立式钻床多轴头架设计 毕业论文.doc

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1、I 摘摘 要要 本文是立式钻床用多轴头架设计，多轴头架各轴在圆周方向均布，固定式 多轴头是根据一个典型法兰盘类零件而设计的，用于零件中大批量生产要求。 多轴头架的设计参数来源于一般的加工工艺条件，以适应更广阔的加工范 围。针对工厂里多孔钻削时，孔径一般较小，多在 20mm 左右，而且大部分是箱 体、法兰盘等，箱体、法兰盘多为铸造件，材料是铸铁，也有个别的被加工零 件的材料是低碳钢。根据这些工件的切削条件，可以确定多轴头架的工艺主参 数。 可以看出，改装后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰等工序。 工艺范围可以满足一般加工情况的孔类钻削要求。可调多轴头架可以起到提高 生产效率、降低成本、

2、提高孔系加工精度等作用。参照该调节原理可进行其他 任意孔系加工装置的设计，还可以用于攻丝、扩、锪孔等加工装置。此外该装 置具有结构简单、操作方便、应用范围广等特点，值得推广。 关键词：立式关键词：立式 钻床钻床 多轴头多轴头 II 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

3、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

4、for flange plate parts,it cant be used to manufacture another farts, because its spindle distance is designed for the only part. 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

5、 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 th

6、e reequipped drilling machine can satisfy the process precision requirement .so the design is feasible. Key words:drilling machine adjustable multiple spindles heads III 目目 录录 摘 要I ABSTRACT.II 第 1 章 绪 论.1 1.1 组合机床的国内外现状 .1 1.1.1 国内组合机床现状 .1 1.1.2 国外组合机床现状 .3 1.2 多轴钻床设计的目的 4 1.3 多轴钻床的应用 .5 1.4 立式钻床不同

7、种类 5 第 2 章 概 述.7 2.1 问题的提出 7 2.2 同行业概况 7 2.3 课题的意义 7 第 3 章 总体方案设计.8 3.1 对工件进行工艺分析 8 3.1.1 检查图纸的完整性和正确性 8 3.1.2 分析工件的结构特点 8 3.1.3 分析工件的材料及加工性能 8 3.1.4 工件的生产批量 9 3.2 确定工件的加工方法 9 3.3 对被改装钻床的分析 9 3.4 总体布局 .10 图 3-2 多轴头架总体布局 .10 3.5 其他问题分析 .11 第 4 章 齿轮固定式三轴头架的结构设计12 4.1 齿轮固定式三轴头架的传动原理及调整方法 .12 4.2 方案的工艺设

8、计参数 .13 4.2.1 Z535 钻床动力所允许的工况条件13 4.2.2 确定用于钻削计算的极限值 .16 4.3 三轴头架的传动设计 .18 IV 4.3.1 齿轮的设计演算（参考机械设计工程学 I ） .18 4.3.2 轴承的校核计算 .22 4.3.3 键的校核计算 .24 4.3.4 螺栓的设计校核计算（参考机械设计工程学 ）24 4.3.5 小轴的设计与校核26 第 5 章 润滑与密封30 第 6 章 结 论31 致 谢.32 参考文献.33 1 第第 1 章章 绪绪 论论 众所周知，在现代机械制造业中，企业对专用机床有着广泛的需求。一般 钻床劳动强度大，专用性能低，生产率不

9、高且不能保证精度；而多轴专用钻床 操纵方便、省力、容易掌握，不易发生操作错误和故障，不仅能减少工人的疲 劳，保证工人和钻床的安全，还能提高钻床的生产率。 1.11.1 组合机床的国内外现状组合机床的国内外现状 世界上第一台组合机床于 1908 年在美国问世，30 年代后组合机床在世界 各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的 关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求， 而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。 1.1.11.1.1 国内组合机床现状国内组合机床现状 我国加入 WTO 以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业

10、 适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至 2005 年 4 月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达 1000 余台，产值达 3.9 个亿以上，较 2004 年同比增长了 10%以上，另外组合机 床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同 程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状 况良好。 （1）行业企业产品结构的变化 组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化 工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入 WTO 后 与 世界机床进一步接轨，组合机床行业

