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毕业设计（论文）设计（论文）题目： 专用钻床进给系统及底座设计 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 赵一雄 学号：09403010235 指 导 教 师： 迟 军 2013年 月 日摘 要本论文主要说明专用钻床设计的基本过程及要求。专用钻床是按高度集中原则设计的，即在一台机床上可以同时完成同一种工序或多种不同工序的加工。专用钻床发展于工业生产末期，与传统的机床相比：专用钻床具有许多优点：效率高、精度高、成本低。它由底座、立柱、工作台、及电源一些基本部件及一些特殊部件，根据不同的工件加工所需而设计的。在专用钻床上可以完成很多工序，但就目前使用的大多数专用钻床来说，则主要用于平面加工和孔加工两大类工序。论文主要内容包括四大部分：（1）、制定工艺方案 通过了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹紧情况、生产效率及机床的结构特点等，确定在专用钻床上完成的工艺内容及加工方法，并绘制被加工零件工序图。（2）、专用钻床的总体设计确定机床各部件之间的相互关系（3）、专用钻床部件设计包括专用多轴箱的设计，传动布局合理，轴与齿轮之间不发生干涉，保证传动的平稳性和精确性。专用主轴设计、轴承的选用及电机的选择等。本课题主要完成专用钻床进给机构及底座部分的设计与计算分析。关键词：专用钻床；设计；过程；功能IIAbstractThis thesis mainly elucidates the basic process and requirements that design of the combination machine. Combination machine is designed according the fundamental , which highly centralized ,or , more correctly it can process one working procedure or more different working procedures at one time . Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditional machine; combination machine has many advantages , such as high efficiency , high accuracy and low cost . It is composed of some general parts , such as bed ,column ,work able ,power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need. The preface of a lot of works can be completed on the combination machine, but in regard to the majority current usage of combination machine, then and primarily used for the flat surface to process and the bore to process two big work preface. The main part including :(1) Formulating technological plan We,ve learned the characteristic of the part designed ,accuracy and specification ,locating and fixing ,productivity and machining structure by the practice .Then the technological operation and work order can be determined which can be finished in combination machine.(2) Combination machine frame design determines the interrelation of the different part in the machining tool ,select general parts and tool oriented .Then compute cut feed and productivity finally draw a sketch map of the machine .(3) Combination machine parts design including headstock、proper transmission layout 、shaft and gear move freely without interference which ensure the stability and accuracy during transmission ,then design dedicated select bearings and engine etc.(4) It adopts many hydraulic control valves ,which ensure the stability ,circulation and accuracy .Keywords: combination machine ;design ;process ;function目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论11.1 课题研究意义11.2钻孔专用设备应用11.3国外进给系统现状与发展21.4国内进给系统现状与发展21.5 专用钻床设备发展趋势4第2章 钻床总体设计要求52.1切削参数要求52.2 轴向力、扭矩、功率参数要求52.3 进给系统设计要求6第3章 专用钻床进给系统设计73.1常见丝杠支承方式73.2 脉冲当量选择83.3滚珠丝杠设计计算83.4滚珠丝杠副的载荷计算83.5传动效率计算113.6稳定性验算113.6 刚度验算113.7 滚珠丝杠精度等级确定113.8 滚动导轨副的防护143.9 直线滚动导轨副的计算、选择143.10电机至丝杠之间齿轮减速传动设计163.11等效转动惯量计算(不计传动效率)193.12 电机的计算选型193.13 联轴器选择20第4章 底座设计214.1 对底座结构的基本要求214.2 底座的结构22结 论24致 谢25参考文献2626第1章 绪论1.1 课题研究意义市场的开放性和全球化使产品的竞争日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品的开发时间(Time ) ， 产品(Quality)，成本(Cost)，创新能力(Creation)和服务(Service)。