毕业论文终稿-螺纹在线加工部件结构设计[下载送CAD图纸 全套打包资料]

I大学毕业设计（论文）课题名称螺纹在线加工部件结构设计日期摘要本次设计是对螺纹在线加工部件的设计。在这里主要包括主轴箱传动机构的设需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑计、进给部件的设计、刀具卡紧部件系统的设计这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机进给运动，而主轴箱通过二级齿轮减速带动主轴旋转运动,改设计提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容1螺纹在线加工部件总体结构设计。2螺纹在线加工部件工作性能分析。3电动机的选择。4螺纹在线加工部件的传动系统、执行部件及机架设计。5对设计零件进行设计计算分析和校核。6绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。关键词螺纹在线加工部件，滚珠丝杠,进给传动,主轴箱IIIABSTRACTTHISDESIGNISTHEDESIGNOFTHETHREADONLINEPROCESSINGPARTSHEREMAINLYINCLUDETHEABILITYTODESIGNANDTOOLDESIGNOFSPINDLEBOXTRANSMISSIONMECHANISM,AFEEDINGPARTOFCARDTIGHTCOMPONENTSYSTEMTHEDESIGNOFTHEGRADUATIONDESIGNONTHEDESIGNOFTHEBASICSKILLSTRAINING,IMPROVETHEANALYSISANDSOLVEENGINEERINGPROBLEMS,ANDFORGENERALMECHANICALDESIGNCREATEDCERTAINCONDITIONSWHOLESTRUCTUREMAINLYBYTHEMOTORGENERATEPOWERTHROUGHTHECOUPLINGWILLNEEDTHEPOWERDELIVEREDTOTHESCREWRODANDSCREWRODDRIVESTHESCREWRODNUT,SOASTODRIVETHEMACHINEFEEDMOVEMENT,ANDSPINDLEBOXBYSECONDARYGEARDECELERATIONDRIVETHESPINDLEROTATINGMOTION,IMPROVINGLABORPRODUCTIVITYANDPRODUCTIONAUTOMATIONLEVELITHASABROADPROSPECTFORITSDEVELOPMENTRESEARCHCONTENTOFTHISTHESIS1THEOVERALLSTRUCTUREDESIGNOFTHEONLINEMACHININGPARTSOFTHESCREWTHREADS2WORKINGPERFORMANCEANALYSISOFTHESCREWONLINEWORKINGPART3MOTORSELECTION4THETRANSMISSIONSYSTEM,THEEXECUTIONPARTSANDTHEFRAMEDESIGNOFTHETHREADPROCESSINGPARTS5DESIGNANDCALCULATIONOFTHEDESIGNPARTSFORCALCULATIONANDVERIFICATION6DRAWINGTHEASSEMBLYDRAWINGSANDIMPORTANTPARTSOFTHEASSEMBLYDRAWINGSANDPARTSDRAWINGSOFTHEDESIGNPARTSKEYWORDSONLINEPROCESSINGPARTS,BALLSCREW,FEEDDRIVE,SPINDLEBOX需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑VIII目录摘要IIABSTRACTIII1绪论111螺纹在线加工部件的要求112课题的目的及意义113国内外概况综述314本课题研究的内容及方法4141主要的研究内容4142设计要求4143关键的技术问题42螺纹在线加工部件总体结构设计521螺纹在线加工部件的构成522螺纹在线加工部件的工作原理523钻孔的基本尺寸和切削用量724减速机构设计103进给结构及传动设计1231进给部位齿轮的传动计算1232高速级齿轮的设计计算1233低速级齿轮的设计计算1534进给丝杠传动设计1835轴向进给滚珠丝杆副的选择19351导程确定19352确定丝杆的等效转速19353估计工作台质量及负重19354确定丝杆的等效负载20355确定丝杆所受的最大动载荷20356精度的选择21357选择滚珠丝杆型号21需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑36校核22361临界压缩负荷验证22362临界转速验证23363丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率2337电机的选择24371电机轴的转动惯量24372电机扭矩计算254主轴箱的设计计算2741进给结构及传动设计2742低速级齿轮的设计计算3143轴的计算34431高速轴的计算34432中间轴的计算38433低速轴的计算425键连接的选择和计算4651高速轴（I轴）上键的选择及校核4652中间轴（II轴）上键的选择及校核4653高速轴（III轴）上键的选择及校核476滚动轴承的选择和计算487主轴的设计计算5171自动松拉刀系统5272自动松拉刀系统的关键零件53结论55参考文献56致谢5811绪论11螺纹在线加工部件的要求对于大型工业设备，在日常维护或技术改造过程中，难免需要在大型固定基础件上加工螺纹，大型固定基础件不易拆卸移动，为了不影响生产，采用通用机床上常规的加工方法以不适合。