基于多軸加工的普通鉆床改造-多軸傳動的機構設計,基于多軸加工的普通鉆床改造-多軸傳動的機構設計,基于,加工,普通,鉆床,改造,傳動,機構,設計 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目　　基于多軸加工的普通鉆床改造 　　 2、專題　 --------多軸傳動的機構設計 二、課題來源及選題依據 課題來源為無錫某機械有限公司。通過畢業(yè)設計是為了培養(yǎng)學生開發(fā)和創(chuàng)新機械產品的能力，要求學生能夠結合普通鉆床加工特性，針對實際使用過程中存在的問題，綜合所學的機械理論設計與方法，對單軸普通鉆床根據多軸加工要求進行改進，從而達到提高生產效率的目的。 在設計傳動件時，在滿足產品工作要求的情況下，應盡可能多的采用標準件，提高其互換性要求，以減少產品的設計生產成本。 三、本設計應達到的要求： ①該部件工作時，能運轉正常； ②擬定工作機構和傳動系統(tǒng)的運動方案，并進行多方案對比分析； ③當電動機輸入功率時，對主要工作機構進行運動和動力分析； ④設計基于多軸加工的傳動系統(tǒng)結構圖1張； ⑤設計繪制零件工作圖若干； ⑥編制設計說明書1份。 四、接受任務學生： 班 　　姓名 五、開始及完成日期： 自2012年11月14日至2013年5月25日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師　　　　　 簽名 簽名 　　　　 簽名 教研室主任 　　　　　　〔學科組組長〕　　　 簽名 　　 　　系主任 　　　 簽名 2012年11月14日 I 編號 設計 題目： 基于多軸加工的普通鉆床改造 ------多軸傳動機構設計 系 專業(yè) 學 號： 　 　　 學生姓名： 指導教師： 　 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013年5月25日 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的 基于多軸加工的普通鉆床改造 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 學 號： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 開題報告 題目： 基于多軸加工的普通鉆床改造 ------多軸傳動機構設計 系 專業(yè) 學 號： 學生姓名： 指導教師： （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2012年11月14日 課題來源 無錫某企業(yè)生產實際。 科學依據（包括課題的科學意義；國內外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應用前景等） 本課題為基于多軸加工的普通鉆床改造，由于零件的生產綱領為大批大量生產，故將涉及大批量加工的工藝規(guī)程設計、專用機床和專用夾具設計等，尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復雜的多軸、多工位加工更是引人注目。結合多軸加工不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎上還能大大地提高工效。完成該課題可對我們大學期間所學知識進行一次全面的專業(yè)訓練，可以培養(yǎng)我們掌握如何運用過去所學知識去解決生產中實際問題的方法，增強從事本專業(yè)實際工作所必需的基本能力和開發(fā)研究能力，可以提高我們的專業(yè)素質，為今后走上工作崗位打下一個良好的基礎。 研究內容 本課題的專題是基于多軸加工的普通鉆床改造。鉆床被廣泛用于大、中批量零件如：汽車、拖拉機、摩托車等行業(yè)的汽缸體、變速箱殼體、杠桿撥叉等加工領域。為了適應大批量生產，專用基于多軸加工、多工位鉆削加工具有較大的優(yōu)勢，它按照孔的分布位置實行一次加工，從而保證了各孔間的位置及尺寸精度。對于在大批量生產模式下的金屬切削加工應保證快速并且穩(wěn)定，必需設計出高效率的專用加工設備，并要做到最合理，這樣才能保證加工質量和提高生產率。 擬采取的研究方法、技術路線、實驗方案及可行性分析 在畢業(yè)實習調研以及查閱有關資料的基礎上，結合鉆削加工的特點，設計多工位加工的多軸鉆床，經反復對各方案對比分析，采用以專用機床與專用夾具為主組成生產流水線，提高機械加工效率以節(jié)省勞動時間。通過實驗分析多軸加工的特點，改進專用機床的結構設計，并采用動作迅速并安全可靠的機構。 研究計劃及預期成果 通過現場調研、模擬、建模、實驗和機器調試，根據加工對象的具體工藝要求來合理地改進多軸鉆床的結構形式，提高機械加工效率以節(jié)省勞動時間，并降低工人的勞動強度和企業(yè)的生產成本。 特色或創(chuàng)新之處 適用于本廠的某加工生產線的優(yōu)化設計，力求在不影響加工的前提下最大限度的減少成本，并降低工人的勞動強度和生產成本。 已具備的條件和尚需解決的問題 針對實際機械加工過程中存在的工時定額問題，綜合所學的機械理論設計、方法及工藝裝備，提高機械零件加工的精度及工藝成本，進而提升學生開發(fā)和創(chuàng)新機械產品的能力。 指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日 教研室（學科組、研究所）意見 教研室主任簽名： 年 月 日 系意見 主管領導簽名： 年 月 日 編號 相關資料 題目： 基于多軸加工的普通鉆床改造 ------多軸傳動機構設計 系 專業(yè) 學 號： 　　　　　　 學生姓名： 指導教師： 　（職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013年5月25日 The Features and Development History and Application of Hydraulic and Pneumatic Transmutation 1.The advantages of hydraulic transmission 1) A hydraulic system can produce higher power than electrical equipment under the same volume . The hydraulic equipment system has smaller volume , light , high power consistency and compact configuration at a given power . The volume and weight of a hydraulic motor are about 12% of an electric motor . 2) Hydraulic equipment has a good working stability . It is because of light , less inertia , quick response : the hydraulic equipment can realize celerity start-up , brake and frequent change in motion direction . 3) The hydraulic transmission can reach a wide range of speed regulation (with the range of 1:2000), and the speed can also be regulated during the work processing . 4) The hydraulic transmission can easily realize automation and the pressure , flow rate and the flow direction can be regulated and controlled . If we combine it with electric , electron or pneumatic control systems , a more complex transmission system with remote control can be realized . 5) The hydraulic system can protect from over-load easily , which cannot be done by electricity or machine equipment . 6) Because of standardization , series , and all-purpose application ; the hydraulic system is easier in design , fabrication and application . 7) The hydraulic system is easier than machine equipment in doing line motion . 2.The shortages of hydraulic transmission 1) Leak . Oil leaks are inevitable because of the loss in fluid flow resistance . So more energy loss exists in a hydraulic transmission . 2) Working temperature . The working temperature has strong effect on the working property of a hydraulic system because of the viscosity-temperature character of hydraulic oil . It is suitable for working in a proper temperature . 