毕业论文-龙门式数控钻床机械结构设计

毕业设计（论文）龙门式数控钻床机械结构设计THEMECHANICALSTRUCTURALDESIGNFORGANTRYCNCDRILLINGMACHINE长春工程学院机电学院机械设计制造及其自动化2015年4月18日学生姓名所在院系所学专业所在班级指导教师教师职称完成时间摘要近些年来，国内外机床工业的发展十分迅速，以数控为特征的现代化机床在生产中广泛应用。在工农业生产中，经常会碰到一些大型回转体类零件，其上需加工很多孔。用普通机床对其加工往往会遗漏，而小型数控加工中心则难以对其进行加工。本课题就是针对这一问题，设计一台龙门式数控钻床，专门适合对这一类零件进行钻削加工。它不仅大大减轻了操作者的劳动强度，而且大大提高了劳动生产率。本次设计包括了数控钻床的主要机械结构，其中包括主轴箱中的主传动系装配；进给系统中的工作台装配和传动系统中的丝杠螺母等设计。同时，将各项相关技术合理运用，以达到最优化设计的目的。机械制造工业是国民经济的基础。机床工业则是机械制造工业的基础，它在国民经济中起着至关重要的作用，但我国机床工业与发达国家相比还有较大差距，我们必须奋发图强，努力工作，以便早日赶上世界先进水平。关键词数控钻床主轴箱工作台丝杠螺母ABSTRACTINRECENTYEARS,DOMESTICMACHINETOOLINDUSTRYDEVELOPEDRAPIDLY,TOAMODERNCNCMACHINETOOLISCHARACTERIZEDBYWIDELYUSEDINTHEPRODUCTIONINTHEINDUSTRIALANDAGRICULTURALPRODUCTION,OFTENENCOUNTERANUMBEROFLARGESCALEROTATINGBODYPARTS,ITSALOTOFHOLESTOBEPROCESSEDORDINARYMACHINETOOLSAREOFTENLEFTOUTOFITSPROCESSING,ANDSMALLSCALECNCMACHININGCENTERISDIFFICULTTOCARRYOUTITSPROCESSINGTHESUBJECTISARESPONSETOTHISPROBLEM,THEDESIGNOFAGANTRYCNCDRILLINGMACHINE,SPECIFICALLYSUITEDFORTHISTYPEOFDRILLINGPARTSITNOTONLYGREATLYREDUCESTHEOPERATORSLABORINTENSITYANDLABORPRODUCTIVITYINCREASEDSIGNIFICANTLYTHEDESIGNINCLUDESACNCDRILLINGMACHINEOFTHEMAINMECHANICALSTRUCTURE,INCLUDINGTHEMAINSPINDLEBOXPOWERTRAINASSEMBLYFEEDINGSYSTEMTABLEINTHEASSEMBLYANDTHELEADSCREWNUTDRIVESYSTEMDESIGNATTHESAMETIME,THERELATEDTECHNOLOGYWILLBEUSEDINAREASONABLEMANNER,SOASTOACHIEVETHEPURPOSEOFOPTIMUMDESIGNMACHINERYMANUFACTURINGINDUSTRYISTHEFOUNDATIONOFTHENATIONALECONOMYMACHINETOOLINDUSTRYISTHEBASISOFMECHANICALMANUFACTURINGINDUSTRY,WHICHINTHENATIONALECONOMYPLAYSAVITALROLE,BUTCHINASMACHINETOOLINDUSTRYANDSTILLAWIDEGAPBETWEENDEVELOPEDCOUNTRIES,WEMUSTWORKHARD,WORKHARDINORDERTOCATCHUPWITHTHEWORLDATANEARLYDATEADVANCEDLEVELKEYWORDSCNCDRILLINGMACHINEHEADSTOCKWORKTABLELEADSCREWANDNUT目录一绪论111金属切削机床及其重要地位112问题的提出113国内外发展状况1二方案论证221总体布局方案论证2211数控立式钻床2212钻削中心2213印刷线路板数控钻床3214其它大型数控钻床322数控钻床功能组成及各部件方案论证3221数控系统总体方案确定3222主机部分总体方案确定4三横梁滚珠丝杠设计计算531动载强度计算532滚珠丝杠轴向负荷F的计算633确定滚珠丝杠型号734珠丝杠副的几何参数735传动效率计算736刚度检验8四机械部分设计计算841主传动系设计计算8411动设计计算842主轴的设计与计算14421选择轴的材料14422估算轴的直径14423按弯扭轴上合成强度条件计算15424按疲劳强度的安全系数校核计算1643轴承的选择与校核1844主轴上键的选择与校核20441挤压强度校核20442耐磨条件校核20五工作台设计与计算2051工作台电机的选择21511确定脉冲当量21513等效力矩计算22514确定蜗轮蜗杆的传动比22515确定电机型号2252工作台蜗轮蜗杆的设计计算23521确定蜗轮蜗杆模数23M522蜗杆轴的刚度验算24523蜗杆蜗轮几何尺寸计算24524蜗杆传动的效率和散热计算2753工作台弹簧的设计计算2854工作台滚动导轨设计计算28541滚动体的尺寸要求及确定29542滚动体数目确定29543保持架样式29总结30致谢31参考文献32一绪论11金属切削机床及其重要地位金属切削机床（METALCUTTINGMACHINETOOLS）是用切削的方法将金属毛坯加工成机械零件的机器。