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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 目 錄 前 言 1 1 課題介紹 3 2 風能發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架鉆模的設(shè)計 4 2 1 加工產(chǎn)品的介紹 4 2 2 風能發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架鉆模加工演示 5 2 3 鉆模簡介及選擇 6 2 3 1 鉆模的定義及優(yōu)點 6 2 3 2 鉆模的類型及選擇 6 2 3 3 鉆模板的類型及選擇 8 2 3 4 鉆套的類型與選擇 11 2 4 鉆模的設(shè)計 13 2 4 1 定位方案 13 2 4 2 夾緊方案 14 2 4 3 鉆套的設(shè)計 15 2 4 4 鉆模板的設(shè)計 16 3 風能發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架鉆模的工藝 19 3 1 鉆模板的工藝 19 3 2 定向鍵的加工工藝 22 參考文獻 24 總 結(jié) 25 致 謝 26 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 1 前 言 眾 所 周 知 全 球 的 能 源 爭 奪 戰(zhàn) 已 經(jīng) 進 入 白 熱 化 階 段 隨 著 人 類 社 會 的 進 步 人 口 的 增 長 地 球 上 的 各 種 資 源 漸 漸 被 消 耗 枯 竭 人 類 正 面 臨 著 嚴 重 的 能 源 危 機 我 們 迫 切 的 尋 找 各 種 能 替 代 的 新 型 能 源 世 界 能 源 危 機 是 人 為 造 成 的 能 源 短 缺 其 中 石 油 資 源 將 會 在 一 代 人 的 時 間 內(nèi) 枯 竭 它 的 蘊 藏 量 不 是 無 限 的 容 易 開 采 和 利 用 的 儲 量 已 經(jīng) 不 多 剩 余 儲 量 的 開 發(fā) 難 度 越 來 越 大 到 一 定 限 度 就 會 失 去 繼 續(xù) 開 采 的 價 值 在 世 界 能 源 消 費 以 石 油 為 主 導(dǎo) 的 條 件 下 如 果 能 源 消 費 結(jié) 構(gòu) 不 改 變 就 會 發(fā) 生 能 源 危 機 另 一 大 資 源 煤 炭 雖 比 石 油 多 但 也 不 是 取 之 不 盡 的 代 替 石 油 的 其 他 能 源 資 源 除 了 煤 炭 之 外 能 夠 大 規(guī) 模 利 用 的 還 很 少 人 類 已 經(jīng) 估 計 到 非 再 生 礦 物 能 源 資 源 枯 竭 可 能 帶 來 的 危 機 從 而 將 注 意 力 轉(zhuǎn) 移 到 新 的 能 源 結(jié) 構(gòu) 上 探 索 研 究 開 發(fā) 利 用 新 能 源 資 源 現(xiàn) 在 已 經(jīng) 開 發(fā) 的 新 型 能 源 有 燃 料 電 池 甲 醇 生 物 能 太 陽 能 潮 汐 能 和 風 能 等 但 是 迄 今 為 止 只 有 水 利 發(fā) 電 和 核 能 有 明 顯 的 功 效 不 過 風 能 卻 有 很 大 的 研 究 價 值 和 發(fā) 展 潛 力 風 能 是 太 陽 輻 射 下 流 動 所 形 成 的 風 能 與 其 他 能 源 相 比 具 有 明 顯 的 優(yōu) 勢 它 蘊 藏 量 大 是 水 能 的 10 倍 分 布 廣 泛 永 不 枯 竭 對 交 通 不 便 遠 離 主 干 電 網(wǎng) 的 島 嶼 及 邊 遠 地 區(qū) 尤 為 重 要 風 力 發(fā) 電 是 當 代 人 利 用 風 能 最 常 見 的 形 式 自 19 世 紀 末 丹 麥 研 制 成 風 力 發(fā) 電 機 以 來 人 們 認 識 到 石 油 等 能 源 會 枯 竭 才 重 視 風 能 的 發(fā) 展 利 用 風 來 做 其 它 的 事 情 現(xiàn) 在 風 能 的 利 用 也 漸 漸 的 被 推 廣 在 一 些 新 修 的 馬 路 邊 上 可 以 看 見 一 排 排 帶 風 車 的 路 燈 那 些 風 車 就 是 風 力 發(fā) 電 機 只 要 有 風 風 葉 便 能 帶 動 發(fā) 電 機 的 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 動 產(chǎn) 生 的 電 流 以 電 能 的 形 式 儲 存 在 蓄 電 池 里 以 備 晚 上 路 燈 照 明 2008 年 9 月 德 國 Enercon 公 司 建 造 世 界 上 最 大 的 風力發(fā) 電 機 該 風 力 發(fā) 電 機 旋 葉 的 直 徑 約 有 126 米 重 量 超 過 120 噸 發(fā) 電 機 巨 型 三 葉 轉(zhuǎn) 子 距 離 地 面 的 高 度 超 過 了 180 米 其 中 定 子 重 量 就 有 140 噸 如 圖 1 所 示 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 2 風 力 發(fā) 電 機 正 朝 著 大 功 率 大 型 號 的 方 向 發(fā) 展 直 徑 幾 米 甚 至 十 幾 米 的 發(fā) 電 機 其 轉(zhuǎn) 子 與 定 子 的 型 號 也 跟 著 飆 升 這 帶 來 了 很 多 新 問 題 像 這 種 巨 型 的 轉(zhuǎn) 子 