轴承保持架毕业论文.docx

河南理工大学本科毕业论文（设计）摘 要数控技术的应用已成为制造业发展的支柱技术，数控机床将会在制造行业中发挥举足轻重的作用。轴承保持架是轴承中主要的设备，在工业中有着重要的作用。轴承保持架的制造技术对工业的发展有重大的影响，专用数控轴承保持架钻床是为轴承行业开发的一种高效率、高精度、高自动化、数字化机床加工设备，能制造现在各行业所需要的各种高精度、高要求的轴承保持架。本文主要设计专用数控轴承保持架钻床的主轴箱体、床身和滑台。通过本次设计并与相关组件相结合，可获得全新型的数控轴承保持架钻床。新型数控钻床的成功应用可实现缩短制造周期，提高制造质量，提高企业的技术创新能力和市场竞争力的目的。本文针对专用数控保持架钻床的特殊要求，重点设计主轴箱、床身、滑台。它们是机床的重要组成部件，其结构是否合理，强度、精度等是否能达到要求，直接影响所加工零件的质量，以及机床自身的可靠性和抗振性等多个方面，甚至造成人身和设备事故。在设计过程中，主要考虑机床承载的弯扭力矩，精度、粗糙度、强度要求，工艺要求等。通过这次设计，我的各方面的能力都得到了锻炼和提高，为以后的学习、工作打下的坚实的基础。关键词：专用数控轴承保持架钻床 床身 滑台 精度 粗糙度abstractcnc technology has become the backbone technology of manufacturing development，cnc machine tool will play a pivotal role in manufacturing industry.the bearing cage in bearing is the main equipment, it plays an important role in the industry. the manufacturing technology of bearing cage have a significant impact to industrial development, special cnc drilling machine for bearing cage developed a high efficiency, high precision and high automation, digital processing machine tools equipment for bearing industry. it can create a variety of precision required, demanding bearing cage for the industry. this article specifically designed of cnc drilling machine of spindle bearing cage box, bed and sliding. this design combined with the related components, availability of a new type of cnc drilling machine bearing retainer. the successful application of new cnc drilling machine to shorten the manufacturing cycle can be achieved, improve manufacturing quality, and improving the technological innovation capability and market competitiveness purposes.this article main design headstock bed, slider of cnc drilling machine of spindle bearing, they are important components of machine tools, its structure is reasonable, strength, precision is required to achieve a direct impact on the quality of machining parts, and machine reliability and vibration resistance itself in many areas, and even caused personal injury and equipment accidents. the machine of the bending load torque, accuracy, roughness, strength requirements, process requirements should be considered in the design.through this design, all