它是制造机器的机器，所以称它为“工作母机”。习惯上简称为机床。机床的母机属性决定了它在国民经济中的重要地位。机械制造业肩负着为国民经济各部分提供现代化技术装备的任务。机械制造业是国民经济的基础，而机床工业则是机械制造工业的基础，一个国家的机床工业技术水平在很大程度标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。12问题的提出在生产活动中，经常会遇到需要在大型回转体零件上加工出许多孔。如用普通机床，往往会遗漏加工，故需设计一台大型数控钻床来对其进行加工。这不仅减轻了劳动者的劳动强度，而且大大提高了劳动生产率。13国内外发展状况（一）国内数控机床现状近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达4739亿美元，仅次于美国的5367亿美元，消费额比上一年增长25。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达2406亿美元，比上年增长273。（二）国外数控机床现状况1、国际机床市场的消费主流是数控机床。1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70，我国为60。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。2、国外数控机床的网络化。随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门（人、财、物、产、供、销）或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的ERP就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率，即数控机床必须达到起码的数量或比例；第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。以西门子为代表的数控系统生产厂商已在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS232接口外，还备有以太网接口，为数控机床联网提供了基本条件。由于国外企业的发展水平，数控机床的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。二方案论证21总体布局方案论证数控钻床是数字控制为主的孔加工机床。在数控机床的发展过程中，数控钻床的出现是比较早的。50年代末，我国已有几种数控钻床的雏形。美国普拉特惠特尼公司在1961年就成批生产TAPEOMATIC数控钻床。它也是数控钻床的最早产品。此后，美国、日本等国家的公司也陆续生产数控钻床，数控转塔钻床等产品。数控钻床按其布局形式及功能特点可分为数控立式钻床、钻削中心、印刷线路板数控钻床，数控深孔钻床及其它大型数控钻床等。211数控立式钻床数控立式钻床是在普通立式钻床的基础上发展起来的，可以完成钻，扩，铰，攻丝等多道工序。适用于孔间距离有一定精度要求的零件的中小批量生产。它一般带有两坐标数控十字型工作台，被加工零件装夹在工作台上可进行两坐标移动，其控制系统一般是点位控制系统。属于经济型数控，价格便宜。212钻削中心钻削中心是在3坐标数控立式钻床的基础上增加转塔刀库及自动换刀机构而成的采用无级调速的主轴电动机，可实现自动变换主轴转速，可以进行钻、扩、铰、锪、攻丝等加工工序，而且，可以完成具有直线和圆弧插补的轮廓控制铣削。由于一般中小型零件大多需要几把刀具来加工，故增加自动换刀装置并同时自动变换主轴转速。可减轻劳动强度，减少换刀时间，既提高了机床的自动化程度，又提高了生产率。由于用轮廓控制数控系统代替了点位控制数控系统。可进行具有直线和圆弧插补功能的铣削加工，更适合于钻铣联合加工的零件。根据换刀原理及机床结构的不同，目前钻削中心分为单立柱式玉双立柱式两种。多立柱式的换刀方式是在砖塔中径布置6或8根主轴，由转塔回转实现主轴转换及自动换刀。由于转塔中需要布置多根主机，并由主轴主传动，分度，定位等机构。由于转塔头结构复杂，加工困难，还有尺寸限制，主轴刚性受到一定影响，各主轴间的位置精度也不理想，因此多主轴式钻削中心存在上述一些问题，很多厂家开发了单轴式钻削中心，它是在同一根主轴上自动换装有各种刀具的刀柄实现自动换刀，并采用转塔式刀库，克服了多轴式的缺点。213印刷线路板数控钻床印刷线路板数控钻床是一种专门用来加工印刷线路板的专用钻孔机床。214其它大型数控钻床对于某些大型零件，在一般数控钻床，钻削中心上无法加工。故使用大型数控钻床。