2kw台式钻床设计【含CAD图纸、SW三维、说明书】
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含CAD图纸、SW三维、说明书
2kw台式钻床设计【cad
台式钻床设计
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毕业设计（说明书）题 目 学生姓名 学 院 专 业 班 级 学 号 指导教师 摘 要台式钻床是现在工业设计必须的一类机床，大到大型加工厂，小到家庭使用，台式钻床在生活是有着极其重要的作用，传统的机床技术经过几十年的发展，现已成为一种较为成熟的技术，其由如下构件组成，底盘，工件夹具，支柱，电动机，传动系统，钻头，手柄等。先将工件通过夹具进行固定，然后通过手摇手柄升降钻头，抵达工件表面后开启电动机进行钻孔、攻丝等工艺加工。其优缺点显而易见，能加工的工件加工位置有限，并且只能进行单一零件的定位、夹紧、加工等。在这篇设计中，我们设计了一种小型台式钻机，对传统的台式钻床进行了如下改动，将传统的圆盘式夹具改为十字滑台式夹具，在使用时，使用手柄可以控制滑台的移动，这样可以最大化的扩大夹具的使用，同时可以对多个零件进行加工，同时扩大了加工零件的水平移动范围。其次将传统台式钻床的支柱进行了改进，改为一种套筒式立柱，这样改动可以扩大钻床的Z轴升降范围。第三，将钻头的升降改为使用步进电机控制，可以最大效率的利用机械。在设计中，在安全可靠的前提下，优先对设计进行优化设计，使其性能在现有前提条件下能达到最优。关键词：台式钻床；步进电机；十字滑台；优化设计 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 录第1章 绪论11.1钻床简介11.2钻床的发展及趋势11.2.1国内研究的现状21.2.2国外研究现状21.3研究目的31.4研究意义3第二章 课题任务42.1主要内容42.2技术要求42.3任务要求42.4成果要求52.5其他要求5第三章 自动化技术的应用63.1产生63.2发展趋势 6第四章 电动机选择94.1台式钻床的动力性能比较94.2台式钻床动力的计算与选择10第五章 步进电机选择125.1计算进给牵引力125.2系统等效转动惯量的计算125.3切削力计算135.4初选步进电机165.5步进电机的校验18第六章 带传动设计216.1确定计算功率216.2选择V带的型号216.3确定带轮直径216.4定中心矩和基准带长：216.5验算包角：216.6确定V带根数：22第7章 主要零件的加工工艺237.1 零件图样分析237.2 零件工序和装夹方式的确定237.3 加工顺序的确定247.4进给路线的确定247.5 夹具的选择247.6 刀具的选择247.7 切削用量的选择257.8加工所需工、量具25结束语27致 谢28参考文献29第1章 绪论1.1钻床简介目前将机床分为12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床及其他机床。在每一类机床中，又可以按照工艺范围、步型型式和结构等等，可以分为若干组，每一组又可以分为若干系列。如钻床又包括：坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、中心孔钻床及其他钻床。在上述的基本分类方法的基础上，还可以根据机床的其他特征进一步进行分类。同类型机床按照应用范围（通用性程度），可以分为通用机床（或者称万能机床）、专门化机床和专用机床三大类。其中通用机床是可以加工多种工件，完成多种多样工序的加工范围较广的机床，如卧式车床、摇臂钻床等等。摇臂钻床主要由立柱，摇臂，主轴箱，和底座等部分组成。主轴箱装在摇臂上，可沿立柱上下移动，以适应加工不同高度工件的要求。此外，摇臂还可以随外立柱在360范围回转，因此主轴很容易调整到所需要的加工位置。为了使主轴在加工时保持确定的位置，摇臂钻床还具有内立柱，摇臂及主轴箱的夹紧机构，当主轴的位置调整确定后，可以快速将它们夹紧。 摇臂钻床的其他变形如万向摇臂钻床摇臂和主轴箱可以回转或倾斜，使主轴可在空间任意方向都可以进行钻削，适用于重型机器，机车车辆，船舶和锅炉等制造业中加工大型工件。车式摇臂钻床的底座有车轮，可以在轨道上移动，适用于桥梁和机床等行业窄长形工件的孔加工。1.2钻床的发展及趋势进入市场经济后，国内机床行业竞争日趋激烈，与中捷摇臂钻厂生产相同型号产品的企业有40多家，中捷摇臂钻厂产品领先优势受到挑战。为了应对挑战，中捷摇臂钻厂在产品卖得正火的时候，提出了进行跨越产品结构调整。