學院畢業設計論文汽車缸套專用鏜床設計所在學院專業班級姓名學號指導老師年月日買文檔就送全套CAD圖紙QQ414951605或1304139763圖紙預覽請見文檔里的插圖，原稿更清晰，可編輯目錄第1章緒論111課題研究意義112課題任務及要求1第2章缸套專用鏜床設總體設計221設計適用對象222缸套的加工工藝2221缸套類零件內孔加工3222本課題缸套工藝路線的確定623缸套專用鏜床總體設計方案8第3章進給工作臺設計931進給工作臺總體方案933滾珠絲杠副的選擇9331滾珠絲杠副的特點9332滾珠絲杠副的支承形式10333滾珠絲杠副的設計計算11334滾珠絲杠副的傳動原理11335滾珠絲杠副的傳動特點12336滾珠絲杠副的結構與調整12337軸向間隙的調整和加預緊力的方法1434滾珠絲杠的選擇15341滾珠絲杠的精度15342滾珠絲杠參數的計算1535伺服電機的選擇19351最大切削負載轉矩的計算19352負載慣量的計算20353空載加速轉矩計算2136滑動導軌的選擇計算21361工作載荷的計算22362額定工作壽命的計算22363距離額定工作壽命的計算22364額定動載荷計算及選型2337聯軸器的選擇2338軸承的選擇2439滾珠絲杠副的安全使用25第4章床身的設計26第5章鏜桿傳動部分的設計2851鏜桿傳動部分功率計算2852齒輪部分設計2953軸的設計計算33第6章缸套專用夾具設計3561工件在夾具中的定位3562缸套夾緊設計3563裝配圖36結論37參考文獻38致謝39買文檔就送全套CAD圖紙QQ414951605或130413976312買文檔就送全套CAD圖紙QQ414951605或130413976334買文檔就送全套CAD圖紙QQ414951605或130413976356買文檔就送全套CAD圖紙QQ414951605或130413976378買文檔就送全套CAD圖紙QQ414951605或1304139763910買文檔就送全套CAD圖紙QQ414951605或130413976311第1章緒論11課題研究意義專用機床是一種專用高效自動化技術裝備，目前，由于它仍是大批量機械產品實現高效、高質量和經濟性生產的關鍵裝備，因而被廣泛應用于汽車、拖拉機、內燃機和壓縮機等許多工業生產領域。特別是汽車工業，是專用機床和自動線最大的用戶。如德國大眾汽車廠在SALZGITTER的發動機工廠，90年代初所采用的金屬切削機床主要是自動線60、專用機床20和加工中心20。顯然，在大批量生產的機械工業部門，大量采用的設備是專用機床和自動線。因此，專用機床及其自動線的技術性能和綜合自動化水平，在很大程度上決定了這些工業部門產品的生產效率、產品質量和企業生產組織的結構，也在很大程度上決定了企業產品的競爭力。所以對專用機床的設計研究具有十分重要的意義。本設計主要是專用鏜床的設計，此次設計所涉及的內容包括了缸套的加工工藝設計夾具設計鏜床的設計。專用機床及其自動線的技術性能和綜合自動化水平，在很大程度上決定了這些工業部門產品的生產效率、產品質量和企業生產組織的結構，也在很大程度上決定了企業產品的競爭力。所以對專用機床的設計研究具有十分重要的意義。1212課題任務及要求該課題首先對目前缸套類零件加工工藝與裝備的國內外發展狀況進行分析，展望缸套類零件加工工藝與裝備設計的方向和發展趨勢，然后簡述缸套類零件加工工藝與裝備設計的關鍵技術問題。最后提出自己的設計方案。主要完成1、完成缸套零件加工工藝與裝備設計的綜述，外文資料的翻譯（2000字符）；2、完成缸套粗加工工藝路線的擬定（生產類型為大批）；完成粗鏜鏜床的草圖。3、根據擬定的缸套粗鏜鏜床草圖，完成所有參數、尺寸的計算、查表和確定。校核主要零件的強度和剛度。第2章缸套專用鏜床總體設計13第2章缸套專用鏜床設總體設計21設計適用對象本課題擬定的是對如下圖所示的一種代表性質的缸套進行專用鏜床設計。22缸套的加工工藝缸套類零件加工的主要工藝問題是如何保證其主要加工表面（內孔和外圓）之間的相互位置精度，以及內孔本身的加工精度和表面粗糙度要求。尤其是薄壁、深孔的缸套零件，由于受力后容易變形，加上深孔刀具的剛性及排屑與散熱條件差，故其深孔加工經常成為缸套零件加工的技術關鍵。缸套類零件的加工順序一般有兩種情況第一種情況為粗加工外圓粗、精加工內孔最終精加工外圓。這種方案適用于外圓表面是最重要表面的缸套類零件加工14第二種情況為粗加工內孔粗、精加工外圓最終精加工內孔。這種方案適用于內孔表面是最重要表面的缸套類零件加工。缸套類零件的外圓表面加工方法，根據精度要求可選擇車削和磨削。內表面加工方法的選擇則需考慮零件的結構特點、孔徑大小、長徑比、材料、技術要求及生產類型等多種因素。221缸套類零件內孔加工內孔是缸套類零件的主要加工表面，加工方法選擇的原則具體根據孔的大小，深度，精度，結構形狀等面定。當孔徑較小時（50MM宜采用鉆擴，較方案孔較大時采用鉆孔后鏜或直接鏜孔箱體上孔多采用精鏜，浮動鏜，缸筒件用精鏜，珩磨，滾壓淬硬缸套，宜采用磨孔精密孔用高精度磨削，研磨，珩磨或拋光等孔的加工方法鉆孔擴孔鉸孔鏜孔拉孔磨孔、珩孔，研磨孔（一）、鉆孔鉆孔是在實心材料上加工孔的第一道工序。它主要用于精度要求較高孔的預加工或精度低于IT11級的孔的終加工。