小型數(shù)控鉆孔機(jī)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u30517摘要 I摘要隨著我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床的零部件加工制造提出了更高的要求、更高的速度、更高的效率、更高的精度、更高的自動(dòng)化程度和更高的集成度。目前，高精度、高效率的數(shù)控加工設(shè)備是我國(guó)制造業(yè)必須解決的主要問(wèn)題，也是我國(guó)制造業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家的根本原因。因此，開(kāi)發(fā)和分析高精度、高效率的數(shù)控加工設(shè)備，改善和提升數(shù)控加工設(shè)備的綜合能力是非常重要的。這對(duì)從整體提升我國(guó)的制造加工水平，縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的技術(shù)差距具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文全面的介紹了自行設(shè)計(jì)與制造的小型數(shù)控鉆孔機(jī)的組成及原理，然后對(duì)各主要部分進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。首先，確定該小型數(shù)控鉆孔機(jī)的結(jié)構(gòu)為龍門式結(jié)構(gòu)框架，根據(jù)示意圖確定各主要部分的型號(hào)選型，以及框架結(jié)構(gòu)的搭建，并在soildworks上制作三維圖模型，其次再對(duì)其主要部件進(jìn)行計(jì)算校核，驗(yàn)證自己選型的合理性，最后對(duì)該小型數(shù)控鉆孔機(jī)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟(jì)性分析。經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證計(jì)算，確定最后的小型數(shù)控鉆孔機(jī)在實(shí)際運(yùn)行操作上的可行性與實(shí)用性，在理論方面具有良好的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：小型數(shù)控鉆床；龍門式；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、緒論鉆孔機(jī)的工作形式就是使用比被加工工件硬度更高的刀具通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)刀頭對(duì)工件表面進(jìn)行切削和鉆孔等一系列常規(guī)加工，然后加工工件。同時(shí)，鉆孔機(jī)也有許多不同的名稱，最常見(jiàn)的有通孔機(jī)、打眼機(jī)、打孔機(jī)、鉆機(jī)。隨著當(dāng)今社會(huì)環(huán)境的快速發(fā)展，以及電子科技的不斷發(fā)展，不同用途和功能的電子設(shè)備也在陸續(xù)問(wèn)世。與此同時(shí)，電子技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越完善和迅速。各行各業(yè)都在推動(dòng)電子信息技術(shù)的發(fā)展。這也適用于零件加工，因?yàn)閿?shù)控發(fā)動(dòng)機(jī)是電子技術(shù)在這方面的重要體現(xiàn)。數(shù)控機(jī)床功能齊全，性能高，數(shù)控編程簡(jiǎn)單方便，可大大提高加工智能化。數(shù)控機(jī)床代表了加工領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向。數(shù)控鉆床是集液壓技術(shù)、氣體動(dòng)力系統(tǒng)、傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)于一體的高科技數(shù)字化工作機(jī)械。它是集速度、自動(dòng)化、高效率、精度、全方位一體化為一體的全自動(dòng)工作機(jī)器。如今，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種新的實(shí)用工作機(jī)器。隨著我國(guó)電子科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子設(shè)備的制造和應(yīng)用都在迅速發(fā)展，各行各業(yè)都在更新電子信息技術(shù)。數(shù)控機(jī)床是電子技術(shù)在加工領(lǐng)域的重要標(biāo)志。數(shù)控鉆床用途廣泛，性能優(yōu)良。數(shù)控編程簡(jiǎn)單方便，可大大提高鉆床的智能化加工水平。數(shù)控鉆床是加工領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向。到目前為止，大多數(shù)數(shù)控鉆床采用自動(dòng)空間加工和測(cè)試工件。此外，加工精度通常高于傳統(tǒng)鉆床，加工速度是傳統(tǒng)鉆床的數(shù)倍。所謂數(shù)控機(jī)床，是指處理由數(shù)字信息控制的信號(hào)的計(jì)算機(jī)。數(shù)控鉆床的出現(xiàn)和廣泛使用導(dǎo)致了傳統(tǒng)鉆床的大規(guī)模拆卸。與數(shù)控鉆床相比，傳統(tǒng)鉆床自動(dòng)化程度較低，工件的精度完全取決于工人的技能。處理速度慢，效率低，人力資源浪費(fèi)大。在這樣一個(gè)快速的信息時(shí)代，我們沒(méi)有跟上時(shí)代的步伐。此外，現(xiàn)有的傳統(tǒng)鉆井工具大多陳舊，維修率高，維修難度大，維修成本高。就其優(yōu)缺點(diǎn)而言，數(shù)控鉆床完全取代了傳統(tǒng)鉆床。從鉆床設(shè)備控制的角度來(lái)看，傳統(tǒng)的中小型工廠仍然采用人工控制，而大型民營(yíng)企業(yè)和國(guó)有企業(yè)則更多地使用機(jī)具來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。