由于该设计的钻床是要求钻妃的最大直径为，且工件为的盘形零件，工件高度为M30M51，属大型多孔零件，加工所需刀雎较少，且不频繁换刀，孔距精度要求不太高，故设计M50成龙门式数控钻床，其也可完成钻、扩、铰、攻丝等多道工序。22数控钻床功能组成及各部件方案论证数控钻床一般包括以下几个部分（1）、主机包括床身，立柱，工作台，和主轴箱等机械部件（2）、数控系统（3）、驱动装置（4）、其它辅助装置，如冷却系统，防护罩，排屑器。221数控系统总体方案确定2211系统运动方式的确定数控统的运动方式可分为点位控制系统，点们直线系统，连续控制系统。点位控罅系统只能够实现由一个位置到另一个位置的精确移动，在移动过程中不进行任何加工。连续控制系统要求工作台或刀具沿各个坐标轴的运动有精确的运动关系。数控钻床在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，回此数控装置可采用点位控制方式。点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。2212伺服系统的选择开环控制系统没有检测反馈部件，不能纠正系统的传动误差。但其结构简单，调整维修方便，在速度和精度要求不太高的场合广泛应用。闭环控制系统在机床移动部件上装有检测反馈元件来检测实际位移，能补偿系统的传动误差，伺服控制精度高，调试复杂，系统造价高。由于该机床是加工敢距精度有要求但不太高的零件，采用开环控制系统。精度要求满足，结构简单，调整维修容易，可降低机床造价。并采用步进电机作为伺服电机。2213执行机构传动方式确定为确保数控系统的传动精度和工作台平稳性，通常提出低摩擦，低质量，高刚度，无间隙，高谐振，以及由适宜阻尼比的要求。为满足低摩擦，尽量消除传动间隙的要求。本设计横梁采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高系统的传动刚度，保证加工精度，丝杠支撑设计成两端轴向固定，并加预拉伸的结构。222主机部分总体方案确定2221工作台工作台是数控机床的重要部件，其形式尺寸往往表现机床的规格和性能。工作台有矩形，回转形式，以及倾斜成各种角度的万能工作台等三种。由于该机床是加工大型盘形零件。故采用回转工作台。并采用开环控制。其定们精度由控制系统决定。开环系统中的数控转台由传动系统，间隙消除装置，及蜗轮夹紧装置等组成。2222床身采用龙门式结构。由两立柱，顶梁，横梁，工作台，主轴箱等组成。其钻孔的位置定们分别由主轴箱沿横梁的横向移动和工作台的转动来实现。横梁可沿两个立柱的导轨上下调整位置，以适应不同高度的加式需要。这种布局形式由两个立柱，顶梁和床身构成龙门框架式结构，主轴中心线的悬身距离也很小，所以刚度较高，可提高加工精度。2223主轴箱带有刀具的主轴箱的垂直移动为Z坐标。采用步进电机驱动。其旋转主运动采用交流电机驱动，可变换主轴转速，以适应钻孔直径改变的需要。各主要参数工件为的盘形零件M51钻孔大小为30工件高度为M50查表最大钻孔直径确定主轴圆锥孔莫氏号数为43主轴端面到工作台的最大距离M740H主轴端面到底座工作台面的最大距离13三横梁滚珠丝杠设计计算31动载强度计算额定动负荷是指当一批规格相同的滚珠丝杠螺母副，在一负荷力的测试运转下，能通过RF运动，而有不产生疲劳损伤时所能承受的最大轴向载荷。R10690当时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲劳点蚀，因此要进行动载R/MIN荷强度计算，其计算动载荷应小于或等于滚珠丝杠螺母副的额定动负荷，有公式NCCREQHD3/FFT式中，动载荷系数，从数控机床系统设计15表51可查得DF01DF硬度影响系数，同上，表52可查得H561HF当量动负荷，单位NEQF滚珠丝杠螺母副的额定动负荷，单位NR寿命，以为1个单位。/TR60K1066EQ/TN式中，使用寿命，HT循环次数；K滚珠丝杠的当量转速，。EQNR/MIN3213EQTNFF式中，、滚珠丝杠螺母副所承受的轴向载荷，N；1F2、与、相对应的转速，；1N21F2R/MIN、相对应的工作时间，TIN32滚珠丝杠轴向负荷F的计算（1）摩擦力的计算初估算主轴箱重量为1000N，知；10N101NF（2）惯性力计算有公式AMM1G30TTNK42G42MJKMVJJ显然惯性力很小，可忽略，所以。轴向负荷N10F（3）丝杠螺母长度估算由公式6H10NL查表得，使用推荐寿命，H5H初选丝杠螺距由此可以算出丝杠转速MT5R/MIN10N所以9566L（4）确定最大动负荷KAHTW3FPQ式中，滚珠丝杠轴向负荷；P负荷性质系数；查数控机床机器人机械系统设计指导6中表42得WF12温度系数；同上书中在表43中可得1TFTF硬度系数；同上书中表44中得到1HH精度系数；同上书中表45中得到1AFAF可靠性系数；同上在表46中可得1；KK将查得数值121111代入公式得WFTFHFAFKFN2168093KAHTW3FPLQ33确定滚珠丝杠型号额定动负荷应满足的条件为额定动负荷最大动负荷查书数控机床设计实践指南7表F8可得取公称直径M320D滚珠丝杠螺母副的型号为FF32043；其基本额定动负荷为96000N，足够用。