立式鉆床多軸頭設(shè)計(jì)【立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì)】,立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì),立式鉆床多軸頭設(shè)計(jì)【立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì)】,立式,鉆床,多軸頭,設(shè)計(jì),用軸均布多軸頭 任務(wù)書(shū) 專(zhuān)業(yè) 機(jī) 班級(jí) 姓名 下發(fā)日期 題目 立式鉆床多軸頭設(shè)計(jì) 專(zhuān)題 立式鉆床多軸頭設(shè)計(jì) 主 要 內(nèi) 容 及 要 求 主要內(nèi)容：完成立式鉆床多軸頭設(shè)計(jì)。編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，繪制裝配圖及部分 零件圖。 要求：必須以負(fù)責(zé)的態(tài)度對(duì)待自己所做的技術(shù)決定、數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果。 在教師指導(dǎo)下，獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，培養(yǎng)較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和學(xué)習(xí)能力，獲得機(jī)械 工程師的基本訓(xùn)練。整個(gè)設(shè)計(jì)在技術(shù)上是先進(jìn)的，在經(jīng)濟(jì)上是合理的，在生產(chǎn)上是可 行的。計(jì)算步驟清晰，計(jì)算結(jié)果正確；圖面整潔，視圖齊全，布局合理，線(xiàn)條、文字 及尺寸標(biāo)注符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求內(nèi)容完整， 文字通順，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，圖示清晰，重要計(jì)算公式和數(shù)據(jù)應(yīng)注明出處。 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不少于 2 萬(wàn)字，查閱文獻(xiàn) 15 篇以上，翻譯與課題有關(guān)的英文資料 2 篇， 翻譯字?jǐn)?shù)不少于 5 千漢字，繪制圖紙折合總量不少于 5 張。 主要技 術(shù)參數(shù) 見(jiàn)工件的工序圖和指定的立式鉆床 進(jìn) 度 及 完 成 日 期 3 月 23 日4 月 12 日（3 周）：課題調(diào)研，理解熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)，借閱資料，翻譯英 文文獻(xiàn)，制定設(shè)計(jì)計(jì)劃。 4 月 13 日4 月 26 日（2 周）：方案設(shè)計(jì)，選擇確定的機(jī)器總體方案和部件方案。 4 月 27 日5 月 31 日（5 周）：技術(shù)設(shè)計(jì)，在草圖的基礎(chǔ)上完成裝配圖和零件圖的 繪制。 6 月 1 日6 月 14 日（2 周）：技術(shù)文件編制，編寫(xiě)完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，打印圖紙， 上交說(shuō)明書(shū)和圖紙。 6 月 15 日6 月 21 日（1 周）：教師審閱畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生準(zhǔn)備答辯。 教學(xué)院長(zhǎng)簽字 日 期 教研室主任簽字 日 期 指導(dǎo)教師簽字 日 期 指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語(yǔ) 指導(dǎo)教師: 年 月 日 指 定 評(píng) 閱 人 評(píng) 語(yǔ) 評(píng)閱人: 年 月 日 答 辯 委 員 會(huì) 評(píng) 語(yǔ) 指導(dǎo)教師給定 成績(jī)(30%) 評(píng)閱人給定 成績(jī)(30%) 答辯成績(jī) （40%） 總 評(píng) 答辯委員會(huì)主席 簽字 評(píng) 定 成 績(jī) 摘要 本文是立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì)，可調(diào)式多軸頭各軸在圓周方向均布且方向 可方便地沿直徑方向同步調(diào)整，以適應(yīng)多種小批量生產(chǎn)條件下法蘭盤(pán)類(lèi)零件的螺孔加 工。固定試式多軸頭是根據(jù)一個(gè)典型法蘭盤(pán)類(lèi)零件而設(shè)計(jì)的，用于零件中大批量生產(chǎn) 要求。 多軸頭架的設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)源于一般的加工工藝條件，以適應(yīng)更廣闊的加工范圍。針對(duì) 工廠里多孔鉆削時(shí)，孔徑一般較小，多在 10cm 左右，而且大部分是箱體、法蘭盤(pán)等， 箱體、法蘭盤(pán)多為鑄造件，材料是鑄鐵，也有個(gè)別的被加工零件的材料是低碳鋼。根 據(jù)這些工件的切削條件，可以確定多軸頭架的工藝主參數(shù)。主參數(shù)確定后便可以進(jìn)行 多軸頭架的總體設(shè)計(jì)。多軸頭架的傳動(dòng)原理是通過(guò)齒輪嚙合增加鉆削軸的軸數(shù)，以滿(mǎn) 足多孔加工的要求。通過(guò)二級(jí)齒輪嚙合，輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)向沒(méi)變，但由于齒輪分 支傳動(dòng)，變成多根輸出軸。為了保證加工生產(chǎn)條件的安全，加上多軸頭工作時(shí)裝隔離 裝置比較困難，所以必須嚴(yán)格校核軸頭架的強(qiáng)度，以免發(fā)生事故或達(dá)不到加工要求。 可以看出，改裝后的多軸鉆床，可以同時(shí)完成多個(gè)孔的鉆、擴(kuò)、鉸等工序。工藝范 圍可以滿(mǎn)足一般加工情況的孔類(lèi)鉆削要求?？烧{(diào)多軸頭架可以起到提高生產(chǎn)效率、降 低成本、提高孔系加工精度等作用。參照該調(diào)節(jié)原理可進(jìn)行其他任意孔系加工裝置的 設(shè)計(jì)，還可以用于攻絲、擴(kuò)、锪孔等加工裝置。