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洛陽理工學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
填表時(shí)間： 2015 年 1月 19 日 （指導(dǎo)教師填表）
學(xué)生姓名
專業(yè)班級(jí)
指導(dǎo)教師
王榮先
課題類型
工程設(shè)計(jì)
題目
連桿螺栓孔鉆孔夾具及多軸箱設(shè)計(jì)
主要研究
目標(biāo)
(或研
究內(nèi)容)
設(shè)計(jì)鉆連桿螺栓孔機(jī)床多軸箱及工藝裝備，該工裝用于鉆發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓孔，兩工位加工，氣動(dòng)夾緊，大批量生產(chǎn)，年生產(chǎn)量10000件。
1．設(shè)計(jì)鉆發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓孔用機(jī)床多軸箱，繪制總裝圖和零件圖。
2．設(shè)計(jì)鉆孔機(jī)床專用氣動(dòng)夾具，繪制總裝圖和零件圖。
3．編寫設(shè)計(jì)說明書。
課題要求、主要任務(wù)及數(shù)量（指圖紙規(guī)格、張數(shù)，說明書頁數(shù)、論文字?jǐn)?shù)等）
1．獨(dú)立完成不少于3張0號(hào)圖紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖和零件圖，其中應(yīng)包含1張以上用計(jì)算機(jī)繪制的具有中等難度的1號(hào)圖紙，同時(shí)至少有折合1號(hào)圖幅以上的圖紙用手工繪制。
2．完成1.5～2萬字的設(shè)計(jì)說明書，用A4紙打印 。
3．查閱15篇以上與課題相關(guān)的文獻(xiàn)；
4．翻譯1~2萬印刷符（或譯出3000漢字）以上的有關(guān)技術(shù)資料（并附原文）。
進(jìn)度計(jì)劃
1～3周：學(xué)習(xí)畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)文件，了解設(shè)計(jì)內(nèi)容，畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)。
4～5周：查閱文獻(xiàn)、收集資料，翻譯相關(guān)技術(shù)資料。
6～7周：分析設(shè)計(jì)要求，確定總體方案。
8～9周：設(shè)計(jì)機(jī)床多軸箱，繪制總裝圖和零件圖。
10～11周：設(shè)計(jì)機(jī)床夾具，繪制總裝圖和零件圖。
12～13周：修改設(shè)計(jì)，編寫設(shè)計(jì)說明書。
14～15周：準(zhǔn)備答辯。
主要參
考文獻(xiàn)
1．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊
2．機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊
3．機(jī)床設(shè)計(jì)手冊
指導(dǎo)教師簽字： 教研室主任簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)
作 者： 學(xué) 號(hào)：
系 部：
專 業(yè)：
題 目：連桿螺栓孔鉆孔夾具及多軸箱設(shè)計(jì)【氣動(dòng)夾具】
指導(dǎo)者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 注：打印時(shí)刪除
評(píng)閱者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 注：打印時(shí)刪除
注：
20 年 月
30
洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
連桿螺栓孔鉆孔夾具及多軸箱設(shè)計(jì)【氣動(dòng)夾具】
摘 要
在機(jī)械制造各行業(yè)的工藝過程中廣泛應(yīng)用著各種不同的，用以固定加工對(duì)象，使之占有正確位置，以便接受施工的一種工藝裝備，統(tǒng)稱為夾具。因此，無論是在機(jī)械加工，裝配，檢驗(yàn)，還是在焊接，熱處理等冷，熱工藝中，以及運(yùn)輸工作中都大量采用夾具。但在機(jī)械加工中應(yīng)用最為廣泛的是金屬切削機(jī)床上使用的夾具，我們稱其為機(jī)床夾具。它在保證產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)，低成本，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的潛力，以便工人掌握復(fù)雜或精密零件加工技術(shù)，以減輕繁重的體力勞動(dòng)等諸方面起著巨大的作用。因此，機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)和使用是促進(jìn)生產(chǎn)迅速發(fā)展的重要工藝措施之一。為此，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇了機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。
本文主要圍繞機(jī)床鉆孔夾具設(shè)計(jì)為中心。用以鉆連桿零件，首先通過參觀實(shí)習(xí)讓我們對(duì)夾具設(shè)計(jì)有了初步的了解，特別是對(duì)鉆模夾具設(shè)計(jì)的了解更為深刻。然后，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，對(duì)夾具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和選擇。選定方案后，。通過查閱相關(guān)夾具設(shè)計(jì)書籍和相關(guān)圖例在鉆孔夾具設(shè)計(jì)過程中，。在查閱了相關(guān)文獻(xiàn)后完成外文翻譯。參考相關(guān)資料完成夾具的總體設(shè)計(jì)。
此次設(shè)計(jì)為連桿鉆孔多軸箱的機(jī)械設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要介紹了鉆孔多軸箱的設(shè)計(jì)原理、調(diào)整方法及設(shè)計(jì)計(jì)算過程。通過預(yù)先給定的加工要求可確定所需的計(jì)算參數(shù)，進(jìn)而依據(jù)可調(diào)立式鉆孔多軸箱的設(shè)計(jì)原理來設(shè)計(jì)計(jì)算并校核各個(gè)部位的零件，然后進(jìn)行組裝。本次設(shè)計(jì)可從五大方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過預(yù)先給定的加工要求計(jì)算并進(jìn)行了雙頭鉆頭的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選用、可以保證較高的加工精度和孔間相對(duì)位置精度。
關(guān)鍵詞：氣動(dòng)夾具；電動(dòng)機(jī)；變速箱；
Connecting rod bolt-hole drilling jig and multi-axle pneumatic clamp design
Abstract
In the process machinery manufacturing industries are widely used in a variety of different, to fix the object to be processed so that it occupies a correct position in order to receive a construction of process equipment, collectively referred to as fixtures. Therefore, whether in machining, assembly, inspection, or welding, heat treatment, cold and hot processes, as well as extensive use of transport work in both fixtures. But in machining the most widely used is the fixture for use on metal-cutting machine tools, jigs and fixtures we call it. It is to ensure product quality, high yield, low cost, the full potential of existing equipment in order to grasp the complexity of workers or precision parts processing techniques to reduce the heavy manual labor and other aspects play a huge role. Therefore, the design and use of jigs and fixtures is one of the important technical measures to promote the rapid development of production. For this reason, in this graduation project, select the tool fixture design.
In this paper, the machine drilling fixture design around the center. For drill rod parts, first by visiting fixture design expertise allows us to have a preliminary understanding, especially understanding the jig fixture design is more profound. Then, under the guidance of instructors, for fixture design analysis and selection. After selecting the program. Through access to relevant books and related fixture design legend in drilling fixture design process. Access to the relevant literature in foreign language translation is completed. References relevant information to complete the overall design fixture.
