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机机 械械 技技 术术 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书课课 题题 名名 称称GE 产品多侧面钻专机设计零件图的设计指指 导导 教教 师师 杨东方 职职 称称 专专 业业 名名 称称 数控设备应用与维护 班班 级级数控设备 11132 学学 生生 姓姓 名名 仇苏莘 学学 号号 1060113205 课题需要完成的任务：课题需要完成的任务：1.根据毕业设计任务书查阅相关技术资料。2.根据 GE 产品的加工需要，设计多侧面钻专机，阐述多侧面钻专机的工作原理、结构、性能指标、控制方式等相关内容，按装配图要求设计出多侧面钻专机的主要零件图。按毕业设计有关要求写出毕业设计论文。3翻译相关英文资料。4.整理毕业设计资料，准备答辩。5.完成答辩。课题计划：课题计划：任务 1.在第 4 周完成。任务 2.在第 5 周至第 7 周完成。任务 3.在第 8 周完成。任务 4.在第 9 周完成。任务 5.在第 10 周（根据学校的规定来定）计划答辩时间：计划答辩时间： 机 械 系（部、分院）系（部、分院） 2013 年年 9 月月 23 日日机械技术学院 毕业设计任务书课题名称GE产品多侧面钻专机设计零件图的设计指导教师 杨东方 职 称 专业名称 数控设备应用与维护 班 级数控设备11132 学生姓名 仇苏莘 学 号 1060113205 课题需要完成的任务：1.根据毕业设计任务书查阅相关技术资料。2.根据GE产品的加工需要，设计多侧面钻专机，阐述多侧面钻专机的工作原理、结构、性能指标、控制方式等相关内容，按装配图要求设计出多侧面钻专机的主要零件图。按毕业设计有关要求写出毕业设计论文。3翻译相关英文资料。4.整理毕业设计资料，准备答辩。5.完成答辩。课题计划：任务1.在第4周完成。任务2.在第5周至第7周完成。任务3.在第8周完成。任务4.在第9周完成。任务5.在第10周（根据学校的规定来定）计划答辩时间： 机 械 系（部、分院） 2013年 9 月 23 日I 分类号：无锡职业技术学院无锡职业技术学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）题题 目目 GE 产品多侧面钻专机设计零件图的设计 英文并列题目英文并列题目 院 系 班 级 学生姓名 学 号 所在团队 指导老师（1） 职 称 指导老师（2） 职 称 答辩委员会主任 主答辩人 二 零 年 月II摘要摘要此次设计的 GE 产品多侧面钻专机设计，是钻床的的一种细分，主要应用于汽车保险杠、石油管道、通信设施、下水管道等一些管道的孔加工。钻孔工艺是加工孔类的基础部分，只要钻孔工艺的加工精度提高了，在后面的加工工艺过程就会更加简洁，提高加工效率，节省时间，提高经济效益。关键词：GE 产品多侧面钻专机设计；钻床；钻孔工艺无锡职业技术学院III AbstractThe plane design of multi lateral drilling the design of GE products, is a subdivision of the drilling machine, machining holes are mainly used for automobile bumper, oil pipelines, communication facilities, sewer and other pipeline. Drilling technology is a fundamental part of the processing hole, as long as the processing of precision drilling technology improves, in the processing process behind the more concise, improve processing efficiency, save time, improve economic benefits.Key Words: special design multi lateral drilling GE products; drilling; drilling technology无锡职业技术学院IV目目 录录目 录.IV第 1 章 绪论.11.1 钻床简介.11.2 钻床的发展及趋势.11.3 国内外发展概况.2第 2 章 GE 产品多侧面钻专机总体方案设计.32.1 GE 产品多侧面钻专机的动力选择.32.2 GE 产品多侧面钻专机的驱动方式.32.3 GE 产品多侧面钻专机的动力性能比较.42.4 GE 产品多侧面钻专机动力的计算与选择.42.5 机床方案的制定.62.5.1 制定工艺方案.62.5.2 确定机床的配置形式和结构方案.72.5.3 机床联系尺寸图.7第 3 章 切削要素的选择与计算.83. 1 确定工序间余量.83.2 选择切削用量.93.