六孔臥式組合鉆床設計

1、<p>　　UNIVERSITY</p><p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計）</p><p>　　題目： 六孔臥式組合鉆床設計 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中占據(jù)著尤為

2、重要的地位。鉆床作為機械制造和修配工廠必不可少的設備，具有廣泛用途的通用性機床，可對零件進行鉆孔，擴孔，鉸孔，锪平面和攻螺紋等加工。同時鉆床又存在著加工精度，加工效率不高等缺陷。在我國，組合鉆床發(fā)展已有28年的歷史，其科研和生產(chǎn)都具有相當?shù)幕A，應用也已深入到很多行業(yè)。是當前機械制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品更新，進行技術改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設備之一。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家

3、電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合鉆床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件，完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、在孔內(nèi)鏜各種形狀槽等。本文設計的六孔臥式組合鉆床，作為一種專用機床其生產(chǎn)效率高，加工精度高，特別適合于加工一些有多個孔并對孔的位置精度要求高的工件。</p><p>　　關鍵詞 ：鉆床；六孔；臥式；組合鉆床；加工精度；床身；導軌；主軸箱&l

4、t;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of our national economy, industrial production in the national economy occupy a very important position. Drilling machinery manu

5、facturing and repair factory as essential equipment, with wide application of universal machine tool, the parts for drilling, reaming, reaming, reaming and tapping processing plane. While drilling has the processing prec

6、ision, processing efficiency is not high. In our country, the combination drilling machine development has 28 years of history, its</p><p>　　This design six-hole horizontal combination drilling machine, as a

7、 kind of special machine for its high production efficiency, high processing precision, particularly suitable for processing with a plurality of holes and the position precision of the holes demanding workpiece.</p>

8、;<p>　　Key words: drilling machine; tin; horizontal; combination drilling machine; precision machining; bed; rail; spindle box</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1. 機床設計的目的，內(nèi)容，要求

9、1</p><p>　　1.1 設計目的1</p><p>　　1.2 設計內(nèi)容1</p><p>　　1.3 設計要求1</p><p>　　1.4 調(diào)查研究1</p><p>　　1.5 擬定方案2</p><p>　　1.6 工作圖設計2</p>&l

10、t;p>　　2. 組合機床的總體設計2</p><p>　　2.1 組合機床方案的制定2</p><p>　　2.1.1 制定工藝方案2</p><p>　　2.1.2 確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案3</p><p>　　2.2 工藝的確定4</p><p>　　2.2.1 確定工序間余量

11、4</p><p>　　2.2.2 選擇切削用量4</p><p>　　2.2.3 確定切削力，切削扭矩，切削功率4</p><p>　　2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.2.5 確定軸向進給力5</p><p>　　2.2.6 確定進給速度，行程5</p><

12、;p>　　2.3 齒輪箱的設計5</p><p>　　2.3.1確定傳動線路圖6</p><p>　　2.3.2帶傳動的設計6</p><p>　　2.3.2.1定V帶型號和帶輪直徑6</p><p>　　2.3.2.1 帶輪材料與結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.3.3 傳動軸的設計7</

13、p><p>　　2.3.3.1 軸Ⅰ的設計7</p><p>　　2.3.3.2 主軸的設計10</p><p>　　2.3.4 齒輪的設計11</p><p>　　2.3.4.1 齒輪的材料11</p><p>　　2.3.4.2 齒輪的參數(shù)設計12</p><p>　　2.

14、3.5 主軸箱的設計15</p><p>　　2.4. 床身的設計15</p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　致謝18</b></p><p>　　1. 機床設計的目的，內(nèi)容，要求</p><p><b>　　1.1

15、 設計目的</b></p><p>　　機床設計畢業(yè)設計，其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計，使我們在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設計構(gòu)思，方案的分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機械制圖，零件計算，編寫技術文件盒查閱資料等方面的綜合訓練。樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，使自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設計和計算能力。</p><p><b>　　1.