The design of multi-axle drilling rod mechanical design. Design introduces the drilling of multi-axle box design principles, methods and design adjustment calculation. By processing requirements given in advance to determine the parameters required for the calculation, and then based on adjustable vertical drilling multi-axle box design principles to design calculations and check all parts of the parts, then assembled. This design can be designed from five aspects. By pre-processing requirements of a given calculation and design of the double-headed drill, drive train gearbox design, selection of the motor drive system, ensuring both high precision and accuracy of the relative position of the hole.
Keywords: pneumatic clamps; motor; gearbox;
目 錄
1 前言 1
1.1 本課題的背景和研究意義 1
1.3 鉆床的發(fā)展趨勢 2
1.4鉆床夾具的概述 2
1.5 本課題解決的問題和設(shè)計(jì)時(shí)主要的工作 3
2 連桿組合機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體方案 4
2.1鉆床總體結(jié)構(gòu) 4
2.2設(shè)計(jì)方案選擇 4
3 連桿多軸箱的設(shè)計(jì) 7
3.1 預(yù)選加工材料，加工直徑 8
3.2 計(jì)算高速鋼麻花鉆軸向切削力及扭矩 8
3.2.1 計(jì)算單個(gè)鉆頭軸向切削力 8
3.2.2 計(jì)算單個(gè)鉆頭扭矩 9
3.3 鉆頭中各軸及齒輪的計(jì)算 10
3.3.1 齒輪8、9、10、11的計(jì)算 10
3.3.2 齒輪5、6、7的計(jì)算 14
3.4 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計(jì) 16
3.4.1 計(jì)算軸I、VIII的最小直徑 16
3.4.2 計(jì)算軸II、VII的最小直徑 16
3.4.3 計(jì)算軸III的最小直徑 16
4 傳動(dòng)系統(tǒng)減速設(shè)計(jì) 18
4.1減速箱內(nèi)各齒輪設(shè)計(jì) 18
4.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱齒輪、的設(shè)計(jì) 18
4.1.2傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱齒輪、的設(shè)計(jì) 19
4.2 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計(jì) 19
4.2.1 計(jì)算軸III的最小直徑 19
4.2.2 計(jì)算軸IV的最小直徑 19
4.2.3 計(jì)算軸V的最小直徑 20
4.2.4 計(jì)算軸VI的最小直徑 20
5 傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選用 21
6 工件的夾緊計(jì)算及其選擇 22
6.1 工件的夾緊 22
6.1.1 夾緊基本原理理論 22
6.1.2 夾緊座 23
6.1.3 夾緊壓板 23
6.1.4 夾緊螺釘 24
6.2 夾緊力的選擇 24
6.2.1 夾緊力方向 24
6.2.2 夾緊力的作用點(diǎn) 25
6.2.3 夾緊力的計(jì)算 25
6.3 氣缸的選型計(jì)算 26
6.3.1 氣缸的直徑確定 27
6.3.2 氣缸的選型 28
6.3.3 夾具精度計(jì)算與分析 29
7 夾具結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 31
7.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 31
7.2 夾具的導(dǎo)向 32
7.3 鉆孔與工件之間的切屑間隙 35
7.4 鉆模板 36
7.5定位誤差的分析 36
7.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 37
結(jié) 論 38
致 謝 39
參考文獻(xiàn) 40
1 前言
1.1 本課題的背景和研究意義
鉆床主要用在工件上孔的加工。通常鉆頭的旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭的軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。普通鉆床的結(jié)構(gòu)比較簡單，加工精度較低，可鉆通孔、盲孔。在鉆床上配有工藝裝備時(shí)，還可以進(jìn)行鏜孔,在鉆床上配萬能工作臺(tái)還能進(jìn)行分割鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔。鉆床的特點(diǎn)是工件固定不動(dòng)，刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。加工過程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，將刀具中心對(duì)正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)(主運(yùn)動(dòng)) [3-4]。
鉆床主要分為立式鉆床、臥式鉆床、搖臂鉆床、臺(tái)式鉆床、深孔鉆床和中心孔鉆床等。為了滿足模具制造業(yè)發(fā)展的需要，又開發(fā)了除鉆削深孔以外，還可以進(jìn)行銑削、攻絲等的多功能鉆床。
20世紀(jì)70年代初，鉆床還是普遍采用普通繼電器控制的。如70年代-80年代進(jìn)入中國的美國ELDORADO公司的MEGA50，日本神崎高級(jí)精工制作所的DEG型，德國TBT公司的T30-3-250等。
80年代后期數(shù)控技術(shù)逐漸開始在深孔鉆床上應(yīng)用，特別是90年代以后這種先進(jìn)的技術(shù)才迅速推廣。如TBT公司90年代初上市的ML系列深孔鉆床，進(jìn)給系統(tǒng)由機(jī)械無級(jí)變速器改為采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副，進(jìn)給用滑臺(tái)導(dǎo)軌也改為采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。鉆桿箱傳動(dòng)為了保證高速旋轉(zhuǎn)、精度平穩(wěn)，由交換皮帶輪及皮帶，和雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有級(jí)傳動(dòng)變?yōu)闊o級(jí)調(diào)速的變頻電機(jī)到電主軸驅(qū)動(dòng)，為鉆削小孔深孔和提高深孔鉆床的水平質(zhì)量提供了有利條件[5-8]。
