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需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑编号： 毕业设计(论文)题 目： 数控自动送料机设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑摘 要本次设计是对数控自动送料机装置的设计。在这里主要包括:传动系统的设计、装夹部位系统的设计、系统的设计这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容：(1) 数控自动送料机装置总体结构设计。(2) 数控自动送料机装置工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 数控自动送料机装置的传动系统、执行部件及机架设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词：数控自动送料机装置， 联轴器，滚珠丝杠 需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑AbstractThis design is the design of CNC automatic feeder device. Here mainly includes: transmission system design, the clamping part of the system design, system design of the graduation design to the design work in basic skills training, improve the ability to analyze and solve engineering problems, and create a condition for general mechanical design. The whole machine structure is mainly produced by the motor power by coupling will need power is passed on to the lead screw, screw drive screw nut, thus promote the machine movement, improve labor productivity and production automation level. More shows its superiority, has a wide development future. In this paper the research content: (1) CNC automatic feeder device structure design as a whole. (2) CNC automatic feeder device performance analysis. (3) the choice of the motor. (4) the numerical control automatic feeder device of the drive system and frame design, execution parts. (5) the design and calculation analysis was carried out on the design of parts and check. (6) to draw the whole machine assembly drawings and detail drawings of the parts assembly drawing and design. Key words: CNC automatic feeder device, coupling, ball screw需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑目 录摘 要 .IIAbstract.III1 绪论.11.1 课题的背景 .11.2 课题的意义 .11.3 本课题研究的内容及方法 .11.3.1 主要的研究内容 .11.3.2 设计要求 .21.3.3 关键的技术问题 .22 数控自动送料机装置总体结构设计.32.1 设计的要求与数据 .32.2 机械传动系统图 .33 数控自动送料机 X 方向进给传动设计 .43.1 X 向滚珠丝杆副的选择 .43.1.1 导程确定 .43.1.2 确定丝杆的等效转速 .53.1.3 估计工作台质量及负重 .53.1.4 确定丝杆的等效负载 .53.1.5 确定丝杆所受的最大动载荷 .53.1.6 精度的选择 .63.1.7 选择滚珠丝杆型号 .73.2 校核 .73.2.1 临界压缩负荷验证 .73.2.2 临界转速验证 .83.2.3 丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 .83.3 电机的选择 .93.3.1 电机轴的转动惯量 .93.3.2 电机扭矩计算 .10V4 数控自动送料机 Y 方向进给传动设计 .124.1 滚珠丝杠计算、选择 .124.2 步进电机惯性负载的计算 .144.3 Y 轴滚导轨副的计算、选择 .175 机架的设计.195.1 对机架结构的基本要求 .195.2 机架的结构 .205.3 横梁设计 .215.4 机架的基本尺寸的确定 .235.5 架子材料的选择确定 .235.6 主要梁的强度校核 .246 横纵向进给运动控制程序的编制.266.1 控制系统硬件的基本组成 .266.2 接口程序初始化及步进电机控制程序 .276.3 直线圆弧插补程序设计 .31参考文献.39结论.40致谢.42需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑234567891011121 绪论1.1 课题的背景在我国和国外的生产和研究中，自动送料方式有很多种，但是在这些产品中，存在着一些问题。如日本的RF20SD-OR11机械手送料装置与冲床做成一体，从横向(侧面)送料，结构复杂，装配、制造、维修困难，价格昂贵，又不适合于我国冲床的纵向送料的要求。RF20SDOR11的结构由冲床上的曲轴输出轴通过花键轴伸缩，球头节部件联接机械手齿轮， 由伞齿轮、圆柱齿轮、齿条、凸轮、拨叉、丝杆等一系列传动件13使机械手的夹爪作伸缩、升降、夹紧、松开等与冲床节拍相同的动作来完成送料，另设一套独立驱动可移式输送机，通过隔料机构将工件输送至预定位置，这样一套机构的配置仅局限于日本设备，不能应用于国产冲床。国内有的送料机构由冲床工作台通过连杆弹簧驱动滑块在滑道上水平滑动，将斜道上下来的料，通过隔料机构推到模具中心，并联动打板将冲好的料拨掉，往复运动的一整套机构比较简单， 无输送机构，联动可靠，制造容易。但机械手不能将料提升、夹紧，料道倾斜放置靠料自重滑下，如规格重量变动，则料道上工件下滑速度不一致，易产生叠料，推料机构役有将料夹紧，定位不正，增加废品率，使用也不安全。1.2 课题的意义本课题主要是贯穿着各种物料的流动和储运，物料给料输送机是机械制造系统的重要组成部分，它将制造系统中的物料（如毛坯、半成品、成品、工夹具等）及时准确地送到指定加工位置、仓库或装卸站。计。现在要求设计自动送料机构，实现自动送料，消除积累误差，同时可以减少劳动力成本。目前在生产中还是采用手工模式，即是一人看一台机器，人工送料，这种生产模式生产效率很低，既浪费劳动力也会让工人很疲倦，而且人工送料会产生累积误差。为了解决这些问题，减少生产成本，结合国内外送料机构的特点，采用伺服电机与送料机构为配合的主要装置。设计了具有推广意义的自动送料机。1.3 本课题研究的内容及方法1.3.1 主要的研究内容在查阅了国内外大量的有关数控自动送料机设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑数控自动送料机结构特点、具体作业任务特点以及数控自动送料机的推广应用，分析确定使用数控自动送料机配合生产工序，实现自动化的目的。为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下:1 根据现场作业的环境要求和数控自动送料机本身的结构特点，确定数控自动送料机整体设计方案。2 确定数控自动送料机的性能参数，对初步进行静力学分析，根据实际情况选择电机。143 从所要功能的实现出发，完成数控自动送料机各零部件的结构设计；4 完成主要零部件强度与刚度校核。1.3.2 设计要求1 根据所要实现的功能，提出数控自动送料机的整体设计方案；2 完成数控自动送料机结构的详细设计；3 通过相关设计计算，完成电机选型；4 完成数控自动送料机结构的设计；绘制数控自动送料机结构总装配图、主要零件图。1.3.3 关键的技术问题1 方案选择2 整体的支撑架设计3 机构设计4 强度校核 需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑2 数控自动送料机装置总体结构设计2.1 设计的要求与数据在自动化制造系统中，伴随着制造过程的进行，贯穿着各种物料的流动和储运，物料给料输送机是机械制造系统的重要组成部分，它将制造系统中的物料（如毛坯、半成品、成品、工夹具等）及时准确地送到指定加工位置、仓库或装卸站。在制造系统中，物料首先输入到物料流动与储运系统中，然后由物料输送系统送至指定位置。本课题设计的数控自动送料机具有可实现横纵向进给的工作台和机座组成，工作台面可附加气动夹具与零件、随行夹具进行装夹，与带式传送机、滚筒式输送机等输送装置组成自动化输送系统，对实现制造系统自动化具有重要意义。本设计主要完成自动给料机的机架结构、工作台结构设计、横纵向进给机构设计、工作台运动轨道设计，横纵向进给运动控制程序的编制。