《小型數(shù)控鉆孔機(jī)設(shè)計(jì)》11000字（論文）

小型數(shù)控鉆孔機(jī)設(shè)計(jì)摘要高精度、高效率的數(shù)控機(jī)床是目前中國制造業(yè)發(fā)展中必須克服的主要問題，這也是中國制造業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于先進(jìn)制造業(yè)的根本原因。因此，開發(fā)和分析高精度、高效率的數(shù)控加工設(shè)備對數(shù)控加工設(shè)備綜合能力提升與強(qiáng)化至關(guān)重要，技術(shù)差距有實(shí)際意義。本論文首先對自行研制的小型數(shù)控鉆床構(gòu)成及原理進(jìn)行了綜合介紹，然后簡要分析了主要部件。首先確定以小型數(shù)控鉆床為主體的門式結(jié)構(gòu)，根據(jù)原理圖確定各主體的模板選擇和主體結(jié)構(gòu)，并建立其三維模型，然后對主要部件進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證，最后確定其選擇的合理性。經(jīng)過反復(fù)的驗(yàn)證和計(jì)算，確定了最終的小型數(shù)控鉆床實(shí)際應(yīng)用的可行性與實(shí)用性對理論有較好的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：小型數(shù)控鉆床；龍門式；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄29408前言 117541第1章方案設(shè)計(jì) 24492第1.1節(jié)總體方案的確定 228869第1.2節(jié)鉆床控制系統(tǒng) 37066第1.3節(jié)鉆床工作原理 412108第1.4節(jié)機(jī)身部分設(shè)計(jì) 411923第1.5節(jié)導(dǎo)軌的選用 523767第1.6節(jié)傳動方式的確定 6317941.6.1滾珠絲杠螺母副的選用 6121601.6.2滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 7192031.6.3滾珠絲杠螺母副的支撐方式 717339第1.7節(jié)工作臺的尺寸確定 829995第1.8節(jié)本章小結(jié) 814790第2章機(jī)械部分計(jì)算與校核 97718第2.1節(jié)切削參數(shù)的計(jì)算 9255082.1.1切削力的計(jì)算 9245102.1.2切削功率的計(jì)算 922626第2.2節(jié)滾珠絲杠的選擇計(jì)算 10285622.2.1最大動載荷Q的計(jì)算 1038052.2.2效率計(jì)算 1125212.2.3剛度的驗(yàn)算 11143282.2.4穩(wěn)定性驗(yàn)算 124944第2.3節(jié)縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇及計(jì)算 13182702.3.1選擇步進(jìn)電機(jī) 13131612.3.2最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 1318822.3.3負(fù)載慣量計(jì)算 14289892.3.4空載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 1414493第2.4節(jié)滾珠絲杠軸承的選擇及校核 15288852.4.1絲杠軸承的選擇 1512422.4.2滾珠絲杠軸承校核 167089第2.5節(jié)聯(lián)軸器的選擇 16934第2.6節(jié)主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1658342.6.1確定軸的最小直徑 16192022.6.2主軸電機(jī)的選擇 17146872.6.3主軸軸承的選用 1844622.6.4主軸軸承的疲勞壽命校核 1849262.6.5軸的強(qiáng)度校核 1921893第2.7節(jié)本章小結(jié) 1918044第3章經(jīng)濟(jì)性分析與環(huán)境安全保護(hù) 2124420第3.1節(jié)經(jīng)濟(jì)性分析 2122447第3.2節(jié)環(huán)境保護(hù)與安全性分析 2121108結(jié)論 2228964參考文獻(xiàn) 24PAGEPAGE20前言數(shù)控鉆床是集液壓技術(shù)、燃?xì)鈩恿ο到y(tǒng)、傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣技術(shù)、微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的高科技數(shù)字化工作機(jī)床。是一種全集成的全自動工作機(jī)床。在科技迅猛發(fā)展的今天，出現(xiàn)了許多新的實(shí)用機(jī)床。隨著中國電子技術(shù)的逐步發(fā)展，電子設(shè)備的創(chuàng)造與應(yīng)用亦日新月異，電子信息技術(shù)不斷更新于每一個生命周期。