当螺纹直径较大（40MM）时，需采用专用加工设备。本课题拟设计满足上述要求的专用加工设备。1以80MM螺纹为例，采用镗削方法，多次加工底孔和多次加工螺纹表面，分析计算切削用量，确定所需要的运动关系和初始参数（轴向切削力和径向切削力）；2、要求采用数控方式实现各运动的控制和关联，满足不同螺纹规格的加工需要，通过切换能实现螺纹退刀槽的加工；3专用镗削头经齿轮传动系统驱动主轴实现回转运动，机床主轴精度按普通精度机床要求；4主轴组件采用可伸缩式套筒结构，主轴端结构可安装钻头，镗杆，切槽刀具。12课题的目的及意义近年来，随着汽车、机械、航天等工业领域的不断发展，对齿轮提出了更高的要求传动速度大、承载能力强、使用寿命长、运行噪音小、制造成本低，相应地对齿轮的设计、加工、检测等方面也提高了要求。在这种背景下，现代设计方法、先进制造技术、计算机技术及相关技术的交叉融合，使齿轮相关技术的研究进入了一个崭新的阶段。齿轮加工机床是一种技术含量高且结构复杂的机床系统，由于齿轮使用的量大面广，齿轮加工机床已成为汽车、摩托车、工程机械、船舶等行业的关键设备。特别是，随着汽车工业的高速发展，对齿轮的需求量日益增加，对齿轮加工的效率、质量及加工成本的要求愈来愈高使齿轮加工机床在汽车摩托车等行业中占有越来越重要的作用。机床是齿轮加工机床中的一种，占齿轮加工机床拥有量的40它主要用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。需要CAD图纸，Q咨询414951605统机床完全依靠机械内联传动实现滚刀与工件的同步运动和差动运动往需要经过多级齿轮传动，并且引入蜗杆蜗轮机构使得机械结构非常复杂调整维护非常困难也降低了加工精度。螺纹在线加工部件高加工精度、高生产率的特点，在制造业中的应用比例越来越大，有效地保证了产品质量和产量。随着风电、船舶、建材产业的迅速发展,国内对大型高档机床的需求旺盛,且要求效率高、精度高。国内机床技术与国外有很大差距。国内还没几家单位有能力加工直径为两米的大型螺纹在线加工部件,全世界也只有两家,分别在德国和美国。在这种情况下,有好几年,中国的大型螺纹在线加工部件都需进口这两家的产品。从国外进口,价格贵,交货期长,售后服务麻烦。所以研制加工直径两米以上的大型螺纹在线加工部件和有必要。对螺纹在线加工部件的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。使学生进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化、综合化。培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学知识的能力，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。通过毕业设计资料的搜集、整理、数据的查询，方案的确定，撰写、电路的设计以及毕业答辩等活动，初步了解数控机床回参考点的方式的种类何工作原理，接受初步的数控机床的训练和熏陶，深化和综合基础课、专业课的分析问题和解决问题的能力以及培养协作精神，树立高度的工作责任感的能力，同时系统的对我们三年所学知识进行总结，全面的复习整理，查缺补漏，以达到熟练掌握专业知识的目的，并综合运用和深化所学专业理论识培养独立分析和解决一般工作实际问题的能力，树立高度的责任感，以便在日后工作中能得心应手。能更好的适应社会的需要，充分发挥自己需要CAD图纸，Q咨询414951605才华，贡献自己的一份力量。随着教育改革的逐步深入，为落实增强学生的创新精神，能力培养和素质教育三大新的教育目标打破以理论教学为主，实验教学和实践为辅的传统教育方法，提高学生的创新能力及灵活运用知识的能力，以便能最快的适应工作的需求。13国内外概况综述我国生产机床的历史始于1953年，经过30年的努力，到80年代初已进入世机床主要生产国家行列。目前，国产机床以传统的机械传动式为主，品种、系列齐全。传统机床完全依靠机械内联传动实现滚刀与工件的同步运动和差动运动，往往需要经过多级齿轮传动，并且引入蜗杆蜗轮机构使得机械结构非常复杂调整维护非常困难也降低了加工精度。近几年，我国在机床设计技术方面研究的主要经历了从统机械式机床通过数控改造发展为2至3轴（直线运动轴）实用型数控高效机床，到全新六轴四联动数控高速机床的开发,最大主轴转速一般为1200转/分，与发达国家同类产品相比我国仍然存在着不小的差距，究其原因主要还是因为基础研究差，整体设计能力不足，由此导致新技术应用慢和仿制比重较大，如零传动技术干切技术在齿轮加工机床中的应用一直处于落后状态。数控系统是数控机床的核心，德国西门子、利勃海尔和日本的马扎克、法拉克掌握着数控系统的最高水平，利勃海尔数控系统16个软件包的价格接近母机价格，软件和母机一起卖，不分开出售，软件利润非常高。目前国内机床企业使用的中高档机床的数控系统基本都是国外进口。