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湘潭大学 兴湘学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 风能发电机 转子支架钻模的设计及工艺 学号： 2006183806 姓名： 戴圳 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 文美纯 系主任： 一、主要内容及基本要求 1、 风能发电机 转子支架钻模 、钻模板、钻套 的 类型分析 选择及设计 ； 2、 转子支架钻模 的工艺设计 ； 3、 能熟练的运用 制 转子支架钻模 装配 纸 2 张， 纸 1 张， 纸 1张 ， 纸 5 张； 4、设计说明书 8000 字 以上，使用 编辑及打印成册； 5、外文文献的翻译，要求 3000 字单词。 二、重点研究的问题 1、 风能发电机 转子支架钻模 、钻模板、钻套类型 的研究， 优化选取合理的 方案 ； 2、 转子支架钻模 的工艺设计 ，分析选择最优工艺。 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 各种钻模书籍的阅读 3 2 分析各种钻模 6 3 钻模的选择 8 4 钻模板、钻套的选择 10 5 整体钻模的工艺设计 12 6 画零部件图纸 14 7 外文文献的翻译 15 周 8 整理论文 16 周 四、应收集的资料及主要参考文献 1 王启平 哈尔滨 版 2 周良德、朱泗芳 长沙 版 3 王启平 哈尔滨 版 4 寥念钊、古莹菴、莫雨松、李硕根、杨兴骏 北京 版 5 周增文 长沙 版 6 苏旭平 湘潭 版 附录 如何延长轴承寿命 摘要 ： 自然界苛刻的工作条件会导致轴承的失效，但是如果遵循一些简单的规则，轴承正常运转的机会是能够被提高的。在轴承的使用过程当中，过分的忽视会导致轴承的过热现象，也可能使轴承不能够再被使用，甚至完全被破坏。但是一个被损坏的轴承，会留下它为什么被损坏的线索。通过一些细致的侦察工作，我们可以采取行动来避免轴承的再次失效。 关键词 ： 轴承 失效 寿命 导致轴承失效的原因很多，但常见的是不正确的使用、污染、润滑剂使用不当、装卸或搬运时的损伤及安装误差等。诊断失效的原因并不困难，因为根据轴承上 留下的痕迹可以确定轴承失效的原因。 然而，当事后的调查分析提供出宝贵的信息时，最好首先通过正确地选定轴承来完全避免失效的发生。为了做到这一点，再考察一下制造厂商的尺寸定位指南和所选轴承的使用特点是非常重要的。 1 轴承失效的原因 在球轴承的失效中约有 40%是由灰尘、脏物、碎屑的污染以及腐蚀造成的。污染通常是由不正确的使用和不良的使用环境造成的，它还会引起扭矩和噪声的问题。由环境和污染所产生的轴承失效是可以预防的，而且通过简单的肉眼观察是可以确定产生这类失效的原因。 通过失效后的分析可以得知对已经失效的或将要 失效的轴承应该在哪些方面进行查看。弄清诸如剥蚀和疲劳破坏一类失效的机理，有助于消除问题的根源。 只要使用和安装合理，轴承的剥蚀是容易避免的。剥蚀的特征是在轴承圈滚道上留有由冲击载荷或不正确的安装产生的压痕。剥蚀通常是在载荷超过材料屈服极限时发生的。如果安装不正确从而使某一载荷横穿轴承圈也会产生剥蚀。轴承圈上的压坑还会产生噪声、振动和附加扭矩。 类似的一种缺陷是当轴承不旋转时由于滚珠在轴承圈间振动而产生的椭圆形压痕。这种破坏称为低荷振蚀。这种破坏在运输中的设备和不工作时仍振动的设备中都会产生。此外，低荷振蚀产 生的碎屑的作用就象磨粒一样，会进一步损害轴承。与剥蚀不同，低荷振蚀的特 征通常是由于微振磨损腐蚀在润滑剂中会产生 淡红色。 消除振动源并保持良好的轴承润滑可以防止低 荷振蚀。给设备加隔离垫或对底座进行隔离可以减轻环境的振动。另外在轴承 上加一个较小的预载荷不仅有助于滚珠和轴承圈保持紧密的接触，并且对防止在设 备运输中产生的低荷振蚀也有帮助。 造成轴承卡住的原因 是缺少内隙、润滑不当和载荷过大。在卡住之前，过大的摩擦和热量使轴承钢软化。 过热的轴承通常会改变颜色，一般会变成蓝黑 色或淡黄色。摩擦还会使保持架受力，这会破 坏支承 架，并加速轴承的失效。 材料过早出现疲劳破坏是由重载后过大的预载引起的。如果这些条件不可避免，就应仔细计算轴承寿命，以制定一个维护计划。 另一个解决办法是更换材料。若标准的轴承材料不能保证足够的轴承寿命，就应当采用特殊的材料。另外，如果这个问题是由于载荷过大造成的，就应该采用抗载能力更强或其他结构的轴承。 蠕动不象过早疲劳那样普遍。轴承的蠕动是由于轴和内圈之间的间隙过大造成的。蠕动的害处很大，它不仅损害轴承，也破坏其他零件。 蠕动的明显特征是划痕、擦痕或轴与内圈的颜色变化。