aspects of my ability and training have been improved for future learning, work to lay a solid foundation.key words: special cnc drilling bearing cage bed slide precision roughness目录摘 要1abstract21 绪论11.1数控机床概述11.1.1 数控机床的分类11.1.2 数控机床的特点21.1.3 我国数控机床的发展情况41.2专用数控轴承保持架钻床概述51.2.1 轴承保持架制造概述51.2.2 专用数控轴承保持架钻床概况61.3设计题目要求71.3.1 设计题目71.3.2 设计机床的主要技术参数及整体外观图71.3.3 设计题目92钻床主轴箱箱体设计102.1主轴箱概述102.1.1 箱体的主要功能102.1.2 箱体设计的主要问题及要求102.2电动机的选用112.3主轴部件的选用122.3.1 主轴部件的概述122.3.2 主轴的选用132.4电动机和主轴的传动联结152.4.1 同步带轮的选用162.4.2 同步带的选用172.5主轴箱箱体的设计182.5.1 箱体的常用的材料182.5.2 主轴箱箱体壁厚和整体尺寸183滑台的设计213.1滑台的概述213.2导轨的设计213.2.1 导轨的功用和导向原理213.2.2 导轨的分类223.2.3 设计导轨的基本要求243.3导轨的设计263.3.1 纵向进给滚动导轨的设计263.4滚珠丝杆螺母副的设计293.4.1 滚动丝杠螺母类型的设计293.4.2 滚动丝杠的设计323.4.3 滚动丝杠螺母副的工作原理343.5滑台的工作原理363.5.1 滑台零部件的设计363.5.2 滑台的工作原理374床身的设计384.1机床床身概述384.1.1 机床床身的基本要求384.1.2 床身材料的选择404.2机床床身的设计405装配说明42致 谢43参考文献44451 绪论1.1数控机床概述1.1.1 数控机床的分类科学技术和社会生产力的快速发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化成为实现上述要求的最重要措施之一。它不仅能够提高产品质量、提高生产率、降低生产成本，还能够极大地改善劳动者得生产条件。目前许多制造企业已经广泛采用了以自动机床、组合机床和专用机床为主体的“刚性”自动生产线，采用多刀、多工位和多面同时加工方法，常年进行着单一产品的高效和高度自动化的生产。尽管这种生产方式需要巨大的初始投资和很长的生产准备周期，但在大批量的生产条件下，由于分摊在每一个加工零件上的费用很少，因此，经济效益仍然是十分显著的。不过，在制造业中 并不是所有的产品都具有很大的需求量，单件与小批量一般占机械加工总量的80%左右。尤其是航天、航空、船舶、机床、重型机械、食品加工机械、包装机械和军工等产品，不仅加工批量小，而且加工零件形状比较复杂，精度要求也很高，还需要经常改型。如果仍然采用专业化程度很高的自动化机床加工这类产品的零件就显得不尽合理。而经常改型和调整设备，对于专用生产线来讲，不仅会提高产品的生产成本，有时甚至是无法实现的。因此，这种“刚性”的自动化生产方式已逐渐显示出了对现代制造业的不适应性。为了解决上述问题，从而实现多品种、小批量产品零件的自动化生产，一种称之为数控机床（numerical control machine tools）的现代机床应运而生。数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而驱动机床动作并加工零件。它很好地解决了刚性自动生产线难以经常改型和调整设备的问题，显示出了适应多品种、小批量产品零件生产的“柔性”。自从1952年美国麻省理工学院伺服机构实验室研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造业，特别是在汽车、航空航天及军事工业中呗广泛地应用，数控技术无论在硬件还是在软件方面，都有了飞速发展。现代数控机床更是集机械制造技术、液压气动技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术信息、处理技术、网络通信技术等于一体，因此，数控机床技术的提高是提高整个制造业水平发展的重要基础。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。在提高生产率。降低生产成本、提高加工质量及改善工人劳动强度等方面，都有着突出的特点。而以现代数控机床为代表的先进制造技术成为当前急需加快发展的突破性技术，其新突破将成为整个制造业全面发展的关键。1.1.2 数控机床的特点数控机床对零件的加工过程，是严格按照加工程序所规定的参数及动作执行的。它是一种高效能自动或半自动机床，与普通机床相比，具有以下明显特点。