多軸立式鉆床進給系統結構設計

濟南大學畢業設計濟南大學畢業設計1-1-畢業設計題目多軸立式鉆床進給系統結構設計學院機械工程學院專業機械工程及自動化班級機自0705學生辛宗成學號20070403218指導教師馮德振二〇一一年五月二十日濟南大學畢業設計1--PAGE28-摘要本次設計主要介紹了一種簡潔型多軸立式鉆床進給系統結構的設計過程，通過查閱大量相關文獻資料，請教有經驗的老師和同學，來進行此機床的設計。隨著機械行業的發展，在鉆削加工行業中許多零件要求有比較復雜的鉆孔，但是使用現在的普通單軸鉆床加工出來的零件形狀還是較單一，多用于單孔加工而且生產效率非常低。已有的數控鉆床雖然能夠實現多軸聯動，又操作方便，但是其經濟成本高，維修費用也高。因此迫切需要通過對多軸機床的進給系統的研究和設計，以此來增加加工零件的形狀變化，同時提高加工零件的精度。本著實用性的原則,加上對本設計設計要求的綜合考慮，本次設計應用了伺服電機、軸承、滾珠絲杠、導軌、立柱等各方面的知識。對于本次設計，首先，要查閱相關的大量資料，充實理論知識；其次，根據設計需求進行相關的實驗，記錄每次的實驗結果以及實驗過程中所出現的問題；最后，對實驗結果進行分析，選擇最優方案。本次設計采用滾珠絲杠進給系統，用伺服電動機作為動力源，可以滿足加工過程中的精度要求。因此本鉆床具有很好的經濟性。關鍵詞：多軸；立式鉆床；設計；進給系統ABSTRACTThisdesignintroducesasimpletypeofmulti-axisverticaldrillingstructureofthefeedsystemdesignprocess,throughaccesstoalargenumberofrelevantdocuments,consultanexperiencedteacherandstudents,tocarryoutthedesignofthismachine.

Withthedevelopmentofmachineryindustryinthedrillingindustryinmanypartsrequiremorecomplexdrilling,butusingordinarysingle-axisdrillingprocessisnowoutofshape,orthanasinglepart,multi-processingandproductionefficiencyforthesingleholeisverylow.AlthoughCNChasbeenabletoachievemulti-axisdrilling,butalsoeasytooperate,butitshigheconomiccosts,maintenancecostsarealsohigh.Thereisanurgentneedformulti-axismachinetoolfeedsystemresearchanddesign,inordertoincreasetheprocessingpartoftheshapechange,whileimprovingtheprecisionmachiningparts.

Inlinewiththeprincipleofpracticality,coupledwiththedesignrequirementsofthedesignintoaccount,theapplicationofthisdesignservomotors,bearings,ballscrews,rails,columnsandotherareasofknowledge.Forthisdesign,firstofall,alotofinformationrelatedtoaccessandenrichthetheoryofknowledge;Secondly,accordingtotheexperimentaldesignrequirementsrelatedtorecordeachoftheexperimentalresultsandtheexperimentalproblemsarisingintheprocess;Finally,theanalysisofexperimentalresults,choosethebestprogram.Thedesignusesaballscrewfeedsystem,withtheservomotorasapowersource,theaccuracycanmeettheprocessingrequirements.Therefore,thisdrillhasagoodeconomy.Keywords：multi-axis;verticaldrillingmachine;design;feedingsystem目錄TOC\o"1-3"\h\u19715摘要 I21908ABSTRACT II245921前言 1245111.1高速切削技術及刀具的發展現狀 182521.1.1開創了高速切削等新工藝，全面提高了加工效率。 