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基于多轴加工的普通钻床改造设计【12张图纸】【优秀】

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摘要

　　　随着先进制造技术的发展和进步，数控加工已成为机加工过程中的一种主流技术。这一技术的运用提高了机加工过程中工作效率和加工精度。数控多工位钻床就是提高钻削加工精度和效率的一种很好的机加工工具。数控多工位钻床的设计，采用了普通车床设计的步骤和方法，综合考虑数控机床的特点。从切削力入手确定主轴及电机，到整个机床的结构设计和机床的控制，最后到对机床初始化程序设计。本设计是基于多轴加工的普通钻床改造。为了实现复合工位的加工，现需要对普通钻床进行多轴头的设计。普通钻床为单轴机床，但安装上多轴箱就会成为多轴的钻床，改造成多轴钻床后，能大大地缩短加工时间，提高生产效率。因此本设计的重点是多轴箱的设计，设计内容包括齿轮分布与选用、轴的设计、多轴箱的选用、导向装置设计等。　

关键词：复合工位；多轴钻床；生产效率；多轴箱

摘要III

AbstractIV

目录V

1 绪论1

1.1本课题的研究内容和意义1

1.2国内外的发展概况2

1.2.1多轴头2

1.2.2 多轴箱2

1.2.3多轴钻床3

1.2.4 自动更换主轴箱机床3

1.2.5多轴加工趋势3

1.3本课题应达到的要求4

2 单工位钻床改为多工位钻床5

2.1设计任务5

2.2 普通立式钻床的选型5

2.2.1 计算所需电机功率5

2.2.2 立式钻床的确定6

3 主传动齿轮传动箱的设计7

3.1　设计前的准备7

3.2 传动系统的设计与计算7

4 多轴箱的结构与零部件的设计13

4.1箱盖、箱体和中间板结构13

4.2多轴箱轴的设计13

5 导向装置的设计28

5.1导向装置组成28

5.2导向装置选择与设计28

6 接杆刀具30

7 结论与展望31

7.1 结论31

7.2 不足之处及未来展望31

致谢32

参考文献33

1 绪论

1.1本课题的研究内容和意义

　　　毕业设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。专用机床的结构设计和改进是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，合理的专用机床是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。

　　　本课题为基于复合工位加工机床结构设计，由于零件的生产纲领为大批大量生产，故将涉及大批量加工的工艺规程设计、专用机床和专用夹具设计等，尤其随着工业的发展，大型复杂的多轴、多工位加工更是引人注目。结合多轴、多工位加工不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效。完成该课题是对我们大学期间所学知识进行一次全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用过去所学知识去解决生产中实际问题的方法，增强从事本专业实际工作所必需的基本能力和开发研究能力，可以提高我们的专业素质，为今后走上工作岗位打下一个良好的基础，因而，其对我们实践能力的提高和进行企业专用机床的技术改造均具有十分重要的意义。

　　　组合机床上的通用部件和标准零件约点全部机床零部件总量的70％--80％，因此设计和制造周期短，经济效益好。由于组合机床目的通用部件和标准零件自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定劳动强度低。组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。组合机床加工工件，由于采用专用夹具组合刀具和导向装置等，产品加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部件要报废。组合机床的通用部件是根据国家标准设计的，并等效于国际标准，因此，其通用部件可以重复使用。不必加行设计和制造。组合机床易于联成结合机床自动线，以适应大规模和自动化生产需要。

　　　据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量　以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，多轴加工是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。

　　　专用机床总体设计----三图一卡①“被加工零件工序图”--它是组合机床的设计的主要依据，它是制造使用，检修和调整机床的重要技术条件②绘制加工示意图--它是刀具夹具，多轴箱，液压电器装置设计及通用部件选择主要原始资料，它是调整机床，刀具及试车依据。③绘制联系和运动关系及检验机床各部件相对位置及联系--是满足加工要求、进一步开展主轴箱及夹具等专用部件和零件设计的主要依据。④相对生产率计算卡--它用来反映机床的加工过程，完成这一动作所需要的时间，切削用量，机床生产率及机床负荷率。

　　　专用机床主轴箱设计，按专用要求进行设计，由通用零件组成，其主要作用是根据被加工零件的要求，安排各主轴位置并将动力和运动由电机或动力部件传给各主轴，使之得到要求的转速，机床主轴箱选用400*400，中间传动轴带动主轴传动。

　　　专用机床设计是按系列化标准化设计的由大量的通用部件和少量的专用部件组合的工序集中的高效率专用机床。它能对工件进行多刀，多轴，多面，多工位，同时加工。随着组合机床技术的发展，它以工艺范围日益扩大。

1.2国内外的发展概况

　　　虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的多轴加工更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有15000个ψ20孔，若以摇臂钻床加工，单单钻孔与锪沉头孔就要842.5小时，另外还要划线工时151.1小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要171.6小时，划线也简单，只要1.9小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合多轴加工不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机30种箱形与杆形零件的2000多个钻孔操作中，有40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少20%的加工时间。1975年法国巴黎机床展览会也反映了多轴加工的使用愈来愈多这一趋势。

　　　多工位加工是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高零件加工精度，减少零件的装夹或定位时间，并且在数控机床加工程序的编制中不必计算坐标，减少了字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立式钻床或摇臂钻床上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床以及自动更换主轴箱机床等。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。

1.2.1多轴头

　　　从传动方式来说主要有齿轮传动与万向联轴节传动二种。这是大家所熟悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式二种。前者主、从动轴间轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其加工适应性，发展了可调式多轴头，其在一定范围内可调整轴距。它主要结构形式有两种：（1）具有对准装置的主轴。主轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的T形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。（2）具有较小公差的圆柱形主轴。主轴通过衬套固定在与零件孔型相同的模板中。前一种适用于批量较小且孔系是规则分布的工件（如孔系分布在不同直径的圆周上）。后一种适用于批量较大的机械加工中，其刚性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。

　　　多轴头可以装在立式钻床或摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种多轴加工方法，由于钻孔效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。

1.2.2 多轴箱

也像多轴头那样作为标准部件生产。美国Secto公司标准齿轮箱、多轴箱等设计的不可调式多轴箱。有32种规格，加工面积从300300毫米到6001050毫米，工作轴达60

