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齿轮箱 组合 机床 立柱 总体 结构设计 CAD

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齿轮箱盖组合机床滑台、立柱和总体结构设计(带CAD图）,齿轮箱,组合,机床,立柱,总体,结构设计,CAD

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设计补充1.立柱设计这没垂直的加工面。转下页这少个立柱，我的组合机床是三面加工，这缺少个垂直加工，就是这个立柱。老师说立柱采用涡轮蜗杆传动加工，立柱单独画一张A0图纸。你设计的和这不一样，没有垂直方向的，你设计的第三面加工在后面。我把总体结构的大致图放在上面，你看一下OK？2.左右滑台分开，因为滑台中间有个底座，他是可以上下调节的，这个底座是别的同学做，我不用画。3.添加基座就是左右滑台下面有基座，滑台是固定在基座上的。基座的图纸单独画出来4.论文部分：我不设计主轴箱，所以没有主轴箱部分设计。因为立柱为涡轮蜗杆传动，所以立柱要有设计部分。论文中怎么变成液压传动了呢，传动是滚珠丝杠啊。你帮我改一下，谢谢。设计大哥大姐请帮我改好，谢谢。毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目：组合机床-滑台、立柱和总体结构设计 学 院 名 称： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号 指 导 教 师： 职 称 定稿日期： 年 月 日49摘 要应用组合机床加工大批量零件，快捷高效，生产效率高是机械加工的发展方向。本次毕业设计的题目是“组合机床滑台、立柱和总体结构”。在工艺制定过程中，通过批量的进行钻孔的加工方案，并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中的重要性。本人的设计的主要内容是：进行了机床总体布局设计；对组合机床滑台、立柱和总体结构这三部分；通过此设计，本机床完全能满足设计要求，与传统的机床相比，本机床具有自动化程度高，生产率高，精度高等优点。关键词：组合机床；齿轮箱盖，铝合金,钻孔；机床滑台；立柱AbstractApplication Portfolio machining large volume parts, fast and efficient, high productivity is the development direction of machining. The graduation project is entitled Modular Machine Tool slide, columns and overall structure. In the process of the development process, through batch processing drilling program, and find the best technology solutions, which illustrates the importance of technology in the production process. The main contents of my design are: the overall layout of the machine carried out; the combined machine tool slide, and the overall structure of the three pillar portion; With this design, the present machine can meet the design requirements, compared with the conventional machine tool, this machine having a high degree of automation, high productivity and high precision. Keywords: combination machine; a gear cover, aluminum, drilling; machine slide; column目 录1 绪论11.1 组合机床的简介11.2本课题国内外研究概况21.3 课题研究意义31.4钻孔专用设备应用31.5 钻孔专用设备41.5.1多轴头41.5.2 主轴箱51.5.3多轴钻床51.5.4 自动更换主轴箱机床52 组合机床的总体设计72.1 组合机床方案的制定72.1.1 制定工艺方案72.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案72.2 确定切削用量及选择刀具82.2.1 确定工序间余量82.2.2 选择切削用量82.3.3 机床联系尺寸图83 机床滑台设计123.1 滚珠丝杆副的选择133.1.1导程确定133.1.2确定丝杆的等效转速133.1.3估计工作台质量及负重133.1.4确定丝杆的等效负载133.1.5确定丝杆所受的最大动载荷143.1.6精度的选择153.1.7选择滚珠丝杆型号153.2 校核163.2.1 临界压缩负荷验证163.2.2临界转速验证173.