鉆孔刀具常用麻花鉆。由于麻花鉆具有寬而深的容屑槽、鉆頭頂部有橫刃及鉆頭只有兩條很窄的螺旋棱帶與孔壁接觸等結構特點，因而鉆頭的剛性差、導向性能差，鉆孔時容易引偏，易出現孔徑擴大現象，孔壁加工質量較差。措施加工前先加工孔的端面，采用工件回轉方式或先鉆引導錐等使用范圍孔徑75MM，當孔徑35MM時分兩次鉆，第一次鉆孔的直徑為所需孔徑的1/27/10。第二次鉆到所需孔徑，這時橫刃不參加切削，軸向抗力小，切削第2章缸套專用鏜床總體設計15較輕小。二、擴孔擴孔是用擴孔鉆對工件上已鉆出、鑄出或鍛出孔作進一步加工的方法。擴孔加工有如下特點1、加工精度比鉆孔高切深小，鉆頭無橫刃，刀體剛度大，導向作用好IT1110，RA63322、擴孔能糾正原孔軸線的歪斜3、生產率高，由于余量小（1/8）擴孔齒數較多，F042MM/R4、孔徑100的孔，多用鏜孔而不用擴孔（三）、鉸孔鉸孔是未淬硬的中小尺寸孔進行精加工的一種方法，加工的孔徑范圍一般為380MM鉸孔的工藝特點1、鉸孔精度主要取決于鉸刀精度。2、鉸孔比鏜孔容易保證尺寸精度和形狀精度，且生產率較高。一般IT7IT8，手鉸達IT6。RA1602。3、適應性差，一種鉸刀只能加工一種尺寸和一種精度的孔。4、不能校正原孔軸線的偏斜。（四）、鏜孔鏜孔是常用的孔的加工方法，可作為粗加工，也可以作精加工。其主要工藝特點1、加工范圍廣，非標孔、大直徑孔、短孔以及盲孔、有色金屬孔及孔系等加工。2、獲得較高的精度與低表面粗糙度，IT8IT6，RA1604用金剛鏜則更低3、修正前道工序的孔軸線的偏斜和不直，生產率較低4、可在車,銑,鏜及數控機床上進行（五）、磨孔磨孔是單件小批生間中常用的孔精加工方法，它特別適宜于加工淬硬的孔，表面精度斷續的孔和長度很短的精密孔。對于中小型回轉零件，磨孔在內圓磨床或萬能磨床上進行對于大型薄零件，可采16用無心內圓磨削。內圓磨削的工藝特點1、砂輪直徑D受到工件孔徑刀的限制（D0509D）,砂輪尺寸小,損耗快,經常要更換影響效益2、磨削速度低因此,磨削精度較難控制3、砂輪軸受孔徑與長度限制,剛性差,易彎曲,振動,影響加工精度與表面粗糙度4、砂輪與工件內切,接觸面積大,散熱條件差,易燒傷,宜用較砂輪5、切削液不易進入磨削區,排屑困難。內孔磨削方法中心圓磨用于中小型工件，在萬能磨，內圓磨床上進行磨削方法行星式內圓磨用于重量大，形狀不對稱的內孔，用行星或磨床無心內圓磨用于直徑短套孔。（五）、拉孔拉孔是拉刀在拉床上對已預加工的孔進行半精加工或精加工的方法拉孔方法的特點1、尺寸精度高，表面質量好IT79，RA16012、不能糾正軸線的偏斜3、拉刀結構復雜，成本高，制造周期長4、一把拉刀只拉一種規格尺寸的孔，要求工件材質均勻。薄壁孔，盲孔，階梯孔，深孔，大直徑孔和很小的孔及淬硬孔不宜拉。拉削范圍為10100三、孔的精密加工當缸套類零件內孔的加工精度和表面粗糙度要求很高時，則精加工后還需進行精密加工。孔的精密加工方法研磨，珩磨（一）、精細鏜滾壓精細鏜是由于最初使用金剛石作鏜刀材料而得名。精細鏜的工藝特點1、用精度高，剛度大，高轉速的金剛鏜床（轉速高達500R/MIN）第2章缸套專用鏜床總體設計17切鑄鐵100M/MIN，鋼200M/MIN，鋁300M/MIN2、削用量小，切削刀熱小，加工精度高3、生產率高加工范圍廣（二）、珩磨珩磨是用若干細粒度磨條組成的珩磨頭進行內孔光整加工的方法，通常在磨削或精鏜后進行。1、珩磨工作原理2、珩磨孔的工藝特點（1）加工范圍廣（2）磨頭與主軸浮動聯接（3）精度高，IT6，RA080025能修正幾何誤差交叉網紋有利于油膜形成。1、影響珩磨質量和生產率的因素（1）珩磨的圓周速度VP和往復速度VW的因素VP、VW質量好效率高，但磨損、熱、易堵塞VP/VW的比值影響網紋交叉角4060（2）珩磨頭行程L與越程量ALLK2ALS式中LK被加工表面長度LS磨條長度但磨條不宜過長（3）珩磨壓力。FF磨損切削能力（4）冷卻與潤滑。（三）研磨略（四）滾壓222本課題缸套工藝路線的確定經過上節介紹進行比較，得出綜合考慮缸套內孔加工的工藝性和經濟性，內孔采用鏜孔加工。套筒類零件由于其功用、結構形狀、尺寸、材料及熱處理等的不同，其工藝差別很大。就結構形狀而言，可分為短套筒與長套筒兩類，這兩類套筒在裝夾與加工方法18上有很大的差別。下面分別分析其工藝特點。如圖為某氣缸零件圖，由于L/D3，屬短套。內孔G是重要表面，其加工工藝過程如下氣缸套零件加工工藝工序號工序名稱工序內容定位夾緊010鑄造毛坯020人工時效030粗鏜內孔鏜內孔至118MM。外圓040粗車外圓粗車各級外圓內孔氣壓脹胎夾具050熱處理正火060半精車半精車法蘭凸臺端面及外圓內孔氣壓脹胎夾具第2章缸套專用鏜床總體設計19070半精鏜半精鏜內孔119MM及總長270MM。外圓法蘭凸臺端面及外圓080精車精車法蘭凸臺端面，外圓割槽內孔氣壓脹胎夾具090去氧化皮用圓弧車刀R10車外圓并用靠模樣板100半精車半精車密封槽外圓法蘭凸臺端面及外圓110精鏜鏜精內孔120MM外圓法蘭凸臺端面及外圓120精車精車外圓1415MM，140MM內孔氣壓脹胎夾具130粗珩粗珩磨內孔120外圓法蘭凸臺端面及外圓140精珩精珩磨內孔120外圓法蘭凸臺端面及外圓公差加上23缸套專用鏜床總體設計方案1、動力頭通過齒輪傳導給絲杠然后通過絲杠帶動工作臺或另外動力機。