立式钻床多轴头设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

立式钻床多轴头设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。 正在发展的 物理 气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。 硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切 削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高 1~3倍以上。 由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。 为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积毕业设计（论文）说明书 10 涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。 这里我选用硬质合金钻头，钻 头直径为 ，如图 31。 图 31 刀具图 机床有关规格尺寸 1. 概 述 钻床系指主要用钻头在工件上加工孔的机床。 通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。 钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。 钻床可分为下列类型： (1)台式钻床：可安放在作业台上，主轴垂直布置的小型钻床。 (2)立式钻床：主轴箱和工作台安置在立柱上，主轴垂直布置的钻床。 (3)摇臂钻床：摇臂可绕立柱回转、升降，通常主轴箱可在摇臂上作水平移动的钻床。 它适用 于大件和不同方位孔的加工。 (4)铣钻床：工作台可纵横向移动，钻轴垂直布置，能进行铣削的钻床。 (5)深孔钻床：使用特制深孔钻头，工件旋转，钻削深孔的钻床。 (6)平端面中心孔钻床：切削轴类端面和用中心钻加工的中心孔钻床。 (7)卧式钻床：主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床。 2. 我选用立式钻床 Z535,规格尺寸如下： 毕业设计（论文）说明书 11 表 31：钻床规格尺寸 产品名称 型号 最大钻孔直径（ mm） 主轴端至底面距离（ mm） 主轴中心线至立柱表面距离（ mm） 主轴转速 主轴行程（ mm） 电机功率 级数 范围（ r/min） 主电机 总容量 立式钻床 Z535 35 300 9 681100 225 4 4 重量 外包箱直径 长 x 宽 x 高（ mm） 外形尺寸 长 x 宽 x 高（ mm） 毛重 净重 1480x1042x2785 1280x842x2585 夹具图 机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。 又称卡具。 从广义上说，在工艺过程中的任何工序， 用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。 例如焊接夹具、 检验 夹具、装配夹具、机床夹具等。 其中机床夹具最为常见，常简称为夹具。 在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。 夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件 (确定刀具与工 件的相对位置或导引刀具方向 )、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。 毕业设计（论文）说明书 12 夹具种类按使用特点可分为： ① 万能通用夹具。 如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。 ② 专用性夹具。 为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。 常用的有车床夹具、铣床夹具、 钻模 (引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具 )、镗模 (引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具 )和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。 ③ 可调夹具。 可以更换或调整元件的专用夹具。 ④ 组合夹具。 由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。 夹具是 机械 加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方 向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、 经济方向发展。 一、高精 随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。 二、高效 为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。 为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。 新型的电控永磁夹 具，加紧和松开工件只用 1～ 2 秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。 三、模块、组合 夹具元件模块化是实现组合化的基础。 利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。 省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。 模块化设计为夹具的 计算机 辅助设计与组装打下基础，应用 CAD 技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和 用户使用 档案 库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。 