到目前為止，技術(shù)被認(rèn)為是工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一，另外兩大支柱是工業(yè)機(jī)器人和技術(shù)。自21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)數(shù)控鉆床的數(shù)量顯著增加。數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度從半自動(dòng)到全自動(dòng)，但我們一直在探索技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)鉆井技術(shù)后，還淘汰了一些國(guó)內(nèi)老舊的鉆井設(shè)備。數(shù)控鉆床的制造和T&K人才的培養(yǎng)越來(lái)越受到重視，數(shù)控機(jī)床在中國(guó)發(fā)展迅速。二、方案設(shè)計(jì)數(shù)控鉆床的總體設(shè)計(jì)包括夾頭系統(tǒng)設(shè)計(jì)、直線進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、三角業(yè)務(wù)系統(tǒng)配置等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和工作機(jī)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，提出了幾個(gè)通用系統(tǒng)，并進(jìn)行了綜合分析。通過(guò)對(duì)比，確定最符合設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)，最終確定最合理的總體設(shè)計(jì)方案。（一）總體方案的確定在本設(shè)計(jì)中，小型數(shù)控鉆床可以接受門戶網(wǎng)站的整體布局結(jié)構(gòu)，因?yàn)榕c其他布局類型相比，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省材料，承受較大的工作量，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，尺寸靈活。其總體布局如下圖所示。2-1：圖2-1小型數(shù)控鉆床總體布局其機(jī)械系統(tǒng)的基本組成如圖2-2：圖2-2小型數(shù)控鉆床基本組成（二）鉆床控制系統(tǒng)單片機(jī)是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)系列。從最早的、、到后來(lái)的、，兼容結(jié)構(gòu)和指令但具有各種新特性的單片機(jī)越來(lái)越多，幾乎所有單片機(jī)廠家的產(chǎn)品中都可以找到兼容的產(chǎn)品，熟悉了串行編程和應(yīng)用意味著我們有一個(gè)龐大的單片機(jī)家族，它可能適用于大多數(shù)的單片機(jī)應(yīng)用。由于數(shù)控鉆床的主要功能是旋緊、鉆孔、打磨、研磨，所以選擇了連續(xù)控制系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)床的要求，采用8位微機(jī)。由于該系列單片機(jī)具有集成度高、速度快、功能強(qiáng)大、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，采用的是系列的單片機(jī)進(jìn)行控制。的基本特征如下：具有8位的中央處理單元(CPU)；片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路(或),每執(zhí)行一條指令時(shí)間為或者；具有5個(gè)中斷源，配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)；具有21個(gè)特殊功能寄存器；具有128字節(jié)的RAM；可尋址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和的外部程序存儲(chǔ)器；具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；具有四個(gè)I/0口，32根I/0線；具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算；具有一個(gè)全雙工串行接口。從上述特性得知：一塊的功能相當(dāng)于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，足以擔(dān)當(dāng)本次設(shè)計(jì)小型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)的重任。（三）鉆床工作原理信號(hào)由人機(jī)界面產(chǎn)生，送至微控制器進(jìn)行處理，再送至發(fā)動(dòng)機(jī)等控制。動(dòng)力來(lái)自引擎，通過(guò)快速旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)傳遞。旋轉(zhuǎn)楔可以在z軸輸入系統(tǒng)控制中控制刀具的旋轉(zhuǎn)與工作截面相交。三軸發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)發(fā)電，使工作平面和操作系統(tǒng)能夠定位或切斷控制軸。（四）機(jī)身部分設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用門戶站點(diǎn)主體結(jié)構(gòu)，采用頂梁代替梁。鉆頭可以在X方向上水平移動(dòng)，也可以在Z方向上垂直上下移動(dòng)。您可以使用安裝在Y軸上的滾動(dòng)條來(lái)水平移動(dòng)。其機(jī)架框架如圖2-3。