数控多工位钻床设计1gfhw

机械设计制造及自动化专业毕业设计（论文）第一章 数数控机床床概述1.1 数控控机床简简介1.1.1数控控机床的的产生及及其重要要性随着科学学技术的的飞跃发发展，社社会对产产品多样样化的要要求日益益强烈，产产品更新新越来越越快，多多品种、中中小批量量生产的的比重明明显增加加。同时时，随着着航空工工业、汽汽车工业业和轻工工消费品品生产的的高速增增长，复复杂形状状的零件件越来越越多，精精度要求求也越来来越高。此此外，激激烈的市市场竞争争要求产产品研制制生产周周期越来来越短，传传统的加加工设备备和制造造方法已已难于适适应这种种多样化化、柔性性化与复复杂形状状零件高高效和高高质量的的加工要要求。数字控制制机床，就就是为了了解决单单件、小小批量，特特别是复复杂型面面零件加加工的自自动化并并保证质质量要求求而生产产的。119477年，美美国Paarsoons公公司为了了精确制制造直升升机翼、桨桨叶和直直升机框框架，开开始探讨讨用三坐坐标曲线线数据来来控制机机床的运运动，并并进行实实验，加加工飞机机零件。119499年，为为了能在在短时间间内制造造出经常常变更设设计的零零件，美美国空军军（U。SS。AiirFoorcee）与PParssonss公司签签定了制制造第一一台数控控机床的的合同。119511年，美美国麻省省理工学学院MIIT（MMasssachhuseettss Innstiiutee off Teechnnoloogy）承承担了这这一项目目。19952年年，MIIT伺服服机构研研究所用用实验室室制造的的控制装装置和辛辛辛那提提（Ciinciinnaati Hyddrottel）公公司的立立式铣床床成功地地实现了了三轴联联动数控控运动，可可控制铣铣刀进行行连续空空间曲面面的加工工，揭开开了数控控加工技技术的序序幕。随随着不断断的改进进与完善善，19955年年，NCC（数控控）机床床开始用用于工业业加工。数控机床床是综合合应用了了微电子子、计算算机、自自动检测测以及精精密机械械等技术术的最新新成果而而发展起起来的完完全新型型的机床床，它标标志着机机床工业业进入了了一个新新的阶段段。从第第一台数数控机床床问世到到现在440多年年中，数数控技术术的发展展非常迅迅速，使使制造技技术发生生了根本本性的变变化，几几乎所有有品种的的机床都都实现了了数控化化。数控控机床的的应用领领域也从从航空工工业部门门逐步扩扩大到汽汽车、造造船、机机床、建建筑等民民用机械械制造行行业。此此外，数数控技术术也会在在绘图仪仪、坐标标测量仪仪、激光光加工与与线切割割机等机机械设备备中得到到广泛的的应用。努努力发展展数控加加工技术术，并向向更高层层次的自自动化、柔柔性化、敏敏捷化、网网络化和和数字化化制造方方向推进进，是当当前机械械制造业业发展的的方向。从20世世纪500年代末末期，我我国就开开始研究究数控技技术，开开发数控控产品。119588年，清清华大学学和北京京第一机机床厂合合作研制制了我国国第一台台数控铣铣床。经经过多年年的不断断努力，数数控产业业取得了了长足的的发展：国产数数控系统统基本上上掌握了了关键技技术，可可靠性已已有很大大提高；新开发发的国产产数控机机床产品品大部分分达到国国际200世纪880年代代中期水水平，部部分达到到国际220世纪纪90年年代水平平，为国国家重点点建设提提供了一一批高水水平数控控机床；技术上上也取得得很大突突破，如如高速主主轴制造造技术、快快速进给给、快速速换刀、柔柔性制造造等技术术，为国国产数控控机床的的下一步步发展奠奠定了基基础。虽虽然在数数控技术术领域中中，我国国和先进进的工业业国家之之间还存存在着不不小的差差距，但但这种差差距正在在迅速缩缩小。数控技术术是机械械加工现现代化的的重要基基础与关关键技术术。应用用数控加加工可大大大提高高生产效效率、稳稳定加工工质量、缩缩短加工工周期、增增加生产产柔性、实实现对各各种复杂杂精密零零件的自自动化加加工，易易于在工工厂或车车间实行行计算机机管理，还还使车间间设备总总数减少少，节省省人力、改改善劳动动条件，有有利于加加快产品品的开发发和更新新换代，提提高企业业对市场场的适应应能力并并提高企企业综合合经济效效益。数数控加工工技术的的应用，使使机械加加工的大大量前期期准备工工作与机机械加工工过程联联为一体体，使零零件的计计算机辅辅助设计计（CAAD）、计计算机辅辅助工艺艺规划（CCAPPP）和计计算机辅辅助制造造（CAAM）的的一体化化成为现现实，使使机械加加工的柔柔性化自自动化水水平不断断提高。数控加工工技术也也是发展展军事工工业的重重要战略略技术。美美国与西西方各国国在高档档数控机机床与技技工技术术方面，一一直通过过巴黎统统筹委员员会对我我国进行行封锁限限制，应应为许多多先进武武器装备备的制造造，如飞飞机、导导弹、坦坦克等的的关键零零件，都都离不开开高性能能数控机机床的加加工。