铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具的设计【含CAD图纸】
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铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具的设计摘 要在现代工业化进程中，钻模在机械制造中起着至关重要的作用，对于保证产品精度，提高工作效率，降低工人操作要求扮演着关键角色。钻床类夹具包括用在各种钻床、镗床和组合机床上的孔加工夹具，简称钻模。钻模是辅助钻孔的一种工装夹具，它的主要作用是保证被加工孔的位置精度。对加工者没有太高的技巧要求，孔的定位精度不靠操作者而是靠钻模保证。本次设计的是根据指定零件设计加工工艺和设计立式钻床钻削头一体式钻模。立式钻床钻削头是根据被加工工件的要求，按照高度工序集中的原则而设计的，并以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件而组成的高效、自动化的专用装置。钻削头设计的目的是使立式钻床动力部件与被加工零件发生关系，它通过按一定速比排布传动齿轮，而使立式钻床动力传递给各工作主轴，使之获得所要求的转速和转向，并配以一定的夹紧及定位方式即而满足加工要求。关键词机械制造；工艺；钻模；一体式钻模；钻削头Design of integral drill jig for sliding seat of aluminium profileAbstractIn the process of modern industrialization, the drilling mode plays an important role in the mechanical manufacturing. It plays a key role in ensuring the accuracy of the product, improving the working efficiency and reducing the operation requirements of the workers. Drilling fixture including hole machining fixture used in all kinds of drilling machine, boring machine and combination machine, referred to as the jig. Drilling mode is a kind of tool and fixture for auxiliary drilling, its main function is to ensure the accuracy of the position of the hole. Not too high skill requirements for processors, precision holes do not rely on the operator but by jigs to ensure.This design is based on the specified parts design process and design of integrated multi spindle vertical drilling jig. Vertical drilling machine spindle is in accordance with the requirements of the workpiece, designed in accordance with the principle of process of the highly centralized and serialization and standardization of the general components based, with a few special components and composition of high efficiency, automation special device.Multi spindle design objective is to make vertical drilling machine power components and parts to be processed in a relationship by according to the arrangement of transmission gear of a certain ratio, and the vertical drilling machine power is transmitted to the work spindle, so as to obtain the required speed and direction, and with a certain clamping and fixed mode and meet the processing requirements.Keywords Machinery manufacturing， technology，Drill modelIntegrated drilling mode ，Multi spindle- I -目 录摘要IIAbstractIII铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具的设计IIDesign