此外該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、 應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，值得推廣。 關(guān)鍵詞：立式鉆床；多軸頭；設(shè)計(jì)；可調(diào)；齒輪 I Abstract The design of multiple spindles heads for drilling machine whose drills spindles are adjustable or fixed are introduced. The adjustable spindles of the multiple spindles heads are located evenly in the circuit and can be adjusted synchronism on the diameters direction to meet the small scale production needs of the screw hole manufacture for flange plate parts and the fixed multiple spindles heads is design for the big scale production needs of the screw hole manufacture for flange plate parts. It cant be used to manufacture another fart, because its spindle distance is designed for the only part. The design of multiple spindles heads includes three parts, the total design, the transfer system design, and the constructive design. Because of the un-development in our manufacture industry, most companys plant lack of the machine to drill multiple holes at the same time, and its a waste of funding on the manufacturing facilities which will be laid after the parts are produced. So the economic multiple spindles heads enable the normal company to drill the multiple holes in a fast way .And same company gained the economic performance by the way of reequips the machine tools. Its the fact that the reequipped drilling machine can satisfy the process precision requirement .so the design is feasible. Based on the design of the multiple spindles heads, we can also design the others to the manufacture of the other flange plant parts. Key words: drilling machine ; multiple spindles heads; design ;adjustable; gears II 目錄 摘要 . Abstract. 目錄 . 第 1 章 緒論 .1 1.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 .1 1.2 論文主要研究?jī)?nèi)容 .2 第 2 章 設(shè)計(jì)要求 .3 第 3 章 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作 .5 3.1 產(chǎn)品圖及工藝卡. 5 3.2 選擇刀具及加工機(jī)床、夾具.7 3.3 核算多軸頭的總軸向力和消耗的總功率.14 第 4 章 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)圖 .15 4.1 齒輪模數(shù)的確定.15 4.2 確定工作軸直徑.15 4.3 選擇傳動(dòng)方式.16 4.4 確定主動(dòng)軸中心位置.17 4.5 確定傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù).19 4.6 惰輪的布置及其坐標(biāo)計(jì)算.22 4.7 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖.25 4.8 檢查結(jié)構(gòu)上的干涉現(xiàn)象.25 第 5 章 齒輪的幾何尺寸計(jì)算 .28 第 6 章 繪制多軸頭總圖 .30 第 7 章 軸承壽命的計(jì)算 .31 7.1 單列向心球軸承的驗(yàn)算.31 7.2 止推軸承的驗(yàn)算.32 III 結(jié)論 .34 參考文獻(xiàn) .35 致謝 .36 附件 1 .37 附件 2 .45 0 第 1 章 緒論 1.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 當(dāng)前，我國(guó)中小零部件機(jī)械產(chǎn)業(yè)正處于穩(wěn)步發(fā)展的成熟期，國(guó)外進(jìn)口設(shè)備一統(tǒng)天 下的局面已經(jīng)結(jié)束，國(guó)產(chǎn)零部件機(jī)械已經(jīng)成為主力。主要表現(xiàn)如下： 一、國(guó)產(chǎn)機(jī)械的技術(shù)水平已接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平，大規(guī)?？恳M(jìn)技術(shù)發(fā)展的 時(shí)代已經(jīng)結(jié)束，吸收、學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的渠道和方法大為增強(qiáng)，自身開(kāi)發(fā)能力大大 提升，大型機(jī)械開(kāi)發(fā)周期一般不超過(guò)一年。 