1）适合于复杂异形零件的加工数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能制造的复杂零件的加工，因此在航空、造船、汽车、模具等加工业中得到广泛应用。2）加工精度高，稳定产品质量数控机床的加工精度，一般可达到0.0010.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），加工过程不需要人工干预，而且机床禁忌传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置(cnc装置)进行校正及补偿，所以，数控机床定位精度比较高。故可以获得比机床本身精度还有高的加工精度和重复精度。3）加工稳定可靠实现计算机控制，排除人为误差，零件的加工一致性好，质量稳定可靠。4）高柔性在数控机床上加工零件，主要取决于数控加工程序（nc程序），它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。当加工对象改变时，一般只需要更改数控加工程序，体现出很好地适应性，可大大节省生产准备时间。在数控机床的机床上，可以组成具有更高柔性的自动化制造系统柔性制造系统。5）高生产率数控机床可有效地减少零件的切削时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速 加工时代，数控机床移动部件的快速 移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。6）劳动条件好数控机床是具有广泛的通用性而且具有很高自动化程度的机床。它的控制系统不仅能控制机床的各种动作的先后顺序，还能控制机床运动部件的运动速度，以及刀具相对工件的运动轨迹。操作者出来控制面板、装卸零件、关键工序的中间测量及观察机床运行之外，其他机床动作直至加工完毕，都是自动连续完成，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度和紧张程度均可大大减轻，劳动条件也得到了相应的完善。而且，数控机床还是计算机辅助设计与制造、柔性制造系统、计算机集成制造系统等柔性加工和柔性制造系统的基础。7)有利于管理现代化用数控机床加工零件，能精确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工装夹具、半成品的管理工作，这些特点都是有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。8）投资大，维修困难，使用费用高数控机床的初期投资及技术维修等费用较高，而且，数控机床作为典型的光机电一体化产品，技术含量高，对管理及操作人员的素质要求也较高。合理选择和使用数控机床，可以降低企业的生产成本，提高经济效益和竞争能力。1.1.3 我国数控机床的发展情况我国从1958年开始研究数控机械加工技术，60年代针对壁锥、非圆齿轮等复杂形状的工件研制出了数控壁锥铣床、数控非圆齿轮插齿机等设备，保证了加工质量，减少了废品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代针对航空工业等加工复杂形状零件的急需，从1973年以来组织了数控机床攻关会战，经过3年努力，到1975年已试制生产了40多个品种300多台数控机床。据国家统计局的资料，从1973-1979年，7年内全国累计生产数控机床4108台（其中约3/4以上为数控线切割机床）。从技术水平来说，我国大致已达到国外60年代后期的技术水平。为了扬长避短，以解决用户急需，并争取打入国际市场，1980年前后我国采取了暂时从国外（主要是从日本和美国）引进数控装置和伺服驱动系统，为国产主机配套的方针，几年内大见成效。1981年，我国从日本发那科（fanuc）公司引进了5，7，3等系列的数控系统和直流伺服电机，直流主轴电机技术，并在北京机床研究所建立了数控设备厂，当年年底开始验收投产，1982年生产约40套系统，1983年生产约100套系统，1985年生产约400套系统，伺服电机与主轴电机也配套生产。这些系统是国外70年代的水平，功能较全，可靠性比较高，这样就使机床行业发展数控机床有了可靠的基础，使我国的主机品种与技术水平都有较大的发展与提高。1982年，青海第一机床厂生产的xhk754卧式加工中心，长城机床厂生产的ck7815数控车床，北京机床研究所生产的jcs018立式加工中心，上海机床厂生产的h160数控端面外圆磨床等，都能可靠地进行工作，并陆续形成了批量生产。1984年仅机械工业部门就生产数控机床650台，全国当年总产量为1620台，已有少数产品开始进入国际市场，还有几种合作生产的数控机床返销国外。1985年，我国数控机床的品种已有了新的发展，除了各类数控线切割机床以外，其他各种金属切削机床（如各种规格的立式、卧式加工中心，立式、卧式数控车床，数控铣床，数控磨床等），也都有了极大的发展。新品种总计45种。到1989年底，我国数控机床的可供品种已超过300种，其中数控车床占40%，加工中心占27%。