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1、第1章 机床总体布局设计1.1 机床总体尺寸参数的选定根据设计要求并参考实际情况，初步选定机床主要参数如下：工作台宽度长度 4001600mm主轴锥孔 724工作台最大纵向行程 300mm工作台最大横向行程 375mm主轴箱最大垂直行程 400mm主轴转速级数 12级主轴转速范围 301500r/minX、Y轴步进电机 130BF001（反应式步进电动机）Z轴步进电动机 130BF001（反应式步进电动机）主电动机的功率 4.0KW主轴电动机转速 1440r/min机床外形尺寸（长宽高） 15012002300mm机床净重 500Kg1.2 机床主要部件及其运动方式的选定1.2.1 主运动的实
2、现因所设计的机床要求能进行立式的钻和铣，垂直方向的行程比较大,因而采用工作台不动,而主轴箱各轴向摆放为立式的结构布局；为了使主轴箱在数控的计算机控制上齿轮的传动更准确、更平稳，工作更可靠，主轴箱主要采用液压系统控制滑移齿轮和离合器变换齿轮的有级变速。1.2.2 进给运动的实现本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制，因此在X、Y、Z三个方向上，进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力由步进电机通过调隙齿轮传递。1.2.3 数字控制的实现采用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作的位置，这一点须根据实际情况而定。1.2.4 机床其它零部件的选择考虑到生产效率以及生产的经
3、济性，机床附件如油管、行程开关等，以及标准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。1.3 机床总体布局的确定根据以上参数及主要部件及其运动方式，则可拟定机床的总体布局图，详细图纸请参照1号A1图纸。第2章 主传动的设计2.1 议定转速图2.1.1 确定结构式和结构网式：1.主传动的确定，和公比的确定：根据ZJK-7532的使用说明书，初步定主轴转速范围为951600rmin， 则=1.29 (2.1)由设计手册取标准值得：=1.26。令，则 (2.2)则取。2.确定变速组和传动副数目：大多数机床广泛应用滑移齿轮的变速方式，为了满足结构设计和操纵方便的要求，通常采用双联或三联滑移齿轮，因此主轴转速为
4、12级的变速系统，总共需要三个变速组。3.确定传动顺序方案：按着传动顺序，各变速组排列方案有： 12322 12232 12223从电机到主轴，一般为降速传动。接近电机处的零件，转速较高，从而转矩较小，尺寸也就较小。如使传动副较多的传动组放在接近电机处，则可使小尺寸的零件多些，而大尺寸的零件可以少些，这样就节省省材料，经济上就占优势，且这也符合“前多后少”的原则。从这个角度考虑，以取18=332的方案为好，本次设计即采用此方案。4.确定扩大顺序方案：传动顺序方案确定以后，还可列出若干不同扩大顺序方案。如无特殊要求，根据“前密后疏”的原则，应使扩大顺序和传动顺序一致，通常能得到最佳的结构式方案，
5、故选用12结构式方案。检查最后扩大组的变速范围： r=10故合符要求。 5.结构网图：2.1.2 拟定转速图：根据已确定的结构式或结构网议定转速图时，应注意解决定比传动和分配传动比，合理确定传动轴的转速。 定比传动在变速传动系统中采用定比传动，主要考虑传动、结构和性能等方面的要求，以及满足不同用户的使用要求。在钻铣床的设计中，总降速比为u=125/1440=0.087。若每一个变速组的最小降速比均取1/4。则三个变速组的总降速可达。故无需要增加降速传动，但为了使中间两个变速组做到降速缓慢，以利于减小变速箱的径向尺寸和有利于制动方便，在轴间增加一对降速传动齿轮（），同时，也有利于设计变型机床，因
6、为只要改 变这对降速齿轮传动比，在其他三个变速组不变的情况下，就可以将主轴的12种转速同时提高或降低，以便满足不同用户的要求。 分配降速比 前面已确定，12322共需三个变速组，并在轴间增加一对降速传动齿轮，要用到四个变速组，在主轴上标出12级转速：1251600r/min,在第轴上用A点代表电动机转速，最低转速用E点标出，因此A,E两点相距约11格，即代表总降速传动比为。 定出各变速组的最小传动比 根据降速前慢后快的原则，在轴间变速组取，在轴间变速组取，在轴间变速组取，则：根据结构式可知：轴间变速组的级比指数分别为：1，3，6。传动副为：3，2，2。则画出上图的转速图。2.1.3 确定各齿轮
