麻花钻刃磨装置的设计说明书

摘要通过对实际情况的分析调查以及对现有麻花钻刃磨方法的比较和研究，采用内锥面刃磨麻花钻的方法。本设计阐述了内锥面刃磨麻花钻的刃磨原理、刃磨参数和工艺方案的确定、主轴转速的计算、砂轮的选取与安装等一系列问题，从而在研究分析的基础上参考现有主要磨床的设计和改造方法，以及结合内锥面刃磨钻头进行的一些实验和目前在钻头刃磨技术方面所得的成果，设计出了合理有效、安全可靠、经济简捷的麻花钻内锥面刃磨装置。关键词：麻花钻；内锥面刃磨；刃磨装置设计AbstractAccordingtotheactualsituationanalysisinvestigationandexistingtwistdrillgrindingmethodofcomparisonandresearch,withtheinnerconegrindingoftwistdrillmethod.Theelaboratedesignoftheinnerconegrindingoftwistdrill,thegrindingprincipleofgrindingparametersandtheidentificationprocess,thecalculationofgrindingwheelspindlespeed,theselectionandinstallationandaseriesofproblems,andonthebasisofresearchandanalysiswithreferencetotheexistingmaingrinderdesignandmodificationmethods,andcombiningwiththeinnerconegrindingdrillsomeexperimentsandpresentindrillgrindingtechnologyresults,andprovethefeasibilityofthedesign,designareasonableandeffective,safeandreliable,economicandsimpleinnerconegrindingoftwistdrilldevice.Keywords:twistdrill;theinnerconegrinding;grindingdevicedesign目录摘要 IAbstract Ⅱ第1章绪论 -1-1.1设计麻花钻刃磨装置的意义 -1-1.2麻花钻刃磨技术研究概述 -1-1.2.1麻花钻刃磨装置国内外发展状况与趋势 -1-1.2.2存在的主要问题 -3-1.3麻花钻刃磨方法的比较 -4-第2章麻花钻内锥面刃磨的理论分析 -5-2.1麻花钻的几何特性 -5-2.1.1麻花钻的结构 -5-2.1.2麻花钻的几何参数 -5-2.2麻花钻的传统刃磨方法 -5-2.3麻花钻的内锥面刃磨方法 -8-2.4麻花钻的内锥面刃磨原理及 -8-刃磨参数优化 -8-2.4.1钻头刃磨原理 -8-2.4.2刃磨参数的优化 -9-第3章麻花钻刃磨装置的机械系统设计 -10-3.1刃磨装置的总体方案 -10-3.2丝杠螺母副的设计计算 -11-3.2.1横纵向进给的设计计算 -11-3.2.2垂直进给的设计计算 -15-3.3传动系统的锥齿轮设计计算 -18-3.3.1横向进给方向上锥齿轮的设计 -18-3.3.2垂直进给方向上锥齿轮的设计 -21-3.4导轨的设计计算 -23-第4章麻花钻装夹及分度装置设计 -25-第5章电动机及砂轮的选择 -32-5.1电动机的选择 -32-5.2砂轮的选择 -32-结论 -33-致谢 -34-参考文献 -35-ContentsAbstract IChapter1introduction -1-1.1Theresearchpurposeandmeaningofdesigningtwistdrill -1-1.2researchanoverviewoftwistdrillgringingtechnology -1-1.2.1Overviewoftwistdrillsharpeningdevice -1-Themainproblems -3-1.3Compareoftwistdrillgrindingmethod -4-Chapter2Thetheoreticalanalysisoftwisttheinnerconegrinding -5-2.1Geometricpropertiesofthetwistdrill -5-2.1.1Structureofthetwistdrill -5-2.1.2Geometricparametersofthetwistdrill -5-2.1Thetraditionalgrindingmethodofthetwistdrill -5-2.3Theinnerconegrindingmethodofthetwistdrill -8-2.4Theinnerconegrindingtheoryofthetwistdrilland -8-optimizingofgrindingparameters -8-2.4.1Theinnerconegrindingtheoryofthetwistdrill -8-2.4.2optimizingofgrindingparameters -9-Chapter3twistdrillgrindingequipmentmechanicalsystemdesign -10-3.1Programofgrindingdevice -10-3.2Designandcalculationofscrew–nutpairs -11-3.2.1Horizontalandverticalfeeddesigncalculation -11-3.2.2designandcalculationoftheverticalfeed -15-3.3Bevelgeardrivesystemdesigncalculation -18-3.3.1Crossfeeddirectionbevelgeardesign -18-3.3.2Perpendiculartothebevelgeardesign -21-3.4Designandcalculationoftheguide -23-Chapter4Twistdrillclampinganddividingdevice -25-Chapter5Selectionofthemotoranwheel -32-5.1MotorSelection -32-5.2WheelSelection -32-Conclusion -33-Thanks -34-References -35-第1章绪论1.1设计麻花钻刃磨装置的意义麻花钻在金属切削加工中应用很广泛,用来加工各种孔，已经有一百多年的历史,现在全世界每年消耗的钻头数以亿计,在美国汽车制造行业中,机械加工中钻孔工序的比重约占50%,而飞机制造业中钻孔工序所占比例更高[1]。麻花钻不仅可以在一般结构材料上钻孔，经过修磨还可以在一些难加工材料上钻孔，它仍然是孔加工的主要工具，而它的刃磨对加工有着非常重要的影响。金属切削刀具的几何形状和角度是影响刀具性能和被加工工件质量的主要因素之一。钻头也不例外，合理选择钻头的几何形状和角度，可以很大程度上改善钻削特性。如苏联查波罗什变压器生产联合公司对麻花钻的切削部分几何形状进行了改进，使得主切削刃呈圆弧状，这种钻头的寿命高于标准钻头寿命，在加工碳钢时刀具寿命可提高到5倍；加工铸铁时刀具寿命可提高5倍以上，同时加工表面粗糙度可提高1到2级[2]。由于麻花钻在用钝后或根据加工工件的不同需要重磨(重新刃磨)然后才能继续使用，另外麻花钻刃磨也是麻花钻制造中最终成形的加工阶段，麻花钻的形状、尺寸、各刀面及几何角度等，都是由刀具刃磨来完成的。所以，麻花钻刃磨是麻花钻制造工艺过程的一个重要工序，其质量好坏对麻花钻的切削性能和使用寿命起着关键的作用。因此，，为保证零件的加工质量，提高生产效率，降低加工成本，必须注重钻头几何形状以及刃磨质量，设计出合理、有效、经济和实用的麻花钻刃磨装置具有很大意义。1.2麻花钻刃磨技术研究概述麻花钻刃磨装置国内外发展状况与趋势在麻花钻刃磨以及其它形状刀具刃磨技术和数控研究方面，近些年来国内外专家作了不少的研究工作，也开发出一些较先进刀具刃磨设备目前国外的工具磨床生产均采用数控万能工具磨床和CNC磨削加工技术。近几届的国际机床展览会上美国、德国、日本、、瑞士等国展出的多轴(五轴及五轴以上)联动数控万能工具磨床都可以用来制造和刃磨各种刀具[3]。德国Walter公司的HELITRONICPOWERPRODUCTIONCNC工具磨床是一台生产型(PRODUCTl0N)五轴CNCI具磨床，可用于制造各种金属切削刀具。机床配有测量定位系统，将测头固定安装在磨头上，用于实现刀具定位，可缩短磨削周期。该机床采用Walter公司自己开发的专用数控系统HMC500及其软件。除了能提供各种通用刀具磨削软件外，它还开发了一种新的“灵活编程”软件，通过该软件可以设计刀具。瑞士SCHNEEBERGERl公司的GEMINICNC工具磨床是一台五轴CNCI具磨床，它主要用于生产和修磨各种不同形状的小尺寸刀具。机床采用立柱移动式布局结构，刚性好，结构紧凑，精度高，同时配有自动测量系统，方便刀具的安装及磨削，它采用一个固定安装的三维测头，既可用于测定刀具毛坯几何形状，在刀具修磨前测量又可用来保证刀具磨削质量，它适合于磨削各类刀具。此外，日本(株)宇都宫制作所开发生产的SGR．003A型全自动小直径刀具磨床，五轴五联动的JUNGNER560cNC工具磨床，美国HUFFMAN公司的HS．87R型数控工具磨床，日本牧野公司的NX．40型十轴数控工具磨床等都是技术先进，性能优越的数控机床[4]。我国在过去的几十年里，由于对工具技术重视不够，导致在引进国外先进数控设备的同时，由于国内刀具质量不过关(材料和刃磨技术都有很大差距)，不得不同时进口刀具及刃磨设备，其几个相当昂贵，而且仅配有限的刃磨软件，如需刃磨各种刀具，真正实现机床的价值、充分发挥其优势还需另购其软件，生产成本更高了[5]。