機(jī)械加工領(lǐng)域自然也不會落后，數(shù)控鉆床在機(jī)械制造領(lǐng)域中屬于一項(xiàng)重要的電子技術(shù)。本文介紹了一種新型智能數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。數(shù)控鉆床通用性強(qiáng)、性能高、數(shù)控編程簡單、使用方便，能極大地提高鉆床智能化水平。數(shù)控鉆床在今后加工領(lǐng)域中是一個發(fā)展方向。本文主要設(shè)計(jì)了小型鉆機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)合理的X軸和Y軸移動方案;設(shè)計(jì)合理的轉(zhuǎn)移方式和主體結(jié)構(gòu);計(jì)算電路圖，發(fā)動機(jī)選型，主軸設(shè)計(jì)區(qū)域，絲杠校核參數(shù)及關(guān)鍵部件;根據(jù)小型鉆機(jī)的預(yù)定容量選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)。第1章方案設(shè)計(jì)數(shù)控鉆床的總體設(shè)計(jì)包括主軸設(shè)計(jì)、絲杠傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、三軸運(yùn)動規(guī)劃等。結(jié)合設(shè)計(jì)要求和工作機(jī)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，提出了一些建議。先做粗略的總體規(guī)劃然后綜合分析，通過比較，找出與自身設(shè)計(jì)要求最為相符的方案，并最終找出最為合理的整體規(guī)劃。第1.1節(jié)總體方案的確定模型小型數(shù)控鉆床采用門式結(jié)構(gòu)總體布置。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約材料、工作量大、穩(wěn)定性好、尺寸靈活等優(yōu)點(diǎn)。其整體布局如圖1.1所示：圖1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)其機(jī)械系統(tǒng)的基本組成如圖1.2：圖1.2系統(tǒng)基本組成第1.2節(jié)鉆床控制系統(tǒng)單片機(jī)是目前世界上應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)系列。從最早的、、到后來的、，兼容單片機(jī)的設(shè)計(jì)和描述越來越多，各種各樣的新功能，幾乎每個單片機(jī)廠商均提供了兼容產(chǎn)品的產(chǎn)品，熟悉了系列的編程應(yīng)用意味著大量的微控制器，可以用于大多數(shù)微控制器應(yīng)用。由于數(shù)控鉆床的主要功能有穿線、鉆孔、切割和切削，因此選擇了連續(xù)控制系統(tǒng)。采用8位微機(jī)，以適應(yīng)工作的需要。由于系列單片機(jī)集成度高，快速，強(qiáng)大，可靠，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比較高，采用的是系列的單片機(jī)進(jìn)行控制。的基本特征如下：有8位中央處理單元（CPU）；片內(nèi)有時鐘發(fā)生電路(或),每執(zhí)行一條指令時間為或者；五種中斷源和兩種優(yōu)先級；有21個特殊功能寄存器；128字節(jié)RAM；可尋址的外部數(shù)據(jù)存儲器和的外部程序存儲器；其具有2個16位計(jì)時器／計(jì)數(shù)器；4I/o口，32根I/0線;位目標(biāo)的特點(diǎn)，適用于邏輯運(yùn)算；具有全雙工串行接口。上述各項(xiàng)性質(zhì)均已被認(rèn)定：一塊的操作相當(dāng)于微電腦系統(tǒng)，足以設(shè)計(jì)小型數(shù)控鉆床的控制系統(tǒng)。第1.3節(jié)鉆床工作原理由人機(jī)界面產(chǎn)生信號，送至單片機(jī)進(jìn)行處理，再向電機(jī)等控制元件發(fā)出指令。電源由電機(jī)產(chǎn)生，動力從電機(jī)產(chǎn)生經(jīng)過聯(lián)軸器傳遞給主軸，使主軸高速旋轉(zhuǎn)，主軸旋轉(zhuǎn)帶動工具旋轉(zhuǎn)并輸入Z軸。切斷系統(tǒng)控制中的工作塊。三個軸可以通過開關(guān)產(chǎn)生足夠的功率來旋轉(zhuǎn)滾珠絲杠，使工作臺和操作系統(tǒng)可以根據(jù)控制大小進(jìn)行定位或切斷。在加工過程中工件不移動，而刀具根據(jù)加工要求移動。第1.4節(jié)機(jī)身部分設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用門式框架，采用頂梁作為梁，而不是單獨(dú)設(shè)計(jì)梁。鉆頭可以沿X方向水平移動，也可以沿Z方向垂直移動?？梢允褂米畛醢惭b的滾動條在Y方向上水平移動表格。其機(jī)架框架如圖1.3。