为了防止蠕动，应该先用肉眼检查一下 轴承箱件和轴的配件。 蠕动与安装不正有关。如果轴承圈不正或翘起，滚珠将沿着一个非圆周轨道运动。这个问题是由于安装不正确或公差不正确或轴承安装现场的垂直度不够造成的。如果偏斜超过 轴承就会过早地失效。 检查润滑剂的污染比检查装配不正或蠕动要困难得多。污染的特征是使轴承过早的出现磨损。润滑剂中的固体杂质就象磨粒一样。如果滚珠和保持架之间润滑不良也会磨损并削弱保持架。在这种情况下，润滑对于完全加工形式的保持架来说是至关重要的。相比之下，带状或冠状保持架能较容易地使润滑剂到达全部表面。 锈是湿气污染的一种 形式，它的出现常常表明材料选择不当。如果某一材料经检验适合工作要求，那么防止生锈的最简单的方法是给轴承包装起来，直到安装使用时才打开包装。 2 避免失效的方法 解决轴承失效问题的最好办法就是避免失效发生。这可以在选用过程中通过考虑关键性能特征来实现。这些特征包括噪声、起动和运转扭矩、刚性、非重复性振摆以及径向和轴向间隙。 扭矩要求是由润滑剂、保持架、轴承圈质量（弯曲部分的圆度和表面加工质量）以及是否使用密封或遮护装置来决定。润滑剂的粘度必须认真加以选择，因为不适宜的润滑剂会产生过大的扭矩，这在小型轴承中尤其 如此。另外，不同的润滑剂的噪声特性也不一样。举例来说，润滑脂产生的噪声比润滑油大一些。因此，要根据不同的用途来选用润滑剂。 在轴承转动过程中，如果内圈和外圈之间存在一个随机的偏心距，就会产生与凸轮运动非常相似的非重复性振摆（ 保持架的尺寸误差和轴承圈与滚珠的偏心都会引起 重复性振摆不同的是， 在工业中一般是根据具体的应用来选择不同类型和精度等级的轴承。例如，当要求振摆最小时，轴承的非重复性振摆不能超过 米。同样，机床主轴只能容许最小的振摆，以保证切削精度。因 此在机床的应用中应该使用非重复性振摆较小的轴承。 在许多工业产品中，污染是不可避免的，因此常用密封或遮护装置来保护轴承，使其免受灰尘或脏物的侵蚀。但是，由于轴承内外圈的运动，使轴承的密封不可能达到完美的程度，因此润滑油的泄漏和污染始终是一个未能解决的问题。 一旦轴承受到污染，润滑剂就要变质，运行噪声也随之变大。如果轴承过热，它将会卡住。当污染物处于滚珠和轴承圈之间时，其作用和金属表面之间的磨粒一样，会使轴承磨损。采用密封和遮护装置来挡开脏物是控制污染的一种方法。 噪声是反映轴承质量的一个指标。轴承的性能可以 用不同的噪声等级来表示。 噪声的分析是用安德逊计进行的，该仪器在轴承生产中可用来控制质量，也可对失效的轴承进行分析。将一传感器连接在轴承外圈上，而内圈在心轴以 1800r/量噪声的单位为 用 um/示的轴承位移。 根据经验，观察者可以根据声音辨别出微小的缺陷。例如，灰尘产生的是不规则的劈啪声；滚珠划痕产生一种连续的爆破声，确定这种划痕最困难；内圈损伤通常产生连续的高频噪声，而外圈损伤则产生一种间歇的声音。 轴承缺陷可以通过其频率特性进一步加以鉴定。通常轴承缺陷被分为低 、中、高三个波段。缺陷还可以根据轴承每转动一周出现的不规则变化的次数加以鉴定。 低频噪声是长波段不规则变化的结果。0 次，它们是由各种干涉（例如 轴承圈滚道上的凹坑）引起的。可察觉的凹坑是一种制造缺陷，它是在制造过程中由于多爪卡盘夹的太紧而形成的。 中频噪声的特征是轴承每旋转一周不规则变化出现 1060 次。这种缺陷是由在轴承圈和滚珠的磨削加工中出现的振动引起的。轴承每旋转一周高频不规则变化出现 60300 次，它表明轴承上存在着密集的振痕或大面积的粗糙不平。 利用轴承的 噪声特性对轴承进行分类，用户除了可以确定大多数厂商所使用的准外，还可确定轴承的噪声等级。 准只定义了诸如孔、外径、振摆等尺寸公差。随着 3增到 9），公差逐渐变小。但 级并不能反映其他轴承特性，如轴承圈质量、粗糙度、噪声等。因此，噪声等级的划分有助于工业标准的改进。 to of be by a in a to at an a as to a be to a a of or is to a a it is to by he To do it is to is a of as as to as to a is a 1 0% of by is of or a by or is a a to on a or as or of is of by It is by in by as a is 50,000 2100 It be by a A is a of by is is It on in or in In by an is by a in is by on or a be to a on in be by a of or to or in is by a or be so a be is 40C 