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一种 螺旋 装置 机械 机构 设计 说明书 CAD

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一种螺旋铣孔装置的机械机构设计【说明书+CAD】,一种,螺旋,装置,机械,机构,设计,说明书,CAD

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南京工程学院工 业 中 心本科毕业设计（论文）开题报告 题目:一种螺旋铣孔装置的机械机 构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： D机加工123 学 号：231120510 学生姓名： 陈志斌 指导教师： 刘桂芝、卞荣 2016年03月11日本科毕业设计(论文)开题报告学生姓名陈志斌学 号231120510专 业机械设计制造及其自动化指导教师姓名刘桂芝、卞荣职 称教授级高工/讲师所在院系工业中心课题来源D自拟课题课题性质A工程设计课题名称一种螺旋铣孔装置的机械机构设计毕业设计的内容和意义采用类比法、综合分析法以及查阅文献等，进行螺旋铣孔装置的机械机构设计的设计，使其各个单元的精度、刚度、力学性能以及运动性能达到要求。 毕业设计的具体内容： 1. 理论、计算 a) 理解螺旋铣孔工艺以及各参数意义 b) 根据基础数据分析计算最大加工孔径 2. 机械制图 a)图纸清晰，布局合理，符合设计标准，无重大错误； b) CAD绘制试验机装配图0号图 1张 c) 绘制其它典型零件CAD图纸，合0号图1.5张 3. 翻译有关外文资料 a) 文章大意、作者观点基本正确，无重大语病 b) 专业术语翻译正确 4. 按要求撰写毕业设计说明书（论文） 本课题研究的意义： 大量的复合材料和钛合金在航空航天制造领域应用日益广泛，对复合材料和钛合金制孔设备的需求也愈加强烈。螺旋铣孔设备与原有的钻孔技术相比：便于实现自动化控制；单一直径的刀具可以加工出一系列不同直径的孔，减少工厂刀具库存种类；刀具寿命显著提高，减少刀具库存数量降低成本；制孔效率高，缩短飞机装配制造周期等优点。螺旋铣孔技术因其在制孔方面的优势及在航空航天领域内的应用前景，必将在今后的工业生产中得到广泛重视。英文期刊文章引用：作者. 题名. 期刊名, 出版年份，期号：起止页码文献综述 作为一种新型孔加工方式，螺旋铣孔技术具有切削过程平稳、刀具承受切削力小和一次加工即可满足精度要求的优点。该技术已成为国内外材料加工研究的热点和难点之一。主要应用于飞机受力部件的孔加工，以及高硬度材料的孔加工等方面。为了降低飞机自重，提高结构强度，一些大型复杂结构零件都采用新型合成复合材料，一些主承力结构件以及机翼普遍都采用新型轻型材料，大量零部件都需要进行装配， 通常需要对飞机机翼和一些主承力结构件加工成千上万个孔，以便进行装配，并且要求航空装配孔实现高效、高精度和高质量的加工；但是，由于传统钻削加工的一些特点，如半封闭式加工、切削力大和工件表面质量难以控制等，限制了钻削加工在高硬度材料和航空材料上的作为。螺旋铣孔工艺的“以铣代钻”完全弥补了传统钻孔加工的不足，不仅在高硬度材料的孔加工中体现了其优势，而且在航空难加工材料钛合金和碳纤维增强复合材料(CFRP)的孔加工中也体现了其优势。 国内外已经有一些学者进行了螺旋铣学动力学的研究和探索，其中Wangyang Ni从不同材料的传统钻削与螺旋铣孔加工质量上进行对比，进行了螺旋铣孔加工动力学研究，并针对于新型材料钛合金，铝合金，CFRP等材料的螺旋铣孔刀具提出了一些解决方案；Eric WhinnemllJ通过在航空制造业领域以螺旋铣削进行了对比，分析了螺旋铣孔在加工效率和孔质量方面的优势，并研究了螺旋铣孔便携式装置的性能和发展。以及Tonshoff 阐述了螺旋铣孔技术在复合材料铣孔中的优势，并根据螺旋铣孔技术铣削力低，加工质量好的优点，预测了其在航空领域中广泛的应用前景。R.Iyer等人研究了某些特殊材料螺旋铣孔力，以及加工质量，证明了螺旋铣孔方式的优越性。Novator公司已经成功研制出螺旋铣孔的专用设备，并在空客与波音飞机装配中得到应用。空客公司已经在飞机的研制上应用螺旋铣孔技术，由于螺旋铣孔是在一个工序内完成对不同孔的加工，Novator公司的研究表明，这项技术的应用相对于传统钻孔技术缩短了50的时间，通过拆卸来消除毛刺的工艺被彻底消除了，大大提高了加工效率。 国外在这一领域对我国实行了技术封锁，导致我国目前飞机装配过程中的制孔还处在手动钻孔状态，严重影响了我国飞机的研制进度。为此，国内多家单位已开始着手螺旋铣孔装置的研制。国内多家单位已开始着手螺旋铣孔装置的研制。滑松等人基于螺旋铣孔切削规律和运动特性，设计了一款包括自转机构、公转机构以及径向偏移机构的虚拟样机，并对其进行了虚拟装配和有限元分析。单以才等人通过对螺旋铣孔运动进行功能分解，对螺旋铣孔单元进行了模块化设计，确定了偏心调节模块的传动方案，设计了铣刀结构与装夹方式，并针对螺旋铣孔单元样机进行了切削试验。王红嵩等人设计了一款螺旋铣孔虚拟样机，并研究了螺旋铣孔自转、公转和轴向进给3个运动单元之间的关系。 目前，我国已成为世界飞机零部件的重要生产国，波音、麦道、空客等世界著名飞机制造公司都在我国生产从尾翼、机身、舱门到发动机等各种零部件，这些飞机零部件文献综述的加工生产必须采用先进的加工装备和加工工艺。与此同时，大量高速、高效、柔性、复合、环保的国外切削加工新技术不断涌现，使切削加工技术发生了根本性的变化。为了降低研制周期和降低生产成本，深入研究了螺旋铣孔的优势。空客公司几年前与Novator公司合作启动一项发展轻型便携式的螺旋铣孔装置的研究，应用于法国、德国的空客飞机装配生产车间中，最近又推出了TwinspinPX3轻型便携式的螺旋铣孔装置。空客已经将该项技术应用到了装配生产线上，验证了该项技术的生产能力。各公司效仿，部署这项技术的研发工作，鉴于螺旋铣孔技术在航空飞机上打孔的优势，其他传统的钻孔工艺慢慢将会减少，逐渐将会被先进的铣孔工艺所代替。在机械工业产品更新换代，日益发展的过程中特别针对高新技术密集的航空、模具行业，对上述要求将会愈加明显与迫切。螺旋铣孔提高了打孔工艺的效率，产品质量和企业收益率。这种技术采用全新的，先进的工艺，在新型材料上也能取得非常高的孔质量，如碳化纤维和钛合金等，为促进企业开发新产品提供了保证，螺旋铣孔只需要一把刀具就可以加工不同直径高质量的孔，减少了换刀时间，不需要再进行精加工，这样大大提高了效率。螺旋铣孔技术极大的提高了制造企业的效率，产品质量，并节约了加工成本。 