專用銑床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計【9張CAD圖紙】

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Special milling machine is high efficient special machine is composed of the large number of common parts and a small amount of special parts of the process of. It is capable of a (or several) multi knife, multi axis, multi, multi station processing parts.Design of special milling machine, there are two cases basically at present: first, is specially designed according to the specific situation of the processing object, this is the most common practice. Secondly, with the special milling machine is used widely in China machinery industry, workers summaries of their production and use of special milling machine experience, found special milling machine not only common in its components, can be designed into general parts. But some in the industry special milling machine complete process range is very similar, it is possible to design for the general machine, this machine called special special milling machine. The special milling machine does not need each special design and production according to the specific processing objects, but can be designed into general varieties, organization of production, then according to the need of the machined parts, fixture and cutting tool with simple, high efficiency equipment can form processing a certain object.Keywords: special milling machine; design; process; function目 錄摘 要IIAbstractIII目 錄IV第1章 緒論11.1 課題研究意義11.2專用銑床設(shè)備應(yīng)用11.3國外進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展21.4國內(nèi)進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展21.5 專用銑床設(shè)備發(fā)展趨勢4第2章 銑床總體設(shè)計要求52.1切削參數(shù)要求52.2 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計要求7第3章 專用銑床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計73.1常見絲杠支承方式73.2 脈沖當(dāng)量選擇83.3滾珠絲杠設(shè)計計算83.4滾珠絲杠副的載荷計算93.5傳動效率計算123.6穩(wěn)定性驗算123.6 剛度驗算123.7 滾珠絲杠精度等級確定123.8 滾動導(dǎo)軌副的防護(hù)153.9 直線滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇153.10電機(jī)至絲杠之間齒輪減速傳動設(shè)計173.11等效轉(zhuǎn)動慣量計算(不計傳動效率)203.12 電機(jī)的計算選型203.13 聯(lián)軸器選擇21第4章 進(jìn)給變速箱設(shè)計214.1 專用進(jìn)給變速箱設(shè)計214.2傳動系統(tǒng)的設(shè)計214.3 齒輪的設(shè)計及參數(shù)的確定234.3.1齒輪的設(shè)計234.3.2齒輪參數(shù)的確定254.4 軸承的選擇28結(jié) 論30致 謝31參考文獻(xiàn)3233第1章 緒論1.1 課題研究意義市場的開放性和全球化使產(chǎn)品的競爭日趨激烈。而決定產(chǎn)品競爭力的指標(biāo)是產(chǎn)品的開發(fā)時間(Time ) ， 產(chǎn)品(Quality)，成本(Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(wù)(Service)。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時，會更多的追求較低的價格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在20世紀(jì)50至40年代主要以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在70年代競爭力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，80年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90年代為市場響應(yīng)速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強(qiáng)競爭力。