技术参数：工作台台面尺寸：1230x970mm 工作台高度：870mm送料速度：120pcs/min（步距 110mm）电机功率：1Kw2.2 机械传动系统图开环伺服系统步进电机驱动没有检测装置半闭环伺服系统交流或直流伺服电机驱动脉冲编码器速度反馈闭环伺服系统交流或直流伺服电机驱动位置检测装置位置反馈本设计采用开环步进电机驱动。、传动初步设计电动机联轴器滚珠丝杠工作台163 数控自动送料机 X 方向进给传动设计表 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，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。一端固定一端游动需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。两端固定只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。3.1 X 向滚珠丝杆副的选择滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。173.1.1 导程确定电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比 i=1, 选择电机 Y 系列异步电动机的最高转速 ，则丝杠的导程为cmkgfMrn .2min,/150maxmax 最 大 转 矩取 Ph=12mmVPH150/18/axee3.1.2 确定丝杆的等效转速基本公式 in)/(rPnh=最大进给速度是丝杆的转速 min)/(1502/8max rV=最小进给速度是丝杆的转速 3./inih丝杆的等效转速 式中取 故i)()(212mi1axrtttnm+= 21t=n/0./(i=+3.1.3 估计工作台质量及负重 工作台重量 NXgG784.902=移动部件重量 m2.33=3.1.4 确定丝杆的等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为 0.03，K 为颠覆力矩影响系数，一般取 1.11.5，本课题中取 1.3，则丝杆所受的力为 NGFGFGfKFZx 215-)2(03.3.12-)2( 3y12yma =+=+= ）（）（）（0in其等效载荷按下式计算（式中取 ， ）21t1nNtnFFm49)(321mi3ax=+=3.1.5 确定丝杆所受的最大动载荷 316mhkahtwm10)nT(ffCar18fw-负载性质系数， （查表：取 fw=1.2）ft-温度系数（查表：取 ft=1）fh-硬度系数（查表：取 fh =1）fa-精度系数（查表：取 fa =1）fk-可靠性系数（查表：取 fk =1）Fm-等效负载nz-等效转速Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命为 15000h由上式计算得 Car=17300N表 3-1-1 各类机械预期工作时间 Lh表 3-1-2 精度系数 fa表 3-1-3 可靠性系数 fk表 3-1-4 负载性质系数 fw193.1.6 精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意 300 行程变m动量 应小于目标设定定位精度值的 1/31/2,在最后精度验算中确定。 ，选用滚珠30V丝杠的精度等级 X 轴为 13 级（1 级精度最高） ，Z 轴为 25 级，考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择 X 轴 Y 轴精度等级为 3 级，Z 轴为 4 级。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则选择 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/m3.2 校核滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度 KO有丝杆本身的拉压刚度 KS，丝杆副内滚道的接触刚度 KC，轴承的接触刚度 Ka，螺母座的刚度Kn，按不同支撑组合方式计算而定。3.2.1 临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算： NFKLEIfFcr max201e=式中 E-材料的弹性模量 E 钢 =2.1X1011（N/m 2）LO-最大受压长度（m）K1-安全系数，取 K1=1.3Fmax-最大轴向工作负荷（N）f1-丝杆支撑方式系数：f 1=15.120I=丝杆最小截面惯性距（m 4）42)2.1_(6woddI=式中 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，选取 LO=620mm代入上式计算得出 Fca=5.8X108N可见 FcaF max， 临界压缩负荷满足要求。