3) Cost . The cost is high because of the needs in high precision fabricate for hydraulic elements . 4) It is difficult to find the reasons of fault . 3. The advantages of pneumatic transmission 1) The air can be obtained and expelled from the atmosphere . It cannot bring pollution to the environment . 2) It is of low viscosity and lower pressure loss in pipes . The pressure air is convenient for convergence supply and remote transportation . 3) It is of low working pressure ( usually 0.3-0.8MP a ). Avowers material and fabricate precision is required for the pneumatic transmission elements . 4) The pneumatic transmission has a simple servicing .The air pipe is not easy to be jammed . 5) Safety . The pneumatic system can protect from over-load easily . 4. The shortcomes of pneumatic transmission 1) It is because of air compressibility . The working stabilities for pneumatic transmission system are poorer than those of hydraulic transmission system . 2) Because of lower working pressure and small size in configuration , the push force of pneumatic transmission is usually very lower . 3) Lower transmission efficiency . To sum up , the strong-points of hydraulic and pneumatic transmission have taken the main advantages , and the shortages have been overcome and improved by technical renovation . The fundamental law underlying the whole science of hydraulics was discovered by Blasie Pascal ,a French physicist ,in the seventeenth century .But it was not until the end of the 18 century that man found ways to make the snugly fitting parts required in hydraulic systems and other modern equipment .Since then progress has been rapid . Hydraulic transmission has been experiencing the process as below . The 17th and 18th centuries were a productive period in the development of hydraulic theory . Torricelli studied fluid motion in the early 17th century .Late in that century ,Sir Isaac Newton conducted studies on viscosity and the resistance of submerged bodies in a moving fluid .The key achievements of the period occurred in the middle of the 18th century when Daniel Bullion developed the theory of transmission of energy in fluid streams and Blasé Pascal ,at about the same time ,established the principle of hydrostatic pressure transmission . This principle was first used in the latter part of the 18th century .The first hydraulic pressure machine was manufactured by England in the late 18th century .The fundamentals of fluid theory were established by the above work and refinements were added by Navier who derived the mathematics of motion in liquids including equations for fluid flow with friction .This was early in the 19th century .It was followed by the work of Stokes ,who independently discovered the same equations and further extended the work of Navicert . Recently hydraulic and pneumatic pressure transmission technology has been developed with a large scale petrolic industry in the 19th century ,and the barbette displace was the first one successful using hydraulic equipment ,and then hydraulic machine tool .In World War I many new machines based on the principles of hydraulics had been used .The great automotive industy introduced hydraulic brakes in the early thirties and hydraulic transmissions in the late thirties .The tractor industry began using hydraulics in 1940 to increase the flexibility and utility of farm equipment .In World War II because of the demand transmission and control equipments in fast reaction ,precision action and high output powers boosted development in hydraulic theology .After the War ,the hydraulic development turned into civil industry ,such as machine tool ,engineering ,metallurgy ,plastic machine ,farm machine ,vehicle and watercraft .In more recent years ,the role of leadership in hydraulic power application has been taken over largely by some of the large earthmoving and construction equipment manufacturers .The total power involved is often greater than that required in even the largest aircraft systems . With the development of higher automation of hydraulic machines and increasing use of hydraulic and pneumatic elements ,the scaled elements and integrated hydraulic