双头立式钻床机械结构设计.doc

《双头立式钻床机械结构设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双头立式钻床机械结构设计.doc（39页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、目 录目 录I摘要IIAbstractIII第一章 绪论11.1本课题的背景和研究意义11.2本课题解决的问题和设计时主要的工作3第二章 双头钻床结构设计的总体方案42.1钻床总体结构42.2设计方案选择4第三章 可调式双头钻头的设计93.1预选加工材料，加工直径93.2计算高速钢麻花钻轴向切削力及扭矩103.3钻头中各轴及齿轮的计算113.4双头钻头内各轴的设计17第四章 传动系统减速箱设计194.1减速箱内各齿轮设计194.2双头钻头内各轴的设计20第五章 传动系统电机的选择235.1计算折算到电机主轴上的转矩23第六章 钻头进给系统的设计246.1钻头轴向进给丝杠螺母副的计算和选型246

2、2齿轮传动比计算276.3步进电机的计算和选型286.4轨道的选择31第七章 X-Y工作台的设计327.1工作台滚珠丝杠螺母副的计算和选型327.2轨道的选择33总 结34致 谢35参考文献36- III -摘要此次设计为立式双头钻床的机械设计。设计主要介绍了立式双头钻床的设计原理、调整方法及设计计算过程。通过预先给定的加工要求可确定所需的计算参数，进而依据立式双头钻床的设计原理来设计计算并校核各个部位的零件，然后进行组装。本次设计可从五大方面进行设计。通过预先给定的加工要求计算并进行了可调式双头钻头的设计、传动系统减速箱的设计、传动系统电机的选用、X-Y工作台的设计、钻头轴向进给系统的设计

3、共五部的设计。通过设计并组装后的钻床可以一次加工两孔，且两钻头间的距离可调，从而实现可以在一个工件上加工多对两两间距不同的孔。在人力和设备不增加的情况下使用立式双头钻床可以成倍提高钻床的加工效率，并可以保证较高的加工精度和孔间相对位置精度。关键词：滚珠丝杠；电动机；变速箱；可调式双头钻头。Abstract The machine design is to devise an adjustable vertical double-headed drilling machine.The design mainly introduced the design principle,adjusting

4、and design calculation process for devise a adjustable vertical double-headed drilling machine.Through the processing requirements given in advance can determine the computation parameters,then based on the design principle,which is about adjustable vertical double-headed drilling machine,to design,

5、calculate and check each place parts,and then to assemble all the parts.The design can be devised from five aspects.Through the processing requirements given in advance，five parts of the design,the adjustable double transmission system,design of the reducer drive system for the motor selection,desig

6、n of X-Y workbench,design of axial feeding system for drill bits,can be calculated and devised.Through design and assembly of the drilling machine,two holes can be formed after one processing,and the distance between the two holes can be adjusted.So as to realize processing some groups of holes with

7、 different space between two holes.Adjustable vertical two-headed drilling machine can multiply processing efficiency without increase human and equipment,and can guarantee a high machining accuracy and precision of the relative position between holes.Key words：Ball screw；motor；gearbox；Adjustable tw

8、o-headed drill bit.第一章 绪论1.1本课题的背景和研究意义机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备的重要任务。机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。国家的工业、农业、国防和科学技术的现代化程度都与机械工业的发展程度相关。因此，大量设计制造和广泛使用各种各样先进的机械是促进国民经济发展，加速我国社会主义现代化建设的一个重要内容。钻床是一种加工行业应用较为广泛的一种钻式机床设备，本类机床主要用于加工一些零部件的钻孔和孔洞的加工，转头是这类机床的主要加工器具，在目前钻床行业来看，随着我国的工业机床研发水平的不断推进和国际机床行业的竞争压力国内的钻床行业发展

9、较为迅猛，技术和钻床的生产工业也有了很大的提升，相比于改革开放左右，机床和钻床还没在国内大范围兴起的时候钻床的技术大多会从国外引进，在通过欧美和前苏联的一些设计方案的摸索下国内不少厂家在现今的钻床行业已经独占鳌头，国内的钻床设备行业也随着机械的精进而不断的发展着，目前行业中较多厂家都拥有对钻床的批量生产能力。钻床主要用在工件上孔的加工。通常钻头的旋转为主运动，钻头的轴向移动为进给运动。普通钻床的结构比较简单，加工精度较低，可钻通孔、盲孔。在钻床上配有工艺装备时，还可以进行镗孔,在钻床上配万能工作台还能进行分割钻孔、扩孔、铰孔。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。加工过程中工件不动，让刀具