11、企业产品开始向数控化、柔性化转变。从 近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传 统的 钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具 行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生 产情况看，2003 年生产数控机床 890 台，产值 16187 万元，生产加工中心 148 台，产值 5770 万元；2004 年生产数控机床 985 台，产值 25838 万元，生产加 工中心 159 台，产值 7099 万元；而 2005 年，截至 4 月份，数控机床、加工中 2 心、产值已接近 2003 年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术

12、和成套工艺 装备方面发展。 （2）行业企业的快速转变 “九五”后期，在组合机床行业企业的 50 多家组合机床分会会员中，仅有 两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。 而从 2001 至 2002 年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造， 一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股 份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小 视和现在高度重视 4 个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股 份制、民营化等多种形式快速发展。 （3）组合机床技术装备现状与发展趋势 组合机床及其自动线是集机电于一

13、体是综合自动化度较高的制造技术和成 套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、 交通、能源、 军工、轻工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动 线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大 中型的箱体类和轴类零 件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份 额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内 镗各种形状槽，以及铣削平面和 成型面等。组合机床的分类繁多，有大型组合 机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式， 还有多工位回转台组合机床等；随着技术 的不断是进步，一种新型的组合

14、机床 柔性组合机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编 码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制 器（PLC）、数字控制 （NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可 调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅 机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 由 于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根 据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、 清洗、装配和 试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比 发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从

15、国外进 口。工艺装备的大量进 口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。 因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性” 3 机床结构，向“柔性”化方向 发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动 化装备。 1.1.21.1.2 国外组合机床现状国外组合机床现状 80 年 代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝 着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性 以及机床配置的灵活 多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件 化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势 是： （1）广泛应用数控

16、技术 国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用 部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、 换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工 作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产 线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料 的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为 58 秒。 (2)发展柔性技术 80 年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、 可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可

17、换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标 模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变 化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵 活多样。 (3)发展综合自动化技术 汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的 高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯 进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公 司 KASSEL 变速箱厂 1987 年投入使用的造价 9000 万马克的齿轮箱和离合器壳生 产线,就是这种综合自动化制造系统的典范

18、。该系统由两条相似对称布置的自动 线组成,三班制工作,每条线日产 2000 件,节拍时间为 40 秒。全线由 12 台双面 组合机床、18 台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量 4 机组成,可实现 3 种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随 着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备 的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。 (4)进一步提高工序集中程度 国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的 产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标 通用部件、移动主轴箱、双头镗孔

19、车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库, 通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经 济效益。 1.21.2 多轴钻床设计的目的多轴钻床设计的目的 据有关资料报道，在一些工业发达的国家，设备的平均役龄控制在 1020 年之间，设备的“技术老化”期短于 10 年，10 年役龄以内的设备数量能够达 到设备总数的 50%左右，由此可见，设备更新速度相当快，一是用技术 更为先 进的新设备来代替技术性能“老化”了的旧设备；另一是进行有效的技术改造， 使旧设备适应新的生产需要。 一般，普通单轴摇臂钻床只在主轴上装一个钻头，进行单孔钻削。如果大 批量生产中也用这种方法加工，不仅生

20、产率低，而且劳动强度大。为提高劳动 生产率，在钻床主轴上装一个多轴头架，可以同时加工工件上的几个孔。 可以看出，改装后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰等工序。 工艺范围可以满足一般加工情况的孔类钻削要求。多轴头架可以起到提高生产 效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。此外该装置具有结构简单、操作 方便、应用范围广等特点，值得推广。 这种齿轮式多轴头架的润滑性能好，不易生热，适应于在较高转速下工 作，但是结构复杂一些，尤其钻孔主轴比较多时，更显的比较突出。机床的总 体设计，就是针 对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进 行方案和图纸的设计。这些图纸包括：被加工零件工序