圖2-3機(jī)架框架圖2-4底座為了確保系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)擁有足夠的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)鉆床時(shí)特別注意了以下幾點(diǎn)：在設(shè)計(jì)機(jī)器的過(guò)程中，必須保證機(jī)器能夠承受工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。減少X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量，減少軸運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性沖擊;運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量和重力的降低，仍然可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壓力;為了使工作計(jì)算機(jī)具有較強(qiáng)的抗震和抗沖擊能力，必須在允許的范圍內(nèi)增加固定部件的重量。這臺(tái)數(shù)控鉆床的底座是用大理石做的。由于其應(yīng)力變化小，穩(wěn)定性高，比鑄鐵具有更強(qiáng)的抗震性，在加熱時(shí)不會(huì)發(fā)生太大變化，并保持高精度，所以這種材料非常適合用于高精度平臺(tái)。底座部分設(shè)計(jì)如圖2-4。（五）導(dǎo)軌的選用控制面板的作用是根據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程中的業(yè)務(wù)需求和方向來(lái)支持和限制業(yè)務(wù)單元的移動(dòng)。其主要功能包括:業(yè)務(wù)單位、工件質(zhì)量和工件切削應(yīng)力。常用的控制面板有很多種。按正確的操作類型可分為滾動(dòng)控制器、滑動(dòng)控制器、液壓控制器等。其最主要的功能為承載和導(dǎo)向，所以在挑選時(shí)必須充分考慮其導(dǎo)向精度、精度保持性、在該型號(hào)中，小型數(shù)控鉆床采用滑動(dòng)導(dǎo)軌代替?zhèn)鹘y(tǒng)數(shù)控工作臺(tái)，具有剛性、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好、可用性好、制造簡(jiǎn)單等諸多因素，能夠?qū)崿F(xiàn)控制器尺寸與業(yè)務(wù)單元之間的平衡。對(duì)于滾動(dòng)導(dǎo)軌其摩擦系數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌的移動(dòng)單元所需的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑動(dòng)導(dǎo)軌，因此運(yùn)動(dòng)平穩(wěn);由于滑動(dòng)控制器很小，所以功耗相對(duì)較低，在特定范圍內(nèi)仍能保持較高的分辨率。因此，滾動(dòng)控制器具有穩(wěn)定的服務(wù)精度和定位精度。直線導(dǎo)軌包括鋼球、滑軸、轉(zhuǎn)向軸、保持架、偏轉(zhuǎn)器、分配器、緊固夾等。其工作原理是:當(dāng)移動(dòng)單元相對(duì)于控制尺寸移動(dòng)時(shí)，控制關(guān)閉并微調(diào)后，其鋼球沿職業(yè)通道滾動(dòng)。當(dāng)鋼球移動(dòng)到滑塊的極限邊緣時(shí)，它會(huì)移動(dòng)到控制器的另一端，以重現(xiàn)之前運(yùn)動(dòng)的循環(huán)。這樣鋼球就可以在運(yùn)動(dòng)中不斷運(yùn)動(dòng)，從而利用轉(zhuǎn)向箭頭來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置的滑動(dòng)。在處理過(guò)程中產(chǎn)生的灰塵和雜物會(huì)滲入到滑動(dòng)槽中，影響球體的直線控制器的正常運(yùn)動(dòng)，因此會(huì)在錐臺(tái)兩側(cè)安裝端面保護(hù)裝置，防止這種現(xiàn)象的發(fā)生。小型數(shù)控鉆床采用GGB型定容四向滾動(dòng)直線控制副。對(duì)控制器尺寸的基本要求是足夠準(zhǔn)確可靠，并且能夠在移動(dòng)過(guò)程中穩(wěn)定地完成移動(dòng)設(shè)備的直線運(yùn)動(dòng)。和接觸角的鋼珠相接觸的設(shè)計(jì)，它能承受截面各方向的徑向應(yīng)力、徑向壓力和力。適用于鉆頭的X、Y、Z軸設(shè)計(jì)。它在安裝過(guò)程中也非常靈活。它還能使通孔在載荷作用下保持較小的通孔，從而提高有效通孔的硬度。冷卻罩的設(shè)計(jì)使冷卻罩在實(shí)際使用中四個(gè)方向的平均負(fù)荷。無(wú)論控制單元如何加注潤(rùn)滑油，這種設(shè)計(jì)系統(tǒng)都能在每條回路上產(chǎn)生相同的潤(rùn)滑效果，從而降低了轉(zhuǎn)向阻力，延長(zhǎng)了整個(gè)控制單元的使用壽命。導(dǎo)軌的圓弧設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌的自適應(yīng)功能，在預(yù)加載的情況下，安裝過(guò)程中的相對(duì)誤差也可以得到補(bǔ)償，而不會(huì)影響控制器的運(yùn)動(dòng)。控制球的尺寸大大減少了運(yùn)動(dòng)單元與控制球之間的摩擦，提高了整體的平穩(wěn)性，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)所需的功率，與光滑控制球的尺寸相比，大大降低了噪音。所選導(dǎo)軌副型號(hào)為，額定動(dòng)載，額定靜載，額定力矩，，。三個(gè)方向進(jìn)給系選用同一型號(hào)導(dǎo)軌副，X向?qū)к夐L(zhǎng)，Y向?qū)к夐L(zhǎng)，Z向?qū)к夐L(zhǎng)。圖2-5導(dǎo)軌副型號(hào)（六）傳動(dòng)方式的確定1.滾珠絲杠螺母副的選用大多數(shù)工作機(jī)器的輸入系統(tǒng)是線性的,而發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率是旋轉(zhuǎn)。