进入21世纪以来，我国数控机床已由成长期进入成熟期，五轴联动数控机床是数控机床技术制高点的标志之一，目前，我国已经推出了3种用于航天、航空、造船等工业的重型龙门移动式数控五轴联动镗铣床。我国除具有设计与生产常规的数控机床（包括mnc系统的车、铣，加工中心机床等）外，还生产出了柔性制造系统。1984年北京机床研究所研制成功了fmc1和fmc2柔性加工单元，之后又开始了柔性制造系统的开发工作，并与日本发那科公司合作，在北京机床研究所内建立了第一条柔性制造系统（jcsfmc1型），用于加工直流伺服电机的轴类、法兰盘类、刷架体类和壳体类的14种零件。近年来，依靠我国科技人员的努力，已先后研制成功并在北京、长春等地安装使用了fms。我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术上也取得了重点突破。这一切说明，我国的机床数控技术已经进入了一个新的发展时期。预计在不远的将来，我国将会赶上和超过世界先进国家的水平。1.2专用数控轴承保持架钻床概述1.2.1 轴承保持架制造概述（1）冲压保持架加工滚动轴承使用的保持架一般都是由冷冲压方法制造的，冲压保持架的加工一般包括材料冲裁、弯曲、拉伸、成行等内容。冲压成形采用的设备主要是多工位压力机和机组联线。冲压保持架使用的材料主要是钢板和铜板，材料利用率较低，如圆锥滚子轴承筐形保持架材料利用率仅18%左右，使用套裁法冲压的浪型保持架的材料利用率也只有28%左右。因此提高材料利用率是保持架加工的一项重要内容。当前可采取的措施主要包括，原材料裁剪优化设计，尽量采取套裁冲压，组合冲压，保持架冲压，焊接的组合生产，管料冲压。如采用管料作毛坯，在多工位压力机上冲压成形，所有冲压工作在一台压力机上完成，不仅节约材料，还可以提高劳动生产率。采用焊接技术和专用机床制造保持架可以提高劳动生产率、降低成本。例如制造滚针“m”型保持架时，可先按条带状将板料冲裁成“m”型，同时冲出窗孔，再按规定的窗孔数将条料裁成预定长度的料段，然后将料段弯成圆筒形，最后进行电阻焊接，全部工艺过程可以在一条流水线上完成，生产效率高，适用于大批量生产。（2）车制保持架加工车制保持架的生产主要采用铸造方法制坯，多道机械加工成形，加工余量大，材料消耗多，材料利用率一般只有20%-25%，且由于铸造工艺的某些局限性，影响制件的力学性能，使很多产品达不到设计要求。同时，大部分轴承保持架由铜合金制造，但我国铜资源缺乏，产需矛盾很突出。预计到2012年，60%的用量需要进口，年消耗外汇约38-40亿美元，所以在生产中节铜代铜势在必行。节铜代铜有两条途径，一条为精密制坯方法，以提高材料利用率，但至今没有进展；另一条途径是需找代用材料，如尼龙、胶木、粉末冶金等，特别是近些年来一些厂家致力于用锌铝合金生产实体轴承保持架，已取得可喜成绩，可以降低成本1/3左右，现已初步制定出行业标准。但是，由于锌铝合金保持架只能在低于120 环境下工作，不能承受高速、重载荷，且由于铸造缺陷，易出现非正常失效，影响了该产品的推广。目前行业内有人采用等温挤压方法替代车制保持架，与冷、温、热挤压不同，等温挤压是把热毛坯件放在加热到变形温度的模具里并在恒定的温度下进行挤压，从而获得一定尺寸、形状和性能的挤压件。它不仅具有一般挤压成形的优点，同时由于毛坯是在均匀的温度中成形，故可以大大提高变形的均衡性，减少制品的残余应力，提高金属的塑性，降低材料的变形抗力，从而减少设备的吨位。该工艺兼顾了等温变形和挤压变形的优点，可提高生产复杂形状零件的能力，用它来生产铜合金保持架可减少机加工工时，节约材料，降低能耗，提高生产率。因此前景非常广阔。1.2.2 专用数控轴承保持架钻床概况目前轴承行业使用的轴承保持架钻孔设备是传统的没有采用数控技术的加工机床，主轴驱动采用普通三相异步电机通过减速箱有级调速的方式，传动不稳定，结构复杂，调速不可实现无级调速。工作台分度采用机械分度机构，结构复杂，分度精度低，夹紧工件时采用手动夹紧，效率低下。钻孔时刀具进给方式为采用液压驱动的滑台结构进给方式，定位精度低，加工精度低，刀具装夹时手动拉紧，自动化程度低，效率较低。另外，传统加工设备没有采用自动排屑机构，以及防护较差，均不利于生产加工，环境保护。专用数控轴承保持架钻床是为轴承行业开发的一种高效率、高精度、高自动化、数字化机床加工设备，是采用了先进数控技术的机电液一体化产品，液压夹紧工件，数控通孔立式回转工作台伺服驱动进行精确分度，可手动或程序控制加工，可轴向和径向钻、铰、镗孔，且采用全封闭防护结构，自动排屑，清洁环保。专用轴承保持架钻床是现在制造轴承保持架较为先进的一种机床，有很好地发展前景。1.3设计题目要求1.3.1 设计题目设计题目：专用数控轴承保持架钻床主轴箱体、床身、滑台的设计。1.3.2 设计机床的主要技术参数及整体外观图表1、机床的主要技术参数图1 机床的整体外观图1.3.3 设计题目 设计专用轴承保持架钻床的主轴箱箱体、床身、滑台。 设计要求：1、主轴箱箱体：主轴、轴承、电动机选用市场上现有的，设计电动机与主轴之间的联接，以及主轴箱箱体。