用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周期。美国制造业在20世纪50至40年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在70年代竞争力的第一要素为降低生产成本，80年代为提高产品质量，90年代为市场响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平.是先进制造技术的基本单元载体，机械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家.根据德国工业协会(VD W )2000年统计资料，在主要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场竞争中仍处于较低水平:即使在国内市场也面临着严峻的形势:一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。1.2钻孔专用设备应用据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，钻孔专用设备是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的钻孔专用设备更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有15000个20孔，若以摇臂钻床加工，单单钻孔与锪沉头孔就要843.5小时，另外还要划线工时151.1小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要171.6小时，划线也简单，只要1.9小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合钻孔专用设备不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机30种箱形与杆形零件的2000多个钻孔操作中，有40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少20%的加工时间。1975年法国巴黎机床展览会也反映了钻孔专用设备的使用愈来愈多这一趋势。1.3国外进给系统现状与发展钻孔专用设备是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴专用钻床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。1.4国内进给系统现状与发展从传动方式来说主要有带传动、齿轮传动与万向联轴节传动三种。这是大家所熟悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式二种。前者轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其赞许适应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内可调整轴距。它主要装在有万向.二种。（1）万向轴式也有二种:具有对准装置的主轴。主轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的T形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圆柱形主轴套。主轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件（如孔组分布在不同直径的圆周上）。后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中，刚性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种钻孔专用设备方法，由于钻孔效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。也象多轴头那样作为标准部件生产。美国Secto公司标准齿轮箱、多轴箱等设计的不可调式多轴箱。有32种规格，加工面积从300300毫米到6001050毫米，工作轴达60根，动力达23.5千瓦。Romai工厂生产的可调多轴箱调整方便，只要先把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。因此，这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通多轴箱更小的孔距。根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的专用钻床很适用于大中批量生产。为了在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点：（1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲走铁屑。（2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。（3）使用二组刀具的可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。（4）使用优质刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。（5）尺寸超差时能立即发现。这是一种能满足钻孔专用设备要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应某一组孔中不同孔径的加工需要。为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换主轴箱专用钻床。(1) 自动更换主轴机床自动更换主轴机床顶部是回转式主轴箱库，挂有多个不可调主轴箱。纵横配线盘予先编好工作程序，使相应的主轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有工件的工作台转动到主轴箱下面，向上移动进行加工。当变更加工对象时，只要调换悬挂的主轴箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。(2)多轴转塔机床转塔上装置多个不可调或万向联轴节主轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转工作台的工件作进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜过大，故它的工位数一般不超过46个。且主轴箱也不宜过大。当加工对象的工序较多、尺寸较大时，就不如自动更换主轴箱机床合适，但它的结构简单。(3)自动更换主轴箱专用钻床它由自动线或专用钻床中的标准部件组成。