system with miniaturization is inevitable .Especially in recent years hydraulic and pneumatic transmission is combined closely with the sensor and micro-electricity technology .It has been emerging amounts of new valves such as hydraulic-electricity proportional valves ,digital valves ,hydraulic and electro-hydraulic servo cylinders and the integrative elements ,which will lead the hydraulic and pneumatic technology to the development of higher pressure ,higher speed ,larger power ,lower energy wastage and noise ,longevity and high integration .Computer aided design (CAD ) and test (CAT ) and practical control technology used in hydraulic and pneumatic system will be the trend .Nowadays the application of hydraulic transmission system has become one of the important indications of industry level for a country .In developed countries ,95%of engineering machine ,90%of numerical control center and more than 95%of automation assembly lines use the hydraulic transmission system . 液壓與氣壓傳動的特點及發(fā)展應用概況 1.液壓傳動有以下優(yōu)點 1）在同等體積下，液壓裝置畢電氣裝置產生更高的動力。再同等功率下，液壓裝置體積小，重量輕，功率密度大，結構緊湊。液壓馬達的體積和重量只有同等功率電動機的12%左右。 2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應快，液壓裝置易于實現快速啟動、制動和頻繁的換向。 3）液壓裝置能在大范圍內實現無級調速（調速范圍可達2000），它還可以在運行過程中進行調速。 4）液壓傳動易于自動化，它對液體壓力、流量或流動方向易于進行調節(jié)或控制。當將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結合起來使用時，整個傳動裝置能實現復雜的順序動作，也能方便的實現遠程控制。 5）液壓裝置易于實現過載保護，這是電氣傳動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。 6）由于液壓元件已經實現了標準化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設計、制造和使用都比較方便。 7）用液壓傳動實現直線運動遠比用機械傳動簡單。 2.液壓傳動的缺點 1）由于流體流動的阻力損失和泄露是不可避免的，所以液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失。 2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度下工作。 3）為了減少泄漏，液壓元件的制造精度要求較高，因而價格較貴。 4）液壓傳動出現故障時不易找出原因。 3.氣壓傳動的優(yōu)點 1）空氣可以從大氣中取得，同時，用過的空氣可直接排放到大氣中去，處理方便，萬一空氣管路有泄漏，除引起部分功率損失外，不知產生不利于工作的嚴重影響，也不會污染環(huán)境。 2）空氣粘度很小，在管道中的壓力損失較小，因此壓縮空氣便于集中供應和遠距離輸送。 3）因壓縮空氣的工作壓力較低（一般為0.3~0.8Mpa），因此，對氣動元件的材料和制造精度上的要求較低。 4）氣動系統(tǒng)維護簡單，管道不易堵塞。 5）使用安全，并且便于實現過載保護。 4.氣壓傳動的缺點 1）由于空氣具有可壓縮的特性，因此運動速度的平穩(wěn)性不如液壓傳動。 2）因為工作壓力較低和結構尺寸不宜過大，因而氣壓傳動裝置的總推力一般不可能很大。 3）傳動效率低。 總的說來，液壓與氣壓傳動的優(yōu)點是主要的，而它們的缺點通過技術進步和多年的不懈努力，已得到克服或得到了很大的改善。 雖然在17世紀中葉法國物理學家伯雷斯.帕斯卡提出了靜壓傳遞原理，但在18世紀末才開始找到應用在液壓系統(tǒng)和其他現代裝備中合適的元件。從那以后，液壓技術得到迅速發(fā)展。 17、18世紀是液壓基礎理論的建立最興旺的時期。其中在17世紀初期，意大利數學和物理學家托里切利研究流體運動原理；17世紀后期艾沙克牛頓研究物體在流動的液體中的粘性和阻力問題；18世紀中葉是最關鍵的時期，主要的成就有丹萊爾.箔某里發(fā)展了流體能量傳遞原理，同時伯雷斯.帕斯卡建立并提出了靜壓傳遞原理。從此靜壓傳遞原理奠定了流體傳動（液壓、氣壓傳動）的理論基礎。 靜壓傳遞原理在18 世紀后期得到廣泛運用。世界上第一臺水壓機是在18 世紀末由英國制造的。 在上述理論基礎上，納維推倒流體運動方程，到了19世紀初期斯托克斯葉獨立發(fā)現相同的方程并進一步發(fā)展了納維的流體運動方程。 近代液壓氣壓傳動是有19 世紀崛起并蓬勃發(fā)展的石油工業(yè)推動起來的，最早實踐成功的液壓傳動裝置是艦艇上的炮塔轉位器，其后才在機床上應用。第一次世界大戰(zhàn)引入基于液壓原理的新武器。在20 世紀30 年代初期和后期在大型工業(yè)自動化中引入液壓制動。1940年代開始使用拖拉機以增強農機設備的機動性和效率。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)和裝備迫切需要反應迅速、動作準確、輸出功率大的液壓傳動及控制裝置，促使液壓技術迅速發(fā)展；戰(zhàn)后，液壓技術很快轉入民用工業(yè)。在機床、工程機械、冶金機械、塑料機械。農林機械、汽車、船舶等行業(yè)得到大幅度的應用和發(fā)展。近幾年液壓傳動應用到大型挖掘機和建筑施工的設備中，所涉及的總的動力常常比最大型的航空系統(tǒng)所需的動力還高。 隨著液壓機械自動化程度的不斷提高，液壓、氣動元件應用數量急劇增加，元件小型化、系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢。特別是近十年來，液壓和氣動技術與傳感技術、微電子技術密切結合，出現了許多諸如電液比例控制閥、數字閥、電液伺服液壓缸等機（液）電一體化元器件，使液壓技術在高壓高速大功率節(jié)能高低噪聲使用壽命長高度集成化等方面取得了重大進展。無疑，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計（CAD）計算機輔助試驗（CAT）和計算機實時控制也是當前液壓和氣動技術的發(fā)展方向?，F今采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。如發(fā)達國家生產的95%的工程機械、90%的數控加工中心、95%以上的自動生產線都采用了液壓傳動。 摘 要 隨著先進制造技術的發(fā)展和進步，數控加工已成為機加工過程中的一種主流技術。 這一技術的運用提高了機加工過程中工作效率和加工精度。數控多工位鉆床就是提高鉆 削加工精度和效率的一種很好的機加工工具。數控多工位鉆床的設計，采用了普通車床 設計的步驟和方法，綜合考慮數控機床的特點。從切削力入手確定主軸及電機，到整個 機床的結構設計和機床的控制，最后到對機床初始化程序設計。本設計是基于多軸加工 的普通鉆床改造。為了實現復合工位的加工，現需要對普通鉆床進行多軸頭的設計。普 通鉆床為單軸機床，但安裝上多軸箱就會成為多軸的鉆床，改造成多軸鉆床后，能大大 地縮短加工時間，提高生產效率。因此本設計的重點是多軸箱的設計，設計內容包括齒 輪分布與選用、軸的設計、多軸箱的選用、導向裝置設計等。 