螺旋铣孔与传统的钻削加工相比，螺旋铣孔采用了完全不同的加工方式。螺旋铣孔过程由主轴的“自转”和主轴绕孔中心的“公转”2个运动复合而成，这种特殊的运动方式决定了螺旋铣孔的优势。首先，刀具中心的轨迹是螺旋线而非直线，即刀具中心不再与所加工孔的中心重合，属偏心加工过程。刀具的直径与孔的直径不一样，这突破了传统钻孔技术中一把刀具加工同一直径孔的限制，实现了单一直径刀具加工一系列直径孔。这不仅提高了加工效率，同时也大大减少了存刀数量和种类，降低了加工成本。其次，螺旋铣孔过程是断续铣削过程，有利于刀具的散热，从而降低了因温度累积而造成刀具磨损失效的风险。更重要的是，与传统钻孔相比，螺旋铣孔过程在冷却液的使用上有了很大的改进，整个铣孔过程可以采用微量润滑甚至空冷方式来实现冷却，是一个绿色环保的过程。第三，偏心加工的方式使得切屑有足够的空间从孔槽排出，排屑方式不再是影响孔质量的主要因素6。螺旋铣孔技术是一种全新的孔加工方法，它与传统的钻孔加工有着本质上的区别其与传统钻孔工艺的主要区别体现在：1)提高制孔效率，降低生产成本，便于实现自动化 不同于钻削加工工艺，螺旋铣孔工艺可采用较小直径的刀具加工较大直径的孔，能做到用单一刀具加工出不同直径的孔和复杂的台阶孔，并可根据实际情况对孔径实施实时补偿，尤其适合在叠层材料上制孔瞪。因此，采用螺旋铣孔工艺，不仅可以减少换刀次数，节省生产准备时间，提高加工效率，而且还可以减少企业的刀具库存，降低生产成本。2)延长刀具寿命 难加工材料钻孔时，由于其强度高、热传导低，导致散热效果较差，刀具磨损严重，容易发生粘刀甚至烧刀现象，即使使用金刚石涂层刀具，效果也不理想。 文献综述螺旋铣孔是断续切削，不仅排屑容易，而且有利于刀具散热，可降低刀具因热量积累而造成的高温磨损，提高刀具的使用寿命。更为重要的是，与钻削相比，螺旋铣孔在冷却液的使用上有较大改进，整体铣孔过程可采用微量润滑甚至空冷方式来实现冷却，是一种绿色加工工艺。3)提高零件表面加工质量 螺旋铣孔的加工机理完全不同于传统钻削。螺旋铣孔的轴向力远远小于传统钻孔，这使得制孔具有良好的出口质量，尤其对于加工层间强度较低的碳纤维复合材料。螺旋铣孔所用刀具直径比所加工孔小，排屑容易，能有效防止切削对已加工表面的损伤，可提高制孔质量。4）促进了新材料的应用推广 钛合金，复合材料等新材料由于其自身的高强度，耐腐蚀等优势，备受航空航天领域的亲睐，但是，传统的钻孔工艺已无法满足这些材料的要求，从而很大程度上限制了这些材料的应用。螺旋铣孔技术的出现，很好的解决了这一问题，螺旋铣孔产生的铣削力较小，加工新兴的高强度材料的功耗降低，加工质量提高，这就为新材料的广泛推广打下了坚实的工艺基础。本文通过对国内外现状的概述以及通过比较传统钻孔与螺旋铣孔加工工艺的特点，了解到螺旋铣孔在未来切削加工中的重要性。并且鉴于螺旋铣孔技术的优势，特别是航空和模具行业中的许多企业已开始将它应用到生产实际中。随着这种技术的推广和应用，传统的钻孔刀具将会慢慢失去其主导地位，而新型铣孔装置将会越来越多地出现在孔加工过程中。通过以学的知识对螺旋铣孔装置的机构进行设计与研究，使其达到应有的精度和运动要求。 参考文献：1. 赵炳桢. 切削技术的进步与制造业的发展J. 航空制造机械，2004，(8)：38412. 曹增强应对我国大飞机研制的装配连接技术J航空制造技术，2009(2)：88-903. 朱春燕，蒋红宇，张烘洲飞机装配铣削制孔和钻孔技术对比分析I-J3南京航空航天大学学报，2012，44：37414. Wang yang Ni. Orbital Drilling of Aerospace Materials ,SAE Aerospace Manufacturing and Automated Fastening Conference and ExhibitionC.20075. R.Iyer, P.Koshy, E.Ng. Helical milling, An enabling technology for hard machining precision holes in AISI D2 tool steel, J. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2007，(47)：205210.6. 秦旭达，陈仕茂，刘伟成，等螺旋铣孔技术在航空制造装配业中的发展应用J航空制造技术，2009(6)：58607. 滑松螺旋铣孔虚拟样机设计和试验研究D天津：天津大学，20108. 王琦螺旋铣孔样机设计和试验研究D天津：天津大学，20129. 单以才，李亮，何宁，等飞机壁板柔性装配螺旋铣孔单元的研制J工具技术，2012，46(10)：46-49文献综述10. 王红嵩难加工材料的螺旋铣孔技术研究DI大连：大连理工大学，201211. 袁智星. 螺旋铣孔动力学研究D. 天津：天津大学，1996.12. 李忠群. 螺旋铣孔技术研究进展 湖南工业大学学报 2013，1，27卷 第一期研究内容1.径向偏移机构 偏移机构是对螺旋铣孔设备进行机构创新的重点。螺旋铣孔设备的主要特征在于其沿螺旋线走刀和可以进行刀具位置的调整。2.公转机构 公转运动的驱动方式可以创新的利用普通电机、步进电机或者气动马达等；3.轴向进给机构 在完成螺旋铣孔设备的创新设计后，只需要按照手册选择合适的丝杠和导轨。 根据螺旋铣孔的特征对机构进行创新与设计，并对主要机构如主轴机构、偏心机构，进给机构进行研究并对主要零件进行相关理论分析、计算，以及零件图与装配图的绘制。研究计划研究周期与时间安排毕业设计起止日期：2.226.03（第1周第16周）第1-2周 (2.22-3.04) 收集资料，学习有关书籍文献，了解螺旋铣孔工艺及其应用 背景，同步进行开题报告撰写与翻译工作的进行第3周 (3.07-3.11） 完成开题报告及外文材料翻译第4周 (3.14-3.18) 完成的任务完成开题报告及外文材料翻译第5周 (3.21-3.25) 完成机构草图设计以及相关理论分析、计算第6周 (3.28-4.01) 完成装配图草图设计第7周 (4.04-4.08) 进行各零部件设计，进行机械制图工作第8-9周 (4.11-4.22） 毕业设计中期检查第10-11周 (4.25-5.06）进行零件图计算机绘图，同期准备论文的撰写第12周 (5.09-5.13) 完成装配图、零件图的绘制第13周 (5.16-5.20) 递交论文初稿第14周 (5.23-5.27) 修改论文并定稿第15周（5.30-6.03） 论文评审及答辩资格确定毕业设计（论文）答辩整理资料存 档第16周（6.06-6.10） 整理资料存档特色与创新本论文特色与创新如下： 刀具中心的轨迹是螺旋线而非直线，即刀具中心不再与所加工孔的中心重合，属于偏心加工过程。