3.2.2 临界转速验证滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速 ，要求丝杠的最crn高转速：2230KPAEILfnCZcr=式中：A-丝杆最小截面：A= 24-6-22 m10*9.3.414=d-丝杠内径，单位 ；2dmP-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cL=148/2+300+(620-488)/2=440mmc-安全系数，可取 =0.82K2KfZ-丝杠支承系数，双推-简支方式时取 18.9经过计算，得出 = 6.3*104 ，该值大于丝杠临界转速，所以满足要求。crnmin/r3.2.3 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LAEs/maxin=21式中 A丝杠最小横截面， ；2()4Adm螺母座刚度 KH=1000N/m。当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L 植分别为 750mm 和100mm。经计算得： min/1/2/1/ sCHe KK+=sradmWB/k式中 K e 滚珠丝杠副的拉压系统刚度(N/m)；KH螺母座的刚度(N/m)；K H=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)。经计算得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种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。3.3.1 电机轴的转动惯量a、回转运动件的转动惯量 328md42LJR=上式中：d直径,丝杆外径 d=39.5mmL长度=1mP钢的密度=7800 2kg/m22经计算得 2m0.kg=RJb、X 向直线运动件向丝杆折算的惯量 2PMJL上式中：M质量 X 向直线运动件 M=160kgP丝杆螺距（m）P=0.001m经计算得 2-810*4.9kgJL=c、联轴器的转动惯量查表得 2/.W因此 28- m0.8kg4.10*9.4.0=+=+LRJJ3.3.2 电机扭矩计算a、折算至电机轴上的最大加速力矩 atJnT602mxax=上式中： in/15xrJ=0.0028kg/m2ta加速时间 KS系统增量，取 15s-1,则 ta=0.2s3ta=经计算得 mNT2.maxb、折算至电机轴上的摩擦力矩 IPF20f=上式中：F 0导轨摩擦力，F 0=Mf，而 f=摩擦系数为 0.02，F 0=Mgf=32NP丝杆螺距（m）P=0.001m传动效率，=0.90I传动比，I=1经计算得 NTf=75.023c、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩 i2)-1(2000PT=上式中 P0滚珠丝杆预加载荷1500N 0滚珠丝杆未预紧时的传动效率为 0.9经计算的 T0=0.05NM则快速空载启动时所需的最大扭矩 mNf =+=82.0max根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为 SIEMENS 的 IFT5066，其额定转矩为 6.7 。NA244 数控自动送料机 Y 方向进给传动设计4.1 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)(,maxyxzyxWFfKF其中：K=1.15，滚动导轨摩擦系数 f=0.0030005；在车床车削外圆时：Fx=(0.10.6)Fz，Fy=(0.150.7)Fz，可取 Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz 计算。取 f=0.004, 则:40ZmaxXF0.5.2161.(67.58)104.6042YZNN寿命值： ，其中丝杠转速 (r/min)61nTL0maxlvnmax065240/i13ThvnrlL最大动载荷： FfLQWH式中： fW为载荷系数，中等冲击时为 1.21.5； fH为硬度系数，HRC58 时为 1.0。查表得中等冲击时 则:1.2,ff360.4568709.5.4XY NQ根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为: CM 系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。其基本参数如下:25其额定动载荷为 14205N 足够用.滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式采用双yQ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名称 计算公式 结果公称直径 0d 20mm螺距 t mm接触角 045钢球直径 bd 3.175mm螺纹滚道法向半径 R0.52bd1.651mm偏心距 e()sine0.04489mm螺纹升角 0tarcgd04326螺杆外径 d0(.25)bdd19.365mm螺杆内径 11eR16.788mm螺杆接触直径 220cosb17.755mm螺母螺纹外径 Dd23.212mm螺母内径（外循环） 10(.5)bd20.7mm（1） 传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为： )(tg式中： =10，为摩擦角； 为丝杠螺旋升角。 