立式钻床用轴均布多轴头设计【10张图/14600字】【优秀机械毕业设计论文】
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立式
钻床
用轴均布多轴头
设计
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机械
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论文
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文档包括:
说明书一份,50页,14600字左右.
翻译一份.
图纸共10张,如下所示
A0-装配图.dwg
A1-中心轴.dwg
A1-轴头架本体.dwg
A2-介轮.dwg
A2-介轮轴.dwg
A2-小齿轮.dwg
A2-小齿轮轴.dwg
A2-中心轮.dwg
A3-螺母.dwg
A3-轴头支架.dwg
摘要
本文是立式钻床用轴均布多轴头设计，可调式多轴头各轴在圆周方向均布且方向可方便地沿直径方向同步调整，以适应多种小批量生产条件下法兰盘类零件的螺孔加工。固定试式多轴头是根据一个典型法兰盘类零件而设计的，用于零件中大批量生产要求。
多轴头架的设计参数来源于一般的加工工艺条件，以适应更广阔的加工范围。针对工厂里多孔钻削时，孔径一般较小，多在10cm左右，而且大部分是箱体、法兰盘等，箱体、法兰盘多为铸造件，材料是铸铁，也有个别的被加工零件的材料是低碳钢。根据这些工件的切削条件，可以确定多轴头架的工艺主参数。
主参数确定后便可以进行多轴头架的总体设计。多轴头架的传动原理是通过齿轮啮合增加钻削轴的轴数，以满足多孔加工的要求。通过二级齿轮啮合，输入轴和输出轴的转向没变，但由于齿轮分支传动，变成多根输出轴。
为了保证加工生产条件的安全，加上多轴头工作时装隔离装置比较困难，所以必须严格校核轴头架的强度，以免发生事故或达不到加工要求。
可以看出，改装后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰等工序。工艺范围可以满足一般加工情况的孔类钻削要求。可调多轴头架可以起到提高生产效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。参照该调节原理可进行其他任意孔系加工装置的设计，还可以用于攻丝、扩、锪孔等加工装置。此外该装置具有结构简单、操作方便、应用范围广等特点，值得推广。
关键词：立式 钻床 多轴头 可调 固定
Abstract
The design of multiple spindles heads for drilling machine whose drills spindles are adjustable or fixed are introduced
The adjustable spindles of the multiple spindles heads are located evenly in the circuit and can be adjusted synchronism on the diameter’s direction to meet the small scale production needs of the screw hole manufacture for flange plate parts.And the fixed multiple spindles heads is design for the big scale production needs of the screw hole manufacture for flange plate parts,it can’t be used to manufacture another farts, because it’s spindle distance is designed for the only part.
The design of multiple spindles heads include three parts : the total design, the transfer system design , and the constructive design
Because of the un-development in our manufacture industry ,most company’s plant lack of the machine to drill multiple holes at the same time , and it’s a waste of funding on the manufacturing facilities which will be laid after the parts are produced . so the economic multiple spindles heads enable the normal company to drill the multiple holes in a fast way .And same company gained the economic performance by the way of reequips the machine tools. It’s the fact that the reequipped drilling machine can satisfy the process precision requirement .so the design is feasible.
Based on the design of the multiple spindles heads , we can also design the others to the manufacture of the other flange plant parts.
Key words: drilling machine ;adjustable; multiple spindles heads;
目录
前言………………………………………………………………………………1
1． 概述……………………………………………………………………..2
1.1 问题的提出……………………………………………………….2
1.2 同行业概况……………………………………………………….2
1.3 课题的意义……………………………………………………….2
2. 总体方案设计…………………………………………………………4
对工件进行工艺分析……………………………………………4
检查图纸的完整性和正确性…………………………...4
分析工件的结构特点…………………………………...4
分析工件的材料及加工性能…………………………...5
工件的生产批量………………………………………...5
确定工件的加工方法……………………………………………5
对被改装钻床的分析……………………………………………5
总体布局…………………………………………………………6
其他问题分析……………………………………………………7
3. 齿轮可调式三轴头架的设计…………………………………………8
齿轮可调式三轴头架的传动原理及调整方法…………………8
方案的工艺设计参数……………………………………………9
Z535钻床动力所允许的工况条件…………………….9
确定用于钻削计算的极限值………………………….13
三轴头架的传动设计…………………………………………..16
齿轮的设计验算………………………………………16
轴的设计与校核………………………………………21
轴承的校核计算………………………………………35
键的设计校核…………………………………………37
螺栓的设计校核………………………………………38
夹头夹紧力的计算校核………………………………40
4. 润滑与密封…………………………………………………………43
5. 结束语………………………………………………………………44
6. 谢辞…………………………………………………………………46
7. 参考文献…………………………………………………………….47
前言