123941.1.2硬質合金材料的發展 1211661.1.3刀具新材料的研究 170031.2夾具與附件 2315612總體方案設計 4301602.1設計任務 478592.2提高使用和維修的經濟性 4256852.3總體方案圖 5300753床身的設計 6294623.1支承件的基本要求 685943.1.1剛度 6125203.1.2抗振性 6165033.1.3熱變形 6284913.1.4內應力 6183643.1.5其它 6223493.2床身材料的選擇 7181393.3壁厚的選擇和壁的連接 788674導軌的設計 8164874.1導軌副的分類 86304.1.1按運動軌跡分類 877164.1.2按摩擦性質分類 8188734.1.3按工作性質分類 878224.2導軌應滿足的基本要求 8243194.2.1導向精度 8204314.2.2精度保持性 8230794.2.3剛度 928734.2.4低速運動平穩性 952184.3導軌設計的任務 9158064.4導軌的主要失效形式 9259414.4.1磨損 9279024.4.2疲勞和壓潰 10241704.5導軌形式的選擇 1096944.6導軌材料的特點及其選擇 1075664.7各種截面形狀導軌的性能 11104404.8常用導軌組合 11232744.9導軌截面尺寸的設計 1223115滾珠絲杠的選擇 13126335.1珠絲杠的精度、結構、及安裝 13245355.1.1精度等級 13244945.1.2結構形式及預緊方法 13310115.1.3安裝時的注意事項 14289345.2滾珠絲杠副的設計計算 14202325.3滾珠絲杠支承的選擇 18278266伺服電動機的選擇 2347556.1伺服電動機概述 23293196.2伺服電動機的選擇與計算 23131437結論 253730參考文獻 269422致謝 271前言1.1通用機床與專用機床隨著經濟的發展，特別是改革開放以來，專用組合機床的需求量增加，通用機床的需求量相對減少。于是，各通用機床廠紛紛建立專機車間或專機分廠，生產組合機床。由于設計、制造、組裝和調試經驗不足，使之在市場特別是國際市場中缺乏競爭力。組合機床作為一種現代機床，它不是通用部件、各種元件、刀夾輔具和控制系統的簡單組合，從設計制造到組裝調試都有其專業特征。通用機床是成熟產品，即使是改進型也是經過一輪或幾輪試制后，方能投產。通用機床的整機和零部件可以有少量庫存，生產時間充裕。而組合機床一般是單機一次性生產，不可能進行試制，而且要求在一定的時間內完成制造。這就要求機床廠家有一支經驗豐富的設計隊伍，特別是資深的方案工程師。在訂購組合機床時，用戶往往將技術方案作為前提之一，因為一個好的方案可以為用戶帶來很大的經濟效益。同時，也使機床制造廠家便于組織生產。好的技術方案是用最簡捷的形式，滿足工藝要求，并且易于操作、調整和維修。這就要求通用部件的選擇，刀具的設計和選擇，夾具的設計，控制系統的設計及液壓和氣動系統的設計等都要相對合理。專用組合機床一般用于大量生產，需要加工精度長期穩定，因此，對其質量的要求與通用機床有很大不同，通常要求工序能力系數CPK≥1.33。國內一知名機床廠為用戶設計制造一條殼體生產線，用戶要求在技術協議中將工序能力系數CPK≥1.33作為一項驗收標準，廠家明確表示達不到這一要求。他們只能同意按被加工零件圖紙給定公差的75%作為驗收標準，這一驗收標準與工序能力系數CPK≥1.33的要求相差甚遠。有的廠家甚至不了解工序能力系數這一概念。應當指出，CPK=1.33是最低要求，有的國外用戶將CPK≥4.0作為驗收標準。提高機床的質量是一項復雜的系統工程，它要求制造廠家建立一套完整的質量控制體系。從方案論證到產品設計，從原料進貨到元件采購，從工藝編制到加工制造，從安裝調試到售后服務，都必須嚴格控制。才能有效保證整機的產品質量，得到市場的認可。為了占領市場，世界各廠家爭相提高產品質量和服務質量。美國的一家機床公司向用戶承諾，訂購該公司設備時，他們“不是在拿到訂單之后就一走了之，再見面時設備已經制造完畢并請你付款，這時你所看到的只是設備的外表，而看不到內在質量。例如，你知道主軸的精度和硬度嗎？”他們的做法是：向你報告從方案設計、元件采購、加工制造到裝配調試的全過程并接受你的檢查。