内齿轮铣齿机总体结构设计毕业设计(论文).doc

XXX毕业设计(论文)图书分类号：密 级：毕业设计(论文)内齿轮铣齿机总体结构设计及其虚拟样机构建ANNULAR GEAR GEAR CUTTER OVERALL STRUCTURE DESIGNAND ITS VIRTUAL PROTOTYPE BUILD学生姓名学院名称专业名称指导教师XXX学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日XXX学位论文版权协议书本人完全了解XXX关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归XXX所拥有。XXX有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。XXX可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要时代飞速发展的今天，齿轮加工机床已经成为现代机械制造业中不可或缺的技术装备。不同类型的机床可以加工出不同种类的齿轮。本课题研究的中心是可以加工直齿锥齿轮的内齿轮铣齿机。本课题主要研究内容如下：(1) 对各种不同机床的总体结构进行深入剖析。(2) 设计机床的各个零部件以及总体结构，对其总体结构进行三维建模、性能仿真。(3) 运用PRO/E绘制机床底座和立柱零件图、机床总体结构装配图和机床底座滑台装配图。设计时，运用PRO/E仿真技术进行内齿轮铣齿机总体结构的设计，以期缩短产品开发周期，提高产品质量，节约成本，加大企业的市场竞争能力。关键词 内齿轮铣齿机；总体结构； 底座；滑台 Abstract Era of rapid development today, the gear machine tools has become indispensable in modern machinery manufacturing technology and equipment. Different types of machine tools can work out the different types of gears. This topic research center can be processed straight bevel gear in gear milling tooth machine. This topic main research content is as follows:(1) Carry on the thorough analysis to each kind of different machine tool overall structure.(2) Complete the design of machine tool of the various components and the overall structure, the overall structure of 3 d modeling and simulation performance.(3) Using PRO/E design machine tool foundation,column and the machine tool overall structure , and machine tool foundation assembly drawingThe use of PRO/E for designing the annular gear gear cutter , can shorten the product development cycle, improve product quality, reduce costs and enhance their competitiveness in the market.Keywords annular gear gear cutter,overall