数控多工位钻床的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 数控多工位钻床的设计 【摘要】 数控机床因其卓越的优点而广受广大厂家的欢迎，近年来，国内数控钻床发展速度进一步加快，但与此同时，也要看到国内数控钻床产业发展基础薄弱，监管起步晚，尤其是在多工位钻床这一块。所以加快提高国内数控钻床的技术创新能力、加强数控钻床的生产质量是当务之急。我们立足于数控技术与普通机床设计的方法，并对比国内与国外数控机床现况的情况的基本思路，设计出一个完成经济型数控多工位钻床的方案。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 【 of is in of in NC at to NC is in So NC NC is a We on of NC a nc 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 前言 随着时代的发展，作为现代科 学技术发展的重要标志之一的数控机床得到了更多的研究，而随着在机加工中广泛投入使用这种机床，更是促进了传统的机械加工行业的高速发展。由于数控机床极大地提高了加工精度、生产率和自动化程度，受到了生产商的广泛欢迎。而数控多工位机床则因其一次装夹能进行多工位的加工。在某种程度上，更是大大的提高了机加工的加工效率，很适合工件的批量生产。 针对数控多工位钻床的设计，我们要完成： 首先，对数控多工位钻床进行结构设计：在机床的结构刚度上，应当比同类普通机床的刚度系数高 50%；尽可能的提高机床的抗振性；提高机床在低速进给时的 运动精度和平稳性。 第二，对钻床的主传动和主轴部件进行设计。数控钻床主轴传动特点是：使主轴能在轴向方向上移动和使主传动能进行多级调速。 第三，多工位的数控钻床，必须有主轴箱的进给和工作台的滑动。在本次设计中，进给传动和传动部件也是一个重要的环节。数控机床的传动多是用步进电机经过滚珠丝杠螺母副的结构传动。对于钻床来说，工作台进给机床不加工。故可采用简单的滑动导轨实现工作台的进给和主轴箱的进给，多个滑动导轨的叠加组合便可以使钻床实现 X、 Y、 第四，任何机床，床身和立柱都被作为作为不可缺少的 因素，数控多工位钻床也不例外的。床身和立柱的设计应考虑：要保证机床各部分的刚度。床身、立柱的结构和材料选择是必不可少的。 第五，对于数控多工位钻床，多工位是必不可少的重要一步我们必须为钻床设计一个回转工作台，从而实现多工位。 最后，作为重点部分，涉及到数控机床控制部分的设计是重中之重。对于我们的设计要求设计出机床的硬件部分 :控制元件的选择和对控制进行初始化处理。 对于本次数控多工位钻床的设计，我们认为运用数控机床提高了加工精度、生产率以及自动化程度的特点，能使钻削加工实现自动化的数控加工。采用多工位则更为缩 短了装夹时间等辅助时间，使生产率得到更大的提高等。这就是本设计课题经济意义。 然而更为重要的是：我们希望通过这样的毕业设计培养我们综合应用所学的专业知识和基础理论、基本技能的能力，树立一种正确的设计思想。了解工程设计的一般程序和方法。我想这才是我们做这次毕业设计要达到的真正目的吧！ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第一章 数控机床概述 数控机床简介 数控机床的 发展历史及其所发挥的作用 当前， 因为各国科技水平的高速发展 ， 越来越多的人们不再满足于单一的产品 ， 所以商家想方设法的生产各种中小档次的新品种 。同时 ， 伴 随着航空 、汽车工业 的飞跃发展 和轻工消费品 的大量 生产， 市场对 高精度和 形状 复杂的零件 需求量 越来越 大 。 除此之外 ， 要想在日益激烈的市场竞争中获胜，生产商只能尽量缩短产品开发加工周期，而传统的加工设备和制造方法显然不能满足这个要求。 而数字控制机的出现，让商家看到了希望。 1947 年，美国 司为了精确制造直升机翼、桨叶和直升机框架，开始探讨用三坐标曲线数据来控制机床的运动，并进行实验，加工飞机零件。 1949 年，为了能在短时间内制造出经常变更设计的零件，美国空军与 司签定了制造第一台数控机 床的合同。 