因此，在設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)，常用的運(yùn)動(dòng)變換系統(tǒng)包括嚙合機(jī)構(gòu)、換擋機(jī)構(gòu)和垂向機(jī)構(gòu)。鉆頭已經(jīng)啟動(dòng)，其工作方式示意圖如下：圖2-6絲杠螺母機(jī)構(gòu)絲杠螺母機(jī)構(gòu)在進(jìn)給系統(tǒng)中的作用就是將電機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力經(jīng)過(guò)該機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)單元的水平直線運(yùn)動(dòng)。其摩擦形式也分為滑動(dòng)和滾動(dòng)?；瑒?dòng)式鉛酸電池具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工簡(jiǎn)單、制造成本低、自維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但其傳動(dòng)效率不高。只有。雖然鉛酸電池的結(jié)構(gòu)是由發(fā)光間隙控制的，但其復(fù)雜性和制造成本高于滑動(dòng)，但其發(fā)光間隙小，因此其傳輸效率高，一般為。因此滾動(dòng)式的絲杠螺母機(jī)構(gòu)在數(shù)控化機(jī)床上被廣泛的使用。滾動(dòng)絲杠螺母副通常用于高精度機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中。這次設(shè)計(jì)的鉆床需要在進(jìn)給系統(tǒng)中插入一副耳機(jī)。2.滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)（1）滾珠絲杠的效率更高。與滑動(dòng)的相比，滾珠絲杠內(nèi)部的滾珠大大減小了運(yùn)動(dòng)單元與絲杠之間的摩擦，從而提高了3-4倍的效率。同樣，在相同負(fù)載下，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間也會(huì)大大縮短。。（2）動(dòng)作要快，不要太快。由于球體的存在，滑塊在動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)與靜態(tài)范圍內(nèi)的差別不大，因此滑塊旋轉(zhuǎn)更加靈活，可以很容易避免低速滑動(dòng)。(3)能消除軸向斥力，軸向沖擊大。耳機(jī)可以在加工過(guò)程中增加負(fù)載，減少軸向間隙，提高輸入系統(tǒng)的定位精度。（4）磨損小，精度保持性好。相較滑動(dòng)摩擦，滾動(dòng)摩擦對(duì)絲杠的磨損更小，而且絲杠和螺母都經(jīng)過(guò)淬火，增加其剛度和使用壽命，便于保持較高的精度。（5）摩擦系數(shù)小，無(wú)自鎖現(xiàn)象。該機(jī)構(gòu)可使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力與運(yùn)動(dòng)單元的水平直線運(yùn)動(dòng)相互作用，即運(yùn)動(dòng)的可逆性存在。(6)工藝復(fù)雜，成本高。滾珠絲杠以及螺母等零件形狀復(fù)雜，加工工藝以及工件表面粗糙度要求高，因此成本不斷增加。3.滾珠絲杠螺母副的支撐方式機(jī)床絲杠一般的安裝方法有兩端固定、自由固定和支承固定。第一種是實(shí)心頭沿徑向和軸向面同時(shí)對(duì)準(zhǔn)，這只適用于鉛錘對(duì)的短期沖擊;第二類固體封頭也受到徑向和軸向壓力的影響。支撐頭受徑向壓力影響，可能會(huì)有少量軸向滑動(dòng)，可有效減小鉛垂線因自身重力引起的變形。最后一個(gè)兩端固定，承受徑向和軸向壓力。此時(shí)可在鉛錘上添加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，以加強(qiáng)鉛錘的強(qiáng)度，從而有效防止輕微的熱變形。為了提高支撐剛度，滾珠絲杠副以兩端都以固定的形式安裝。最后確定滾珠絲杠部分的裝配如圖：圖2-7滾珠絲杠裝配圖（七）工作臺(tái)的尺寸確定工作臺(tái)的主要功能就是在加工過(guò)程中承載工件，暫定工作臺(tái)的尺寸長(zhǎng)×寬×高為,重量約為，最大行程為，T形槽螺栓，T形槽寬度，總高度。具體構(gòu)造三維圖如圖：圖2-8工作臺(tái)構(gòu)造三維圖（八）本章小結(jié)本章主要介紹了鉆頭主要結(jié)構(gòu)的選擇、控制系統(tǒng)的配置和工作原理。最后，還確定了關(guān)鍵工作部件(如機(jī)箱、控制面板、桌面)的選擇尺寸，以及電源部件的接線和支撐方式。三、機(jī)械部分計(jì)算與校核（一）切削參數(shù)的計(jì)算1.切削力的計(jì)算工件加工時(shí)的切削應(yīng)力與工作時(shí)加工材料的硬度以及被吃刀量和需要加工的孔徑大小有關(guān)，可以按《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》中的計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。方向的切削力為：考慮到鉆床鉆削銅板或鋁板上的孔，所以工件材其中料以銅來(lái)設(shè)計(jì)，其中的最大孔徑為計(jì)算。查手冊(cè)中有關(guān)數(shù)據(jù)得，，，，進(jìn)給量查得，取。則2.切削功率的計(jì)算切削扭矩：查表，可知：，，，，所以：切削速度：式中：為刀具耐用度，查表?。蝗?，，，，，因此：切削功率：（二）滾珠絲杠的選擇計(jì)算1.最大動(dòng)載荷Q的計(jì)算在選擇滾珠絲杠的具體參數(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)著重考慮其當(dāng)量動(dòng)載荷Q來(lái)選擇：式中的為工作時(shí)絲杠的最大載荷；為工作壽命；為載荷性質(zhì)系數(shù)，無(wú)沖擊，一般情況取，有較大的沖擊或震動(dòng)時(shí)取，本設(shè)計(jì)??；為硬度系數(shù)取為。絲杠的工作時(shí)最大負(fù)載是工作時(shí)，施加到耳機(jī)上的軸向負(fù)荷由機(jī)器的折射率控制。