長期以在我國的機(jī)械制造業(yè)中鉆床加工的工作量在總的制造工作量中占有很大的比重。制造業(yè)中孔類加工多數(shù)由傳統(tǒng)鉆床來完成。單頭鉆床是機(jī)械行業(yè)最通用的設(shè)備，主要用于工件上孔的加工。但是傳統(tǒng)的單孔鉆床在大批量生產(chǎn)時(shí)存在許多的不足之處。由于單頭鉆床只有一根主軸，因此，一次只能加工一個(gè)孔。如果要加工多孔的工件， 只有通過移動(dòng)夾具多次對(duì)刀來實(shí)現(xiàn)，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)效率低，很難進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，而且孔的位置精度較低。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、加工效率、加工零件方式多樣性以及工藝發(fā)展的要求的不斷提升，生產(chǎn)效率低、操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、加工精度較低的傳統(tǒng)單頭鉆床已不適用于大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)。隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)，我國機(jī)床制造業(yè)既面臨著提升機(jī)械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制作裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入WTO后市場激烈的競爭壓力。隨著工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率的不斷提升，數(shù)控機(jī)床的大量應(yīng)用也日趨廣泛。但將數(shù)控機(jī)床作為加工孔的專用設(shè)備與多軸鉆床相比，投入資金就有點(diǎn)得不償失了。單孔搖臂鉆床作為加工孔的通用機(jī)床，生產(chǎn)效率低、操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大，已不適用于大批量的成線生產(chǎn)。于是，多軸鉆床加工成為一種提高生產(chǎn)率的有效措施。而多軸加工逐漸成為一種新的加工趨勢。
多軸鉆床俗稱多軸器、多孔鉆或多軸鉆孔器。是一種運(yùn)用于機(jī)械領(lǐng)域鉆孔、攻牙的機(jī)床設(shè)備?？梢詢奢S或兩軸以上同時(shí)鉆孔或攻牙，故稱多軸鉆床。一臺(tái)普通的多軸鉆床一次能把幾個(gè)乃至十幾個(gè)孔或螺紋同時(shí)加工出來。如果配上液壓或氣壓裝置，可以方便的自動(dòng)進(jìn)行快進(jìn)、工進(jìn)（工退）、快退、停止等動(dòng)作，加工效率更高。多軸鉆床也稱群鉆床，一般型號(hào)的可以同時(shí)鉆2-16個(gè)孔，而且很多機(jī)種都沒有軸數(shù)限制，鉆頭主軸形式、尺寸大小也可以依客戶之需進(jìn)行設(shè)計(jì)加工[9-13]。
如今多軸鉆床在生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，主要用于工件上多孔的加工。由于普通單軸鉆床只有一根主軸， 一次只能加工一個(gè)孔，如果要加工多孔的工件，只有通過移動(dòng)夾具并多次對(duì)刀來實(shí)現(xiàn)，不僅工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且孔的位置精度低。而多軸鉆床不僅效率高，在加工成角度的孔時(shí)，角度精確，再與數(shù)控相結(jié)合更可以保證距離精度[4]。多軸鉆床廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)多孔零部件的鉆孔及攻絲加工。如汽車、摩托車多孔零部件、發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、鋁鑄件殼體、制動(dòng)鼓、剎車盤、轉(zhuǎn)向器、輪轂、差速殼、軸頭、半軸、車橋等，泵類、閥類、液壓元件、太陽能配件等等。多軸加工生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時(shí)設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸加工的范圍變的愈來愈廣，加工效率也在不斷提高。
1.2 鉆床的發(fā)展趨勢
鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床結(jié)構(gòu)簡單，加工精度相對(duì)較低，可鉆通孔、盲孔，更換非凡刀具，可擴(kuò)、锪孔，鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。鉆床可分為下列類型：
(1)臺(tái)式鉆床：可安放在作業(yè)臺(tái)上，主軸垂直布置的小型鉆床。
(2)立式鉆床：主軸箱和工作臺(tái)安置在立柱上，主軸垂直布置的鉆床。
(3)搖臂鉆床：搖臂可繞立柱回轉(zhuǎn)、升降，通常主軸箱可在搖臂上作水平移動(dòng)的鉆床。它適用于大件和不同方位孔的加工。
(4)銑鉆床：工作臺(tái)可縱橫向移動(dòng)，鉆軸垂直布置，能進(jìn)行銑削的鉆床。
(5)深孔鉆床：使用特制深孔鉆頭，工件旋轉(zhuǎn)，鉆削深孔的鉆床。
(6)平端面中心孔鉆床：切削軸類端面和用中心鉆加工的中心孔鉆床。
(7)臥式鉆床：主軸水平布置，主軸箱可垂直移動(dòng)的鉆床
鉆床相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與其他金屬切削機(jī)床相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)大體相同，其專用標(biāo)準(zhǔn)有：GB6477.4-86《金屬切削機(jī)床術(shù)語鉆床》，GB2815-89、JB/T5763-91《鉆床聯(lián)接尺寸標(biāo)準(zhǔn)》，GB9461-88、JB/Z108-89《搖臂鉆床參數(shù)及系列型譜標(biāo)準(zhǔn)》等，出口產(chǎn)品不得低于一等品。
主要生產(chǎn)廠家有：中捷友誼廠、沙市第一機(jī)床廠、寧夏大河機(jī)床廠、魯南機(jī)床廠、保定鉆床廠等。鉆床主要出口日本、東南亞、歐、美、非洲及港、澳等30余個(gè)國家及地區(qū)。
1.3鉆床夾具的概述
鉆床夾具：用干各種鉆床（鏜床組合機(jī)床）上的夾具，又稱鉆模，鏜模。主要目的保證孔的精度（位置）。要想對(duì)鉆床夾具有深刻的了解，就要先知道鉆床夾具的特點(diǎn)。
在一般鉆床對(duì)工件進(jìn)行空加工，多具一下特點(diǎn):
首先是刀具本身的剛性比較差。鉆床上所加工的空多為小尺寸的孔，其工序內(nèi)容不外乎鉆、擴(kuò)、鉸、锪或攻螺紋等加工，所以，刀具直徑往往比較小，而軸向尺寸比較啊，刀具的剛性均較差。
其次是多刃刀的不對(duì)稱，易造成空的形位公差。鉆、擴(kuò)、鉸等孔加工刀具，多為多刃刀具，當(dāng)?shù)度蟹植疾粚?duì)稱，或刀刃分布不對(duì)稱，或刀刃長度不等，會(huì)造成被加工孔的制造誤差，尤其是采用普通麻花鉆鉆孔，手工刃磨鉆頭所造成的兩側(cè)不對(duì)稱，極易造成被加工孔的孔位偏移、孔徑增大及孔軸線的彎曲和歪斜，嚴(yán)重影響孔的形狀、位置精度。
再有就是普通麻花鉆頭起鉆時(shí)，孔的精度極差。普通麻花鉆軸向尺寸大，結(jié)構(gòu)剛性差，加上鉆心結(jié)構(gòu)所形成的橫刃，破壞定心，使鉆尖運(yùn)動(dòng)布穩(wěn)定，往往在起鉆過程造成較大的孔位誤差。在單件、小批量生產(chǎn)種中，往往要考操作工在起鉆過程中不斷地進(jìn)行人工矯正控制孔位精度，而在大批生產(chǎn)中，則需依靠刀刃結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和夾具對(duì)刀具的嚴(yán)格引導(dǎo)解決。
綜合以上孔加工特點(diǎn)，鉆床夾具的主要任務(wù)是解決好工件相對(duì)刀具的正確加工位置的嚴(yán)格控制問題。在大批量生產(chǎn)中，為有自傲解決鉆頭鉆孔的精度不穩(wěn)定的問題，多直接設(shè)置帶有刀具引導(dǎo)的鉆模板，對(duì)鉆頭進(jìn)行正確引導(dǎo)和對(duì)孔位進(jìn)行強(qiáng)制性限制。尤其是對(duì)箱體、蓋板類工件的鉆孔，往往要同時(shí)有多支鉆頭一次性鉆出眾多的孔，為保證加工孔隙的位置精度，一定要通過一塊精確的模版，把多個(gè)孔位由引導(dǎo)限制好。這種用來正確引導(dǎo)鉆頭控制孔位精度的模版。專業(yè)化、高效生產(chǎn)中的鉆床夾具，通常具有較精確的鉆模版，以正確、快速地引導(dǎo)鉆頭控制孔位精度，這是鉆床夾具的最主要的特點(diǎn)。所以，習(xí)慣上又把鉆床夾具稱為鉆模。為防止鉆刃破壞鉆模板上引導(dǎo)孔的孔壁，多在引導(dǎo)孔中設(shè)置高硬度的鉆套，以維持鉆模板的孔系精度。