二、行業(yè)格局發(fā)生很大變化。一是國(guó)外著名的機(jī)械企業(yè)紛紛在中國(guó)建廠，改變了 機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的結(jié)構(gòu)。它們?cè)跈C(jī)械方面具有雄厚的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，代表著世界領(lǐng)先 水平，今后將對(duì)中國(guó)機(jī)械行業(yè)的生產(chǎn)格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。其在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、制造及知識(shí) 產(chǎn)權(quán)保護(hù)等許多方面給中國(guó)企業(yè)提供了學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。二是國(guó)內(nèi)著名大企業(yè)成功介入機(jī)械 產(chǎn)品的生產(chǎn)，并向多品種方向發(fā)展，憑借大廠在經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、制造方面的實(shí)力， 其機(jī)械產(chǎn)品在銷(xiāo)售市場(chǎng)上已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位。這些變化，極大增強(qiáng)了我國(guó)機(jī)械行業(yè) 的實(shí)力，對(duì)中小企業(yè)的發(fā)展也有很大影響。 三、一批民營(yíng)中小企業(yè)迅速成長(zhǎng)壯大，規(guī)模和技術(shù)實(shí)力大增。 尚存問(wèn)題有待解決 。在看到我國(guó)零部件機(jī)械行業(yè)獲得長(zhǎng)足發(fā)展的同時(shí)，一些潛在 的問(wèn)題也不容忽視。首先，我國(guó)多數(shù)機(jī)械企業(yè)規(guī)模偏小，抵抗風(fēng)險(xiǎn)能力有限，回款率 低，流動(dòng)資金不足。其次，也如同其他產(chǎn)品一樣，我國(guó)零部件機(jī)械存在著科技投入不 足、創(chuàng)新能力偏低等問(wèn)題。對(duì)基本研發(fā)的投入很少，采用挖人才、“偷” 技術(shù)的方式很 普遍。所以各家的產(chǎn)品都是大同小異，很少有標(biāo)志性的技術(shù)，原始創(chuàng)新很少。第三， 零部件機(jī)械廠家正面臨著水、電、鋼材等原材料持續(xù)上漲的壓力，利潤(rùn)損失較大，不 利于進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)。第四，對(duì)出口歐洲、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的產(chǎn)品，由于不熟 悉其市場(chǎng)準(zhǔn)入和標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)常遭遇“專(zhuān)利門(mén)檻” 問(wèn)題，對(duì)產(chǎn)品出口產(chǎn)生不利影響。 認(rèn)清趨勢(shì)促進(jìn)發(fā)展 。針對(duì)上述問(wèn)題，相關(guān)企業(yè)要重視創(chuàng)新，主動(dòng)加大科技投入； 樹(shù)立尊重知識(shí)、保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的法律意識(shí)；企業(yè)對(duì)技術(shù)骨干要有留人和防挖辦法；可 在市場(chǎng)接受的范圍內(nèi)，適當(dāng)進(jìn)行漲價(jià)，以促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展。 1.2 論文主要研究?jī)?nèi)容 1 多軸頭主要用于快速鉆孔。是目前國(guó)內(nèi)剛興起的一種提高生產(chǎn)效率、降低成本的 工作母機(jī)。隨著國(guó)內(nèi)汽配行的發(fā)展，各零部件供應(yīng)商之間競(jìng)爭(zhēng)激烈，選擇一種高性能、 高效率的機(jī)床是企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的一種行之有效的途徑。一臺(tái)普 通的多軸頭一臺(tái)普通的鉆床就能一次把幾個(gè)乃至十幾、二十幾個(gè)孔或螺紋一次性加 工出來(lái)。如再配上專(zhuān)用多軸鉆孔機(jī)就能把好幾個(gè)面上的孔或螺紋一次性加工完成。解 決許多工件難以裝夾、定位或定位不準(zhǔn)的問(wèn)題。多軸頭鉆床設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，加工精度高， 性能穩(wěn)定，鉆孔能力強(qiáng)。適用于高精度鉆孔，鏜孔。解決了高精度鉆孔，鏜孔上加工 中心加工成本高的問(wèn)題。絲錐夾頭夾持范圍大節(jié)省攻不同直徑的螺紋需換芯的時(shí)間。 齒輪傳動(dòng)多軸頭設(shè)計(jì)是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械課題，對(duì)設(shè)計(jì)者的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)要求較高。 多軸頭的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是程序性強(qiáng)。我們應(yīng)按照設(shè)計(jì)程序，逐步進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。 第 2 章 設(shè)計(jì)要求 2 按工藝安排，在鉆床上同時(shí)加工如表 2-1 和表 2-2 所示的兩種零件。為節(jié)省更換多 軸頭所需的輔助時(shí)間，要求設(shè)計(jì)一套兩種零件都能加工的通用多軸頭。 表 2-1 加工零件 1 及工序 表 2-2 加工零件 2 及工序 零件名稱(chēng) 底蓋前鋼板彈簧前支架 工序名稱(chēng) 鉆四孔 設(shè)備型號(hào) Z535 工 序 號(hào) 工序內(nèi)容 夾 具 輔 圖 刀 具 刀輔 具 量 具 S （毫 米/ 轉(zhuǎn)） n（ 轉(zhuǎn)/ 分） V （米 /秒） T 機(jī) T 單 T 總 2 同時(shí)鉆四 個(gè)14.5 通孔，保 證孔間距 156 和 70，4- 14.5 軸 線(xiàn)對(duì) 、面 的位移度 不大于 . 