因?yàn)楣潭ㄑb置的穩(wěn)定性在加工過(guò)程中不會(huì)導(dǎo)致理論上的位移，在加工零件時(shí)對(duì)耳機(jī)產(chǎn)生力為：式中的為軸方向的切削應(yīng)力，由3.1.1計(jì)算結(jié)果得；為工作臺(tái)和工件質(zhì)量取極限下的重量，取。即絲杠的工作壽命為：其中，為工作壽命，以為一個(gè)單位，為絲杠使用壽命，對(duì)于數(shù)控機(jī)床可以取。為絲杠的轉(zhuǎn)速，這里取。計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷為：根據(jù)當(dāng)量動(dòng)載荷選擇滾珠絲杠副的型號(hào)，按滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷大于等于的原則確定滾珠絲杠副的型號(hào)為，即內(nèi)循環(huán)方式，基本導(dǎo)程為，公稱直徑為，絲杠內(nèi)徑為，絲杠外徑為，螺紋為左旋，剛球直徑，負(fù)荷鋼球圈數(shù)為，4級(jí)精度的傳動(dòng)滾珠絲杠副。該滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷為，而，符合設(shè)計(jì)要求。軸向剛度。預(yù)緊力，三個(gè)方向的進(jìn)給系選用同一型號(hào)滾珠絲杠，因?yàn)閅向負(fù)載最大，所以只需對(duì)Y向的絲杠進(jìn)行校核，如圖為Y向的絲杠。2.效率計(jì)算滾珠絲杠的傳動(dòng)效率：式中的為螺紋的螺旋升角，；為絲杠上螺紋的摩擦角，其摩擦系數(shù)。由式得知摩擦角約等于；為滾珠絲杠的導(dǎo)程。所以該滾珠絲杠的傳動(dòng)效率為。3.剛度的驗(yàn)算數(shù)控鉆床的滾珠軸承精度很高。工作量P的壓力會(huì)延長(zhǎng)或縮短。同時(shí)，M對(duì)另一側(cè)或另一側(cè)的彎曲也有很大的影響。同時(shí)，耳機(jī)的高度也會(huì)相應(yīng)改變，從而降低其傳輸精度和定位精度。因此，有必要計(jì)算耳機(jī)在滿負(fù)荷下的形狀變化及其對(duì)精度的影響?！恫牧狭W(xué)》中指出，絲杠在因承受工作載荷的作用而發(fā)生一個(gè)螺距的變化量,可按下式計(jì)算：式中的為絲杠軸向的工作負(fù)載；為滾珠絲杠的螺距；為材料的彈性模量，本設(shè)計(jì)中絲杠的材料為，取其；A為滾珠絲杠的橫截面積。所以變化量為：絲杠因承受扭矩作用而引起一個(gè)螺距的變化量，因?yàn)樵趯?shí)際的傳動(dòng)過(guò)程中扭矩不大，因此該變化量忽略不計(jì)。導(dǎo)程變化總誤差為：查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得絲杠在4級(jí)精度下允許的誤差，所以滾珠絲杠的選用符合要求。4.穩(wěn)定性驗(yàn)算滾珠絲杠在工作時(shí)主要承受的力是軸向力。當(dāng)軸向力超過(guò)螺桿的極限時(shí)，就會(huì)發(fā)生彎曲，失去固有的穩(wěn)定性。因此，必須對(duì)其擠出帶材的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查。絲杠失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)載，可用歐拉公式計(jì)算：其中：為材料的彈性模量，本設(shè)計(jì)中絲杠的材料為，??；為截面的慣性力矩，本設(shè)計(jì)中絲杠為實(shí)心桿，因此其截面慣性力矩為；為滾珠絲杠的總長(zhǎng)，對(duì)Y向絲杠校核，；為絲杠的軸端系數(shù)，根據(jù)固定的方式有關(guān)，該部分采取的是兩段固定的方式，取.臨界負(fù)載與工作負(fù)載之比稱為為穩(wěn)定性安全系數(shù)。如果穩(wěn)定性安全系數(shù)大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，則該壓桿安全不致失穩(wěn)。故此滾珠絲杠不會(huì)失穩(wěn)。滾珠絲杠高速下會(huì)產(chǎn)生共振，所以需要檢查滾珠絲杠的臨界轉(zhuǎn)速，即無(wú)共振的最高轉(zhuǎn)速。在這個(gè)操作系統(tǒng)中，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速不高，長(zhǎng)度也比普通鉆機(jī)短，所以不需要檢查臨界轉(zhuǎn)速。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠。由于步進(jìn)電機(jī)在一定速度下具有自支撐能力，因此無(wú)需安裝機(jī)械制動(dòng)裝置。（三）縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇及計(jì)算1.選擇步進(jìn)電機(jī)在進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)選擇時(shí)有以下幾點(diǎn)需要滿足：工件加工過(guò)程中，步進(jìn)電機(jī)上最大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須小于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配；空載進(jìn)行快速定位時(shí)絲杠電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩也需要小于選擇步進(jìn)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。2.最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)加工工件時(shí)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于等于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可根據(jù)下式計(jì)算，即:由前文數(shù)據(jù)得知鉆床最大進(jìn)給力，為工作臺(tái)和工件的最大質(zhì)量，??