34珠丝杠副的几何参数公称直径M320D螺距5T螺旋升角/滚珠直径30D滚道半径M651R偏心距4E丝杠外径3丝杠内径928螺母配合外径76D螺母装配总长度M47L35传动效率计算950123TANTAN/式中，为摩擦角；为丝杠螺旋升角。36刚度检验滚珠丝杠受工作负载引起的导程L的变化量FEAP1P100N；L045CME材料为钢PA1029M106528432RA所以U3106931L丝杠因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。所以导程总误差为UM75431T查标志B级精度的丝杠允许误差为50故刚度足够。四机械部分设计计算41主传动系设计计算在主传动时，应结合具体机床进行具体分析，一般应满足以下几个基本要求A满足机床使用性能的要求B满足机床传递动力的要求C满足机床工作性能的要求D满足产品设计经济性的要求E调整维修方便，结构简单、合理、便于加工和装配。防护性能好，使用寿命长。而且在设计过程中，还应按照主变速传动系设计的一般原则来设计即传动副前多后少原则；传动顺序与扩大顺序相致的原则；变速组的降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电动机的转速。411动设计计算4111主运动参数确定钻头采用高速钢钻头，同切削加工手册查得（P516）页取切削速度，进给量取。M/IN21CVM/R480F4112计算转速的确定采用ZK9350型龙门式数控钻床主轴转速范围。取R/IN205N由机械制造装备设计11表310（P97）页得250MINAXIJ由切削用量手册10查得（P61）R/MIN75205JN切削功率由此可以选取主轴电动机。KW4CP4113主轴电动机型号由切削功率选取Y系列（IP44）电动机机械设计课程设计手册（P167表121）。C其参数如下Y132M16电机极数为6极，额定功率4KW,满载转速960R/MIN,额定转矩2，质量73KG，同步转速为602530R/MIN由上面可以确定主轴,R/I20主AXR/MIN25IN主R/IN75J电动机,，,KW4P960额02额TKGM73R/MIN2530主MAXNR/MIN6主IN通常，无级变速装置作为传动系中的基本组，而分级变速作为扩大组，其公比理论上应F等于无级变速装置的变速范围。实际上，由于机械无级变速装置属于摩擦传动，有相对滑动DR现象，可能得不到理论上的转速。为了得到连续的无级变速，设计时应使分级变速箱的公比略小于无级变速的变速范围，即取。使转速之间有一小段重叠，保证F970FDR转速连续。由上面的已知条件可以知道主轴要求的恒功率调速范围为2750NNR电动机可达到的恒功率调速范围为31D取，由机械制造装备设计11中式（319）P105页可算出变速箱的变速级532F数，取。583LG1FDNNRZ4Z由于主轴要求恒功率变速范围远大于电机恒功率变速范围。因此在电动机与主轴间串NNDNR联一个分级变速箱其总体布局如下图1图1主轴箱总体布局在设计时，为了避免从动轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，限制降速最小传动比；为避免扩大传动误差，减少振动噪声，直齿圆柱齿轮最大升速比；4/1主MINU2主MAXU在满足主轴恒功率输出时的最大传动比为。可以将其分解为。81275/960I7346I而另一组的最大传动比为。可以将其分解为。2/530I21I所以。在轴III间的变速组中的两个传动副中的传动比为；1AU62AU在轴IIIII间的变速组中的两个传动副中的传动比为；261BU734B2U设计中，变速组中所有齿轮的模数相同，并是标准齿轮，所以这4对啮合齿轮的齿数和相同。查机械制造装备设计11可得表39（P94页）1AU74,2068,42,0ZS26593取则7ZS/A1U/A2U同上面的方法可得到IIIII轴传动齿轮的齿数和92ZS67/5B176/1BU各传动齿轮的参数如表1表1主轴箱内各传动齿轮参数序号齿数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径模数1Z36114415213442Z36214415213443Z243961048644Z48419220018245Z2551001089046Z67626827625847Z16764725448Z7683043122944由上面的传动比和齿轮齿数可以得到转速图如图2图2转速图4114齿轮模数的估算初步计算齿轮的模数，由于是初步估算，传动链中传动副的机械效率可以可以忽略，可用主电动机的额功率直接代入。而且齿轮材料为45钢，齿部高频淬火，当计算转速远大HRC450于时，所得模数值可能对于接触疲劳强度是不够的，可以按下公式计算MIN/10R在机床主传动系统中推荐齿宽系数106/MB从中可以得到4确定中心距1436221ZA同理可得M84由于在设计中采用的是滑移齿轮。