0.21 365 16.6 0.33 0.65 0.85 3 第 3 章 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作 零件名稱(chēng) 底蓋前鋼板彈簧后支架 工序名稱(chēng) 鉆四孔 設(shè)備型號(hào) Z535 工 序 號(hào) 工序內(nèi)容 夾 具 輔 圖 刀 具 刀輔 具 量 具 S （毫 米/ 轉(zhuǎn)） n（ 轉(zhuǎn)/ 分） V （米 /秒） T 機(jī) T 單 T 總 2 同時(shí)鉆四 個(gè)14.5 通孔，保 證孔間距 156 和 70，4- 14.5 軸 線(xiàn)對(duì) 、面 的位移度 不大于 . 0.21 365 16.6 0.33 0.65 0.85 4 3.1 產(chǎn)品圖及工藝卡 3.1.1 產(chǎn)品圖。 產(chǎn)品圖見(jiàn)圖紙。本產(chǎn)品毛坯為鑄造件，材料為 HT100。生產(chǎn)批量：中等批量。 3.1.2 工藝卡。 本工藝卡為產(chǎn)品的工藝過(guò)程，本產(chǎn)品的重點(diǎn)工序是 4（3）個(gè)直徑為 14.5mm 的孔 的加工，從產(chǎn)品圖我們可以知道，產(chǎn)品毛坯為鑄造件。但在鑄造時(shí)，產(chǎn)品是否要留余 量，以及留多少；產(chǎn)品是否需要留有鑄造通孔等都是需要考慮的問(wèn)題。 我根據(jù)8中表 39.37 查得鑄造余量為 4mm，再根據(jù)9表 1166 查得：當(dāng) 孔徑 時(shí)，不需鑄造孔。所以本產(chǎn)品不需要鑄造孔。 從零件圖上看，底蓋的加工工藝流程可定為：鑄造銑鉆。其中銑這一工 藝是為了鉆孔進(jìn)行的輔助工序或準(zhǔn)備工序，只要能達(dá)到尺寸及粗糙度要求即可，所以 這不是本零件的主要工序。本零件的重點(diǎn)工序是四個(gè)（三個(gè)）孔的加工工序，因?yàn)檫@ 幾個(gè)孔必須保證位置的要求，而且這幾個(gè)孔并不是環(huán)型規(guī)則布置，不可能采用分度盤(pán) 來(lái)加工；其次如果采用畫(huà)線(xiàn)來(lái)加工的話(huà)，位置誤差將會(huì)很大，不能保證零件的技術(shù)要 求；即使我們采用了畫(huà)線(xiàn)來(lái)加工，對(duì)我們的生產(chǎn)員工的技術(shù)水平有很大的要求，會(huì)大 大降低生產(chǎn)率。我們?yōu)榱四芴岣呱a(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，我們似乎可以選擇一種可以 一次完成加工的設(shè)備，這個(gè)設(shè)備必須滿(mǎn)足零件的設(shè)計(jì)要求，不需定位直接將零件的幾 個(gè)孔加工出來(lái)。為此，我選擇多軸頭來(lái)加工這幾個(gè)孔，多軸頭既能保證零件的各項(xiàng)技 術(shù)要求，有能提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本的作用。所以對(duì)幾個(gè)孔的加工我采用多軸頭 這一輔助設(shè)備來(lái)加工。 下面是這個(gè)產(chǎn)品的工藝方案。見(jiàn)表 3-1 和表 3-2 我們可以比較，因?yàn)閳D紙對(duì)產(chǎn)品有粗糙度要求，所以我認(rèn)為需要將對(duì)產(chǎn)品的加工 分為粗加工和精加工，以此滿(mǎn)足產(chǎn)品的表面粗糙度。所以選擇方案一。 表 3-1：方案一 工序號(hào) 工序名稱(chēng) 工序內(nèi)容 5 0 鑄造 砂型鑄造，清砂。 5 銑 以零件的下底面為粗基準(zhǔn)，銑底蓋的上表面，保證 個(gè)尺寸余量 0.2。 10 銑 以上以加工免為精基準(zhǔn)，加工下表面，使鉆孔臺(tái)厚 度為 16.2mm，表面至要求。 15 檢驗(yàn) 檢驗(yàn)各個(gè)尺寸至要求。 20 銑 求。 以鉆孔臺(tái)下表面為基準(zhǔn)，精銑上表面至圖紙要 25 鉆 采用多軸頭鉆孔，一次完成 4（3）個(gè)孔的加工， 使各要求滿(mǎn)足。 30 檢驗(yàn) 檢驗(yàn)各個(gè)尺寸至要求。 35 入庫(kù) 表 3-2：方案二 工序號(hào) 工序名稱(chēng) 工序內(nèi)容 0 鑄造 砂型鑄造，清砂。 5 銑 以零件的下底面為粗基準(zhǔn)，銑底蓋的上表面，保證個(gè) 尺寸余量 0.2。 10 銑 以上以加工免為精基準(zhǔn)，加工下表面，使鉆孔臺(tái)厚度 為 16mm，表面至要求。 15 檢驗(yàn) 檢驗(yàn)各個(gè)尺寸至要求。 20 鉆 采用多軸頭鉆孔，一次完成 4（3）個(gè)孔的加工，使各 要求滿(mǎn)足。 25 檢驗(yàn) 檢驗(yàn)各個(gè)尺寸至要求。 30 入庫(kù) 3.2 選擇刀具及加工機(jī)床、夾具 3.2.1 刀具圖 6 刀具是機(jī)械制造中用于切削加工的工具，又稱(chēng)切削工具。廣義的切削工具既 包括刀具，還包括磨具。 絕大多數(shù)的刀具是機(jī)用的，但也有手用的。由于機(jī)械制造中使用的刀具基本上都用 于切削金屬材料，所以“ 刀具 ”一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則 稱(chēng)為木工刀具。 刀具的發(fā)展在人類(lèi)進(jìn)步的歷史上占有重要的地位。中國(guó)早在公元前 28前 20 世紀(jì)， 就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質(zhì)刀具。戰(zhàn)國(guó)后期(公元前三世紀(jì))，由于掌握 了滲碳技術(shù)，制成了銅質(zhì)刀具。當(dāng)時(shí)的鉆頭和鋸，與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處。 然而，刀具的快速發(fā)展是在 18 世紀(jì)后期，伴隨蒸汽機(jī)等機(jī)器的發(fā)展而來(lái)的。1783 年，法國(guó)的勒內(nèi)首先制出銑刀。1792 年，英國(guó)的莫茲利制出絲錐和板牙。有關(guān)麻花鉆 的發(fā)明最早的文獻(xiàn)記載是在 1822 年，但直到 1864 年才作為商品生產(chǎn)。 