第一，用先进技术改造传统产品。如普通摇臂钻床实现了五轴联动，价格由几万元上升到几十万元，达到中国摇臂钻床最高水平。第二，向国际先进水平靠拢，不断扩大产品领先优势。ZK系列、桥式和动桥系列产品，十几项技术居国内领先地位。ZK3050获得自主知识产权，并成为国家重点新产品；Z3580A万向摇臂钻，在任何空间、任意方向、任意位置上实现钻削功能，不仅填补了国内空白，在国外也不多见。在国际著名的芝加哥机床展览会上，中捷摇臂钻厂参展产品被一位美籍华商相中并当场拉走。德国、意大利、西腊、瑞典、伊朗等国家和地区纷纷提出做中捷牌摇臂钻的代理经销商。在上海国际机床展览会上，沈阳机床股份有限公司参展的数控钻铣床，同时被国内三家企业看好。摇臂钻床和大多数机床一样，将向数控自动化、机电一体化和智能化方向发展。摇臂钻床未来的发展趋势是：应用电子计算机技术，简化机械结构，提高和扩大自动化工作的功能，使机床适应于纳入柔性制造系统工作；提高功率主运动和进给运动的速度，相应提高结构的动、静刚度以适应采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并发展超精密加工机床，以适应电子机械、航天等新兴工业的需要。1.2.1国内研究的现状 钻床广泛地在我国纺织机械、石油机械、印刷机械、包装机械、医疗器械、航空航天、汽车拖拉机、橡塑模具以及发电机制造、机床制造等行业有关零件的钻孔加工得到应用。目前我国机床工业自1949年建立以来，虽然在短短的时间内取得了很大的成就，但与世界先进水平相比还有很大的差距。就现状看，主要表现在：我国机床工业起步晚、技术不成熟；大部分高精度和超精度机床的性能还不能满足要求，精度保持度也很差，特别是高效自动化和数控机床的产量、技术水平和质量等方面都明显落后。据有关部门统计，我国数控机床的产量仅是全部机床产量的1.5% 。我国数控机床基本上是中等规格的车床、铣床、钻床等，而精密、大型、重型或小型数控机床还远远不能满足要求；另外我国机床在技术水平和性能方面的差距也很明显，机床理论和应用技术的研究也明显落后。所以为了满足市场需求，我们要不断创新、改进，学习国外的先进技术加强自动化、数字化的控制，从而实现数控机床加工的升级换代，为机械加工产品商业化创造条件，推动机械产品商品化的进程，使我国的机械加工产品以及先进机械设备出现在世界先进的行列。1.2.2国外研究现状在发达国家，对于这一块的发展远超过我国目前这样的现状。国外的发达国家已经普遍采用自动化台钻来加工产品，如德国IXION公司、TBT公司、英国MOLLART公司等，都采用自动化钻床技术，其独到之处是对长钻头的辅助支撑，在加工过程中能自动就位和撤回，并且使用用户化编程软件GE.FANUC数控系统，大大优化了加工过程。近年来，随着家电市场销售量增大，塑料制品增长速度加快，塑料模具制造业蓬勃发展，深孔钻床为了满足模具上的水孔、射销孔等孔系的深孔加工。由过去的单一座标轴的深孔钻床加工发展到需要加工座标孔系的多孔加工而开发的三座标数控深孔钻床近些年来发展很快。美国TBT公司生产的特别适用于加工摩托车到轻型卡车的各种中小型曲轴油孔的BW200-KW深孔钻床；特别适用于大中型卡车曲轴油孔的BW250-KW深孔钻床，它们均具有X、Y、Z、W四轴数控。该公司为了客户需要,在一条生产线上可以加工多种不同品种的曲轴油孔，于2000年设计制造了第一台柔性曲轴加工中心，可以加工212缸不同曲轴上所有的油孔。英国MOLLART公司生产制造的专为加工颗粒挤出模具而开发的具有六等分六根主轴同时加工同一工件上六个孔的专用深孔钻床。该工件孔数量多达 36000个。全都是数控系统控制的。国外先进钻床技术效率高、自动化程度高、加工速度快、操作方便，可完成大规模的机械生产任务，远超过我国目前的现状。 1.3研究目的 钻床是进行钻孔、扩孔、攻丝等不可缺少的的设备，主要应用于机械制造业。在当今飞速发展的时代，通过提高设备的性能与节约工作时间，从而达到提高工作效率的目的已越来越受欢迎，近年来放眼望去有关的机电设备生产车间都在逐步被自动化管理所取代，在当今的经济建设中发挥了重要作用，此次把传统手工操作的台式钻床改装成自动化工作的钻床，大大节约了劳动力，提高了生产效率，同时让机械制造业也紧跟时代的发展脚步。1.4研究意义在拿到设计题目之后，经过查资料，资询同学，询问老师，了解台式钻床机械加工的发展，以及钻床加工设备的类型，得知设备的工作类型可分为以下几种：台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、铣钻床、深孔钻床、平端面中心孔钻床、卧式钻床等。