从现代实用机床设计手册8中可以查得齿宽30B4115齿轮齿根弯曲疲劳强度校核校核主轴上的啮合齿轮其；16Z72ZFSAFN1F2YMBDKT641723838121AZ12J9J3NP710645207520AY查机械设计12图619、620P129页可得，3FA15SA1Y，282从上面可得，870N190N从图622C,按小齿轮齿面硬度均值235HBS，在ML线上查得；同理，在AFLIM1MP340图622B上，查得；AFLIM2P3取，得51INSAFMINNLF1236YF2MPFLI2S将确定出的各项数值代入弯曲强度校核公式，得AF118450437630852F1ASF12P7282Y2所以齿轮齿根弯曲疲劳足够。4116齿面接触疲劳强度校核H1HE2UBDKTZ从机械设计12查表65（P122页）得MPA89E由图614查得52H由图613查得890Z由图615，按不允许出现点蚀,查得,7N1920NZ由图616E,按齿面硬度均值51HRC,在MQ和ML线中间查出MPA105HLIM2LI1LIS则A914HMINNL11ZMP6IN2LH2S将确定出的各项数值代入接触强度校核公式，得1H2HPA687341630188952189所以，接触强度满足。主轴箱中的其它齿轮也是通过上述方法进行校核。在此不再展开。42主轴的设计与计算421选择轴的材料轴的材料选为45钢，调质处理。其力学性能可查得，MPA640BPA35SMPA2751PA15MPA601由于主轴为空心轴，根据公式求得其最小直径，1440NAD式中；，即空心轴的内径与外径之比，通常取。D11605对于直径MM的轴，有键槽时，轴径增大；有两个键槽时，应增大075。5422估算轴的直径在主轴箱结构中，联轴器的效率、齿轮传动效率和滚动轴承的效率都比较高，因此在计算主轴的转矩时可以忽略。由公式可以得出MN509374159105966NPT由公式可求1440NPADM7253017544考虑到键槽对主轴强度的影响取主轴的直径为D在主轴上的两传动齿轮依靠套筒定位。齿轮的周向定位采用A型普通平键连接。根据，由机械设计课程设计手册14可以查得平面键截面M70DM3212LHB，同时为了保证齿轮与轴配合具有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为。67KH423按弯扭轴上合成强度条件计算由所确定的结构图可确定出简支梁的支承距离，M1582L143L据此求出齿轮宽度中心所在截面的、及的值。HMVCA计算轴上的外力齿轮的圆周力N81057642TDTF齿轮的径向力642TANTANR轴上的支反力水平面内支反力32H13TLFLN5480632TH1F8021T垂直面内的支反力3RA32V1LFMLFN46193584032RV1LF521R计算轴的弯矩水平面弯矩MN82950152H1LFM垂直面弯矩3792V1018V合成弯矩MN26937295V12H1M86计算并画当量弯矩转矩按脉动循环变化计算，取0MN18460T29E1M314020822E2M进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面的强度。由机械设计12中式84得A1AA43E22CAMP6P91702WT424按疲劳强度的安全系数校核计算4241判断危险截面危险截面的位置应是弯矩和转矩较大及截面面积较小且应力集中较严重处。当在同一截面处有几个应力集中源时，取各源所引起的应力集中的最大值。根据轴的结构尺寸可知，在齿轮配合和键槽引起的应力集中。所以按此处截面进行疲劳强度的安全系数计算。4242危险截面处疲劳强度安全系数校核抗弯截面系数334343M25165017010DW抗扭截面系数33434322T合成弯矩MN7962143/8869/32LBM转矩MN10T弯曲应力幅（按对称循环变应力计算）AAAMP482532679W弯曲平均应力AMMP0扭转切应力幅（按脉动循环变应力计算）AATAP307156432182扭转平均切应力AAM07P由机械设计12中的。附图1A、附图2A可以查得，有效应力集中系数52K521K由，按附表5查得尺寸系数ABMP640D74070同轴精车加工，按附图8查得表面质量系数AB93按机械设计12书中公式（27A）和式（27B）计算可得综合影响系数值为69307452K71截面附近由于键槽引起的有效应力集中系数是和，按附表3、附表4查得K81K6故得综合影响系数值为329074K61K截面上由于齿轮轮毂与轴的过盈配合产生的有效应力集中系数与尺寸系数之比值由附7RH图6B、附图7B查得523K52RK故得综合影响系数值为78390KK125取上面综合影响系数、中的较大值，故取，。轴的材料是45K783K12钢，查表81取弯曲等效系数，扭转等效系数。200只考虑弯矩作用的安全系数，由式（87）得2415783MA1KS只考虑转矩作用的安全系数，由式（88）得43207127MA1S同式（86）计算安全系数68432012CASS取815S，所以截面安全。CA主轴箱中其它轴也可由上面的校核方法进行校核。在此不在展开。43轴承的选择与校核由上面轴的设计中可知，轴承处的轴颈，转速，两支承的径向载荷M70DR/IN75，。轴向外载荷（切削用量简明手册10表219查N59R1F618R2N142AF得）试选角接触球轴承7211AC，查机械设计课程设计手册可知，KN50RC。