那時(shí)的刀具是用整體高碳工具鋼制造的，許用的切削速度約為 5 米/分。1868 年， 英國(guó)的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼。1898 年，美國(guó)的泰勒和懷特發(fā)明高速鋼。 1923 年，德國(guó)的施勒特爾發(fā)明硬質(zhì)合金。 在采用合金工具鋼時(shí)，刀具的切削速度提高到約 8 米/分，采用高速鋼時(shí)，又提高 兩倍以上，到采用硬質(zhì)合金時(shí)，又比用高速鋼提高兩倍以上，切削加工出的工件表面 質(zhì)量和尺寸精度也大大提高。 由于高速鋼和硬質(zhì)合金的價(jià)格比較昂貴，刀具出現(xiàn)焊接和機(jī)械夾固式結(jié)構(gòu)。 19491950 年間 ,美國(guó)開(kāi)始在車(chē)刀上采用可轉(zhuǎn)位刀片，不久即應(yīng)用在銑刀和其他刀具上。 1938 年，德國(guó)德古薩公司取得關(guān)于陶瓷刀具的專(zhuān)利。1972 年，美國(guó)通用電氣公司生產(chǎn) 了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速 度切削。 1969 年，瑞典山特維克鋼廠取得用化學(xué)氣相沉積法，生產(chǎn)碳化鈦涂層硬質(zhì)合金刀 片的專(zhuān)利。1972 年，美國(guó)的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法，在硬質(zhì)合金或高速 鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質(zhì)層。表面涂層方法把基體材料的高強(qiáng)度和韌性， 與表層的高硬度和耐磨性結(jié)合起來(lái)，從而使這種復(fù)合材料具有更好的切削性能。 刀具按工件加工表面的形式可分為五類(lèi)。加工各種外表面的刀具，包括車(chē)刀、刨 刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等；孔加工刀具，包括鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鏜刀、鉸刀和內(nèi) 表面拉刀等；螺紋加工工具，包括絲錐、板牙、自動(dòng)開(kāi)合螺紋切頭、螺紋車(chē)刀和螺紋 7 銑刀等；齒輪加工刀具，包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等；切斷刀具， 包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車(chē)刀和鋸片銑刀等等。此外，還有組合刀具。 按切削運(yùn)動(dòng)方式和相應(yīng)的刀刃形狀，刀具又可分為三類(lèi)。通用刀具，如車(chē)刀、刨 刀、銑刀(不包括成形的車(chē)刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀和鋸 等；成形刀具，這類(lèi)刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀，如成 形車(chē)刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等；展成刀具是 用展成法加工齒輪的齒面或類(lèi)似的工件，如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐 齒輪銑刀盤(pán)等。 各種刀具的結(jié)構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作 部分都做在刀體上；鑲齒結(jié)構(gòu)刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上。 刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類(lèi)。帶孔刀具依靠?jī)?nèi)孔套裝在機(jī)床的主軸或心軸 上，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。 帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車(chē)刀、刨刀等一般為矩形柄； 圓錐柄靠錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩；圓柱柄一般適用于較小的麻花 鉆、立銑刀等刀具，切削時(shí)借助夾緊時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩。很多帶柄的刀 具的柄部用低合金鋼制成，而工作部分則用高速鋼把兩部分對(duì)焊而成。 刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié) 構(gòu)、排屑或容儲(chǔ)切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。有的刀具的工作部分就是切 削部分，如車(chē)刀、刨刀、鏜刀和銑刀等；有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準(zhǔn) 部分，如鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、內(nèi)表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除 切屑，校準(zhǔn)部分的作用是修光已切削的加工表面和引導(dǎo)刀具。 刀具工作部分的結(jié)構(gòu)有整體式、焊接式和機(jī)械夾固式三種。整體結(jié)構(gòu)是在刀體 上做出切削刃；焊接結(jié)構(gòu)是把刀片釬焊到鋼的刀體上；機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)又有兩種， 一種是把刀片夾固在刀體上，另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上。硬質(zhì)合金刀具 一般制成焊接結(jié)構(gòu)或機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)；瓷刀具都采用機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)。 刀具切削部分的幾何參數(shù)對(duì)切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響。