2100， do be In is to a or be is In it is by to on be it to in to 0or to To be is to in it is If or in a is or or of of an is to or as an in In In is if is a or in to is a of If to is to in 2 he to is to be in by In so is by or be in be to RR)as a a be by or of no be is in of It is in to a RR of is is as in to RR is in to a of a is If it At as it in as an is as an of to is is in A is to is ,800on an is in m/an a to is a a an as it by to of is of .6 0 by a of as in is in is by 0 0 It is by in 0 00 or by to a in to by as As ), as or a on 湘潭大学 兴湘学院 毕业设计说明书 题 目： 风能发电机转子支架 钻模 的 设计 及工艺 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2006183806 姓 名： 戴圳 指导教师： 文美纯 完成日期： 2010 年 6 月 3 日 风能发电机 转子支架钻模的设计及工艺 摘 要 分析了工件的定位原理，确定工件的定位方式，选择钻模定位元件，确定工件的夹紧方式，选择适宜的钻模夹紧装置，比较各种不同类型的钻模，从中选取较为合理的方案。根据选取的钻模设计其尺寸，并且编写工艺流程。 关键词 钻模 定位 夹紧 工艺 of of to of of a to of 湘潭大学兴湘学院 目 录 前 言 . 1 1 课题介绍 . 3 2 风能发电机转子支架钻模的设计 . 4 工产品的介绍 . 4 能发电机转子支架钻模加工演示 . 5 模简介及选择 . 6 模的定义及优点 . 6 模的类型及选择 . 6 模板的类型及选择 . 8 套的类型与选择 . 11 模的设计 . 13 位方案 . 13 紧方案 . 14 套的设计 . 15 模板的设计 . 16 3、风能发电机转子支架钻模的工艺 . 19 模板的工艺 . 19 向键的加工工艺 . 22 参考文献 . 24 总 结 . 25 致 谢 . 26 湘潭大学兴湘学院 1 前 言 众所周知全球的能源争夺 战 已经进入白热化阶段，随着人类社会的进步，人口的增长，地球上的各种资源渐渐被消耗枯竭，人类正面临着严重的能源危机，我们迫切的寻找各种能替代的新型能源。 世界能源危机是人为造成的能 源短缺。 其中 石油资源将会在一代人的时间内枯竭。它的蕴藏量不是无限的，容易开采和利用的储量已经不多，剩余储量的开发难度越来越大，到一定限度就会失去继续开采的价值。在世界 能源消费 以石油为主导的条件下，如果能源消费结构不改变，就会发生能源危机。 另一大 资源煤炭虽比石油多，但也不是取之不尽的。代替石油的其他能源资源，除了煤炭之外，能够大规模利用的还很少。人类 已经 估计到，非再生矿物能源 资源枯竭可能带来的危机，从而将注意力转移到新的能源结构上，探索、研究开发利用新能源资源 。 现在已经开发的新型能源有 燃料电池、甲醇、生物能、 太阳能 、潮汐能和风能 等 ， 但是迄今为止只有水利发电和 核能 有明显的功效。 不过风能却有很大的研究价值和发展潜力。 风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的 10 倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。 风力发电，是当代人利用风能最常见的形式，自19 世纪末，丹麦研制成风力发电机以来，人们认识到石油等能源会枯竭，才重视风能的发展，利用风来做其它的事情。 现在风能的利用也渐渐的被推广，在一些新修的马路边上， 可以看见一排排带风车的路灯。那些风车就是风力发电机，只要有风，风叶便能带动发电机的转子转动，产生的电流，以电能的形式储存在蓄电池里，以备晚上路灯照明。 2008 年 9 月 ，德国 司 建造 世界上 最大的 风力 发电机 。该 风力发电机旋叶的直径约有 126米，重量超过 120 吨 ， 发电机巨型三叶转子距离地面的高度超过了 180 米 ，其中定子重量 就 有 140 吨 ，如图 1 所示 。 