半自動(dòng)鉆床設(shè)計(jì)【數(shù)控鉆床】【說(shuō)明書(shū)+CAD+SOLIDWORKS】

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半自動(dòng)鉆床用途用于機(jī)械加工中的鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪平面、鉆沉頭孔和鏜孔及攻螺紋。而數(shù)控鉆床主要用于鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲等加工。在汽車、機(jī)車、造船、航空航天、工程機(jī)械行業(yè)；尤其對(duì)于超長(zhǎng)型疊板，縱梁、結(jié)構(gòu)鋼、管型件等多孔系零件。相對(duì)于半自動(dòng)鉆床而言，數(shù)控鉆床具有定位精度高，加工精度高，高效率，能夠減少人工，等等半自動(dòng)鉆床無(wú)法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)越性。 1.2 半自動(dòng)鉆床數(shù)控化（數(shù)控鉆床）的現(xiàn)狀及趨勢(shì) 從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)控鉆床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控鉆床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控鉆床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控鉆床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對(duì)數(shù)控鉆床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控鉆床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。為了應(yīng)對(duì)國(guó)際金融危機(jī)，企業(yè)紛紛調(diào)整數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)政策，競(jìng)相發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)床，以促進(jìn)工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而目前我國(guó)處于裝備更新?lián)Q代的高峰期和工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵期，對(duì)數(shù)控機(jī)床尤其是高檔數(shù)控機(jī)床的需求，仍將維持30%以上的高增長(zhǎng)水平，預(yù)計(jì)這一增長(zhǎng)速度仍將維持35年。 　　 數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問(wèn)題，是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 　　 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的需求日益增長(zhǎng)，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床功能部件的創(chuàng)新升級(jí)。目前我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件工業(yè)還不能滿足國(guó)內(nèi)需要，國(guó)內(nèi)數(shù)控功能部件產(chǎn)業(yè)主要存在以下問(wèn)題：適應(yīng)性和滿足度遠(yuǎn)達(dá)不到市場(chǎng)需求；我國(guó)數(shù)控功能部件生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模??；核心零部件大量依靠進(jìn)口；缺乏高技術(shù)含量威脅產(chǎn)業(yè)安全。 機(jī)床行業(yè)高端化發(fā)展四步曲：業(yè)內(nèi)人士表示，我國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以發(fā)展數(shù)控機(jī)床為主導(dǎo)、主機(jī)為龍頭、完善配套為基礎(chǔ)，力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級(jí)產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變。更有專家為機(jī)床行業(yè)高端化發(fā)展提出了四方面觀點(diǎn)，為機(jī)床行業(yè)高端發(fā)展進(jìn)程盡微薄之力。 　　一是積極落實(shí)“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技專項(xiàng)，創(chuàng)造國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新技術(shù)的大環(huán)境，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，企業(yè)為主題，以科研院校為根基，全方位帶動(dòng)我國(guó)高新技術(shù)的創(chuàng)新。 　 二是開(kāi)拓新的數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)或升級(jí)現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)，帶動(dòng)普通機(jī)床及半自動(dòng)機(jī)床的升級(jí)改造和淘汰更新。極力拉動(dòng)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的內(nèi)需，帶動(dòng)高端機(jī)床產(chǎn)業(yè)的快速升級(jí)。 　 三是緊抓技術(shù)改造，促進(jìn)中高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化整體升級(jí)。