增大 前角，可減小前刀面擠壓切削層時(shí)的塑性變形，減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力，從而 減小切削力和切削熱。但增大前角，同時(shí)會(huì)降低切削刃的強(qiáng)度，減小刀頭的散熱體積。 在選擇刀具的角度時(shí)，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工 8 性質(zhì)(粗、精加工) 等，必須根據(jù)具體情況合理選擇。通常講的刀具角度，是指制造和測(cè) 量用的標(biāo)注角度在實(shí)際工作時(shí)，由于刀具的安裝位置不同和切削運(yùn)動(dòng)方向的改變，實(shí) 際工作的角度和標(biāo)注的角度有所不同，但通常相差很小。 制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性 和化學(xué)惰性，良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等)，并不易變形。 通常當(dāng)材料硬度高時(shí)，耐磨性也高；抗彎強(qiáng)度高時(shí)，沖擊韌性也高。但材料硬度 越高，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，以 及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是硬質(zhì)合金。 聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等；聚晶金剛石適用于切削不 含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等；碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、 板牙和絲錐等工具。 硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片現(xiàn)在都已用化學(xué)氣相沉積法涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬 層或復(fù)合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具，也可用于高速 鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的障壁， 使刀具在切削時(shí)的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高 13 倍以 上。 由于在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加 工材料越來(lái)越多，切削加工的自動(dòng)化水平和對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高。為了適應(yīng)這 種情況，刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料；進(jìn)一步發(fā)展刀具的氣相沉積 涂層技術(shù)，在高韌性高強(qiáng)度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度 與強(qiáng)度間的矛盾；進(jìn)一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)；提高刀具的制造精度，減小產(chǎn)品質(zhì) 量的差別，并使刀具的使用實(shí)現(xiàn)最佳化。 這里我選用硬質(zhì)合金鉆頭，鉆頭直徑為 ，如圖 3-1。 9 圖 3-1 刀具圖 3.2.2 機(jī)床有關(guān)規(guī)格尺寸 1. 概 述 鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng) 為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度相對(duì)較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具， 可擴(kuò)、锪孔，鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。鉆床可分為下列類(lèi)型： (1)臺(tái)式鉆床：可安放在作業(yè)臺(tái)上，主軸垂直布置的小型鉆床。 (2)立式鉆床：主軸箱和工作臺(tái)安置在立柱上，主軸垂直布置的鉆床。 (3)搖臂鉆床：搖臂可繞立柱回轉(zhuǎn)、升降，通常主軸箱可在搖臂上作水平移動(dòng)的鉆床。 它適用于大件和不同方位孔的加工。 (4)銑鉆床：工作臺(tái)可縱橫向移動(dòng)，鉆軸垂直布置，能進(jìn)行銑削的鉆床。 (5)深孔鉆床：使用特制深孔鉆頭，工件旋轉(zhuǎn)，鉆削深孔的鉆床。 (6)平端面中心孔鉆床：切削軸類(lèi)端面和用中心鉆加工的中心孔鉆床。 (7)臥式鉆床：主軸水平布置，主軸箱可垂直移動(dòng)的鉆床。 2. 我選用立式鉆床 Z535,規(guī)格尺寸如下： 10 表 3-1：鉆床規(guī)格尺寸 主軸轉(zhuǎn)速 電機(jī)功率產(chǎn)品 名稱(chēng) 型號(hào) 最大鉆 孔直徑 （mm） 主軸端 至底面 距離 （mm） 主軸中 心線(xiàn)至 立柱表 面距離 （mm） 級(jí)數(shù) 范圍 （r/min） 主軸行 程 （mm） 主電機(jī) 總?cè)萘?立式 鉆床 Z535 35 0.75 300 9 68-1100 225 4 4 重量 毛重 凈重 外包箱直徑 長(zhǎng) x 寬 x 高 （mm） 外形尺寸 長(zhǎng) x 寬 x 高 （mm） 1.6 1480 x1042x2785 1280 x842x2585 3.2.3 夾具圖 機(jī)械制造過(guò)程中用來(lái)固定加工對(duì)象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測(cè)的 裝置。又稱(chēng)卡具。從廣義上說(shuō)，在工藝過(guò)程中的任何工序，用來(lái)迅速、方便、安全地 安裝工件的裝置，都可稱(chēng)為夾具。例如焊接夾具、檢驗(yàn)夾具、裝配夾具、機(jī)床夾具等。 其中機(jī)床夾具最為常見(jiàn)，常簡(jiǎn)稱(chēng)為夾具 。