畢業(yè)論文
1 主傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
1．主電機(jī)的選定
由總體設(shè)計(jì)方案可知：Z5140鉆床的總功率為4kW,轉(zhuǎn)速為1450 r/min，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手選取電機(jī)為JO2-32,其外型見(jiàn)下圖，其安裝尺寸見(jiàn)下表：
機(jī)
座
號(hào)
D
E
M
N
P
R
JO2-32
28
60
215
180
250
5
4
120
14
415
其螺栓直徑為12mm。
2．轉(zhuǎn)速圖的擬定
擬定立式鉆床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖，由總體設(shè)計(jì)方按可知：主軸的轉(zhuǎn)速范圍為31.5～1400 r/min，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1450 r/min。
1． 選定公比
中型通用機(jī)床，常用的公比為1.26或1.41，考慮到適當(dāng)減小本鉆床的相對(duì)速度損
失，選定=1.41。
,取Z=12
按標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列為：31，45，63，90，125，180，1250，355，500，710，1000，1450r/min。
2． 選擇結(jié)構(gòu)式
1）確定變速組的數(shù)目和各變速組中傳動(dòng)副的數(shù)目
大多數(shù)的機(jī)床廣泛應(yīng)用滑移齒輪的變速方式，為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操縱方便的要求，通常采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪。該機(jī)床的變速范圍較大，必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的傳動(dòng)鏈減速才能把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速，故主軸轉(zhuǎn)速為12級(jí)的變速系統(tǒng)需要2個(gè)或3個(gè)變速組，即Z=12=4×3，或Z=12=4×2×2-4,或Z=12=3×2×2。為了結(jié)構(gòu)緊湊和主軸箱不過(guò)分的大，故選取Z=12=4×2×2-4.
2）確定不同傳動(dòng)副數(shù)的各變速組的排列次序
按著傳動(dòng)順序，各變速組排列方案有：
12=4×2×2-4
12=2×2×4-4
12=2×4×2-4
因本鉆床在結(jié)構(gòu)上有特殊要求，根據(jù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，應(yīng)遵守“前多后少”的原則，選擇12=4×2×2-4的方案。
3）確定變速組的擴(kuò)大順序
根據(jù)“前密后疏”的原則，選擇12=的結(jié)構(gòu)式。
4）驗(yàn)算變速組的變速范圍
最后擴(kuò)大組的變速范圍,在允許的變速范圍之內(nèi)。
3． 確定是否需要增加降速的定比傳動(dòng)副
該銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的總降速比為30/1450=1/48，三個(gè)變速組的最小降速比都為
1/4，則總降速比為1/64，這樣是無(wú)需增加降速的定比傳動(dòng)副，為使中間的二個(gè)變速組降速緩慢，有利于變型機(jī)床的設(shè)計(jì)，改變降速齒輪副的傳動(dòng)比，就可以將主軸12級(jí)轉(zhuǎn)速一起提高或降低。
4． 分配各變速組的最小傳動(dòng)比，擬定轉(zhuǎn)速圖
鉆床的電機(jī)和輸入軸之間齒輪傳動(dòng)， 運(yùn)動(dòng)由電機(jī)經(jīng)彈性聯(lián)軸節(jié)和一對(duì)齒輪傳動(dòng)軸I，再由傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)齒輪傳至軸IV，使主軸獲得12級(jí)轉(zhuǎn)速。畫(huà)出轉(zhuǎn)速圖的格線如圖所示。
① 在軸IⅤ上標(biāo)出12級(jí)轉(zhuǎn)速：30～1500r/min,在第Ⅰ軸上用A點(diǎn)代表電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；最低轉(zhuǎn)速用E點(diǎn)標(biāo)出，因此A、E兩點(diǎn)連線相距約17格，即代表總的降速傳動(dòng)比。
② 決定III軸和Ⅳ軸之間的最小降速傳動(dòng)比：為了提高主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，主軸上齒輪應(yīng)大一些，能起到飛輪的作用，所以最后一個(gè)變速組的降速傳動(dòng)比取1/3。按公比=1.41，查表可知，，即從E點(diǎn)向上數(shù)3.5格（3lg），在III軸上找出D點(diǎn)，DE傳動(dòng)線表示Ⅳ-Ⅴ軸間變速組（第二擴(kuò)大組）的降速傳動(dòng)比。
③ 決定其余變速組的最小傳動(dòng)比：根據(jù)降速前慢后快的原則，Ⅲ-Ⅳ軸間變速組（第一擴(kuò)速前慢后快的原則，II-Ⅲ軸間變速組（第一擴(kuò)大組），取u=,即從D點(diǎn)向上數(shù)四格（3lg）,在II軸上找出C點(diǎn)，用CD傳動(dòng)線表示；同理，I-Ⅱ軸見(jiàn)取u=，用BC傳動(dòng)線表示；0-Ⅰ軸間取u=,用AB線表示。
④畫(huà)出各變速組其他傳動(dòng)線（圖五），-I軸間有一對(duì)齒輪傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速圖上為一條AB傳動(dòng)線。I-Ⅱ軸間為基本組，有四對(duì)齒輪傳動(dòng)，級(jí)比指數(shù)，故四條傳動(dòng)線在轉(zhuǎn)速圖上各相距一格，從C點(diǎn)向上每隔一格取、、點(diǎn)，連結(jié)、B和B得基本組四條傳動(dòng)線，它們的傳動(dòng)比分別為、，，。II-Ⅲ軸間為第一擴(kuò)大組也有二對(duì)齒輪傳動(dòng)，級(jí)比指數(shù)=2，二條傳動(dòng)線轉(zhuǎn)速圖上各相距一格，即和CD,它們的傳比分別為，，。III-Ⅳ軸間為第二擴(kuò)大組，有三對(duì)齒輪傳動(dòng)，級(jí)比指數(shù)，兩條傳動(dòng)線在轉(zhuǎn)速圖上應(yīng)相距4格，即D,DE,它們的傳動(dòng)比分別為和。
⑤ 畫(huà)出全部傳動(dòng)線，即鉆床的主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖。如前所述，轉(zhuǎn)速圖兩軸之間的平行線代表同一對(duì)齒輪傳動(dòng)，所以畫(huà)II-Ⅲ軸間的傳動(dòng)線時(shí)，應(yīng)從、、兩點(diǎn)分別畫(huà)CD、、C、的平行線，使III軸得到8種轉(zhuǎn)速。由于特殊理由，畫(huà)III-Ⅳ軸間的傳動(dòng)線時(shí)，應(yīng)畫(huà)4條與DE平行的線，8條與D平行的線，使主軸得到12種轉(zhuǎn)速。
3．齒輪的確定
1．齒輪齒數(shù)的確定應(yīng)注意以下問(wèn)題：
1）.不產(chǎn)生根切。一般要求～20。