如如著名的的“东芝事事件”，即是是由于前前苏联利利用从日日本获得得的大型型五坐标标数控铣铣床，用用其制造造出具有有复杂曲曲面的潜潜艇的噪噪声大为为降低，西西方的反反潜艇设设备顿时时失效，对对西方构构成了重重大威胁胁。我国国的航空空、能源源、交通通等行业业也从西西方引入入了一些些五坐标标机床等等高档数数控设备备，但其其使用受受到国外外的监控控和限制制，不准准用语军军事用途途的零件件加工。特特别是119999年美国国的考克克斯报告告，其中中一项主主要内容容就是指指责我国国将从美美国购买买的二手手数控机机床用于于军事工工业，这这一切均均说明数数控加工工技术在在国防现现代化方方面所起起的重要要作用。1.1.2 数控机机床应用用范围及及特点目前的数数控加工工主要应应用于以以下两方方面：一方面的的应用是是常规零零件加工工，如二二维车削削、箱体体类镗铣铣等。其其目的在在于：提提高加工工效率，避避免认为为误差，保保证产品品质量；以柔性性加工方方式取代代高成本本的工装装设备，缩缩短产品品制造周周期，适适应市场场需求。这这类零件件：一般般形状较较简单，实实现上述述目的的的关键一一方面在在于提高高机床的的柔性自自动化程程度、高高速精加加工能力力、加工工过程的的可靠性性与设备备的操作作性能，另另一方面面在于合合理的生生产组织织、计划划调度和和工艺过过程安排排。另一方面面的应用用是复杂杂形状零零件加工工，如模模具型腔腔、涡轮轮叶片等等。该类类零件在在众多的的制造行行业中具具有重要要的地位位，其加加工质量量直接影影响以至至决定着着整机床床品的质质量。这这类零件件型面复复杂，常常规加工工方法难难以实现现，它不不仅促使使了数控控加工技技术的产产生，而而且也一一直是数数控加工工技术的的主要研研究及应应用对象象。由于于零件型型面复杂杂，在加加工技术术方面，除除要求数数控机床床具有较较强的运运动控制制能力（如如多轴联联动）外外，更重重要的是是如何有有效地获获得高效效优质的的数控加加工程序序，并从从加工过过程整体体上提高高生产效效率。数控机床床在机械械制造领领域中得得到日益益广泛的的应用，是是因为它它具有如如下特点点：高柔柔性、生生产效率率高、加加工精度度高、加加工质量量稳定可可靠、自自动化程程度高、能能完成复复杂型面面的加工工、有利利于生产产管理的的现代化化。1.2. 数控控机床的的工作原原理与组组成1.2.1 数控机机床的工工作原理理数控机床床是数字字信息进进行控制制的机床床。即凡凡是用代代码化和和数字信信息将刀刀具移动动轨迹信信息记录录在程序序介质上上，然后后送入数数控系统统，经过过译码和和运算，控控制机床床刀具与与工件的的相对运运动，加加工出所所需工件件的一类类机床即即为数控控机床。数数控加工工基本过过程见图图1所示示： 图图1、 计算机机数字控控制（CCNC）系系统框图图数控机床床加工零零件时，首首先编制制零件的的数控程程序，这这是数控控机床的的工作指指令。将将数控程程序输入入到数控控装置，再再由数控控装置机机床主运运动的变变速、启启停，进进给运动动的方向向、速度度和位移移大小，以以及其他他诸如刀刀具选择择交换，工工件夹紧紧、松开开和冷却却、润滑滑的启、停停等动作作，使刀刀具与其其他辅助助装置严严格地按按照数控控程序规规定的顺顺序、路路程和参参数进行行工作，从从而加工工出形状状、尺寸寸与精度度等符合合要求的的零件。1.2.2 数控机机床的组组成数控机床床的种类类繁多，但但从组成成一台完完整的数数控机床床来讲，它它由信息息输入装装置、数数控装置置、伺服服系统、机机床本体体以及复复杂装置置组成。1.3. 数控控技术的的发展现现状与趋趋势近十几年年来，数数控机床床借助于于微电子子、计算算机技术术的飞速速进步着着高精度度、多功功能、高高速化、高高效率、，正正向复合合加工功功能、智智能化等等方向迈迈进，明明显地反反映出时时代的特特征，其其主要表表现为以以下几方方面。1.3.1 精度化化当代工业业产品对对精度提提出了越越来越高高的要求求，像仪仪表、钟钟表、家家用电器器等都有有相当高高精度的的零件，典典型的高高精度零零件如陀陀螺框架架、伺服服阀体、涡涡轮叶片片、非球球面透镜镜、光盘盘、磁头头、反射射鼓等，这这些零件件的尺寸寸精度要要求均在在微米、亚亚微米级级。因此此，加工工这些零零件的机机床也必必须受到到需求的的牵引而而向高精精度发展展。1.3.2 高速度度化提高生产产率是机机床技术术发展追追求的基基本目标标之一，而而实现这这个目标标的最主主要、最最直接的的方法就就是提高高切学速速度和减减少辅助助时间。随随着刀具具、电机机、轴承承、数控控系统等等相关技技术的突突破及机机床本身身基础技技术的进进步，使使各种运运动速度度大为提提高。1.3.3 高柔性性化柔性是指指机床适适应加工工对象变变化的能能力，当当代产品品的多样样化和个个性化，对对机床提提供了更更高的柔柔性加工工要求。数数控机床床在提高高单机柔柔性化的的同时，朝朝着单元元柔性化化和系统统柔性化化方向发发展。不不仅中、小小批量的的生产方方式在努努力提高高柔性化化能力，就就是在大大批量生生产方式式中，也也积极向向柔性化化方向转转向。