10、移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。钻床主要分为立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、台式钻床、深孔钻床和中心孔钻床等。为了满足模具制造业发展的需要，又开发了除钻削深孔以外，还可以进行铣削、攻丝等的多功能钻床。20世纪70年代初，钻床还是普遍采用普通继电器控制的。如70年代-80年代进入中国的美国ELDORADO公司的MEGA50，日本神崎高级精工制作所的DEG型，德国TBT公司的T30-3-250等。80年代后期数控技术逐渐开始在深孔钻床上应用，特别是90年代以后这种先进的技术才迅速推广。如TBT公司90年代初上市的ML系列深孔钻床，进给系统由机械无级变速器改为采用交流伺服电机驱动的

11、滚珠丝杠副，进给用滑台导轨也改为采用滚动直线导轨。钻杆箱传动为了保证高速旋转、精度平稳，由交换皮带轮及皮带，和双速电机驱动的有级传动变为无级调速的变频电机到电主轴驱动，为钻削小孔深孔和提高深孔钻床的水平质量提供了有利条件。长期以在我国的机械制造业中钻床加工的工作量在总的制造工作量中占有很大的比重。制造业中孔类加工多数由传统钻床来完成。单头钻床是机械行业最通用的设备，主要用于工件上孔的加工。但是传统的单孔钻床在大批量生产时存在许多的不足之处。由于单头钻床只有一根主轴，因此，一次只能加工一个孔。如果要加工多孔的工件，只有通过移动夹具多次对刀来实现，工人的劳动强度大,生产效率低，很难进行大批量的生产

12、而且孔的位置精度较低。随着工业的发展，对产品质量、加工效率、加工零件方式多样性以及工艺发展的要求的不断提升，生产效率低、操作工人劳动强度大、加工精度较低的传统单头钻床已不适用于大批量的产品生产。随着中国经济的快速发展，进入21世纪，我国机床制造业既面临着提升机械制造业水平的需求而引发的制作装备发展的良机，也遭遇到加入WTO后市场激烈的竞争压力。随着工业的发展，产品质量和加工效率的不断提升，数控机床的大量应用也日趋广泛。但将数控机床作为加工孔的专用设备与多轴钻床相比，投入资金就有点得不偿失了。单孔摇臂钻床作为加工孔的通用机床，生产效率低、操作工劳动强度大，已不适用于大批量的成线生产。于是，多轴

13、钻床加工成为一种提高生产率的有效措施。而多轴加工逐渐成为一种新的加工趋势。 一台普通的多轴钻床一次能把几个乃至十几二十个孔或螺纹加工出来。如配上油压或数控装置，可自动进行快进、工进（工退）、快退、停止。多轴钻床也称群钻,可用来钻孔或攻牙,一般型号可同时钻2-16孔,提升效率,固定机种轴数不拘,钻轴形式尺寸大小可以依据客户需求进行设计加工。多轴钻床广泛应用于机械行业多孔零部件的钻孔及攻丝加工。如汽车、摩托车多孔零部件：发动机箱体、铝铸件壳体、制动鼓、刹车盘、转向器、轮毂、差速壳、轴头、半轴、车桥等，泵类、阀类、液压元件、太阳能配件等等。多轴钻床可分为可调式和固定式两种规格，可调式多轴钻床在其加工

14、范围内，其主轴的数量、主轴间的距离，相对可以任意调整，一次进给同时加工数孔。在其配合液压机床工作时，可自动进行快进、工进（工退）、快退、停止.同单轴钻（攻丝）比较，工件加工精度高、工效快，可有效的节约投资方的人力、物力、财力。尤其机床的自动化大大减轻操作者的劳动强度。固定式多轴钻床采用单件（加工件）专机的设计方案，根据其加工件加工频率高、量大之原因，专门量身定制一件一机的设备，在其工作中勿须担心尺寸跑偏而伤脑筋。除用到常规的产品外，还可根据客户的特殊要求进行专项设计。多轴钻床大体分为两种类型：可调式和固定式。可调式：适合加工多样不定性孔件，使用范围较广。缺点是精度方面控制有所欠缺，长期使用跑位