2）.保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過(guò)大，齒輪齒根圓到鍵槽的厚度，一般取，則。
3）.同一傳動(dòng)組的各對(duì)齒輪副的中心距應(yīng)當(dāng)相等。若模數(shù)相等時(shí)，則齒數(shù)和亦應(yīng)當(dāng)相等。但由于傳動(dòng)比的要求，尤其是在傳動(dòng)中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求。機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能超過(guò)3～4個(gè)齒。
4）.防止各種碰撞和干涉。
5）.應(yīng)保證最小齒輪裝到軸上或套筒上具有足夠的強(qiáng)度。
6）.保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)。
2．齒數(shù)的計(jì)算
1）.同一變速組內(nèi)模數(shù)相同的齒數(shù)的確定
為了便于設(shè)計(jì)和制造，主傳動(dòng)系統(tǒng)中所采用的齒輪模數(shù)的種類盡可能少一些。在同一個(gè)變速組內(nèi)一般都采用相同的模數(shù)，這是因?yàn)楦鼾X輪副的速度變化不一樣，受力情況差別不大。
當(dāng)各對(duì)齒輪模數(shù)相同，且不采用變位齒輪時(shí)，則各對(duì)齒輪的齒數(shù)和也必須相等，其間的關(guān)系是：
（3-1）
式中 —主動(dòng)齒輪的齒數(shù)
—被動(dòng)齒輪的齒數(shù)
—一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比
—一對(duì)齒輪的齒數(shù)和
為了保證不產(chǎn)生根切，必須先找出具有最少齒數(shù)的傳動(dòng)副（一般出現(xiàn)在最高升速或最低降速的傳動(dòng)副上），確定最小齒數(shù)，然后確定最合適的齒數(shù)和，再根據(jù)傳動(dòng)比確定其它齒輪的齒數(shù)。
由上面兩個(gè)公式得：
（3-2）
一般=17~30,初選=18,參考有關(guān)資料選取m為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3。
由a=()和選取的=1.41，查表2-1《金屬切削機(jī)床》，得=76
故=-=76-18=58
所以=(18+58)=114=0.31
===0.31
==31.5÷0.31=101.6r/min
III軸的最高轉(zhuǎn)速 =×=101.6×1.41=1125.r/min
U=1400÷1125.7=1.24
Z=×S==42
Z=S-Z=76-42=34
3·齒輪參數(shù)的確定
分度圓直徑∶ d=mZ=3×42=126mm
d=mZ=3×34=102mm
齒頂高∶ h=m=3mm
齒根高∶ h=1.25m
全齒高∶ h= h+ h
頂隙∶ C= h- h=0.25m=0.75mm
齒頂圓直徑∶ d= d+2 h=126+2×3=132mm
d= d+2 h=108mm
齒根圓直徑∶d= d-2 h=118.5mm
d= d-2 h=94.5mm
齒寬∶ B=13mm
B=18mm
4．齒輪的布置
為了使變速箱結(jié)構(gòu)緊湊，必須合理布置齒輪。因?yàn)樗苯佑绊懙阶兯傧涞某叽?，變速操縱的方便性和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可能性等問(wèn)題。在考慮主軸適當(dāng)?shù)闹С芯嗪蜕釛l件下，一般應(yīng)盡可能減少變速箱尺寸，但是變速箱的軸向尺寸和徑向尺寸經(jīng)常不可能同時(shí)縮小。
為了防止一對(duì)齒輪尚未完全脫開(kāi)，另一對(duì)齒輪就開(kāi)始進(jìn)入嚙合狀態(tài)，如圖七所示。尺寸L應(yīng)比2B大2～4mm,其中B為齒寬，這是設(shè)計(jì)是排列齒輪首先要注意的問(wèn)題。
第四章 傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算
傳動(dòng)方案確定之后，要進(jìn)行方案的機(jī)構(gòu)化，確定各零件的實(shí)際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對(duì)傳動(dòng)件的尺寸先進(jìn)行估算，如傳動(dòng)軸的軸徑等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫(huà)出草圖，得到初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行主要零件的驗(yàn)算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強(qiáng)度等，必要時(shí)做結(jié)構(gòu)和方案上的修改，從新驗(yàn)算，知道滿足要求。
1． 傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算
傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾。除了載荷很大的情況外，可不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下（彎曲、軸向、扭轉(zhuǎn)）不致產(chǎn)生過(guò)大的變形（彎曲、失穩(wěn)、轉(zhuǎn)角）。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸的變形過(guò)大而不能正常工作，或者產(chǎn)生震動(dòng)和噪聲、發(fā)熱、過(guò)早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸具有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫(huà)出草圖之后，再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。
1） 傳動(dòng)軸直徑的估算
傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動(dòng)軸直徑：
d=91mm
其中： N—該傳動(dòng)軸的輸入功率
N=kW
—電機(jī)額定功率
—從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積
—該傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min
計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系而確定，而中型車、鉆床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為：
（主）=
[]—每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）,可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取。
估算是應(yīng)該注意：
①．[]值為每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角，而估算的傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度往往不足一米，因此在計(jì)算時(shí)應(yīng)按軸的實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行折算和修正。