QQ截图20131122220843.gif

基于多轴加工的普通钻床改造设计.gif

内容简介：: 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目基于多轴加工的普通钻床改造 2、专题 -多轴传动的机构设计二、课题来源及选题依据课题来源为无锡某机械有限公司。通过毕业设计是为了培养学生开发和创新机械产品的能力，要求学生能够结合普通钻床加工特性，针对实际使用过程中存在的问题，综合所学的机械理论设计与方法，对单轴普通钻床根据多轴加工要求进行改进，从而达到提高生产效率的目的。在设计传动件时，在满足产品工作要求的情况下，应尽可能多的采用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：该部件工作时，能运转正常；拟定工作机构和传动系统的运动方案，并进行多方案对比分析；当电动机输入功率时，对主要工作机构进行运动和动力分析；设计基于多轴加工的传动系统结构图1张；设计绘制零件工作图若干；编制设计说明书1份。四、接受任务学生：机械97 班姓名黄强五、开始及完成日期：自2012年11月14日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长签名系主任签名2012年11月14日II无无锡锡太太湖湖学学院院 20132013 届届毕毕业业作作业业周周次次进进度度计计划划、检检查查落落实实表表系别：信机系班级：机械97 学生姓名：黄强课题（设计）名称：基于多轴加工的普通钻床改造周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法1-32012.11.14-2012.12.2下达毕业设计任务实习实训，参与工作存在问题：对于实际操作不是很了解。改进方法：参与工作，逐渐了解，参与其中。4-102012.12.3-2013.1.20填写毕业设计开题报告填写毕业设计开题报告存在问题：对课题难易程度理解不够，难点分析不足，分析能力欠缺，许多问题不是很明白。改进方法：在指导老师的帮助下，进一步消化本课题。11-142013.1.21-2013.3.15检查毕业设计准备情况修改完善毕业设计开题报告存在问题：对课题难点分析不足，分析能力欠缺，对课题理解不深，头脑里没设计的东西的概念改进方法：在指导老师的帮助下，整改开题报告。152013.3.18-2013.3.22查阅参考资料查阅与设计有关的参考资料不少于10本，其中外文不少于2本存在问题：由于工作原因，空闲时间很少，查阅资料太少。改进方法：利用一切时间，去图书馆和网上查找相关资料162013.3.25-2013.3.29传动箱的设计确定箱体结构，计算所需各种尺寸存在问题：缺乏实际操作经验，制定的工艺方案不合理。改进方法：多去咨询师傅了解实际生产过程，重新确立合理的工艺方案。172013.4.2-2013.4.6多轴箱的设计确定箱体结构，计算所需各种尺寸存在问题：箱体结构设计不合理，尺寸计算有误差公式运用错误。对设计数据不了解改进方法：查阅多种参考资料，改进箱体结构，提高计算正确率。182013.4.9-2013.4.13导向装置的设计确定装置结构，计算所需各种尺寸存在问题：缺乏生产经验，对导向装置选取不合理改进方法：多了解实际生产过程，重新确立合理的方案。系别：信机系班级：机械97 学生姓名：黄强课题（设计）名称：基于多轴加工的普通钻床改造192013.4.16-2013.4.20装配图初步绘制多轴箱装配图存在问题：对CAD运用不熟悉，画图速度较慢改进方法：重新确定合理的表达视图，多加运用绘图软件，提高画图速度202013.4.23-2013.4.27装配图修改多轴箱装配图存在问题：2D装配图中部分标准件画法不正确，尺寸不精确。改进方法：按机械制图要求改正不正确的画法，修改尺寸。212013.4.30-2013.5.4完成零件图绘制多轴箱零件图，不少于5个存在问题：2D装配图中技术要求填写不合理，明细栏填写不正确。改进方法：按机械制图要求改正不当之处。222013.5.7-2013.5.11说明书、摘要、小结修改设计说明书、摘要和小结存在问题：说明书的格式不规范，摘要不合理，关键词不恰当。改进方法：根据说明书规范要求更改，重新按要求编写摘要。232013.5.14-2013.5.18检查、指导设计说明书、摘要和小结编写完成设计说明书、摘要和小结存在问题：说明书的格式不规范，摘要不合理，关键词不恰当。改进方法：根据说明书规范要求更改，重新按要求编写摘要。242013.5.21-2013.5.25上交资料、答辩整理所有资料上交指导教师，答辩资料整理欠合理，按学院要求整理并装订，进行答辩说明： 1、“工作计划、进度”、“指导教师意见并签字”由指导教师填写，“每周主要完成内容”，“存在问题、改进方法”由学生填写。 2、本表由各系妥善归档，保存备查。存档编码：开始日期:2012年11月7日指导教师意见并签字备注无无锡锡太太湖湖学学院院 20132013 届届毕毕业业作作业业周周次次进进度度计计划划、检检查查落落实实表表开始日期:2012年11月7日说明： 1、“工作计划、进度”、“指导教师意见并签字”由指导教师填写，“每周主要完成内容”，“存在问题、改进方法”由学生填写。 2、本表由各系妥善归档，保存备查。无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：基于多轴加工的普通钻床改造 -多轴传动机构设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923835 学生姓名：黄强指导教师：韩邦华（职称：副教授）（职称：）2012年11月14日课题来源无锡某企业生产实际。科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）本课题为基于多轴加工的普通钻床改造，由于零件的生产纲领为大批大量生产，故将涉及大批量加工的工艺规程设计、专用机床和专用夹具设计等，尤其随着工业的发展，大型复杂的多轴、多工位加工更是引人注目。结合多轴加工不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效。完成该课题可对我们大学期间所学知识进行一次全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用过去所学知识去解决生产中实际问题的方法，增强从事本专业实际工作所必需的基本能力和开发研究能力，可以提高我们的专业素质，为今后走上工作岗位打下一个良好的基础。研究内容本课题的专题是基于多轴加工的普通钻床改造。钻床被广泛用于大、中批量零件如：汽车、拖拉机、摩托车等行业的汽缸体、变速箱壳体、杠杆拨叉等加工领域。为了适应大批量生产，专用基于多轴加工、多工位钻削加工具有较大的优势，它按照孔的分布位置实行一次加工，从而保证了各孔间的位置及尺寸精度。对于在大批量生产模式下的金属切削加工应保证快速并且稳定，必需设计出高效率的专用加工设备，并要做到最合理，这样才能保证加工质量和提高生产率。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析在毕业实习调研以及查阅有关资料的基础上，结合钻削加工的特点，设计多工位加工的多轴钻床，经反复对各方案对比分析，采用以专用机床与专用夹具为主组成生产流水线，提高机械加工效率以节省劳动时间。通过实验分析多轴加工的特点，改进专用机床的结构设计，并采用动作迅速并安全可靠的机构。