要求主轴（箱体）满足机床主要技术参，主轴箱可通过滚珠丝杠在床身上作纵向进给。2、机床床身：设计的床身使用合适的结构要满足高精度、高稳定性、高可靠性、高柔性、排屑方便等要求。3、滑台要求：设计的滑台要满足加工 灵活、通用性强、加工精度高、生产效率高的性能要求，并能在床身在做横向进给。2钻床主轴箱箱体设计2.1主轴箱概述主轴箱体是支承和容纳机器中各种运动零件的重要零件，通常，箱体多为矩形截面的六面体。2.1.1 箱体的主要功能（1）支承并包容各种转动零件，如电动机、主轴和轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以存储润滑剂，实现各种运动零件的润滑。（2）安全保护和密封作用，是箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护了机器操作者的人身安全，并有一定的隔振、隔热和隔声作用。（3）是机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单位，便于加工、装配、调整和修理。（4）改善机器造型，协调机器各部分的比例，使整机造型美观。2.1.2 箱体设计的主要问题及要求设计箱体首先要考虑箱体内零件的布置与箱体外部零件的关系，如车床按照两顶尖要求等高，确定箱体的形状和尺寸。此外还应考虑一下问题：（1）满足强度和刚度要求，有些受力很大的箱体零件，满足强度要求是一个重要的问题，箱体强度应根据工作过程中的最大载荷验算其静强度，对承受变载荷的箱体还应验算其疲劳强度。但是，对于大多数的箱体，尤其是各类传动箱和变速箱，评定性能的主要指标还有箱体的刚度，如车床主轴箱箱体的刚度，不仅影响箱体内齿轮、轴承等零件的正常工作，还影响机床的加工精度。箱体的刚度分静刚度和动刚度，静刚度是箱体在静载荷的抗变形能力，动刚度则是衡量箱体抗振性能力的重要指标，二者有着一定的联系。（2）散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度发生变化，影响其润滑性能，温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，对箱体的精度和强度有很大的影响。（3）抗振性能和阻尼性能。（4）稳定性好。对于面积较大而箱体壁又很薄的箱体应考虑其失稳问题。（5）机构设计合理。如支点安排、肋的布、开孔位置和联接结构的设计均要有利于提高箱体的强度和刚度。（6）工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各个方面的工艺性。（7）造型好。符合实用、经济和美观三项基本原则。（8）质量小。箱体质量在整机中常占用较大比例，所以减小箱体质量对减小机器质量有相当大的作用。2.2电动机的选用主电动机所需功率为11kw,考虑到在传递功率的过程中，由于存在轴承、带轮等多种因素的影响传递到主轴的功率为5.5kw，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动。选定型号为y132s1-2型号的三相异步电动机，额定功率为5.5kw，额定电流为11.1a，满载转速为2900r/min，同步转速3000r/min。1、y160m-2型号的电动机的参数如下表型号功率(kw)电流（a）转速效率功率因素堵转转矩最大转矩重量（kg）额定转矩额定转矩y132s1-25.511.1290085.50.882.02.367表1 y132s1-2电动机的参数2、y132s1-2电动机外型简图如下图。图2 y160m-2电动机外型简图y160m-2电动机安装尺寸如下表。型号habcdy132s1-2132-0.52161408938k6表2 电动机安装尺寸ef*gdgkabac80103312280275表2 电动机安装尺寸（续）adhdaahal2103157020475表2 电动机安装尺寸（续）2.3主轴部件的选用2.3.1 主轴部件的概述主轴部件作为数控机床的一个关键部件，它包括主轴、主轴的支承、安装在主轴上传动件和密封件等。主轴部件质量的好坏直接影响加工质量，对于数控机床，尤其是自动换刀数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸与夹紧，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴孔的清理装置等结构。数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，它的回转精度影响工作精度，它的功率大小与回转速度影响加工效率，它的自动变速、准停和换刀等功能影响机床的自动化程度。因此，主轴部件应满足以下几个方面的要求：高回转精度、刚度、抗震性、耐磨性和热稳定性等。而且在结构上必须很好地解决刀具和工具的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问题。主轴的结构根据数控机床的规格、精度采用不同的主轴轴承。