K5380RC对于70000AC型轴承，按机械设计12表99，轴承内部轴向力，并由表9RS68F7可知判断系数。680EN123805960R1S1F4R2S2因为S1AS2F4N40F所以，轴承的轴向载荷为2180AN2380A2计算轴承的当量载荷和，由于在该结构中，用的是3个轴承支承则受力按均分计算，P2各力除以3得680459/108RAEF2563/R2A由表97可查得径向动载荷系数和轴向载荷系数对于轴承1410X8701Y对于轴承212X02Y由于载荷平稳，查机械设计12表98，取则81PF5PFN48302073594A1R1P1FFP9762R22YX由于按计算轴承应具有的额定动载荷11/C根据公式（95）610H/T/NLFPC由于机床在一般工作条件下工作，取，则TF3KN2711024564836/它比所选轴承的额定动载荷小。KNC因此所选轴承强度满足。其余也可以按上述方法进行校核。44主轴上键的选择与校核键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的截面尺寸（键宽和键高）按轴的直BH径由标准中选定；键的长度可根据轮毂的长度确定，可使键长等于或略短于轮毂的宽度；DL导向平键应按轮毂的长度及滑动距离而定。键的长度还须符合标准规定的长度系列。由于安装键处的轴径为。根据机械设计课程设计手册14中表41可以确定。M70D取键为A型普通平键。其基本尺寸为。M32120LHB由于平键连接的可能失效形式有较弱零件工作面被压溃（静连接）、磨损（动连接）、键的剪断（一般极少出现）。因此，对于普通平键连接只需要进行挤压强度计算；而对于导向平键或滑键连接需要进行耐磨性条件的计算。441挤压强度校核P3P102KLDT式中表示键与轮毂的接触高度。HK50为键的工作长度，A型平键，B型键，C型键LBLLLL2BL将值代入上式进行校核AP3PMP1502670125086所以挤压强度满足。442耐磨条件校核PKLDTP3102代入数值可得A3MP567125086P（说明与键有相对滑动的被连接件表面经过淬火处理）五工作台设计与计算数控回转工作台主要有两个功能一是实现工作台的进给分度运动，即在非切削时装有工件的工作台在整个圆周进行分度旋转；二是实现工作台圆周方向上的进给运动，即在运动切削时，与X，Y，Z三个坐标轴进行联动，加式复杂空间曲面。回转工作台实现回转功能的结构形式多样，但需要数控机床具有复杂的曲线和曲面的加工能力时必须配备回转轴，而数控回转工作台是在数控机床上完成回转进给功能的直接部件。采用蜗轮蜗杆传动副的数控回转工作台，减速比大，可以提高电机扭矩，并且具有“自锁”功能，可以在电机失电后保持工件的位置，因此，在实际中得到广泛的应用。工作原理在工作台接受到数控系统指令后，首先把蜗轮松开，然后启动电液脉冲马达，按指令脉冲来确定工作台的回转方向、回转速度及回转角度等参数。工作台的运动由电液脉冲马达驱动，经齿轮和带动蜗杆，通过蜗轮使工作台回转。当工作台静止时必须处于锁紧状态。工作台面圆周方向分布八个夹紧液压缸进行夹紧。当工作台不回转时，夹紧液压缸的上腔进压力油，使活塞向下运动，通过钢球、夹紧瓦及将蜗轮夹紧；当工作台需要回转时，数控系统发出指令，使夹紧液压缸上腔的油流回油箱。在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦松开蜗轮，然后由电液脉冲马达通过传动装置，使蜗轮和回转工作台按照控制系统的指令作回转运动。为了尽量消除传动间隙和反向间隙，图示中齿轮和齿轮的啮合的侧隙是靠偏心环来消除的。与蜗杆相连接的齿轮是靠楔形拉紧圆柱销来联接的，这种联接方式可以消除轴与套的配合间隙。51工作台电机的选择511确定脉冲当量脉冲当量是数控系统发出一个指令脉冲，工作台移动的距离或转过的角度。它决定了数控机床的加工精度和驱动系统的最高工作频率。对于回转工作台而言，脉冲当量可由下式计算，式中，蜗杆头数，为蜗轮齿数。WK21ZKWZ在步进电机数控开环系统中的脉冲当量一般取为或，也有选用M01或者。这时脉冲位移的分辨率和精度较高。M05025初取满足加工要发求。512步进电机的选择步进电动机每走一步的步距角，按理论设计是圆周的等分值。但是实际的MZQ360360步距角与理论值有误差。在数控机床中常见的反应式步进电动机的步距角一般为。步35距角越小，数控机床的控制精度越高。但是，必须保证步进电动机的输出转矩大于负载所需要的转矩。通常。其中为步进电动机最大静态转矩，为负载转矩。502JMAXMJMAXMM初取750513等效力矩计算由公式M1IN1JKJKIK2VFT式中为转动件所受力矩（NM）IT,转动件的速度INKR/IN为移动件所受力（N）IF移动件的速度JV/I转动件所受力矩为蜗杆磨擦力距，润滑良好可忽略。IT移动件所受力，无切削力，可忽略。IF故工作台旋转所克服的转矩很小，但考虑到工件较大，故取电机转矩。NM5T514确定蜗轮蜗杆的传动比蜗杆为0213675工作台为3则蜗轮蜗杆的传动比为802I确定传动比为83I515确定电机型号由数控机床设计实践指南7表F9（P154）可以查得110BF003型步进电动机。相数为三相，最大静转矩784NM，最大启动频率1500HZ,最大运行频率7000HZ。