研究计划及预期成果通过现场调研、模拟、建模、实验和机器调试，根据加工对象的具体工艺要求来合理地改进多轴钻床的结构形式，提高机械加工效率以节省劳动时间，并降低工人的劳动强度和企业的生产成本。特色或创新之处适用于本厂的某加工生产线的优化设计，力求在不影响加工的前提下最大限度的减少成本，并降低工人的劳动强度和生产成本。已具备的条件和尚需解决的问题针对实际机械加工过程中存在的工时定额问题，综合所学的机械理论设计、方法及工艺装备，提高机械零件加工的精度及工艺成本，进而提升学生开发和创新机械产品的能力。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日III摘摘要要随着先进制造技术的发展和进步，数控加工已成为机加工过程中的一种主流技术。这一技术的运用提高了机加工过程中工作效率和加工精度。数控多工位钻床就是提高钻削加工精度和效率的一种很好的机加工工具。数控多工位钻床的设计，采用了普通车床设计的步骤和方法，综合考虑数控机床的特点。从切削力入手确定主轴及电机，到整个机床的结构设计和机床的控制，最后到对机床初始化程序设计。本设计是基于多轴加工的普通钻床改造。为了实现复合工位的加工，现需要对普通钻床进行多轴头的设计。普通钻床为单轴机床，但安装上多轴箱就会成为多轴的钻床，改造成多轴钻床后，能大大地缩短加工时间，提高生产效率。因此本设计的重点是多轴箱的设计，设计内容包括齿轮分布与选用、轴的设计、多轴箱的选用、导向装置设计等。关键词：关键词：复合工位；多轴钻床；生产效率；多轴箱IVAbstractWith 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 headsV目目录录摘要.IIIABSTRACT.IV目录 .V1 绪论.11.1 本课题的研究内容和意义.11.2 国内外的发展概况.21.2.1 多轴头.21.2.2 多轴箱.21.2.3 多轴钻床.31.2.4 自动更换主轴箱机床.31.2.5 多轴加工趋势.31.3 本课题应达到的要求.42 单工位钻床改为多工位钻床.52.1 设计任务.52.2 普通立式钻床的选型.52.2.1 计算所需电机功率.52.2.2 立式钻床的确定.63 主传动齿轮传动箱的设计.73.1设计前的准备.73.2 传动系统的设计与计算.74 多轴箱的结构与零部件的设计.134.1 箱盖、箱体和中间板结构.134.2 多轴箱轴的设计.135 导向装置的设计.285.1 导向装置组成.285.2 导向装置选择与设计.286 接杆刀具.307 结论与展望.317.1 结论.317.2 不足之处及未来展望.31致谢.32参考文献.33基于多轴加工的普通钻床改造11 绪论绪论1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义毕业设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。专用机床的结构设计和改进是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，合理的专用机床是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。本课题为基于复合工位加工机床结构设计，由于零件的生产纲领为大批大量生产，故将涉及大批量加工的工艺规程设计、专用机床和专用夹具设计等，尤其随着工业的发展，大型复杂的多轴、多工位加工更是引人注目。结合多轴、多工位加工不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效。完成该课题是对我们大学期间所学知识进行一次全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用过去所学知识去解决生产中实际问题的方法，增强从事本专业实际工作所必需的基本能力和开发研究能力，可以提高我们的专业素质，为今后走上工作岗位打下一个良好的基础，因而，其对我们实践能力的提高和进行企业专用机床的技术改造均具有十分重要的意义。组合机床上的通用部件和标准零件约点全部机床零部件总量的70-80，因此设计和制造周期短，经济效益好。由于组合机床目的通用部件和标准零件自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定劳动强度低。组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。组合机床加工工件，由于采用专用夹具组合刀具和导向装置等，产品加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部件要报废。组合机床的通用部件是根据国家标准设计的，并等效于国际标准，因此，其通用部件可以重复使用。不必加行设计和制造。组合机床易于联成结合机床自动线，以适应大规模和自动化生产需要。据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，多轴加工是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。专用机床总体设计-三图一卡“被加工零件工序图”-它是组合机床的设计的主要依据，它是制造使用，检修和调整机床的重要技术条件绘制加工示意图-它是刀具夹具，多轴箱，液压电器装置设计及通用部件选择主要原始资料，它是调整机床，刀具及试车依据。绘制联系和运动关系及检验机床各部件相对位置及联系-是满足加工要求、进一步开展主轴箱及夹具等专用部件和零件设计的主要依据。相对生产率计算卡-它用来反映机床的加工过程，完成这一动作所需要的时间，切削用量，机床生产率及机床负荷率。无锡太湖学院学士学位论文2 专用机床主轴箱设计，按专用要求进行设计，由通用零件组成，其主要作用是根据被加工零件的要求，安排各主轴位置并将动力和运动由电机或动力部件传给各主轴，使之得到要求的转速，机床主轴箱选用 400*400，中间传动轴带动主轴传动。专用机床设计是按系列化标准化设计的由大量的通用部件和少量的专用部件组合的工序集中的高效率专用机床。它能对工件进行多刀，多轴，多面，多工位，同时加工。随着组合机床技术的发展，它以工艺范围日益扩大。1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的多轴加工更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 个 20 孔，若以摇臂钻床加工，单单钻孔与锪沉头孔就要 842.5 小时，另外还要划线工时 151.1 小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要 171.6 小时，划线也简单，只要 1.9 小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合多轴加工不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30 种箱形与杆形零件的2000 多个钻孔操作中，有 40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少 20%的加工时间。1975 年法国巴黎机床展览会也反映了多轴加工的使用愈来愈多这一趋势。