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三维SW模型 含15张CAD图纸+文档 圆钢 剪切 设计 三维 SW 模型 15 CAD 图纸 文档

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宁波大红鹰学院毕业设计（论文）任务书所在学院机电学院专业机械设计制造及其自动化班级12机自（5）学生姓名胡翀学号1221080518指导教师胡晔题 目圆钢棒料剪切机的设计一、毕业设计（论文）工作内容与基本要求：1、主要任务与目标（1）文献综述：认真查阅12篇以上专业文献，其中外文资料不少于2篇，并翻译一篇中文字符2000字以上的外文文献。（2）毕业调研：完成文献综述、开题报告。（3）完成圆钢棒料剪切机总装图CAD设计；完成原动机、传动系统、剪切装置的机械部分的结构设计，编写设计说明书1万字以上。（4）完成毕业设计的其它工作（完成指导记录、资料上传网络设计平台、答辩PPT准备、资料装订整理）。2、主要内容与基本要求（1）主要内容： 圆钢棒料剪切机是用来对圆形的轧制或冷拔棒料进行切断加工的机器设备。作为一种高生产率的剪切设备，圆钢棒料剪切机被广泛地应用于汽车、轴承、轧钢以及国防等工业部门。 圆钢棒料剪切机是通过安装刀片对棒料施加剪切力，达到切断棒料目的。棒料剪切机的结构分机械传动和液压传动，液压传动棒料剪切机因剪切速度低，生产效率低，剪切质量差等原因使用的较少。机械传动棒料剪切机生产效率高，剪切质量较好，维修方便，使用的较普遍。本次设计主要针对圆钢棒料剪切机的原动机、传动系统、剪切装置这三个方面进行展开。（2）基本要求：1）能剪切现在市场上大部分尺寸的圆钢棒料，并且剪切质量好；2）能够拥有较高的生产效率；3）要求机构设计方案合理、结构紧凑，体积小；4）完成4张A0图纸（折合），并要求CAD绘制，圆钢棒料剪切机总装图一张，原动机、传动系统、剪切装置等主要零件图；5）撰写设计说明书内容包括：课题的目的、意义、国内外动态；研究的主要内容；总体方案的拟定和主要参数的设计计算；传动方案的确定，设计主要零件，进行强度计算，条理清楚，计算有据；格式按宁波大红鹰学院机电学院机自专业全日制普通本科生毕业论文（设计）规范化要求。文字在1万字以上， 6）对棒料剪切机，用PRO/E软件对机架部件建模，自动生成三维图和二维图。7）其他要求：学生在进行设计过程中，应充分发挥自己独立思考和创作设计，培养和锻炼工程实际中的发现问题和解决问题的能力，反对盲从和抄袭行为。设计期间应完成以下工作：查阅相关文献资料，其中外文资料不少于两篇，外文翻译不低于2000字，英文翻译必须注明出处，并提供原版PDF文件；3、设计参数主要技术要求：1. 剪切直径为20-50mm的碳素钢和低合金钢棒料；2. 每分钟能剪切30次以上；3. 设计寿命10年。4、主要参考文献相关课程教材；1濮良贵，纪名刚主编.机械设计（第八版）M.北京：高等教育出版社，2006.52成大先主编.机械设计手册（第五版）M.北京：化学工业出版社，2008.33郭宏亮主编.机械原理M.北京：北京大学出版社，2011.124林怡青，谢宋良，王文涛编.机械设计基础课程设计指导书M.北京：清华大学出版社，2010.15顾晓勤，刘申全主编.工程力学M. 北京：机械工业出版社，2006.16顾晓勤，刘申全主编.工程力学M. 北京：机械工业出版社，2006.1其他文献自己查找二、毕业论文进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备注1熟悉课题，了解圆钢棒料剪切机的相关情况调研拿到毕业设计任务书起到9.30日2撰写文献综述9.16 10.31外文资料不少于两篇，翻译不低于2000字，提供原版PDF3撰写外文翻译11.1 11.154撰写开题报告，完成方案设计11.15 11.305完成课题相关的设计计算11.30 12.306完成初稿和绘制图纸12.30 3.17提交初稿和图纸3.18毕业答辩准备4.14.23资料装订完善、上交9答辩4.231011三、专业（教研室）审批意见：审批人（签字）：分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院毕业设计(论文)圆钢棒料剪切机所在学院机械与电气工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级12机自x班姓 名学 号指导老师 2016 年 3 月 31 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文）圆钢棒料剪切机均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 2016 年 3 月 31 日摘 要本文设计的题目是圆钢棒料剪切机的机械机构设计。圆钢棒料截断机是通过皮带传动的带轮，通过带轮传动，通过切割装置下降后，能够逐渐碰到圆钢棒料上面，当他们拉达到极限开关位置时，限位开关会再开关打它会监测控制转移到停止信号。在这种情况下，停止转动牵引系统和聚焦系统的发动机，两个电动机驱动切断系统和输送设备开始旋转。当需要关闭操作时，关闭移动方向时刀具接触圆钢棒料的刀片将被运动，直至截止。本文件的内容：（1）圆钢棒料切断装置的整体结构设计。（2）圆钢棒料截断的设备性能分析。（3）选择发动机。（4）圆钢棒料截断机的传动系统、执行元件及机架设计。（5）设计元件计算分析及校核。（6）制出总装，部装图及零件图。