structure, foundation, drawingIVXXX毕业设计（论文） 目 录摘要IIIAbstractIV1 绪论31.1 齿轮加工机床31.2 齿轮加工机床的工作原理31.3 本课题完成的主要工作31.4 国内机床产业现状41.5 机床总体布局的基本要求41.6 机床基础的选择41.7 机床在基础上的固定和调整51.7.1 固定方式的选择51.7.2 机床在基础上的调整51.8 机床底座选择51.8.1 底座的材料选择51.8.2 底座的时效处理61.9 底座相关设计61.9.1 截面形状61.9.2 肋板布置61.10 吊装孔的设计和布置61.11 底座方案的选定61.12 总体结构方案的选定7图1.3 总体结构82 各通用部件的选用及参数计算92.1 通用部件选用的方法和原则92.1.1 动力部件的选用92.1.2 其他通用部件的确定92.2 数控机械滑台的选用102.2.2 数控机械滑台的特点102.3 滚珠丝杆的计算与选用122.4 交流伺服减速电机的参数计算162.4.1 滚珠丝杆副上的转矩计算162.4.2 负荷及传动系统的转动惯量的参数计算162.4.3 加速转矩和最大加速转矩172.4.4 电机的最大启动转矩172.4.5 电机连续工作的最大转矩 机器处于最大载荷下电机连续均匀的转矩172.5 进给丝杆与交流伺服电机的连接172.6 立柱的选用182.7 数控回转工作台的选用182.8 铣削头的选用192.8.1 电动机的选择192.8.2 轴承的选用203三维建模253.1 工作台的建模253.2 底座的建模273.3 绳索的建模273.4 纵向滑台的建模283.5 纵向滑台的导轨建模293.6 横向滑台的建模303.7 立柱的建模314总体装配过程334.1 插入底座334.2 插入横向滑台344.3 插入立柱354.4 导入纵向滑台354.5 插入纵向滑台364.6 插入绳索364.7 分解图374.8 运动仿真375横向滑台的有限元分析38结论40致谢41参考文献421 绪论1.1 齿轮加工机床在现今社会的生产发展中，齿轮加工机床随处可见而且必不可少，齿轮加工机床品种繁多，作用各异，各种圆柱齿轮、锥齿轮和其他带齿零部件都可以在不同的齿轮加工机床上解决。小到直径几毫米的齿轮，大到十几米直径的齿轮，又或者是大批量生产或者极其精密的齿轮加工都有与之对应的机床用以实现生产的自动化。现如今，无论是在汽车、拖拉机、飞机等交通制造业，还是采矿炼油等采集类重工业都遍及了齿轮加工机床的身影。1.2 齿轮加工机床的工作原理齿轮加工机床的工作原理主要有两种，一种是成形法，另一种是范成法。只有当刀具的切削刃与加工齿轮的齿槽形状相吻合时才可以使用成型法。成形法优点很明显，机床的设计和构造都很简单，通用机床就可以达到标准。一定程度上节约了成本。但是缺点也很明显，即使是一样模数的齿轮，若是齿数不同，必然导致齿廓形状不一样，此时就需要频繁的更换成形刀具。加工精度不高，只能做一个近似的模型。甚至每一个齿槽加工结束后，工件需要周期分度一次，这就必然会大大影响生产效率。范成法利用齿轮的啮合原理完成零件的铸造。把齿轮啮合副（齿条齿轮、齿轮齿轮）中的一个转化为刀具；另一个转化为工件，刀具和工件被强制产生的啮合运动而范成切出齿廓。所用刀具切削刃的形状取决于齿廓，它与被切齿轮的齿数无关。所以与成型法相比，只要模数相同，无论齿数多少，一把刀具就可以完成所有齿轮的加工；加工精度和生产效率得益于加工时的连续分度而大幅度提高。范成法的机床局限性较大，加工必须在专门的齿轮机床上，而且机床的调整、刀具的制造和刃磨都比较复杂，若非成批大量生产一般不建议使用。1.3 本课题完成的主要工作本课题运用pro/e技术对内齿轮铣齿机总体结构进行设计，以期缩减设计周期和设计人员的工作强度、降低设计成本、增强企业的市场竞争能力。主要任务有：一 查阅资料并分析分析研究机床的总体结构。二 设计机床各零部件和总体结构。三 用三维造型对内齿轮铣齿机总体结构进行论证。