濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 鉆銑床工作臺(tái)及變速箱設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班 級(jí) 機(jī)自0705班 學(xué) 生 楊忠剛 學(xué) 號(hào) 20070403243 指導(dǎo)教師 馮德振 二一一 年 五 月 二十 日- 2 -濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)主要對(duì)鉆銑床工作臺(tái)及變速箱進(jìn)行了優(yōu)化，在保證加工方便，性能可靠地基礎(chǔ)上提高了加工精度以及加工效率。工作臺(tái)作為機(jī)床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要組成環(huán)節(jié)。目前工作臺(tái)的種類繁多，傳統(tǒng)的工作臺(tái)只能安裝在某一特定的機(jī)床上，伴隨著科技的與時(shí)俱進(jìn)，它們的功能也由傳統(tǒng)單一性向現(xiàn)代的多更能性發(fā)展，現(xiàn)在一些工作臺(tái)，它不僅可以安裝在鉆床上，還可以安裝在銑床和鏜床等機(jī)床上。通過(guò)對(duì)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)設(shè)備改造方案的擬定、比較、分析以及進(jìn)行必要的計(jì)算；通過(guò)對(duì)設(shè)備改造的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握設(shè)備典型零件的計(jì)算方法和步驟以及正確的架構(gòu)設(shè)計(jì)方法；通過(guò)設(shè)計(jì)，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)自己分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力；提高自己應(yīng)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)的能力。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的工作臺(tái)采用了低摩擦直線導(dǎo)軌和精密絲杠，采用開環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便且能保證一定的精度。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的工作臺(tái)不僅可以用于銑床上進(jìn)行銑削加工，而且還能夠用于鉆床上鉆削技工，所以功能遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的普通工作臺(tái)?？傮w上來(lái)看此設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、精度較高、操作簡(jiǎn)單，調(diào)整維修方便。提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，提高了加工效率。關(guān)鍵詞：工作臺(tái)；鉆床；銑床；直線導(dǎo)軌；精密絲杠ABSTRACTTo ensure the processing of convenience ，the design of the main table and the transmission of drilling and milling machine has been optimized, can be reliably based on improving the processing accuracy and processing efficiency. Table as an important part of the machine, but also affect important aspects of machining accuracy. Present a wide variety of table, traditional table can only be installed on a particular machine, along with science and technology with the times, their function is also from the traditional to the modern multi-unitary nature of the development of better, and now some of the work Taiwan, which not only can be installed in drilling, but also can be installed in the milling and boring machine and other machines. Through the design table, learn equipment modification program development, comparison, analysis, and perform the necessary calculations; through the transformation of the mechanical parts of equipment design, control equipment, a typical part of the calculation methods and procedures and the right architecture design; by design , establish the correct design ideas, develop their own ability to analyze and solve problems; to improve their application notes, standards of competence. The design table is designed using low friction linear guides and precision screw, the use of open-loop control system, its structure is simple, easily achievable, and can guarantee a certain accuracy. The design table is designed not only for milling on a milling machine, but also can be used for drilling on the drilling workers, so the function is much higher than conventional ordinary table. The design