湘潭大学兴湘学院 2 风力发电机正朝着大功率、大型号的方向发展， 直径几米甚至十几米的发电机，其转子与定子的型号也跟着飙升。这带来了很多新问题，像这种巨型的转子和定子的制造，要 使用专门的机床，拟定新的工艺路线，特别是巨型产品的加工。 本毕业设计就是与风能发电机的定子有关，发电机的定子又叫转子支架。本文所涉及的风能发电机是大型风电场所用的，其直径有 4 米多，转子支架有3596子支架的加工步骤大体分四步：车外圆、铣方槽、钻孔、攻 丝。其中车外圆可以使用大型的立车，铣方槽则使用专用升降铣床，然而钻孔出现了一个难以解决的问题，特别是转子支架圆柱壁上的螺纹孔。 现在不是在钢板上钻孔，而是在圆柱面上钻孔，因此增加了加工难度。 本毕业设计就是为了解决这一难题，像这种特殊但又有规律的孔，可以考虑使用钻模， 本设计 的课题就是设计此钻模，既要加工简单，又要保证孔的位置度要求和精度，并且尽量降低加工成本低。 在设计过程中， 指导老师 文美纯 及本人师父乐喜云给了热情的指导和帮助，在此 表示衷心感谢。 由于本人 知识水平的有限，设计中定有不少的缺点和错误，希望各位 评审老师批评指正。 设计者 2010 年 5 月 湘潭大学兴湘学院 3 1 课题介绍 本人现在在湘潭市 江大机械制造有限公司 实习 ， 江大机械制造有限公司 属于来料加工单位，专门为其他公司加工零部件。现在湘潭 市 电机厂风能发电 分 厂在研制新型的风能发电机组，委托本公司加工风能发电机的 定子 转子支架。电机厂送来毛坯，要求我们车转子支架外圆、铣方槽、钻孔并攻丝。现在我所设计的钻模就是 用在转子支架钻孔工艺中。 转子支架 是电机厂新 研 发的大型风能发电机的定子，直径 3596 1300一个大圆筒 ，如图 2所示 。现在所研究的是 其外圆柱面上孔的加工，这些 孔是径向方向，垂直于支架轴线，一组 26 个， 60组共 1560 个均匀分布在转子支架外圆壁上。如果展开转子支架，就像一块钢板上有 26孔。加工这些孔的难处在于不是在钢板上钻孔，而是在圆柱面上钻孔。 如果是划线后钻孔，其工作量是多么的巨大，特别是产品尺寸大，孔的数量多 ,划线的精度都难保证，更不要说加工后的精度。而且在圆柱面钻孔，孔的 位置 度难保证。因此设计一个钻模，所有问题便迎面而解。 湘潭大学兴湘学院 4 2 风能发电机 转子支架 钻模 的 设计 工产品的介绍 加工产品为湘潭市电机厂 风能发电分厂新型研发的风能发电机组的定子 主要是 26596 个 纹孔的加工。这些螺纹孔 分布在 圆柱 面 上， 孔的位置如图 3、 4所示 ： 螺纹孔加工应该是钻孔后，立即攻丝，使工件只要一次装夹，提高加工精度。 但考虑到转子支架的螺纹孔数量多，钻孔后攻丝，换刀麻烦，降低了加工速度。 因此等钻完所有孔后再攻丝 ，可以提高效率。在以钻好的孔内攻丝，所产生的误差较小，加之本厂使用的是为转子支架定做攻丝机，因此攻丝所产生的误差可以不计。现在 要考虑的就是在转子支架圆柱面上钻孔 ，设计一钻模能很好的解决问题。 湘潭大学兴湘学院 5 风能发电机 转子支架钻模加工演示 转子支架的钻模有它的特点，此钻模设计为一平板，按转子支架尺寸在 平板 面设计钻套，加工时把钻模挂在转子支架上，只需要对准钻孔即可。一台钻床可以钻 两 组孔，为提高加工效率，两台钻床同时加工，钻床位置对称的在转子支架直径上。一台钻转子支架的上部分，一台钻下部分。如图 5 所示 ： 万向 摇臂钻床钻完一组孔后，转动 转动 架， 用顶针固定转子支架，即可以钻另外一组孔。其实钻完两组孔，也只钻了 52 个孔，因为 万向摇臂钻床的升 降高度有限，一台钻床只钻上部分的孔，另一台只钻下部分的孔。钻完两组孔后， 松顶针，拧 松螺钉，两个钻模按相同的移动方向移动钻模（顺时针或逆时针），拧紧螺钉，固定钻模，最后转动转子支架，对好刀即可钻孔 ， 如图 5所示 。 从钻模的加工示意图 6，可以看出钻模加工时既要 和转子支架 回转转动，又要圆周移动，可以说转子支架的钻模是回转钻模与移动钻模的结合体。它取两者之长，很好的解决了在圆柱面上钻孔的难题。 湘潭大学兴湘学院 6 特别是移动块的设计，是本钻模的一大亮点，它使装夹变的简单，省力。把钻模挂上转子支架，到加工完整个转子支架，其中的装夹只要转动 钻模即可。 模简介 及选择 模的定义及优点 钻模的使用 能 省去了划线和其它测量与装夹的方法 ，使 技术不熟练的工人在了解到工件可以准确定位 ， 刀具 也 可以准确地引导 ，在正确 安装的前提下，也可以快速而又自信地进行操作 ，从而使工作效率大大的提高。 使 孔的定位精度不靠操作者而是靠钻模保证。 钻模 使零件的装配变得容易。因为所有零件在小的极限范围内都视为相同，而且零件试装和锉削操作都可省去。 它 使零件具有互换性。如果产品大范围销售的话，备用零件的问题就可以得到简化。 