注浆泵主轴端盖专用钻孔钻床结构设计（含三维图SW）
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注浆泵主轴端盖专用钻孔钻床结构设计（含三维图SW）,注浆泵,主轴,专用,钻孔,钻床,结构设计,三维,SW
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毕业设计说明书1 绪论1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，又必须具备各种加工金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法来达到，特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此，机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%60%，机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。可以这样说，如果没有机床的发展，如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺师”，对国民经济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在18世纪中叶才开始发展起来的。当时，欧美一些工业最发达的国家，开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度，需要越来越多的各种机器，这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年发明了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。续车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也陆续被创制出来。至19世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，刀具切削性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高。此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的发展也与日俱增，例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。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，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，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。1.2 专用机床的国内、外现状世界上第一台专用机床于1908年在美国问世，30年代后专用机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对专用机床提出了愈来愈高的要求，而专用机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。1.2.1 国内专用机床现状我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、专用机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，专用机床行业企业仅专用机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外专用机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。（1）行业企业产品结构的变化专用机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，专用机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣专用机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。（2）行业企业的快速转变“九五”后期，在专用机床行业企业的50多家专用机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”专用机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。（3）专用机床技术装备现状与发展趋势专用机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的专用机床及专用机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的专用机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。专用机床的分类繁多，有大型专用机床和小型专用机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台专用机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的专用机床柔性专用机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的专用机床。另外，近年来专用机床加工中心、数控专用机床、机床辅机等在专用机床行业中所占份额也越来越大。由于专用机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国专用机床及其专用机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平专用机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.2.2 国外专用机床现状80年代以来，国外专用机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。专用机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。专用机床技术的发展趋势是：（1）广泛应用数控技术国外主要的专用机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控专用机床通用部件,在专用机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了专用机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱专用机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的专用机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面专用机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对专用机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.3专用数控钻铣床的应用及意义1.3.1 专用机床专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，而且往往是组成自动生产线式生产制造系统中，不可缺的机床品种。比如数控车床由于改为专用设计，这台数控车床则不用原机床型号，而采取编专用机床号的办法。由于专用机床是一种量体裁衣产品，具有高效自动化的优点，是大批量生产企业的理想装备。随着制造技术的进步，数控技术的普及，专用机床的数控化发展也很快，专用机床在生产实践中占有一定的比重。据有关资料介绍，日本2001年专用机床产值占机床产值的比达到8.8%；我国台湾省这一数字达到6.9%;而我国仅为0.67%。所以，在当前产品结构调整中，发展专用机床是行业发展中的一个值得注意的问题。专用机床适用于单件中、小批量生产的小型零件的加工.它是由已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的高效专用机床，便于更换受损部件，因此提高了工件加工的整体效率。目前，在汽车，拖拉机，柴油机，电机，仪表，军工等等重，轻工业大批大量生产中获得了广泛应用。一些中小批量生产的企业，如机床，机车，工程机械等制造业中业已广泛应用。专用机床可以用来完成轴套类，轮盘类，叉架类以及盖板类零件的部分工序的加工。专用机床主要由调整机构，动力头，夹具，动力箱，底座以及控制部件和辅助部件等组成。专用机床及其自动化生产线的制造，与大量生产汽车等性质不一样，也与普通机床的制造性质不一样，它具有两个极其鲜明的特征：一是集成性。用户订购专用机床都是要求交钥匙工程，它集加工工艺（含工艺方法及工艺参数），机床、夹具、工具（包含辅助）的开发设计与选择，检验测量（包括进入机床前的毛坯检验、加工中及成品的检验测量）物流的输送，切屑和冷却液的防护与处理等于一体。它不仅仅解决其中的某一问题，而是要解决好涉及较宽的技术领域可能遇到的每一个问题。二是单一性。专用机床几乎都是单台性生产，要根据用户提出的要求，进行一次性开发，一次性制造，而且还要保证一次性成功。根据对专用机床及其自动生产线等相关资料的研读，我将专用机床制造业的工作归纳为以下五个特点： 1）是技术难度大。由于它是集中加工工艺、机床、夹具、辅具、刀具、检验测量、物流等于一体，实现交钥匙工程，从而涉及技术领域宽且复杂，又是一次性制造，要保证一次成功，所以技术难度大。 2）是经营风险率高。专用机床（或自动线）根据用户订单“量体裁衣”制造的，不可能有试制探索过程，要确保一次成功，有相当大的技术风险。由于技术方案不当，造成局部或整体报废的情况屡见不鲜；由于一次性制造，在制造调试过程中难保不出现问题，解决这些问题总是需要时间，从而按期交货也有一定的风险；由于装备是专门为某一用户订做的，当该用户因种种原因不能如期付款、甚至无力付款时，势必造成制造企业的损失；在现行的金融制造还无法约束对方，产品无法转让他人的情况下，经营显而易见。 