【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一的金屬切削機(jī)床得到了更多的研究和發(fā)展，而隨著在機(jī)加工中廣泛投入使用這種機(jī)床，更是促進(jìn)了傳統(tǒng)的機(jī)械加工行業(yè)的高速發(fā)展。由于多工位加工機(jī) 床極大地提高了加工精度、生產(chǎn)率和自動化程度，受到了生產(chǎn)商的廣泛歡迎。而多工位機(jī)床則因其一次裝夾能進(jìn)行多工位的加工。在某種程度上，更是大大的提高了機(jī)加工的加工效率，很適合工件的批量生產(chǎn)。 鉆床的工藝范圍 鉆床類機(jī)床屬孔加工機(jī)床，一般用于加工直徑不大、精度要求不高的孔。其主要加工方法是用鉆頭在實(shí)心材料上鉆孔，此外還可在原有孔的基礎(chǔ)上擴(kuò)孔、鉸孔、锪平面、攻螺紋等加工。如圖 所示 。 鉆床的類型 鉆床的主要類型有臺式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床、深孔鉆床等。在鉆床上加工時(shí)，工件固定 不動，主運(yùn)動是刀具（主軸）旋轉(zhuǎn)，刀具沿軸向的移動為進(jìn)給運(yùn)動。 臺式鉆床 臺式鉆床實(shí)質(zhì)上是加工小孔的立式鉆床，簡稱臺鉆，其鉆孔直徑一般在 16mm 以下。主要用于小型零件上各種小孔的加工。臺鉆的自動化程度較低，通常采用手動進(jìn)給，但其結(jié)構(gòu)簡單，小巧靈活，使用方便。其結(jié)構(gòu)圖見圖 所示。 立式鉆床 圖 所示是立式鉆床的外形。其特點(diǎn)為主軸軸線垂直布置，且位置固定。主軸箱 3 中裝有主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動的變速傳動機(jī)構(gòu)、主軸部件以及操縱機(jī)構(gòu)等。主軸箱固定不動，用移動工件的方法使刀具旋轉(zhuǎn)中心線與被加 工孔的中心線重圖 鉆床的加工方法 1工作臺 2進(jìn)給手柄 3主軸 4皮帶罩 5電動機(jī) 6主軸箱 7立柱 8底座 圖 臺式鉆床 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 合，進(jìn)給運(yùn)動由主軸隨主軸套筒在主軸箱中作直線移動來實(shí)現(xiàn)。利用裝在主軸箱上的進(jìn)給操縱機(jī)構(gòu) 5，可以使主軸實(shí)現(xiàn)手動快速升降、手動進(jìn)給以及接通或斷開機(jī)動進(jìn)給。被加工工件可直接或通過夾具安裝在工作臺 2 上。工作臺和主軸箱都裝在方形立柱 4 的垂直導(dǎo)軌上，可上下調(diào)整位置，以適應(yīng)加工不同高度的工件。適用于中小型工件孔的加工，且加工孔數(shù)不宜過多。 搖臂鉆床 對于一些大而重的工件，因移動費(fèi)力，找正困難，不便于在立式鉆床上進(jìn)行加工，這時(shí)希望工件固定不動而移動主軸，使主軸中心對準(zhǔn)被 加工孔的中心，這樣便產(chǎn)生了搖臂鉆床，如圖 所示為搖臂鉆床的外形。它的主軸箱裝在搖臂 3上，可沿?fù)u臂的導(dǎo)軌水平移動，而搖臂 3 又可繞立柱 2 的軸線轉(zhuǎn)動，因而可以方便地調(diào)整主軸的坐標(biāo)位置，使主軸旋轉(zhuǎn)軸線與被加工孔的中心線重合，此外，搖臂 3 還可沿立柱升降，以便于加工不同高度的工件。為保證機(jī)床在加工時(shí)有足夠的剛度，并使主軸在鉆孔時(shí)保持準(zhǔn)確的位置，搖臂鉆床具有立柱、搖臂及主軸箱的夾緊機(jī)構(gòu)，當(dāng)主軸位置調(diào)整完畢后，可以迅速地將它們夾緊。底座 1 上的工作臺 5 可用于安裝尺寸不大的工件，如果工件尺寸很大，可將其直接安裝在底座上， 甚至就放在地面上進(jìn)行加工。搖臂鉆床適用于單件和中、小批量生產(chǎn)中加工大、中型零件。 鉆削加工的特點(diǎn) 據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過全部工作時(shí)間的15%。其余時(shí)間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測量 以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高 85%，但購置費(fèi)用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短加工時(shí)1底座 2立柱 3搖臂 4主軸箱 5工作臺 圖 搖臂鉆床 1底座 2工作臺 3主軸箱 4立柱 5進(jìn)給操縱機(jī)構(gòu) 圖 立式鉆床 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造 —— 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 間。