21、图，加工示意图，生产 率计算卡片，机床联系尺 寸图等。 本次设计的题目为多轴钻床，多轴钻床是为加工汽车轮辐，为汽车轮辐外 侧的扩孔而专门设计的专用机床，由底座、液压立式滑台、立体床身、动力头 以及多轴箱、专用夹具等有关部件组成。 专用机床区别于普通机床的基本特点就是它是专为某一固定工序服务的。 5 因此，多轴钻床机床又属于工艺装备。由于专用机床是为某一固定的，所以专 用机床的先进程度、种类、型式和规格都取决于工艺需要。只有定出先进合理 的工艺，才能设计出合理的专用机床。 在生产中用机械加工方法直接改变毛坯的形状，尺寸和材料性能，使之成 为零件的过程，叫做机械加工工艺过程。设计时，工艺方案的制定

22、是否合理， 对生产效率和产品质量有着极大的影响。制定工艺方案时，应首先分析生产类 型。生产类型是衡量生产规模的标志。 1 1. .3 3 多多轴轴钻钻床床的的应应用用 多轴钻床广泛应用于机械行业多孔零部件的钻孔及攻丝加工。如汽车、 摩托车多孔零部件：发动机箱体、铝铸件壳体、制动鼓、刹车盘、转向器、 轮毂、差速壳、轴头、半轴、车桥等，泵类、阀类、液压元件、太阳能配件 等等。多轴钻床可分为可调式和固定式两种规格，可调式多轴钻床在其加工 范围内，其主轴的数量、主轴间的距离，相对可以任意调整，一次进给同时 加工数孔。在其配合液压机床工作时，可自动进行快进、工进（工退） 、快 退、停止.同单轴钻（攻丝）

23、比较，工件加工精度高、工效快，可有效的节 约投资方的人力、物力、财力。尤其机床的自动化大大减轻操作者的劳动强 度。固定式多轴钻床采用单件（加工件）专机的设计方案，根据其加工件加 工频率高、量大之原因，专门量身定制一件一机的设备，在其工作中勿须担 心尺寸跑偏而伤脑筋。除用到常规的产品外，还可根据客户的特殊要求进行 专项设计磨床的分类 1.41.4 立式钻床不同种类立式钻床不同种类 加工前，须先调整工件在工作台上的位置，使被加工孔中心线对准刀具轴 线。加工时，工件固定不动，主轴在套筒中旋转并与套筒一起作轴向进给。工 作台和主轴箱可沿立柱导轨调整位置，以适应不同高度的工件。 立钻有方柱立钻和圆柱立钻

24、两种，还有排式、多轴坐标和转塔等多种变型。 排式钻床：一般由 26 个立柱和主轴箱排列在一个公用底座上，各主轴 顺次加工同一工件上的不同孔或分别进行各种孔加工工序，可节省更换刀具的 时间，用于中小批量生产。 6 多轴立式钻床：机床的多个主轴可根据加工需要调整轴心位置，由主轴 箱带动全部主轴转动，进行多孔同时加工，用于成批生产。 坐标立式钻床：在方柱立钻上加可纵、横移动的十字工作台而成，可按 坐标尺寸进行钻削。转塔立式钻床：多采用程序控制或数字控制，使装有不 同刀具的转塔头自动转位、主轴自动改变转速和进给量，工件自动调整位置， 实现多工序加工的自动化循环。 7 第第 2 2 章章 概概 述述 2

25、.1 问题的提出问题的提出 本次毕业设计任务的提出，是为适应目前我国大部分制造厂的实际生产状况。当前制 造业设备更新特别快，大部分企业遇到同一端面的多孔钻削的零件时，为此购置专用设备 又往往不经济的条件下，可以通过改造现有普通单轴钻床使之具有多轴钻削的能力。既解 决了加工要求与现有设备的矛盾，又有效的利用了闲置机床，极大的提高了设备利用率， 给企业带来了巨大的经济效益。 2.2 同行业概况同行业概况 在国内的相关企业中已经有一部分企业开始原有设备的改造以适应新的加工生产。其 中有一些结构相对比较复杂，当然这与加工零件的相关工艺参数有关。在法兰盘周向均布 孔的加工上应用已经相当广泛。比如在郑州的