16、2 設計內(nèi)容</b></p><p>　　（1）運動設計 根據(jù)給定的被加工零件，確定機床的切削用量，通過分析比較擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計算主軸的實際轉(zhuǎn)速和標準的相對誤差。</p><p>　?。?）動力設計 根據(jù)給定的工件，計算傳動軸的直徑，齒輪的模數(shù)，確定動力箱，計算多軸尺寸及設計傳動路線，完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模

17、數(shù)是否在允許范圍內(nèi)，還要驗算主軸的靜剛度。</p><p>　　（3）結(jié)構(gòu)設計 進行主運動傳動軸系，變速機構(gòu)，主軸主件，箱體，潤滑與密封等的布置和機構(gòu)設計，既繪制裝配圖和零件工作圖。</p><p>　?。?）編寫設計說明書</p><p><b>　　1.3 設計要求</b></p><p>　　評價機床性能的優(yōu)劣

18、主要是根據(jù)技術經(jīng)濟指標來判定的。技術先進合理，亦即質(zhì)優(yōu)價廉才會受到用戶的青睞，在國內(nèi)和國外市場上才有競爭力。機床設計的技術經(jīng)濟指標可以從滿足性能要求，經(jīng)濟效益和人機關系等方面進行分析。</p><p><b>　　1.4 調(diào)查研究</b></p><p>　　研究市場和用戶對設計機床的要求，然后檢索有關資料。其中包括情報，預測，實驗研究結(jié)果，發(fā)展趨勢，新技術應用以及

19、相應的圖紙資料等。甚至還可以通過網(wǎng)絡檢索技術查閱先進國家的相關資料和專利等。通過對上述資料的分析研究，擬定適當?shù)姆桨?，以保證機床的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，使用戶有較好的經(jīng)濟效益。</p><p><b>　　1.5 擬定方案</b></p><p>　　通常可以擬定出幾個方案進行分析比較，每個方案包括的內(nèi)容有：工藝分析，主要技術要求，總布局，傳動系統(tǒng)，控制操作系統(tǒng)，電系統(tǒng)

20、，主要部件的結(jié)構(gòu)草圖，實驗結(jié)果及技術經(jīng)濟分析等。</p><p>　　在制定方案時應注意以下幾個方面：</p><p>　　當使用和制造出現(xiàn)矛盾時，應滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造，要盡量用先進的工藝和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu);</p><p>　　設計必須以生產(chǎn)實踐和科學實驗為依據(jù)，凡是未經(jīng)過實踐考驗的方案，必須經(jīng)過實驗驗證可靠后才能用于設計</p><

21、;p>　　繼承與創(chuàng)新相結(jié)合，盡量采用先進工藝，迅速提高生產(chǎn)力，為實現(xiàn)四個現(xiàn)代化服務，注意吸取前人和國外的經(jīng)驗，并在此基礎上有所創(chuàng)新和發(fā)展；</p><p>　　1.6 工作圖設計</p><p>　　首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式，結(jié)構(gòu)方案基礎上，進行方案圖紙的設計。這些圖紙包括：該加工零件工序圖，加工示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計算卡。并初步擬定主軸箱輪廓尺寸，才能確定

22、機床各部件間的相互關系。</p><p>　　其次，繪制機床的總裝圖，部分部件裝配圖，液壓系統(tǒng)圖，PLC接線圖和梯形圖。</p><p>　　然后，整理機床有關部件與主要零件的設計計算書，編制各類零件明細表，編寫機床說明書等技術文件。</p><p>　　最后，對有關圖紙進行工藝審查和標準化審查。</p><p>　　2. 組合機床的總體設計

23、</p><p>　　2.1 組合機床方案的制定</p><p>　　2.1.1 制定工藝方案</p><p>　　零件加工工藝將決定組合機床的加工質(zhì)量，生產(chǎn)率，總體布局和夾具結(jié)構(gòu)等。所以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場了解零件的形狀，大小，材料，硬度，剛度，加工部位的結(jié)構(gòu)特點加工精度，表面粗糙度，以及定位，加緊方法，工藝過程等。所采用的