模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解 市场 需求，不断地改进和完善夹具系统。 四、通用、经济 毕业设计（论文）说明书 13 夹具的通用性直接影响其经济性。 采用模块、组合式的 夹具系统，一次性 投资 比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。 底盖的钻孔夹具设计由于时间紧张，未能将完整设计图纸画出来，现在只将设计方案表达如下，如图 32，底盖的夹紧和固定都采用定位销，用定位销和平台将底盖的各个自由度限制，这样就能满足底盖钻孔的要求。 毕业设计（论文）说明书 14 核算多 轴头的总轴向力（ ）和消耗的总功率（ ） 要核算多轴头的总轴向力和消耗的总功率，使其不超过机床允许的最大轴向力和机床的额定功率。 核算公式如下： (31) (32) 式中： N 为多轴头各工作轴消耗的功率的总和。 为多轴头每个工作轴消耗的功率 为机床的额定功率 P 为多轴头各工作轴轴向力的总和 为各工作轴的轴向力 为机床允许的最大轴向力 首先计算每个工作轴的切削扭矩（ ）和轴向力（ ）： （ ） (33) (N) (34) 因为每个工作轴的 和 相等，所以多轴头的总轴向力和消耗的总功率为： （ N） (kW) 毕业设计（论文）说明书 15 查 Z235 机床说明书，机床主轴最大进给抗力 ，主电机功率。 核对可知： ，满足设计要求。 第 4 章 设计传动系统图 多轴头齿轮传动系统的设计既要保证工艺要求，又要保证多轴头的结构的紧凑性。 齿轮传动系统的设计与计算，其内容包括：齿轮模数和工作轴直径的确定，传动方式的选择，主动轴中心位置的确定，传动比及齿轮齿数的确定，布置惰轮，检查结构上的干涉现象，传动系统图的坐标计算与绘制等。 齿轮传动系统图应按照所规定的符号绘制。 齿轮中心及分度圆应尽可能画得准确（精度在 ～ ），这样便于用图解法核对所计算的坐标尺寸。 在齿轮传动系统图中应清晰的表明：齿轮的传动方式，各齿轮的齿数及模数，主动轴 及工作轴的旋转方向，齿轮层数（对两层以上）。 同时还应在图旁注明：工作轴每分钟转速、工作轴每分钟进给量及传动比等。 下面按设计步骤分别讨论每项内容的设计要求和设计方法。 齿轮模数的确定 在一般齿轮传动设计中，齿轮模数是按齿轮的抗弯强度和齿面疲劳强度计算的，然后经过试验确定。 但是由于齿轮传动多轴头在生产中早已广泛应用，在使用和制造方面已有一定的经验，在［ 1］中，有关多轴头齿轮的结构和规格参数，以及齿轮的 材料 、热处理、齿宽及工作条件都作了规定，所以当利用 [1]所介绍的齿轮进行设计时，可根据加工孔径，按表 41 查得齿轮模数，此表查得的模数为主动轮的模数，每个主动齿轮可带动三个工作轴。 表 41 加工孔径与模数 加工孔径 8 8~15 15~20 模数 ~2 2~ ~3 毕业设计（论文）说明书 16 从中查得：主动轮的模数 m＝。 确定工作轴直径 多轴头工作轴直径是按扭转刚度所计算的，若工作轴不兼做中间轴使用时，其直径可按表 42 查得。 表 42 加工孔径与工作轴直径 加工孔径 6 6~9 9~12 12~16 16~20 工作轴直径 9 12 15 20 25 查表 42 得：工作轴直径 d＝ 20mm。 选择传动方式 多轴头的齿轮传动系统一般是定轴轮系， [ 即主动轴、工作轴、惰轮轴的中心距是固定的。 但由于被加工孔之间的相互位置有许多不同的排列形式，使得传动系统图随之也出现了多种多样的类型。 下面列出各种传动类型，供参考。 （ 1）、按齿轮组合形式分 按齿轮组合形式分有如下两种形式： A、单式传动，即每个轴上只有一个齿轮与其他齿轮啮合传动。 B、复式传动，即每个轴櫖上 有两个、三个或多个齿轮与其他齿轮啮合，分成两层、三层及多层传动，称为二级、三级及多级传动。 （ 2）、按齿轮传动方式分 A、外啮合传动。 外啮合传动有如下几种传动分布形式：工作轴成长方形分布的；工作轴成 “一 ”字形分布的；工作轴成框形分布的。 工作轴成 “八 ”字形分布的。 工作轴成圆形分布的；工作轴成环形分布的。 B、内啮合传动。 C、内啮合与外啮合联合传动。 毕业设计（论文）说明书 17 （ 3）、按工作轴布置情况分 按工作轴布置情况可分为规则分布和不规则分布的。 在这个设计中，按照工作轴分布情况，可选择工作轴成长方形分布的外啮合传动形式。 确定主动轴中心位置 从多轴头工作平稳性方面考虑，主动轴中心应与各个工作轴所受轴向力的合力作用点（称为压力中心）重合。 此时，机床主轴及多轴头本身均不受弯曲力矩。 从多轴头结构的对称性方面考虑，主动轴应处于多轴头本体的几何中心上。 此时，多轴头外形匀称。 对于加工孔对称分布的多轴头，使主动轴中心既要与压力中心重合，又要与多轴头本体的几何中心重合，是比较容易做到的。 对于加工孔不对称分布的，或同时加工不同孔径的。 或同时进行钻、扩、铰等多工序加工的多轴头，压力中心往往偏向某些加工孔。 此时，若只是考虑到主动轴中心与压 力中心重合，将会造成齿轮传动系统布置困难，及多轴头本体对主动轴中心不对称等缺点。 所以在传动系统的设计中，通常采取如下处理方法：如果多轴头与机床的连接是法兰盘式的。 则压力中心不应超过法兰盘半径。 但由于结构要求，主动轴中心不得不远离压力中心时，应采用较粗的导柱，或使多轴头与机床主轴箱作固定式连接。 压力中心相对于各个工作轴的坐标计算公式如下： (41) (42) 式中： 为压力中心的横坐标 为压力中心的纵坐标 为各工作轴的轴向力 毕业设计（论文）说明书 18 为工作轴中心的横坐标 为工作轴中心的纵坐标 若 ，则公式变为： (43) (44) 其中： N 为工作轴个数。 当四孔加工时，压力中心正好在对称中心 A 点上（见图 41），即 A 点可作为主动轴中心。 A 点坐标为： ＝ 78mm, =35mm。 当按三孔加工时，压力中心在 B 点上（见图 42），其计算坐标如下： 图 41 压力中心示意图 毕业设计（论文）说明书 19 图 42 压力中心示意图 B 点与 A 点在 x 方向上重合，在 y 方向上相差 ，远小于法兰盘直径，所以，选 A 点为主动轴中心。 确定传动比及齿轮的齿数 确定传动比 一、确定传动比的原则 l 、 要保证工艺对工作轴所提出的转速、切削速度及每转进给量的要求。 2 、 本设计的齿轮，外啮合传。