多工位加工是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高零件加工精度，减少零件的装夹或定位时间，并且在数控机床加工程序的编制中不必计算坐标，减少了字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立式钻床或摇臂钻床上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床以及自动更换主轴箱机床等。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。1.2.1 多轴头多轴头从传动方式来说主要有齿轮传动与万向联轴节传动二种。这是大家所熟悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式二种。前者主、从动轴间轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其加工适应性，发展了可调式多轴头，其在一定范围内可调整轴距。它主要结构形式有两种：（1）具有对准装置的主轴。主轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的 T 形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。（2）具有较小公差的圆柱形主轴。主轴通过衬套固定在与零件孔型相同的模板中。前一种适用于批量较小且孔系是规则分布的工件（如孔系分布在不同直径的圆周上）。后一种适用于批量较大的机械加工中，其刚性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多轴头可以装在立式钻床或摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种多轴加工方法，由于钻孔效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。基于多轴加工的普通钻床改造31.2.2 多轴箱多轴箱也像多轴头那样作为标准部件生产。美国 Secto 公司标准齿轮箱、多轴箱等设计的不可调式多轴箱。有 32 种规格，加工面积从 300 300 毫米到 600 1050 毫米，工作轴达 60根，动力达 22.5 千瓦。Romai 工厂生产的可调多轴箱调整方便，只要先把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。因此，这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通多轴箱更小的孔距。根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产。为了在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点：（1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲走铁屑。（2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。（3）使用二组刀具的可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。（4）使用优质刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。（5）尺寸超差时能立即发现。1.2.3 多轴钻床多轴钻床这是一种能满足多轴加工要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循环如快进、工进与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应某一组孔中不同孔径的加工需要。1.2.4 自动更换主轴箱机床自动更换主轴箱机床为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换主轴箱组合机床。自动更换主轴机床自动更换主轴机床顶部是回转式主轴箱库，挂有多个不可调主轴箱。纵横配线盘予先编好工作程序，使相应的主轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有工件的工作台转动到主轴箱下面，向上移动进行加工。当变更加工对象时，只要调换悬挂的主轴箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。多轴转塔机床转塔上装置多个不可调或万向联轴节主轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转工作台的工件作进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜过大，故它的工位数一般不超过 46 个。且主轴箱也不宜过大。当加工对象的工序较多、尺寸较大时，就不如自动更换主轴箱机床合适，但它的结构简单。自动更换主轴箱组合机床它由自动线或组合机床中的标准部件组成。不可调多轴箱与动力箱按置在水平底座上，主轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。主轴箱库转动与进给动作都按标准子程序工作。换主轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台，以便加工工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置，就能合流水生产自动化。在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。数控八轴落地钻床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达 15000 个，它与支撑板联接在一起加工。孔径为20 毫米，孔深 180 毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻，57MPa 压力的冷却液可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成 90供自动定心。它比普通麻花钻耐用，且进给量无锡太湖学院学士学位论文4大。为了缩短加工时间，以 8 轴数控落地加工。1.2.5 多轴加工趋势多轴加工趋势多轴加工生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，多轴加工的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，在对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论及液压与气动传动等相关知识充分掌握后，分析钻削加工的特点，设计多工位加工的多轴钻床，经反复对各方案对比分析，采用以专用机床与专用夹具为主组成生产流水线，提高机械加工效率以节省劳动时间。通过实验分析多轴加工的特点，改进专用机床的结构设计，并采用动作迅速并安全可靠的机构。金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合液压与气动传动的相关理论知识，完成液压传动方案分析及液压原理图的拟定，设计液压专用夹具的驱动、夹紧装置，并进行主要液压元件的设计与选择及传动系统的验算校核等，来达到产品的最优化设计。