关键词：圆钢棒料剪切机;联轴器;滚珠丝杠 VIIAbstractThis design is reinforced truncated device design. Reinforced guillotine is a motor via a belt drive, driven pull rolls, reinforced by pulling straight into the transfer roller bar straightening after falling into the feeder, when it reaches the limit switch position, it will touch the limit switch, and then the trip switch It will signal the control system transfers control to stop the motor. In this case, the traction system and straightening system motor stops rotating, the two motors are driven by screw cut-off system and the tool begins to turn. Steel screw driven stage to close the direction of movement when the tool touches the wheel of reinforced steel will be cut until the cut-off.Contents of this paper:(1) overall structural design of reinforced cut-off device.(2) Reinforced truncated equipment performance analysis.(3) Select the motor.(4) Reinforced truncated equipment rack design and execution unit.(5) Calculation of design parts design analysis and verification.(6) to draw the whole assembly drawings and assembly drawings important component part drawing and design components.Keywords: reinforced cut-off device; coupling; ball screw目 录摘 要IIIAbstractIV目 录V1引言11.1 圆钢棒料剪切机特点11.3 圆钢棒料剪切机分类11.4 圆钢棒料剪切机的发展现状11.5 本课题研究的内容及方法31.5.1 主要的研究内容31.5.2 设计要求31.5.3 关键的技术问题42 圆钢棒料剪切机总体结构设计52.1设计的要求与数据54.1圆钢棒料需用力计算54.2圆钢棒料截断需用功率计算52.2 同步带传动计算62.2.1 同步带计算选型62.2.2 同步带的主要参数（结构部分）92.2.3 同步带的设计112.2.4 同步带轮的设计122.3 夹紧装置设计133 X结构及传动设计153.1 X向滚珠丝杆副的选择163.1.1导程确定163.1.2确定丝杆的等效转速163.1.3估计工作台质量及负重163.1.4确定丝杆的等效负载163.1.5确定丝杆所受的最大动载荷173.1.6精度的选择183.1.7选择滚珠丝杆型号183.2校核193.2.1 临界压缩负荷验证193.2.2临界转速验证203.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率213.3电机的选择213.3.1电机轴的转动惯量223.3.2电机扭矩计算234 Y向结构设计254.1 Y轴滚动导轨副的计算、选择254.2 滚珠丝杠计算、选择264.3 步进电机惯性负载的计算295 截断系统设计计算325.1 截断系统主轴的基本要求325.1.1 旋转精度325.1.2 刚度325.1.3 抗振性335.1.4 温升和热变形335.1.5 耐磨性345.2 主轴组件的布局345.3 主轴结构的初步拟定345.4 主轴的材料与热处理345.5 主轴的技术要求355.6 主轴直径的选择355.7 主轴前后轴承的选择365.8 轴承的选型及校核375.9 主轴前端悬伸量385.10 主轴支承跨距385.11 主轴结构图395.12 主轴的校核395.13 轴承寿命校核425.14 主轴组件的润滑和密封425.15主轴组件中相关部件44结论46参考文献47致 谢481 引言1引言1.1 圆钢棒料剪切机特点该装置包括全自动和半自动圆钢棒料剪切机。自动截断装置也被称为电能转化为动能通过电动机控制刀切割，实现抗剪圆钢棒料的效果。半自动手动控制被切断，因此，削钢操作。目前比较封闭归液压圆钢棒料液压切断装置分为两大类充电和携带式。 便携式圆钢棒料剪切机 便携式圆钢棒料剪切机1.3 圆钢棒料剪切机分类截断各种普通碳素结构钢，热轧钢，扁钢，方钢。 截断圆钢：材质是Q235-A，直径：6-40mm 截断扁钢最大规格： 70x15mm 截断方钢：材质是Q235-A，最大规格： 32x32mm 截断角钢最大规格： 50x50mm1.4 圆钢棒料剪切机的发展现状在国内外截断装置比较：Altech接线缩短意味着容易复制，而不是原因增加了利润，所以基本上维持现状的制造商几十年来，不愉快的发展，与国外的同事比较特别是在以下几个方面的差距。1）外国切断装置偏心轴偏心较大，如日本垂直切断装置偏心24毫米，而国内通常是17毫米。显然和材料，小齿轮结构，但带来的困扰用户，易于管理。