他們之所以能夠做到這一點是因為像大多數機床制造廠家一樣，機床在投入制造后，每個零件都備有一張卡片，將每道工序檢驗結果填寫在卡片上并輸入計算機，使制造的全過程處于受控狀態，從而保證了機床的出廠質量。這些都是值得我們借鑒的質量管理方法。通用機床一般不需要制造廠家到用戶安裝調試，即使需要也很簡單。而組合機床則需要制造廠家到用戶安裝調試，且過程復雜，周期較長。要求廠家培養和建立一支有經驗的安裝調試隊伍。此外，因為組合機床均用于大量生產，如果機床故障不能及時排除，其他設備很難替代，勢必造成停產，將給用戶帶來重大損失。因此，售后服務也是組合機床生產的一項重要內容。1.2多軸鉆床多軸鉆床俗稱多軸器、多空鉆或多軸鉆孔器，是一種運用于機械領域鉆孔、攻牙的機床設備。1.2.1多軸鉆床的優勢一般鉆床勞動強度大，專用性能低，生產率不高而且不能保證精度；而多軸專用鉆床操縱方便、省力、容易掌握，不易發生操作錯誤和故障，不僅能減少工人的疲勞，保證工人和鉆床的安全，還能提高鉆床的生產率。1.2.2多軸鉆床的應用廣泛應用于機械行業多孔零件的鉆孔以及攻絲加工。如：汽車、摩托車多孔零部件：發動機箱體、鋁鑄件殼體、制動鼓、剎車盤、轉向器、輪轂、差速殼、閥類、液壓元件、太陽能配件等等。2總體方案設計市場的開放性和全球化，促使機床產品的競爭日趨激烈，決定機床產品競爭力的指標是產品的開發時間、產品質量、產品性價比、產品的創新能力和產品的售后服務。采用先進的設計技術和手段，提高產品的技術含量成為企業追求的目標之一。我國已有的鉆削產品雖然能夠實現多軸聯動，且操作方便，但是價格極其昂貴，維修費用也較高。主要存在的問題：第一，單孔加工,多工步轉換,加工費時費力,工作效率低。第二，由于單個鉆頭重復工作,被加工孔的尺寸精度,位置精度達不到設計要求,導致出現產品質量不穩定現象。本次鉆床總體方案的擬定包括以下內容：系統運動方案的確定，伺服系統的選擇，執行機構的結構及傳動方式的確定。2.1設計任務本設計的任務是要求設計一種多軸立式鉆床進給系統的結構，設計內容包括進給系統和零部件的結構設計，參數確定及主要零件的計算校核等，并繪制相關手工工程圖及電子工程圖[3]。本設計采用伺服電機，扭矩按8選定，采用滾珠絲杠驅動，并合理確定導軌截面形狀及尺寸。2.2提高使用和維修的經濟性2.2.1提高產品的效率機械設備的效率主要取決于傳動系統和執行系統的效率。2.2.2合理確定經濟壽命使用壽命愈長，系統的性能愈差，相應的使用費用也愈多，使用經濟性愈低。機器的壽命分為功能壽命、技術壽命和經濟壽命三種。功能壽命——機器從開始使用至其主要功能喪失而報廢所經歷的時間。技術壽命——機器從開始使用至因技術落后而被淘汰所經歷的時間。經濟壽命——機器從開始使用至繼續使用其經濟效益顯著變差所經歷的時間。對設備進行適時的技術改造和良好的維修可延長其經濟壽命。2.2.3提高維修的經濟性維修能延長機器的使用壽命，是保證良好的技術狀況及正常運行的技術措施，但必須付出一定的維修費用及停機費用作為代價。因此，設備維修的原則是以盡可能少的維修費用換取盡可能多的使用經濟效益[4]。2.3總體方案圖圖2-1總體方案圖此圖為總體方案設計圖，如圖2-1所示，進給系統由床身、滑板、滾珠絲杠螺母等組成，經伺服電機驅動滾珠絲杠，滾珠絲杠旋轉帶動動力箱縱向移動，實現進給運動及進給速度大小的變化。采用立式布局，切屑容易排除，機床導軌、滾珠絲杠防護結構簡單。3床身的設計支承件是機床的基礎構件，主要是指床身底座、立柱、橫梁、工作臺、箱體和升降臺等大件。這些大件的作用是支承其它零部件，保證它們之間正確的相互位置關系和相對運動軌跡。機床切削時，支承件承受著一定的重力、切削力、摩擦力、夾緊力等。機床中的支承件有的互相固聯在一起，有的在導軌上作相對運動。導軌常與支承件做成一體，也有采用裝配、鑲嵌或粘接的方法與支承件相連接。支承件受力受熱后的變形和振動將直接影響機床的加工精度和表面質量。因此，正確設計支承件結構、尺寸及布局具有十分重要的意義[4]。3.1支承件的基本要求3.1.1剛度所謂剛度是指支承件在恒定載荷或交變載荷作用下抵抗變形的能力。前者稱為靜剛度，后者稱為動剛度。一般所說的剛度往往指靜剛度。支承件要有足夠大的剛度，即在額定載荷作用下，變形不得超過允許值。3.1.2抗振性抗振性是指支承件抵抗受迫振動和自激振動的能力。抵抗受迫振動的能力是指受迫振動的振幅不超過許用值，即要求有足夠的靜剛度。抵抗自激振動的能力是指在給定的切削條件下，能保證切削的穩定性。3.1.3熱變形機床工作時，電動機、傳動系統的機械摩擦及切削過程等都會發熱，機床周圍環境溫度的變化也會引起支承件溫度變化，產生熱變形，從而影響機床的工作精度和幾何精度，這一點對精密機床尤為重要。