每种钻床都有各自的优缺点，也有各自不同的配置。本次我们所要研究的就是如何对台式钻床进行改进从而达到我们所要设计的目的，也让台钻的自动化加工生产方式在市场上及其他不可缺少的地方使企业的生产效率不断满足市场的需求，尽快缩短与国际的差距。当然这需要时间也需要我们大家共同的努力，通过我们以后不断的改进、实验、加强自身的探索，让自动化的台钻走向各个需要它的领域发挥其重要的作用，这是一条充满挑战的道路，前进的道路困难重重，坚持下去，就是我们设计的意义所在，任重而道远。第二章 课题任务2.1主要内容传统的机床技术经过几十年的发展，现已成为一种较为成熟的技术，其由如下构件组成，底盘，工件夹具，支柱，电动机，传动系统，钻头，手柄等。先将工件通过夹具进行固定，然后通过手摇手柄升降钻头，抵达工件表面后开启电动机进行钻孔、攻丝等工艺加工。其优缺点显而易见，能加工的工件加工位置有限，并且只能进行单一零件的定位、夹紧、加工等。现如今，我们设计了一种小型台式钻机，对传统的台式钻床进行了如下改动，将传统的圆盘式夹具改为十字滑台式夹具，这样可以最大化的扩大夹具的使用，同时可以对多个零件进行加工。将传统台式钻床的支柱进行了改进，改为一种套筒式立柱，可以扩大钻床的Z轴升降范围。将钻头的升降改为电动控制，可以最大效率的利用机械。2.2技术要求（1）在深刻领会任务内吝及要求的基础上，通过查阅文献资料、调查研究和方案论证，写出开题报告。然后开展实验研究、理论研究、设计、研制、开发以及数据处理、分析总结、资料整理等与任务书要求相应的工作，并撰写成毕业论文或设计说明书，独立地完成毕业设计的各项任务。完成台式钻床的设计，要求在满足工艺要求的前提下，对所需要加工的零件完成孔以及攻丝的加工，对于定位要求、设计要求、夹紧要求等应满足设计说明书。（2）设计的台式钻床要绝对安全，放心可靠，效率有一定的提高，使用时方便，无特殊操作要求。钻头升降高度为200-800mm。（3）选择压紧力产生原理，设计相应的压紧机构，对台钻的工件夹紧机构进行合理的设计，应达到如下要求，夹紧力合适，不会对工件造成表面的损伤，夹紧后工件在加工时应不会发生移动，转动等不符合加工要求的移动。（4）整机的设计尽量选取轻型材料，使整机尽量轻便。2.3任务要求已知原始数据:输入轴电机:2KW；设计台式钻床，变速范围50-1600转/分;主要任务包括:(1)根据所设计变速箱转速级数要求，确定布局方案和运动形式，计算运动参数;（2）根据运动设计及其布局方案，依据输入电机功率以及变速特征，计算传动件参数例如齿轮模数、齿宽等，铀径等);（3）根据运动设计、动力设计得到的主要技术参数，设计具体零部件结构，完成装配图设计;（4）撰写设计说明书;2.4成果要求（1）完成毕业设计开题报告和文献综述。一份。（2）对所设计的台式钻床装配图一张（零号）、关键零件图若干，两项折合零号图纸3张以上。（3）台式钻床零件的强度校核，相关设备的参数选择。（4）完成编制设计说明书一份。毕业论文或设计说明书需符合规范化要求，即:由中外文题名、目录、中外文摘要、引言(前言)、正文、结论、谢辞、参考文献和附录组成，中文摘要在400个汉字左右，外文摘要在250个实词左右。中文题名字数一般不超过20个，设计说明书、论文或软件说明书的总字数在1.5万汉字。2.5其他要求（1）台式钻床应该为通用性钻床，在不同的需要时满足不同的要求；（2）钻床上相关标准部件应能调换；（3）台式钻床的体积应尽量小，尽量轻。（4）机体装配时应根据图纸要求简单容易的装配，维修容易，不需专门工具。（5）尽量使用标准件，对非标准件，应尽可能工艺简单，加工容易。第三章 自动化技术的应用3.1产生 社会需求是推动生产力发展最有力的因素。二十世纪四十年代以来，由于航空航天技术的飞速发展，对于各种飞行器的加工提出了更高的要求，这些零件大多形状非常复杂，材料多为难加工的合金。用传统的机床和工艺方法进行加工，不能保证精度，也很难提高生产效率。为了解决零件复杂形状表面的加工问题，1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六个时代：（1）数控（NC）阶段（1952年1970年）早期的计算机运算速度低，不能适应机床实时控制的要求，人们只好用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，这就是硬件连接数控，简称数控（NC）。随着电子元器件的发展，这个阶段经历了三代，即1952年的第一代电子管数控机床，1959年的第二代晶体管数控机床，1965年的第三代集成电路数控机床。