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率.93.4 选择刀具结构.103.5 加工图.103.5.1 加工示意图的作用和内容.103.5.2 绘制加工示意图之前的有关计算.11第 4 章 主轴箱设计.124.1 基本传动数据计算.124.1.1 分配传动比.124.1.2 计算机构各轴的运动及动力参数.134.2 带传动设计.13无锡职业技术学院V 4.2.1 选择皮带.134.2.2 带轮基准直径：.134.2.3 带速的确定：.133.2.4 中心矩、带长及包角的确定.133.2.5 确定带的根数：.143.2.6 张紧力.143.2.7 作用在轴上的载荷：.143.2.8 带轮结构与尺寸见零件图.153.3 轴的校核.153.4 键的校核.213.5 轴承的校核.223.5.1 初选轴承型号.223.5.2 寿命计算.22第 4 章 GE 产品多侧面钻专机的综合评价.244.1 整体评价.244.2 经济性分析.254.3 市场分析.25总 结.26参考文献.27致 谢.28无锡职业技术学院1 第第 1 章章 绪论绪论1.1 钻床简介目前将机床分为 12 大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床及其他机床。在每一类机床中，又可以按照工艺范围、步型型式和结构等等，可以分为若干组，每一组又可以分为若干系列。如钻床又包括：坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、中心孔钻床及其他钻床。在上述的基本分类方法的基础上，还可以根据机床的其他特征进一步进行分类。同类型机床按照应用范围（通用性程度） ，可以分为通用机床（或者称万能机床） 、专门化机床和专用机床三大类。其中通用机床是可以加工多种工件，完成多种多样工序的加工范围较广的机床，如卧式车床、摇臂钻床等等。摇臂钻床主要由立柱，摇臂，主轴箱，和底座等部分组成。主轴箱装在摇臂上，可沿立柱上下移动，以适应加工不同高度工件的要求。此外，摇臂还可以随外立柱在360范围回转，因此主轴很容易调整到所需要的加工位置。为了使主轴在加工时保持确定的位置，摇臂钻床还具有内立柱，摇臂及主轴箱的夹紧机构，当主轴的位置调整确定后，可以快速将它们夹紧。 摇臂钻床的其他变形如万向摇臂钻床摇臂和主轴箱可以回转或倾斜，使主轴可在空间任意方向都可以进行钻削，适用于重型机器，机车车辆，船舶和锅炉等制造业中加工大型工件。车式摇臂钻床的底座有车轮，可以在轨道上移动，适用于桥梁和机床等行业窄长形工件的孔加工。1.2 钻床的发展及趋势进入市场经济后，国内机床行业竞争日趋激烈，与中捷摇臂钻厂生产相同型号产品的企业有 40 多家，中捷摇臂钻厂产品领先优势受到挑战。为了应对挑战，中捷摇臂钻厂在产品卖得正火的时候，提出了进行跨越产品结构调整。第一，用先进技术改造传统产品。如普通摇臂钻床实现了五轴联动，价格由几万元上升到几十万元，达到中国摇臂钻床最高水平。第二，向国际先进水平靠拢，不断扩大产品领先优势。ZK 系列、桥式和动桥系列产品，十几项技术居国内领先地位。ZK3050 获得自主知识产权，并成为国家重点新产品；Z3580A 万向摇臂钻，在任何空间、任意方向、任意位置上实现钻削功能，不仅填补了国内空白，在国外也不多见。在国际著名的芝加哥机床展览会上，中捷摇臂钻厂参展产品被一位美籍华商相中并当场拉走。德国、意大利、西腊、无锡职业技术学院2瑞典、伊朗等国家和地区纷纷提出做中捷牌摇臂钻的代理经销商。在上海国际机床展览会上，沈阳机床股份有限公司参展的数控钻铣床，同时被国内三家企业看好。摇臂钻床和大多数机床一样，将向数控自动化、机电一体化和智能化方向发展。摇臂钻床未来的发展趋势是：应用电子计算机技术，简化机械结构，提高和扩大自动化工作的功能，使机床适应于纳入柔性制造系统工作；提高功率主运动和进给运动的速度，相应提高结构的动、静刚度以适应采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并发展超精密加工机床，以适应电子机械、航天等新兴工业的需要。1.3 国内外发展概况中国的机械设备也在不断的发展，2015 年中国工程机械业将迎来 9000 亿元市场容量，不仅给中国机械制造行业的带来巨大发展空间，同时也聚焦了国际的机械巨头的目光，使国外企业不断进驻中国市场，国内的机械企业在发展国内市场的前提下也不断的拓展国外市场，坚持“走出去”的策略，将中国机械设备国际化。我国已成为世界工程机械第一产销大国，中国制造的工程机械走向了世界各地。10 年来，我国工程机械行业在发展方式转变、经济结构调整方面取得明显成效，综合实力迅速增强，国际竞争力和产业地位大大提升。我国工程机械行业各类产品的技术水平及可靠性大多已达到甚至超过了国际先进水平，在世界工程机械领域有了诸多响当当的中国品牌。我国机械行业门类齐全，规模大，2009 年整体销售收入接近 9 万亿元，仅次于日本居世界第二位，占到全球机械销售额的 15%左右;出口额达到 2,425 亿美元，跃居世界第四;工业增加值超过 2 万亿元，约占当年我国 GDP的 8%;机械行业是对全国工业发展贡献最大的行业，经济总量占整个装备制造业2/3 以上。