不可调多轴箱与动力箱按置在水平底座上，主轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。主轴箱库转动与进给动作都按标准子程序工作。换主轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台，以便加工工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置，就能合流水生产自动化。在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。(4) 数控八轴落地钻床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达15000个，它与支撑板联接在一起加工。孔径为20毫米，孔深180毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻，57巴压力的冷却液可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成90供自动定心。它比普通麻花钻耐用，且进给量大。为了缩短加工时间，以8轴数控落地加工。1.5 专用钻床设备发展趋势钻孔专用设备生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，钻孔专用设备的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。第2章 钻床总体设计要求2.1切削参数要求确定了在专用钻床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的专用钻床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工低30%左右多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成同转速和同的每转 进给量（mm/r）与其适应。以满足直径的加需要，即： 3.1式中： 各主轴转速（r/min） 各主轴进给量（mm/r） 动力滑台每分钟进给量（mm/min）由于减速器箱体(三)钻孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等，按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：进给量f=0.2mm/r、切削速度v=18m/min2.2 轴向力、扭矩、功率参数要求根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：切削力： =263.2 轴向力 1255N 切削扭矩： =103.3扭矩 3.71 N .M 切削功率： =3.4功率 0.28KW 式中： HB布氏硬度 F切削力（N） D钻头直径（mm） f每转进给量（mm/r） T切削扭矩(Nmm) V切削速度（m/min） P切削功率(kw)2.3 进给系统设计要求进给机构设计应满足一下几个条件首先就是必须保证工件定位可靠的可靠性，为了使工件、钻头保持准确的相对位置，必须根据要求的钻头，去选择合适的定位机构。再者就是要有足够的强度和刚度除了受到工件、工具的重量，还要受到本身的重量，还受到焊接枪在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度可能会发生折断或者弯曲变形，所以对于受力较大的进行强度、刚度计算是非常必要的。最后要尽可能做到具有一定的通用性 如果可以，应考虑到产品零件变换的问题。为适应不同形状和尺寸的零件，为满足这些要求，可将制成组合式结构，迅速更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。电动机齿轮传动滚珠丝杠主轴箱工作台 第3章 专用钻床进给系统设计3.1常见丝杠支承方式表 3-1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。3.2 脉冲当量选择由已知设计参数：进给量f=0.2mm/r、切削速度v=18m/min功率 0.28KW 初选三相电机，按三相六拍工作时，步矩角=0.75,初定脉冲当量=0.005mm/p3.3滚珠丝杠设计计算（1）.滚珠循环方式由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表5-1查得,选择外循环插管式（2）.轴向间隙预紧方式预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度.由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表5-2查得,采用双螺母垫片预紧方式。2）滚珠丝杠副直径和基本导程系列由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表5-3查得,3.4滚珠丝杠副的载荷计算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0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取1.11.5，本课题中取1.3，则丝杆所受的力为其等效载荷按下式计算（式中取，）fw-负载性质系数，（查表：取fw=1.2）ft-温度系数（查表：取ft=1）fh-硬度系数（查表：取fh =1）fa-精度系数（查表：取fa =1）fk-可靠性系数（查表：取fk =1）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由上式计算得Car=17300N采用丝杠直径40mm,导程为5mm 计算得出Ca=Car=17.3KN,则Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN公称直径Ph=12mm则选择FFZD型内循环预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD40103。滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表名称计算公式结果公称直径40mm螺距mm接触角钢球直径4.175mm螺纹滚道法向半径1.651mm偏心距0.04489mm螺纹升角螺杆外径39.365mm螺杆内径36.788mm螺杆接触直径37.755mm螺母螺纹外径34.212mm螺母内径（外循环）30.7mm3.5传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为：式中：=10，为摩擦角；为丝杠螺旋升角。3.6稳定性验算丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。