of integral drill jig for sliding seat of aluminium profileIII目 录4第1章 绪论61.1 课题研究的背景和意义61.2 铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具的研究现状71.2.1 铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具国外发展现状71.2.2 铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具国内发展现状81.3本课题研究的内容9第2章 零件加工工艺设计102.1 零件图分析102.2 工件的材料性质和加工工艺性分析122.3 基面的选择122.4 确定切削用量及基本工时122.5 零件加工工艺设计13第3章 钻削头及钻夹具设计143.1 钻削头设计143.1.1 钻削头技术参数分析143.1.2 拟定传动方案153.1.3 拟定钻削头定位方案163.1.4 钻削头主要技术参数的计算173.2 齿轮传动设计计算193.3 钻夹具设计243.3.1定位装置设计253.3.2夹紧装置设计253.3.3钻模结构型式的设计253.3.4钻套型式的选择27第4章 三维设计284.1 Solid works零件建模步骤284.2 Solid works装配图设计29第5章 经济分析325.1 钻削头和钻夹具产品设计概念325.2 钻削头和钻夹具设计的经济性325.2.1 钻削头和钻夹具功能设计的经济性325.2.2 钻削头和钻夹具结构设计的经济性325.2.3 钻削头和钻夹具造型设计的经济性325.2.4 钻削头和钻夹具材料选择的经济性325.3 钻削头和钻夹具经济开发分析与计算335.3.1 钻削头和钻夹具制造成本分析335.3.2 钻削头和钻夹具生命周期费用335.3.3 钻削头和钻夹具产品改进的时机335.3.4 钻削头和钻夹具产品开发方案的技术经济分析34结论36致谢37参考文献38第1章 绪论1.1 课题研究的背景和意义国际生产研究协会的统计表明，当前中、小量多种类生产的工件品种已占工件种类总额的85左右。当代制造业需要企业适应市场请求和竞争的产品品种。然而，一般的企业仍然使用了大量的传统的专用夹具，一般在中间的工厂有一个中等容量，大约有一千甚至近一万套专用夹具；另一方面，在生产中，许多品种的产业，每隔3-4年就要革新50-80多和特殊的固定装置，而夹具的实际磨损量仅为10-20左右。尤其是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）和其他新技术的应用，对机床夹具提出以下要求。生产的新产品可以迅速、容易地投入运行，以收缩生产周期，降低生产成本；能装夹一组具有相似性特征的工件；能适用于精密加工的高精度机床夹具；能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；选用液压动力站作为能源，采用高效夹紧装配，进一步降低劳动强度，提高劳动生产率；提高机床夹具的标准化程度。钻床加工在机械加工中占有很重要的地位，而专用夹具及钻削头的设计制作为企业提高生产效率、增加效益起到了重要作用，钻床专用夹具及钻削头具有以下优点。保证工件的加工精度，专用夹具应具有合理的定位、适合的尺寸、公差和技术技能要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满意工件的加工精度。提高生产效率，专业夹具的繁琐程度应与工件的生产程序标准相适应，应凭着工件的尺寸来使用，以缩短辅助时分，抬高生产效率。工艺性好，该专用夹具结构简单，结构合理，加工方便，装配，检查和维修。专用夹具生产属于批量生产。使用性好，专用夹具的操纵应简单、省力、安全可靠，切屑应方便，必要时可设置切屑部分。经济型好，除了思考专用夹具自身，构造单一，标准化水平高，本钱便宜，而且还凭据生产计划的夹具计划进行必要的经济分析，以抬高在经济效益方面的生产夹具。本课题研究的意义是通过给定图纸（铝型材滑动座）进行学习研究制定机械制造工艺规程及设计相应钻孔工艺装备（夹具、钻削头），为将来从事机械行业的职业打下一定的基础。伴随着现如今生活胜过水平越来越高，变频调速技术已投入一个新的期间，其使用愈来愈广泛。电梯是现代高层建筑的垂直运输，设计要求稳定，安全性高。电梯作为一种笔直搬运的起升配置，其特征是在现代建筑中占用的空间小，也经过电气或其余方式的掌控可以有乘客或物品的安全、合理、有效地输送到各个楼层。基于这些长处，特别是在建筑业的快速发展，高层建筑，电梯行业已经引来了一个新的发展时期。随着人们生活水平的不断提高，对电梯的需求也在不断提高，因此对电梯的规划也是有非常高的需求。我所设计的铝型材滑动座在电梯中起着比较重要的作用，此滑动装置可以使电梯安全的开关门。机械加工是达成产物策划，确保产品质量、节约能源、降低成本的一个首要手段，是企业的生产，计划与调度、加工作业、安全生产、检测技术和健全的重要基础，为组织和企业质量、质量和水平，加快更新产品，提高经济效益的技术保证。夹具是建筑体系中最重要的组成部分，无论是传统的制造业，还是现代制造系统，都很重要。因此，一个好的夹具设计可以提高劳动生产率，确保和提高加工精度，降低生产成本，也可以扩大机床的使用范围，以提高生产效率，降低生产成本，保证产品生产的准确性。在现今的市场竞争和企业信息化的要求下，对夹具的规划和制造提出了更高的要求 .而具有针对性的专用夹具对提高生产效率、经济效益、降低工人劳动强度起到关键性的作用。