在機(jī)床上加工工件時(shí)，為使工件的表面能達(dá) 到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度等技術(shù)要求 ，加工前必 須將工件裝好（定位）、夾牢（夾緊）。夾具通常由定位元件（確定工件在夾具中的 正確位置）、夾緊裝置 、對(duì)刀引導(dǎo)元件(確定刀具與工件的相對(duì)位置或?qū)б毒叻较?、 分度裝置（使工件在一次安裝中能完成數(shù)個(gè)工位的加工，有回轉(zhuǎn)分度裝置和直線(xiàn)移動(dòng) 分度裝置兩類(lèi)）、連接元件以及夾具體（夾具底座）等組成。 夾具種類(lèi)按使用特點(diǎn)可分為：萬(wàn)能通用夾具。如機(jī)用虎鉗、卡盤(pán)、分度頭和回 轉(zhuǎn)工作臺(tái)等，有很大的通用性，能較好地適應(yīng)加工工序和加工對(duì)象的變換，其結(jié)構(gòu)已 定型，尺寸、規(guī)格已系列化，其中大多數(shù)已成為機(jī)床的一種標(biāo)準(zhǔn)附件。專(zhuān)用性?shī)A具。 為某種產(chǎn)品零件在某道工序上的裝夾需要而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造，服務(wù)對(duì)象專(zhuān)一，針對(duì)性很 強(qiáng)，一般由產(chǎn)品制造廠自行設(shè)計(jì)。常用的有車(chē)床夾具、銑床夾具、鉆模(引導(dǎo)刀具在工 11 件上鉆孔或鉸孔用的機(jī)床夾具)、鏜模(引導(dǎo)鏜刀桿在工件上鏜孔用的機(jī)床夾具)和隨行 夾具（用于組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)上的移動(dòng)式夾具）。可調(diào)夾具?？梢愿鼡Q或調(diào)整元件的 專(zhuān)用夾具。組合夾具。由不同形狀、規(guī)格和用途的標(biāo)準(zhǔn)化元件組成的夾具，適用于 新產(chǎn)品試制和產(chǎn)品經(jīng)常更換的單件、小批生產(chǎn)以及臨時(shí)任務(wù)。 夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、 環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向 發(fā)展。 一、高精 隨著機(jī)床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對(duì)夾具的制造精 度要求更高。 二、高效 為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來(lái)越多。為了減 少工件的安裝時(shí)間，各種自動(dòng)定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動(dòng)和 液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開(kāi) 工件只用 12 秒，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，為機(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。 三、模塊、組合 夾具元件模塊化是實(shí)現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計(jì)的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元 件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開(kāi)發(fā)的基點(diǎn)。省工、省時(shí)，節(jié)材、節(jié)能， 體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打 下基礎(chǔ)，應(yīng)用 CAD 技術(shù)，可建立元件庫(kù)、典型夾具庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)和用戶(hù)使用檔案庫(kù)，進(jìn)行 夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶(hù)三維實(shí)體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過(guò)程，既能為用戶(hù)提 供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗(yàn)，了解市場(chǎng)需求，不斷地改 進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。 四、通用、經(jīng)濟(jì) 夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比 較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性 好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。 底蓋的鉆孔夾具設(shè)計(jì)由于時(shí)間緊張，未能將完整設(shè)計(jì)圖紙畫(huà)出來(lái)，現(xiàn)在只將設(shè)計(jì) 方案表達(dá)如下，如圖 3-2，底蓋的夾緊和固定都采用定位銷(xiāo)，用定位銷(xiāo)和平臺(tái)將底蓋的 各個(gè)自由度限制，這樣就能滿(mǎn)足底蓋鉆孔的要求。 12 13 3.3 核算多軸頭的總軸向力（ ）和消耗的總功率（ ） 要核算多軸頭的總軸向力和消耗的總功率，使其不超過(guò)機(jī)床允許的最大軸向力和 機(jī)床的額定功率。核算公式如下： (3-1) (3-2) 式中：N 為多軸頭各工作軸消耗的功率的總和; 為多軸頭每個(gè)工作軸消耗的功率 為機(jī)床的額定功率 P 為多軸頭各工作軸軸向力的總和 為各工作軸的軸向力 為機(jī)床允許的最大軸向力 首先計(jì)算每個(gè)工作軸的切削扭矩（ ）和軸向力（ ）： （ ） (3-3) (N) (3-4) 因?yàn)槊總€(gè)工作軸的 和 相等，所以多軸頭的總軸向力和消耗的總功率為： （N） (kW) 查 Z235 機(jī)床說(shuō)明書(shū)，機(jī)床主軸最大進(jìn)給抗力 ，主電機(jī)功率 。 