；鉆削時(shí)工作臺(tái)停止移動(dòng)，故；為脈沖當(dāng)量，這里取；絲杠導(dǎo)程，預(yù)緊力，總機(jī)械效率取，因此由于滾珠絲杠上施加的預(yù)緊力而產(chǎn)生的摩擦力矩為：查《角接觸推力球軸承組配技術(shù)手冊(cè)》可知單個(gè)角接觸軸承的摩擦力矩為，故一對(duì)軸承的摩擦力矩。其摩擦力可忽略不計(jì)。電機(jī)與絲杠直連，其傳動(dòng)比。3.負(fù)載慣量計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量有關(guān)，而負(fù)載慣量的計(jì)算方式如下。（1）工件和工作臺(tái)折算到電機(jī)軸上的慣量，工件與工作臺(tái)的最大質(zhì)量，可按下式計(jì)算，即：其中，v為工作臺(tái)的移動(dòng)速度（m/s），絲杠導(dǎo)程，w為步進(jìn)電機(jī)的角速度（rad/s），m為加工時(shí)工件和工作臺(tái)的總重量（kg）。（2）絲杠加在電機(jī)軸上的慣量，絲杠名義直徑為，，絲杠材料鋼的密度。根據(jù)下式公式，絲杠加在電機(jī)軸上的慣量為：（3）聯(lián)軸器加在鎖緊螺母等的慣量可以查閱資料得到：（4）負(fù)載總慣量為：按照數(shù)控機(jī)床慣量匹配條件，，所選步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在范圍內(nèi)。根據(jù)以上計(jì)算公式，根據(jù)參數(shù)選擇滿足要求的型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)如下：相數(shù)為；步距角；相電流；最大靜轉(zhuǎn)矩；電壓；電阻；尺寸外形；重量0.65kg；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，額定轉(zhuǎn)矩；最大轉(zhuǎn)矩，機(jī)械時(shí)間常數(shù)。4.空載轉(zhuǎn)矩計(jì)算當(dāng)運(yùn)動(dòng)單元空載時(shí)從靜止轉(zhuǎn)變?yōu)榭煲苿?dòng)速度模式時(shí)，需要施加的轉(zhuǎn)矩為：（1）空載加速時(shí)，主要克服的是慣量。選用該步進(jìn)電機(jī)總慣量為：（2）加速時(shí)間經(jīng)常取的倍，取所以：空載加速轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩，型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的，滿足設(shè)計(jì)要求。三個(gè)方向進(jìn)給系選擇相同的步進(jìn)電機(jī)。（四）滾珠絲杠軸承的選擇及校核1.絲杠軸承的選擇軸承的類型與滾珠絲杠副的固定方式以及應(yīng)力狀態(tài)等有著密切的聯(lián)系。為了保持高精度的數(shù)控鉆床的給水系統(tǒng),有必要正確安裝耳機(jī),選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu),以確保其精度高。但是，提高硬度和精度也是保證系統(tǒng)高機(jī)動(dòng)性的有效途徑。一般在計(jì)算機(jī)和連接器之間添加接觸點(diǎn)，以提高連接器的接觸長(zhǎng)度和硬度。在鉆井工程中，操作技術(shù)允許使用工作機(jī)器的主體，但通常使整個(gè)座椅和支架更加剛性。因?yàn)槎鷻C(jī)插孔通常需要特定的軸向干涉，所以選擇導(dǎo)光板也是非常重要的。目前，在中國(guó)，風(fēng)箏有兩種連接方式。一種是徑向基函數(shù)和圓錐基函數(shù)的組合。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但軸向沖擊不好。另一種是推力軸承或徑向推力軸承和徑向軸承的組合，在一定程度上提高了軸的硬度。由于缺陷，軸承在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量和軸承與軸之間的間隙增大，軸承的基本尺寸也增大。近年來(lái)，各地制造商已經(jīng)發(fā)射了能承受實(shí)際工作中巨大軸向力的月球探測(cè)器。與一般軸承相比，接觸角可以達(dá)到，軸承的耳數(shù)較大，因此軸承的直徑比標(biāo)準(zhǔn)軸承的直徑小。與傳統(tǒng)的月面結(jié)構(gòu)相比，中推式月面結(jié)構(gòu)的軸向粗糙度至少提高一倍，非常方便。通常工廠里的產(chǎn)品不多，和內(nèi)外圈厚度匹配的內(nèi)外圈都是在工廠里挑選的。內(nèi)圈和外圈可通過(guò)螺母和端頭擠壓，并可在工廠獲得預(yù)緊力。為了增加滾珠絲杠的剛度，絲杠選用兩端固定的方式，固定的軸承都為的角接觸軸承，主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：(1)韌性高，便攜性強(qiáng);(2)鋼球多，接觸角大;(3)能承受徑向和軸向載荷，使鉛垂線強(qiáng)度最大。因?yàn)樵虑蚩梢越档驮虑蛱綔y(cè)器的啟動(dòng)速度，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)壓力，提高整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度。所以依據(jù)上述的描述，選擇軸承的型號(hào)為，內(nèi)徑，外徑，寬度，基本額定動(dòng)載荷，基本額定靜載荷，極限轉(zhuǎn)速（脂潤(rùn)滑）為。2.滾珠絲杠軸承校核軸承的基本額定壽命可由《機(jī)械設(shè)計(jì)》上的公式確定：式中：為絲杠工作時(shí)的最大載荷；為基本額定壽命；為壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承；n為軸承的工作轉(zhuǎn)速，?。籆為基本額定動(dòng)載荷，。故所選軸承合格。（五）聯(lián)軸器的選擇由于電機(jī)的軸和導(dǎo)線必須始終在同一條線上，運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)有相對(duì)位移，因此選擇剛性開(kāi)關(guān)。