②．效率對(duì)估算軸徑d影響不大，可以不計(jì)，也可以用有關(guān)傳動(dòng)件效率的概略值的積求出。
③．如使用花鍵時(shí)，可根據(jù)估算的軸徑d選取相近的標(biāo)準(zhǔn)花鍵軸的規(guī)格。主軸前徑可參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定。
2） 傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算
① 軸的彎曲變形的條件和允許值
機(jī)床主傳動(dòng)軸的彎曲剛度驗(yàn)算，主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承處的撓度y和傾角。各類軸的撓度y和裝齒輪和軸承處的傾角，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值[Y]和[]值，即：
y[Y]; []
② 軸的彎曲變形計(jì)算公式
當(dāng)軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高時(shí)，可把軸看作等徑軸，采用平均直徑（）來(lái)進(jìn)行
計(jì)算，計(jì)算花鍵軸的剛度時(shí)可采用平均直徑（）或當(dāng)量直徑（）。
計(jì)算公式為：
圓軸：平均直徑=
慣性矩I=
矩形花鍵軸：平均直徑=
當(dāng)量直徑=
慣性矩I=
③ 軸的力分解和變形合成
對(duì)于復(fù)雜受力軸的變形，先將受力分解成三個(gè)垂直平面上的分力，應(yīng)用彎曲變形的公式求出所
要求截面的兩個(gè)垂直平面內(nèi)的y和值，然后進(jìn)行疊加：在同一平面內(nèi)的可進(jìn)行代數(shù)疊加，在兩垂直平面內(nèi)的按幾何向量合成，求出該截面的總撓度和總傾角。
④ 危險(xiǎn)工作條件的判斷
主軸變速箱傳動(dòng)軸的工作條件有多種，驗(yàn)算剛度時(shí)應(yīng)選擇最危險(xiǎn)的工作條件進(jìn)行。
一般是：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速低，傳動(dòng)齒輪的直徑小且位于軸的中央，這時(shí)，軸受力將總變形劇增。如果對(duì)二、三種工作條件難以判斷是那一種最危險(xiǎn)，就應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算，找到最大彎曲變形值y和。
⑤ 提高軸剛度的一些措施
加大軸的直徑；減少軸的跨距或增加第三支承；從新安排齒輪在軸上的位置；改變軸間的布置方式等。加大軸徑有時(shí)受到軸上小齒輪體厚的限制，增加第三支承使軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，都不是最有效和最理想的措施，應(yīng)首先從齒輪在軸上的布置、軸的相互方位關(guān)系來(lái)改善受力狀態(tài)，看是否在不加大軸徑、不改變軸的基本形式的前提下，提高軸的剛度。
為了提高軸的剛度，有時(shí)寧愿多增加一對(duì)固定傳動(dòng)齒輪，增加一根軸，從傳動(dòng)方案上保證中間軸不會(huì)太長(zhǎng)。
2． 齒輪模數(shù)的估算和計(jì)算
① 估算
按接觸疲勞和彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都
已知道后就可確定，所以只在草圖畫(huà)完之后效核用。在畫(huà)草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。
齒輪彎曲疲勞的估算：
齒面點(diǎn)蝕的估算：
其中為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，為齒輪中心距。
由中心距及齒數(shù)，求出齒數(shù)：
根據(jù)估算所得和中較大的值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。
② 計(jì)算
結(jié)構(gòu)確定以后，齒輪的工作條件，空間安排，材料和精度等級(jí)都已確定，才肯能
核驗(yàn)齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度值是否滿足要求。
根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：
根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：
式中：N—計(jì)算齒輪傳遞的額定功率N=kW；
—計(jì)算齒輪（小齒輪）的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min；
—齒寬系數(shù)=b/m, 常取6～10；
—計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動(dòng)中最小齒輪的齒數(shù)；
i---大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比， i=;
—壽命系數(shù)，；
—工作期限系數(shù)，=；
齒輪等傳動(dòng)件在接觸和彎曲交變載荷下的疲勞曲線指數(shù)m和基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；
—轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；
—功率利用系數(shù)；
n—齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/min;
—材料強(qiáng)化系數(shù)。幅值低的交邊載荷可使金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)化，起到阻止疲勞細(xì)縫擴(kuò)散的作用。
3·軸承選擇
根據(jù)軸的數(shù)據(jù),從參考書(shū)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》（第二版）查的
推力球軸承，軸承型號(hào)51305。其尺寸參數(shù)為：d=30mm，D=52mm，B =16mm。技術(shù)參數(shù)為：C=21500N =43200N
計(jì)算軸承動(dòng)負(fù)荷C：
（3.10）
式中 ——壽命系數(shù)
——轉(zhuǎn)速系數(shù)
[9] （3.11）
由公式（3.11）得
[9] （3.12）
由公式（3.12）得
把、代入，由公式（3.10）得
=24947N
<28000N
滿足強(qiáng)度要求。
深溝軸承：軸承型號(hào)6005，其尺寸參數(shù)為：d=25mm，D=47mm，B =12mm。
軸承型號(hào)6206，其尺寸參數(shù)為：d=30mm，D=62mm，B =16mm。
軸承型號(hào)6210，其尺寸參數(shù)為：d=50mm，D=90mm，B =20mm。
軸承型號(hào)6212，其尺寸參數(shù)為：d=60mm，D=110mm，B =22mm。
軸承型號(hào)6305，其尺寸參數(shù)為：d=25mm，D=80mm，B =17mm。
軸承型號(hào)6208，其尺寸參數(shù)為：d=40mm，D=80mm，B =18mm。
三.夾具設(shè)計(jì)
一 工藝加工過(guò)程
1． 模鍛
2． 正火
3． 車小頭端面,鉆尖孔粗車各外圓,留加工余量3mm,倒角
4． 粗車大端?200mm外圓,車內(nèi)肩孔,留加工余量3mm,深度車至尺寸要求.