15、率相比略高。适合单件加工量不大，长年更换加工件的企业。固定式：适合加工单种大批量的工件，缺点是加工范围小，只能加工多孔之间位置固定的工件。适合大批量加工的工件。本次设计主要研究可调立式双轴钻床，也可以称为可调立式双头钻床，有两个主轴配两把钻头，同时加工同一零件上的两个孔。若要用一台电动机实现两个钻头的同时转动，需要在设计时着重注意传动系统与减速系统的设计。1.2本课题解决的问题和设计时主要的工作单头钻床是机械行业最通用的设备，主要用于工件上孔的加工。但是传统的单孔钻床在大批量生产时存在许多的不足之处。由于单头钻床只有一根主轴，因此，一次只能加工一个孔。如果要加工多孔的工件，只有通过移动夹具多次

16、对刀来实现，工人的劳动强度大,生产效率低，很难进行大批量的生产，而且孔的位置精度较低。随着工业的发展，对产品质量、加工效率、加工零件方式多样性以及工艺发展的要求的不断提升，生产效率低、操作工人劳动强度大、加工精度较低的传统单头钻床已不适用于大批量的产品生产，而多轴加工逐渐成为一种新的加工趋势。本课题就设计了这么一种双头钻床，这种钻床价格相对低廉，体积小、重量轻、操作方便、可靠性高，且可以同时钻两孔的工作方式大大提高了工作效率，减轻了工作量，提高了工作效率和加工精度。本课题的主要工作包括以下几个方面：1.广泛查阅国内外关于多轴钻床的研究资料，阐述了课题的研究意义，在综述了国内外研究资料和研究目的

17、之后，给出了本文研究的主要内容。2.深入研究双头钻床的设计原理，提出多种双头钻床的总体设计方案，进行各功能的求解，通过分析各个方案的优缺点，确定了最优方案。3.设计双头钻床的整体结构。4.对钻床整体及各个零件进行尺寸设计并进行校核，合理调整各零件的相对位置，并绘制钻床的装配图和主要零件的零件图。第二章 双头钻床结构设计的总体方案2.1钻床总体结构可调式立式双头钻床主要由床身、工作台、钻头、主传动系统、电机等部分组成。可调式立式双头钻床的设计需要完成以下几个步骤：1.可调式双头钻头的结构设计：通过齿轮间的位置转动实现两钻头间距离的可调性。2.传动系统变速箱的设计：双轴钻床的主运动为旋转，由主电动

18、机驱动，动力通过皮带轮传递给主轴箱,主轴箱是双轴钻床的主要驱动装置。主运动（旋转）及进给运动同时进行。主轴箱驱动轴的运转由主电机经过交换齿轮来驱动。3.传动系统驱动电机的选型;通过将加工工件时所需的转矩折算到电机主轴上，通过电机主轴上的转矩和电机转速算出功率，然后进行电机的筛选。4.钻头轴向进给系统的设计：采用滚珠丝杠轴向进给。5.工作台的横向、纵向的进给系统的设计：工作台横向、纵向进给：采用滚珠丝杠进给。2.2设计方案选择本设计根据可调钻头实现可调功能的原理不同可有两种可调式钻孔头的结构设计方案。：通过可伸缩式万向联轴器调节本结构用齿轮箱配合万向节头所组成，由于万向节头是可活动轴件，股在限定

19、范围内可左右移动。万向联轴器的共同特点是角向补偿量较大，不同结构型式万向联轴器两轴线夹角不相同，一般5-45之间。万向联轴器利用其机构的特点，使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。万向联轴器最大的特点是具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。图2.1可伸缩焊接方式万向联轴器工作原理：多轴钻床的实现主要是由于有多轴器的存在才得以实现的。主轴旋转带到多轴器中的其他轴转动。多轴器结构由齿轮箱配合万向节头所组成，由于万向节是可活动轴件，故在限定范围内可左右移动。在调整加多轴头箱内有一个主动轮和多个从动轮，主动轮与电机联结，将动力传给多个从动轮

20、从动轮再驱动钻头对工件进行加工。多轴钻床广泛应用于机械行业多孔零部件的钻孔及攻丝加工。优点：在调整加工孔距时不受齿轮所限制，适合加工不定性孔件，使用范围较广可调式多轴钻床在其加工范围内，其主轴的数量、主轴间的距离，相对可以任意调整，一次进给同时加工数孔。在其配合液压机床工作时，可自动进行快进、工进（工退）、快退、停止同单轴钻（攻丝）比较，工件加工精度高、工效快，可有效的节约投资方的人力、物力、财力。尤其机床的自动化大大减轻操作者的劳动强度。缺点：精度方面控制有所欠缺，长期使用跑位率相比略高。适合单件加工量不大，长年更换加工件的企业。：通过齿轮调节该多轴钻孔头是根据太阳系中太阳、行星及卫星的运