2、通過動力頭把轉速傳導給鏜桿，注意進給和速度相互配合和各方面的數據參數。3、缸套裝夾部分的設計。20第3章進給工作臺設計31進給工作臺總體方案由于本課題設計的鏜床只需要單方向進給運動，故本課題只討論一個方向的進給工作臺設計。系統控制框圖如下圖31工作臺系統控制框圖1電機2減速裝置3支承裝置4絲杠5托板圖32工作臺結構示意圖33滾珠絲杠副的選擇331滾珠絲杠副的特點1傳動效率高效率高達9095,耗費的能量僅為滑動絲杠的1/3。2運動具有可逆性即可將回轉運動變為直線運動,又可將直線運動變為回轉運動,且21逆傳動效率幾乎與正傳動效率相同。3系統剛度好通過給螺母組件內施加預壓來獲得較高的系統剛度,可滿足各種機械傳動要求,無爬行現象,始終保持運動的平穩性和靈敏性。4傳動精度高經過淬硬并精磨螺紋滾道后的滾珠絲杠副本身就具有和高的制造精度,又由于摩擦小,絲桿副工作時溫升和熱變形小,容易獲得較高的傳動精度。5使用壽命長滾珠是在淬硬的滾道上作滾動運動,磨損極小,長期使用后仍能保持其精度,因而壽命長,且具有很高的可靠性。其壽命一般比滑動絲杠高56倍。6不能自鎖特別是垂直安裝的絲杠，當運動停止后，螺母將在重力作用下下滑，故常需設置制動裝置。7制造工藝復雜滾珠絲杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。由于滾珠絲杠副獨特的性能而受到極高的評價,因而已成為數控機床,精密機械,各種省力機械設備及各種機電一體化產品中不可缺少的傳動機構。332滾珠絲杠副的支承形式支承應限制絲杠的軸向竄動較短的絲杠或垂直安裝的絲杠,可以一端固定,一端無支承水平安裝絲杠較長時,可以一端固定,一端游動對于精密和高精度機床的滾珠絲杠副,為了提高絲杠的拉壓剛度,可以兩端固定為了補償熱膨脹和減少絲杠下垂,兩端固定絲杠時還可以進行預拉伸。一般情況下,應以固定端作為軸向定位基準,從固定端起計算絲桿杠副的長度誤差此外,應盡可能固定端作為驅動端。考慮到本設計的結構與要求,我們決定采用一端固定一端游動FS的支承形式,如圖11所示。一端固定一端游動（FS）。固定端采用深溝球軸承2和雙向推力球軸承4，可分別承受徑向和軸向負載，螺母1、擋圈3、軸肩、支撐座5臺肩、端蓋7提供軸向限位，墊圈6可調節推力軸承4的軸向預緊力。游動端需徑向約束，軸向無約束。采用深溝球軸承8，其內圈由擋圈9限位，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮。22滾珠絲杠固定方式圖（一端固定一端游動支承）這種支承形勢有以下一些特點1需保持螺母與兩端支撐同軸,故結構較復雜,工藝較困難。2絲杠的軸向剛度較高。3壓桿穩定性和臨界轉速較高。4絲杠有熱膨脹的余地。5適用于較長的臥式安裝絲杠。333滾珠絲杠副的設計計算機床進給機構的進給運動，由進電機的轉動，然后帶動機床絲杠傳動。在數控機床上的絲杠傳動，可以用普通的絲杠傳動，也還有應用滾珠絲杠來轉動。原因是普通絲杠傳動摩，但總是不太穩定。所以，在機床上要擦系數大，效率低，傳動中有間隙。雖然傳動中的間隙可以用一些辦法來補償，修正采用滾珠絲杠傳動。滾珠絲杠傳動有一系列的優點，但制造工藝較為復雜，成本高，在某些應用上受到一定的限制，但隨著數控機床的發展，它的使用將會更加廣泛。滾珠絲杠傳動都使用防護罩，以防止空氣中的塵土和其它雜物等進入。滾珠絲杠和滾珠螺母組成滾珠絲杠螺母副，它是把步進電機的轉動角位移，變換成數控機床進給機構的的直線位移。滾珠絲杠螺母副，也簡稱為滾珠絲杠副，是一種新的傳動機構，它是在絲杠和螺母的螺旋槽之間裝有滾珠，以此作為中間元件的一種傳動機構。334滾珠絲杠副的傳動原理絲杠和螺母上都有圓弧形的螺旋槽,這兩個圓弧形的螺旋槽對合起來就形成螺旋線的滾道,在滾道內裝有許多滾珠當絲杠旋轉時,滾珠相對于螺母上的滾道滾動,因此絲23杠與螺母之間滾道的摩擦為滾動摩擦為防止滾珠從螺母中吊出來,在螺母的螺旋槽兩端應用擋住器擋住,并設有回路滾道是他的兩端連接起來使滾珠從滾道的一端滾出后,沿著這個回路滾道從新返回到滾道的另一端,可以循環進行不斷地滾動。335滾珠絲杠副的傳動特點滾珠絲杠副的優點是傳動效率高,因為它是滾動摩擦,傳動效率可達092096,比普通的絲杠傳動提高34倍由此帶來了一系列的優點,如功率損耗小,傳動平穩,磨損小,無爬行現象等等除此而外還有兩個特點,一是一般的絲杠傳動總是有間隙,而滾珠絲杠可以消除間隙,所以當絲杠轉動反向時,可以沒有空程,提高了反向的定位精度,也增強了傳動剛度二是一般的絲杠傳動只能使旋轉運動轉變為直線運動,而滾珠絲杠副由于傳動的摩擦系數小,所以既能把旋轉運動轉變為直線運動,也可以從直線運動轉變為螺旋運動,具有傳動的可逆性,因此可以作為主動件,也可以作為從動件它也有缺點,主要是元件的精度要求高,光潔度要求也高,所以制造工藝很復雜,成本也高對于絲杠和螺母上的螺旋槽,一般要求磨削成型,因而制造困難,也限制了使用又由于傳動的可逆性,所以不能自鎖,當應用在垂直傳動裝置時,由于自重和慣性的關系,在下降過程中不能立刻停止,因此還需要備有制動裝置336滾珠絲杠副的結構與調整滾珠絲杠副的結構盡管在形式上有很多類型，但其主要區別是在螺紋滾到的型面形狀，滾珠循環的方式，軸向間隙的調整和加預緊力的方法等三個方面。