4940-专用钻孔机设计2【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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of t s in a is of In to a of a we of to in in in 5% of is so NC 5%, of In if of is be to is a to of it is in to of is to is In as is in 5000 20 if is 42.5 51.1 if NC as 71.6 as .9 of of so of on of to of 0 of of ,000 40% be of or be 0% of 975 is in a a of or in of or of a on or in NC is to of It be or of be to by or of NC of a of or of or in to a is of is is is to is is to in to to a in a It is in a 1) of a in an in in (2) a of of of to of of as in to a of of is a a be on to of of of As as as a s 32 of 00mm 00up 0, up 2.5 to as as be to to as as be to a of to of of or a of is to In to to to (1) is (2) (3) of a to of (4) of to to (5) be is a to of as at of as It is of so to In to of in of of (1) of at is a to of so to as as (2) to or to in to be a of be so it is of is it (3) of It of or a of by in to in is on of a so by we In by a (4) 8NC as 5,000, 0 80 a 5-7 is to a 90 a of To NC in is a of s of be A of In of on a a is of is in of to 毕业设计 文献翻译 院（系）名称 工学院机械系 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 冯伟 指导教师 康红 伟 2012 年 03 月 10 日 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 1页 普通钻床改造为多轴钻床 作者： 费迪南德 目前，我国中、小型企业的产品质量和生产效率都 需要有一个新的提高但是加工手段却远远不能满足需要许多中小型企业都结合自己的实际对设备的技术状态进行改进，通过强化自身以求自我发展 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。 多轴加工应用： 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。 多轴加工优势 ：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。 多轴加工的设备： 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 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 2页 序。现在就这方面的现状作一简介。 多轴头： 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。主轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的 T 形槽中移动，并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。 多轴箱：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 瓦。 厂生产的可调多轴箱调整方便，只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。 