5． 調(diào)質(zhì)HB217至255
6． 精車各外圓,留加工余量0.3mm
7． 精車?200mm、?50mm和?104mm至圖紙要求，內(nèi)孔?80mm，留加工余量1mm,車端面取總長(zhǎng)，鉆大端內(nèi)頂尖孔
8． 車30斜面
9． 鉆?20mm孔留加工余量1mm，孔口倒角
10． 磨小端各外圓至圖紙要求
11． 車?80mm孔至圖紙要求
12． 鏜6-?20mm孔至圖紙要求
13． 洗鍵槽至尺寸
14． 鉆斜孔兩處?8mm至圖紙要求
15． 配鉆?8mm孔
16． 檢驗(yàn)
二 設(shè)計(jì)夾具
為了提高生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
在該零件的夾具設(shè)計(jì)中， 選擇第九道工序——鉆6-￠20孔的鉆床夾具。本鉆模用于Z5140立式鉆床中。工件以外圓?70和端面在定位套中定位,6個(gè)被加工的孔程環(huán)行均勻分布在平面上。傳動(dòng)圖以錐柄和機(jī)床主軸連接，并用鍥鐵夾緊。機(jī)床工作時(shí)，主軸通過(guò)內(nèi)齒輪帶動(dòng)6根工作主軸傳動(dòng)，并與主軸作送進(jìn)運(yùn)動(dòng)。工作主軸多用推力軸承作為支承。鉆模板裝在兩根導(dǎo)桿上，導(dǎo)桿的下端和夾具體上的兩個(gè)導(dǎo)孔為間隙配合，以確定鉆模板對(duì)夾具的相對(duì)位置。隨著機(jī)床主軸下降，鉆模板借助彈簧的壓力通過(guò)擺塊將工件壓緊。機(jī)床主軸繼續(xù)送進(jìn)，鉆頭即同時(shí)鉆削6個(gè)孔。鉆削完畢，鉆模板隨機(jī)床主軸上升，直至鉆頭退出工件；然后，自動(dòng)恢復(fù)原始位置。由于鉆模板采用活動(dòng)連接定位，被加工孔與定位基準(zhǔn)之間的位置精度只能控制在0.05至0.45mm之間。
設(shè)計(jì)鉆模板時(shí)應(yīng)注意的地方是:
(1) 鉆模板上安裝鉆套的孔之間及孔與定位元件的位置應(yīng)有足夠的精度。
(2) 鉆模板應(yīng)有足夠的剛度,以保證鉆套位置的準(zhǔn)確性,但又不能設(shè)計(jì)的太厚太重。鉆模板一般不應(yīng)承受夾緊反力。
(3) 為保證加工的穩(wěn)定性，鉆模板導(dǎo)桿上的彈簧力必須足夠，以使鉆模板在夾具上維持足夠的定位壓力，如果鉆模板本身產(chǎn)生的重力超過(guò)800N，則導(dǎo)桿上可不裝彈簧。
該夾具以圓錐面、軸肩和頂尖孔定位，圓錐面和頂尖可消除， ， ， 四個(gè)自由度，軸肩消除 自由度。工件繞的自由度可以不限制。
結(jié)構(gòu)示意圖如下：
1.定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是該頂尖孔的中心線，為了使定位誤差為零，鉆六個(gè)孔時(shí)，以頂尖孔為第一定位面，軸肩為第二定位面,圓錐面為底三頂位面。
2.切削力
刀具：選直徑為Φ20的直柄麻花鉆，因在鉆孔過(guò)程中的鉆削力最大，故只計(jì)算這個(gè)切削力。
(1).軸向力：查《工藝手冊(cè)》表3--36
F=CF·d0XF·ffF·KF 式中CF=833.85，XF＝1，
yF＝0.7，d0＝20mm f＝0.25mm/r
F＝833.85×201×0.250.7×1＝6319.4N
機(jī)床轉(zhuǎn)速：查《工藝手冊(cè)》表4-4-1，
選n＝400r/min＝6.67r/s
切削扭矩：查《工藝手冊(cè)》表3--36
M＝CM·d0XM·fyM ·KM·10-3, 式中 CM=333.54，d0=5，XM=1.9，yM=0.8，KM=1，f=0.25
∴M＝333.54×20×0.250.8×1×10-3
＝34.64N·M
切削功率：Pm＝2π·M·n·10-3
＝2π×34.64×6.67×10-3
＝1.45Kw
（3）定位誤差分析 ：
?20與頂尖孔中心線的位置度公差為0.15mm。
3.夾具元件的設(shè)計(jì)
(1).鉆套的選擇
由<<機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)>>查得：
孔徑Φ20的鉆套：
d＝20mm H＝32mm D＝35mm，r=2mm，c=0.6mm
四 致謝
我本次設(shè)計(jì)的為Z5140立式鉆床的主軸箱及多軸鉆削頭，在設(shè)計(jì)的開(kāi)始覺(jué)得有些困難，感覺(jué)無(wú)從下手。通過(guò)老師的耐心指導(dǎo)和自己的學(xué)習(xí)，終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我明白設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題的過(guò)程，使設(shè)計(jì)更加完善，但同時(shí)也覺(jué)得這個(gè)設(shè)計(jì)還存在很多不足之處有待改進(jìn)，由于本人學(xué)識(shí)有限，不能使其在我手中設(shè)計(jì)的更好。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中是深刻地體會(huì)到自己所學(xué)實(shí)在有限，以后更應(yīng)該努力學(xué)習(xí)，為爭(zhēng)做一個(gè)合格的工程技術(shù)人員而不斷努力。
本次設(shè)計(jì)是在尊敬的顏競(jìng)成老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的。他以其淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、開(kāi)拓進(jìn)取精神和高度的責(zé)任心,給我的學(xué)習(xí)、工作、生活以很大的影響,使我受益終生。值此論文完成之際,謹(jǐn)向?qū)煴硎局孕牡母兄x,并致以崇高的敬意!