四 绘制机床底座、立柱零件图和机床总体结构图五 编写设计过程说明书。1.4 国内机床产业现状论世界机床产量最高当数中国，但数量的庞大并不足以使中国在国际市场的竞争中确立优势；反而国内市场也已被国外产品霸占了市场，形势不容乐观。 抛开经营、产品质量和促销手段等原因不说，还因为国内的数控机床的性能、结构等各方面距离国际先进水平尚有不小的差距，。主要反映在下面五点：(1) 在国内产品开发总周期较长，及设计所占时间比均远落后于国际顶尖水平。 (2)缺乏科学分析工具，设计新产品时基本靠直观经验和类比，一次性成功的可能性大大降低，容易错过推出新产品面世的时机。 (3) 用户往往根据其个人具体需要提出一些特殊要求，或者在产品即将问世时临时要求更改，目前国内对于临时改变设计构型及思路等方面尚有欠缺。(4)专业知识和实际经验不足(5)设计、工艺和制造部门分别运作，缺乏有效的团队协作与交流，易造成产品的反复修改，降低了开发的效率。 在这个科技迅速发展的社会，只有合理的利用计算机技术和仿真技术，才能提高产品结构性能，使用相应的产品虚拟开发软件，可达到事半功倍的效果。1.5 机床总体布局的基本要求机床布局首先以客户的要求为主。在保证精度、效率、安全性的基础上，尽量简化结构，使其易于操作、维修和养护，降低成本。如果是通用机床，还应该遵守系列型谱中关于机床布局方面的规定，满足参数的设计标准。如果机床的生产率和自动化程度较高，还要考虑到自动上下料及纳入自动线的方便快捷程度。此外，机床加工过程的透明度，拆装工件和导出碎屑的方式也应该纳入设计考虑范围。1.6 机床基础的选择机床的全部载荷都会传递到下方地层。所谓地基就是受影响的地层。而接受机床传递的载荷的混凝土结构就是基础。机床基础如果不具备足够的强度、刚度和稳定性，并在一定程度上控制振动，机床也是无法良好使用的。内齿轮铣齿机为立式铣床，外观较大，加工的齿轮精度要求较高，所以机床基础可选为具有隔振措施的单独基础。基础能在机床运转的过程中承受负荷并吸收振动，既保证了寿命，又能很好的提高工作精度和大件的刚度，增加机床系统的动刚度，减弱外界振源给机床带来的影响，保证各分离部件间相对位置精度。1.7 机床在基础上的固定和调整1.7.1 固定方式的选择通常我们选择将床身底座固定在基础或混凝土地面上，这就是用地脚螺栓紧固。固定时，死螺栓、可卸式螺栓及锚固式螺栓都可以。采用地脚螺栓紧固主要是考虑到此种方式的多种优点。比如机床工作时强烈的震动会导致刚性和稳定性的降低。机床和基础被地脚螺栓紧固成一体后，既可以提高机床刚性，而且对于机床和基础的总重心高度的降低以及重心偏移的矫正也很有帮助，振动的减少可以导致工作精度的提高。机床加工时，强大的往复载荷在所难免，只有采用此种紧固方式方可最大限度的避免冲击带来的影响1.7.2 机床在基础上的调整机床安装后都会在底座与基础间放置几个可调整导轨水平的垫铁支承来做出相应的调整。常用的垫铁有下列几种(1) 楔铁。调整难度大，且与机床底座是线接触，刚度略低，故只用于尺寸小、要求不高、安装后不需要再调整的机床。(2) 钩头斜垫铁。重约十至十五吨的或者振动较大的普通中小机床。(3) 螺杆调整垫铁。调整起来方便快捷，准确。但垫铁滑座与床身之间有相对滑移。多见于精密机床的调整。(4) HJX81型机床垫铁。上垫铁与床身之间没有相对滑移。(5) 千斤顶式垫铁。多数情况下只有高精度机床这样不用地脚螺栓固定的才使用此类垫铁。(6) 带有螺套的安装调整机构。容易调整，有很高的准确度，可调性高，但是必须在底座加工螺孔给实际的生产带来一定的麻烦。故而最终调整用垫铁采用的是钩头斜垫铁。1.8 机床底座选择底座在机器的总质量中占比相当的大，故而对工作精度及抗振性能的影响也是举足轻重的；甚至若兼作运动部件的滑道（导轨）时，还可能响到耐磨性。 1.8.1 底座的材料选择极少有底座结构不复杂，故而导致其受力情况也相当复杂，刚度要求自然也较高。铸造就成了当仁不让的首选铸造工艺，便于施工又价廉的铸铁就成了材料的首选。一般不考虑铸钢，除非铸件要求高强度和刚度。