（1）螺紋滾道型面的形狀螺紋滾道型面的形狀有很多種，目前國內正式投產的，僅有單圓弧型面和雙圓弧型面兩種，如圖所示。滾珠與滾道型面接觸點法線與絲杠軸線的垂線之間的夾角，稱為接觸角（）。（A）單圓弧B雙圓弧24圖41滾珠絲杠副螺紋滾道型面的截形（2）單圓弧型面一般滾道的圓弧半徑要比滾柱的半徑稍大一些。對于單圓弧型面的螺紋滾道，接觸角是隨著軸向負載大小而變化的，當軸向負載為零時，接觸角也為零；當負載逐漸增大，接觸角也逐漸增大。實驗證明當接觸角增大時，傳動效率，軸向剛度，承載能力都隨之增大。（3）雙圓弧型面雙圓弧型面螺紋滾道的接觸角是不變的。在偏心距（E）決定后，滾珠與滾道的圓弧角接處，會有很小的空隙。這些空隙雖然能容納一些臟物，但不至于堵塞，反而對滾柱的滾動有利。從傳動效率，軸向剛度，承載能力等要求出發，接觸角大一些好，但接觸角過大制造就會困難。一般接觸角為，滾道的圓弧半徑也同樣比滾柱的半徑45稍大一些。滾珠的循環方式目前國內常用的滾珠循環方式由外循環和內循環兩種。（1）外循環方式如圖所示為外循環方式，滾柱在循環過程中與絲杠脫離接觸，通過外面的循環回路稱為外循環（W系列）。這種外循環是直接在螺母的外圓上銑出螺旋槽，用擋珠器從螺母內部切斷螺紋滾道，擋珠滾珠的去路，迫使滾珠導入通向外圓螺旋槽中，構成了外面的旋環回路。外循環的結構和制造較為簡單容易，因此應用較廣，他可以制成單列或式雙列兩種的結構形式。（2）內循環方式滾柱在循環過程中與絲杠始終保持接觸的稱為內循環（N系列），如圖所示。這種內循環是在螺母外側孔中裝了一個接通相鄰滾道的反向器，借助這個反向器迫使滾珠翻過絲杠的牙頂，而進入相鄰的滾道。內循環滾珠絲杠副回路短，工作滾珠數目少，結構尺寸緊湊，流暢性好，摩擦磨損小，傳動效率高，軸向剛度和承載能力都較高，具有一系列優點，但制造困難，結構復雜，所以不及外循環方式應用的廣泛。25圖42外循環的滾珠絲杠圖43內循環的滾珠絲杠337軸向間隙的調整和加預緊力的方法對于滾珠絲杠副，除了單一方向的進給傳動精度有一定的要求外，對它的軸向間隙也有嚴格的要求，以保證反向傳動的精度。要把軸向間隙完全消除，也是相當困難的。通常采用雙螺母，并加預緊力的方法來消除其軸向間隙。雙螺母經加預緊力調整后，能基本上消除軸向間隙。單螺母的滾珠絲杠副是不能調整軸向間隙和預緊力的，其軸向間隙只能依靠滾珠絲杠副本的精度和安裝時絲杠和螺母的連接精度來保證。雙螺母加預緊力消除軸向間隙必須注意兩點，一是通過預緊后產生的力，可促使預拉變形，以減少彈性變形所引起的位移。但預緊力不能太大，否則會使驅動力矩增大，傳動效率反而降低，使用壽命也隨之縮短。二是軸向間隙的消除，不能忽視絲杠的安裝部分和驅動部分的軸向間隙，應同時調整是它減少到最小。目前常用的雙螺母預緊力調整方法有下面三種。（1）墊片調隙式如圖所示為墊片調隙式，一般用螺釘來連接滾珠絲杠上的兩個螺母的凸緣處，在中間加墊片。墊片的厚度是螺母間產生軸向位移，以達到消除間隙和產生預緊力的目的。這種結構特點是結構簡單，可靠，裝拆方便。但缺點是調整很費時，在工作狀態下不能隨意調整，因為要更換不同厚度的墊片才能消除間隙，所以是用于一般精度的機構中使用。（2）螺紋調隙式如圖所示為螺紋調隙式。它是一個螺母的外端有凸緣，而另一個螺母的外端沒有凸緣，車有螺紋，它伸出在套筒外，并用兩個圓螺母調整好間隙后，再用一圓螺母鎖緊螺母鎖緊就可以了。這種結構的特點是結構緊湊，調整方便，所以應用廣泛，但調整的位移量不太精確。26圖44墊片調隙式圖45螺紋調隙式齒差調隙式如圖所示為齒差調隙式。它是在兩個螺母的凸緣上各有圓齒輪2，兩者的齒數值相差一個齒，裝入內齒圓3中，內齒圓3是用螺釘1和定位銷4固定在套筒5上的。調整是先取下內齒圓3，轉動圓柱齒輪2，在兩個滾柱螺母相對于滾筒5轉動時，可以使兩個螺母相互產生角位移，這樣滾柱螺母對于滾珠絲杠的螺旋滾道也相對移動是兩個螺母中的滾柱分別貼近在螺旋滾到的兩個相反的側面上。消除間隙并產生預緊力后，把內齒圓3套上用定位銷4固定。這種結構的特點是調整精確可靠，定位精度高，但結構復雜，僅在高精度的數控機床有所應用。1螺釘；2圓柱齒輪；3內齒圓；4定位銷；5套筒。圖46齒差調隙式34滾珠絲杠的選擇341滾珠絲杠的精度工作臺工作行程為300；（工件長度為270，進給行程要略微大點）342滾珠絲杠參數的計算（1）最大工作載荷的計算27絲杠的最大載荷為工作時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。設此臺Z向的最大進給力5000N，導軌上面移動部件的重量約為500，貼塑導軌的摩擦FF系數為004，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）（N）431968504MINFG絲杠最大載荷是50001965196（N）44FAX平均載荷是3529（N）45MINA231319652（2）當量動載荷的計算滾珠絲杠副類型的選擇主要是根據導程和動載荷兩個參數,其選擇的原則為滾珠絲杠的靜載荷COA不能大于額定靜載荷COAM,即COACOAM滾珠絲杠的動載荷CA不能大于額定動載荷CAM,即CACAM。