21、动规律设计的，即：行星绕太阳转动，卫星绕行星转动，利用这个运动规律，还可实现钻孔轴相对位置的调整。此可调式双头钻床原理如图：图2.2可调式两轴钻孔动力头结构调整图此次设计主要目的在于改造单头钻床为可调式双头钻床。使其可以在较大的范围和多个工位上同时加工两个孔，很大程度上扩大了钻床加工范围，提高了机床适用性，并保证两孔的相对位置精度。钻头可加工的范围为：Lmin-Lmax之间的圆环范围，并可通过调整钻头的位置在一个圆上进行等分圆的加工。可调式钻孔头的结构设计：以可调式两轴钻孔头为例进行说明，图2.3所示可调式两轴钻孔头的结构图，钻孔头通过连接体1与钻床主轴的不回转部分连接，连接体1是一个开口套，

22、用螺钉锁紧在主轴上；太阳齿轮3通过锥孔套在主轴回转部分的锥体上，靠摩擦传递扭矩。通过行星齿轮6，太阳齿轮把动力传给钻孔主轴17，行星齿轮6在这里是惰轮（过桥齿轮），在调整时它只能和整个钻孔头一起绕太阳齿轮公转。主轴端部靠弹簧卡头21，夹紧钻头。为了使该钻头结构尽量紧凑，我们尽量选用小尺寸齿轮，卫星齿轮8与钻孔主轴17靠过盈配合传递扭矩，所采用的轴承均为无内外圈滚针轴承。调整时，行星齿轮轴14，距离调整块13可带动卫星齿轮8，滚针轴承9、18，隔离块10，衬套15，止推轴承16，钻孔主轴17，紧定螺钉19，钻孔主轴套20及弹簧卡头21等绕行星轮轴14自由转动，调整角度。松开连接体1的锁紧螺钉，整

23、个钻孔头可以绕太阳齿轮3，自由转动，调整回补转角。图2.3可调式两轴钻孔头结构图1.连接体2.钻床主轴3.太阳齿轮4、9、18.滚针轴承5.隔套6.行星齿轮7.隔垫8.卫星齿轮10.隔离块11.壳体12.前端法兰13.距离调整块14.行星齿轮轴15.衬套16.止推轴承17.钻孔主轴19.紧定螺钉20.钻孔主轴套21.弹簧卡头优点：该系列钻孔头，结构紧凑，调整方便，使用可靠，加工效率高，可以在中小批量生产中推广使用。缺点：由于钻孔主轴相对位置固定，大大限制了调整钻孔主轴位置的灵活性，使得该系列钻孔头，在同时加工3个或4个孔时，孔分布比较规则时，可以比较方便地调整钻孔位置，而且不会使钻床主轴的受力

24、情况恶化；但当孔分布不规则时，调整比较麻烦，多数情况，根本调不出来，即使可以调整到位，加工时也会使钻床主轴受力恶化。选用该系列钻孔头时，要考虑钻床的最大加工能力和待加工孔大小相匹配12。：通过滑块机构调节图2.4中：1为电动机,用快卸夹具(图中未画)夹在钢轨上;经二级带传动(-,-)和一级链传动(-)将动力传至钻机上的轴,再经一级齿轮(-)传至钻头主轴,手轮控制钻头进给。旋紧螺栓4可将钻机夹紧在钢轨上,拆卸时利用四杆快卸机构(图中未画)只需几秒钟即可使钻机整体脱离钢轨。钻机的移动部分5可在导轨7上左右移动，移动到孔位时有定位装置保证定位精度,再用锁紧螺栓6锁紧。图2.4通过曲柄滑块实现钻头可调