多轴钻床： 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 黄河科技学院毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 3页 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 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。 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。 生产任务： 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。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。 毕业设计 (论文 ) 文献 综述 院（系）名称 工学院机械系 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 冯伟 指导教师 康红伟 2012 年 03 月 10 日 黄河科技学院毕业设计 （ 文献 综述 ） 第 1页 钻孔机的应用与发展 摘要： 本文介绍了钻孔机的特点、分类与应用、钻孔机的常见故障、使用注意事项、钻孔机的适用于发展前景等内容，使我对钻孔机有一个大致的了解，为以后的课程设计做准备！ 关键字 ： 钻孔机 、分类、常见故 障、发展前景 前言 钻孔机是指利用比目标物更坚硬、更锐利的工具通过旋转切削或旋转挤压的方式，在目标物上留下圆柱形孔或洞的机械和设备统称。也有称为钻机、打孔机、打眼机、通孔机等。通过对精密部件进行钻孔，来达到预期的效果，钻孔机有半自动钻孔机和全自动钻孔机。 在机械加工中，金属钻孔设备和钻孔设备是切削加工的基础工艺装备。目前钻孔设备不断更新换代，高速主轴采用陶瓷轴承、液体静压轴承、空气静压轴承、磁浮轴承后，其主轴转速可达 10000的甚至可达 150000r/用滚珠丝杠的进 给机构其速度可达 40 60m/线电机可达 90 120m/密数控加工中心的加工加速度可以达到 2g(g 为重力加速度 )。钻孔设备的快速发展为现代制造业的发展提供了基本的前提和技术保障，但无论是什么样的金属钻孔设备，都必须依靠与工件直接接触、从工件上切除材料的钻孔设备才能发挥作用。钻孔设备性能和质量直接影响到钻孔设备生产效率的高低和加工质量的好坏，直接影响到整个机械制造业的生产技术水平和经济效益。 正因为如此，国外制造业才有“企业的红利在刀刃上”的说法，汉语成语中的“工欲善其事，必先利其器” 、“磨刀不误砍柴功”也对钻孔设备在切削加工中的重要性进行了生动而深刻的描述。如一根 20 万千瓦发电机转子轴，其净重为 30吨，而其锻件毛坯达 60 70 吨，需切除的切屑占了零件毛重的 50%以上，很难想象如果没有高效的钻孔设备如何能完成这样的加工任务。国际上一位切削与机床方面的权威专家对切削钻孔设备的作用作了如下评价：“改进钻孔设备对降低切削成本比其它任何单一过程的改变更具有潜力。合理地选择和应用现代切削钻孔设备是降低生产成本，获得主要经济效益的关键。”美国的 N?兹拉丁曾说过：“一台价值 25 万美元的 床，其效率 的发挥在很大程度上取决于一把价值 30 美元立铣刀的性能”。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献 综述） 第 2页 1 钻孔机的特点 （ 1）、全自动下料。 （ 2）、电脑实时监控钻嘴保护系统，卡料、空料、参数错误报警系统。 （ 3）、六轴联动控制系统，独特的程序随时更新功能，程序自主研发，拥有通孔、外盲孔、多孔、高低孔等常用钻孔程序，也可按客户要求编写程序。 （ 4）、驱动系统采用德国原装进口的高精度数控马达，配合多档位等角度恒力矩细分驱动器，精度更高，运行更平顺，误差为 （ 5）、电路控制采用世界领先科技带自我保护功能的进口模块式固态继电器，搭配原 装进口的世界级元器件，使机器性能更加稳定。 （ 6）、加工尺寸（ 2 40能完全满足行业产品加工尺寸的要求，特殊规格可定制。 （ 7）、采用全自动电脑调机方式，孔位到边数可调范围（ 0 15到底数可调范围（ 0 7同时具备补偿值调节功能，使孔位调整更准确，更方便。 （ 8）、采用平板式模具，成本低，通用性强，制作简单，一般情况 90 分钟内可完成。 （ 9）、厂家提供标准化管位，操作更方便。 （ 10）、报警功能强大，稳定，能真正意义上做到 1 人同时操作多台机器。提高效率，降低成本，提升企业竞争力 。 产品参数 锯床种类 圆锯床。 2 钻孔机的分类与应用 根据应用的范围钻孔机主要分为几类。 （ 1）、钻布料的钻孔机。 布料钻孔机也叫打眼机 工作时使机针钻透成叠衣料 ,在布料上留下一个个小孔痕迹 ,作为缝纫的定位记号 ,有些机器带有对机针的点加热装置 ,对于较疏松的衣料加热后的机针钻如衣料退回机针后 ,在布料上留下的痕迹更为清晰 . （ 2） 、 钻探用的钻孔机。 