驅動電機最高轉速2000R/MIN絲杠最高轉速為2000R/MIN，工作臺最小進給速度為05M/MIN，故絲杠的最低轉速為01R/MIN，可取為0，則平均轉速N1000R/MIN。絲杠使用壽命T15000H，故絲杠的工作壽命675（R）46106NTL1065106當量動載荷值47KALPFMC3式中載荷性質系數，無沖擊取112，一般情況取1215，有較大沖擊振KP動時取1525；精度影響系數，對1、2、3級精度的滾珠絲杠取10，對4、5級AKA精度的絲杠取09。KA根據要求去15，09，代入數據得P5159（KN）4890367512CM根據計算所得最大動載荷和初選的絲杠導程，查滾珠絲杠樣本，選擇FF63105型內循環浮動返回器雙螺母對旋預緊滾珠絲杠副，其公稱直徑為63MM，導程為10MM，28循環滾珠為5圈2列，精度等級取5級，額定動載荷為55600N，大于最大計算動載荷51590N，符合設計要求。CM表41滾珠絲杠螺母副的幾何參數名稱符號計算公式和結果公稱直徑（MM）0D63螺距MMP10接觸角630鋼球直徑MMWD7144螺紋滾道法面半徑MMR7153520DW偏心距MME0009螺紋升角MMPHARCTG60絲杠外徑MM1D625絲杠底徑MM2573螺桿接觸直徑MMZ5587螺母螺紋外徑MMD4127020RED螺母內徑MM（內循環）16264（3）傳動效率的計算將公稱直徑63MM，導程10MM，代入ARCTAN，的絲杠螺旋升角D0PDP0。將摩擦角，代入，得傳動效率947。601TAN（4）剛度的驗算本傳動系統的絲杠采用一端軸向固定，一端浮動的結構形式。固定端采用一對面對面角接觸球軸承和一個角接觸球軸承，另一端也采用角接觸球軸承，這種安裝適應于較高精度、中等載荷的絲杠。滾珠絲杠螺母的剛度的驗算可以用接觸量來校核。A、滾珠絲杠滾道間的接觸變1根據公式Z，求得單圈滾珠數Z22，改型號絲杠為雙螺母，滾珠的圈數DW0列數為52，代入公式圈數列數，得滾珠總數量220。絲杠預緊時，ZZ取軸向預緊力1732（N）。查相關公式得滾珠絲杠與螺紋滾道間接觸變形3MAXFY2949301ZFYDWPA式中51590N。代入數據得；PACM0013MM301ZYD332017451900因為絲杠有預緊力，且為軸向負載，所以實際變形量可以減少一半，取00065MM。1B、絲杠在工作載荷作用下的抗壓變形FMAX2絲杠采用的是兩端都為角接觸球軸承，軸承的中心距A1100MM，鋼的彈性模量E,由表21中可知，滾珠直徑7144MM，絲杠底徑443MM，則1052PAMDWD2絲杠的截面積1540642SM2根據公式代入數據得EFEQ20018MM6154029C、總的變形總00065001800245MM,絲杠的有效行程為600，絲杠在有效行程總21500630MM時，行程偏差允許達到30M,，可見絲杠剛度足夠。（5）穩定性的驗算410KLEIFKPA2公式中取支撐系數2，FK由絲杠底徑443MM求的截面慣性矩1889577，壓桿穩定D2642DIM4安全系數K取3（絲杠臥式水平安裝），滾珠螺母至軸向固定處的距離取最大值AL1200MM，代入公式得18112963120789543PA則F1811296N大于51590N，故不會失穩，滿足使用要求。CM（6）臨界轉速的驗算30對于滾珠絲杠還有可能發生共振，需要驗算其臨界轉速，設不會發生共振的最高轉速為臨界轉速。NC查資料得公式411LCDFC2910其中MM；435763210DWD為臨界轉速計算長度1200MM；LCC為絲杠支承方式系數（一端固定，一端游動）F92F代入數據得4397R/MIN,臨界速度遠大于絲杠所需轉速，故不會發生共振。N（7）滾珠絲杠選型和安裝尺寸的確定由以上驗算可以知道，絲杠型號為FF63105，完全符合所需要求，故確定選用該型號，安裝尺寸查表可知。（8）絲杠支承的選擇滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應有較高要求。其兩端支承的配置情況為軸向固定方式。本次設計絲杠支承選用一端固定，另一端浮動。35伺服電機的選擇351最大切削負載轉矩的計算所選伺服電機的額定轉矩應大于最大切削負載轉矩。最大切削負載轉矩T可根據以下公式計算，即412ITFPPHFT02MAX從前面的計算可以知道，最大載荷N，絲杠導程10MM001M，預緊5196PH力N，根據計算的滾珠螺母絲杠的機械效率0947，因CAFP41139056為滾珠絲杠預加載荷引起的附加摩擦力矩（NM）41374829010PHFTP查手冊得單個軸承的摩擦力矩為032NM，故一對軸承的摩擦力矩064NM。簡支端軸承步預緊，其摩擦力矩可忽略不計。伺服電動機與絲杠直TF0接相連，其傳動比1，則最大切削負載轉矩I31NM7146094702156T所選的伺服電機額定轉矩應該大于此值。352負載慣量的計算伺服電機的轉動慣量應與負載慣量相匹配。JMJL負載慣量可以按一下次序計算。立柱與主軸箱的質量為500，折算到電動機軸上的慣量可按下式計算，J1KG4140251802PHMV絲杠名義直徑63MM0063M，長度L12M絲杠材料（鋼）的密度D078。