这些厂家为了保持技术垄断，其系统往往是封闭的，用户想自行开发应用软件是非常困难的。万能数控磨床价格远远高于普通的加工中心，由此可见其技术含量较高。国内在数控工具磨床的研究、开发方面起步较晚，可以说是从80年代中期开始的，其研究、开发还处于样机或单台极少量试生产阶段。近些年，我国已有几家在研制数控工具磨床，取得了一些成就[5]。武汉机床厂的MK6025／3数控万能工具磨床是最近研制成功的新一代工具磨床。该机床采用了华中I型数控系统，实现三轴联动，并且配有华中理工大学各种刀具加工软件，能自动完成各类普通及复杂刀具的加工或刀具的刃磨，解决了普通工具磨床需要附件才能解决的复杂磨削问题。该机床还配备测量系统，在数控系统测量软件支持下，将被磨刀具的有关几何参数(如螺旋角或导程)及安装位置(如起始点位置)等参数自动输入计算机系统，自检测系统可以自动判断加工刀具的起始点，自动生成加工程序并实现整个加工过程的自动磨削。湖南大学研制的MK6340/3数控群钻刃磨机床。该机床五轴数控，交流伺服驱动，液压夹紧，TVGA彩显，中文操作界面，固化一组标准群钻刃磨程序，使用这些程序时用户只需输入钻头的特征参数即可进行刃磨。用户可用标准数控语言进行编程，自行开发新钻型刃磨程序。可刃磨群钻、螺旋面钻、双平面钻及其它钻头。目前己有产品[6]。北京航空航天大学从七十年代开始，在刀具刃磨方面开展了一系列的工作，先后研制开发了四代数控刀具刃磨机床。四代刃磨机都采用步进电机作为驱动单元，控制系统依次为单板机、单片机及微机。第一代为六轴数控刃磨机，第二代为七轴数控群钻刃磨机，它们的控制机采用TP841单板机，上位机采用APPLEII微机。第二代的改进型为单片机控制系统。第三代刃磨机采用美国HUFFMAN工具磨的结构，控制系统采用工业PC机为上位机，单片机为控制机。第四代采用六杆结构，在世界上率先将虚轴的结构引进到刃磨机上。还有华中理工大学研制了MK6026六轴五联动数控刃磨机，咸阳机床厂开发的MK6025/3数控万能工具磨床，营口冠华机床厂的M6025K万能工具磨床和武汉机床附件厂的GW.1万能磨刀机，均为普通型工具刃磨机床。放眼未来，不难看出数控刃磨是未来的发展方向。机械式刃磨机，它的刃磨运动由齿轮和凸轮来实现，要在一个刃磨机上实现多品种多规格的工具的刃磨，机床机构复杂，同时需要附带许多配件，即使这样也只能刃磨系列的产品，而不能刃磨用户随意要求的刀具。数控刃磨机的刃磨运动由数控轴运动合成，理论上可以实现各种刃磨，调整简便，功能扩展容易。随着数控技术的日益发展，数控系统成本的下降，可靠性增强，开发、使用和维护越来越简单，其性能价格比将远远高于机械式自动刃磨机，而且它更能适应未来市场小批量多品种多样化的需求，更有利于计算机集成制造[7]。存在的主要问题国内大部分厂家的对麻花钻的刃磨，还停留在由技术工人手工刃磨阶段，而手工刃磨主要依靠工人的技能，刃磨质量受操作者技术水平的影响。工人劳动强度大，麻花钻几何角度不易控制，一致性差，随意性大，自动化程度低，刃磨效率低下，刃磨质量无法保证。在麻花钻数控刃磨技术研究方面，国内起步较晚，相关的设备和数控系统主要依赖于进口，因此，刀具的数控刃磨技术受到了很大的局限性。国外对于刀具的数控刃磨的研究较早，开发的设备主要是三轴、多轴联动的大型数控工具磨床或磨削加工中心，它们的价格昂贵，对于普通的车刀刃磨来讲，进口的成本过高，不合乎国情。另外，现在使用的内锥面刃磨法有一个很大的缺陷：如果刃磨参数选的不当，常常会出现后刀面的尾部向上翘起的现象，也就是翘尾现象[2]，有时翘尾现象还很严重（如图1-1所示），当翘尾到一定程度之后，用这种钻头钻孔时，钻头后刀面的尾端就直接顶在了孔底，从而使钻头无法钻削。因此在广泛使用的麻花钻锥面刃磨过程中，必须减小或克服这种翘尾现象，但在选择刃磨参数时往往不能发现，等到刃磨出来时才能发现是否存在翘首现象[8]。图1-1翘尾现象1.3麻花钻刃磨方法的比较金属切削刀具的几何形状和角度是影响刀具性能和被加工工件质量的主要因素之一。对于钻头，选择恰当的刃磨方法可以获得合理的几何形状和角度，这样可以提高加工质量和加工效率，很大程度上改善钻削特性。目前，麻花钻的刃磨方法有平面刃磨法、锥面刃磨法、圆柱面刃磨法、螺旋面刃磨法等。平面刃磨法刃磨动作简单，效率高，但横刃垂直于钻轴，轴向抗力大，钻孔扩张量大，一般认为这种方法只适宜于刃磨小直径钻头。锥面刃磨法师目前国内外采用最普遍的钻头后刀面刃磨方法之一。由于其刃磨成形运动单一，因而在手工刃磨和机械刃磨中被广泛采用。刃磨后钻头的优点是后角分配较为合理，主切削刃形状好且散热性好，强度高；缺点是横刃长。工作条件差。这种方法刃磨的效率低于螺旋面和平面刃磨法。螺旋面刃磨法包括标准螺旋面刃磨和复杂螺旋面刃磨。螺旋面钻尖的定心好，切入平稳，轴向阻力小，钻孔扩张量小。标准螺旋面刃磨的钻尖较弱，不适宜钻高强度材料，而复杂螺旋面刃磨的钻尖既可以保持螺旋面钻尖的优点，又可以改善钻尖强度。该方法的缺陷是会降低工艺系统的刚度，调整机床复杂，因此更适合于数控加工。