因此机械行业是装备制造业的最重要组成部分，堪称中国工业的“脊梁” 。我国的机床工业是在 1949 年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和 19 世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949 年全国机床产量仅 1000 多台，品种不到 10 个。解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，无锡职业技术学院3 又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过 50 多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产 5000多种机床通用品种，数控机床 1500 多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须加大精力，设计制造出更好的机床。第第 2 章章 GE 产品多侧面钻专机总体方案设计产品多侧面钻专机总体方案设计机械系统通常是由原动机、传动装置、工作机和控制操纵部件及其它辅助部件组成。工作机是机械系统中的执行部分，原动机是机械系统的中的驱动部分，传动装置则是把原动机和工作机有机地联系起来，实现能量传递和运动形式转换不可缺少的部分，而其中原动机在机械系统中所起的作用是：（1）把自然界的能源变成机械能；（2）把发电机等变能机所产生的各种形态的能量转换为机械能。2.1 GE 产品多侧面钻专机的动力选择常用原动机有以下三种运动形式，具体见表 2-1：表 2-1 原动机运动形式运动形式实例连续运动电动机、液压马达、气压马达、柴油机、汽油机往复运动直线电动机、汽缸、液压缸往复摆动摆动油缸、摆动汽缸2.2 GE 产品多侧面钻专机的驱动方式由一台原动机通过传动装置驱动执行机构工作，叫做单机集中驱动。而多机分别驱动自然而然是用多台原动机来驱动各执行机构工作。两种驱动方式中，单机集中驱动传动装置复杂，操作麻烦，功率大，但价格便宜。而多机分别驱动传动装置简单，电动机功率小，但成本比较高。1）必须考虑到工作机对原动机所提出的起动、过载、运转平稳性等方面的要求；无锡职业技术学院42）必须考虑到其经济效益及其成本，这也是非常重要的一项。3）必须考虑到现场能源的供应情况及工作环境因素；4）必须考虑原动机的机械特性与工作机的匹配情况；5）必须考虑到维修是否方便，操作是否简单，工作是否可靠；2.3 GE 产品多侧面钻专机的动力性能比较表 2-2 原动机性能比较类别电动机气缸马达液压马达柴油机尺寸较大较小较小较大功率及取范围功率大；0.31000KW，范围广功率比电动机大；一般在 2.2KW 以下，尤其适用于0.75KW 以下的高速传动功率最大；受实际油压和马达尺寸的限制功率大；538000KW重量大比电动机大最大大输出刚度硬软较硬较硬运行温度控制温度应低于许应值排气时空气膨胀，噪声较大，排气处应安装消声器对油箱进行风冷或水冷调整方法和性能直流电动机用改变电枢电阻、电压或改变磁通的方法；交流电动机用变频、变极或变转差率的方法用气阀控制，简单，迅速，但不够精确通过阀或泵控制改变流量，调速范围大较难噪声小较大较大较大维护要求较少少较多较多初始成本低较高高高运转费用最低最高高高应用很广，需要动力电源小功率高速场合较广很广，如各种车辆，船舶、农用机械、工程机械和压缩机等等无锡职业技术学院5 2.4 GE 产品多侧面钻专机动力的计算与选择钻床切削力的计算包括钻床主轴转矩计算和主轴轴向切削力的计算。由于加工材料为 Q235 钢，其属于碳素结构钢，钻头为高速钢麻花钻，加工方式为钻孔，所以查机床夹具设计手册得：钻床转矩计算公式如下： pkkfDM08234. 0式中， 切削力矩（NM）kM 钻头直径（mm）D 每转进给量（mm）f 修正系数pk轴向切削力的计算公式如下：pfKDfF7 . 0667式中， 轴向切削力（N）fF 钻头直径（mm）D 每转进给量(mm)f 修正系数pk已知被加工材料为 Q235 结构钢，结构钢和铸钢取=736MPa，D=20mm，=0.2mm，所以可分别计算出切削转矩和轴向切削为：bf=13.5 NMkM=2595 NfF由金属切削原理可知，主轴切削功率的计算公式为： 式中： 轴向切削力（N）fF 每转进给量(mm)fn主轴固定转速（r/min）75. 0)736(bpkKWnMfnFPkfm310)602601000(无锡职业技术学院6 切削力矩（NM）kM将以上数值代入公式中可计算出功率=0.25KWmP考虑到轴承传动效率（查得为 0.99）和键传动效率（查得为 0.98） ，所以可计算出钻床主轴要传递的功率 P 为：P=/(0.990.990.98)=0.37KWmP考虑到 GE 产品多侧面钻专机的现场工作环境及工作需求，GE 产品多侧面钻专机的起动力矩和调速范围等要求，我选择电动机作为其原动机。由于生产机械装置及工作机所处的工作环境各不相同，电动机的 工作环境也自然而然就各不一样。