對(duì)鉆床夾具的類型要有一定的認(rèn)知。
1.4 本課題解決的問題和設(shè)計(jì)時(shí)主要的工作
單頭鉆床是機(jī)械行業(yè)最通用的設(shè)備，主要用于工件上孔的加工。但是傳統(tǒng)的單孔鉆床在大批量生產(chǎn)時(shí)存在許多的不足之處。由于單頭鉆床只有一根主軸，因此，一次只能加工一個(gè)孔。如果要加工多孔的工件， 只有通過移動(dòng)夾具多次對(duì)刀來實(shí)現(xiàn)，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)效率低，很難進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，而且孔的位置精度較低。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、加工效率、加工零件方式多樣性以及工藝發(fā)展的要求的不斷提升，生產(chǎn)效率低、操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、加工精度較低的傳統(tǒng)單頭鉆床已不適用于大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，而多軸加工逐漸成為一種新的加工趨勢。
本課題就設(shè)計(jì)了這么一種連桿組合機(jī)床，這種鉆床價(jià)格相對(duì)低廉，體積小、重量輕、操作方便、可靠性高，且可以同時(shí)鉆兩孔的工作方式大大提高了工作效率，減輕了工作量，提高了工作效率和加工精度。
本課題的主要工作包括以下幾個(gè)方面：
1. 廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于多軸鉆床的研究資料，闡述了課題的研究意義，在綜述了國內(nèi)外研究資料和研究目的之后，給出了本文研究的主要內(nèi)容。
2. 深入研究連桿組合機(jī)床的設(shè)計(jì)原理，提出多種連桿組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行各功能的求解，通過分析各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了最優(yōu)方案。
3.設(shè)計(jì)連桿組合機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)。
4.對(duì)鉆床整體及各個(gè)零件進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核，合理調(diào)整各零件的相對(duì)位置，并繪制鉆床的裝配圖和主要零件的零件圖。
2 連桿組合機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體方案
2.1鉆床總體結(jié)構(gòu)
立式連桿組合機(jī)床主要由床身、工作臺(tái)、鉆頭、主傳動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)等部分組成。立式連桿組合機(jī)床的設(shè)計(jì)需要完成以下幾個(gè)步驟：
1.雙頭鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
通過齒輪間的位置轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩鉆頭間距離的可調(diào)性。
2.傳動(dòng)系統(tǒng)變速箱的設(shè)計(jì)：
鉆床的主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)，由主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力通過皮帶輪傳遞給主軸箱,主軸箱是鉆床的主要驅(qū)動(dòng)裝置。主運(yùn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)）及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行。主軸箱驅(qū)動(dòng)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)由主電機(jī)經(jīng)過交換齒輪來驅(qū)動(dòng)。
3.傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型;
通過將加工工件時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)主軸上，通過電機(jī)主軸上的轉(zhuǎn)矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速算出功率，然后進(jìn)行電機(jī)的篩選。
2.2設(shè)計(jì)方案選擇
本設(shè)計(jì)根據(jù)可調(diào)鉆頭實(shí)現(xiàn)可調(diào)功能的原理不同可有兩種鉆孔頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
<方案一>：通過可伸縮式萬向聯(lián)軸器調(diào)節(jié)
本結(jié)構(gòu)用齒輪箱配合萬向節(jié)頭所組成，由于萬向節(jié)頭是可活動(dòng)軸件，股在限定范圍內(nèi)可左右移動(dòng)。
萬向聯(lián)軸器的共同特點(diǎn)是角向補(bǔ)償量較大，不同結(jié)構(gòu)型式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般≤5°-45°之間。萬向聯(lián)軸器利用其機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實(shí)現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。萬向聯(lián)軸器最大的特點(diǎn)是具有較大的角向補(bǔ)償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高。
圖2.1 可伸縮焊接方式萬向聯(lián)軸器
工作原理：多軸鉆床的實(shí)現(xiàn)主要是由于有多軸器的存在才得以實(shí)現(xiàn)的。主軸旋轉(zhuǎn)帶到多軸器中的其他軸轉(zhuǎn)動(dòng)。多軸器結(jié)構(gòu)由齒輪箱配合萬向節(jié)頭所組成，由于萬向節(jié)是可活動(dòng)軸件，故在限定范圍內(nèi)可左右移動(dòng)。在調(diào)整加多軸頭箱內(nèi)有一個(gè)主動(dòng)輪和多個(gè)從動(dòng)輪，主動(dòng)輪與電機(jī)聯(lián)結(jié)，將動(dòng)力傳給多個(gè)從動(dòng)輪，從動(dòng)輪再驅(qū)動(dòng)鉆頭對(duì)工件進(jìn)行加工。多軸鉆床廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)多孔零部件的鉆孔及攻絲加工。
優(yōu)點(diǎn)：在調(diào)整加工孔距時(shí)不受齒輪所限制，適合加工不定性孔件，使用范圍較廣多軸鉆床在其加工范圍內(nèi)，其主軸的數(shù)量、主軸間的距離，相對(duì)可以任意調(diào)整，一次進(jìn)給同時(shí)加工數(shù) 孔。在其配合液壓機(jī)床工作時(shí)，可自動(dòng)進(jìn)行快進(jìn)、工進(jìn)（工退）、快退、停止同單軸鉆（攻絲）比較，工件加工精度高、工效快，可有效的節(jié)約投資方的人力、物力、財(cái)力。尤其機(jī)床的自動(dòng)化大大減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度 。