25、原理图优点：结构原理简单，易于实现，采用三点铰接的两根可调杆件作为传动机架,使钻机与动源可分别装夹,解决了钻头主轴与动力源相对移动、降速、隔振、传动副中心距可调等一系列问题。装夹方便,拆卸迅速，操作方便，实用可靠。缺点：传动效率低，占用空间多17。综上，经过比较后选定方案二为设计方案第三章 可调式双头钻头的设计图3.1双头钻头装配图3.1预选加工材料，加工直径查表3-101得，钢选用单个钻头直径d=12(mm)，设定钻头转速960(r/min)查表3-111在d=12(mm)时，取3.2计算高速钢麻花钻轴向切削力及扭矩3.2.1计算单个钻头轴向切削力查表3-101得，轴向切削力公式 （3.1）

26、查表3-101得，加工钢（）时：(1) 当钻头未磨损时 (2) 当钻头未磨损时3.2.2计算单个钻头扭矩 查表3-101得扭矩公式 （3.2）查表3-101得（1） 钻头未磨损（2） 钻头磨钝后图3.2双头钻头及传动系统中各齿轮和轴所受转矩简图3.3钻头中各轴及齿轮的计算3.3.1齿轮8、9、10、11的计算1.选用直齿圆柱齿轮传动。选定齿轮8，齿轮11为配对齿轮副中的小齿轮。齿轮9，齿轮10为配对齿轮副中的大齿轮。且两对齿轮副完全相同，故计算时只计算一对齿轮副8、11即可。小齿轮8转速，设计工作寿命15年，每年工作300天，两班制，每班8小时。初选：小齿轮材料（调制）硬度280(HBs)；齿

27、数大齿轮材料45钢（调制）硬度240(HBs)；齿数2.按齿面接触强度计算由设计计算公式进行计算，即 （3.3）（1）确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数2）小齿轮传递的转矩由2.2.2计算所得的钻头扭矩即为小齿轮传递扭矩3）由表10-72选取齿宽系数。4）由表10-62查的材料的弹性影响系数5）由图10-21d2按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限6）由式 （3.4）计算应力循环次数式中n齿轮转速j齿轮每转一圈，同一齿面啮合次数Lh齿轮工作寿命（h）u齿轮传动比7）由图10-192取接触疲劳寿命系数,；。8)计算接触疲劳许用应力，取失效概率为，安全系数S=1，由

28、式（3.5）得（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。故，取整2）计算圆周速度v。3）计算齿宽b4）计算齿宽与齿高之比5）计算载荷系数根据，7级精度，由图10-82查得动载系数直齿轮，由表10-22查得使用系数；由表10-42用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，由，,查图10-132得；故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径7)计算模数3.按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计公式为 （3.6）（1）确定公式内的各计算数值1）由图10-20c2查得小齿轮8的弯曲疲劳强度极限；大齿轮9的弯曲疲劳强度极限；2）由图10-182取弯曲疲劳寿命系数，；3）计算弯曲疲

29、劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由下式得4）计算载荷系数5)查取齿形系数。由表10-52查得，。6）查取应力校正系数。由表10-52查得，7）计算大、小齿轮并加以比较大齿轮的数值大（2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可以取由弯曲疲劳强度算得的模数1.131并就近圆整为标准值，按接触疲劳强度计算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数这样计算出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳

30、强，并做到了结构紧凑，避免浪费。4.几何尺寸计算(1)计算分度圆直径（2）计算中心距（3）计算齿轮宽度圆柱齿轮的实用齿宽在按计算后适当圆整，且常将小齿轮的齿宽在整值的基础上人为的加宽，以防大小齿轮因装配误差产生轴向错位，导致啮合齿宽减小而增大齿轮单位齿宽的工作载荷。故取，3.3.2齿轮5、6、7的计算选用直齿圆柱齿轮传动。选定齿轮5，齿轮6，齿轮7为相同的齿轮。并设计齿轮6与齿轮9合为双联齿轮，并设计齿轮7与齿轮10合为双联齿轮。又因为已算出齿轮9、10的模数为1.5，所以给定齿轮5、6、7模数为1.5。工作寿命15年，每年工作300天，两班制，每班工作8小时。初选：齿轮材料45钢（调制）硬度

31、240(HBs)；齿数故得齿轮的校核因为齿轮5,6,7为相同材料、相同模数、相同齿数的材料，且齿轮5受到的转矩为齿轮6、7的两倍。故，只需分析校核齿轮5即可1齿轮传递的转矩计算齿轮6、7的扭矩式中传动效率，计算齿轮5的转矩2.计算过程参照齿轮8、9、10、11的计算过程计算后的2.几何尺寸计算(1)计算分度圆直径(2)计算中心距(3)计算齿轮宽度圆柱齿轮的实用齿宽在按计算后适当圆整，且常将齿轮6、7的齿宽在整值的基础上人为的加宽，以防齿轮因装配误差产生轴向错位，导致啮合齿宽减小而增6、7齿轮单位齿宽的工作载荷。故取，3.4双头钻头内各轴的设计设定轴的材料为45钢3.4.1计算轴I、VIII的最