on the whole reasonable design, simple structure, reliable performance, high precision, simple operation, adjustment and easy maintenance. Improve the stability and reliability of the equipment to improve the processing efficiency.Key words： Table; drilling; milling; linear guide; precision screw目 錄摘 要IABSTRACTII1 前言11.1設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的性能要求11.2控制方式的確定11.3伺服系統(tǒng)的確定11.4工作臺(tái)參數(shù)的初步確定11.5導(dǎo)軌的選型思路21.6滾珠絲杠選型思路31.7絲杠和電機(jī)連接零件的選取思路41.8支承座材料的選取51.9軸承類型的選取52 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算62.1設(shè)計(jì)方案的確定62.2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算62.2.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算62.2.2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算123 蝸輪、蝸桿設(shè)計(jì)203.1概述203.1.1蝸桿傳動(dòng)簡(jiǎn)介203.1.2蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)203.1.3蝸桿和渦輪的結(jié)構(gòu)203.2 蝸輪、蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程233.3蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸243.4校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度253.5蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑254 結(jié) 論26參 考 文 獻(xiàn)27致 謝28251 前言1.1設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的性能要求 設(shè)計(jì)的鉆銑床能夠加工最大面積為400mm120mm的工件，最大工件重量100kg；XY工作臺(tái)要求孔的定位精度在0.02mm內(nèi)，快進(jìn)速度為3.6m/min，加減速時(shí)間為0.1秒。1.2控制方式的確定因?yàn)樯婕暗姐@床，所以控制方式采用點(diǎn)位控制。1.3伺服系統(tǒng)的確定 伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入的目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它的主要任務(wù)是按給定的控制命令要求對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度以及位置控制的非常靈活方便。 開環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī)。開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒(méi)有檢測(cè)反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。 考慮到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)14。1.4工作臺(tái)參數(shù)的初步確定根據(jù)計(jì)算的要求，所取的加工最大面積為400120mm2,最大工件重量為100，根據(jù)我們加工時(shí)候要用夾具夾緊工件就必須留出我們裝夾具的尺寸30-40mm。4所以我決定工作臺(tái)的尺寸為440160，厚度為30mm3根據(jù)工作臺(tái)的行程確定導(dǎo)軌板的長(zhǎng)度，因?yàn)楣ぷ髋_(tái)的行程初選為工作臺(tái)長(zhǎng)度，加上其他的一些安裝尺寸等，所以設(shè)體積為45016047mm，工作臺(tái)的材料使用45號(hào)剛，密度為7.8g/c m,取g=10N/kg，導(dǎo)軌板的材料用HT150灰鑄鐵，密度為7.2 g/c m1。工作臺(tái)見圖1-1圖1-1 工作臺(tái)1.5導(dǎo)軌的選型思路導(dǎo)軌:金屬或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導(dǎo)移動(dòng)裝置或設(shè)備并減少其摩擦的一種裝置。導(dǎo)軌表面上的縱向槽或脊，用于導(dǎo)引、固定機(jī)器部件、專用設(shè)備、儀器等。導(dǎo)軌又稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載， 同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)5。導(dǎo)軌在我們的日常生活中的應(yīng)用也是很普遍的，如滑動(dòng)門的滑糟、火車的鐵軌等等都是導(dǎo)軌。在此采用燕尾滑動(dòng)導(dǎo)軌5見圖1-2圖1-2燕尾導(dǎo)軌1.6滾珠絲杠選型思路 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。 滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲桿被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)5。 按照國(guó)標(biāo)GB/T17587.3-1998及應(yīng)用實(shí)例，滾珠絲杠（目前已基本取代梯形絲桿，已俗稱絲桿）是用來(lái)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)；或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，并具有傳動(dòng)效率高，定位準(zhǔn)確等11 當(dāng)滾珠絲杠作為主動(dòng)體時(shí)，螺母就會(huì)隨絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度按照對(duì)應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)工件可以通過(guò)螺母座和螺母連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的直線運(yùn)動(dòng)。 