制造業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機(jī)械制造的母機(jī)，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國家機(jī)械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對市場的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產(chǎn)量最多的國家.根據(jù)德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000年統(tǒng)計資料，在主要的生產(chǎn)國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢:一方面國內(nèi)市場對各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)滯銷積壓，國外產(chǎn)品充斥市場。1.2專用銑床設(shè)備應(yīng)用據(jù)統(tǒng)計，一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，專用銑床專用設(shè)備是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的專用銑床專用設(shè)備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個20孔，若以搖臂銑床加工，單單專用銑床與锪沉頭孔就要843.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數(shù)控八軸落地銑床加工，鉆锪孔只要171.6小時，劃線也簡單，只要1.9小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標(biāo)軸，使刀具正確地對準(zhǔn)加工位置，結(jié)合專用銑床專用設(shè)備不但可以擴(kuò)大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機(jī)30種箱形與桿形零件的2000多個專用銑床操作中，有40%可以在自動更換進(jìn)給變速箱機(jī)床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時間。1975年法國巴黎機(jī)床展覽會也反映了專用銑床專用設(shè)備的使用愈來愈多這一趨勢。1.3國外進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展專用銑床專用設(shè)備是在一次進(jìn)給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數(shù)控機(jī)床中不必計算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進(jìn)行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸銑床、多軸專用銑床心及自動更換進(jìn)給變速箱機(jī)床。甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。1.4國內(nèi)進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展從傳動方式來說主要有帶傳動、齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴(kuò)大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它主要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準(zhǔn)裝置的主軸。主軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的T形槽中移動，并能在對準(zhǔn)的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂銑床上，按銑床本身所具有的各種功能進(jìn)行工作。這種專用銑床專用設(shè)備方法，由于專用銑床效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn)。美國Secto公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱、多軸箱等設(shè)計的不可調(diào)式多軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300300毫米到6001050毫米，工作軸達(dá)60根，動力達(dá)23.5千瓦。Romai工廠生產(chǎn)的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達(dá)到比普通多軸箱更小的孔距。根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的專用銑床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機(jī)時間。（4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機(jī)磨。（5）尺寸超差時能立即發(fā)現(xiàn)。這是一種能滿足專用銑床專用設(shè)備要求的銑床。諸如導(dǎo)向、功率、進(jìn)給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸銑床多具液壓進(jìn)給。其整個工作循壞如快進(jìn)、工進(jìn)與清除鐵屑等都是自動進(jìn)行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨的變速機(jī)構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不同孔徑的加工需要。為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換進(jìn)給變速箱專用銑床。