多轴钻床的总体设计和多孔位加工装置设计【端盖孔组加工工艺装备设计】

摘要现代机械制造企业对专用机床有着广泛的需求。一般钻床劳动强度大，加工批量的具有多孔位的工件，一则孔位精度难以保证，二则生产效率底下；而多轴钻床操控比较容易掌握省时省力，不易发生操作错误和故障，除了能减少工人的劳动强度，保证工人和钻床的安全，还能提高钻床的生产率。随着科学技术的不断发展，专用钻床被广泛应用于制造业。也就是说，专业化越强，企业越能保证其产品质量。因此，专用机床的使用大大提高了企业的竞争力。 本设计主要解决了两大问题：多轴钻床的总体设计和多孔位加工装置设计。为了解决上述两大难题，首先分析了钻床总体设计，其中包括加工工艺分析、钻床的钻削方式的设计等，从而解决了钻床的总体设计的难题；然后设计了专用零件的多孔位加工装置。通过设计专门的，以达到提高生产率和保证加工精度的要求关键词：多轴钻床，总体设计，多孔位加工装置设计AbstractModern machinery manufacturers have a wide range of requirements for special machine tools. Generally, the drilling machine has high labor intensity, and the workpieces with porous positions are processed in batches. The precision of the hole position is difficult to guarantee and the production efficiency is low. The multi-axis drilling machine operation is easier to control and save time. Efforts are made so that it is not prone to operational errors and failures. In addition to reducing the labor intensity of workers and ensuring the safety of workers and drilling machines, it can also increase the productivity of drilling machines. With the continuous development of science and technology, special drilling machines are widely used in manufacturing. In other words, the stronger the specialization, the more the company can guarantee the quality of its products. Therefore, the use of special machine tools has greatly improved the competitiveness of enterprises.This design mainly solves two major problems: the overall design of the multi-axis drilling machine and the design of the porous bit processing device. In order to solve the above two major problems, the overall design of the drilling machine is first analyzed, including the analysis of the processing technology, the design of the drilling mode of the drilling machine, etc. This solves the problem of the overall design of the drilling machine; then the porous bit processing device for the special parts is designed to meet the requirements of improving the productivity and ensuring the processing accuracy by designing specialized devices.Key words: multi-axis drilling machine, overall design, porous bit processing device目录1 绪论 .11.1 本课题研究背景及意义 .11.2 国内外研究状况 .21.3 研究的主要内容 .42 多轴钻床的总体设计 .52.1 影响机床总体布局的基本因素 .52.1.1 工艺方法的影响 .52.1.2 运动分配的影响 .52.1.3 机床性能的影响 .62.1.4 机床自动化的影响 .62.1.5 生产规模和生产效率的影响 .62.1.6 操作调整的影响 .72.2 机床总体布局方案分析 .72.3 机床总体布局方案的确定 .82.4 运动联系分析 .92.4.1 运动联系的形式 .92.4.2 该钻的运动联系分析 .93 钻床主轴箱零件设计 .113.1 齿轮的设计 .113.1.1 主轴箱齿轮齿数的确定 .123.1.2 选定齿轮类型、精度等级、材料： .133.1.3 齿轮结构设计 .133.2 齿轮的计算及校核 .143.2.1 齿轮的计算及校核 .143.2.2 按齿面接触强度计算 .173.2.3 按齿根弯曲强度设计： .183.2.4 几何尺寸计算 .203.3 轴的设计 .213.3.1 大齿轮轴的设计 .243.3.2 小齿轮轴的设计 .273.3.3 滚动轴承的选用 .283.3.4 轴承的校核 .293.3.5 轴的校核 .303.4 主轴箱体的设计 .363.4.1 材料选择： .363.4.2 结构设计 .364 总结 .38致谢 .39参考文献 .4011 绪论1.1 本课题研究背景及意义随着现代化工业技术的快速发展，尤其是在自动化领域，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向。