同时国内研制加工效率高、精度高直径为两米的大型螺纹在线加工部件的单位的能力比较弱，而从国外进口,价格贵,交货期长,售后服务麻烦。数控系统和功能部件发展滞后已成为制约行业发展的瓶颈。国产中档数控系统国内市场占有率只有35，而高档数控系统95以上依靠进口。功能部件国内市场总体占有率约为30，其中高档功能部件市场占有率更低。台湾地区品牌功能部件约占国内市场的50，其余20为欧盟、日本等品牌产品。据国家海关统计数据，2010年我国进口数控系统金额达181亿美元，机床附件含功能部件和夹具类产品达162亿美元。以高速、高精、复合、智能等为特征的高档螺纹在线加工部件关键技术虽然已经取得明显进步，一批共性、基础技术和新产品研发也有了新的进展，但与国际先进水平相比，还存在较大差距。有些关键技术，如高速高精运动控制技术、动态综合补需要CAD图纸，Q咨询414951605技术、多轴联动和复合加工技术、智能化技术、高精度直驱技术、可靠性技术等尚需进一步突破，有些重大技术离产业化还有一段路程。以企业为主体、以市场为导向、产学研用相结合的研发体系尚未真正建立，行业的自主创新发展缺乏高新技术支撑。我国机床工具行业产品质量整体水平已经有了很大提高，对提升产业的整体素质和核心竞争力起到了重要作用，也得到广大用户的认可。但在产品质量的稳定性和可靠性方面，例如机床早期故障率较高，精度稳定性周期短，工程能力系数CPK值、平均无故障工作时间MTBF等指标与国际先进水平比较尚有一定差距。加强产品质量工作，解决深层次的质量问题依然不容忽视。14本课题研究的内容及方法141主要的研究内容为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下1根据现场作业的环境要求和本身的结构特点，确定螺纹在线加工部件整体设计方案。2确定的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。3从所要功能的实现出发，完成螺纹在线加工部件各零部件的结构设计；4完成主要零部件强度与刚度校核。142设计要求1根据所要实现的功能，提出螺纹在线加工部件的整体设计方案；2完成螺纹在线加工部件结构的详细设计；3通过相关设计计算，完成电机选型；4完成螺纹在线加工部件结构的设计；绘制螺纹在线加工部件结构总装配图、主要零件图。143关键的技术问题1方案选择2整体设计3电机选型设计4强度校核52螺纹在线加工部件总体结构设计21螺纹在线加工部件的构成该机在整体结构的主要零部件有底座基础、纵向导轨、横向导轨、支柱、切削头、工作台、控制箱、等组成。其中底座基础上安装有地脚螺栓，纵向导轨支撑体通过地脚螺栓与基础体固定在一起。22螺纹在线加工部件的工作原理本课题主要设计一套数控加工大型零部件上孔内螺纹加工的主轴箱，进给箱内部的机械结构设计框图如图所示，通过对主轴箱的具体结构设计，实现主运动和进给运动，从而实现对于螺纹的加工。这是一条内联系传动链，联系两个执行件，以形成复合成形运动的传动链，称为内联系传动链。它的作用是保证两个末端件之间的相对速度或相对位移保持严格的比例关系，以保证被加工表面的性质。如在卧式车床上车螺纹时，连接主轴和刀具之间的传动链，就属于内联系传动链。此时，必须保证主轴（工件）每转一转，车刀移动工件螺纹一个导程，才能得到要求的螺纹导程。对于主运动的设计是采用交流伺服电机通过减速机构把动力传到主轴上，主轴带动刀具回转在孔内加工出螺纹，而另一方面也采用交流伺服电机和减速机构将运动传到丝杠螺母副，丝杠的回转带动螺母移动，利用螺母座与主轴的套筒联结，由于主轴和套筒的刚性连接，从而使得主轴随着螺母的移动而移动，实现了进给运动。另外在主运动的减速机构上安装编码器用于实时监测主轴的转速，以便及时调整主轴转速，保证螺纹的加工质量。对于钻孔加工和螺纹加工类似，但却是一条外联系传动链，联系交流伺服电动机和主轴，使主轴得到给定的速度运动，并传递一定的动力，外联系传动链传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工表面的形状。因此，外联系传动链不要求两末端件之间有严格的传动关系。通过主轴的主运动和进给运动带动刀具同时回转运动和直线进给运动加工出所要求的孔。需要CAD图纸，Q咨询414951605服电动机是指能够精确地控制转速与转角的一类电动机，它在机电一体化设备进给伺服系统中是执行元件。常用的伺服电动机分为四大类直流伺服电动机；交流伺服电动机；步进电动机；直接驱动电动机。直接驱动电动机、交流伺服电动机和直流驱动电动机均采用位置闭环控制，一般用于要求精度高、速度快的伺服系统；步进电动机主要用于开环控制，一般用于精度、速度要求不高，成本较低的伺服系统中。相比于其他电动机，交流伺服电动机交流伺服电机特点无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。定子绕组散热比较方便。惯量小，易于提高系统的快速性。适应于高速大力矩工作状态。同功率下有较小的体积和重量。减速机构采用直齿圆柱齿轮传动，齿轮传动的优点1、使用的圆周速度和功率范围广；2、效率较高；3、传动比稳定；4、寿命长；5、工作可靠性高；6、可实现平行轴的之间传动。在机电一体化系统中，常常需要检测运动部件的位移和速度。检测角位移和速度常用的传感器是增量式旋转编码器，检测线位移和线速度常用的则是直线光栅。这两种位移检测装置本身就是旋转器，它们与控制系统的接口简单方便。