和 定 子 的 制 造 要 使 用 專 門 的 機 床 擬 定 新 的 工 藝 路 線 特 別 是 巨 型 產(chǎn) 品 的 加 工 本 畢 業(yè) 設(shè) 計 就 是 與 風 能 發(fā) 電 機 的 定 子 有 關(guān) 發(fā) 電 機 的 定 子 又 叫 轉(zhuǎn) 子 支 架 本 文 所 涉 及 的 風 能 發(fā) 電 機 是 大 型 風 電 場 所 用 的 其 直 徑 有 4 米 多 轉(zhuǎn) 子 支 架 有 3596mm 轉(zhuǎn) 子 支 架 的 加 工 步 驟 大 體 分 四 步 車 外 圓 銑 方 槽 鉆 孔 攻 絲 其 中 車 外 圓 可 以 使 用 大 型 的 立 車 銑 方 槽 則 使 用 專 用 升 降 銑 床 然 而 鉆 孔 出 現(xiàn) 了 一 個 難 以 解 決 的 問 題 特 別 是 轉(zhuǎn) 子 支 架 圓 柱 壁 上 的 螺 紋 孔 現(xiàn) 在 不 是 在 鋼 板 上 鉆 孔 而 是 在 圓 柱 面 上 鉆 孔 因 此 增 加 了 加 工 難 度 本 畢 業(yè) 設(shè) 計 就 是 為 了 解 決 這 一 難 題 像 這 種 特 殊 但 又 有 規(guī) 律 的 孔 可 以 考 慮 使 用 鉆 模 本 設(shè) 計 的 課 題 就 是 設(shè) 計 此 鉆 模 既 要 加 工 簡 單 又 要 保 證 孔 的 位 置 度 要 求 和 精 度 并 且 盡 量 降 低 加 工 成 本 低 在 設(shè) 計 過 程 中 指 導(dǎo) 老 師 文 美 純 及 本 人 師 父 樂 喜 云 給 了 熱 情 的 指 導(dǎo) 和 幫 助 在 此 表 示 衷 心 感 謝 由 于 本 人 知 識 水 平 的 有 限 設(shè) 計 中 定 有 不 少 的 缺 點 和 錯 誤 希 望 各 位 評 審 老 師 批 評 指 正 設(shè) 計 者 2010 年 5 月 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 3 1 課題介紹 本人現(xiàn)在在湘潭市江大機械制造有限公司實習(xí) 江大機械制造有限公司屬于來料 加工單位 專門為其他公司加工零部件 現(xiàn)在湘潭市電機廠風能發(fā)電分廠在研制新型 的風能發(fā)電機組 委托本公司加工風能發(fā)電機的定子 轉(zhuǎn)子支架 電機廠送來毛坯 要求我們車轉(zhuǎn)子支架外圓 銑方槽 鉆孔并攻絲 現(xiàn)在我所設(shè)計的鉆模就是用在轉(zhuǎn)子 支架鉆孔工藝中 轉(zhuǎn)子支架是電機廠新研發(fā)的大型風能 發(fā)電機的定子 直徑 3596mm 長 1300mm 是一個大圓筒 如圖 2 所示 現(xiàn)在所研究 的是其外圓柱面上孔的加工 這些孔 是 徑 向 方 向 垂 直 于 支 架 軸 線 一 組 26 個 60 組 共 1560 個 均 勻 分 布 在 轉(zhuǎn) 子 支 架 外 圓 壁 上 如 果 展 開 轉(zhuǎn) 子 支 架 就 像 一 塊 鋼 板 上 有 26x60 個 孔 加 工 這 些 孔 的 難 處 在 于 不 是 在 鋼 板 上 鉆 孔 而 是 在 圓 柱 面 上 鉆 孔 如果是劃線后鉆孔 其工作量是多么的巨大 特別是產(chǎn)品尺寸大 孔的數(shù)量多 劃 線的精度都難保證 更不要說加工后的精度 而且在圓柱面鉆孔 孔的位置度難保證 因此設(shè)計一個鉆模 所有問題便迎面而解 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 4 2 風能發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架鉆模的設(shè)計 2 1 加工產(chǎn)品的介紹 加工產(chǎn)品為湘潭市電機廠風能發(fā)電分廠新型研發(fā)的風能發(fā)電機組的定子 轉(zhuǎn)子支 架 其主要是 26x60 1596 個 M10 螺紋孔的加工 這些螺紋孔分布在圓柱面上 孔的位 置如圖 3 4 所示 螺紋孔加工應(yīng)該是鉆孔后 立即攻絲 使工件只要一次裝夾 提高加工精度 但考慮到轉(zhuǎn)子支架的螺紋孔數(shù)量多 鉆孔后攻絲 換刀麻煩 降低了加工速度 因此等鉆完所有孔后再攻絲 可以提高效率 在以鉆好的孔內(nèi)攻絲 所產(chǎn)生的誤差較 小 加之本廠使用的是為轉(zhuǎn)子支架定做攻絲機 因此攻絲所產(chǎn)生的誤差可以不計 現(xiàn) 在要考慮的就是在轉(zhuǎn)子支架圓柱面上鉆孔 設(shè)計一鉆模能很好的解決問題 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 5 2 2 風能發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架鉆模加工演示 轉(zhuǎn)子支架的鉆模有它的特點 此鉆模設(shè)計為一平板 按轉(zhuǎn)子支架尺寸在平板面設(shè) 計鉆套 加工時把鉆模掛在轉(zhuǎn)子支架上 只需要對準鉆孔即可 一臺鉆床可以鉆兩組 孔 為提高加工效率 兩臺鉆床同時加工 鉆床位置對稱的在轉(zhuǎn)子支架直徑上 一臺 鉆轉(zhuǎn)子支架的上部分 一臺鉆下部分 如圖 5 所示 萬向搖臂鉆床鉆完一組孔后 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動架 用頂針固定轉(zhuǎn)子支架 即可以鉆另外一組孔 其實鉆完兩 組孔 也只鉆了 52 個孔 因為萬 