（2）计算机数控（CNC）阶段（1970年现在）1970年，通用小型计算机已出现并投入成批生产，人们将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入计算机数控阶段。这个阶段也经历了三代，即1970年的第四代小型计算机数控机床，1974年的第五代微型计算机数控系统，1990年的第六代基于PC的数控机床。 随着微电子技术和计算机技术的不断发展，数控技术也随之不断更新，发展非常迅速，几乎每5年更新换代一次，其在制造领域的加工优势逐渐体现出来。3.2发展趋势 数控机床的出现不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前世界上数控机床的发展呈现如下趋势：（1）高速度高精度化 速度和精度是数控机床的两个重要技术指标，它直接关系到加工效率和产品质量。对于数控机床，高速度化首先是要求计算机数控系统在读入加工指令数据后，能高速度处理并计算出伺服电机的位移量，并要求伺服电机高速度地做出反应。此外，要实现生产系统的高速度化，还必须谋求主轴转速、进给率、刀具交换、托盘交换等各种关键部件也要实现高速度化。 提高数控机床的加工精度，一般是通过减少数控系统的误差和采用补偿技术来达到。在减少数控系统误差方面，一般采取三种方法：提高数控系统的分辨率、以微小程序段实现连续进给；提高位置检测精度；位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制。在采用补偿技术方面，除采用间隙补偿、丝杠螺距补偿和刀具补偿等技术外，还采用了热变形补偿技术。（2）多功能化 一机多能的数控机床，可以最大限度地提高设备的利用率。如数控加工中心（Machining CenterMC）配有机械手和刀具库，工件一经装夹，数控系统就能控制机床自动地更换刀具，连续对工件的各个加工面自动地完成铣削、镗削、铰孔、扩孔及攻螺纹等多工序加工，从而避免多次装夹所造成的定位误差。这样减少了设备台数、工夹具和操作人员，节省了占地面积和辅助时间。为了提高效率，新型数控机床在控制系统和机床结构上也有所改革。例如，采取多系统混合控制方式，用不同的切削方式（车、钻、铣、攻螺纹等）同时加工零件的不同部位等。现代数控系统控制轴数多达15轴，同时联动的轴数已达到6轴。（3）智能化 数控机床应用高技术的重要目标是智能化。智能化技术主要体现在以下几个方面： 引进自适应控制技术 自适应控制技术（Adaptive ControlAC）的目的是要求在随机的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态、特性，按照给定的评价指标自动校正自身的工作参数，以达到或接近最佳工作状态。通常数控机床是按照预先编好的程序进行控制，但随机因素，如毛坯余量和硬度的不均匀、刀具的磨损等难以预测。为了确保质量，势必在编程时采用较保守的切削用量，从而降低了加工效率。AC系统可对机床主轴转矩、切削力、切削温度、刀具磨损等参数值进行自动测量，并由CPU进行比较运算后发出修改主轴转速和进给量大小的信号，确保AC处于最佳的切削用量状态，从而在保证质量条件下使加工成本最低或生产率最高。AC系统主要在宇航等工业部门用于特种材料的加工。附加人机会话自动编程功能 建立切削用量专家系统和示教系统，从而达到提高编程效率和降低对编程人员技术水平的要求。具有设备故障自诊断功能 数控系统出了故障，控制系统能够进行自诊断，并自动采取排除故障的措施，以适应长时间无人操作环境的要求。（4）小型化 蓬勃发展的机电一体化设备，对数控系统提出了小型化的要求，体积小型化便于将机、电装置揉合为一体。日本新开发的FS16和FS18都采用了三维安装方法，使电子元器件得以高密度地安装，大大地缩小了系统的占有空间。此外，它们还采用了新型TFT彩色液晶薄型显示器，使数控系统进一步小型化，这样可更方便地将它们装到机械设备上。（5）高可靠性 数控系统比较贵重，用户期望发挥投资效益，因此要求设备具有高可靠性。特别是对在长时间无人操作环境下运行的数控系统，可靠性成为人们最为关注的问题。提高可靠性，通常可采取如下一些措施：提高线路集成度 采用大规模或超大规模的集成电路、专用芯片及混合式集成电路，以减少元器件的数量，精简外部连线和减低功耗。建立由设计、试制到生产的一整套质量保证体系 例如，采取防电源干扰，输入/输出光电隔离；使数控系统模块化、通用化及标准化，以便于组织批量生产及维修；在安装制造时注意严格筛选元器件；对系统可靠性进行全面的检查考核等。通过这些手段，保证产品质量。