又称钻探机。在地质勘探中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备。主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，用于钻取岩心 、 矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献 综述） 第 3页 （ 3）、工程钻孔机。 在建筑施工中为加固处理建筑工程基础而应用的基础桩或管桩所施工的钻孔机械。 （ 4）、机械加工钻孔机 在制造行业中，施行钻孔工艺的机器和设备。五金钻孔机、木工钻孔机、塑料钻孔机等。 （ 5）精密五金钻孔机 五金钻孔机，也称作机械钻孔机，通过金属钻头对金属产品进行加工，主要为表带，首饰等行业 （ 6）、全自动钻孔机 表带全自动钻孔机，又叫做表带钻孔机，是专业解决表带、首饰类细长孔钻孔加工的创新产品。 3 钻孔机的常 见故障 钻头钻削时 ,破碎或突然停止的现象 ,可能是进刀太快 ,磨利或钻孔时急冷急热之原故 ; （ 1）、 钻头钻削时 ,破碎或突然停止的现象 ,可能是进刀太快 ,磨利或钻孔时急冷急热之原故 ; （ 2）、钻削使钻头中心裂开 ,可能是钻唇间隙角太小 ,进刀太快钻头钝化 ,压力太大 ,缺乏冷却齐 ,钻头或工件夹置不良所致 ; （ 3）、 钻削时钻头折断 ,可能是钻唇间隙角太小或钻削速度太高 ,进刀大或钻头已钝化又继续加压切削等所致 ; （ 4）、 钻削时切边破裂 ,可能是工件材料中有硬点砂眼或进刀太快 ,钻削速度选择不当 ,钻削时无加切削剂所致 ; （ 5）、 钻唇及切边破裂 ,可能是进刀太快或钻唇间隙角太小等原因 ; （ 6）、 钻削所钻出之孔径太大 ,可能是两切边不 ,等长或两钻顶半角不相等静点偏离 ,主轴同心度差等原因所致 ; （ 7）、钻削时仅排出一条切屑 ,可能是两切边不等长或钻顶半角不相等的原因 ; （ 8）、钻削时发出吱吱叫之声音 ,可能是孔不直或钻头钝化等所致 ; （ 9）、钻削时切屑性质产生异常变化可能是切边已钝化解或破碎等所致。 黄河科技学院毕业设计 （ 文献 综述） 第 4页 4 钻孔机的使用注意事项 （ 1）、 钻头使用后 ,应立即检查有无破损 ,钝化等不良情形若有应立即加以研磨、修整； （ 2）、 存放时 ,钻头应对号入座 ,则以后取用时 ,方便省时 ,节省了再寻找钻头之时间； （ 3）、 钻通孔时 ,当钻头即将钻穿之瞬间 ,扭力最大 ,故此时需较轻压力慢进刀 ,以避免钻头因受力过大而扭断； （ 4）、 钻孔前必须先打中心点其目的为容纳静 ,点避免钻头静点触底 ,可导引钻头在正确的钻孔位置上； （ 5）、 钻孔时 ,应充分使用切削齐且注意排屑； （ 6）、钻交交叉孔时 ,应先行钻大直径孔 ,再钻小孔径。 （ 7）、根据所钻的材料调整合适的转速，转速过快钻头发热低熔 点材料会软化，转速过慢软性的材料会发生粘连。 （ 8）、根据所钻的孔深和孔径，确定钻孔机的进刀次数。 （ 9）、钻孔机是高速旋转进刀，需要注意安全防护。 （ 10）、注意保证钻头的锋利程度，需要定期磨钻头或更换钻头。 （ 11）、对钻轴要进行定期加油润滑。 5 钻孔机的发展与前景 当今世界正处在先进制造技术快速发展的时期。随着数控钻孔机的问世，现代制造业发展了一系列的数控加工技术，如加工中心 (柔性制造单元 (柔性制造系统 (计算机集成制造系统 (并联钻孔机等。这些技术与高速加 工技术、自动钻孔倒角机技术、钻孔加工工艺紧密结合，使机械加工中的劳动强度大大降低，辅助时间大大缩短，产品质量和生产效率大大提高，对制造业乃至全球经济的发展起到巨大的推动作用。 目前钻孔加工约占整个机械加工工作量的 90%，现代钻孔技术是制造技术的主力军之一，钻孔加工 (含磨削 )在整个 21 世纪仍是机械制造业的主导加工方法。作为钻孔加工中重要的基础工艺装备，自动钻孔倒角机技术对现代制造的发展起着至关重要的作用。中国是全世界钟表生产和输出的最大国家，占全球制表行业 90%以上，全自动高速表带钻孔机彻底解决表带行业目前投 入人力最多，产出最少的 黄河科技学院毕业设计 （ 文献 综述） 第 5页 手工钻孔工艺现状的困难，全面取代现有的手工钻孔工艺，也间接解决了企业招收熟练钻孔工人困难的严重问题。同时为企业节约了大量的人力成本开支。大力发展数控加工技术及装备，已成为世界各国政府的战略决策，用数控装备武装现代工业和改造传统工业也成为世界各国制造业发展的方向。改革开放后，我国制造业的发展举世瞩目，钻孔设备总产量和技术水平已迈入世界第一方阵，钻孔设备的进口消费量近年已达世界之首，我国已跨入世界制造大国之列，但还不是制造强国。其中我国目前制造业的劳动生产率只相当于美国的 1/23，日本的 1/25，德国的 1/18，与先进的工业国家相比，还存在着巨大差距。