设计研究一种专用的钻削头和专用夹具满足企业的批量生产要求，是满足企业发展的一种途径。1.2 铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具的研究现状1.2.1 铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具国外发展现状全球铝型材加工产销情况：从生产能力的角度来看，在2009年，外国国家和地区89个可以生产加工铝型材，约2200以上的生产企业。跟着对外经济增长和铝加工用处的扩大，铝加工消费的消费量从1999年902万左右，增长到2008年1433万左右，每年的增长率约为7.2%。预计在2013，国际铝加工所需量将达到约1850万吨。区域视角看，2001、2009年，国外消费的主要领域呈现出不同的趋势，欧洲和北美国呈现下降趋势。截至2009日，欧洲、北美国和日本仅占21%，6%，8%。俄罗斯，德国，美国是模块化装置的主要生产国。目前国际上的企业都是中小型企业，特别是工装夹具，夹具的调整主要是承受本地区和海内的订单，而通用的夹具则已渐渐走向老练的国际商业中的各种。 夹具和组合夹具的产量和交易量仍然缺乏统计数据，但在欧洲和美国加工中心的一套中央工具。由于中国在模块化技术上的优势，技术的历史积累和性能价格比，随着中国加入世界贸易组织和制造业全球化的趋势，特别是电子商务的快速发展，蕴藏着巨大商机，具有进一步扩大出口良好前景。现代机床夹具的发展方向是标准化、高精度、高效率和柔性化四个方面的重要内容。标准化机床夹具的标准化和通用化是与之相关的两个方面。当前中国国家规定标准夹具元件和组件：GB / t2148 t2259-91和各种通用夹具、配合我夹具标准 。机床夹具的标准化，机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化，有利于减少生产周期，降低总生产成本。高效率和高效率的夹具首要用于缩短根本的时间和辅助时间的处理，以提高劳动生产率，降低人员劳动强度 。常用的高效夹有自动夹、高速夹具和夹等。比如，电动虎钳在铣床夹紧工件的行使，功用可提高5倍；采用高速三爪自动定心卡盘车床上，保证卡爪在速度测试9000r/min仍能牢固地夹紧工件，使切削速率大幅度提升。目前，除了生产线、自动线设备相对应的高效率的自动装置，在数控机床，特别是在加工中心出现了各种自动夹紧夹具和夹具自动更换装置。充分发挥了数控机床的效率。精度跟着机械产物精度的提升，必然会提升夹具的精度需求。 有许多类型的精密夹具结构，如多齿盘的精密分度，分度精度高达0.1；对于高精度三爪自定心的精密车削，其中心精度为5m。灵活的机床夹具和机床的灵活性是类似的，它指的是机床夹具通过调整、组合等，以适应多变的过程中的因素。过程的变量因素有：工艺特点、生产量、工件形状、尺寸等。有多种新型的具备灵活的功能，如模块化夹具，通用可调夹具，组合夹具，模块化夹具，数控夹具等。为了满足当代机械工业的需求，多品种、小批量生产、夹具的灵活度增加，改变夹具的不可拆卸布局，可拆卸布局，可调整夹具布局，将是目前夹具发展的重要目标。1.2.2 铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具国内发展现状跟着我国国民经济的迅速成长对交通运输、化工、机械、电力、电子、电器、建设、制冷、拼装等行业供应根本金属材料的铝加工。技术和设备的迅速升级，生产能力已跃居世界前线。截至2005年初，全国铸轧板生产能力约190万吨/年居世界首位；铝冷轧板冷轧生产能力约160万吨/年，居世界第二，铝箔生产能力约70万吨/年，居世界第二位。我国的固定装置始于六十年代的第二十个世纪，是为天津机械工业的组合夹具制造厂，并以航空工业为导向的襄阳保定机械厂，后来又建立了几个生产模块化的夹具元件厂。当时，它已经达到了国家装配夹具零件的800万个部件的水准。 上世纪80年代之后，这两家工厂已经单独研制出了一种适用于数控机床、加工中心孔的装配夹具体系，不但能满足我国的需要，而且还远销美国等国度。 目前，我国仍需要入口大量的数控机床、加工中心，并通过国际外的夹具支撑孔，价格非常高昂，现在大多是海内配套，节省了大批的外汇。 1.3本课题研究的内容本次设计课题研究的内容是制定铝型材滑动座机械制造工艺规程及设计相应钻孔工艺装备（夹具、钻削头）。以下为详细研究内容：1. 收集、查阅相关资料，了解学习全世界关于钻夹具和钻削头的情况，并根据给定铝型材滑动座图纸拟定出钻夹具总体设计方案；2. 编制铝型材滑动座的加工工艺卡；3. 设计铝型材滑动座一体式钻孔夹具；4. 设计铝型材滑动座钻削头；5. 铝型材滑动座一体式钻孔夹具的三维设计； 6. 对铝型材滑动座一体式钻孔夹具的设计进行详细说明，编写说明书。7. 经济技术分析，该部分主要针对所设计的铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具进行成本分析、质量分析等。第2章 零件加工工艺设计2.1 零件图分析工件的图纸应能清晰的表达工件的形状结构，标注全部尺寸及技术要求，说明工件的材料和所需要的工件数量等。加工零件为铝型材滑动座，设计所给定图纸见下图2.1所示：图2-1 铝型材滑动座结合后续工艺规程编制及一体化钻夹具设计，所需用到的尺寸为全长尺寸14201，钻孔孔径尺寸、孔位尺寸及型材截面部分尺寸，具体见以下放大图2.2所示： 图2-2 钻孔孔径、孔位及型材截面部分放大图所需加工孔位于截面图示下部，位于长度方向两端，距端部尺寸为8，孔距尺寸为未注公差，零件宽度尺寸公差为0.3。