圖1.3機(jī)架框架三維圖示圖1.4底座三維圖示在設(shè)計(jì)鉆頭時，要特別注意以下事項(xiàng)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性:在設(shè)計(jì)工作機(jī)器時，請確保它能承受工作引起的振動;降低軸向運(yùn)動物體X、Y、Z的重量，降低軸向運(yùn)動時的慣性壓力;減小運(yùn)動目標(biāo)質(zhì)量和驅(qū)動功率仍然可以降低發(fā)動機(jī)的工作壓力;為了使工作機(jī)器具有較強(qiáng)的防震效果，必須在允許的范圍內(nèi)增加固定件的重量。這款數(shù)控鉆床的底座是大理石制作的，因?yàn)樗膹?qiáng)度和形狀都很小，穩(wěn)定性高，抗震能力比鑄鐵強(qiáng)，而且加熱時不會有很大的變化，而且它的精度也很高，所以非常適合使用，底座部分設(shè)計(jì)如圖1.4。第1.5節(jié)導(dǎo)軌的選用導(dǎo)軌程序大小的作用是支持和限制移動設(shè)備的移動，以滿足設(shè)計(jì)過程中的業(yè)務(wù)需求和方向。主要力量來自于運(yùn)動單元、工件質(zhì)量和切削應(yīng)力。導(dǎo)軌主要由控制器芯片和活動部件組成。常用的導(dǎo)軌有很多種。根據(jù)實(shí)際工作中使用的摩擦類型，摩擦類型可分為滾動導(dǎo)軌、滑動導(dǎo)軌等。其主要任務(wù)是進(jìn)行分層和導(dǎo)向，因此在選擇時必須充分考慮其控制精度、精度、穩(wěn)定性、運(yùn)動平穩(wěn)、生產(chǎn)效率好、制造簡單等因素，從而使其脫離傳統(tǒng)的工作環(huán)境，降低控制風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)動性，此外，而且動、靜摩擦系數(shù)很接近;當(dāng)運(yùn)動單元移動時，與滑動控制器相比，運(yùn)動單元所需的功率要小得多，運(yùn)動單元移動平穩(wěn)，由于滾動導(dǎo)軌功耗相對較低，可以在不產(chǎn)生較大振動的情況下保持特定區(qū)域的精度，因此滾動導(dǎo)軌具有穩(wěn)定的移動和定位精度。滾動直線控制副包括鋼球、滑動軸、轉(zhuǎn)向箭頭、保持架、回收裝置、空格鍵和關(guān)閉主實(shí)例。其工作原理是:當(dāng)移動裝置隨相對控制箭頭移動時，鋼球退出并微調(diào)控制箭頭后沿占用通道滾動。當(dāng)鋼球移動到滑塊邊緣時，設(shè)備將返回到另一端，移動過程中產(chǎn)生的灰塵和碎片將進(jìn)入滑塊，影響鋼球線性控制器的正常運(yùn)動。因此，在回收裝置的兩側(cè)安裝末端燈泡，以防止這種現(xiàn)象發(fā)生[6]。小型數(shù)控鉆床采用GGB型等負(fù)荷四軸滾動線性控制器?？刂破鞒叽绲幕疽笫莻鲃舆^程中穩(wěn)定運(yùn)動的裝置具有足夠的精度、可靠性和能力，徑向應(yīng)力、徑向壓力和橫截面力適用于各個方向。鉆頭的X,Y和Z軸。在安裝過程中還具有靈活性和通用性，可以將工作量分配到冷卻罩上，提高控制尺寸。即使在高工作負(fù)載的情況下，這種低延遲的設(shè)計(jì)方法仍然可以保持低分辨率。導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)使導(dǎo)軌在實(shí)際工作中能夠?qū)⒇?fù)荷集中在四個方向上。這種設(shè)計(jì)模型可以對每個回路提供相同的潤滑效果，無論它安裝在潤滑油中，從而減少摩擦。同時，提高了導(dǎo)軌的使用壽命。控制軸上的圓弧使控制軸具有自調(diào)整功能，在安裝過程中可以使用特定的預(yù)緊力來補(bǔ)償相對誤差，而不影響移動設(shè)備的運(yùn)動?？刂戚S。與滑動導(dǎo)軌尺寸相比，球形結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌可以大大減少移動設(shè)備與導(dǎo)軌之間的摩擦，同時提高整體的平穩(wěn)性，提高發(fā)動機(jī)啟動所需的功率，并大大降低噪聲污染。所選導(dǎo)軌副型號為，額定動載，額定靜載，額定力矩，，。三個方向進(jìn)給系選用同一型號導(dǎo)軌副，X向?qū)к夐L，Y向?qū)к夐L，Z向?qū)к夐L。圖1.5導(dǎo)軌三維圖示第1.6節(jié)傳動方式的確定1.6.1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，而電機(jī)的輸出是動力，裝置是旋轉(zhuǎn)的。因此，在輸入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，常用的運(yùn)動形式轉(zhuǎn)換方案有凸輪桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和絲杠螺母機(jī)構(gòu)。該鉆頭采用螺旋鉆，其工作原理如下：圖1.6絲杠螺母結(jié)構(gòu)在輸入系統(tǒng)中，螺絲刀機(jī)構(gòu)的作用是將電機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)化為水平直線運(yùn)動的單位。它的楔形按鈕也分為“滑動”和“滾動”。