jī)能在不同的工作環(huán)境中順利地安全運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)的外殼也就有多種型式，其型式有：開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式、防爆式。由于臺(tái)式鉆床工作常處于灰塵較多的場(chǎng)合，其外殼選用封閉式，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y 系列，Y801-4，額定功率 2KW，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速1390r/min，額定轉(zhuǎn)矩 2.2N·m，質(zhì)量 17Kg。12第五章 步進(jìn)電機(jī)選擇脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量，它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)重要參數(shù)，因此。脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來(lái)確定。對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，常采用脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖——0.005mm/脈沖。一般小型臺(tái)鉆的主要技術(shù)參數(shù)中要求橫向、縱向脈沖當(dāng)量為 0.01mm。5.1計(jì)算進(jìn)給牽引力可根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算縱向?qū)к墸?)2(GFfKFyzxm??K：顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) K=1.15；：滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦因素 =0.15~0.18，取 =0.16:；fffG：溜板及刀架重力，G=800N。 其中 分別是上面計(jì)算的數(shù)據(jù)， xFyz因此上面的公式可以化為： ??(2)1.507.361.8207.3684myzxKfFGN?????5.2系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種慣性負(fù)載，在電機(jī)的選用的時(shí)候必須加以考慮。由于傳動(dòng)系統(tǒng)的各傳動(dòng)不見(jiàn)并不是與點(diǎn)饑軸同軸線，還存在各傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量向電機(jī)軸折算的問(wèn)題。最后，要計(jì)算整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上面的總傳動(dòng)慣量，即是傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（1）對(duì)于工作臺(tái)溜板的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)主軸上的計(jì)算公式： 222180()bGJkgcmi?????：為脈沖當(dāng)量， 0.01mm;?：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角， ；b???8.1b：蝸輪蝸桿減速電機(jī)的傳動(dòng)比， =50；i i：重力加速度， =10。gg13工作臺(tái)的質(zhì)量的折算工作臺(tái)是移動(dòng)不見(jiàn)，其移動(dòng)質(zhì)量折算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 可以按下面的公式進(jìn)行GJ計(jì)算： 2o222 01.8.1058180 cmkgcmkgiGbJ ??????????????????????（2）對(duì)于軸，軸承，齒輪，聯(lián)軸器，絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式為對(duì)于鋼材，材料密度為 代入就有3108.7??430.78JDL??其中：D 為圓柱體的直徑；L 為圓柱體的長(zhǎng)度。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算到電機(jī)軸上為： 4 217.8012.5Jkgcm????（3）動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)床，是采用的是減速電機(jī)帶動(dòng)的減速傳動(dòng)，因此我們可以根據(jù)下面的公式，進(jìn)行計(jì)算： ??2132180()bGJiJig??????其中 : 為傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;根據(jù)查資料和計(jì)算我們可以得到 ??223215.0180cmkggiGJiJbZ??????????????5.3切削力計(jì)算在進(jìn)行進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)計(jì)算,選用步進(jìn)電機(jī)時(shí),都要用到切削力(機(jī)床的主要負(fù)載) ，我所設(shè)計(jì)的是數(shù)控鉆床，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)中要分析和計(jì)算銑削和鉆削。（一）鉆削的載荷的計(jì)算普通的麻花鉆每一切削刃都會(huì)產(chǎn)生切向方向的切削抗力，徑向切削抗力與軸向方向的14軸向抗力，當(dāng)左右切削刃對(duì)稱(chēng)時(shí)，徑向的抗力就會(huì)向平衡。