2.2 工件的材料性质和加工工艺性分析由图知，零件材料为AL6063，为镁和硅为重要合金元素的铝合金，具备杰出的加工性能，杰出的可焊性，挤压和电镀，耐腐蚀性好，韧性好，易于抛光，彩色膜，阳极氧化成效良好 。从所给定图中可以看出，截面较为复杂，普通装夹方式不能满足零件的装夹需求需根据截面形状分析后特殊制作钻夹具夹持部分。2.3 基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。（1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取6.5孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组（共两块）V形块支承这两个端面作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。2.4 确定切削用量及基本工时 (1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择=1.3mm，一次走刀即可完成所需长度。 (2）每齿进给量 机床功率为10kw。查切削手册f=0.08-0.15mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.15 mm/z。 (3）查后刀面最大磨损及寿命 查机械切削用量手册表8，寿命T=180min (4)计算切削速度 按2表14， V=1.84n=7.32=6.44 (5）计算基本工时 L/ =(90+36)/6.44=6.99min。2.5 零件加工工艺设计由零件图纸可以看出，在不考虑型材制作的前提下，该铝型材滑动座的加工工艺过程如下：铝型材备料下料端面铣加工钻孔（根据课题要求，钻孔工序需设计专用一体化钻夹具进行加工。）在“铝型材滑动加工工艺”的过程中，详细介绍了该工艺卡的具体过程。第3章 钻削头及钻夹具设计3.1 钻削头设计3.1.1 钻削头技术参数分析产品应明确：工件的加工孔直径、数量、分布、位置精度和工件材料等。如铝滑座加工（见图），毛坯为铸件，材料为HT200，批量生产：中等批量，钻三个洞，这三个孔均匀分布在半径为28.78mm的圆周上。过程中应明确：过程内容（钻孔、扩孔、铰孔和攻丝），切削参数（切削速度、切削速度和刀具每转进给），单件工时和大规模生产。 轴承端盖的加工量：中等批量。这个过程卡的产品过程，这个产品的关键过程是3个直径为9毫米的孔加工，从产品图，我们能够了解，该产品的铸件毛坯。 但在铸件，无论是产品应留余量，还是需要留多少，是否该产品需求留下的铸造芒孔，都是需要考虑的题目。 我根据表39.37为4mm的铸造余量，然后根据表1166检查：当孔的尺寸，不需要铸孔。所以本产品不需要铸造孔。用钻头加工工件上的孔的机床。通常情况下，钻头在主运动中扭转，钻头轴向挪动到进给运动中。钻床构造简易，加工精度相对于较低，可以将通孔、盲孔、特殊的替代工具，扩大，忽孔、铰孔、或电源线和其他处理。 钻床可分为下列类型。台式钻床：可安放在作业台上，主轴垂直布置的小型钻床。立式钻床：主轴箱和工作台放置在立柱上，主轴笔直安防的钻床。摇臂钻床：摇臂钻床：摇臂可绕立柱旋转，一般主轴箱可在摇臂钻床上做水平运动。它适用于大件和不同方位孔的加工。铣床：工作台可笔直和水平移动挪动，钻轴笔直排列，可进行铣钻。深孔钻床：使用专用深孔钻，工件旋转，钻深孔钻。卧式钻床：主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床。我选用Z5025立式钻床,规格尺寸如下：型号：Z5025；产品名称：立式钻床；最大钻孔直径 （mm）： 25 ；立柱直径 （mm） ：100 ；主轴最大行程 （mm）： 150 ；主轴中心至立柱母线距离 （mm）： 225 ；主轴端至工作台面最大距离（mm） ：630 ；主轴端至底座工作台面最大距离 （mm）： 1670 ；主轴锥度： MT3 ；主轴转速范围 （r/min）： 1002900 ；主轴转速级数： 8 ；工作台尺寸 （mm）： 400；工作台行程 （mm）： 560 ；底座尺寸 （mm）： 690X500 ；总高 （mm）： 1900；主电动机 （kw）： 0.75/0.55 ；冷却泵电机 （W）： 40 ；毛重/净重 （kg）： 300/250 ；包装尺寸 长x宽x高 （cm）： 176X60X833.1.2 拟定传动方案钻削头架的传动原理是通过齿轮啮合增加钻削轴的轴数，以满足多孔加工的要求。通过二级齿轮啮合，输入轴和输出轴的转向没变，但由于齿轮分支传动，变成多根输出轴。本设计中的钻削头，需要同时处理轴承端三个孔。方案一如图3.1所示图3-1 方案一传动系统图在该方案中，一个内啮合齿轮和三个工作齿轮与主传动轴接合，以驱动三个轴通过一个大齿轮同时旋转，并同时进行三个孔的处理。方案二如图3.2所示图3-2 方案二传动系统图该方案采用单层啮合传动，主传动齿轮和齿轮啮合，主传动齿轮轴孔与加工。方案二中，尽管节约空间，但因为传动齿轮较小，相同数量的齿模数过小可能会出现咬边现象，所以选择方案一。3.1.3 拟定钻削头定位方案钻将钻头定位于机床的工作台上，将导柱和衬套底板作为整体，底板的表面粗糙度与工作台的表面相匹配，然后将螺钉固定在工作台上。 钻头的导向部分主要由导柱和导柱衬套组成，其他部分也由一些零部件组成。其功能是使钻削头工作稳定，导轨套一般安装在钻头的中间，在导向柱的安装形式比较多，在下面列出了以下的分析和比较程序。方案一，中间板上设有两根导柱，分别设置在钻头的两侧。为了保证在钻孔时机床的导向性良好，应设计钻模板，使钻削孔时孔的位置精度获得良好的保证。