不同的加工方法有不同的特點(diǎn)，就鉆削加工而言，多工位加工是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。 多軸加工的特 點(diǎn) 多軸加工是在一次進(jìn)給中同時(shí)加工許多孔或同時(shí)在許多相同或不同工件上各加工一個(gè)孔。這不僅縮短切削時(shí)間，提高精度，減少裝夾或定位時(shí)間，并且在數(shù)控機(jī)床中不必計(jì)算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進(jìn)行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機(jī)床心及自動更換主軸箱機(jī)床。甚至可以通過二個(gè)能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個(gè)方向的運(yùn)動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個(gè)或幾個(gè)工序。 多工位加工的特點(diǎn) 多工位加工示意圖如圖 所示。 它利用機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺，使 工 在六個(gè)工位上依次進(jìn)行裝卸工件、預(yù)鉆孔、鉆孔、擴(kuò)孔、粗鉸和精鉸工作。它實(shí)現(xiàn)了減少工件的安裝次數(shù)、提高零件各表面間相互位置精度及提高生產(chǎn)效率等目的，相對普通鉆床而言，它具有高速、高效、高精度等特點(diǎn)。這種加工方式常采用多工位夾具或多軸（或多工位）機(jī)床，使工件在一次安裝后先后經(jīng)過若干個(gè)不同位置順次進(jìn)行加工。 論文研究的內(nèi)容及意義 本文根據(jù)設(shè)計(jì)老師的要求，主要設(shè)計(jì)出基于齒輪傳動的單軸、快速移動回轉(zhuǎn)式工作臺以實(shí)現(xiàn)不同位置的順次加工，達(dá)到高效、降低工人勞動強(qiáng)度等目的，并可通過后期的改進(jìn)設(shè)計(jì)能使鉆削加工實(shí)現(xiàn)自 動化的數(shù)控加工。同時(shí)采用多工位加工則更為縮短了裝夾時(shí)間等輔助時(shí)間，使生產(chǎn)率得到更大的提高等。后期還可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再通過 PLC 控制，達(dá)到高效率、高精度、低成本等特點(diǎn)。對機(jī)械加工行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)的意義。 本文所做的工作 1）完成數(shù)控多工位鉆床的資料收集與國、內(nèi)外現(xiàn)狀的調(diào)查比較，提出較為可行的方案； 2）完成鉆床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及裝配與關(guān)鍵零部件的相應(yīng)圖紙； 工位 1—裝卸工件 工位 2—預(yù)鉆孔 工位 3—鉆孔 工位 4—擴(kuò)孔 工位 5—粗鉸 工位 6—精鉸 圖 多工位加工 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 機(jī)械傳動方案確定 經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計(jì)給出的題目要求和數(shù)據(jù) :要設(shè)計(jì)加工工件的最大直徑為Φ10mm，工作行程為 30030070 的數(shù)孔多工位鉆床。根據(jù)這一特點(diǎn)表明要設(shè)計(jì)的機(jī)床是一臺中小型的鉆床，而且是用于一般的機(jī)加工中。所以設(shè)計(jì)這樣的機(jī)床考慮其經(jīng)濟(jì)性、合理性應(yīng)該是最為重要的和成為設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想！ 設(shè)計(jì)內(nèi)容分析 閱讀相關(guān)機(jī)床資料和機(jī)床的市場調(diào)查，選擇合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)很重要。傳統(tǒng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)包括立式、臥式兩大類。立式機(jī)床的主軸定位多數(shù)是相同的，它的優(yōu)點(diǎn)在于：機(jī)床小巧、占地空間小、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。適合于工作單一加工工件較小及加工尺寸小的場合。