滑動式鉛酸電池組結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝簡單，制造成本低，自我維護(hù)能力強(qiáng)，但其傳動效率不高，因?yàn)檎饎犹笾挥小L動摩擦為主的絲杠螺母副雖然結(jié)構(gòu)相較滑動的更復(fù)雜，制造成本高，但相鄰的滾動摩擦容量較小，因此傳動效率高一般為。因此，螺旋鉆機(jī)構(gòu)在數(shù)控機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用。滾動絲杠螺母副通常用于高分辨率機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的輸入系統(tǒng)中。此次設(shè)計(jì)的鉆孔機(jī)就是將滾珠絲杠螺母副應(yīng)用于進(jìn)給傳動系統(tǒng)中。1.6.2滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)（1）首先，滾珠絲杠更有效。與滑動軸相比，滾珠絲杠的滾珠大大減少了運(yùn)動單元與螺桿之間的間隙，從而使效率提高3-4倍。同樣，發(fā)動機(jī)起動平穩(wěn)。（2）運(yùn)動靈敏，無低速爬行。由于滾珠的存在，滑塊的動態(tài)卡盤系數(shù)與靜態(tài)卡盤系數(shù)相差不大，因此控制更加靈活，而且在運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低的條件下輕易不會出現(xiàn)爬行的狀況。（3）可消除軸向間隙，軸向粗糙度高。滾珠絲杠在加工過程中可以增加負(fù)載，從而減少軸向間隙，提高輸入系統(tǒng)的定位精度。（4）功耗低，精度高。與滑動導(dǎo)軌相比，滑動導(dǎo)軌消耗的功率更少，因此不需要使用引線螺紋，但會花費(fèi)更長的時間來保持更高的精度。（5）結(jié)核力小，無自愈現(xiàn)象。該機(jī)構(gòu)可以將發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化為運(yùn)動單元的水平直線運(yùn)動(即運(yùn)動的可恢復(fù)性)。因此，在垂直動力傳輸中，它必須有一個制動裝置或自支撐機(jī)構(gòu)。（6）工藝復(fù)雜，成本高。零件非常復(fù)雜，對加工工藝和工件表面粗糙度要求較高，會增加資金成本。1.6.3滾珠絲杠螺母副的支撐方式機(jī)床絲杠通常有3種安裝方式：一是固定可自由安裝，二是固定可支撐，三是兩端均為固定端軸承受徑向與軸向雙重壓力作用，只針對行程較小的絲杠副，而二是固定端軸承同受徑向與軸向壓力作用，支撐端軸承受徑向壓力作用，并可出現(xiàn)小范圍軸向滑動現(xiàn)象，可有效降低絲杠因自身重力問題而發(fā)生的變形，三是固定端軸承受軸向與徑向壓力作用相同，這時可向絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，以增強(qiáng)絲杠強(qiáng)度并防止絲杠輕微熱變形。為了提高支撐剛度，滾珠絲杠副通過兩端固定的安裝形式。最后給出滾珠絲杠部分的組裝圖：圖1.7滾珠絲杠裝配示意圖第1.7節(jié)工作臺的尺寸確定工作臺的主要功能就是在加工過程中承載工件，暫時采用工作臺尺寸為長×寬×高,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1.8工作臺三維圖示第1.8節(jié)本章小結(jié)本章主要闡述了鉆孔機(jī)的框架結(jié)構(gòu)的選擇、控制系統(tǒng)的確定以及工作原理的設(shè)計(jì)，最后確定了機(jī)架、導(dǎo)軌、工作臺等關(guān)鍵工件的選擇尺寸、傳動部分的絲杠以及支撐方式。第2章機(jī)械部分計(jì)算與校核第2.1節(jié)切削參數(shù)的計(jì)算2.1.1切削力的計(jì)算工件加工時引起的切削應(yīng)力與工作條件下待加工材料的硬度和吃刀量以及要求的加工孔徑有關(guān)，可以按《機(jī)械加工工藝手冊》公式進(jìn)行計(jì)算。方向的切削力為：（2.1）鑒于鉆床是在銅板或鋁板中鉆孔，故工件材其料采用銅設(shè)計(jì)，其中的最大的孔徑為計(jì)算。查閱手冊上的相關(guān)資料得，，，，進(jìn)給量查得，取。則2.1.2切削功率的計(jì)算切削扭矩：（2.2）查表，可知：，，，，所以：切削速度：（3.3）式中：為刀具耐用度，查表取；取，，，，，因此：切削功率：（2.4）第2.2節(jié)滾珠絲杠的選擇計(jì)算2.2.1最大動載荷Q的計(jì)算選用滾珠絲杠特定參數(shù)時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其當(dāng)量動載荷Q的選?。海?.5）式中的對于絲杠在工作過程中所承受的最大負(fù)荷；為工作壽命；為載荷性質(zhì)系數(shù)不受沖擊影響，一般情況取，當(dāng)沖擊大或振動大時，取，本設(shè)計(jì)取；為硬度系數(shù)取為。絲杠工作過程中的最大載荷是指數(shù)控鉆床對工件進(jìn)行加工時所作用于滾珠絲杠的軸向載荷，因?yàn)榧庸み^程中夾具的穩(wěn)定性從理論上講不發(fā)生位移，因此對工件進(jìn)行加工所作用于滾珠絲杠的力為：（2.6）式中的為沿軸向切削應(yīng)力，由3.1.1結(jié)果得出；為工作臺及工件質(zhì)量取限時重量，取。