偶尔也会有分零铸造然后焊成一体的铸造方法，但一般只用于大型机床底座的制造。全面的分析比较才能让设计出的底座更符合生活生产中的实际情况。底座材料不是固定的，结构、工艺、成本、生产批量和生产周期的不同也影响着材料的选择，本课题设计的底座的材料选用HT200。1.8.2 底座的时效处理 铸造的过程。机加工和热处理的过程无可避免的会产生高温，不同部分的冷却速度不同就导致了金属内应力的产生，正确的时效处理可以尽可能的降低内应力对生产造成的影响。综上，自然时效处理较为适合我的设计。1.9 底座相关设计1.9.1 截面形状铸造的过程。机加工和热处理的过程无可避免的会产生高温，不同部分的冷却速度不同就导致了金属内应力的产生，正确的时效处理可以尽可能的降低内应力对生产造成的影响。综合考虑过后，终决定采用自然时效处理的办法。查阅资料后得知，实际使用中空心矩形截面形状最为常用。主要选中其扭转刚度大的特点，而且在装设其他机件方面还是空心矩形的最为方便。故而本课题拟采用空心矩形截面形状的底座.1.9.2 肋板布置肋板的作用是显而易见的，增大强度和刚度的同时又不会增加过多的质量而对机床产生影响。虽然加大壁厚的方法也可以加大强度和刚度，但是此种方法缺陷太多，比如容易产生铸造的缺陷，影响焊接的品质等。肋板的作用效果很大程度上取决于其布置和结构形状。1.10 吊装孔的设计和布置底座庞大的外观和重量，会对安装精度和安装的难易程度造成很大的影响，在底座上设计吊装孔的想法就是为了最大限度的消除这些影响。出于美观和实用角度考虑，欲使底座的重心位于中间且位于底座的中上部分，吊装孔的位置要尽量对称，或者通过位置的加高加宽来解决。这样我们就可以让底座在安装时就会较为平稳1.11 底座方案的选定底座是一个铸件，外观庞大大，结构多样而复杂，被加工面极多，同时对于加工精度要求严格。充分考虑机床总体布局的要求，综合求证后最终设计的底座如图1.1、1.2所示1.12 总体结构方案的选定交通和通讯日益发达的今天，市场的开放性和全球化是必然趋势，机床产品的竞争激烈异常，产品的开发时间、质量、成本、性能和售后服务等无一不影响着决定产品竞争力。在保持高质量产品的同时，更低的价格和更短的交货期就成了决胜的关键。如果仍然沿用传统的设计、生产和管理模式，必然会被市场淘汰，为了改变这一局面就必须最大限度地利用先进的设计手段，以提高产品的质量和性能，尽可能节约成本，压缩设计耗时。同时还要能做到高度适应市场和客户的需求变化，抢占先机进入市场。因此，内齿轮铣齿机设计为数控机床，总体结构的设计如图1.3所示。图1.1 底座截面形状及肋板布置图1.2 底座截面形状及肋板布置图1.3 总体结构2 各通用部件的选用及参数计算2.1 通用部件选用的方法和原则机床的设计必然要涉及到通用部件的选择问题。原则上，选用动力及其配套的部件时，主要考虑所需的功率进给力、进给速度。具体原则如下：（1），切削中涉及的功率很多，如切削功率、传动功率等，都必须满足加工前的计算要求.（2）进给部件应选用时要考虑的因素很多，如加工所需的最大进给力、进给速度和工作行程及工作循环，同时也不可忽略刀具装卸的难易度。（3）动力箱必须适配于多轴箱尺寸。（4）应满足加工精度的要求。（5）通用部件有配套的先选用配套的部件。2.1.1 动力部件的选用（1）动力部件品种的确定 动力部件的选择要具体问题具体分析，工艺不同，机床的样式不同，制造条件不同所选用的动力部件都是不同的。如果是铣削头或者钻削偷这样的参与主运动的部件，如钻削头、铣削头等，主要都是根据加工工艺要求和配置型式等确定。对于滑台这样做进给运动的动力部件，动力部件品种的选择一般取决于进给速度的稳定性、进给量的可调性、工作循环的复杂程度等。甚至要考虑到用户所在地区的气候环境因素。（2）动力部件的规格的确定 在实际生产中，功率大小、进给力大小、进给速度、最大行程及多轴箱外形尺寸等都会或多或少的影响动力部件的选择。首先要计算功率和进给力，然后经过综合、全面的考虑过后作出完善的选择。