26、一个汽车制造车间上，运用了改造后的钻床 进行加工，取得了良好的经济效果。由于这些厂家的生产对象的特殊性，他们加工的孔径 一般较大，改造后的钻床，除了加装多轴头架外，还需设计额外的夹具以减轻头架的重量 对钻床的作用力影响及保证头架进给的精度。 2.3 课题的意义课题的意义 为了使广大的一般小型生产厂家具有同一端面的多孔加工能力，我设计了重量较轻， 钻削轴均布的三轴头架。可以实现同时三孔位的加工，那样可以节省时间、改善工人的劳 动强度、提高劳动效率。齿轮固定式三轴头架，因为它是一种固定式的设备，所以适应生 产过程中大批量的生产。 根据多孔的加工要求，确定机床的主要参数如下： 最大钻孔深度（单侧钻）

27、 50mm 主轴数目 3 主轴中心线至工作台面高 750mm 主轴转速 1000r/min 左右 8 第第 3 3 章章 总体方案设计总体方案设计 总体方案是部件和零件的设计依据，对整个机床的设计影响较大。因此， 在拟定总体方案的过程中，必须综合的考虑，使所定方案技术上先进，经济效 果好。确定总体方案，包括下列内容： 3.1对工件进行工艺分析对工件进行工艺分析 3.1.13.1.1 检查图纸的完整性和正确性检查图纸的完整性和正确性 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。加工零件为典型的盘类零件，砂轮机 端盖，如图： 图 3-1 砂

28、轮机端盖 3.1.23.1.2 分析工件的结构特点分析工件的结构特点 工件的结构决定了它的安装方式和加工厂方法。要求用多轴头架加工的孔 为精度要求不甚高的 20mm 螺栓孔，在加工时，以大端面为基准装夹，根据批 量的要求需另外设计专用夹具，以适应中大批量的生产要求。 3.1.33.1.3 分析工件的材料及加工性能分析工件的材料及加工性能 9 工件的材料对加工方法有很大的影响。如材料的软硬对刀具进给量、走刀 量都有较大的影响。砂轮机端盖的毛坯为铸件，材料是球墨铸铁，可根据相关 手册计算加工时的加工参数，以此来确定多轴头架的设计参数。 3.1.43.1.4 工件的生产批量工件的生产批量 被加工工件

29、的生产批量的大小对改装方案的制定也有较大的影响。工件的 批量大，改装后的机床的生产效率则要求高，若工件的批量小，则对机床的效 率要求不高。工件批量大时要求要考虑机床的专用性，工件批量小时要求要考 虑机床的通用性。砂轮机端盖的生产为中批量生产，设计周期短、经济的三轴 头架十分适合它的生产批量加工条件。 3.23.2 确定工件的加工方法确定工件的加工方法 不同的加工方法可带来不同的经济效益，故工件加工方法选择的是否合适， 对钻床改装来说是非常重要的，他不仅关系到改装形式，还直接影响改装后机 床加工质量的优劣、生产效率的高低等。所以确定工件加工方法时，应考虑以 下主要问题：（1）加工表面要求的精度和

30、粗糙度；（2）工件的生产批量； （3）工件的结构形状和尺寸（4）钻床改装的实际可能性。 3.33.3 对被改装钻床的分析对被改装钻床的分析 分析被改装钻床时包括的主要内容有：（1）分析机床能否适应改装要求； （2）调查和了解机床的使用情况；（3）考虑机床的动力情况；（4）分析改装 后机床的强度和刚度问题。 Z535 型立式钻床是一种传统的立式钻床，在机械制造和维修中的单件、小 批量生产中，对中小型零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪孔及攻螺纹等加工工艺 上得到了普遍的应用。但由于其为单孔钻床，对多孔钻削的加工比较麻烦，很 费工时，给操作者增加了劳动强度。为此，为了挖掘设备潜力，将其改装成多 头钻床，根

31、据在实际加工中的要求，同一加工平面三孔或四孔加工比较常见， 设计了齿轮式多轴头架，以便于更高效的使用 Z535 立式钻床。在完成一批生产 任务后，三轴头架可以从钻床上拆下来，立式钻床恢复原貌，不会影响钻床原 来的参数。有关 Z535 钻床的动力参数将在以下内容进行详尽的分析计算。 10 3.43.4 总体布局总体布局 图 3-2 多轴头架总体布局 一般包括：分配运动、选择传动形式和支承形式的位置、拟定从布局上改善 机床性能和技术经济指标的措施等。最后，绘制多轴头架与机床的总联系尺寸 图，以表达所用的总体布局，规定联系尺寸，并确定主要的技术参数。查相关 的机床手册，得到 Z535 的相关联系尺寸