因为如果搭载切小料一大截，刀具路径的变化并没有改变床单，有时需要转危为安。2）外国机架截止装置被焊接钢结构，零件的加工精度，特别是优良的粗糙度，热处理，从而使截止装置承受过度的应力，疲劳破坏，磨损等多个制造的机器。3）国内截止装置叶片设计不合理，一个单一的螺栓，刀片厚度足够薄，40型和50叶片型厚度17毫米国内外是双螺栓，2527毫米厚，使得刀片力和外国寿命等性能比国内好的方面。4）国内每分钟砍切意味着更少。中国是一般的28至31倍的国外1520倍，比最高的高效率高30倍。5）外国的模式一般采用半开放式结构，齿轮，油脂润滑，曲轴，连杆轴承，红色座椅切割机，捻轴承手头加润滑油。国内的模型结构全开，全关，半开半闭3种润滑油润滑，并重点对两种飞溅润滑。6）国内边界品位家电的外观，整体表现不理想;国外厂商一般都是规模化生产，愿意的技术和设备进行投资，以提供一个自动化程度较高，质量保证过程的完整体系。尤其是外观质量卓越，覆盖时间戳工艺成型，喷漆烤漆处理，色彩搭配科学合理，不在外面哪里焊缝，毛刺，锐边，非常明亮，干净。尽管一些国内厂商历史较长，但不成规模，加上设备老化，加工体力打，经验，生产流程一致的系统数十年，因此产生粗糙的外观质量，感知是坏的。在国内外截断对比装置：作为高科技手段截断容易复制，不为利润增加的原因，所以各厂家基本保持了几十年的现状，不愉快的发展，与国外同行相比尤其，在以下几个方面的差距。1）外国切断装置偏心轴偏心较大，如日本垂直切断装置偏心24毫米，而国内通常是17毫米。显然和材料，小齿轮结构，但带来的困扰用户，易于管理。因为如果搭载切小料一大截，刀具路径的变化并没有改变床单，有时需要转危为安。2）外国机架截止装置被焊接钢结构，零件的加工精度，特别是优良的粗糙度，热处理，从而使截止装置承受过度的应力，疲劳破坏，磨损等多个制造的机器。3）国内截止装置叶片设计不合理，一个单一的螺栓，刀片厚度足够薄，40型和50叶片型厚度17毫米国内外是双螺栓，2527毫米厚，使得刀片力和外国寿命等性能比国内好的方面。4）国内每分钟砍切意味着更少。中国是一般的28至31倍的国外1520倍，比最高的高效率高30倍。5）外国的模式一般采用半开放式结构，齿轮，油脂润滑，曲轴，连杆轴承，红色座椅切割机，捻轴承手头加润滑油。国内的模型结构全开，全关，半开半闭3种润滑油润滑，并重点对两种飞溅润滑。6）国内边界品位家电的外观，整体表现不理想;国外厂商一般都是规模化生产，愿意的技术和设备进行投资，以提供一个自动化程度较高，质量保证过程的完整体系。尤其是外观质量卓越，覆盖时间戳工艺成型，喷漆烤漆处理，色彩搭配科学合理，不在外面哪里焊缝，毛刺，锐边，非常明亮，干净。虽然国内一些生产企业和部分生产历史悠久，但不成规模，加上设备老化，加工体力打，经验，生产流程一致的系统十年，外观粗糙的质量，感觉不好。1.5 本课题研究的内容及方法1.5.1 主要的研究内容现在坐镇主场切削钢大量的设计信息理论和切割设备文件和相关的知识和国外，考虑到截断钢的结构特点切割设备，工作任务具体特点和推广使用钢切割设备切，采用了一些切割助剂分析固定切断和生产过程中，切割设备自动化的目的。为了实现这些目标，内容这里介绍如下：1根据部位的环境要求的特性，并提高本身被固定在装置中，钢圆棒的整体设计封闭剪切设备。2出设备的全面性能参数切割线，根据静态分析引擎确定的实际情况的初始模型。3与切割机构的应用程序开始，以完成钢结构的设计的各部分;4大部分审计的强度和刚度的完成。1.5.2 设计要求1按功能来实现提出加强设备截短总体设计;2，完成圆钢棒料截短器件结构的详细设计;3，通过相应的设计计算，完整的发动机选择;4，结构设计完后，制成各装配图及重要零件图。1.5.3 关键的技术问题1方案比较;2机箱整体设计;3机制设计;4强度校核 .472 圆钢棒料剪切机的结构设计2 圆钢棒料剪切机总体结构设计2.1设计的要求与数据主要技术要求：1. 剪切直径为20-50mm的碳素钢和低合金钢棒料；2. 每分钟能剪切30次以上；3. 设计寿命10年。2.2 圆钢棒料需用力计算看资料就知道,圆钢棒料的许用剪应力公式是帕,设最大值142帕。因切断的刚筋粗度公式是mm。然本切断机最小截断力公式是：设截断机Q=22000N。2.3 圆钢棒料截断需用功率计算截断处的功率P：W 传动时，带传动效率值= 0.940.97； 减速器效率值= 0.960.99； 滚动轴承之传动效率值= 0.940.98； 滑动轴承效率值看上面式子结果：总传动效率算式= 0.940.960.980.81=0.72看得出来：电机功率最低时是 kw检查手册并选择发动机操作环境和马达的类型：Y系列封闭感应电动机，代号5IK60GN-S2 HV28-2200R20S2-G1，2.2千瓦的输出功率，输出速度56R/分钟。齿轮电动机作为驱动的这种选择装置。检查SEW减速电机规格表，使用下面的齿轮减速电机。表2.2 选电动机的参数电机额定功率Pm/kW输出转速na/r/min输出扭矩Ma/Nm减速机速比i输出轴许用径向载荷FRa/N使用系数SEW-fB减速机型号电机型号重量/kg2.2564722.528701.55DT71D4SF3714这在一定程度上型电动机的当时对机器输送带的工件，起始功率比使用其大正常此时功率和减速电机的本身就是一个在发动机起动一定功率过剩因数驾驶员利用率的程度。切断选择金刚石砂轮刀具的刀具片50的能力，以及在规格是mm，设定切断刀具片是TL-001型，选棕刚玉材质，粒度是20#。2.4 同步带传动计算2.4.1 同步带计算选型使用功率是按照用于功率的名称的共同需要确定，负载，驱动电动机和的时间和其他因素的期间，每天的工作性质的性质，通过以下表达式：式子里，名义功率工作情况系数，据下表预设=1.7；表2.3工作情况系数1） 设定带型以及节距按照传动功率Pd以及小带轮的转速n1，从下图来设定带型以及节距。