由于支撐狀態(tài)很小，需要稍微移動(dòng)扭矩，所以選用簡(jiǎn)單的泡沫開(kāi)關(guān)，用兩個(gè)垂直的圖釘來(lái)傳遞扭矩。由于兩個(gè)不同的葉片是連接在一起的，所以工廠需要設(shè)計(jì)調(diào)整特殊的尺寸。結(jié)合絲杠和電機(jī)軸的尺寸確定聯(lián)軸器的尺寸為，圓錐銷從GB117-86標(biāo)準(zhǔn)中選取，其中電機(jī)端圓錐銷為，絲杠端圓錐銷為。（六）主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.確定軸的最小直徑主軸的結(jié)構(gòu)形狀由零件加工工藝決定。必須考慮工作條件與主軸質(zhì)量等級(jí)之間的關(guān)系。軸材料必須是45鋼，必須調(diào)制:根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表16-2，根據(jù)許用剪應(yīng)力計(jì)算力矩傳動(dòng)軸的最小偏差：式中：P為軸傳遞的功率，這里按切削功率來(lái)計(jì)算，由3.1.2可知：；n為軸的轉(zhuǎn)速，這里??；為許用切應(yīng)力；為與軸的材料有關(guān)的系數(shù)，該主軸系統(tǒng)中軸的材料選擇為45號(hào)鋼。查表得：，，所以綜合安全因素和圓錐銷對(duì)主軸強(qiáng)度的影響考慮，這里取最小直徑主軸的具體直徑情況與設(shè)計(jì)方案如圖：主軸與聯(lián)軸器通過(guò)圓錐銷進(jìn)行連接固定，根據(jù)連聯(lián)軸器部分，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以查得圓錐銷的尺寸取。2.主軸電機(jī)的選擇主電機(jī)是數(shù)控鉆床的主要部件之一，其型號(hào)和性能直接影響著今后的調(diào)速和加工空間。電機(jī)和脈沖步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩恒定，功率低，因此它們的應(yīng)用僅限于簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，如線性輸入。直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、經(jīng)濟(jì)不實(shí)用，其內(nèi)部變頻器和電刷在實(shí)際運(yùn)行中容易出現(xiàn)故障，在主操作系統(tǒng)中難以承擔(dān)重任。因此，數(shù)控鉆床的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用交流調(diào)速電機(jī)，慣性矩相對(duì)較小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，無(wú)刷，可達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速比相同功率的直流電機(jī)要大。目前來(lái)說(shuō)適用于本鉆床的系列交流主軸電機(jī)，它們的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)額定功率分別為7.5kw、11kw、15kw、18.5kw、22kw五種規(guī)格，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速。在絲杠螺母副部分已經(jīng)算出主軸傳遞全部功率時(shí)的最低切削速度n，即電機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù)，為。所以電機(jī)所需最大功率由于所需切削功率并不是很高所以選擇電機(jī)功率即可，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為額定最高轉(zhuǎn)速為最低轉(zhuǎn)速3.主軸軸承的選用主軸軸承主要承受得的載荷是軸向載荷、徑向載荷，其中軸向載荷是主要的，所以選用角接觸軸承，同時(shí)可以承受軸向和徑向載荷。其主要選擇如下：現(xiàn)選用型號(hào)，基本尺寸為：，外徑，寬度，基本額定動(dòng)負(fù)荷，基本額定動(dòng)載荷，極限轉(zhuǎn)速為（在正常潤(rùn)滑下）。4.主軸軸承的疲勞壽命校核由公式可知，軸承的基本額定壽命為：式中的P為當(dāng)量動(dòng)載荷，由公式可計(jì)算得，其中為沖擊載荷系數(shù)，取1.1；為徑向載荷，因鉆削時(shí)主要受軸向力，徑向力很小，在次計(jì)算中忽略這部分；為軸向載荷，為；X、Y為徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)，，；所以；為基本額定壽命；為壽命指數(shù)，球軸承；滾子軸承；n為軸承工作轉(zhuǎn)速，；C為基本額定動(dòng)載荷，。故所選軸承合格。5.軸的強(qiáng)度校核理論上，在運(yùn)行過(guò)程中，沖擊力主要是軸向壓力和傳動(dòng)力矩。但在具體分析過(guò)程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度和軸向力的影響較小。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第四版式16-1可知式中的為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為；T為軸所受的扭矩，單位為；為軸的抗扭截面系數(shù)，單位為；為軸的許用轉(zhuǎn)矩切應(yīng)力，單位為；：P為軸傳遞的功率，這里按切削功率來(lái)計(jì)算，由3.1.2可知：；n為軸的轉(zhuǎn)速，這里??；d為軸的直徑，因?yàn)榇颂庉S的直徑分幾段的不同，所以按平均計(jì)算。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第四版表16.2，45號(hào)鋼的，，所以軸的強(qiáng)度符合要求。