增强故障自诊断功能和保护功能 由于元器件失效、编程及人为操作错误等原因，数控机床完全可能出现故障。数控机床一般具有故障自诊断功能，能够对硬件和软件进行故障诊断，自动显示出故障的部位及类型，以便快速排除故障。新型数控机床还具有故障预报、自恢复功能、监控与保护功能。例如，有的系统设有刀具破损检测、行程范围保护和断电保护等功能，以避免损坏机床及报废工件。由于采取了各种有效的可靠性措施，现代数控机床的平均无故障时间（MTBF）可达到1000036000h。第四章 电动机选择原动机又被称之位动力机，是机械设备中的重要驱动部分。原动机泛指利用能源产生原动力的一切机械，按利用的能源分，有热力发动机、水力发动机、风力发动机和电动机等；是现代生产、生活领域中所需动力的主要来源。电动机（Motor）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。考虑到此次设计的合理性，我们选择使用电动机作为原动机1）必须考虑到工作机对原动机所提出的起动、过载、运转平稳性等方面的要求；2）必须考虑到其经济效益及其成本，这也是非常重要的一项。3）必须考虑到现场能源的供应情况及工作环境因素；4）必须考虑原动机的机械特性与工作机的匹配情况；5）必须考虑到维修是否方便，操作是否简单，工作是否可靠；4.1台式钻床的动力性能比较表2-2 原动机性能比较类别电动机气缸马达液压马达柴油机尺寸较大较小较小较大功率及取范围功率大；0.31000KW，范围广功率比电动机大；一般在2.2KW以下，尤其适用于0.75KW以下的高速传动功率最大；受实际油压和马达尺寸的限制功率大；538000KW重量大比电动机大最大大输出刚度硬软较硬较硬运行温度控制温度应低于许应值排气时空气膨胀，噪声较大，排气处应安装消声器对油箱进行风冷或水冷调整方法和性能直流电动机用改变电枢电阻、电压或改变磁通的方法；交流电动机用变频、变极或变转差率的方法用气阀控制，简单，迅速，但不够精确通过阀或泵控制改变流量，调速范围大较难噪声小较大较大较大维护要求较少少较多较多初始成本低较高高高运转费用最低最高高高应用很广，需要动力电源小功率高速场合较广很广，如各种车辆，船舶、农用机械、工程机械和压缩机等等4.2台式钻床动力的计算与选择钻床切削力的计算包括钻床主轴转矩计算和主轴轴向切削力的计算。由于加工材料为Q235钢，其属于碳素结构钢，钻头为高速钢麻花钻，加工方式为钻孔，所以查机床夹具设计手册得：钻床转矩计算公式如下： 式中， 切削力矩（NM） 钻头直径（mm） 每转进给量（mm） 修正系数轴向切削力的计算公式如下：式中， 轴向切削力（N） 钻头直径（mm） 每转进给量(mm) 修正系数已知被加工材料为Q235结构钢，结构钢和铸钢取=736MPa，D=13mm，=0.2mm，所以可分别计算出切削转矩和轴向切削为：=13.5 NM=2595 N由金属切削原理可知，主轴切削功率的计算公式为： 式中： 轴向切削力（N） 每转进给量(mm)n主轴固定转速（r/min） 切削力矩（NM）将以上数值代入公式中可计算出功率=0.25KW考虑到轴承传动效率（查得为0.99）和键传动效率（查得为0.98），所以可计算出钻床主轴要传递的功率P为：P=/(0.990.990.98)=0.37KW考虑到台式钻床的现场工作环境及工作需求，台式钻床的起动力矩和调速范围等要求，我选择电动机作为其原动机。由于生产机械装置及工作机所处的工作环境各不相同，电动机的 工作环境也自然而然就各不一样。在绝大多数情况下，电动机工作的周围大气中有不同分量的灰尘和水分，有的处于潮湿之处甚至水下工作，有的周围含有腐蚀性气体甚至爆炸物，为了保证电动机能在不同的工作环境中顺利地安全运行，电动机的外壳也就有多种型式，其型式有：开启式、防护式、封闭式、防爆式。由于台式钻床工作常处于灰尘较多的场合，其外壳选用封闭式，电动机型号为Y系列，Y801-4，额定功率2KW，满载转速1390r/min，额定转矩2.2Nm，质量17Kg。27第五章 步进电机选择脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量，它是衡量数控机床加工精度的一个重要参数，因此。脉冲当量应根据机床精度的要求来确定。对经济型数控机床来说，常采用脉冲当量为0.01mm/脉冲0.005mm/脉冲。一般小型台钻的主要技术参数中要求横向、纵向脉冲当量为0.01mm。5.1计算进给牵引力可根据机床设计手册进给牵引力的实验公式计算纵向导轨：K：颠覆力矩影响的实验系数K=1.15；：滑动导轨摩擦因素=0.150.18，取=0.16:； G：溜板及刀架重力，G=800N。 