下面我们来了解下钻模： 钻模的定义 钻模 是 引导刀具在工件上钻孔 或铰孔用的机床夹具。钻模的结构特点是除有工件的定位、夹紧装置外，还有根据被加工孔的位置分布而设置的钻套和钻模板，用以确定刀具的位置，并防止刀具在加工过程中倾斜，从而保证被加工孔的位置精度。常用的钻模有固定式、回转式、翻转式和盖板式 4 种 。此外，还有移动式、滑柱式等钻模。 模 的 类型及选择 1、 钻模 的类型 钻模从结构上可以分了两种：一种是 整体钻模 ；一种是 可分离钻模 。区别在与整体钻模没有钻套，而可分离钻模是 由 钻模扳与钻套组成。 根据加工的产品可以确定钻模的大小，钻模的尺寸 至少要 L=1300可能选择整体钻模，因为如果磨损就只能重新制造，它只能用于制造小型的钻模。所以选用 可分离钻模 ，这样 的话 如果磨损，只 要更 换 钻套即可，可以很大程度的节约成本。 下面分别介绍 几种 可分离钻模 1） 固定式钻模 湘潭大学兴湘学院 7 固定式钻模特点是加工中，钻模固定不动，用于立式钻床上加工单孔或摇壁钻床上加工位于同一方向上平行孔素。如图 7所示，钻模板3用若干个螺钉 2和两个圆柱定位销 1固连夹具体 4上，钻模板可装配时调整位置。除用上述螺钉、销连接外、还可以采用焊接结构或直接铸造成一体。固定式钻模板结构简单，制造方便 ，定位精度高，但装卸工件不便。 2）回转式钻模 回转式钻模用于加工工件上围绕某一轴线公布轴向或径向孔系。 如图 8所示， 为加工套筒上三圈径向孔回转式钻木木模。工件以内孔和一个端面定位轴 3和公度盘 2端面螺母 4 夹紧工件。钻完一排孔后，将分度销 5拉出，松开螺母 1，即可转动分度盘 2另一位置，再插入公度销，拧紧螺母 1和 4后，即查行另一排孔加工。 3）翻 转式钻模 加工中，翻转式钻模一般用手进行翻转。夹具和工件一起总重量不能太重，一般不超过 100转式钻模主要用于加工小型工件分布不同表面上孔。它 可以减少安装次数，提高各被加工孔间位置精度。其加工批量不宜过大。 4）盖板 式钻模 盖板式钻模无夹具 体 ，其定位元件和夹紧装置直接安装钻模板上。它主要特点是钻模工件上定位，夹具结构简单，轻便，易清除切屑。盖板式钻模适合体积大而笨重工件湘潭大学兴湘学院 8 上小孔加工。中小批量生产，凡需钻铰后立即进行倒角、锪孔、攻螺纹等工序时，采用盖板工钻模也极为方便。，盖板式钻模每次需从工件上装卸，比较费时，故钻模重量一般不宜超过 100N。图 9所示 为盖板式钻模。 5） 移动式钻模 移动式钻模用立式钻床上，先后钻削工件同一表面上多个孔，属于小型 夹具。移动方式有两种：一种是自由移动，另一种是定向移动，用专门设计导轨和定程机构来控制移动方向和距离。 6） 滑柱式钻模 滑柱式钻模是带有升降钻模板通用可调夹具。它由钻模板、滑柱、夹具体和齿轮齿条传动、锁紧机构组成。这几总分结构已经标准化，具有不同系列，钻模板也有不同结构形式，且可以预先制好备用。滑柱式钻模具有结构简单、操作方便和动作迅速、制造周期短优点，生产中应用广泛，但难于保证更高精度。 2、 钻模的选择 根据转子支架 孔分布的特点，沿着轴线分布，完全符合 回转式钻模 的要求 。 但 又 有个很现实的问题，转子 支架结构太大，我们不可能做个同样大的钻模，浪费材料而且工件不好定位和旋转。 转子支架 的结构特殊，是一个大型的圆筒，而孔的位置都在 圆柱 上也分布均匀有规律，加工时的摆放位置也只能是转子支架的轴线与地面垂直。 因此 根据转子支架的结构特点，我们选用 移动式钻模 ，并且是其中可定向移动的。只要 限定钻模 轴向的自由度，便 其 可以沿 圆柱 端 面 做圆周 定向 移动。 钻模板的 类型及 选择 1、 钻模板的类型 钻模板通常是装配在夹具体或支架上，或与夹具体上的其它元件相连接，常见的有以下几种类型： 湘潭大学兴湘学院 9 1） 固定式钻模板 如图 10所示，这种钻模板是直接固定在夹具体上的，故钻套相对于夹具体也是固定的，钻孔精度较高。但是这种结构对某些工件而言，装拆不太方便。该钻模板与夹具体多采用圆锥销定位、螺钉紧固的结构。对于简单钻模也可采用整体铸造或焊接结构。 2） 分离式钻模板 如图 11所示，这种钻模板与夹具体是分离的，并成为一个独立部分，且模板对工作要确定定位要求。工件在夹具体中每装卸一次，钻模板也要装 卸一次。该钻模板钻孔精度较高，但装卸工件的时间较长，因而效率较低。 3） 铰链式钻模板 如图 12所示，这种钻模板是通过铰链与夹具体或固定支架连接在一起的，钻模板可绕铰链轴翻转。铰链轴和钻模板上相应孔的配合为基轴制间隙配合 (G7/铰链轴和支座孔的配合为基轴制过盈配合 (N7/钻模板和支座两侧面间的配合则按基孔制间隙配合 (H7/当钻孔的位置精度要求较高时，应予配制，并将钻模板与支座侧面间的配合间隙控制在 时还要注意使钻模板工作时处于正确位置。