(1) 自動更換主軸機(jī)床自動更換主軸機(jī)床頂部是回轉(zhuǎn)式進(jìn)給變速箱庫，掛有多個不可調(diào)進(jìn)給變速箱?？v橫配線盤予先編好工作程序，使相應(yīng)的進(jìn)給變速箱進(jìn)入加工工位，定位緊并與動力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺轉(zhuǎn)動到進(jìn)給變速箱下面，向上移動進(jìn)行加工。當(dāng)變更加工對象時，只要調(diào)換懸掛的進(jìn)給變速箱，就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。(2)多軸轉(zhuǎn)塔機(jī)床轉(zhuǎn)塔上裝置多個不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)進(jìn)給變速箱，轉(zhuǎn)塔能自動轉(zhuǎn)位，并對夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺的工件作進(jìn)給運動。通過工作臺回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個面。因為轉(zhuǎn)塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過46個。且進(jìn)給變速箱也不宜過大。當(dāng)加工對象的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換進(jìn)給變速箱機(jī)床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡單。(3)自動更換進(jìn)給變速箱專用銑床它由自動線或?qū)Ｓ勉姶仓械臉?biāo)準(zhǔn)部件組成。不可調(diào)多軸箱與動力箱按置在水平底座上，進(jìn)給變速箱庫轉(zhuǎn)動時整個裝置緊固在進(jìn)給系統(tǒng)的溜板上。進(jìn)給變速箱庫轉(zhuǎn)動與進(jìn)給動作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作。換進(jìn)給變速箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉(zhuǎn)工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。(4) 數(shù)控八軸落地銑床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達(dá)15000個，它與支撐板聯(lián)接在一起加工?？讖綖?0毫米，孔深180毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，57巴壓力的冷卻液可直接進(jìn)入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90供自動定心。它比普通麻花鉆耐用，且進(jìn)給量大。為了縮短加工時間，以8軸數(shù)控落地加工。1.5 專用銑床設(shè)備發(fā)展趨勢專用銑床專用設(shè)備生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，專用銑床專用設(shè)備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。第2章 銑床總體設(shè)計要求2.1切削參數(shù)要求 確定了在專用銑床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設(shè)計的專用銑床為加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗比一般通用機(jī)床單刀加工低30%左右多軸進(jìn)給變速箱上所有刀具共用一個進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一進(jìn)給變速箱上的刀具主軸可設(shè)計成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： 3.1式中： 各主軸轉(zhuǎn)速（r/min） 各主軸進(jìn)給量（mm/r） 動力滑臺每分鐘進(jìn)給量（mm/min）由于專用銑床的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，工作臺進(jìn)給速度300mm/min 縱向快速進(jìn)給2m/min電機(jī)功率0.55kw 工作臺，工件，夾具總質(zhì)量：700kg。進(jìn)給變速箱只需4個變速，銑刀直徑：30mm 齒數(shù)7 由公式d-銑刀直徑=30mm 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：允許的切速極限參考值如下：表 1.1加 工 條 件 Vmax(m/min)Vmin(m/min)硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵工件 3050硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件150300螺紋加工和鉸孔38選取 根據(jù)同組同學(xué)計算主傳動的變速在63r/min-710r/min。當(dāng)?shù)毒卟牧蠟楦咚黉摃r端銑加工的圓周切削力： (1) (2)式(1)為端銑刀加工碳鋼、青銅合金，可鍛鑄鐵等材料的切削力計算公式式(2)為端銑刀加工灰鑄鐵的切削力計算公式式中：銑削的背吃刀量，端銑時為切削深度，銑削的側(cè)吃刀量，端銑時為加工表面寬度，每齒進(jìn)給量，銑刀直徑 ，銑刀齒數(shù)端銑刀加工不同材料時的銑削系數(shù)碳鋼：82.4 可鍛鑄鐵：50 灰鑄鐵：50 青銅：37.5 鎂合金：18當(dāng)?shù)毒卟牧蠟橛操|(zhì)合金時，不同材料端銑加工的圓周切削力為：碳鋼： 灰鑄鐵： 可鍛鑄鐵： 式中： 銑刀轉(zhuǎn)速 銑削功率： 式中： 銑刀圓周切削力 銑刀直徑 銑刀轉(zhuǎn)速 2.2 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計要求進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足一下幾個條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性，去選擇合適的定位機(jī)構(gòu)。