滾珠絲桿采用外循環(huán)方式，采用雙螺母調(diào)節(jié)方式7。安裝方式：一端固定，一端游動(dòng)。圖1-3滾珠絲杠1.7絲杠和電機(jī)連接零件的選取思路聯(lián)軸器屬于機(jī)械通用零部件范疇，用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接，是機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)最常用的聯(lián)接部件。20世紀(jì)后期國(guó)內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器中選用能滿足機(jī)器要求的聯(lián)軸器，對(duì)多數(shù)設(shè)計(jì)人員來(lái)講，始終是一個(gè)困擾的問(wèn)題。常用聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器 ，齒式聯(lián)軸器，梅花聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器，鼓形齒式聯(lián)軸器，萬(wàn)向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器9。本設(shè)計(jì)采用了一級(jí)降速，從電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與一軸連接，在軸上通過(guò)鍵連接一個(gè)齒輪，通過(guò)齒輪傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到絲杠。見圖1-4圖1-4電機(jī)與絲杠連接圖1.8支承座材料的選取 材料我選灰鑄鐵HT150，密度是7.2 g/c m。1.9軸承類型的選取 軸承是機(jī)械中的固定機(jī)件。當(dāng)其他機(jī)件在軸上彼此產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，用來(lái)保持軸的中心位置及控制該運(yùn)動(dòng)的機(jī)件，就稱之為 軸承。 角接觸軸承：球與套圈公稱接觸角大于0，而小于90的滾動(dòng)軸承。可同時(shí)承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷。能在較高的轉(zhuǎn)速下工作。接觸角越大，軸向承載能力越高。高精度和高速軸承通常取15 度接觸角。在軸向力作用下，接觸角會(huì)增大。單列角接觸球軸承只能承受一個(gè)方向的軸向負(fù)荷，在承受徑向負(fù)荷時(shí)，將引起附加軸向力。 并且只能限制軸或外殼在一個(gè)方向的軸向位移。若是成對(duì)雙聯(lián)安裝，使一對(duì)軸承的外圈相對(duì)，即寬端面對(duì)寬端面，窄端面對(duì)窄端面。這樣即可避免引起 附加軸向力，而且可在兩個(gè)方向使軸或外殼限制在軸向游隙范圍內(nèi)。 深溝球軸承：每個(gè)套圈均具有橫截面大約為球的周長(zhǎng)三分之一的連續(xù)溝型滾道的向心球軸承,適用于精密儀表、低噪音電機(jī)、汽車、摩托車及一般機(jī)械等，是機(jī)械工業(yè)中使用最為廣泛的一類軸承。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，使用維護(hù)方便。主要用來(lái)承受徑向負(fù)荷、也可承受一定的軸向負(fù)荷，當(dāng)軸承的徑向游隙加大時(shí)，具有角接觸球軸承的性能，可承受較大的軸向負(fù)荷。該類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，尺寸范圍與形式變化多樣。堅(jiān)實(shí)耐用，通用性強(qiáng)及低噪音運(yùn)行，可在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)和易于安裝。單列深溝球軸承另有密封型設(shè)計(jì)，可以無(wú)須再潤(rùn)滑和無(wú)需保養(yǎng)。單列帶裝球缺口和雙列球軸承，適用于重載工況。 圓柱滾子軸承：滾動(dòng)體是圓柱滾子的向心滾動(dòng)軸承,屬分離型 軸承 ，安裝與拆卸非常方便。 圓柱滾子軸承 分為單列、雙列和四列8。 采用圓柱滾子軸承122 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1設(shè)計(jì)方案的確定 縱向進(jìn)給系統(tǒng)和橫向進(jìn)給系統(tǒng)都采用滾珠絲杠傳動(dòng)，縱向進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力由手輪提供，橫向進(jìn)給系統(tǒng)一邊采用步進(jìn)電機(jī)快速進(jìn)給，一邊采用手輪工作進(jìn)給，從而保持較高的效率與精度；垂直進(jìn)給系統(tǒng)采用渦輪蝸桿，再有渦輪齒條傳動(dòng)。2.2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算2.2.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滾珠絲桿拖動(dòng)工作臺(tái)。動(dòng)力由手輪提供，按進(jìn)給功率0.55KW校驗(yàn)危險(xiǎn)零部件的強(qiáng)度；2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算工作臺(tái)重量： W=50Kgf=500N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算)時(shí)間常數(shù)： T=25 ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程： Lo=6mm行程： S=245mm步距角： /step快速進(jìn)給速度： mm/min（1） 切削力計(jì)算 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，切削功率 （2.1）式中: N-電機(jī)功率，N=0.55 KW；-主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.70.85取=0.7；K-進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。則有： Nc=0.550.70.96=0.37 kw切向銑削力：F=10 N （2.2）式中： V-主軸傳遞全部功率時(shí)的最底切削速度（m/s）則有： （2.3）3. 