里面Pd=3.74kw，n1=56rpm。见2.2图图2.2 同步带选型预设同步带型是H：，节距Pb=8.00mm1） 设定小带轮齿数z1，z2 找出小带轮最小齿数值是14。实际齿数应比14大，预设z1=34，因此，大带轮齿数式子：z2=iz1=1z1=34。 算得z1=34，z2=34。 设定带轮的节圆直径d1和d2小带轮节圆直径：d1=Pbz1/=8.0034/3.1486.53mm大带轮节圆直径：d2=Pbz2/=8.0034/3.1486.53mm 验证带速v 从式子，v=d1n1/60000得出以下式子， svmax=40m/s,里面vmax=40m/sa) 设定带长以及中心矩从相关书目找出 所以有：现在预设轴间间距224mm10、同步带带长及其齿数设定=() = =719.7mm11、带轮啮合齿数计算即=17。12、基本额定功率的计算，查下表2-4可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 因此同步带的基准额定功率是=0.21KW表2-4 基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量13、计算作用在轴上力=71.6N2.4.2 同步带的主要参数（结构部分）1、同步带的节线长度 当工作频带，这是与中心线长度啮合应保持不变，所以命名为带齿距线的中心线，和场线作为带，这被称为节距线长度的标称长度的周边。在带传动中，带节线长度是一个重要参数。当中央传输距离被定时到节线的长度过大，过小，这将是用于与牙齿和齿，因此，正常啮合的标准带已梯形齿带长度，差值内的不同向后指定公共，它要求生产带磁力线的长度都必须订明限度的偏差范围（见表2-5）。表2-5 带节线长度表2、带的节距Pb如图2-3所示，是两个齿对应点沿上延伸所得的度量字段邻近所述同步带的带节线。与高度的大小决定了带齿皮带的每个部分和带尺寸，间距的尺寸，带的各部分的尺寸越大，具有较高的承载能力一起。所以，用一个音调带是最重要的参数。沥青带系统尊贵系列在皮带车型不同的地方。在行业中，与通过模具刺进行检查。标准梯形齿同步带的齿大小表2-6。3，在带齿根的宽度轮廓的齿和齿根的侧面的齿形轮廓是在s中带的齿根宽度之间的交叉点。皮带的齿根宽度，齿剪，防能力增强，可以将形成相应较大裁荷。图2-3 带的标准尺寸表2-6 梯形齿标准同步带的齿形尺寸4、带的齿根圆角 带齿齿根回角半径rr的大小与带齿工作时齿根应力集中程度有关t齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。5、带齿齿顶圆角半径八 带齿齿项圆角半径八的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在同步带传动中，带齿与带轮齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时，带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角梯形齿形角与天的大小，与牙齿和牙齿上接合的影响更大。拍拍网齿形角太小，齿纵向横截面是在传输的时间大致矩形是不嵌入在沟槽易引起干扰光滑带齿。但齿角过大时，它会容易滑动的齿的顶部，以产生带齿齿槽齿跳跃现象.2.4.3 同步带的设计我选梯形带。尺寸见2-7。梯形带图见图2-4。表2-7 同步带尺寸型号节距齿形角齿根厚齿高齿根圆角半径齿顶圆半径H840。21.02图2-4 同步带2.4.4 同步带轮的设计同步带轮设计要求：1、确保带齿能顺利地啮入与啮出以便利与啮合驱动器的非共调节，因此，与牙齿和牙齿的角落较少的干扰带齿啮合的齿在顶部滑动或与齿轮食道实施。2，必须齿廊曲线齿接合，以减少失真，能够获得大的接触面，以改善其在选探针齿的承载能力，所述齿廓曲线，应用牙咬入或脱离与变形制成，摩擦损失，并保证与带齿均匀接触，是一个很大的表面积，以使齿轮能承受较大的负荷。3，有良好的加了工艺性处理好同步带轮可以减少仪器的数量，作为一个成员，它可以提高生产效率，降低生产成本咬牙切齿。4，具有合理的齿形角齿形角齿滑轮是重要机械和几何参数，一个大的压力角利于平稳和带齿啮咬，但很容易地确定以使爬以产生齿轮和跳齿现象，并且齿角过小，可以用牙齿造成干扰的牙齿，导致牙齿使用合理的齿形角接触。设计结果同步带轮用滑轮梯形齿，如图2-5所示图形。 图2-5 同步带轮2.5 夹紧装置设计 不仅用于切割准确地把握根据各站接收到的信号的运动的夹紧机构，并在移动铁棒，刀和终端在切割过程切断所以铸棒同步。夹紧部分由机器人驱动而到达端子筒和放松。本节的两个可行性是：首先，由机器人还负责铸造两个杆的夹紧，按要求切为一块的夹紧。第二是使用两个机器人，每个机器人负责夹紧铸造的门闩。第一种情况，通过一个两缸和三个气缸的机器人实现铸棒夹具。第二个方案，每个机器人两个气缸则要达到两个铸棒夹。考虑到最初的设计工作量小，安装方便，操作简单，所以第一个优先方案。 图2-6 夹紧部分原理图在夹紧的图2-6，夹紧缸所示部分原则上，机器人能够拧紧或松开夹紧工件时，活塞移动到右侧，机器人夹持工件，当活塞移动到左侧，放松工作操纵器。气缸，以便于在桌子横向移动的运行中，机器人可以被控制，以便在工件夹紧到左边或右边，其结果是剪辑切割工件。行走过程中纵向作用完成完成切割过程中，按表，使其返回到起始位置。整个工作过程由PLC控制执行实现。3 X结构及传动设计3 X结构及传动设计表 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，尽可能调整螺丝临界速度和稳定性支柱层设计。这种植物的容量小，端部的轴向刚度，只适用于短丝杆。