3）是协作困难大。由于是一次性制造，它不像汽车零部件那样大量生产，也不像通用设备那样批量生产，找协作厂家很困难。条件一般的企业，很难保证一次性制造出合格的产品；条件好的企业，又不愿当配角，对这种委托协作看不上。 4）是技术依赖性强。专用机床及其自动线从设计、工艺编制、生产制造到装配调试的全过程，都需要一批有经验的技术人员、管理人员和技术工人。 5）是技术成长期长。专用机床的设计制造涉及专业面广，要具备较丰富的工艺知识，要比较熟悉用户的制造工艺，要保证一次成功，培养一名熟练的主管设计师，要花几年时间，才能做出好的产品设计、好的制造工艺，生产出好的产品，技术成长期要长。 五个特点，五种原因，既相互关联，又各具特性，但确实是影响我国专用机床制造业发展的重要方面。今天，我们要调整机床工业的产业结构，发展专用机床是一项十分重要的工作。1.3.2 钻铣床的应用钻铣床，是集钻孔和铣孔为一体的机床。钻铣床结构较钻床复杂，在钻孔时，钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻铣床在钻孔方面可以完成通孔、盲孔的加工，更换特殊刀具后，还可以可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。在铣孔时，加工过程中工件不动，刀具移动，当刀具中心对正孔中心后，使刀具转动，刀具转动为主运动。在钻头完成孔的加工后，铣刀接着进行孔的精加工，铣孔精度最高可达到IT7。钻铣床的出现方便了孔加工的操作，使得钻孔和铣孔在同一机床上实现，节省了设备成本，降低了劳动强度，也提高了劳动生产率。深孔钻铣床根据工件的长短，该产品选用两种加工工件艺：短工件采用授油器授油并液压顶紧；长工件采用由铣杆尾部授油，四爪卡盘夹紧。授油器采用创新的主轴式结构形式，承重性能有很大提高，旋转精度更高。床身导轨采用适宜深孔加工机床的双矩形导轨，承载能力大，导向精度好；导轨经过了淬火处理，耐磨性较高。适用于机床制造、机车、船舶、煤机、液压、动力机械、风动机械等行业的铣削、滚压加工，使工件粗糙度达0.4-0.8m。本系列深孔铣床根据工件情况，可选择下列几种工作形式：1、工件旋转、刀具旋转和往复进给运动；2、工件旋转、刀具不旋转只作往复进给运动；3、工件不旋转、刀具旋转和往复进给运动。深孔钻铣床用于加工孔径比（D/L）为1：6以上的深孔，如枪管、炮筒和机床主轴等部件中的深孔。工件旋转（或工件、刀具同时旋转）的深孔钻床类似于卧式车床。深孔钻床有通用的，专用的和由普通车床改装的，为了便于冷却和排屑，深孔钻床的布局都是卧式的，深孔钻床的主参数是最大钻孔深度。为了满足深孔加工的工艺要求，深孔钻铣床应具备下列条件：（1）保证钻杆支架（其上有钻杆支承套）、刀具导向套与床头箱主轴和钻杆箱主轴的同轴度。 （2）无级调节进给运动速度。 （3）足够压力、流量和洁净的切削液系统。 （4）具有安全控制指示装置，如主轴载荷（转矩）表、进给速度表、切削液压力表、切削液流量控制表、过滤控制器及切削液温度监测等。 （5）刀具导向系统。深孔钻头在钻入工件前靠刀具导向保证刀头准确位置，导向套紧靠在工件端面。1.4 机床的设计步骤1.4.1调查研究研究市场和用户对设计机床的要求，然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证机床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。1.4.2 拟定方案通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。在制定方案时应注意以下几个方面：（1） 当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构；（2） 设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计；（3） 继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。1.4.3 工作图设计首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这些图子包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各部件间的相互关系。其次，绘制机床的总装图、部分部件装配图、液压系统图、PLC接线图和梯形图。然后，整理机床有关部件与主要零件的设计计算书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件。最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。2 专用机床的总体设计2.1 专用机床方案的制定2.1.1制定工艺方案零件加工工艺将决定专用机床的加工质量、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。