在绝大多数情况下，电动机工作的周围大气中有不同分量的灰尘和水分，有的处于潮湿之处甚至水下工作，有的周围含有腐蚀性气体甚至爆炸物，为了保证电动机能在不同的工作环境中顺利地安全运行，电动机的外壳也就有多种型式，其型式有：开启式、防护式、封闭式、防爆式。由于 GE 产品多侧面钻专机工作常处于灰尘较多的场合，其外壳选用封闭式，电动机型号为 Y 系列，Y801-4，额定功率 4KW，满载转速 960r/min，额定转矩 2.2Nm，质量 17Kg。2.5 机床方案的制定2.5.1 制定工艺方案零件加工工艺将决定机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。 (1) 加工孔的主要技术要求。假设孔直径为 20mm工件材料为 HT200，HB170-241HBS要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量 2 万件，单班制生产(2) 工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为 0.05mm。根据机床的工艺方法及能达到的精度，可采用如下的加工方案：一次性加工通孔，孔径为 20mm。 无锡职业技术学院7 (3) 定位基准及夹紧点的选择加工此零件上的孔，以上表面限制三个自由度和右端面限制三个自由度，位于中间的孔通过螺杆起到了很好的夹紧作用。在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，由于工件是大批量生产，因此在设计时就认为是人工夹紧。2.5.2 确定机床的配置形式和结构方案(1)被加工零件的加工精度被加工零件需要在机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制造机床方案的主要依据。钻孔的精度要求较高，可采用钻孔机床。为了加工出表面粗糙度为Ra1.6um 的孔，采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置，进给采用液压系统。 (2) 被加工零件的特点这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，工件刚度定位基准面的特点，它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此方槽轮幅式底板的材料是 HT200、硬度HB170241、孔的直径为 20mm。采用单孔加工，零件的刚度足够，工件受力不大，振动，及发热变形对工件影响可以不计。 (3) 零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位、自动线或按中小批量生产特点设计机床的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为 2 万件，此工序尽量在一台机床上完成，以提高利用率。(4) 机床使用条件根据使用机床对车间布置情况、工序间的联系、技术能力和自然条件等的要求来选择适合的机床。2.5.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图是决定各部件的轮廓尺寸及相互间联系关系的，是开展各专用部件实际和确定机床最大占地面积的指导图纸。绘制机床联系尺寸图应考虑的主要问题：1）机床装料高度的确定在确定机床装料高度时，要考虑车间运送工件的滚道高度、工件最低孔的位置、主轴箱最低主轴高度和通用部件尺寸的限制。根据我国具体情况，为了便于操纵和省无锡职业技术学院8力，对于一般的专用机床装料高度定为 8001000 毫米。2）夹具轮廓尺寸的确定夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。3）夹具底座高度的确定夹具底座的高度应视夹具的大小而定，既要保证有足够的刚性，又要考虑工件的装料高度。为了便于布置定位元件，一般夹具底座的高度不小于 240 毫米。4）主轴箱轮廓尺寸的确定在确定主轴箱的轮廓尺寸时，应力求小巧紧凑，节省金属。在联系尺寸图上还必须明确表明运动部件的终点和原位状态，以及运动过程中的情况；标明工件、夹具及动力头的中心线之间的关系。特别当工件上加工部位对于工件中心不对称时，动力部件对于夹具和中间底座也就不对称，这时应注明动力头中心线相对夹具中心线的偏移距离。机床联系尺寸图绘制后，在机床各部件的具体设计过程中，可能发现某些尺寸定得不合理，甚至不能实现，则可按需要返过来修改尺寸图，加以调整。这时机床联系尺寸图就成了调整各部件相互之间正确尺寸联系的依据。为了避免设计工作的混乱和造成错误，为了有节奏有秩序地开展工作，必须及时地，全面地修改联系尺寸图。机床的联系尺寸图，主要应针对各部件之间的联系尺寸进行标注，各部件只画出必要的轮廓形状即可，尽量减少不必要的线条和尺寸。各部件应严格按同一比例绘制。综合以上所述：通过对方槽轮幅式底板零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方法，并定出影响机床的总体布局和技术性能等方面的考虑，最终设计该穿孔器钻床。