圆柱面刃磨法较锥面刃磨法更简单，调整参数更少，但它有一个十分严重的缺陷是主切削刃的法后角沿整个主刃都是相等的[8]。内锥面刃磨法是刃磨麻花钻的一种新方法，砂轮的旋转运动是刃磨主运动。砂轮的内锥面代替了外锥面刃磨的摆动夹具，可使机床结构简单，尺寸小，调整方案方便；采用优化刃磨参数,计算机控制自动调整刃磨参数,刃磨的钻头几何角度精确且两切削刃对称性好,特别适合刃磨使用要求较高的钻头,如数控机床用麻花钻；内锥面钻头刃磨机,只需输入钻头直径,机床自动调整,可以精确刃磨不同直径的钻头,机床操作简单，可以刃磨出高质量的麻花钻。将砂轮修成内锥面，钻头放在内锥面上进行磨削，形成麻花钻的圆锥面的后刀面。刃磨钻头时通过修整砂轮半锥角、轴间角、锥顶距、附加旋转角（偏距是钻头中心低于砂轮锥面中心的距离，钻头附加旋转角是被磨削的主切削刃水平安装后再附加转动的而一个角度）[9]，可使钻头得到所需的后角、横刃斜角以及顶角。第2章麻花钻内锥面刃磨的理论分析2.1麻花钻的几何特性麻花钻的结构麻花钻是金属切削加工中使用最广泛刀具，它可以在各种零件加工中使用，其种类较多，由于它的作用不同，因此，它的形状、尺寸、结构等也就不同。本章只对锥柄麻花钻的几何特征以及参数进行研究分析。锥柄麻花钻主要由工作部分、颈部和柄部组成。结构如图2-1所示。(a)(b)（a）麻花钻的组成（b）切削部分图2-1麻花钻的组成工作部分又由导向部分和切削部分组成，其中钻头的导向部分由两条螺旋槽所形成的两螺旋形刃瓣组成，两刃瓣由钻芯连接，钻头的切削部分由两个螺旋形前面、两个由刃磨得到的后面、两条韧带（副后面）、两条副切削刃和一条横刃组成。钻头的柄部用于夹持刀具和传递动力。通常直接在12mm以下的小直径钻头采用直柄；而直径大于16mm的较大直径钻头采用锥柄，锥柄可以传递较大扭矩，锥柄后端的扁尾用于传递扭矩和便于卸下钻头；直径在12mm至16mm之间的钻头直柄和锥柄均可采用。颈部是柄部和工作部分的连接处，并作为磨削外径时砂轮退刀和打标记的位置，也是颈部是柄部和工作部分不同材料的焊接部分。麻花钻的几何参数麻花钻刃磨的几何参数如图2-2所示。图中L为刃磨锥面锥顶到钻头轴线图2-2麻花钻的刃磨几何参数之间的距离，即锥顶角A；K为锥面轴线与钻头轴线间的距离，即偏距e；为锥面轴线与钻头轴线间的夹角，即轴间角θ；2Φ为锥面的锥顶角。切削刃上任意一点的后角是该点的切削平面与后刀面之间的夹角。钻头后角不在主剖面度量，而是在以钻轴为轴心的圆柱剖面内度量，钻头后角的变化如图2-2所示。2.2麻花钻的传统刃磨方法对于手工刃磨麻花钻而言，在刃磨过程中需要工作人员仔细认真，刃磨好坏直接影响钻孔的质量和钻削效率。刃磨麻花钻。要求两个主切削刃和钻芯线之间的夹角要对称，刃长要相等，否则钻削时会出现单刃切削或者孔径变大以及产生台阶形等弊病。刃磨前，钻头切削刃应置在砂轮中心水平面上或者稍高一些，钻头中心与砂轮外圆柱面母线在水平面内夹角等于顶角一半，同时钻尾向下倾斜。钻头刃磨时，用右手握住钻头前端支点，左手握钻尾，以钻头前端支撑点为圆心钻尾上下摆动，向上摆动不得高出水平线，当磨出副后角，向下摆动也不能太多，以防磨掉另一条主刃刀。刃磨时要略带旋转，但是也不能转动过多，特别是在刃磨小直径麻花钻时，更得注意。当一个主切削刃磨削完毕以后，把钻头转过180º刃磨另一个主切削刃，人和手要保持原来的位置和姿势，这样容易达到两刃对称的目的，刃磨方法与磨前一个主切削刃时相同。刃磨时应注意随时用冷却液冷却，以防刃口发热退火降低硬度。初次刃磨时要注意防止外缘出现副后角。完成后要对麻花钻的角度进行检测，通常使用目测和用测量仪器进行测量。当麻花钻磨好后通常采用目测法进行检查。方法是：把钻头垂直竖在于眼睛等高位置，在明亮的背景下用肉眼观察两刃的长度和高低及它的后角等，由于存在视觉误差，往往会感觉到左刃高，右刃低，这时要把钻头转过180º再进行观察，这样经过反复观察对比，觉得两刃基本上对称后就可以使用了，如果发现两刃有偏差必须进行修磨。使用量角器进行检查时，只需要角尺的一边贴在麻花钻的棱边上，另一边放在钻头的刃口上测量刃长和角度，然后转动180º，以同样的方法检查就可以了。2.3麻花钻的内锥面刃磨方法本装置的设计采用新型的内锥面刃磨法，内锥面刃磨操作简单，通过内锥面的刃磨可以直接形成后刀面。刃磨钻头时通过修整砂轮半锥角、调整轴向角、锥顶距、偏距、附加旋转角(偏距是钻头中心低于砂轮锥面中心的距离，钻头附加转动角度是被磨削的主切削刃水平安装后再附加转动一个角度。)，可使钻头得到所需的后角、横刃斜角以及顶角[9]。运用此种麻花钻刃磨装置，要注意刃磨参数的确定:首先要理解优化刃磨参数这个概念，为使钻头刃磨后得到合理的主切削刃外缘后角，横刃斜角和顶角，建立锥面与钻头几何角度的理论计算公式，考虑到砂轮的结构及刃磨中钻头与砂轮不得干涉等约束条件，对半锥角、轴间角、锥顶距、偏距、附加旋转角这五个刃磨参数进行优化，就可得到麻花钻的优化刃磨参数，即:每一直径的麻花钻要求的刃磨角度下对应着几组刃磨参数。