其中 分别是上面计算的数据， 因此上面的公式可以化为：5.2系统等效转动惯量的计算传动系统的转动惯量是一种惯性负载，在电机的选用的时候必须加以考虑。由于传动系统的各传动不见并不是与点饥轴同轴线，还存在各传动部件转动惯量向电机轴折算的问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上面的总传动惯量，即是传动系统等效转动惯量。（1）对于工作台溜板的转动惯量折算到电动机主轴上的计算公式：为脉冲当量，0.01mm;：步进电动机的步距角，；：蜗轮蜗杆减速电机的传动比，=50；：重力加速度，=10。工作台的质量的折算工作台是移动不见，其移动质量折算到丝杠轴上的转动惯量可以按下面的公式进行计算：（2）对于轴，轴承，齿轮，联轴器，丝杠等圆柱体的转动惯量计算公式为对于钢材，材料密度为代入就有其中：D为圆柱体的直径；L为圆柱体的长度。丝杠转动惯量的折算到电机轴上为：（3）动系统等效转动惯量计算我们设计的机床，是采用的是减速电机带动的减速传动，因此我们可以根据下面的公式，进行计算：其中 :为传动系统等效转动惯量;根据查资料和计算我们可以得到5.3切削力计算在进行进给系统的传动计算,选用步进电机时,都要用到切削力(机床的主要负载)，我所设计的是数控钻床，因此我们在设计中要分析和计算铣削和钻削。 （一）钻削的载荷的计算普通的麻花钻每一切削刃都会产生切向方向的切削抗力，径向切削抗力与轴向方向的轴向抗力，当左右切削刃对称时，径向的抗力就会向平衡。切向的抗力形成钻削力矩，他消耗了切削功率，所用切削刃上轴向抗力之和就形成了钻头上的轴向应力。钻头切削力的计算包括钻头主轴转矩计算和主轴轴向切削力的计算。由于加工材料为Q235钢，其属于碳素结构钢，钻头为高速钢麻花钻，加工方式为钻孔，所以查机床夹具设计手册得：1.钻削转矩计算公式如下：式中，：切削力矩（）：钻头直径（20mm）：每转进给量（0.1mm）：修正系数： 2.轴向切削力的计算公式如下：式中，：轴向切削力（N）已知被加工材料为Q235结构钢，结构钢和铸钢取=736MPa，D=20mm，=0.1mm，所以可分别计算出切削转矩和轴向切削力为：=21.6 =2661.7 N（二）铣削抗刀分析铣削运动的特征是主运动为铣刀绕自身轴线高速回转，进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给（键槽铣刀可沿轴线进给）。铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端面铣刀为基本形线。圆柱铣和端面铣刀的切削部分都可看做车刀刀头的演变，铣刀的每一个齿相当于一把车刀，它的切削基本规律与车削相似。1.削抗力的合力为：将沿铣刀轴线径向和切向进给分解，则分别为轴向铣削力和径向铣削力。切向铣削力是沿铣刀主运动方向的分力，它消耗的铣床主电机功率最多。因此，切向铣削力可以按切削功率（KW）或主电机功率（ KW）计算，也可以按切削用量进行计算。 式中：V：主轴传递全部功率时的最低切削速度，100m/s； ：机床主传动系统的效率。这里按电机功率进行计算。图3-7 铣削力及工作台上的载荷2.进给工作台工作载荷的计算作用在进给工作台上的合力与铣刀刀齿的铣削抗力的余力大小相同方向相反，如图2-6所示，合力就是设计和校核工作台进给系统的时要考虑的工作载荷，它可以沿着铣床工作台运动方向分解为三个力：工作台的纵向进给方向载荷Fx 工作台横向进给方向载荷Fy 和工作台垂直进给方向载荷Fz 。工作台工作载荷Fx、Fy和Fz与铣刀的切向铣削力Fz之间有一定的经验比值（可查机电综合指导表2-1），因此，求出后，即可计算出工作台工作载荷、和。即 ：, 则： = 207.36N, = 207.36 N, = 172.8 N.5.4初选步进电机（1）计算步进电机的负载转矩式中： ：进给牵引力（N）； ：丝杠的传动效率，为齿轮、轴承、丝杠效率之积； ：齿轮副的传动效率，是齿轮副的传动比； ：十字型导轨副的传动效率。因为：，则（2）估算步进电机的起动转矩式中：0.3为安全系数。（3）计算最大静转矩查表取三相六拍，则（4）计算步进电机运行频率和最高起动频率试中：最大快移速度（m/min），这里为2m/min； ：最大切削进给速度（m/min）;这里为0.1 m/min； ：脉冲当量，取0.01mm/step。