多轴钻床在加工业中有着很大的优势，像汽车零部件、农用机械及其它大批量生产加工生产多孔零件的地方。它的加工速度很快，因为当一个工件在同一平面上有数个孔时，用普通钻床加工完一个孔，需要移动工件再加工另一个孔，这样就需要专人搬动工件。这种方法可用于小型工件，但当工件很大时这种方法就很低效，成本增加。所以，就需要一种专门的机床进行批量生产多孔工件，由此多轴钻床就由单臂钻床衍生来了。多轴钻床相比较于普通钻床，其主轴箱是像太阳系一样，由中间轴带动绕中间轴均布排列的主轴转动，主轴带动刀具转动，完成切削工作。这样多孔工件被一次加工成形，从而大大提高了劳动生产率，降低了产品成本。 本次设计的题目为多轴钻床，专用于加工多孔零件，需要设计最佳的工艺方案，确定合适地机床工序，选择合理地机床部件，组合恰当的机床的配比型式，选择合理地切削量。具体的工作就是分析和确定机床结构方案，进行机床总体设计，机床的部件设计和校核，使其具有实际应用的价值。21.2 国内外研究状况1850 年左右，德国人马蒂格诺尼制成了最早的麻花钻以用于金属打孔；在英国伦敦召开的 1862 年的国际博览会上，英国展出了由惠特沃斯设计的动力驱动的钻床，成了近代钻床的雏形。之后，接连出现了各种钻床。随着工具材料和钻头的改进，以及电动机的广泛采用，最终出现了大型高性能钻床。二战以后，由于数控机床和自动生产线的出现，机床的发展开始进入了自动化时期。以美国和苏联为首的超级大国制造业发展迅猛，进入了电气化时代，欧盟和日本先后崛起。机械化的生产设备，流程化的生产线，使得制造业发展迅速。机械制造的电气化大幅度提高了生产的自动化，也大幅度提高了生产效率。20 世纪 70 年代初，钻床普通采用继电器控制。如 70 年代至 80 年代美国 ELDORADO 公司的MEGA50，德国 TBT 公司 T30-3-250，NAGEL 公司的 B4-H30-C/L，日本的 DEG 型等钻床都是采用继电器控制的。80 年代后期由于数控技术的出现深孔钻床上才逐渐开始应用，特别在 90 年代这种先进技术才得到推广。如 TBT 公司 90 年代初上市的 ML 系列深孔钻床，进给系统由机械无级变速器改为采用交流伺服电机驱动滚珠丝杠副，进给用滑台导轨采用滚动直线导轨以外，钻杆箱传动为了保证高速旋转、精度平稳，由交换皮带轮及皮带，和双速电机驱动的有级传动变为无级调速的变频电机到电主轴驱动，为钻削小孔深孔钻床和提高深孔钻床的水平质量创造了有利条件。为了加工某些零件上的相互交叉或任意角度、或3与加工零件中心线成一定角度的斜孔，垂直孔或平行孔等需要，各个国家而专门开发研制多种专用深孔钻床。80 年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能监控。 国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库, 通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。我国加入 WTO 以后，机遇与挑战并存、机床企业调整战略，采取积极的策略。截至 2005 年 4 月份，据不完全统计，仅组合机床产量已达 1000 余台，产值 3.9 个亿以上，同比增长 10%以上，另外机床行业附加值、营销率、工资总额等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术均有大幅度提高，行业企业运营状况良好。 我国传统的机床及自动生产线主要采用机电液气控制，加工对象主要是大中型的箱体类和轴类零件中生产批量比较大的，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。近年来我国的组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在世界市场中所占份额也越来越多。4随着信息化快速发展以及电子科技的广泛的应用，取代了复杂的机械结构，完善了自动化程度。在硬件方面，各种芯片的研发和模块化嵌入系统的开发都使复杂的机械结构微电子化。在软件方面，从机器语言发展到汇编语言，后来又出现了如 C 语言， C+语言等高级语言，都促进了机械加工的数字化，各式各样的数控钻床应用的生产之中。1.3 研究的主要内容本次设计主要针对多轴钻床进行设计，从多轴钻床的总体布局方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：1) 分析多轴钻床及其技术条件，收集设计资料；2) 总体方案的确定；3) 主要零部件的设计校核；4) 绘制装配图及重要零件图等52 多轴钻床的总体设计机床总布局的目的是使机床具有一个协调完善的造型和各部件间合理的相对运动和位置关系。机床的布局形式受工艺分析和工件的形状、尺寸和重量的影响很大，机床的运动由工艺需求决定，执行部件来完成每个运动，部件间的相对运动关系由传动解决。机床总布局的设计是具有全局性的问题，它很大程度上影响机床部件的设计制造。2.1 影响机床总体布局的基本因素2.1.1 工艺方法的影响加工工件的工艺方法是多种多样的。在进行总体布局时，经常由于