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率183.3 电机的选择183.3.1电机轴的转动惯量193.3.2电机扭矩计算203.4 滚动导轨副的计算、选择215 立柱设计245.1 对立柱结构的基本要求245.2 选择电动机255.2.1 电动机类型和结构型式255.2.2 电动机容量255.2.3 电动机的转速265.3 传动装置的运动和动力参数265.4 蜗杆减速器的设计275.4.1 选择蜗杆传动类型275.4.2 选择材料275.4.3 按齿面接触疲劳强度进行设计275.4.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸295.4.5 校核齿根弯曲疲劳强度305.4.6 验算效率315.4.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定315.4.8 热平衡核算325.5 轴的设计计算325.5.1 连轴器的设计计算325.5.2 输入轴的设计计算335.5.3 输出轴的设计计算366 滚动轴承的选择及校核计算406.1 计算输入轴轴承406.2 计算输出轴轴承437 基座的结构45结 论47参考文献48致 谢491 绪论1.1 组合机床的简介组合机床是以通用部件为基础，根据特定的形状和工件的加工工艺及夹具设计独特，组成的半自动或自动机床。组合机床一般采用多轴，多刀，多进程，多或多级处理，生产效率几倍比普通机床高几倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，已广泛应用于大批量，大批量生产，并可用于组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体零件或特殊形状的。工件的加工，一般不旋转，相对进给运动的刀具的旋转运动和刀具和工件，来实现钻孔，扩孔，钻孔，扩孔，钻孔，铣削平面，内、外螺纹切削加工圆等。夹紧工件的加工头旋转组合机床，由刀具作进给运动，也可达到一定的旋转部件（如飞轮，汽车后桥等）的循环和过程。在第二十世纪70年代，随着可转位刀具，刀具的发展密度，孔尺寸自动检测和自动刀具补偿技术，提高组合机床的加工精度。高达0.08毫米和1000毫米的铣削平面，表面粗糙度可达2.8 0.63微米低；镗孔精度可以达到IT7 6，孔距精度可达o.03 o.02微型计。专用机床是随着汽车产业的兴起发展。在专用机床的某些部分重复使用，并逐渐发展成一个通用部件，导致在一个组合机床。组合机床是最早的1911在美国，为汽车零部件加工。在每台机器的开始，本厂有他们的标准通用部件。为了提高互换性通用不同配件厂，方便了用户的使用和维修，1983美国福特汽车公司和通用汽车公司和美国机械厂协商，确定组合机床通用部件标准化的原则，严格的规定尺寸的组件之间的接触，但部分结构未指定。组合机床的设计，基本上有两种方式：一，目前是根据处理对象的特点专门设计的，这是最常见的做法。其次，在组合机床广泛用于机械行业在我国，大多数的工人和技术人员总结生产和使用组合机床的经验，发现不在其组件共同组合机，可设计成通用的部件，和一些行业是一个组合机床的加工范围完成极为相似，它是可能的设计的，通用机床，机床被称为“专业的组合机床”。本机不根据具体的处理对象都需要特殊的设计和生产，可设计为多功能，组织大批量生产，然后根据加工零件的具体需要，夹具和简单的切割工具，可以由一个特定的对象的高效加工设备。通用部件按功能可分为动力元件，支撑部分，传输部分，控制部分和附件五。动力装置是用于组合机床主运动和进给运动的部件。主电源箱，切削头和动力滑台。支撑组件用于安装动力滑台进给机构，一头或夹具切割，侧基，中间立柱，支架，可调支架，立柱和立柱立柱等。传动部分可用于运输或主轴箱的加工站组成，主要分度回转台，环形分度回转台，鼓和往复工作台等。控制单元用以控制机床的自动循环组成，机械站，电气柜和控制表。附件有润滑装置，冷却装置和排屑装置等。为了使组合机床能被用在小批量生产中，常常需要应用成组技术，集中在一台组合机床类似零件的结构和工艺，以提高机床的利用率。本机有两种常见的，但主轴箱组合机床和机床刀架。组合机床未来的发展将更加调速电动机和滚珠丝杠驱动，简化了结构，缩短生产周期时间；采用数字控制系统和主轴箱，夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；柔性制造系统和成。1.2本课题国内外研究概况在过去的几十年中，组合机床自动线的技术已经取得了很大的进步，在精密加工，自动线的生产效率，巨大的进步速度，灵活和综合自动化，是组合机床自动线技术的发展达到了很高的水平。自动控制技术的发展，线切割机，及其他相关技术，尤其是数控技术的发展对自动线的结构变化和灵活性起着决定性的作用。随着市场需求的变化，灵活的将越来越成为在设备选择的重要因素。因此，组合机床自动线将面临激烈的竞争，包括高速加工中心的柔性制造系统。组合机床是一种专用的高自动化的技术和设备，目前，它仍然是一个大量的关键设备和机械产品实现高效，高质量和经济生产，因此被广泛用于汽车，拖拉机，柴油发动机和压缩机等许多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床的最大用户。如德国的大众汽车厂在该发动机厂在机械行业中，大量生产，大量使用的设备是组合机床。因此，组合机床与自动化水平的技术性能，工业部门的生产效率的结构，产品的质量和企业生产组织的决定在很大程度上，决定了其产品的竞争力在很大程度上。