一端固定一端游动需要对螺母和支承确保结束同轴，从而使结构更复杂，更难处理，并且螺杆轴向刚度相同栏中小于临界速度和螺杆的扩展空间的长度的稳定性更高的两端，这种安装方法通常在一个较长的螺钉时，高速的场合，在大的力的增加，角接触球轴承的数量，使用高速的是不经济的推力球轴承代替角接触球轴承。两端固定只有无轴承空隙，轴向刚度螺旋一端固定四倍。在正常情况下，也不会在压力下，不存在杆的稳定性的螺钉，固有频率是比固定端更高。可以预先拉伸之后预拉伸和热膨胀的问题，结构和过程更加困难可以减少下垂螺钉的重量适合的场合的刚性和精度要求位移这样的装置。3.1 X向滚珠丝杆副的选择滚珠螺杆是丝杆，螺母和滚珠组合物的机构。它的作用是将旋转运动和转移转化直线运动。螺丝和螺母球之间使滚动元件当螺杆旋转时，驱动球滚动。点x允许300毫米，具有最快处理速度18米/分，锭子50公斤的质量中，表80公斤的质量，运动部件30千克的质量，300毫米表的最大行程最大行程。3.1.1导程确定马达和螺杆通过耦合连接，使得比i= 1时，选择电机Y系列异步电动机的最大速度，即丝杠的导程式子如下 取Ph=12mm3.1.2确定丝杆的等效转速基本公式 最大进给速度时丝杆的转速 最小进给速度时丝杆的转速 丝杆的等效转速 式式子里，设定，因此3.1.3估计工作台质量及负重 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器工作时的轴向力球的实际作用，并与数值人工喂养牵引失去他的实验。选择用于滑动导轨，摩擦系数取为0.03，K颠覆性力矩影响系数，一般取1.1-1.5，此问题是采取1.3，螺钉的强度:它的等效载荷式子如下（设定，）3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷fw-负载性质系数，设定fw=1.2ft-温度系数，设定ft=1fh-硬度系数，设定fh =1fa-精度系数，设定fa =1fk可靠性系数（，设定fk =1Fm-等效负载nz-等效转速Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命是15000h由上式计算得Car=17300N表3-2-1 各类机械预期工作时间Lh表3-2-2精度系数fa表3-2-3可靠性系数fk表3-2-4负载性质系数fw3.1.6精度的选择精密滚珠丝杠将由电机的定位精度的影响，精密滚珠丝杠参数，铅误差精密机床的定位是最明显的。通常在300中风低于目标量的任何变化的调节螺钉的初步设计设置在最后的控制精度决定1/31/2位置值。中，X轴滚珠的选择螺杆精度等级13（1极其准确），Z轴级2-5，考虑到要求的精确度和经济的选择的X轴Y轴的精度等级3级中，Z -as4。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选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/m.3.2校核定位精度滚珠丝杠和振动系统的固有频率，扭转自然频率的扭转刚性的张力和压缩刚性的轴向拉伸和压缩系统。滚珠丝杠张力和劲度压缩螺钉系统正的轴向载荷有它自己的张力和压缩刚性KS，交替内部螺旋轨道接触刚度KC，由接触刚度嘉，螺母壳体刚度Kn的支承，不同的支撑组件可以计算出来。3.2.1 临界压缩负荷验证上螺丝刚性螺钉支持模式是非常大的，与载体的方法的一个端部固定端。临界压力负荷使用下面的计算：式子里，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，设值1.3Fmax-最大轴向工作负荷（N）f1-丝杆支撑方式系数：设值15.1I-丝杆最小截面惯性距（m4）式子里，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，预设LO=620mm代到公式得出Fca=5.8X108N可见FcaFmax，临界压缩负荷满足要求。3.2.2临界转速验证要求丝杠的最高转速： 式子里，：A-丝杆最小截面：A=-丝杠内径，；P-材料密度，p=7.85*103(Kg/m)-临界转速计算长度，单位为，本设计中该值为=148/2+300+(620-488)/2=440mm-安全系数，设值0.8fZ-丝杠支承系数，双推-简支方式时设值18.9经计算，算出= 6.3*104，值大于丝杠临界转速，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的计算公式式子里， A丝杠最小横截面，；螺母座刚度KH=1000N/m。L植分别为750mm和100mm。算出：式子里， 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)。算出丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500r/min，能满足要求。3.3电机的选择步进电机是一个有能力的数字输入脉冲转换成电磁执行器旋转或线性增量运动。角步骤步进电机轴的每一个输入脉冲。旋转电机总角度成正比的脉冲的输入数，相应的速度取决于输入脉冲的频率。步进电机具有低惯量，定位精度高，无累积的错误检查和简单，它被广泛应用于机电一体化。当选择一个步进电机必须首先确保步进电机的输出功率大于负载所需的功率时，也考虑到增加的惯性，负载转矩，以及工作环境和其他因素。