7、的齿数：在确定齿轮齿数时应注意：齿轮的齿数和不应过大，以免加大两轴之间的中心距，使机床的结构庞大，而且增大齿数和还会提高齿轮的线速度而增大噪声，所以在设计时要把齿数和控制在；为了控制每组啮合齿轮不产生根切现象，使最小齿数，因而齿轮的齿数和不应过小。在轴间： 则可查表1.58和2.51两行又而最小齿轮的齿数是在的齿轮副中，令 则等，在高速轴中尽量使齿轮的几何尺寸小一点以减小主轴的尺寸，所以可取 可查出：， ，同理： 且查得. 取 则查得：， ， 查得： 三联滑移齿轮中的最大齿数与次大齿数之差必须要大于或等于4，则必需有 又 前传动轴的转速高，扭矩小，一般传动件的尺寸要小一些，因而齿数和可取比前一
8、级变速组小用计算法：取，则则 0 取 则 滑移齿轮齿数的验算：在三联滑移齿轮中，为了确保其左右移动时能顺利通过，不致相碰，则必须保证三联滑移齿轮的次大齿轮与最大齿轮的配对齿轮不相碰（最大齿轮布置在中间），即：又 则必须保证： 从上面计算可知： 则 这与要求不符。但是与都采用了离合器，使齿轮和的距离拉大了，因而在滑移齿轮在移动过程中不存在相碰的情况， 三联滑移齿轮在这个设计里是可以实现的。2.1.4 传动系统图的拟定：根据以上分析及计算，拟定如下传动系统图：2.2主传动主要零件的强度计算：2.2.1电动机的选择1. 电动机的功率计算 钻头材料选用W18Cr4V, 根据加工要求选用钻头直径D25m
9、m， 则查表得进给量S0.390.47mm， 根据钻孔切削用量表查得：n377r/min，M=8580Nm 则 (2.3)2. 电动机参数的选择在选择电动机时，必须使得PP，根据这个原则，查机械设计手册选取Y112M-4型电动机，其基本参数如下（单位为mm）：A=190 B=140 C=70 D=28 E=60 F=8G=24 H=112 K=12 AB=245 AC=230AD=190 HD=265 BB=180 L=4002.2.2齿轮传动的设计计算由于直齿圆柱齿轮具有加工和安装方便、生产效率高、生产成本低等优点，而且直齿圆柱齿轮传动也能满足设计要求，所以本次设计选用渐开线直齿圆柱齿轮传动
10、；主轴箱中的齿轮用于传递动力和运动，它的精度直接与工作的平稳性、接触误差及噪声有关。为了控制噪声，机床上主传动齿轮都选用较高的精度，但考虑到制造成本，本次设计都选用7-6-6的精度。具体设计步骤如下：1、模数的估算：按接触疲劳和弯曲疲劳计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都已知道后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。齿轮弯曲疲劳的估算公式：mm （式中即为齿轮所传递的功率） （2.4）齿面点蚀的估算公式：mm （式中即为齿轮所传递的功率）（2.5）其中为大齿轮的计算转速，为齿轮中心距。由中心距及齿数求出模数：mm (2.6)根据估算所得
11、和中较大的值，选取相近的标准模数。前面已求得各轴所传递的功率，各轴上齿轮模数估算如下：第一对齿轮副 mm mm mm所以，第一对齿轮副传动的齿轮模数应为mm第二对齿轮副 mm mm mm所以，第二对齿轮副传动的齿轮模数应为mm第三对齿轮副 mm mm mm所以，第三对齿轮副传动的齿轮模数应为mm 第四对齿轮副 mm mm mm所以，第四对齿轮副传动的齿轮模数应为mm综上所述，为了降低成本，机床中各齿轮模数值应尽可能取相同，但因为轴的转速比较小，扭矩比较大，为了增加其强度和在主轴上能起到飞轮的作用，需增加轴齿轮的几何尺寸。所以，本次设计中在间各个齿轮模数均为=2.5mm，在轴上就取。2、齿轮分度
12、圆直径的计算根据渐开线标准直齿圆柱齿轮分度圆直径计算公式可得各个传动副中齿轮的分度圆直径为： 3、齿轮宽度B的确定齿宽影响齿的强度，但如果太宽，由于齿轮制造误差和轴的变形，可能接触不均匀，反儿容易引起振动和噪声。一般取B=（610）m。本次设计中，取主动齿轮宽度B=8m=82.5=20mm(在最后一对齿轮啮合取也取B=7m20)，则与其啮合的从动齿轮的宽度一致。而取多联齿轮的宽度B=8m=82.5=20mm，为了使啮合更容易和平稳，则与其啮合的从动齿轮的宽度要小一点，取B=6m62.515mm。4、齿轮其他参数的计算根据机械原理中关于渐开线圆柱齿轮参数的计算公式及相关参数的规定，齿轮的其它参数都可以由以上计算所得的参数计算出来，本次设计中，这些参数在此不在一一计算。 5、齿轮结构的设计不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构的要求也不同，7级精度的齿轮，用较高精度的滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下降。因此，需要淬火的7级齿轮一般滚或插后要剃齿，使精度高于7级，或者淬火后再珩齿。6级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须才能达到6级。机床主轴箱中的齿轮齿部一般都需要淬火。6、齿轮的校核（接触疲劳强度）： 计算齿