确定刃磨参数:轴间角的值等于麻花钻顶角的一半减去半锥角，标准麻花钻的顶角为118º。砂轮半锥角较小时，钻头柄部及装夹钻头夹具与砂轮锥面发生干涉。刃磨标准麻花钻时，半锥角为º。钻头柄部与砂轮锥面母线相平行，可利用较多地锥面来磨削钻头。为使钻头刃磨方法简单，便于调整，刃磨参数易优化，轴间角、砂轮半锥角取定值，分别为30º和29º。当刃磨钻头顶角不是标准值时，轴间角、砂轮半锥角取:半锥角等于轴间角等于1/4个麻花钻顶角锥顶距是钻尖中心点到内锥面顶点的距离，它的大小随钻头直径变化，直径越小，锥顶距值越小。刃磨钻头，锥顶距值较大时，钻头靠近砂轮外口处，观察操作方便，便于刃磨，确定刃磨参数应选取A值较大优化刃磨参数数值。图2-3钻头刃磨原理图2.4麻花钻的内锥面刃磨原理及刃磨参数优化钻头刃磨原理内锥面刃磨法是刃磨麻花钻的一种新方法,刃磨原理如图2-3所示,砂轮修成内锥面,钻头放在砂轮的内锥面上磨削,形成麻花钻的圆锥面后刀面。刃磨钻头时,通过修整砂轮半锥角δ,调整轴间角θ、锥顶距A、偏距e、附加旋转角β,可使钻头得到所需的后角α,横刃斜角Ψ和顶角2Φ。刃磨参数的优化为使钻头刃磨后得到合理的主切削刃外缘后角α，横刃斜角Ψ和顶角2Φ，建立锥面与钻头几何角度的理论计算公式，考虑到砂轮的结构及刃磨中钻头与砂轮不得干涉等约束条件，对半锥角δ，轴间角θ、锥顶距A、偏距e、附加旋转角β五个刃磨参数进行优化，就可得到麻花钻的优化刃磨参数，即：每表2-1麻花钻优化参数直径(mm)(°)e(mm)A(mm)后角（°）横刃斜角（°）Φ=325°13.91062Φ=425°13.91061Φ=525°113.9106Φ=1025°2913.9106Φ=1525°1011.9906Φ=2025°1411.93252半锥角δ=29º轴间角θ=30º一直径的麻花钻在要求的刃磨角度下对应着几组刃磨参数。考虑到砂轮的结构及刃磨中钻头与砂轮不得干涉等约束条件,对刃磨参数进行了优化,表2-1列出了d0=3～20mm范围内部分麻花钻的优化刃磨参数。第3章麻花钻刃磨装置的机械系统设计3.1刃磨装置的总体方案此刃磨装置采用内锥面刃磨原理，内锥面砂轮采用螺栓连接连接在主轴上，带动主轴的电动机以一定角度布置，此角度为与水平方向夹角为。图3-1麻花钻刃磨装置结构原理图Y方向上进给布置在X上，在进给机构设计中，采用梯形丝杠传动，使导轨选择矩形与三角形相结合的导轨形式，操作者操作方便，通过一对传动比为1的锥齿轮进行变向，使Y方向进给手轮布置在正对操作者的方向。Z方向进给也采用梯形丝杠带动，同时通过传动比为1的锥齿轮啮合，使Z方向的进给手轮布置在水平位置上，便于操作者操作。而装夹麻花钻的装夹分度装置通过螺栓连接一定角度安放在刃磨装置的T形槽上。在操作过程中，可以方便的通过装夹装置上的分度手轮对麻花钻刃磨中的角度参数进行调节。在安装分度装夹装置时，要注意安装时定位准确，装夹可靠。总体方案参考麻花钻内锥面刃磨工艺试验，如图3-1所示。3.2丝杠螺母副的设计计算横纵向进给的设计计算1.各轴方向进给尺寸的确定X方向主要负责参数A的调整，根据砂轮尺寸确定横向进给尺寸，由内锥面刃磨麻花钻工艺试验可知，选择内锥面砂轮为GB80#ZR1A·P60ｘ45ｘ6，A的最大尺寸为75mm所以横向进给尺寸取整为80mm。为了防止干涉，应使麻花钻在安装时不受床身的干涉。由文献[11]可计算出麻花钻的导程，20mm麻花钻螺旋角为30º式中L——麻花钻工作长度R——麻花钻直径β——麻花钻螺旋角取麻花钻整体长度为350mm，取横纵向进给尺寸为250mm,再加上双螺母以及定心套约为60mm。所以横向进给尺寸为320mm。轴滑动螺旋传动的设计计算滑动螺旋传动副的主要失效形式是磨损，故螺杆的直径和螺母的而高度通常是按耐磨性计算确定的。关于丝杠螺母副传动的间隙调整方法，由于采用整体式螺母。由文献[12]，选择双螺母消除间隙的方法，即同时又两只螺母与丝杆啮合，装配时将右侧螺母相对于左侧螺母转过一定的角度，再用螺钉进行紧固，其中衬套的作用在于得右侧螺母定心。这种方法可以消除双向间隙，提高螺纹面的接触刚性。螺杆中经类比法：类比CA6140上刀架丝杠。图纸标注为T22×5-9可知螺杆大径螺杆中径(2)公称直径(3)螺距公称直径为22mm,选择螺距为5mm(4)螺纹导程取螺纹线数(5)螺母旋合长度整体螺母取φ—在此设计中选用整体式螺母，取φ。（6）旋合圈数(7)螺纹工作高度(8)螺纹表面工作强度由文献查得MP式中ε——螺纹形式系数，梯形螺纹εφ——螺母长度与螺杆中径之比，整体式螺母φ—1.5取φ=1.5[P]——许用压强，由文献选取，材料选用：螺母与螺杆皆可选用钢，所以[P—13MP取[P]=10MPa(9)验算自锁螺纹升角：由文献查得当量摩擦角：取所以丝杠反行程自锁。因为此装置丝杠转速慢，受力不大且不受冲击和受压，因此不需对螺杆螺母的危险截面强度、稳定性以及临界转速进行校核。而且此刃磨装置只负责简单刃磨，精度不高，所以不用对丝杠螺母副进行刚度校核。丝杠具体参数见文献[13]（10）丝杠有关公差选择由文献[14]表3-23得:因为此装置为普通机床进给机构。