向搖臂鉆床的升降高度有限 一臺 鉆床只鉆上部分的孔 另一臺只鉆 下部分的孔 鉆完兩組孔后 松頂 針 擰松螺釘 兩個鉆模按相同的 移動方向移動鉆模 順時針或逆時 針 擰緊螺釘 固定鉆模 最后 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子支架 對好刀即可鉆孔 如圖 5 所示 從鉆模的加工示意圖 6 可以看出鉆模加工時既要和轉(zhuǎn)子支架回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動 又要圓周 移動 可以說轉(zhuǎn)子支架的鉆模是回轉(zhuǎn)鉆模與移動鉆模的結(jié)合體 它取兩者之長 很好 的解決了在圓柱面上鉆孔的難題 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 6 特別是移動塊的設(shè)計 是本鉆模的一大亮點 它使裝夾變的簡單 省力 把鉆模 掛上轉(zhuǎn)子支架 到加工完整個轉(zhuǎn)子支架 其中的裝夾只要轉(zhuǎn)動鉆模即可 2 3 鉆模簡介及選擇 2 3 1 鉆模的定義及優(yōu)點 鉆模的使用能省去了劃線和其它測量與裝夾的方法 使技術(shù)不熟練的工人在了解 到工件可以準確定位 刀具也可以準確地引導(dǎo) 在正確安裝的前提下 也可以快速而 又自信地進行操作 從而使工作效率大大的提高 使孔的定位精度不靠操作者而是靠 鉆模保證 鉆模使零件的裝配變得容易 因為所有零件在小的極限范圍內(nèi)都視為相同 而且 零件試裝和銼削操作都可省去 它使零件具有互換性 如果產(chǎn)品大范圍銷售的話 備 用零件的問題就可以得到簡化 下面我們來了解下鉆模 鉆模的定義 鉆模是引導(dǎo)刀具在工件上鉆孔或鉸孔用的機床夾具 鉆模的結(jié)構(gòu)特點是除有工件 的定位 夾緊裝置外 還有根據(jù)被加工孔的位置分布而設(shè)置的鉆套和鉆模板 用以確 定刀具的位置 并防止刀具在加工過程中傾斜 從而保證被加工孔的位置精度 常用 的鉆模有固定式 回轉(zhuǎn)式 翻轉(zhuǎn)式和蓋板式 4 種 此外 還有移動式 滑柱式等鉆模 2 3 2 鉆模的類型及選擇 1 鉆模的類型 鉆模從結(jié)構(gòu)上可以分了兩種 一種是整體鉆模 一種是可分離鉆模 區(qū)別在與整 體鉆模沒有鉆套 而可分離鉆模是由鉆模扳與鉆套組成 根據(jù)加工的產(chǎn)品可以確定鉆模的大小 鉆模的尺寸至少要 L 1300mm 不可能選 擇整體鉆模 因為如果磨損就只能重新制造 它只能用于制造小型的鉆模 所以選用 可分離鉆模 這樣的話如果磨損 只要更換鉆套即可 可以很大程度的節(jié)約成本 下面分別介紹幾種可分離鉆模 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 7 1 固定式鉆模 固定式鉆模特點是加工中 鉆模固定不 動 用于立式鉆床上加工單孔或搖壁鉆床上加 工位于同一方向上平行孔素 如圖 7 所示 鉆 模板 3 用若干個螺釘 2 和兩個圓柱定位銷 1 固 連夾具體 4 上 鉆模板可裝配時調(diào)整位置 除 用上述螺釘 銷連接外 還可以采用焊接結(jié)構(gòu) 或直接鑄造成一體 固定式鉆模板結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 定位精度高 但裝卸工件不便 2 回轉(zhuǎn)式鉆模 回轉(zhuǎn)式鉆模用于加工工件上圍繞某一軸線公布軸向或徑向孔系 如圖 8 所示 為 加工套筒上三圈徑向孔回轉(zhuǎn)式鉆木木模 工件以內(nèi)孔和一個端面定位軸 3 和公度盤 2 端面 A 上定位 用螺母 4 夾緊工件 鉆完一排孔后 將分度銷 5 拉出 松開螺母 1 即 可轉(zhuǎn)動分度盤 2 另一位置 再插入公度銷 擰緊螺母 1 和 4 后 即查行另一排孔加工 3 翻轉(zhuǎn)式鉆模 加工中 翻轉(zhuǎn)式鉆模一般用手進行翻轉(zhuǎn) 夾具和工件一起總重量不能太重 一般 不超過 100N 為宜 翻轉(zhuǎn)式鉆模主要用于加工小型工件分布不同表面上孔 它可以減少 安裝次數(shù) 提高各被加工孔間位置精度 其加工批量不宜過大 4 蓋板式鉆模 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 8 蓋板式鉆模無夾具體 其定位元件和夾緊裝置直接安裝鉆模板上 它主要特點是 鉆模工件上定位 夾具結(jié)構(gòu)簡單 輕便 易清除切屑 蓋板式鉆模適合體積大而笨重 工件上小孔加工 中小批量生 產(chǎn) 凡需鉆鉸后立即進行倒角 锪孔 攻螺紋等工序時 采用 蓋板工鉆模也極為方便 蓋 板式鉆模每次需從工件上裝卸 比較費時 故鉆模重量一般不 宜超過 100N 圖 9 所示為蓋板 式鉆模 5 移動式鉆模 移動式鉆模用立式鉆床上 先后鉆削工件同一表面上多個孔 屬于小型夾具 移動 方式有兩種 一種是自由移動 另一種是定向移動 用專門設(shè)計導(dǎo)軌和定程機構(gòu)來控 制移動方向和距離 6 滑柱式鉆模 滑柱式鉆模是帶有升降鉆模板通用可調(diào)夾具 它由鉆模板 滑柱 夾具體和齒輪 齒條傳動 鎖緊機構(gòu)組成 這幾總分結(jié)構(gòu)已經(jīng)標準化 具有不同系列 鉆模板也有不 同結(jié)構(gòu)形式 且可以預(yù)先制好備用 滑柱式鉆模具有結(jié)構(gòu)簡單 操作方便和動作迅速 制造周期短優(yōu)點 生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛 但難于保證更高精度 