因此應對支承件的熱變形及熱應力加以控制。3.1.4內應力支承件在鑄造、焊接及粗加工的過程中，材料內部會產生內應力，導致變形。在使用中，由于內應力的重新分布和逐漸消失會使變形增大，超出許用的誤差范圍。支承件的設計應從結構上和材料上保證其內應力要求，并應在焊、鑄等工序后進行失效處理。3.1.5其它支承件還應使排屑通暢，操作方便，吊運安全，加工及裝配工藝性好等。支承件的性能對整臺機床的性能影響很大，其重量約為機床總重的80%以上，所以應正確地對支承件進行結構設計，并對主要支承件進行必要的驗證和試驗，使其能夠滿足對它的基本要求，并在此前提下減輕重量，節省材料[5]。3.2床身材料的選擇適合鑄造的床身材料很多，最為常用的是鑄鐵。鑄鐵是一種低成本、有良好的減振性和耐磨性、易于鑄造和切削的金屬材料，其中HT200是應用最為廣泛的。本設計中即選用HT200作為床身材料。3.3壁厚的選擇和壁的連接壁厚可參照表3-1來選擇：表3-1鑄件壁厚選擇鑄件種類鑄件尺寸灰鑄鐵可鍛鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼鋁合金砂型200200以下200200--500500500500以上5—66—1015—204—55—8——612——6—810—1218—25345—7金屬型7070以下7070—150150150150以上4562.5—3.53.5—4.5————————5——102—345當結構復雜的鑄件及灰鑄鐵的牌號較高時，選取偏大值[13]；特大型鑄鐵的最小允許壁厚，還可適當增加。一般鑄造條件下，各種灰鑄鐵的最小允許壁厚：HT100，HT150為4—6；HT200為6—8[5]。根據以上論述，本設計中的床身壁厚選擇20mm，壁的連接處可適當選擇過渡圓弧的直徑為5—10mm。4導軌的設計機床上兩相對運動部件的配合面組成一對導軌副，不動的配合面為支承導軌，運動的配合面為動導軌。導軌副的主要功用是導向和承載，為此，導軌副只許具有1個自由度。普通滑動導軌以及靜壓導軌、動壓導軌等導軌副工作面之間的摩擦性質為滑動摩擦。滾動導軌副工作面之間裝有滾動體，使兩導軌面之間形成滾動摩擦。4.1導軌副的分類4.1.1按運動軌跡分類直線運動導軌導軌副的相對運動軌跡為一條直線，如普通車床的溜板和車床導軌。圓周運動導軌導軌副的相對運動軌跡為一圓周，如立式車床的花盤和底座導軌。4.1.2按摩擦性質分類滑動導軌其中有靜壓導軌、動壓導軌和普通滑動導軌，它們的共同特點是導軌副工作面之間的摩擦性質為滑動摩擦。滾動導軌導軌副工作面之間裝有滾動體，使導軌面之間為滾動摩擦。4.1.3按工作性質分類主運動導軌動導軌作主運動，導軌副之間的相對運動速度高。進給運動導軌動導軌作進給運動，導軌副之間的相對運動速度低。移置導軌實現部件之間的相對位置調整，在機床工作時無相對運動。卸荷導軌采用機械、液壓或氣壓辦法減輕支承導軌的負荷，降低靜、動摩擦系數，以提高導軌的耐磨性、低速平穩性和運動精度。4.2導軌應滿足的基本要求4.2.1導向精度導向精度主要是指動導軌運動軌跡的精確度。影響導向精度的主要因素有：導軌的幾何精度和接觸精度、導軌的結構形式、導軌及其支承件的剛度和熱變形、靜（動）壓導軌副之間的油膜厚度及其剛度等。4.2.2精度保持性精度保持性主要由導軌的耐磨性決定。耐磨性與導軌的材料、導軌副的摩擦性質、導軌上的壓強及其分布規律等因素有關。4.2.3剛度剛度包括導軌的自身剛度和接觸剛度。導軌的剛度不足會影響部件之間的相對位置和導向精度。導軌剛度主要取決于導軌的型式、尺寸、與支承件的連接方式及受力狀況等因素。4.2.4低速運動平穩性動導軌作低速運動或微量位移時易產生摩擦自激振動，即爬行現象。爬行會降低定位精度或增大被加工工件表面的粗糙度的值。4.3導軌設計的任務導軌設計是根據所設計的機器或儀器的功用對運動部件提出的基本要求為出發點。導軌設計要求做的工作：1、根據整機的使用要求，提出對導軌的技術要求指標；2、選擇導軌的類型；3、選擇導軌的截面形狀；4、確定導軌的數量和尺寸；5、選擇導軌的材料，確定導軌與部件的關系（做成整體或鑲條）；6、計算，一般都要對導軌進行受力分析，根據運動部件的重量和重心位置，外力作用的位置大小方向，分析導軌上受力狀態。對于不同結構和不同用途的導軌，應根據其特點進行必要的計算；7、結構設計，不同的導軌要求設計的內容不同，主要有間隙（或預加負荷）裝置、鑲裝結構、潤滑溝槽、卸載裝置、滾動組件選擇、節流器等等；8、選擇潤滑方法，潤滑油及潤滑裝置；9、設計防護裝置；10、確定技術條件。4.4導軌的主要失效形式4.4.1磨損磨粒磨損。這里的磨粒是指導軌面間存在的堅硬的微粒，可能是落入導軌副間的切削微?