现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是综合反映驱动，控制，测量，监测，工具和机械组件技术。在过去的6.6年中，这些技术已经取得了长足的进步，在组合机床的汽车和内燃机行业的主要用户同样也有很大的变化，产品生命周期缩短，增加品种和质量改进。这些因素的发展，促进和刺激组合机床。组合机床是高效专用机床由大量的通用部件和少量的专用部件组成和工艺。通用机床和专用机床的发展。由于机械加工的组合是高度集中的，也可完成一个或几个一机不同的过程，所以为了适应生产产量，要求精度高，克服了通用机结构复杂，劳动强度大，生产效率低，难以保证精度的缺点，专用设备通用性差，不适应现代科技的迅速发展，往往更新的要求。因此，组合机床和自动线已被广泛应用于汽车，柴油机，电机，仪表、军工产品的生产，并显示出巨大的优越性。1.3 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。1.4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842.5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。1.5 钻孔专用设备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、多轴组合机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轴或主轴箱，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。1.5.1多轴头从传动方式来说要有带传动、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。它要装在有万向.二种。（1）万向轴式也有二种:具有对准装置的轴。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）具有公差的圆柱形轴套。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。1.5.2 主轴箱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、主轴箱等设计的不可调式主轴箱。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22.5千瓦。Romai工厂生产的可调主轴箱调整方便，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主轴箱更小的孔距。根据成组加工原理使用主轴箱或多轴头的组合机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。1.5.3多轴钻床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机械进给。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。1.5.4 自动更换主轴箱机床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组合机床。(1) 自动更换轴机床自动更换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)自动更换主轴箱组合机床它由自动线或组合机床中的标准部件组成。不可调主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。工件夹紧于机械分度回转工作台，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。2 组合机床的总体设计2.1 组合机床方案的制定2.1.1 制定工艺方案加工技术将确定组合机床的加工质量，生产率，夹具的总体布局和结构。因此，在计划的过程中，我们必须要被加工零件的分析，和现场的形状，尺寸，材料，硬度，刚度的深入了解，表面粗糙度的加工精度，加工零件的结构特点，和定位，夹紧方法，过程，和切割工具，生产力的场景，环境和条件等。与国内外相关技术资料的收集，制定合理的工艺。 该组合机床加工的是齿轮箱盖， 其材料为铝合金 （ Al、 Si 合金， 编号 ZL101）。为保证加工精度，提高生产效率和降低劳动量，工件是批量生产，所以在设计，手动夹紧。2.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案(1)被加工零件的加工精度被加工零件的过程来完成组合机床加工精度应保证，是制造机器的主要依据。较高的齿轮箱盖钻孔的精度要求，可用于钻孔组合机床。为了机ra1.6um孔的表面粗糙度，改善原机的制造精度和工件的定位精度和减少夹紧变形的对策研究。因此，该机通常采用的尾部安装的齿轮传动装置，进给使用机械系统，被加工零件图如图2.1所示 (2) 被加工零件的特点这主要是指结构形状的材料，零件加工工件硬度工件刚度，定位基准特征，他们有重要影响的机床工艺方案系统。这个是ZL101材料，硬度HB100。多孔同步处理，部分的刚度是足够的，振动，和工件变形的影响可以忽略不计的加热。在一般情况下，孔的中心线与定位基准平面平行和由一个或多个表面处理身体应横机，该机适用于加工定位面水平和加工孔和垂直参考平面，但不适合加工安装不方便或高细长件。