24、刀具及切削用量，生產(chǎn)率要求，現(xiàn)場采用的環(huán)境和條件等。并收集國內(nèi)外有關技術資料，制定出合理的工藝方案。根據(jù)被加工零件的零件圖（圖1），定出工藝方案 </p><p>　?。?）加工孔的主要技術要求</p><p>　　加工6個Φ20，深100mm的通孔</p><p>　　孔的位置度公差為Φ0.1mm，孔在同一平面上</p><p><b

25、>　　工件材料為#45鋼</b></p><p>　　要求生產(chǎn)綱領為年生產(chǎn)6萬件，單班制生產(chǎn)</p><p>　　圖1 加工零件圖</p><p><b>　　(2)工藝分析</b></p><p>　　加工該孔時，孔的位置度公差為Φ0.1，可采用一次性鉆孔</p><p>

26、　　2.1.2 確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案</p><p>　?。?）被加工零件的加工精度</p><p>　　被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序及應保證的加工精度，是制造機床方案的主要依據(jù)。該工件的加工孔的精度要求不高，可采用鉆孔組合機床，工件各孔見位置精度為Φ0.1mm,安排加工時可通過一次鉆孔完成。在該工序孔的表面粗糙度要求為Ra25mm。采取提高機床原始制造精度和工件

27、定位基準精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機床通常采用位置式齒輪動力裝置，進給采用液壓系統(tǒng)，人工夾緊。</p><p>　?。?）被加工零件特點</p><p>　　這主要指零件的材料，硬度，形狀，剛度定位精準面的特點，他們對機床工藝方案制定有著重要的影響。此工件材料為#45鋼，硬度為HB170-200，孔在整個工件上呈60度均勻分配，采用多孔同步加工，零件的剛度足夠，工件的受力不大

28、，震動，發(fā)熱變形對對工件影響不大。</p><p>　　由于該零件的中心線與定位基準面平行，可采用臥式機床</p><p>　　（3）零件的生產(chǎn)批量</p><p>　　零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位，多工位，自動線或按中小批量生產(chǎn)特點設計組合機床的重要因素。按設計要求生產(chǎn)綱領為年產(chǎn)6萬件，從工件外形及輪闊尺寸，為了減少加工時間，采用多軸頭。</p>

29、<p><b>　　機床使用步置</b></p><p>　　使用組合機床對車間布置情況，工序間的聯(lián)系，使用廠的技術能力和自然條件等一定的要求。再根據(jù)用戶實際情況來選擇什么樣的組合機床。</p><p>　　綜合以上所述：通過對零件的結(jié)構(gòu)特點，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技術要求，定位，夾緊方式，工藝方法，并定出影響機床的總體布局和技術性能等方面的考慮，

30、最終決定采用六軸頭多工位同步鉆床。</p><p>　　2.2 工藝的確定 </p><p>　　2.2.1 確定工序間余量</p><p>　　為使加工過程順利進行并保證加工精度，必須合理地確定工序間余量。生產(chǎn)中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，由于在本鉆床上只進行粗鉆，為達到最終Φ20的要求后面還要進行鉸孔，所以這次的鉆孔直徑為Ф19.5，直徑上工序

31、余量為0.5mm</p><p>　　2.2.2 選擇切削用量</p><p>　　確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設計的組合機床為多軸同步加工，在大多數(shù)情況下所選擇切削用量根據(jù)經(jīng)驗比一般通用機床單刀加工低30%左右。多軸主軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺，工作時要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量（mm/min

32、）。因此，同一主軸箱可設計成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進給量與其相適應。以滿足不同直徑的加工要求，即：</p><p>　　n1.×f1=n2×f2=…=ni×fi=vf （1-1）</p><p>　　式中：n1.， n2 ，n2-——各主軸轉(zhuǎn)速 （r/min）</p>

33、<p>　　f1。f2.fi ——各主軸進給量（mm/r） </p><p>　　vf——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min） </p><p>　　由于該工件的加工精度，工件材料，工作條件，技術要求都是相同的。按照經(jīng)濟的選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法得：鉆頭直徑D=19.5mm，材料為高速鋼，進給量f=0.1mm/r，切削速度v=20mm/min</p>

