4335数控立式钻铣床改造【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4335数控立式钻铣床改造【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,数控,立式,铣床,改造,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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长春工业大学本科毕业设计论文 1 I hi 50001, an of to in of to of so of be a of of by of of of of he of a of is a 6to a as on of As a of is by by a is on is of a to as of C is 春工业大学本科毕业设计论文 2 on In to a is in of of of 1)in ,of in or )of to of ), by by to at of on on a of 2 F he be is of 春工业大学本科毕业设计论文 3 of is On is of is of is of of is to of of is to As a is to a Y Z is to of to be 6,2,1( of to be 6,2,1( of is 1 of is 1of to of be by , )6,2,1(, be as we of in 长春工业大学本科毕业设计论文 4 )6,(, 000 Q is of to of Q PY , be of we be of to of be 6,2,1, 3 of n to of of or of to is to of It is to by So an by be of is to is to of is a to on In an on a of is (1) of be of be in in as of be of s 春工业大学本科毕业设计论文 5 be of of be . A of is we a b bc cd d . 4 he is on of to in of of of of is So a to of is in To a of of be of is If or of or is a in of 长春工业大学本科毕业设计论文 6 新型并联机床的三维公差分配 李冰，王知行，胡颖（ 哈尔滨工业大学 机械工程系 ， 中国 哈尔滨 150001） 摘要 ： 提出了一种逆误差 估计的方法 以克服 刀盘刀具连接中存在错误和误差这一难题， 获取 新型 机床由于直接运动学多解的解决方案， 通过蒙特卡罗随机模拟的方法直接确定机床环节对机床的主轴尺寸和精度要求 ， 对 尺 寸公差分配和组合机床机床精度与实际的尺寸公差的分析 ， 可 采 用 该方法的公差分配 来设计 机床 。 关键词 ：并联机床 蒙特卡洛模拟 公差分配 1 介绍 新类型的并联机床的原型是一个 6图尔特平台 机构 。与 普通机床 相比 ，并联机床有许多优点，比如高的精度，高的结构刚度和高机制力量 /转力矩能力等。现在，许多大学都对这种并联机床都加以研究。如 图 1 所示。并联机床包括四个部分：一个固定的平台，六个平行的主动件，每个主动件的长度变化由球铰链 来控制，而球 铰链 由伺服马达驱使。球关节用 铰链 连接固定部分和可动部分，转轴安装在移动平台底部。当机加工进行时，移动平台使并联机床能加工复杂的工件，如钢模的复杂弯工作块及其他的东西。 现代的控制母机的发展趋向是高速度和高精度，并且机床的误差应能直接影响机床的精度。为了解决这种精密的需要，一种尺寸公差 分配方法需要应用于 机床 的设计中。 机床 的误差包括下列各项部分：（ 1）传输链的传输误差，也就是，在开始或颠倒操作的时候在每个主动件 和死区中球 铰链 的累积误差（ 2）周围温度变化导致的球 铰链 长度变化误差（ 3）剥连固定和可动工作台的清除误差（ 4）其它的误差，也就是，由移动部分块和速度降低引起的动态误差。上述的误差最终会导致在工作母机的切削头上产生的误差。