即絲杠的工作壽命為：（2.7）其中，為工作壽命，以為一個單位，為絲杠使用壽命，對于數(shù)控機(jī)床可以取。為絲杠的轉(zhuǎn)速，這里取。計(jì)算當(dāng)量動載荷為：根據(jù)相應(yīng)的動態(tài)負(fù)載選擇滾珠絲杠副型號，根據(jù)滾珠絲杠額定動載荷大于等于的原理決定了滾珠絲杠副類型是，也就是內(nèi)循環(huán)方式的基本導(dǎo)程是，公稱直徑為，絲杠內(nèi)徑為，絲杠外徑為，螺紋是左旋的、剛球的直徑，負(fù)荷鋼球的圈數(shù)為，4級精度驅(qū)動滾珠絲杠副。這種滾珠絲杠額定動載荷如下，而，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。軸向剛度大。預(yù)緊力，在3個方向進(jìn)給系中選擇相同類型滾珠絲杠時，由于在Y方向加載最多，只要校核Y方向絲杠即可，圖中是Y方向。圖2.1滾珠絲杠零件圖圖2.2Y向滾珠絲杠截面圖2.2.2效率計(jì)算滾珠絲杠的傳動效率：（2.8）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效率為。2.2.3剛度的驗(yàn)算數(shù)控鉆床動力傳動系統(tǒng)的滾珠絲杠是非常有效的。在壓力P下，載荷會增加或減少，而M會嚴(yán)重影響另一側(cè)或另一側(cè)彎曲的工作載荷，垂直板也會相應(yīng)改變，從而降低其傳動精度和定位精度。因此，必須計(jì)算滾珠絲杠在滿載情況下的形狀變化，這會影響精度?！恫牧狭W(xué)》中指出，由于工作載荷的影響的作用而發(fā)生一個螺距的變化量,可按下式計(jì)算：（2.9）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螺距的變化量，因?yàn)樵趯?shí)際的傳動過程中扭矩不大，因此該變化量忽略不計(jì)。導(dǎo)程變化總誤差為：請檢查《機(jī)械設(shè)計(jì)》是否有4級精度的誤差，以確保滾珠絲杠的選擇符合要求。2.2.4穩(wěn)定性驗(yàn)算滾珠絲杠在運(yùn)行過程中的主要作用力為軸向力。若軸向力大于螺栓承載極限將導(dǎo)致彎曲變形而喪失其內(nèi)在穩(wěn)定性，故需校核。穩(wěn)定的負(fù)載。當(dāng)引線不穩(wěn)定時，可以用歐拉公式計(jì)算臨界荷載：（2.10）其中：為材料的彈性模量，本設(shè)計(jì)中絲杠的材料為，取；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，對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)載比率稱為嚴(yán)重因素。如果安全系數(shù)大于穩(wěn)定系數(shù)，則該壓桿安全不致失穩(wěn)。故此滾珠絲杠不會失穩(wěn)。當(dāng)滾珠絲杠高速旋轉(zhuǎn)時，會發(fā)生共振。因此，需要檢查滾珠絲杠的臨界轉(zhuǎn)速，即不發(fā)生共振的最大轉(zhuǎn)速。在這種動力傳動系統(tǒng)中，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速不高，普通鉆頭螺桿長度較短，因此無需對臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行校核。本鉆機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)直接控制滾珠絲杠，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)可以自動控制在特定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，所以不需要安裝機(jī)械制動器。第2.3節(jié)縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇及計(jì)算2.3.1選擇步進(jìn)電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：工件加工過程中步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩最大必須小于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩;發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)與負(fù)載慣性相匹配；在快速放置過程中，螺旋電機(jī)在空載時使用的扭矩也必須小于所選步進(jìn)電機(jī)的最大扭矩。2.3.2最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算選擇步進(jìn)電機(jī)時，最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于或等于運(yùn)行電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。最大剪切載荷扭矩T可按下式計(jì)算，即:（2.11）前面的數(shù)據(jù)知道鉆床的最大輸入功率，即桌面與工件的最大值，取；在鉆孔過程中，工作臺停止，故；為脈沖當(dāng)量，這里??