一个单一的加工机适用于大箱，和中小型零件则多采用多处理机。这些组件的加工特点的中心线与定位基准面是垂直的，和定位基准水平，工件较小，孔隙分布密集，多轴箱体积较大，选择钻床，卧式三面钻床。 (3) 零件的生产批量生产批次的部分是由单工位定，在多工位的一个重要因素，在自动线或组合机床设计的小批量生产的特点。根据年生产能力的生产程序设计的要求，从工件的形状和轮廓尺寸，以减少处理时间，采用多轴，以减少机床数量，过程在一台机器上完成，为了提高利用率。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 确定工序间余量为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响。在钻孔时，直径上工序间余量均为0.2mm。2.2.2 选择切削用量技术含量决定完成机器的组合，你可以选择切削参数。因为在大多数情况下，多轴联动加工机床的设计组合，切削参数，根据经验，30%低于普通机床的加工单。多轴主轴箱的所有工具都有一个进料系统，通常作为一个标准的电力幻灯片，工作，每分钟进给量的所有工具的相同，等于每分钟的动力滑台的进给（毫米/分钟）适用于一般的工具。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： 2.1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）由于齿轮箱盖钻孔的加工精度、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=0.18mm/r、切削速度v=18m/min2.3.3 机床联系尺寸图图2.7 机床联系尺寸图1、联系尺寸图的作用和内容在一般情况下，组合机床是由通用部件标准动力箱，动力滑台，柱，柱脚及特殊部件的装配。联系尺寸图是用来表示机床运动部件相互组装在该系统中，相对位置和尺寸的机器部件接触测试是否满足要求，通用部件的选择是适当的，并对主轴箱设计的进一步发展提供基础，夹具等专用部件，零件。联系尺寸图也可以被视为一个简化的设备布局，它代表了机床的结构类型和总体布局。如图2.7所示，机床联系尺寸图包括机床的布局，主要接触尺寸电机尺寸，规格，通用组件和电机的主要参数的动态组件，工件和各部分之间的特殊部位，外形尺寸。2、选用动力部件选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。（1）滑台的选用 通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。1）驱动形式的确定 根据对机械滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具体的加工要求，使用条件选择HY系列机械滑台。2）确定轴向进给力 滑台所需的进给力=1328N 式中： 各主轴加工时所产生的轴向力由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于1328N。3）确定进给速度 机械滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速，对机械滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.81倍;机械进给系统中采用应力继电器时，实际进给速度应更大一些。4）确定滑台行程 滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整。后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，为方便装卸刀具，这里取80mm,所以滑台总行程应大于工作行程，前备量，后备量之和。（2）由下式确定动力箱的选用 动力箱主要依据多轴所需的电动机功率来选用，在多轴箱没有设计之前，可算 2.61328*0.430.83.228KW式中：多轴箱传动效率，加工黑色金属时0.80.9；有色金属时0.70.8，本系统加工HT200，取0.8动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合主轴要求的转速大小选择。因此，选用电动机型号为Y132M1-6的1TD32I型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为180mm。主要技术参数如下表：表2.4电机型号及参数主电机传动型号转速范围（r/min）主电机功率（）电机转速输出转速D80 Y132M1-696047043、配套支承部件的选用立柱立柱1CD322。4、确定装料高度装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离，在现阶段设计组合机床时，装料高度可视具体情况在H8801060mm之间选取，本系统取装料高度为800mm。8、中间立柱轮廓尺寸中间立柱的轮廓尺寸要满足滑台在其上面联接安装的需要，又考虑到与立柱立柱相连接。6、确定多轴箱轮廓尺寸本机床配置的多轴箱总厚度为325mm，宽度和高度按标准尺寸中选取。计算时，多轴箱的宽度B和高度H可确定为：B=1250，H=1000根据上述计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸BH=12501000mm。3 机床滑台设计表 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。