步距角。外形尺寸外径，长度51/70M10160轴径，质量。M1KG6M52工作台蜗轮蜗杆的设计计算根据一般的龙门钻床中回转工作台的转速为。蜗轮蜗杆传动比，由R/IN2083I于传动比过大，蜗杆头数取，则蜗轮齿数。蜗杆材料选为40CR,表面淬1Z831ZI火，硬度；蜗轮齿圈材料为，金属模铸造。HRC504PBCUSN521确定蜗轮蜗杆模数M按齿面接触疲劳强度设计2HE2129ZKTD从机械设计12表78查得；A由于较低，估计，取；2NM/S32V1V因载荷平稳，通过跑合可以改善偏载程度，取；K载荷系数；21VAKNM81905320159059661NPT46812I由表77查得AEMZ将以上数值代入接触强度设计公式，有32HE212M81759ZKTDM按接触强度要求，查表71，选出64012，D16Q/354中心距M9522ZQAM802Z由于工作台结构要求，取中心距0A5211检验初设参数蜗轮圆周速度2VM/S869016023416022ND原估计，选值，相符。M/S32VVK滑动速度S。M/S635134SIN860I/2SV较大，选用锡青铜为蜗轮材料合适。SV蜗杆传动效率19605根据，查表79，得，SMV/416S/V790TANV1，初选与之相符。950490519505212验算齿根弯曲疲劳强度F21FAF6ZDMYKT蜗轮当量齿数，由图619查得时，齿形系数83COS/2VZ83V2Z；072FAY9701A221FAFMP92188316074566ZDMYKT，满足弯曲强度。522蜗杆轴的刚度验算因为工作台在回转时不克服任何切削力，只克服极小的滚动摩擦与惯性力。因此可以忽略。523蜗杆蜗轮几何尺寸计算蜗杆轴向齿距M4310AMP蜗杆轴向齿厚7521AXPS蜗杆法向齿厚671COSCOS/1N蜗杆齿顶圆直径M18020A1AAMHDD1AH蜗杆齿根圆直径13602162A1F1FCHDD20C蜗杆齿宽M983055ZMB取2301蜗轮喉圆直径85012830A2A2HD02X蜗轮齿根圆直径M806210832FF2HD蜗轮咽喉母圆半径75252AG2R蜗轮齿宽取M610SIN16SI12DB10选蜗轮轮齿端面为锥面结构。蜗轮轮缘宽度M95148085SIN1021802SINA1MCDB取48为切去顶圆齿尖，蜗轮顶圆直径69035COS172850COS12GAE2RD为不损伤齿，蜗轮顶圆直径BM189750TAN26178502TANG2AE2BRD取ME902注为了消除蜗轮副的传动隙，采用双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。由上面的数据可以得到蜗杆蜗轮参数见表2表2蜗轮蜗杆各参数名称符号结论M中心距A650蜗杆头数1Z1蜗轮齿数283压力角20模数M10传动比I83蜗杆直径系数Q10蜗杆轴向齿距AP314蜗杆导程Z314蜗杆分度圆直径1D160蜗杆齿顶圆直径A180蜗杆齿根圆直径F1136顶隙C02蜗杆齿顶高A1H10蜗杆齿根高F12蜗杆齿高122蜗杆导程角/354蜗杆齿宽1B230蜗轮分度圆直径2D830蜗轮喉圆直径A850蜗轮齿根圆直径F2806蜗轮齿顶高AH20蜗轮齿根高F224蜗轮咽喉母圆半径GR75蜗轮齿宽2B210蜗杆轴向齿距AP314蜗杆法向齿厚N1S1567蜗轮轴向齿厚X157524蜗杆传动的效率和散热计算43传动效率啮合效率8375063TAN1搅油效率982轴承效率3所以7100散热计算由现代机床实用设计手册8公式（3614）可得W456051SP自然冷却满足要求。72021TKAH53工作台弹簧的设计计算设计弹簧时的方法很多，通常有三个方法。一是公式计算法；二是已知弹簧直径时的设计方法；三是查表法。因弹簧直径已知，故采用第二种设计方法。查表可知，确定弹簧中径为M2D由公式32P8KCFA式中为许用应力；为最大工作负荷；为弹簧直径。P2最大工作负荷计算因弹簧工作时只需克服活塞，少量油液，圆柱体，与托柱体的自重则由公式KG92714321VVM所以N0GF查表可知所以，PA340P51982A查表对应A值的C值为72。所以。查表，M87CDD3DM2D工作极限负荷324116N。满足要求。有效圈数的选取范围为，取圈。N5142N则最大心轴直径，最小套筒直径。M16AXD8MI验算弹簧刚度由公式。3684NDGDK故为保证弹簧弹开116N重量，应使弹簧至少预先压缩。自由高度的选取范围为70H取弹簧压缩状态高度为。足够用。M125450HM3254工作台滚动导轨设计计算在机床设计中，导轨设计应该满足导轨的基本要求，即导向性，耐磨性，刚度，低速运动平稳等要求。其按摩擦性质分类可分为滑动导轨和滚动导轨。由于滚动导轨摩擦小，允许转速高，寿命长，润滑简单，维护容易，故选用滚动导轨。而在导轨之间的滚动体又分为滚珠、滚针、滚柱三种。其材料一般为滚动轴承钢，淬火后硬度可达到60HRC以上。由于本设计的工作台为大型回转工作台，加工大型零件，为提高其承载能力，故选用滚动体为滚柱的导轨。541滚动体的尺寸要求及确定滚动体的直径越大，摩擦系数越小，故在结构允许的情况下，尽量选用较大直径的滚动体，取，由于滚子长度增加，可提高刚度，但过长会使滚子在长度上的压力分布M48D不均。