针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识，设计出一套适合于实际的零件加工工艺路线，从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装置的优化设计。适用某厂的复合工位专用加工生产线的优化设计，根据加工对象的具体工艺要求来合理地改进多轴钻床的结构形式，力求在不影响加工的前提下最大限度的提高机械加工效率以节省劳动时间，并降低工人的劳动强度和企业的生产成本。基于多轴加工的普通钻床改造52 单工位钻床改为多工位钻床单工位钻床改为多工位钻床2.1 设计任务设计任务在一批铸铁连接件上，其同一个表面上有多个孔需要进行加工。在普通立式钻床上进行孔系的加工，通常是一个孔一个孔的钻削，生产效率低，用非标设备，即组合机床加工，生产效率高，但设备投资大。但把一批普通立式普通单轴钻床改造为立式多轴钻床，改造后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰、等工序。设计程序介绍如下：2.2 普通立式钻床的选型普通立式钻床的选型2.2.1 计算所需电机功率计算所需电机功率待加工的零件图如图 2.1 所示：图 2.1 为工件零件图，其技术要求和生产批量如下：材料：铸铁 HT200；料厚：40mm；硬度：HBS170-240HBS；年产量：1000 万件；4-6.7 尺寸精度 IT13。确定四个孔同时加工时所需的轴向力，根据机械加工工艺手册表 2.3 可知：式 2-1FFFZYXFVfdCF0 图 2.1 待加工零件无锡太湖学院学士学位论文6式中：-切削力系数，查表得：738.7/457.1=1.62；FC -麻花钻钻头直径，单位为 mm，根据已知条件为 7mm；0d -背吃刀量影响指数，查表得：0.667/0.716=0.93；FX-进给量,单位为 mm/r，计算得：0.14mm；f-进给量影响指数，查表得：1.233/1.231=1；FY-切削速度，单位为 m/min，查表得：8.3m/min；V-切削速度影响指数，查表得：0.248/0.258=0.96；FZ则=1.055N0.9310.960.141.62 78.3F所需电机功率：kW8765. 083. 0055. 1 FVP2.2.2 立式钻床的确定立式钻床的确定根据上面计算所需电机的功率，现选用 Z525 立式钻床，其主要技术参数如表 2-1所示：表 2-1 Z525 立式钻床主要技术参数型号技术规格Z525最大钻孔直径（mm）25主轴端面至工作台距离(mm)0-700主轴端面至底面距离(mm)750-110主轴中心至导轨距离(mm)250主轴行距(mm)175主轴孔莫氏解锥度3 号主轴最大扭转力矩(Nm)245.25主轴进给力(N)8829主轴速(r/mm 转)97-1360主轴箱行程(mm)200进给量(mm/r)0.1-0.8工作台行程(mm)325工作台工作面积(mm2)500375主电动机功率(kw)2.8基于多轴加工的普通钻床改造73 主传动齿轮传动箱的设计主传动齿轮传动箱的设计3.1设计前的准备设计前的准备（1）大致了解工件上被加工孔为 4 个 7 的孔。毛坯种类为灰铸铁的铸件，由于石墨的润滑及割裂作用，使灰铸铁很易切削加工，屑片易断，刀具磨损少，故可选用硬质合金锥柄麻花钻（GB10946-89）。（2）切削用量的确定根据金属切削加工手册表 27 可知：切削速度m/min,进给量mm/r21cV07. 0f则切削转速r/min9987 . 614. 32110001000dVns根据 Z525 机床说明书，取r/min960sn故实际切削速度为：m/min2 .2010009607 . 614. 31000wcdnV（3）确定加工时的单件工时一般为 5-10mm，取 10mm切入Lmm2 .10837 . 68331dL切出mm40加工L加工一个孔所需时间：140.20.598min960 0.07mwLLLtn f切入切出加工单件时工时：144 0.5982.392minmttm3.2 传动系统的设计与计算传动系统的设计与计算根据零件的技术要求及结构特点，主传动的传动方式选定为齿轮传动，齿轮结构的布局初定为外啮合。（1）齿轮分布方案确定：根据零件图的分析，多轴箱齿轮分布初定有以下两种形式，分别如图 3.1 和图 3.2所示。根据通常采用的经济而又有效的传动是：用一根传动轴带支多根主轴。因此，本设计中采用了图 3.2 所示的齿轮分布方案。（2）明确主动轴、工作轴和惰轮轴的旋转方向，并计算或选定其轴径大小。无锡太湖学院学士学位论文8因为所选定的 Z535 立式钻床主轴是左旋，所以工作轴也为左旋，而惰轮轴则为右旋。根据表 3-1 确定工作轴直径,其由机械设计表 8/97 可得:表 3-1加工孔径与工作轴直径对应表（mm）因为加工孔径为 7mm，所以工作轴直径选 15mm。主动轴和惰轮轴的直径在以后的轴设计中确定。排出齿轮传动的层次，设计各个齿轮。本设计的齿轮传动为单层次的齿轮外啮合传动，传动分布图如图 3.2 所示。在设计各个齿轮前首先明确已知条件：电机输入功率kW,齿轮转速8 . 21Pr/min, 齿轮转速r/min，假设齿轮、的传动比均为13601n9603ni=0.84，即齿轮比 u=1.2，工作寿命 15 年（每年工作 300 天），两班制。选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数：选用直齿轮圆柱齿轮传动；多轴箱为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB10095-88）；材料选择由表 10-1文献 4选择齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS，齿轮材料为 45（调质），硬度为 240HBS，齿轮材料为 45（常化），硬度 210HBS;选齿轮齿数，齿轮齿数，取。241Z8 .282 . 12412uZZ292Z按齿面接触强度设计，由设计计算公式进行试算：3211132. 2HEdttZuuTKd加工孔径1212161620工作轴直径152025图 3.1 齿轮布置方案一图 3.2 齿轮布置方案二基于多轴加工的普通钻床改造9 确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数；3 . 1tK2)计算齿轮传递的转矩：Nmm45115110966. 11360/8 . 2105 .95/105 .95nPT3)由表 10-7文献 4选取齿宽系数：=0.5d4)由表 10-6文献 4 查得材料的弹性影响系数：MPa8 .189EZ5)由表 10-21d文献 4 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限：MPa6001limH齿轮的接触疲劳强度极限：MPa5502limH6)由表 10-13文献 4 计算应力循环次数：91110875. 51530082113606060hjLnN99210896. 42 . 1/10875. 5N7)由表 10-19文献 4 查得接触疲劳寿命系数，；90. 01HNK95. 02HNK8)计算接触疲劳许用应力:取失效概率为 1%，安全系数，由式(10-12) 文献 4 得：1SMPa54016009 . 01lim1lim1SKHHHMPa5 .522155095. 02lim22SKHHNH计算1)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值:td1H2432115 .5228 .1892 . 