五 參 考 資 料
1.機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 教材
2.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社
3. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二卷 機(jī)械工業(yè)出版社
4. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷 機(jī)械工業(yè)出版社
5. 機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo) 機(jī)械工業(yè)出版社
6. 金屬切削機(jī)床 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社
7 組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出
8 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版
9 機(jī)械制圖 高等教育出版社
10 機(jī)械設(shè)計(jì) 高等教育出版社
11幾何量公差與檢測(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社
12 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 華中科技大學(xué)出版社
13 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社
14 金屬切削機(jī)床夾具圖冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版
15 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè) 上海科學(xué)技術(shù)出版社
22
課題研究背景
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)所需求的多品種、多功能、高精度、高品質(zhì)、高度自動(dòng)化的技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)和制造，促進(jìn)了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，隨著社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高，對(duì)精密和超精密加工的需求也日益增多，精密加工廣泛的應(yīng)用于制造生產(chǎn)中，對(duì)機(jī)床精度的要求也進(jìn)一步提高。銑鉆工藝是加工孔類工藝的基礎(chǔ)部分，只要銑鉆工藝的加工精度提高了，在后面的加工工藝過(guò)程就會(huì)更加簡(jiǎn)潔，提高加工效率，節(jié)省時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，高效是各個(gè)生產(chǎn)商不斷追求的目標(biāo)，數(shù)控技術(shù)得到推崇。
當(dāng)今，銑鉆加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是向著采用超硬刀具，發(fā)展高速、高效、高精度銑鉆新工藝，裝備CNC數(shù)控銑鉆床的方向發(fā)展。
一 鉆床介紹
1概述
鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度相對(duì)較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴(kuò)、锪孔，鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。鉆床可分為下列類型：
(1)臺(tái)式鉆床：可安放在作業(yè)臺(tái)上，主軸垂直布置的小型鉆床。
(2)立式鉆床：主軸箱和工作臺(tái)安置在立柱上，主軸垂直布置的鉆床。
(3)搖臂鉆床：搖臂可繞立柱回轉(zhuǎn)、升降，通常主軸箱可在搖臂上作水平移動(dòng)的鉆床。它適用于大件和不同方位孔的加工。
(4)銑鉆床：工作臺(tái)可縱橫向移動(dòng)，鉆軸垂直布置，能進(jìn)行銑削的鉆床。
(5)深孔鉆床：使用特制深孔鉆頭，工件旋轉(zhuǎn)，鉆削深孔的鉆床。
(6)平端面中心孔鉆床：切削軸類端面和用中心鉆加工的中心孔鉆床。
(7)臥式鉆床：主軸水平布置，主軸箱可垂直移動(dòng)的鉆床。
2.檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
鉆床相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與其他金屬切削機(jī)床相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)大體相同，其專用標(biāo)準(zhǔn)有：GB6477.4-86《金屬切削機(jī)床術(shù)語(yǔ)鉆床》，GB2815-89、JB/T5763-91《鉆床聯(lián)接尺寸標(biāo)準(zhǔn)》，GB9461-88、JB/Z108-89《搖臂鉆床參數(shù)及系列型譜標(biāo)準(zhǔn)》，GB4017-97、JB/T6335-92《搖臂鉆床精度及技術(shù)條件》，JB/GQ1092-86、JB/GQ1087-86《滑座搖臂鉆床精度及技術(shù)條件》，JB4242.1～JB4242.3-86、JB/T6336-92《萬(wàn)向搖臂鉆床精度及技術(shù)條件》，GB2813-89、JB/Z13689《臺(tái)式鉆床參數(shù)及系列型譜》，JB5756-91《臺(tái)式鉆床主軸端部》，JB/T5764-91《臺(tái)式鉆床主軸技術(shù)條件》，JB5246-91《臺(tái)式鉆床精度》，JB/T3061-92《臺(tái)式鉆床技術(shù)條件》，GB2814-89、JB/Z125-89《立式鉆床參數(shù)及系列型譜》，GB4019-97、JB/T3769-93《方柱立式鉆床精度及技術(shù)條件》，GB4018-83、JB/T3768-93《圓柱立式鉆床及技術(shù)條件》，JB3756-84《輕型圓柱立式鉆床精度》，JB4148-85《十字工作臺(tái)立式鉆床精度》等，出口產(chǎn)品不得低于一等品。
3.檢驗(yàn)項(xiàng)目