刀具的直径与孔的直径不同，突破了传统钻孔技术中一把刀具加工同一直径孔的限制，实现了单一直径刀具加工一系列直径孔。不仅提高了加工效率，而且大大减少了刀具的种类和数量，降低了加工成本。螺旋铣孔过程是断续铣削过程，有利于刀具的散热，从而降低了因温度累积而造成刀具磨损失效的风险。与传统钻孔相比，螺旋铣孔过程中可以采用微量润滑以及空冷方式来实现冷却，是一个绿色环保的过程。偏心加工的方式使得切屑有足够的空间从孔槽排出，排屑方式不再是影响孔表面质量的主要因素。由此可见，相对于传统钻孔，螺旋铣孔具有更大的优势。指导教师意 见 指导教师签名： 年 月 日 分中心意见中心意见 分中心主任签名： 年 月 日 教学主任签名： 年 月 日南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文）南京工程学院工 业 中 心本科毕业设计说明书（论文）题 目：一种螺旋铣孔装置的机械机构设计专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： D机加工123 学 号：231120510 学生姓名： 陈志斌 指导教师：刘桂芝、卞荣（教授级高工、讲 师)起迄日期： 2016.2.222016.6.3 设计地点： 工程中心5号楼 毕业设计说明书（论文）摘要摘要：螺旋铣孔加工作为近几年兴起的加工方式，在航空装配加工领域有了广泛的运用。本文介绍螺旋铣孔加工工艺的特点，并对螺旋铣孔机构的组成进行分析。在此基础上，设计了一种卧式螺旋铣孔装置，主要包括自转机构、偏移机构、公转机构以及进给机构等。通过计算分析和对比法设计、选择合适的主传动和进给传动部件，并对各个机构中的主要零部件如滑块、箱体、轴承座、齿轮等零件进行结构设计。同时，通过UG NX设计软件对各个单元零部件进行三维实体模型设计，并完成了螺旋铣孔装置的虚拟装配。关键词：螺旋铣孔、机构设计、UG、润滑南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书（论文）英文摘要Title:Mechanical design of a helical milling hole deviceAbstract:Helical milling Hole rise in recent years as a way of processing, assembly processing in the aviation field with the widely used. This article describes the characteristics of spiral hole milling process, composition and spiral milling holes mechanism were analyzed. On this basis, we designed a horizontal spiral milling aperture means, including rotation mechanism, shift mechanism, revolving mechanism and feed mechanism and the like. By analyzing and comparing the calculation method of design, select the appropriate main drive and feed drive components, and various agencies of the main components such as a slider, box, bearing, gears and other parts design. Meanwhile, UG NX design software for three-dimensional solid model design components for each unit, and completed a virtual assembly screw hole milling device.Keywords: Helical milling holes, mechanical design, UG, lubricationI目录前言1第一章 绪论31.1背景介绍31.2螺旋铣孔工艺介绍31.3螺旋铣孔的研究现状41.3.1螺旋铣孔设备国外的研究现状41.3.1螺旋铣孔设备国内的研究现状51.4研究的意义5第二章 螺旋铣孔设备的机构分析62.1螺旋铣孔机构分析62.2自转机构72.3偏移机构82.4公转机构92.5轴向进给机构102.6本章小结13第三章 螺旋铣孔机构参数计算143.1丝杠惯量匹配计算143.2电机转矩匹配的计算153.3进给力的计算153.4丝杠预拉伸量的计算163.5本章小结16第四章 螺旋铣孔机构的设计174.1关于UG软件的分析174.2滑块结构设计184.3外壳的设计184.4轴承的选择194.5轴承座的设计204.5.1外壳轴承座的设计204.5.2丝杠轴承座的设计214.6齿轮的设计214.7虚拟样机的装配234.8本章小结24第五章 润滑与防护245.1轴承的润滑与防护255.2丝杆的润滑与防护255.3导轨的润滑与防护265.3本章小结26第六章 结论与展望276.1本文总结276.2展望27致谢28参考文献28第1章III前言螺旋铣孔与传统钻孔工艺相比具有切削过程平稳、刀具承受切削力小以及一次可以加工便可以达到所需加工精度要求的优点。在以后螺旋铣孔技术必然代替传统制孔技术。现在螺旋铣孔技术已成为国内外研究的难点与重点之一。由于国外在该技术上对我国实行技术封锁，该技术在国内的研究才刚刚起步，并没有研制出商业产品，而国外在该技术方面的研究研究已经比较的深入，已经研制出了螺旋铣孔设备并已经投入到工业生产中去了。螺旋铣孔设备现在主要应用于飞机上孔的加工。因为飞机上有许多不同规格的孔，采用传统钻孔既费时，又费力而且精度还不高，还存在毛刺。采用螺旋铣孔设备从而弥补了传统制孔工艺所带来的不足。螺旋铣孔不光在制孔方面有很大的优势，在不同的难加工材料的加工方面也具有很大的优势，尤其是现在很多的大型结构零件都采用复合材料，使用传统制孔方法并不能达到其所需的加工精度，而螺旋铣孔采用铣孔代替传统钻孔完全弥补了传统制孔技术的不足。提高了螺旋铣孔技术在孔加工中的优势，尤其在难加工材料方面。第一章介绍了螺旋铣孔设备的一般概念。