1951 年，美国麻省理工学院承担了这一项目。 1952 年， 麻省理工学院 伺服机构研究所用实验室制造的控制装置和辛辛那提公司的立式铣床成功地实现了三轴联动数控运动，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕。随着不断的改进与完善， 1955年，数控机床开始用于工业加工。 将机械制造工业带进一个新阶段的 数控机床 ， 是 采用了多种最新科学成果而形成的，其中包括 微电子、计算机、自动检测以及精密机械等技术 。 从第一台数控机床问世到现在， 机械领域 发生了 翻天覆地 的变化， 基本 所有 类型 的机床都实现了数控化 ，由此 可见，数控技术的高速发展的确改变了世界 。数控机床 也从 最初的 航空工业逐步 应用 到汽车、造船、建筑等机械制造行业。 另 外， 坐标测量仪、绘图仪、激光加工与线切割机等机械设备中也应用到了数控技术 。 而当前机械制造业发展的方向则是 继续研发 数控加工技术， 向 着 更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化方向 发展 。 我国自主研究数控技术，开发数控产品得追溯到 20世纪 50年代末期。 1958年， 我国第一台数控铣床在 清华大学和北京第一机床厂合作 下研制成功 。 在前辈多年的不懈 努力 下 ，数控产业得 到 了 高速 的发展：关键技术 已经初步应用在 国产数控系统 上 ， 使得机床大大提高了其 可靠性； 大部分 新开发的国产数控机床 则是达到 先进国家 20 世纪 末期水平 ，为 当时的 国家重点建设 节省了许多人力 ；高速主轴制造技术、快速进给 及 换刀、柔性制造等技术 方面也取得了突破 ，为国产数控机床的 长远 发展奠定了 坚实的 基础。 我们有理由相信我国和先进国家之间在 数控技术 上的差距会越来越小。 作为机械加工现代化的重要基础和技术， 数控加工 技术具有下优点： 提高生买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 产效率并保证生产 质量 ； 缩短加工周期 ； 增加生产柔性 ； 实现对各种复杂精密零件的 便捷化加工；减少车间设备总数，便于 实行计算机 化 管理 ，使得人力资源 以及工作条件得到提高； 有利于加快产品的开发和更新， 从而 增加 企业 在 市场 上的生存能力 并 为其带来可观的经济效益 。 毫无疑问， 数控加工技术 使得 机械加工的大量前期准备工作 和 机械加工过程 合二为一 ， 大大减少了加工时间；同时也实现了 零件的计算机辅助 一体化，如计算机辅助 设计、计算机辅助工艺规划 和计算机辅助制造 ， 便于操作；更是提高了 机械加工的柔性自动化水平 ，加强了加工效率 。 数控加工技术 在军事工业上同样具有举重若轻的作用 。 因 为许多先进飞机、导弹、坦克等的关键零件的制造 ，都离不开高性能数控机床的加工。 而 美国与西方各国 为了限制我国 在 高档数控 机床与技工技术方面 的发展 ，一直通过巴黎统筹委员会 对我国进行技术监控和 封锁 。 我国的航空、能源、交通等行业 虽然 也从西方引入了一些 五坐标机床等高档数控设备， 但却不准用于军事用途的零件加工，终其原因还是受到了国外的监控和限制 。 尤其 是 1999 年美国 考克斯报告中一项主要内容指责我国将 用 从美国购买的二手数控机床 进行 军事 生产 ，这一切 都 说明在国防现代化方面， 数控加工技术 有很重要的作用 。 数控机床应用范围及特点 目前的数控加工主要应用于以下两方面： 一方面是 如二维车削、箱体类镗铣等 常规零件加工 的应用 。 在 提 高加工效率和 避免 人 为误差 的同时 ， 更是 保证 了产品质量，并且高成本的工装设备被 柔性加工方式 代替 ， 能 缩短产品 加工 周期， 以满足 市场需求。 提高机床的柔性自动化程度、高速精加工能力、加工过程的可靠性与设备的操作性能则是为形状比较简单的 零件实现 这些优点 的关键 所在 ， 而另外一方面我们也要 合理 的安排 生产组织、计划调度和工艺过程。 另一方面是 如模具型腔、涡轮叶片等 复杂形状零件加工 的应用 。 