工业发达国家的数控钻孔设备在两班制工作条件下开动率达到 60而我国国内许多企业往往只能达到 20造成我国数控钻孔设备使用率低的原因是多方面的，除了设备配备不合理、技术人员综合素质有待提高、数控钻孔设备的工作环境差、生产技术准备工作滞后等原因外，最重要的一点是钻孔设备与钻孔设备的技术含量不匹配，有相当一部分生产企业还普遍地采用焊接式钻孔设备用于数控钻孔设备加工，不讲究“门当户对”、“好马配好鞍”，致使先进的钻孔设备配备落后的钻孔设 备，造成设备潜力没有充分发挥出来，从而造成巨大的浪费。因此，更新观念，广泛应用先进钻孔设备巳成当务之急。在投资钻孔设备的同时，一定要配备相应的钻孔设备，才能保证设备的高效运转，有效地提高生产率，从而获取更大的利润。 建国以来，我国钻孔设备行业为机械制造业的发展做了大量的工作，取得了很大的成绩，但随着切削加工速度的提高，难切削加工材料的大量使用，数控设备的普及，对切削加工钻孔设备的要求越来越高。国产钻孔设备在使用寿命、可靠性等方面都与国外发达国家存在明显差距，无论是在产品的品种还是性能和质量上都远远满足不了我 国制造业发展的需求。近年来，我国每年进口钻孔设备的金额增长率高达 50%以上，这一事实值得我们认真思考和努力改进。我们需要为此更加努力，为祖国的钻孔机事业贡献自己的力量 ！ ！ 黄河科技学院毕业设计 （ 文献 综述） 第 6页 参考文献 ： 1 卜炎 北京：机械工业出版社 ,1998. 2 第 2 版编辑委员会 北京：机械工业出版社 ,2000. 3 濮良贵 第 6 版 )等教育出版社 ,1996. 4 徐灏 第 1 卷 )械工业出版社 ,1991. 5 徐灏 册 (第 4 卷 )械工业出版社 ,1991. 6 徐灏 第 5 卷 )械工业出版社 ,1991. 7 孙恒，陈作模 第 5 版 )等教育出版社 ,1996. 8 朱龙根，简明机械零件设计手册（第二版），北京：机械工业出版社， 2005. 9 纪名刚，机械设计（第八版），北京：高等教育出版社， 2006. 10 孙 桓，陈作模主编 . 机械原理 . 北京：高等教育出版社 2000. 11 李振清主编 北京：机械工业出版社 12 陈玉凡 主编 北京： 冶金工业出版社 . 13 李挺芬 主编 上海：龙门联合书局 2 单位代码 0 2 学 号 080105635 分 类 号 密 级 毕业设计 说明书 专用钻孔机 设计 院（系）名称 工学院机械系 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 冯 伟 指导教师 康红伟 2012 年 5 月 15 日 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 I 页 摘 要 随着科学技术的发展，制造技术的进步，以及社会对产品质量和品种多样化的要求越来越强烈。中、小批量生产的比例明显增加，要求现代 钻孔机 成为一种精密、高效、复合、集成功能和低成本的自动化加工设备。同时，为满足制造业向更高层次发展，为柔性制造单元、柔性制造系统，以及计算机集成制造系统提供基础设备，也要求 钻孔机 向更高水平发展。 在 公交车 制造中， 座椅都是连接上去的 。过去，一般都采用 人工钻孔 的方法进行拼接， 人工钻孔 的效率低， 连 接的质量不高，不适合大批量生产。现在采用的方法是： 设计一个专用的钻孔机， 专门用来钻公交座椅连接孔 。这一 连 接方法的加工效率较高， 连 接的质量也很好。 本设计 通过对钻孔工艺分析，确定了卧式自动钻孔机设计方案。根据设计参数，选择了电动机，对主要结构进行了详细地设计，并对位置调节机构、联接机构等也进行了简单地设计。 关键字 ： 钻孔机，电动机， 连接 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 of to of is of of a of of At to to a as as a to a In In is of is to a is to of is of of to in so on of a 河科技学院毕业设计 说明书 第 目 录 绪 论 . 1 一、 工艺方案的分析与设计 . 4 . 4 孔工作位置示意 . 4 二、总体设计 . 5 动机的选择 . 5 . 7 . 9 . 16 . 16 结 论 . 18 致 谢 . 19 参考文献 . 20 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 1 页 绪 论 钻孔机是指利用比目标物更坚硬、更锐利的工具通过旋转切削或旋转挤压的方式，在目标物上留下圆柱形孔或洞的机械和设备统称。也有称为钻机、打孔机、打眼机、通孔机等。通过对精密部件进行钻孔，来达到预期的效果，钻孔机有半自动钻孔机和全自动钻孔机。 在机械加工中，金属钻孔设备和钻孔设备是切削加工的基础工艺装备。