缺點(diǎn)：精度方面控制有所欠缺，長期使用跑位率相比略高。適合單件加工量不大，長年更換加工件的企業(yè)。
<方案二>：通過齒輪調(diào)節(jié)
該多軸鉆孔頭是根據(jù)太陽系中太陽、行星及衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)的，即：行星繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，衛(wèi)星繞行星轉(zhuǎn)動(dòng)，利用這個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還可實(shí)現(xiàn)鉆孔軸相對(duì)位置的調(diào)整。
此連桿組合機(jī)床原理如圖：
圖2.2 兩軸鉆孔動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)調(diào)整圖
此次設(shè)計(jì)主要目的在于改造單頭鉆床為多頭鉆床。使其可以在較大的范圍和多個(gè)工位上同時(shí)加工兩個(gè)孔，很大程度上擴(kuò)大了鉆床加工范圍，提高了機(jī)床適用性，并保證兩孔的相對(duì)位置精度。鉆頭可加工的范圍為：Lmin-Lmax之間的圓環(huán)范圍，并可通過調(diào)整鉆頭的位置在一個(gè)圓上進(jìn)行等分圓的加工。
鉆孔頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
以兩軸鉆孔頭為例進(jìn)行說明，圖2.3所示兩軸鉆孔頭的結(jié)構(gòu)圖，鉆孔頭通過連接體1 與鉆床主軸的不回轉(zhuǎn)部分連接，連接體1 是一個(gè)開口套，用螺釘鎖緊在主軸上；太陽齒輪3通過錐孔套在主軸回轉(zhuǎn)部分的錐體上，靠摩擦傳遞扭矩。通過行星齒輪6，太陽齒輪把動(dòng)力傳給鉆孔主軸17，行星齒輪6 在這里是惰輪（過橋齒輪），在調(diào)整時(shí)它只能和整個(gè)鉆孔頭一起繞太陽齒輪公轉(zhuǎn)。主軸端部靠彈簧卡頭21，夾緊鉆頭。為了使該鉆頭結(jié)構(gòu)盡量緊湊，我們盡量選用小尺寸齒輪，衛(wèi)星齒輪8 與鉆孔主軸17靠過盈配合傳遞扭矩，所采用的軸承均為無內(nèi)外圈滾針軸承。調(diào)整時(shí)，行星齒輪軸14，距離調(diào)整塊13可帶動(dòng)衛(wèi)星齒輪8，滾針軸承9、18，隔離塊10，襯套15，止推軸承16，鉆孔主軸17，緊定螺釘19，鉆孔主軸套20 及彈簧卡頭21 等繞行星輪軸14 自由轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整角度α。松開連接體1 的鎖緊螺釘，整個(gè)鉆孔頭可以繞太陽齒輪3，自由轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整回補(bǔ)轉(zhuǎn)角θ。
圖2.3 兩軸鉆孔頭結(jié)構(gòu)圖
1.連接體 2.鉆床主軸 3.太陽齒輪 4、9、18.滾針軸承 5.隔套 6.行星齒輪 7.隔墊 8.衛(wèi)星齒輪 10.隔離塊 11.殼體 12.前端法蘭 13.距離調(diào)整塊 14.行星齒輪軸 15.襯套 16.止推軸承 17.鉆 孔主軸 19.緊定螺釘 20.鉆孔主軸套 21.彈簧卡頭
優(yōu)點(diǎn)：該系列鉆孔頭，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，使用可靠，加工效率高，可以在中小批量生產(chǎn)中推廣使用。
缺點(diǎn)：由于鉆孔主軸相對(duì)位置固定，大大限制了調(diào)整鉆孔主軸位置的靈活性，使得該系列鉆孔頭，在同時(shí)加工3個(gè)或4個(gè)孔時(shí)，孔分布比較規(guī)則時(shí)，可以比較方便地調(diào)整鉆孔位置，而且不會(huì)使鉆床主軸的受力情況惡化；但當(dāng)孔分布不規(guī)則時(shí)，調(diào)整比較麻煩，多數(shù)情況，根本調(diào)不出來，即使可以調(diào)整到位，加工時(shí)也會(huì)使鉆床主軸受力惡化。
選用該系列鉆孔頭時(shí)，要考慮鉆床的最大加工能力和待加工孔大小相匹配[12]。
綜上，經(jīng)過比較后選定方案二為設(shè)計(jì)方案
3 連桿多軸箱的設(shè)計(jì)
圖3.1 裝配圖
3.1 預(yù)選加工材料，加工直徑
查表3-10[1]得，鋼
選用鉆頭直徑d=16(mm)，設(shè)定鉆頭轉(zhuǎn)速960(r/min)
查表3-11[1]在d=16(mm)時(shí)，取
3.2 計(jì)算高速鋼麻花鉆軸向切削力及扭矩
3.2.1 計(jì)算單個(gè)鉆頭軸向切削力
查表3-10[1]得，軸向切削力公式
（3.1）
查表3-10[1]得，加工鋼（）時(shí)：
(1) 當(dāng)鉆頭未磨損時(shí)
(2) 當(dāng)鉆頭未磨損時(shí)
3.2.2 計(jì)算單個(gè)鉆頭扭矩
查表3-10[1]得
扭矩公式
（3.2）
查表3-10[1]得
（1） 鉆頭未磨損
（2） 鉆頭磨鈍后
圖3.2 雙頭鉆頭及傳動(dòng)系統(tǒng)中各齒輪和軸所受轉(zhuǎn)矩簡圖
3.3 鉆頭中各軸及齒輪的計(jì)算
3.3.1 齒輪8、9、10、11的計(jì)算
1.選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。選定齒輪8，齒輪11為配對(duì)齒輪副中的小齒輪。齒輪9，齒輪10為配對(duì)齒輪副中的大齒輪。且兩對(duì)齒輪副完全相同，故計(jì)算時(shí)只計(jì)算一對(duì)齒輪副8、11即可。小齒輪8轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)工作壽命15年，每年工作300天，兩班制，每班8小時(shí)。
初選：小齒輪材料（調(diào)制）硬度280(HBs)；齒數(shù)
大齒輪材料45鋼（調(diào)制）硬度240(HBs)；齒數(shù)
2.按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即
（3.3）
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1)試選載荷系數(shù)
2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
由2.2.2計(jì)算所得的鉆頭扭矩即為小齒輪傳遞扭矩
3）由表10-7[2]選取齒寬系數(shù)。
4）由表10-6[2]查的材料的彈性影響系數(shù)
5）由圖10-21d[2]按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
6）由式 （3.4）
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
式中
n—齒輪轉(zhuǎn)速
j—齒輪每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合次數(shù)
Lh—齒輪工作壽命（h）
u—齒輪傳動(dòng)比
7）由圖10-19[2]取接觸疲勞壽命系數(shù),；。
8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為，安全系數(shù)S=1，由式
（3.5）得
（2）計(jì)算
1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。
故，取整
2）計(jì)算圓周速度v。
3）計(jì)算齒寬b
4）計(jì)算齒寬與齒高之比
5）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-8[2]查得動(dòng)載系數(shù)
直齒輪，
由表10-2[2]查得使用系數(shù)；
由表10-4[2]用插值法查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)，
由，,查圖10-13[2]得；故載荷系數(shù)