3.3.1电机轴的转动惯量a、回转运动件的转动惯量上式子里，d直径,丝杆外径d=39.5mmL长度=1mP钢的密度=7800算出b、X向直线运动件向丝杆折算的惯量上式子里，：M质量 X向直线运动件M=160kgP丝杆螺距（m）P=0.001m算出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子里，：J=0.0028kg/m2ta加速时间 KS系统增量，设15s-1,则ta=0.2s算出b、折算至电机轴上的摩擦力矩上式子里，：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算出c、折算由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩上式子里，P0滚珠丝杆预加载荷1500N0滚珠丝杆未预紧时的传动效率值0.9经计算的T0=0.05NM所需的最大扭矩 根据以上计算结果，我选电机型号为SIEMENS的IFT5066，其额定转矩为6.7。4 Y结构及传动设计4 Y向结构设计4.1 Y轴滚动导轨副的计算、选择初选导轨：由于系统受中等冲击,设值按算出的额定静载荷初选导轨，我选择汉机江机床厂HJG-D系列滚动直线导轨,选型HJG-D25基本参数如下表4-1:表4-1 滚动直线导轨HJG-D25型基本参数额定载荷/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，依速度v（m/min）及基本动额定载荷 ，(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.4.2 滚珠丝杠计算、选择初选丝杠材质：CrWMn钢，HRC5860，导程：l0=5mm强度计算：丝杠轴向力：(N)式子里面：K=1.15，滚动导轨摩擦系数是f=0.0030005；车削外圆的时候：Fx=(0.10.6)Fz，Fy=(0.150.7)Fz，预设Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz计算。设值f=0.004,算出:寿命值是，丝杠转速(r/min)最大动载荷：式子里，fW是载荷系数，中等冲击时为1.21.5；fH是硬度系数，HRC58时为1.0。从表中找出等冲击时公式，算出:选择使用的基础上的滚珠螺母的结构，并根据最大动态负载滚珠丝杠替代模型的值：CM系列滚珠丝杠，CM2005-5型。基本参数如下：表4-2 滚珠丝杠CM2005-5型基本参数额定动载荷是14205N 足够用.使用外循环螺旋槽式,使用双螺母螺纹预紧形式.滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表：表4-3 滚珠丝杠螺母副几何参数名称计算公式结果公称直径20mm螺距mm接触角钢球直径3.175mm螺纹滚道法向半径1.651mm偏心距0.04489mm螺纹升角螺杆外径19.365mm螺杆内径16.788mm螺杆接触直径17.755mm螺母螺纹外径23.212mm螺母内径（外循环）20.7mm（1） 传动效率计算丝杠螺母副的传动效率值：式子里，：=10，摩擦角；丝杠螺旋升角。（2） 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） 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向参数计算导程变化量很小，可不计。导程变形总误差公式E级精度丝杠允许的螺距误差 =15m/m。4.3 步进电机惯性负载的计算从等效转动惯量的计算公式，有：（1）等效转动惯量的计算折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为：式子里，：折算到电机轴上的惯性负载；步进电机轴的转动惯量；齿轮的转动惯量；齿轮的转动惯量；滚珠丝杠的转动惯量；移动部件的质量。对钢材料的圆柱零件可以按照下式进行估算：式子里，圆柱零件直径，圆柱零件的长度。所以有：电机轴的转动惯量很小，可以忽略，所以有：步进电机的选用(）步进电机启动力矩的计算电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系：式子里，为电机转角，为移动部件的相应位移，为机械传动的效率。若取，算出，且。所以：式子里，：移动部件负载（N），G移动部件质量（N），与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力（N），导轨摩擦系数，步进电机的步距角（rad）,T电机轴负载力矩（N.cm）。设值=0.3（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），.8，=279.23。设1200，所以有：启动转矩：取系数为.，则： 对于工作方式为三相拍的步进电机： (） 步进电机的最高工作频率电机最大静转矩要足够大,找出两个90BF001型三相反应式步进电机.电机有关参数如下:表4-4 90BF001型三相反应式步进电机参数型号主要技术参数相数步距角电压(V)相电流(A)最大静转矩(n.m)空载启动频率空载运行频率分配方式90BF00140.98073.92200080004相8拍外形尺寸(mm)重量kg转子转动惯量Kg.m外直径长度轴直径9014594.517645 截断系统设计计算5 截断系统设计计算主轴部件是理事会的一个特殊的成员，它的功能是支持和促进工具，表面形成的运动，而且运动和传递扭矩的旋转截断抵抗切削力和驱动力负载。通过主轴单元上的一个特殊的加工质量和生产力有直接影响的执行，所以它是特别重要的组成部分。主轴和相同的一般的一点是，施加力都传递运动和扭矩传递，应确保致动器的正常运行和被支撑工件，但携带灰烬直接切削力，还能获得工件或工具表面浮子运动的形式，使主轴更高的要求。5.1 截断系统主轴的基本要求5.1.1 旋转精度精度是指主轴手动或低速的旋转轴无负载，主轴间隙和轴向间隙面的径向定位表面和摇摆值。