图 12所示是为保证 这一要求的几种常用结构，设计时可根据情况选用。 这种钻模板常采用蝶形螺母锁紧，装卸工件比较方便，对于钻孔后还需要进行锪平面、攻丝等工步尤为适宜。但该钻模板可达到的位湘潭大学兴湘学院 10 置精度较低，结构也较复杂。 4） 悬挂式钻模板 如图 种钻模板是悬挂在机床主轴或主轴箱上，随主轴的往复移动而靠紧工件或离开，它多与组合机床或多头传动轴联合使用。图中钻模板 4 由锥端紧 定螺钉将其固定在导柱 2上，导柱 2的上部伸入多轴传动头 6的座架孔中，从而将钻模板 4悬挂起来；导柱 2的下部则伸入夹具体 1的导孔中，使钻模板 4准确定位。当多轴传动头 6向下移动进行加工时，依靠弹簧 5压缩时产生的压力使钻模板 4向下靠紧工件。加工完毕后，多轴传动头上升继而退出钻头，并提起钻模板恢复至原始位置。 2、 钻模板的 选择 在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易，并 要 注意以下几点： 1） 在保证钻模板有足 够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在 1030间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。 另外，钻模板一般不宜承受夹紧力。 2） 钻模板上安装钻套的底孔与定位元件间的位置精度直接影响工件孔的位置精度，因此至关重要。在上述各钻模板结构中，以固定式钻模板钻套底孔的位置精度最高，而以悬挂式钻模板钻套底孔的位置精度为最低。 根据钻模板的种类 : 固定式钻模板 、 分离式钻模板 、 铰链式钻模板 、 悬挂式钻模板 。 以及上面注意要点， 固定式钻模板 对于直径 3596 1300转子 支架来说装卸困难，而 铰链式钻模板 、 悬挂式钻模板 则设计复杂，而且难度大。因此我们选择 分离式钻模板 。 其实钻模板的选择与钻模的选择没什么区别，只要确定其中一个的类型，另一个的也就 基本 确定了。 湘潭大学兴湘学院 11 钻套 的 类型 与选择 1、 钻套 的 类型 钻套和钻模板是钻夹具上的特殊元件。钻套装配在钻模板或夹具体上，其作用是确定被加工孔的位置和引导刀具加工。 根据钻套的结构和使用特点，主要有四种类型 ： 1） 固定钻套 固定钻套的两种形式 ： 无肩 和 带肩，该类钻套外圆以 H7/ H7/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 右图 所示。可换钻套装在衬套中，衬套是以 H7/ H7/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/ F7/合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉还能防止加工时钻套转动或退刀时钻套随刀具拔出。 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 下 图所示。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。 湘潭大学兴湘学院 12 湘潭大学兴湘学院 13 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 16所示。 在斜面上钻孔时，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 ，如图 a。如果钻套较长，可将钻套孔上部的直径加大（一般取 以减少导向长度。在凹坑内钻孔时，常用加长钻套（ 如图 b。图 c、 2、钻套的选择 转子支架的钻模只是钻固定 位置上 的孔，不需跟换钻套，因此我们使用 固定钻套 中带台阶的 ， 钻套与模板的配合使用过盈配合。 总结上面钻模、钻模板、钻套的选择。选择 可分离钻模中的移动式钻模，模板选择可分离式模板，钻套选择固定钻套。此时钻 模的大体样子已经清楚，下一步只要根据转子支架确定模板和钻套的尺寸，及其配合。 模的设计 位 方案 在空间完全自由的单元体的条件下，它有 6个自由度。用 3条互相垂直的 Y,个自由度。单元体可沿任何一条轴线移动，因此有 3个平动自由度。单元体也可绕任何一条轴线转动，因此有 3 个转动自由度，总计有 6个自由度。 只要限定所有的自由度才能使钻模定位准确，因此要考虑所有自由度的限制。 1、 V 型 面 的设计 转子支架是一个大圆筒，待加工孔的位置在圆柱外表面。在夹具设计中常用于外圆表面的定位元件有定位湘潭大学兴湘学院 14 套、支撑板和 V 型块。 