；蚴禽喕蛶нM的硬顆粒；也可能是導軌面上的硬點或導軌本體磨損所產生的微粒，這些微粒起著且刮導軌面的作用。磨粒磨損速度和磨損量與相對滑動速度和壓強成正比。磨粒磨損是難以避免的，只能盡量設法減少。咬合磨損。是指相對滑動的兩個表面相咬嚙，所產生咬裂痕跡。實際上，磨粒磨損往往是咬合磨損的原因，咬合磨損又加劇磨粒磨損。應預防咬合磨損的發生。4.4.2疲勞和壓潰導軌失效的主要原因是表面疲勞和壓潰。表面疲勞是因為表層受接觸應力而產生彈性變形。脫離接觸是則彈性恢復，這種過程達到一定循環次數后，表面形成龜裂而產生剝落片。壓潰是由于接觸應力過大而使表層產生塑性變形而成坑。疲勞磨損是難以避免的，而壓潰是不允許發生的，因此，應控制壓強、提高導軌面的硬度和減小表面粗糙度的值。4.5導軌形式的選擇機床導軌的主要結構形式，按截面形狀分有三角形、矩形、燕尾形和圓柱形四種。它們的特點是：1）雙三角形導軌

它的導向性和精度保持都較好，導向性能隨頂角的大小而不同。當導軌面磨損后，有自動下沉補償磨損量的特點。2)雙矩形導軌

它的承載能力大，摩擦系數比三角形導軌小，加工檢驗方便，但導向性較差。3)

燕尾形導軌

導軌的夾角α通常為55°。導軌接觸面小，剛性較差，但間隙調整方便，并能承受側力矩。4.6導軌材料的特點及其選擇根據摩擦學的理論，不同材料所組成的運動副的磨損比相同材料的要小。常用下列材料組合構成導軌副：1）鑄鐵—鑄鐵動導軌常用灰鑄鐵，支承導軌采用孕育鑄鐵、高磷鑄鐵（含磷量高于0.4%也可高于0.6%）和合金鑄鐵（磷銅鈦鑄鐵、釩鈦鑄鐵），其耐磨性比普通鑄鐵高2~4倍。一般用于精密機床上。2）鑄鐵—淬硬鑄鐵動導軌常用普通灰鑄鐵，并經刮配加工。支承導軌常用HT20~HT40鑄鐵并進行表面淬火提高其硬度及耐磨性。實驗表明，導軌面硬度在HB60以下時磨損較快；當硬度為HB80-260時抗咬合磨損性能好；硬度在HB260以上時，反而使導軌磨損加快。一般說來，動導軌的硬度比支承導軌硬度低HB15~HB45為宜。導軌表面淬火常用感應淬火、接觸電阻淬火和火焰淬火等。3）鑄鐵—淬硬鋼板動導軌用鑄鐵。支承導軌為碳素鋼（T10A，T8A等）或合金鋼（40Cr，CrWMn等）淬硬鋼導軌。4）有色金屬—鑄鐵在重型機床導軌（例如龍門刨床工作臺主運動導軌）上，為防止撕傷、降低磨損、保證運動平穩性和提高移動精度，在動導軌基體上鑲裝ZQSn6-6-3，ZQAl-9-2等有色金屬板。本設計采用鑄鐵HT200—鑄鐵HT150的導軌。4.7各種截面形狀導軌的性能導軌面由若干個平面組成，從制造、裝配和檢驗來說，平面數量應盡可能少。直線運動導軌的基本截面形狀有矩形、三角形、燕尾形和圓柱形。矩形導軌：具有剛度高，承載能力大，制造、檢驗和維修方便，但是導軌不可避免地存在側面間隙，因而導向精度較差。三角形導軌：導向性能與頂角成反比，承載能力與值成正比。當其水平布置時，導軌磨損后可自動補償。支承導軌為凸三角形時，不易積存較大切屑，也不易存潤滑油。支承導軌為凹三角形時，導軌副易產生動壓效應，但防塵性差。燕尾形導軌：三角形導軌的變形。高度較小，可承受顛覆力矩；但剛度差，制造、檢驗和維修都不方便。圓柱形導軌：不易積存較大切屑和潤滑油，磨損后難以調整和補償間隙。主要用于受軸向載荷的場合。4.8常用導軌組合常用導軌組合有：①雙三角形；②雙矩形；③三角形與平面形組合；④燕尾形與矩形組合。雙三角形（雙V形）：精度保持性好，接觸剛度僅次于雙矩形導軌，承受側向力也較雙矩形差。兩導軌的四個面同時接觸能保證好的導向性，但實現這個工藝是較困難的，成本高，對溫度變化也很敏感，溫度變化會引起接觸不良。雙矩形：導向性不如雙三角形導軌。但承載能力強，剛度最好，摩擦損失也小于雙三角導軌。最大優點是制造容易，成本低。它被廣泛用于一般導向精度要求不高的機械設備。三角形與平面形組合：導向主要靠三角形導軌，具有導向性好、剛度好、承載能力強、制造容易等優點，獲得廣泛應用。燕尾形與矩形組合：它吸取了燕尾型導軌結構緊湊和調整簡單的優點，又吸取了矩形導軌制造簡單，承載能力強的優點。本進給系統的設計采用雙矩形導軌，如下圖所示：圖4-1選擇導軌組合形狀4.9導軌截面尺寸的設計滑動導軌寬度主要根據比壓值來選定[6]?？梢圆捎闷交蛐辫倵l，鑲條厚度可以采用平或斜鑲條，鑲條厚度圖4-2矩形導軌尺寸選擇簡圖滑動導軌的間隙調整：導軌接合面的配合松緊對機器的工作性能有很大影響。配合過緊時，傳動所需的功率加大，手動操作費力，磨損加大，運動的平穩性也差；配合過松則影響導向精度，使用一段時間后，由于磨損改變了間隙也需重新調整。在開式導軌中除了三角形導軌，在磨損后能自動調整外，其它導軌均應能調整。