图5-1：用实线的曲线表示旋转的理想轴线，虚线，有效枢轴轴线。当工作轴旋转速度，主轴旋转轴在空间中的漂移是运动精度。回转精度主轴单元取决于主要部件（轴，轴承和轴承座等），制造精度和组装精度的调整，设计精度还依赖于速度，性能和轴承的润滑和主轴动力学的轴组件。各类常见的特殊主轴的旋转精度是准确的特殊标准，特别是主轴精度的特定成员的工件精度决定。图5-1 主轴的旋转误差5.1.2 刚度主轴刚度大会指的是能力，当受到外部负载，如图5-2所示在K = F / Y，刚度相互Y /F简称为符合抗变形。轴组件的刚性，是轴，轴承和轴承座的刚性，这直接影响旋转组件的轴线的精确度的扩展图。显然，心轴组件的较高的刚度，因为较小的后变形力，缺乏刚性的必须是在操作中精确地，前部轴的弹性变形直接影响工件的精度，在传输质量，主轴驱动装置的变形劣化接合条件轴承和侧压，造成远这些部件的磨损，寿命短，在光滑工件主轴方面将根据功率和功率传输等效果的变化，由于过度的强迫振动，而且容易自切削振动，使得工件的稳定性。图5-2 主轴组件静刚度轴组件的刚度是综合刚度，影响主轴组件刚度的因素很多，主要有：主轴的结构尺寸、轴承的类型及其配置型式、轴承的间隙大小、传动件的布置方式、主轴组件的制造与装配质量等。5.1.3 抗振性主轴单元集成刚度，许多因素轴的刚性组件包括：主轴大小，类型和制造和装配构造型轴承间隙尺寸，传动齿轮，主轴组件等的安置质量的结构。主轴单元的振动是指对受迫振动和通过自振动的阻力，并保持稳定的操作的能力。在切割过程中，主轴组件不仅静载荷的效果，而且还受到冲击应力和交流负载的动作，从而使振动的轴线。如果主轴总成的振动性较差，在工作中振动非常敏感，从而影响降低表面质量，耐用性和机床主轴轴承的寿命，同时也生产声环境。随着特殊精度高，效率高对抗的要求越来越高的振动方向发展。振动的主轴单元时，主要考虑通过对强迫振动和自振能力电阻的大小的评价。5.1.4 温升和热变形主轴组件工作时因各种相对运动处的摩擦和搅油等而发热，产生了温升，温升使主轴组件的形状和位置发生畸变，称为热变形。热变形应以主轴组件运转一定时间后各部分位置的变化来度量。5.1.5 耐磨性主轴组件的耐磨损性是保留其原始长期精确度，即保留的精度的能力。因此每个主轴单元滑动面，包括主轴支撑表面的端部，锥孔，与轴颈表面的滑动轴承，移动主轴套筒外表面具有很高的硬度，以提供性耐磨性。5.2 主轴组件的布局主轴组件的设计中，我们必须确保的基本要求，如上所述，并且因此保持全球，并考虑到轴组件的布局。与前部和后部，以及两个支持之前，中，后三个支持两个经过特殊主轴，第一个是更频繁。两个轴承主轴轴承类型的配置包括的主轴转速，载荷能力，刚度和精度要求设计主要是基于主轴轴承的选择，组合和配置，并考虑设置较低的供应，经济等具体情况。5.3 主轴结构的初步拟定主轴结构主要由主轴工具，夹具，传动件，如轴承和密封件，数量，位置和安装定位方法的类型来确定，同时还考虑到加工和装配过程，通常安装在特殊与在轴多种组分，以满足硬度和足够的压力水平的要求，并便于组装的，主轴设计往往台阶从前面杂志降序顺序播放车轴直径。主轴中空或实心，这取决于特定的类型。主轴的设计，也被设计为在同一时间的前提下的刚度要求，设计成空心轴满足毕业，为了固定工具手柄。这意味着，在主轴鼻主轴端。它的形状将取决于在夹具或工具的形状的特定类型的安装，并保证装置或工具进行安装，可靠，准确定位，操作简单，并可以通过一定的转矩。5.4 主轴的材料与热处理主轴材料主要取决于刚度，负荷特性，耐磨损性和热变形，以及其他因素。当主轴轴承，滚动轴承，轴颈无法淬硬，而是提高接触刚度，敲防止碰撞损坏杂志配合面，钢轴颈45仍然是很多的高频淬火处理（HRC4854）的。表5.2中关于45钢主轴热处理如下：表5.2 使用滚动轴承的45钢主轴热处理等参数工 作 条 件使 用 机 床材 料 牌 号热 处 理硬 度常 用代 用轻中负载车、钻、铣、磨床主轴4550调质HB220250轻中负载局部要求高硬度磨床的截断刀具轴4550高频淬火HRC5258轻中负载PV40（Nm/cms）车、钻、铣、磨床的主轴4550淬火回火高频淬火HRC4250HRC5258设计碳钢的选择（45钢）。作为光的结果，穿适中的工作量，并且它需要局部高硬度，因此，利用高频的淬火热处理，HRC5258。5.5 主轴的技术要求精密主轴直接影响主轴组件的旋转精度。主轴和轴承，齿轮和相连的其它部件相关的刚性接触，所述接触表面部分的形状更精确地说，下表面粗糙度，接触变形由力较小的后，这是接触刚度越高表面几何形状和表面粗糙度的错误。因此，主轴的设计必须作出一定的技术要求。5.6 主轴直径的选择轴径在主轴单元的刚性的显著影响，前轴变形和位移主轴变形的直径较大的较小的自支撑，即，所述轴组件的刚度越高。情况特殊，查上表，预设D1= D2=30。表5-3 主轴前轴颈直径D1的选择机床机床功率 （千瓦）1.47.37.4111114.7车床608070907010595130110145140165铣床5090609060957510090105100115外圆磨床5090557070807590751005.7 主轴前后轴承的选择按选择原则，预设主轴前支承新型号是7206C， 接触角是 15的角接触球轴承。图5-6 轴承结构参数及安装尺寸5.8 轴承的选型及校核当选择轴承的类型，我们必须先看看负载轴的规模，方向和速度。在一般情况下，廉价的球轴承中，当负载为低，是优选的。滚子轴承的承载能力比滚珠轴承大，并能承受冲击负荷，因而重载或振动载荷，当冲击载荷，你应该考虑的课题轴承的选择。但要注意辊对角线斜敏感。