所以选择精度等级为10级:相邻螺距允差为50um，螺距累积允差140um。由文献[12]表3-24得:中径椭圆度公差22um，外径跳动公差320um，外径公差d4，丝杠的齿面表面粗糙度外径表面粗糙度以及内径表面粗糙度均为。由文献[12]表3-25得:中径上偏差+360um，用作公益基准时的内径公差D4，螺母的齿面表面粗糙度外径表面粗糙度以及内径表面粗糙度均为。由文献[12]表3-26得:外径下偏差-250um，内径下偏差-565um，中径上偏差-52um，中径下偏差-462um，内径上偏差+250um。轴承的选择由文献查得：选用d=15mm轴承代号为30302的单列圆锥滚子轴承。表3-1梯形螺纹牙型公称直径d22mm螺距P5mm牙顶间隙ac基本牙型高度H1外螺纹牙高h3内螺纹牙高H4牙顶高Z外螺纹中径d2内螺纹中径D2外螺纹小径d3内螺纹小径D117mm内螺纹大径D4外螺纹牙顶圆角R1内、外螺纹牙底圆角R2横向进给轴承的内圈以及锥齿轮的轴向定位采用轴用弹性挡圈，其尺寸参数由文献[15]查出。给螺母定位的衬套尺寸由文献[16]得出。轴承端盖的选择参看文献[17]。由轴承外径决定螺栓为M8螺栓数目为4。对于固定轴承端盖的螺栓，具体参数参看文献[15]。画法参看文献[18]。手轮直径的确定式中F一一轴向力，螺纹升角:由文献[13]查得，当量摩擦角:取N·mm所以取N关于此进给手轮所在轴以及轴上零件的绘制:锥齿轮的轴向定位采用轴肩以及轴套，轴套尺寸由文献[16]得出，此轴上的两个轴承选用单列圆锥滚子轴承，尺寸由文献[14]得出轴承的轴向定位采用轴用弹性挡圈，其尺寸由文献[15]查出。此轴上另一轴承的轴向定位采用轴用弹性挡圈以及轴套，其尺寸由文献[15]以及文献[16]分别得出。此进给上的手轮以及分度盘的选取:其中分度盘的具体参数由文献[16]查得，此分度盘由3个零件组成，分别是:刻度盘体、刻度环以及片簧，其具体参数由文献[16]查得。此分度盘通过圆头平键键与轴连接，由文献[19]确定键的尺寸。小手轮的具体参数由文献[16]查得。在此处选择A型小手轮。分度盘的轴向定位采用六角薄螺母，其具体参数参看文献[15]。小手轮中的嵌套由文献[15]查得。小手轮上的销的尺寸参看文献[15]。(横纵向进给手轮及分度盘形式相同。)垂直进给的设计计算1.Z轴滑动螺旋传动的设计计算滑动螺旋副的主要失效形式是磨损，故螺杆的直径和螺母的高度通常是按耐磨性计算确定的。垂直进给的移动距离，根据内锥面刃磨原理，刃磨直径为20mm以内的标准麻花钻，其要求的偏距变化为。为防止干涉，因砂轮直径为60mm,麻花钻最大直径为20mm,加之螺母旋合长度与电机轴中心高以及电机座厚度15mm。因此，确定垂直进给尺寸为230mm。(1)螺杆中经类比法：类比M7132A图纸标注为：T30ｘ3—8可知此螺杆大径螺杆中经公称直径(3)螺距公称直径为30mm，选择螺距为3mm螺纹导程取螺纹线数由公式螺母旋合长度整体螺母取φ—1.5，在此设计中选用整体式螺母取φ=1.5。旋合圈数螺纹工作高度螺纹表面工作强度N参照文献[13]，ε——螺纹形式系数，梯形螺纹εφ——螺母长度与螺杆中径之比，整体式螺母φ—1.5取φ=1.5[P]——许用压强，由《现代机械设计手册》选取，材料选用：螺母与螺杆皆可选用钢，所以[P—13MPa取[P]=10MPa。（9）验算自锁螺纹升角：由文献查得当量摩擦角：取所以丝杠反行程自锁。因为此装置丝杠转速慢，受力不大且不受冲击和受压，因此不需对螺杆螺母的危险截面强度、稳定性以及临界转速进行校核。而且此刃磨装置只负责简单刃磨，精度不高，所以不用对丝杠螺母副进行刚度校核。丝杠有关公差的选择由文献[12]表3-23得:因为此装置为普通机床进给机构。所以选择精度等级为10级:相邻螺距允差为50um，螺距累积允差140um。由文献[12]表3-24得:中径椭圆度公差22um，外径跳动公差320um，外径公差d4，丝杠的齿面表面粗糙度外径表面粗糙度以及内径表面粗糙度均为。由文献[12]表3-25得:中径上偏差+360um，用作公益基准时的内径公差D4，螺母的齿面表面粗糙度外径表面粗糙度以及内径表面粗糙度均为。由文献[12]表3-26得:外径下偏差-150um，内径下偏差-465um，中径上偏差-37um，中径下偏差-392um，内径上偏差+150um。（11）轴承的选择由文献[14]查得：选用d=15mm轴承代号为30302的单列圆锥滚子轴承。由文献查得：垂直进给下端轴承选用d＝20mm轴承代号为32004的圆锥滚子轴承与推力球轴承51204配合的形式。圆锥滚子轴承关于推力球轴承的轴向定位采用轴套，而圆锥滚子轴承的外圈定位采用孔用弹性挡圈。其具体参数分别由文献[16]以及文献[15]查得垂直进给轴承的内圈以及锥齿轮的轴向定位采用轴用弹性挡圈，其尺寸参数由文献查出。垂直进给上端轴承由文献[14]:选用d=25mm轴承代号为32905的单列圆锥滚子轴承。轴承端盖的选择参看文献[17]：由轴承外径决定螺栓为M8螺栓数目为4。