調整間隙一般采用鑲條和壓板來實現。5滾珠絲杠的選擇5.1珠絲杠的精度、結構、及安裝5.1.1精度等級根據使用范圍及要求將滾珠絲杠副分為定位滾珠絲杠副（P）、傳動滾球絲杠副（T）、精度分為七個等級，即1、2、3、4、5、7、10級，1級精度最高，依次逐漸降低[8]。5.1.2結構形式及預緊方法滾珠絲杠副內滾珠的循環方式可分為兩種，內循環與外循環。滾珠絲杠副內滾珠的循環方式可分為兩種，內循環與外循環。外循環是在螺母體上軸向相隔數個半導程處鉆兩個孔，孔與螺旋槽相切，作為滾珠的進口與出口，再在螺母的外表面上銑出回珠槽并溝通兩孔，并在兩孔處裝上擋珠器，以回珠管相連，形成一個封閉的循環滾道，這種結構制造簡單，使用廣泛。但滾道與擋珠器的接縫處，難以作的平滑，影響滾珠滾動的平穩性，并產生噪聲。內循環使用返向器實現滾珠循環。在螺母的外側鉆孔，裝上連通相鄰滾道的返向器，迫使滾珠越過螺紋牙頂進人相鄰滾道。通常一個螺母上裝有三個返向器，這三個返向器沿螺母圓周錯開120度。軸向間隔4/3一7/3個導程，或裝有兩個返向器，返向器錯開180度，軸向問隔為3/2個導程。返向器有兩種形式，圓柱凸鍵反向器與扁圓鑲塊返向器，兩種返向器相比，后者的尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸，縮短了軸向尺寸，但這種返向器結構復雜，制造困難，且不能用于多頭螺紋傳動。在滾珠的循環中，滾珠在進人與離開循環返向裝置時，容易產生較大的阻力，而且滾珠在返向滾道中的運動多屬于前珠推后珠的滑移運動。很少有滾動，因而滾珠在返向裝置中的摩擦力在整個滾珠絲杠副的摩擦力中，所占的比重較大，而不同的循環返向裝置由于回珠通道連接與運動的不同，以及回珠曲線的差異，比重也有所不同。滾珠絲杠副除了對本身單方向的進給精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴格的要求，以保證反向傳動精度，滾珠絲杠副的軸向間隙，會造成滾珠絲杠副起動、停止，以及受沖擊載荷時運動的不穩定，反向時有空行程，影響傳動精度與定位精度，滾珠絲杠副的軸向間隙，是負載的滾珠與滾道型面接觸點的彈性變形所引起的螺母位移量與螺母原有間隙的總和。要做到完全消除間隙是比較困難的，通常采用雙螺母預緊的方法，把彈性變形量控制在最小限度內。目前制造的外循環單螺母的軸向間隙較大，而雙螺母經過預緊后，基本上能消除軸向間隙。應用此結構時，應注意通過預緊力產生預拉變形以減少彈性變形所引起的位移時，該預緊力不能太大，否則會引起驅動力矩較大，傳動效率降低，使用壽命縮短。當用雙螺母消除間隙時，有三中方法：墊片調隙式、螺紋調隙式、齒差調隙式。除了上述的三種雙螺母加預緊力的方式外，還有單螺母變導程自預緊及單螺母鋼球過盈預緊方式。5.1.3安裝時的注意事項（1）為提高滾珠絲杠副的使用幫命和精度的穩定性，應使作用在螺母上的合力通過絲杠軸心，以保證滾珠受力均勻，避免傾覆力矩的產生。（2）滾珠絲杠采用兩端固定支承比一端固定一端自由有更大的安全性和更大的臨界速度相差值為6—7倍和更高的剛性3—4倍，所以盡量采用兩端固定支承方式，并保證兩端支承座孔與螺母座孔的精度和同軸度。（3）采用適應于數控機床不大的接角（60度）軸承以防止產生間隙。（4）單螺母設計時，應使螺母和絲杠同時受拉伸或壓縮應力，以利于幾列滾珠上的載荷均勻。（5）主機應配備行程保護裝置，以防止滾珠絲杠遭撞擊后影響精度和使用壽命。（6）滾珠絲杠副出廠前已按要求調至您所需要的預緊力，如隨意拆開或是過行程又旋轉回去，則需重新裝配調整預緊力。（7）滾珠絲杠副應及時清洗并涂上防銹油，滾珠螺母內注滿鏗基潤滑脂（2/3）。（8）嚴禁敲擊和拆卸導珠管，以免造成滾珠堵塞，運轉不流暢。5.2滾珠絲杠副的設計計算滾珠絲杠螺母副的設計首先要選擇結構類型：確定滾珠的循環方式，滾珠絲杠副的預緊方式；結構類型確定之后，再計算其它技術參數，包括工程直徑、導程、滾珠的工作圈數、列數、精度等級等。預選用濟寧絲杠廠GD系列滾珠式絲杠副代號為3205-4[4]基本參數：基本導程公稱直徑額定動載荷一、切削力計算單根鉆頭切削時：扭矩軸向力由表查得所以總的扭矩為所需總軸向力為圖5-1單根鉆頭受力情況二、滾珠絲杠受力計算1、計算進給率引力作用在滾珠絲杠上的進給率引力主要包括切削時的走刀抗力及移動件的重量和切削分力在導軌上的摩擦力。（5-1）式中EQEQ所以2、計算最大動載荷滾珠絲杠螺母副的承載能力是以額定動載荷和額定靜載荷來表示的。它是設計選用滾珠絲杠螺母副的主要依據。額定動載荷是指一批相同參數的滾珠絲杠螺母副，在轉速n≥10r/min的相同工作條件下，運轉100萬轉后，90%的螺母副（指螺紋滾道和滾動體）不發生疲勞點蝕損傷所能承受的最大軸向載荷。