根據公式計算絲杠加在電動機軸上的慣量134150573241087402DLJ聯軸器加上鎖緊螺母等的慣量可直接查手冊得到，即J013J故負載總的慣量為92015702313J電動機的轉子慣量應與負載慣量相匹配。通常要求不小于，但MJLJMJL也不是越大越好。因越大，總的慣量就越大，加速度性能受影響。為了保JM證足夠的角加速度，以滿足系統反應的靈敏的，將采用轉矩較大的伺服電動機和它的伺服控制系統。根據有關資料的推薦，匹配條件為41641JL則所選交流伺服電動機的轉子慣量應在000920036范圍之內。M根據上述計算可選用表42中的交流伺服電機22/3000I型，其額定轉矩為22NM，最高，轉動慣量J0012。MIN30AXRN表42FANUCHVI系列交流伺服電機型號1/5000I2/5000I4/4000I8/3000I12/3000I22/3000I32輸出功率/KW05075141634額定轉矩NM12481222最高轉速MIN1500050004000300030003000轉動慣量0000310000530001400026000260012質量348121829伺服放大器規格20I20I20I40I80I80I353空載加速轉矩計算當執行件從靜止以階躍指令加速到最大移動（快速）速度時，所需要的空載加速轉矩按下式求，TA417TACNJT60MX2空載加速時，主要克服的是慣性，選用的22/3000I型交流伺服電動機,總慣量001200009200212LM加速度時間通常取的34倍，故343461824MS，則TACTTACTMNM1730601543210TT36滑動導軌的選擇計算常用的導軌截面有矩形、三角形、燕尾形和圓形的。如圖42所示。根據支承導軌的凸凹狀4態，又可分為凸形和凹形兩類導軌。凹形容易存油，但也容易積存切屑和塵粒，因此適用于具有良好的防護環境。凸形需要有良好的潤滑條件。目前數控機床使用的導軌主要有三種塑料導軌、靜壓導軌和滾動導軌。33圖44361工作載荷的計算影響導軌副壽命的重要因素是工作載荷，假設立柱所有重量加在貼塑滑動導軌的一根導軌上，則導軌所承受的最大垂直方向上的載荷是4182MAXGF上式中G是重量，即G500105000N，代入上式得2500N362額定工作壽命的計算預計機床的工作壽命是10年，一年是365天，工作時間是350天，每天工作8小時，因此得到小時額定工作壽命28000H。83501LH363距離額定工作壽命的計算根據公式得60213NSLH41910362NSLH公式中為小時額定工作壽命；LHN為移動部件每分鐘往返次數46取5S為移動部件的行程，即S600MM。代入數據得L10080KM。34364額定動載荷計算及選型由公式得FCAL32564203256L公式中為額定動載荷；AL為距離工作壽命，由上面的計算可以知道為10080KM；F為導軌的工作載荷，即F2500N。代入數據得29318N。C由計算的動載荷值本次設計選用的是貼塑滑動導軌，它是在數控機床的動導軌4面，是塑料導軌的一種。導軌副的另一固定導軌面為淬火磨削面。軟帶是以聚四氟乙烯為基材，添加合金粉（青銅粉、二硫化鉬）、玻璃纖維和氧化物的高分子復合材料。其厚度有08、11、14、17、2MM，寬150MM、300MM等幾種。塑料滑動導軌與其他導軌相比，具有以下特點（1）動靜摩擦系數相近運動平穩性和爬行性能較鑄鐵導軌副好。（2）吸收振動具有良好的阻尼性，優于接觸剛度較低的滾動導軌和易漂浮的靜壓導軌。（3）摩擦系數低而穩定比鑄鐵導軌副低一個數量級。（4）化學穩定性好耐磨、耐低溫、耐強酸、強堿、強氧化性劑及各種有機溶劑。（5）耐磨性好有自身潤滑作用，無潤滑油也能工作，灰塵磨粒的嵌入性好。（6）維護修理方便軟帶耐磨，損壞后更換容易。（7）經濟型好結構簡單，成本低，約為滾動導軌的1/20，為三層復合材料DU導軌成本的1/4。其中導軌貼塑板選用揚中市天一高分子新材料有限公司生產的TY導軌貼塑板。37聯軸器的選擇金屬彈性元件撓性聯軸器是由各種片狀、圓柱狀、卷板狀等形狀的金屬彈簧，利用金屬彈簧的弱性變形以達到補償兩軸相對偏移和減振、緩沖功能，構成不同結構、性能的撓性聯軸器。金屬彈性元件比非金屬彈性元件強度高，使用壽命長，傳遞載荷能力大，,適用于高溫工況，彈性模最大且穩定。如圖45所示膜片聯軸器是由幾組膜片（不銹鋼薄板）用螺栓交錯地與兩半聯軸器聯接，每組膜片由數片疊集而成，膜片分為連桿式和不同形狀的整片式。膜片聯軸呂靠膜片的彈性變形來補償報聯兩軸的相對位移，是一種高性能的金屬弱性元件撓性聯軸器，結構較緊湊，強度高，不用潤滑，使用壽命長，無旋轉間隙，不受溫度和油污35影響，具有耐酸、耐堿、防腐蝕的特點，適用于高速、高溫、有腐蝕介質工況環境的軸系傳動，廣泛用于各種機械裝置的軸系傳動。圖45DJM5金屬膜片撓性聯軸器38軸承的選擇滾珠絲杠中經常使用的滾動軸承有以下兩類。（1）接觸角為的角接觸球軸承60這是目前國內外廣泛采用的滾珠絲杠軸承，這種軸承可以組合配置。一種為面對面方式，另一種為背靠背組合方式。這兩種方式都可承受雙向軸向推力，還有一種是通向組合方式，其承受能力較高，但只承受一個方向的軸向力，同向組合時的額定動載荷等于單個軸承的乘下列系數2個為1633個為216；4個為264。