3.1 滚珠丝杆副的选择滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。设最大行程为550mm,最快进给速度为18m/min,大概质量为50kg,工作台大概质量为80kg,移动部件大概质量为30kg，工作台最大行程为550mm。3.1.1导程确定电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比i=1, 选择电机的最高转速，则丝杠的导程为 取Ph=6mm3.1.2确定丝杆的等效转速基本公式 最大进给速度是丝杆的转速 最小进给速度是丝杆的转速 丝杆的等效转速 式中取故3.1.3估计工作台质量及负重 估算测量物重量 工作台重量 移动部件重量 3.1.4确定丝杆的等效负载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，）3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷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fw3.1.6精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝杠的精度等级X轴为13级（1级精度最高），Z轴为25级，考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择X轴Y轴精度等级为3级，Z轴为4级。3.1.7选择滚珠丝杆型号 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型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD40103。公称直径 d0=40mm 丝杆外径d1=39.5mm 钢球直径dw=7.144mm 丝杆底径d2=34.3mm 圈数=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 刚度kc=973N/m3.2 校核滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度KO有丝杆本身的拉压刚度KS，丝杆副内滚道的接触刚度KC，轴承的接触刚度Ka，螺母座的刚度Kn，按不同支撑组合方式计算而定。3.2.1 临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算：式中E-材料的弹性模量E钢=2.1X1011（N/m2）LO-最大受压长度（m）K1-安全系数，取K1=1.3Fmax-最大轴向工作负荷（N）f1-丝杆支撑方式系数：f1=15.1I=丝杆最小截面惯性距（m4）式中do-是丝杆公称直径（mm）dw-滚珠直径（mm），丝杆螺纹不封闭长度Lu=工作台最大行程+螺母长度+两端余量Lu=300+148+20X2=488mm支撑距离LO应该大于丝杆螺纹部分长度Lu，选取LO=620mm代入上式计算得出Fca=5.8X108N可见FcaFmax，临界压缩负荷满足要求。3.2.2临界转速验证滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠的最高转速： 式中：A-丝杆最小截面：A=-丝杠内径，单位；P-材料密度p=7.85*103(Kg/m)-临界转速计算长度，单位为，-安全系数，可取=0.8fZ-丝杠支承系数，双推-简支方式时取18.9经过计算，得出= 6.3*104，该值大于丝杠临界转速，所以满足要求。3.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 丝杠系统的轴向拉压系统刚度Ke的计算公式式中 A丝杠最小横截面，；螺母座刚度KH=1000N/m。当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L植分别为750mm和100mm。经计算得：式中 Ke 滚珠丝杠副的拉压系统刚度(N/m)； KH螺母座的刚度(N/m)；KH=1000 N/mKc丝杠副内滚道的接触刚度(N/m)；KS丝杠本身的拉压刚度(N/m)；KB轴承的接触刚度(N/m)。经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500r/min，能满足要求。3.3 电机的选择 每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。3.3.1电机轴的转动惯量a、回转运动件的转动惯量上式中：d直径,丝杆外径d=39.5mmL长度=1mP钢的密度=7800经计算得b、直线运动件向丝杆折算的惯量上式中：M质量 P丝杆螺距（m）P=0.001m经计算得c、联轴器的转动惯量查表得 因此3.3.2电机扭矩计算a、折算至电机轴上的最大加速力矩上式中：J=0.0028kg/m2ta加速时间 KS系统增量，取15s-1,则ta=0.2s经计算得b、折算至电机轴上的摩擦力矩上式中：F0导轨摩擦力，F0=Mf，而f=摩擦系数为0.02，F0=Mgf=32NP丝杆螺距（m）P=0.001m传动效率，=0.90I传动比，I=1经计算得c、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩上式中P0滚珠丝杆预加载荷1500N0滚珠丝杆未预紧时的传动效率为0.9经计算的T0=0.05NM则快速空载启动时所需的最大扭矩 根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为SIEMENS的IFT5066，其额定转矩为6.7。