普通钻床改造为多轴钻床设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 目 录 目录 1 中文摘要 2 2 第 1 章 绪纶 3 1 1多轴加工应 3 1 2多轴加工的设备 4 1 3多轴加工的趋势 5 第 2 章 普通钻床改为多轴钻床 6 2 1生产任务 6 2 2普通立式钻的选型 6 第 3 章 多轴齿轮传动箱的设计 7 3 1设计前的准备 7 第 4 章 多轴箱的结构设计与零部件图的绘制 14 4 1箱盖、箱体和中间板结构 14 4 2多轴箱轴的设计 . . . . 3轴坐标计算 30 第 5章 导向装置的设计 31 第 6 章 接杆刀具 31 外文文献 31 总结 36 鸣谢 37 参考文献 37 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 中文摘要 本设计是关于普通钻床改造为多轴钻床的设计。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： 多轴钻床；生产效率；多轴箱 he is to a is a It if a so a of is to a of of of 文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 普通钻床该为多轴钻床 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 第 1 章 绪论 轴加工应用 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。 轴加工优势 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 时，另外还要划线工时 时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要 时，划线也简单，只要 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。 轴加工的设备 多轴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，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一 些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。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。 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。为了扩大其赞许适应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内 可调整轴距。它主要装在有万向 1）万向轴式也有二种 :具有对准装置的主轴。主买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的 能在对准的位置以螺栓固定。（ 2）具有公差的圆柱形主轴套。主轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件（如孔组分布在不同直径的圆周上）。后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中，刚性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。 多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上，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。 轴箱 也象多轴头那样作为标准部件生产。美国 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 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。 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。其整个工作循坏如快进、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。 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。 (1) 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。 (2) 多轴转塔机床 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 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 4 6 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。 (3) 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。 (4) 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， 5 7巴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，且进给量大。为了缩短加工时间，以8 轴数控落地加工。 1 3 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。 第 2 章 普通钻床改为多轴钻床 产任务 在一批铸铁连接件上有同一个面上有多个孔加工。在普通立式钻床上进行孔加工，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。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 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： 通立式钻床的选型 算所需电机功率 零件图如图 1所示： 图 1为工件零件图，材料：铸铁 厚： 5度： 产量： 1000万件； 4- (1) 确定四个孔同时加工的轴向力，公式： 0式中： d= 310 , V =s（表 15文献 1 则 F 所需电机功率： 立式钻床的确定 根据上面计算所需电机的功率，现选用 主要技术参数如表 1所示： 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 表 1 技术规格 型号 大钻孔直径 （ 25 主轴端面至工作台距离 (0轴端面至底面距离 (750轴中心至导轨距离 (250 主轴行距 (175 主轴孔莫氏解锥度 3号 主轴最大扭转力矩 (Nm) 轴进给力 (N) 8829 主轴转速 (r/97轴箱行程 (200 进给量 (mm/r) 作台行程 (325 工作台工作面积 (500 375 主电动机功率 ( 3 章 多轴齿轮传动箱的设计 计前的准备 （ 1）大致了解工件上被加工孔为 4 个 10 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（ 文献 2 （ 2）切削用量的确定 根据表 2 7文献？ ，切削速度 1 ,进给量 . 则切削转速 m 110001000 n s 根据 60 故实际切削速度为： m 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 （ 3）确定加工时的单件工时 图 2为钻头工作进给长度， 一般切入 10 31 切出文献 3 加工 加工一个孔所需时间： m 单件时工时： m 系统的设计与计算 (1) 选定齿轮的传动方式：初定为外啮合。 (2) 齿轮分布方案确定： 根据分析零件图，多轴箱齿轮分布初定有以下图 3，图 4两种形式 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 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 所示的齿轮分布方案。 （ 3）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。 因为所选定的 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 2确定工作轴直径 机械制造 7： 43 表 2 加工孔径与工作轴直径对应表（ 加工孔径 12 12 16 16 20 工作轴直径 15 20 25 因为加工孔径为 10以工作轴直径选 15主动轴和惰轮轴的直径在以后的轴设计中确定。 （ 4） 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 4所示。 在设计各个齿轮前首先明确已知条件：电机输入功率 ,齿轮转速3601 , 齿轮转速 603 ,假设齿轮、的传动比均为 i=齿轮比 u=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（ ; 材料选择 由表 10献 4选择齿轮材料为 40质），硬度为 280 轮材料为 45（调质），硬度为 240轮材料为 45（常化），硬度 210 选齿轮齿数 241 Z ,齿轮齿数 取 292 Z . 