如如出现了了可编程程控制器器（PLLC）控控制的可可调组合合机床、数数控多轴轴加工中中心、换换刀换箱箱式加工工中心、数数控三坐坐标动力力单元等等具有柔柔性的高高效率加加工设备备，柔性性加工单单元（FFMC），柔柔性制造造系统（FFMS）以以及介于于传统自自动线与与FMSS之间的的柔性制制造线（FFTL）。1.3.4 高自动动化 高高自动化化是指在在全部加加工过程程中尽量量减少“人”的介入入而自动动完成规规定的任任务，它它包括物物料流和和信息流流的自动动化。自自20世世纪800年代中中期以来来，以数数控机床床为主体体的加工工自动化化已从“点”的自动动化（单单台数控控机床）发发展到“线”的自动动化（柔柔性制造造车间），结结合信息息管理系系统的自自动化，逐逐步形成成整个工工厂“体”的自动动化，并并出现了了FA（自自动化工工厂）和和CIMM（计算算机集成成制造）工工厂的雏雏形实体体。尽管管由于这这种高自自动化的的技术还还不够完完备。投投资过大大，回收收期较长长，而提提出“有人介介入”的自动动化观点点，但数数控机床床的高自自动化并并向FMMC，FFMS集集成方向向发展的的总趋势势仍然是是机械制制造业发发展的主主流。数数控机床床的自动动化除进进一步提提高其自自动编程程、上下下料、加加工等自自动化程程度外，还还在自动动检索、监监控、诊诊断、自自动对刀刀、自动动传输等等方向进进一步发发展。1.3.5 复合化化复合化包包含了工工序复合合化和功功能复合合化。在在一台数数控设备备上能完完成多工工序切削削加工（如如车、铣铣、镗、钻钻等）的的加工中中心，打打破了传传统的工工序界限限和分开开加工的的规程。一一台具有有自动换换刀装置置、自动动交换工工作台和和自动转转换立卧卧主轴头头的镗铣铣加工中中心，不不仅一次次装夹便便可以完完成镗、铣铣、钻、铰铰、攻丝丝和检验验等工序序，而且且还可以以完成箱箱体件五五个面粗粗、精加加工的全全部工序序。此外外，还出出现了与与车削或或磨削复复合的加加工中心心。1.3.6 智能化化数控技术术的一个个重要发发展趋势势是加工工过程的的智能化化。带有有自适应应控制功功能的控控制系统统，可以以在加工工过程中中根据切切削力和和切削温温度等加加工参数数，自动动优化加加工过程程，从而而达到提提高生产产率，增增加刀具具寿命并并改善加加工表面面质量等等目的。刀刀具破损损监控和和刀具智智能管理理功能可可以智能能的管理理刀具，使使得刀具具保持最最佳工作作状态。以以工艺参参数数据据库为支支撑的、具具有人工工智能的的专家系系统被用用于指导导加工。1.3.7 网络化化为适应制制造业的的网络化化和全球球化发展展趋势，数数控系统统的网络络化功能能也日趋趋重要。在在企业内内部，具具有网络络功能的的数控系系统可以以充分实实现企业业内部的的资源和和信息共共享，适适应未来来车间的的面向任任务的定定单的生生产发展展模式，使使得底蹭蹭生产控控制系统统的集成成更加简简便有效效。在生生产企业业之间，数数控系统统的网络络化功能能可以更更好地适适应敏捷捷制造（AAM）等等先进制制造模式式。同时时，系统统制造商商也可以以通过系系统的网网络功能能进行远远程诊断断服务。1.3.8 高可靠靠性数控机床床的可靠靠性是数数控机床床产品质质量的一一项关键键性指标标，数控控机床能能否发挥挥其高性性能、高高精度、高高效率，并并获得良良好的效效益，关关键取决决于可靠靠性。衡衡量可靠靠性的重重要的量量化指标标是平均均无故障障工作时时间（MMTBFF），数数控系统统的MTTBF已已由200世纪880年代代的1000000h以上上，提高高到900年代的的300000hh以上，而而数控整整机的MMTBFF也从220世纪纪80年年代的11002000h，提提高到现现在的55008000h。除上述发发展趋势势外，近近年来还还出现了了全新结结构的数数控机床床，最早早在美国国IMTTS94机机床博览览会上，出出现了被被称为“六条腿腿”的机床床。这种种新型结结构机床床的六条条腿能自自由伸缩缩，没有有导轨和和拖板，也也称为虚虚轴机床床（Viirtuual Axiis MMachhinee）。其其精度相相当于测测量机，比比传统机机械加工工中心高高2110倍；刚度为为传统机机械加工工的5倍倍；对零零件轮廓廓的加工工效率是是传统加加工中心心的510倍倍。这种种机床结结构设想想是德国国STEEWARRT19962年年提出的的，称之之为数学学造型机机床，今今天借助助计算机机技术的的进步得得以实现现。1.4. 我国国数控产产业现状状及发展展20世纪纪80年年代以来来，国家家对数控控机床的的发展十十分重视视，经历历了“六五”、“七五”期间的的消化吸吸收引进进技术，“八五”期间科技攻关开发自主版权数控机床的产业化奠定了良好基础，并取得了长足的进步。