3.6 刚度验算滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为：(cm)Y向所受牵引力大,故用Y向参数计算丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差为E级精度丝杠允许的螺距误差 =15m/m。3.7 滚珠丝杠精度等级确定（1）.丝杠有效行程 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表5-4查得le=20 mm导轨总长Lu =210+120+20=350mm 所以丝杠总长Lv =350-20=330mm（2）.精度等级 根据有效行程内的平均行程允许偏差 ep=0.01/300350103=11.7查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表5-5得 精度等级为T34）滚珠丝杠副支承形式选择滚珠丝杠主要承受轴向载荷,应选用运转精度高,轴向刚度高、摩擦力距小的滚动轴承.滚珠丝杠副的支承主要约束丝杠的轴向串动,其次才是径向约束。由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表5-6查得,采用一端固定一端游动(F-S)支承形式.5）滚珠丝杠副的选择高速或较高转速情况 按额定动负荷CCj选择滚珠丝杠副Cj=(Fefw)/(fhftfafk)(60Lhne)/(106)1/3式中 Cj-滚珠丝杠副的计算轴向动负荷(N) Fe-丝杠轴向当量负荷(N)，取进给抗力和摩擦力之和的一半. Fe=(120+0.06120)/2=63.6N ne-丝杠当量转速(r/min). ne=250r/min. Lh-丝杠工作寿命(h). 查考楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表5-7得Lh=15000 h. ft-温度系数. 查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表5-8,得ft=0.70. fa-精度系数. 查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表5-9得fa=1.0 fw-负载性质系数. 查2表5-10得fw=0.95 fh-硬度系数.查2表5-11得fh=1.0 fk-可靠性系数.查2表5-12得fk=0.21.计算得Caj=2.5N表3-1-1各类机械预期工作时间Lh表3-1-2精度系数fa表3-1-3可靠性系数fk表3-1-4负载性质系数fw6）滚珠丝杠副校核（1）.临界压缩负荷 对于一端轴向固定受压缩的滚珠丝杠,应进行压杠稳定性校核计算.不发生失稳的最大压缩负荷称为临界压缩负荷,用Fn表示Fn=3.41010(f1d24)(L02) K1式中 L0-最长受压长度.取400 mm f1-丝杠支承方式系数, F-S取2d2-丝杠螺纹底径,查43-32取17.6 mmk1 安全系数，取1/3Fn=13593NFmax（2）.临界转速ncr=9910(f22d2)/Lc2式中 f2-丝杠支承方式系数,F-S取3.927. Lc -临时转速计算长度. Lc =0.5m. d2-丝杠螺纹底径,取17.6mmncr= 10758.9r/min nmax取,同时验算丝杠另一个临界值d0n=20833=7500 =2KtT1（u1）(ZHZE)2/dauH2(1/3)1).试选Kt=1.6, 查表可得材料弹性影响系数ZE189.8MPa2).查机械设计教材，选取区域系数ZH=2.433, 选取齿宽系数d0.3，3). 查表得a10.78，a2 0.85，则aa1+a2 1.634).应力循环系数取j=1， 所以： N1=60n2jLh=6015001(2830015)6.480109 N2=N1/u=6.480109/2.13.081095）.查表得接触疲劳寿命系数KHN1=0.85,KHN2=0.89,6).查表得小齿轮接触疲劳强度极限Hlim1=600MPa,大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=550MPa,7).计算接触疲劳强度许用应力：取失效概率为1%，取安全系数S=1, H1KHN1Hlim1/S=0.85600/1510MPaH2KHN2Hlim2/S=0.87550/1489.5MPaH=H1+H2)/2=499.75 MPa8) 计算小齿轮传递的转矩：T1=95.5105Px/nx=95.51050.00594/1500=37.82N.mm（2） 计算 1）.试算小齿轮分度圆直径d1t21.644.1213.083/（0.31.6301.25）（2.433189.8/494.25）2）（1/3）6.94mm ，取d1t=7.0mm2).计算圆周速度 v=d1tn1/(601000)0.55m/s3).计算齿数b及模数mnt： b=dd1t=0.372.1mmmnt=d1tcos/Z1=7/20=0.34 h=2.25mnt=2.250.34mm =0.76 mmb/h=2.1/0.76=2.84).纵向重合度0.318dZ1tan=0.3180.320tan14o=0.485).计算载荷系数K,查课本得使用系数KA=1.25,根据v=0.033 m/s ,7级精度，查得动载系数Kv=1.01,由b/h=2.8,查得KH=KF=1.2,故载荷系数K=KAKvKHKF=1.251.011.21.21.696）.分度圆直径d1=d1t(K/Kt)(1/3)=7（1.69/1.6）（1/3）=7.13 mm7).计算模数mn=d1cos/Z1=7.13cos14o/20=0.35 mm(3）按齿轮弯曲强度设计mn=(2KT2YCOS2/dZ12)(YFYS/F)(1/3)1）计算载荷系数，K=KAKvKFKF=1.251.011.21.21.692）根据纵向重合度0.48，查表得螺旋角影响系数Y=0.913）计算当量齿数Zv1=Z1/cos3=20/cos314o=21.24）查得,YFa1=2.763,YSa1=1.592,YFa2=2.375,YSa2=1.672因为小齿轮弯曲极限强度FE1=500MPa,大齿轮FE2380MPa,查得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85,KFN2=0.87,取安全系数S=1.1，则F1KHN1FE1/S=386MPaF2KHN2FE1/S304MPa5）计算大、小齿轮YFa1 YSa1/F1并加以比较YFa1 YSa1/F12.7631.562/386=0.0112YFa2YSa2/F2=2.3751.672/3040.013比较后取大齿轮数据6）设计计算mn=21.6937.820.910.013(cos14)2/（0.32021.63）（1/3）0.187m 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数mn大于齿根弯曲疲劳强度计算得法面模数，取mn2 