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑
7)計(jì)算模數(shù)
3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為
（3.6）
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）由圖10-20c[2]查得小齒輪8的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪9的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
2）由圖10-18[2]取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由下式得
4）計(jì)算載荷系數(shù)
5)查取齒形系數(shù)。
由表10-5[2]查得 ，。
6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。
由表10-5[2]查得 ，
7）計(jì)算大、小齒輪并加以比較
大齒輪的數(shù)值大
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲疲勞強(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，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可以取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)1.131并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)
這樣計(jì)算出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)，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
（2）計(jì)算中心距
（3）計(jì)算齒輪寬度
圓柱齒輪的實(shí)用齒寬在按計(jì)算后適當(dāng)圓整，且常將小齒輪的齒寬在整值的基礎(chǔ)上人為的加寬，以防大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位，導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大齒輪單位齒寬的工作載荷。
故取，
3.3.2 齒輪5、6、7的計(jì)算
<1>.選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。選定齒輪5，齒輪6，齒輪7為相同的齒輪。并設(shè)計(jì)齒輪6與齒輪9合為雙聯(lián)齒輪，并設(shè)計(jì)齒輪7與齒輪10合為雙聯(lián)齒輪。又因?yàn)橐阉愠鳊X輪9、10的模數(shù)為1.5，所以給定齒輪5、6、7模數(shù)為1.5。工作壽命15年，每年工作300天，兩班制，每班工作8小時(shí)。
初選： 齒輪材料45鋼（調(diào)制）硬度240(HBs)；齒數(shù)
故得
<2>齒輪的校核
因?yàn)辇X輪5,6,7為相同材料、相同模數(shù)、相同齒數(shù)的材料，且齒輪5受到的轉(zhuǎn)矩為齒輪6、7的兩倍。故，只需分析校核齒輪5即可
1．齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
計(jì)算齒輪6、7的扭矩
式中
—傳動(dòng)效率，
計(jì)算齒輪5的轉(zhuǎn)矩
2.計(jì)算過程參照齒輪8、9、10、11的計(jì)算過程
計(jì)算后的
2.幾何尺寸計(jì)算
(1)計(jì)算分度圓直徑
(2)計(jì)算中心距
(3)計(jì)算齒輪寬度
圓柱齒輪的實(shí)用齒寬在按計(jì)算后適當(dāng)圓整，且常將齒輪6、7的齒寬在整值的基礎(chǔ)上人為的加寬，以防齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位，導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增6、7齒輪單位齒寬的工作載荷。
故取，
3.4 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計(jì)
設(shè)定軸的材料為45鋼
3.4.1 計(jì)算軸I、VIII的最小直徑
由3.2.2知單個(gè)鉆頭扭矩
（3.7）
式中
— 軸1最細(xì)處直徑，。
— 軸1傳遞的扭矩，。
— 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，。
由于
又查表15-3[2]的為25
當(dāng)軸截面上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整值
3.4.2 計(jì)算軸II、VII的最小直徑
軸2、7不轉(zhuǎn)動(dòng)，故不受扭矩
故給定軸2、7直徑為，
齒輪，的轉(zhuǎn)矩為：
3.4.3 計(jì)算軸III的最小直徑
查表15-3[2]的為25
軸截面上開有鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整數(shù)值
4 傳動(dòng)系統(tǒng)減速設(shè)計(jì)
4.1減速箱內(nèi)各齒輪設(shè)計(jì)
設(shè)定齒輪箱中兩對(duì)齒輪與；與有相同的齒數(shù)比 1.5
4.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱齒輪、的設(shè)計(jì)
工作壽命15年，每年工作300天，兩班制，每班工作8小時(shí)。
初選： 齒輪4材料45鋼（調(diào)制）硬度240HBs；齒輪3材料（調(diào)制）硬度280HBs。齒數(shù)，。
1.計(jì)算齒輪3的扭矩
小齒輪傳遞扭矩
式中
—傳動(dòng)效率，
2.計(jì)算過程參照齒輪8、9、10、11的計(jì)算過程
計(jì)算的
（1）
大齒輪齒數(shù)
（2）幾何尺寸計(jì)算
1)計(jì)算分度圓直徑
2）計(jì)算中心距
3）計(jì)算齒輪寬度
圓柱齒輪的實(shí)用齒寬在按計(jì)算后適當(dāng)圓整，且常將小齒輪的齒寬在整值的基礎(chǔ)上人為的加寬，以防大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位，導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大齒輪單位齒寬的工作載荷。
故取，
4.1.2傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱齒輪、的設(shè)計(jì)
由于齒輪副、與齒輪副、有相同的傳動(dòng)比，又因?yàn)辇X輪副、比齒輪副、傳遞的轉(zhuǎn)矩大，故齒輪副、可選用與齒輪副、完全相同的齒輪
，
4.2 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計(jì)
設(shè)定軸的材料為45鋼
4.2.1 計(jì)算軸III的最小直徑
查表15-3[2]的為25
軸截面上開有鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整數(shù)值
4.2.2 計(jì)算軸IV的最小直徑
查表15-3[2]的為25
軸截面上開有鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整數(shù)值
4.2.3 計(jì)算軸V的最小直徑
查表15-3[2]的為25
軸截面上開有鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整數(shù)值
4.2.4 計(jì)算軸VI的最小直徑
查表15-3[2]的為25
軸截面上開有鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整數(shù)值