“九五”期间数控机床发展已进入实现产业化阶段，产业化规模有了较大幅度的提高，形成了十几个普及型数控机床的产业化基地和开发中心，数控机床的年销量从“八五”末期底000多台发展到2000年的14万多台，机床的产值数控化率从“八五”的12%增长到2000年的近30%，一些重点企业已达到70%以上，使高档数控机床的进口幅度减少，突破了西方在关键设备方面对我国的进口限制，国产数控机床“八五”期间的市场占有率只有23%，到2000年已达到50%。数控机床新开发品种300个，已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到国际20世纪80年代中期水平，部分达到90年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。在技术上也取得了突破，如高速主轴制造技术（12000r/min1800r/min）、快速进给（60m/min）、快速换刀（1.5s）、柔性制造、快速成形制造技术等为下一步国产数控机床的发展奠定了基础。当前，我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过度的关键时期，也是由封闭型数控系统向开放型系统过渡的时期。从生产规模上看，已有像航天数控集团、华中数控系统有限公司、北京机床研究所等可实现批量生产的产业化基地。我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术上（包括核心技术），已达到国外先进水平，以开发出具有自主知识产权的基于PC机的开放式智能化数控系统。数控机床床的可靠靠性指标标有大幅幅度提高高。我国国数控机机床的可可靠性指指标（MMTBFF）一直直是其市市场信誉誉及市场场竞争力力的主要要问题。“九五”时期，我国加工中心的MTBF已达到400h，数控车床从平均200h提高到平均450h；数控系统从5000h提高到10000h以上，最高达到20000h。曾长期捆捆扰我国国，并受受到西方方国家封封锁的多多坐标联联动数控控系统和和数控技技术已渐渐成熟，并并进入生生产应用用阶段。“九五”期间，我国生产的五轴联动及五面加工机床已有多个品种，并在军工、航天、船舶等领域里应用，有效地打破了国外对我国进口此类设备的限制。1.5. 本文文所做的的工作1.5.1完成成数控多多工位钻钻床的资资料收集集与国、内内外现状状的调查查比较，提提出较为为可行的的方案;1.5.2 完完成机床床的机械械结构设设计计算算与电气气控制系系统设计计，初步步完成控控制系统统的软硬硬件设计计；提交交论文及及机械系系统的装装配与关关键零部部件的相相应图纸纸及数控控系统的的硬件图图，同时时提交电电子文档档;1.5.3 编编写设计计计算说说明书。第二章机机械结构构选择经过毕业业设计给给出的题题目要求求和数据据:要设设计加工工工件的的最大直直径为10mmm，且且其工作作行程为为3000300070的的数孔多多工位钻钻床。根根据这一一特点表表明要设设计的机机床是一一台中小小型的数数控钻床床，而且且是用于于一般的的机加工工中。所所以设计计这样的的机床考考虑其经经济性、合合理性应应该是最最为重要要的和成成为设计计的主导导思想！查相关数数控机床床资料和和数控机机床的市市场调查查，选择择确定合合理的机机床结构构很重要要。传统统的数控控机床结结构包括括立式、卧卧式两大大类。立立式机床床的主轴轴定位多多数是相相同的，它它的优点点在于：机床小小巧、占占地空间间小、经经济实惠惠。适合合于工作作单一加加工工件件较小及及加工尺尺寸小的的场合。而而卧式数数控机床床的主轴轴结构及及主轴箱箱布局可可为单面面悬挂主主轴箱和和主轴箱箱位于立立柱对面面内。后后者的优优点在于于：主轴轴箱的自自重不会会使立柱柱产生弯弯曲变形形，相同同的切削削力所引引起的立立柱的弯弯曲和扭扭转变形形均大为为减小。这这样就相相当于提提高了机机床的刚刚度。故故要是采采用对数数控机床床结构设设计成为为卧式结结构的话话就应该该选用主主轴箱位位于立柱柱内的布布局形式式。然而而一般的的卧式数数控机床床的加工工尺寸都都很大，对对于我们们要设计计的机床床加工零零件的尺尺寸是很很小的：仅为最最大加工工为10mmm的孔孔。从经经济的角角度上来来说：我我们设计计的机床床采用立立式的结结构更为为节省空空间，节节省材料料。同时时机床看看上去更更为小巧巧，然而而完全可可以达到到要求加加工范围围的要求求。包括括此类机机床的其其它特点点都很满满足我们们要设计计机床的的要求。所以，我我们通过过对数控控机床结结构的了了解和认认识我们们认为：对于我我们即将将设计的的机床，采采用立式式的结构构是完全全可行的的。方案案的确定定结果是是：数控控多工位位立式钻钻床。第三章 机机械传动动部件设设计由于电机机工作时时，其负负载阻力力有切削削力、摩摩察阻力力、惯性性力，只只有克服服这些阻阻力，才才能正常常启动及及运行。因因此要对对进给系系统进行行必要的的设计及及计算。3.1. 切切削力的的计算3.1.1、 要求求加工的的最大孔孔为d0=10mmm,刀具为为高速钢钢麻花钻钻（以磨磨损）。工工件材料料为455井钢（b=0.6388GPaa）；灰灰铸铁1190HHBS。