有时候也会有功率或进给力不达标却相差不大的情况，此时切忌盲目的选用大一规格的动力部件，而应在切削用量或工艺方法方面进行调整，当然也要注意不会降低加工精度和生产效率。2.1.2 其他通用部件的确定机床中一般会有一些支承部件，底座、立柱，这些也属于通用部件，在选择规格的时候最好遵守跟动力滑台相配套的原则。而输送部件的选择要复杂一些，应该考虑到工作台的运动形式、台面尺寸、工位数、驱动方式及定位精度等。运动形式及驱动方式将会决定输送部件的品种；根据所需工作台台面的尺寸大小，工位数及行程等要求，选用不同规格的输送部件。除了上述要求外，加工精度、制造成本等也该纳入考虑范围内，这些指标将决定其精度等级。2.2 数控机械滑台的选用随着制造业的革新和发展,中小批量生产的发展势头愈发迅猛,对数控机床的柔性和通用性的改进提出了挑战,希望市场能提供性能高，耐久好，适应性高的控制系统,并尽可能降低各方面成本,还必须有方便快捷的网络连接功能,以适应未来随时可能改变的生产组织和管理模式。为此,近年来随着计算机技术的飞速发展和普及,各种不同层次的开放式数控系统应运而生,发展势头迅猛。目前正朝标准化开放体系结构的方向前进。以结构形式分类,当今世界上的数控系统主要有四大类:(1)传统数控系统这种类型是封闭体系结构。尽管用户也可以自己做人机界面,但必须使用专门配套的开发工具,就成本而言极不划算。而且对其进一步改进或者养护维护都太过依赖于供应商。虽然目前这类系统还是大部分制造业的首选，但是近几年来开放体系结构数控系统的的迅速发展正在逐渐动摇其霸主地位。可以预见的是，在激烈的优胜劣汰的过程中，这种类型的系统很快就将从国际市场消失。(2)“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统这是传统的数控软件技术结合计算机技术而诞生的产物。NC部分仍沿用传统的数控系统注定了体系结构的不开放，系统核心无法介入。复杂的系统结构带来了强大的功能，却也提高了成本(3)“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统主要组成部分是开放体系结构运动控制卡和PC机。这种运动控制卡的CPU是高速DSP,运动控制和PLC控制能力极其优秀。它本身就是一个可以单独使用的数控系统。用户可以根据需要自行开发生产中具体所需要的功能。目前这种开放结构运动控制卡已越来越多受到了业内的关注。(4) SOFT型开放式数控系统这是最新开发的开放体系结构的数控系统。它最大限度的给了用户选择性和灵活性,它的CNC软件都置于计算机中,而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。用户可以根据需要自行开发生产中具体所需要的功能,综合来看,这种系统性价比最高,前景极好。其典型产品有美国MDSI公司的OpenCNC等。内齿轮铣齿机设计有横向和纵向两个滑台。分别控制铣削头的前后和上下进给运动。横向滑台选用的型号NC1HJ50；垂直滑台选用的型号NC1HJ32。2.2.2 数控机械滑台的特点动力滑台主要实现直线进给运动，几个重要的组成部件分别是滑座、滑鞍和驱动装置。滑鞍上安装不同的动力箱或切削头，可以完成多种不同的工序如钻、镗孔、倒角、刮端面、铣削及攻螺纹等；滑台还能起到移动工件台的作用，甚至在安装检测装置后可以具备自动检测的功能。滑台本身安装在侧底座上、立柱上或倾斜的底座上。滑台有液压滑台、机械滑台和数控滑台。（1） 液压滑台与机械滑台液压滑台独立于液压传动装置。滑台上装有液压缸。液压缸固定在滑座上，活塞杆并非直接与滑鞍连接，而是通过支架再与滑鞍连接。工作时，压力油通过活塞杆带动滑鞍沿滑座的导轨移动。机械滑台的几个重要组成部分分别是滑座、滑鞍、丝杆螺母副及传动装置。其中滑座、滑鞍的结构与液压滑台基本相同。传动方式略有区别，1HJ系列滚珠丝杆传动，1HJ系列机械滑台采用普通丝杆（铜螺母）传动。这两个系列机械滑台均采用双矩形导轨结构、单导轨两侧面导向形式。