關鍵詞： 復合工位；多軸鉆床；生產效率；多軸箱 I Abstract With the manufacturing development, numerical control manufacturing has become one of the major advanced technologies. efficiency and accuracy has been improved in application of the technology. Numerical control auto-drilling machine is a kind of the new machine tools that can improve the machining accuracy and efficiency. The paner has designed for Numerical control auto-drilling machine, using design method of the ordinary lathe, and considering the characteristic of the numerical control machine tools synthetically. cutting force has been calculated, the structural and the control system has been designed. Finally, the software routine has been explored.This paner has finished completed a investigation of internal and external of current situation for numerical control multistage-drilling machine, and compared it, put forward a feasible scheme; completed the mechanical structural design an calculated and designed the electric control system, and finished the software and hardware of the control system tentatively.The design is based on the multi-axis machining of common drilling machine. To accomplish the manufacture of multi-hole, redesigned the drive mechanism of the ordinary drill press. Mono-spindle be changed into a multiple spindle. It will improve its productive efficiency, shorten its processing time if assembled a multiple spindle case on. That so calls a multiple drill. Hereby, the keystone of this design paper is how to design a multiple spindle heads. The design subjects include the selection and distribution of gear wheel, the design of spindle, and the guiding equipment and selection of the multiple spindle heads, etc. Key words: multi-position manufacture; multiple drill press; productive efficiency; multiple spindle heads 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究內容和意義 .1 1.2 國內外的發(fā)展概況 .2 1.2.1 多軸頭 .2 1.2.2 多軸箱 .2 1.2.3 多軸鉆床 .3 1.2.4 自動更換主軸箱機床 .3 1.2.5 多軸加工趨勢 .3 1.3 本課題應達到的要求 .4 2 單工位鉆床改為多工位鉆床 .5 2.1 設計任務 .5 2.2 普通立式鉆床的選型 .5 2.2.1 計算所需電機功率 .5 2.2.2 立式鉆床的確定 .6 3 主傳動齒輪傳動箱的設計 .7 3.1 設計前的準備 .7 3.2 傳動系統(tǒng)的設計與計算 .7 4 多軸箱的結構與零部件的設計 .13 4.1 箱蓋、箱體和中間板結構 .13 4.2 多軸箱軸的設計 .13 5 導向裝置的設計 .28 5.1 導向裝置組成 .28 5.2 導向裝置選擇與設計 .28 6 接桿刀具 .30 7 結論與展望 .31 7.1 結論 .31 7.2 不足之處及未來展望 .31 致 謝 .32 參考文獻 .33 無錫太湖學院學士學位論文 0 1 緒論 1.1 本課題的研究內容和意義 設計是在完成了大學的全部課程之后，進行的一次理論聯系實際的綜合運用，使我 對專業(yè)知識、技能有了進一步的提高，為以后從事專業(yè)技術的工作打下基礎。專用機床 的結構設計和改進是實現產品設計，保證產品質量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段， 合理的專用機床是企業(yè)進行生產準備、計劃調度、加工操作、生產安全、技術檢測和健 全勞動組織的重要依據，也是企業(yè)上品種、上質量、上水平，加速產品更新，提高經濟 效益的技術保證。 本課題為基于復合工位加工機床結構設計，由于零件的生產綱領為大批大量生產， 故將涉及大批量加工的工藝規(guī)程設計、專用機床和專用夾具設計等，尤其隨著工業(yè)的發(fā) 展，大型復雜的多軸、多工位加工更是引人注目。結合多軸、多工位加工不但可以擴大 加工范圍，而且在提高精度的基礎上還能大大地提高工效。完成該課題是對我們大學期 間所學知識進行一次全面的專業(yè)訓練，可以培養(yǎng)我們掌握如何運用過去所學知識去解決 生產中實際問題的方法，增強從事本專業(yè)實際工作所必需的基本能力和開發(fā)研究能力， 可以提高我們的專業(yè)素質，為今后走上工作崗位打下一個良好的基礎，因而，其對我們 實踐能力的提高和進行企業(yè)專用機床的技術改造均具有十分重要的意義。 組合機床上的通用部件和標準零件約點全部機床零部件總量的70-80，因此設計 和制造周期短，經濟效益好。由于組合機床目的通用部件和標準零件自動化程度高，因 而比通用機床生產效率高，產品質量穩(wěn)定勞動強度低。組合機床的通用部件是經過周密 設計和長期生產實踐考驗的，又有專門廠家成批生產，它與一般專用機床比較，其結構 穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。組合機床加工工件，由于采用專用夾具組合刀具和 導向裝置等，產品加工質量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術水平要求不高。當機床 被加工的產品更新時，專用機床的大部件要報廢。組合機床的通用部件是根據國家標準 設計的，并等效于國際標準，因此，其通用部件可以重復使用。不必加行設計和制造。 組合機床易于聯成結合機床自動線，以適應大規(guī)模和自動化生產需要。 據統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余 時間是看圖、裝卸工件、調換刀具、操作機床、測量以及清除鐵屑等等。使用數控機 床雖然能提高85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產率高，但加工相同的零件，其 成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點， 就鉆削加工而言，多軸加工是一種通過少量投資來提高生產率的有效措施。 專用機床總體設計-三圖一卡 “被加工零件工序圖 ”-它是組合機床的設計的主要 依據，它是制造使用，檢修和調整機床的重要技術條件繪制加工示意圖-它是刀具夾具， 多軸箱，液壓電器裝置設計及通用部件選擇主要原始資料，它是調整機床，刀具及試車 依據。繪制聯系和運動關系及檢驗機床各部件相對位置及聯系-是滿足加工要求、進一 步開展主軸箱及夾具等專用部件和零件設計的主要依據。相對生產率計算卡-它用來反 映機床的加工過程，完成這一動作所需要的時間，切削用量，機床生產率及機床負荷率。 基于多軸加工的普通鉆床改造 1 專用機床主軸箱設計，按專用要求進行設計，由通用零件組成，其主要作用是根據 被加工零件的要求，安排各主軸位置并將動力和運動由電機或動力部件傳給各主軸，使 之得到要求的轉速，機床主軸箱選用 400*400，中間傳動軸帶動主軸傳動。 專用機床設計是按系列化標準化設計的由大量的通用部件和少量的專用部件組合的 工序集中的高效率專用機床。它能對工件進行多刀，多軸，多面，多工位，同時加工。 隨著組合機床技術的發(fā)展，它以工藝范圍日益擴大。 1.2 國內外的發(fā)展概況 雖然不可調式多軸頭在自動線中早有應用，但只局限于大批量生產。即使采用可調 式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠不能滿足批量小、孔型復雜的要求。尤其隨著工業(yè)的 發(fā)展，大型復雜的多軸加工更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板 有 15000 個 20 孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要 842.5 小時，另外還 要劃線工時 151.1 小時。但若以數控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要 171.6 小時，劃線也 簡單，只要 1.9 小時。因此，利用數控控制的二個坐標軸，使刀具正確地對準加工位置， 結合多軸加工不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎上還能大大地提高工效， 迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機 30 種箱形與桿形零件的 2000 多個鉆孔操作中，有 40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭 加工，平均可減少 20%的加工時間。1975 年法國巴黎機床展覽會也反映了多軸加工的使 用愈來愈多這一趨勢。 多工位加工是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工 一個孔。