目前钻孔设备不断更新换代，高速主轴采用陶瓷轴承、液体静压轴承、空气静压轴承、磁浮轴承 后，其主轴转速可达 10000的甚至可达 150000r/用滚珠丝杠的进给机构其速度可达 40 60m/线电机可达 90 120m/密数控加工中心的加工加速度可以达到 2g(g 为重力加速度 )。钻孔设备的快速发展为现代制造业的发展提供了基本的前提和技术保障，但无论是什么样的金属钻孔设备，都必须依靠与工件直接接触、从工件上切除材料的钻孔设备才能发挥作用。钻孔设备性能和质量直接影响到钻孔设备生产效率的高低和加工质量的好坏，直接影响到整个机械制造业的生产技术水平和经济效益 。 正因为如此，国外制造业才有“企业的红利在刀刃上”的说法，汉语成语中的“工欲善其事，必先利其器”、“磨刀不误砍柴功 ”也对钻孔设备在切削加工中的重要性进行了生动而深刻的描述。如一 20 万千瓦发电机转子轴，其净重为 30吨，而其锻件毛坯达 60 70吨，需切除的切屑占了零件毛重的 50%以上，很难想象如果没有高效的钻孔设备如何能完成这样的加工任务。国际上一位切削与机床方面的权威专家对切削钻孔设备的作用作了如下评价：“改进钻孔设备对降低切削成本比其它任何单一过程的改变更具有潜力。合理地选择和应用现代切削钻孔设备是降 低生产成本，获得主要经济效益的关键。”美国的兹拉丁曾说过：“一台价值 25万美元的 效率的发挥在很大程度上取决于一把价值 30美元立铣刀的性能”。 当今世界正处在先进制造技术快速发展的时期。随着数控钻孔机的问世，现代制造业发展了一系列的数控加工技术，如加工中心 (柔性制造单元 (柔性制造系统 (计算机集成制造系统 (并联钻孔机等。这些技术与高速加工技术、自动钻孔倒角机技术、钻孔加工工艺紧密结合，使机械加工中的劳黄河科技学院毕业设计 说明书 第 2 页 动强度大大降低，辅助时间大大缩短，产品质量和生产效率大大提高 ，对制造业乃至全球经济的发展起到巨大的推动作用。 目前钻孔加工约占整个机械加工工 90%，现代钻孔技术是制造技术的主力军之一，钻孔加工 (含磨削 )在整个 21世纪仍是机械制造业的主导加工方法。作为钻孔加工中重要的基础工艺装备，自动钻孔倒角机技术对现代制造的发展起着至关重要的作用。中国是全世界钟表生产和输出的最大国家，占全球制表行业 90%以上，全自动高速表带钻孔机彻底解决表带行业目前投入人力最多，产出最少的手工钻孔工艺现状的困难，全面取代现有的手工钻孔工艺，也间接解决了企业招收熟练钻孔工人困难的严重问题。同时为企业 节约了大量的人力成本开支。大力发展数控加工技术及装备，已成为世界各国政府的战略决策，用数控装备武装现代工业和改造传统工业也成为世界各国制造业发展的方向。改革开放后，我国制造业的发展举世瞩目，钻孔设备总产量和技术水平已迈入世界第一方阵，钻孔设备的进口消费量近年已达世界之首，我国已跨入世界制造大国之列，但还不是制造强国。其中我国目前制造业的劳动生产率只相当于美国的 1/23，日本的 1/25，德国的 1/18，与先进的工业国家相比，还存在着巨大差距。工业发达国家的数控钻孔设备在两班制工作条件下开动率达到 60 而我国国内许多企业往往只能达到 20造成我国数控钻孔设备使用率低的原因是多方面的，除了设备配备不合理、技术人员综合素质有待提高、数控钻孔设备的工作环境差、生产技术准备工作滞后等原因外，最重要的一点是钻孔设备与钻孔设备的技术含量不匹配，有相当一部分生产企业还普遍地采用焊接式钻孔设备用于数控钻孔设备加工，不讲究“门当户对”、“好马配好鞍”，致使先进的钻孔设备配备落后的钻孔设备，造成设备潜力没有充分发挥出来，从而造成巨大的浪费。因此，更新观念，广泛应用先进钻孔设备巳成当务之急。在投资钻孔设备的同时，一定要 配备相应的钻孔设备，才能保证设备的高效运转，有效地提高生产率，从而获取更大的利润。 建国以来，我国钻孔设备行业为机械制造业的发展做了大量的工作，取得了很大的成绩，但随着切削加工速度的提高，难切削加工材料的大量使用，数控设备的普及，对切削加工钻孔设备的要求越来越高。国产钻孔设备在使用寿命、可靠性等方面都与国外发达国家存在明显差距，无论是在产品的品种还是性能和质量上都远远满足不了我国制造业发展的需求。近年来，我国每年进口钻孔设备的金额增长率高达 50%以上，这一事实值得我们认真思考和努力改进。我们需要为黄河科技学院毕业设计 说明书 第 3 页 此更加努力 ，为祖国的钻孔机事业贡献自己的力量 ！ 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 4 页 设计计算部分 一、 工艺方案的分析与设计 艺方案的分析与设计 为便于进行加工，在钻孔时，选取刀具进给，工作台固定不动的方式进行加工。其基本的加工工艺路线是： 调整固定刀具进给钻孔刀具返回取消固定 调整 图 1动方案分析 及钻孔工作位置的示意 调节机构主要采用丝杠螺母机构和导轨导套结构。 