我的毕业设计的题目是《立式钻床可调式多轴头架的设计》。在现阶段，我国制造也的发展状况，一方面零件精度、复杂度越来越高，另一方面我国的制造业中普遍存在社别老化的问题。虽然设备老化在现代工业中是不可避免的事情——现在设备的设计更新实在太快了。而且，随着现代产品的小批量生产趋势，为了加工某个零件去购置一台新机床是不合适的。怎样利用现有设备高效快速地加工出新零件是一件很有实际应用价值的课题。
在现代设计中，箱体类、钣金类的零件被广泛应用，在上面进行设计一系列孔是很多时候必须的工作。进行多孔钻削是现代加工中一个不可缺少的加工工序。但是在我国的大部分中小企业目前还不能很好的适应多孔钻削的生产要求，为了某个批量不是很大的零件购置响应的排钻甚至专用机床是取不了多大的经济效益的。针对各个企业里的钻床进行改装不失为一个经济易行同时能满足大部分精度要求的好方法。
目前国内已有一些厂家通过改造现有的钻床设备使之具备加工多孔钻削的能力。一般情况下，都是采用加装多轴头架的方法，并学用适当的夹具便于多轴头架的装夹。由于改造机床多为了某个特定的零件，各种多轴头架各有各的特点。一改改装机床的工艺对象普遍狭窄的缺点，我这里设计了一个可调式的多轴头架，它的切削周向直径可调节，大大的扩大了它的加工范围。
- 内容简介：
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附录 1 关于绿色生产集成发展系统结构的研究 蒋继斌 吴奇升 林九光 刘志峰 刘光富 合肥科技大学 合肥 230009 中国 摘要 ： 有效合理地引导绿色设计是建立绿色制造集成发展系统确定生产生命周期的一个非常重要的前提。在本文中，从实用性和集成性两个方面来看，目前绿色制造的设计工具是首先被考虑到的，目前可达到的绿色制造集成发展系统的结构是第二位被讨论的，从实际和集成方面考虑的系统发展策略则被放在最后一位。 1. 介绍 绿色制造是和环境、资源、能源相容的。它的绿色属性在它的整个生命周期内被实现。所谓绿色制造的开发是 指它的功能和结构在设计的时候，它的生命周期的不同阶段的绿色程度已经在数字化生产阶段被潜在地设计和估定了。因此时间、质量、花费等的要求已经满足环境和资源的精密要求。现在已经有许多绿色制造设计的设计工具。但是其中许多只是停留在理论阶段，而不能被传统的设计工具例如 吸收利用，也不能支持企业的生产发展。本文研究的是目前可达到的绿色制造集成发展系统的结构，分析绿色制造在实用性和集成性方面的特殊产品，并在此基础上讨论系统开发的战略。 不同的计算机辅助工具可以实现的目的也是彼此不同的。例如 要完成产品 的几何学模型。相反地，不同的功能目的决定多样化的系统结构。因此在实施系统开发的开始阶段，只是很熟悉被确定系统的功能目的被满足，仅仅只运用那些目的来指导系统的计划和软件开发，只能保证系统能够满足功能要求。 传统设计的理论和方法的目的是满足产品的功能、质量、时间和花费。这些要求包括满足顾客要求、需要、高质量、短的制造周期和低费用。绿色设计和传统设计相比较增加了环境的目标，并且被环境保护集中。为了排除潜在的消极的影响，它强调在产品的基本属性和环境属性之间的约束。环境的目标是一个宽项的观念。它包括一系列的问题，例如 生态环境、资源和公用的能源等。关于生态环境的问题是它在整个生命周期内影响生态环境，例如，污染空气和利用过的水在制造产品时产生的影响生态环境的影响，更有甚者，被处理的产品也影响生态环境。公用资源也就是资源的容量，特别是非再生资源，被包罗万象和最佳化的利用。这个目标非常重要，因为资源逐渐的变少。产品的绿色属性在制造、应用和处理阶段非常重要，这是在产品开发阶段决定的。只有我们很好的关心和懂得在设计产品结构的时候把环境作为我们的一个目标，我们就可以获得生产对生态环境的影响最小，能量的消耗最小，和资源的利用率最大。 我们可以从上面的分析中得到一个结论：绿色制造的开发不仅包括传统的被用来满足产品的功能的设计，也包括解决环境能力的设计，因此计算机辅助系统被认为是支持绿色制造生产，且具有多工具和集成化的特性。当绿色制造集成开发系统的结构再进行设计时必须考虑到这一点。 2. 目前绿色制造设计工具的机构 自从 1993 年生命周期工程学被引进以来，关于绿色制造的研究已经被广泛地解决。许多研究学会和大学已经学习和开发了许多绿色制造的设计工具，许多理论在多年的研究之后被指出，这些工具不仅被指出的理论所证实，而且被设计者的信息设计工具所支持，目 中列举出来。系统结构主要分为两种类型：单一工具结构和集成化工具结构。这一节将要分析它们的特性和应用领域，基于统一的产品模型作为绿色制造开发系统的理论依据将在这一论文中介绍。 一工具结构 绿色设计参考产品的绿色特征在生命周期内的分析和评定。它是一个多方面的多因素的决策过程。早期的绿色设计工具采用的是单一工具结构和发达的控制工具，是一个特殊的设计内容，。这个系统单独存在并且不能和其他的设计工具进行通信。例如 由合肥科技大学开发的就是属于这种 情况的结构。 图 1 是 结构。该系统由信息输入系统得到关于结构、装配、零件以及建造的产品网状曲线模型等的信息。它计算零件的分解方向并且通过一些与绘图和基于网状曲线模型的分析分解计划相关的算法生成产品的分解顺序。然后它通过分析分解时间和分解问题判断出产品的支撑能力，最终生成关于评估结果的文件提供给设计者，并将应用于修改产品的设计中去。 图 1 结构 研究和开发为设计者提供了一个可以分析分解能力的辅助设计工具。 以达到相互分解和促进支撑力设计和绿色设计的研究和开发的目的。但 是系统采用单一工具结构，有以下一些缺点： 错误 !未找到引用源。 面多年的研究表明，关于产品结构、几何形状、装配方面的信息是如此多、复杂并且变化多样，以至于用简单的数据结构来快速传递是非常困难的。 由 开发过的，因为用来存储产品信息的数据结构是有限的，想获得完整的信息是分常困难的，而且它只是提供几个零件。 错误 !未找到引用源。 该系统不是完整的而是开发阶段的工具，例如 。结果是一遍一遍输入信息而不自动反馈判断结果。错误 !未找到引用源。 产品的视觉化能力和拆 分过程是有限的。更有甚者，它的操作相对地抽象。 成结构 集成结构把信息的完整视为目标。它实现产品开发过程的完整性并且通过提供相同的数据模型来支持 等 )和 等）之间的信息交换和转移。 根据数据模型产品完整性开发结构系统可以分解为两类： （ 1）基于相同产品数据模型的集成结构。 这种结构设计每一个生命周期发展阶段的工具作为一个整体系统。产品开发是基于相同的产品数据模型，可以实现系统的高度完整性，并且共享系统信息，如图 2（ a）所示。 图 2 集成机构系统 它通过密封开发工具和相同的应用程序接口来构造产品完整的开发系统平台。依据这个平台，不同的使用者可以解决不同产品的开发。开发平台和产品模型之间的交互动作是通过产品数据管理来实施的，它们可以进行开发工具共享信息和产品开发过程的集成之间的信息交换。这个系统的本质是被用来交换、保存和整个生命周期中产品数据的防火墙的产品集合模型。集成结构是基于相同产品数据模型参考整体和包括关于产品的生命周期信息的产品集成模型。它不拆分每个开发工具的特殊数据库。同时，它通过管理产品模型数据库来构造在不同工具数据之间的语义联系。它避免日 期的多余信息和日期之间的不一致信息。还有，由公用数据格式支持的产品模型的优点是：它可以简化数据交换过程的开发。因此，研究者可以有更多时间去了解开发工具的功能，不用去管系统数据的交换。 （ 2）基于不同数据管理模型的集成结构 这种结构是以 基础的，在不同的 台上结合许多功能软件，达成信息个过程的集合管理。如图 2（ b）所示。 常采用产品数据和基于产品结构模型的模型管理。在应用文件中有许多冗余的日期，因为在产品结构模型仅仅剥夺了专业产品模型和每个应用系统之间的联系，文件内容的一致性的检查，不能 被任何一个产品日期管理系统解决。底层应用系统被迫按照标准，例如 建立输入和输出机构。因为它缺少一个统一的数据模型，另一方面，工作数量非常大，因此很难保证来自另一种系统产品模型的转换数据的真实性。 3. 绿色产品开发系统的结 绿色属性是绿色产品的本质属性。因为绿色属性涉及的主要是在生命周期的物料阶段制造、使用和废弃。因此它通常在产品开发的数据阶段采用模拟的方式。也在电脑环境中建造虚拟制造、使用、废弃和预测未来绿色产品的特性。在未来，它依据产品和改进的不合理设计影响绿色特性，产品将被开发，最终达到预 计的绿色的目的。另一方面，产品开发涉及到除绿色属性以外的其它模拟特性，例如产品的可持续性和可制造能力。