再者就是要有足夠的強(qiáng)度和剛度除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到焊接槍在運動過程中產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，沒有足夠的強(qiáng)度和剛度可能會發(fā)生折斷或者彎曲變形，所以對于受力較大的進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計算是非常必要的。最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件變換的問題。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的零件，為滿足這些要求，可將制成組合式結(jié)構(gòu)，迅速更換不同的部件及附件來擴(kuò)大機(jī)構(gòu)的使用范圍。電動機(jī)齒輪傳動滾珠絲杠進(jìn)給變速箱工作臺第3章 專用銑床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計3.1常見絲杠支承方式表 3-1滾珠絲桿副支承支承方式簡圖特點一端固定一端自由結(jié)構(gòu)簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計時盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。一端固定一端游動需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。兩端固定只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高?？梢灶A(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。3.2 脈沖當(dāng)量選擇由已知設(shè)計參數(shù)初選三相電機(jī)，按三相六拍工作時，步矩角=0.75,初定脈沖當(dāng)量=0.005mm/p3.3滾珠絲杠設(shè)計計算（1）.滾珠循環(huán)方式由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-1查得,選擇外循環(huán)插管式（2）.軸向間隙預(yù)緊方式預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動精度.由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式。2）滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-3查得,3.4滾珠絲杠副的載荷計算工作負(fù)載是指機(jī)床工作時，實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進(jìn)給牽引力的實驗公式計算。選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.11.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為銑削力： 灰鑄鐵： 式中： 銑削深度 每齒進(jìn)給量 銑削寬度 刀具直徑 n刀具轉(zhuǎn)速 Z刀齒數(shù)取3，取0.1，取20，Z取7，取30，則有：工作臺縱向進(jìn)給分力載荷: F=0.4Fz=0.44718.81=1887N其等效載荷按下式計算（式中取，）fw-負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw=1.2）ft-溫度系數(shù)（查表：取ft=1）fh-硬度系數(shù)（查表：取fh =1）fa-精度系數(shù)（查表：取fa =1）fk-可靠性系數(shù)（查表：取fk =1）Fm-等效負(fù)載nz-等效轉(zhuǎn)速Th -工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h由上式計算得Car=17300N采用絲杠直徑40mm,導(dǎo)程為5mm 計算得出Ca=Car=17.3KN,則Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN公稱直徑Ph=5mm則選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)預(yù)緊滾珠絲桿副，絲桿的型號為FFZD40103。滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表名稱計算公式結(jié)果公稱直徑40mm螺距mm接觸角鋼球直徑4.175mm螺紋滾道法向半徑1.651mm偏心距0.04489mm螺紋升角螺桿外徑39.365mm螺桿內(nèi)徑36.788mm螺桿接觸直徑37.755mm螺母螺紋外徑34.212mm螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）30.7mm3.5傳動效率計算絲杠螺母副的傳動效率為：式中：=10，為摩擦角；為絲杠螺旋升角。3.6穩(wěn)定性驗算絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。3.6 剛度驗算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計。導(dǎo)程變形總誤差為E級精度絲杠允許的螺距誤差 =15m/m。3.7 滾珠絲杠精度等級確定（1）.絲杠有效行程 由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-4查得le=20 mm導(dǎo)軌總長Lu =210+120+20=350mm 所以絲杠總長Lv =350-20=330mm（2）.