进给机构选用由 手摇 带动的滚珠丝杠螺母结构，其传动简图见图 1钻孔位置在车厢的内壁，示 意图见图 1 图 1节机构 图 1孔工作位置示意图 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 5 页 二、总体设计 动机的选择 经分析比较，选用普通系列的电动机作为主工作机即可满足设计要求。 为满足加工要求 ,应以加工 需的功率来选电动机。由文献 2查得， 抗拉强度为 375 削用量的计算 （ 1）切削速度 由 表 2得 切削速度是 2 m/s，取 v=0. 35 m/s 进行计算 ： 初算 电机转速： n= 0 0 0 6 0 0 3 8=835r/虑到 工要求表面的光洁度和加工效率可将转速取 n=840r/ 2）进给速度 根据 硬度，查文献 2其进给速度范围为 0.2 mm/r，取 f=0. 2 mm/r 。 (3) 切削深度 d=82=4 4）切削半径 r=2d=82=4 工直径 d 毫米 b=520 35、 45） b=700150 b=1000p (合金钢 ) V（米 /分） f（毫米 /转） V（米 /分） f（毫米 /转） V（米 /分） f（毫米 /转） 18 051 12 8 6 12 5 12 23 5 22 36 5 表 2黄河科技学院毕业设计 说明书 第 6 页 通过对钻头切削过程进行分析后，可利用积分计算其钻削过程所需要的扭矩大小： 3 34 . 0 1 0 80 0 0 00 . 3 1 02 2 5 1 022r r d r S d r r d r r d r =文献得：钻头主切削刃所受的扭矩为钻头总扭矩的 80%，所以钻头的总扭矩为 ： 功率的计算 工作时所需功率为： 2 2 3 . 1 4 8 4 01 . 56 0 6 0ee 5%来考虑传动中的功率损失，并以此作为实际原动机所需的功率 : 1 3 1 . 8 %P 电 机 （ 1+15 ） 动机的选取 根据功率和转矩查机械设计课程设计指导手册，选取 中 示卧式安装， 18 表示出力轴轴径为 183表示减速比为 3， 20V 或 380V。 图 2黄河科技学院毕业设计 说明书 第 7 页 表 2出力轴尺寸 (出力轴 键槽 键 6 P W Q T 18 30 5 27 20 5*5*27 22 40 7 35 25 7*7*35 28 45 7 40 31 7*7*40 32 55 10 50 10*8*50 40 65 10 60 10*8*60 50 80 14 75 56 14*9*75 表 2速电机出力轴尺寸 由表 22的所选电机的尺寸长宽高为 289 135 127寸合适，质量轻，符合设计要求！ 作台设计及计算 在本次设计中， 钻孔机 工作台采用滚动直线导轨副为导向支承，滚珠丝杠副马达功率 减速比 框 号 轴径 A D E F G H J K L M X Y Z 重量00W(1/41： 3 1： 25 1# 18 289 290 289 40 110 135 65 9 0 10 126 127 85 116 ： 15 1： 90 2# 22 325 320 322 65 130 155 65 11 0 12 126 145 90 116 ： 100 1 ：200 3# 28 355 352 353 90 140 170 120 11 0 15 126 170 110 116 8 1： 250 1： 1800 3# 28 420 419 420 90 140 170 120 11 0 15 126 170 110 116 ： 250 1： 1800 4# 32 470 469 470 130 170 210 160 13 0 18 126 210 16 河科技学院毕业设计 说明书 第 8 页 为运动执行元件 的结构。由于工作台弹性变形小，对机床的定位精度影响不大，因此，我仅简要地进行设计计算。 图 2作台结构图 由于工作台上主要承载减速电机，减速电机尺寸为 289合实际，先设计工作台尺寸为 250 作台重量计算 m=V 其中 : m 工作台重量，单位为千牛 ( V 工作台体积，单位为立方米 ( 钢的密度，单位为吨 /立方米 (1000kg/工作台体积 : V=S h 其中 : S 工作台面积，单位为平方米 ( h 工作台高度，单位为米 (m)。 为了保证工作台有足够的强度和刚度，保证零件的加工准确性和加工精度，因此工作台的高度要随着工作台的面积增加要有所改变。在这一次设计中采用分段函数的方法来确定工作台的高度 h,这根据是来自于大量资料，以及参考 体对应关系如表： 工作台面积 S（ 工作台高度 h(S 2000 10 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 9 页 2000 S 4000 50 4000 S 6500 60 6500 S 9000 70 S 9000 80 表 2作台高度与工作台面积的对应关系 工作台面积 : S=W L 其中 :位为米 (m) L 工作台长度，单位为米 (m); S=25 因此取 h=40mm m=V N 给传动系统设计计算 钻孔机 通常对进给系统的要求有三点，即传动精度、系统的稳定性和动态响应特性（灵敏度）。