一般中小规格数控机床的主轴部件多采用成组高精度滚动轴承，重型数控机床则采用液压静压轴承，高速主轴常采用氮化硅材料的陶瓷滚动轴承。2.3.2 主轴的选用根据专用数控轴承保持架钻床的主轴技术参数（如下图）的要求，选用台湾kenturn公司生产的健椿隆系列bt40型号的主轴。图3 主轴的外观图专用数控轴承保持架钻床的主轴技术参数如下图：技术参数要求适用刀爪50-2500r/min主轴最大移动行程500mm主轴锥孔bt50开爪距离bt/cat/sk刀轴拉刀日本标准mas 403 45增压缸压力8.5mm增压缸气源1800kg拉钉型号气压4-6kg主轴速度范围(无级)4500kg表3 钻床的主轴技术参数台湾健椿隆系列bt40型号的主轴的主要尺寸参数如下图图4 主轴尺寸图2.4电动机和主轴的传动联结数控机床的主轴一般均采用直流或交流主轴电动机驱动，选用高速精密轴承支承，保证主轴具有较宽的调速范围和足够高的回转精度、刚度及抗振性。目前，数控机床主轴的转速已经普遍达到(5000-10000)r/min，甚至更高。特别是电主轴的出现，适应了高速加工和高精度加工的要求。数控机床主轴的变速已普遍实现了无级变速，因此，主伺服电动机带动主轴工作时一般采用同步带连接传动。2.4.1 同步带轮的选用同步带的传动是通过安装在电动机上的同步带轮进行传动的，带轮的选择对同步带传动有着重要的影响。根据主轴的同步带带轮部分选择的电动机带轮如下 。选用的同步带轮型号是h型（重型）、bs型结构，所选同步带轮的结构尺寸图如下。规格齿数节径d外径d0档边直径df34h34137.45136.07152图表4 bs型同步带带轮结构尺寸档边内径db档边厚度h带轮宽度w带轮总长lf1251.5547459图表4 bs型同步带带轮结构尺寸（续） 型号节距pbbwhg+1.5rbrt2h12.704.19+0.133.05201.601.61.372图表5 同步带槽尺寸2.4.2 同步带的选用同步带带轮的确定就可确定同步带，同步带采用梯形齿、周节制同步带，它的国家标准是gb 1161689.。选用h型同步带尺寸如图所示。选用模数为3mm，齿形带齿数为95的同步带，根据齿形带长度公式：可得齿形带的长度为l=895.4mm。带长选用带长代号为507的同步带，其尺寸如下表：图表6 周节制同步带尺寸表。2.5主轴箱箱体的设计2.5.1 箱体的常用的材料箱体的常用的材料有：（1）铸铁。多数箱体的材料为铸铁，铸铁流动性好，收缩性较小，容易获得形状和结构复杂的箱体。铸铁的阻尼作用强，价格适度，可加入合金元素，以提高其耐磨性。（2）铸造铝合金。用于要求减少质量且载荷不太大的箱体，多数可通过热处理进行强化，有足够的强度和较好的塑性，较好的低温韧性和耐热性能。（3）钢材。铸钢有一定的强度，良好的塑性和韧性，较好的导热性及焊接性能，机加工性能也较好，但铸造时容易氧化和热裂，常用的铸钢有zg200-400及zg230-450.箱体也可用低碳钢钢板和型钢焊接而成。本次设计箱体要求的强度要求不太高，可用铸铁使用铸造的方法进行加工获得所需要的箱体。2.5.2 主轴箱箱体壁厚和整体尺寸铸铁、铸钢和其他材料箱体的最小壁厚可以从表9.1-2中选取，表中当量尺寸n用下式计算：n=(2l+b+h)/3000 (mm)式中 l铸件长度（mm），l,b,h,l是最大值； b铸件宽度（mm）； h铸件高度（mm）。n=(2*550+550+340)/3000=0.66根据表中推荐的是铸造箱体中最薄的外层壁厚，支承面及凸台等应根据设计要求和结构允许的条件下适量增厚，箱体内外层壁厚的差值可参考表9.1-3. 根据表9.1-3可得到壁厚 d=12mm。根据电动机的主要安装尺寸，设计箱体的外尺寸： （1）根据主轴的结构，使主轴的前端伸出箱体一部分，长度为185mm，主轴的安装圆盘部分的直径为202mm，则安装主轴的部分的尺寸为高为250mm，宽为280mm的长方体，孔的直径为150mm，公差要求为+0.01mm至-0.01mm。(2)主轴需要固定部分长度为327mm，则在箱体下部建立一个宽为30mm高为220mm的凸台用来支撑主轴。(3)电动机需要安装在主轴箱体的上部通过螺钉进行固定，在电动机轴上安装同步带轮通过同步带 带动主轴进行旋转，并可进行无级变速。根据电动机的底部安装尺寸为便于加工减少精加工表面在主轴箱箱体的上部建立高为20mm，宽为64mm的凸台，根据电动机的尺寸选择高度为300mm的长方体，电动机轴旋转的孔的直径为50mm。（4）主轴箱的后半部分的尺寸为550mm*230mm*280mm的长方体空壳。厚度为12mm。（5）为了便于安装同步带及同步带带轮在主轴箱后部分别用200mm*250mm和200mm*150mm厚度为5mm的板用直径为6mm的螺钉进行固定。（6）为了和滑台进行安装在底部铸造出来宽为30mm，高为25mm的凸台，并用直径为12mm的螺钉进行固定。（7）为保证电动机的主轴线和主轴的轴线平行且在同一平面上，要求主轴轴线和电动机安装平面的平行度为0.02，为了安装电动机则安装电动机的平面平行度要求为0.02mm。