在许许多多的制造行业中，这类 零件 一直是厂家的重点生产对象 ， 可以说整机床品的质量直接受到由这类零件 加工质量 的 影响。 常规加工方法 对 这类 型面复杂的 零件 基本无从下手 ， 所以从另一个角度讲，作为数控加工技术的主要研究及应用对象，这类零件 它 也促使着数控加工技术的产生及进一步研发 。 从加工技术方面来讲，有效地获得高效优质的数控加工程序从而在加工过程整体上提高生产效率 ， 是加工这类型面复杂的零件的重点，但也 要求数控机床具有较强的运动控制能力 ，从而提高加工质量。 数控机床 之所以 在机械制造领域中得到日益广泛的应用，是因为它 具有很多传统加工机床所无法比拟的优点，如 高柔性、生产效率高、 可以加工复杂型面、稳定可靠的加工质量、 加工精度高、自动化程度高、有利于生产管理的现代化。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 数控机床的工作原理与组成 数控机床的工作原理 和加工过程 数控机床是 用数字信息进行控制的机床。它的工作原理是程序介质上用代码和数字信息记录下 刀具移动轨迹信息， 将程序介质 送入数控系统， 在其中进行 译码和运算 后 ，控制机床刀具与工件的相 对运动，从而加工出所需工件。数控加工基本过程如 图 1所示： 图 1、 数控车床基本加工过程 数控机床 在 加工零件时， 首先 将 已经编制好的零件 数控程序输入到数控装置，再由数控装置 控制 机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他 诸如刀具选择 和 交换，工件 的夹紧、松开以及 冷却 和 润滑的启、停等动作， 在数控程序的编排下， 使刀具与其他辅助装置严格地按照规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出 符合零件要求的尺寸、 形状与精度等。 数控机床的组成 总体来说，信息输入装置、数控装置、伺服系统、机床本体以及复杂装置足可以组成 一台完整的数控机床。 数控技术的发展现状与趋势 近十几年来， 得益 于微电子、计算机技术的飞速进步 ， 数控机床 向 着高精度 化 、 高自动 化 、 高柔性 化 、 高速度 化 、 复合化、智能化、网络化等方向发展。 精度化 随着科技水平的发展， 工业产品对精度 的要求 越来越高，像仪表、家用电器等 就 有相当高精度的零件，典型的 微米、亚微米级 精度零件如 气浮陀螺马达轴承 、陀螺仪框架与平台 、 伺服阀体、涡轮叶片、非球面透镜、磁头等。 而传统的机床是无法做到这些的， 因此高精度化是数控车床发展的必然方向。 高自动化 高自动化是指在全部加工过程中尽量减少“人”的介入而自动完成规定的任务，它包括物料流和信息流的自动化。自 20世纪 80年代中期以来，以数控机床为主体的加工自动化已从“点”的自动化发展到“线”的自动化，结合信息管理系统的 自动化，逐步形成整个工厂“体”的自动化，并出现了 厂的雏形实体。尽管由于这种高自动化的技术还不够完备， 投资过大，回收期较长，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 而提出“有人介入”的自动化观点，但数控机床的高自动化并向 成方向发展的总趋势仍然是机械制造业发展的主流。数控机床的自动化除进一步提高其自动编程、上下料、加工等自动化程度外，还在自动检索、监控、诊断、自动对刀、自动传输等方向进一步发展。 高柔性化 机床适应加工对象变化的能力成为 机床 的柔性 。 只有提高机床的柔性，生产出来的产品才能满足客户对其提出的多样 化和个性化 。数控机床 不能仅仅满足于提高单机柔性化，单元柔性化和系统柔 性化 也是它的 发展 方向 。 而现如今 出现 的可编程控制器 （ 控制的可调组合机床、换刀换箱式加工中心 、 数控多轴加工中心 、数控三坐标动力单元等具有柔性的高效率加工设备，柔性加工单元（ 柔性制造系统（ 及介于传统自动线与 间的柔性制造线（ 都充分说明了大批量的生产方式在 提高其 柔性化 能力，更何况 中、小批量的生产方式 。 