根据被加工被零件（注浆泵主轴端盖）的零件图，加工4个螺栓孔的工艺过程。(1) 加工孔的主要技术要求。加工4个11的孔。孔的位置度公差为0.5mm，相对于基准A工件材料为45#钢 (2) 工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为0.5mm根据专用机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。一次性加工螺纹底孔，孔径为11(3) 定位基准及夹紧点的选择加工此注浆泵主轴端盖的孔，以底面的支承限制、和、四个自由度，位于中间的80凸缘起定位作用。在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，而工件也是大批量生产，由于夹具在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为是人工夹紧。被加工零件图2.1.2 确定专用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专用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。离合器压盘加工孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机 床，工件各孔间的位置精度为0.5mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。 (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。此离合器压盘的材料是45钢，孔在整个压盘上呈90度均度分配，孔的直径为11mm。采用多孔同步加工，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。一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式机床，立式机床适宜加工定基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。对大型箱体件采用单工位机床加工较适宜，而中小型零件则多采用多工位机床加工。此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是垂直的，并且定位基准面是水平的。孔的分布范围是直线形状，工件比较长，一次钻完，多轴箱体积较大，采用两工位以减小多轴箱的体积，使整个钻床瘦身，因而适合选择立式多工位钻床。 (3) 机床使用条件使用专用机床对对车间布置情况、工序间的联系、使用厂的技术能力和自然条件等一定的要求。在根据使用户实际情况来选择什么样的专用机床。综合以上所述：通过对箱盖零件的结构特点、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，最终决定设计四轴头多工位同步钻床。2.2 确定切削用量2.2.1 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专用机床对孔加工的工序余量，由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其他多工位机床上加工下道工序，应适当加大余量，以消除转、定位误差的影响。2.2.2 选择切削用量确定了在专用机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的专用机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工低30%左右多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，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不同转速和不同的每转进给量（mm/r）与其适应。以满足不同直径的加需要，即：=式中： 各主轴转速（r/min） 各主轴进给量（mm/r） 动力滑台每分钟进给量（mm/min）由于离合器压盘孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。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：钻头直径D=11mm,进给量f=0.1mm/r、切削速度v=15m/min.2.3 多轴箱的设计2.3.1 绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始绘制的如图29所示:如图29 钻孔专用机床多轴箱原始依据图图中多轴箱的两定位销孔中心连线为横坐标，工件加工孔对称，选择箱体中垂线为纵坐标，在建立的坐标系中标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。主轴部为逆时针旋转（面对主轴看）。2.3.2 齿轮模数选择本专用机床主要用于钻孔，因此采用滚珠轴承主轴。