将导柱装在钻模板上。当钻头工作时，将导柱插在夹套上的导向套中，并将该结构制成一个悬挂式，可用于向下按压工件。方案二，在钻头的中间板上设置有三个导向柱，其中一个钻头两侧，另外两个一个在前面和一个在后面，并用以确保钻头的导向性好。 由于三根导柱占用空间较大，且位于头后方一根，可由机床立柱影响和安装不方便，不方便孔模板安装（旋转和倾斜，占据更大的空间。，在此只能选用悬浮式钻模板）。因此，如果钻头本身不大，尽可能不使用三根导柱型。除此之外，钻模板还分为旋转式和翻转式，但因为这两种钻模板的型式都比悬浮式所占用的空间大，而且每次更换工件时，都需要手动操作将钻模板移开，操作不够简便，而悬浮式的钻模板可随钻削头导柱一起上下移动，节省空间且操作简便，因此最终选定的导向部件的设计方案为第一种。3.1.4 钻削头主要技术参数的计算在齿轮传动钻削头设计中，要确定一系列的参数，其中主要包括运动参数的确定，动力参数的确定以及尺寸参数的确定。钻削头各主要参数的确定详细步骤如下所述。1. 运动参数的确定 切削速度的计算公式: 查机械工艺师手册，得上式中各参数值，如下： 切削速度影响因素； 刀具直径； 转矩； 标准切削深度； 机床进给量； 切削速度修正系数； 切削速度影响系数；，转矩计算公式： 查机械工艺师手册，得出上式中各参数的值，如下： 转矩影响系数； 转矩修正系数； 转矩影响系数：，功率计算公式： 轴向力计算公式：查机械工艺师手册，得出上式中各参数的值，如下： 轴向力影响因数； 轴向力修正系数； 轴向力影响系数；,因此： ()2. 动力参数确定 核算钻削头的总轴向力（）和消耗的总功率（）要核算钻削头的总轴向力和消耗的总功率，使其不超过机床允许 的最大轴向力和机床的额定功率。核算公式如下：式中： P钻削头各工作轴消耗的功率的总和； 钻削头每个工作轴消耗的功率； 机床的额定功率；钻削头各工作轴轴向力的总和； 各工作轴的轴向力； 机床允许的最大轴向力；首先，计算每个工作轴的轴向力（）： 由上计算出, 因为每个工作轴的和相等，所以钻削头的总轴向力和消耗的总功率为： 查Z5025的机床说明书，机床主轴最大进给抗力为，主电机功率。核对可知：，满足设计要求。3.2 齿轮传动设计计算齿轮传动系统的设计是钻削头设计的核心部分。齿轮传动体系策画良好，钻头布局紧凑，各轴的应力良好，从而减少了齿轮、轴及轴承的磨损，延伸了钻头的使用寿命。钻削头的齿轮传动系统一般是定轴轮系，钻削头齿轮传动系统的设计既要保证工艺要求，又要保证钻削头结构的紧凑性。齿轮传动系统的设计与计算，其内容包括：齿轮模数和工作轴直径的确定，传动方式的选择，主动轴中心位置的确定，传动比及齿轮齿数的确定等。1. 确定齿轮模数在普通齿轮传动策画中，根据齿轮的弯曲强度和齿面疲劳强度计算齿轮的模数。然而，由于齿轮驱动钻头在生产中得到了广泛的应用，在使用和制造中的一些经验，是钻头齿轮的结构和规格，并对齿轮材料、热处理、齿宽和工作条件进行了说明。根据孔的加工，按表3.1查得齿轮模数，此表查得的模数为主动轮的模数，每个主动齿轮可带动三根工作轴。表3-1 加工孔径与模数 加工孔径模数1. 5281522.515202. 53 从表中查得：主动轮的模数m=1.52. 工作轴直径的确定在一般齿轮传动设计中，齿轮轴是按校核齿轮轴强度是否满足要求确定的。但是由于齿轮传动钻削头在生产中早已广泛应用，在使用和制造方面已有一定的经验，有关钻削头齿轮轴的结构和规格参数，以及齿轮轴的材料、热处理、及工作条件都作了规定，可根据加工孔径，按表3.2查得工作轴的直径。加工孔径66-99-1212-1616-20工作轴直径912152025表3-2 加工孔径与工作轴直径 （mm）从表中查得：工作轴的直径：3. 传动方式选择根据本次设计要求，最终确定的方案为单式内啮合传动，且工作轴呈环形均匀分布。4. 齿轮齿数确定（1） 确定传动比 确定传动比的原则，要保证工艺对工作轴所提出的转速、切削速度及每转进给量的要求；应尽可能不选最高一级或最低一级的机床转速，以便给工艺上的更改留有余地。（2） 传动比的计算公式及其确定方法 传动比的计算公式： 单式传动： 式中：主动轴对第N根对工作轴的传动比； 第N根对工作轴的转速 （r/min）； 主动轴的转度 （r/min）； 主动轴上齿轮的齿数； 主动轴上齿轮的齿数钻孔钻削头传动比的确定方法，钻孔钻削头是按对工作轴转速初步确定的，然后验算对工作轴每转进给量，最后确定可行的传动比。工作轴转速是按工艺要求确定的。当传动比初步确定后，可按照工艺规定的对工作轴每转进给量得出主动轴每转进给量。再以机床主轴各级进给量中选取与计算值相近的一级作为主动轴每转进给量。然后，再按所选取的主轴每转进给量得出对工作轴每转进给量。这时，比较计算后的每转进给量与工艺规定的每转进给量之值是否相近，此外，还要从工艺方面考虑，按计算后的对工作轴每转进给量进行加工是否可行，若不行，还要重新确定传动比。上述所确定的传动比是理论值，当主动轴与对工作轴齿轮的齿数确定之后，按此数计算出来的传动比是实际值。传动比的理论值与实际理论值相差很小，钻孔钻削头可忽略不计。在本次设计中，工艺确定工作轴的转速，Z5025机床主轴的各级转速中与其相接近的转速为。5. 齿轮的设计计算及强度校核电动机驱动的闭式直齿圆柱齿轮传动，标称功率,小齿轮转速，传动比,许有的误差,。工作有轻微冲击，齿轮对称布置。