而臥式機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)及主軸箱布局可為單面懸掛主軸箱和主軸箱位于立柱對面內(nèi)。后者的優(yōu)點(diǎn)在于：主 軸箱的自重不會使立柱產(chǎn)生彎曲變形，相同的切削力所引起的立柱的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形均大為減小。這樣就相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。故要是采用對機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為臥式結(jié)構(gòu)的話就應(yīng)該選用主軸箱位于立柱內(nèi)的布局形式。然而一般的臥式機(jī)床的加工尺寸都很大，對于我們要設(shè)計(jì)的機(jī)床加工零件的尺寸是很小的：僅為最大加工為 Φ10mm的孔。從經(jīng)濟(jì)的角度上來說：我們設(shè)計(jì)的機(jī)床采用立式的結(jié)構(gòu)更為節(jié)省空間，節(jié)省材料。同時(shí)機(jī)床看上去更為小巧，然而完全可以達(dá)到要求加工范圍的要求。包括此類機(jī)床的其它特點(diǎn)都很滿足我們要設(shè)計(jì)機(jī)床的要求。 而另一個(gè)問題則為，機(jī)床 是否采用多軸， 多軸鉆床可分為可調(diào)式和固定式兩種規(guī)格，可調(diào)式多軸鉆床在其加工范圍內(nèi)，其主軸的數(shù)量、主軸間的距離，相對可以任意調(diào)整，一次進(jìn)給同時(shí)加工數(shù)孔。在其配合液壓機(jī)床工作時(shí)，可自動進(jìn)行快進(jìn)、工進(jìn)（工退）、快退、停止 .同單軸鉆（攻絲）比較，工件加工精度高、工效快，可有效的節(jié)約投資方的人力、物力、財(cái)力。尤其機(jī)床的自動化大大減輕操作者的勞動強(qiáng)度。固定式多軸鉆床采用單件（加工件）專機(jī)的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)其加工件加工頻率高、量大之原因，專門量身定制一件一機(jī)的設(shè)備，在其工作中勿須擔(dān)心尺寸跑偏而傷腦筋，更是可以針對客戶的要求 進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。而對于大多數(shù)金屬加工機(jī)床來說，數(shù)控進(jìn)給復(fù)合運(yùn)動的加工，是以直線軸加上回轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動來實(shí)現(xiàn)的，而數(shù)控回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)與制造，更是衍生了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，這種既能作為數(shù)控回轉(zhuǎn)軸，同時(shí)也起著承載工件重量、夾持工件的功能，有著進(jìn)給分度和實(shí)現(xiàn)工作臺圓周方向的進(jìn)給運(yùn)動的作用。相比于前者，這種機(jī)床無疑比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 機(jī)械傳動方案的選擇 總體傳動方案選擇 通過對幾種鉆床結(jié)構(gòu)的了解和認(rèn)識，結(jié)合論文題目的要求，確定設(shè)計(jì)一種基鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造 —— 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 于機(jī)械傳動的立式多工位加工的鉆床。該機(jī)構(gòu)應(yīng)能達(dá)到達(dá)到高效、提高工件加工精度、降低 工人勞動強(qiáng)度等目的。 機(jī)械傳動方式種類很多，由于在加工中需要機(jī)床具有一定的移動精度和回轉(zhuǎn)精度，因此，本文進(jìn)行多工位鉆床的設(shè)計(jì)主要是采用封閉的齒輪傳動方式。 在所有的機(jī)械傳動中，齒輪傳動應(yīng)用最廣，可用來傳遞相對位置不遠(yuǎn)的兩軸之間的運(yùn)動和動力。齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運(yùn)動的 機(jī)械傳動 。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯(cuò)軸 螺旋齒輪傳動 。其具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長等特點(diǎn)。 