齿轮模数m可按下式估算：m=(3032)=32=1.76 式中：m估算齿轮模数 P齿轮所传递率（kw） Z对啮合齿中的小齿轮数 N小齿轮的转速（r/min）多轴箱输入齿轮模数取m1=3，其余齿轮模数取m2=2。2.3.3 多轴箱的传动设计（1）根据原始依据图（图29），画出驱动轴、主轴坐标位置。如下表：表27 驱动轴、主轴坐标值坐标销O1驱动轴O主轴1主轴2主轴3主轴4X175095959595Y094.51801808080（2）确定传动轴位置及齿轮齿数图210 齿轮的最小壁厚1）最小齿数的确定为保证齿轮齿根强度，应使齿根到孔壁或键槽的厚度a2m,驱动轴的直径为d=30mm,有机械零件设计手册知，如图210所示齿轮t=33.3mm,当m1=3时。驱动轴上最小齿轮齿数为： 2（t/m1+2+1.25）d0/m1 =2(33.3/3+2+1.25)30/3 =18.9所以驱动轴齿数要大于等于19。为减小传动轴的种类，所有传动轴的直径取30mm.当m2=2，d=20时，齿轮t=23.3mm。主轴上最小齿轮齿数为：2（t/m2+2+1.25）d0/m2 =2（23.3/2+2+1.25）20/2 =19.8所以主轴齿数要大于等于20。2）传动轴11为主轴1，2，3 ，4都各自在同一同心圆上。多轴箱的齿轮模数按驱动轴出轮估算m多轴箱输入出轮模数取m1=3，其余齿轮模数取m2=2。主轴1，2，3要求的转速一致且较高，所以采用升速传动。主轴齿数选取Z=45，传动齿轮采用z=45齿的齿轮，变位系数。传动轴的转速为:由于前面选取了主轴直径为30，显然传动轴直径都选取20，这样为了减少传动轴种类和设计题目需要由于传动轴转速是，则驱动轴至传动轴的传动比为:所以选择两级传动，且传动比分配为：一级为1.21.2;二级为1.41.0。驱动轴的直径为30mm，由机械零件设计手册查得知：t=33.3mm,当m=3时，驱动轴上的齿数为：Zmin去驱动齿轮齿数Z=45。通用的齿轮有三种，即传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。材料均为45钢，热处理为齿部高频淬火G54。本机床齿轮的选用按照下表选用齿轮种类宽度（mm）齿 数模数（mm）孔径（mm）驱动轴齿轮24321650连续16702、2.5、32、2.5、3、415、20、30、35、4025、30、35、40、50传动轴齿轮44（B型）45225、30、40、50输出轴齿轮3237318、22、28、32、36计算各主轴转速使各主轴转速的相对转速损失在5%以内。由公式：V= 知：2.3.4 绘制传动系统图传动系统图是表示传动关系是示意图，即用以确定的传动轴将驱动轴和各主轴连接起来，绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图，如图211所示图211 箱盖钻孔多轴箱传动系统图图中多轴箱箱体内只排放一排37mm宽的齿轮，离箱体前壁4.5mm，离箱体后壁9.5mm，传动轴齿轮和驱动轴齿轮为第排。在图中标出齿轮的齿数、模数、变位系数，以校核驱动轴是否正确。另外，应检查同排的非啮合齿轮是否齿顶干涉；还画出主轴直径和轴套直径，以避免齿轮和相邻的主轴轴套相碰。2.4.5 传动零件的校核（1）验算传动轴的直径校核传动轴以承受的总扭矩最大传动轴11，由它驱动的有主轴1、4和液压泵轴7。主轴扭矩：T1=T4=3274.45Nmm液压泵轴的扭矩：查得R12-1A液压泵的最高压力为0.3MPa、排量为5.88ml/r。假设在理想无泄漏状态，即：Pq=T式中：P液压泵的压力N/ q液压泵的排量m3/s T输入扭矩Nm 输入角速度rad/s单位换算：P=0.3MPa=0.3106Pa n =655.338r/min=10.9223r/s q=5.8810.9223=64.22ml/r=64.2210-6m3/s =2n/60=23.14655.338/60 =68.56rad/s代入公式：Pq=T 64.2210-60.3106=68.56T7 解得：T7=280NmmT5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7=23274.45/0.914+280/0.667=7584.89Nmm根据 d=B=2.316=21.6mm30mm因此传动轴1、2、3、4是符合要求的。（2）齿轮模数的验算对多轴箱中承受载荷最大、最薄弱的轴5上的齿轮进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的验算。齿轮的材料为45钢，表面淬火，布氏硬度HB=229286，平均值240HB。设使用寿命10年。齿轮Z5=30、Z1=28、宽度B=37mm，传动比i5-1=0.914,工作时间比1.088/2.804=0.39。注：在校核计算的过程中所要见的表和图在机械设计一书中，邱宣怀等编著，2003年高等教育出版社。