5 傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選用
由3.2.2知單個(gè)鉆頭扭矩：
故，
所需電機(jī)功率
式中
—軸6的轉(zhuǎn)速， 注：（為齒輪1的轉(zhuǎn)速）
—軸6的轉(zhuǎn)矩，
—所需電機(jī)功率，
綜上，由表12-1[3]得，選用型電機(jī)，電機(jī)額定功率2.2kW,同步轉(zhuǎn)速1500r/min,滿載轉(zhuǎn)速1430r/min,電機(jī)質(zhì)量34kg。
6 工件的夾緊計(jì)算及其選擇
6.1 工件的夾緊
6.1.1 夾緊基本原理理論
夾緊的目的是保證工件在夾具中的定位，不致因工時(shí)受切削力，重力或伴生離心力，慣性力，熱應(yīng)力等的作用產(chǎn)生移動(dòng)或振動(dòng)。夾緊裝置是夾具完成夾緊作用的一個(gè)重要的而不可以缺少的組成部分，除非工件在加工過程中所受到的各種力不會(huì)使它離開定位時(shí)所需確定的位置，才可以設(shè)有夾緊裝置。夾緊裝置設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，對(duì)于提高夾緊的精度和加工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度都有很大的影響。
夾緊對(duì)象特征
加工信息特征
夾緊要求特征
動(dòng)力源項(xiàng)
元功能解項(xiàng)
技術(shù)性
經(jīng)濟(jì)性
社會(huì)性
應(yīng)用實(shí)例
技術(shù)參數(shù)
夾緊功能原理方案設(shè)計(jì)
功能項(xiàng)
原理解項(xiàng)
評(píng)價(jià)項(xiàng)
備注項(xiàng)
圖3.1 夾緊功能原理方案設(shè)計(jì)組成結(jié)構(gòu)
分析各類夾具的基本功能要求可以將夾緊裝置概括為兩類：第一類是性能要求，主要指定位唯一性、定位穩(wěn)定性，夾緊穩(wěn)定性及總體約束；第二類要求是夾具的結(jié)構(gòu)剛性、成本及易操作性、易于維修等要求。本設(shè)計(jì)目錄中功能項(xiàng)包括夾緊對(duì)象特征項(xiàng)、加工信息特征及夾緊要求特征。
夾緊對(duì)象特征項(xiàng)目：包括夾緊對(duì)象類型、材料、形狀、體積、數(shù)量、物理特性、磁性、導(dǎo)電性、剛性等信息。
加工信息特征項(xiàng)：加工類型、機(jī)加工、裝配、檢測、焊接等、加工參數(shù)、切削參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、幾何參數(shù)等。
夾緊要求特征項(xiàng)：主要指性能要求，包括定位要求、定位基準(zhǔn)選擇，如特征點(diǎn)、特征面。夾緊力大小、夾緊方向、夾緊行程、夾緊松開速率，自鎖性等。
元件功能分析：夾緊功能主要包括四種元功能。它們是：定位功能、傳動(dòng)功能、執(zhí)行功能和分度功能等輔助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分為平面定位元件、圓孔定位元件、外圓定位元件。傳動(dòng)功能由中間遞力機(jī)構(gòu)完成，該機(jī)構(gòu)一般有三個(gè)作用；改變作用力的力一向、大小和自鎖作用。目前常用的有以下機(jī)構(gòu)：斜楔機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、圓偏心機(jī)構(gòu)、杠桿鉸鏈機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、對(duì)中機(jī)構(gòu)、定心機(jī)構(gòu)等。
設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)滿足下述主要要求：[2]
1.夾緊裝置在對(duì)工件夾緊時(shí)，不應(yīng)破壞工件的定位，為此，必須正確選擇夾緊力的方向及著力點(diǎn)。
2.夾緊力的大小應(yīng)該可靠，適當(dāng)，要保證工件在夾緊后的變形和受壓表面的損傷不致超出允許的范圍。
3.夾緊裝置結(jié)構(gòu)簡單合理，夾緊動(dòng)作要迅速，操作方便省力，安全。
4.夾緊力或夾緊行程在一定范圍內(nèi)可進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償。
6.1.2 夾緊座
在不考慮重力和其它的伴生力的情況下，夾緊力的大小既與切削力的大小有 關(guān)，也與切削力對(duì)支承的作用有關(guān)。
W=KM(f1Rf1+f2Rf2)N(其中K=K1K2K3K4，K1=1.5~2，K2=1.2，K3=1.1~1.3，K4=1.2)
M為切削扭矩
W=1.8×1.2×1.2×1.2×85×(0.2×7+0.2×7)=740.28(N)
Q 需=KP/(f1+f2)=1.8×1.2×1.2×1.2×100/(0.2+0.2)=777.4N
Q 需為切削力
為簡化夾具的成本及考慮工廠實(shí)際情況，擬用螺釘夾緊裝置。計(jì)算螺釘?shù)膴A緊力：W=2QL/ D中/tg(α+φ1)。此公式采用中的數(shù)據(jù)以M16標(biāo)準(zhǔn)螺紋計(jì)算。
α為螺紋升角;t“gα=S/лD中;φ1螺紋摩擦角；D中螺紋中徑；Q人工作用力；其中有f=0.1(螺母端面與工件間的摩擦系數(shù))，φ1=6。34，；計(jì)算W=836.8（N）。
很明顯，可以使用螺釘夾緊機(jī)構(gòu)。
夾緊座加工要求：1.表面發(fā)藍(lán)或其它的防銹處理；2.熱處理:T10A，淬火HRC60~64；滲碳深度0.2~0.6mm；3.銳邊無毛刺；4.螺紋孔以國家標(biāo)準(zhǔn)的M16配做。
6.1.3 夾緊壓板
夾緊支板和夾緊座的目的相同，都是夾緊工件的，保證在加工過程中工件不移動(dòng)，限制它的自由度，夾緊支板的工件接觸裝置擬用夾緊螺釘，支板在其中是輔助支承的，最終起決定作用的還是人的操作，不同人操作同樣的夾具或者是在夾緊的過程中用力和速度的不同，都對(duì)工件的加工精度有影響。由于取用的夾緊螺釘是一樣的，前面已經(jīng)計(jì)算過了，在此不重復(fù)了。[5]具體的結(jié)構(gòu)見零件圖。
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是指螺旋副與其他元件（壓板、墊片、螺釘?shù)龋┫嘟Y(jié)合，對(duì)工件實(shí)施夾緊的機(jī)構(gòu)。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)中使用極為普遍。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，夾緊行程大，且自鎖性能好，增力比大，是手動(dòng)夾緊中用的最多的一種夾緊機(jī)構(gòu)。常用的夾緊形式有：單個(gè)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。
圖3.2 壓板
夾緊壓板加工要求：1.表面發(fā)藍(lán)或其它的防銹處理；2.熱處理:T10A，淬火HRC38~45；滲碳深度0.2~0.6mm；3.銳邊無毛刺；4.螺紋孔以國家標(biāo)準(zhǔn)的M27配做。[1] [6]
6.1.4 夾緊螺釘
根據(jù)公司的實(shí)際情況選用夾緊螺釘，人工操作。節(jié)省成本，制造夾具的時(shí)間縮短并以國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格生產(chǎn)。
夾緊功能的原理方案設(shè)計(jì)目錄是設(shè)計(jì)目錄應(yīng)用的具體體現(xiàn)，由于夾具種類繁多，如何對(duì)其進(jìn)行抽象化整理，以利于運(yùn)用設(shè)計(jì)目錄的結(jié)構(gòu)形式，還需要更深入的研究。建立原理方案設(shè)計(jì)目錄涉及的知識(shí)面較廣，難度較大，目錄本身的構(gòu)造規(guī)律也很復(fù)雜。這里僅作最基本的原理方案設(shè)計(jì)研究。
為使工件在定位件上所占有的規(guī)定位置在加工過程中保持不變，就要用夾緊裝置將工件夾緊.保證工件的定位基準(zhǔn)與夾具上的定位表面可靠的接觸，防止在加工過程中移動(dòng)、振動(dòng)、或變形。