加加工精度度为：IIT8IT110级以以下孔初初加工。3.1.2、 确定定切削力力和扭矩矩：3.1.2.11、 计算：（1）、当当工件材材料为 45井钢时，根根据以知知条件查查机械械加工工工艺手册册表22.4-38高高速钢钻钻头钻孔孔时的进进给量知知：100mm钻头头初加工工的进给给量为00.2220.228。由由表2.4-441高速速钢钻头头切削时时切削速速度、扭扭矩及轴轴向力可可选取进进给量的的两极限限值f=0.008mmm/r0.330mmm/r,对应的的它们的的切削速速度为VV=0.99mm/s0.443m/s,则则由得钻头或工工件的转转速由金属属切削刀刀具计计算钻头头轴向力力F和扭扭矩T的的经验公公式及表表3-11麻花钻钻轴向力力和扭矩矩表达式式中的系系数、指指数及修修正系数数可知： （1） （22） （33）其中对于于钢b=0.6388GPaa CCF=611.2 XF=1.0 YF=0.7 CM=00.03311 XM=2.0 YM=0.8 KF=KFmmKFw KM=KMmmKMw对于已磨磨损钻头头KMww=1 KFFw=11工件材料料KMmm=KFmm=0.989938则最小进进给量ff=0.08mmm/rrF1=99.81161.2100.0080.70.99893381=110133.799NT1=99.8110.0031111020.0080.80.99893381=44.0NNmPM1=23.1144.0031.5310-33=0.79KKw最大进给给量f=0.330mmm/rF2=99.81161.2100.3300.70.99893381=225577.222NT2=99.8110.0031111020.3300.80.99893381=11.52NNmPM2=23.11411.5213.6910-33=0.99KKw（2） 当工工件材料料为 灰灰铸铁HHB1990时，根根据以知知条件查查机械械加工工工艺手册册表22.4-41高高速钢钻钻头钻孔孔时的进进给量知知：100mm钻头头初加工工的进给给量为00.2220.228。由由表2.4-441高速速钢钻头头切削时时切削速速度、扭扭矩及轴轴向力可可迭取进进给量的的两极限限值f=0.122mm/rr0.700mm/rr，对应应的它们们的切削削速度为为V=0.79m/ss0.33m/ss,则由由得钻头或或工件的的转速由金属属切削刀刀具计计算钻头头轴向力力F和扭扭矩T的的经验公公式及表表3-11麻花钻钻轴向力力和扭矩矩表达式式中的系系数、指指数及修修正系数数可知： （1） （22） （33）其中对于于灰铸铁铁 CCF=422.7 XXF=1.0 YF=0.88 CCM=0.0211 XXM=2.0 YMM=0.8 KKF=KFmmKFw KKM=KMmmKMw对于已磨磨损钻头头KMww=1 KFww=1工件材料料KMmm=KFmm=（HHB/1990）00.6=1则最小进进给量ff=0.12mmm/rrF3=99.81142.7100.1120.811=7768.14NNT3=99.8110.00211020.1120.811=33.788NmPM3=23.1143.77825.1610-33=0.5977Kw最大进给给量f=0.770mmm/rF4=99.81142.7100.7700.811=331499.022NT4=99.8110.00211020.7700.811=115.449NmmPM4=23.11410.5115.4910-33=1.02KKw由此可得得钻头的的最大转转矩Tmmax=15.49NNm最大转矩矩Fmaax=331499.022N 最大切切削功率率PMmmax=11.022Kw则钻头主主轴所需需要的功功率为：P1= PPMmaxx/总其中总总=花键轴轴轴承深沟球轴轴承=0.99 （取取3个）角接触推推力轴承承=0.98 （取22个）花键轴=0.970.998 由金属属切削机机床查查得：总=花键轴轴轴承=00.9770.99930.9982=0.9044则P1=1.002/00.9004=11.033Kw对于主轴轴电机的的选择，查查机械械产品目目录，对对于中小小功率的的电机，一一般额定定转矩只只有2.1-44，而主主轴所需需要的最最大扭矩矩为155.499Nm，故故必须采采用齿轮轮组进行行减速以以提供大大的转矩矩达到符符合相应应电机的的额定转转矩。在数控机机床多工工位钻床床的设计计过程中中，要求求数控机机床能够够进行多多级变速速。在这这种情况况下，我我们正好好可以采采用一个个变速器器来解决决。无级级变速器器就是能能使主轴轴达到相相应转矩矩和使主主轴传递递的转矩矩符合要要求。同时，根根据主轴轴特点设设计钻床床主轴的的特点是是主轴在在轴向方方向上有有移动，就就是说上上端的花花键轴外外面必须须套有内内花键的的齿轮或或其它才才能将电电动机的的运动传传递给主主轴，使使主轴转转动。