C额定动载荷值，N；P当量动载荷，N；fh寿命因数；1fn速度因数；0.822fm力矩载荷因数，该值若小就选1.5，右大就选2；fd冲击载荷因数；1.5fT温度因数；1CT轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N；找出相关引用书目中表格6-2-8至6-2-12，设值，fh=1；fn=0.822；fm=1.5；fd=1.5；fT=1。假设轴承仅承径向载荷，当量动载荷的计算式子就是：P=XFr+YFa找出相关引用书目中表格6-2-18，取，X=1，Y=0；所以，P=Fr=1128N。公式：校对轴承的额定静载荷。额定静载荷的式子是：式子里，：基本额定静载荷计算值，N; 当量静载荷，N；安全因数轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定静载荷，N。找出相关引用书目中表格6-2-14了解到，对于深沟球轴承，其当量静载荷等值径向载荷。找出相关引用书目中表格6-2-14了解到，安全系数是则轴承的基本额定静载荷为：从以上式子看出，预设的轴承符合要求。5.9 主轴前端悬伸量为了提高主轴组件的刚度，选择时可以的减少悬伸量a。初算时，见表5-4所示：表5-4 主轴的悬伸量与直径之比类型机 床 和 主 轴 的 类 型a/ D1通用和精密车床，自动车床和短主轴端铣床，用滚动轴承支承，适用于高精度和普通精度要求0.61.5中等长度和较长主轴端的车床和铣床，悬伸量不太长（不是细长）的精密镗床和内圆磨，用滚动和滑动轴承支承，适用于绝大部分普通生产的要求1.252.5孔加工特殊，专用加工细长深孔的特殊，由加工技术决定需要有长的悬伸刀杆或主轴可移动，由于切削较重而不适用于有高精度要求的特殊2.5根据上表，设计是型，因此设值a/ D1为1.252.5，就是：a=（1.252.5）D1=（1.252.5）30=37.575预设a=45。5.10 主轴支承跨距本节是说主轴前后支承反力作用点的距离。设L2.5a为宜。合理跨距式子如下：L2.5a=2.5120=300初取L=280。5.11 主轴结构图按所有上面的式子分析出，主轴结构可初做如图5-7所示：图5-7 主轴结构图5.12 主轴的校核主轴因受力影响，而变形是很小的，这将允许基本因素的变形的大小确定主轴的尺寸，从而使主轴的刚度的计算监视一般中心线聚焦的情况下的基础上是不一样的。通常主轴刚性足够的需求，能满足强度的要求。两个轴承主轴，当每个仅支持单个或双列滚动轴承或两个单列球轴承，主轴单元可以简化为一个简支梁，如图5-8，如果前者支持两个或更多的轴承，可视为无失真的前主轴轴承可以简化为梁的固定端，在图5-9所示：图5-8 主轴组件简化为简支梁图5-9 主轴组件简化为固定端梁前支承选双列角接触球轴承作为支承，就判定主轴无变形，如上面简图2-9所示。（a） 主轴的前端部挠度（b） 主轴在前轴承处的倾角（c） 在安装带轮处的倾角E取为，小带轮计算式子：分成垂直分力 ，水平分力从式子算出主轴载荷图见下图5-10：图5-10 主轴受力图计算（在垂直平面）,，计算（在水平面）,，合成：5.13 轴承寿命校核36206C角接触球轴承,=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。对轴受力分析图5-11 轴承受力图预期的使用寿命 L10h=15000hL10h=hL10h=15000h 轴承寿命满足要求。5.14 主轴组件的润滑和密封减少润滑摩擦，较低的温度上升的作用，并与抗磨损和异物以防止腐蚀的密封剂的轴承保护。润滑剂和决定轴承的类型，速度和负载。如果你选择得到适合，降低轴承的工作温度，延长使用寿命。滚动轴承可以用润滑油或润滑脂润滑。测试表明，在较低的速度下，油脂比温度的润滑剂更低。主轴的设计由脂肪所支持。在上述主轴的主轴安装，以防止使用的润滑油泄漏的同时，应用油脂润滑。油脂，那就要补脂的注意不要过量，是轴承填补的空间，否则会造成过多的热量，油脂和熔体流动恶化润滑。密封和润滑车轴总成也。阀杆密封不好，润滑剂流出，造成浪费，加速零件的磨损，而且还影响了机器的环境和外观。1主轴组件密封剂的功能密封剂功能的位置是：防止从主轴单元和传输机构润滑剂的泄漏避免浪费，对环境的保护，以防止对在外部的冷却液和碎片（例如，灰尘，污垢，湿气和芯片等）元件，以减少腐蚀和机械部件的磨损，延长使用寿命。如图2所示，主轴组件密封要求主轴要求组装密封装置如下：在一定的压力和温度下具有良好的密封，装置形成摩擦由密封必须尽可能地小，摩擦系数应该是稳定的，耐腐蚀，耐磨损，使用寿命长，之后磨损，在一定程度上，它可以自动补偿，结构简单，装卸方便。具体轴组件和传动部件，应该根据实际情况选择有效和经济的密封装置。3，主轴密封型键入主轴密封剂，有以下几种：接触装置具有一个弹性密封元件;杯（盖章）密封装置;石墨与金属接触密封元件意味着旋转环和螺旋沟槽密封剂，环形间隙型油沟槽和迷宫式密封装置;垂直轴密封装置。4.选择密封装置的轴组件润滑剂的化学和物理性质的性质;主轴单元结构;连接主轴装配生产线的工作温度的颈主轴转速，周围介质的情况：在密封的选择应考虑以下具体主轴单元的操作条件的特点，主要目标和其他密封装置。考虑到这些因素，支援前线的主轴线，以更好地避免外界灰尘等杂物的瓦砾结束，所以考虑一个迷宫式密封，这是一个长期的，曲折的道路，在0.3mm以下的径向尺寸，填写中的脂肪，不大于1.5mm的轴向尺寸。从相关手册表格7-17上，如图5-11结构参数可用迷宫密封装置的选择：图5-12 迷宫式密封装置的结构参数里面，d=50，D=70，e=15.15主轴组件中相关部件5.15.1 轴肩挡圈挡圈的结构参数同2-12图：图5-13 轴肩挡圈的结构参数其中，D=95，d=80，H=65.15.2圆螺母圆螺母结构图5-14所示：图5-14 圆螺母（GB812-88）里面，锁紧靠主轴后支承一边的推力球轴承用的圆螺母，D