；絲杠導(dǎo)程，預(yù)緊力，總機(jī)械效率取，因此，由于滾珠絲杠的負(fù)載：請參考《角接觸推力球軸承裝配技術(shù)手冊》確定單角鏈裝載機(jī)的膨脹系數(shù)，故本裝載機(jī)的膨脹系數(shù)為。其摩擦力可忽略不計(jì),發(fā)動機(jī)是直接與導(dǎo)線連接的及其傳動關(guān)系。。2.3.3負(fù)載慣量計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一定與負(fù)載條件有關(guān)，負(fù)載條件的計(jì)算方法如下。（1）工件和工作臺轉(zhuǎn)化為電機(jī)軸的慣性，工件和工作臺的最大慣性，可以用以下公式計(jì)算，即：（2.12）式中V為臺式電腦的運(yùn)行速度(m/s)，橫向測量，W為步進(jìn)電機(jī)的角速度(rad/s)，m為整個工作量的平衡，為電機(jī)軸加工過程中的速度(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。由下式可知，發(fā)動機(jī)軸的慣性為為：（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：根據(jù)數(shù)控機(jī)床的慣性匹配程度，，選擇的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)在此范圍內(nèi)應(yīng)在范圍內(nèi)。根據(jù)上述計(jì)算公式，根據(jù)參數(shù)選擇滿足要求的響應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)類型.型步進(jìn)電動機(jī)的主要參數(shù)如下：相數(shù)為；步長角度；相電流；最大靜力矩；電壓；電阻；尺寸外形；重量0.65kg；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，額定轉(zhuǎn)矩；最大轉(zhuǎn)矩，機(jī)械時間常數(shù)。2.3.4空載轉(zhuǎn)矩計(jì)算運(yùn)動單元在空載狀態(tài)下由靜止變?yōu)榭煲苿铀俣饶Ｊ剿柰饧愚D(zhuǎn)矩為：（2.13）（1）在無重力加速度的作用下，最重要的是減速。選擇步進(jìn)電機(jī)的總能量：（2）加速時間經(jīng)常取的倍，取所以：空載加速轉(zhuǎn)矩不得超過電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩，型步進(jìn)電動機(jī)的，滿足設(shè)計(jì)要求。在三路輸入系統(tǒng)中選用相同的步進(jìn)電機(jī)。第2.4節(jié)滾珠絲杠軸承的選擇及校核2.4.1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。以維持?jǐn)?shù)控鉆床進(jìn)給量大，傳動強(qiáng)度高，需要驗(yàn)證絲杠螺母的硬度，同時，正確安裝絲杠螺母，選擇合適的支撐結(jié)構(gòu)，確保其具有高硬度。但是，座椅和支架的硬度與平常相同，桌面與連接部件之間的接觸增加，以提高機(jī)床的靈敏度和硬度。在設(shè)計(jì)鉆頭時，通常在操作技術(shù)允許的范圍內(nèi)，往往將機(jī)床本體與螺母座和支承座制做成一個整體以獲取較高的剛度。由于滾珠絲杠表面往往需要一定的軸向粗糙度，因此選擇滾動軸承也非常重要。目前，我國軸承組合的方式有兩種。一種是徑向單元與錐單元組合，結(jié)構(gòu)簡單，軸向沖擊較差。另一種是壓力容器或徑向軸承與徑向軸承的組合，對軸向沖擊有一定的改善。但是，軸承在使用中產(chǎn)生的熱量和摩擦?xí)S著軸的作用而增加，就像軸承的基本尺寸一樣。近年來，各個地區(qū)的軸承制造商都開發(fā)了專門為實(shí)際工作中承受巨大軸向壓力而設(shè)計(jì)的滾珠絲杠式結(jié)構(gòu)。與這種類型的普通軸承相比，其接觸角可以達(dá)到，并且軸承中的球更小，因此軸承的直徑比這種類型的普通軸承小。與一般滾珠絲杠相比，徑向壓力容器的軸向粗糙度至少是原來的兩倍，非常有用。產(chǎn)品通常來自工廠，工廠內(nèi)外厚度相同。裝配時，內(nèi)圈和外圈可以用螺母和端頭緊固，預(yù)緊固力可從工廠獲得。為了增加滾珠絲杠的硬度，螺釘兩端固定，固定桿為角度固定桿，有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）具有較高的韌性和便攜性；（2）鋼球數(shù)量多，接觸角大；（3）承受徑向和軸向載荷，使螺絲刀更加緊湊。（4）由于噪聲的存在，滾珠軸承的啟動力矩降低，從而降低了發(fā)動機(jī)的啟動壓力，從而提高了整個系統(tǒng)的靈敏度。所以依據(jù)上述的描述，選擇軸承的型號為，內(nèi)徑，外徑，寬度，基本額定動載荷，基本額定靜載荷，極限轉(zhuǎn)速（脂潤滑）為。2.4.2滾珠絲杠軸承校核可以使用機(jī)械設(shè)計(jì)公式來指定軸承的基本壽命：（2.14）式中：為絲杠工作時的最大載荷；為基本額定壽命；為壽命指數(shù)，對于球軸承；n為軸承的工作轉(zhuǎn)速，??；C為基本額定動載荷，。故所選軸承合格。