因?yàn)榇颂讑A具加工的工件剛度較好，防止了切削力作用是所引起的振動(dòng)，側(cè)面在加上移動(dòng)壓板的定位，免除夾緊力對(duì)加工表面幾何形狀精度的不利影響夾具的夾緊選用加工表面的松態(tài)夾緊，夾緊力的作用線不通過加工表面的周圍，使加工表面的材料處在自由狀態(tài)下。
6.2 夾緊力的選擇
6.2.1 夾緊力方向
在保證安裝的真確可靠，減少工件的變形，定位方便和在可以減少所需夾緊力的大小的前提下，此套夾具的夾緊方向和工件重力方向和切削方向相同。工件的定位工作面為垂直方向上，則工件的夾緊通過工件的一個(gè)定位銷與水平方向的移動(dòng)壓塊完成。夾緊力的方向?yàn)槠叫兄亓Ψ较虼怪眾A緊。[2]
在本次夾具設(shè)計(jì)中，夾緊力是由中心螺桿和一邊壓板提供的。
6.2.2 夾緊力的作用點(diǎn)
夾緊力的作用點(diǎn)是指夾緊元件與工件相接觸的一小塊面積。現(xiàn)在夾緊力的方案已定?？紤]夾具的結(jié)構(gòu)尺寸特征可以確定夾緊力的作用點(diǎn)個(gè)數(shù)為2個(gè)。
考慮夾緊力作用點(diǎn)的一般要求：[1]
① 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)能保持工件定位穩(wěn)定，而不至引起工件發(fā)生位移和偏轉(zhuǎn)；
② 夾緊力的作用點(diǎn)，應(yīng)使被夾緊的夾緊變形盡可能的小些；
③ 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近加工表面，以提高定位穩(wěn)定性。
6.2.3 夾緊力的計(jì)算
夾緊力的大小重要取決于切削P和重力G，重力是可認(rèn)為不變的，而切削力在切削的過程中是變化的。影響切削力的大小因素很多，如工件質(zhì)量的不均勻，加工質(zhì)量的不均勻，刀具磨損以及切削用量的變化等等。同時(shí)夾緊力也和其他因素有關(guān)，如夾緊件和工件及工件與定位件間接觸表面的光潔度，工藝系統(tǒng)的剛性等等，因此夾具夾緊力的設(shè)計(jì)只能對(duì)其作初略的估算。
W:實(shí)際夾緊力 Wi:理論夾緊力 K:安全系數(shù)
安全系數(shù):K= K1×K2×K3×K4
式中: K1-基本安裝系數(shù) K2-加工安裝系數(shù)
K3-刀具鈍化系數(shù) K4-切削特點(diǎn)系數(shù)
其加工直徑全部為16
刀具：鉆頭 D=16。
則軸向力：見《工藝師手冊》表28.4
F=Cdfk……………………………………3.1
式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35
k=(
F=420
轉(zhuǎn)矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=0.206
功率 P=
在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時(shí) T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,時(shí)工件不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),故本夾具可安全工作。
6.3 氣缸的選型計(jì)算
根據(jù)氣缸推力拉力的大小要求，選定氣缸使用壓力參數(shù)以及缸徑尺寸
氣缸推力計(jì)算公式：氣缸推力F1=0.25πD2P
氣缸拉力計(jì)算公式F2=0.25π（D2-d2）P
公式式中：D-氣缸活塞直徑（cm）
d-氣缸活塞桿直徑（cm）
P-氣缸的工作壓力（kgf/cm2）
F1，F(xiàn)2-氣缸的理論推拉力（kgf）
為了避免用戶選用時(shí)的有關(guān)計(jì)算，下附雙作用氣缸輸出力換算表，用戶可根據(jù)負(fù)載、工作壓力、動(dòng)作方向從表格中選擇合適的缸徑尺寸
雙作用氣缸輸出力表單位Kgf
缸徑
mm
氣缸的理論輸出力（推力）單位：KG/公斤
使用空液壓壓力MPa
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
10
1.57
2.36
3.14
3.93
4.71
5.50
6.28
16
4.02
6.03
8.04
10.1
12.1
14.1
16.1
20
6.28
9.42
12.6
15.7
18.8
22.0
25.0
25
9.81
14.7
19.6
24.5
29.4
34.4
39.2
48
16.0
24.1
48.2
40.2
48.3
56.3
64.4
40
25.1
37.7
50.3
62.8
75.4
88.0
100.5
50
39.2
58.9
78.5
98.2
117
137
157
63
62.3
93.5
125
156
187
218
250
80
100
151
201
251
300
352
402
100
157
236
314
393
471
550
628
125
245
368
491
615
736
859
982
160
402
603
804
1005
1206
1407
1608
180
508
763
1018
1272
1527
1781
2036
200
628
942
1257
1571
1885
2199
2514
250
981
1473
1963
2454
2945
3436
3926
480
1608
2412
4816
4021
4825
5629
6448
400
2531
3796
5026
6283
7539
8796
10052
· 選定氣缸的行程：確定工作的移動(dòng)距離，考慮工況可選擇滿行程或預(yù)留行程。當(dāng)行程超過推薦的最長行程時(shí)，要考慮活塞桿的剛度，可以選擇支撐導(dǎo)向或選擇特殊氣缸。
· 選定氣缸緩沖方式：根據(jù)需要選擇緩沖形式，無緩沖氣缸，固定緩沖氣缸，可調(diào)緩沖氣缸
· 選擇潤滑方式：有給油潤滑氣缸，無給油潤滑氣缸
· 選擇氣缸系列：根據(jù)以上條件，按需選擇適當(dāng)系列的氣缸
· 選擇氣缸的安裝形式：根據(jù)不同的用途和安裝需要，選用適當(dāng)?shù)陌惭b形式
6.3.1 氣缸的直徑確定
本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為:
式中: - 活塞桿上的推力，N
- 彈簧反作用力，N
- 氣缸工作時(shí)的總阻力，N
- 氣缸工作壓力，Pa
彈簧反作用按下式計(jì)算:
Gf =
式中:- 彈簧剛度，N/m
- 彈簧預(yù)壓縮量，m
- 活塞行程，m
- 彈簧鋼絲直徑，m
- 彈簧平均直徑，.
- 彈簧有效圈數(shù).
- 彈簧材料剪切模量，一般取
在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，則:
由以上分析得單向作用氣缸的直徑:
代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得
所以:
查有關(guān)手冊圓整，得
由,可得活塞桿直徑:
圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式
有:
其中，[]，
則:
滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。
6.3.2 氣缸的選型
經(jīng)過比較，參考市場上的氣缸類型，選擇一種可靠優(yōu)質(zhì)的氣缸產(chǎn)品的生產(chǎn)商—速易可（上海）有限公司http://www.tonab.net/about_us.asp。
速易可液壓動(dòng)（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設(shè)備研 究、生產(chǎn)、銷售的自動(dòng)化廠商，產(chǎn)品以『TONAB』品牌營銷國內(nèi)外市場，產(chǎn)品主要有空液壓凈化組件、液壓動(dòng)控制組件、液壓動(dòng)執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設(shè)備，產(chǎn) 品廣泛應(yīng)用