DA/增量式旋转编码器结构和工作原理增量式旋转编码器是一种光学式位置检测元件，主要用以测量转角与转速，输出信号为电脉冲，其外形如图435所示。增量式旋转编码器最初的结构是一种光电盘，如图436所示。在一个圆盘的圆周上分成相等的透明与不透明部分（构成主栅），圆盘与工作轴1一起旋转。此外还有一个固定不动的需要CAD图纸，Q咨询414951605形薄片（分度栅8）与圆盘（主栅7）平行放置，分度栅开有、三组狭缝。ABZ其中、狭缝用于辨向，彼此错开1/4栅距（主栅上相邻两线的间距为一个栅距）；AB狭缝用作零位。工作轴转动时，感光元件接收到的光通量会时大时小地连续变化Z（近似于正弦信号），经放大，整形电路变换后输出方波信号，如图437所示，其中、两路方波的相位差为。若定义相超前于相时工作轴为正转，则相超90ABB前于相时工作轴就为反转。相是零位脉冲（每转一个），通常用作测量基准。在AZ实际应用中，从编码器输出的、相信号经辨向和倍频后，变成代表位移的测量脉B冲被引入位置控制回路进行位置调节；或经频率电压变换器转变成正比于频率的电压，作为速度反馈信号送给速度控制单元进行速度调节。23钻孔的基本尺寸和切削用量根据加工螺纹的公称直径确定孔径的大小，查金属机械加工工艺人员手册以下简称手册可知，普通螺纹的基本尺寸如图所示（注本课题主要研究螺距之间的螺纹）。本课题研究螺纹的公称直径在之间，中径公MP63DM804差等级为8级。查手册可知，直径大于的孔采用两个钻头分两次来钻出，先M30用直径为的钻头钻，然后再扩至所要求的孔径，选用的刀具是锥柄麻花钻50（）,刀具材料是,选用第一系列的刀具直径，工件材料选用为143GBVCRW418结构钢。2QB607GPA查手册得，钻削加工的切削速度公式（1）MIN/15024FTDV式中进给量FR/需要CAD图纸，Q咨询414951605具耐用度TMIN孔径DM由手册查得，当刀具直径，；当刀具直径F650D30MIN7T，将相关参数代入公式得，D50IN9TSV/5382/952MINSMV/4/726AX钻削时轴向力，扭矩及功率的计算公式查手册可知，NMP2706DFNN38234M46170NPKW根据（2）式，计算，KN1MINN902MAX根据（3）式，计算，M893I4538对于转速，有N5DVNSR/得，MI/69/1MINRSRMIN18/351AX将相关参数代入式（4）中得，KWP4INKP574AX根据所计算的相关参数查相关资料，选择180SM3020型号大惯量交流伺服电动机，额定功率56,额定力矩30，额定转速2000，额定线电流286,转动惯量KWNIN/RA90，其安装尺寸如图所示，J2MG需要CAD图纸，Q咨询414951605机性能曲线如上图所示，当电动机轴转速在之间时，转矩在MIN/1502R需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976310之间。MN9265724减速机构设计根据选择的电动机的相关参数和切削加工时功率和转矩的要求，初选进给运动传动机构传动比，二级传动。41I2加工螺纹的基本尺寸和切削用量螺纹的公称直径查手册知，如下表所示D需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976311选择加工三角形内螺纹的公称直径为之间，螺距在之间。DM804PM63加工刀具的材料为硬质合金YT15，加工形式是镗削螺纹，工件材料选用为结构25Q钢。046GPA375B切削速度计算公式（6）64032PTICV其中，为刀具耐用度90，为行程次数，104VCTMIN根据查到的数据可知为2；切削速度1851，2277IIVIN/MAXVIN/主轴转速公式（8）ND同理主轴切削速度在之间，代入主轴转速公式得转速的范VI/72185MN围在之间。电动机轴转速之间根据螺纹加工MIN/026915RMIN/120IN/90RR时主轴转速范围可知，主运动传动机构传动比符合要求。主轴做进给运动时，根据钻削扭矩值选择180SM3020型号大惯量交流伺服电动机，其传动机构传动比，二级传动。32I需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763123进给结构及传动设计31进给部位齿轮的传动计算根据前面章节介绍，该部分总传动比为I3其中高速级取I115，低速级取I2232高速级齿轮的设计计算按设计计算公式1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数。1）根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作机器，速度不高，选用7级精度（GB1009588）3）材料选择由表101选择小齿轮材料为40CR（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS。4）初选小齿轮的齿数，选124Z152436IZ236Z2按齿面接触强度设计由设计公式（注脚标T表示试选或试2131THTDKTUD算值,下同）（1）确定公式内各计算数值1）试选载荷系数13TK2）计算小齿轮转矩11569502740PTNMN3）由表107选取齿宽系数（非对称布置）1D4）由表106查取材料弹性影响系数1289EAZMP5）由图1021D按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿LIM160HAMP轮的接触疲劳强度LIM250HAP6）由式1013计算应力循环次数910614836410HNNJL（J为齿轮转一圈，同一齿面啮合次数；为工作寿命）82905HL需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763137）由图1019取接触疲劳寿命系数12093,6HNHNK8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数为S1，由式1012得1LIM2LI58HNAKMPS（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入较小值1TDH由计算式得，2312TTDKTZUDMM1465T2）计算圆周速度1365760TNMVS3）计算齿轮B1452DTM4计算齿宽与齿高比H模数1820154TTZ齿轮高478AHCMM齿高比6510748B5）计算载荷系数K根据，7级精度，由图108查得动载系数39VS12V由表102查得A由表104用插值法，7级精度,小齿轮相对轴承为非对称布置查得1420HK由查图1013得14,6HBKH134FK故载荷系数需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763141562AVHKK6）按实际的载荷系数校正所算分度圆直径，由式（1010A）得31475TTKDM7）计算模数119724DZ3按齿根弯曲强度设计由式（105）132FASDYKTMZ（1）确定计算参数1图1020C查得小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮弯曲疲劳150FEAMP强度极限为2380FEAMP1）由图1018取弯曲疲劳寿命系数209,FNFNK3算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数由公式1012得14S1329FNAMPS2K4算载荷系数AVFK12341505取齿形系数，应力校正系数由表105查得112265,8FSY6比较大小齿轮的大小ASF11032FASFY226AS大齿轮的数值大（2）设计计算需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763153221564021549815MM对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，终合考虑，满足两方面，对模数就近取整，则M24几何尺寸计算计算得齿轮的参数为齿轮参数表名称计算公式结果/MM模数M3Z124齿数Z236压力角ND172分度圆直径D2108齿顶圆直径12784AD齿根圆直径12650FD中心距12NZMA90齿宽213540B33低速级齿轮的设计计算1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数。1）根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作机器，速度不高，选用7级精度（GB1009588）3）材料选择由表101选择小齿轮材料为40CR（表面淬火），硬度为4855HRC,大齿轮材料为40CR（调质），硬度为280HBS4）初选小齿轮齿数，。取130Z2160Z2需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763162按齿面接触强度设计按设计计算公式（109A）22311THTDKTZUD（1）确定公式内各计算数值1）试选13TK2）计算小齿轮转矩2950689PTNMN3）由表107选取齿宽系数0D4）由表106查取材料弹性影响系数1289EAZMP5）由图1021D按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿LIM190HAMP轮的接触疲劳强度LIM2650HAP6）由式1013计算应力循环次数7106198910HNNJL77254302I7）由图1019取接触疲劳寿命系数12096,08HNHNK8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数为S1，由式1012得1LIM2LI096864537HNAAKMPS（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，由计算式1TD得，MM2123THTDKTIZDA16758T2）计算圆周速度29212676010TNMVS3）计算齿轮B18754DTM需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763174计算齿宽与齿高比BH模数154062TTDMMZ齿轮高5608ATHC齿高比5406178B5）计算载荷系数K由102查得使用系数，；A根据，7级精度，由图108查得动载系数18MVS03V因为是直齿轮所以；1,HFK由表104用插值法查的7级精度,小齿轮相对轴承为非对称轴承时1426HK由查图1013得3FK故载荷系数1469103426AVHK6）按实际的载荷系数校正所算分度圆直径，由式（1010A）得7