并将螺旋铣孔工艺与传统钻孔工艺的进行对比，以及螺旋铣孔在国内与国外的研究现状。第二章主要是对螺旋铣孔机构总体结构与运动方式进行分析。对自传机构、偏移机构、公转机构、轴向进给机构的特点以及它们之间的运动关系进行了分析。对各个机构运动部件所要承受的力进行分析，并对传动部件的特点进行比较从而对传动部件的型号选择做出初步的确定。第三章主要是通过已知参数对机构的传动部件进行校核。通过查阅机床设计手册对电机的转矩惯，丝杠的惯量匹配，预拉伸量以及进给力的计算。通过计算的参数对比从而确定所选机构的传动部件是否复合螺旋铣孔机构的设计要求。如果不符合要求就将要对该机构的传动部件进行重新的选择，一用来满足机构的设计要求。第四章主要是对螺旋铣孔机构的全面设计以及主要零部件的设计。根据设计尺寸以及受力方式选择合适的轴承。通过使用UG绘图软件对各个机构的零部件进行三维图的绘制。确定各个机构之间的运动关系，通过绘图软件将各个零部件之间装配约束，完成整个机构的装配。从而提前发现机构所存在的问题，并作出修改。第五章主要对机构润滑与防护的重要性进行分析，并对螺旋铣孔机构中的轴承、滚珠丝杠、滑动导轨的润滑和防护进行分析，并对润滑方式以及防护方法进行对比，从而选择合适的润滑方式。第一章 绪论1.1背景介绍随着时代的进步，工业需求越来越大，其要求也越来越高。因此特种加工就成为了现代研究人员主要的研究方向。而螺旋铣孔现在已经开始代替传统的钻孔工艺。螺旋铣孔在进行加工时与传统工艺相比其在切削材料过程中其运动平稳，而且孔的加工不需要多次换刀，只需一把刀具就可以完成孔的加工，并且提高了刀具的使用寿命。因此螺旋铣孔技术已成为各个国家工业研究的重点之一。现在螺旋铣孔技术普遍使用在飞机制造方面1。飞机上一般都采用结构复杂，且材料较轻的复合材料，来降低飞机的自身重量。在飞机制造加工是需要加工许多的孔，来对受力部件进行固定，而且孔必须要有较高的精度。显然普通的传统钻孔技术已经满足不了其所需的要求。而螺旋铣孔技术的高效，高精完全的将传统钻孔技术的不足所代替，其不仅仅有在加工效率方面的优势，在加工不同的材料时，尤其是现在工业制造上最常用的复合材料以及难加工材料都有其很大的优势。因此螺旋铣孔技术将逐渐的代替传统钻孔技术成为主流的制孔技术。1.2螺旋铣孔工艺介绍与传统的钻削加工相比，螺旋铣孔采用了完全不同的加工方式。传统钻孔具有以下特点：在钻孔的过程中，钻削主轴中心的线速度为0，即钻头的中心不参与切削，完全是通过钻头先下的推力将所需要加工部分的材料挤压出去；因此，钻头承受很大的轴向力，加工钛合金等一些难加工的金属材料时，刀具磨损程度加剧，很快就会是刀具失效2。传统钻孔工作的过程是一个连续的切削加工的过程，刀刃一直与工件接触，切削的接触面的具有很高的温度，相对于导热性差的材料，连续切削的过程是温度不断的提高，加剧了刀具的磨损，比且降低了加工表面的表面质量；在传统钻削过程中排屑方式的问题也是导致刀具加快失效的原因之一。在钻孔过程中，切削从排屑槽中排除，速度过慢，但是切削热量主要是通过排屑带走，当切削热不能及时的排出，大量的热量将集中在刀具和工件上，将加快刀具磨损以及失效；另外，当切屑与以加工表面接触会将以加工表面划伤，降低了加工表面的表面质量。螺旋铣孔顾名思义肯定与螺旋有关。在数控加工中心中有一种铣削方式较螺旋下刀，其实和螺旋铣孔是差不都的工作原理。其中一个是刀具在运动，一个是工作台运动。螺旋铣孔主要由“主轴”的自转,主轴绕待加工孔中心线做公转这两个运动机构组成的3。螺旋铣孔在下刀时并不是直线往下，而是沿着螺旋线的轨迹慢慢下刀，也就是说刀具中心和待加工孔中心不在同一条中心线上，具有一定的偏移量和传统的钻孔有了很大的差别，从而可以更具偏移量采用同一把刀具加工出不同规格尺寸的孔，突破了传统钻孔的一刀一孔的限制，大大提高了加工效率，也是刀具的规格减少，从而降低了刀具的加工成本。在螺旋铣孔时采用的是断续铣削，采用这样的方式有利于刀具热量的散发，从而使刀具因为受热而磨损失效这一缺点得到降低。在与传统钻孔相比螺旋铣孔由于是偏心加工，所以使得有足够的空间来排除切屑，不会因为切削而是刀具磨损，并且加工出来的工件是不需要去除毛刺。由此可见，该项技术有着广阔的发展空间和良好的市场前景，但作为新的加工方式，其加工机理有待进一步研究探讨。1.3螺旋铣孔的研究现状1.3.1螺旋铣孔设备国外的研究现状在工业生产中美国、日本、德国、瑞士等一些国家的机械制造技术在全球以属于领先水平。比如螺旋铣孔技术这些国家的技术水平以遥遥领先国内的研究水平。在国外螺旋铣孔技术已经在飞机的制造过程中普遍使用。因为螺旋铣孔可以使用一把刀具进行不同孔径的制孔加工，不需要跟换刀具，其与传统钻孔技术相比大大的缩短了其制孔时间，提高了加工效率。在国外Eric Whinnem4其对螺旋铣孔技术在飞机制造上的应用进行了研究与分析；Wangyang Ni5其对螺旋铣孔的机构运动原理以及机构在运动过程中的动力学进行了分析与研究并取得了一定的成果；R.Iyer6等这些人对螺旋铣孔设备进行孔加工时对道具寿命的影响进行了分析与研究。国外的一些飞机制造公司已经开始相互合作对螺旋铣孔设备进行研制与开发，并且已经在飞机制造上开始使用。最近Novator公司又推出了Twin spin PX3轻型便携式螺旋铣孔装置，空客已经将该项技术应用到了装配生产线上，并且验证了其生产能力，各公司纷纷效仿，部署这项技术的研发工作7。1.3.1螺旋铣孔设备国内的研究现状现在随着我国国内经济技术的飞快发展，我国在国际上的地位也不断的提高。因此由于国际上大量的订单，因此国外的一些先进的加工技术以及加工设备不断的出现，提高了我国原本的加工技术。现在我国已成为飞机零部件的生产大国，许多世界出名的飞机制造商在我国进行飞机零部件的生产。由于飞机制造上需要加工大量的且规格不同的孔，而我国对于螺旋铣孔技术的研究与实验才刚开始，许多的方面还存在一些缺陷。使得我国在对飞机制造过程中还是采用传统的钻孔工艺既费时有费力，很大的影响了对飞机制造以及研发的进度。因为这个原因国内的一些飞机制造商也已经开始对螺旋铣孔技术进行研究，并且国内的一些机械方面的专家也对螺旋铣孔技术和螺旋铣孔设备进行了研究与设备的试制。滑松8-9等人根据螺旋铣孔的运动原理以及其在加工时对工件的切削加工特性进行分析，并且自主研制了一个包括自传机构、公转机构和径向偏移机构的虚拟样机，并对其进行了虚拟装配和有限元分析。单以才10等人对螺旋铣孔的运动过程进行逐步的分析和研究，对螺旋铣孔机构的每个部分进行分析与设计，从而确定了各个机构的运动方式，并对刀具的装夹部分进行了设计，通过试验机对工件进行了试切。目前，我国关于螺旋铣孔设备的研究与设计还处于实验的阶段，具备完整的功能的商品机面试还需要进一步的研究。