進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算從數(shù)控銑床中表2-1可得知，在一般立式銑削時(shí)，工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷： （2.4）工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷： （2.5）工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷： （2.6）4. 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算：由數(shù)控技術(shù)可知，采用燕尾導(dǎo)軌，導(dǎo)軌銑床絲杠的軸向力：采用燕尾導(dǎo)軌 （2.7）式中K=1.4 則有：1）強(qiáng)度計(jì)算：壽命值： （2.8） （2.9）n-為絲桿轉(zhuǎn)速（r/min）v-為最大切削力下的進(jìn)給速度（m/min）,取最高進(jìn)給速度的1/3T-額定壽命，查表得 T=15000h -滾珠絲桿導(dǎo)程，取=6mm則有：v= L=最大動(dòng)負(fù)載C 查表得：運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 則C (2.10)根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷C的值，可選則滾珠絲杠的型號(hào)。查表2-5得，選取滾珠絲杠直徑為50mm，型號(hào)為ND5006，其額定載荷為29350N，所以強(qiáng)度足夠。效率計(jì)算：根據(jù)機(jī)械原理的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： (2.11)式中：-為絲桿螺旋升角，查得：-為摩擦角，滾珠絲桿副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.0030.004,其摩擦角約等于 則有： 3）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受工作負(fù)載F引起的導(dǎo)程的變化量絲桿的拉壓變形量 (2.12)式中：; E-為材料彈性模量，對(duì)鋼A-為滾珠絲杠截面積 （2.13）則有： 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量有預(yù)緊： （2.14）式中：-為滾珠直徑，查表得=3.969mmZ圈數(shù)列數(shù)2513=75-為預(yù)緊力 （2.15）則有:因此絲桿的總變形量經(jīng)查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為15um/m 因此剛度足夠2。4)穩(wěn)定性驗(yàn)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 （2.16）式中:E-為絲桿材料彈性模量,對(duì)鋼I-為截面慣性矩,對(duì)絲桿圓截面 （2.17）-為絲桿底徑,=14mm則有： L-為絲桿最大工作長(zhǎng)度,取L=245mm -為絲桿支承方式系數(shù),參考圖2-13和表2-7,取=2.0則有:穩(wěn)定安全系數(shù)： （2.18）所選絲桿穩(wěn)定安全系數(shù)，查表得：則有，故穩(wěn)定性不存在問(wèn)題。2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （2.19）絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 （2.20）式中:-空載啟動(dòng)時(shí)的加速度力矩； -摩擦力矩； -由于絲杠預(yù)金所引起，附加摩擦力矩； （2.21）式中：-為傳動(dòng)系統(tǒng)各部件慣量的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ -為電機(jī)最大角加速度（） -為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（） t-為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)進(jìn)給速度所需時(shí)間（s）,取t=0.025s則有： （2.22） 空載摩擦力矩： （2.23）式中： G-運(yùn)動(dòng)部件總重力（N） -為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.2 i-齒輪傳動(dòng)降速比，i=1 -傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，取=0.8 -基本導(dǎo)程，取=0.6cm則有：附加摩擦力矩： （2.24）式中：-為滾珠絲桿預(yù)加載荷，取的1/3 -為滾珠絲桿預(yù)緊是的傳動(dòng)效率，取=0.9則有：=2.2.2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算1橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用半閉環(huán)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)減速齒輪傳動(dòng)副，滾珠絲桿拖動(dòng)工作臺(tái)。2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算工作臺(tái)重量： W=35Kgf=350N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算)時(shí)間常數(shù)： T=25 ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程： Lo=6mm行程： S=425mm步距角： /step快速進(jìn)給速度： 500mm/min（1）切削力計(jì)算 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，切削功率3 （2.25）式中： N-電機(jī)功率N=0.55 KW；-傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.70.85取=0.7；K-進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。則有： Nc=0.550.70.96=0.37 kw切向銑削力： （2.26）式中： V-主軸傳遞全部功率時(shí)的最底切削速度（m/s）則有： V=D95/60000=1.7m/s=102m/min3. 進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算從數(shù)控銑床中表2-1可得知，在一般立式銑削時(shí)5， 工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷：工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷： 工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷： 4. 