这篇论文将对一种基于统计的尺寸公差分配的实验方法 蒙地卡罗方法加以研究。 长春工业大学本科毕业设计论文 7 2 机床 的 逆向 运动学的解决 运动学解决这种并联 机床的运动学解决方法可以分为两类。当已知量是六个主动 件 的长度和切削头的方向的时候，这叫做 正向 的运 动学。另一方面，当已知量是位置和切削头的方向而未知量是六个主动件 的长度的时候，这叫做 逆向 的运动学。并联机床的 正向 运动学用于解决检测问题，而 逆向 运动学用于解决控制问题。如图 2 所示，固定的坐标 系 附在固定的平台上，而移动的坐标 系 附在移动的平台上。连接主动 件 到固定的平台关节的中心被表示为)6,2,1( ia i ，同样，连接相同的腿到那个移动平台的关节中心被表示为)6,2,1( 固定坐标 系 的 Y 轴是按沿着角 61选的，而移动坐标 系 的 Y轴是沿着角61有关固定的坐标 系 的起源用矢量 表示，而移动坐标 系 的起源用矢量 )6,2,1(, 此，我们把移动平台的位置在固定平台中用位置矢量表示为： 长春工业大学本科毕业设计论文 8 )6,(, 000 点阵式 Q 是描述移动平台相对于固定平台的旋转点阵式，点阵式 Q 元素用 , 为移动平台与 X 轴， Y 轴， Z 轴之间的旋转夹角，然后，我们能获得： 是有关于坐标体格平台位置的矢量。然后每个主动 件的长度可以写作： 6,2,1, 3 蒙地卡罗尺寸公差分配方法 为了要实现尺寸公差分配，必须弄清楚联编尺寸误差和切削头的定位误差之间的变化特征。 正向 运动学用于来制来自 机床 的联编误差的切削头误差。直接运动学的获得分析是十分困难的。如此一个可能起源于位置的 逆向 误差和切削头定方位的判断方法可以被采用。 尺寸公差分配的关键是要决定 机床 的联编总体尺寸公差。蒙地卡罗方法是基于随意抽取样品的解决尺寸公差分配的一种数学方法。平均地随意分配在一个某位置和切削头方向的蒙地卡罗模拟方法被采用在并联机床上。样本容量下的 机床 的联长春工业大学本科毕业设计论文 9 编尺寸的长度可能被获得。联编的最大长度误差可能在工作母机工作空间的不同位置获得，尺寸公差分配为拿联编最小量长度误差作为总误差。在蒙地卡罗随意模拟之前，工作母机的精度应被估计，并且移动平台的位置变化和方位应被考虑。那个移动平台的中心点位置和方向为三转换量和三替换量 。并联机床的转轴的简化模型也被显示在图片 3 中。从这个图片，我们可以看出 a和 b 代表圆锥体，弦 表切削者，而弦 削头，切削头点 d 产生机制力量 P。 3 结论 尺寸公差分配 方法是 机床 精确度和真实尺寸公差之间的组合。我们应首先分析影响并联机床的切削头的误差。由于直接运动学的分析解决获得困难和形式多样，源自 机床 联编误差的切削头误差的引出很困难。因此，本论文中阐述了源自切削头误差的联编误差的倒转误差判断方法。 对于并联机床转轴来说， 机床 联编总体尺寸公差分配可能被蒙地卡罗随意模拟方法确定。调整性的尺寸公差分配正被发展。如果尺寸公差分配不能满足机械制造业和设计的需要，那么，能调整的精密的球螺钉或转轴被需要出现。事例证明这个尺寸公差分配方法是合理可行的。这一工作为并联机床的设计阶段提供了基础。 摘 要 数控机床即数字程序控制机床，是一种自动化机床，数控技术是数控机床研究的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。随着制造技术的发展，现代数控机床借助现代设计技术、工序集约化和新的功能部件使机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大的提高。 本次设计通过对现有数控钻铣床的分析研究，提出一种新的设计方案 ,其自动化程度更高，结构也相对比较简单。本方案中，主轴箱采用电磁离合器实现有级变速，在 X、 Y、 Z 三个方向上的进给运动均采用滚珠丝杆，而动力则由步进电动机通过调隙齿轮来传递，并且采 用单片机进行数字控制。控制系统采用 过扩展程序存储器、数据存储器和 I/O 接口实现硬件电路的设计。 关键词 ：数控技术 滚珠丝杆 步进电机 单片机系统扩展 he is is of is is of a of In is of in in we 、Y、 Z of is by by we of by I/O he by CM 长春工业大学本科毕业设计论文 目录 第一章 数控机床概述 . 