切向的抗力形成鉆削力矩，他消耗了切削功率，所用切削刃上軸向抗力之和就形成了鉆頭上的軸向應(yīng)力。鉆頭切削力的計(jì)算包括鉆頭主軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算和主軸軸向切削力的計(jì)算。由于加工材料為Q235 鋼，其屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，鉆頭為高速鋼麻花鉆，加工方式為鉆孔，所以查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：1.鉆削轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下： 20.8.34kpTDfk?式中， ：切削力矩（ ）mN?：鉆頭直徑（20mm）：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（0.1mm）f：修正系數(shù)： pk2.軸向切削力的計(jì)算公式如下： pfKDfF7.06?式中， ：軸向切削力（N ）f已知被加工材料為 Q235 結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼取=736MPa， D=20mm， =0.1mm，所以可分別計(jì)算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削力為：b?f=21.6 kTmN?=2661.7 NfF（二）銑削抗刀分析銑削運(yùn)動(dòng)的特征是主運(yùn)動(dòng)為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進(jìn)給（鍵槽銑刀可沿軸線進(jìn)給）。銑刀的類(lèi)型很多，但以圓柱銑刀和端面銑刀為基本形線。圓柱銑和端面銑刀的切削部分都可看做車(chē)刀刀頭的演變，銑刀的每一個(gè)齒相當(dāng)于一把車(chē)刀，它的切削基本規(guī)律與車(chē)削相似。1.削抗力的合力為 ：ZF75.0)3(bp?15將 沿銑刀軸線徑向和切向進(jìn)給分解，則分別為軸向銑削力 和徑向銑削力 。切ZF XFyF向銑削力 是沿銑刀主運(yùn)動(dòng)方向的分力，它消耗的銑床主電機(jī)功率最多。因此，切向銑削z力可以按切削功率 （KW ）或主電機(jī)功率 （ KW）計(jì)算，也可以按切削用量進(jìn)行計(jì)mPEP算。331010()EZZmFNVV?????或式中：V：主軸傳遞全部功率時(shí)的最低切削速度，100m/s；：機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。m?這里按電機(jī)功率進(jìn)行計(jì)算。 ??3 310(.7508.96)/1045.6EZPF NV?????圖 3-7 銑削力及工作臺(tái)上的載荷2.進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷的計(jì)算作用在進(jìn)給工作臺(tái)上的合力 F′與銑刀刀齒的銑削抗力的余力 F大小相同方向相反，如圖 2-6 所示，合力 ′就是設(shè)計(jì)和校核工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的時(shí)要考慮的工作載荷，它可以沿著銑床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向分解為三個(gè)力：工作臺(tái)的縱向進(jìn)給方向載荷 Fx 工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷 Fy 和工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷 Fz 。 工作臺(tái)工作載荷 Fx、F y 和 Fz 與銑刀的切向銑削力 Fz 之間有一定的經(jīng)驗(yàn)比值（可查《機(jī)電綜合指導(dǎo)》表 2-1），因此，求出 Z后，即可計(jì)算出工作臺(tái)工作載荷 x、 y和 z。即 ：, 6.0?x.Fy 5.0?z16則： = 207.36N,xF= 207.36 N,y= 172.8 N.zF5.4初選步進(jìn)電機(jī)（1）計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mT02miFPT???式中： ：進(jìn)給牽引力（ N）；m：絲杠的傳動(dòng)效率，為齒輪、軸承、絲杠效率之積；0?：齒輪副的傳動(dòng)效率， 是齒輪副的傳動(dòng)比；i i：十字型導(dǎo)軌副的傳動(dòng)效率。1因?yàn)椋?，則fmF? mNPTim ??????7.014.052761310??（2）估算步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 qTmNTmq ???3.073式中：0.3 為安全系數(shù)。（3）計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩 maxj查表取三相六拍 ，則0.7??NTqf ?32max（4）計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率 和最高起動(dòng)頻率fmaxf17maxax10023.6.1Vf Hz????67.f試中： ：最大快移速度（m/min ），這里為 2m/min；max：最大切削進(jìn)給速度（m/min）;這里為 0.1 m/min； V：脈沖當(dāng)量，取 0.01mm/step。?