34、<p>　　2.2.3 確定切削力，切削扭矩，切削功率</p><p>　　根據(jù)選定的切削用量確定切削力，作為選擇動力部件及夾具設計的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動件（齒輪，傳動軸）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主電動機功率，通過查表計算如下：</p><p><b>　　軸向力：</b></p><p>　　F=N

35、 （1-2）</p><p>　　計算得：F=9.81?61.2?19.51?0.10.7=2335.9N</p><p><b>　　鉆削扭矩 ：</b></p><p>　　M=N?m (1-3)</p><p>　　

36、計算得：M=9.81?0.0311?19.52?0.10.8 =18.4N?m</p><p><b>　　鉆削功率：</b></p><p>　　PC=2∏Mn W (1-4)</p><p>　　計算得：PC=2?3.14?18.4?3.3=385.2W</p&g

37、t;<p>　　式中：f—沒轉(zhuǎn)進給量（mm/r）</p><p>　　n—鉆頭轉(zhuǎn)速（r/s）</p><p>　　2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)</p><p>　　工件的布氏硬度在HB170-240，孔徑D為19.5mm，刀具的選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V）.為了使工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，選擇標準Ф19.5的麻花鉆。</p><p>

38、;　　2.2.5 確定軸向進給力</p><p>　　F進=∑Fi=6?2335.9=14015.4N</p><p>　　式中：Fi——各主軸加工時產(chǎn)生的軸向力</p><p>　　由于滑臺工作時，除了要克服各主軸的軸向進給力，還要克服滑臺移動時所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應大于14.1KN。</p><p>　　2.2.6

39、 確定進給速度，行程</p><p>　　滑臺的進給速度分為快進，工進，快退，所以要求液壓系統(tǒng)能實現(xiàn)3</p><p>　　種速度間的轉(zhuǎn)換。其中快進行程為200mm，工進110mm，快退310mm。</p><p>　　2.3 齒輪箱的設計</p><p>　　2.3.1確定傳動線路圖</p><p>　　圖2 傳動

40、示意圖 </p><p>　　1.電動機 2.小帶輪 3.大帶輪 4.傳動軸 5.小齒輪 6.主軸 7.大齒輪</p><p>　　2.3.2帶傳動的設計</p><p>　　2.3.2.1定V帶型號和帶輪直徑</p><p>　　2.3.2.1 帶輪材料與結(jié)構(gòu)</p><p>　　當帶速v<

41、30/s的傳動帶，其帶輪一般用HT200制造。所以帶輪的材料選擇HT200。當帶輪的直徑D<2-3d時常采用實心式，中等尺寸是常采用腹板式。所以小帶輪采用實心式，大帶輪采用腹板式。</p><p>　　2.3.3 傳動軸的設計</p><p>　　2.3.3.1 軸Ⅰ的設計</p><p><b>　　軸的選材 </b></

42、p><p>　　軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，齒輪表面在進行高頻淬火</p><p>　?。?）計算齒輪受力 </p><p>　　由于軸上齒輪對稱分布所以徑向受力相互抵消</p><p>　　（3）計算支撐反力 </p><p><b>　　垂直面反力</b></p><p&g

43、t;　　F1=665N ,FR1=997.5N, FR2=332.5N</p><p>　　(4) 軸的結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　圖3 傳動軸的結(jié)構(gòu) </p><p><b>　?。?）軸的受力圖</b></p><p><b>　　圖4 軸的受力圖</b></p>

44、<p>　　(6) 軸的垂直面受力圖</p><p>　　圖5 軸的垂直面受力圖</p><p><b>　?。?） 軸的彎矩圖</b></p><p><b>　　圖6 軸的彎矩圖</b></p><p>　　最大彎矩M=40232.5N?mm</p><p

45、><b>　?。?）軸的扭矩圖</b></p><p>　　圖7 軸的扭矩圖 </p><p>　　最大轉(zhuǎn)矩為47750n?mm</p><p><b>　　軸的當量彎矩圖</b></p><p>　　圖8 軸的當量彎矩圖</p><p&