32、小直径由3.2.2知单个钻头扭矩 （3.7）式中轴1最细处直径，。轴1传递的扭矩，。许用扭转切应力，。由于又查表15-32的为25当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大；有两个键槽时，应增大故，；取整值3.4.2计算轴II、VII的最小直径轴2、7不转动，故不受扭矩故给定轴2、7直径为，齿轮，的转矩为：3.4.3计算轴III的最小直径查表15-32的为25轴截面上开有键槽，应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大；有两个键槽时，应增大故，；取整数值第四章 传动系统减速箱设计4.1减速箱内各齿轮设计设定齿轮箱

33、中两对齿轮与；与有相同的齿数比1.54.1.1传动系统减速箱齿轮、的设计工作寿命15年，每年工作300天，两班制，每班工作8小时。初选：齿轮4材料45钢（调制）硬度240HBs；齿轮3材料（调制）硬度280HBs。齿数，。1.计算齿轮3的扭矩小齿轮传递扭矩式中传动效率，2.计算过程参照齿轮8、9、10、11的计算过程计算的（1）大齿轮齿数（2）几何尺寸计算1)计算分度圆直径2）计算中心距3）计算齿轮宽度圆柱齿轮的实用齿宽在按计算后适当圆整，且常将小齿轮的齿宽在整值的基础上人为的加宽，以防大小齿轮因装配误差产生轴向错位，导致啮合齿宽减小而增大齿轮单位齿宽的工作载荷。故取，4.1.2传动系统减速箱

34、齿轮、的设计由于齿轮副、与齿轮副、有相同的传动比，又因为齿轮副、比齿轮副、传递的转矩大，故齿轮副、可选用与齿轮副、完全相同的齿轮，4.2双头钻头内各轴的设计设定轴的材料为45钢4.2.1计算轴III的最小直径查表15-32的为25轴截面上开有键槽，应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大；有两个键槽时，应增大故，；取整数值4.2.2计算轴IV的最小直径查表15-32的为25轴截面上开有键槽，应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大；有两个键槽时，应增大故，；取整数值4.2.3计算轴V的最小直径查表15-32的为25轴截面上开有键槽

35、应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大；有两个键槽时，应增大故，；取整数值4.2.4计算轴VI的最小直径查表15-32的为25轴截面上开有键槽，应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大；有两个键槽时，应增大故，；取整数值第五章 传动系统电机的选择5.1计算折算到电机主轴上的转矩由3.2.2知单个钻头扭矩：故，所需电机功率式中轴6的转速，注：（为齿轮1的转速）轴6的转矩，所需电机功率，综上，由表12-13得，选用型电机，电机额定功率2.2kW,同步转速1500r/min,满载转速1430r/min,电机质量34kg。第六章 钻头

36、进给系统的设计6.1钻头轴向进给丝杠螺母副的计算和选型6.1.1工作台基本参数经估算双头钻头、减速箱、电机三项总重量约为：80kg故由3.2.1知当单个钻头钻削时，受到轴向切削力为6.1.2计算进给牵引力作用在工作台滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括工作台自身重量和工件重量作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的型式有关。选定进给为矩形导轨故， （6.1）考虑颠覆力矩影响的实验系数，故得，6.1.3计算最大动载荷C （6.2）式中：滚珠丝杠导程，初选最大切削力下进给速度，等于钻床钻削时钻头进给速度。取最高进给速度的1/3。，故，式中：使用寿命，按15000（h）；寿命、以转为1单位。运转系数，

37、取6.1.4滚珠丝杠螺母副的选型查阅附录A表21，可采用外循环调整预紧的不带衬套的双螺母滚珠丝杠，1列2.5圈，其额定动负载为13100（N），精度等级按表3-151选为3级6.1.5传动效率计算 （6.3）螺旋升角，摩擦角取；滚动摩擦系数6.1.6刚度检验先画出此进给滚珠丝杠支撑方式草图如图6.1所示。最大牵引力为3538（N），支撑间距L=400（mm），需预紧丝杠，螺母及轴承进行预紧。图6.1钻头轴向进给系统 丝杠的拉伸或压缩变形量查图3-61，根据，查出可算出： （6.4）两端均采用推力球轴承52205，且丝杠进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高四倍，其实际变形量为：滚珠与螺纹轨道间接触