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算，3211 确定公式内的各计算数值 1)试选载荷系数 3.12)计算齿轮传递的转矩 451151 5/3)由表 10献 4选取齿宽系数d=)由表 10献 4 查得材料的弹性影响系数 2/ 5)由表 10献 4 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限 ？ 001 ;齿轮的接触疲劳强度极限 ？ 502 ; 6)由表 10献 4 计算应力循环次数： 911 992 N 7)由表 10献 4 查得接 触疲劳寿命系 数 8)计算接触 疲劳许用应力 : 取失效概率为 1%，安全系数 1S ,由式 (10文献 4 得： M P 401 1l i i M P 2l i ; 计算 1)试算小齿轮分度圆直径入 H 中较小的值 : 243211 2)计算圆周速度 V: 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 t /1 3)计算齿 b d 4)计算齿宽与齿高之比 模数： 11 齿高： 4 5)计算载荷系数 根据 v=s,7级精度，由图 10献 4 查得动载系数 直齿轮，假设 100/ ,由表 10献 4 查得 K; 由表 10献 4 查得使用系数 1 由表 10献 4 查得 7级精度齿轮相对支承非对称布置时， bK 22 将数据代入后得： 18 22 由 图 10献 4得， 故载荷系数 5 7 实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（ 10文献 4 得， 1 3 /)计算模数 m m=1=4=整为 m=25 按齿根弯曲强度设计 由式（ 10文献 4 得弯曲强度的设计公式为 m3 2112 确定公式内的各计算数值 1） 由图 10献 4 查得齿轮的弯曲疲劳极限 1=500买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 齿轮的弯曲疲劳强度极限 2=3802)由图 10献 4 查得弯曲疲劳寿命系数 K; 3)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=式（ 10文献 4 得： F 1=1= F 2 = =)计算载荷系数 5) 查取齿形系 数 由表 10献 4 查得 取应力校正系数 由表 10献 4 查得 算齿轮、的 F 加以比较 111 =22 Y=轮的数值大。 设计计算 m3 24 0 1 7 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 零件图买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 中可知，主动轴与惰轮轴的中心距为 51齿轮、完全啮合的中心距，得： m(2 21 )=51 1 )=51 1, 7 惰轮轴与工作轴的中心距为 齿轮与齿轮完全啮合时中心距，即 m(2 31 )=. 5(237 3Z)=3=45 几何尺寸计算 计算分度圆直径： 1m=2m=3m= 计算中心中距 a =51mm,a = 计算齿轮齿宽 d 取 5,30,35323 验算 12 =5 故安全 截面 抗弯截面系数 W=00扭截面系数 600矩 M=7 =35496.8 b=矩 为： 9700 T = 160019700 =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取 文献 4 ，因025=插值后可查得 :a ,a 又由附图 3献？ 可得轴提材料的敏性系数为： q ,q 故有效应力集中系数按式（附 3文献 4 为： k 献 4 得尺寸系数 1由附图 3献 4 得扭转尺寸系数 轴按磨削加工，由附图 3献 4 得表面质量系数为=未经表面强化处理，即 1q，则按式（ 3（ 3文献 4 ，得综合系数值为： K=-1 2 + =文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 K=+1 =算安全系数： S= 1=75 = 1= 5=2 22 =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： h 6010 6 （ 10文献 4 式中： )( 定寿命( 速 )( 定动载荷 ，表 献 6 动载荷P 3 因为所受的轴向力太小，所以忽略不计 , 所受径向力 =献 6 P=文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 hL h 0 36 30000h(表 13文献 6 轴承安全 (2)惰轴的设计 轴材料的选择 表 15献 4 轴材料选用 45钢，调质处理。 轴径的确定 根据公式 d 5文献 4 =110 0% ，取 d=20 轴的结构设计： 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献 3,选用 7002 轴上各段直径，长度如图 8所示。 键的确定 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 因为齿轮宽为 30以选用 6 6献 4 轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15献 4 ，取轴端倒角 2轴肩的圆角半径为 R= 扭合成校核轴的强度 作出轴的计算简图 轴上扭转力矩为 M=9549=23.2 周向力为 Py= =2320N 径向力为 y=文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 根据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩图、垂直图的弯矩 图10所示。从图中可知，截面 截面 矩 成弯矩 T=23.2 ; M= 22M = 22 =32.8 按第三强度理论进行强度校核 文献 5: 公式M ， W 为轴的抗弯截面系数， W=323d - d 2 (表 15文献 4 W= 202 2202632 =78504 M = 2323 =70故安全 截面 抗弯截面系数 W=扭截面系数 75矩 M=3280022707.7 b=矩 为： 3200 T = 67523200 =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取 文献 4 ，因520=插值后可查得 :a ,a 又由附图 3献？ 可得轴提材料的敏性系数为： q ,q 故有效应力集中系数按式（附 3文献 4 为： k 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 k 献 4 得尺寸系数 1由附图 3献 4 得扭转尺寸系数 轴按磨削加工，由附图 3献 4 得表面质量系数 为=未经表面强化处理，即 1q，则按式（ 3（ 3文献 4 ，得综合系数值为： K=-1 =+1 =算安全系数： S= 1=75 = 1=2 22 =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 , 所受径向力 =002买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 hL h 0 36 30000h(表 13文献 6 轴承安全 （3）工作轴的设计 轴材料的选择 表 15献 4 轴材料选用 45钢，调质处理。 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=15 轴的结构设计： 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 25以选用 5 6献 4 轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15献 4 ，取轴端倒角 2轴肩的圆角半径为 R= 扭合成校核轴的强度 作出轴的计算简图 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 轴上扭转力矩为 M=954954999%=27.3 周向力为 Py= =3640N 径向力为 y=据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩图、垂直图的弯矩 图13所示。从图中可知，截面 截面 矩 分别为 T=27.3 ; M= 22M = 22 =54.6 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 按第三强度理论进行强度校核 文献 5: 公式M ， W 为轴的抗弯截面系数， W=323d - d 2 (表 15文献 4 W= 152 2152532 =122 = 2323 =222故安全 截面 抗弯截面系数 W=扭截面系数 75矩 M 及弯曲应力为 :M=54600 b=61。 8矩 扭转应力 T 为： 7300 T = 67527300 =附表 3献 4 用插入法求得轴上键槽处的有效应力集中系数： k 0,k 由附图 3献 4 得尺寸系数 由附图 3献 4 得扭转尺寸 1轴按磨削加工，由附图 3献 4 得表面质量系数为=文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 轴未经表面强化处理，即 1q，则按式（ 3（ 3文献 4 ，得综合系数值为： K=-1 + =+1 =算安全系数： S= 1=75 = 1=2 22 =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