在在本次设设计中我我们就选选用花键键的齿轮轮作为传传动件，把把电机的的转动传传给主轴轴，则从从主轴来来的传动动方式为为：主轴（花花键轴）内花键齿轮啮合齿轮（一组或多组）联轴器无级变速器主轴电动机3.2. 主主轴齿轮轮传动方方案确定定：3.21、 设定定齿轮传传动方案案3.2111、 如图22所示：轴为机机床主轴轴，设计计为齿轮轮花键轴轴。由前前面知齿齿轮花键键轴的功功率为PP1图2、 主轴传传动示意意图即轴 PP= PP1=1.13KKw轴P= PP/齿轮=11.133/0.97=1.116Kww （取取齿轮=00.977，精度度等级为为8级）则主轴电电机输出出功率PP2P2= P/联轴器器=1.16/0.999=11.188Kw根据机机械产品品目录选选择电机机可用YYCP8802-2，11.1KKw额定定功率和和YCPP90SS-2，11.5KKw额定定功率最最为接近近功率要要求。而而前者略略小于最最大输出出功率，而而加一个个无级变变速器相相对于电电机来说说其传递递功率也也不会消消耗太多多，粗略略估算则则选用后后者YCCP900S-22，额定定功率为为1.55Kw，额额定电压压为3880V，额额定电流流为3.4A，转转速为228400r/mmin，最最大额定定转矩为为2.33Nm。选择了电电动机就就可根据据所选择择电动机机确定相相应的无无级变速速器。根根据电动动机功率率和转矩矩及主轴轴所必须须达到的的最小转转矩，可可确定变变速器，查查机械械设计手手册第第四卷可可选择的的无级变变速器为为：HZZXD115000L。根据无级级变速器器的相关关数据和和主轴所所需要的的相关数数据，无无级变速速器提供供的转矩矩已经可可以达到到主轴要要求的转转矩，同同时转速速也能达达到要求求。故在在接下来来设计的的齿轮组组中，主主要达到到的目的的为将电电动机的的转动传传递给主主轴使主主轴完成成转动，并并不影响响轴向的的进给运运动。对于齿轮轮组的设设计就是是要完成成传动。为为了设计计需要，可可以仅设设计一组组齿轮即即可。又又因为转转矩完全全达到要要求，转转矩要求求的差又又不是太太大，从从对主轴轴箱结构构设计入入手（对对主轴箱箱的总体体布局和和结构合合理、比比例合适适），可可将这对对齿轮设设计成一一组惰轮轮，即不不改变变变速器传传递出来来的转矩矩和转速速，仅将将转动传传给主轴轴，达到到了设计计要求和和目的。3.22、 设计计齿轮在齿轮设设计中，取取转矩最最大时设设计用到到最大转转矩155.499,切削削速度nnI=6331r/minn。首先小齿齿轮（主主动齿轮轮）用440Crr，调质质处理，硬硬度2441HBB2866HB，平平均取为为2600HB，大大齿轮（从从动齿轮轮）用445钢，调调质处理理，硬度度2299HB2866HB，平平均取为为2400HB。计计算如下下：关于主轴轴传动中中的第一一组齿轮轮齿面接接触疲劳劳强度计计算（1）初初步计算算：转矩:TTII= 5.449Nmm=54490NNmm齿宽系数数:d 由表表12.13（该该节中所所指的表表均指机机械设计计一书书中的表表） 取取d1.0接触疲劳劳极限：Hliim 由图112.117c可可取 Hliim1=7100MPaa Hliim2=5800MPaa初步计算算的许用用接触硬硬力:H11=00.9Hliim1=00.97100=6339MPPaAd值由由表122.166，取AAd885初步计算算的小齿齿轮直径径：d1=29.14(其中uu=I=1, T=54990Nmmm)取d190mmm初取齿宽宽：b=bd1=190=90mmm（2）校校核计算算：圆周速度度: 精度等等级：由由表122.6选选8级精精度 齿数数Z和模模数m:取齿数数Z1=600,Z22=iZZ1=160=60模数由表表12.3取m=1.55 则 Z2=iZ1=60使用系数数KA:由表表12.9取KKA1.5 动载系系数KV:由表表12.9取KKV1.1 齿间载载荷分配配系数KKH:由表表12.10先先求： 端面重重合度： （式112.66）重合度系系数:ZZ=0.74 (式122.100) 由此得得： 齿间载载荷分布布系数KKH: 由表112.111（非非对称支支撑）载荷系数数：K=KAKVKHKH=1.51.111.8811.228=33.822弹性系数数ZE由表112.112取ZZE1889.88 节点区区域系数数ZH:由图图12.16可可取ZHH2.5 接触最最小安全全系数SSHmiin:由由表122.144取SHHminn1.05 总工作作时间：th=1003000820%=48800hh 应力循循环次数数NL:由表表12.15估估计：1107NL1009则指数：m=88.788 NLL1=NNV1=660ithi(TTi/Tmaax) =6601631148000(18.7780.22+0.58.780.55+0.28.78 0.33) =33.655107 原估计计应力循循环次数数正确。