精度等級 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差 ep=0.01/300350103=11.7查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-5得 精度等級為T34）滾珠絲杠副支承形式選擇滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動,其次才是徑向約束。由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-6查得,采用一端固定一端游動(F-S)支承形式.5）滾珠絲杠副的選擇高速或較高轉(zhuǎn)速情況 按額定動負(fù)荷CCj選擇滾珠絲杠副Cj=(Fefw)/(fhftfafk)(60Lhne)/(106)1/3式中 Cj-滾珠絲杠副的計算軸向動負(fù)荷(N) Fe-絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N)，取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半. Fe=(120+0.06120)/2=63.6N ne-絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min). ne=250r/min. Lh-絲杠工作壽命(h). 查考樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-7得Lh=15000 h. ft-溫度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-8,得ft=0.70. fa-精度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-9得fa=1.0 fw-負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查2表5-10得fw=0.95 fh-硬度系數(shù).查2表5-11得fh=1.0 fk-可靠性系數(shù).查2表5-12得fk=0.21.計算得Caj=2.5N表3-1-1各類機(jī)械預(yù)期工作時間Lh表3-1-2精度系數(shù)fa表3-1-3可靠性系數(shù)fk表3-1-4負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw6）滾珠絲杠副校核（1）.臨界壓縮負(fù)荷 對于一端軸向固定受壓縮的滾珠絲杠,應(yīng)進(jìn)行壓杠穩(wěn)定性校核計算.不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負(fù)荷稱為臨界壓縮負(fù)荷,用Fn表示Fn=3.41010(f1d24)(L02) K1式中 L0-最長受壓長度.取400 mm f1-絲杠支承方式系數(shù), F-S取2d2-絲杠螺紋底徑,查43-32取17.6 mmk1 安全系數(shù)，取1/3Fn=13593NFmax（2）.臨界轉(zhuǎn)速ncr=9910(f22d2)/Lc2式中 f2-絲杠支承方式系數(shù),F-S取3.927. Lc -臨時轉(zhuǎn)速計算長度. Lc =0.5m. d2-絲杠螺紋底徑,取17.6mmncr= 10758.9r/min nmax取,同時驗算絲杠另一個臨界值d0n=20833=7500 =2KtT1（u1）(ZHZE)2/dauH2(1/3)1).試選Kt=1.6, 查表可得材料彈性影響系數(shù)ZE189.8MPa2).查機(jī)械設(shè)計教材，選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433, 選取齒寬系數(shù)d0.3，3). 查表得a10.78，a2 0.85，則aa1+a2 1.634).應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取j=1， 所以： N1=60n2jLh=6015001(2830015)6.480109 N2=N1/u=6.480109/2.13.081095）.查表得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.85,KHN2=0.89,6).查表得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1=600MPa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2=550MPa,7).計算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力：取失效概率為1%，取安全系數(shù)S=1, H1KHN1Hlim1/S=0.85600/1510MPaH2KHN2Hlim2/S=0.87550/1489.5MPaH=H1+H2)/2=499.75 MPa8) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：T1=95.5105Px/nx=95.51050.00594/1500=37.82N.mm（2） 計算 1）.試算小齒輪分度圓直徑d1t21.644.1213.083/（0.31.6301.25）（2.433189.8/494.25）2）（1/3）6.94mm ，取d1t=7.0mm2).計算圓周速度 v=d1tn1/(601000)0.55m/s3).計算齒數(shù)b及模數(shù)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).縱向重合度0.318dZ1tan=0.3180.320tan14o=0.485).計算載荷系數(shù)K,查課本得使用系數(shù)KA=1.25,根據(jù)v=0.033 m/s ,7級精度，查得動載系數(shù)Kv=1.01,由b/h=2.8,查得KH=KF=1.2,故載荷系數(shù)K=KAKvKHKF=1.251.011.21.21.696）.分度圓直徑d1=d1t(K/Kt)(1/3)=7（1.69/1.6）（1/3）=7.13 mm7).