2 鉆模的選擇 根據(jù)轉(zhuǎn)子支架孔分布的特點 沿著軸線分布 完全符合回轉(zhuǎn)式鉆模的要求 但又 有個很現(xiàn)實的問題 轉(zhuǎn)子支架結(jié)構(gòu)太大 我們不可能做個同樣大的鉆模 浪費材料而 且工件不好定位和旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子支架的結(jié)構(gòu)特殊 是一個大型的圓筒 而孔的位置都在圓柱上也分布均勻有 規(guī)律 加工時的擺放位置也只能是轉(zhuǎn)子支架的軸線與地面垂直 因此根據(jù)轉(zhuǎn)子支架的結(jié)構(gòu)特點 我們選用移動式鉆模 并且是其中可定向移動的 只要限定鉆模軸向的自由度 便其可以沿圓柱端面做圓周定向移動 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 9 2 3 3 鉆模板的類型及選擇 1 鉆模板的類型 鉆模板通常是裝配在夾具體或支架上 或與夾具體上的其它元件相連接 常見的 有以下幾種類型 1 固定式鉆模板 如圖 10 所示 這種鉆模板是直接固定在夾 具體上的 故鉆套相對于夾具體也是固定的 鉆 孔精度較高 但是這種結(jié)構(gòu)對某些工件而言 裝 拆不太方便 該鉆模板與夾具體多采用圓錐銷定 位 螺釘緊固的結(jié)構(gòu) 對于簡單鉆模也可采用整 體鑄造或焊接結(jié)構(gòu) 2 分離式鉆模板 如圖 11 所示 這種鉆模板與夾具體是分離的 并成為一個獨立部分 且模板對工 作要確定定位要求 工件在夾具體中每裝卸一次 鉆模板也要裝卸一次 該鉆模板鉆孔精度較高 但裝卸工件的時間較長 因而效率較低 3 鉸鏈式鉆模板 如圖 12 所示 這種鉆模 板是通過鉸鏈與夾具體或固定支架連接在一起 的 鉆模板可繞鉸鏈軸翻轉(zhuǎn) 鉸鏈軸和鉆模板 上相應(yīng)孔的配合為基軸制間隙配合 G7 h6 鉸鏈軸和支座孔的配合為基軸制過盈配合 N7 h6 鉆模板和支座兩側(cè)面間的配合則按 基孔制間隙配合 H7 g6 當鉆孔的位置精度 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 10 要求較高時 應(yīng)予配制 并將鉆模板與支座側(cè)面間的配合間隙控制在 0 01 0 02mm 之 內(nèi) 同時還要注意使鉆模板工作時處于正確位置 圖 12 所示是為保證這一要求的幾種 常用結(jié)構(gòu) 設(shè)計時可根據(jù)情況選用 這種鉆模板常采用蝶形螺母鎖緊 裝卸工件比較方便 對于鉆孔后還需要進行锪 平面 攻絲等工步尤為適宜 但該鉆模板可達到的位置精度較低 結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜 4 懸掛式鉆模板 如圖 d 所示 這種鉆模板是懸掛在機床主軸或主軸箱上 隨主軸的往復(fù)移動而靠 緊工件或離開 它多與組合機床或多頭傳動軸聯(lián)合使用 圖中鉆模板 4 由錐端緊定螺 釘將其固定在導(dǎo)柱 2 上 導(dǎo)柱 2 的上部伸入多軸傳動頭 6 的座架孔中 從而將鉆模板 4 懸掛起來 導(dǎo)柱 2 的下部則伸入夾具體 1 的導(dǎo)孔中 使鉆模板 4 準確定位 當多軸傳 動頭 6 向下移動進行加工時 依靠彈簧 5 壓縮時產(chǎn)生的壓力使鉆模板 4 向下靠緊工件 加工完畢后 多軸傳動頭上升繼而退出鉆頭 并提起鉆模板恢復(fù)至原始位置 2 鉆模板的選擇 在設(shè)計鉆模板的結(jié)構(gòu)時 主要要根據(jù)工件的外形大小 加工部位 結(jié)構(gòu)特點和生 產(chǎn)規(guī)模以及機床類型等條件而定 要求所設(shè)計的鉆模板結(jié)構(gòu)簡單 使用方便 制造容 易 并要注意以下幾點 1 在保證鉆模板有足夠剛度的前提下 要盡量減輕其重量 鉆模板的厚度往往 按鉆套的高度來確定 一般在 10 30mm 之間 如果鉆套較長 可將鉆模板局部加厚 另外 鉆模板一般不宜承受夾緊力 2 鉆模板上安裝鉆套的底孔與定位元件間的位置精度直接影響工件孔的位置精 度 因此至關(guān)重要 在上述各鉆模板結(jié)構(gòu)中 以固定式鉆模板鉆套底孔的位置精度最 高 而以懸掛式鉆模板鉆套底孔的位置精度為最低 根據(jù)鉆模板的種類 固定式鉆模板 分離式鉆模板 鉸鏈式鉆模板 懸掛式鉆模 板 以及上面注意要點 固定式鉆模板對于直徑 3596mm 長 1300mm 的轉(zhuǎn)子支架來說裝 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 11 卸困難 而鉸鏈式鉆模板 懸掛式鉆模板則設(shè)計復(fù)雜 而且難度大 因此我們選擇分 離式鉆模板 其實鉆模板的選擇與鉆模的選擇沒什么區(qū)別 只要確定其中一個的類型 另一個 的也就基本確定了 2 3 4 鉆套的類型與選擇 1 鉆套的類型 鉆套和鉆模板是鉆夾具上的特殊元件 鉆套裝配在鉆模板或夾具體上 其作用是 確定被加工孔的位置和引導(dǎo)刀具加工 根據(jù)鉆套的結(jié)構(gòu)和使用特點 主要有四種類型 1 固定鉆套 固定鉆套的兩種形式 無肩和帶肩 該類鉆套外圓以 H 7 n6 或 H7 r6 配合 直接壓入鉆模板上的鉆套底孔內(nèi) 在使 用過程中若不需要更換鉆套 據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計 鉆套一般可使用 1000 12000 次 則用固定鉆套較為經(jīng)濟 鉆孔的位置精 度也較高 2 可換鉆套 當生產(chǎn)批量較大 