32、，列于下表（单位：mm） 11 表 2-1 Z535 的相关联系尺寸 最大钻孔直径 d 35 最大钻孔深度 h 175 从主轴端面到工作台端面 H 0750 从主轴中心到导轨距离 A 175 从工作台 T 型槽中心到凸肩距离 B 160 凸肩高度 h0 -3 工作台最大升高 325 主轴箱最大垂直移动量 200 主轴最大行程 225 主轴外径尺寸 40d4 锥孔莫式号数4 号 3.53.5 其他问题分析其他问题分析 在制定改装方案时，除了以上各因素外，还要注意维护要方便、制造和装陪 要简单、结构要紧凑、通用化程度要高、外型要平整协调等，同时也要考虑因 地制宜的改装问题。考虑到在钻床上安装了三轴

33、头架之后，再装上钻头，钻头 前端到被加工工件之间必须留有一定的高度用于进刀用，在加上工件孔的深度， 钻头架的垂直尺寸必须满足一定的范围。根据钻床外的联系尺寸、钻头长度和 一般被加工工件的尺寸，钻头架的垂直尺寸应在 400mm 左右。 12 第第 4 4 章章 齿轮固定式三轴头架的结构设计齿轮固定式三轴头架的结构设计 4.14.1 齿轮固定式三轴头架的传动原理及调整方法齿轮固定式三轴头架的传动原理及调整方法 固定式三轴头架的传动原理如图 1 所示。主轴 1 由钻床主轴来带动旋转， 经齿轮副 2 与 3 和 3 与 5，使小轴 4（即钻削主轴）得到动力旋转，于是带动钻 头进行钻削。 图 4-1 三

34、轴头架原理图 13 图 4-2 传动原理简图 1.主轴 2.中心轮 3.介轮 4.小轴 5.小齿轮 4.24.2 方案的工艺设计参数方案的工艺设计参数 4.2.14.2.1 Z535Z535 钻床动力所允许的工况条件钻床动力所允许的工况条件 多轴头架是根据加工工件的需要进行设计的，与之相配套的立钻动力是否 够用，设计前必须验证。常用的验证方法有两种：一是类比法，即加工同类零 件机床动力进行比较，以此决定所选用的动力是否能满足要求，另一种是计算 法，将计算所得的切削功率与配套机床的动力进行比较，以此决定配套机床的 动力是否够用。 应用公式计算切削速度、切削力和切削功率，根据设计说明书的要求，最

35、大孔径为 20mm，此时在各种工况条件下的 V、F、P。考虑到齿轮传动有功率 损失，单根钻削轴能承受的最大功率（Z535 的额定功率围 4.5kw） =1.33kw 66 4.5/3 0.98 3 P P (1) 用高速钻头钻孔时 查机械加工工艺师手册 （以下简称工艺师 ）表 28-14 高速钢钻头钻 削结构钢（） ，当 d=10mm 时，最大进给速度为 f=0.25mm/r，对应650 b Mpa 的 切削速度 V=15m/min 轴向力 F=3010N 转矩 T=10.03Nm 14 功率 P=0.51KW170HBS）,这里按 f=0.25mm/r 计算 查表得 22.2 v C 0.4

36、5 v Z 0 v X 0.4 v y 0.2m 16 410 F C 1.2 F Z0.75 F y 0.117 T C 2.2 T Z 0.8 T y 有 0.45 0.20.3 1.20.75 2.20.8 0 22.2 10 147.4/min 350.25 410 100.2512274.5 0.117 100.2516.1 . 6.1 47.4 0.961.33 3030 10 vm FN TN m Tv PkwPkw d 满足功率要求。 则用硬质合金钻头 YG8 钻削时， max 0.25/fmm r 4.2.24.2.2 确定用于钻削计算的极限值确定用于钻削计算的极限值 由于以