1 一数控机床的简介 . 1 （一）数控机床的产生及其重要性 . 1 （二）数控机床应用范围及特点 . 1 （三）数控机床的组成 . 2 （四）数控技术的发展现状与趋势 . 3 第二章 机床总体布局设计 . 5 一 . 5 二 . 5 第三章 主传动的设计 . 6 一议定转速图 . 6 （一）确定结构式和结构网式 . 6 （二）议定转速图 . 7 （三）确定各齿轮的齿数 . 8 （四）传动系统图的拟定 . 10 二主传动主要零件的强度计算 . 11 （一）电动机的选择 . 11 （二）齿轮传动的设计计算 . 11 （三）轴的设计计算 . 14 （四）离合器的选用 . 27 第四章 进给系统的设计计算 . 28 一垂直进给系统的设计计算 . 28 (一 )脉冲当量和传动比的确定 . 28 (二 )滚珠丝杠设计计算 . 30 (三 )步进电机的选择 . 34 (四 )滚珠丝杆副的预紧 方式 . 36 （五）齿轮传动消隙 . 36 二横向进给系统的设计计算 . 37 (一 )脉冲当量和传动比的确定 . 37 (二 )滚珠丝杠设计计算 . 38 (三 )步进电机的选择 . 40 第五章 控制系统的设计 . 42 一控制系统总体方案的拟定 . 42 二总控制系统硬件电路设计 . 42 （一）单片机的选用 . 42 （二）系统的扩展 . 45 长春工业大学本科毕业设计论文 （三）键盘、显示器接口 . 47 （四）步进电机控制电路 . 48 （五）光电 隔离电路 . 49 结论 . 51 致谢 . 52 参考文献 . 53 长春工业大学本科毕业设计论文 1 第一 章 数控机床概述 一 数控机床的简介 （一）数控机床的产生及其重要性 随着社会生产和科学技术的飞跃发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，特别是在宇航、造船、军事等领域需要的机械零件。此外，激烈的 市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法难于适应这种多样化与复杂形状零件 高质量的加工要求，为了解决上述问题，数控机床应运而生。 数控机床是综合应用了微电子 、计算机、自动检测以及精密机械等技术的最新成果而发展起来的新型 机床，它标志着机床工业进入了一个新的阶段。从第一台数控机床问世 到现在，数控技术的发展非常迅速，使制造技术发生了根本性的变化，几乎所有品种的机床都实现了数控化。数控机床的应用领域也从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造行业。努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业发展的方向。 数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技术。美国与西方各国在高档数控机床与技工技术方面，对我国进行封锁限制，因为许多先进武器装备的制造，如飞机、导弹、坦克等的关键零件，都离不开高性能数控机床的加工。我国的航空、能 源、交通等行业也从西方引入了一些五坐标机床等高档数控设备，但其使用受到国外的监控和限制，这一切均说明数控加工技术在国防现代化方面所起的重要作用。 （二）数控机床应用范围及特点 目前的数控加工主要应用于以下两方面： 一方面的应用是常规零件加工，如二维车削、箱体类镗铣等。其目的在于提高加工效率，避免认为误差，保证产品质量，以柔性加工方式取代高成本的工装设备，缩短产品制造周期，适应市场需求。这类零件一般形状较简单，实现上述目的的关键在于提高机床的柔性自动化程度、高速精加工能力、加工过程的可靠性。 另一方面的应用是 复杂形状零件加工，如模具型腔、涡轮叶片等。该类零件在众多的制造行业中具有重要的地位，其加工质量直接影响以至决定着整机床品的质量。这类零件型面复杂，常规加工方法难以实现，它不仅促使了数控加工技术的产生，而且也一直是数控加工技术的主要研究及应用对象。由于零件型面复长春工业大学本科毕业设计论文 2 杂，在 加工技术方面，除要求数控机床具有较强的运动控制能力 外，更重要的是如何有效地获得高效优质的数控加工程序，并从加工过程整体上提高生产效率。 （三）数控机床的组成 如图所示，数控机床由一下几个部分组成： 1程序编制 数控程序是数控机床自动加工 零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置，刀具与零件相对运动的尺寸 参数，零件加工的工艺路线或加工顺序，主运动的起、停、换向、变速、 进给运 动的速度、位移大小等工艺参数，以及辅助装置的动作，得到零件的 运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。 2输入装置 输入装置的作用是将程序载体上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅 读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统。 零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工，另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从內部存储器中逐段逐段调出进行加工。 3数控装置 数控装置是数控机床的核心， 数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。 4辅助控制装 置 辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作 图 1控机床组成 长春工业大学本科毕业设计论文 3 5驱动装置和位置检测装置 驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态 响应性能是影响数控机床加工精度、 表面质量和生产率的重要因素之一。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照指令设定值运动。 数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都发生了很大的变化，这种变化的目的是为了满足数控 机床的要求和充分发挥数控机床的特点。 （四）数控技术的发展现状与趋势 随着科学技术的发展，数控机床借助 于微电子、计算机技术的飞速进步 正向着高精度、多功能、高速化、高效率 、 复合加工功能、智能化等方向迈进，明显地反映出时代的特征。当前，数控机床技术呈现如下发展趋势 ： 当代工业产品对精度提出了 越高的要求，典型的高精度零件如陀螺框架、伺服阀体、涡轮叶片、非球 面透镜、光盘、 等，这些零件的尺寸精度要求均在微米、亚微米级。因此，加工这些零件的机床也受到需求的牵引而向高精度发展。 提高生产率是机床 技术发展追求的基本目标之一，而实现这个目标的最主要、最直接的方法就是提高切削速度和减少辅助时间。随着刀具、电机、轴承、数控系统等相关技术的突破及机床本身基础技术的进步，使各种运动速度大为提高。 柔性是指机床适应加工对象变化的能力，当代产品的多样化和个性化，对机床提供了更高的柔性加工要求。数控机床在提高单机柔性化的同时，朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。不仅中、小批量的生产方式在努力提高柔性化能力，就是在大批量生产方式中，也积极向柔性化方向转向。 高自动化是指在全部加工过 程中尽量减少“人”的介入而自动完成规定的任务，包括物料流和信息流的自动化。自 上 世纪 80年代中期以来，以数控机床为主体的加工自动化已从“点”的自动化（单台数控机床）发展到“线”的自动化（柔性制造车间），结合信息管理系统的自动化，逐步形成整个工厂“体”的自动化，长春工业大学本科毕业设计论文 4 并出现了 动化工厂）和 算机集成制造）工厂的雏形实体。 数控机床的高自动化并向 复合化包含工序复合化和功能复合化。在一台数控设备上能完成多工序切削加工（如车、铣、镗、钻 等）的加工中心，打破了传统的工序界限和分开加工的规程。一台具有自动换刀装置、自动交换工作台和自动转换立卧主轴头的镗铣加工中心，不仅一次装夹便可以完成镗、铣、钻、铰、攻丝和检验等工序，而且还可以完成箱体件五个面粗、精加工的全部工序。 