校核计算：接触疲劳极限Hlim 由图12.17c得 Hlim =410MPa齿轮5的圆周速度v5 v5=1.37m/s精度等级 选9级精度使用系数KA 由表12.9 KA=1.1动载系数KV 由图12.9 KV=1.24齿间载荷分配系数KH 由表12.10先求 Ft=2T5/d5=27584.89/60=252.83N KAFt/b=1.1252.83/37=7.52N/mm100N/mm =1.883.2(+)cos (=0) =1.883.2(+) =1.67 Z=0.88由此得KH=1.29齿向载荷分布系数KH 由表12.11知 KB=A+B1+0.6（）2（）2+C10-3b =1.17+0.161+0.6(37/60)2 (37/60)2+0.6110-337 =1.28载荷系数K K=KAKVKHKH =1.11.241.291.28 =2.25弹性系数ZE 由表12.12 ZE=189.8节点区域系数ZH 由图12.16 （X1X2）/(Z1Z2)=0.005 ZH=2.62接触最小安全系数SHmin 由表12.14 SHmin=1.25总工作时间th th=1036580.39=11481.6h应力循环次数NL1=60n5th = 603436.89211481.6 =9.03108 NL2=60n1th =60147811481.6 =3.2108接触寿命系数ZN 由图12.18 ZN1=1.14 ZN2=1.24许用接触应力H H1= =373.92MPa H2= =406.7MPa验算 H=ZEZHZ =189.82.620.88 =301.95MPa373.92 MPa计算表明：接触疲劳强度是合适是，齿轮尺寸无须调整。齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数Y Y= 0.25+0.75/=0.25+0.75/1.67=0.7齿间载荷分配系数KF 由表12.10 KF=1/Y=1/0.7=1.43齿向载荷分配系数KF b/h=37/(2.252)=8.22 由图12.14 KF =1.2载荷系数K K=KAKVKFKF =1.11.241.431.2 =2.34齿形系数YF 由图12.21 YF1=2.37 YF2=2.56应力修正系数YS 由图12.22 YS1=1.68 YS2=1.62弯曲疲劳极限Flim 由图12.23c Flim=380MPa弯曲最小安全系数SFmin 由表12.14 SFmin=1.25应力循环系数NL NL1=60n5th=9.03108 NL2=60n1th =3.2108弯曲寿命系数YN 由图12.24 YN1=0.98 YN2=1.0尺寸系数Yx 由图12.25 Yx=0.85许用弯曲应力F F1 =3800.980.85/1.25=253.25MPa F2= =38010.85/1.25 =258.4MPa验算 f1=YF1 YS1Y =2.371.630.7 =21.62MPaf1 f2=f1 =21.62 =22.52MPa0.5m/s时，粗糙度应降一级。.淬硬导轨的表面粗糙度应降一级。3.2.4 滚动导轨在相配的两导轨面之间放置滚动体或滚动支承，是导轨面间的摩擦性质成为滚动摩擦，这种导轨就叫滚动导轨。滚动导轨的最大优点就是摩擦因素小，动、静摩擦因数差小，因此运动轻便灵活，运动所需功率小，摩擦发热少，磨损少，精度保持性好，低速运动平稳性好，移动精度和定位精度高。滚动导轨还具有润滑简单（有时可用油脂润滑），高速运动时不会像滑动导轨那样因为动压效应而使导轨浮起等优点。但滚动导轨结构复杂、制造比较困难，成本比较高、抗震性较差。对赃物比较敏感，因此必须有良好的保护。滚动导轨广泛应用于各种类型机床和机械。每一种机床和机械都利用了它的某些特点。例如：数控机床、坐标铣床、仿形机床和外圆磨床砂轮架导轨等，采用滚动导轨是为了实现低速平稳无爬行和精确位移，工具磨床的工作台采用滚动导轨是为了手摇轻便；平面磨床工作台采用滚动导轨是为了防止高速时因动压效应使工作台浮起，以便提高加工精度，立式车床工作台采用滚动导轨是为了提高速度，等等。滚动导轨的类型很多，按运动轨迹分为直线运动导轨和圆运动导轨；按滚动体的形式分为滚珠、滚珠和滚针导轨；按滚动体是否循环分为滚动体不循环和滚动体循环导轨。滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板组成，当导轨与滑块做相对运动时，钢球沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向器进入反向孔后在进入滚道，钢球就这样周而复始的进行运动，返向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部。钢球承载的形式与角接触球轴承相似，一个滑块就像是4个直线运动的角接触球轴承，导轨轴的安装形式可以水平，也可以竖直或者倾斜。可以两条或多条导轨轴平行安装，也可以一条导轨安装，也可以将导轨接长成为长导轨，一条导轨上可以安装一个滑块和两个滑块，以适应各种行程的需要。滚动直线导轨的特点：1）动、静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率小，只相当于普通机械的十分之一。2）承载能力大，刚度高。导轨副滚道截面采用合理比值（沟槽曲率半径r=0.520.54）D，D为钢球直径）的圆弧沟槽，因而承载能力及刚度比平面与钢球接触大大提高。