043()(1)0.96ggt tt（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)ESFll01Y 向所受牵引力大,故用 Y 向参数计算60622 21.5615.80.241.5.(/)3.40FNlcmECMSRL丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差 为E 级精06 4110.56.22.102.lL um度丝杠允许的螺距误差 =15m/m。274.2 步进电机惯性负载的计算根据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： 2 21013()()180pq bzJJJM式中： 为折算到电机轴上的惯性负载； 为步进电机轴的转动惯量； 为齿轮的qJ 0J1J转动惯量；为齿轮的转动惯量； 为滚珠丝杠的转动惯量；为移动部件的质量。2 3J对钢材料的圆柱零件可以按照下式进行估算： 340.781JDL式中 为圆柱零件直径， 为圆柱零件的长度。D所以有： 34221234 2230.782.56.710.0.3.4.J kgcm 电机轴的转动惯量很小，可以忽略，所以有： 22 2220.16.4710()16.57.)10()0.793.3458dJ kgcm 步进电机的选用(）步进电机启动力矩的计算设步进电机的等效负载力矩为，负载力为，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系： TPs式中 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 ， b则 ，且 。所以：p()szPGP2836()2pszbPGPT式中： 为移动部件负载（N） ，G 为移动部件质量（ N） ， 为与重力方向一致的作用sP z在移动部件上的负载力（N） ， 为导轨摩擦系数， 为步进电机的步距角（rad）,Tb为电机轴负载力矩（N.cm） 。取 =0.3（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数） ， .8， = =279.23。考虑sPH到重力影响，向电机负载较大，因此1200，所以有： 360.125.80.3(20180)3145. 65.2.T ncm 考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩： 0.35QT取系数为.，则： 65.216.24qTncm对于工作方式为三相拍的步进电机：max163.20.808.36qTj nc(） 步进电机的最高工作频率 axmax 1760.0pvf电机功率：1Kw为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率 ,同时电机最大静转矩要足maxf够大,查表选择两个 90BF001 型三相反应式步进电机.电机有关参数如下:型号 主要技术参数29相数步距角电压(V)相电流(A)最大静转矩 maxjT(n.m)空载启动频率空载运行频率分配方式90BF001 4 0.9 80 7 3.92 2000 8000 4 相 8 拍外形尺寸(mm)外直径 长度 轴直径重量kg转子转动惯量Kg.m90 145 9 4.5 17644.3 Y 轴滚导轨副的计算、选择根据给定的工作载荷 Fz和估算的 Wx和 Wy计算导轨的静安全系数 fSL=C0/P，式中：C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷 P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般运行状况)，3.05.0（运动时受冲击、振动） 。根据计算结果查有关资料初选导轨：因系统受中等冲击,因此取 4.0sLf, ,0.5()OSLXYZfPFWxYYOXSL=+.(20+671.58)=3.79N.()26CfP413.94.