对于固定轴承端盖的螺栓，具体参数参看文献[15]。画法参考文献[18]。为保证此垂直进给丝杠的稳定性，在丝杠螺纹下端安装一深沟球轴承，由文献[14]查得：选用d=25mm轴承代号为61805的深沟球轴承（GB/T276-1994）。轴与锥齿轮之间的轴向定位采用圆头平键连接，键的尺寸由文献查得：此锥齿轮轴向定位采用轴用弹性挡圈，其尺寸由《标准紧固件使用手册》表20-10查得。表3-2梯形螺纹牙型公称直径d30mm螺距P3mm牙顶间隙ac基本牙型高度H1外螺纹牙高h3内螺纹牙高H4牙顶高Z外螺纹中径d2内螺纹中径D2外螺纹小径d3内螺纹小径D127mm内螺纹大径D4外螺纹牙顶圆角R1内、外螺纹牙底圆角R2手轮直径的确定式中F一一轴向力，螺纹升角:由文献查得，当量摩擦角:取N·mm所以取mmN3.3传动系统的锥齿轮设计计算横向进给方向上锥齿轮的设计1.X进给方向上的锥齿轮：锥齿轮设计原始参数轴交角：齿数比初值：小齿轮转矩：即丝杠转矩N·mmN·m（2）小齿轮大端分度圆直径初值由文献[13]查得：小齿轮齿数由文献[13]查得：大齿轮齿数齿数比模数在文献[13]中选择标准值小齿轮分锥角时：锥距齿宽mmmmRb83.123.0mmmmmb5.2710所以取mmbmmb83.12齿轮具体参数见表3-3此锥齿轮的齿顶圆直径小于160mm，可做成实心结构。此锥齿轮与轴连接的键的参数见文献[19]：齿面接触疲劳强度计算校核公式式中——弹性影响系数表3-3锥齿轮具体参数名称代号计算公式小齿轮大齿轮分锥角δ45º45º齿顶高ha齿根高hf分度圆直径d齿顶圆直径da齿根圆直径df锥距R齿根角θfº顶锥角δfºº根锥角δfºº顶隙c分度圆齿厚s当量齿数zv齿宽B根据此装置的特点，选择两啮合齿轮材料为球墨铸铁QT600-2由文献[19]查得：MPaMPaZE9.173载荷系数K式中KA——使用系数：因为此啮合齿轮在机床主传动机构上由文献[19]查得：动载荷系数：因为此啮合齿轮在进给手轮上，转速约为/s。由文献[19]查得：齿间载荷系数分配系数KHα：可取1齿向载荷分布系数KHβ：轴承系数KHβbe由文献[19]查得：MPa结果：MPaMPaH12.752齿轮的许用应力：式中——疲劳强度安全系数=1——寿命系数N——齿轮的工作应力循环系数n——估计齿轮转速为120r/minhhLh480001030082由N查文献[19]得：齿轮的疲劳极限：由文献[19]查得：结果：所以校核合格。垂直进给方向上锥齿轮的设计Z进给方向上的锥齿轮（1）锥齿轮设计所需要的原始参数轴交角：齿数比初值：小齿轮转矩：即丝杠转矩mmmmNT32.47443mmNT44.47（2）小齿轮大端分度圆直径初值由文献[13]查得：（3）小齿轮齿数由文献[13]查得：（4）大齿轮齿数（5）齿数比(6)模数在文献[13]中选择标准值(7)小齿轮分锥角时：(8)锥距mmmmR78.42(9)齿宽mmmmRb83.123.0mmmmmb5.2710所以取mmbmmb83.12齿轮具体参数见表3-4此锥齿轮的齿顶圆直径小于160mm，可做成实心结构。此锥齿轮与轴连接的键的参数见文献[19]：（10）齿面接触疲劳强度计算校核公式式中——弹性影响系数根据此装置的特点，选择两啮合齿轮材料为45#调制后表面淬火，齿面硬度为40-50HRC由文献[19]查得：MPaMPaZE8.189载荷系数K式中KA——使用系数：因为此啮合齿轮在机床主传动机构上由文献[19]查得：动载荷系数：因为此啮合齿轮在进给手轮上，转速约为/s。由文献[19]查得：表3-4锥齿轮具体参数名称代号计算公式小齿轮大齿轮分锥角δ45º45º齿顶高ha齿根高hf分度圆直径d齿顶圆直径da齿根圆直径df锥距R齿根角θfº顶锥角δfºº根锥角δfºº顶隙c分度圆齿厚s当量齿数zv齿宽B齿间载荷系数分配系数KHα：可取1齿向载荷分布系数KHβ：轴承系数KHβbe由文献[19]查得：MPammdmmd601结果：齿轮的许用应力：式中——疲劳强度安全系数=1——寿命系数N——齿轮的工作应力循环系数n——估计齿轮转速为120r/minhhLh480001030082由N查文献[19]得：齿轮的疲劳极限：由文献[19]查得：结果：所以校核合格。3.4导轨的设计计算（1）导轨的类型选择根据此装置的工作条件和载荷特点由文献[20]查得：这里选择一个V型和一个平面。截面形状V型导轨选择凸型对称，顶角：矩形导轨（平导轨）选择凸型。（3）结构尺寸由文献[20]查得：mmmmA360mmmmB32mmmmb3由文献查得：mmmmA360mmmmB50mmmmB121mmmmH20mmmmh12mmmmHh5.195.0-1mmmmD670mmmmD872mmmmdd9130mmmmde6.92.13mmmmDD3512-4mmmmrhb5第4章麻花钻装夹及分度装置设计（1）装夹及分度基本原理采用KZ型三爪自定心卡盘进行装夹，将卡盘连接在如同CA6140主轴的轴上，轴上装有轴承以便分度时旋转角度，且轴上装有锥齿轮，而调节角度的刻盘和手轮则安放在与此锥齿轮所在轴垂直的小锥齿轮轴上。