039MM3314697581TTKDM7）计算模数10238DZ对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，终合考虑，满足两方面，对模数就近取整，则M35结构设计及齿轮零件草图见附件齿轮参数表名称计算公式结果/MM需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976318模数M3Z130齿数Z260压力角ND190分度圆直径D2180齿顶圆直径12968AD齿根圆直径1257FD中心距COS21NMZA135齿宽21605B34进给丝杠传动设计表31滚珠丝杆副支承支承方式简图特点一端固定一端自由结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。一端固定一端游动需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976319长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。两端固定只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。35轴向进给滚珠丝杆副的选择滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。351导程确定则丝杠的导程为取PH12MM31352确定丝杆的等效转速基本公式MIN/RPVNH最大进给速度是丝杆的转速32MIN/1502/8/MAXRPVH最小进给速度是丝杆的转速33I/3/INI丝杆的等效转速式中取I/212MIN1AXRTTTNM故21T34IN/03/212IN1AXRTTTNM需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976320353估计工作台质量及负重主轴箱重量35NXGMG19608201工作台重量36742移动部件重量3733354确定丝杆的等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为003，K为颠覆力矩影响系数，一般取1115，本课题中取13，则丝杆所受的力为NGFGFGFKFZX21520331223Y12YMA）（）（）（38390IN其等效载荷按下式计算（式中取，）21T1N310NTNFFM49321MI3AX355确定丝杆所受的最大动载荷311316MHKAHTWM10NTFFCARFW负载性质系数，（查表取FW12）FT温度系数（查表取FT1）FH硬度系数（查表取FH1）FA精度系数（查表取FA1）FK可靠性系数（查表取FK1）FM等效负载NZ等效转速TH工作寿命，取丝杆的工作寿命为15000H需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976321由上式计算得CAR17300N表321各类机械预期工作时间LH表322精度系数FA表323可靠性系数FK表324负载性质系数FW356精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变M动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝30V杠的精度等级X轴为13级（1级精度最高），径向进给为25级，考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择X轴Y轴精度等级为3级，径向进给为4级。357选择滚珠丝杆型号计算得出CACAR173KN312则COA23FM（346519）KN313公称直径PH12MM则选择FFZD型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976322FFZD40103。公称直径D040MM丝杆外径D1395MM钢球直径DW7144MM丝杆底径D2343MM圈数3圈CA30KNCOA663KN刚度KC973N/M36校核滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度KO有丝杆本身的拉压刚度KS，丝杆副内滚道的接触刚度KC，轴承的接触刚度KA，螺母座的刚度KN，按不同支撑组合方式计算而定。361临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算314NFKLEIFFCRMAX201E式中E材料的弹性模量E钢21X1011（N/M2）LO最大受压长度（M）K1安全系数，取K113FMAX最大轴向工作负荷（N）F1丝杆支撑方式系数F1151I丝杆最小截面惯性距（M4）31544221_6WODDI式中DO是丝杆公称直径（MM）DW滚珠直径（MM），丝杆螺纹不封闭长度LU工作台最大行程螺母长度两端余量需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976323LU30014820X2488MM316支撑距离LO应该大于丝杆螺纹部分长度LU，选取LO620MM代入上式计算得出FCA58X108N可见FCAFMAX，临界压缩负荷满足要求。