传动精度包括动态误差、稳态误差和静态误差，即伺服系统的输入量与驱动装置实际位移量的精确程度。系统的稳定性是指系统在启动状态或受外界干扰作用下，经过几次衰减震荡后，能迅速地稳定在新的或原来的平衡状态的能力。动态响应特性是指系统的响应时间及驱动装置的加速能力。为确保 钻孔机 进给的传动精度、系统的稳定性和动态响应特性，对 进 给驱动装置机械结构总的要求是消除减息、减少摩檫、减少运动惯量、提高部件精度和刚度。 P 切 P 电机 F=6120 中： 主电机系统的总效率，一般为 K 进给系统功率系数，取 K 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 10 页 V 切削线速度，取最大 V s=25m/ 所以主切削力： = 切 电 机 F 6120) X、 Y、 F=) F=) F=) 滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动转换的一种新型传动装置，在 钻孔机上得到了广泛的应用。它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠，使丝杠与螺母之间的运动成为滚动，以减少磨檫。 （ 1）滚珠丝杠螺母副的工作原理 滚珠丝杠螺母副的工作原理是丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，它们对合起来就形成了螺旋滚道。在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚会丝杠与螺母之间，构成一个闭合的回路。 （ 2）滚珠的循环方式 滚珠的循环方式有外循环与内循环， 本设计所采用的是内循环。其优点是径向尺寸紧凑，刚性好，因其返回滚道较短，摸檫损失小。 珠丝杠的计算与选型 （ 1）计算最大工作负载 作用在滚珠丝杠上的最大工作负载主要包括切削时滚珠丝杠的传动力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的型式有关。但当加工工件时，大多数情况下垂直导轨通过锁紧机构锁紧，相当于刚性联接。故作用在滚珠丝杠上的负载，是移动件的重量作用在导轨上的摩擦力。因此滚珠丝杠的最大载荷可以表达如下 : ）（ 式中 : 滚珠丝杠的最大载荷（ N）； 切削分力（ N） ; 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 11 页 G 移动部件 (工作台和减速电机的重量之和取 15重量 (约为工作台的 2 3倍 ),此处取 2倍 ; f 导轨上的摩擦系数，随导轨形式而不同 ,滚动系轨取 f = f= K 考虑颠复力矩影响的实验系数 ; 密封阻力 (N)，可不记。 所以滚珠丝杠的最大载荷为 : ）（ YX (00) = 2）计算最大载荷 C 选用滚珠丝杠螺母副有直径 须保证在一定轴向负载作用下，滚珠丝杠在回转 100万转 (106转 )后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值，即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 C: C=3式中 :L 寿命，以 106转为一单位， L=61060 n 丝杠转速 (r/ n=01000m/，可取最高进给速度的1/2 1/3，此处取 1/3; 初选 0h)，对于钻孔机一般取 T=15000h; 此处取 表 2载性质系数 荷性质 无冲击 (很平稳 ) 轻微冲 击 伴有冲击或振动 1一 2 所以 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 12 页 n=01000 1 0 0 0 1 / 3 2 510= m/ L=61060 =66 0 8 3 3 . 3 1 5 0 0 010= 3m f F= 3 7 4 9 . 9 7 1 . 2 3 1 8 . 9 6=N） （ 3）最小动载荷 珠丝杠上的最小载荷是指空载时滚珠丝杠副的传动力，具体表达式为： f G+式中： 滚珠丝杠的最小动载荷（ N） 所以 f G+300=N） （ 4） 滚珠丝杠螺母副的选型 根据文献，可选用 列的 16循环垫片式滚珠丝杠螺母副 （如图2，其额定动载荷 6654N，额定静载荷 度等级选为 3 级。 