1.4研究的意义在时代的发展中，由于科学技术的不断提高，工业产品的更新换代变得很快，产品的精度要求也越来越高，从而使得以前的机械设备并不能满足现在的加工需求。螺旋铣孔相对于传统钻削工艺制孔不仅提高了产品的加工精度，产品的加工质量以及加工效率，还降低了加工成本。在现在的工业生产中螺旋铣孔作为一种新型的制孔工艺，主要应用于在难加工材料的制孔，加工精度要求较高的制孔以及制孔量特别大的场合。因为螺旋铣孔可一个别根据偏移量的调节使用同一把刀具加工出不同规格孔径的孔，不需要更换刀具进行精加工，这样大大提高了加工效率。第2章 螺旋铣孔设备的机构分析2.1螺旋铣孔机构分析螺旋铣孔机构主要有自转机构、公转机构、径向偏移机构以及进给机构组成的，它们彼此之间具都有联系，因此这些机构中的各个执行单元选择以及安装都会互相影响。在装配时就会出现一个机构包含了另一个机构，就比如公转机构就包含了偏移机构，偏移机构包含了自转机构。因此公转机构的外形尺寸就必须根据偏移机构的外形尺寸来进行设计，偏移机构的外形尺寸就必须按照自转机构的外形尺寸来进行设计。如下图2.1所示：图2.1 机构简图1. 箱体 2.电机 3.减速器 4.联轴器 5.轴承座 6.角接触球轴承 7.轴套 8.轴端挡圈 9.螺钉 10.滚珠丝杆 11.键 12.螺钉 13.挡板 14.齿轮 15.螺钉 16.轴承座 17.螺钉 18.挡板 19.端盖 20.螺钉 21.滑块 22.螺钉 23.气动马达 24.端盖 25.滚动轴承 26.固定板 27.螺钉 28.螺帽座 29.丝杠螺母 30.螺钉 31.滑块2.2自转机构自转机构也就是刀具自转是整个机构的切削主运动。自转运动也就是主轴自转，在现代数控机床上主轴自转基本上采用电主轴或者是气动马达以实现超高速加工的基础。在选择主轴的时候要考虑到主轴是否可以满足切削用量，能否发挥刀具的切削性能，是否具有足够的精度与刚度，从而达到机构所需的要求。现在数控机床主要采用电主轴。电主轴具有高转速、高精度、高速精密和高效率特性，并且具有结构紧凑、惯性小、动态特性好等优点，并可以改善机床的动平衡，避免震动，污染和噪声，他在高速机床上得到广泛的应用，在机床发达的国家比如日本、德国、美国、瑞士等都在高速机床上采用电主轴结构。气动马达的特点：在用作主轴使用时气动马达相对于电主轴而言其不需要冷却装置对主轴进行散热降温，而电主轴由于连续的高速运转必须安装冷却装制进行降温来稳定其工作状态，因此气动马达的制造成本相对于电主轴要低很多并且结构简单。而且气动马达也具有电主轴所具有的运动特性。但在气动马达加工时也存在缺陷，在其运动时会使机构产生震动，噪声大，并且在加工时稳定性不高，效率低等等。电主轴在工作时产生很大的热量，在电主轴高速旋转是需要及时的将热量释放出去，因此在电主轴的外壁安装一个循环冷却装置，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。并且电主轴的价格相对于气动马达要贵上很多，气动马达反而相对比较成本低，功率范围及转速范围均较宽，可以达到该机构切削力和功率，转矩以及转速的要求。图2.2气动马达该气动马达的型号为OBER T1071120具体参数如下表2.1：表2.1 气动马达的参数表编号转速rpm扭矩Nm重量右旋左旋空载时最大功率时最大功率时最大扭矩Kg10711201107212011250063001.22.61.82.3偏移机构在螺旋铣孔的机构中主要的特征机构就是偏移机构。其主要实现的是刀具自转中心线与所加工孔的中心线之间的偏差，需要通过改变偏移量来获取加工孔径的大小。因为偏移量对加工孔有很大的影响，所以偏移机构必须具有较高的移动精度。该机构使用的是滑块偏移机构，因为滑块机构具有结构简便直观，方便与加工与制造，成本低廉。但是该机构也存在着一些问题。因为在完成了偏移之后，在加工过程中没有双重偏心机构稳定。在滑块完成偏移之后需要进行在偏移方向上的固定对支撑机构的要求比较高。在滑块的偏移上采用的是步进电机加丝杆螺母形式的直线电机进行偏移。采用直线电机的特点具有：（1）直线电机不需要通过介质就可以实现机构的直线运动，从而可以使机构的结构尺寸变得简化，并且减少机构的运动惯量，提高了机构的运动精度和定位精度。（2）有直线电机不需要传动介质所以成本低，制造维护方便。又因为指直接与移动部件相连接，可靠性高。（3）由于其属于电机可以通过改变电压与电机频率，得到机构所需的移动速度和推力。因此便于调节与控制，适用于低速往复的运动场合。电机型号选择海顿直线电机5700图1为直线电机的外观图，图2为该直线电机的步长，表2为电机的各个参数。 图2.3 直线电机 图2.4 直线电机的步长 表2.2电机的各个参数Size 23:57mm(2.3-in)混合式直线电机（1.8step angle）零件编号固定轴式57H4（X）-v57H6（X）-v贯通轴式57F4（X）-v57F6（X）-v外部驱动式E57H4（X）-vE57H6（X）-v绕组类型双极性单极性工作电压3.25 VDC5 VDC12 VDC5 VDC12 VDC每箱电流2 A1.3 A0.54 A1.3 A0.54 A每箱电阻1.63 3.85 22.2 3.85 22.2 每箱电感3.5 mH10.5 mH58 mH5.3 mH23.6 mH功耗13 W转子惯量166 gcm温升135（75C）Rise重量18oz（511 g）绝缘电阻20 M2.4公转机构在螺旋铣孔机构中公转机构在其中就是实线螺旋铣孔的圆周进给运动。由于公转机构包含了刀具的自转，偏移机构，结构比较的复杂，因此必须具有较高的抗震强度以及刚度，并且要具有运动平稳、传动准确等。在本课题中为了要实现机构的公转可以采用带传动、链传动以及齿轮传动等来通过电机来实现其公转运动。在这些传动机构中每个机构都有各个机构的特点。带传动的特点：结构简单，成本低使用维护方便；带传动中带具有挠性和弹性能在机构运动是起到缓冲的作用且机构运动平稳噪音低；适合需要较大中心距传动；过载时容易打滑可以防治机构部件的损坏。带传动缺点：不能保证传动比；在机构中的尺寸占有量很大；需要安装张紧轮对带的松紧进行调节。链传动的特点：优点：平均速比i准确；可传递远距离传动；成本低。缺点：瞬时传动比不恒定i；传动不平衡；传动时有噪音、冲击；对安装粗度要求较高。适于两轴相距较远，工作条件恶劣等。在带传动，链传动以及齿轮传动中齿轮传动的平稳性最好，而且传动效率高，并且可以保证准确的传动比，使用寿命长，运动速度高等特点。由于齿轮传动的特点本课题选择齿轮传动与步进电机的配合实线螺旋铣孔机构的公转运动。