根据计算额定静载荷初选导轨:选择汉机江机床厂 HJG-D 系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25基本参数如下: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 aC静载荷 oATBCTgK/gmL(mm)17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760滑座个数 单向行程长度 每分钟往复次数30M Sl n4 0.6 4导轨的额定动载荷 N1750aC依据使用速度 v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 (kN)验算导轨的工作aC寿命 Ln：额定行程长度寿命:()HTCaWffSFTK2045MF1,.81,oTWCHRdffffK导轨的额3 310.817502()5()4209.58HTCaWffSF km定工作时间寿命: 3102SoTHln3 310249.58104971506SoTln hTh导轨的工作寿命足够.315 机架的设计5.1 对机架结构的基本要求机架是整个机床的基础支持件，一般用来放置重要部件。为了满足机床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比，机床应有高的静、动刚度，更好的抗振性。 一、对机床的机架主要在以下 3 个方面提出了更高的要求： 1很高的精度和精度保持性 在机架上有很多安装零部件的加工面和运动部件的导轨面，这些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要长时间保持。另外，机床在切削加工时，所有的静、动载荷最后往往都传到机架上，所以，机架受力很复杂。为此，为保证零部件之间的相互位置或相对运动精度，除了满足几何尺寸位置等精度要求外，还需要满足静、动刚度和抗振性、热稳定性、工艺性等方面的技术要求。 2应具有足够的静、动刚度 静刚度包括：机架的自身结构刚度、局部刚度和接触刚度，都应该采取相应的措施，最后达到有较高的刚度-质量比。动刚度直接反映机床的动态性能，为了保证机床在交变载荷作用下具有较高的抵抗变形的能力和抵抗受迫振动及自激振动的能力，可以通过适当的增加阻尼、提高固有频率等措施避免共振及因薄壁振动而产生噪音。 3较好的热稳定性 对机床来说，热稳定性已经成了一个突出问题，必须在设计上要做到使整机的热变形小，或使热变形对加工精度的影响小。热变形将直接影响机架的原有的精度，从而是产品精度下降，如立轴矩台平面磨床，立柱前臂的温度高于后臂，是立柱后倾，其结果磨出的零件工作表面与安装基面不平行；有导轨的机架，由于导轨面与底面存在温差，在垂直平面内导轨将产生中凸或中凹热变形。因此，机架结构设计时应使热变形尽量小。 二、机架机架设计的一般要求 ：1） 在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本低； 2） 抗振性好。把受迫振动振幅限制在允许范围内； 3） 躁声小； 324） 温度场分布合理，热变形对精度的影响小； 5） 结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工； 6） 结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件； 7） 有导轨的机架要求导轨面受力合理、耐磨性良好； 8） 造型好。使之既适用经济，有美观大方。5.2 机架的结构1机架结构 根据机床的类型不同，机架的结构形式有各种各样的形式。例如车床机架的结构形式有平机架、斜机架、平机架斜导轨和直立机架等四种类型。 另外，斜机架结构还能设计成封闭式断面，这样大大提高了机架的刚度。钻高精度立式万能磨床、加工中心等这一类机床的机架结构与车床有所不同。例如加工中心的机架有固定立柱式和移动立柱式两种。前者一般使用于中小型立式和卧式加工中心，而后者又分为整体 T 形机架和前后机架分开组装的 T 形机架。所谓 T 形机架是指机架是由横置的前机架和与它垂直的后机架组成。整体式机架，刚性和精度保持性都比较好，但是却给铸造和加工带来很大不便，尤其是大中型机床的整体机架，制造时需要大型设备。而分离式 T 形机架，铸造工艺性和加工工艺性都大大改善。前后机架联接处要刮研，联接时用定位键和专用定位销定位，然后再沿截面四周， 用大螺栓固紧。这样联接成的机架，再刚度和精度保持性方面，基本能满足使用要求。这种分离式 T形机架适用于大中型卧式加工中心。 由于机架导轨的跨距比较窄，致使工作台在横溜板上移动到达行程的两端时容易出现翘曲，将会影响加工精度，为了避免工作台翘曲，有的立式加工中心增设了辅助导轨。 2机架的截面形状 机床的机架通常为箱体结构，合理设计机架的截面形状及尺寸，采用合理布置的肋板结构可以在较小质量下获得较高的静刚度和适当的固有频率。机架肋板一般根据机架结构和载荷分布情况，惊醒设计，满足机架刚度和抗振性要求，V 形肋板有利于加强导轨支承部分的刚度；斜方肋和对角肋结构可明显增强机架的扭转刚度，并且便于设计成全封闭的箱形结构。 此外，还有纵向肋板和横向肋板，分别对抗弯刚度和抗扭刚度有明显效果；米字形肋板和井字形肋板的抗弯刚度也较高，尤其是米字形肋板更高。 333机架的结构设计 机架结构设计时，应尽量避免薄壁结构并简化表面形状。根据本设计的具体情况及要求，机架的结构设如下：4.