运用这种装夹及分度的优点是：三爪自定心卡盘装夹精度高且可自动定心，锥齿轮副传动精确，且可采用不同的传动比，使此装置操作方便省力快捷。（2）KZ型三爪自定心卡盘参数的确定具体参数由文献[21]查得：选择型号为：KZ100型，因为KZ100的D，因为孔直径为22mm，满足本装置最大麻花钻刃磨直径为20mm的要求。（3）轴上轴承的选用由于在装夹的时候，要确保装夹麻花钻的位置可靠，使麻花钻的钻头尽量少的从三爪自定心卡盘中露出，所以要将固定三爪自定心卡盘的轴设计成空心轴。通过类比法，类比CA6140的主轴，确定此空心轴的外径为40mm，内径为24mm。由文献[14]查得：此空心轴右侧选用d=40mm轴承代号为32908的单列圆锥滚子轴承。在轴段的设计中，考虑到安装轴承的要求，应使安装轴承的轴端比其它轴端的直径大5mm。左侧轴承选用d=45mm轴承代号为32909的单列圆锥滚子轴承，与此大锥齿轮所啮合的小锥齿轮所在轴上选用的轴承为d=25mm轴承代号为32005的单列圆锥滚子轴承。锥齿轮传动副设计锥齿轮设计所需要的原始参数：轴交角：齿数比初值：图4-1KZ型三爪自定心卡盘小齿轮转矩：由于采用手动进给，所以转矩不会超过50N·m。（5）小齿轮大端分度圆直径初值由文献查得：（6）小齿轮齿数由文献[13]查得：（7）大齿轮齿数（8）齿数比（9）模数在文献[13]中选择模数的标准值：（10）小齿轮分锥角时：锥距mmmmR59.87齿宽mmmmRb28.263.0所以取齿轮具体参数见表4-1轴上零件尺寸的确定由于此小齿轮分度圆直径较小，所以将其设计为锥齿轮轴。取取mmmme3所以初步确定此齿轮轴直径为30mm此齿轮轴上轴承的选择：由文献[14]查得：因安装尺寸为30mm，选择代号为32005的单列圆锥滚子轴承，此轴承所在的轴径的直径为25mm，轴承安装所需要的轴段长度为15mm。由文献[19]查得：此轴上倒角或圆角半径为lmm。表4-1锥齿轮具体参数名称代号计算公式小齿轮大齿轮分锥角맧齿顶高ha齿根高hf3mm分度圆直径d170mm齿顶圆直径da齿根圆直径df锥距R齿根角θfº顶锥角δf16ºº根锥角δfº74º顶隙c分度圆齿厚s当量齿数zv齿宽B25mm根据文献[15]：对固定轴承的挡圈选用轴用弹性挡圈一A型GB/T894.150在绘制相啮合的锥齿轮中的大锥齿轮时，由于其齿顶圆直径为，所以制作成腹板式齿轮，其绘制方法参看文献[18]：因为，此锥齿轮为分度装置所用，所以受力不大且均匀，因此材料选择采用铸铁就可以。mmmmmdDa21.1365.214-21.17114-0mmmmDD687.143mmDDD11.1022/301mmDDD53.8-25.0302mmmmDl404此齿轮与轴之间的周向定位通过圆头普通平键进行定位。根据此轴的直径，由文献[19]确定此键的主要尺寸：在轴向定位方面，此大锥齿轮右端定位采用轴用弹簧挡圈，由文献[15]查得：选用轴用弹性挡圈一A型GB/T894.150。此锥齿轮左端轴向定位也采用相同型号的弹性挡圈。参看文献[17]：取大锥齿轮端面到轴承的距离为δ=10mm。在此分度夹紧装置上，为了使分度后，麻花钻在圆周方向上保持良好的定位，必须设计一定位装置。此定位方式为利用摩擦使卡盘所在的轴无法转动。因此，应先在轴上滚花，此处由文献[21]选择滚花，标准为JB2-59。取因只限制周向转动，所以选择直纹滚花。选择滚花长度为20mm时的滚花节距。在滚花右边安装此轴上的另一个轴承，首先确定轴承安装的位置。此轴承安装位置与箱体位置有关，右侧箱体位置与小锥齿轮齿面的距离应符合下列关系：取此分度装置由箱座及箱盖组成，箱体的尺寸参考文献[17]并由整体结构共同确定。箱座厚度mmmm8箱体上倒圆角为mmmm45.01箱体外壁至轴承座端面距离:选取轴承旁螺栓为M12所以mmcmmccK4151620821此装置轴承盖尺寸的选择：其具体参数可由文献[17]查得空心轴右侧轴承端盖：由轴承外径决定螺栓为M8螺栓数目为4。对于固定轴承端盖的螺栓，具体参数参看文献[15]。画法参看文献[18]。毡圈及槽尺寸由文献[17]查得(FJ145-79)。空心轴左侧轴承端盖：根据齿轮传动间隙调节的要求，锥齿轮轴末端也要求设计轴承端盖，其具体设计步骤与过程与此轴承端盖相同。由轴承外径决定螺栓为M8螺栓数目为4。对于固定轴承端盖的螺栓，具体参数参看文献[15](GB/T5780一2000)。画法参看文献[18]。毡圈及槽尺寸由文献[17]查得(FJ145-79)。小手轮处轴承端盖：此装置轴承盖尺寸的选择:其具体参数可由文献[17]查得:空心轴右侧轴承端盖:由轴承外径决定螺栓为M8螺栓数目为4对于固定轴承端盖的螺栓，具体参数参看文献[15](GB/T5780一2000)。画法参看文献[18]。毡圈及槽尺寸由文献[17]查得(FJ145-79)。(14)分度小手轮以及分度盘的设计:通过类比CA6140刀架的进给手轮，确定此装置小手轮所在轴段的直径为12mm，其中分度盘的具体参数由文献[21]查得