（5）初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開(kāi)環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書(shū)所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)還是偏低，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開(kāi)環(huán)控制，任務(wù)書(shū)初選的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到 0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有 1500mm/min,故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電機(jī)，以降低成本，提高性?xún)r(jià)比。根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)距 maxjT查得 86HS15060A4 最大靜轉(zhuǎn)距為 12 maxjT，可N?以滿(mǎn)足要求，考慮到此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)選稍大轉(zhuǎn)距的步進(jìn)電機(jī)，以便留有一定的余量，另一方面，與國(guó)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)床類(lèi)比，決定采用86HS15060A4 步進(jìn)電機(jī)，查得 86HS15060A4 步進(jìn)電機(jī)最高空載起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率滿(mǎn)足要求。86 步進(jìn)電機(jī)的基本信息，見(jiàn)表 5-1表 5-1 86 步進(jìn)電機(jī)的基本信息18參數(shù)說(shuō)明，見(jiàn)表 3-9表 3-9 86 步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)說(shuō)明尺寸說(shuō)明，如圖 3-10圖 3-105.5步進(jìn)電機(jī)的校驗(yàn)19機(jī)床在不同的工作情況下，其所需要的轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算。（1）快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)距 T在快速空載起動(dòng)階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：ofa??mx式中： ：快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ；T??cmN?：空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩 ；max ??cmN?：折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 ；f ?：由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上附加摩擦轉(zhuǎn)矩 。0T ?摩擦轉(zhuǎn)矩 mNiGfPf??????02.4.054168310??式中： ：運(yùn)動(dòng)部件的總重量（N ）；：導(dǎo)軌摩擦系數(shù) ，取 ；f 16.?f：蝸輪蝸桿減速電機(jī)的傳動(dòng)比，i=50。imNPFTi??????14.04.0521387300??6.87.233fFN?空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩： mNJtnTZFa??????4.5106.20333maxmx??式中： ：折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ；axT??mN?20：電機(jī)最大角加速度，（ ）；?2/rads：電機(jī)最大轉(zhuǎn)速，（ ）；maxnmin：運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度，（ ）；v/i：運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)到加速到最大快進(jìn)速度所需要的時(shí)間，t（0.025s ）。上面三項(xiàng)合計(jì)為：mNTTfa????56.0mx（2）快速移動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩：f?10快（3）最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩：mNifPFTzf?????? ?194.0 4.054.02168132 300切 ??/.138zfF?從上面的計(jì)算可以看出， T， 切 和 快 三種工作情況下，以快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大，即以此項(xiàng)作為較核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。查表知，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)， 則最大靜轉(zhuǎn)矩為：qmax0.7j??NTj ???94.70max而 86HS15060A4 型步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為 12 ，大于所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩，可?以滿(mǎn)足此項(xiàng)要求。