3.4 滚动导轨副的计算、选择根据给定的工作载荷Fz和估算的Wx和Wy计算导轨的静安全系数fSL=C0/P，式中：C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般运行状况)，3.05.0（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨：因系统受中等冲击,因此取根据计算额定静载荷初选导轨:选择汉机江机床厂HJG-D系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25基本参数如下:额定载荷/N静态力矩/N*M滑座重量导轨重量导轨长度动载荷静载荷L(mm)17500260001981982880.603.1760滑座个数单向行程长度每分钟往复次数M40.64导轨的额定动载荷N依据使用速度v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 (kN)验算导轨的工作寿命Ln：额定行程长度寿命: 导轨的额定工作时间寿命: 导轨的工作寿命足够.图3-1 滑台装配图5 立柱设计5.1 对立柱结构的基本要求机床的立柱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、对数控机床的立柱主要在以下3 个方面提出了更高的要求： 1很高的精度和精度保持性 在立柱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立柱上，所以，立柱受力很复杂。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：立柱的自身结构刚度、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，立柱结构设计时应使热变形尽量小。 二、立柱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。5.2 选择电动机5.2.1 电动机类型和结构型式按工作要求和工作条件，选用一般用途的Y（IP44）系列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。5.2.2 电动机容量(1)输出功率 已知条件：输出力2000N，运动速度0.8m/s，回转直径350mm(2)电动机输出功率传动装置的总效率查表2-1，取一对轴承效率轴承=0.99，蜗轮蜗杆传动效率蜗杆=0.8，联轴器效率联=0.99，其他多轴箱传动=0.96得电动机到工作机间的总效率为故 (3)电动机额定功率由机械设计（机械设计基础）毕业设计表20-1选取电动机额定功率。5.2.3 电动机的转速计算驱动多轴箱转速选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机由图可知，该设备原动机为电动机，传动系统为减速器。 推算电动机转速可选范围，由机械设计（机械设计基础）毕业设计表2-1查得蜗杆蜗轮的传动比8-40，则电动机转速可选范围为：其中750r/min的电动机不常用，初选同步转速分别为1000r/min和1500r/min的两种电动机进行比较，如下表：方案电动机型号额定功率（KW）电动机转速(r/min)电动机质量(kg)总传动比同步满载1Y112M-62.210009404521.53选定电动机的型号为Y112M-6，能适合卷筒的工况5.3 传动装置的运动和动力参数1）传动装置总传动比2）分配各级传动比减速器的传动比为3）各轴转速4）各轴输入功率按电动机所需功率计算各轴输入功率，即5）各轴转矩5.4 蜗杆减速器的设计5.4.1 选择蜗杆传动类型 根据GB/T100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI) 。5.4.2 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆采用45钢;因希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造。5.4.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度。由教材【1】P254式(1112),传动中心距(1) 确定作用在蜗杆上的转矩 (2)确定载荷系数K因工作载荷有轻微冲击,故由教材【1】P253取载荷分布不均系数=1;由教材P253表115选取使用系数由于转速不高,冲击不大,可取动载系数;则由教材P252(3)确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故=160。(4)确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值=0.35从教材P253图1118中可查得=2.9。(5)确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造, 蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从从教材【1】P254表117查得蜗轮的基本许用应力=268。