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算：由數(shù)控技術(shù)可知，采用燕尾導(dǎo)軌，導(dǎo)軌銑床絲杠的軸向力： （2.27）式中K=1.1 =0.15則有：1）強(qiáng)度計(jì)算：壽命值： （2.28） （2.29）n-為絲桿轉(zhuǎn)速（r/min）v-為最大切削力下的進(jìn)給速度（m/min）,取最高進(jìn)給速度的1/3T-額定壽命，查表得 T=15000h -滾珠絲桿導(dǎo)程，取=6mm則有：最大動(dòng)負(fù)載C 查表得：運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 則 （2.30）根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷C的值，可選則滾珠絲杠的型號(hào)。查表2-5得，選取滾珠絲杠直徑為20mm，型號(hào)為ND5006，其額定載荷為5680N，所以強(qiáng)度足夠6。效率計(jì)算：根據(jù)機(jī)械原理的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： （2.31）式中：-為絲桿螺旋升角，查得：-為摩擦角，滾珠絲桿副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.0030.004,其摩擦角約等于 則有： （2.32）2）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受工作負(fù)載F引起的導(dǎo)程的變化量絲桿的拉壓變形量 （2.33）式中： L0 =0.6cm; E-為材料彈性模量，對(duì)鋼A-為滾珠絲杠截面積 （2.34）則有： 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量有預(yù)緊：式中：-為滾珠直徑，查表得=3.969mmZ圈數(shù)列數(shù)2513=75-為預(yù)緊力則有:則絲桿的總變形量 （2.35）查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m長(zhǎng)）為15um/m 故剛度足夠8。3)穩(wěn)定性驗(yàn)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 （2.36）式中:E-為絲桿材料彈性模量,對(duì)鋼I-為截面慣性矩,對(duì)絲桿圓截面-為絲桿底徑,=20mm則有： (2.37) L-為絲桿最大工作長(zhǎng)度,取L=425mm -為絲桿支承方式系數(shù),參考圖2-13和表2-7,取=2.0則有:穩(wěn)定安全系數(shù)： (2.38)所選絲桿穩(wěn)定安全系數(shù)，查表得：則有 ，故穩(wěn)定性不存在問(wèn)題。（4）齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算1）有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比 (2.39)故取Z1=40，Z2=50， m=2 mm，B=20 mm，則有 2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (2.40)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(2.41)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很少，可以忽略因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 (2.42)式中：-空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； -折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； -由于絲杠預(yù)金所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； (2.43)式中：-為傳動(dòng)系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ -為電機(jī)最大角加速度（） -為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（） t-為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)進(jìn)給速度所需時(shí)間（s）,取t=0.025s則有： 空載摩擦力矩： (2.44)式中： G-運(yùn)動(dòng)部件總重力（N） -為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.2 i-齒輪傳動(dòng)降速比，i=1.25 -傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，取=0.8 -基本導(dǎo)程，取=0.6cm則有：附加摩擦力矩： (2.45)式中：-為滾珠絲桿預(yù)加載荷，取的1/3 -為滾珠絲桿預(yù)緊是的傳動(dòng)效率，取=0.9則有： =(5) 步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 (2.46)為滿足最小步距要求，電機(jī)選用五相十拍工作方式，查表知所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩： (2.47)步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率： (2.48)綜合考慮，查表選用 130BF001 型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。3 蝸輪、蝸桿設(shè)計(jì)3.1概述3.1.1蝸桿傳動(dòng)簡(jiǎn)介蝸桿傳動(dòng)由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動(dòng)件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分 ，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過(guò)一齒，若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過(guò)兩個(gè)齒。蝸桿蝸輪傳動(dòng)是由交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)演變而來(lái)的。