充分利用國(guó)家技術(shù)改造貼息等優(yōu)惠政策，圍繞重點(diǎn)，加強(qiáng)管理，提高資金投入產(chǎn)出比，打好根基，為技術(shù)創(chuàng)新提供長(zhǎng)足發(fā)展。 　　四是強(qiáng)化企業(yè)管理，節(jié)省成本提提高高效。數(shù)控機(jī)床企業(yè)要從內(nèi)部管理的強(qiáng)化切入，開(kāi)展結(jié)本高效的行動(dòng)，維持資金流合理運(yùn)轉(zhuǎn)，人力資源的合理分配，避免勞民傷財(cái)，確保企業(yè)正常的運(yùn)營(yíng)。 展望未來(lái) 　　高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備專項(xiàng)將實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新能力顯著提高，掌握一大批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，總體技術(shù)水平進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列；屆時(shí)，主機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)、功能部件“中檔規(guī)?；?、高檔產(chǎn)業(yè)化”將得以實(shí)現(xiàn)，我國(guó)將研制出一批具備國(guó)際先進(jìn)水平的關(guān)鍵裝備；進(jìn)口量大的高速、精密立臥式加工中心、數(shù)控車床等產(chǎn)品市場(chǎng)占有率將有明顯提升。 　　近年來(lái)，中國(guó)通過(guò)引進(jìn)技術(shù)、消化吸收和自主開(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)，為數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。希望未來(lái)機(jī)床行業(yè)可以帶來(lái)更多最新設(shè)備和前沿技術(shù)，以滿足制造業(yè)對(duì)高效加工日益增長(zhǎng)的需求。 1.3 半自動(dòng)鉆床的方案分析 1.3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)分析 本課題是設(shè)計(jì)一種半自動(dòng)鉆床，此設(shè)備占地面積小，成本低廉，通過(guò)變頻電機(jī)帶動(dòng)圓柱凸輪滾子機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的進(jìn)給，以及利用V帶輪來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的轉(zhuǎn)移，通過(guò)傘齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)空間傳動(dòng)方向的改變，以及利用齒輪齒條來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆頭的自動(dòng)升降，所有機(jī)構(gòu)都聯(lián)動(dòng)，運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)噪音。 由于鉆削工件有多種方案，本課題采用機(jī)械式聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)提供以下設(shè)計(jì)方案： 變頻電機(jī) 圓柱凸輪 料箱 工作臺(tái) 滾滾絲桿 圖1 以變頻電機(jī)為動(dòng)力源的半自動(dòng)鉆床設(shè)計(jì)方案 1.3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案和布局 確定好設(shè)計(jì)方案后我們對(duì)整體方案進(jìn)行大體設(shè)計(jì)布局，整個(gè)傳動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，由于需要在任意位置能停止，本次設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)我們采用變頻電動(dòng)機(jī)，由于變頻電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速很快，需要分配傳動(dòng)減速比，需要加減速器進(jìn)行減速，經(jīng)過(guò)減速器出來(lái)后為了能與齒輪傳動(dòng)軸連接，我們?cè)偌由吓cV帶傳動(dòng)，最后通過(guò)圓錐傘齒輪，齒輪齒條實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)。 第2章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1凸輪滾子機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在此，根據(jù)廓線方程可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)圓柱凸輪的精確建模，并為下一步運(yùn)動(dòng)仿真和數(shù)控加工奠定良好的基礎(chǔ)?？臻g凸機(jī)構(gòu)在自動(dòng)機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。與平面凸輪機(jī)構(gòu)相比，空間凸輪機(jī)構(gòu)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好、轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩大等優(yōu)點(diǎn)。直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)是一種典型的空間凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)速較低、精度要求不高時(shí)，可以把圓柱凸輪看成是由移動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)化而來(lái)的，按基圓半徑或外圓直徑展開(kāi)成平面矩形，作為平面直動(dòng)凸輪進(jìn)行近似計(jì)算。