38、变形查图3-71，W系列1列2.5圈滚珠和螺纹轨道接触变形量：因为进行了预紧，故（3）支撑滚珠丝杠轴承的轴向接触变形推力球轴承52205，滚动体直径，滚动体数量 （6.5）注意，此公式中单位应为因施加预紧力，故根据以上计算：定位精度6.1.7稳定性校核滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。6.2齿轮传动比计算(1)进给齿轮箱传动比计算已确定进给脉冲当量，滚珠丝杠导程：，初选步进电机步距角为0.75度。可计算出传动比i （6.6）考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径过大，以免影响溜板的有效行程，故此处可采用两级齿轮降速。可选定齿轮齿数为，因进给运动齿轮受力不大，模数m取2。有关参

39、数参照表6.1表6.1传动齿轮几何参数齿数2025分度圆(mm)4050齿顶圆(mm)4454齿根圆(mm)3545齿宽(mm)2020中心距(mm)456.3步进电机的计算和选型6.3.1初选电机型号计算步进电机空载启动频率和切削时的工作频率 （6.7）由于计算齿轮传动比时选步距角。故，初选电机型号110BF004，其最高空载启动频率为500(Hz)。6.3.2电机校核计算1.等效转动惯量计算计算简图见图3-1。传动系统折算到电机轴上的总的传动惯量可由下式计算： （6.8）式中：步进电机转子转动惯量 、齿轮、的转动惯量滚珠丝杠转动惯量参考同类型机床，初选反应步进电机110BF003，其转子转

40、动惯量查表3-201圆柱体（材料为钢）转动惯量：() （2） 式中、齿轮、的分度圆直径。、齿轮、的齿宽。 式中滚珠丝杆公称直径滚珠丝杠支撑间距代入上式：2.电机力矩计算机床在不同的工况下，其所需的转矩不同，下面分别按各阶段计算：（1）快速空载启动力矩，（2）快速移动时所需力矩，（3）最大切削负载时所需力矩。（1）快速空载启动力矩 （6.9） （6.10） 将前面数据代入，式中各符号意义同前。设定启动加速时间附加摩擦力矩空载启动时，丝杠不受轴向切削力，但会受双头钻头、变速箱及主驱动电机的重力之和G。又因为丝杠未进行预紧，故丝杠此时的预加载荷即为KG。 （6.11）式中考虑颠覆力矩影响的实验系数，

41、丝杠受双头钻头、变速箱及主驱动电机的重力之和。传动链总效率，一般取，此处取0.8滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取以上两项合计：快速移动时所需力矩最大切削负载时所需力矩 （6.12）式中：进给方向最大切削力从上面计算可以看出，、三种工况下，以最大切削负载时所需力矩最大，以此项作为校核电机的依据。从表3-221查出，当步进电机为五相十拍时最大静力矩查表3-231，110BF004型步进电机最大静转矩为7.84。大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但还必须进一步考核步进电动机的启动矩频特性。3.查表3-231得，110BF004型步进电机允许的最高空载启动频率为500()再从图3-17(o)1、图

42、3-18(e)1查出110BF004步进电机启动矩频特性和运行矩频特性曲线。从图3-17(n)1看出，当步进电机启动时，时，能够满足所需空载启动力矩（）直接使用不会出现失步现象可直接使用。由6.2知于传动比过小可将减速箱去除，且不影响电机的选择。6.4轨道的选择根据额定载荷查附录C1选定导轨为JSA-LG15工作台纵横向进给结构完全相同第七章 X-Y工作台的设计7.1工作台滚珠丝杠螺母副的计算和选型7.1.1工作台基本参数工作台材料：碳钢;查表1-53得碳钢密度工作台大小（mm）：工作台重量：初选工件重：7.1.2计算进给牵引力作用在工作台滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括工作台自身重量和工件重量作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的型式有关。选定进给为矩形导轨。故， （6.1）矩形滑动导轨摩擦系数：故得，丝杠长400mm。图7.1工作台进给系统计算简图计算过程参照主进给系统的计算过程由计算可得丝杠型号为外循环