数控技术的一个重要发展趋 势是加工过程的智能化， 带有自适应控制功能的控制系统，可以在加工过程中根据切削力和切削温度等加工参数，自动优化加工过程，从而达到提高生产率，增加刀具寿命并改善加工表面质量等目的。刀具破损监控和刀具智能管理功能可以智能的管理刀具，使得刀具保持最佳工 作状态。另外 以工艺参数数据库为支撑的、具有人工智能的专家系统被用于指导加工。 为适应制造业的网络化和全球化发展趋势，数控系统的网络化功能也日趋重要。在企业内部，具有网络功能的数控系统可以充分实现企业内部的资源 和信息共享，适应未来车间的面向任务的定单的生产发展模式，使得 生产控制 系统的集成更加简便有效。 数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标，数控机床能否发挥其高性能 、高精度、高效率，并获得良好的效益，关键取决于可靠性。数控系统可 采用更高集成度的电路芯片，利用大规模的专用及 混合式集成电路，以减少元器件的数量，提高可靠性。 图 1控立式钻铣床 长春工业大学本科毕业设计论文 5 第二章 机床总体布局设计 一 根据设计要求并参考实际情况，初步选定机床主要参数如下： 工作台宽度长度 400 1600轴锥孔 7 24 工作台最大纵向行程 300作台最大横向行程 375轴箱最大垂直行程 400轴转速级数 12级 主轴转速范围 301500r/、 130应式步进电动机） 130应式步进电动机） 主电动机的功率 轴电动机转速 1440r/床外形尺寸（长宽高） 150 1200 2300床净重 500 因所设计的机床要求能进行立式的钻和铣，垂直方向的行程比较大 ,因而采用工作台不动 ,而主轴箱各轴向摆放为立式的结构布局。 为了使主轴箱在数控的计算机控制上齿轮的传动更准确、更平稳，工作更可靠，主轴箱主要采用液压系统控制滑移齿轮和离合器变换齿轮的有级变速。 本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制，因此在 X、 Y、 Z 三个方向上，进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力由步进电机通过调隙齿轮传递。 采 用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作的位置，这一点须根据实际情况而定。 长春工业大学本科毕业设计论文 6 第三 章 主传动的设计 一议定转速图 （一）确定结构式和结构网式 根据 使用说明书，初步定主轴转速范围为 95 1600r 则 1z 11 951600 （ 3 由设计手册取标准值得： = m 600m a x ，则 m 1600111m a xm i n 则取 m 6 0 0m 大多数机床广泛应用滑移齿轮的变速方式，为了满足结构设计和操纵方便的要求，通常采用双联或三联滑移齿轮，因此主轴转速为 12 级的变速系统，总共需要三个变速组。 按着传动顺序，各变速 组排列方案有： 12 3 2 2 12 2 3 2 12 2 2 3 从电机到主轴，一般为降速传动 ， 接近电机处的零件 转速较高，从而转矩较小，尺寸也就较小。如 果 使传动副较多的传动组放在接近电机处，则可使小尺寸的零件多些，而大尺寸的零件可以少些，这样就节省省材料，经济上就占优势，且这也符合“前多后少”的原则。从这个角度考虑，以取 12=3 2 2 的方案为好，本次设计即采用此方案。 传动顺序方案确定以后，还可列出若干不同扩大顺序方案。如无特殊要求，根据“前 密后疏”的原则，应使扩大顺序和传动顺序一致，通常能得到最佳的结长春工业大学本科毕业设计论文 7 构式方案，故选用 12 13 3262结构式方案。 检查最后扩大组的变速范围： r= 6)12(23 10 故合符要求。 图 22级传动系统结构网图 （二）议定转速图 根据已确定的结构式或结构网议定转速图时，应注意解决定比传 动和分配传动比，合理确定传动轴的转速。 在变速传动系统中采用定比传动，主要考虑传动、结构和性能等方面的要求，以 及 满 足 不 同 用 户 的 使 用 要 求 。 