1HJ系列滑台采用滚珠丝杆传动、三矩形导轨导向，导轨板材料是塑料，这样的设计思路既保证了良好的精度也具有较高的导向约束稳定性，动态性能也很好。三个系列滑台都有优质铸铁导轨或镶钢导轨、左型或右型等型式，均采用双封闭结构（滑鞍、滑座两在两者导轨间都有封闭结构）型式。液压滑台可以无级调速进给量，而且调速的范围非常大，进给力也相对大一些。液压驱动还有个好处是不容易磨损零部件。即使工艺流程里要多次进给也因液压换向阀的存在变得更简单快捷。有简单可靠的过载保护功能。快进转共进的过程是行程调速阀控制的，保证了极高的转换精度和可靠性。然而牙也系统容易漏油的缺点很难避免，一旦漏油势必影响工作环境，还浪费了不必要的能源。并且进给量的不稳定，维修养护的麻烦也是不容忽视的问题。反观机械滑台，进给量非常稳定，慢速不爬行，高速不震动，有利于降低工件的表面粗糙度。强大的抗冲击性保证了即使在断续铣削、钻通孔即将出口时也不会因冲击力而使刀具受损。维修养护的方便更贴近生活生产的实际。也不必像液压滑台一样担心噪声、漏油等问题。然而机械滑台也并非完美，变速麻烦的问题始终没能解决，过载保护性能欠缺，施工时给机器甚至操作人员带来的安全隐患要大于液压滑台。也无法很好的保证快进转工进时的位置精度。（2）数控机械滑台1HJ系列机械滑台在生产和发展中产生了衍生产品即数控机械滑台，但是在传动装置上创新的选择了交流伺服数控系统，其他零部件及参数尺寸等基本均沿用1HJ系列机械滑台。革新后优点明确，可以自动变化进给速度和循环，较大范围内自动调速及位控、运行加工指令。在多品种中小批量生产或中大批量的柔性生产中应用较广。交流伺服数控机械滑台传动原理图如图2.1所示：图2.1 交流伺服数控机械滑台传动原理图2.3 滚珠丝杆的计算与选用进给用滚珠丝杠副的设计:估算后，立柱重量W1=3940N，横向和纵向滑台最大重量W2=460N， 。表2.1 各切削方式下的参数值切削方式垂向切削力Pzi(N)进给速度Vi(m/min)工作时间百分比%丝杠转速r/min强力切削10000.55100一般切削7000.830160精切削400155200快速进给0151015001)导程的计算 式（2.1） 式中 mm; 工作台最高移动速度 m/min; 电机最高转速 r/min; i 传动比因减速交流伺服电机与丝杠直联，i=1由表2.1查得V=15m/minn=1500r/min代入得，P10mm在这里，计算出的P值取较大值圆整，因此P=10mm2）确定当量转速与当量载荷（1）丝杠转速 式（2.2）式中 丝杆转速 r/min i=1,2,n; 进给速度 m/min i=1,2,n。 由表2.1查得V=0.5 V=0.8 V=1 V=15 代入得n=50 n=80 =100 n=1500（2）丝杠轴向载荷 FI=PzI+0.1(W1+W2) 式（2.3） 由表2.1查得P1=1000N P2=700N P3=840N P4=0N已知W=3940N W=460N代入得F1=1440N F1=1140N F3=840N F4=440N（3）当量转速 式（2.4）式中 当量转速 r/min ; 工作时间百分比。由表2.1查得t1=5 t2=30 t3=55 t4=10代入得n231.5r/min（4）当量载荷 式（2.5） 式中 当量载荷 N代入得F=725.5N3）预期额定动载荷（1）按预期工作时间估算 式（2.6）预期额定动载荷 N查得：轻微冲击取 fw=1.3fa=1 可靠性97%取fc=0.44已知：Lh=15000小时代入得C=12707N（2）用最大负载计算预紧滚珠丝杠副： 式（2.7）按表2.1查得：中预载取 Fe=4.5代入得Cam=6480取较大值即C=12707N4）螺纹最小底径的计算（1）丝杠最大轴向变形量的计算 （1/31/4）重复定位精度 （1/41/5）定位精度式中 最大轴向变形量 m已知：重复定位精度10m, 定位精度25m =3 =6取较小值（2）估算最小螺纹底径 一端支承另一端固定的形式 式（2.8）式中 mm(1.11.2)行程+（1014） 