那些特性也需要数字化产品模型。因此，不统一结构的产品模型，没有多余的信息和定向的整个生命周期是认识绿色产品开发的基础，研究者在计划产品开发系统的时候，必须仔细考虑。根据以上讨论，我们认为集成系统是基于不统一的产品数据模型应该被优先构造。如图 4 所示是基于不统一产品模型的集成开发系统的结构。这个系统主要由一些部件组成。 （ 1）开发工具 当产品为满足不同的生命周期需求而定向时，产品开发系统联合支持开发工具，它 们是计算机辅助工具（ 工具设计（ 一个可以满足特殊领域产品设计要求的平台。例如 。仿制产品和计划制造过程可以在这个平台上完成；在 础上的 开发是技术和可以满足生命周期要求的一个工具。它彻底地考虑产品影响较后面产品设计阶段的程序。例如组合能力、制造能力和维护能力等。设计者考虑尽可能多的，可以被每一个 合在整个生命周期中的每个功能学目标，然后使产品达到最佳。 （ 2）产品模型和模型管理 产品模型是设计行动的主 要目的，它是绿色设计的基础，并且它包含产品的数据和信息，我们认为它是由不同层次的模型组成的，如图 4 所示。第一个模型是最基本的模型，且它和具体的应用事毫无关系的，比如产品的几何模型。第二个模型被应用于涉及到运用功能的基本模型，比如精确性模型和资源与环境模型。第三个模型是特殊运用的专用模型，比如有限元网络模型，产品模型的有效运用需要管理模型的支持，管理模型和产品模型通常联合成一个功能单元，它可以通过信息交换和存储来识别发展工具和产品模型的相互作用信息，然后再能实现的发展工具中分享和结合信息。模型管理主要组成数据 管理，它是以产品结构和将模型信息变换成适应特殊需要信息为基础。 图 4 构 （ 3）知识基础和知识管理 基础知识储存了多种多样的涉及到产品开发应用知识的信息。这些信息是每种开发工具的基础，对设计和评估项目非常重要，所有信息通过它的特殊性和普通性被分成 3 层，第一层是和设计和应用领域相关的知识，比如轴的零件和选择切割量的设计准则；第二层是和特殊的产品设计相关的知识，比如具体的标准和手工绘图的标准，有多种用途的数据可以通过知识管理系统来识别，这些为产品设计要求服务的知识通过知识管理系统的相互作用被传递 给开发工具。 （ 4）用户界面 每种开发工具产品模型和知识模型被认为是设计者准备的开发平台，每种开发工具通过用户界面应用到产品的开发过程中，通过用户界面存储和获得的数据被控制。过程和信息的非统一管理可以被识别。因此，识别完整的相同产品开发时有可能的。 这种结构的重要特性是不同产品的模型基础。每个开发工具的生命周期和共享信息通过周边用户界面被识别。然后确保开发产品不仅达到传统结构和功能目的，而且已能达到绿色环境设计的目标，因此，绿色产品可被连续开发。 4. 绿色产品集成化开发系统的是失策略 和 两个 商业软件，它提供功能程序块，例如设计、模型、分析、 目和制造。他们重视产品结构和制造过程，且它们没有功能程序块，例如分析和评价产品对环境的影响，且不支持绿色设计工具的通信，但是这种系统提供三维空间模型，非统一产品数据模型能被软件引导，且在任何时候，产品几何和功能性描述是必须的，对于产品开发工具如 有限元分析法。系统提供惯性模型，用户使用系统使之更为完善能够识别特别功能需求的开发工具因此文章讲述了第三部分开发绿色设计，此设计以商业软件平台支护为基础，且增加和扩展了系统功能，如 系统适应绿色产 品开发。 以 台来开发的。它把 能模型分成 能菜单且使之与 户相互联系，应用于分析的网络信息能从 型中获得。 析结果直接反映了产品模型系统增加了累积过程，因此，系统的应用能力加强。目前该系统尚处于试验阶段且受到企业的好评。 5. 结论 基于绿色产品集成开发系统结构方面的研究是系统化的，并且对整个系统功能、特性和运行方式进行全方面的计划，它是由开发的软件的最终控制模型和开发领域来支持，基于绿色产品集成开发系统机构方面的研究的目的是选择一个适当的系统结构和骨架模 型，它确保绿色设计和在每一个生命周期阶段的评定被系统识别。因此产品绿色属性在整个生命周期被实施。 参考文献 1 刘志峰等 绿色设计 北京 机械工业出版社 1999,9. 2 刘光复等 绿色设计的体系结构及实施策略 中国机械工程 2000,9： 965 968 3 刘志峰等 绿色产品评价方法研究 中国机械工程， 2000,9： 968971 4 杰克森 集成环境的分析方法和传统设计的思考 械制造工业出版设 46(1):355997 540on of 30009, to it is an to In of is of is *1 is is on of is So of on of of on t AM on of of on of as s. AD On of of So at of to to be to to be of s is by 9935120of to is by As to it on is a a of as of it on on s of is is s it is on it is on we s on if we it as of we is a is to s so is to of to be of is F is on , by on is as to of on in to in It is a a to is by It s by on it by It to to be to s an of of it AD is so it is to be is , to is to it is to It it to of s is s as It (to of is 1) on as a is It of a It is (a). It by on is by in of is is to of in is on to It s At it of is it of So of a) (b) on is on DM of It DM et on (b). on of in of is to of by it an On is So it is to of to F is of to on So it on of It on s In on of to be to of So no of it to be as we on is in is on of ) is in Ax is a of be on Ax is a it of as as as by Ax it an in 2) is by of is of We it of . is to as is to as of It by s be of is on 3) to is of is by is to as of is is to as is is of as of is by to by 4) as a be of by By of is So it is to of is on is by of it So as NC on t as by is be by at It of a is an So on of to FD is a is G as . ,it G is G is to be is So of is on is by on of is It is of of to a it on So is on 刘 志峰等 绿色设计 北京 机械工业出版社1999,9.2 刘光复等 绿色设计的体系结构及实施策略 中国机械工程 2000,9 9659683 刘志峰等 绿色产品评价方法研究 中国机械工程 2000,9 9689714 P. . An 6(1):35519971 摘要 本文 是立式钻床用轴均布多轴头设计，可调式多轴头各轴在圆周方向均布且方向可方便地沿直径方向同步调整，以适应多种小批量生产条件下法兰盘类零件的螺孔加工。固定试式多轴头是根据一个典型法兰盘类零件而设计的，用于零件中大批量生产要求。 多轴头架的设计参数来源于一般的加工工艺条件，以适应更广阔的加工范围。针对工厂里多孔钻削时，孔径一般较小，多在 10且大部分是箱体、法兰盘等，箱体、法兰盘多为铸造件，材料是铸铁，也有个别的被加工零件的材料是低碳钢。根据这些工件的切削条件，可以确定多轴头架的工艺主参 数。 主参数确定后便可以进行多轴头架的总体设计。多轴头架的传动原理是通过齿轮啮合增加钻削轴的轴数，以满足多孔加工的要求。通过二级齿轮啮合，输入轴和输出轴的转向没变，但由于齿轮分支传动，变成多根输出轴。 