接触寿命命系数ZZN:由图图12.18可可取ZN1=1.113 ZZN2=11.188许用接触触应力H：验算：H=ZEZHZ 5003.44MPaa计算结果果表明,接触疲疲劳强度度较为适适合，齿齿轮齿寸寸无需调调整。（3）确确定传动动主要尺尺寸：实际分度度圆直径径d,因因模数取取标准值值时，齿齿数并未未调整，故故分度圆圆直径不不会改变变，即：d1=mmZ1=90mmm dd2=mZZ2=90mmm 中中心距 齿齿宽b=bd1=90mmm（4）齿齿根弯曲曲疲劳强强度验算算：重合度系系数Y：齿间载荷荷分配系系数KFF: 由表表12.10 齿向载荷荷分布系系数KFF:由表122.144 KF=1.25载荷系数数K:KK=KAA KVKFKF=1.51.111.4491.225=33.077齿形系数数YF: 由由图122.211 YFF1=22.8 YF22=2.29应力修正正系数YYSa: 由图112.222Yssa1=1.554 Yssa2=1.774弯曲疲劳劳极限Fliim:由由图122.233CFliim1=60MMPa Fliim2=4550Mppa弯曲最小小安全系系数SFFminn:由表表12.14 SFmmin1.225应力循环环次数NNL:由表表12.15，估估计3106NLTTmaxx=15.49NNm则花键轴轴能够达达到所需需传递的的转矩。对于花键键轴传递递转矩转转动中产产生的摩摩擦力为为F花：取=0.1F花=f=5533880.11=5333.88N而 则轴所所受轴向向力：F合= F花+ FFmaxx =1554.55+31149.02=33004N则轴向方方向齿条条受力FF合K=11.1F合=36335N（KK=1.1）3.3.2.33、 轴向进进给设计计：在主轴外外设计一一套筒：设长为为80mmm的齿齿条由齿齿轮带动动。先设设计用一一级减速速接步进进电机使使主轴进进给。如如图4所所示：图4、主主轴进给给图示由机电电一体化化课程设设计指导导书：I=t0/36600其中步距角角（deeg） 脉冲当当量（钻钻床取00.022mm） t0齿齿距（tt0=m）根据机机电一体体化课程程设计指指导书选选步进电电机 取取=0.11 m=1.225 取=00.755时取I=33.2（=0.1时）可取：Z1=220 Z2=64 mm=1.25 b=220mmm=2000df1=mZ11=25mmm df22=mZZ2=80mmm de11=288de2=883齿轮设计计成直齿齿圆柱齿齿轮，齿齿轮材料料为455钢，则则大小齿齿轮转动动惯量分分别为：根据机机电一体体化课程程设计指指导书表表1，预预选步进进电机为为2000BF0001，查查得电机机转子轴轴的转动动惯量为为：折算到电电动机轴轴上的转转动惯量量：等效负载载转矩TTm的计计算：取取V=22m/mmin TTm=（FF轴+F摩）V主轴轴进给/2nm3.3.2.44、 起动惯惯量矩的的计算：以最不利利条件下下的快速速起动计计算，设设起动加加速度或或制动减减速度的的时间t=00.3ss，由于于步进电电机的角角速度则： T惯=则J=Tm+T惯=1.04+5.0038=6.008Nmm3.3.2.55、 步进电电机的匹匹配选择择：如考虑机机械传动动系统的的效率为为n，安安全数值值为K，则则此时负负载总转转矩为： 由预预选的步步进电机机型号2200BBF0001，五五相十步步，步距距角0.1%SStepp，其最最大静转转矩Tyymaxx=144.7NNm，为为保证正正常的起起动和停停止，步步进电机机的起动动转矩TTg必须须大于或或等于TT，由表表可知TTg/TTymaax的比比值，取取Tg/Tymmax=0.9951，则Tg=14.70.9951=13.98NNm113.003Nmm故选择合合适。3.4. 纵纵向进给给运动的的分析及及计算3.4.1、 纵向向进给负负载分析析及计算算3.4.1.11、 摩擦阻阻力：摩擦阻力力应等于于正压力力乘以摩摩擦系数数。正压压力应包包括轴向向力F=11775N及及工作台台加纵向向轨道之之重力，设设工作台台重量为为4000Kg，纵纵向轨道道重量为为4000Kg.=（4400+4000）10117750.11=9117.55N 3.4.1.22、 等效转转动惯量量计算:根据要求求粗选：=0.75 too=5=0.0055可取 =225 , =52 mm=1.5 b=25mmm=220odf1=mZ11=1.525=37.5mmm dff2=mmZ2=1.552=78mmmde140.5mmm de22=81mmm将齿轮看看作近似似的圆柱柱体，材材料为钢钢，则大大、小齿齿轮的转转动惯量量分别为为:J=7.8d4 b10-44 (kkgm22)JZ1=7.883.77542.5510-44=3.8610-55Kgmm2 JZ22=7.88.11042.5510-44=8.4010-44Kgmm2滚珠丝杆杆直径选选择为dd0=25mmm, L=7700mmm,材材料钢，则则丝杆的的转动惯惯量可近近似的算算出为：JS=77.82.5547010-44=2.1310-44Kgmm2由机电电一体化化课程设设计指示示书表表1，预预选步进进电机为为1100BF0004，查查得电机机转子轴轴的转动动惯量为为 Jm=33.43310-44Kgmm2折算到电电机轴上上的总转转动惯量量为：3.4.1.33、 丝杠摩摩擦阻力力矩的计计算：由于用的的是滚珠珠丝杠，摩摩擦阻力力矩很小小，可以以忽略不不计。