小齒輪的每個(gè)輪齒可在分度圓柱面上纏繞一周以上，這樣的小齒輪外形像一根螺桿，稱為蝸桿。大齒輪稱為蝸輪。它具有螺旋傳動(dòng)的某些特點(diǎn)，蝸桿相當(dāng)于螺桿，蝸輪相當(dāng)于螺母，蝸輪部分地包容蝸桿。為了改善嚙合狀況，將蝸輪分度圓柱面的母線改為圓弧形，使之將蝸桿部分地包住，并用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀范成加工蝸輪，這樣齒廓間為線接觸，可傳遞較大的動(dòng)力4。3.1.2蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn) 1. 傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊。 2. 傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪音。因?yàn)槲仐U齒是連續(xù)不間斷的螺旋齒，它與蝸輪齒嚙合時(shí)是連續(xù)不斷的，蝸桿齒沒(méi)有進(jìn)入和退出嚙合的過(guò)程，因此工作平穩(wěn)，沖擊、震動(dòng)、噪音小。 3. 具有自鎖性。蝸桿的螺旋升角很小時(shí)，蝸桿只能帶動(dòng)蝸輪傳動(dòng)，而蝸輪不能帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)。 4. 蝸桿傳動(dòng)效率低，一般認(rèn)為蝸桿傳動(dòng)效率比齒輪傳動(dòng)低。尤其是具有自鎖性的蝸桿傳動(dòng)。 5. 發(fā)熱量大，齒面容易磨損，成本高3.1.3蝸桿和渦輪的結(jié)構(gòu)一般蝸桿與軸制成一體，稱為蝸桿軸。 蝸桿傳動(dòng)蝸輪的結(jié)構(gòu)型式可分為3種形式。鑄造連接過(guò)盈配合連接螺栓聯(lián)接式：輪緣和輪轂采用鉸制孔，用螺栓聯(lián)接，這種結(jié)構(gòu)裝拆方便。蝸桿傳動(dòng)的類型 按蝸桿形狀的不同可分： 阿基米德蝸桿（應(yīng)用廣泛）1圓柱蝸桿傳動(dòng)（應(yīng)用廣泛） 漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿2環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 3錐蝸桿傳動(dòng)（應(yīng)用較少）按蝸桿螺旋線方向不同可分：（兩者原理相同，只是作用力的方向不同）1右旋螺桿（應(yīng)用廣泛）2左旋螺桿按螺桿頭數(shù)不同可分為：?jiǎn)晤^螺桿（主要應(yīng)用傳動(dòng)比大的場(chǎng)合，要求自鎖的傳動(dòng)必須采用單頭）多頭螺桿（用于傳動(dòng)比不大和要求效率較高的場(chǎng)合）蝸桿傳動(dòng)的應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)常用于兩軸交錯(cuò)、傳動(dòng)比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場(chǎng)合。當(dāng)要求傳遞較大功率時(shí)，為提高傳動(dòng)效率，常取Z124。此外，由于當(dāng)1較小時(shí)傳動(dòng)具有自鎖性，故常用在卷?yè)P(yáng)機(jī)等起重機(jī)械中，起安全保護(hù)作用。它還廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車、儀器、冶金機(jī)械及其它機(jī)器或設(shè)備中,其原因是因?yàn)槭褂幂嗇S運(yùn)動(dòng)可以減少力的消耗,從而大力推廣6。本設(shè)計(jì)使用阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）。這種蝸桿，在垂直于蝸桿軸線的平面（即端面）上，齒廓為阿基米德螺旋線，在包含軸線的平面上的齒廓（即軸向齒廓）為直線，其齒形角為=。它可以在車床上用直線刀刃的單刀（當(dāng)導(dǎo)程角時(shí)）或雙刀（時(shí)）車削加工。安裝刀具時(shí)，切削刃的頂面必須通過(guò)蝸桿的軸線。圖3-1阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）和齒輪傳動(dòng)一樣，蝸桿傳動(dòng)的失效形式也有點(diǎn)蝕（齒面的接觸疲勞強(qiáng)度）、齒面膠合、齒根折斷及過(guò)度磨損等。由于材料和結(jié)構(gòu)的原因，蝸桿螺旋齒部分強(qiáng)度總是高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度，因此失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪輪齒上。所以，一般只針對(duì)蝸輪輪齒進(jìn)行承載能力計(jì)算。由于蝸桿蝸輪齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)，從而增加了產(chǎn)生膠合、磨損失效的可能性，尤其在某些條件下（潤(rùn)滑不良），蝸桿傳動(dòng)因齒面膠合而失效的可能性會(huì)更大。因此，蝸桿傳動(dòng)的承載能力通常受到抗膠合能力的限制。在傳動(dòng)中多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此應(yīng)以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為開始傳動(dòng)的主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則9。在閉式傳動(dòng)，蝸桿副多因齒面膠合或點(diǎn)蝕失效。因此，通常是按齒面接觸疲勞強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。此外，由于閉式蝸桿傳動(dòng)，散熱較為困難，還應(yīng)該做熱平衡核算13。由上述蝸桿傳動(dòng)的失效形式可知，蝸桿、渦輪的材料不僅要求具有足夠的強(qiáng)度，更重要的是要具有良好的磨合和耐磨性能。3.2 蝸輪、蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程1、 選擇蝸桿傳動(dòng)類型采用阿基米德蝸桿（ZA）。2、 選擇材料蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成。高速重載蝸桿常用15Cr或20Cr，并經(jīng)滲碳淬火；也可用40、45鋼或40Cr并經(jīng)淬火。這樣可以提高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蝸桿淬火后的硬度為4045HRC，經(jīng)碳化處理后的硬度為5562HRC。一般不太重要的低速中載的蝸桿，可采用40或45鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其硬度為220300HBS。