（5）初选步进电机型号选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏低，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用开环控制，任务书初选的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有1500mm/min,故本设计不必采用高档次的伺服电机，因此可以选用混合式步进电机，以降低成本，提高性价比。根据估算出的最大静转距查得86HS15060A4最大静转距为12 ，可以满足要求，考虑到此经济型数控铣床有可能使用较大的切削用量，应选稍大转距的步进电机，以便留有一定的余量，另一方面，与国内同类型机床类比，决定采用86HS15060A4步进电机，查得86HS15060A4步进电机最高空载起动频率和运行频率满足要求。86步进电机的基本信息，见表5-1表5-1 86步进电机的基本信息参数说明，见表3-9表3-9 86步进电机的参数说明尺寸说明，如图3-10图3-105.5步进电机的校验机床在不同的工作情况下，其所需要的转矩不同，下面分别按各阶段计算。（1）快速空载起动转距在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算公式如下：式中：快速空载起动转矩；：空载起动时折算到电机轴上的加速转矩；：折算到电机轴上的摩擦转矩； ：由于丝杠预紧时折算到电机轴上附加摩擦转矩。摩擦转矩式中：运动部件的总重量（N）；：导轨摩擦系数，取； ：蜗轮蜗杆减速电机的传动比，i=50。 空载起动时折算到电机轴上的加速转矩：式中：折算到电机轴上的总等效转动惯量；：电机最大角加速度，（）；：电机最大转速，（）；：运动部件最大快进速度，（）；：运动部件从停止起动到加速到最大快进速度所需要的时间，（0.025s）。上面三项合计为： （2）快速移动时所需的转矩： （3）最大切削负载时所需转矩： 从上面的计算可以看出，和三种工作情况下，以快速空载起动转矩最大，即以此项作为较核步进电机转矩的依据。查表知，当步进电机为三相六拍时，则最大静转矩为： 而86HS15060A4型步进电机最大转矩为12，大于所需要的最大静转矩，可以满足此项要求。第六章 带传动设计输出功率P=2kw，转速6.1确定计算功率 按最大的数据计算 ,K为工作情况系数，查1表3.5. 取6.2选择V带的型号 根据查表选择A型V带 6.3确定带轮直径小带轮直径验算带速从动轮直径取查1表3.3计算实际传动比6.4定中心矩和基准带长：（1）初定中心距a0（2） 带的计算基准长度取Ld0=630mm（3）计算实际中心距 （3） 确定中心距调整范围6.5验算包角：6.6确定V带根数：确定额定功率：P0由查表并用线性插值得表37得功率增量表38得包角系数查1表3得长度系数确定带根数：取Z=1第7章 主要零件的加工工艺选取皮带轮作为研究对象7.1 零件图样分析皮带轮如下图4-1：图7-1 皮带轮图纸中所选的材料为HT200。经分析：该零件图结构合理；轮廓几何要素所给定的条件充分；精度及各项技术要求齐全、合理；由图纸得出，该零件的加工精度要求不是很高，加工方法也就根据所生产批量的不同而有所不同，当然，要考虑到经济性时，用普通机床就可以加工出来，要是考虑到时间及中批量方面的话，可以选用车床。在这里我选用加工。其位置精度有三处，基准都是A基准，加工时要考虑它们跟孔一起进行加工；中心孔的尺寸公差等级为六级公差带，在车床上加工难达到此种精度，需要进行精磨，精磨的时候要以右端面为定位基准，这样才能保证位置度的正确性，关于磨床着方面，就不做介绍了。磨削时要以右端面为定位基准。对于内孔槽的加工是：在本设计中，我选用插床加工的方法来加工内孔槽，方便。7.2 零件工序和装夹方式的确定对皮带轮的加工工序，可以分为五个。装夹是指将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程，可采用三角卡盘等方式装夹。在确定定位基准与夹紧方案时应注意如下3点：（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一。（2）尽量减少装夹次数，尽可能做到在一次装夹定位后就能加工出全部待加工的部位。（3）夹具要开畅，其定位、夹紧机构不能影响加工中的走刀，避免刀具与夹紧机构碰撞。遇到此类情况时，可采用用虎钳或加底板抽螺丝的方式装夹。7.3 加工顺序的确定在分析了零件图样和确定了工序、装夹方式之后，接下来即要确定零件的加工顺序。制定零件车削加工顺序一般遵循下列原则：（1）先粗后精 按照粗车半精车精车的顺序进行，逐步提高加工精度。