12 . 2110966. 13 . 132. 2132. 2HEdttZuuTKdmm649.532)计算圆周速度 V:m/s81. 31000601360649.5314. 310006011ndVt3)计算齿bmm82.26649.535 . 0Hddb无锡太湖学院学士学位论文104)计算齿宽与齿高之比hb/模数：mm235. 224/649.53/11zdmtt齿高：mm029. 5235. 225. 225. 2tmh3 . 5029. 5/649.53/hb5)计算载荷系数根据 v=3.81m/s，7 级精度，由图 10-8文献 4 查得动载系数 Kv=1.14,直齿轮，假设，由表 10-3文献 4 查得；mm/N100/bFKta2 . 1FHKK由表 10-2文献 4 查得使用系数；1AK由表 10-4文献 4 查得 7 级精度齿轮相对支承非对称布置时，bKddH3221023. 06 . 0118. 012. 1将数据代入后得：;182. 1649.531023. 0116 . 0118. 012. 1322HK由,查图 10-13文献 4得，；182. 1, 3 . 5/HKhb15. 1FK故载荷系数：574. 1182. 12 . 111. 11HHVAKKKKK6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）文献 4 得，=53.649=57.18mmtdd113/ KtK33 . 1/574. 17)计算模数 mm= =57.18/24=2.4mm11/Zd圆整为 m=2.5mm按齿根弯曲强度设计由式（10-5）文献 4 得弯曲强度的设计公式为m32112FSaFadYYzkT确定公式内的各计算数值由图 10-20文献 4 查得齿轮的弯曲疲劳极限=500Mpa；1FE齿轮的弯曲疲劳强度极限=380Mpa2FE2)由图 10-18文献 4 查得弯曲疲劳寿命系数;88. 0,85. 021FNFNKK基于多轴加工的普通钻床改造113)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由式（10-12）文献 4 得：=303.57Mpa1FSKFEFN114 . 150085. 0=238.86MPa2FSKFEFN224 . 138088. 04)计算载荷系数532. 115. 12 . 111. 11FFVAKKKKK5) 查取齿形系数由表 10-5文献 4 查得53. 2,65. 221FaFaYY6)查取应力校正系数由表 10-5文献 4 查得62. 1,58. 121sasaYY7）计算齿轮、的并加以比较FSaFaYY=0.01379111FSaFaYY57.30358. 165. 2=0.01716222FSaFaYY86.23862. 153. 2齿轮的数值大。设计计算mmm32401716. 0245 . 010966. 1532. 125 . 1对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 1.5。在零件图中可知，主动轴与惰轮轴的中心距为 51mm，即齿轮、完全啮合的中心距，得：m()=51221ZZ 1.5 ()=5122 . 111ZZ =31, =371Z2Z惰轮轴与工作轴的中心距为 61.5mm，即齿轮与齿轮完全啮合时中心距，即无锡太湖学院学士学位论文12m()=61.5232ZZ 1.5 ()=61.52373Z=453Z几何尺寸计算计算分度圆直径：=m=31 1.5=46.5mm1d1Z=m=37 1.5=55.5mm2d2Z=m=45 1.5=67.5mm3d3Z计算中心距a=51mm,a=61.5mm计算齿轮齿宽mm75.335 .675 . 01dbd取mm25,mm30,mm35323BBB验算Ft=819.2N112dT0 .4810966. 124=35.66N/mm100N/mm bFKtA252 .8191故合格。基于多轴加工的普通钻床改造134 多轴箱的结构与零部件的设计多轴箱的结构与零部件的设计多轴箱的传动方式为外啮合，齿轮传动的排列层次为一层。4.1 箱盖、箱体和中间板结构箱盖、箱体和中间板结构(1)箱体选用 240mm 200mm 长方形箱体，箱盖与之匹配。箱体材料为 HT20-40, 箱盖为 HT15-33。(2)中间板的作用：箱内部分是轴承的支承座，伸出箱外的部分是导向装置中的滑套支承座，为便于设计人员选用，已将中间板规范为 23mm 和 28mm 两种厚度的标准，现选用 23mm 厚的中间板，材料为 HT15-33。4.2 多轴箱轴的设计多轴箱轴的设计(1)主动轴的设计轴材料的选择表 15-3文献 4 轴材料选用 45 钢，调质处理。轴径的确定根据公式d(15-2) 文献 40A3nP式中=,查表 15-3文献 4 ，取 1100A 2 . 09550000T0Ad110=13.9mm,取 d=25mm313608 . 2轴结构设计初步拟定主动轴的结构如图 4.1 所示。选择滚动轴承因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷，故前、后端均选用单列向心球轴承，由图 4.1 主动轴结构图无锡太湖学院学士学位论文14图 4.3 主动轴的载荷分析图表 1-14文献 3 ，选用 7204c 轴承。轴上各段直径，长度如图 4.1 所示。键的确定因为齿轮宽为 35mm,所以选用 8722 平键，表 6-1文献 4 确定轴上圆角和倒角尺寸参考表 15-2文献 4 ，取轴端倒角 2450,各轴肩的圆角半径为 R=1.0mm.按弯扭合成校核轴的强度作出轴的计算简图，如图 4.2 所示。轴上扭转力矩为M=9549=9549=19.7NmmnP13608 . 2圆周力为Py=1970NdM2310207 .192径向力为Pz=0.48 Py=0.48x1970=945.6N图 4.2 主动轴受力简图基于多轴加工的普通钻床改造15根据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩图、垂直图的弯矩 My 图和水平平面内的弯矩 Mz 图，如图 4.3 所示。从图中可知，截面 E 为危险截面，在截面 E 上，扭矩 T和合成弯矩 M 分别为T=19.7Nm;M=39.3Nm22zyMM224 .3517 轴材料选用 45 钢，=355Mpa,许用应力=文献 5,为许用应力安全系sssns数，取=1.5，则=237Mpas5 . 1355按第三强度理论进行强度校核公式W122TMW 为轴的抗弯截面系数，W=-(表 15-4) 文献 4 323ddtdbt22W=1533.2-105.8=1427.425222525322514. 323=W122TM 2323107 .19103 .394 .14271=30.8MpaS=1.522SSSS226 .351 . 76 .351 . 7故安全。截面 E 右侧面校核：抗弯截面系数 W 为：W=0.1d3=0.1x203=800mm抗扭截面系数 WT 为：WT=0.2d3=0.2x203=1600mm弯矩 M 及弯曲应力为:M=39300x=35496.8Nm5 .775 . 