362临界转速验证滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠的最CRN高转速3172230KPAEILFNCZCR式中A丝杆最小截面A2462M1093414D丝杠内径，单位；2DMP材料密度P785103KG/M临界转速计算长度，单位为，本设计中该值为148/2300620CLCL488/2440MM318安全系数，可取082K2KFZ丝杠支承系数，双推简支方式时取189经过计算，得出63104，该值大于丝杠临界转速，所以满足要求。CRNMIN/R363丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率丝杠系统的轴向拉压系统刚度KE的计算公式LAEKS/MAXIN式中A丝杠最小横截面，31924ADM螺母座刚度KH1000N/M。当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L植分别为750MM和需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976324100MM。经计算得320MIN/1/2/1/SCHEKK321SRADMWEB/K式中KE滚珠丝杠副的拉压系统刚度N/M；KH螺母座的刚度N/M；KH1000N/MKC丝杠副内滚道的接触刚度N/M；KS丝杠本身的拉压刚度N/M；KB轴承的接触刚度N/M。经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500R/MIN，能满足要求。37电机的选择步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。371电机轴的转动惯量A、回转运动件的转动惯量322328MD42LJR上式中D直径,丝杆外径D395MML长度1MP钢的密度78002KG/M需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976325经计算得3232M0KGRJB、轴向进给直线运动件向丝杆折算的惯量3242PMJL上式中M质量轴向进给直线运动件M160KGP丝杆螺距（M）P0001M经计算得325281049KGJLC、联轴器的转动惯量查表得326204KG/MJW因此32728M08KG4109LR372电机扭矩计算A、折算至电机轴上的最大加速力矩328ATJNT602MXAX上式中329IN/15XRJ00028KG/M2330TA加速时间KS系统增量，取15S1,则TA02S3TA经计算得331MNT2MAXB、折算至电机轴上的摩擦力矩332IPFT20F需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976326上式中F0导轨摩擦力，F0MF，而F摩擦系数为002，F0MGF32NP丝杆螺距（M）P0001M传动效率，090I传动比，I1经计算得MNTF750C、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩333I212000PT上式中P0滚珠丝杆预加载荷1500N0滚珠丝杆未预紧时的传动效率为09经计算的T0005NM需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763274主轴箱的设计计算41进给结构及传动设计根据加工螺纹的公称直径确定孔径的大小，查金属机械加工工艺人员手册以下简称手册可知，普通螺纹的基本尺寸如图所示（注本课题主要研究螺距之间的螺纹）。本课题研究螺纹的公称直径在之间，中径公MP63DM804差等级为8级。查手册可知，直径大于的孔采用两个钻头分两次来钻出，先M30用直径为的钻头钻，然后再扩至所要求的孔径，选用的刀具是锥柄麻花钻（50）,刀具材料是,选用第一系列的刀具直径，工件材料选用为14GBVCRW418结构钢。23QB6037GPA查手册得，钻削加工的切削速度公式（1）MIN/15024FTDV式中进给量FR刀具耐用度TMIN孔径D由手册查得，当刀具直径，；当刀具直径F650MD30IN7T，将相关参数代入公式得，D50IN9TSMV/5382/952INSV/4/726MAX钻削时轴向力，扭矩及功率的计算公式查手册可知，NMP2706DFNN38234M46170NPKW根据（2）式，计算，KN1MINN902MAX根据（3）式，计算，M893I4538对于转速，有N5DVNSR/得，MI/69/1MINRSRMIN18/351AX需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976328将相关参数代入式（4）中得，KWP41MINKP574MAX根据所计算的相关参数查相关资料，选择180SM3020型号大惯量交流伺服电动机，额定功率56,额定力矩30，额定转速2000，额定线电流286,转动惯量KWNIN/RA90，其安装尺寸如图所示，J2MG进给部位齿轮的传动计算根据前面章节介绍，该部分总传动比为I4其中高速级取I12，低速级取I22高速级齿轮的设计计算按设计计算公式1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数。