額定動載荷的可從產品樣本和手冊中查得。最大動負載，可由下式計算：（5-2）（5-3）（5-4）式中Fm——軸向工作載荷（N），當載荷按單調式規律變化，各種轉速使用機會相同時，Fm=（2Fmax+Fmin）/3Fmax、Fmin——絲杠最大、最小軸向載荷（N）——滾珠絲杠導程，初選——最大切削力下的進給速度，可取最高速度的，此處最高進給速度為——使用壽命（h），可取——運轉系數，按一般運轉取——工作壽命，以106轉為1單位n——絲杠轉速（r/min）所以小于額定動載荷3、傳動效率滾珠絲杠螺母副的傳動效率為（5-5）式中——螺旋升角——摩擦角取4、壓杠穩定性計算0受壓的細長絲杠，應驗算其穩定性。壓杠穩定性是按照額定動載荷或額定靜載荷所選定的絲杠直徑，在給定支承條件下，承受最大軸向壓縮載荷時，檢查絲杠是否會發生縱向彎曲。壓杠失穩時的臨界載荷，可由歐拉公式計算。5、臨界轉速的驗算絲杠的最高轉速是否臨近絲杠橫向固有頻率而發生共振現象，一般轉速小于時無須驗算。6、滾珠絲杠的剛度計算滾珠絲杠副的變形包括絲杠與螺母間的接觸變形和絲杠的拉伸變形，絲杠的扭轉變形較小，可忽略不計。7、滾珠絲杠的預拉伸滾珠絲杠工作中發熱高于床身，熱膨脹后導程加大，影響精度，為補償膨脹的影響，可將絲杠預拉伸。預拉伸量應略大于熱膨脹量，發熱后的熱膨脹量抵消了部分的預拉伸量，使絲杠內的拉應力略有下降但長度沒有變化。8、滾珠絲杠的靜載荷強度計算由于設計時添加了配重，滾珠絲杠在在機床不進行工作時所承受的力很小，所以滾珠絲杠無須再進行靜強度的校核計算。5.3滾珠絲杠支承的選擇滾珠絲杠都是由滾動軸承支承。滾動軸承概述滾動軸承是現代機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起動容易等優點[9]。常用的滾動軸承絕大多數已經標準化，并由專業工廠大量制造及供應各種常用規格的軸承。滾動軸承的基本結構由內圈、外圈、滾動體、保持架四部分組成。內圈用來和軸徑裝配，外圈用來和軸承座裝配。通常是內圈隨軸徑回轉，外圈固定，但也可用于外圈回轉而內圈固定，或是內，外圈都回轉的場合。軸承的內外圈和滾動體，一般使用軸承烙鋼制造，熱處理后硬度一般不低于60HRC[9]。由于一般軸承的這些元件都經過150度的回火處理，所以，通常當軸承的工作溫度不高于120度時，元件的硬度不會下降。.滾動軸承有以下優點：1)在轉速和載荷變化范圍很大的情況下，滾動軸承仍能穩定工作，而動壓滑動軸承在低速時難已形成具有足夠壓力的油膜；2)滾動軸承能在零間隙、甚至負間隙（預緊到有一定過盈量）的條件下工作，對提高旋轉精度和剛度有利，而滑動軸承則必須有一定間隙才能正常工作；3)滾動摩擦系數小，發熱少；4)滾動軸承容易潤滑，可以用脂潤滑，裝填一次用到修理時才更換。若用油時所需油量也遠比滑動軸承??；5)滾動軸承為標準件，可以外購。當軸向載荷較小時，可采用向心推力軸承；當軸向載荷較大時，采用接觸角為60°的推力接觸球軸承。軸承的選擇[10]由于本機床滾珠絲杠垂直于地面安裝，工作時受到垂直于地面方向的進給力，故應采用一對推力軸承+深溝球軸承的組合方式。推力軸承承受進給力，深溝球軸承保證絲杠的回轉軸在允許公差范圍內回轉。初選：推力軸承51305深溝球軸承5305圖5-2軸承安裝方式此種安裝方式：上端固定，下端游動。上端固定：采用上端固定，使絲杠受到拉伸應力，故絲杠穩定性較好。下端游動：由于絲杠長度較長，切削進給力較大，絲杠的溫度升高較高，故熱變形量較大，所以采用下端游動，補償絲杠的熱伸長量。軸承的校核推力軸承：已知軸承受軸向載荷，徑向載荷軸承轉速推力軸承51305預期計算壽命EQ，運轉時有中等沖擊。圖5-3推力球軸承（1）推力球軸承的校核基本額定壽命（5-6）由表查得推力球軸承51305的基本額定動載荷為對于球軸承，對于只能承受純軸向載荷的軸承（如5類軸承），在實際計算時，當量動載荷（為載荷系數，當受中等沖擊或中等慣性力時，?。﹦t（5-7）大于預期計算壽命，滿足設計要求。（2）深溝球軸承的校核深溝球軸承6305因受力很小，故此處不需要進行校核。6伺服電動機的選擇步進電機多用于開環系統，系統精度較低。對于高精度的機床，必須采用閉環伺服驅動系統。6.1伺服電動機概述目前機床閉環伺服驅動大都采用直流伺服電機和交流伺服電機驅動。直流電機是伺服機構中常用的驅動元件，但一般的直流電機不能滿足要求，近年來開發了多種大功率直流伺服電機，如小慣量電機及寬調速電機等。在閉環伺服系統中，這些電機已被廣泛用作驅動元件。6.2伺服電動機的選擇與計算1、最大切削負載轉矩計算所選伺服電動機的額定轉矩應大于最大切削負載轉矩。