但是隨著凸輪機(jī)構(gòu)日益向高速方向發(fā)展，傳統(tǒng)的圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法因誤差較大，不得不進(jìn)行修正，因?yàn)?，這種展開(kāi)法不能達(dá)到簡(jiǎn)化計(jì)算、提高精度的目的，不能滿足企業(yè)的實(shí)際需要。考慮到圓柱凸輪屬于空間凸輪，其理論廓面、實(shí)際廓面均為空間曲面，因此，如何構(gòu)造這些曲面是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了一些相關(guān)研究。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)一步發(fā)展，特別是基于特征和參數(shù)化技術(shù)的三維設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)，為空間曲面的構(gòu)造提供了支撐平臺(tái)。本文來(lái)用精確的數(shù)學(xué)模型建立圓柱凸輪的實(shí)際廓線方程，基于SolidWoks平臺(tái)，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)的手段精確構(gòu)造實(shí)際輪廓曲面完成了圓柱凸輪的模，通過(guò)實(shí)踐證明了這種方法的可行性。 1 圓柱凸輪輪廓線的數(shù)學(xué)模型對(duì)直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪建如圖1所示的固定坐標(biāo)系，以Z軸為圓柱凸輪的回轉(zhuǎn)軸線，X軸與從動(dòng)件處于最低位置時(shí)的軸線重合，原點(diǎn)為該軸線與凸輪軸線的交點(diǎn)，Y 軸分別垂直于X和Z軸。圖1中的幾何參數(shù)有：凸輪圓柱半徑為R(Rb≤R≤Rb B，Rb為圓柱凸輪的基圓柱半徑，B為滾子厚度)，滾子半徑為rγ，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為s(φ)，其中φ為凸輪的轉(zhuǎn)角。 圖1 圓柱凸輪的理論和實(shí)際廓線 如圖1所示，圓柱滾子直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，圓柱的半徑為R，曲線b是圓柱凸輪的理論廓線，曲線。和c是實(shí)際廓線，d表示在理論廓線上的滾子圓，根據(jù)圖示固定坐標(biāo)系，建立圓柱凸輪理論廓線方程如下：考慮從動(dòng)件是滾子的情況，實(shí)際輪廓線是圓心位理論廓線上滾子圓的包絡(luò)線，其方程為：對(duì)式(2)中的兩個(gè)方程，滾子圓的方程為：式(3)中X，Y，Z為理論廓線上的坐標(biāo)；Xa，，Za為滾子圓和實(shí)際廓線上的公共點(diǎn)坐標(biāo)，也是滾子圓和實(shí)際廓線的切點(diǎn)坐標(biāo)。包絡(luò)線方程為：式(4)中s’(φ)樹(shù)表示運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (φ)對(duì)φ導(dǎo)數(shù)。由于實(shí)際廓線也位于圓柱面上，所以滿足下式：聯(lián)立以上3式，可得到在圓柱半徑為R時(shí)的實(shí)際廓線的方程：式6)可看出，實(shí)際廓線有兩組，取上面符號(hào)表示圖1中曲線a，取下面符號(hào)表示圖1中曲線。推導(dǎo)了直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)際廓線的方程。基于Solidworks平臺(tái)用VBA開(kāi)發(fā)了圓柱凸輪輔助建模軟件，根據(jù)廓線方程可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)圓柱凸輪的精確建模，并為下一步運(yùn)動(dòng)仿真和數(shù)控加工奠定良好的基礎(chǔ)。2 基于Solidworks平臺(tái)直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪建模2.1 實(shí)際廓線的構(gòu)造式(6)是實(shí)際廓線的方程，若選定運(yùn)動(dòng)規(guī)律(φ)，給定轉(zhuǎn)角明，可分別計(jì)算出基圓柱Rb和外圓柱Rs上的實(shí)際廓線的坐標(biāo)，如果計(jì)算出四組符合精度要求的實(shí)際廓線的坐標(biāo)，分別連接這些坐標(biāo)成樣條曲線。如圖2所示，曲線a1和a2是外圓柱上的實(shí)際廓線曲線b1和b2是外圓柱上的實(shí)際廓線。為了保證實(shí)際廓線擬合精度，必須選擇足夠多的點(diǎn)來(lái)構(gòu)造樣條曲線，為此可把計(jì)算好實(shí)際廓線的坐標(biāo)存在文件中，通過(guò)Solidworks平臺(tái)上的XYZ構(gòu)造曲線的方法來(lái)構(gòu)造樣條曲線。 2.2 實(shí)際輪廓曲面的生成使用Solidworks，平臺(tái)上切除放樣特征，首 的截面形狀，是一個(gè)矩形，矩形的四個(gè)點(diǎn)落在實(shí)際廓線上，如圖2所示，放樣時(shí)，取矩形為輪廓，條實(shí)際廓線、b1、b23所示的實(shí)際廓面。圖2 實(shí)際廓線的構(gòu)造圖3 實(shí)際廓面的形成3 軟件實(shí)現(xiàn)考慮到圓柱凸輪建模過(guò)程中有大量的凸輪實(shí)際輪廓曲線數(shù)據(jù)，為了提高效率，采用軟件編程對(duì)Solidworks軟件二次開(kāi)發(fā)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于程序規(guī)模較小，編程的語(yǔ)言采用Solidworks中內(nèi)嵌的VBA實(shí)現(xiàn)。程序流程圖見(jiàn)圖4。圖4 程序流程 軟件分成兩個(gè)模塊：1)計(jì)算模塊，主要根據(jù)輸人參數(shù)，確定實(shí)際輪廓的曲線的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)；2)建模模塊：主要完成繪制凸輪、實(shí)際廓線、切除放樣等操作。