需要更換磨損的鉆套時 則用可換鉆套較為方便 如右圖所示 可換鉆套裝在襯套中 襯套是以 H7 n6 或 H7 r6 的配合直接壓入鉆模板的底孔內(nèi) 鉆套外圓與襯套內(nèi)孔之間常采用 F7 m6 或 F7 k6 配合 當鉆套磨損后 可卸下螺釘 更換新的鉆套 螺釘還能防止加工時鉆套轉(zhuǎn)動或退刀時鉆套隨刀具拔出 3 快換鉆套 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 12 當被加工孔需依次進行鉆 擴 鉸時 由于刀具直徑逐漸增大 應(yīng)使用外徑相同 而內(nèi)徑不同的鉆套來引導(dǎo)刀具 這時使用快換鉆套可減少更換鉆套的時間 如下圖所 示 快換鉆套的有關(guān)配合與可換鉆套的相同 更換鉆套時 將鉆套的削邊處轉(zhuǎn)至螺釘 處 即可取出鉆套 鉆套的削邊方向應(yīng)考慮刀具的旋向 以免鉆套隨刀具自行拔出 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 13 4 特殊鉆套 由于工件形狀或被加工孔位置的特殊性 有時需要設(shè)計特殊結(jié)構(gòu)的鉆套 如圖 16 所示 在斜面上鉆孔時 鉆套應(yīng)盡量接近加工表面 并使之與加工表面的形狀相吻合 如圖 a 如果鉆套較長 可將鉆套孔上部的直徑加大 一般取 0 1mm 以減少導(dǎo)向長度 在凹坑內(nèi)鉆孔時 常用加長鉆套 H 為鉆套導(dǎo)向長度 如圖 b 圖 c d 為鉆兩個距離 很近的孔時所設(shè)計的非標準鉆套 2 鉆套的選擇 轉(zhuǎn)子支架的鉆模只是鉆固定位置上的孔 不需跟換鉆套 因此我們使用固定鉆套 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 14 中帶臺階的 鉆套與模板的配合使用過盈配合 總結(jié)上面鉆模 鉆模板 鉆套的選擇 選擇可分離鉆模中的移動式鉆模 模板選 擇可分離式模板 鉆套選擇固定鉆套 此時鉆模的大體樣子已經(jīng)清楚 下一步只要根 據(jù)轉(zhuǎn)子支架確定模板和鉆套的尺寸 及其配合 2 4 鉆模的設(shè)計 2 4 1 定位方案 在空間完全自由的單元體的條件下 它有 6 個自由度 用 3 條互相垂直的 XX YY ZZ 軸來表示這 6 個自由度 單元體可沿任何一條軸線移動 因此有 3 個平動自由度 單元體也可繞任何一條軸線轉(zhuǎn)動 因此有 3 個轉(zhuǎn)動自 由度 總計有 6 個自由度 只要限定所有的自由度才能 使鉆模定位準確 因此要考慮所有自由度的限制 1 V 型面的設(shè)計 轉(zhuǎn)子支架是一個大圓筒 待加工孔的位置在圓柱外 表面 在夾具設(shè)計中常用于外圓表面的定位元件有定位 套 支撐板和 V 型塊 根據(jù)所加工螺紋孔位置特點 選用 V 型塊 不過這里的設(shè)計有點不同 把這個鉆 模設(shè)計成 V 型面 兩斜面的夾角是根據(jù)設(shè)計需要計算的 且它的安裝位置不是水平而 是豎直的 因此它只能限制 3 個自由度 V 型面可以限制 3 個自由度 如圖所示 X Y 2 擋板的設(shè)計 如圖 18 在側(cè)模板一端面設(shè)計一擋板 用 螺釘固定 此板不僅限定了軸向即軸的自由度 和 軸的自由度 而且承擔了所有板的重量 Z 此板限制了 自由度 3 定向鍵的設(shè)計 右圖是轉(zhuǎn)子支架的方槽 其均勻分布在支 架外圓柱面 與外圓柱面孔的位置固定 設(shè)計 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 15 一定向鍵限定鉆模的周向移動和徑向轉(zhuǎn)動 定向鍵限制了 3 個自由度 如圖X Z Y 19 所示 定向鍵設(shè)計在模板的兩端 也用螺釘固定在模板上 V 型面 擋板 定向鍵一共限定了 5 個自由度 屬于不完全定位 但要完全定位才能使鉆模定位準確 把鉆模裝夾在轉(zhuǎn)子支架上 才能限制自由度 Y 2 4 2 夾緊方案 1 夾緊塊的設(shè)計 夾緊塊選用螺旋夾緊結(jié)構(gòu) 直接用螺桿來壓緊 螺旋夾緊結(jié)構(gòu)簡單 自鎖性能好 能夠滿足鉆模的夾緊方案 螺旋夾緊保證了定位穩(wěn)定 滿足切削時使切削過程順利完成 滿足夾緊力作用點 靠近加工位置 夾緊力方向與切削力方向一致 這樣使夾緊力最小 最合理 轉(zhuǎn)子支架夾緊塊的作用使定向鍵與 轉(zhuǎn)子支架的方槽緊密配合 同時也使鉆 模板斜面與轉(zhuǎn)子支架斜面緊密配合 在 緊固的同時也起到定位的作用 定位方案中 V 型面 擋板 定向鍵 確定了 夾緊塊是X Z Y 安裝鉆模的最后步驟 它使 V 型斜面緊 密結(jié)合轉(zhuǎn)子支架外圓柱面 從而限制最 后一個自由度 鉆模與轉(zhuǎn)子支架形成 完全定位 保證了孔加工時的位置精度 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 16 2 4 3 鉆套的設(shè)計 鉆套我選擇的是固定鉆套 帶肩的 下面設(shè)計鉆套內(nèi)孔的基本尺寸及公差配合的 選擇 1 鉆套內(nèi)外孔 鉆套內(nèi)孔 又稱導(dǎo)向孔 直徑的基本尺寸應(yīng)為所用刀具的最大極限尺寸 并采用 基軸制間隙配合 轉(zhuǎn)子 支架圓柱面 M10 的螺紋孔 直接采用 8 6mm 的鉆花 鉆孔后即可攻絲 鉆花與鉆套 內(nèi)孔應(yīng)采用基軸制間隙配合 公差取 F8 因此鉆套內(nèi)孔徑為 8 6 F8 鉆套外徑查常用鉆套規(guī)格參數(shù)表取 16mm 鉆套與模板采用基孔制過渡配合 H7 n6 是允許有較大過盈的更精密定位的配合 所以鉆套外徑公差取 n6 外徑為 16n6 2 導(dǎo)向長度 H 鉆套的導(dǎo)向長度 H 對刀具的導(dǎo)向作用影響很大 H 較大時 刀具在鉆套內(nèi)不易產(chǎn) 生偏斜 但會加快刀具與鉆套的磨損 H 過小時 則鉆孔時導(dǎo)向性不好 通常取導(dǎo)向 長度 H 與其孔徑之比為 H d 1 2 5 加工精度要求較高或加工的孔徑較小時 由于 所用的鉆頭剛性較差 則 H d 值可取大些 如鉆孔直徑 d 5mm 時 應(yīng)取 H d 2 5 如 加工兩孔的距離公差為 0 05mm 時 可取 H d 2 5 3 5 轉(zhuǎn)子支架的螺紋孔位置 度要求為 0 5 根據(jù)其的 鉆?？