最大切削負載轉矩可根據式進行計算。由于 絲杠最大進給力絲杠導程；絲杠摩擦系數摩擦力矩；推力球軸承的摩擦力矩為，深溝球軸承的摩擦力矩為，故一對軸承的摩擦力矩為則最大切削負載轉矩為（6-1）2、負載慣量計算伺服電動機的轉子慣量應與負載慣量相匹配。工件及工作臺的最大質量為，折算到電動機軸上的慣量為：（6-2）絲杠名義直徑，在結構設計中，決定長度為，絲杠材料（鋼）的密度，則絲杠加在電動機軸上的慣量為：（6-3）故負載總轉矩為：所選伺服電動機的轉子慣量應符合條件，即。根據上述計算可選擇B8型直流伺服電動機，其額定轉矩為，大于最大切削負載轉矩；轉子慣量，滿足匹配要求[10]。7結論在本次設計中，由于基礎不夠扎實，設計過程中苦難重重，在參閱了大量的有關于鉆床的文獻以及相關資料之后對自己的方案進行了反復修改，確定了本次設計的方案。在對經濟性和實用性方面進行了論證之后最終優化得到本次設計結果。機床機械的設計涉及到的知識很廣，有許多東西是我以前不曾接觸到的，以前所學的很多知識都能夠在設計中得到運用，不僅復習和鞏固了以前所學的知識，而且在此基礎上學到更多的新知識。通過本次設計，我了解了鉆床結構設計中的共性問題、結構形式、計算原則、設計方法和方案比較。這次設計不僅對以前學過的知識進行了鞏固，更重要的是它還鍛煉了我們的工作態度和思維能力。因為往往在設計中由于一個小小的錯誤，則會導致全面修改，通過對一些細節方面的思考，也培養了我將來作為一名機械工程師必須具有的基本素質。在設計過程中不僅體驗了親自動手設計的過程，還學會了不依靠別人解決問題的方法，在查閱資料的過程中了解了很多自己知識面以外的東西，對以后的生活、工作都有很大幫助。而且通過這次畢業設計我們逐漸地形成了嚴謹、創新、團結、務實的工作態度。避免了以后走更多的彎路。參考文獻[1]張士孝.高速切削技術及刀具的發展現狀綜述.西安航空職業技術學院:《長沙航空職業技術學院學報》[J],2008.02[2]張明祖，楊頌明.談立式鉆床的發展[J].常州機床廠,1988.02.[3]濮良貴,紀名剛主編.機械設計[M].第七版.北京:高等教育出版社,2001.（2006重?。4]熊海,喻進軍,楊光.專用鉆床結構設計中的若干關鍵技術研究.機械研究與應用[J]，2006，6[5]牛鳴岐，王保民，王振甫.《機械原理課程設計手冊》[M]，重慶大學[6]趙秉維.滑動導軌表面狀況對導軌性能的影響[J].貴州省三機局科技處;2006.10.17[7]陸萍主編.機械設計基礎[M].濟南:山東科學技術出版社,2003.[8]王士軍.提高在普通車床上車削傳動絲杠精度的措施[J].山東建材學院分院[9]周開勤主編.機械零件手冊[M].第四版.高等教育出版社,1999.[10]徐少華，曹文成.數控機床伺服系統中伺服電機的應用[J].泰州職業技術學院學報2009.03[11]郭啟全,李莉,王翔主編.AutoCAD2000[M].北京理工大學出版社，2000.12.[12]張鑫.半自動雙軸鉆床的設計[M].新技術新工藝，2007，2[13]A.N.Kostyuchenko,StandardforSafetyforParticularRequirementsforMagneticDrillPresses.ChemicalandPetroleumEngineering[J],1,218-251(2006)[14]LesA.Pieg,WayneTiller.CircleapproximationusingintegralB-spline[J].Computeraideddesign.2003,8:601～607.[15]YuanJulong,YuanZhejun.Ultra-fineFinishingofQuartzWafers[M].Proc.ofthe7thICPE[C].Beijing,China,1988.135-138.致謝歷時三個月，畢業設計即將要結束了，在這三個月里，還算成功的完成了本次畢業設計，我要感謝馮老師的悉心指導和指點迷津。設計過程中，可謂是困難重重，但是馮老師及時的給我提供了合適的資料，通過對資料的分析和實驗，最終確定了設計方案。在計算的時候，經常會遇到一些不明確的問題，也通過老師的指導得到了及時的解決來保證了自己設計進度的順利進行。同一個導師的張遙同學也給了我極大幫助，在我對CAD沒有熟練掌握的情況下，張遙對我的計算機繪圖極有耐心的解答，幫助我完善圖紙，對我的順利交稿起到了很大的作用。在此，我向所有給予我幫助的老師和同學表示衷心的感謝，并衷心地祝愿各位老師和同學在今后的學習和工作中事事順心！基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于