（1）选材料确定初步参数,选材料 小齿轮：调质，平均取齿面硬度为 大齿轮：45钢调质，平均取齿面硬度为（2） 初选齿数 取小齿轮齿数为：=19， 则大齿轮齿数为： ( 3 ) 齿数比 ： 验算传动比误差， =0.66,允许 （4）选择齿宽系数和传动精度等级 查表得齿宽系数 小齿轮直径 则齿宽 齿轮圆周速度： 查表可选择精度等级为7级,（5） 计算小齿轮转矩 （6）定重合度系数 、 由公式, 重合度 : 分别由公式得： 确定载荷系数、， 使用系数 由已知条件查表，取 动载系数 由图可查得， 齿向载荷分布系数,由图可取， 齿间载荷分配系数、 根据条件 查表得 ， 载荷系数 、 由公式可算得 齿面接触疲劳强度计算确定许用应力总工作时间：应力循环次数、由公式及表可计算查得： 寿命系数、 ， 查表得 ，接触疲劳极限 ，查表得 ,，安全系数 ，查表得，许用应力、，弹性系数，查表得，节点区域系数，查表得，求所需小齿轮直径，由式（9-11） 符合初估数值确定中心距、模数等主要几何参数，中心距 中心距圆整取中心距分度圆直径 、 确定齿宽 取大齿轮齿宽 , 小齿轮齿宽 齿根抗弯疲劳强度验算，求许用弯曲应力 应力循环次数 由以上计算可得: 寿命系数、 ,取， 极限应力 、 查表得： 尺寸系数 参照机械手册，取安全系数 查表得，许用应力、 ，许用弯曲应力 齿形系数、 ，由图9-19，取： 应力修正系数、 查表得： 校核齿根抗弯曲疲劳强度，齿根弯曲应力 抗弯疲劳强度足够。齿面静强度计算，确定许用接触应力：参照机械手册，取静强度安全系数 取寿命系数 许用接触应力（大轮较低）： 校核齿面静强度 ，根据过载条件，齿面最大接触应力 齿面静强度足够。齿根（抗弯）静强度验算，确定许用弯曲应力 查表得，静强度安全系数: 查表可知，寿命系数: 于是由式（9-22），许用弯曲应力 求最大弯曲应力并校核强度，由式（9-22），最大弯曲应力 静强度满足要求。夹具种类按使用特点可分为：1） 万能通用夹具：如副，吸盘机、分度头和回转工作台等，应用非常广泛，在加工工序和对象变换时，可以很快的适应，其组成已定型，尺寸、规格已系列化，他们当中的许多已经成为一种标准的机床附件。2） 专用性夹具：对于某产品零件的工艺过程中，需要设计和制造的专用设备，其服务对象是具体的，针对性很强，一般由产品制造商来设计。经常使用的车床夹具、铣床夹具、钻孔和铰孔在工件夹具上引导工具（引导镗孔镗模对工件镗机床夹具）和随行夹具组合机床自动线的转移式夹具。3） 可调夹具：可以更换或调整元件的专用夹具。4） 组合夹具：形状和规格不同和使用标准化组件的夹具是在试制的新产品和产品往往取代单一和少量量生产和临时使命。夹具是机械加工中不可缺少的一部分，在机床技巧中以高速、高效、精密、复杂、智能、环保的目标成长，固定技巧正朝着高精度、高效率、模块化、配合化、通用化、经济化方向成长。 3.3.1定位装置设计本次设计所选定的夹具方案为利用弹簧自动锁紧装置，用于多种金属机床上，能自定中心夹紧的外表面的工件，进行各种机械加工，夹紧力可调，定心精度高，能满足普通精度机床的要求。在本次设计中，夹具定位在导柱衬套的底盘上，在底盘上安装一凸台工件的大孔可以被定位在上面，将夹具用螺钉紧固在导柱衬套的底盘上。在本次设计中，要同时加工轴承端盖上的三个孔，定位形式为：定位基准面为一圆柱面和一水平面。圆柱面靠三爪自定心卡盘自动定位；水平面上是靠固定在夹具体上的在 mm 的圆周上分布的三个垫块定位。3.3.2夹紧装置设计本次设计所采用的三爪自定心卡盘的基本结构和工作原理：三爪自定心卡盘的结构如夹具装配图所示，当用卡盘扳手转动小齿轮时，大齿轮也随之转动，在大齿轮背面平面螺纹的作用下，使三个爪同时向心移动或退出，以夹紧或松开工件。它的特点是对中性好，自动定心精度好。3.3.3钻模结构型式的设计在钻模策画时，应根据工件的加工需求、外形和尺寸，在加工过程中所行使的机床和生产量的数量进行设计。固定式钻模，在摇臂钻床、镗床和多轴钻床上进行多孔加工。单轴立式钻床上的孔或多个同轴孔的加工。钻模和工件的总重超过150（N），人力搬动时费力。钻直径大于10 mm的孔，因为钻削扭矩大，人力无法抵抗钻模的力量。移动式钻模，单轴立式钻床，用于单孔或多孔小工件的加工，钻孔直径小于10毫米，钻模和工件重量不超过15（N），可在工作台移动。在单轴钻床加工批量较大的一组空间线性排列的重型工件，具有传动装置的分度和定位销移动夹具导向机构。箱式钻模，要求钻模稳定性和刚性好，钻模板和钻模体做成一体或固定连接。这种结构应考虑工件的装卸和容易拆卸的装置。在稳定性和刚性要求不太高的条件下，可用于装载和卸载工件和切屑，以方便使用半箱式钻模。翻转式钻模，由于效率较低，所以适用于中小批量生产中加工小型工件上几个面上的孔（一般两面至六面），由于使用费力，所以钻模和工件的总重不宜超过8（N）。复盖式钻模，该钻孔模板是卸下，可以直接使用定位和夹紧工件的工件定位。具有结构简单、操作方便、经济性优于其他类型的夹具，适用于少批量或成批量生产。回转式钻模，回转式钻模适用于大批量生产，在任何形式的钻床上都可以使用。一般垂直轴旋转分度盘和水平轴旋转分度盘的旋转式钻模有一个典型的结构和规格，根据加工工件的要求选择合适的旋转分度盘，只要设计与之相配的专用程度，即可组成回转式钻模。立轴式回转钻模，在立式钻床上加工垂直于回转分度盘平面的与回转中心同心圆上的相等或不相等的分度孔。在卧式镗床上加工平行于回转分度盘平面的径向排列的等分或不等分的孔。在摇臂钻床上加工垂直于反转分度盘平面但不是与回转中心同心圆上的均分或不均分的孔。卧式回转钻模，在摇臂钻床上加工平行于回转分度盘平面的径向排列的或各方面的等分或不等分的孔。在立式钻床上加工平行于反转分度盘平面且在同一平面内径向分列的均分或不均分的孔。如果工件上的钻孔轴线从背面的转盘定位面到距离不远（一般小于回转圆盘的半径），或距离虽然较大，但孔直径较小，不影响夹具在钻孔时的稳定性。宜选用单支承的回转钻模。