椎奈恢枚葹?0 125 要求不是很高 所以導(dǎo)1 35 向長度取 H d 1 2 5 轉(zhuǎn)子支架鉆套的長度 H 8 5X 1 2 5 8 5 21 25mm 考慮到 鉆模板的設(shè)計取 21mm 3 排屑間隙 h 排屑間隙 h 是指鉆套底部與工件表面之間的空間 如果 h 太小 則切屑排出困難 會損傷加工表面 甚至還可能折斷鉆頭 如果 h 太大 則會使鉆頭的偏斜增大 影 響被加工孔的位置精度 加工鑄鐵件時 h 0 3 0 7 d 加工鋼件時 h 0 7 1 5 d 式中 d 為所用鉆頭的直徑 對于位置精度要求很高的孔或在斜面上鉆孔時 可將 h 值取得盡量小些 甚至可以取為零 轉(zhuǎn)子支架是鋼件 孔位置度 0 5 精度要求不高 因此不設(shè)計排屑間隙 鉆套如圖 21 所示 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 17 2 4 4 鉆模板的設(shè)計 1 整體尺寸的確定 根據(jù)轉(zhuǎn)子支架的尺寸以及鉆模的夾緊位置 鉆模的長度為 1300mm 鉆模一次加 工兩組孔 根據(jù)兩組孔間距 188 2mm 寬度的設(shè)計為 240mm 高度依據(jù)鉆套與鉆模 板的配合長度 21mm 設(shè)計為 23mm 如圖 22 所示 2 V 型面的設(shè)計 鉆模是鉆夾在圓柱面 上 要保證加工時 鉆花 垂直于圓柱面 所以平板 鉆模要設(shè)計個 V 型面以保 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 18 證鉆套與圓柱面垂直 即確保鉆套軸線在轉(zhuǎn)子支架的徑向上 如圖 23 arctan 4 93 94 1 3 鉆模板的 V 型面使用銑刀加工 因此要 在兩斜面交叉處設(shè)計一凹槽 給銑刀留加工位置 凹槽深度設(shè)計為 2mm 3 模板上鉆套孔的設(shè)計 鉆套孔是保證鉆套的位置 因此很重要 孔的軸線應(yīng)與模板 V 型面垂直 加工位 置也在 V 型面上 孔與鉆套的配合參照鉆套設(shè)計時設(shè)定的基軸制過盈配合 H7 n6 公差 取 H7 孔徑為 16H7 4 與鍵槽配合定向鍵的設(shè)計 定向鍵是根據(jù)轉(zhuǎn)子支架的方槽設(shè)計的 方槽的寬度為 mm 所以定向鍵寬度為0 13 30 定向鍵與方槽的配合取間隙配合 是間隙很小的滑動配合 可以自由移動和滑動 并精密定位的配合 公差取 0 05 寬度為 mm 長度設(shè)定為 85mm 高度設(shè)定為0 3 14 定向鍵作用是重要的圓周定位 因此對于定向鍵與方槽的配合 寬度要求高 其 與鉆模板的固定是用螺釘緊固 5 鍵槽的設(shè)計 鍵槽是用來固定定向鍵的 它的精度直接影響著鉆模的周向定位 根據(jù)定向鍵的 設(shè)計 鍵槽的長度為 90mm 高度從圖 24 計算為 8 86mm 因為定向鍵的高度要小于 模板與轉(zhuǎn)子支架的間隙 防止定向鍵頂住轉(zhuǎn)子支架 所以取 9mm 或更大 定向鍵與鉆 模的 配合為過渡配合 用于只 有較小過盈的精密定位配 合 公差取 0 05 寬度為 鍵槽的的長度應(yīng)該0 32 大于定向鍵的長度 防止 定向鍵過長 超出鉆模板 端面 影響擋板的定位 從而影響整個鉆模的定位精度 6 夾緊塊的設(shè)計 夾緊塊的作用是使模 板與轉(zhuǎn)子支架的接觸緊密 把定向鍵壓如方槽中 從而 周向定位 夾緊塊設(shè)計為 U 型鐵 其 U 型口的寬度 設(shè)計 根據(jù)轉(zhuǎn)子支架的壁厚 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 19 33mm 和鉆模板的厚度 23mm 再加上緊固螺釘?shù)膴A緊空間 20mm 即為 U 型口的寬 度 80mm 螺紋孔的位置及其它尺寸如圖 25 所示 7 移動塊的設(shè)計 移動塊一邊用螺釘與模板緊固 一邊與轉(zhuǎn)子支架的頂緣結(jié)合 其寬度就是鉆模板 的厚度 23mm 與轉(zhuǎn)子支架的壁厚 33mm 為 55mm 考慮到不影響夾緊塊的夾緊 在移 動塊上開個方形口 尺寸根據(jù)夾緊塊設(shè)定 移動塊在轉(zhuǎn)子支架上移動且要承擔所有的 鉆模重量 因此移動塊的材料要耐磨且韌性好 所以用 45 8 承重塊的設(shè)計 因為鉆模的重量 N Vx xg 552N V 為體積 7 85Kg 為 Q235 鋼板的密度 g 3m 為 9 8N Kg 太重安裝不方便 所以設(shè)計一承重塊 便于吊裝 長 230mm 寬 23mm 厚 10mm 移動塊與承重塊的孔位置見零件圖 其是根據(jù)鉆模板上的螺紋孔設(shè)計 以上是整個鉆模零部件的設(shè)計 