以放樣操作的編程為例說(shuō)明：4 結(jié)論本文通過(guò)建立圓柱凸輪實(shí)際廓線的方程，在Solidworks平臺(tái)上構(gòu)造了凸輪的精確實(shí)際廓線，隨后通過(guò)Solidworks內(nèi)部命令完成圓柱凸輪的精確建模。通過(guò)精確的三維模型，可為下一步運(yùn)動(dòng)仿真和數(shù)加工奠定了很好的基礎(chǔ)。 2.2V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、帶輪的材料 帶輪的常用材料為HT150（m30sVHT200（m30sV3）。轉(zhuǎn)速較高時(shí)可用鑄鋼或鋼板沖壓焊接結(jié)構(gòu)，小功率時(shí)可用鑄鋁或料. 3.3、帶輪正常工作需滿足的條件即eemaxF￡；為保證V帶有足夠的壽命，必須使帶工作時(shí)的最大應(yīng)力小或等于帶的許用應(yīng)力，即maxs￡。根據(jù)既不打滑又有一定疲勞壽命著兩個(gè)條件，在特定條件下得到的單根V帶所能傳遞的功率稱為單根V帶的基本額定功率。3.4、求：設(shè)計(jì)V帶輪時(shí)應(yīng)滿足的主要要求有：結(jié)構(gòu)合理，質(zhì)量分布均勻轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡；與帶輪接觸的輪槽表面粗糙度要低，以減少帶的磨損各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式的。根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定帶輪的其他結(jié)構(gòu)尺寸，繪制帶輪的零件圖，并按照工藝要求注出相應(yīng)的技術(shù)要求等。 3.5、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)內(nèi)容 1）設(shè)計(jì)V帶傳動(dòng)原始數(shù)據(jù) 2）傳遞的功率P=5.5kW 3）主動(dòng)輪和傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速：nin=4）傳動(dòng)的用途和工作條件5 ）傳動(dòng)的位置要求3.6、設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1)、帶的型號(hào) 2)、基準(zhǔn)長(zhǎng)度 3、帶的根數(shù) 4）、傳動(dòng)中心距 5）、帶輪直徑及結(jié)構(gòu)尺寸 6、軸上的壓力 3.7、設(shè)計(jì)步驟：3.7.1、確定設(shè)計(jì)功率根據(jù)傳遞的功率P、載荷的性質(zhì)和每天工作的時(shí)間等因素確定dAP=KPAK-工作情況系數(shù)《（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）9-13》表中（載荷變動(dòng)和工作時(shí)間等）P-傳遞的額定功率（P=5.5KW經(jīng)計(jì)算：p KdA=′R= (5.56.6kW′3.7.2 dP和轉(zhuǎn)速1n，由查（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）圖9-8A型普通VdP=6.6kW 1 n2900r/min=：D=80~100mm3.7.3、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑α和從動(dòng)輪直徑2 D（1）初選小帶輪直徑1D（ 1）帶輪直徑愈小愈好，結(jié)構(gòu)緊湊但帶的彎曲應(yīng)力增大，由E—帶的彈性模量（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）（MPa）—帶的高度見(jiàn)（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）表9-4 D—帶輪的基準(zhǔn)直徑第三章：輸入軸齒輪設(shè)計(jì)第13頁(yè)知帶型確定后h和E是常數(shù)，D越小，帶的彎曲應(yīng)力bσ越大，故小帶輪帶的σ大于大帶輪的σ，為避免彎曲應(yīng)力過(guò)大。 2.3圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算： 圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 選定齒輪的類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)： （1）選擇材料及熱處理小圓錐選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度為280HBS；大圓錐選用45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度為240HBS。 (2)選齒輪小齒輪選1z=24，大齒輪選2z=72；大小圓錐均選用7級(jí)精度。軸交角為90度的直齒圓錐齒輪傳動(dòng)u=12zz=3=tan2d=cot1d，得δ271.6°，δ=18.4°。 2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算：公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)Kt=1.3. （1） 小圓錐齒輪的轉(zhuǎn)矩T1=7.627410′N.mm； （2）查機(jī)械設(shè)計(jì)教材可知錐齒輪傳動(dòng)的齒寬系數(shù)ΦR=13； （3從表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa； （4）有圖10-21d按齒面硬度查得大小齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限1limH=600MPa2limHs=550MPa （5）計(jì)算應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)：60jLnh=60×720×1×2×8×300×10=2.07× 