在摇臂钻床上加工大型工件时，可采用挂在机床上方箱工作台上的下垂式回转盘。对于工件上钻孔轴线与回转工作台的定位面之间的距离，离工件的重量是相当远的，为了保证加工过程中的夹具的稳定性，应采用双支承旋转式钻模。在加工大工件时用这种夹具，一定要注意平衡，以保证操作安全。倾斜式回转钻模，倾斜式反转钻夹具针对旋转圆盘的某一角度对某个孔进行加工而设计的一种特殊的钻模方式。这类钻模应在钻模体的适当位置加工出工艺基准孔，以便测量钻套中心位置。滑柱式钻模，滑柱式钻模夹紧工件时迅速，适应于大批量生产。滑柱式钻模钻模板和夹紧机构有典型的结构和规格，在钻模板和夹具上可安装定位销和夹紧元件。产品发生改变时，很容易的进行改装，定位和夹紧装置可以重新设计和更换。如果在中心孔的垂直度要求的工件表面不高，应优先考虑的滑柱式钻模。在本次设计中，选定的钻模型式为滑柱式钻模。3.3.4钻套型式的选择1）固定钻套: 中小批量生产用的钻模应采用外径直接压入钻模的固定套在下列情况下应采用带肩固定钻套，利用钻套端面作基面。钻模板较薄。要防止细碎切屑进入孔内。2）可换钻套: 钻套磨损后更换方便，因此适宜在大批量生产中采用。适宜在钻套外径很大，以致不容易压入钻模或因钻模壁较薄压入钻套容易产生变形时采用。3）快换钻套: 在大批量生产中，一次加工孔用的钻模应采用外径与衬套或钻模板具有配合的快换钻套，以便钻套孔磨损后很快地进行更换。在工件的装夹，一是钻孔，孔的加工需要扩孔，铰孔或钻两孔、攻丝等多次加工，快速改变钻套不同直径。4）回转钻套: 当钻孔以高速处理时，采用旋转钻套以防止工具和钻头因摩擦而引起的过热。当顶面具有轴向推力作用时，可用于控制刀具的行程。在本次设计中，选用的是固定钻套，采用外径直接压入钻 模的固定套，适用于中小批量生产。第4章 三维设计SolidWorks 公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts） 内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今至 2010年已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索 （Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术 创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从 1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑 奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以 三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行 业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维 机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。4.1 Solid works零件建模1.底座图4-1 底座图2.齿轮图4-2 齿轮图3.夹具压板图4-3 夹具压板图4.钻模板图4-4 钻模板5.导杆图4-4 导杆图6.密封盖图4-6 密封盖7.上盖图4-7 上盖8.上模板图4-8 上模板9.钻套图4-9 钻套10.工件图4-10 工件图4.2 Solid works装配图设计装配设计方法分为自底向上和自上而下2种方法。但在未知的部分，只有采用自顶向下的方法来设计整个组件，当设计人员考虑的是整体产品而不是零件的细节，通过零件之间的联系来参考部分变化，则启动其余与之相关的零件产生转变。装配体设计的具体实现过程因已知零件的不同建模方法也有差异。多实体技术的应用解决了局部操作、多实体保存为零件或者装配体、装配体保存为多实体等问题，解决了一般建模中模型不连续的问题，同时加强了装配体与零件间的联系。使用导出的零件从装配件上拆下零件，后续的零件设计，可以减少很多不必要的重复操作，并保证参数的精度来修改参数。这些方法使得应用Solid Works进行装配变得方便灵活。多实体技术应用于自上而下的装配体设计，实际上把整体当作一个零件，在其基础上划分出多实体，选择实体分别生成零件。这些多实体的形成主要是因为采用拉伸/切除”、旋转/切除”、扫描/切除”等特征操作，有时是为了实现特征而做选择，如进行局部操作。多实体可以被保存为一部分，在部分设计策画中多个实体也可以进行桥接、配合等形式，形成一个单调的实体。在Solid Works用钣金插入三通管模型为例，通管三通管（或降低管板）的切割和焊接后，加工的实际应用需求的扩张计划。传统的零件扩展方法是图形和计算方法。需要有一定的编程知识。相比之下，使用Solid Works轻松能够地解决这一问题。在加工的时候必然要分别生成竖直管和水平管的展开图，把三通管零件转化为两个能装配后保持原样的管子零件。将所选择的基准面上的固体参考”转化为一个粗略的草稿，将模型分为2个实体，采用切-拉-薄壁1”两个实体保留 ，然后在特征管理器里展开实体，选中切除-拉伸-薄壁1”实体，右单击鼠标，在弹出的菜单中选择插入到新零件”，通过插入折弯”把实体转换为钣金零件。将展开图数据直接传递给自动编程系统，生成数控加工代码，并传入数控切割机床下料，共有非常高的加工精度、加工效率和加工柔性在自下而上的装配体设计中，已知零件已经形成部分装配体。例如合页的设计，装配的两个合页都是利用同一个零件生成外部切除和内部切除形成的。为了便于合页及其上孔的尺寸大小修改。