这种总体设计能满足加工精度要求，整体结构简单，原理清楚，具有较好的实用性、可加工性和经济性。无锡职业技术学院9 第第 3 章章 切削要素的选择与计算切削要素的选择与计算3. 1 确定工序间余量为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响。因此在钻孔时，直径上工序间余量均为 0.2mm。3.2 选择切削用量确定了在机床上完成的工艺内容，就可以着手选择切削用量了。工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成同转速和同的每转进给量（mm/r）与其适应。以满足直径的加需要，即： 2.11122.iin fn fn fvf 式中： 各主轴转速（r/min）n1、n2、ni 各主轴进给量（mm/r）12,.ifff 动力滑台每分钟进给量（mm/min）vf由于钻孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等，按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：孔钻头直径 D=20，D=24mm，进给量f=0.18mm/r、切削速度 v=18m/min3.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量（主要指切削速度 v 及进给量 f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台） ；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查机械设计手册表计算如下：切削力： =262.2FD8 . 0f6 . 0HB =26248 . 02 . 06 . 0200=3654.5N切削扭矩： =102.3T9 . 1D8 . 0f6 . 0HB =109 . 1240.80.26 . 0200 =12979Nmm 切削功率： =2.4P/9740TvD无锡职业技术学院10 =997918/(97403.1424)=0.65kw 式中： HB布氏硬度 F切削力（N） D钻头直径（mm） f每转进给量（mm/r） T切削扭矩(Nmm) V切削速度（m/min） P切削功率(kw)3.4 选择刀具结构GE 产品一般布氏硬度在 HB170-241，孔径 D 为 10-100mm 刀具的材料选择高速钢钻头（W18Cr4V） ，为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择的麻花钻系列。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有 3050mm 的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。3.5 加工图3.5.1 加工示意图的作用和内容加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等，是刀具、夹具、主轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要文件。图 2-1 为方槽轮幅式底板钻孔的加工示意图在图上应标注的内容：（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。（2）工件、夹具、刀具及主轴箱端面之间的距离等。（3）主轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸、接杆、导向装置的结构尺寸；刀具与导向置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。无锡职业技术学院11 图 3.1 工作进给示意图3.5.2 绘制加工示意图之前的有关计算（1）刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。刀具的选择前已述及，此处就不在追述了。（2）导向套的选择 在机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的内容。1）选择导向类型 根据刀具导向部分直径和刀具导向的线速度 v=18m/min，选择固定式导向。2）导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表：表 3.1 固定导向装置的标准尺dd1DD1D2ll1l2l3l4L524242230341504014121746固定装置的配合如下表：表 3.2 固定装置的配合导向类别工艺方法DDD1刀具导向部分外径固定导向钻孔G7（或 F8）H7/g6H7/n6g6固定导向装置的布置如图 3.2 所示无锡职业技术学院12图 3.2 固定导向装置的布置第第 4 章章 主轴箱设计主轴箱设计主轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴位置和动力转速、各主轴位置及其转速要求，设计传动链，把驱动轴与各主轴连接，使各主轴获得预定的转速和转向。