为了保证加工生产条件的安全，加上多轴头工作时装隔离装置比较困难，所以必须严格校核轴头架的强度，以免发生事故或达不到加工要求。 可以看出，改装后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰等工序。工艺范围可以满足一般加工情况的孔类钻削要求。可调多轴头架可以起到提高生产效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。参照该 调节原理可进行其他任意孔系加工装置的设计，还可以用于攻丝、扩、锪孔等加工装置。此外该装置具有结构简单、操作方便、应用范围广等特点，值得推广。 关键词 ： 立式 钻床 多轴头 可调 固定 2 he of or he of in be on s to of is of it t be to its is of of in s of to at its a of on be so to in a by of Its so is on of we to of ; 3 目录 前言 1 1 概述 .题的提出 行业概况 题的意义 . 总体方案设计 4 对工件进行工艺分析 4 检查图纸的完整性和正确性 .析工件的结构特点 .析工件的材料及加工性能 .件的生产批量 .定工件的加工方法 5 对被改装钻床的分析 5 总体布局 6 其他问题分析 7 3. 齿轮可调式三轴头架的设计 8 齿轮可调式三轴头架的传动原理及调整方法 8 方案的工艺设计参数 9 定用于钻削计算的极限值 轴头架的传动设计 .轮的设计验算 16 轴的设计与校核 21 轴承的校核计算 35 键的设计校核 37 螺栓的设计校核 38 夹头夹紧力的计算校核 40 4. 润滑与密封 43 5. 结束语 44 6. 谢辞 46 7. 参考文献 4 前言 我的毕业设计的题目是 立式钻床可调式多轴头架的设计。在现阶段，我国制造也的发展状况，一方面零件精度、复杂度越来越高，另一方面我国的制造业中普遍存在社别老化的问题。虽然设备老化在现代工业中是不可避免的事情 现在设备的设计更新实在太快了。而且，随着现代产品的小批量生产趋势，为了加工某个零件去 购置一台新机床是不合适的。怎样利用现有设备高效快速地加工出新零件是一件很有实际应用价值的课题。 在现代设计中，箱体类、钣金类的零件被广泛应用，在上面进行设计一系列孔是很多时候必须的工作。进行多孔钻削是现代加工中一个不可缺少的加工工序。但是在我国的大部分中小企业目前还不能很好的适应多孔钻削的生产要求，为了某个批量不是很大的零件购置响应的排钻甚至专用机床是取不了多大的经济效益的。针对各个企业里的钻床进行改装不失为一个经济易行同时能满足大部分精度要求的好方法。 目前国内已有一些厂家通过改造现有的钻床设备使之具备加 工多孔钻削的能力。一般情况下，都是采用加装多轴头架的方法，并学用适当的夹具便于多轴头架的装夹。由于改造机床多为了某个特定的零件，各种多轴头架各有各的特点。一改改装机床的工艺对象普遍狭窄的缺点，我这里设计了一个可调式的多轴头架，它的切削周向直径可调节，大大的扩大了它的加工范围。 1 摘要 本文 是立式钻床用轴均布多轴头设计，可调式多轴头各轴在圆周方向均布且方向可方便地沿直径方向同步调整，以适应多种小批量生产条件下法兰盘类零件的螺孔加工。固定试式多轴头是根据一个典型法兰盘类零件而设计的，用于零件中大批量生产要求。 多轴头架的设计参数来源于一般的加工工艺条件，以适应更广阔的加工范围。针对工厂里多孔钻削时，孔径一般较小，多在 10右，而且大部分是箱体、法兰盘等，箱体、法兰盘多为铸造件，材料是铸铁，也有个别的被加工零件的材料是低碳钢。根据这些工件的切削条件，可以确定多轴头架的工艺主参 数。 主参数确定后便可以进行多轴头架的总体设计。多轴头架的传动原理是通过齿轮啮合增加钻削轴的轴数，以满足多孔加工的要求。通过二级齿轮啮合，输入轴和输出轴的转向没变，但由于齿轮分支传动，变成多根输出轴。 为了保证加工生产条件的安全，加上多轴头工作时装隔离装置比较困难，所以必须严格校核轴头架的强度，以免发生事故或达不到加工要求。 可以看出，改装后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰等工序。工艺范围可以满足一般加工情况的孔类钻削要求。可调多轴头架可以起到提高生产效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。参照该 调节原理可进行其他任意孔系加工装置的设计，还可以用于攻丝、扩、锪孔等加工装置。此外该装置具有结构简单、操作方便、应用范围广等特点，值得推广。 关键词 ： 立式 钻床 多轴头 可调 固定 2 he of or he of in be on s to of is of it t be to its is of of in s of to at its a of on be so to in a by of Its so is on of we to of ; 3 目录 前言 1 1 概述 .题的提出 行业概况 题的意义 . 总体方案设计 4 对工件进行工艺分析 4 检查图纸的完整性和正确性 .析工件的结构特点 .析工件的材料及加工性能 .件的生产批量 .定工件的加工方法 5 对被改装钻床的分析 5 总体布局 6 其他问题分析 7 3. 齿轮可调式三轴头架的设计 8 齿轮可调式三轴头架的传动原理及调整方法 8 方案的工艺设计参数 9 床动力所允许的工况条件 定用于钻削计算的极限值 轴头架的传动设计 .轮的设计验算 16 轴的设计与校核 21 轴承的校核计算 35 键的设计校核 37 螺栓的设计校核 38 夹头夹紧力的计算校核 40 4. 润滑与密封 43 5. 结束语 44 6. 谢辞 46 7. 参考文献 4 前言 我的毕业设计的题目是 立式钻床可调式多轴头架的设计。在现阶段，我国制造也的发展状况，一方面零件精度、复杂度越来越高，另一方面我国的制造业中普遍存在社别老化的问题。虽然设备老化在现代工业中是不可避免的事情 现在设备的设计更新实在太快了。而且，随着现代产品的小批量生产趋势，为了加工某个零件去 购置一台新机床是不合适的。怎样利用现有设备高效快速地加工出新零件是一件很有实际应用价值的课题。 在现代设计中，箱体类、钣金类的零件被广泛应用，在上面进行设计一系列孔是很多时候必须的工作。进行多孔钻削是现代加工中一个不可缺少的加工工序。但是在我国的大部分中小企业目前还不能很好的适应多孔钻削的生产要求，为了某个批量不是很大的零件购置响应的排钻甚至专用机床是取不了多大的经济效益的。针对各个企业里的钻床进行改装不失为一个经济易行同时能满足大部分精度要求的好方法。 目前国内已有一些厂家通过改造现有的钻床设备使之具备加 工多孔钻削的能力。一般情况下，都是采用加装多轴头架的方法，并学用适当的夹具便于多轴头架的装夹。由于改造机床多为了某个特定的零件，各种多轴头架各有各的特点。一改改装机床的工艺对象普遍狭窄的缺点，我这里设计了一个可调式的多轴头架，它的切削周向直径可调节，大大的扩大了它的加工范围。 5 1. 概述 题的提出 本次 毕业设计任务的提出，是为适应目前我国大部分制造厂的实际生产状况。当前制造业设备更新特别快，大部分企业遇到同一端面的多孔钻削的零件时，为此购置专用设备又往往不经济的条件下，可以通过改造现有普通单轴钻床使之具有多轴钻削的能力。既解决了加工要求与现有设备的矛盾，又有效的利用了闲置机床，极大的提高了设备利用率，给企业带来了巨大的经济效益。 行业概况 在国内的相关企业中 已经有一部分企业开始原有设备的改造以适应新的加工生产。其中有一些结构相对比较复杂，当然这与白加工零件的相关工艺参数有关。在法兰盘周向均布孔的加工上应用已经相当广泛。比如在郑州的一个汽车制造车间上，运用了改造后的钻床进行加工，取得了良好的经济效果。由于这些厂家的生产对象的特殊性，他们加工的孔径一般较大，改造后的钻床，除了加装多轴头 架外，还需设计额外的夹具以减轻头架的重量对钻床的作用力影响及保证头架进给的精度。 题的意义 为了 使广大的一般小型生产厂家具有同一端面的多孔加工能力，我设计了重量较轻，钻削轴均布的三轴头架。 可以实现同时三孔位的加工，而且如果孔之间的距离有变化，可以随时进行孔距的调节，使它能够实现多孔位的加工，那样不仅可以节省时间、改善工人的劳动强度、提高劳动效率，而且对于机械行业也是一种革新。 