37、上所计算的进给量是在机床功率允许的最大值，此时转速为最小值， 而在多轴头架中从主轴到钻削主轴是升速运动，可以充分发挥 Z535 的各级转速 对比各种工况下的钻削速度，小轴钻削速度为： （1） 高速钢钻头钻削加工碳素结构钢（）时650 b Mpa v=16.1m/min n=v/D=16.1/0.010=512.7r/min (2) 高速钢钻头加工灰铸铁（190HBS）时 v=13.4m/min n=v/D=13.4/0.010=426.8r/min (3) 用硬质合金钻头 YG8 加工灰铸铁（190HBS）时 v=47.4m/min n=v/D=47.4/0.010=1509.6r/min 对

38、比可以看出在钻床所允许的功率下，工作最低转速为 426.8 r/min，根 据有关手册查得 Z535 钻床的各级转速为： 68、100、140、190、275、400、530、750、1100r/min 为了减小轴头架的尺寸， 防止头架过重，应尽量缩小头架的传动比，取主轴最低转速为 140r/min 进行升 速，此时钻削轴转速为 426.8r/min 17 则总的传动比为： 426.8 3.049 140 n i n 钻 主 考虑钻头都有一定的转向，一般为右旋，为了使钻削主轴与机床主轴的转动方 向一致（都为右旋） ，采用两级齿轮传动。如果把传动比分配的合理，传动系统 结构紧凑、重量轻、对机床的

39、作用力就小，润滑条件也好。若分配不合理，可 能会造成种种不便，因此分配传动比时要考虑以下原则： （1） 各级传动比应在每一级传动的范围内，各类传动比允许的推荐值可 参见实用机械设计手册 （以下简称实用手册 ）表 1-3： （2） 各级传动尺寸要协调合理。 取 21 1.4ii 总传动比 22 121 1.4ii iii: 1 3.049 1.5 1.4 i 2 3.049 2.0 1.5 i 为保证头架总体尺寸不至于过大，取小齿轮的齿数取 Z3=20，根据有关资料 的设计经验，取模数 m=2 则个齿轮的尺寸为： 小齿轮 Z3=20Z3=20 mm 33 20 240dZm 介轮 mm 2 2

40、20 1.530 30 260 Z d 中心轮 1 2 30 260 60 2120 Z dmm 齿轮齿数确定后，算得传动比误差，总齿数比为： 2 1 23 60 30 3 30 20 Z Z u ZZ : 18 传动比误差为： 3.0493 1.6% 3.049 uuu uu 误差在内，满足误差要求。5% 图 4-3 三轴头架的俯视图 则轴头架的工艺尺寸（见图 3） （1） 进行正式的三孔加工时 312 min 1206040 2 ()2 ()20 222222 ddd dmm 31 max2 40120 2 ()2 (60)280 2222 dd ddmm 但由于支架的尺寸影响，不可能达到

41、理论最小均布直径，根据支架的外型 尺寸，头架能够加工的最小均布直径为 50mm. (20) 作双轴头架使用，钻削双孔时 但是， 0 maxmax 00 1223 min cos30242.5 120606040 2cos302cos3039.6 22222222 Ldmm dddd Lmm 19 作用轴头架使用时算的是达不到的，因为钻削主轴支架的厚度限制，具体 min L 尺寸在装配图完全确定后才能确定。 （约为 50mm） 4.34.3 三轴头架的传动设计三轴头架的传动设计 4.3.14.3.1 齿轮的设计演算齿轮的设计演算（参考机械设计工程学 I ） （！）选择齿轮的材料 查表 817 小

42、齿轮选用 40Cr 调制处理 介轮选用 45 调质处理 中心轮选用 45 正火处理 （2） 对中心轮进行齿根弯曲强度校核计算 由式（866） 1 1 2 aa FFSF KT Y Y Y bd m 确定齿轮传动精度等级，小齿轮的转速算得为 426.8r/min 以上，最高 达 1000r/min 左右，小齿轮的圆周速度 1 426.8 0.0453.6/minvndm 2 1100 0.04138.2/minvndm 参考表 814，815 选取 齿宽系数 查表 823 按齿轮相对轴承为悬臂布置0.4 b 小齿轮转矩，按最大值计算为 T3=13.1Nm(高速钢钻头钻削灰铸铁时)， 根据介轮受力