（七）本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是對(duì)一些主要部件的計(jì)算部分，首先計(jì)算鉆床在工作時(shí)將會(huì)產(chǎn)生的切削應(yīng)力和切削功率，然后根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)鉆床各部位進(jìn)行劃取選擇,然后選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ透鶕?jù)鉆頭上的最大動(dòng)載荷,計(jì)算和電力傳輸能力在實(shí)際工作,驗(yàn)證和穩(wěn)定性及其影響。電機(jī)是根據(jù)最大剪切負(fù)載轉(zhuǎn)矩來(lái)選擇的，它小于或等于電機(jī)工作時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩。和月球車一樣，它在Y方向上的載荷最大。因此，只需要檢查Y方向，就可以選擇相同的三路輸入系統(tǒng)。接下來(lái)，將選擇月球表面，并檢查其疲勞時(shí)間，以確定開(kāi)關(guān)的大小。在設(shè)計(jì)主軸時(shí)，首先要確定主軸的最小起始位置，然后再設(shè)計(jì)主軸。選擇合適的電機(jī)作為導(dǎo)軌，選擇700AC月球車，檢查疲勞壽命，最后檢查設(shè)計(jì)的主軸強(qiáng)度。結(jié)合二三章的設(shè)計(jì)內(nèi)容，總體的三維裝配圖如下四、經(jīng)濟(jì)性分析與環(huán)境安全保護(hù)（一）經(jīng)濟(jì)性分析此次設(shè)計(jì)的小型數(shù)控鉆孔機(jī)主要包括三個(gè)部分，分別為主軸系統(tǒng)、三個(gè)方向的進(jìn)給系統(tǒng)和機(jī)架整體部分?？蚣芙Y(jié)構(gòu)底部采用大理石材質(zhì)，比鐵更耐用，性價(jià)比高，應(yīng)力變形小。船體結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)樓梯踏板裝置相同。橫梁不是單獨(dú)設(shè)計(jì)的，而是用橫梁代替橫梁，具有相同的功能影響。機(jī)架的材質(zhì)選用，良好的耐熱性、可用性、強(qiáng)度、流暢性和抗沖擊性;可調(diào)底座采用橡膠材質(zhì)，減振效果好，性價(jià)比高。輸入系統(tǒng)中的滑塊采用滑塊代替滑塊，提高了鉆機(jī)的精度，在一定程度上增加了噪聲；將絲杠設(shè)計(jì)為滾珠絲杠，可以最大限度的減小摩擦帶來(lái)的精度影響，而且絲杠啟動(dòng)時(shí)，對(duì)電機(jī)功率的需求也有所下降。在價(jià)格方面，框架部分的總費(fèi)用在1500元；一共有三條滾珠絲杠副需要定制，每條費(fèi)用為200元；步進(jìn)電機(jī)三個(gè)，每個(gè)70元；滾珠直線導(dǎo)軌四條，每條150元；主軸電機(jī)一個(gè)，費(fèi)用在200元左右；主軸也需要定制加工，價(jià)格在100元左右；角接觸軸承螺釘螺母墊片等費(fèi)用按200元計(jì)算。由于此過(guò)程是獨(dú)自完成，人工費(fèi)用為0，總計(jì)費(fèi)用為3410元。通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，可以確認(rèn)該設(shè)計(jì)更加合理和可行。與國(guó)內(nèi)外其他小型數(shù)控鉆床相比，可減少資源消耗。具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和一定的實(shí)用性。（二）環(huán)境保護(hù)與安全性分析該方案采用電力驅(qū)動(dòng)，使用的能源為不污染環(huán)境的綠色能源。機(jī)械外殼由普通金屬制成，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。此外，在設(shè)計(jì)工作機(jī)器時(shí)充分考慮并降低了噪聲，因此噪聲可以大大降低。檢查你的工作電腦是否有一定的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定安全。此外，還可以在鉆頭上安裝其他檢測(cè)裝置和邊界交換器，以改善鉆頭的結(jié)構(gòu)和功能。總之，這個(gè)設(shè)計(jì)可以成功地滿足工作要求，并且對(duì)環(huán)境是安全的。五、結(jié)論在這項(xiàng)研究和總結(jié)的指導(dǎo)下，我們系統(tǒng)地檢查、驗(yàn)證和完善我們所學(xué)課程的理論知識(shí)。通過(guò)理論和研究解決實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題。我們得到了從理論到實(shí)踐的全面訓(xùn)練，培養(yǎng)了獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)理論解決問(wèn)題的能力，為以后的生活提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從理論上講，該小型數(shù)控鉆床基本滿足任務(wù)定義的要求，如任務(wù)、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。雖然設(shè)計(jì)師已經(jīng)盡力了，但設(shè)計(jì)中還是不可避免地有一些缺陷。雖然整體設(shè)計(jì)大大提高了傳統(tǒng)設(shè)備的性能，但與市場(chǎng)上的產(chǎn)品相比還是比較簡(jiǎn)單的，還需要改進(jìn)。此畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是主要用于板類零件鉆孔加工的小型數(shù)控鉆床。本文對(duì)其機(jī)械系統(tǒng)及控制系統(tǒng)分別做了設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)思想如下：1.機(jī)器的整個(gè)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是大理石。因此，該機(jī)具有