這不僅縮短切削時間，提高零件加工精度，減少零件的裝夾或定位時間，并且 在數控機床加工程序的編制中不必計算坐標，減少了字塊數而簡化編程。它可以采用以 下一些設備進行加工：立式鉆床或搖臂鉆床上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床以及 自動更換主軸箱機床等。甚至可以通過二個能自動調節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結合數控 工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F在就這 方面的現狀作一簡介。 1.2.1 多軸頭 從傳動方式來說主要有齒輪傳動與萬向聯軸節(jié)傳動二種。這是大家所熟悉的。前者 效率較高，結構簡單，后者易于調整軸距。從結構來說有不可調式與可調式二種。前者 主、從動軸間軸距不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產。為了擴大其加工 適應性，發(fā)展了可調式多軸頭，其在一定范圍內可調整軸距。它主要結構形式有兩種： （1）具有對準裝置的主軸。主軸裝在可調支架中，而可調支架能在殼體的 T 形槽中移動， 并能在對準的位置以螺栓固定。（2）具有較小公差的圓柱形主軸。主軸通過襯套固定在 與零件孔型相同的模板中。前一種適用于批量較小且孔系是規(guī)則分布的工件（如孔系分 布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大的機械加工中，其剛性較好，孔距精 度亦高，但不同孔型需要不同的模板。 多軸頭可以裝在立式鉆床或搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進行工作。 這種多軸加工方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關系，使用范圍有限。 無錫太湖學院學士學位論文 2 1.2.2 多軸箱 也像多軸頭那樣作為標準部件生產。美國 Secto 公司標準齒輪箱、多軸箱等設計的不 可調式多軸箱。有 32 種規(guī)格，加工面積從 300 300 毫米到 600 1050 毫米，工作軸達 60 根，動力達 22.5 千瓦。Romai 工廠生產的可調多軸箱調整方便，只要先把齒輪調整到接 近孔型的位置，然后把與它聯接的可調軸移動到正確的位置。因此，這種結構只要改變 模板，就能在一定范圍內容易地改變孔型，并且可以達到比普通多軸箱更小的孔距。 根據成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機床很適用于大中批量生產。為了在 加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數點：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走 鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性， 以便一組使用，另一組刃磨與調整，從而縮短換刀停機時間。（4）使用優(yōu)質刀具，監(jiān)視 刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。（5）尺寸超差時能立即發(fā)現。 1.2.3 多軸鉆床 這是一種能滿足多軸加工要求的鉆床。諸如導向、功率、進給、轉速與加工范圍等。 巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個工作循環(huán)如快進、工進與清除鐵屑 等都是自動進行。值得注意的是，多數具有單獨的變速機構，這樣可以適應某一組孔中 不同孔徑的加工需要。 1.2.4 自動更換主軸箱機床 為了中小批量生產合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換主軸箱組合機床。 自動更換主軸機床 自動更換主軸機床頂部是回轉式主軸箱庫，掛有多個不可調主軸箱?？v橫配線盤予 先編好工作程序，使相應的主軸箱進入加工工位，定位緊并與動力聯接，然后裝有工件 的工作臺轉動到主軸箱下面，向上移動進行加工。當變更加工對象時，只要調換懸掛的 主軸箱，就能適應不同孔型與不同工序的需要。 多軸轉塔機床 轉塔上裝置多個不可調或萬向聯軸節(jié)主軸箱，轉塔能自動轉位，并對夾緊在回轉工 作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉，可以加工工件的多個面。因為轉塔不宜過大， 故它的工位數一般不超過 46 個。且主軸箱也不宜過大。當加工對象的工序較多、尺寸 較大時，就不如自動更換主軸箱機床合適，但它的結構簡單。 自動更換主軸箱組合機床 它由自動線或組合機床中的標準部件組成。不可調多軸箱與動力箱按置在水平底座 上，主軸箱庫轉動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫轉動與進給動作都按 標準子程序工作。換主軸箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉工作臺，以便加工 工件的各個面。好果回轉工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產自動化。在可變生產系 統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。 數控八軸落地鉆床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達 15000 個，它與支撐板聯接在一起加工。孔徑為 20 毫米，孔深 180 毫米。采用具有內冷卻管道的麻花鉆，57MPa 壓力的冷卻液可直接 進入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成 90供自動定心。它比普通麻花鉆耐用，且進給量 基于多軸加工的普通鉆床改造 3 大。為了縮短加工時間，以 8 軸數控落地加工。 1.2.5 多軸加工趨勢 多軸加工生產效率高，投資少，生產準備周期短，產品改型時設備損失少。而且隨 著我國數控技術的發(fā)展，多軸加工的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。 1.3 本課題應達到的要求 通過實際調研和采集相應的設計數據、閱讀相關資料相結合，在對金屬切削加工、 金屬切削機床、機械設計與理論及液壓與氣動傳動等相關知識充分掌握后，分析鉆削加 工的特點，設計多工位加工的多軸鉆床，經反復對各方案對比分析，采用以專用機床與 專用夾具為主組成生產流水線，提高機械加工效率以節(jié)省勞動時間。通過實驗分析多軸 加工的特點，改進專用機床的結構設計，并采用動作迅速并安全可靠的機構。 金屬切削加工過程中的機床工作臺驅動、工件夾緊等方面的相關數據，結合液壓與 氣動傳動的相關理論知識，完成液壓傳動方案分析及液壓原理圖的擬定，設計液壓專用 夾具的驅動、夾緊裝置，并進行主要液壓元件的設計與選擇及傳動系統(tǒng)的驗算校核等， 來達到產品的最優(yōu)化設計。 針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數確定及計 算問題，綜合所學的機械理論設計與方法、機械加工工藝文件編制及實施等方面的知識， 設計出一套適合于實際的零件加工工藝路線，從而實現適合于現代加工制造業(yè)、夾緊裝 置的優(yōu)化設計。 適用某廠的復合工位專用加工生產線的優(yōu)化設計，根據加工對象的具體工藝要求來 合理地改進多軸鉆床的結構形式，力求在不影響加工的前提下最大限度的提高機械加工 效率以節(jié)省勞動時間，并降低工人的勞動強度和企業(yè)的生產成本。 無錫太湖學院學士學位論文 4 2 單工位鉆床改為多工位鉆床 2.1 設計任務 在一批鑄鐵連接件上，其同一個表面上有多個孔需要進行加工。在普通立式鉆床上 進行孔系的加工，通常是一個孔一個孔的鉆削，生產效率低，用非標設備，即組合機床 加工，生產效率高，但設備投資大。 但把一批普通立式普通單軸鉆床改造為立式多軸鉆床，改造后的多軸鉆床，可以同 時完成多個孔的鉆、擴、鉸、等工序。設計程序介紹如下： 2.2 普通立式鉆床的選型 2.2.1 計算所需電機功率 待加工的零件圖如圖 2.1 所示： 圖 2.1 為工件零件圖，其技術要求和生產批量如下： 材料：鑄鐵 HT200；料厚：40mm；硬度：HBS170-240HBS； 年產量：1000 萬件；4-6.7 尺寸精度 IT13。 確定四個孔同時加工時所需的軸向力，根據機械加工工藝手冊表 2.3 可知： 式 2-1FFZYXVfdC0 圖 2.1 待加工零 件 基于多軸加工的普通鉆床改造 5 式中： -切削力系數，查表得：738.7/457.1=1.62；FC -麻花鉆鉆頭直徑，單位為 mm，根據已知條件為 7mm；0d -背吃刀量影響指數，查表得：0.667/0.716=0.93 ；FX -進給量,單位為 mm/r，計算得：0.14mm；f -進給量影響指數，查表得： 1.233/1.231=1；Y -切削速度，單位為 m/min，查表得：8.3m/min；V -切削速度影響指數，查表得：0.248/0.258=0.96；FZ 則 =1.055N0.9310.96416278F 所需電機功率： kW75.5.VP 2.2.2 立式鉆床的確定 根據上面計算所需電機的功率，現選用 Z525 立式鉆床，其主要技術參數如表 2-1 所示： 表 2-1 Z525 立式鉆床主要技術參數 型 號技 術 規(guī) 格 Z525 最大鉆孔直徑（mm） 25 主軸端面至工作臺距離(mm) 0-700 主軸端面至底面距離(mm) 750-110 主軸中心至導軌距離(mm) 250 主軸行距(mm) 175 主軸孔莫氏解錐度 3 號 主軸最大扭轉力矩(N m) 245.25 主軸進給力(N) 8829 主軸速(r/mm 轉 ) 97-1360 主軸箱行程(mm) 200 進給量(mm/r) 0.1-0.8 工作臺行程(mm) 325 工作臺工作面積(mm2) 500 375 主電動機功率(kw) 2.8 無錫太湖學院學士學位論文 6 3 主傳動齒輪傳動箱的設計 3.1設計前的準備 （1）大致了解工件上被加工孔為 4 個 7 的孔。