根据所加工螺纹孔位置特点，选用 V 型块，不过这里的设计有点不同，把这个钻模设计成 V 型面，两斜面的夹角是根据设计需要计算的 ，且它的安装位置不是水平而是竖直的，因此它只能限制 3 个自由度 。 V 型面可以限制 3 个自由度 X 、 X 、 Y ， 如图所示 。 2、 挡板的设计 如图 18 在侧模板 一端面设计一挡板，用螺钉固定，此板不仅限定了轴向即轴的自由度和Z 轴的自由度，而且承担了所有板的重量。此板 限制了 Z 自由度。 3、 定向 键的设计 右 图是转子支架的方槽，其均匀分布在支架外圆柱面，与外圆 柱 面孔 的 位置固定。设计一 定向 键 限定 钻模的 周 向移动 和径向转动， 定向 键限制了 X 、 Z 、 Y 3 个自由度 。 如图 19 所示 ： 定向 键设计在模板的两端，也用螺钉固定在模板上。 V 型面、挡板、定向键一共限定了 5 个自由度 X 、 Z 、 X 、 Y 、 Z ， 属于不完全定位 ，但要完全定位才能使钻模定位准确。 把 钻模装夹在转子支架上，才能限制自由度 Y 。 夹紧方案 1、 夹紧块的设计 夹紧块选用螺旋夹紧结构，直接用螺杆来压紧。螺旋夹紧结构简单，自锁性能好，湘潭大学兴湘学院 15 能够满足钻模的夹紧方案。 螺旋夹紧 保证 了 定位稳定、满足切削时使切削过程顺利完成，满足夹紧力作用点靠近加工位置，夹紧力方向与切削力方向一致，这样使夹紧力最小、最合理。 转子支架 夹紧块的作用使 定向 键与转 子支架的方槽 紧密配合， 同时也使钻模板斜面与转子支架斜面紧密配合。 在紧固的同时也 起到 定位 的作用 。 定位方案中 板、定向 键 、确定了 X 、 Z 、 X 、 Y 、 Z ， 夹紧块 是安装钻模的最后步骤，它使 而限制最后一个自由度 Y 。 钻模与转子支架 形成完全定位 ，保证了孔加工时的位置 精度 。 套的设计 钻套我选择的是固定钻套 （带肩的） ， 下面设计 钻套内孔的基本尺寸及公差配合的选择 ： 1、 钻套内 外 孔 钻套内孔（又称导向孔）直径的基本尺寸应为所用刀具的最大极限尺寸，并采用基轴制间隙配合。 转子支架圆柱面 螺纹孔，直接采用 钻花，钻孔后即可攻丝。 钻花与钻套内孔应采用基轴 制间隙配合，公差取 此钻套内孔径为 8。 钻套外径查常用钻套规格参数表取 16套与模板采用基 孔 制过 渡 配合 H7/允许有较大过盈的更精密定位的配合 ， 所以钻套外径 公差取 径为 16 2、 导向长度 H 钻套的导向长度 H 对刀具的导向作用影响很大， H 较大时，刀具在钻套内不易产生偏斜，但会加快刀具与钻套的磨损； H 过小时，则钻孔时导向性不好。通 常取导向长度H 与其孔径之比为： H/d=1工精度要求较高或加工的孔径较小时，由于所用的钻头刚性较差，则 H/d 值可取大些，如钻孔直径 d5，应取 H/d加工两孔的距离公差为 ，可取 H/d= 转子支架的螺纹孔位置度要求为 据其的 1135钻模孔的位置度为 求不是很高，所以导向长度取 H/d=1转子支架钻套的长度 H=1=考虑到钻模板的 设计 取 21 湘潭大学兴湘学院 16 3、 排屑间隙 h 排屑间隙 果 切屑排出困难，会损伤加工表面，甚至还可能折断钻头。如果 会使钻头的偏斜增大，影响被加工孔的位置精度。加工铸铁件时， h=(.7)d；加工钢件时， h=(.5)d；式中 于位置精度要求很高的孔或在斜面上钻孔时，可将 至可以取为零。 转子支架 是钢件， 孔位置度 精度 要求不高，因此 不设计排屑间隙。 钻套 如 图 21所示 ： 钻 模 板 的设计 1、 整体尺寸的确定 根据转子支架的尺寸以及钻模的夹紧位置，钻模的长度为 1300模一次 加工两组孔， 根据两组孔间距 宽度的设计为 240度 依据钻套与钻模板的配合长度 21计 为 23图 22 所示。 湘潭大学兴湘学院 17 2、 V 型 面的设计 钻模是钻夹在圆柱面上，要保证加工时，钻花垂直于圆柱面，所以平板钻模要设计个 V 型 面以保证钻套与圆柱面垂直，即确保 钻套轴线在转子支架的径向上。 如图 23， =3 ，钻模板的 使用铣刀加工，因此要在两斜面交叉处设计一凹槽，给铣刀留加工位置，凹槽深度设计为 2 3、 模板上钻套孔的设计 钻套孔是保证钻套的位置，因此很重要。孔的轴线应与模板 垂直， 加工位置也在 孔与钻套的配合参照钻套设计时设定的基轴制过盈配合 H7/差取径为 16 4、 与 键槽 配合 定向 键的 设计 定向 键是根据转子支架的方槽设计的，方槽的宽度为 以 定向 键 宽度为30， 定向 键与方槽的配合取 间隙 配合，是 间隙很小的滑动配合，可以自由移动和滑动并精密定位的配合， 公差取 度为 长度设定为 85度设定为 14。定向 键作用是 重要的 圆周定位，因此对于 定向 键与方槽的配合，宽度要求高， 其与钻模板的固定是用螺钉紧固。 