除按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)外，其專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主要檢驗(yàn)項(xiàng)目有：
①底座工作臺(tái)面的平面度。
②工作臺(tái)面的平面度(搖臂鉆無(wú)此項(xiàng))。
③工作臺(tái)跳動(dòng)(搖臂鉆無(wú)此項(xiàng))。
④主軸錐孔軸線的徑向跳動(dòng)。
⑤主軸回轉(zhuǎn)軸線的徑向跳動(dòng)。
⑥主軸回轉(zhuǎn)軸線對(duì)底座工作面垂直度。
⑦主軸套筒垂直移動(dòng)對(duì)底座工作面垂直度。
⑧主軸在主軸軸向力作用下主軸軸線對(duì)工作臺(tái)面垂直度的變化。
此外，搖臂鉆床還應(yīng)檢驗(yàn)：
①搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)底座工作面平行度。
②夾緊立柱和主軸箱時(shí)主軸軸線的位移量。精度檢驗(yàn)時(shí)必須參照J(rèn)B2670-82《金屬切削機(jī)床精度檢驗(yàn)通則》進(jìn)行。
二. 精密設(shè)計(jì)的元素
在精密儀器和機(jī)床的很多部分，要經(jīng)過(guò)反復(fù)的祥和作用來(lái)達(dá)到最后的精度。由于誤差會(huì)產(chǎn)生幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的影響，每一個(gè)部分都會(huì)影響到整體的精度。盡管實(shí)行了這些影響因素的相互作用在整個(gè)系統(tǒng)活動(dòng)中有重要作用，但這里主要是分離的介紹這些因素。
整篇論文的術(shù)語(yǔ)：儀器和機(jī)器都用來(lái)表示一種儀器。度量衡學(xué)的術(shù)語(yǔ)根據(jù)“國(guó)際大眾度量衡學(xué)術(shù)語(yǔ)詞匯表”定義的。在精密設(shè)計(jì)中，相對(duì)于純粹的度量衡學(xué)、精密定位和機(jī)床刀具路徑，有關(guān)機(jī)器和儀器的更是關(guān)鍵信息。因此，下列給出的定義，是從上面提到的國(guó)際詞匯表的擴(kuò)大。
.加工精度：加工的實(shí)際數(shù)量等級(jí)的理想等級(jí)之間的差別，描述了質(zhì)量上的精度。
.加工誤差：與加工結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，描述可以合理的歸因于數(shù)量的等級(jí)的離中趨勢(shì)。
.精度：可以從只是裝置中讀出的指示度數(shù)的最小刻度。
.（加工結(jié)果的）重復(fù)性：在相同條件下成功加工相同量的結(jié)果間的差值。
.重現(xiàn)性：在不同條件下加工結(jié)果間的差別。
其他關(guān)于測(cè)量和制造機(jī)器的定義在[]和[]中分別給出，ISO準(zhǔn)則中給出了定量的描述。在布賴恩有關(guān)于“軸的旋度”的個(gè)別指導(dǎo)中描述了從20年代30年代末到現(xiàn)在的實(shí)際精密汽車轉(zhuǎn)向節(jié)和周的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ絒Bryan,1996]。
1.幾何圖
在最初的機(jī)器和儀器設(shè)計(jì)中，幾何圖是設(shè)計(jì)者對(duì)于及其所應(yīng)具有的結(jié)構(gòu)的意向。在最初階段，幾何圖通常包括一些基本形狀。例如，用圓柱體或管子表示軸，用梁或者封閉的盒子結(jié)構(gòu)標(biāo)志支撐物，用平面或柱狀表示導(dǎo)向部分。但是，在實(shí)際中，這些理想的形狀不能被復(fù)制，由于受機(jī)床精度限制，直線永遠(yuǎn)不可能完全直，而且元也不可能完全圓。這里，仔細(xì)選擇加工工序是應(yīng)特別注意提高零件的精度。在加工過(guò)程中，越多運(yùn)動(dòng)的軸將導(dǎo)致更多的錯(cuò)誤，盡管額外的軸的微小運(yùn)動(dòng)可能會(huì)對(duì)幾何誤差有一定的補(bǔ)償。
精度不僅僅受肉眼的形狀誤差影響，也受肉眼偏差影響，例如表面光潔度。在整體加工中，這是很多應(yīng)用中的必須因素。在接觸關(guān)系中，磨對(duì)于表面光潔度的影響是明顯的。夾住的部分間的聯(lián)系對(duì)表面光潔度的影響就不太明顯，但是當(dāng)剛度、阻尼、磁滯和熱傳導(dǎo)率和熱擴(kuò)散型等性質(zhì)相關(guān)時(shí)就是必需的了。幾何圖不僅在加工過(guò)程中修改，如果沒(méi)有足夠的隔離（例如隔振、隔熱），幾何圖就會(huì)受環(huán)境影響，例如，大部分材料的元件，在溫度變化影響下的膨脹和變形，對(duì)于未加封的的自然花崗巖，它結(jié)構(gòu)的形狀取決于水汽的進(jìn)入。其他一些影響幾何圖的因素有：振動(dòng)、電器和磁場(chǎng)。很多材料的使用壽命取決于空間的變化。
同樣介紹了非理想的形狀，因?yàn)閷?shí)際上機(jī)器時(shí)有很多零部件裝配而成的。這里，對(duì)形式和力的接近的解釋和單塊結(jié)構(gòu)和用螺釘或膠合的裝配結(jié)構(gòu)間的選擇的考慮是必要的。在裝配時(shí)，零部件可以用非常精確的特殊機(jī)床加工[]，盡管在接觸面的滯后作用可以會(huì)對(duì)整個(gè)在現(xiàn)性產(chǎn)生消極影響。在傳統(tǒng)形式中，對(duì)于閉環(huán)裝配部件要有窄的公差，否則會(huì)產(chǎn)生反接力，在錯(cuò)誤測(cè)量情況下，就會(huì)在裝配時(shí)引入搞得不明確的壓力。力的封閉結(jié)構(gòu)從另一方面解決了這個(gè)問(wèn)題，它采用靜態(tài)聯(lián)系方法，例如運(yùn)動(dòng)學(xué)的、半運(yùn)動(dòng)學(xué)的[]或者未運(yùn)動(dòng)學(xué)的[]設(shè)計(jì)聯(lián)系，因此，大大減小了幾何形狀誤差，甚至在力封閉結(jié)構(gòu)中，一些幾何誤差，例如：導(dǎo)向軸方形誤差和平面誤差將會(huì)影響整個(gè)精度。但是這些誤差都是可以減小的，而且有可能采用軟件補(bǔ)償來(lái)減少。
由于機(jī)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛度有限，所以幾何位置在有載荷的情況下就會(huì)發(fā)生變化。特別是黨在和產(chǎn)生的位置和尺寸的變化時(shí)，將嚴(yán)重的影響機(jī)器的工作。當(dāng)有了正確的模型，這些誤差都可以預(yù)測(cè)和彌補(bǔ)[]。