查现代机床实用设计手册8可知选圆柱滚子的尺寸为，。M48DL542滚动体数目确定对于滚动导轨有公式式中LGZ4为导轨上的载荷；为滚子长度；为导轨上的滚动体数目。GZ导轨上载荷估算KG106327051087423VM所以，载荷估算值为N1654G则53481062LZ取50543保持架样式采用整体注射式保持架，它具有以下特点A滚动体不会掉出，保管容易；B装配使用方便；C摩擦小；D节约有色金属，成本低。总结这一次的毕业设计题目是龙门式数控钻床机械结构设计，设计的内容主要包括工作台的设计、机械部分的设计、横梁滚珠丝杠的设计。工作台的设计包括工作台电机的选择、工作台的蜗轮蜗杆的设计计算、工作台的滚动导轨设计计算。工作台的作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床能完成指定的加工工序。常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。本次设计采用的是数控回转工作台，此工作台采用了液压装置，能够实现自锁等一些功能。机械部分的设计主要包括主传动系的设计计算、主轴的设计计算、轴承的选择和校核以及主轴上键的选择和校核。主轴箱的作用主要是完成钻床的变速功能，主轴箱中包含了三个轴，由于变速的范围较大，所以对轴承的选择有较高的要求，转速较高，从而产生的热量也随之增加，这样对轴承的要求较高。横梁滚珠丝杠的设计包含了动载强度的计算、如何确定滚珠丝杠型号和几何参数、传动效率以及刚度的校验。此次设计的龙门式数控钻床经济型性价比较高，各个部件的选择也是标准件，材料的选择也是在满足要求后选择的低价材料，为机床的总体性价提高了较多。致谢此次设计的完成，是在我的指导老师杜华老师的指导下完成的，在每次遇到难的问题时，我都要前去请教杜老师，杜老师以她特有的教学气质来解答问题，杜老师曾经教过我们机械工程控制，为此，我对杜老师的印象非常的深刻，再次的感谢老师不耐烦的悉心教导，杜华老师的和蔼可亲让我铭记心中，老师的帮助让我少走了很多的弯路。最后，感谢机电学院的老师们，没有你们的栽培，我无法完成此次毕业设计，忠心的感谢你们，老师辛苦了参考文献1现代实用机床设计手册编委会编现代机床实用设计手册下北京机械工业出版社,20062机械设计手册编委会机械设计手册2分册北京机械工业出版社,20043机械设计手册编委会机械设计手册4分册北京机械工业出版社,20044机械设计手册编委会机械设计手册6分册北京机械工业出版社,20045熊光华主编数控机床北京机械工业出版社,20026谢红编著数控机床机器人机械系统设计指导上海同济大学出版社,20047文怀兴,夏红编著数控机床设计实践指南北京化学工业出版社,20088现代实用机床设计手册编委会编现代机床实用设计手册上北京机械工业出版社,20069赵大兴主编工程制图北京高等教育出版社,200410艾兴,肖诗纲编切削用量简明手册北京机械工业出版社,200211冯辛安主编机械制造装备设计北京机械工业出版社,200712谭庆昌,张洪志主编机械设计北京高等教育出版社,200313王春燕,陆凤仪主编机械原理北京机械工业出版社,200214吴宗泽,罗圣国主编机械设计课程设计手册北京高等教育出版社,199915文怀兴,夏田编著数控机床系统设计北京化学工业出版社,200516范崇洛、谢黎明主编，机械加工工艺学，东南大学出版社发行，2002年4月第6次印刷17张思弟、贺曙新编著，数控编程加工技术，化学工业出版社出版，2005年6月北京第1次印刷18韩鸿鸾编著，基础数控技术，机械工业出版社出版，2000年第2次印刷19刘书华主编，数控机床与编程，机械工程出版社出版，2001年第3次印刷20傅水根主编，机械制造工艺基础，清华大学出版社出版，2003年第1次印刷您好，为你提供优秀的毕业论文参考资料，请您删除以下内容，O_O谢谢ALARGEGROUPOFTEAMERCHANTSONCAMELSANDHORSESFROMNORTHWESTCHINASSHAANXIPROVINCEPASSTHROUGHASTOPONTHEANCIENTSILKROAD,GANSUSZHANGYECITYDURINGTHEIRJOURNEYTOKAZAKHSTAN,MAY5,2015THECARAVAN,CONSISTINGOFMORETHAN100CAMELS,THREEHORSEDRAWNCARRIAGESANDFOURSUPPORTVEHICLES,STARTEDTHETRIPFROMJINGYANGCOUNTYINSHAANXIONSEPT19,2014ITWILLPASSTHROUGHGANSUPROVINCEANDXINJIANGUYGURAUTONOMOUSREGION,ANDFINALLYARRIVEINALMATY,FORMERLYKNOWNASALMAATA,THELARGESTCITYINKAZAKHSTAN,ANDDUNGANINZHAMBYLPROVINCETHETRIPWILLCOVERABOUT15,000KILOMETERSANDTAKETHECARAVANMORETHANONEYEARTOCOMPLETETHECARAVANISEXPECTE