且中间部分不加工。（8）为减少箱体底部与滑台动件的接触面积，在箱体底部中间处建立两个凹进去部分其高度为5mm、宽度为240mm。（9）为了安装主轴在在箱体的最左边钻8个直径为10mm的通孔，使用直径为10mm的螺栓进行固定。（10）为安装挡板在挡板1上钻6个直径为6mm的螺孔，使用直径为6mm的螺钉进行固定。（11）进行安装的表面的粗糙度为1.6mm，不进行安装的表面粗糙度为12.5mm。加强肋的作用是在不增加结构壁厚的条件下提高刚度和强度。以便能使箱体更好的工作及增加箱体的寿命。可在箱体的四周分别设置两个肋板以增加其强度。3滑台的设计3.1滑台的概述滑台是用以完成进给运动的通用部件。配置机床比较灵活，它可根据被加工件的工艺要求，在其上面安装动力箱（多轴箱）、钻、镗、铣削头、镗孔车端面头等部件，用以完成钻、扩、铰、镗唿、刮端面、倒角、镗孔车端面、铣削、攻丝等工艺。滑台可安装在侧底座或立柱上，也可安装在倾斜的底座上，用以组成卧式、立式或倾斜式组合机床及其自动线。滑台分为滚动和滑动两种，滚动滑动使用滚动导轨进行进给传动可减少导轨间的摩擦，并可减少磨损，提高传动的精度和提高导轨的耐磨性。滚动导轨有滑台移动件、滑台固定件、滚动丝杠、滚动导轨块、滚动轴承、滚动丝杠螺母、联轴器、步进电机组成。其中滑台动件与机床的进给机构相连用于完成进给，滑台固定件与床身等固定件相连使机床能够安全稳定的进给，滑台进给的动力是有步进电机提供并进行准确的转动，动力通过滚动丝杠的旋转带动滚动螺母进行移动，使步进电机的转动变成螺母的直线移动，滚动螺母安装在滑台移动部件上，因此螺母的直线进给运动就变为了滑台的移动部件的直线 进给运动，进而使步进电机的旋转运动变为了滑台移动部件的进给运动。本文设计的专用数控保持架钻床的滑台要求传动精度高，导向性好，导向摩擦小，因此选用滚动滑台，其中滑台的运动部件与主轴箱箱体相连用于完成机床的纵向进给以完成对轴承保持架的加工。滑台的固定部件与床身相连完成滑台的固定。本滑台的设计主要是导轨的设计、丝杠的设计、滑台运动部件的设计、滑台固定部件的设计。3.2导轨的设计3.2.1 导轨的功用和导向原理导轨主要用来支承和引导运动部件沿着一定的轨迹运动。两个作相对运动的部件构成一对导轨副，其中，不动配合面称为固定导轨或静导轨，运动的配合面称为运动导轨或动导轨。导轨的导向如下图。图5、导轨的导向图在运动导轨（如工作台）和固定导轨（如床身）之间一般只允许有一个自由度。常用的导轨形式见下图。在动导轨活动范围很小的情况下，可设计成单层多自由度导轨，该工作台1用滚动支承在底座2上，当转动手轮3时，工作台沿x方向移动；同步转动手轮4和5，工作台沿y方向移动；转动手轮4或5，可使工作台z轴转动。3.2.2 导轨的分类1、按运动轨迹分：直线和圆周运动导轨 2、按运动性质分：（1）主运动导轨:动导轨与支承导轨之间，相对运动的速度较高。(2) 进给运动导轨:动导轨与支承导轨之间，相对运动的速度较低。 (3) 移置导轨：只用于调整部件之间的相对位置，移置后固定，在加工时没有相对运动。3、按摩擦性质分：(1)滑动导轨 静压导轨：油膜压强靠液压泵建立，两导轨面间有一层静压油膜，多用于进给运动导轨。动压导轨：当导轨面间的相对滑动速度达到一定值后，液体的动压效应使导轨油腔处出现压力油楔，把两导轨面分开，从而形成液体摩擦。只能用于高速的场合，故仅用作主运动导轨。 普通滑动导轨。（2）滚动导轨：在两导轨面间装有球、滚子或滚针等滚动元件，具有滚动摩擦4、按受力状况分：开式导轨：在部件自重和外载作用下，导轨面在全长上可以始终贴合的导轨。闭式导轨：在较大的倾覆力矩时，部件自重不能使导轨面贴合，必须用压板作为辅助导轨面保证主导轨面贴合的导轨。a）闭式导轨b）开式导轨图6 导轨结构图3.2.3 设计导轨的基本要求导轨设计的主要内容是：选择导轨的结构类型、截面形状及其组合形式；确定结构参数及尺寸；必要的计算和校核；确定导轨的间隙、公差和精度要求；选择导轨磨损后的补偿方式和调整装置；选择导轨材料、表面加工方法和硬度值等；确定导轨的润滑方式和设计润滑系统；设计防护装置等。设计导轨的先决条件：导轨的用途，导轨的行程，导轨运动速度和往复运动的频率，导轨受力的大小、方向和变化情况，导向精度和定位精度要求，安装位置，工作寿命，工作环境和条件，如是否允许使用润滑油，工作环境温度变化情况、热源影响、是否有腐蚀介质、空气洁净程度和机架是否受振动的影响等；对成本的要求，保养维护条件，美观要求，加工条件和工艺要求等。导轨设计的基本要求：（1）导向精度导向精度是指运动构件沿导轨导面运动时其运动轨迹的准确程度。影响导向精度的主要因素有导轨承导面的几何精度、导轨的结构类型、导轨副的接触精度、表面粗糙度、导轨和支承件的刚度、导轨副的油膜厚度及油膜刚度，以及导轨和支承件的热变形等。直线运动导轨的几何精度一般包括：垂直平面和水平平面内的直线度；两条导轨面间的平行度。导轨几何精度可以用导轨全长上的误差或单位长度上的误差表示。（2）精度保持性精度保持性是指导轨工作过程中保持原有几何精度的能力。导轨的精度保持性主要取决于导轨的耐磨性极其尺寸稳定性。