毛坯種類為灰鑄鐵的鑄件，由于 石墨的潤滑及割裂作用，使灰鑄鐵很易切削加工，屑片易斷，刀具磨損少，故可選用 硬質合金錐柄麻花鉆（GB10946-89）。 （2）切削用量的確定 根據金屬切削加工手冊表 27 可知： 切削速度 m/min,進給量 mm/r21cV0.f 則切削轉速 r/min987.61432dVns 根據 Z525 機床說明書，取 r/min90s 故實際切削速度為： m/min2.01967.43wcdnV （3）確定加工時的單件工時 一般 為 5-10mm，取 10mm切 入L mm2.10837.631dL切 出 mm40加 工 加工一個孔所需時間： 1 40.2.598min967mwLtnf切 入 切 出 加 工 單件時工時： 14.58.3imt 3.2 傳動系統(tǒng)的設計與計算 根據零件的技術要求及結構特點，主傳動的傳動方式選定為齒輪傳動，齒輪結構 的布局初定為外嚙合。 （1）齒輪分布方案確定： 根據零件圖的分析，多軸箱齒輪分布初定有以下兩種形式，分別如圖 3.1 和圖 3.2 所示。 根據通常采用的經濟而又有效的傳動是：用一根傳動軸帶支多根主軸。因此，本 設計中采用了圖 3.2 所示的齒輪分布方案。 （2）明確主動軸、工作軸和惰輪軸的旋轉方向，并計算或選定其軸徑大小。 基于多軸加工的普通鉆床改造 7 因為所選定的 Z535 立式鉆床主軸是左旋，所以工作軸也為左旋，而惰輪軸則為右 旋。 根據表 3-1 確定工作軸直徑,其由機械設計表 8/97 可得: 表 3-1加工孔徑與工作軸直徑對應表（mm） 因為加工孔徑為 7mm，所以工作軸直徑選 15mm。 主動軸和惰輪軸的直徑在以后的軸設計中確定。 排出齒輪傳動的層次，設計各個齒輪。 本設計的齒輪傳動為單層次的齒輪外嚙合傳動，傳動分布圖如圖 3.2 所示。 在設計各個齒輪前首先明確已知條件：電機輸入功率 kW,齒輪轉速8.21P r/min, 齒輪 轉速 r/min，假設齒輪、的傳動比均為1360n 9603n i=0.84，即齒輪比 u=1.2，工作壽命 15 年（每年工作 300 天） ，兩班制。 選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數： 選用直齒輪圓柱齒輪傳動； 多軸箱為一般工作機器，速度不高，故選用 7 級精度（GB10095-88 ） ； 材料選擇 由表 10-1文獻 4選擇齒輪材料為 40Cr（調質） ，硬度為 280HBS，齒輪材料 為 45（調質） ，硬度為 240HBS，齒輪材料為 45（?；?，硬度 210HBS; 選齒輪齒數 ，齒輪 齒數 ，取 。241Z 8.2.1412uZ29Z 按齒面接觸強度設計，由設計計算公式進行試算： 3211 . HEdtt uTKd 加工孔徑 12 1216 1620 工作軸直徑 15 20 25 圖 3.1 齒輪布置方案一 圖 3.2 齒輪布置方案二 無錫太湖學院學士學位論文 8 確定公式內的各計算數值 1)試選載荷系數 ；3.1tK 2)計算齒輪傳遞的轉矩： Nmm45151 1096.13/8.20.9/0.9 nPT 3)由表 10-7 文獻 4選取齒寬系數： =0.5d 4)由表 10-6文獻 4 查得材料的彈性影響系數： MPa8.19EZ 5)由表 10-21d文獻 4 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限： MPa601limH 齒輪的接觸疲勞強度極限： MPa52li 6)由表 10-13文獻 4 計算應力循環(huán)次數： 91 10875.308136060 hjLnN992 6.42/875. 7)由表 10-19文獻 4 查得接觸疲勞壽命系數 ， ；1HNK.2HN 8)計算接觸疲勞許用應力: 取失效概率為 1%，安全系數 ，由式(10-12) 文獻 4 得：1S MPa540169.0limli1 KHHMPa.2.2li2SN 計算 1)試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值:td1H24321 5.819.21096.3.2. Edtt ZuTKdm649.5 2)計算圓周速度 V: m/s81.310649.53.106ndt 3)計算齒 bm2.49.530Hd 基于多軸加工的普通鉆床改造 9 4)計算齒寬與齒高之比 hb/ 模數： m235.4/69.53/1zdmtt 齒高： mm0.2.th359/6453/b 5)計算載荷系數 根據 v=3.81m/s，7 級精度，由圖 10-8文獻 4 查得動載系數 Kv=1.14, 直齒輪，假設 ，由表 10-3文獻 4 查得 ；m/N10/bFKta 2.1FHK 由表 10-2文獻 4 查得使用系數 ；1AK 由表 10-4文獻 4 查得 7 級精度齒輪相對支承非對稱布置時， bdH 3210.6.08.2.1 將數據代入后得： ;82.649.53.1.0. 2K 由 ,查圖 10-13文獻 4得， ；182,3.5/Hhb 1FK 故載荷系數： 574.82.1HVAK 6)按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）文獻 4 得， =53.649 =57.18mmtd13/t3./574. 7)計算模數 m m= =57.18/24=2.4mm1/Z 圓整為 m=2.5mm 按齒根彎曲強度設計 由式（10-5 ） 文獻 4 得彎曲強度的設計公式為 m 321FSadYzkT 確定公式內的各計算數值 由圖 10-20文獻 4 查得齒輪的彎曲疲勞極限 =500Mpa；1FE 齒輪的彎曲疲勞強度極限 =380Mpa2FE 2)由圖 10-18文獻 4 查得彎曲疲勞壽命系數 ;8.0,5.21FNFNK 無錫太湖學院學士學位論文 10 3)計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數 S=1.4,由式（10-12）文獻 4 得： = = =303.57Mpa1FSKFEN14.508 = = =238.86MPa22.3 4)計算載荷系數 532.1.21.FVAKK 5) 查取齒形系數 由表 10-5文獻 4 查得 53.,6.221FaFaY 6)查取應力校正系數 由表 10-5文獻 4 查得 .1,8.21sasa 7）計算齒輪、的 并加以比較FSY = =0.013791Sa57.3086 = =0.017162FSaY.2 齒輪的數值大。 設計計算 m mm32 40176.5.096125. 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數 m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算 的模數，由于齒輪模數 m 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸 疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數與齒數的乘積）有關，可取由彎 曲強度算得的模數 1.5。在零件圖中可知，主動軸與惰輪軸的中心距為 51mm，即齒輪 、完全嚙合的中心距，得： m( )=5121Z 1.5 ( )=51.1 =31, =37Z2 惰輪軸與工作軸的中心距為 61.5mm，即齒輪與齒輪完全嚙合時中心距，即 基于多軸加工的普通鉆床改造 11 m( )=61.523Z 1.5 ( )=61.57 =453Z 幾何尺寸計算 計算分度圓直徑： = m=31 1.5=46.5mm1d = m=37 1.5=55.5mm2Z = m=45 1.5=67.5mm3 計算中心距 a=51mm,a =61.5mm 計算齒輪齒寬 mm75.3.6501db 取 m2,30,m5323BB 驗算 Ft= = =819.2N1dT0.48196 4 = =35.66N/mm100N/mm bFKtA25. 故合格。 無錫太湖學院學士學位論文 12 4 多軸箱的結構與零部件的設計 多軸箱的傳動方式為外嚙合，齒輪傳動的排列層次為一層。 4.1 箱蓋、箱體和中間板結構 (1)箱體選用 240mm 200mm 長方形箱體，箱蓋與之匹配。箱體材料為 HT20-40, 箱蓋為 HT15-33。 (2)中間板的作用：箱內部分是軸承的支承座，伸出箱外的部分是導向裝置中的滑 套支承座，為便于設計人員選用，已將中間板規(guī)范為 23mm 和 28mm 兩種厚度的標準， 現選用 23mm 厚的中間板，材料為 HT15-33。 4.2 多軸箱軸的設計 (1)主動軸的設計 軸材料的選擇 表 15-3文獻 4 軸材料選用 45 鋼，調質處理。 軸徑的確定 根據公式 d (15-2) 文獻 40A3nP 式中 = ,查表 15-3文獻 4 ， 取 1100A2.095T0A d110 =13.9mm,取 d=25mm31608.2 軸結構設計 初步擬定主動軸的結構如圖 4.1 所示。 選擇滾動軸承 因為軸承同時受有徑向載荷及軸向載荷，故前、后端均選用單列向心球軸承，由 圖 4.1 主動軸結構圖 基于多軸加工的普通鉆床改造 13 圖 4.3 主動軸的載荷分析圖 表 1-14文獻 3 ，選用 7204c 軸承。 軸上各段直徑，長度如圖 4.1 所示。 鍵的確定 因為齒輪寬為 35mm,所以選用 8 7 22 平鍵，表 6-1文獻 4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15-2文獻 4 ，取軸端倒角 2 450,各軸肩的圓角半徑為 R=1.0mm. 