高速度化 保证零件精度和质量 的 前提下，提高加工效率和减少数控机床非增值时间是提高生产率的有 效手段。 而 最好途径 则是 提高 机床 主轴转速， 加 快坐标移动速度 。现如今， 机 床 加 工 技术发展的主流方向 之一 高速加工， 能 从根本上 将 数控机床 推向 高效高速化， 当然 高速加工要求数控机床应具有轻运动部件质量、高刚性和高耐用度 。高主轴转速并不是高速数控机床应用的全部，高速加工是一个复杂的过程，或者说是一个系统工程：它将涉及机床结构、刚性、高速主轴，快速坐标驱动，控制系统，高速加工工艺和编程、刀具、刀夹系统和接口、排屑技术、冷却和安全操作等，只有所有这些方方面面都取得了成功，高速加工才能取得成功。因此， 只有 深入研究和解决 高速加工领 域 的 许多重大技术， 我们才能实现数控机床的高效高速化。 复合化 复合化包含了工序复合化和功能复合化。在一台数控设备上能完成多工序切削加工的加工中心， 可以说完全 打破了传统的工序界限和分开加工的规程。一台具有自动换刀装置、自动交换工作台和自动转换立卧主轴头的镗铣加工中心，不仅一次装夹便可以完成镗、铣、钻、铰、攻 丝和检验等工序，而且还可以完成箱体件五个面粗、精加工的全部工序。数控机床的复合化，可以从根本上节约加工时间，提高生产效率，更是大大节约了人力。 智能化 加工过程中的智能化则是 数控 技术的一个重要发展趋势。 机床的智能化为未来 为未来装备制造业实现全盘生产自动化创造了条件。首先，通过自动抑制振动、减少热变形、防止干涉、自动调节润滑油量、减少噪音等，提高机床的加工精度、加工 效率。其次，单 个机床自动化水平提高后，可以很大程度上减少人在管理机床方面的工作量，从而为 机床以外的复杂问题 提供更多 精力和时间 去解决 。 再次 ，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 数控系统的开发创新，对于机床智能化起到了极其重大的作用。它 不仅 能够 储存、分析、处理、判断、调节、优化、控制 其 收容 的 大量 信息 ， 还具有工夹具数据库、对话型编程、刀具路径检验、工序加工时间分析 、开工时间状况解析、实际加工负荷监视、加工导航、调节、优化，以及适应控制 等 重要功能 。 网络化 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元 。 在企业内部，具有网络功能的数控系统可以充分实现企业内 部的资源和信息共享 。 目前国内常用的数控机床点对点控制系统， 但网络化以后， 机床和计算机之间 可以 实现一对多和多对多的数据传输。 高可靠性 数控机床产品质量 的一项决定性 因素 就是 数控机床的可靠性 。 数控机床能否发挥其高性能、高精度、高效率，并获得良好的效益，关键 还是 取决于 其 可靠性。而平均无故障工作时间（ 是 衡量可靠性的重要的量化指标。 对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为 10： 1的话（数控的可靠比主机高一个数量级）。此时数控系统的 其中的数控装置、主轴及驱动等的 必须大于 10 万小时。当前国外数控装置的 已达6000小时以上，驱动装置达 30000小时以上。 。 我国数控产业现状及发展 国家自 20 世纪 80 年代以来， 就十分看重 数控机床的发展，经 过 “六五”、“七五”消化引进技术 后 ，“八五”期间自主 开发 版权数控机床 ，为以后的数控机床 产业化 打下了良好的基础 。“九五”期间 则完全实现 数控机床 的产业化 ， 而到了 “ 十一五 ” 期间，中国机床工业 则 是渐入佳境，开辟了中国机床业的黄金发展期 。 从 2001 年至 2009 年我国金切机床产量可以看出， 2009 年较 2005 年相比，我国金切机床产量增长了 28%， 2009 年数控机床产量是 2005 年的 ，产量数控化率由 2005年的 2009年上升到 机床产 值数控化率超过 50%。