在 钻 铣 床 的 设 计 中 ， 总 降 速 比 为u=125/1440=每一个变速组的最小降速比均取 1/4， 则三个变速组的总降速可达 01 ， 故无需要增加降速传动，但为了使中间两个变速组做到降速缓慢，以利于减小变速箱的径向尺寸和有利于制动方便，在轴间增加一对降速传动齿轮（3424），同时 也 有利于设计变型机床，因为只要改变这对降速齿轮传动比，在其他三个变速组不变的情况下，就可以将主轴的 12种转速同时提高或降低，以便满足不同用户的要求。 长春工业大学本科毕业设计论文 8 前面已确定， 12 3 2 2共需三个变速组，并在轴间增加一对降速传动齿轮，要用到四个变速组，在主轴上标出 12 级转速： 125 1600r/第轴上用 A 点代表电动机转速 4400 ，最低转速用 E 点标出，因此 A,1格，即代表总降速传动比为111 根据降速前慢后快的原则，在轴间变速组取41u ，在轴间变速组取31u ，在轴间变速组取21u ，则 n 1 2 ( 1 6 0 0 )n 1 1 ( 1 2 6 3 )n 1 0 ( 1 0 0 2 )n 9 ( 7 9 5 )n 8 ( 6 3 1 )n 7 ( 5 0 0 )n 6 ( 3 9 7 )n 5 ( 3 1 5 )n 4 ( 2 5 0 )n 3 ( 1 9 8 . 5 )n 2 ( 1 5 7 . 5 )n 1 ( 1 2 5 )1 4 4 0图 2速图 根据结构式可知：轴间变速组的级比指数分别为： 1， 3， 6， 传动副为：3， 2， 2， 则画出上图的转速图。 （三）确定各齿轮的齿数 在确定齿轮齿数时应注意：齿轮 的齿数和不应过大，以免加大两轴之间的中心距，使机床的结构庞大，而且增大齿数和还会提高齿轮的线速度而增大噪声，所以在设计时要把齿数和控制在 120100了控制每组啮合齿轮不产生根切现象，使最小齿数 2018z，因而齿轮的齿数和不应过小。 长春工业大学本科毕业设计论文 9 在轴间 因为 u， u， 又 因为 17 20z， 则 78,77,73,70,674 s 为 在高速轴中尽量使齿轮的几何尺寸小一点以减小主轴的尺寸，所以可取 671915z， 48196716 z， 41266713 11136 4,72,66,603 s z . 取 663 2211z， 44226612 z， 33336610 u， u， .4,522 s 联滑移齿轮中的最大齿数与次大齿数之差必须要大于或等于 4 则必需有 70 又 因为 前传动轴的转速高，扭矩小，一般传动件的尺寸要小一些，因而齿数和可取比前一级变速组小 。 用计算法 取 23z，则 603723 s z 可得 35 z ， 3327606 z 36011 11223 3030604 241z， 则 3469 长春工业大学本科毕业设计论文 10 滑移齿轮齿数的验算：在三联滑移齿轮 ,中，为了确保其左右移动时能顺利通过，不致相碰，则必须保证三联滑移齿轮的次大齿轮 大齿轮布置在中间），即： )2(21)2(21 45 （ 3 又 因为 )(21 43 ， 则必须保证： 453 从上面计算可知： 303 z， 275 z ， 则 43273053 这与要求不符。但是 由于 与都采用了离合器，使齿轮 而在滑移齿轮在移动过程中不存在相碰的情况 ， 所以 三联滑移齿轮在这个设计里是可以实现的。 （四）传动系统图的拟定 根据以上分析及计算，拟定如下传动系统图： 26484119443333223727302333303424主电机图 2动系统图 长春工业大学本科毕业设计论文 11 二主传动主要零件的强度计算 （一）电动机的选择 1 电动机的功率计算 钻头材料选用 毫米公斤 /80b ， 根据加工要求选用钻头直径 D 25查表得进给量 S 据钻孔切削用量表查得： n377r/M=8580N 0 0 0 0 3 2 电动机参数的选择 在选择电动机时，必须使得 据这个原则，查机械设计手册选取 基本参数如下（单位为 A=190 B=140 C=70 D=28 E=60 F=8 G=24 H=112 K=12 45 30 90 65 80 L=400 （二）齿轮传动的设计计算 由于直齿圆柱齿轮具有加工和安装方便、生产效率高、生产成本低等优点，而且直齿圆柱齿轮传动也能满足设计要求，所以本次设计选用渐开线直齿圆柱齿轮传动；主轴箱中的齿轮用于传递动力和运动，它的精度直接与工作的平稳性、接触误差及噪声有关。