由教材【1】P254应力循环次数应力循环次数N=60=60143.67（3815365）=1.23其中,(为蜗轮转速)j为蜗轮每转一周每个轮齿啮合的次数j=13班制，每班按照8小时计算，寿命15年。寿命系数则(6)计算中心距(6)取中心距a=125mm,因i=21.5,故从教材【1】P245表112中取模数m=5mm, 蜗轮分度圆直径=50mm这时=0.315从教材【1】P253图1118中可查得接触系数=2.9因为=,因此以上计算结果可用。5.4.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1) 蜗杆轴向尺距mm;直径系数;齿顶圆直径;齿根圆直径;蜗杆齿宽B1=(9.5+0.09)m+25=112mm蜗杆轴向齿厚mm；分度圆导程角;(2) 蜗轮蜗轮齿数z1=2，由于查表没有 z2=40,所以取 z2=41;变位系数mm;演算传动比mm,这时传动误差比为, 是允许的。蜗轮分度圆直径mm蜗轮喉圆直径=（41+2X1）X5=215mm蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径蜗杆和轴做成一体，即蜗杆轴。由参考文献【1】P270图蜗轮采用齿圈式，青铜轮缘与铸造铁心采用H7/s6配合，并加台肩和螺钉固定，螺钉选6个5.4.5 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据从教材【1】P255图1119中可查得齿形系数螺旋角系数从教材P25知许用弯曲应力从教材【1】P256表118查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56由教材P255寿命系数56Mpa可见弯曲强度是满足的。5.4.6 验算效率已知=;与相对滑动速度有关。从教材P【1】264表1118中用插值法查得=0.0264, 代入式中得=0.884,大于原估计值,因此不用重算。5.4.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动,属于通用机械减速器,从GB/T100891988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择7级精度,则隙种类为f,标注为8f GB/T100891988。然后由参考文献【3】P187查得蜗杆的齿厚公差为 =71m, 蜗轮的齿厚公差为 =130m;蜗杆的齿面和顶圆的表面粗糙度均为1.6m, 蜗轮的齿面和顶圆的表面粗糙度为1.6m和3.2m。5.4.8 热平衡核算初步估计散热面积：取(周围空气的温度)为。5.5 轴的设计计算5.5.1 连轴器的设计计算1、输入轴按扭矩初算轴径选用45调质，硬度217255HBS根据教材【1】P370（15-2）式，并查表15-3，取A0=115考虑有键槽，将直径增大5%，则d=14.58X（1+5%）mm=15.31mm标准孔径d=30mm，即轴伸直径为30mm，高速轴为了隔离振动与冲击,选用有弹性柱销连轴器，一边连38mm一边连30mm的只有LX3弹性柱销连轴器满足要求。 输出轴按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度（217255HBS）根据教材【1】P370页式（15-2），表（15-3）取A0=115 轴伸安装联轴器，考虑补偿轴的可能位移，选用无弹性元件的联轴器，由转速和转矩得Tc=KT=1.59.5503.136/80=561.4Nm低速轴选用无弹性扰性联轴器JB/ZQ4384-1997，标准孔径d=45mm，许用应力为800许用转速250。参考【3】P154表5：型号公称转矩Tn允许转速n轴孔直径dY型长度LX31250N.m475030mm和3882mm无弹性挠性800N.m25045mm90mm 2、载荷计算公称转矩T1=35.36，T2=374.36。由书中表14-1查得=1.5，输入轴1.5*35.36=53.04N.m1250N.m满足要求；输出轴1.5*374.36=561.54N.mB1（由于蜗杆齿顶圆直径75.6mm，则做成齿轮轴)6段：直径d6= d=48mm 长度L6=80mm7段：直径d7=d3=40mm 长度L7=L3=20mm 图三初选用30208型单列圆锥滚子轴承，其内径为40mm，宽度为18mm。 由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=L4+L6+L5+2(t-a)+2*（挡油环壁2mm）=289.70mm=290mm。为提高刚度，尽量缩小支承跨距L=（0.9-1.1）da1=（272.2-332.6）mm,则290mm满足要求。