经过几十年的努力，我国 加快 重型和超重型机床 的 发展速度，年产量已超过 2000台；产值数控化率超过 70%；从 2002 年到 2008 年产值年均增长 2009年产值是 2000年的 产品规格上制造许多世界极限：立式车床最大规格 25m，镗铣床镜杆直径 320门镗铣床龙门加工宽度 11m，卧式车铣床最大加工直径 5m，最大承重 500吨，轧辊磨床最大磨削直径 2500术水平也 有新的突破和提高，机械传动间隙消除和对传动误差补偿技术；龙门移动同步技术；大跨距横梁位移补偿技术 ；镗铣床主轴悬臂位移补偿技术；超大载荷偏载买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 的卸荷导向技术；特大型零件加工、装配及精度保证；静压导轨和静压轴承技术等 先进技术已经被掌握 。 曾长期捆扰我国，并受到西方国家封锁的多坐标联动数控系统和数控技术已日趋 成熟。 “ 十 五”期间， 我国多轴联动数控机床出现了百家争艳的盛况， 北京机电研究院、四川长征机床厂也推出五轴联动数控铣。天津第一机床厂、重庆机床厂、南京第二机床厂、秦川机床厂先后推出多轴联动数控齿轮机床。昆明机床厂与清华大学合作、天津第一机床厂与天津大学合作、哈尔滨量具刃具厂与哈尔滨工业大学合作、大连机床厂与清 华大学合作，先后推出五轴 (及以上 )联动虚拟机床 。 行业规模的不断壮大，国产高档数控车床的明显进步以及忠告当数控系统的重大突破，都充分说明了，中国数控机床的整体水平已经全面提升，我们有理由相信，在不就的将来，中国机械必然在世界发挥着重要的一面。 本文所做的工作 成数控多工位钻床的资料收集与国、内外现状的调查比较，提出较为可行的方案 ; 成机床的机械结构设计计算与电气控制系统设计，初步完成控制系统的软硬件设计；提交论文及机械系统的装配与关键零部件的相应图纸及数控系统的硬件图，同 时提交电子文档 ; 写设计计算说明书。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 第二章 机械结构选择 经过毕业设计给出的题目要求和数据 :要设计加工工件的最大直径为 10其工作行程为 300 300 70的数孔多工位钻床。根据这一特点表明要设计的机床是一台中小型的数控钻床，而且是用于一般的机加工中。所以设计这样的机床考虑其经济性、合理性应该是最为重要的和成为设计的主导思想！ 阅读 相关数控机床资料和数控机床的市场调查，选择 合理的机床结构很重要。传统的数控机床结构包括立式、卧式两大类。立式机床的主轴定位多数是 相同的，它的优点在于：机床小巧、占地空间小、经济实惠。适合于工作单一加工工件较小及加工尺寸小的场合。而卧式数控机床的主轴结构及主轴箱布局可为单面悬挂主轴箱和主轴箱位于立柱对面内。后者的优点在于：主轴箱的自重不会使立柱产生弯曲变形，相同的切削力所引起的立柱的弯曲和扭转变形均大为减小。这样就相当于提高了机床的刚度。故要是采用对数控机床结构设计成为卧式结构的话就应该选用主轴箱位于立柱内的布局形式。然而一般的卧式数控机床的加工尺寸都很大，对于我们要设计的机床加工零件的尺寸是很小的：仅为最大加工为 10孔。从经 济的角度上来说：我们设计的机床采用立式的结构更为节省空间，节省材料。同时机床看上去更为小巧，然而完全可以达到要求加工范围的要求。包括此类机床的其它特点都很满足我们要设计机床的要求。 而另一个问题则为，机床是否采用多轴 ， 多轴钻床可分为可调式和固定式两种规格，可调式多轴钻床在其加工范围内，其主轴的数量、主轴间的距离，相对可以任意调整，一次进给同时加工数孔。在其配合液压机床工作时，可自动进行快进、工进（工退）、快退、停止 丝）比较，工件加工精度高、工效快，可有效的节约投资方的人力、物力、财力。尤其机床 的自动化大大减轻操作者的劳动强度。固定式多轴钻床采用单件（加工件）专机的设计方案，根据其加工件加工频率高、量大之原因，专门量身定制一件一机的设备，在其工作中勿须担心尺寸跑偏而伤脑筋 ，更是可以针对客户的要求进行专项设计。而对于大多数金属加工机床来说，数控进给复合运动的加工，是以直线轴加上回转轴的联动来实现的，而数控回转轴的设计与制造，更是衍生了数控回转工作台，这种既能作为数控回转轴，同时也起着承载工件重量、夹持工件的功能，有着进给分度和实现工作台圆周方向的进给运动的作用。相比于前者，这种机床无疑比较经济实惠。