另一個(gè)關(guān)系到幾何圖的問(wèn)題是：工件的定位。對(duì)于加工和測(cè)量機(jī)床，工件的定位必須保證在夾具內(nèi)不產(chǎn)生變形。同時(shí)，工件必須牢固的固定在機(jī)床的框架或工作臺(tái)上，而且，特別提到的是：在加工時(shí)，工件的熱膨脹不能產(chǎn)生過(guò)大的壓力。關(guān)系到定位問(wèn)題的是：在高精密儀器重要是應(yīng)傳感器的襯墊物。這就是運(yùn)動(dòng)的和半運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。
2. 運(yùn)動(dòng)學(xué)
機(jī)床往往不是靜止的，用運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系來(lái)描述就是：不同的部分有不同的運(yùn)動(dòng)。這些結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述之描繪了理論發(fā)生什么，只基于理論長(zhǎng)度、理論位置和理論圓弧的。但是，在實(shí)際中，這些因素都是在一定精度下保證的，因此，在實(shí)際的形式、速度和加速度等細(xì)節(jié)方面與理想的形式有所不同。
在現(xiàn)代機(jī)床中，位置是由多個(gè)機(jī)械部分聯(lián)合產(chǎn)生的，例如，侍服控制系統(tǒng)中的促動(dòng)器和傳感器。促動(dòng)器的公路和速度、傳感器分析、控制方法和機(jī)械重現(xiàn)性等因素共同決定了規(guī)定方法的精度。在多于一根軸被控制的情況下，軸的同步性是影響精度的另一因素。例如，在銑圓弧外形時(shí)，要同時(shí)控制兩個(gè)正交軸。
3. 動(dòng)力學(xué)
事實(shí)上，機(jī)床不是靜止的，包含有多個(gè)加速部分，意味著在加工過(guò)程中動(dòng)力學(xué)效應(yīng)將起到重要的作用。一個(gè)將相對(duì)位置不確定的加速度影響減到最小的方法是選擇合適的輪廓，例如，在第二引出物中不包含突漲的曲率，例如，用傾斜的正弦來(lái)代替拋物線。防止振動(dòng)和錯(cuò)誤運(yùn)動(dòng)同樣可以有效的減少動(dòng)力位置誤差。零部件本身就可以按最小受力設(shè)計(jì)。若零部件是旋轉(zhuǎn)的，對(duì)稱結(jié)構(gòu)就有利于減少不平衡，同時(shí)全部的慣性的都可以減小，直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)保持質(zhì)量小，并且應(yīng)盡可能靠近軸驅(qū)動(dòng)。
另外一個(gè)決定機(jī)床對(duì)動(dòng)力影響的因素是剛度。一般為了減小受力、增大剛度，不僅跟材料的質(zhì)量和種類有關(guān)，而且和分布也有關(guān)系。通常動(dòng)力障礙有外部產(chǎn)生，例如地板和聲音的振動(dòng)。這些情況下，剛度、質(zhì)量比對(duì)于減小輸入相應(yīng)是必需的。是機(jī)床和障礙隔離可以直接減小輸入
4. 熱循環(huán)
熱循環(huán)的定義是：“在溫度變化時(shí)，一條經(jīng)過(guò)決定具體部件間相對(duì)位置的機(jī)械部件集合的路徑，原則上，熱循環(huán)應(yīng)盡量減小，以減小空間熱斜率的影響。機(jī)床熱循環(huán)中的熱膨脹又通過(guò)兩種方法：改變機(jī)床零件的有效長(zhǎng)度或選擇合適的熱膨脹系數(shù)。定位的點(diǎn)和軸，可通過(guò)建立熱中心來(lái)選擇，如圖3.5所示。盡管熱膨脹系數(shù)在0.5×10-6oC內(nèi)才可測(cè)得[Breyor,1991]，但熱膨脹的影響可通過(guò)測(cè)量不同溫度下零件的膨脹程度[Kunzmann,1988]和選擇合適的定位點(diǎn)建立相等的熱長(zhǎng)度來(lái)減小。
為了獲得在空氣調(diào)節(jié)裝置大廳中0.5/day和在隨氣候變化的小屋中0.1/day的熱穩(wěn)定性還是個(gè)問(wèn)題[Breyor,1991]。熱源被限于機(jī)床內(nèi)部或外部會(huì)導(dǎo)致機(jī)床溫度外形的變化。由于相同的機(jī)床元件有不同的熱時(shí)間，這可能會(huì)導(dǎo)致在熱循環(huán)中的不等熱膨脹（見(jiàn)5.5部分）。因此，Donaldson強(qiáng)烈推薦，并在它的關(guān)于機(jī)床刀具[Donaldson，1980]的出版物中作為一個(gè)原理。就是：在熱源處把熱量帶走。Wetzels曾利用一個(gè)整體熱源來(lái)檢驗(yàn)一個(gè)人機(jī)床穩(wěn)定性問(wèn)題。移開(kāi)熱源之后，利用一條規(guī)則可以減小熱趨勢(shì)。
5.結(jié)構(gòu)鏈
根據(jù)[ANSI,1992]，結(jié)構(gòu)鏈定義為：“機(jī)械零件的裝配，以保持指明的部件間的相對(duì)位置，一對(duì)典型的指明的部件是刀具和工件：結(jié)構(gòu)鏈包括主軸、軸承和軸套、導(dǎo)軌和機(jī)架、發(fā)動(dòng)機(jī)和刀具、夾具?！睆陌l(fā)動(dòng)機(jī)到響應(yīng)點(diǎn)的傳動(dòng)路徑中全部機(jī)械零件和連接處，例如，最尾受動(dòng)器（切削刀具或探針）或重力中心，必須具有高剛度以避免在改變載荷情況下的變形。機(jī)床或儀器的設(shè)計(jì)包括一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)鏈。
在一個(gè)認(rèn)為是好的結(jié)構(gòu)鏈設(shè)計(jì)中必須的是連續(xù)和平行路徑的分離。在連續(xù)路徑上，剛度不能突然變化。連續(xù)路徑的改進(jìn)方法是：通過(guò)把材料從最穩(wěn)定的部分轉(zhuǎn)移，從使最柔性的部分剛度增加。平行路徑的改進(jìn)方法則相反：改進(jìn)剛度最大的部分——為了系統(tǒng)質(zhì)量相等——到更柔性的平行路徑。