1）根據(jù)兩軸的相對位置和輪齒的方向，可分為以下類型： 直齒圓柱齒輪傳動、斜齒圓柱齒輪傳動、人字齒輪傳動、錐齒輪傳動、交錯(cuò)軸斜齒輪 傳動等。 2）根據(jù)齒輪的工作條件，可分為： 開式齒輪傳動式齒輪傳動、半開式齒輪傳動、閉式齒輪傳動等。 齒輪傳動部分方式如圖 所示。 總體傳動方案確定 由上面分析可知，本文傳動方式主要在如圖 21中所列幾種方式中進(jìn)行選擇?，F(xiàn)對以上幾種齒輪傳動方式進(jìn)行分析比較，最終確定適合于多工位加工的齒輪傳動方式。 1）圓柱齒輪傳動 用于平行軸間的傳動，一般傳動比單級可到 8，最大 20，兩級可到 45，最大 60，三級可到 200，最大 300。傳遞功率可到 10 萬千瓦，轉(zhuǎn)速可到 10 萬轉(zhuǎn)／分， 圓周速度 可到 300 米 /秒。單級效率為 ～ 。直齒輪傳動適用于中、低速傳動。斜齒輪傳動運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，適用于中、高速傳動。人字齒輪傳動適用于傳遞大功率和大轉(zhuǎn)矩的傳動。圓柱齒輪傳動的嚙合形式有 3 種：外嚙合齒輪傳動，由兩個(gè)外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相反；內(nèi)嚙合齒輪傳動，由一個(gè)內(nèi)齒輪和一個(gè)小的外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相同；齒輪齒條傳動，可將齒輪的轉(zhuǎn)動變?yōu)辇X條的直線移動，或者相反。 2）蝸輪蝸桿傳動 交錯(cuò)軸傳動的主要形式， 軸線交錯(cuò)角一般為 90176。 蝸桿 傳動可獲得很大的傳動比，通常單級為 8～ 80，用于傳遞運(yùn)動時(shí)可達(dá) 1500；傳遞功率可達(dá) 4500 千瓦；蝸桿的轉(zhuǎn)速可到 3 萬轉(zhuǎn)／分；圓周速度可到 70 米／秒。蝸桿傳動工作平穩(wěn)，傳動比準(zhǔn)確，可以 自鎖 ，但自鎖時(shí)傳動效率低于 。蝸 桿傳動齒面間滑動較大 ,圖 齒輪傳動方式簡圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 發(fā)熱量較多，傳動效率低，通常為 ～ 。 3）行星齒輪傳動 具有動軸線的齒輪傳動。行星齒輪傳動類型很多，不同類型的性能相差很大，根據(jù)工作條件合理地選擇類型是非常重要的。常用的是由太陽輪、行星輪、內(nèi)齒輪和行星架組成的普通行星傳動、少齒差行星齒輪傳動、 擺線針輪傳動 和諧波傳動等。行星齒輪傳動一般是由平行軸齒輪組合而成，具有尺寸小、重量輕的特點(diǎn)，輸入軸和輸出軸可在同一直線上。其應(yīng)用愈來愈廣泛。 通過以上分析，結(jié)合機(jī)床實(shí)際加工要求，現(xiàn)確定機(jī)床傳動方案為：工作臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動采用蝸輪蝸桿傳動，而工作臺縱向和橫向運(yùn)動采用滾球絲桿進(jìn)行傳動。 鉆床主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造 —— 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 3 主軸傳動部件設(shè)計(jì) 由于電機(jī)工作時(shí)，其負(fù)載阻力有切削力、摩察阻力、慣性力，所以只有在這些阻力被克服，才能正常啟動及運(yùn)行。因此要對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)及計(jì)算。 切削力的計(jì)算 機(jī)床工況要求 要求加工的最大孔為 d0=10mm,刀具為高速鋼麻花鉆 （以磨損）。工件材料為45 井 鋼（ бb=）；灰鑄鐵 190HBS。加工精度為： IT8∽ IT10 級以下孔粗加工。 切削力和切削扭矩的計(jì)算 1）當(dāng)工件材料為 45 井 鋼 根據(jù)已知條件查《機(jī)械加工工藝手冊》表 高速鋼 鉆頭鉆孔時(shí)的進(jìn)給量知： 10mm 鉆頭粗加工的進(jìn)給量為 ∽ 。由表 高速鋼鉆頭切削時(shí)切削速度、扭矩及軸向力可選取進(jìn)給量的兩極限值 f=∽ ，對應(yīng)的它們的切削速度為 V=∽ ,則由 10000ndv ?? 得 01000d vn ?? 鉆頭或工件的轉(zhuǎn)速 srdn /01 ??? ? srdn / 02 ??? ? 由《機(jī)械制造工程原理》計(jì)算鉆頭軸向力 F 和扭矩 T 的經(jīng)驗(yàn)公式及麻花鉆軸向力和扭矩表達(dá)式中的系數(shù) 、指數(shù)及修正系數(shù)可知： FyXFF KfdCF ? （ ） MyXMM KfdCT ? （ ） 3102 ?? nm TP ? （ ） 式中： бb=