由于螺CACA母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，而且采用面對面組合方式時兩接觸線與軸線交點間的距離A比背對背的小，故容易實現自動調整。因此在進給傳動中面對面組合用的較多。（2）滾針推力圓柱滾子組合軸承外圈與箱體固定不轉，內圈和隔套內圈隨軸轉動，滾針承受徑向載荷，圓柱滾子分別承受兩個方向的軸向載荷，修磨隔套內圈的寬度可調整軸承的軸向預緊量。本次設計選用角接觸球軸承，根據軸的直徑選用型號為表43中的7009GB/T2921994。表43角接觸球軸承3639滾珠絲杠副的安全使用391潤滑為使滾珠絲杠副充分發揮機能，在其工作狀態下，必須潤滑，潤滑的方式主要有以下兩種1潤滑脂潤滑脂的給脂量一般是螺母內部空間容積的13，滾珠絲杠副出廠時在螺母內部已經加注GB7324942鋰基潤滑脂。2潤滑油運動粘度28574CST400T的潤滑油，給油量隨使用條件等的不同而有所變化。392防塵滾珠絲杠與滾動軸承一樣，如果污物及異物進入就很快使它磨損，成為破損的原因。因此，考慮有污物異物進入時，必須采用防塵裝置，將絲杠軸完全保護起來。另外，如沒有異物，但有浮沉時可以在滾珠螺母兩端增加防塵圈。393使用滾珠絲杠副在使用時應注意以下事項1滾珠螺母應在有效行程內運動，必要時在行程兩端配置限位，以免螺母約程脫離絲杠軸而使滾珠脫落。2滾珠絲杠副由于傳動效率高，不能自鎖，在用于垂直方向傳動使，如部件重量未加平衡，必須防止傳動停止或電機失電后，因部件自重而產生的逆傳動。3滾珠絲杠副正常工作環境溫度為60C。37394安裝滾珠絲杠副在安裝時應注意以下事項1滾珠絲杠副僅用于承受軸向載荷。徑向載荷、彎矩會使滾珠絲杠副產生附加表面接觸應力等負荷，從而造成絲杠的永久性破壞。因此，滾珠絲杠副安裝到機床時，應注意1）絲杠的軸線必須和其配套導軌的軸線平行，機床的兩端軸承座與螺母座必須三點成一線；2）安裝螺母時，應盡量靠近支撐軸承；3）同時，安裝支撐軸承時，應盡量靠近螺母安裝部位。2滾珠絲杠安裝到機床時，盡量不要把螺母從絲杠上卸下來，如必須卸下來時要使用輔助套，否則裝卸時滾珠有可能脫落。螺母裝卸時應注意以下幾點1）輔助套外徑應小于絲杠底徑0102MM2）輔助套早使用中必須靠緊絲杠螺紋軸肩；3）裝卸時，不可使用過大力以免螺母損壞；4）裝入安裝孔時要避免撞擊和偏心。第4章床身的設計床身是鑄造而成的，因此就與鑄造工藝有關，對于一些相關的數據可以從表51，表52，表53中看出。比如根據床身的尺寸可以知道鑄件的最小壁厚、筋厚的選擇和加強筋的高度選擇。通過圖中的數據進行比較厚，床身的設計如圖54所示，床身的最小壁厚為30MM。表41砂型鑄造鑄鐵件的最小厚壁（MM）38表52灰鑄鐵件的壁厚與筋厚MM表53鑄鐵平板加強筋的高度MM第4章鏜桿傳動部分的設計39第5章鏜桿傳動部分的設計本課題傳動部分擬定通過鏜床主軸箱提供動力，帶動一對外嚙合齒輪傳動，齒輪帶動軸傳動，而鏜桿就是固定在這根軸上實現旋轉運動。51鏜桿傳動部分功率計算（1）加工條件工件材料灰鑄鐵加工要求粗鏜缸套110MM內孔，留加工余量03MM，加工22MM機床專用鏜床刀具YT30鏜刀量具塞規（2）計算鏜削用量粗鏜孔至1094MM，單邊余量Z03MM,切削深度AP22MM,走刀長度分別為L1270MM,確定進給量F根據工藝手冊，表2460,確定FZ037MM/Z切削速度參考有關手冊，確定V300M/MINR/MIN861043DW10VNS根據表工藝手冊3141,取NW800R/MIN,刀具YT30鏜刀主切削力FZ98CFZFVKFZ式中CFZ92XFZ10YFZ075N0KFZ1則FZ989217504511867N徑向切削力FY98CFYAPXFYFYFYVNKF2Y式中CFY54XFY09YFY075N0KFY1則FY985417504511482N功率估算PFV6KW計算大體估算40轉速N9700MIN/R輸入功率PP60KWD輸出轉矩T9559550160NPD6197059N4轉速N1MI/7R9輸入功率PPKWP7659061010輸入轉矩T95511659N60MN5397552齒輪部分設計1選定齒輪類型，精度等級，材料及模數1）按要求的傳動方案，選用圓柱直齒輪傳動；2）運輸機為一般工作機器，速度不高，故用8級精度；（GB1009588）3）材料的選擇。由2表101選擇小齒輪材料為45鋼（調質）硬度為240HBS，大齒輪的材料為45鋼（正火）硬度為200HBS，兩者硬度差為40HBS；4）選小齒輪齒數為Z24，大齒輪齒數Z可由Z得1221IZ1128，取113；22按齒面接觸疲勞強度設計按公式23112HDTTZUTKD（1）確定公式中各數值1）試選K13。T2）由2表107選取齒寬系數1。D3）計算小齒輪傳遞的轉矩，由前面計算可知T13N。150M4）由2表106查的材料的彈性影響系數Z1898MPE21第4章鏜桿傳動部分的設計415）由2圖1021D按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強度極限580MP；大齒輪的接觸疲勞強度極限560MP。