計算模數(shù)mn=d1cos/Z1=7.13cos14o/20=0.35 mm(3）按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計mn=(2KT2YCOS2/dZ12)(YFYS/F)(1/3)1）計算載荷系數(shù)，K=KAKvKFKF=1.251.011.21.21.692）根據(jù)縱向重合度0.48，查表得螺旋角影響系數(shù)Y=0.913）計算當(dāng)量齒數(shù)Zv1=Z1/cos3=20/cos314o=21.24）查得,YFa1=2.763,YSa1=1.592,YFa2=2.375,YSa2=1.672因為小齒輪彎曲極限強(qiáng)度FE1=500MPa,大齒輪FE2380MPa,查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85,KFN2=0.87,取安全系數(shù)S=1.1，則F1KHN1FE1/S=386MPaF2KHN2FE1/S304MPa5）計算大、小齒輪YFa1 YSa1/F1并加以比較YFa1 YSa1/F12.7631.562/386=0.0112YFa2YSa2/F2=2.3751.672/3040.013比較后取大齒輪數(shù)據(jù)6）設(shè)計計算mn=21.6937.820.910.013(cos14)2/（0.32021.63）（1/3）0.187m 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算得法面模數(shù)mn大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算得法面模數(shù)，取mn2 mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時滿足接觸疲勞強(qiáng)度齒輪幾何尺寸計算中心距 a=( Z1+Z2)mn/(2cos)=(52+62)2/（2cos14o）63.9 mm 所以圓整為64 mm按圓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等效轉(zhuǎn)動慣量計算(不計傳動效率)小齒輪轉(zhuǎn)動慣量Jg1=(d14b1)32=441.47.8510-332 =0.27610-4 kg.m2式中 鋼密度=7.8510-3 kg/cm3同理,大齒輪轉(zhuǎn)動慣量 Jg2=0.49810-4 kg.m2 查設(shè)計手冊初選滾珠絲杠 CDM2005-3, 得到 d0=20 mm ,l=430 mm滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 Js=(d04l)32=(2)4437.8510-33210-4 kg.m2 =0.5310-4 kg.m2工作重物為12kgJw=(w/g)(tsP2) 2 i2 =12(0.52) 2 2.1210-4 kg.m2 =1.7110-6 kg.m2因此,折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量Je Je= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) i2 =0.80710-4 kg.m2 3.12 電機(jī)的計算選型查設(shè)計指導(dǎo)書(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 絲杠預(yù)緊時的傳動效率取 =0.8為摩擦系數(shù)取0.06nmax=(vmax/)(/360)=(2000/0.005) (0.75/360)=833 r/min取起動加速時間t=0.03 s初選60BYG350DL-SASSML-0451 的電動機(jī)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滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取Fy/3 Fy進(jìn)給牽引力(N) 0滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率,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從計算可知, Mq最大,作為初選電動機(jī)的依據(jù).Mq/ Mjmax=0.4460.9 滿足所需轉(zhuǎn)矩要求.4)步進(jìn)電機(jī)動態(tài)特性校驗Je /Jm（千瓦） （3-1） N進(jìn)為0.82千瓦，=0.9 N動4.0千瓦動力箱的選擇：表3-1 動力箱型號型號型式電動機(jī)型號電動機(jī)的功率電動機(jī)的轉(zhuǎn)速rmin-1輸出軸轉(zhuǎn)速rmin-11TD40-IY100-L8214407203傳動系統(tǒng)總傳動比的確定及各級分傳動比的分配電動機(jī)選定之后，根據(jù)電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速及工作機(jī)轉(zhuǎn)速，就可計算出傳動系統(tǒng)的總傳動比為 (3-2)由傳動方案可知，傳動系統(tǒng)的總傳動比等于各級分傳動比之積。即 (3-3)式中， ，為各級傳動副的傳動比。 (3-4)由式（3-4）得 由式（3-3）得 合理地分配各級傳動比，在傳動系統(tǒng)總體設(shè)計中是很重要的，它將直接影響到傳動裝置的外廓尺寸、質(zhì)量、潤滑條件、成本的高低、傳動零件的圓周速度大小及精度等級的高低。要同時滿足各方面的要求是不現(xiàn)實的，也是非常困難的，應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計要求，進(jìn)行分析比較，首先滿足主要要求，盡量兼顧其他要求。在合理分配傳動比時應(yīng)注意以下幾點。（a） 各級傳動比都應(yīng)在常用的合理范圍內(nèi)，以符合各種傳動形式的工作特點，能在最佳狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，并使結(jié)構(gòu)緊湊、工藝合理。（b） 應(yīng)使傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸較小，質(zhì)量較輕。（c） 應(yīng)使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，避免相互干擾碰撞。