在螺旋铣孔中步进电机作为公转运动的驱动部分，在选择电机型号的时候应将电机的额定转数，转矩，功率，以及电机的转动惯量等考虑进去，这些参数必须比螺旋铣孔机构的参数大，我们可以根据螺旋铣孔的参数来选择电机型号，应尽量选择参数比机构参数大12倍的电机参数。根据所给参数选择电机型号为130BYG3501下表2.3为电机的主要参数：表2.3电机型号及参数型号步距角相数电压电流静转矩空载运行频率转动惯量机身长单位度VANmKHZKgcmm130BYG35010.63110-2206251818177130BYG35020.63110-2206351830230130BYG35030.63110-22065018482822.5轴向进给机构在螺旋铣孔机构中轴向进给机构就是整个螺旋铣孔机构相对于待加工工件的法线方向上的运动。在整个机构中，进给机构的传动精度、灵敏度以及稳定性将会直接影响工件的加工精度。因此，进给机构必须要有以下特点：（1） 由于在进给机构中要使工作台移动需要很大的驱动力矩，然而在进给机构中的联轴器部分会产生弹性从而会影响在工作台的运动时间上的起停。因此这将会使机构的快速响应能力有所降低。因此进给机构必须要有较高的传动精度以及刚度。（2） 进给机构的快速响应还与机构中存在的摩擦力有关。因为机构中存在摩擦力，从而使机构的传动效率降低，并影响了机构的快速响应的能力。因此进给机构中为了提高快速响应的能力，必须是运动部件的摩擦阻力降低。所以进给机构必须具有低摩擦阻力。（3） 在进给机构中运动部件快速运动时，存在很大的惯量，因此在机构起停时对机构的运动特性有很大的影响。因此进给机构在满足部件刚度和强度的前提下，尽可能的减少运动部件的质量，减小工作台的质量，来减少机构工作室运动部件所带的惯量。由于进给机构的性能特点，所以本课题选择最常见的滚珠丝杠加滑动导轨作为螺旋铣孔机构中进给机构。滑动导轨是用于支撑整个机构的重量，滚珠丝杠是为了整个机构提供轴向进给运动的。滚珠丝杆的特点：（1）在滚珠丝杠中采用的是哥德式沟槽的形状，从而使丝杠的轴向间隙可以通过调整变得非常的小，但并不影响其传动。在丝杠中通过添加预紧载荷，消除轴向间隙，可使丝杆具有更佳的刚性，在承载时减少滚珠和螺母、丝杆间的弹性变形，达到更高的精度。（2）滚珠丝杆由于属于球运动，起动扭矩极小，滑动不会出现爬行现象，从而可以实现微进给。（3）因为移动的高效率，高速进给可采用滚珠丝杠，因为其发热小，所以能够实现高速进给。（4）相对于其他传输设备，液压，滚珠丝杠系统的故障率是非常低并且维护比较简单，仅需要一般润滑和防尘。因此具有较高的可靠性。（5）无侧隙、刚性高滚珠丝杆副可以加予压，由于预紧压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性。综上所述可以先选择丝杠型号为 SFI03210-4图2.5与2.6为滚珠丝杠的尺寸参数以及滚珠丝杠的受力参数。图2.5滚珠丝杠尺寸图2.6 丝杠参数在螺旋铣孔机构中进给机构需要支撑整个机构的重量。而可以实现进给运动又要承载一定的重量的机构，在本课题中可以采用滑块导轨来进行实现。对于导轨要求的特点：（1） 采用导轨主要是用来实现机构运动部件的直线运动，而运动的精度，以及相互之间的位置精度，都取决于导轨的导向精度。因此导轨在加工制造时，不关要有合理的结构、较高的刚度和硬度、还必须要有较高的导向精度以及装配质量。（2） 导轨是进给机构的主要部分，在工作过程中由于导轨的频繁使用会使导轨产生一定的磨损，从而降低了导轨的导向精度。为了确保导轨的导向精度在导轨加工时需要较好的耐磨性。以减少磨损量。（3） 由于导轨支撑着整个主传动机构的重量，导轨长期承受较大的载荷会使其发生一定的变形从而影响导轨的导向精度，以及导轨与工作台的位置精度。因此导轨需要较高的刚度来预防导轨变形对机构运动的影响。（4） 由于在机构运动时要求导轨上的摩擦阻力小，工作台移动平稳，低速时无爬行现象，因此导轨要具有低速平稳性好。（5） 机构中的导轨要便于制造、调整与维护，因此导轨的结构必须简单，工艺性好。因此选取型号为HGW45CA图2.7滑块尺寸图图2.8滚动导轨型号2.6本章小结本章主要是对螺旋铣孔机构总体结构与运动方式进行分析。对自传机构、偏移机构、公转机构、轴向进给机构的特点以及它们之间的运动关系进行了分析。对各个机构运动部件所要承受的力进行分析，并对传动部件的特点进行比较从而对传动部件的型号选择做出初步的确定。第三章 螺旋铣孔机构参数计算3.1丝杠惯量匹配计算已知电机型号为130BYG3501，可知其转矩以及转动惯量 (3-1) -丝杠的转动惯量 -移动部件转化到丝杠上的惯量 惯量匹配的计算，主要用以检查负载惯量对系统的灵敏度和加速度，如果负载惯量过大，则电机加速时间较长。若负载发生变化，则加速时间也将发生变化，因此要负载惯量与电机的惯量要合理匹配。一般负载惯量与电机惯量Jm之比应满足0.25J1。 200 0.0005066 (3-2) =0.000576 （3-3） （3-4）可见本机床选用的此电机均可满足 J1的条件，故选择为合理。3.2电机转矩匹配的计算由于数控机床对动态响应特性要求较高，所以电机的转矩主要用来产生加速度。 (3-5) - 空载运动时折算到电机轴上的加速度力矩 - 折算到电机轴上的摩擦力矩 - 丝杠预紧力折算到电机轴上的附加摩擦力矩 kfm (3-6) kgfm (3-7) T - 系统响应时间常数， 一般为0.1 -电机最大转速（r/min） Fo - 导转摩擦力（kgf） S - 丝杆导程（mm） - 传动链效率，一般=0.80.85） Po - 滚轴丝杆的预加载荷 -滚珠丝杆预紧时的效率，=0.9） (3-8)T为L/KS，KS为系统开环增益，KS值越大机床灵敏度越高，但KS值大到一定程度时，由于系统的灵敏度过高而使系统的运动部件惯量过大，从而影响定位精度。对一般数控机床取KS=825。本机床取KS=10。根据以上公式计算加速力矩，忽略Mo、Mf的影响。 电机amax通过以上计算该电机符合。3.3进给力的计算 进给机构电机所能提供的最大扭矩为27 Nm，经过减速器1:30的降速比降速，机械效率为=0.9 =11445.3 N (3-9)3.4丝杠预拉伸量的计算本机床通过对机床丝杆进行预拉伸来消除加工过程中由于丝杆的热变形对加工精度的影响，并进一步提高丝杆的刚度。 (3-10) a-丝杆的热膨胀系数，a=/ Dt-丝杆与床身之间的温升，Dt=3 L-丝杆两锁紧螺母之间的距离 =0.015912mm3.5本章小结本章主要是通过已知参数对机构的传动部件进行校核。通过查阅机床设计手册对电机的转矩惯，丝杠的惯量匹配，预拉伸量以及进给力的计算。