齿轮可调式三轴头架，因为它是一种可换的，而且是可以调节孔距的设备，所以适应生产过程中的小批量的生产。 6 根据多孔的加工要求，确 定机床的主要参数如下： 最大钻孔深度（单侧钻） 50轴数目 3 主轴中心线至工作台面高 750轴转速 1000r/右 7 2. 总体方案设计 总体方案是部件和零件的设计依据，对整个机床的设计影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须综合的考虑，使所定方案技术上先进，经济效果好。确定总体方案，包 括下列内容： 工件进行工艺分析 查图纸的完整性和正确性 工件的图纸应能清晰的表达工件的形状结构，标注全部尺寸及技术要求，说明工件的材料和所需要的工件数量等。加工零件为典型的盘类零件，砂轮机端盖，如图： 图 1 砂轮机端盖 析工件的结构特点 工件的结构决定了它的安装方式和加工厂方法。要求用多轴头架加工的孔为精度要求不甚高的 9螺栓孔，在加工时，以大端面为基准装夹，根据批量的要求需另外设计专用夹具，以适应中批量的生产要求。 8 析工件的材料及加工性能 工件的材料 对加工方法有很大的影响。如材料的软硬对刀具进给量、走刀量都有较大的影响。砂轮机端盖的毛坯为铸件，材料是球墨铸铁，可根据相关手册计算加工时的加工参数，以此来确定多轴头架的设计参数。 件的生产批量 被加工 工件的生产批量的大小对改装方案的制定也有较大的影响。工件的批量大，改装后的机床的生产效率则要求高，若工件的批量小 ，则对机床的效率要求不高。工件批量大时要求要考虑机床的专用性，工件批量小时要求要考虑机床的通用性。砂轮机端盖的生产为中批量生产，设计周期短、经济的三轴头架十分适合它的生产批量加工条件。 定工件的加工方法 不同的加工方法可带来不同的经济效益，故工件加工工厂方法选择的是否合适，对钻床改装来说是非常重要的，他不仅关系到改装形式，还直接影响改装后机床加工质量的优劣、生产效率的高低等。所以确定工件加工方法时，应考虑以下主要问题：（ 1）加工表面要求的精度和粗糙度；（ 2）工件的生产批量；（ 3）工件的结构形状 和尺寸（ 4）钻床改装的实际可能性。 被改装钻床的分析 分析被改装 钻床时包括的主要内容有：（ 1）分析机床能否适应改装要求；（ 2）调查和了解机床的使用情况；（ 3）考虑机床的动力情况；（ 4）分析改装后机床的强度和刚度问题。 立式钻床是一种传统的立式钻床，在机械制造和维修中的单件、小批量生产中，对中小型零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪孔及攻螺纹等加工工艺上得到了普遍的应用。但由于其为单孔钻床，对多孔钻削的加工比较麻烦，很费工时，给操作者增加了劳动强度。为此，为了挖掘设备潜力，将其 9 改装成多头钻床， 根据在实际加工中的要求，同一加工平面三孔或四孔加工比较常见，设计了齿轮十多轴头架，以便于更高效的使用 式钻床。在完成一批生产任务后，三轴头架可以从钻床上拆下来，立式钻床恢复原貌，不会影响钻床原来的参数。当参数发生改变、被加工工件尺寸发生变化时，可调式头架的钻削主轴轴距可以调节，适应被加工工件上孔距在一范围内的变化，从而扩大了三轴头架的使用范围。 有关 床的动力参数将在以下内容进行详尽的分析计算。 体布局 一般包括 ：分配运动、选择传动形式和支承形式的位置、拟定从布局上改善机床性 能和技术经济指标的措施等。最后，绘制多轴头架与机床的总联系尺寸图，以表达所才用的总体布局，规定联系尺寸，并确定主要的技术参数。 查相关的机床手册，得到 相关联系尺寸，列于下表（单位： 最大钻孔直径 d 35 最大钻孔深度 h 175 从主轴端面到工作台端面 H 0750 从主轴中心到导轨距离 A 175 从工作台 T 型槽中心到凸肩距离 B 160 凸肩高度 3 工作台最大升高 325 主轴箱最大垂直移动量 200 主轴最大行程 225 主轴外径尺寸 40孔莫式号数 4 号 10 他问题分析 在制定改装方案时 ，除了以上各因素外，还要注意维护要方便、制造和装陪要简单、结构要紧凑、通用化程度要高、外型要平整协调等，同时也要考虑因地制宜的改装问题。考虑到在钻床上安装了三轴头架之后，再装上钻头，钻头前端到被加工工件之间必须留有一定的高度用于进刀用，在加上工件孔的深度，钻头架的垂直尺寸必须满足一定的范围。根据钻床外的联系尺寸、钻头长度和一般被加工工件的尺寸，钻头架的垂直尺寸应在 400 11 3. 齿轮可调式三轴头架的设计 轮可调式三轴头架的 传动原理及调整方法 可调式三轴头架的传动原理 如图 1 所示。主轴 1 由钻床主轴来带动旋转，经齿轮副 2 与 3 和 3 与 5，使小轴 4（即钻削主轴）得到动力旋转，于是带动钻头进行钻削。 钻削孔径的调整通过改变两小轴 4 的中心距来实现，即使两小轴 4的中心距等于被加工孔的孔径。在调整时（参见图 1），首先松开六角螺母，然后转动支架使之带动介轮轴一起在本体中转动，直至三小轴的中心距调整到 所 要 求 的 尺 寸 为 止 ， 再 将 六 角 螺 母 拧 紧 。图 1 三轴头架传动原理图 12 图 2 传动原理简图 案的工艺设计参数 床动力所允许的工况条件 多轴头架 是根据加工工件的需要进行设计的，与之相配套的立钻动力是否够用，设计前必须验证。常用的验证方法有两种：一是类比法，即加工同类零件机床动力进行比较，以此决定所选用的动力是否能满足要求，另一种是计算法，将计算所得的切削功率与配套机床的动 力进行比较，以此决定配套机床的动力是否够用。 应用公式计算切削速度、切削力和切削功率，根据设计儿女物说明书的要求，最大孔径为 12，此时在各种工况条件下的 V、 F、 P。考虑到齿轮传动有功率损失，单根钻削轴能承受的最大功率（ 13 664 . 5 / 3 0 . 9 83 =1) 用高速钻头钻孔时 查机械加工工艺师手册（以下简称工艺师）表 28速钢钻头钻削结构钢（ 650b ），当 d=10，最大进给速度为 f=r，对应的 切削速度 V=15m/轴向力 F=3010N 转矩 T=m 功率 P=P =工艺师表 28190当 d=10大的进给速度为 f=r，对应的 切削速度 V=12m/轴向 力 F=3765N 转矩 T=m 功率 P=P =于 床没有 r 的进给速度，采用与之相近的f=r，再用公式重新对所选公式进行核算 相关公式查工艺师表 28、铰孔时切削速度的计算公式 0 a （注： 表 28矩、功率的计算公式 0 0 14 0 d f K030d 式中的v F K、 、为修正参数，在这里的计算采用的材料为其实验用的，故都按 1 1 1v K K 、 、计算。 （ 1） 钻削结构碳钢（ 650b ）时的切削速度 V、轴向力F、转矩 T、功率 P 1 摘要 本文 是立式钻床用轴均布多轴头设计，可调式多轴头各轴在圆周方向均布且方向可方便地沿直径方向同步调整，以适应多种小批量生产条件下法兰盘类零件的螺孔加工。固定试式多轴头是根据一个典型法兰盘类零件而设计的，用于零件中大批量生产要求。 多轴头架的设计参数来源于一般的加工工艺条件，以适应更广阔的加工范围。针对工厂里多孔钻削时，孔径一般较小，多在 10右，而且大部分是箱体、法兰盘等，箱体、法兰盘多为铸造件，材料是铸铁，也有个别的被加工零件的材料是低碳钢。根据这些工件的切削条件，可以确定多轴头架的工艺主参 数。 主参数确定后便可以进行多轴头架的总体设计。多轴头架的传动原理是通过齿轮啮合增加钻削轴的轴数，以满足多孔加工的要求。通过二级齿轮啮合，输入轴和输出轴的转向没变，但由于齿轮分支传动，变成多根输出轴。 为了保证加工生产条件的安全，加上多轴头工作时装隔离装置比较困难，所以必须严格校核轴头架的强度，以免发生事故或达不到加工要求。 可以看出，改装后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰等工序。工艺范围可以满足一般加工情况的孔类钻削要求。可调多轴头架可以起到提高生产效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。参照该 调节原理可进行其他任意孔系加工装置的设计，还可以用于攻丝、扩、锪孔等加工装置。此外该装置具有结构简单、操作方便、应用范围广等特点，值得推广。 