按彎扭合成校核軸的強度 作出軸的計算簡圖，如圖 4.2 所示。 軸上扭轉力矩為 M=9549 =9549 =19.7NmmnP13608.2 圓周力為 Py= = =1970NdM327.9 徑向力為 Pz=0.48 Py=0.48x1970=945.6N 圖 4.2 主動軸受力簡圖 無錫太湖學院學士學位論文 14 根據軸的計算簡圖，分別作出軸的扭矩圖、垂直圖的彎矩 My 圖和水平平面內的 彎矩 Mz 圖，如圖 4.3 所示。從圖中可知，截面 E 為危險截面，在截面 E 上，扭矩 T 和合成彎矩 M 分別為 T=19.7Nm; M= = =39.3Nm2zyM24.3517 軸材料選用 45 鋼， =355Mpa,許用應力 = 文獻 5, 為許用應力安全系ssns 數，取 =1.5，則 = =237Mpas5.13 按第三強度理論進行強度校核 公式 W12TM W 為軸的抗彎截面系數，W = - (表 15-4) 文獻 4 32dtb W= =1533.2-105.8=1427.45514. 2 =2TM2323107.910.94.7 =30.8MpaS=1.52S2.351.7 故安全。 截面 E 右側面校核： 抗彎截面系數 W 為： W=0.1d3=0.1x203=800mm 抗扭截面系數 WT 為： WT=0.2d3=0.2x203=1600mm 彎矩 M 及彎曲應力為: M=39300 x =35496.8Nm5.7 = = =44.4MpabWM803496 扭矩 T3 及扭轉應力 為： T3=19700NmT = = =12.3MpaT3167 無錫太湖學院學士學位論文 16 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數 a 及 a 按附表 3-2 查取文獻 4 ，因 = =0.05, = =1.25,經插值后可查得:a ,adr20.1dD2053.26.1 又由附圖 3-1文獻 4可得軸肩材料的敏性系數為：q ，q75081. 故有效應力集中系數按式（附 3-4）文獻 4 為： k 213.75.011a k 5.68q 由附圖 3-2文獻 4 得尺寸系數 由附圖 3-3文獻 4 得扭轉尺寸系數 97.0 軸按磨削加工，由附圖 3-4文獻 4 得表面質量系數為 = =0.92 軸未經表面強化處理，即 ，則按式（3-12）及（3-12）文獻 4 ，得綜合系1q 數值為： = - -1= + =2.09K219.0 = + -1= + =1.6717.53. 計算安全系數： = = =2.96SmaK1 01.409.2 = = =14.7a1 23.5.67. Sca= = =2.9S=1.52S2.149. 故該軸在截面右側面是安全的，又因為軸無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對 稱性，故可略去靜強度校核。 軸承的校核 機床一般傳動軸的滾動軸承失效形式，主要是疲勞破壞，故應進行疲勞壽命計算。 滾動軸承疲勞壽命計算公式： （10-5 ） 文獻 4 PCnLh601 式中： )(Lh額 定 壽 命 基于多軸加工的普通鉆床改造 17 min)/(rn轉 速 ，表 3.8-50文獻 6C額 定 動 載 荷動 載 荷P3 因為所受的軸向力太小，所以忽略不計,Fa=0 所受徑向力 Fr=945.6/2=472.8N 表 3.8-50文獻 6 P=0.41Fr+0.87Pa=0.41 472.8+0.87=193.8Pa =30000h(表 13-3) 文獻 6hLh 641098.193560L 軸承安全。 (2)惰軸的設計 軸材料的選擇 表 15-3文獻 4 軸材料選用 45 鋼，調質處理。 軸徑的確定 根據公式 d (15-2) 文獻 40A3nP =110 ，取 d=20mm8.14.16%9823 軸的結構設計： 根據多軸箱結構可以初步擬定惰輪軸結構，其結構如圖 4.4 所示。 選擇滾動軸承 因為軸承同時受有徑向載荷及軸向載荷，選用單列向心球軸承，由表 1-14文獻 3,選 用 7002c 軸承。 軸上各段直徑，長度如圖 8 所示。 圖 4.4 惰輪軸結構簡圖 無錫太湖學院學士學位論文 18 鍵的確定 因為齒輪寬為 30mm,所以選用 6 6 18 平鍵，表 6-1文獻 4 軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15-2文獻 4 ，取軸端倒角 2 450,各軸肩的圓角半徑為 R=1.0mm。 扭合成校核軸的強度 作出軸的計算簡圖，如圖 4.5 所示。 軸上扭轉力矩為 M=9549 =9549 =23.2NmnP84.0136%92 圓周力為 Py= = =2320NdM32. 徑向力為 Pz=0.48 Py=0.48x2320=1113.6N 根據軸的計算簡圖，分別作出軸的扭矩圖、垂直圖的彎矩 My 圖和水平平面內的 圖 4.5 惰輪軸受力簡圖 圖 4.6 惰輪軸的載荷分析圖 基于多軸加工的普通鉆床改造 19 彎矩 Mz 圖，如圖 4.6 所示。從圖中可知，截面 E 為危險截面，在截面 E 上，扭矩 T 和合成彎矩 M 分別為： T=23.2Nm M= = =32.8Nm2zyM22.34.15 按第三強度理論進行強度校核: 公式 W12T W 為軸的抗彎截面系數，W = - (表 15-4) 文獻 4 32dtb W= =785-81=704026014. =2TM23310.18.7 =70MpaS=1.5 2S28.16 故安全。 截面 E 右側面校核： 抗彎截面系數 W 為： W=0.1d=0.1x15=337.5mm 抗扭截面系數 WT 為： WT=0.2d=0.2x15=675mm 彎矩 M 及彎曲應力為: M=32800 =22707.7Nm3912 = = =67.3MpabWM5.70 扭矩 及扭轉應力 為： =23200Nmm3TT3 = = =34.4MpaT62 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數 a 及 a 按附表 3-2 查取文獻 4 ，因 = =0.07， = =1.33，經插值后可查得:a ,adr150.dD152012.60. 又由附圖 3-1文獻 8可得軸提材料的敏性系數為：q ,q7581. 故有效應力集中系數按式（附 3-4）文獻 4 為： 基于多軸加工的普通鉆床改造 21 k 84.12.75.011aq k 968 由附圖 3-2文獻 4 得尺寸系數 由附圖 3-3文獻 4 得扭轉尺寸系數 0.1 軸按磨削加工，由附圖 3-4文獻 4 得表面質量系數為 = =0.92 軸未經表面強化處理，即 ，則按式（3-12）及（3-12）文獻 4 ，得綜合系q 數值為： K = - -1= + =1.93184.192.0 K = + -1= + =1.58. 計算安全系數： S = = =2.12ma1 01.3679.25 S = = =5.53aK1 24.248. Sca= = =1.99S=1.52S53.1. 故該軸在截面右側面是安全的，又因為軸無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對 稱性，故可略去靜強度校核。 軸承的校核 因為所受的軸向力太小，所以忽略不計,Fa=0 所受徑向力 Fr=1113.6/2=556.8N P=0.41Fr+0.87Pa=0.41 556.8+0.87Pa=229.16Pa 7002c 向心球軸承校核 =30000h(表 13-3) 文獻 6hLh 34860.2684.0136 6L 軸承安全。 （3）工作軸的設計 軸材料的選擇 表 15-3文獻 4 軸材料選用 45 鋼，調質處理。 無錫太湖學院學士學位論文 22 軸徑的確定 在傳動系統(tǒng)的設計與計算中已的工作軸的直徑定為 d=15mm。 軸的結構設計： 根據工作軸的受力需要，初步擬定其結構如圖 4.7 所示。 擇滾動軸承 因為軸承同時受有徑向載荷及軸向載荷，故前、后端均選用單列向心球軸承，又 因工作軸用于鉆削，在后端加單向推力球軸承。由表 1-14文獻 3，單列向心球軸承選 用 102 軸承，后端單向推力球軸承選用 8102 軸承。 各段直徑，長度如圖 11 所示。 鍵的確定 因為齒輪寬為 25mm,所以選用 5 5 20 平鍵，表 6-1文獻 4 軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15-2文獻 4 ，取軸端倒角 2 450,各軸肩的圓角半徑為 R=0.8mm。 扭合成校核軸的強度 作出軸的計算簡圖，如圖 4.8 所示。 圖 4.7 工作軸結構簡圖 圖 4.8 工作軸受力簡圖 基于多軸加工的普通鉆床改造 23 軸上扭轉力矩為 M=9549 =9549 =27.3Nm960%8.2 圓周力為 Py= = =3640NdM315.7 徑向力為 Pz=0.48 Py=0.48 3640=1754.5N 根據軸的計算簡圖，分別作出軸的扭矩圖、垂直圖的彎矩 My 圖和水平平面內的 彎矩 Mz 圖，如圖 4.9 所示。從圖中可知，截面 E 為危險截面，在截面 E 上，扭矩 T 和合成彎矩 M 分別為 T=27.3Nm M= = =54.6Nm2zyM22.497.3 按第三強度理論進行強度校核文獻 5: 公式 W12T W 為軸的抗彎截面系數，W= - (表 15-4) 文獻 4 32dtb W= =331.2-56.3=274.91514. 2 =2TM232310.706.49.7 =222MpaS=1.5 2S2248.5.1 故安全。 