主轴箱传动系统要求设计：1)、在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮的规格、数量为最少。2)、不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。3)、为了结构紧凑，主轴箱内齿轮副的传动比不大于 1/2,后盖内齿轮传动比取在1/31/3.5，不用升速传动。4)、由于是粗钻孔，主轴设置在第排位置，以减少主轴的扭转变形。5） 、刚性钻孔主轴上的齿轮，其分度圆直径大于被加工孔的孔径，以减少振动，提高运动平稳性。6)、驱动轴带动的转动轴不能超过两根，以免给装配带来困难。7） 、主轴的分布被加工零件上加工孔的位置决定主轴的分布情况。孔的位置分布大致可归纳为：同心圆分布、支线分布和任意分布三种类型。4.1 基本传动数据计算4.1.1 分配传动比根据结构设计要求，可以尽量采用电机直接带动的传动方式，这样设计的结构简单紧促，并且容易保证传动比，只是可能会引起机床传动的不平稳性。无锡职业技术学院13 求得电机功率 3.3 kwp总主轴的转速:min480rn 查表，选用电机如下： 电机型号 额定功率 满载转速 同步转速 4112MYkw4min960r1000 / minr传动比 ：i =1：2i4.1.2 计算机构各轴的运动及动力参数a) 各轴的转速 轴 min/ r480296001nnnmb) 各轴的输入功率 轴 kw068. 294. 02.2011ppc) 各轴的输入转矩 电动机输出转矩 mN89.219602 . 29550dT 轴 mN15.4194. 0289.210101iTTd4.2 带传动设计4.2.1 选择皮带由设计可知：V 带传动的功率为 2.2kw，小带轮的转速为 960r/min，大带轮的转速为 480r/min。查机械设计手册可知 工况系数取 KA=1.5 ，Pc=1.52.2=3.3kw。根据以上数值及小带轮的转速查相应的图表选取 A 型 V 带。4.2.2 带轮基准直径：查阅机械设计手册选取小带轮基准直径为 d1=100mm，则大带轮基准直径为无锡职业技术学院14d2=2100=200mm4.2.3 带速的确定：s/m0 . 510006096010014. 31000601ndv3.2.4 中心矩、带长及包角的确定由式 0.7(d1+d2)a02(d1+d2) 可知： 0.7(100+200)a02(100+200) 得 210a0600 初步确定中心矩为 a0=400 根据相关公式初步计算带的基准长度： mm25.12774004)100200()200100(240024)(2220221210）（addddaLd 查机械设计手册选取带的长度为 1250mm计算实际中心矩： 取 386mmmm386225.1277125040020ddLLaa验算小带轮包角： 2 .1653 .5718012add3.2.5 确定带的根数： 查机械设计手册知 lackkpppZ11p1=0.97 p1=0.11 ka=0.965 kl=0.93 则 取 Z=340. 293. 0965. 011. 097. 03 . 3Z3.2.6 张紧力 查机械设计手册 q=0.10kg/m20) 15 . 2(500qvkvZpFc N1 .133024. 51 . 0) 1965. 05 . 2(4024. 53 . 350020F无锡职业技术学院15 3.2.7 作用在轴上的载荷： N9 .105522 .165sin1 .133422sin20FZFq3.2.8 带轮结构与尺寸见零件图图 3.1 带轮的结构与尺寸图3.3 轴的校核 轴直径的设计式 89mm.274802.068110nPCn2 . 0P1055. 9333T6d取 d=30轴的刚度计算a) 按当量弯矩法校核1) 设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。无锡职业技术学院16无锡职业技术学院17 图 3.2 轴的受力转矩弯矩图2) 求作用在轴上的力如表 3.1，作图如图 3.2c表 3.1 作用在轴上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）轴承 1F2=12NF4=891N轴承 3F1=476NF3=1570N带轮 40Fv1056NBHF3） 求作用在轴上的弯矩如表 3.2，作出弯矩图如图 3.2d、图 3.2e表 3.2 作用在轴上的弯矩垂直面（Mv）水平面（Mh）无锡职业技术学院181308N.mm109-Ft1vM-971191091cHFMN.mm合成弯矩截面97128N.mmN.mm97119130822M105348N.mm31312204498vM15N.mm2041367-313891HM合成弯矩截面 105363N.mmN.mm1510534822M4）作出转弯矩图如图 3.2f5）作出当量弯矩图如图 3.2g，并确定可能的危险截面、如图 3.2a。