通过计算的参数对比从而确定所选机构的传动部件是否复合螺旋铣孔机构的设计要求。如果不符合要求就将要对该机构的传动部件进行重新的选择，一用来满足机构的设计要求。第四章 螺旋铣孔机构的设计4.1关于UG软件的分析UG(Unigraphics NX)是Siemens PLM Software公司出品的一个可以用来解决产品过程的应用新软件，主要是用户通过它对产品的设计以及加工过程提供虚拟造型和检验。同类的软件还有proe、solidworks、catia等软件。UG是用户更具所设计的虚拟造型，从而确定和验证该产品的是否复合要求。UG同时也是用户指南(user guide)和普遍语法(Universal Grammer)的缩写。UG中包括了CAD/CAM系统也就是计算机辅助设计与制造。在数控以及模具方面应用比较广泛，由于造型强大，可以很轻松的实现各种复杂的结构造型。随着现代技术的进步UG软件也在不断的更新，功能也变得越来越强大，俨然已经成为模具行业三维设计的一个主流应用软件。在UG实际的虚拟操作过程也就是产品的在实际生产中的操作过程，在产品的设计过程中可以对虚拟模型进行运动仿真以及有限元的分析，对产品的研发有很大的帮助；在产品设计时可用采用UG中的CAM系统对三位实体模型进行模拟加工并生成数控代码，以便于数控机床的加工，并且支持法那科，西门子等数控机床。在UG的功能中还可以将三维虚拟造型通过系统功能将其转为CAD模式也就是二维图型，大大减少了设计人员的工作量。具体来说，该软件具有以下特点：(1) 数据库的统一性，在进行产品设计时可以在多个模块之间自由的相互变换比如建模、制图、装配等等，也可以同时进行。(2) 采用多个建模技术相结合，在实体建模过程中将实体建模、曲面建模、线框建模、现实等等将其荣为一体。(3) 在一些简单的结构部分可以采用软件自带功能进行绘制比如倒角、开槽等。标准件可以采用UG中自带的插件，通过已知条件调用出来不需要进行手动绘制。(4) 由于在软件中的曲面都采用了非均匀有理B样条作为设计的基础，可以和imageware中一样可以用多种方法生成复杂曲面，因此在汽车外形和有曲面设计的地方应用广泛。(5) 可以通过制图部分将三维实体模型直接生成二维图，并且可以和CAD/CAXA一样进行尺寸标注、形位公差和汉字说明等。还可以对实体模型进行剖解从而直接生成剖视图和局部剖视图从而大大的节省了设计员的工作量，增强了绘图的实用性。该软件在实体造型方面已处于同类软件的领先位置，现在的CAD/CAE/CAM软件均以此作为实体造型基础。本文在螺旋铣孔机构的各个零部件的实体进行设计时均在该软件中进行绘制与修改。4.2滑块结构设计 滑块是螺旋铣孔机构中主要是实现机构的径向偏移，在滑块中是按放机构的自转机构也就是气动马达。为了要实现螺旋铣孔机构中的偏移，所以滑块的表面粗糙度较低并且进行一的表面热处理。只有这样才能达到机构工作时的要求。在滑块内部是放置机构的自转运动的部分，是通过气动马达的外形尺寸进行结构设计，所以设计的是一个阶梯孔这样有助于自转机构的定位。因为考虑到自传机构的轴向固定的问题，在滑块的前端会安装法兰用螺钉进行锁紧，从而达到机构轴向固定。在滑块的上表面有一个安装直线电机的螺母安装孔，采用3个螺钉连接可以通过它与直线电机形成螺旋副从而实现螺旋铣孔机构中的径向偏移。在滑块的右端设计了一个螺纹孔，这个螺纹孔是用来安装一个紧定螺钉的，为了实现自传机构也就是气动马达的周向固定，使得自传机构也就是气动马达与滑块和法兰之间达到一个刚性连接，使整个机构运动稳定。图4.1为设计出来的三维图 （a） (b)图4.1偏移滑块4.3外壳的设计外壳的设计是整个机构中的公转机构的承载部分，在公转机构的内部有径向偏移机构以及自传机构这三个机构相互配合，所以外壳的加工质量将直接影响到机器或部件的精度、性能和寿命。外壳的外形尺寸只通过滑块的外形尺寸进行设计，在外壳的表面需要安装轴承和齿轮来实现机构的公转，还要安装直线电机来实现机构的径向偏移。在设计的时候要考虑到各个配合面的定位精度以及轴承、直线电机、齿轮、轴承的安装精度。外壳的内部就相当于一个导轨，与滑块相互配合实现偏移，对机构的径向偏移以及公转有以很大的影响，又因为其内壁是与滑块进行配合，所以其内壁要进行表面热处理已达到所要的表面粗糙度。在外壳的安装轴承的部位还要保证其与轴承的同轴度要求。外壳的设计分为内外两个部分，内部是与滑块相配合，外部两端靠轴肩的是安装轴承的，左端还有一个齿轮的安装，在两端分别各有6个螺纹孔是用来安装轴端挡板，通过6螺栓连接从而达到对外壳内部滑块的轴向固定，以及对左端齿轮的轴向固定。在左端外表面有一个螺纹孔，其实通过螺栓连接齿轮，从而起到一个齿轮的轴向固定的作用。在其相对的表面开了一个键槽，通过安装键来实现齿轮的周向固定。在外壳上还有一个凹槽是用来安装直线电机的，凹槽上面有4个螺纹孔是用来通过螺栓固定电机。因此外壳主体的设计必须要有强度高，加工精度高等特性。图4.2为外壳的三维实体模型。1 2 1.直线电机安装座 2.键槽图4.2 外壳实体模型4.4轴承的选择在螺旋铣孔机构中公转部分主要承受一定的轴向力以及一些圆周力。可以选择深沟球轴承或者角接触球轴承。在进给机构中滚珠丝杠主要承受轴向力可选择角接触球轴承。深沟球轴承主要承受径向载荷；也可以同时承受较小的轴向载荷；摩擦因数小；在高转速时，可用来承受纯轴向载荷。工作中允许偏位角816，生产量大，价格低。角接触球轴承的种类可以分为两种:单列角接触球轴承和双列角接触球轴承。两个相比较而言，单列角接触球轴承只可以承受一个方向的轴向载荷，以及一个方向上的轴向移动。如果机构中存在径向载荷，采用单列角接触球轴承就将会引起附加的轴向力。由于角接触球轴承的存在接触角，所以其可以承受很大的轴向载荷，接触角的不同其承受的载荷不同。由于要承载很大的轴向力，因此轴承一侧肩部较低，以安装更多的钢球，来提高其承载能力与刚度。双列角接触球轴承即可承受很大的轴向载荷也可以承受较大的径向载荷，还可以限制轴往两个方向上的移动。由于双列角接触球轴承对中存在一定的误差，在机构运动时会引起附加轴向力，从而降低了轴承的运动精度，减少了轴承的使用寿命并且由于这个误差的存在将会是轴承运动时的噪声加大。采用成对双联安装，也就是轴承的外圈相对，即宽端面对宽端面，窄端面对窄端面，也称为背靠背、面对面。采用这样的安装方式有利于机构在运动时避免引起的附加轴向力，由于因为是成对安装的还可在一定范围内调节两个方向上的轴向游隙。在本课题中，由于结构尺寸并不是很大并不需要采用双列的角接触球轴承。在螺旋铣孔机构中公转机构采用单列的角接触球轴承，而在进给机构中由于主要承受较大的轴向力，所以采用成对的单列角接触球轴承，并采用面对面的安装方式。