图 2（ 5）计算最大静载荷 当滚珠丝杠螺母副在静态或低速 (n 10r/况下工作时，滚珠丝杠螺母副的破坏形式主要是滚珠接触面上产生塑性变形超过一定限度就会破坏滚珠丝杠螺母副的正常工作。一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径的万分之一。产生这样大的塑性变形量时的负载称为允许的最大静负载 C0=中 :N); 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 13 页 静态安全系数，当为一般 运转时 1 2，当有冲击或振动时 f=23. 选用相应的滚珠丝杠螺母副的额定静载荷 据本机床的实际情况，忽略静载荷的计算。 （ 6）传动效率计算 r 丝杠螺旋升角，取 r= 334 ; 摩擦角，滚珠 丝杠螺母副的滚动摩擦系数 f=摩擦角约等于 10。所以 = t a n 4 3 3 0 . 9 6t a n ( 4 3 3 1 0 ) 但实际当中，由于各种因素的影响，最大取 （ 7）稳定性验算 对已选定尺寸的丝杠在给定条件下，承受最大轴向负载时，应验算起有没有产生垂直弯曲的危险。 产生失稳的临界负载 22 式中： E 丝杠材料弹性模量，对钢 E=106（ N/ I 截面惯性矩（ 丝杠截面惯量矩 I= 41 丝杠螺纹的底经），此滚珠丝杠为 25 I= 441 64 L 丝杠两支承距离（ 初选 40 丝杠的支承方式系数，本机床为一端固定，一端简支，取 则： 22 = 2624 2 0 . 6 1 0 0 . 3 240 =162486（ N） 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 14 页 临界负载与最大工作负载之比称为稳定性安全系数许用稳定性安全数，一般取 4。 a 62486n F 3 1 8 . 9 6 =然大于许用稳定性安全数，故此丝杠不致产生失稳 （ 8）滚珠丝 杠螺母副的临界转速 为了避免高速运转时产生共振，需进行滚珠丝杠螺母副的临界转速 界转速为 : 910 212中 : 与支承有关的系数，查文献得 则 : 910 2129910 22224 1 0(4 0 1 0 )= 15856 m/ 因而丝杠在最高转速和压杠稳定问题上可以安全地工作。 由于本设计所承受的载荷较小，加工时间较短，孔的深度较浅，不需要用步进电机带动滚珠丝杠运动，故此设计采用在滚珠丝杠尾部加装摇柄，用手摇方式带动 滚珠丝杠的直线运动。 导轨的功用是承受载荷和导向。它承受安装在导轨上的运动部件及工件的质量和切削力，运动部件可以沿导轨运动。 导轨应满足精度高、承载能力大、刚度好、摩擦阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长、结构简单、工艺性好、便于加工、装配、调整和维修、成本低等要求。 （ 1） 钻孔机 对导轨的主要要求 : 导向精度 导向精度主要是指导轨副在空载荷或切削条件下，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏差。影响导向精度的因素很多，如导轨的几何精度和接触精度，导黄河科技学院毕业设计 说明书 第 15 页 轨的结构型式，导轨和 支承件的刚度，导轨的油膜厚度和油膜刚度，导轨和支承的热变形等。 直线运动导轨的几何精度一般包括导轨在竖直平面内的直线度、导轨在水平面内的直线度和导轨面之间的平行度。 接触精度是指导轨副间摩擦面实际接触面积占理论接触面积的百分比，或用着色法检查 25 X 25积内的接触点数。不同加工方法所生成导轨的表面，检查的标准是不相同的。 承载能力大，刚度好 导轨受力后变形会影响部件之间的相对位置和导向精度，因此要求导轨有足够的刚度。导轨变形包括导轨受力后的接触变形，扭转，弯曲变形以及由于导轨的支承 件的变形而引起的导轨变形。导轨变形主要取决于导轨的型式，尺寸及支承件的连接方式与受力情况等。 根据导轨承受载荷的性质、方向和大小，合理地选择导轨的截面形状和尺寸，使导轨具有足够的刚度，保证机床的加工精度。 精度保持性好 精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的，常见的磨损形式有磨料 (或磨粒 )磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。影响耐磨性的因素有导轨材料、载荷状况、摩擦性质、工艺方法、润滑和防护条件等。 低速运动平稳 当动导轨作低速运动或微量进给时，应保证运动始终平稳，不出现爬行现象。影响低速运动平稳性的因 素有导轨的结构形式、润滑情况、导轨摩擦面的静、动摩擦系数的差值，以及传动导轨运动的传动系刚度。 运动部件低速移动时易产生爬行，进给运动的爬行。将会增大被加工表面粗糙度 ;定位运动
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