式（2.9）已知：行程为400mm, W=3940N ,=0.2代入得L=600mmF=788Nd=30.97mm5）滚珠丝杠副的规格代号(1)使用双螺母型垫片、内循环浮动式返向器预紧(2)因现在已计算得到，可知滚珠丝杠副FFZD4010-3P=10mmC=30000C=12707d=34.3d=30.976) 式（2.10）其中 Fmax=1440NFP=480N(1)行程补偿值与与拉伸力(2)行程补偿值 式（2.11）式中 =（24）(3)预拉伸力 式（2.12）代入得F4676N7）支承滚珠丝杠副支的轴承代号、规格的选用本设计选用丝杆支承专用角接触轴承。该类轴承有如下特点：轴向刚度大；要预调整；启动力矩更小。（1） 轴承所承受的最大轴向载荷 式(2.13)代入得 F=5156N（2）轴承类型使用一端固定另端支撑的方式。固定端使用背对背支承，支撑端用深沟球轴承。 d小于d=30.97mm 取d=30mm支撑端采用轴承型号为7000106型，固定端采用轴承信号为7602030TVP型，查阅资料得知其预紧力为2900N，大于F的1/3。(3)滚珠丝杠副的规格代号已确定的型号：FFZD公称直径：40 导程：10螺纹长度：1290丝杠全长：1410P类3级精度FFZD4010-3- /14101290同理可得纵向滚珠丝杆型号采用FFZD2506-3-。2.4 交流伺服减速电机的参数计算2.4.1 滚珠丝杆副上的转矩计算1）外加载荷产生的摩擦力矩T T=10 式 (2.14)式中 滚珠丝杆副导程,mm 滚珠丝杆副效率（未预紧），取为0.9 F滚珠丝杆副所受外加轴向载荷,N=10mm，F=1440N，则有T=2)预加载荷产生的预紧力 式(2.15)为0.9, 为10mm,为480N=2.4.2 负荷及传动系统的转动惯量的参数计算 式 (2.16)式中 各零部件的转动惯量，kgm2； 各旋转件的转速，r/min; 各直线运动件的速度，m/min; 电机的转动惯量，kgm2； 电机的转速，r/min。初步决定使用MDMA102AIG型减速电机,额定转矩为4.8Nm，最大转矩为14.4 Nm，转动惯量为3.7910-4kgm2J=（3.79+14.4）10-4=18.19 kgm22.4.3 加速转矩和最大加速转矩 式(2.17)式中电机转速，r/min;电机最高转速，取1500r/min;加速时间（S）取0.2s则有2.4.4 电机的最大启动转矩 式(2.18)=12.926Nm14.4 Nm（电机的最大转矩），符合要求。2.4.5 电机连续工作的最大转矩 机器处于最大载荷下电机连续均匀的转矩=2.726Nm4.8 Nm（电机的额定转矩），符合要求。可知初选的MDMA102A1G型号电机符合要求,其输出功率为1000W。所以伺服驱动器拟选择MDDA103AIA型与其适配。采用同样的算法可确定纵向滑台上的减速电机的型号为MDMA202A1G，其是输出功率为2000W。所以伺服驱动器拟选择MDDA203AIA型与其适配。2.5 进给丝杆与交流伺服电机的连接 随着科技的发展，滚珠丝杆、伺服电动机及其控制单元性能也在不断提高，已经有相当一部分机床的进给系统中已不再添加减速机构，滚珠丝杆直接与伺服电动机连接以保证传动无间隙，脉冲指令可以精确执行且不会丢失。简化系统结构的同时必然也可以减少产生误差的可能性。转动惯量的减少也随之改善了伺服特性。联轴器的种类繁多，如只能传递运动和转矩的刚性联轴器；无弹性元件的挠性联轴器，除了能传递运动和转矩外，还有方向补偿的性能，如果给挠性联轴器加上弹性元件还有减震缓冲作用；安全联轴器有在过载安全保护方面独树一帜。珠丝杆的型号已选定为FFZD4010-3，内径30.97，故而本设计选择TL弹性套柱销式联轴器。查阅资料可以知道，当轴径为32mm160mm时，相应的许用转矩范围为250Nm16000Nm,许用转速范围为3800r/min1150r/min。实际安装时要留出一定的间隙，因为工作中两轴必然会有轴向位移，即使很小，也不可忽略。