3.4.1.44、 等效负负载转矩矩的计算算：Tm=(F纵+F摩) VV工作/22nm由3.4.1.55、 起动惯惯性阻力力矩的计计算：以最不利利条件下下的快速速起动计计算，设设起动加加速式制制动减速速的时间间t=00.5ss(一般般在0.111s之间间)，由由于步进进电机的的角速度度角加速速度T惯JJm=6.2610-441744.444=0.11NNm3.4.1.66、 步进电电机输出出轴总的的负载转转矩的计计算：J=TTm +TT惯=0.35+0.111=00.466Nm4.2、 纵向向进给步步进电机机加工匹匹配选择择考虑机械械传动系系统的效效率为,安安全系数数为K,则比时时的负载载总，转转矩应考考虑为由预选的的步进电电机型号号为1110BFF0044，三相相六拍，步步距角00.755%sttep.其最大大转矩TTymaax=44.9NNm为保保证正常常的起动动与停止止，步进进电机的的起动转转矩Tgg必须大大于或等等于T,由由表查出出Tg/T=00.8666Tg=4.990.8866=4.224Nmm0.99NNm 故故选择合合适。确定选用用1100BF0004步步进电机机。3.4.3、 纵向向进给滚滚珠丝杠杠的校核核初选丝杠杠型号为为CMDD25004-33，因此此必须进进行以下下几个项项目的校校核3.4.3.11、 承载能能力的校校核：fHHfWPmaxxCO 式式中L滚珠丝丝杠寿命命系数（）Pmaax=FF纵+F摩0+9177.59177.5NNfH=11fW=1.2 T=150000选丝杆CCMD2250443查表得丝丝杆额定定载荷为为O=8.2KNNQ满足要要求。3.4.3.22、 压杆稳稳定性验验算：取双推简支式式支承，由由FK=2E-钢的的弹性模模量2.1105（Mppa）I-丝杠杠小径的的截面惯惯性矩（）查手册可可知，所所用丝杠杠的最小小径为：d1 =211.9mmm取压杆稳稳定安全全系数KK=4丝杠长度度L=LLS=7000mm故满足要要求。3.4.3.33、 刚度验验算：丝杠的刚刚度是保保证第一一导程的的变动量量要在允允许范围围内丝杠最小小截面积积设T0=0.55I=2.26ccm4 M= Tmmaxii=4.92.008=110.220Nmm=10020NNcm“”号用于于拉伸，“一”号用于压缩，都取“”号，则:由于选择择要求滚滚珠丝杠杠精度等等级为CC级，L0=4m00.6881m所以满足足要求。3.4.4、 纵向向进给轴轴承的选选择推力球轴轴承：5513005向心球轴轴承：6620553.5. 横横向进给给运动的的分析及及计算3.5.1、 横向向进给负负载分析析及计算算3.5.1.11、 摩擦阻阻力： 当钻钻床的工工作台与与导轨间间的相对对运动为为滑动摩摩擦，取取摩擦系系数 摩摩擦阻力力应等于于正压力力乘摩擦擦系数。正正压力应应包括轴轴向力及及工作台台之重力力。工作作台的重重量为4400kkg 。故故可算出出起摩擦擦阻力为为： F摩摩（4400+11775）0.115117.55N3.5.1.22、 等效转转动惯量量计算：根据要求求粗选：=0.36 to=5=0.0022初取 =220 , =50 mm=1.5 b=25mmm=220odf1=mZ11=1.520=30mmm ddf2=mmZ2=1.550=75mmmde133mmm dee2=78mmm将齿轮看看作近似似的圆柱柱体，材材料为钢钢，则大大、小齿齿轮的转转动惯量量分别为为：J=7.8d4 b10-44 (kkgm22)JZ1=7.883.342.5510-44=2.3110-55Kgmm2 JZ22=7.87.8842.5510-44=7.2210-44Kgmm2滚珠丝杆杆直径选选择为ddo=20mmm, L=7700mmm,材材料钢，则则丝杆的的转动惯惯量可近近似的算算出为：JS=77.8247010-44=0.8710-33Kgmm2预选步进进电机为为90BBF0006,查查得电机机转子轴轴的转动动惯量为为：Jm=11.766410-44Kgmm2折算到电电机轴上上的总转转动惯量量为： 3.5.1.33、 丝杠摩摩擦阻力力矩的计计算：由于用的的是滚珠珠丝杠，摩摩擦阻力力矩很小小，可以以忽略不不计。3.5.1.44、 等效负负载转矩矩的计算算：Tm=(F横+F摩) VV工作/22nm钻床工作作台行程程速度为为2 mm/miin根据据丝杆螺螺距算出出丝杆速速度。再再根据齿齿轮减速速比算出出步进电电机的转转速为由由3.5.1.55、 起动惯惯性阻力力矩的计计算： 以最不不利条件件下的快快速起动