核對(duì)可知： ，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 14 第 4 章 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)圖 多軸頭齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要保證工藝要求，又要保證多軸頭的結(jié)構(gòu)的緊湊性。 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，其內(nèi)容包括：齒輪模數(shù)和工作軸直徑的確定，傳動(dòng)方式 的選擇，主動(dòng)軸中心位置的確定，傳動(dòng)比及齒輪齒數(shù)的確定，布置惰輪，檢查結(jié)構(gòu)上 的干涉現(xiàn)象，傳動(dòng)系統(tǒng)圖的坐標(biāo)計(jì)算與繪制等。 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)圖應(yīng)按照所規(guī)定的符號(hào)繪制。齒輪中心及分度圓應(yīng)盡可能畫(huà)得準(zhǔn)確 （精度在 0.20.3mm），這樣便于用圖解法核對(duì)所計(jì)算的坐標(biāo)尺寸。 在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)圖中應(yīng)清晰的表明：齒輪的傳動(dòng)方式，各齒輪的齒數(shù)及模數(shù)，主 動(dòng)軸及工作軸的旋轉(zhuǎn)方向，齒輪層數(shù)（對(duì)兩層以上）。同時(shí)還應(yīng)在圖旁注明：工作軸 每分鐘轉(zhuǎn)速、工作軸每分鐘進(jìn)給量及傳動(dòng)比等。 下面按設(shè)計(jì)步驟分別討論每項(xiàng)內(nèi)容的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方法。 4.1 齒輪模數(shù)的確定 在一般齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，齒輪模數(shù)是按齒輪的抗彎強(qiáng)度和齒面疲勞強(qiáng)度計(jì)算的， 然后經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。但是由于齒輪傳動(dòng)多軸頭在生產(chǎn)中早已廣泛應(yīng)用，在使用和制造 方面已有一定的經(jīng)驗(yàn)，在1中，有關(guān)多軸頭齒輪的結(jié)構(gòu)和規(guī)格參數(shù)，以及齒輪的材 料、熱處理、齒寬及工作條件都作了規(guī)定，所以當(dāng)利用1所介紹的齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)， 可根據(jù)加工孔徑，按表 4-1 查得齒輪模數(shù)，此表查得的模數(shù)為主動(dòng)輪的模數(shù)，每個(gè)主 動(dòng)齒輪可帶動(dòng)三個(gè)工作軸。 表 4-1 加工孔徑與模數(shù) 加工孔徑 8 815 1520 模數(shù) 1.52 22.5 2.53 從中查得：主動(dòng)輪的模數(shù) m2.5。 4.2 確定工作軸直徑 多軸頭工作軸直徑是按扭轉(zhuǎn)剛度所計(jì)算的，若工作軸不兼做中間軸使用時(shí)，其直 徑可按表 4-2 查得。 15 表 4-2 加工孔徑與工作軸直徑 加工孔徑 C，大于所 要求的工作能力系數(shù)，可以選用。 7.2 止推軸承的驗(yàn)算 單向推力軸承的工作能力系數(shù) C 的計(jì)算與前面的相同，其中計(jì)算負(fù)荷應(yīng)按下式計(jì) 算: （7-10） 式中 為某個(gè)工作軸上的軸向力。 32 這個(gè)軸承中,其中 (N),所以可以得到: （7-11） （7-12） 查軸承手冊(cè),允許的工作能力系數(shù)C=31000,即CC,滿(mǎn)足所需,可以使用. 33 結(jié)論 由本文的論述，我們了解到：通過(guò)對(duì)底蓋的加工工藝與多軸頭的設(shè)計(jì)，在齒輪、 各種輔助零部件、工藝流程等方面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和選擇，有效提高了加工效率和產(chǎn)品 質(zhì)量，提高了可靠性，具備一定的先進(jìn)性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為解 決此類(lèi)多孔零件的加工問(wèn)題舉了一個(gè)實(shí)例。 34 參考文獻(xiàn) 1第一汽車(chē)制造廠工藝裝備設(shè)計(jì)室編.齒輪傳動(dòng)多軸頭設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1979 2大連組合機(jī)床研究所編.組合機(jī)床設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，1978 3上海柴油機(jī)廠工藝設(shè)備研究所編.金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，1984 4王秀青.鉆軸均布可調(diào)鉆床用多軸頭.機(jī)械工程師.2000， （3） 5丁志強(qiáng)等. 基于知識(shí)工程的多軸頭傳動(dòng)智能 CAD 設(shè)計(jì)系統(tǒng).機(jī)電工程.2004 年（5） 6萬(wàn)東海.多軸頭設(shè)計(jì)及計(jì)算車(chē)橋輪轂孔系加工.江南航天科技.1997， （3） 7 Boyes W E.Hand Book of Jig and Fixture design.2ed ed.Michigan:SEM,1986 8機(jī)械工程手冊(cè)、機(jī)電工程手冊(cè)編輯委員會(huì).機(jī)械工程手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社 9機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫(xiě)組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社 10胡家秀.簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.2003 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