75 .77=44.4MpabWM8008 .35496扭矩 T3 及扭转应力为：T3=19700NmT=12.3MpaTTWT3160019700基于多轴加工的普通钻床改造17截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 a 及 a 按附表 3-2 查取文献 4 ，因=0.05,=1.25,经插值后可查得:a,adr200 . 1dD202533. 266. 1又由附图 3-1文献 4可得轴肩材料的敏性系数为：q，q75. 081. 0故有效应力集中系数按式（附 3-4）文献 4 为：k2133. 275. 0111aqk53. 1166. 181. 0111aq由附图 3-2文献 4 得尺寸系数1由附图 3-3文献 4 得扭转尺寸系数97. 0轴按磨削加工，由附图 3-4文献 4 得表面质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即，则按式（3-12）及（3-12）文献 4 ，得综合系1q数值为：=-1=+=2.09K112192. 01=+-1=+=1.67K197. 053. 1192. 01计算安全系数：=2.96SmaK101 . 04 .4409. 2275=14.7SmaK123 .1205. 023 .1267. 1155Sca=2.9S=1.522SSSS227 .1496. 27 .1496. 2故该轴在截面右侧面是安全的，又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。轴承的校核机床一般传动轴的滚动轴承失效形式，主要是疲劳破坏，故应进行疲劳寿命计算。滚动轴承疲劳寿命计算公式：（10-5）文献 4PCnLh60106式中：)(hLh额定寿命无锡太湖学院学士学位论文18min)/(rn转速，表 3.8-50文献 6)(nC额定动载荷动载荷P3因为所受的轴向力太小，所以忽略不计,Fa=0所受径向力 Fr=945.6/2=472.8N 表 3.8-50文献 6 P=0.41Fr+0.87Pa=0.41 472.8+0.87=193.8Pa=30000h(表 13-3) 文献 6hLh6410988 .193145001360601036hL轴承安全。(2)惰轴的设计轴材料的选择表 15-3文献 4 轴材料选用 45 钢，调质处理。轴径的确定根据公式d(15-2) 文献 40A3nP=110，取 d=20mm8 .1484. 01360%998 . 23轴的结构设计：根据多轴箱结构可以初步拟定惰轮轴结构，其结构如图 4.4 所示。选择滚动轴承因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷，选用单列向心球轴承，由表 1-14文献 3,选用 7002c 轴承。轴上各段直径，长度如图 8 所示。图 4.4 惰轮轴结构简图基于多轴加工的普通钻床改造19键的确定因为齿轮宽为 30mm,所以选用 6 6 18 平键，表 6-1文献 4 轴上圆角和倒角尺寸参考表 15-2文献 4 ，取轴端倒角 2 450,各轴肩的圆角半径为 R=1.0mm。扭合成校核轴的强度作出轴的计算简图，如图 4.5 所示。轴上扭转力矩为M=9549=9549=23.2NmnP84. 01360%998 . 2圆周力为Py=2320NdM2310202 .232径向力为 Pz=0.48 Py=0.48x2320=1113.6N根据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩图、垂直图的弯矩 My 图和水平平面内的图 4.5 惰轮轴受力简图图 4.6 惰轮轴的载荷分析图无锡太湖学院学士学位论文20弯矩 Mz 图，如图 4.6 所示。从图中可知，截面 E 为危险截面，在截面 E 上，扭矩 T和合成弯矩 M 分别为：T=23.2NmM=32.8Nm22zyMM222 .324 .15按第三强度理论进行强度校核:公式W122TMW 为轴的抗弯截面系数，W=-(表 15-4) 文献 4 323ddtdbt22W=785-81=70420222026322014. 323=W122TM 2323102 .23108 .327041=70MpaS=1.5 22SSSS228 . 18 . 68 . 18 . 6 故安全。截面 E 右侧面校核：抗弯截面系数 W 为：W=0.1d=0.1x15=337.5mm抗扭截面系数 WT 为：WT=0.2d=0.2x15=675mm弯矩 M 及弯曲应力为:M=32800=22707.7Nm391239=67.3MpabWM5 .3377 .22707扭矩及扭转应力为：=23200Nmm3TT3T=34.4MpaTTWT367523200截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 a 及 a 按附表 3-2 查取文献 4 ，因=0.07，=1.33，经插值后可查得:a,adr150 . 1dD152012. 260. 1又由附图 3-1文献 8可得轴提材料的敏性系数为：q,q75. 081. 0故有效应力集中系数按式（附 3-4）文献 4 为：无锡太湖学院学士学位论文22k84. 1112. 275. 0111aqk49. 1160. 181. 0111aq由附图 3-2文献 4 得尺寸系数1由附图 3-3文献 4 得扭转尺寸系数0 . 1轴按磨削加工，由附图 3-4文献 4 得表面质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即，则按式（3-12）及（3-12）文献 4 ，得综合系1q数值为：K =-1=+=1.931184. 1192. 01K =+-1=+=1.581149. 1192. 01计算安全系数：S =2.12maK101 . 03 .6793. 1275S =5.53maK124 .3405. 024 .3458. 1155Sca=1.99S=1.522SSSS2253. 512. 253. 512. 2故该轴在截面右侧面是安全的，又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。轴承的校核因为所受的轴向力太小，所以忽略不计,Fa=0所受径向力 Fr=1113.6/2=556.8NP=0.41Fr+0.87Pa=0.41 556.8+0.87Pa=229.16Pa7002c 向心球轴承校核=30000h(表 13-3) 文献 6hLh3486043 .228660084. 01360601036hL轴承安全。（3）工作轴的设计轴材料的选择表 15-3文献 4 轴材料选用 45 钢，调质处理。基于多轴加工的普通钻床改造23轴径的确定在传动系统的设计与计算中已的工作轴的直径定为 d=15mm。轴的结构设计：根据工作轴的受力需要，初步拟定其结构如图 4.7 所示。择滚动轴承因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷，故前、后端均选用单列向心球轴承，又因工作轴用于钻削，在后端加单向推力球轴承。由表 1-14文献 3，单列向心球轴承选用 102 轴承，后端单向推力球轴承选用 8102 轴承。各段直径，长度如图 11 所示。键的确定因为齿轮宽为 25mm,所以选用 5 5 20 平键，表 6-1文献 4 轴上圆角和倒角尺寸参考表 15-2文献 4 ，取轴端倒角 2 450,各轴肩的圆角半径为 R=0.8mm。扭合成校核轴的强度作出轴的计算简图，如图 4.8 所示。图 4.7 工作轴结构简图图 4.8 工作轴受力简图无锡太湖学院学士学位论文24轴上扭转力矩为M=9549 =9549=27.3Nm960%99%998 . 