机架的设计步骤 根据机架上的零件、部件情况和设计要求初步确定机架及机架的结构形状和尺寸，以保证机架内外的零件能正常运动 根据产品批量和结构形式初步确定制造方法，合理选择材料，单件小批量的非标准设备机架可以采用焊接和锻喊结合的机架 分析承载情况，根据承载情况合理的选择截面形式，确定主要设计参数 画出结构草图，进行必要的强度和刚度计算和尺寸修改 对重要设备的机架，还应该进行模拟实验设计和模拟实验，并根据实验结果对设计进行修改。5.3 横梁设计 梁设计的要求与轴心受压相仿，钢梁设计应考虑强度、刚度、整体稳定和局部稳定各个方面满足要求。(1)梁的强度计算主要包括抗弯、抗剪和折算应力等强度应足够。(2)刚度主要是控制最大挠度不超过按受力和使用要求规定的容许值。(3)整体稳定指梁不会在刚度较差的侧向发生弯扭失稳，主要通过对梁的受压翼缘设足够的侧向支承，或适当加大梁截面以降低弯曲压应力至临界应力以下。(4)局部稳定指梁的翼缘和腹板等板件不会发生局部凸曲失稳，在梁中主要通过限制受压翼缘和腹板的宽厚比不超过规定，对组合梁的腹板则常设置加劲肋以提高其局部稳定性。梁的截面选择一、型钢梁截面的选择型钢梁截面应满足梁的强度、刚度、整体稳定和局部稳定四个要求，其中强度包括抗弯、抗剪、局部压应力和折算应力。由于型钢截面的翼缘和腹板等板件常有足够的厚度，一般不必验算局部稳定，无很大孔洞削弱时一般也不必验算剪应力。局部压应力和折算应力只在有较大集中荷载或支座反力时计算。34型钢梁设计通常是先按抗弯强度(当梁的整体稳定有保证或 Mmax 处截面有较多孔洞削弱时)或整体稳定( 当需计算整体稳定时)选择型钢截面，然后验算其它项目是否足够，不够时再作调整。为了节省钢材，应尽量采用牢固连接于受压翼缘的密铺面板或足够的侧向支承以达到不需计算整体稳定的要求。按抗弯强度或整体稳定(b 值可先估计假定)选择单向(强轴)弯曲梁的型钢截面时，所需要的截面抵抗矩为：2、腹板尺寸梁高确定后腹板高也就确定了，腹板高为梁高减两个翼缘的厚度，在取腹板高时要考虑钢板的规格尺寸，一般使腹板高度为 50mm 的模数。从经济角度出发，腹板薄一些比较省钢，但腹板厚度的确定要考虑腹板的抗剪强度，腹板的局部稳定和构造要求。从抗剪强度角度来看，应满足下式：353、翼缘尺寸由式 5.2.1 求得需要的净截面模量，则整个截面需要的惯性矩为：5.4 机架的基本尺寸的确定机架是支撑及其自动变速器所有附件的可移动机构。要保证拆装自动变速器方便、安全；重量要轻，便于移动；架子要有足够的空间安装。而且自动变速器每个总成之间要考虑它们之间的协调关系。考虑到这些方面的因素后要确定的一些自动变速器尺寸根据这些数据，大概确定架子的长高。这样架子的地面的结构就确定了。支撑自动变速器的部件是支撑板，支撑板固定在支承轴上，支承轴安装在机架上。为了使机架能够方便移动，须在架子上装轮子，因此在架子的 4 个侧面通过螺栓各连接两个轮子，使得架子和轮子连接牢固。靠近转盘这端安装有锁止装置，使得架子在任何位置都能停止固定。5.5 架子材料的选择确定架子的结构确定后，就需要准备材料，买材料时要考虑钢材的性能，同时也要考虑成本，再者还要考虑到其美观，通过到市场调查分析后，台架选用 6060的方钢和 5050 的角钢组合制作。其规格如表一所示。受力比较小的底架就用 50的角钢制作，其他的受力大的转架就用 60的方钢制作。在转架与支撑板的固定处需要用轴连接。36表一 钢材的尺寸规格 6060 5050横截面图长度 500 567材料 Q235 Q2355.6 主要梁的强度校核考虑到一些外在压力，按照重量为 600N 进行校核。支承轴 160，查机械工程材料 P105 页表 5-2 得，Q235 钢材的屈服强度 b =375460MPa，取 b=375 MP a解：和轴一样建立如图所示的坐标系。以轴心为 x 轴，垂直上平面的直线为 y 轴，一端点为圆点建立如图 6.1 所示的平面直角坐标系。因为：FRD =600N ，把 RDE 从 D 点移到 E 后的受力情况如图 6.1 所示。图 6.1得到一个 F 和一个力矩 M=FabLbe=6000.300NM=180 Nm计算轴的集惯性矩 Ip 和抗弯截面系数 Wz，因为材料和轴的是一样的，所以 b=375 MP a , Ip=y 2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.688410-6m3 37所以 max= M max / W=180/（6773.6910 -6）P a=0.26MP a也设安全系数：K=5故：K max=50.26MP a=1.5 MP a b=375 MP a因此：也可以做出结论转架在安全系数为 5 的情况下也是安全的。所以可以进行制作。解：以轴心为 x 轴，垂直上平面的直线为 y 轴，一端点为圆点建立如图 2.2.1 所示的平面直角坐标系。轴的受力分析。轴的轴心受力简图如图2.2.1-b 所示。通过受力图可以明显看出轴的最大弯矩是在 BE 点之间。把 F 从 C 点移到 B 后的受力情况如图 2.2.1- b 所示。得到一个 F 和一个力矩 M=FLbe=6000.3NM=180 Nm因为：F ba+Fde=2F=12
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