3）能是实现高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高10倍。4）采用滚动直线导轨副可简化设计、制造、装配工作、保证质量、缩短时间、降低成本。导轨副具有“误差均化效应”从而降低基础件的加工精度，精铣或精刨即可满足要求。图2-4导轨按结构形式划分为开式导轨和闭式导轨。开式导轨是指在部件自重和载荷的作用下，运动导轨和支撑导轨的工作面始终保持接触、贴合，其特点是结构简单，但不能承受较大颠覆力矩的作用，而闭式导轨借助于压板使导轨能承受较大颠覆力矩的作用。本设计中，又遇到鬼必须承受较大的颠覆力矩作用，经过综合考虑选用闭式导轨。按结构特点和摩擦特性划分的导轨类型为普通滑动导轨、塑料导轨、镶金属导轨、滚动导轨、动压导轨、静压导轨等。滑动导轨的结构简单，便与制造，精度和刚度已与保证，一般说来，滑动导轨最显著的特点是具有优良的刚性、吸振性（抑制刀具切削时产生的振动）和阻尼性（防止导轨系统启动或停止时的振荡），适宜切削负载大的机床采用。故在通用机床上得到广泛的应用；担起摩擦因数较大，易磨损，低速运动平稳性较差。而滚动导轨的优点是摩擦系数小，动静摩擦系数很近，因此摩擦阻力小，运动轻便灵活，灵敏度高；运动所需功率小，摩擦生热少，磨损小，精度保持性高。滚动导轨的润滑简单，以及高速运动是不会像滑动导轨那样因动压效应而使导轨浮起等优点。但由于滚动体与导轨面之间的接触面积较小，不易形成油膜阻尼，因而刚度较低，抗振性能也较差。如果对它进行预紧，可在原有刚度的基础上提高数倍。滚动导轨的结构比较复杂，往往需要淬火的镶钢导轨，再加上滚动导轨的平直度和粗糙度比较敏感，导轨对赃物也比较敏感，因此制造精度也要求较高，而且需要交好的导轨防护措施，故制造成本较高。3.3 床身参数3.3.1机架的截面形状由于零件的抗弯、抗扭强度和刚度除与其截面面积有关外，还取决于截面形状。合理改变截面形状，增大其惯性矩和截面系数，可提高机架零件的强度和刚度，从而充分发挥材料的作用。因此，正确地选择机架的截面形状是机架设计中的一个重要问题。机床支撑件受力情况是复杂的，但主要是受扭矩和弯矩作用，因而产生扭转和弯曲变形。由材料力学可知，当支撑件受弯矩作用而其他条件相同时，其变形程度取决于截面的抗弯与抗扭的惯性矩，而惯性矩又与界面的形状有关，同种材料，截面面积相同而形状不同时，截面惯性矩相差很大，经计算比较可知：图3-2 各种截面的应用实例 （专用数控钻铣床的立柱如上图第三行最右边所示，横梁如上图第四行第一个所示。）a) 空心截面的惯性矩比实心的大，在相同截面面积的条件下，加大轮廓尺寸，减少壁厚，可大大提高刚度，因此，设计支撑件时总是使壁厚在工艺可能的前提下尽量薄一些，不用增加壁厚的办法来提高刚度。b) 方形截面的抗弯刚度比圆形的大，而抗扭刚度比圆形的小，因专用钻铣床的支撑件以选择方形或矩形最佳。而矩形截面在其高度方向的抗弯刚度比方形截面高，故最终选择矩形截面。c)不封闭的截面刚度比封闭的截面刚度有明显下降，因此在可能条件下应尽量把支撑件的截面做成封闭矩形。但是实际上由于排屑、出砂、安装电器、液压件等的需要往往很难做成四面封闭的一般金属切削机床的床身、立柱、横梁和底座截面的高宽比值见表3-1机架名称高宽比h/b适用机床床身1.01.21.51.0普通机床六角车床中、大型镗床、龙门刨床立柱（包括立式床身）1.02.03.034立式镗床、单柱坐标镗床立式钻床、组合机床立式车床悬臂梁23摇臂钻床、单柱立式车床横梁1.52.2坐标镗床工作台0.10.180.080.12矩形工作台圆形工作台底座0.1摇臂钻床3.3.2 床身壁厚的选择金属切削机床的机架壁厚主要是根据刚度来确定的，焊接壁厚约为相应铸件壁厚的2/34/5。具体数据查机械设计手册得：外壁和纵向主肋2025mm，肋1520mm。导轨支撑3040mm。3.3.3 合理布置加强肋肋分为肋板和肋条两种，肋条只有有限的高度，它不连接整个的截面。肋的作用：1）可以提高机架的强度、刚度和减轻极佳的重量。2）在薄壁截面内设肋可以减少其截面畸变，在大面积的薄壁上布肋可缩小局部变形和防止薄壁振动及降低噪音。3）对于铸造机架，使铸件壁厚均匀，放置金山堆积而产生缩孔、裂纹等缺陷；作为补缩通道，扩大冒口的补缩范围；改善铸型的充满性，防止大平面铸件上夹砂等缺陷。4）散热。如电动机外壳上的散热肋。肋的合理布置原则;1) 为有效地提高机架抗弯刚度，肋应布置在弯曲平面内。2) 应有利于将局部载荷传递给其他壁板使之均衡的承担载荷。3) 带孔肋板应避免不知在高梁主传力肋板的位置。按机构形状分类，大多数金属切削机床的床身、立柱和横梁都属于梁式机架。而梁式机架箱型结构的布肋：机械设计手册分别列举了布肋对开式和闭式梁式机架箱型结构刚度的影响。表中相对刚度均以无肋箱体作为比较基准。从表中看出：纵向肋能有效地提高开式箱形结构的抗弯刚度；45对角肋对扭转刚度的提高有明显的效果；不论哪一种布肋形式，当开式改为闭式时，抗弯刚度平均可提高60，扭转刚度可提高4.58.5倍。 将机床床身的肋板布置归纳为五类20种形式，作用在床身上的载荷分为六种类型。而后吧各种载荷条件下产生的应变能总和作为柔度特征值：把所耗材料的体积和柔度特征值，表示材料的经济性；焊缝长度和柔度的乘积，表示焊接费用的技术效益。