并算出危险截面的弯矩如表 3.3。表 3.3 截面的弯矩截面105431N.mmTM22eM截面106160N.mmTM22eM6）确定许用应力已知轴材料为 45 钢调质，查表得=650MPa。用插入法查表得b=102.5MPa，=60MPa。b0b1 59. 05 .10260017）校核轴径如表 3.4表 3.4 验算轴径截面mm6626mm1 . 0M31bed截面mm4826mm1 . 0M31bed结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。b) 轴的刚度计算无锡职业技术学院19 71714102 .19101 . 8165 273 .573 .57ipiiiipiiinipiiiILTILTILTG25120032I41p1d52088832I42p2d83436232I43p3d127170032I44p4d186189632I45p5d83436232I46p6d25120032I47p7d16481232I48p8d5 . 012. 016481295251200598343622718618961571271700408343625352088827251200302 .190所以轴的刚度足够1）求作用在轴上的力如表 3.5，并作图如图 3-3c表 3.5 作用在轴上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）1F3=1627NF1=8362N =2381NBvF867NFAH2F4=754NF3=12619N轴0Fv21848NBHF2）计算出弯矩如表 6，并作图如图 3.3d、图 3.3e表 3.6 轴上的弯矩无锡职业技术学院20垂直面（Mv）水平面（Mh）.mm-314824.5N193.5-Fp1vM1618047193.51cHFMN.mm合成弯矩截面m1640000N.mN.mm1618047314824.522M189272N.mmvMN.mm5 .3154675HM合成弯矩截面m3160000N.mN.mm3154675.518927222M3）作出转弯矩图如图 3.2f4）作出当量弯矩图如图 3.2g，并确定可能的危险截面、和的弯矩如表 3.7表 3.7 危险截面的弯矩截面m1640000N.mTM22eM截面m3160000N.mTM22eM6）确定许用应力已知轴材料为 45 钢调质，查表得=650MPa。用插入法查表得b=102.5MPa，=60MPab0b1 59. 05 .10260017）校核轴径如表 3.8表 3.8 校核轴径截面mm8464.89mm1 . 0M31bed截面mm9080.58mm1 . 0M31bed结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。b) 轴的刚度计算无锡职业技术学院21 71714102 .19101 . 8165 273 .573 .57ipiiiipiiinipiiiILTILTILTG所以轴的刚度足够5 . 0000. 00附：轴二与轴三的校核与轴一相同。取轴二的直径为 35，轴三的直径为 30. 经检验，合格。3.4 键的校核a) 键的选择 键的类型应根据键联接的结构使用要求和工作状况来选择。选择时应考虑传递转拒的大小，联接的对中性要求，是否要求轴向固定，联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离长短，以及键在轴上的位置等。键的主要尺寸为其横截面尺寸(键宽 b 键高 h)与长度 L。键的横截面尺寸 bh 依轴的直径 d 由标准中选取。键的长度 L 一般可按轮毂的长度选定，即键长略短于轮毂长度，并应符合标准规定的长度系列。故根据以上所提出的以及该机工作时的要求，故选用 A 型普通平键。由机械设计手册查得：键宽 b=16mm 键高 h=10mm 键长 L=30mmb) 验算挤压强度.平键联接的失效形式有：对普通平键联接而言，其失效形式为键，轴，轮毂三者中较弱的工作表面被压溃。工程设计中，假定压力沿键长和键高均匀分布，可按平均挤压应力进行挤压强度或耐磨性的条件计算，即：静联接 ppkldT2 式中 传递的转矩 T)mmN( 轴的直径 d)mm( 键与轮毂的接触高度(mm)，一般取 k2hk 键的接触长度(mm).圆头平键 lbLl 许用挤压应力)p)MPa( 键的工作长度 mm11mm)1425(bLl无锡职业技术学院22挤压面高度 mm52102hk转矩 npT61055. 9mN1019. 11587. 11055. 966许用挤压应力，查机械设计手册表， MPa60p 则 挤压应力 MPa60MPa62.43115961019. 1226apMPklT 所以 此键是安全的。附：键的材料：因为压溃和磨损是键联接的主要失效形式，所以键的材料要求有足够的硬度。国家标准规定，键用抗拉强度不低于的钢制造，如 45 钢 Q275 MPa600等。3.5 轴承的校核 滚动轴承是又专业工厂生产的标准件。