46、gt;　　2.3.3.2 主軸的設計</p><p>　　本鉆床共有六根主軸，鉆頭安裝在主軸上。故對主軸的強度剛度要求較高。為滿足要求材料選擇45號鋼，初定直徑35mm。熱處理為調(diào)質(zhì)處理，表面硬度為220-250HBS。</p><p>　　軸的設計與校核過程與上類似。 </p><p>　?。?）主軸1的結(jié)構(gòu)圖如下</p><

47、;p>　　圖9 主軸1的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　（2）主軸2的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖10 主軸2的結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　2.3.4 齒輪的設計</p><p>　　2.3.4.1 齒輪的材料</p><p>　　齒輪傳動要求齒輪表面具有較高的硬度與耐磨性，同時齒根還要具有較高的強

48、度。在齒輪傳動過程中由于小齒輪直徑小每個齒重復嚙合的次數(shù)更多，導致小齒輪過早失效。所以小齒輪選擇40Cr,大齒輪為#45鋼，表面熱處理均為表面淬火。</p><p>　　2.3.4.2 齒輪的參數(shù)設計</p><p>　　其余的齒輪配合情況與這一對相同，所以參數(shù)完全一樣</p><p>　　2.3.5 主軸箱的設計</p><p>　　主軸

49、箱是鉆床的重要部件，它上面安裝有鉆床的傳動系統(tǒng)以及主軸。其結(jié)構(gòu)的合理性和性能的好壞直接影響著機床的制造成本；影響著鉆床對零件加工的精度，同時也影響著機床的工作效率和壽命等。因此，主軸具有足夠的靜態(tài)剛度和良好的動態(tài)性能，較小的熱變形和內(nèi)應力，并易于加工制造裝配等才能滿足鉆床對床身的要求。為保證鉆床的加工精度，應嚴格保證主軸箱各壁孔間的位置精度。主軸箱鑄造后為使性能穩(wěn)定應進行時效處理。加工時使用鏜床一次鏜同一軸上的兩個壁孔。</p&g

50、t;<p>　　主軸箱的材料采用HT200，通過鑄造成型。內(nèi)壁孔的精度等級為IT6，Ra1.6。</p><p>　　2.4. 床身的設計 </p><p>　　（1）床身對鉆床性能的影響及其要求</p><p>　　床身是鉆床的主要支撐件，他支撐著鉆床的床頭箱，溜板，尾座等部件。承受著切削力，重力，摩擦力等靜態(tài)力的作用。其結(jié)構(gòu)的合理性和性能的好壞直接

51、影響著機床的制造成本；影響著鉆床各部件間的相對位置精度，和鉆床在工作中各運動部件的相對運動軌跡的準確性，從而影響工件的加工質(zhì)量，還影響機床刀具的耐用度，同時也影響著機床的工作效率和壽命等。因此，床身具有足夠的靜態(tài)剛度和良好的動態(tài)性能，較小的熱變形和內(nèi)應力，并易于加工制造裝配等才能滿足鉆床對床身的要求。</p><p>　?。?）床身的結(jié)構(gòu)設計</p><p>　　鉆床工作時，主要受到水平方

52、向和垂直方向的切削力的作用，使床身在水平面和垂直面內(nèi)發(fā)生彎曲，以及在這些分力作用下的扭矩，其中，影響最大的是床身水平面的彎曲。因此，在床身不太長的情況下，主要應提高床身在水平面內(nèi)的剛度。所以在床身的長度方向多布置幾個著力點，而且使主軸箱在靜止的時候重心落在左側(cè)的床腿間。床身的結(jié)構(gòu)如圖11。</p><p><b>　　圖11 床身</b></p><p><b

53、>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]邱宣懷、郭可謙、吳宗澤等.機械設計.4版.北京：高等教育出版社.2010.</p><p>　　[2]劉混舉、趙河明、王春燕.機械可靠性設計.北京：國防工業(yè)出版社.2010.</p><p>　　[3]楊光、席偉光、李波、陳曉岑.機械設計課程設計.2版.北京：高等教育出版社.2010.</p&

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