5、 键槽的设计 键槽 是用来固定 定向 键的，它的精度直接影响着钻模的周向定位，根据 定向 键的设计。键槽的长度为 90度 从 图 24 计算为 因为 定向 键的高度要小于模板与转子支架的间隙， 防止定向键顶住转子支架， 所以 取 9更大 。 定向 键与钻模的 湘潭大学兴湘学院 18 配合为过渡配合，用于只有较小过盈的精密定位配合。公差取 宽度为 。键槽的 的长度应该大于 定向 键的长度，防止 定向 键过长，超出钻模板端面，影响挡板的定位，从而影响整个钻模的定位精度。 6、 夹紧块的设计 夹紧块的作用是使模板与转子支架的接触紧密，把 定向 键压如方槽中，从而周向定位。夹紧块设计为 据转子支架的壁厚 33模板的厚度 23加上紧固螺钉的夹紧空间20为 U 型口的宽度80纹孔的位置及其它尺寸如图 25 所示。 7、 移动块的设计 移动块一边用螺钉与模板紧固，一边与转 子支架的顶缘结合。其宽度就是钻模板的厚度 23转子支架的壁厚 33 55虑到不影响夹紧块的夹紧，在移动块上开个方形口，尺寸 根据夹紧块设定。移动块在转子支架上移动且要承担所有的钻模重量，因此移动块的材料要耐磨且韧性好，所以用 45#。 8、 承重 块的设计 因为钻模的重量 N=52N（ V 为体积， = 3m 为 板的 密度， ，太重安装不方便，所以设计一承重块， 便 于吊装。长 230 23 10 移动块与承重块的 孔位置见零件图，其是根据钻模板上的螺纹孔设计。 以上是整个钻模零部件的设计，它们的尺寸都是根据转子支架的方槽和螺纹孔的位置公差、形状公差设计，因此能保证钻模加工孔的要求。 湘潭大学兴湘学院 19 3、 风能发电机 转子支架钻模的工艺 公司的加工流程是 ： 先做下料单、下料图、编写工艺卡，把下料单、下料图发给下料车间，工艺卡 、图纸和领料单 发给 机架车间。 下料图已经留好加工余量，下料车间按下料图下料后 ，由机加车间拿领料单领料机加。 模板的工艺 钻模板只是用来固定钻套的位置，材料要求不高， 所以 选用 45#， 振动 调质处理。 按照下料图，在火焰切割机上编程， 加工面预留加工余量 5然后按图切割。冷却，去焊渣。 考虑到钻模板的切削量大，它的变 形 会影响钻模的精度，因此 要 调 质处理，以公司的条件采用 振动调 质。振动调质 后可以减少工件热后变形的 90。 钻模板在加工时，没有装夹位置，因此需焊接压块，使其能够准确的定位 。压块取6块，长 100 40 10了节约材料， 可以用废料 代替 ）， 压块的位置如图 26所示。 有一个问题要考虑，是先加工钻套孔还是先加工卸重孔。此钻模板最重要的是钻套孔的位置度精度，它直接影响钻套的安装。所以先加工卸重孔，即使产生变形也不影响后面钻套孔的加工精度。 还有另一个问题，在加工 0来的坐标原点已经发生改变，因此要重新确定新坐标原点。 先用钻花点一样孔，记下坐标，旋转 3后，再用钻花对刀样孔，记下新坐标，计算坐标偏转量后，确定新坐标原点的坐标，即可按图纸加工钻套孔和卸重孔。 湘潭大学兴湘学院 20 如图 27 所示， （ a， b）为样孔旋转前的坐标， （ c， d）为样孔旋转后的坐标，坐标旋转了（ 所以旋转后坐标原点的坐标为（ 钻模板上钻套孔与键槽位置 公差的对称度 要求都高，加工时 安装 次数越少误差也就越小。用卧式数显镗铣床加工钻模板， 钻套孔与键槽的加工 只需 一 次安装 便能完成 ，机床如图所示： 钻模板的加工工艺卡 如表一所示 ： 表一 工序代码 工序 名称 转子支架钻模板的工序内容 车 间 设 备 10 下料 按下料图下料，加工面保留加工余量 ， 冷却后，去焊渣 下料 数控火焰 切割机 20 焊压板 按图纸要求，焊接压块，焊后去焊渣，打磨毛刺 铆焊 焊机 30 调质 振动调质， 20 分钟 机加 激振器 40 铣端面 以 C 端面为基准， 在水平 装夹钻模板，按图纸加工要求加工 B 端面，粗铣端面到 1303精铣余量 后精铣，去毛刺 机加 卧式数显 镗铣床 50 铣端面 再以 C 端面为基准， 水平 装夹钻模板，按图纸加工要求加工 A 端面，粗铣端面到 1301精铣余量 1后精铣 保证 1300光洁度，去毛刺 机加 卧式数显 镗铣床 60 钻端面螺 纹孔 换 钻花， 在 A 端面 钻 孔深 20 12攻丝钻，攻丝后，除铁屑，去毛刺 机加 卧式数显 镗铣床 湘潭大学兴湘学院 21 70 铣平面 以 B 面为水平基准 ， 以 D 面为竖直基准， 把钻模板竖直固定在角铁上，按图纸加工要求，铣 粗铣 1铣 证尺寸 加 卧式数显 镗铣床 80 铣 键 槽 凹槽 翻转钻模板， 以 B 面为水平基准 ， 以 C 面为竖直基准，把钻模板竖直固定在角铁上 ， 先对刀 钻