滚动轴承的类型、尺寸和公差等级均已制订有国家标准，在机械设计中只需根据工作条件选择合适的轴承类型、尺寸和公差等级等，并进行轴承的组合结构设计。3.5.1 初选轴承型号 试选 10000K 轴承，查机械设计手册GB281-1994，查得 10000K 轴承的性能参数为： C=14617N Co=162850N (脂润滑)1900minn3.5.2 寿命计算 a) 计算轴承内部轴向力. 查表得 10000K 轴承的内部轴向力 )2/( YFFRs 65. 0 323815cos67. 0cos67. 0Y N12247041888115084N1050233592098689222221RRFF则： N90208)2(N90788)2(1211YFFYFFRSRS无锡职业技术学院23 b) 计算外加轴向载荷 0XFc) 计算轴承的轴向载荷 因为 21SSFF 故 轴承 1 N9020811SAFF 轴承 2 N9020821SAFF d) 当量动载荷计算 由式 )(aRpPYFXFfF 查表得： 的界限值 RAFF42. 05 . 1tge 90. 01050239020821RAFF 77. 01224709020822RAFF 查表知 eFFRA90. 0/11 故 39. 0cos4 . 04 . 011YX eFFRA77. 011 故 39. 04 . 022YX 则： N90500)9020839. 01050234 . 0(2 . 1)(11111ARpPFYFXfF N101003)9020839. 01224704 . 0(2 . 1)(22122ARpPFYFXfF 式中. (轻度冲击的运转)2 . 1pf由于 ，且轴承 1、2 采用型号、尺寸相同的轴承，故只对轴承 2 进行寿21PPFF命计算。无锡职业技术学院24N1010032PPFFe) 计算轴承寿命 h4500h5119)101003146170(256010)(60103106610PhFCnL f) 极限转速计算 由式 lim21nffnmas 5 . 1101003146170PFC 6 .3777. 0/21arctgFarctgFRA 查得：载荷系数 65. 01f 载荷分布系数 81. 02f 故 minr190081. 065. 0masn nminr1000 计算结果表明，选用的 10000K 型圆柱孔调心轴承能满足要求。第第 4 章章 GEGE 产品多侧面钻专机产品多侧面钻专机的综合评价的综合评价4.1 整体评价我国钻床企业经过多年的努力，不断加大了钻床在国际市场上的份额。近期，我国的钻床已经达到供不应求的局面，据了解，我国机床的产销量增速飞快。我国钻床行业要在这样激烈的机床市场上占领市场的一席之地，就必须立足自身的优势，着力发展高档技术，不断创新。虽然摇臂钻具有较大的发展前景，但并不能盲目跟风，在不断提升数控技术的同时，要发展出自身的优势。机床企业要针对用户需求，勇于竞标高端装备，以此促进自主创新；要在冷静反思的基础上，控制产能的盲目扩张，强化研发及试验条件建设；把质量、可靠性、精度保持性、功能和附配件完整性等用户无锡职业技术学院25 关心的指标置于更优先的位置。此次设计的 GE 产品多侧面钻专机，是摇臂钻床的的一种细分，主要应用于汽车保险杠、石油管道、通信设施、下水管道等一些管道的孔加工。作为一个专用管道孔加工设备，提高加工效率和保证质量将是亮点，实现穿孔器多档变速，满足对不同管道的加工，让加工时间更省。钻孔工艺是加工孔类的基础部分，只要钻孔工艺的加工精度提高了，在后面的加工工艺过程就会更加简洁，提高加工效率，节省时间，提高经济效益。4.2 经济性分析任何一个较为复杂的机械零件，都有不同的加工工艺方案，特别是一个新产品，从开发设计，试制，小批量投产到产品发展和成熟时期的大批量生产，都要经历不同的生产批量过程。作为组成这一产品的机械零件必须根据生产批量来确定其工艺方案，现以汽车保险杠结合件为例，说明在不同生产批量情况下，如何合理选择定位基准，采用适宜的生产设备和工艺手段，以保证加工质量可靠，满足市场的需求。达到生产批量的能力，同时投资小，见效快，成本低，从而获得企业的最大经济效益。零件的生产批量是决定采用单工位，多工位或自动线，还是按照中小批生产特点来设计组合机床的重要因素。从工件的外型及轮廓尺寸看，可以采取单工位固定式夹具的机床配置形式。年产量为 10000/年，单班制，且零件的尺寸较大，故采用单工位机床加工。4.3 市场分析设计 GE 产品多侧面钻专机专用设备，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；而且穿孔器操纵方便、省力、容易掌握，不易发生操作错误和故障，不仅能减轻工人的劳动强度，保证工人的安全，GE 产品多侧面钻专机还能提高管道孔加工的质量，提高生产率，缩短加工时间。可以为生产厂家、化工、石油生产企业的孔加工设备的设计提供设计参考。无锡职业技术学院26总总 结结经过大学的四年学习，我们学习了大学的全部基础课程和专业课程，在此基础上，我们已经穿插的进行了许多次的课程设计减速箱设计、金工制图课程设计等，还有每个学期不同周期的课程实践金工实习，生产工艺实习、毕业实习等，然而也是这些课程设计和课程实践使我认识