1LIMH2LIMH6）由2圖1019取接觸疲勞壽命系數K095；1NK105。2HN7）計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為1，安全系數S1，有0095580551MPH1SHNLIM105560588MP2K1LI2計算確定小齒輪分度圓直徑D，代入中較小的值T1H1）計算小齒輪的分度圓直徑D，由計算公式可得T667MM235118974102TD2計算圓周速度。V154M/S106106NVT3）計算齒寬BB1667667MMTD14）計算模數與齒高模數MZMTT872461齒高HT6525計算齒寬與齒高之比HB651027HB6）計算載荷系數K。42已知使用系數K1，據V154，8級精度。由2圖108得ASMK107，K146。由2圖1013查得K140，由2圖103查得KK1VHFH故載荷系數KKKKKVAH1156461077按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑MKDTT970315318）計算模數MNMNZ952413按齒根彎曲疲勞強度設計按公式321FSADNYZKT（1）確定計算參數1）計算載荷系數。KKKKK1AVF40172352）查取齒形系數由2表105查得Y265，Y2171FA2FA3）查取應力校正系數由2表105查得Y158，Y1801SA2SA4）由2圖1020C查得小齒輪的彎曲疲勞強度極330MP，大齒輪的彎曲疲1FE勞強度極限310MP2FE5）由2圖1018取彎曲疲勞壽命系數K090，K0951FN2FN6）計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數S14，則有第4章鏜桿傳動部分的設計43212MPF1SKFEN1039210MP22457）計算大、小齒輪的，并加以比較FSAY0019751FSAY2856001862SA07經比較大齒輪的數值大。（2）設計計算M235019754213985對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數M大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數，取M25MM，已可滿足彎曲疲勞強度。于是有2836DZ152709取Z28，則Z471316112I8取132，新的傳動比I4712Z1234幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑MM702851MZD3M2（2）計算中心距A21Z518200MM（3）計算齒輪寬度44BMD701B75MM，B70MM125大小齒輪各參數見下表高速級齒輪相關參數單位MM表61名稱符號計算公式及說明模數M25壓力角O20齒頂高AH25AHM齒根高FM375FC全齒高HM5625HA21DMZ701D分度圓直徑23302MZ1AM751AAH齒頂圓直徑2D（）2DZM3351F1CHA6375齒根圓直徑2FD22ZA32375中心距A021D53軸的設計計算1軸上的功率，轉速和轉矩由前面算得P6KW，N970R/MIN，T13N11150M2求作用在齒輪上的力第4章鏜桿傳動部分的設計45已知高速級小齒輪的分度圓直徑為D70MM1而F3625NT12DT703FF36251319NRANT2TAN軸力F1696N3初步確定軸的最小直徑現初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調質處理據2表153，取A110，于是得0DA26MMMIN03319706P因為軸上應開1個鍵槽，所以軸徑應增大35故D30MM46第6章缸套專用夾具設計61工件在夾具中的定位定位的目的是使工件在夾具中相對于機床、刀具占有確定的正確位置，并且應用夾具定位公斤按，還能使同一批工件在夾具中的加工位置一致性好。在夾具設計中，定位方案不合理，工件的加工精度就無法保證。工件定位方案的確定是夾具設計中首先要解決的問題。在確定基準時，需要注意以下幾點1作為基準的點、線、面在工件上不一定存在，如孔的中心線、外圓的軸線以及對稱面等，而常常由某些具體的表面來實現，這些面稱為基準面。2作為基準，可以是沒有面積的點或線，但是基準面總是有一定面積的，如代表軸心線的是中心孔面。3基準的定義不僅涉及尺寸之間的聯系，還設計到位置精度平行度、垂直度等。工件在定位時，通常應用的是六點定位原理。而應用工件六點定位原理進行定位分析問題時，應注意以下幾點1定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承點的方法來限制工件的自由度。2定位支承點限制工件自由度的作用，應理解為定位支承點與工件定位基準面始終保持緊貼接觸。若二者脫離，則意味著失去定位作用。3一個定位支承點僅限制一個自由度，一個工件僅有六個自由度，所設置的定位支承點數目，原則山不應超過六個。4分析定位支承點的作用時，不考慮力的影響。5定位支承點是由定位元件抽象而來的，在夾具中，定位支承點總是通過具體的