mm，已可满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度齿轮几何尺寸计算中心距 a=( Z1+Z2)mn/(2cos)=(52+62)2/（2cos14o）63.9 mm 所以圆整为64 mm按圆整后的中心距修正螺旋角arccos(Z1+Z2)mn/2a=arcos(52+62)2/(264) =14.36 o 3.11等效转动惯量计算(不计传动效率)小齿轮转动惯量Jg1=(d14b1)32=441.47.8510-332 =0.27610-4 kg.m2式中 钢密度=7.8510-3 kg/cm3同理,大齿轮转动惯量 Jg2=0.49810-4 kg.m2 查设计手册初选滚珠丝杠 CDM2005-3, 得到 d0=20 mm ,l=430 mm滚珠丝杠转动惯量 Js=(d04l)32=(2)4437.8510-33210-4 kg.m2 =0.5310-4 kg.m2工作重物为12kgJw=(w/g)(tsP2) 2 i2 =12(0.52) 2 2.1210-4 kg.m2 =1.7110-6 kg.m2因此,折算到电机轴上的等效转动惯量Je Je= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) i2 =0.80710-4 kg.m2 3.12 电机的计算选型查设计指导书(4-7)(4-9)可知:Mt=(Fx+Fy) tsP/(2i)= (180+0.06140)0.005/(20.82.1)=0.089N.mMf= (Ff tsP)/(2i)= (W tsP)/(2i)=(0.0612100.005)/ (20.82.1)=0.00341N.m上述式中 丝杠预紧时的传动效率取 =0.8为摩擦系数取0.06nmax=(vmax/)(/360)=(2000/0.005) (0.75/360)=833 r/min取起动加速时间t=0.03 s初选60BYG350DL-SASSML-0451 的电动机M0=(Fp0tsp)(2i) (1-02)= (1/3Fxtsp)(2i) (1-02) =(1/3) 1800.006(20.82.1) 1-0.92=0.054 N.m式中 Fp0滚珠丝杠预加负荷,一般取Fy/3 Fy进给牵引力(N) 0滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取0.9J=( Je +Jm)= 0.80710-4 kgm2+0.310-4 kg.m2 =1.10710-4 kg.m2Ma=( Je +Jm)( 2nmax)/(60t)= 0.2926N.mMq= Ma+ Mf+ M0=0.2926+0.00341+0.054=0.35N.mMc= Mt+ Mf+ M0=0.089+0.00341+0.054=0.1464N.mMk= Mf+ M0=0.00341+0.054=0.05741N.m从计算可知, Mq最大,作为初选电动机的依据.Mq/ Mjmax=0.4460.9 满足所需转矩要求.4)步进电机动态特性校验Je /Jm4 说明惯量可以匹配综上所述,可选60BYG350DL-SASSML-0451 的电机3.13 联轴器选择联轴器除联接两轴并传递转矩外，有些还有补偿两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能，以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。因此要根据传动装置工作要求来选定联轴器类型。本方案选择套筒联轴器。第4章 底座设计4.1 对底座结构的基本要求机床的底座是整个机床的基础支持件，一般用来放置导轨，主轴箱等重要部件。为了满足数控机床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比，数控机床应有高的静、动刚度，更好的抗振性。 一、对数控机床的底座主要在以下3 个方面提出了更高的要求： 1很高的精度和精度保持性 在底座上有很多安装零部件的加工面和运动部件的导轨面，这些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要长时间保持。另外，机床在切削加工时，所有的静、动载荷最后往往都传到底座上，所以，底座受力很复杂。为此，为保证零部件之间的相互位置或相对运动精度，除了满足几何尺寸位置等精度要求外，还需要满足静、动刚度和抗振性、热稳定性、工艺性等方面的技术要求。 2应具有足够的静、动刚度 静刚度包括：底座的自身结构刚度、局部刚度和接触刚度，都应该采取相应的措施，最后达到有较高的刚度-质量比。动刚度直接反映机床的动态性能，为了保证机床在交变载荷作用下具有较高的抵抗变形的能力和抵抗受迫振动及自激振动的能力，可以通过适当的增加阻尼、提高固有频率等措施避免共振及因薄壁振动而产生噪音。 3较好的热稳定性 对数控机床来说，尤其是高精度数控机床，热稳定性已经成了一个突出问题，必须在设计上要做到使整机的热变形小，或使热变形对加工精度的影响小。热变形将直接影响机架的原有的精度，从而是产品精度下降，如立轴矩台平面磨床，立柱前臂的温度高于后臂，是立柱后倾，其结果磨出的零件工作表面与安装基面不平行；有导轨的机架，由于导轨面与底面存在温差，在垂直平面内导轨将产生中凸或中凹热变形。因此，底座结构设计时应使热变形尽量小。 二、底座机架设计的一般要求 ： 1） 在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本低； 2） 抗振性好。把受迫振动振幅限制在允许范围内； 3） 躁声小； 4） 温度场分布合理，热变形对精度的影响小； 5） 结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工； 6） 结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件； 7） 有导轨的机架要求导轨面受力合理、耐磨性良好； 8） 造型好。使之既适用经济，有美观大方。4.2 底座的结构根据数控机床的类型不同，底座的结构形式有各种各样的形式。例如数控车床底座的结构形式有平底座、斜底座、平底座斜导轨和直立底座等四种类型。 另外，斜底座结构还能设计成封闭式断面，这样大大提高了底座的刚度。数控钻高精度数控立式万能磨床、加工中心等这一类数控机床的底座结构与数控车床有所不同。例如加工中心的底座有固定立柱式和移动立柱式两种。前者一般使用于中小型立式和卧式加工中心，而后者又分为整体T形底座和前后底座分开组装的T形底座。所谓T形底座是指底座是由横置的前底座和与它垂直的后底座组成。整体式底座，刚性和精度保持性都比较好，但是却给铸造和加工带来很大不便，尤其是大中型机床的整体底座，制造时需要大型设备。而分离式T形底座，铸造工艺性和加工工艺性都大大改善。前后底座联接处要刮研，联接时用定位键和专用定位销定位，然后再沿截面四周， 用大螺栓固紧。这样联接成的底座，再刚度和精度保持性方面，基本能满足使用要求。这种分离式T形底座适用于大中型卧式加工中心