它們的尺寸都是根據(jù)轉(zhuǎn)子支架的方槽和螺紋孔的 位置公差 形狀公差設(shè)計 因此能保證鉆模加工孔的要求 3 風能發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架鉆模的工藝 公司的加工流程是 先做下料單 下料圖 編寫工藝卡 把下料單 下料圖發(fā)給 下料車間 工藝卡 圖紙和領(lǐng)料單發(fā)給機架車間 下料圖已經(jīng)留好加工余量 下料車間按下料圖下料后 由機加車間拿領(lǐng)料單領(lǐng)料 機加 3 1 鉆模板的工藝 鉆模板只是用來固定鉆套的位置 材料要求不高 所以選用 45 振動調(diào)質(zhì)處理 按照下料圖 在火焰切割機上編程 加工面預(yù)留加工余量 5mm 然后按圖切割 冷卻 去焊渣 考慮到鉆模板的切削量大 它的變形會影響鉆模的精度 因此要調(diào)質(zhì)處理 以公 司的條件采用振動調(diào)質(zhì) 振動調(diào)質(zhì)后可以減少工件熱后變形的 90 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 20 鉆模板在加工時 沒有裝夾位置 因此需焊接壓塊 使其能夠準確的定位 壓塊 取 6 塊 長 100mm 寬 40mm 厚 10mm 為了節(jié)約材料 可以用廢料代替 壓塊的位 置如圖 26 所示 有一個問題要考慮 是先加工鉆套孔還是先加工卸重孔 此鉆模板最重要的是鉆 套孔的位置度精度 它直接影響鉆套的安裝 所以先加工卸重孔 即使產(chǎn)生變形也不 影響后面鉆套孔的加工精度 還有另一個問題 在加工 V 型面上的鉆套孔與 50mm 的卸重孔時 原來的坐標 原點已經(jīng)發(fā)生改變 因此要重新確定新坐標原點 先用鉆花點一樣孔 記下坐標 旋轉(zhuǎn) 3 后 再用鉆花對刀樣孔 記下新坐標 計算坐標偏轉(zhuǎn)量后 確定新坐標原點的坐標 即可按圖紙加工鉆套孔和卸重孔 如圖 27 所示 a b 為樣孔旋轉(zhuǎn)前的坐標 c d 為樣孔旋轉(zhuǎn)后的坐標 坐標旋轉(zhuǎn)了 c a d b 所以旋轉(zhuǎn)后坐標原點的坐標為 c a d b 鉆模板上鉆套孔與鍵槽位置公差的對稱度要求都 高 加工時安裝次數(shù)越少誤差也就越小 用臥式數(shù)顯 鏜銑床加工鉆模板 鉆套孔與鍵槽的加工只需 一次安裝便能完成 機床如圖所示 鉆模板的加工工藝卡如表一所示 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 21 表一 工 序 代 碼 工序 名稱 轉(zhuǎn)子支架鉆模板的工序內(nèi)容 車 間 設(shè) 備 10 下料 按下料圖下料 加工面保留加工余量 冷卻后 去焊渣 下料 數(shù)控火焰 切割機 20 焊壓板 按圖紙要求 焊接壓塊 焊后去焊渣 打磨毛刺 鉚焊 焊機 30 調(diào)質(zhì) 振動調(diào)質(zhì) 20 分鐘 機加 激振器 40 銑端面 以 C 端面為基準 在水平裝夾鉆模板 按圖紙 加工要求加工 B 端面 粗銑端面到 1303mm 留 精銑余量 0 5mm 最后精銑 去毛刺 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 50 銑端面 再以 C 端面為基準 水平裝夾鉆模板 按圖紙 加工要求加工 A 端面 粗銑端面到 1301mm 留 精銑余量 1mm 最后精銑保證 1300mm 和光潔度 去毛刺 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 60 鉆端面螺紋孔 換 10 5mm 的鉆花 在 A 端面鉆 10 5mm 的 孔深 20mm 換 12mm 的攻絲鉆 攻絲后 除 鐵屑 去毛刺 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 70 銑平面 以 B 面為水平基準 以 D 面為豎直基準 把鉆 模板豎直固定在角鐵上 按圖紙加工要求 銑 C 平面 粗銑 1mm 精銑 0 5mm 保證尺寸 23 5mm 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 80 銑鍵槽 凹槽 翻轉(zhuǎn)鉆模板 以 B 面為水平基準 以 C 面為豎 直基準 把鉆模板豎直固定在角鐵上 先對刀 鉆模板兩邊 以鉆模板的豎直軸線設(shè)定坐標原 點 按圖紙加工要求 先用 25mm 的鍵銑刀銑 鍵槽保留單邊余量 2 5mm 換 20mm 的立銑刀 精銑鍵槽邊達到圖紙要求 mm 最后換0 32 30mm 的鍵銑刀 銑凹槽 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 90 鉆凹槽 中的卸 重孔 換 30mm 鉆花 按圖紙要求加工卸重孔 13x 30mm 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 100 鉆鍵槽 中的通 孔 換 12mm 鉆花 按圖紙要求加工 2x 12mm 通 孔 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 22 110 銑斜面 旋轉(zhuǎn)工作臺 3 后 換 80mm 刀盤銑刀 按 圖紙要求 先粗銑 再精銑 保證粗糙度要求 和尺寸 23mm 反向轉(zhuǎn)動工作臺 6 以同樣的 要求銑另一面 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 120 確定旋 轉(zhuǎn)后新 坐標原 點 在鉆模板上點個樣孔 