第2.5節(jié)聯(lián)軸器的選擇因?yàn)殡姍C(jī)軸與絲杠軸總是處于同一直線，運(yùn)行過程中沒有相對的位移，因此選擇剛性開關(guān)，而由于支架內(nèi)空間小，需要的轉(zhuǎn)矩傳遞也少，所以選擇這種開關(guān)非常簡單，轉(zhuǎn)矩傳遞很少有兩種不同的壓殺方式。本廠可設(shè)計(jì)和定制特定尺寸。開關(guān)的尺寸根據(jù)絲杠和電機(jī)軸的尺寸而定為，錐形接頭選用GB117-86標(biāo)準(zhǔn)，絲杠端圓錐銷為。第2.6節(jié)主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.6.1確定軸的最小直徑主軸的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)零件的工作工藝確定，并考慮主軸的工作條件和應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。軸的材質(zhì)為45鋼，調(diào)制方式:從第4格式16-2的《機(jī)械設(shè)計(jì)》中可以看出，傳動以轉(zhuǎn)矩為主的軸，傳力以轉(zhuǎn)矩為主的軸是軸的最小直徑：（2.15）式中：是P軸的功率，由這里的剪切功率計(jì)算。可以在3.1.2節(jié)中看到：；n為軸的轉(zhuǎn)速，這里取；為許用切應(yīng)力；為與作者的豎井。在這個盒子里，軸的材質(zhì)是45度角鋼?？吹阶烂妫?，，所以考慮到安全系數(shù)和圓錐滾子對主軸強(qiáng)度的影響，考慮了最小直徑主軸直徑及設(shè)計(jì)示意圖如下圖所示：圖2.3主軸零件圖主軸開關(guān)采用錐形條連接固定，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》可以查得圓錐銷的尺寸取。2.6.2主軸電機(jī)的選擇主軸電動機(jī)是數(shù)控鉆床動力傳動的主要部件之一，其型號和性能直接影響后續(xù)的速度調(diào)整和加工方法。伺服電機(jī)和脈沖電機(jī)力矩固定，功率小，所以它們的作用范圍局限于簡單的運(yùn)動，如線性輸入。直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、不經(jīng)濟(jì)、不實(shí)用。內(nèi)部的換能器和電刷在實(shí)際使用中容易發(fā)生故障，難以承擔(dān)主操作系統(tǒng)的重任。所以這臺數(shù)控鉆床采用了交流調(diào)速電機(jī)，因?yàn)榻涣髡{(diào)速電機(jī)體積較小，轉(zhuǎn)矩低，動態(tài)響應(yīng)快，無刷，最大轉(zhuǎn)速比直流電機(jī)大。目前適用于該鉆機(jī)的交流傳動系列有7、5、11、15、18、5、22五種連續(xù)額定功率。最大速度為，額定轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速。在絲杠螺母副部分已經(jīng)算出當(dāng)主軸傳遞能量時，最小切削速度N為發(fā)動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，為。最大額定功率由于所需的切割功率不是很大，所以會選擇發(fā)動機(jī)功率即可，電動機(jī)額定值為額定工作轉(zhuǎn)速為低速運(yùn)轉(zhuǎn)2.6.3主軸軸承的選用主軸軸承所受載荷以軸向和徑向?yàn)橹鳎暂S向載荷為主，所以應(yīng)選用同時承受軸向與徑向載荷作用的角錐軸承。主要有以下幾種方案：現(xiàn)所選機(jī)型，寬度尺寸為：，公稱直徑，整體長度，基本振動烈度，基本額定動載荷，最高轉(zhuǎn)速為（在正常潤滑保護(hù)下）。2.6.4主軸軸承的疲勞壽命校核從公式中可以看出軸承基本額定壽命是：（2.16）P等于動態(tài)負(fù)載，由公式可計(jì)算得，其中為沖擊載荷系數(shù)等，取1.1；為由于徑向載荷主要集中在軸向力上，鉆削過程中徑向力很小，因此在本次計(jì)算中忽略這部分；為軸向載荷，為；X、y分別為徑向動載荷系數(shù)、軸向動載荷系數(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為動基荷載，。故所選軸承合格。2.6.5軸的強(qiáng)度校核從理論上講，主軸是受軸向壓力和位移扭矩的應(yīng)力作用，但經(jīng)過特殊分析，徑向力和軸向力的影響較小，因此校核了軸系的應(yīng)力狀況。顯示在16-1，第四版機(jī)械設(shè)計(jì)。（2.17）式中的為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為；是t軸的力矩，單位為；為軸向扭轉(zhuǎn)系數(shù)，單位為；為軸的允許轉(zhuǎn)矩剪切應(yīng)力，單位為；：是P軸的功率，由這里的剪切功率計(jì)算?？梢栽?.1.2節(jié)中看到：；是n軸的旋轉(zhuǎn)速度；D是軸的直徑。因?yàn)檩S的直徑在很多部位是不同的，所以是平均計(jì)算的。。詳見《機(jī)械設(shè)計(jì)》第四版表16.2,45鋼，，所以軸的強(qiáng)度符合要求。第2.7節(jié)本章小結(jié)該章以部分主要零件計(jì)算為重點(diǎn)。