由于物理限制，一個(gè)封閉鏈系統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)不可避免的在離最尾受動(dòng)器一定距離處攝制。除了友好的結(jié)構(gòu)鏈設(shè)計(jì)外，測(cè)量系統(tǒng)和最尾受動(dòng)器間的路徑必須盡可能是剛度大，以減小偏差，例如，減小路徑長(zhǎng)度，叫做“測(cè)量歡”[Kunzmann,1996]。
7.動(dòng)力補(bǔ)償
通過(guò)把正確的機(jī)械設(shè)計(jì)和閉環(huán)控制結(jié)合起來(lái)，可實(shí)現(xiàn)增大運(yùn)動(dòng)速度、精度和運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性。典型的例子有：壓縮光盤(pán)播放器，高級(jí)CNC銑床和車床和快速零件裝配機(jī)床。隨著伺服定位控制裝置的發(fā)展，判斷傳動(dòng)裝置是如何傳遞力的，以抵消慣性引起的力，例如刀具或者測(cè)量力、摩擦力等。如“十一條原理”[McKeown,1986,1987,1997]中闡述的，動(dòng)力應(yīng)該安裝在直接驅(qū)動(dòng)軸的位置。如果不行，由軸引起的偏差——叫做動(dòng)力補(bǔ)償——包括機(jī)床導(dǎo)軌的動(dòng)差。如果發(fā)動(dòng)機(jī)和測(cè)量軸在旋轉(zhuǎn)中心的同一側(cè)，那么，導(dǎo)軌在它的可控性下合成旋轉(zhuǎn)的影響會(huì)減小。
8.靜態(tài)分析
機(jī)床和儀器的結(jié)構(gòu)鏈能被類似的靜態(tài)力所影響，例如，改變慢速移動(dòng)的機(jī)床部件的重量，輕微的改變切削力[Spaan,1995]和又鋼絲繩空氣管和真空管引起的力。加速度理由更高的頻率，將在下一段中討論。
由于機(jī)床元件的剛度有限，例如軸承、主軸、箱體、包括齒輪齒條和聯(lián)結(jié)，上述提到的力將會(huì)引起刀具和探針的位置誤差。第一種方法，用以簡(jiǎn)單線性彈性理論或Hertzian聯(lián)系理論為基礎(chǔ)的方法計(jì)算剛度可以輕易的估計(jì)偏差。如今，可利用高級(jí)軟件包如Unigraphics,I-DEAS,Algor,Pro-Engineer[FEM,1998]對(duì)復(fù)雜平面結(jié)構(gòu)、軸承、支承和單一材料和復(fù)合材料的3D實(shí)體進(jìn)行線性和非線性分析（見(jiàn)5.1部分）。該領(lǐng)域一種有趣的方法在[Reinhart,1997]中有報(bào)道，他描述了在設(shè)計(jì)階段早期進(jìn)行綜合FEM分析的3D-CAD,叫做：“實(shí)體樣板”。
9.動(dòng)態(tài)分析
由于機(jī)床結(jié)構(gòu)一般是由許多不同的零件裝配而成的，可以被視為質(zhì)量合理的復(fù)合體，所以整個(gè)結(jié)構(gòu)須根據(jù)這些元件間的相互作用而行動(dòng)。[Timoshenko,1974]。關(guān)于這個(gè)項(xiàng)目出版了很多好的書(shū)，如[RaO,1990].
由于大部分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都在質(zhì)量中心上做直線運(yùn)動(dòng)，慣性將會(huì)引起機(jī)床部件的旋轉(zhuǎn)，主要是由于齒輪系統(tǒng)和聯(lián)結(jié)的剛度有限。在高精機(jī)床中，例如3D-CMMs，即使是低的加速度也會(huì)給測(cè)量精度帶來(lái)很大的影響。
機(jī)床的動(dòng)力將會(huì)給系統(tǒng)工作帶來(lái)很大影響，位置精度和跟蹤精度會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中的機(jī)械階躍響應(yīng)而被大大減小。再加上到規(guī)和主軸慣性作用引起的輕微的加速度，振動(dòng)狀態(tài)取決于固有頻率和阻尼大?。ㄒ?jiàn)5.1.2節(jié)）。
為了預(yù)知內(nèi)部振動(dòng)引起的偏差，對(duì)機(jī)床動(dòng)力的建模分析是非常重要的，例如找出最低的固有頻率和在一定的頻率范圍內(nèi)機(jī)床結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模型（由伺服系統(tǒng)的帶寬限制）。重量輕的（動(dòng)）剛度設(shè)計(jì)對(duì)于決定機(jī)床元件最低自然頻率和靜剛度是非常重要的。
機(jī)床結(jié)構(gòu)中的傳動(dòng)裝置的相互作用力將會(huì)引起不能允許的偏差，特別是對(duì)高精度機(jī)床入晶片步進(jìn)器和非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱零件制造應(yīng)用的快速刀具伺服系統(tǒng)的SPDT機(jī)床。由于機(jī)架的質(zhì)量有限，和地面的聯(lián)結(jié)剛度有限，反作用力就會(huì)引起共振（見(jiàn)3.7部分）[Weck,1995b], [Weck,1997],[Renkens,1997],[Rankers,1997]。圖4.3簡(jiǎn)單說(shuō)明了上述因素的影響。
對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)如切削機(jī)床和晶片步進(jìn)器，對(duì)整個(gè)機(jī)床進(jìn)行建模和評(píng)估會(huì)使效率很低而耗時(shí)大。因此[Rankers,1997]建議將整個(gè)系統(tǒng)按基礎(chǔ)和元件成功的分割，分別對(duì)他們建模和分析。隨后將這些模型合成一個(gè)整體系統(tǒng)模型，用于整個(gè)機(jī)床的固有頻率和振動(dòng)模型的外形分析。
動(dòng)力模型，例如塊狀質(zhì)量模型，對(duì)于分析選中的想法的動(dòng)力行為是很有幫助的。這個(gè)模型包括由一系列機(jī)械條件所聯(lián)結(jié)起來(lái)的很多質(zhì)量，可以用一套差分方程表示。模型還原技術(shù)[Hoek,1992-1980],[Ewins,1984],[Rankers,1997]。為該目的，可應(yīng)用4.3節(jié)中的靜態(tài)模型確定固有頻率和質(zhì)量，質(zhì)量慣性和重心位置。應(yīng)用于SPOT機(jī)床中的陶瓷導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，在圖4.4中描述了模型形狀分析的結(jié)果。[Vermeulen,1996a]。