4.3 齒輪的設(shè)計及參數(shù)的確定齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動。其主要優(yōu)點是：傳動效率高，工作可靠，壽命長，傳動比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊。其主要缺點是：制造精度要求高，制造費用大，精度低時振動和噪聲大，不宜用于軸間距離較大的傳動。4.3.1齒輪的設(shè)計我們就以軸1和軸2嚙合的一對齒輪為例。A齒輪的材料，精度和齒數(shù)的選擇因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料按表7-1選取，都采用45鋼，鍛造毛坯，大齒輪正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。齒輪精度用8級，輪齒表面粗糙度為Ra1.6。軟齒面閉式傳動，失效形式為點蝕，考慮傳動平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取z=33則與其嚙合的齒數(shù)z嚙合=B設(shè)計計算a設(shè)計準(zhǔn)則按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。b按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 (3-5) (3-6)由圖7-6選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為： 由圖7-7選取材料的彎曲疲勞極限應(yīng)力為： 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N N1=60n1at=607201 (163008)=1.66109則 N2=N1/u=1.66x109/2.06=1.24109由圖7-8查得 接觸疲勞壽命系數(shù)ZN1=1,ZN2=1由圖7-9查得 彎曲疲勞壽命系數(shù)YN1=1,YN2=1由表7-2查得 接觸疲勞安全系數(shù)SHmin=1，彎曲疲勞安全系數(shù)SFmin=1.4,又Yst=2.0試選Kt=1.3求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力： (3-7) (3-8) (3-9) (3-10)將有關(guān)值代入式（3-5）得： = =48.07mm則 (3-11)查圖7-10得kv=1.09;由表7-3查得kA=1.25;由表7-4查得k=1.05；取k=1，則 (3-12)修正m=d1/z1=48.07/33=1.467mm (3-13)由表7-6取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3mm。c計算幾何尺寸d1=mz1=320mm=60mmd2=mz2=367mm=201mma=m(z1+z2)/2mm=130.5mmb=160=60mm (3-14)取b2=60mmC.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度由圖7-18查得YFS1=4.35 YFS2=4.1, 取=0.7校核大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 (3-15) = (3-16)合適。4.3.2齒輪參數(shù)的確定（以傳動軸1上67/3.0，與20/3.0嚙合的齒輪為例）A. 確定齒輪的精度等級該齒輪是鏜床進(jìn)給變速箱中速度較高的齒輪，主要要求是傳動平穩(wěn)性精度，故首先考慮第公差組精度等級。據(jù)圓周速度 (3-17)由表12-6、表12-7可見，在3m/s速度分段中，速度不算高，且普通機(jī)床對噪聲限制不很嚴(yán)格，因此可選定第公差組為級。由于該齒輪對傳遞運動準(zhǔn)確性要求不高，可比第公差組精度降低一級，故第公差組選定為級。動力齒輪對齒面載荷分布均勻性有一定要求，第公差組精度一般不低于第公差組，故亦定為7級。所以最后選定小齒輪精度為：8-7-7。B.齒輪誤差檢驗組的選擇及其公差值的確定該齒輪屬中等精度，且為批量生產(chǎn)，故可采用便于批量測量的檢驗組，查表12-3選定，組成檢驗方案。根據(jù)d1=mz1=367mm=201mm及b1=32mm,查表12-13,表12-14,表12-15,可得公差值：第公差組63um, =40um第公差組 =20um第公差組 =11umC. 計算齒輪副側(cè)隙和確定齒厚極限偏差代號a計算齒輪副的最小極限側(cè)隙jnmin由表12-10按噴油潤滑和v=1.91m/s查得：jn1=0.01mn=0.013mm=0.030mm由式（12-9）得根據(jù)齒輪和箱體的材料，從材料手冊上查得，鋼和鑄鐵的線膨脹系數(shù)分別為a1=11.510-6/C a2=10.510-6/C傳動中心距為 (3-18)所以jn2=2130.511.5(80-20)-10.5 (50-20)10-6sin20mm =0.017mm jmin=jn1+jn2=(0.030+0.019)mm=0.047mm (3-19)b確定齒厚極限偏差代號齒厚上偏差： (3-20)式中前面已查得11um，fpb由表12-14按級查得fpb1=13um fpb2=13um fpt=14um由表12-17按a=76.5mm,7級精度查得fa=23um。所以 =-45由表12-14查得fpt=11um,則由圖12-29或表12-9查得齒厚上偏差代號為F，因此 (3-21)齒厚下偏差由可知。查表12-13，級精度Fr=45um,查表12-11,br=1.26IT9=1.2674um=93um 所以得 (3-22) (3-23)由圖12-29或表12-9查得齒厚下偏差代號為J，因此 (3-24) (3-25)至此，小齒輪的精度為：8-7-7FJGB10095-88。D.確定齒坯公差、表面粗糙度齒輪內(nèi)孔是加工、檢驗及安裝的定位基準(zhǔn)，對7級精度的齒輪，由表12-18查得：內(nèi)孔尺寸公差課題：專用銑床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計工作臺進(jìn)給速度300mm/min 縱向快速進(jìn)給2m/min電機(jī)功率0.55kw 工作臺，工件，夾具總質(zhì)量：700kg。進(jìn)給變速箱只需4個變速 還有CAD圖紙銑刀直徑：30mm 齒數(shù)7