为了控制噪声，机床上主传动齿轮 都选用较高的精度，但考虑到制造成本，本次设计都选用 7具体设计步骤如下： 按接触疲劳和弯曲疲劳计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数 只有在齿轮各参数都已知道后方可确定，所以只在草图画完之后校核用， 在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。 齿轮弯曲疲劳的估算公式： 32 （式中 N 即为齿轮所传递的功率） （ 3 长春工业大学本科毕业设计论文 12 齿面点蚀的估算 公式： （式中 N 即为齿轮所传递的功率） （ 3 其中A 为齿轮中心距。 由中心距 A 及齿数 21,出模数： 212 （ 3 根据估算所得取相近的标准模数。 前面已求得各轴所传递的功率，各轴上齿轮模数估算如下： 第一对齿轮副 440 以，第一对齿轮副传动的齿轮模数应为 第二对齿轮副 002 2 2 6 以，第二对齿轮副传动的齿轮模数应为 第三对齿轮副 31 23 春工业大学本科毕业设计论文 13 A 23 以，第三对齿轮副传动的齿轮模数应为 第四对齿轮副 15 34 34 以，第四对齿 轮副传动的齿轮模数应为 综上所述，为了降低成本，机床中各齿轮模数值应尽可能取相同，但因为轴得转速比较小，扭矩比较大，为了增加其强度和在主轴上能起到飞轮的作用，需增加轴齿轮的几何尺寸。所以，本次设计中在间各个齿轮模数均为 1m =轴上就取 2 。 根据渐开线标准直齿圆柱齿轮分度圆直径计算公式可得各个传动副中齿轮的分度圆直径为 ： d d d d d 12334113 d 5731915 的确定 齿宽影响齿的强度，但如果太宽，由于齿轮制造误差和轴的变形，可能长春工业大学本科毕业设计论文 14 接触不均匀，反儿容易引起振动和噪 声。本次设计中，取主动齿轮宽度 B=8m=8 0最后一对齿轮啮合取也取 B=7m 20)，则与其啮合的从动齿轮的宽度一致。而取多联齿轮的宽度 B=8m=8 0了使啮合更容易和平稳，则与其啮合的从动齿轮的宽度要小一点，取 B =6m 6 15 根据机械原理中关于渐开线圆柱齿轮参数的计算公式及相关参数的规定，齿轮的其它参数都可以由以上计算所得的参数计算出来，本次设计中，这些参数在此不在一一计算。 不同精度等级 的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构的要求也不同， 7级精度的齿轮，用较高精度的滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下降。因此，需要淬火的 7 级齿轮一般滚或插后要剃齿，使精度高于 7级，或者淬火后再珩齿。 6级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须才能达到 6级。机床主轴箱中的齿轮齿部一般都需要淬火。 触疲劳强度） 计算齿轮强度用的载荷系数 K，包括使用系数 动载荷系数 齿间载荷分 配系数 K 及齿向载荷分布系数 K ，即： K （ 3 查表得：Z= = Z (2 （ 3 将数据代入得： H 1100轮接触疲劳强度满足，因此接触的应力小于许 用的接触应力，其它齿轮也符合要求，故其余齿轮不再 验算，在此略去。 （三）轴的设计计算 滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的，而且轴的设计是在初步计算轴径长春工业大学本科毕业设计论文 15 的基础上进行 ，因此先要初算轴径。轴的直径可按扭转强度法用下列公式进行估算 ： 30 3 对于空心轴，则 0 ) （ 3 式中， P 轴传递的功率， kW n 轴的计算转速， r/A 经验值 取的值为 1)计算各传动轴传递的功率 P 根据电动机的计算选择可知，本次设计所选用的电动机额定功率d 各传动轴传递的功率可按下式计算： 3 电机到传动轴之间传动效率 由传动系统图可以看出，本次设计中采用了联轴器和齿轮传动，则各轴传递的功率为： 4 2 1 (2)估算各轴的最小直径 本次设计中，考虑到主轴的强度与刚度以及制造成本的经济性，初步选择主轴的材料为 40它各轴的材料均选择 45钢，取 15，各轴的计算转速由转速图得出： 002r/31r/15r/50r/ 长春工业大学本科毕业设计论文 16 所以各轴的最小直径为： 0 28 4 5 31 17 2 5 31 56 1 5 31 05 0 5 31 在以上各轴中，每根轴都开有平键或花键，所以为了使键槽不影响轴的强度，应将轴的最小直径增大 5%，将增大后的直径圆整后分别取各轴的最小直径为： d=18 d=23 d=34 d=46各轴段的长度值，应根据主轴箱的具体结构而定，且必须满足以下的原则： （ 1）应满足轴承及齿 轮的定位要求。 （ 2）应满足滑移齿轮安全滑移的要求。 根据本次设计的要求，需选择除主轴外的一根轴进行强 度校核，而主轴必须进行刚度校核， 在此选择第根轴进行强度校核。 （ 1）第 根轴的强度校核 1)轴的受力分 析及受力简图 由主轴箱的展开图可知，该轴的动力源由电 动机通过齿轮传递过来，而后通过一个三联齿轮将动力传递到下一根轴， 其两端通过一对角接触球轴承将力转移到箱体上去。由于传递的齿轮采用的直齿圆柱齿轮，因此其轴向力可以忽略不计。所以只要校核其在 轴所受载荷是从轴上零件传来的，计算时 常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起。通常把轴当作铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类长春工业大学本科毕业设计论文 17 型和布置方式有关。其受力简图如下： 在 ： t 2F t 1 2 5l = 4 5 0a = 1 1 0在 10l=450b=25 F r 1F r 2 R 2 2）作出轴的弯矩图 根据上述简图，分别按 面及 面计算各力产生的弯矩，并按计算结果分别作出两个平面的上的弯矩图。 在 据力的平衡原理可得： 2+各个力对 a= +l P /P /以上两式可解出： b/l a/b/l 图 2面的受力图 图 2-5 面的受力图 长春工业大学本科毕业设计论文 18 由于有多个力的存在，弯矩无法用一个方程来表示，用 每段的弯矩方程为： 在 M=x （ a x 0） 在 M= a+x） x （ x a） 在 M= （ l x 则该轴 在 在 同理可得在 在 3）作出总的弯矩图 由 上求得的在 据 M= 2 可得总的弯矩图为： 的总弯矩图 长春工业大学本科毕业设计论文 19 4）作出计算弯矩图 根据已作出的总弯矩图和扭矩 图，则可由公式 22 )( 求出计算弯矩，其中是考虑扭矩和弯矩的加载情况及产生应力的循环特性差异的系数，因通常由弯矩产生的弯曲应力是对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转切应力则常常不是对称循环的变应力，故在求计算弯矩时，必须计及这种循环特性差异的影响。即当扭转切应力为静应力时，取 转切应力为脉动循环变应力时，取 扭转切应力也为对称循环变应力时，则取 =1。应本次设计中扭转切应力为静应力，所以取 计算弯矩图为： 核轴的强度 选择轴的材料为 45 钢，并经过调质处理。由机械设计手册查得其许用弯曲应力为 60计算弯矩图可知，该轴的危险截面在 B 的作用点上，由于该作用点上安装滑移齿轮，开有花键，由机械设计可查得其截面的惯性矩为： W= D+d） 232D （ 3 其中 本次设计中， z=6， D=28d=23 b=6以其截面的惯 性矩为 W=据标准直齿圆柱齿轮受力计算公式可得圆周力与径向力： T1/ t （ 3 其中 N 为啮合角，对标准齿轮，取 =20 ；而 段轴的长度可从 2号 根据前面的公式可得出该轴危险截面的计算弯矩为： m，则该轴危险截面所受的弯 曲应力为： 60以该 图 2矩图 长春工业大学本科毕业设计论文 20 轴的强度满足要求。 （ 2）主轴的刚度校核 1）主轴材料的选择 考虑到主轴的刚度几强度，选择主轴的材料为 40经过调质处理。 2）主轴结构的确定 主轴直径的选择 ， 根据机床主电机功率来确定 1D 因为 P 4于中等以上转速，中等以下载荷的机床 ，所以 可取0601 根据以下的公式确定 主轴内孔直径 444 4400 1)(164/ 64/)( （ 3 其中 0K
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