92N=2.07×1093=0.69×10 （6）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%安全系數(shù)S=1，由式（0-12 ）得[Hs1]=1lim1sHN/S=0.9′600=540MPa；[2]Hs 試算小齒輪分度圓直徑1t≥2.92(ZE[σH])2KT1ΦR(1?0.5ΦR)2u3=77.834mm試算錐距Rt=d1tu2+1=123.066mm 計(jì)算錐齒輪平均分度圓處的圓周速度V=πd1n160×1000π×77.834×72060×1000=2.93m/s 平均分度圓圓周處的速度Vm=2.445m/s根據(jù)Vm2.445m/s7級(jí)精度由圖 10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)VK=1.14查表10-2得KA=1,查教材可得Kα=KFα=1, KHβ=Kβ=875計(jì)算載荷系數(shù)K=KAKVKHαKHβ=1×1.14×11.875=2.1375按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得d1=dtKKt3=91.866mm計(jì)算模數(shù)m=d1 1=3.83mm 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-24）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為m≥ KT1ΦR(1?0.5ΦR)12u2+1YFaY 對(duì)此結(jié)果，齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪的直徑有關(guān)。取由彎曲強(qiáng)度算的模數(shù)，就近圓整為m=3。按接觸算得的分度圓直徑1d=91.866mm，算得小齒輪齒數(shù)1z=30，大齒輪齒數(shù)z=90 這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)既滿足了齒面接觸強(qiáng)度又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 4.幾何尺寸計(jì)算： 1）計(jì)算分度圓直徑1=1zm=90mm d=2zm=270mm 2）錐度R=d1u2+1=90×102=142.3mm 3）錐齒寬度b=RR=1′142.3=47.4mm。 選取寬度1=2=45mm。 2.4 電機(jī)的選取及設(shè)計(jì)計(jì)算 普通電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸普通一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 ? 普通電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。普通電機(jī)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。 ? 選擇普通電機(jī)時(shí)，首先要保證普通電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率普通電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說(shuō)最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。 ? 選擇普通電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過(guò)普通電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。 ? 選擇功率普通電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與普通電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。 選擇普通電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算： 4.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 對(duì)應(yīng)于直線運(yùn)動(dòng)中的物體質(zhì)量。要計(jì)算系統(tǒng)在加速過(guò)程中產(chǎn) 生的動(dòng)態(tài)載荷，就必須計(jì)算物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 和角加速度e，然后得慣性力矩T＝Je。 物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： J = ò r 2 r × dV ，式中：dV 為體積元，r為物體密度，r 為體積元與 轉(zhuǎn)軸的距離。單位：kgm2。以園柱體為例： J=W/8(D/1000)2 式中： L：長(zhǎng)度，mm D：直徑，mm 轉(zhuǎn)矩 22NM 4.2將負(fù)載質(zhì)量換算成電機(jī)輸出軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，常見(jiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與公式如下： Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （1-2） 式中Jt ---折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg.cm.s2) J1、J2 ---齒輪慣量(Kg.cm.s2) Js ----絲桿慣量(Kg.cm.s2) W---工作臺(tái)重量（N） S ---絲桿螺距（cm） J1=W(1/2X3.14XBP/1000)XGL2 4.3計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M M=Ma+Mf+Mt （1-3） Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 （1-4） 式中Ma ---電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（N.m) Jm、Jt---電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg.cm.s2) n---電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min） T---電機(jī)升速時(shí)間（s） Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-5） Mf---導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N.m) u---摩擦系數(shù) η---傳遞效率 Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-6） Mt---切削力折算至電機(jī)力矩（N.m) Pt---最大切削力（N） 計(jì)算所得力矩28NM 4.4負(fù)載起動(dòng)頻率估算。 數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為 fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)] 1/2 （1-7） 式中fq---帶載起動(dòng)頻率（Hz） fq0---空載起動(dòng)頻率 Ml---起動(dòng)頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（N.m) 若負(fù)載參數(shù)無(wú)法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算. （5）運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時(shí)，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并留有足夠的余量。 （6）負(fù)載力矩和最大靜力矩Mmax。負(fù)載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計(jì)算，電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí)，由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來(lái)說(shuō)，Mf與Mt之和應(yīng)小于（0.2 ～0.4)Mmax. 綜上述選取三相混合普通電機(jī)110BYG350A/350A-S(接線型) 3 18 0.6/1.2 3 30000 1600 18 20 80-350 5 聯(lián)軸器的選取 mm 輸入軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器的直徑，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表14-1，由于轉(zhuǎn)矩變化很小，故取，則 =1.3X49.24=64012N.Mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表14-4，選Lx3型彈性柱銷聯(lián)軸器其工稱轉(zhuǎn)矩為1250N.m，而電動(dòng)機(jī)軸的直徑為19mm所以聯(lián)軸器的孔徑不能太小。取=19mm，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度L=82mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為60mm。 軸向滾動(dòng)絲杠副絲杠軸，選HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000，半聯(lián)軸器的孔徑19mm，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度42mm。 徑向滾動(dòng)絲杠副絲杠軸選Lx3型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000，半聯(lián)軸器的孔徑19mm，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度42mm。 6 齒輪減速器的選取 所所選取普通電機(jī)為110BYG350C，根據(jù)以上查表計(jì)算所得選取行星減速器型號(hào)為PL120。 第4章各機(jī)構(gòu)的三維建模 4.1圓柱滾子從動(dòng)件的三維建模： 3.1圓柱滾子從動(dòng)件的三維建模： 3.2 V帶輪的三維建模： 3.3 圓錐傘齒輪三維建模： 結(jié) 論 通過(guò)本次設(shè)計(jì)半自動(dòng)鉆床，從中深刻掌握到半自動(dòng)鉆床的聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并繪制出裝配圖和零件圖。然后在通過(guò)三維軟件SOLIDWORKS軟件進(jìn)行零件的三維建模和裝配圖的建模。 綜上所述得到一下結(jié)論： (1)本設(shè)計(jì)通過(guò)改造半自動(dòng)鉆床，使之自動(dòng)化了。 (2)齒條齒輪結(jié)構(gòu)的應(yīng)用得到了認(rèn)可； (3)充分查找資料根據(jù)計(jì)算結(jié)果和設(shè)計(jì)的需要，選用合適的零部件，并對(duì)其進(jìn)行校核；精度驗(yàn)算； (4)機(jī)械系統(tǒng)中各個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，方案合理，能適應(yīng)實(shí)際的情況。 參 考 文 獻(xiàn) [1] Zhang Guoxiong，Liu Shugui，Qiu Zurong，Yu Fusheng，NaYonglin，Leng Changlin.NON-CONTACT MEASUREMENT OF SCULPTURED SURFACE OF ROTATION［J］.CHINESE JOURNAL OF M ECHANICAL ENGIN EERING.Vo1，17，No．4，2004. 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