本設(shè)計(jì)蝸桿材料為40Cr。3、 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距 （3-1）（1）確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩按照，蝸桿尺寸，估取效率，則（3-2）（2）確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)，使用系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)；則=1 （3-3）(3)確定彈性影響系數(shù)選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故。（4）確定接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距的比值，查得=2.9。.(5)確定許用接觸應(yīng)力根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模制造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力=268MPa。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： （3-4）壽命系數(shù)： （3-5）則=0.8134268=218MPa。3.3蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸（1）蝸桿圖3-2 蝸桿設(shè)計(jì)圖濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)蝸桿類型 ZA蝸桿頭數(shù) z14軸向模數(shù) m4精度等級(jí) 7級(jí)直徑系數(shù) q11.20分度圓直徑 d1=20mm分度圓導(dǎo)程角 193914齒槽徑向跳動(dòng)公差 fr0.016軸向齒距累計(jì)公差 fpxL0.018軸向齒距極限偏差 fpx=0.011螺旋線公差 fhL0.032（2）蝸輪圖3-3 蝸輪設(shè)計(jì)圖蝸桿類型 ZA齒數(shù)z2=29斷面模數(shù)m=4軸截面齒形角=20變位系數(shù)x2=-0.100分度圓螺旋角=193914螺旋線方向 右精度等級(jí)7級(jí)齒距累計(jì)公差Fp=0.032齒距極限偏差fpt=0.014齒形公差ff2=0.0093.4校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 （3-6）當(dāng)量齒數(shù)：= （3-7）根據(jù)，查的齒形系數(shù)3.5蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑潤(rùn)滑對(duì)蝸桿傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，具有特別重要的意義。因?yàn)楫?dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，傳動(dòng)效率將顯著降低，并且會(huì)帶來(lái)劇烈的磨損和產(chǎn)生膠合破壞的危險(xiǎn)，所以往往采用粘度大的礦物油進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，在潤(rùn)滑中還常加入添加劑，使提高抗膠合能力。10蝸桿傳動(dòng)所采用的潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑方法及潤(rùn)滑裝置與齒輪傳動(dòng)的基本相同。4 結(jié) 論XY數(shù)控工作臺(tái)改裝設(shè)計(jì)是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。實(shí)現(xiàn)方便并且能夠保證一定的精度。本文主要對(duì)工作臺(tái)的機(jī)械部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)滾珠絲桿，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)做了設(shè)計(jì)計(jì)算及選用，另外也利用caxa進(jìn)行了裝配圖的繪制。針對(duì)滾珠絲桿的計(jì)算，通過(guò)對(duì)滾珠絲桿的動(dòng)載荷及靜載荷的計(jì)算，確定所要絲桿的動(dòng)靜載荷值，并選擇。 針對(duì)步進(jìn)電機(jī)的選取，分別作了其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)作步進(jìn)電機(jī)的選擇。通過(guò)分析計(jì)算所選的絲杠、軸承、渦輪蝸桿等組件都符合要求，在保證工作性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上提高了加工精度。經(jīng)過(guò)各方面的檢測(cè)與實(shí)驗(yàn)，此機(jī)床具有以下特點(diǎn)：（1）機(jī)床剛性好，能承受重負(fù)荷切削工作。（2）.機(jī)床具有足夠的功率和寬廣的主軸變速范圍。能使用硬質(zhì)合金刀進(jìn)行高速切削，充分發(fā)揮刀具效能。（3）.主軸變速有沖動(dòng)裝置，便于變速，機(jī)床能迅速有效地進(jìn)行制動(dòng)。（4）機(jī)床重要的傳動(dòng)零件均用合金鋼制成，容易磨損的零件均用耐磨材料制成，導(dǎo)軌貼塑，保證了機(jī)床有足夠的使用壽命。（5）機(jī)床三向運(yùn)動(dòng)均有限位裝置，機(jī)床安全性好。（6）機(jī)床有完善的潤(rùn)滑系統(tǒng)，重要的傳動(dòng)零件和軸承均有完善的潤(rùn)滑裝置。同時(shí)設(shè)有指示器便于檢查。（7）.可靠性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，價(jià)格功能比好。參 考 文 獻(xiàn)1 陳宏鈞主編.實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)M.機(jī)械工業(yè)出版社，1996.122 趙家奇編.機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書M. -北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.103 浦林祥主編.金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)M.機(jī)械工業(yè)出版社，1995.01.014 劉文劍主編.夾具工程師手冊(cè)M.黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1992.01.015 機(jī)械加工工藝