截面 E 左側面校核： 抗彎截面系數 W 為： W=0.1d=0.1 15=337.5mm 抗扭截面系數 WT 為： WT=0.2d=0.2 15=675mm 彎矩 M 及彎曲應力為:M=54600Nmm = = =161.8MpabWM5.37460 扭矩 及扭轉應力 為： =27300Nmm3TT3 = = =40.4MpaT62 在附表 3-4文獻 4 用插入法求得軸上鍵槽處的有效應力集中系數：k ，k054.1 由附圖 3-2文獻 4 得尺寸系數 8.0 由附圖 3-3文獻 4 得扭轉尺寸 1 軸按磨削加工，由附圖 3-4文獻 4 得表面質量系數為 = =0.92 軸未經表面強化處理，即 ，則按式（3-12）及（3-12）文獻 4 ，得綜合系q 數值為： = - -1=0+ =0.09K92.0 = + -1= + =1.63541. 計算安全系數： = = =18.89SmaK1 01.8609.27 = = =4.57a1 24.5.243. Sca= = =4.4S=1.52S7.89.1 無錫太湖學院學士學位論文 26 故該軸在截面右側面是安全的，又因為軸無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對 稱性，故可略去。 靜強度校核。 軸承的校核 機床一般傳動軸的滾動軸承失效形式，主要是疲勞破壞，故應進行疲勞壽命計算。 36102 向心球軸承校核 由第一章可知主動軸的軸向力 Fa=4.091N 所受徑向力 Fr=1754.5/2=877.25N (表 3.8-50) 文獻 6 P=0.41Fr+0.87Pa=0.41 877.25+0.87 4.091=363.2N =30000h(表 13-3) 文獻 6hLh 8392.65091L 軸承安全。 8102 推力球軸承校核 P=Fa (表 3.8-54)文獻 4 P=4.091N =30000h(表 13-3) 文獻 6 36091.45hLhL 軸承安全。 基于多軸加工的普通鉆床改造 27 5 導向裝置的設計 5.1 導向裝置組成 導向裝置主要由導柱、導套、彈簧組成。導柱的上端與多軸箱中間板上的導套滑 動配合，下端安裝在夾具的鉆模板上。 5.2 導向裝置選擇與設計 選擇彈簧 考慮到導向裝置一方面對麻花鉆進行導向，另一方面還需要對所加工工件進行夾 緊，它兼有鉆模板的作用，并且為了避免加工中對鉆頭的影響，因此采用了柔性壓板， 設計中采用四根彈簧支撐整個多軸箱，為了確定彈簧的參數，現粗略估算多軸箱重量。 NG9.478.105820418.993 每根彈簧負荷：F=124.5N 選圓柱螺旋壓縮彈簧(表 12) 文獻 7 ，彈簧各參數如下： 彈簧中徑 ,節(jié)距 ，彈簧絲直徑 ，工作圈數m0.162Dm640.t m8.1d ,自由高度 。30n4oH 導柱、導套的選擇 導柱材料為 直徑 16mm,長 303mm,15rGc 導套材料為 20 號鋼。 鉆套的選擇 鉆套用來引導鉆頭、鉸刀等孔加工刀具，增強刀具剛度，并保證被加工孔和工件 其它表面準確的相對位置精度。 根據鉆套的結構和使用特點，主要有四種類型。 （1）固定鉆套 圖 5.1 所示為固定鉆套的兩種形式，該類鉆套外圓以 H7/n6 或 H7/r6 配合，直接壓 入鉆模板上的鉆套底孔內。在使用過程中若不需要更換鉆套（據經驗統(tǒng)計,鉆套一般可 使用 100012000 次） ，則用固定鉆套較為經濟，鉆孔的位置精度也較高。 (2）可換鉆套 當生產批量較大，需要更換磨損的鉆套時，則用可換鉆套較為方便，如圖 5.2 所示。 可換鉆套裝在襯套中，襯套是以 H7/n6 或 H7/r6 的配合直接壓入鉆模板的底孔內，鉆套 外圓與襯套內孔之間常采用 F7/m6 或 F7/k6 配合。 無錫太湖學院學士學位論文 28 (3）快換鉆套 當被加工孔需依次進行鉆、擴、鉸時，由于刀具直徑逐漸增大，應使用外徑相同 而內徑不同的鉆套來引導刀具，這時使用快換鉆套可減少更換鉆套的時間，如圖 5.3 所 示。快換鉆套的有關配合與可換鉆套的相同。更換鉆套時，將鉆套的削邊處轉至螺釘 處，即可取出鉆套。鉆套的削邊方向應考慮刀具的旋向，以免鉆套隨刀具自行拔出。 (4）特殊鉆套 由于工件形狀或被加工孔位置的特殊性，有時需要設計特殊結構的鉆套，如圖 5.4 所示。在斜面上鉆孔時，應采用圖 5.4a 所示的鉆套，鉆套應盡量接近加工表面，并使 之與加工表面的形狀相吻合。如果鉆套較長，可將鉆套孔上部的直徑加大（一般取 0.1mm） ，以減少導向長度。 在凹坑內鉆孔時，常用圖 5.4b 所示的加長鉆套（H 為鉆套導向長度） 。圖 5.4c、d 為鉆兩個距離很近的孔時所設計的非標準鉆套。 根據本零件的加工要求，現選擇如圖所示的鉆套，其可根據不同的工序要求，可 快速地對鉆套進行更換，適合于快速更換加工所用的刀具。 (a)無肩 (b)帶肩 圖 5.1 固定鉆套 1-鉆套 2-襯套 3-鉆模板 4-螺釘 圖 5.2 可換鉆套 圖 5.3 快換鉆 套 （a） （b） （c） （d） 圖 5.4 特殊鉆套 基于多軸加工的普通鉆床改造 29 6 接桿刀具 為了便于麻花鉆頭與多軸箱的聯接，現在四個加工主軸上安裝了連接刀具的裝置- -接桿。 秸稈一端為梯形螺紋，與主動軸的內孔滑動配合，通過鍵傳遞扭矩。在梯形螺紋 段并設計有斜面，以便調整接桿的延伸量來補償刀具的磨損量。接桿另一端的莫氏錐 孔與刀具的莫氏錐柄相配合。 其具體的結構見接桿零件圖。 無錫太湖學院學士學位論文 30 7 結論與展望 7.1 結論 由本文的論述，我們了解到：通過對多軸箱的結構及零部件的設計，在齒輪及各 種輔助零部件方面進行合理設計和選擇，有效提高了加工效率和社會效益，為解決此 類多孔零件的加工問題舉了一個實例。 通過本次畢業(yè)設計，從收集資料到系統(tǒng)方案的設計，再到繪制裝配圖和部分零件 圖，我學到了不少知識，能綜合應用機械設計課程及 AUTOCAD 等系統(tǒng)軟件，進行系統(tǒng) 的機械設計，培養(yǎng)機械設計及制造的技能，并鞏固所學知識，尤其更熟練掌握了 AUTOCAD 繪圖軟件工具。同時，也發(fā)現了自己許多不足的地方，還有待改正和完善，是 自己不斷進步。 7.2 不足之處及未來展望 在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是 通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的 一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來 知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么 東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一個長期積累的過程， 在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。 基于多軸加工的普通鉆床改造 31 致 謝 時間轉眼而逝，經過了幾個月的努力，我終于完成了此次的畢業(yè)設計。想想當初 剛拿到這個課題時，根本對此一無所知，還好在經過了老師的講解和查閱相關資料后， 慢慢的了解了這個課題。 這篇論文是在韓邦華老師的悉心指導和嚴格要求下完成的，從課題的選擇到具體 的寫作過程，無不凝聚了韓老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文寫作期間，韓老師為 我提供了各種專業(yè)知識上的指導和一些富有創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關懷， 我不會這么順利的完成我的畢業(yè)論文。在此再次向韓老師表示深深的感謝和崇高的敬 意。韓老師不辭辛勞地定期與我們碰面，為我們講授相關知識，使我們獲益良多。 當然，在寫這篇論文的時候，我也遇到過相當多的困難。在經過韓老師的指導和 自己的研究后，最終還是克服了這些困難，完成了我的畢業(yè)設計。在做這篇論文的時 候，需要用到很多的專業(yè)知識，所以我非常感謝在這幾年中給予了我?guī)椭椭笇У乃?有老師，感謝他們幾年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認真負責， 在他們的悉心幫助和教育下，使我能夠很好的掌握和運用這些專業(yè)知識，并在實際設 計中得以體現，順利的完成畢業(yè)論文。 我覺得這次的畢業(yè)設計對我的影響很大。它不僅讓我這四年來學到的知識得以應 用，而且也很好地鍛煉了我分析事物，解決困難的能力。同時，也教會我對待什么事 情都要腳踏實地，進一步培養(yǎng)了我獨立思考的能力，增長了我的實踐經驗，為我以后 走向工作崗位能獨立擔任某項工作打下了堅實的基礎。 最后，我還要借此機會向我還要感謝同組的各位同學，在畢業(yè)設計的這段時間里， 你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示 深深地感謝。同時，在論文寫作過程中，我還參考了有關的書籍和論文，在這里一并 向有關的作者表示謝意。 無錫太湖學院學士學位論文 32 參考文獻 1 王先逵. 機械加工工藝設計實用手冊( 第二冊)M. 北京 :機械工業(yè)出版社, 1998. 2 李益民. 機械制造工藝設計簡明手冊M. 湛江海洋大學印 , 2003. 3 大連組合機床研究所. 組合機床設計( 第一冊)機械部分M. 北京:機械工業(yè)出版社, 1978. 4 濮良貴, 紀名剛. 機械設計( 第七版)M. 北京:高等教育出版社, 2002. 5 劉鴻文. 材料力學(第三版上冊 )M. 北京:高等教育出版社, 2001. 6 李洪. 實用機床設計手冊M. 北京: 遼寧科學技術出版社, 1999. 7 馮炳堯, 韓泰榮, 蔣文森. 模具設計與制造簡明手冊( 第二版)M. 上海:上海科學技術出版社,2000. 8 吳慧媛. 零件制造工藝與裝備M. 電子工業(yè)出版, 2010. 9 艾興, 肖詩剛. 切削用量手冊M. 機械工業(yè)出版社, 1985. 10 李益民. 機械制造工藝設計簡明手冊M. 機械工業(yè)出版社 , 199