安装这种联轴器所允许的最大位移随尺寸不同而不同：轴向2 mm7.5mm;径向0.2mm0.7mm;角度130 30。原则上其外径的最大圆周速度不得超过30m/s。故而型号选择TL5。2.6 立柱的选用立式组合机床用于安装动力滑台的支撑部件称为立柱。立柱内含平衡机构，可以平衡滑台、动力箱、多轴箱、钻模板等部件的总重量，平衡重量一般介于移动部件总重量的75%85%之间，导轨摩擦阻力及滑轮轴承还有轮上钢丝等会补偿其余未平衡的1525%重量。主要结构有固定式结构和移动式结构。移动式结构的优点是(1) 这种型式调整了机床的结构层次，床身上只有回转工作台、工作台三层结构，这种结构加利于保持大型零件结构的刚性，这点优于传统的四层十字结构；在工件的装卸高度和实际使用效率上有了长足的进步。(2) Z轴在后床身上进行移动，故而进给力与轴向切削力在同一平面内，可以将承受的扭曲力降到最小小，提高镗削等操作的加工精度。(3) Z轴导轨承重的改变必然影响到定位精度及其稳定性稳定性，而这种结构下其承重并不会因为工件重量的改变而发生变化，从而在定位精度机器稳定性方面有了改善。当然也不能忽略其缺陷， Z轴承载重量很大， Z轴的快速性自然会受到很大的影响。综合考虑，移动式结构的1CL32立柱更加适合本设计的宗旨。2.7 数控回转工作台的选用数控机床的圆周运动主要有分度运动和连续圆周进给运动。数控机床对于回转工作台的选用要求颇多，一来必须分辨率小，二来定位精度也要求比较高，运动不平不可，速度不快不可，刚性不高不可。此外，如果生产过程中会出现多轴联动加工曲线和曲面的话，那么回转工作台还要符合可以进行连续圆周进给运动的严苛要求。由于此处我设计的内齿轮铣齿机既有复杂的运动形式，所加工齿轮对精度的要求也很高，综合考虑后我们在设计时选用CNCB-401 RV A型数控卧式回转工作台。2.8 铣削头的选用铣削头在不同的场合有各种不同的用途，与不同的1HJ系列滑台配套又或与1XG系列铣削工作台配合使用时，组成的机床型号各式各样，作用也大不相同，分别可以对铸铁、钢及有色金属进行平面铣削、沟槽铣和成型铣等不同的加工。综合考虑后，本设计中，我们选择的铣削头是与滑台配套的1TX32。2.8.1 电动机的选择电动机的参数计算：（1）根据要求初定电机额定功率为4kw（2）计算齿轮传动 i= 式（2.19）式中 i齿轮传动比,5.28； Z2大齿轮齿数，37； Z1小齿轮齿数，7。（3）初步决定铣刀盘材料选用硬质合金，刀盘直径定为220mm，根据表2.2查得其最大线速度表2.2不同材料的刀具切削用量表选其最大值，=2.5m/s 根据 式(2.20)式中 n1电机的转速； v速度；d距离。即 =4rad/s=240rad/min （4）计算电机的转速= 式(2.21)=5.28240 rad/min=1267rad/min 式中 电机的转速； 转速比。查表得，=4kw，转速度=1440r/min型号：Y112M-4 =/=1440/5.28=273r/min 2.8.2 轴承的选用滚动轴承目前应用很广，有安装和维修方便、价格比较便宜等特点。一般有内圈、外圈、滚动体和保持架几部分构成。内圈连接轴颈，外圈连接轴承座孔。多数情况是内圈随轴回转，外圈不动；但也有例外，比如外转内不转或者是内外各自转等情况。滚动轴承核心元件是滚动体，它使发生相对运动的表面间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大减少了摩擦阻力。滚动体的形式不是单一的，滚动体有球、圆柱滚子、球面滚子等，还是看轴承的结构而定。轴承的承载能力即取决于滚动体的大小和数量。现代机器的运作很多都离不开滚动轴承的使用，顾名思义，它支承转动一般通过重要零部件之间的滚动接触。滚动轴承的摩擦阻力比滑动轴承要小的多，摩擦力的减少自然会降低消耗的功率，使得起动更方便快捷。高强度、高耐磨性的铬锰高碳钢很适合用来制造滚动轴承的内、外圈和滚动体，常用牌号如GCr15、GCr15SMn等（G表示滚动轴承纲），还要进行一定的淬火锻造