以达到机构的传动要求。4.5轴承座的设计4.5.1外壳轴承座的设计轴承座的设计相对而言就要简单一点。通过外壳轴肩的尺寸，以及螺旋铣孔机构的受力情况来选择轴承。轴承型号为71830，因为轴承为标准件可以通过查询来确定轴承的尺寸，从而来设计轴承座。在进行螺旋铣孔的过程中机构需要承受轴向力，所以在轴承座上需要设计加强肋板，以达到机构所要的刚度。该轴承座设计的是半封闭的，通过与轴肩的配合使轴承轴向固定，在轴承座的前面有8个螺纹孔是用来安装端盖的对轴承进行密封，防止润滑剂溢出。该轴承通过4个螺栓进行固定。因此在设计轴承座是必须使轴承座内圈与轴承具有较高的同轴度以及加工精度。图4.3为外壳轴承座三维模型设计图4.3 轴承座三维图4.5.2丝杠轴承座的设计在进行滚珠丝杆轴承座设计时，要先考虑螺旋铣孔机构中轴向进给机构中所承受力有哪些，根据丝杆的直径选择合适的轴承。由于丝杠要承受很大轴向力可以选择角接触球轴承。图4.4为丝杠轴承座的三维模型设计图4.4 丝杠轴承座三维图4.6齿轮的设计在UG中齿轮是可以直接生成出来的。本课题中齿轮传动的传动比为1：1.5；模数在这里选取为2，大齿轮与小齿轮的齿轮比为125：85；材料45钢并进行调质处理。在螺旋铣孔机构中公转机构采用齿轮啮合传动来实现，公转速度不超过300rpm。在公转机构中公转力矩并不是很大，又加上带减速性质的齿轮传动，对小齿轮的强度要求不是很高。因此在选择了齿轮的模数、材料、传动比等参数之后，并不需要对齿轮的强度和尺寸进行严格的校核。齿轮的种类很多，按照轮齿的曲线相对于齿轮轴线方向可以将齿轮分为直齿、斜齿、人字齿、和曲齿4种。按照齿轮轮廓曲线可以将齿轮分为渐开线齿轮、摆线齿和圆弧齿3种。在生产实践中，渐开线齿轮应用最为广泛。渐开线齿轮具有：（1）能保证定传动比传动；（2）啮合线为一条直线；(3)啮合角恒等于节圆压力角；（4）中心距可分性。因此采用渐开线齿轮。齿轮一般由轮体、轮齿、辅板和轮毂等组成。在齿轮的造型设计中，轮齿的创建最为关键，理论性也强，有时还需要复杂的数学推导，甚至编程。图4.7 齿轮设计参数齿轮采用键进行周向固定，由于小齿轮的尺寸较小只用键并不可以进行全面的固定，所以在小齿轮的轮毂上面有一个通孔是用来进行齿轮的轴向固定。在大齿轮安装时并没有与轴承座接触，存在间隙所以大齿轮也需要在轮毂上打一个通孔进行轴向固定，以防止齿轮的轴向移动。 图4.5 大齿轮 图4.6 小齿轮4.7虚拟样机的装配在UG实体绘图软件中可以实现零件之间的装配。在装配的过程其实是与实际装配过程是一样的，它是确定个零件之间的连接关系，通过约束条件是零件与零件之间进行装配，从而来确定其在整个产品机构中的位置。在UG中是在已将需要装配的零件画完的前提下才可以进行装配。装配的过程是通过建模添加以画完的零件来进行装配，如果有不合理的地方只需要在零件图中修改，装配图中其将会自动更新，并不需要重新装配。 在UG中一般采用两种方法进行装配分别是自低向上装配，自顶向下装配。自低向上装配是指先设计好了装配的部件，再将该部件的几何模型添加到装配中。也就是说通过将各个零件将其按整个机构的零件所处位置，上下顺序进行排列，并进行对零件的关系约束，进行装配已完成整体机构的组装。自顶向上是先对机构的上部进行组装，然后依次往下通过零件与零件之间的约束关系，利用约束关系建立其他部件到工作部件的关联，来完成对整个机构的组装。而自底向上则与之相反。采用哪种装配方法需要更具机构整体的结构以及固定方式进行合里的选择。本课题在UG中采用的是自底向上装配的方法，在装配的过程中要注意；确定各个部件之间的约束关系；尽可能在12个部件上约束多个部件；要及时的更改所要修改的约束，以防止接下来的部件约束发生错误；不要同一个部件上出现重复的约束。在本课题中我采用的是分模块法进行装配。就本课题而言，现将自传机构装配起来，再将公转机构组装完，然后将偏移机构与公转机构装配起来，再将进给机构装配完，最后进行各机构的组装完成所有装配。图4.8 虚拟装配效果图在UG中的装配过程与现实中的装配过程是一样的，在装配的过程中可以很快的发现有哪些机构设计不合理，从而可以及时的改正。4.8本章小结本章主要是对螺旋铣孔机构的全面设计以及主要零部件的设计。根据设计尺寸以及受力方式选择合适的轴承。通过使用UG绘图软件对各个机构的零部件进行三维图的绘制。确定各个机构之间的运动关系，通过绘图软件将各个零部件之间装配约束，完成整个机构的装配。从而提前发现机构所存在的问题，并作出修改。第五章 润滑与防护在所有的机械设备中都离不开机构的润滑与保护，一旦忽视将对机构的正常运行产生很大的影响，比如设备的损坏以及对工件加工精度的影响。因此在进行机构润滑以及保护的时候，必须要使用专用的润滑剂以及保护设施。只有这样才能降低磨损，提高机械设备的使用寿命。5.1轴承的润滑与防护轴承的润滑，可以减少摩擦，降低磨损，防止锈蚀。润滑方式有脂润滑和油润滑，也有使用固体润滑的。常用润滑脂有钙基润滑脂和钠基润滑脂，且脂的充填量不应超过轴承空间的1/31/2。高速、高温下工作的轴承，宜采用油润滑; 油粘度小，内摩擦阻力小，有冷却作用，在整台机器有集中供油装置较为方便，否则油润滑需要复杂的供油设备。对轴承保护就是轴承的密封。轴承密封的目的就是防止润滑油或润滑脂的流失以及外部灰尘、水份等其他物质侵入轴承内部影响轴承的润滑与传动。密封的类型有接触式密封，非接触式密封以及组合式密封。本课题选择接触式式密封 ，因为接触式密封适用于低转速的场合，在螺旋铣孔设备中公转机构与进给机构的丝杠这两个部分的转数并不是很高。5.2丝杆的润滑与防护在机械机构中滚珠丝杠也是需要润滑的。采用合适的润滑方式可以降低滚珠与丝杠之间的摩擦力和摩擦扭矩从而提高丝杠在工作时的加工效率，提高了机构的运动精度，以及提高丝杠的使用寿命。由于丝杠的工作环境的不同，丝杠的润滑必须选择合理的润滑方法来进行润滑，否则对丝杠的润滑的效果不是很显著。在现实的工作中可以通过在丝杠上或着在螺母内加入润滑脂，实现润滑。滚珠丝杠和其他的传动部件一样需要添加防护，以避免外部灰尘，杂质的进入从而降低滚珠丝杠的运动精度。滚珠丝杠的防护可以采用接触式和非接触式密封圈来进行不丝杠的防护。在接触式与非接触式相比接触式的密封效果相对而言要好一点，但由于其是通过压力与丝杠接触从而会提高一点摩擦力。非接触式的密封圈与丝杠之间留有间隙，与丝杠并不接触所以并不会影响丝杠的传动精度，但是其对于防尘和防护效果较差。机械机构运动时要避免机构对这些防护装置的擦碰，以防止影响机构的传动。在滚珠丝杠机构中主要是在螺母法兰上添加密封圈以防止润滑剂的溢出以及外部灰尘和切削料的进入来以影响丝杠的传动与精度。密封圈由于是接触式的存在摩