首先計(jì)算鉆頭在工作過程中產(chǎn)生的剪切應(yīng)力和剪切功率，然后根據(jù)數(shù)據(jù)選擇鉆頭的各個部分，然后選擇最大動態(tài)功率。選擇適合鉆床負(fù)載的螺桿類型，然后在實(shí)際工作過程中計(jì)算其動力傳動效率，并檢查其硬度和穩(wěn)定性，防止斷裂，影響鉆床的工作。步進(jìn)電機(jī)的選擇是根據(jù)最大剪切負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于或等于電機(jī)運(yùn)行的額定轉(zhuǎn)矩來確定的,和滾珠軸承一樣，Y方向負(fù)載最大，只需要檢查Y方向，選擇三軸輸入系統(tǒng)即可。在主軸設(shè)計(jì)中，先對主軸最小啟動位置進(jìn)行了確定，其次對主軸進(jìn)行了設(shè)計(jì)，選取了垂直電機(jī)等合適電機(jī)，并且選用了700AC滾珠軸承等，再對主軸進(jìn)行了疲勞校核和強(qiáng)度校核等工作。綜合第2,3章設(shè)計(jì)內(nèi)容得出整體三維規(guī)劃圖。圖2.4小型數(shù)控鉆孔機(jī)三維裝配圖第3章經(jīng)濟(jì)性分析與環(huán)境安全保護(hù)第3.1節(jié)經(jīng)濟(jì)性分析該設(shè)計(jì)小型數(shù)控鉆床由三大部分組成，分別為主軸系統(tǒng)三向、進(jìn)給系統(tǒng)、實(shí)體部分。主要結(jié)構(gòu)由大理石組成，比鑄鐵更堅(jiān)固，更經(jīng)濟(jì)，重量和形狀更輕。它的主要結(jié)構(gòu)類似于一個標(biāo)準(zhǔn)的樓梯引擎，而不是一個分別設(shè)計(jì)橫梁，其作用一致，機(jī)架材料選擇，耐熱性好，可用性、耐久性好，流暢性和抗沖擊性好;可調(diào)底座采用橡膠材質(zhì)，減震效果好，性價(jià)比高。輸入系統(tǒng)中的滑軸采用滑軸代替滑軸，從而在一定程度上提高了鉆頭的工作精度和噪聲質(zhì)量;鉛垂的設(shè)計(jì)是為了提高零件的聽力、精度和電機(jī)性能。在卡拉辛系統(tǒng)中，卡拉辛要求有足夠的剛性，軸上裝有剛性開關(guān)連接卡盤和電機(jī)，材料選用45國標(biāo)鋼;同時，發(fā)動機(jī)需要一個支撐架。從價(jià)格上看，框架部分的總成本是1500元。有三條滾珠絲杠副需要調(diào)整。每副200元，3個步進(jìn)電機(jī)，每副70元，4個球線性控制器，每副150元。主軸電機(jī)一個，價(jià)格在200元左右主軸也需要定制，價(jià)格在100元左右;錐形螺釘、螺母、墊圈價(jià)格降低200元。因?yàn)檫@個流程是一個人完成的，所以人工成本為0，總成本為3410元。通過經(jīng)濟(jì)分析，證明該模型更加合理可行。與國內(nèi)外其他小型數(shù)控鉆床相比，資金消耗更低。本發(fā)明經(jīng)濟(jì)效益好，實(shí)用性強(qiáng)。第3.2節(jié)環(huán)境保護(hù)與安全性分析該方案以電力為動力，采用綠色能源且對環(huán)境無污染。機(jī)械外殼由普通金屬材質(zhì)制成，對環(huán)境無污染，設(shè)計(jì)充分考慮噪音和沖擊，可顯著降低噪音。而且經(jīng)過校核可知，機(jī)床具有一定的強(qiáng)度，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。此外，還可以在鉆頭上安裝其他測試設(shè)備和限位開關(guān)，以補(bǔ)充其結(jié)構(gòu)和功能?？傊?，這個設(shè)計(jì)能夠成功地滿足工作要求，并且非常環(huán)保和安全。結(jié)論通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的調(diào)查和總結(jié)，教師和學(xué)長系統(tǒng)地對所學(xué)課程的理論知識進(jìn)行回顧、檢查、復(fù)習(xí)和完善，并將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際工程問題的解決。通過理論研究，得出了一個全面的實(shí)踐教育理論。該小型數(shù)控鉆床基本滿足任務(wù)說明書、動力傳動圖設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等理論要求。即使設(shè)計(jì)師盡了最大的努力，由于自身的局限性，設(shè)計(jì)難免會有缺陷;雖然整體設(shè)計(jì)大大提高了傳統(tǒng)設(shè)備的性能，但與商用產(chǎn)品相比相對簡單。希望得到各位的斧正。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是一種小型數(shù)控鉆床，主要用板類零件鉆孔，文中給出了機(jī)械系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)包括：（1）該工作站整體設(shè)計(jì)為龍門式結(jié)構(gòu)，其基礎(chǔ)采用大理石材料，因此具有較高的靈活性、穩(wěn)定性和良好的抗震性能，可以滿足對機(jī)械精度的要求。而且經(jīng)濟(jì)