几个特征尺寸使用的方程，在”的数值和整体的尺寸，可以根据所设定的变化的整体尺寸的变化的比例方程。并通过销轴孔装配用的插入一个新的部分，然后选择开始画圆的平面，可循环使用，一代等距孔”实体无轴的担心和孔不匹配，在销轴的直径和长度不能确定必须是基于匹配的铰链轴孔，销轴部分，点击编辑部”按钮退出编辑。由上可知在装配体设计中，经常遇到有些零件尺寸或者构形无法预知的情况，边装配边设计是常用的一种方法。在装配体环境下，应用插入新零件的方法来编辑新零件，利用其他零部件的几何和尺寸信息创建配合关系或者关联特征，自动传递设计修改，保证了各零部件之间的尺寸和装配尺寸的一致性，减少了人为疏忽而致错，解决了定位装配的合理性。在模具组件的应用程序，简单的模具，建立左，右腔，凸件建模， 见图7。为了方便的角度变化，相关的链接值的大小。把凸台零件放入盒子中，分型面选在凸台的中间最大处。利用模具”和腔”的特性，选择了凸台，并进行了缩放。右键单击功能树”，选择外部引用”列表，即在-”符号后的特征树中的文件名。选择模具底座零件盒，选择文件”-导出零件”在菜单栏中，然后转移装配设计环境，生成一个带有空腔的箱体零件，用于所有的部分，以获得合适的模具零件，然后继续进行拉伸”，选择不同方向的去除，即左模具零件。从单独零件设计到装配体，又从装配体中选择生成派生零件”，即在空腔图形文件中插入了一个完整的外部参照图形文件凸台。凸台的实质改动，那么空腔文件也跟着改变(关联文件打开，外部参考引用才会自动更新)，保持了模具和型腔的一致性，派生零件对这类模具的设计特别方便和实用。图4-11 夹具虚拟装配图第5章 经济分析5.1 钻削头和钻夹具产品设计概念钻削头和钻夹具产品设计即是对钻削头和钻夹具造型，结构和功能等方面进行综合性的设计，以便生产制造出符合人们需要的使用，经济，美观的产品。产品设计师与生产方式紧密联系的设计，是达成最合目的的，使用的具有美感的系统化设计。5.2 钻削头和钻夹具设计的经济性5.2.1 钻削头和钻夹具功能设计的经济性钻削头和钻夹具的设计师在设计时应当首先保证钻削头和钻夹具的必要功能，这是使产品取得市场占有率的必要条件，其次要保证钻削头和钻夹具在使用的过程中能可靠地实现必要功能并延长使用寿命，以此来追求机器人寿命周期的最低成本，达到技术和降级的最佳匹配，从而取得产品价值的最大化。然而，有关数据表明，如果提高钻削头和钻夹具的功能，不但会增加生产成本，而且还会造成不必要的功能浪费，至使产品的价值降低。所以“功能合适”原则是实现产品功能和成本合理化的根本，是提高产品经济价值的重要手段。5.2.2 钻削头和钻夹具结构设计的经济性钻削头和钻夹具结构设计应当解决钻孔问题。由于结构不同，导致了生产难以程度不同，以及产品成本也不同，所以结构的工艺对整个产品的生产成本影响重大。所以，合理的设计结构对提高铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具的结构工艺性起到了很大帮助，有助于节约成本，缩短工时，提高产率。5.2.3 钻削头和钻夹具造型设计的经济性钻削头和钻夹具的设计的结果是通过人的视觉印象呈现出来的，作为一种产品，如果缺乏美感，很难让顾客购买。因此，在充分体现造型艺术性的条件下，尽可能的采用简洁大方的造型设计，降低成本，使产品“物美价廉”，从而获得顾客们的喜爱，和高效率的市场回报。5.2.4 钻削头和钻夹具材料选择的经济性钻削头和钻夹具不同材料的选择会导致不同的加工工艺、不同的结构和不同的加工设备，还有不同的成本。因此，材料的选择对产品质量、成本和价格起到了很大的影响。作为钻削头和钻夹具的设计，我们按照工业材料的选择标准与要切，选择强度高、弹性模量大、重量轻、阻尼大、材料价格低的材料。5.3 钻削头和钻夹具经济开发分析与计算5.3.1 钻削头和钻夹具制造成本分析设计的钻削头和钻夹具只有经过制造才能将设计图纸转化为实体，制造方法的选择是产品设计过程中不可缺少的因素，他同样会影响到产品的成本分析。产品的制造方法的选择不仅与产品的造型结构、材料种类、加工精度等的要求有关，还与产品的批量、加工设备有关。不同的加工方法、加工工序对材料的利用率和加工精度都各不相同。所以，按照价值工程理论，我们通过这几个方面评价考虑产品的制造成本：将材料加工成产品的总工序成本；材料利用率的高度；加工方法对钻削头和钻夹具在使用过程中性能和行为的影响等。5.3.2 钻削头和钻夹具生命周期费用我们把从产品设计开始算起到用户停止使用为止，这段时期称为产品的经济生命周期。它的生命周期费用包括购置费（C1），使用费（C2），残值费（C3），通常不产生残值费，所以C=C1+C2铝型材滑动座加工工艺及钻削头和钻夹具的购置费与使用费相差无几，在生命周期费用中，机器人的购置费占30%，使用费占70%。所以，我们不仅要降低生产成本，而且还要降低使用成本。5.3.3 钻削头和钻夹具产品改进的时机钻削头和钻夹具的应用价值分析得以提高产品的价值，是企业对产品更新改革的目标。所以我们应该注重适宜的时间、情况来改进产品。产品的生命周期分为以下6个部分：设计研发阶段、产品市场导入阶段、市场成长阶段、市场成熟阶段、市场饱和阶段、市场衰退阶段。对企业来说，成本投资的重点时间是产品开发初期阶段。对产品改进的时间，以产品成熟阶段为主。图5-1 产品生命周期那么如何把握住产品成熟期呢？这需要介入市场的调查、研究还有预测。图5-2 迟缓的产品改造时机 图5-3 正确的产品改造时机5.3.4 钻削头和钻夹具产品开发方案的技术经济分析从技术和经济上对
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