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 所以， 我们通过对数控机床结构的了解和认识 ， 结合论文题目的要求， 我们认为 对于我们即将设计的机床，采用立式的结构是完全可行的。方案的确定结果是： 拥有回转台的 数控多工位立式钻床。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 第三章 机械传动部件设计 由于电机工作时，其负载阻力有切削力、摩察阻力、惯性力， 所以 只有 在这些阻力被 克服，才能正常启动及运行。因此要对进给系统进行必要的设计及计算。 切削力的计算 要求加工的最大孔为 0具为高速钢麻花钻（以磨损）。工件材料为 45 井 钢（ b=灰铸铁 190工精度为： 以下孔初加工。 确定切削力和扭矩： 计算 ： （ 1）、当工件材料为 45 井 钢时，根据以知条件查机械加工工艺手册头钻孔时的进给量知： 10表 速钢钻头切削时切削速度、扭矩及轴向力可选取进给量的两极限值 f=r r,对应的它们的切削速度为 V=s s,则由10000得 01000d 钻头或工件的转速 1 0 0 02 由 机械制造工程原理 计算钻头轴向力 F 和扭矩 T 的经验公式及麻花钻轴向力和扭矩表达式中的系数 、指数及修正系数可知： 1） 2） 3102 P （ 3） 其中对于钢 b= M=于已磨损钻头 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 工件材料 b =最小进给量 f=r 10 1=1=102 1= 10大进给量 f=r 10 1=2=102 1 = 10 2） 当工件材料为 灰铸铁 据以知条件查机械加工工艺手册表 头钻孔时的进给量知： 10量为 表 速钢钻头切削时切削速度、扭矩及轴向力可迭取进给量的两极限值 f=r r，对应的它们的切削速度为 V=ss, 则由10000得 01000d 钻 头 或 工 件 的 转 速 n / 0 01 0 0 0033 n / 0 01 0 0 0 0 44 由金属切削刀具计算钻头轴向力 F 和扭矩 T 的经验公式及表 3花钻轴向力和扭矩表 达式中的系数 、指数及修正系数可知： 1） 2） 3102 P （ 3） 其中对于 灰铸铁 于已磨损钻头 工件材料 90） 则最小进给量 f=r 10 1 1=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 102 1 1= 10大进给量 f=r 10 1 1=4=102 1 1= 10此可得钻 头的最大转矩 大转矩 大切削功率 钻头主轴所需要的功率为： 总 其中 总 = 花键轴 轴承 深沟球轴承 = （取 3个） 角接触推力轴承 =取 2个） 花键轴 = 由金属切削机床查得： 总 = 花键轴 轴承 = 于主轴电机 的选择，查 机械设计手册 ，对于中小功率的电机，一般额定转矩只有 主轴所需要的最大扭矩为 必须采用齿轮组进行减速以提供大的转矩达到符合相应电机的额定转矩。 在数控机床多工位钻床的设计过程中，要求数控机床能够进行多级变速。在这种情况下，我们正好可以采用一个变速器来解决。无级变速器就是能使主轴达到相应转矩和使主轴传递的转矩符合要求。 同时，根据主轴特点设计钻床主轴的特点是主轴在轴向方向上有移动，就是说上端的花键轴外面必须套有内花键的齿轮或其它才能将电动机的运动传递给主轴，使主轴转动。 在本次设计中我们就选用花键的齿轮作为传动件，把电机的转动传给主轴，则从主轴来的传动方式为： 主轴（花键轴） 内花键齿轮 啮合齿轮（一组或多组） 联轴器 无级变速器 主轴电动机 主轴齿轮传动方案确定： 1、 设定齿轮传动方案 1 1、 如图 2所示： 轴为机床主轴，设计为齿轮花键轴。由前面知齿轮花键轴的功率为 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 、 主轴传动示意图 即轴 P = P = P / 齿轮 =取 齿轮 =度等级为 8级） 则主轴电机输出功率 2= P / 联轴器 =据机械设计手册 选择电机可用 前者略小于最大输出功率，而加一个无级变速器相对于电机来说其传递功率也不会消耗太多，粗略估算则选用后者定功率为 定电压为 380V，额定电流为 速为2840r/大额定转矩为 选择了电动机就可根据所选择电动机确定相应的无级变速器。