2圆周力为Py=3640NdM2310153 .272径向力为Pz=0.48 Py=0.48 3640=1754.5N根据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩图、垂直图的弯矩 My 图和水平平面内的弯矩 Mz 图，如图 4.9 所示。从图中可知，截面 E 为危险截面，在截面 E 上，扭矩 T和合成弯矩 M 分别为T=27.3NmM=54.6Nm22zyMM222 .497 .23按第三强度理论进行强度校核文献 5:公式W122TMW 为轴的抗弯截面系数，W=-(表 15-4) 文献 4 323ddtdbt22W=331.2-56.3=274.915221525321514. 323=W122TM 2323103 .27106 .549 .2741=222MpaS=1.5 22SSSS2248. 485. 148. 485. 1 故安全。截面 E 左侧面校核：抗弯截面系数 W 为：W=0.1d=0.1 15=337.5mm抗扭截面系数 WT 为：WT=0.2d=0.2 15=675mm弯矩 M 及弯曲应力为:M=54600Nmm=161.8MpabWM5 .33754600扭矩及扭转应力为：=27300Nmm3TT3T=40.4MpaTTWT367527300在附表 3-4文献 4 用插入法求得轴上键槽处的有效应力集中系数：k，k054. 1由附图 3-2文献 4 得尺寸系数88. 0由附图 3-3文献 4 得扭转尺寸1轴按磨削加工，由附图 3-4文献 4 得表面质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即，则按式（3-12）及（3-12）文献 4 ，得综合系1q数值为：=-1=0+=0.09K1192. 01=+-1=+=1.63K1154. 1192. 01计算安全系数：=18.89SmaK101 . 08 .16109. 0275=4.57SmaK124 .4005. 024 .4063. 1155Sca=4.4S=1.522SSSS2257. 489.1857. 489.18基于多轴加工的普通钻床改造27故该轴在截面右侧面是安全的，又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去。静强度校核。轴承的校核机床一般传动轴的滚动轴承失效形式，主要是疲劳破坏，故应进行疲劳寿命计算。36102 向心球轴承校核由第一章可知主动轴的轴向力 Fa=4.091N所受径向力 Fr=1754.5/2=877.25N (表 3.8-50) 文献 6P=0.41Fr+0.87Pa=0.41 877.25+0.87 4.091=363.2N=30000h(表 13-3) 文献 6hLh8838392 .3636250960601036hL轴承安全。8102 推力球轴承校核P=Fa (表 3.8-54)文献 4 P=4.091N=30000h(表 13-3) 文献 636091. 4105009606010hLhL轴承安全。无锡太湖学院学士学位论文285 导向装置的设计导向装置的设计5.1 导向装置组成导向装置组成导向装置主要由导柱、导套、弹簧组成。导柱的上端与多轴箱中间板上的导套滑动配合，下端安装在夹具的钻模板上。5.2 导向装置选择与设计导向装置选择与设计选择弹簧考虑到导向装置一方面对麻花钻进行导向，另一方面还需要对所加工工件进行夹紧，它兼有钻模板的作用，并且为了避免加工中对钻头的影响，因此采用了柔性压板，设计中采用四根弹簧支撑整个多轴箱，为了确定弹簧的参数，现粗略估算多轴箱重量。NG9 .4978 . 9105058200240108 . 993每根弹簧负荷：F=124.5N选圆柱螺旋压缩弹簧(表 12) 文献 7 ，弹簧各参数如下：弹簧中径,节距，弹簧丝直径，工作圈数mm0 .162Dmm640. 6tmm8 . 1d,自由高度。30nmm140oH导柱、导套的选择导柱材料为直径 16mm,长 303mm,15rGc导套材料为 20 号钢。钻套的选择钻套用来引导钻头、铰刀等孔加工刀具，增强刀具刚度，并保证被加工孔和工件其它表面准确的相对位置精度。根据钻套的结构和使用特点，主要有四种类型。（1）固定钻套图 5.1 所示为固定钻套的两种形式，该类钻套外圆以 H7/n6 或 H7/r6 配合，直接压入钻模板上的钻套底孔内。在使用过程中若不需要更换钻套（据经验统计,钻套一般可使用 100012000 次），则用固定钻套较为经济，钻孔的位置精度也较高。(2）可换钻套当生产批量较大，需要更换磨损的钻套时，则用可换钻套较为方便，如图 5.2 所示。可换钻套装在衬套中，衬套是以 H7/n6 或 H7/r6 的配合直接压入钻模板的底孔内，钻套外圆与衬套内孔之间常采用 F7/m6 或 F7/k6 配合。基于多轴加工的普通钻床改造29(3）快换钻套当被加工孔需依次进行钻、扩、铰时，由于刀具直径逐渐增大，应使用外径相同而内径不同的钻套来引导刀具，这时使用快换钻套可减少更换钻套的时间，如图 5.3 所示。快换钻套的有关配合与可换钻套的相同。更换钻套时，将钻套的削边处转至螺钉处，即可取出钻套。钻套的削边方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。(4）特殊钻套由于工件形状或被加工孔位置的特殊性，有时需要设计特殊结构的钻套，如图 5.4所示。在斜面上钻孔时，应采用图 5.4a 所示的钻套，钻套应尽量接近加工表面，并使之与加工表面的形状相吻合。如果钻套较长，可将钻套孔上部的直径加大（一般取0.1mm），以减少导向长度。在凹坑内钻孔时，常用图 5.4b 所示的加长钻套（H 为钻套导向长度）。图 5.4c、d为钻两个距离很近的孔时所设计的非标准钻套。根据本零件的加工要求，现选择如图所示的钻套，其可根据不同的工序要求，可快速地对钻套进行更换，适合于快速更换加工所用的刀具。(a)无肩 (b)带肩图 5.1 固定钻套1-钻套 2-衬套 3-钻模板 4-螺钉图 5.2 可换钻套图 5.3 快换钻套（a）（b）（c）（d）图 5.4 特殊钻套无锡太湖学院学士学位论文306 接杆刀具接杆刀具为了便于麻花钻头与多轴箱的联接，现在四个加工主轴上安装了连接刀具的装置-接杆。秸秆一端为梯形螺纹，与主动轴的内孔滑动配合，通过键传递扭矩。在梯形螺纹段并设计有斜面，以便调整接杆的延伸量来补偿刀具的磨损量。接杆另一端的莫氏锥孔与刀具的莫氏锥柄相配合。其具体的结构见接杆零件图。基于多轴加工的普通钻床改造317 结论与展望结论与展望7.1 结论结论由本文的论述，我们了解到：通过对多轴箱的结构及零部件的设计，在齿轮及各种辅助零部件方面进行合理设计和选择，有效提高了加工效率和社会效益，为解决此类多孔零件的加工问题举了一个实例。通过本次毕业设计，从收集资料到系统方案的设计，再到绘制装配图和部分零件图，我学到了不少知识，能综合应用机械设计课程及 AUTOCAD 等系统软件，进行系统的机械设计，培养机械设计及制造的技能，并巩固所学知识，尤其更熟练掌握了AUTOCAD 绘图软件工具。同时，也发现了自己许多不足的地方，还有待改正和完善，是自己不断进步。7.2 不足之处及未来展望不足之处及未来展望在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业

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