（3）按弯矩复合强度计算求小齿轮分度圆直径：已知d1=0.063m d2=302.4mm=0.3024m求转矩：已知T2=374.28Nm T1=35.0Nm求圆周力：Ft根据教材P252（10-3）式得：=2T1/d1=2*35/0.063=1111.11N=2T2/d2=2*374.28/0.3024N=2475.4N求径向力Fr根据教材【1】P252（10-3）式得：Fr=tan=2475.4tan200=901N因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=145mm1、绘制轴的受力简图 2、绘制垂直面弯矩图 轴承支反力：由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为： MC2=FrhL=555.6145=80.5Nm3、绘制水平面弯矩图截面C在水平面上弯矩为：MC1=d*Ft/2=1111.1*63*/2=35Nm4、绘制合弯矩图MC=(MC12+MC22)1/2=(35280.52)1/2=87.8Nm5、绘制扭矩图转矩：T= TI=35.0Nm校核危险截面C的强度图四由教材P373式（15-5）经判断轴所受扭转切应力为脉动循环应力,取=0.6, 前已选定轴的材料为45钢,调质处理,由教材P362表15-1查得,因此,故安全。该轴强度足够。5.5.3 输出轴的设计计算 轴的结构设计：（1）轴上的零件定位，固定和装配 单级减速器中,可以将蜗轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，蜗轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，蜗轮套筒， 右轴承从右面装入。（2）确定轴的各段直径和长度1、段：直径d1=45mm 2、段：由教材P364得：h=0.07 d1=0.0845=3.6mm直径d2=d1+2h=45+23.6=52mm,该直径处安装密封毡圈，查参考文献3知标准直径可选55mm或50mm，但应大于52mm取d2=55mm。2、 段：直径d3=60mm ，由GB/T297-1994初选用30212型单列圆锥滚子轴承，其内径为60mm，T为23.75mm，B=22mm。4、段：由参考文献2图35知：d4=d3+2=60+2=62mm，5、段:起定位作用，h=0.08 d4=0.0862=5mm直径d5=d4+2*5=72mm6、段：d6=60 图五 1、从前面所选取联轴器知长度取L1=90mm2、经过初步估算取轴承端盖的总宽度为26mm，轴长度取L2=50 mm3、由B=22mm，轴承 离箱体内壁10mm，蜗轮轮毂端面与内机壁距离12mm，再加上与蜗轮轮毂端面间隙2mm，得L3=46mm(安装套筒定位）4、由轮毂的宽度L=90mm则此段长度要比L小2mm， 取L4=88mm5、轮毂离箱体内壁12mm，不能干扰挡油环的安装需小于12mm，取L5=8mm6、由于轮是对称装置的，即在箱体中心，经过计算L6=36mm由上述轴各段长度及正装T=23.75mm，a=22.4可由L=（L4+2）+L5+（套筒长）+2(T-a)算得轴支承受力跨距L=136.7mm取138计算。 （3）按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知d2=302.4mm求转矩：已知T2= TII=374.28Nm求圆周力Ft：根据教材P198（10-3）式得=2T2/d2=2475.4N =1111.1N求径向力Fr：根据教材P198（10-3）式得Fr=tan=2475.4tan200=901N两轴承对称则LA=LB=69mm1、求支反力FAY、FBY、FAZ、FBZ2、由两边对称，截面C的弯矩也对称，截面C在垂直面弯矩为 MC2=FrhL=1237.769=85.4Nm3、截面C在水平面弯矩为MC1=d*Ft/2=2475.4*302.4*/2=374.3Nm4、计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2=（85.42+374.32）1/2=384Nm5、校核危险截面C的强度由式（15-5）由教材P373式（15-5）经判断轴所受扭转切应力为对称循环变应力,取=1, 前已选定轴的材料为45钢,调质处理,由教材【1】P362表15-1查得,因此,故安全。此轴强度足够6 滚动轴承的选择及校核计算根据根据条件，轴承预计寿命：1班制，每班按照8小时计算，寿命10年。=1810300=29200小时。6.1 计算输入轴轴承初选两轴承30208型单列圆锥滚子轴承查参考文献【3】可知蜗杆承轴30208两个，蜗轮轴承30213两个，(GB/T297-1994)表6：轴承代号基本尺寸/mm 计算系数基本额定/kNdDTa受力点 e Y动载荷Cr静载荷Cor30208408019.7516.90.371.663.074.0302126011023.7522.40.41.5103130图七 (1)求两轴承受到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面图(2)和水平面图(3)两个平面力系。其中图(3)中的为通过另加转矩而平移到指定轴线;图(1)中的亦通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。由力分析知: N （2）求两轴承的计算轴向力对于30208型轴承,按教材P322表13-7,其中,e为教材P321表13-5中的判断系数e=0.37,因此估算按教材P322式(13-11a) =284N(3)求轴承当量动载荷和因为e由教材【1】P321表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 =0.40, =1.6对轴承2 =1, =0因轴承运转中有轻微冲击,按教材P321表13-6, ,取。则由教材P320式(13-8a)=1.1*(0.40*584.5+1.6*2759.4)=5110N67.9KN=1.1*1*909=1000N46720h故所选轴承满足寿命要求。6.2 计算输出轴轴承 图