根据电动机功率和转矩及主轴所必须达到的最小转矩，可确定变速器，查机械设计手册第四卷可选择的无级变速器为： 根据无级变速器的相关数据和主轴所需要的相关数据，无级变速器提供的转矩已经可以达到主轴要求的转矩，同时转速也能达到要求。故在接下来设计的齿轮组中，主要达到的目的为将电动机的转动传递给主轴使主轴完成转动，并不影响轴向的进给运动。 对于齿轮组的设计就是要完成 传动。为了设计需要，可以仅设计一组齿轮即可。又因为转矩完全达到要求，转矩要求的差又不是太大，从对主轴箱结构设计入手（对主轴箱的总体布局和结构合理、比例合适），可将这对齿轮设计成一组惰轮，即不改变变速器传递出来的转矩和转速，仅将转动传给主轴，达到了设计要求和目的。 2、 设计齿轮 在齿轮设计中，取转矩最大时设计用到最大转矩 削速度31r/ 首先小齿轮（主动齿轮）用 40质处理，硬度 241286均取为 260齿轮（从动齿轮）用 45 钢，调质处理，硬度 229286均买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 取为 240算如下： 关于主轴传动中的第一组齿轮齿面接触疲劳强度计算 （ 1）初步计算： 转矩 :490宽系数 : d 由表 节中所指的表均指机械设计一书中的表） 取 d 触疲劳极限： 由图 10 80步计算的许用接触硬力 : 710=639 85 初步计算的小齿轮直径： 3 1 1d 32 1115221549085 =其中 u=I=1, T=5490取 90 初取齿宽： b= 90=90 2）校核计算： 圆周速度 : 1 精度等级：由表 级精度 齿数 m:取齿数 0,Z2= 60=60 模数 m=则 6011 0 使用系数 表 A 载系数 K V:由表 V 间载荷分配系数 由表 00/买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 端面重合度： c o 重合度系数 : 3/) = (式 由此得： 齿间载荷分布系数 由表 对称支撑） 2321 载荷系数： K=性系数 E 节点区域系数 图 H 触最小安全系数 表 工作时间： 0 300 8 20%=4800h 应力循环次数 表 107花键轴能够达到所 需传递的转矩。 对于花键轴传递转矩转动中产生的摩擦力为 F 花 ：取 = 花 =f=5338 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 而922219 3 则轴所受轴向力： F 合 = F 花 + 304N 则轴向方向齿条受力 F 合 K=F 合 =3635N（ K= 轴向进给设计： 在主轴外设计一套筒：设长为 80齿条由齿轮带动。先设计用一级减速接步进电机使主轴进给。如图 4所示： 图 4、主轴进给图示 由机电一体化 系统设计 ： I= 600 其中 步距角（ 脉冲当量（钻床取 齿距（ m） 根据机电一体化 系统设计 选步进电机 取 = m= I 取 = = =）可取： 0 4 m= b=20 =200 508 3 齿轮设计成直齿圆柱齿轮，齿轮材料为 45 钢，则大小齿轮转动惯量分别为： 244 g 25441 109 5 g 25442 g 根据机电一体化系统设计 ，预选步进电机为 200得电机转子轴买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 的转动惯量为： m 折算到电动机轴上的转动惯量： 202122121 2 g m 等效负载转矩 V=2m/m=（ F 轴 +F 摩 ） V 主轴进给 /2 nm m i n/0 m 02 36 352 起动惯量矩的计算： 以最不利条件下的快速起动计算，设起动加速度或制动减速度的时间 t=于步进电机的角速度 则： = m 0 3 71013 3 则 J = 惯 = 步进电机的匹配选择： 如考虑机械传动系统的效率为 n，安全数值为 K，则此时负载总转