21第六章 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)輸出功率 P=2kw，轉(zhuǎn)速 190r/min=n21390r/i,=n6.1確定計(jì)算功率按最大的數(shù)據(jù)計(jì)算 ,K 為工作情況系數(shù)，查 [1]表 3.5. 取0.5kwP6=X1kA=pd1.K，6.2選擇 V帶的型號(hào)根據(jù) 查表選擇 A 型 V 帶 1390r/minnpd, 125m=d6.3確定帶輪直徑小帶輪直徑 125=d驗(yàn)算帶速 6.9/s=10)42/(150=)n/(60v??從動(dòng)輪直徑取 查[1]表m9Xd23.3計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比 2.15/0d2/i6.4定中心矩和基準(zhǔn)帶長(zhǎng)：（1）初定中心距 a0 30m=ao取2358d2)+)(1.7(d（2）帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度 650m≈9)2/4X0-(+)/(9xaaL 取 Ld0=630mm（3）計(jì)算實(shí)際中心距290m=65)-(3+=Ld)/2-(+a（3）確定中心距調(diào)整范圍 8.0.1X-90.15-a=min 3x226.5驗(yàn)算包角： 1207=.309)/2X5-(180=/aX57.30取d1-280=16.6確定 V帶根數(shù)：確定額定功率：P 0由查表并用線性插值得 .15kw=P表 37 得功率增量 3表 38 得包角系數(shù) 0.9K查[1]表 3 得長(zhǎng)度系數(shù) 81l確定帶根數(shù)： 取 Z=10.87=.91.3)+.6/(5=Z?23第 7 章 主要零件的加工工藝選取皮帶輪作為研究對(duì)象7.1 零件圖樣分析皮帶輪如下圖 4-1：圖 7-1 皮帶輪圖紙中所選的材料為 HT200。經(jīng)分析：該零件圖結(jié)構(gòu)合理；輪廓幾何要素所給定的條件充分；精度及各項(xiàng)技術(shù)要求齊全、合理；由圖紙得出，該零件的加工精度要求不是很高，加工方法也就根據(jù)所生產(chǎn)批量的不同而有所不同，當(dāng)然，要考慮到經(jīng)濟(jì)性時(shí)，用普通機(jī)床就可以加工出來(lái)，要是考慮到時(shí)間及中批量方面的話(huà)，可以選用車(chē)床。在這里我選用加工。其位置精度有三處，基準(zhǔn)都是 A 基準(zhǔn)，加工時(shí)要考慮它們跟孔一起進(jìn)行加工；中心孔的尺寸公差等級(jí)為六級(jí)公差帶，在車(chē)床上加工難達(dá)到此種精度，需要進(jìn)行精磨，精磨的時(shí)候要以右端面為定位基準(zhǔn)，這樣才能保證位置度的正確性，關(guān)于磨床著方面，就不做介紹了。磨削時(shí)要以右端面為定位基準(zhǔn)。對(duì)于內(nèi)孔槽的加工是：在本設(shè)計(jì)中，我選用插床加工的方法來(lái)加工內(nèi)孔槽，方便。7.2 零件工序和裝夾方式的確定24對(duì)皮帶輪的加工工序，可以分為五個(gè)。裝夾是指將工件在機(jī)床上或夾具中定位、夾緊的過(guò)程，可采用三角卡盤(pán)等方式裝夾。在確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時(shí)應(yīng)注意如下 3 點(diǎn)：（1）力求設(shè)計(jì)、工藝與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。（2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能做到在一次裝夾定位后就能加工出全部待加工的部位。（3）夾具要開(kāi)暢，其定位、夾緊機(jī)構(gòu)不能影響加工中的走刀，避免刀具與夾緊機(jī)構(gòu)碰撞。遇到此類(lèi)情況時(shí)，可采用用虎鉗或加底板抽螺絲的方式裝夾。7.3 加工順序的確定在分析了零件圖樣和確定了工序、裝夾方式之后，接下來(lái)即要確定零件的加工順序。制定零件車(chē)削加工順序一般遵循下列原則：（1）先粗后精 按照粗車(chē)半精車(chē)精車(chē)的順序進(jìn)行，逐步提高加工精度。粗車(chē)將在較短的時(shí)間內(nèi)將工件表面上的大部分加工余量切掉，一方面提高金屬切削率，另一方面滿(mǎn)足精車(chē)的余量均勻性要求。若粗車(chē)后所留余量的均勻性滿(mǎn)足不了精加工的要求時(shí)，則要安排半精車(chē)，以此為精車(chē)做準(zhǔn)備。精車(chē)要保證加工精度，按圖樣尺寸，一刀切出零件輪廓。（2）先近后遠(yuǎn) 這里所說(shuō)的遠(yuǎn)與近，是按加工部位相對(duì)于對(duì)到的距離大小而言的。在一般情況下，離對(duì)刀點(diǎn)遠(yuǎn)的部位后加工，以便縮短刀具移動(dòng)距離，減少空行程時(shí)間。對(duì)于車(chē)削而言，先近后遠(yuǎn)還有利于保持坯件或半成品的剛性，改善其切削條件。（3） 內(nèi)外交叉 對(duì)既有內(nèi)表面，又有外表面需要加工的零件，安排加工順序時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)外表面粗加工，后進(jìn)行內(nèi)外表面精加工。切不可將零件上一部分表面加工完后，再加工其它表面。7.4進(jìn)給路線的確定在加工中，刀具好刀位點(diǎn)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)軌跡稱(chēng)為加工路線。編程時(shí)，加工路線的確定原則主要有以下幾點(diǎn)：（1）加工路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（2）使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，以減少編程工作量；（3）應(yīng)使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空行程時(shí)間。