1）根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作机器，速度不高，选用7级精度（GB1009588）3）材料选择由表101选择小齿轮材料为40CR（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS。4）初选小齿轮的齿数，选124Z1248IZ24Z2按齿面接触强度设计由设计公式（注脚标T表示试选或试2131THTDKTUD算值,下同）（1）确定公式内各计算数值1）试选载荷系数13TK2）计算小齿轮转矩11569502740PTNMN3）由表107选取齿宽系数（非对称布置）1D4）由表106查取材料弹性影响系数1289EAZMP5）由图1021D按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿LIM160HAMP轮的接触疲劳强度LIM250HAP6）由式1013计算应力循环次数需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763299160146028306410HNNJL（J为齿轮转一圈，同一齿面啮合次数；为工作寿命）8295HL7）由图1019取接触疲劳寿命系数12093,6HNHNK8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数为S1，由式1012得1LIM2LI58HNAKMPS（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入较小值1TDH由计算式得，2312TTDKTZUDMM1465T2）计算圆周速度1365760TNMVS3）计算齿轮B1452DTM4计算齿宽与齿高比H模数1820154TTZ齿轮高478AHCMM齿高比6510748B5）计算载荷系数K根据，7级精度，由图108查得动载系数39VS12V由表102查得A由表104用插值法，7级精度,小齿轮相对轴承为非对称布置查得1420HK需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976330由查图1013得14,067HBKH134FK故载荷系数1562AVHKK6）按实际的载荷系数校正所算分度圆直径，由式（1010A）得31475TTKDM7）计算模数119724DZ3按齿根弯曲强度设计由式（105）132FASDYKTMZ（1）确定计算参数1图1020C查得小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮弯曲疲劳150FEAMP强度极限为2380FEAMP2）由图1018取弯曲疲劳寿命系数1209,FNFNK3算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数由公式1012得14S1329FNAMPS2K4算载荷系数AVFK12341505取齿形系数，应力校正系数由表105查得112265,8FSY6比较大小齿轮的大小ASF11032FASFY需要CAD图纸，Q咨询414951605或13041397633122016FASFY大齿轮的数值大（2）设计计算321562401549815MM对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，终合考虑，满足两方面，对模数就近取整，则M24几何尺寸计算计算得齿轮的参数为齿轮参数表名称计算公式结果/MM模数M3Z124齿数Z248压力角ND172分度圆直径D2144齿顶圆直径127850AD齿根圆直径12643FD中心距12NZMA108齿宽21605B42低速级齿轮的设计计算1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数。1）根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763322）运输机为一般工作机器，速度不高，选用7级精度（GB1009588）3）材料选择由表101选择小齿轮材料为40CR（表面淬火），硬度为4855HRC,大齿轮材料为40CR（调质），硬度为280HBS4）初选小齿轮齿数，。取130Z2160Z22按齿面接触强度设计按设计计算公式（109A）22311THTDKTZUD（1）确定公式内各计算数值1）试选13TK2）计算小齿轮转矩2950689PTNMN3）由表107选取齿宽系数0D4）由表106查取材料弹性影响系数1289EAZMP5）由图1021D按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿LIM190HAMP轮的接触疲劳强度LIM2650HAP6）由式1013计算应力循环次数7106198910HNNJL77254302I7）由图1019取接触疲劳寿命系数12096,08HNHNK8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数为S1，由式1012得1LIM2LI096864537HNAAKMPS（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，由计算式1TD需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976333得，MM212312T