粗车将在较短的时间内将工件表面上的大部分加工余量切掉，一方面提高金属切削率，另一方面满足精车的余量均匀性要求。若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。精车要保证加工精度，按图样尺寸，一刀切出零件轮廓。（2）先近后远 这里所说的远与近，是按加工部位相对于对到的距离大小而言的。在一般情况下，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。（3） 内外交叉 对既有内表面，又有外表面需要加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。切不可将零件上一部分表面加工完后，再加工其它表面。7.4进给路线的确定在加工中，刀具好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。（4）确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具体分析确定进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线，因精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。对于铣削加工时，当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给路线。当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进给路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刃。对该方案，粗加工时用逆铣，精加工时用顺铣。铣削封闭的内轮廓表面时，刀具不能沿轮廓曲线的法向切入和切出。此时刀具可以沿一过渡圆弧切入和切出工件轮廓。7.5 夹具的选择由图纸可得出，该零件的尺寸精度及粗糙度都属于IT8IT10公差等级，夹具的选择都采用机床通用的夹具就可以达到图纸要求了。7.6 刀具的选择刀具的选择是加工工艺设计中的重要内容之一。刀具选择合理与否不仅影响机床的加工效率，而且还直接影响加工质量。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的车削方法相比，车削对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好耐用度高、而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造加工刀具，并优选刀具参数。车刀和刀片的种类有焊接式与机械夹固式两大类。焊接式车刀 将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上称为焊接式车刀。这种车刀的优点是结构简单，制造方便，刚性较好。缺点是由于存在焊接应力，是刀具材料的使用性能受到影响，甚至出现裂纹。另外，刀杆不能重复使用，硬质合金刀片不能充分回收利用，造成刀具材料的浪费。我们在实习期间就是用的这种刀具，所以对这种刀具还是比较了解的，在本设计中，用到的就是该类刀具。机夹可转位刀具 机械夹固式可转为车刀由刀杆、刀片、刀垫以及夹紧元件组成。刀片每边都有切削刃，当某切削刃磨损钝化后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可继续使用。经分析图纸得出加工该零件时要用到外端面90车刀内孔刀以及如下图4-2所示的成型刀1和如图4-3所示的成型刀2。铣刀要一把底角半径为3mm长度大于43mm直径为12mm的铣刀。直径为12mm平底铣刀长度为30mm左右。40mm的磨刀，精磨内孔。图4-2 成刀型1 图4-3 成刀型27.7 切削用量的选择车床加工中的切削用量包括：背吃刀量、主轴转速或切削速度（用于恒线速切削）、进给速度或进给量。上述切削用量应在机床说明书给定的允许范围内选取。实习中背吃刀量为1mm主轴转速选择车每分钟600转，进给速度为80mm/min。铣床的刀具选用高速钢钻头，其切削用量包括：切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃到量，从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。由于图纸上工件表面粗糙度值要求是6.3，则
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