旋轉(zhuǎn) 3 后移動刀具 對刀樣孔 從顯示器上讀取新坐標 確定新坐 標原點 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 130 鉆卸斜 面上的 重孔 換 50mm 鉆花 根據(jù)新原點坐標 再按圖加 工 28x 50mm 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 140 鉆鉆套 孔 換 15 8mm 鉆花 根據(jù)新原點坐標 再按圖 加工鉆套孔 最后用 16mm 鉸刀精加工達到圖 紙要求 mm 0 186 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 150 清理 卸工件 去毛刺 加工面上油 檢驗 按圖紙檢驗 庫存 3 2 定向鍵的加工工藝 鍵是標準件 在設(shè)計定向鍵是就考慮了這個 問題 能用標準件最好 有合適標準件鍵加工后 能達到要求 不僅加工節(jié)約時間和材料 也降低 了加工難度 定向鍵的尺寸是長 85mm 寬 0 3 高 14mm 有種標準的鍵條寬 30mm 厚 20mm 所以用鍵條加工 先取鍵條 用切割機切割鍵條 保留單邊余 量 5mm 在用立式升降式銑床加工端面與平面 達到圖紙要求即可 立式升降式銑床如圖 29 所示 定向鍵的加工工藝卡如表二所示 表二 工 工序名 扁鍵的工序內(nèi)容 車 設(shè) 備 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 23 序 代 碼 稱 間 10 下料 鍵條按下料圖下料 長度保留單邊余量 6mm 冷卻后 去毛刺 下料 切割機 20 銑端面 以 A 面定位 豎直安裝扁鍵 一定要保證扁鍵 的垂直 銑 B 面 先粗銑 2mm 再精銑 1mm 以 B 端面定位 加工 A 端面 保證圖紙尺寸長度 85mm 機加 立式升降 式銑床 30 銑平面 以 C 面定位 保證平面的平整 加工另一面 先粗銑 5mm 精銑 1mm 保證圖紙尺寸高度 14mm 機加 立式升降 式銑床 40 銑側(cè)面 以 D 面定位 保證平面的平整 直接另一面精 銑達到圖紙尺寸要求 0 3 機加 臥式數(shù)顯 鏜銑床 50 清理 去毛刺 銳角倒鈍 機加 打磨機 60 劃線 把扁鍵平放在平板上 畫 M10 螺紋孔的位置 打樣孔 機加 劃針 70 鉆螺紋 孔 用老虎鉗把扁鍵定位在鉆床下 用 8 6mm 的鉆花鉆通孔 換 10mm 的攻絲鉆 攻絲 機加 50 立式鉆 床 80 清理 去孔周圍毛刺 清理螺紋孔內(nèi)鐵屑 機加 90 倒角 在平臺上 用老虎鉗固定定向鍵 手工打磨所有銳角 倒角 1x45 保證平整 機加 打磨機 100 清理 去未加工面鐵銹 加工面上油 機加 110 檢驗 按圖紙檢驗 庫存 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 24 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 25 參考文獻 1 王啟平 機床夾具設(shè)計 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2005 第 2 版 2 周良德 朱泗芳 現(xiàn)代工程圖學(xué) 長沙 湖南科學(xué)技術(shù)出版社 2002 第 1 版 3 王啟平 機械制造工藝學(xué) 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2005 第 5 版 4 寥念釗 古瑩菴 莫雨松 李碩根 楊興駿 互換性與技術(shù)測量 北京 新華 書店北京發(fā)行所發(fā)行 2007 第 5 版 5 周增文 機械加工工藝基礎(chǔ) 長沙 中南大學(xué)出版社 2003 第 1 版 6 蘇旭平 工程材料 湘潭 湘潭大學(xué)出版社 2008 第 9 版 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 26 總 結(jié) 本鉆模不同于常見的鉆模結(jié)構(gòu) 它是根據(jù)現(xiàn)場工件的需求而設(shè)計的 既能和工件 一起轉(zhuǎn)動 又能移動 它對于轉(zhuǎn)子支架螺紋孔的加工 大大的提高了工作效率 同時 也提高了鉆孔的位置度 減少了加工難度 降低了加工成本 為公司產(chǎn)生了效益立竿 見影 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 27 致 謝 通過為時近 3 個月的努力 終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計是大學(xué) 4 年的一 個總結(jié) 是 4 年所學(xué)知識的最好體現(xiàn) 同時也使面臨的最后一個次考試 它不僅把我 4 年的全部知識綜合起來 還要求我能夠靈活運用和掌握 再創(chuàng)新 本次畢業(yè)設(shè)計還使 我學(xué)到了很多的專業(yè)以外的知識 讓我全面的提升 特別是在獨立的思考解決問題方 面 為以后再工作上打下了牢靠的基礎(chǔ) 在設(shè)計與論文的撰寫過程中 畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo) 老師文美純 劉老師及本人師父樂喜云給了我悉心的指導(dǎo)和熱心的幫助 不但是我能 夠順利完成畢業(yè)設(shè)計 在能力方面提升不少 而且為我樹立了嚴謹治學(xué)和忘我工作的 榜樣 在此我對他們表示由衷的感謝