关键词 ： 立式 钻床 多轴头 可调 固定 2 he of or he of in be on s to of is of it t be to its is of of in s of to at its a of on be so to in a by of Its so is on of we to of ; 3 目录 前言 1 1 概述 .题的提出 行业概况 题的意义 . 总体方案设计 4 对工件进行工艺分析 4 检查图纸的完整性和正确性 .析工件的结构特点 .析工件的材料及加工性能 .件的生产批量 .定工件的加工方法 5 对被改装钻床的分析 5 总体布局 6 其他问题分析 7 3. 齿轮可调式三轴头架的设计 8 齿轮可调式三轴头架的传动原理及调整方法 8 方案的工艺设计参数 9 床动力所允许的工况条件 定用于钻削计算的极限值 轴头架的传动设计 .轮的设计验算 16 轴的设计与校核 21 轴承的校核计算 35 键的设计校核 37 螺栓的设计校核 38 夹头夹紧力的计算校核 40 4. 润滑与密封 43 5. 结束语 44 6. 谢辞 46 7. 参考文献 4 前言 我的毕业设计的题目是 立式钻床可调式多轴头架的设计。在现阶段，我国制造也的发展状况，一方面零件精度、复杂度越来越高，另一方面我国的制造业中普遍存在社别老化的问题。虽然设备老化在现代工业中是不可避免的事情 现在设备的设计更新实在太快了。而且，随着现代产品的小批量生产趋势，为了加工某个零件去 购置一台新机床是不合适的。怎样利用现有设备高效快速地加工出新零件是一件很有实际应用价值的课题。 在现代设计中，箱体类、钣金类的零件被广泛应用 ，在上面进行设计一系列孔是很多时候必须的工作。进行多孔钻削是现代加工中一个不可缺少的加工工序。但是在我国的大部分中小企业目前还不能很好的适应多孔钻削的生产要求，为了某个批量不是很大的零件购置响应的排钻甚至专用机床是取不了多大的经济效益的。针对各个企业里的钻床进行改装不失为一个经济易行同时能满足大部分精度要求的好方法。 目前国内已有一些厂家通过改造现有的钻床设备使之具备加 工多孔钻削的能力。一般情况下，都是采用加装多轴头架的方法，并学用适当的夹具便于多轴头架的装夹。由于 改造机床多为了某个特定的零件，各种多轴头架各有各的特点。一改改装机床的工艺对象普遍狭窄的缺点，我这里设计了一个可调式的多轴头架，它的切削周向直径可调节，大大的扩大了它的加工范围 。 5 1. 概述 题的提出 本次 毕业设计任务的提出，是为适应目前我国大部分制造厂的实际生产状况。当前制造业设备更新特别快 ，大部分企业遇到同一端面的多孔钻削的零件时，为此购置专用设备又往往不经济的条件下，可以通过改造现有普通单轴钻床使之具有多轴钻削的能力。既解决了加工要求与现有设备的矛盾，又有效的利用了闲置机床，极大的提高了设备利用率，给企业带来了巨大的经济效益。 行业概况 在国内的相关企业中 已经有一部分企业开始原有设备的改造以适应新的加工生产。其中有一些结构相对比较复杂，当然这与白加工零件的相关工艺参数有关。在法兰盘周向均布孔的加工 上应用已经相当广泛。比如在郑州的一个汽车制造车间上，运用了改造后的钻床进行加工，取得了良好的经济效果。由于这些厂家的生产对象的特殊性，他们加工的孔径一般较大，改造后的钻床，除了加装多轴头 架外，还需设计额外的夹具以减轻头架的重量对钻床的作用力影响及保证头架进给的精度。 题的意义 为了 使广大的一般小型生产厂家具有同一端面的多孔加工能力，我设计了重量较轻，钻削轴均布的三轴头架。 可以实现同时三孔位的加工，而且如果孔之间的距离有变化，可以随时进行孔距的调节 ，使它能够实现多孔位的加工，那样不仅可以节省时间、改善工人的劳动强度、提高劳动效率，而且对于机械行业也是一种革新。 齿轮可调式三轴头架， 因为它是一种可换的，而且是可以调节孔距的设备，所以 适应生产过程中的小批量的生产。 6 根据多孔的加工要求，确 定机床的主要参数如下： 最大钻孔深度（单侧钻） 50轴数目 3 主轴中心线至工作台面高 750轴转速 1000r/右 7 2. 总体方案设计 总体方案是部件和零件的设计依据，对整个机床的设计影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须综合的考虑，使所定方案技术上先进，经济效果好。确定总体方案，包 括下列内容： 工件进行工艺分析 查图纸的完整性和正确性 工件的图纸应能清晰的表达工件的形状结构，标注全部尺寸及技术要求，说明工件的材料和所需要的工件数量等。加工零件为典型的盘类零件，砂轮机端盖，如图： 图 1 砂轮机端盖 析工件的结构特点 工件的结构决定了它的安装方式和加工厂方法。要求用多轴头架加工的孔为精度要求不甚高的 9螺栓孔 ，在加工时，以大端面为基准装夹，根据批量的要求需另外设计专用夹具，以适应中批量的生产要求。 8 析工件的材料及加工性能 工件的材料 对加工方法有很大的影响。如材料的软硬对刀具进给量、走刀量都有较大的影响。 砂轮机端盖的毛坯为铸件，材料是球墨铸铁，可根据相关手册计算加工时的加工参数，以此来确定多轴头架的设计参数。 件的生产批量 被加工 工件的生产批量的大小对改装方案的制定也有较大的影响。工件的批量大，改装后的机床的生产效率则要求高，若工件的批量小 ，则对机床的效率要求不高。工件批量大时要求要考虑机床的专用性，工件批量小时要求要考虑机床的通用性。砂轮机端盖的生产为中批量生产，设计周期短、经济的三轴头架十分适合它的生产批量加工条件。 定工件的加工方法 不同的加工方法可带来不同的经济效益，故工件加工工厂方法选择的是否合适，对钻床改装来说是非常重要的，他不仅关系到改装形式，还直接影响改装后机床 加工质量的优劣、生产效率的高低等。所以确定工件加工方法时，应考虑以下主要问题：（ 1）加工表面要求的精度和粗糙度；（ 2）工件的生产批量；（ 3）工件的结构形状 和尺寸（ 4）钻床改装的实际可能性。 被改装钻床的分析 分析被改装 钻床时包括的主要内容有：（ 1）分析机床能否适应改装要求；（ 2）调查和了解机床的使用情况；（ 3）考虑机床的动力情况；（ 4）分析改装后机床的强度和刚度问题。 立式钻床是一种传统的立式钻床，在机械制造和维修中的单件、小批量生产中，对中小型零件进行钻孔、 扩孔、铰孔、锪孔及攻螺纹等加工工艺上得到了普遍的应用。但由于其为单孔钻床，对多孔钻削的加工比较麻烦，很费工时，给操作者增加了劳动强度。为此，为了挖掘设备潜力，将其 9 改装成多头钻床， 根据在实际加工中的要求，同一加工平面三孔或四孔加工比较常见，设计了齿轮十多轴头架，以便于更高效的使用 式钻床。在完成一批生产任务后，三轴头架可以从钻床上拆下来，立式钻床恢复原貌，不会影响钻床原来的参数。当参数发生改变 、被加工工件尺寸发生变化时，可调式头架的钻削主轴轴距可以调节，适应被加工工件上孔距在一范围内的变化，从而扩大了三轴头架的使用范围。 有关 床的动力参数将在以下内容进行详尽的分析计算。 体布局 一般包括 ：分配运动、选择传动形式和支承形式的位置、拟定从布局上改善机床性 能和技术经济指标的措施等。最后，绘制多轴头架与机床的总联系尺寸图，以表达所才用的总体布局，规定联系尺寸，并确定主要的技术参数。 查相关的机床手册，得到 相关联系尺寸，列于下表（单位： 最大钻孔直径 d 35 最大钻孔深度 h 175 从主轴端面到工作台端面 H 0750 从主轴中心到导轨距离 A 175 从工作台 T 型槽中心到凸肩距离 B 160 凸肩高度 3 工作台最大升高 325 主轴箱最大垂直移动量 200 主轴最大行程 225 主轴外径尺寸 40孔莫式号数 4 号 10 他问题分析 在制定改装方案时 ，除了以上各因素外，还要注意维护要方便、制造和装陪要简单、结构要紧凑、通用化程度要高、外型要平整协调等，同时也要考虑因地制宜的改装问题。考虑到在钻床上安装了三轴头架之后，再装上钻头，钻头前端到 被加工工件之间必须留有一定的高度用于进刀用，在加上工件孔的深度，钻头架的垂直尺寸必须满足一定的范围。根据钻床外的联系尺寸、钻头长度和一般被加工工件的尺寸，钻头架的垂直尺寸应在 400 11 3. 齿轮可调式三轴头架的设计 轮可调式三轴头架的 传动原理及调整方法 可调式三轴头架的传动原理 如图 1 所示。主轴 1 由钻床主轴来带动旋转，经齿轮副 2 与 3 和 3 与 5，使小轴 4（即钻削主轴）得到动力旋转，于是带动钻头进行钻削。 钻削孔径的调整通过改变两小轴 4 的中心距来实现，即使两小轴 4的中心距等于被加工孔的孔径 。