耐磨性与导轨副的材料匹配、受力、加工精度、润滑方式和防护装置的性能的因素有关，另外，导轨及其支承件内的残余应力也会影响导轨的精度保持性。（3）运动灵敏度和定位精度运动灵敏度是指运动构件能实现的最小行程；定位精度是指运动构件能按要求停止在指定位置的能力。运动灵敏度和定位精度与导轨类型、摩擦特性、运动速度、传动刚度、运动构件质量等因素有关。（4）运动平稳性导轨运动平稳性是指导轨在低速运动或微量移动时不出现爬行现象的性能。平稳性与导轨的结构、导轨副材料的匹配、润滑状况、润滑剂性质及导轨运动之传动系统的刚度等因素有关。（5）抗振性与稳定性抗振性是指导轨副承受受迫振动和冲击的能力，而稳定性是指在给定的运转条件下不出现自激振动的性能。（6）刚度导轨抵抗受力变形的能力。变形将影响构件之间的相对位置和导向精度，这对于精密机械与仪器尤为重要。导轨变形包括导轨本体变形导轨副接触变形，两者均应考虑。(7)结构工艺性结构工艺性是指导轨副(包括导轨副所在构件)加工的难易程度。在满足设计要求的前提下，应尽量做到制造和维修方便，成本低廉。(8)对温度变化的适应性环境温度变化和机械局部热源产生的不均匀的温度场，都会引起导轨变形，导轨应有较好的适应能力。3.3导轨的设计本次设计设计的专用数控轴承保持架钻床的基本要求需要高的导向精度、高的精度保持性、高的移动灵敏度和定位精度、好的抗振性和稳定性、好的刚度、以及好的结构工艺性。机床加工时纵向进给需要的精度要求高，横向进给的要求稍微较低，因此，纵向进给使用滚动导轨以满足导轨的高精度、高精度保持性、好的刚性，横向进给使用滑动导轨就可满足机床设计的要求。3.3.1 纵向进给滚动导轨的设计图7 直线滚动导轨副的配置与固定滚动导轨的优缺点：优点：摩擦系数小，运动轻便，摩擦发热少，磨损小，动、静摩擦系数接近，可避免出现爬行，定位精度高。缺点：抗振性差，结构复杂，成本高，对脏物比较敏感。滚动导轨的结构形式 1、直线滚动导轨副 结构上有滚动体不循环的滚珠、滚柱、滚针导轨副，主要用于短行程导轨滚动体循环的直线滚动导轨副和滚动导轨块主要用于长行程导轨， 其工作原理见下图图8 直线滚动导轨副工作原理图导轨体的选择：设计的钻床主要用于轴承保持架的加工，承受的力较小，主要承受纵向的力，横向的力较小。通过查找机床设计手册,根据三角形与矩形导轨的特点及其应用，用三角形导轨导向，所需要的滚动导轨块最少，结构简单，无预加载荷。适用于水平配置的导轨，主要承受垂直载荷的场合，如数控钻床，因此选用整体v-平滚子导轨系列的滚动导轨来实现机床的纵向进给。导轨的结构示意图如下图所示：图9 导轨的结构示意图设计的主轴箱箱体的宽度为340mm，根据要求可以选用两导轨中心距离为234mm。根据机床设计手册中整体v-平滚子导轨系列的滚动导轨尺寸系列，选用的尺寸如下表所示：v形导轨hbhb25502618表7 整体v-平滚子导轨尺寸v形导轨h1b1滚子dl16407.07125表7 整体v-平滚子导轨尺寸（续）平导轨ce滚子ad1l13042.51025180500表7 整体v-平滚子导轨尺寸导轨块的选择：国产6192系列滚动导轨块的结构具有下列特点：a， 采用短圆柱滚子，端面导向较好，运行中不会倾斜卡住，在水平导轨和垂直导轨上都可以使用；b， 采用塑料保持架，滚子之间无冲击，噪音小，运动平稳；c， 装有括板防护装置。根据选用的整体v-平滚子导轨系列的滚动导轨尺寸选用的滚动导轨块为6192系列，其中v型导轨和平导轨的导轨块得宽度要求不同因此选用不同的导轨来进行工作，v型导轨 所选用的导轨块其尺寸如下表所示：型号尺寸（mm）hlbef6192/171762251719表8 v型导轨所选用的导轨块尺寸型号尺寸（mm）glwlthk6192/258.5834.913m3表8 v型导轨所选用的导轨块尺寸（续）平型导轨所选用的导轨块其尺寸如下表所示：型号尺寸（mm）hlbef6192/4040134505040表9 v型导轨所选用的导轨块尺寸型号尺寸（mm）glwlthk6192/402080.82032m6表9 v型导轨所选用的导轨块尺寸（续）滚动导轨导轨体尺寸的确定：滚动导轨上导轨体和箱体采用整体铸造的方式进行加工，此加工的特点是成本低，加工方便，容易刮研配作，达到很高的精度。3.4滚珠丝杆螺母副的设计3.4.1 滚动丝杠螺母类型的设计本钻床的纵向进给的动力采用丝杠螺母传动，丝杆螺母传动有以下特点和应用。（1）用较小的扭矩转动丝杠（或螺母），可使螺母（或丝杆）获得较大的纵向牵引力。（2）可达到很大的降速传动比，使降速机构大为简化，传动链得以缩短。（3）能达到较高的传动精度。用于进给机构时，还可兼作测量元件，通过刻度盘读出直线位移的尺度，最小读数值可达0.001mm。(4)传动平稳，无噪音。（5）在一定条件下能自锁，即丝杠螺母不能进行可逆传动。此特点特别适用于作部件升降运动，可防止部件因自重而自动降落。丝杆螺母传动的方式，丝杠转动螺母移动的应用为用于机床的进给运动，部件的移动和调整（如镗床主轴箱、摇臂钻床摇臂、龙门刨床横梁的升降、车床尾架套筒的移动等）。