（4）確定加路線時(shí)，還要考慮工件的加工余量和機(jī)床、刀具的剛度等情況，確定一次走刀，還是多次走刀來(lái)完成所有加工表面，具體綜合上面進(jìn)給線的特點(diǎn)再根據(jù)具體零件具體分析確定進(jìn)給路線的工作重點(diǎn)，主要在于確定粗加工及空行程的進(jìn)給路線，因精加工切削過(guò)程的進(jìn)給路線基本上都是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的。對(duì)于銑削加工時(shí)，當(dāng)工件表面無(wú)硬皮，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)無(wú)間隙時(shí)，應(yīng)選用順銑，按照順銑安排進(jìn)給路線。當(dāng)工件表面有硬皮，機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)有間隙時(shí)，應(yīng)選用逆銑，按照逆銑安排進(jìn)給路線。因?yàn)槟驺姇r(shí)，刀齒是從已加工表面切入，不會(huì)崩刃。對(duì)該方案，粗加工時(shí)用逆銑，精加工時(shí)用順銑。銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時(shí)，刀具不能沿輪廓曲線的法向切入和切出。此時(shí)刀具可以沿一過(guò)渡圓弧切入和切出工件輪廓。7.5 夾具的選擇由圖紙可得出，該零件的尺寸精度及粗糙度都屬于 IT8∽IT10 公差等級(jí)，夾具的選擇都采用機(jī)床通用的夾具就可以達(dá)到圖紙要求了。7.6 刀具的選擇刀具的選擇是加工工藝設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一。刀具選擇合理與否不僅影響機(jī)床的加25工效率，而且還直接影響加工質(zhì)量。選擇刀具通常要考慮機(jī)床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。與傳統(tǒng)的車(chē)削方法相比，車(chē)削對(duì)刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛度好耐用度高、而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造加工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。車(chē)刀和刀片的種類(lèi)有焊接式與機(jī)械夾固式兩大類(lèi)。焊接式車(chē)刀 將硬質(zhì)合金刀片用焊接的方法固定在刀體上稱(chēng)為焊接式車(chē)刀。這種車(chē)刀的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，剛性較好。缺點(diǎn)是由于存在焊接應(yīng)力，是刀具材料的使用性能受到影響，甚至出現(xiàn)裂紋。另外，刀桿不能重復(fù)使用，硬質(zhì)合金刀片不能充分回收利用，造成刀具材料的浪費(fèi)。我們?cè)趯?shí)習(xí)期間就是用的這種刀具，所以對(duì)這種刀具還是比較了解的，在本設(shè)計(jì)中，用到的就是該類(lèi)刀具。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具 機(jī)械夾固式可轉(zhuǎn)為車(chē)刀由刀桿、刀片、刀墊以及夾緊元件組成。刀片每邊都有切削刃，當(dāng)某切削刃磨損鈍化后，只需松開(kāi)夾緊元件，將刀片轉(zhuǎn)一個(gè)位置便可繼續(xù)使用。經(jīng)分析圖紙得出加工該零件時(shí)要用到外端面 90°車(chē)刀內(nèi)孔刀以及如下圖 4-2 所示的成型刀 1 和如圖 4-3 所示的成型刀 2。銑刀要一把底角半徑為 3mm 長(zhǎng)度大于 43mm 直徑為12mm 的銑刀。直徑為 12mm 平底銑刀長(zhǎng)度為 30mm 左右。 Φ40mm 的磨刀，精磨內(nèi)孔。圖 4-2 成刀型 1 圖 4-3 成刀型 27.7 切削用量的選擇車(chē)床加工中的切削用量包括：背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速或切削速度（用于恒線速切削）、進(jìn)給速度或進(jìn)給量。上述切削用量應(yīng)在機(jī)床說(shuō)明書(shū)給定的允許范圍內(nèi)選取。實(shí)習(xí)中背吃刀量為 1mm 主軸轉(zhuǎn)速選擇車(chē)每分鐘 600 轉(zhuǎn)，進(jìn)給速度為 80mm/min。銑床的刀具選用高速鋼鉆頭，其切削用量包括：切削速度、進(jìn)給速度、背吃刀量和側(cè)吃到量，從刀具耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先選取背吃刀量或側(cè)吃刀量，其次確定進(jìn)給速度，最后確定切削速度。由于圖紙上工件表面粗糙度值要求是 6.3，則需分粗銑和半精銑兩步進(jìn)行。粗銑是背吃刀量或側(cè)吃刀量選取同前。粗銑后留 0.6 的余量，在半精銑時(shí)切除。進(jìn)給速度是單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移，單位為 mm/min。它與轉(zhuǎn)速 n、銑刀齒數(shù) Z 及每齒進(jìn)給量 f（單位為 mm/z）的關(guān)系為：V=f·Z·n刀具是硬質(zhì)合金銑刀，查表得出粗銑時(shí) f 取 0.18，精銑時(shí) f 取 0.13切削速度經(jīng)查表得取 Vc 為 80m/min。7.8加工所需工、量具種類(lèi) 序號(hào) 名稱(chēng) 規(guī)格 精度 單位 數(shù)量