在调整时（参见图 1），首先松开六角螺母，然后转动支架使之带动介轮轴一起在本体中转动，直至三小轴的中心距调整到 所 要 求 的 尺 寸 为 止 ， 再 将 六 角 螺 母 拧 紧 。图 1 三轴头架传 动 原理图 12 图 2 传动原理简图 案的工艺设计参数 床动力所允许的工况条件 多轴头架 是根据加工工件的需要进行设计的，与之相配套的立钻动力是否够用，设计前必须验证。常用的验证方法有两种 ：一是类比法，即加工同类零件机床动力进行比较，以此决定所选用的动力是否能满足要求，另一种是计算法，将计算所得的切削功率与配套机床的动 力进行比较，以此决定配套机床的动力是否够用。 应用公式计算切削速度、切削力和切削功率，根据设计儿女物说明书的要求，最大孔径为 12，此时在各种工况条件下的 V、 F、 P。考虑到齿轮传动有功率损失，单根钻削轴能承受的最大功率（ 13 664 . 5 / 3 0 . 9 83 =1) 用高速钻头钻孔时 查机械加工工艺师手册（以下简称工艺师）表 28速钢钻头钻削结构钢（ 650b ），当 d=10，最大进给速度为 f=r，对应的 切削速度 V=15m/轴向力 F=3010N 转矩 T=m 功率 P= 0 0 . 2 5 0 . 4 /d m m f m m r :,这里按 f=r 计算 查表得 0 410 16 0 . 4 50 . 2 0 . 31 . 2 0 . 7 52 . 2 0 . 802 2 . 2 1 01 4 7 . 4 / m i 0 . 2 54 1 0 1 0 0 . 2 5 1 2 2 7 4 . 50 . 1 1 7 1 0 0 . 2 5 1 6 . 1 1 4 7 . 40 . 9 6 1 . 3 33 0 3 0 1 0 k w P k 满足功率要求。 则用硬质合金钻头 削时，m a x 0 /f m m r定用于钻削计算的极限值 由于以上所计算的进给量是在机床功率允许的最大值，此时转速为最小值，而在多轴头架中从主轴到钻削主轴 是升速运动，可以充分发挥 各级转速对比各种工况下的钻削速度，小轴钻削速度为： （ 1） 高速钢钻头钻削加工碳素结构钢（ 650b ）时 v=n=v/ D= (2) 高速钢钻头加工 灰铸铁（ 190 v=n=v/ D= (3) 用硬质合金钻头 190 v=n=v/ D= 比可以看出在钻床所允许的功 率下，工作最低转速为 426.8 r/据有关手册查得 68、 100、 140、 190、 275、 400、530、 750、 1100r/了减小轴头架的尺寸，防止头架过重，应尽量缩小头架的传动比，取主轴最低转速为 140r/行升速，此时钻削轴转速为 17 总的传动比为： 4 2 6 . 8 3 . 0 4 9140 钻主考虑钻头都有一定的转向，一般为右旋，为了使钻削主轴与机床主轴的转动方向一致（都为右旋），采用两级齿轮 传动。如果把传动比分配的合理，传动系统结构紧凑、重量轻、对机床的作用力就小，润滑条件也好。若分配不合理，可能会造成种种不便，因此分配传动比时要考虑以下原则： （ 1） 各级传动比应在每一级传动的范围内，各类传动比允许的推荐值可参见实用机械设计手册（以下简称实用手册）表 1 （ 2） 各级传动尺寸要协调合理。 取 传动比 221 2 11 . 4i i i i i 0 4 9 1 4i 2 3 9 2 5i 为保证头架总体尺寸不至于过大，取小齿轮的齿数取 0，根据有关资料的设计经验，取模数 m=2 则个齿轮的尺寸为： 小齿轮 0 33 2 0 2 4 0d Z m 轮 222 0 1 03 0 2 6 0 18 中心轮 123 0 2 6 06 0 2 1 2 0Zd m m 齿轮齿数确定后，算得传动比误差，总齿数比为： 2 1236 0 3 0 33 0 2 0 3 . 0 4 9 31 . 6 %3 . 0 4 9u u 误差在 5% 内，满足误差要求。 图 3 三轴头架的俯视图 则轴头架的工艺尺寸（见图 3） （ 1） 进行正式的三孔加工时 312m i n 1 2 0 6 0 4 02 ( ) 2 ( ) 2 02 2 2 2 2 2m m 31m a x 2 4 0 1 2 02 ( ) 2 ( 6 0 ) 2 8 02 2 2 2d dd d m m 19 但由于支架的尺寸影响，不可能达到理论最小均布直径，根据支架的外型尺寸，头架能够加工的最小均布直径为 50(20) 作双轴头架使用，钻削双孔时 0m a x m a 2 3m i nc o s 3 0 2 4 2 . 51 2 0 6 0 6 0 4 02 c o s 3 0 2 c o s 3 0 3 9 . 62 2 2 2 2 2 2 2L d m md d d dL m m 但是，作用轴头架使用时算的为钻削主轴支架的厚度限制，具体尺寸在装配图完全确定后才能确定。（约为 50 轴头架的传动设计 轮的设计演算（参考机械设计工程学 I） （！） 选择齿轮的材料 查表 8 17 小齿轮选用 40制处理 介轮选用 45 调质处理 中心轮选用 45 正火处理 （ 2） 对中心轮进行齿根弯曲强度校核计算 由式（ 8 66） 112 S Y Yb d m确定齿轮传动精度等级，小齿轮的转速算得为 上，最高达 1000r/右，小齿轮的圆周速度 1 4 2 6 . 8 0 . 0 4 5 3 . 6 / m i nv n d m 2 1 1 0 0 0 . 0 4 1 3 8 . 2 / m i nv n d m 20 参考表 8 14， 8 15 选取 齿宽系数 查表 8 23 按齿轮相对轴承为悬臂布置 小齿轮转 矩，按最大值计算为 速钢钻头钻削灰铸铁时 )，根据介轮受力分析 32231 3 . 1 6 0 1 9 . 6 540TT d N 载荷系数 K 由式（ 8 54）得 K K K使用系数 查表 8载荷系数 查表 8向载荷分布系数 查表 8间载荷分布系数 查表 8 =0 得 查表 8查值 则动载荷系数 K=型动载荷系数中心轮 1 介轮 2 应力修正系数1心轮 1 介轮 2 21 重合度系数 Y由式 8=用弯曲应力 F由式 8 F=2 2 2l i m 2 /F F N x S /图 8力循环次数由式 8得 81 6 0 6 0 1 4 0 1 ( 8 2 0 0 8 ) 3 . 2 1 0hN n j L ） 2N= 86 0 1 4 0 2 ( 8 2 0 0 8 ) 2 . 2 1 0 弯曲寿命系数 1查图 8寸系数 1图 8全系数 查图 8 1 1 1l i m 1 /F F N x S=390 1 1/00N/ 2 2l i m 2 /F F N x S =460 1 1/54N/因为中心轮齿宽 320 . 4 6 0 1 616db d m mb b m m 介轮齿宽较大，在计算时按 32 ( 5 1 0 ) 2 0b b m m :（已经取得比实际值大，若校核安全 ，则肯定安全） 故 22 2 1 . 7 1 1 9 6 5 02 . 2 8 1 . 7 3 0 . 6 9 7 6 . 22 0 6 0 2F 2 1 . 7 1 1 9 6 5 02 . 2 8 1 . 7 3 0 . 6 9 5 8 . 62 6 6 0 2F （ 3） 对小齿轮进行齿面接触疲劳强度校核计算 由式 8 1212 1H E Zb d u g 齿宽系数查表 8齿轮相对轴承为悬臂布置，取齿宽 3 0 . 4 6 0 1 6db d m m 介轮齿宽暂取2 16b b ，实际不止这尺寸，则按照他 校核安全，则介轮肯定安全。 小齿齿宽 32 ( 5 1 0 ) 2 0b b m m :小齿轮转矩 3 m（注：为极大值） 载荷系数 K 由式（ 8 54）得 K K K使用系数 查表 8载荷系数 查表 8向载荷分布系数 查表 8间载荷分布系数 查表 8 =0 得 231 1 1 11 . 8 8 3 . 2 ( ) c o s 1 . 8 8 3 . 2 ( ) 1 . 6 23 0 2 0v 查表 8查值 23 则载荷系数 1 . 2 5 1 . 0 7 1 . 1 1 1 . 1 0 1 . 6 3K 弹性系数查表 8点影响系数 查表 8合度系数 查表 80 ） 许用接触应力 H式 8 2 l i m 3 /H H N W Z 接触疲劳极限应力l i m 2 5 7 0 /H N m m 、l i m 3 1 4 8 0 /H N m m 查图 8力循环次数由式 8 得 82 0N （已算得） 81 6 0 6 0 4 2 6 . 8 1 ( 8 2 0 0 8 ) 3 . 