43、分析 3 22 3 13.1 6019.65 40 T TdNm d 载荷系数 K 由式（854）得 AV KK K K K 使用系数 查表 8-201.25 A K 动载荷系数 查表 8-571.07 V K 齿向载荷分布系数 查表 8-601.11K 齿间载荷分布系数 查表 8-55 及=0 得1.15K 20 查表 8-21 并查值 则动载荷系数 K=1.251.071.111.15=1.71 齿型动载荷系数 查图 8-67 得 a F Y 中心轮 1 2.28 a F Y 介轮 2 2.52 a F Y 应力修正系数 查图 8-68 1 a S Y 中心轮 1 1.73 a S Y 介

44、轮 2 1.625 a S Y 重合度系数 由式 8-67Y =0.25+0.75/=0.25+0.75/1.72=0.69Y 许用弯曲应力 由式 8-71 F =/ F limF 222 lim2 / FFNxF Y YS F S 弯曲疲劳极限 查图 8-72 limF 应力循环次数由式 8-70 得 ） 8 1 6060 140 1 (8 200 8)3.2 10 h NnjL = 2 N 8 60 140 2 (8 200 8)2.2 10 弯曲寿命系数 查图 8-731 N Y 尺寸系数 查图 8-741 x Y 安全系数 查图 8-271.3 F S 则 =39011/1.3=300

45、N/mm 111 lim1 / FFNxF Y YS =46011/1.3=354N/mm 222 lim2 / FFNxF Y YS 又因为中心轮齿宽 21 3 2 0.4 6016 16 d bdmm bbmm 介轮齿宽较大，在计算时按 （已经取得比实际值大，若校核安全，则肯定 32 (510)20bbmm: 安全） 故 2 1.71 19650 2.28 1.73 0.6976.2 20 60 2 F 2 1.71 19650 2.28 1.73 0.6958.6 26 60 2 F （3） 对小齿轮进行齿面接触疲劳强度校核计算 由式 8-63 得 1 2 1 21 HEH KT u Z

46、 Z Z bdu : 齿宽系数查表 8-23，按齿轮相对轴承为悬臂布置，取齿宽 3 0.4 6016 d bdmm 介轮齿宽暂取，实际不止这尺寸，则按照他校核安全，则介轮 2 16bbmm 肯定安全。 小齿齿宽 32 (510)20bbmm: 小齿轮转矩 （注：为极大值） 3 13.1TN m 载荷系数 K 由式（854）得 AV KK K K K 使用系数 查表 8-201.25 A K 动载荷系数 查表 8-571.07 V K 齿向载荷分布系数 查表 8-601.11K 齿间载荷分布系数 查表 8-55 及=0 得1.10K 22 23 1111 1.883.2 () cos1.883.

47、2 ()1.62 3020 v ZZ 查表 8-21 并查值 则载荷系数 1.25 1.07 1.11 1.101.63K 弹性系数 查表 8-22 lim2H 189.8 E Z 节点影响系数 查表 8-642.5 H Z 重合度系数 查表 8-65（）0.9Z0 许用接触应力 式 8-69 得 H 2 lim3 / HHNWH ZZZ 接触疲劳极限应力、查图 8-69 lim2 570/ H N mm lim3 1480/ H N mm 应力循环次数由式 8-70 得 （已算得） 8 2 2.2 10N 8 1 6060 426.8 1 (8 200 8)3.28 10 h NnjL 则查图 8-70 得接触强度的寿命系数、（不允许有点蚀） 2 N Z 3 N Z 硬化系数 查图 8-71 及说明 W Z 接触强度安全系数 查表 8-27，按一般可靠度查得 H S 取 min 1.01.1 H S: =57011/1.1=518N/mm 3 H =148011/1.1=1345N/mm 3 H 齿数比 故 2 3 30 1.5 20 Z u Z 2 2 2 1.63 131