因而最经济的结构为45对角肋和横向肋（如图），但他们只能在肋板或箱体壁板直接支撑导轨是才能应用，恰恰符合设计的要求。这种结构的特点是：由于力的作用点在立柱的中央，因此立柱受扭矩力的因素少；热对称性好，主轴箱式机床的主要热源正好处于框形中间，使立柱结构成为热对称结构，这就减少了热变形的影响；稳定性好，由于立柱结构采用框架结构箱式布置，立柱的抗弯、抗扭刚度以及构件的固有频率都能得到提高。查机械设计手册得加强筋的高度可取为壁厚的45倍，肋的厚度取为壁厚的0.81倍。图3-3 箱体内肋板布置形式3.3.4 支承件的设计支承件是机床的一部分，因此设计支撑件时应首先考虑所属机床的类型、布局及常用支承件的形状。在满足机床工作性能的前提下，综合考虑其工艺性能。还要根据其使用要求进行受力和变形分析，再根据所受的力和其他要求进行结构设计，初步决定其形状和尺寸。然后，可以利用计算机进行有限元分析计算，求出其静态刚度和动态特性，在对设计进行修改和完善，选出最佳结构形式，既能保持支承件具有良好性能又能尽量减轻重量，节约金属。机床的支承件是指床身、立柱、横梁、底座等大件相互固定连接成机床的基础和框架。机床上其他零、部件可以固定在支承件上，或工作时在支承件的导轨上运动。因此支承件主要功能是保持机床各零、部件之间的相互位置和相对运动精度，并保持机床有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用性。所以支承件的合理设计是机床设计的重要环节之一。立式机床的床身则由立柱及立柱底座组合而成，此种结构优点是加工和装配工艺性好，安装运输比较方便，但是削弱了床身的总体刚度，这一缺点通常是用加强其他连接部件的刚度来补偿的。机架的成型分为铸造机架和焊接机架。铸造机架的结构特点是轮廓尺寸较大，多位箱体结构，又复杂的内外形状，尤其是内腔往往设置有凸台和加强肋等。这些结构将给造型和制芯以及型芯的定位、支撑、浇注时，型芯气体的排除以及清洗带来一系列问题。而焊接机架较之铸造结构具有强度和刚度高、重量轻、生产周期短以及施工简便等优点，用途也是单件小批生产的大、中型机架。因而采用焊接机架。表3-2列出了铸造箱体与焊接箱体的不同特点：焊接件设计中一般应注意的问题：）材料的可焊性：焊接件钢材的选择要考虑可焊性，可焊性差的刚才会造成焊接困难，使焊缝可靠性低。一般碳含量0.25%的碳钢和含碳量且，且。则丝杠选用符合要求。4 夹具和多轴器4.1 专用钻孔夹具4.1.1机床夹具的组成(1)定位元件和定位装置 用于确定工件正确位置的元件或装置，如V形块，定位销，凡是夹具都有定位元件，它是实现夹具基本功能的元件。(2)夹紧元件和夹紧装置 用于固定工件以获得的正确位置的元件或装置。工件在夹具定位之后引进加工之前必须将工件夹紧，使其在加工时在切削力的作用下不离开已获得的定位，有时同一个元件既能定位，也具有夹紧的双重功效。(3)导向元件 确定刀具的位置并引导刀具的元件，它也可以供钻镗类夹具在机床上安装时做基准找正用。(4)夹具体 夹具体也称为夹具本体，用于将各种元件，装置连于一体，并通过它将整个夹具安装在机床上，一般采用铸铁制造，它是保证夹具的刚度和改善夹具动力学特性的重要部分。如果夹具体的刚性不好，加工时将要引起较大的变形和震动，产生较大的加工误差。4.1.2专用夹具的结构根据加工零件图确定定位基准，首先选择一面以及一个定位销的定位，这样限制了5个自由度，而本加工工序需要限制的自由度数目为6，所以又添加80凸缘作周向定位。对于工序尺寸4-11而言，定位基准与工序基准重合 。详细结构如夹具简图所示。钻套的选择：由机械制造技术基础课程设计指导教程表9-10选择快换钻套11F7X15k6 JB/T8045.2-1997;由机械制造技术基础课程设计指导教程表9-11选择衬套A1528 JB/T8045.4-1999;由机械制造技术基础课程设计指导教程表9-12选择钻套螺钉M8X13 JB/T8045.5-1999.加紧机构的设计：根据工件的形状可知，工件在定位后需要移动一定距离才可以进行夹紧参考机床夹具图册，选择齿轮齿条结构进行夹紧。切削力计算由机械加工工艺手册 第2卷表3.4-10，查得公式：其中CF=420zF=1.0=0.2yF=0.8kF=0.94F=420910.20.80.94=980 (N)公差选择公差参考机械制造技术基础课程设计指导教程第9章内容，具体数值请看图纸。4.2 多轴器的选用4.2.1多轴器简介多轴器（multi-spindle tool）俗称多孔钻、多轴钻孔器、多轴机床或多轴头，是一种新型的孔加工设备。多轴器最早出现在日本地区，后经台湾传入大陆，距今已有二十年的历史。由于进入国内时间不长，所以很多企业都未曾耳闻。广泛应用于机械行业多孔零部件的钻孔 及攻丝加工,一台普通的多轴钻孔器+一台普通的钻床（包括台钻、立钻、摇臂钻、钻铣床等）就能一次把几个乃至十几二十个孔或螺纹一次性加工出来，可大大提 高攻丝或钻孔的生产加工效率。多轴器是装在钻、攻机床上的夹刀头子，并且是两轴以上同时加工钻孔件或攻牙件，故
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