2 8 1 0hN n j L 则查图 8接触强度的寿命系数2允许有点蚀） 硬化系数 说明 接触强度安全系数 一般可靠度查得 m :取 3H=570 1 1/18N/H=1480 1 1/345N/24 齿数比 2330 1 故 2 22 1 . 6 3 1 3 1 0 0 ( 1 . 5 1 )1 8 9 . 8 2 . 5 0 . 9 5 8 1 . 4 /2 4 4 0 1 . 5H N m m 3 22 1 . 6 3 1 3 1 0 0 ( 1 . 5 1 )1 8 9 . 8 2 . 5 0 . 9 6 4 9 . 6 /2 0 4 0 1 . 5H N m m 的设计与校核 （ 1）小轴的设计校核 1） 小轴最大转矩 3 T N m2）作用在齿轮的力 圆周力 331 3 . 12 2 6 5 50 . 0 4 径向力 0t a n 2 0 2 3 8 . 4 N3）确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45钢调质处理，按式 4表 4 A=115，可得 高速钢钻头钻削碳素钢时 3m i n 1 0 . 5 41 1 5 1 1 . 75 1 2 . 7d m m高速钢钻头钻削灰铸铁时 25 3m i n 2 0 . 5 91 1 5 1 3 . 54 2 6 . 8d m m 硬质合金钻头钻削灰铸铁时 3m i n 3 0 . 9 61 1 5 9 . 91 5 0 9 . 6d m m 当轴上开有键槽时会削弱轴的强度，要适当增大轴的直径。轴段上有一个键槽时，轴径增大 3 5%，故 m i n m i n 2 ( 1 5 % ) 1 4 . 5 ( 1 5 % ) 1 4 . 1 7 5d d m m 4）轴的结构设计 A 拟定轴上零件的装配方案（见图 4） B 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度 轴段 1 齿轮左端用弹簧挡圈定位，按轴段 1 的直径1 20d 取挡圈直径 D=取1 轴段 2 该轴段安装滚动 轴承。此轴承主要承受切削力，即轴向力，选用单向推力轴承，取轴段直径2 25d 选用 8205 型单向推力轴承，尺寸 d D T=25 47 套的长度取为45 2 4 5 1 5 6 2L m m 轴段 3 该轴段为夹头，起加紧钻头的作用，其具体尺寸有相关标准，此处不再详细分析。 26 夹头图 4 小轴的装配简图 5）轴上零件的周向定位 齿 轮 与 轴 的 周 向 定 位 采 用 A 型 普 通 平 键 ， 尺 寸 为6 6 1 6b h l ，为了保证齿轮与轴有良好的对中性，取齿轮与轴的配合为 7/ 6 滚动轴承与轴的周向定位是采用过渡配合保证的，此轴段公差取为 6j 。 6）确定轴上零件圆角和倒角尺寸 各轴肩处的圆角半径见图 3，轴端倒角取 01 45 。 7）轴的强度校核 A）求轴的载荷 首先根据轴的结构图作出计算简图，在确定轴承支点位置时，因其只承受轴向力，对轴的强度无影响，而铜套与轴的配合段可视为墙壁。 根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图。从轴的结构图和弯矩图可以看出， 轴的危险截面。 、 M 及 26 0 /N m m 的数值如下 27 弯矩 26200 m m垂直面 9536 m m合成弯矩 M 2 2 2 2( ( 2 6 2 0 0 9 5 3 6 ) 2 7 8 8 1 . 5 M N m m 扭矩 T 1 3 1 0 0 m m 当量弯矩 22 2 2( ( ) ( 8 3 6 4 . 4 ( 0 . 6 1 3 1 0 0 ) 1 1 4 7 7 . 9 T N m m B）校核轴的强度 轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 4得 26 5 0 m m ，则 0 0 :，即 58 65N/ 26 0 /N m m ，轴的计算应力为 232 7 8 1 1 . 5 4 7 . 8 6 0 /1 1 8 N m 根据计算结果可知，该轴满足强度要求。 28 小轴的受力分析简图 29 （ 3） 介轮轴的设计校核 1） 求轴上的转矩106 5 5 1 9 6 5 0 0 N m m 2） 求作用在齿轮上的力 圆周力 13655 N径向力 13 2 3 8 N3） 确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢调质处理，按式 4估轴的最小直径，查表 4=115，可得 33m i n 11/ 0 . 5 9 / 0 . 9 81 1 5 1 1 5 1 4 . 8/ 4 2 6 . 8 / 1 . 5Pd m 4） 轴的结构设计 拟定轴上零件的装配繁方案（见图 5） A 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度 轴段 1 左端用螺母定位，螺纹选用 合螺母选用 格为 m=10,螺纹长度 为 l=18=18+4=22轴段 2 固定介轮轴用，为保证其垂直度、同轴度不受影响齿轮齿轮啮合，选 L=24mm,d=22轴肩 3 与螺母拧紧相互作用，另外，由于 2、 4 段的表面粗糙 度有要求，留有退刀槽，轴肩取 L=4 L=4+2+2=8mm,d=38轴段 4 轴段长度为齿轮长度与小轴铜套长度及垫圈之和L=66+2=2+39+6=111径取 d=22 30 图 5 介轮轴的装配简图 B 轴上零件的周向定位 与小轴架用的销联接，选取 d=4=22+2 20=62铜套与轴之间用间隙配合，功能相 当于滑动轴承 ，配合取 H7/段 2 取 H7/ 确定轴上零件圆角和倒角尺寸 各轴肩处的圆角半径见图 3， 轴端倒角取 01 45 。 5） 轴的强度校核 A 求轴的载荷 首先根据轴的结构图作出计算简图，因为各力均是由齿轮上传递过来的，所以对只论受力分析时，13655 N，13 2 3 8 N。根据轴的计算简图作出弯矩图，不承受扭矩，从结构图和弯矩图中看出 在退刀槽处的弯矩最大，是轴的危险截面。 水平面 26200 m m垂直面 9536 m m合成弯矩 M 31 2 2 2 2( ( 2 6 2 0 0 9 5 3 6 ) 2 7 8 8 1 . 5 M N m m B）校核轴的强度 轴 的 材 料 为 45 钢 ， 调 质 处 理 ， 由 表 4得 26 5 0 m m ，则 0 . 0 9 0 . 1B : ，即 58 65N/取 26 0 /N m m ，轴的计算应力为 232 7 8 1 1 . 5 4 7 . 8 6 0 /1 1 8 N m 根据计算结果可知，该轴满足强度要求。 32 介轮轴的受力分析简图 （ 4） 中心轴的设计校核 1） 求轴上的转矩2206 5 5 3 9 3 0 0 N m m 2） 求作用在齿轮上的力 圆周力 3 655 N 33 径向力 0t a n 6 5 5 t a n 2 0 2 3 8 . 4 N 3） 确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢调质处理，按式 4估轴的最小直径，查表 4=115，可得 6633m i n 1 3 / 3 0 . 5 9 / 0 . 9 81 1 5 1 1 5 2 7 . 9140Pd m 当轴上开有键槽时会削弱轴的强度，要适当增大轴的直径 。轴上有一个键槽时，轴径增大 3 5%，故 m i n m i n 1 ( 1 5 % ) 2 7 . 9 ( 1 5 % ) 2 9 . 3d d m m 4） 图 6） 轴段 1跟机床主轴的 4号莫氏锥度配合，锥度长 103上过渡部分总长 L=103+7=120端直径为 轴段 2 对轴承进行密封防尘，选用毡圈 55m i n m i n ( 1 5 % ) 2 7 . 9 ( 1 5 % ) 2 9 . 3d d m m ，5，取6，即 L=1670d ,比轴承外圈略小，51d ，比毡圈内径略大，有助于紧固零件。 轴段 3 该轴段安装滚动轴承，考虑轴承承受径向力之外还要承受头架的重量，选择角接触球轴承。取轴段直径 d=35用36207型角接触球轴承，尺寸 3 5 7 2 1 7d D
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