【導讀】此次設計為可調立式雙頭鉆床的機械設計。設計原理、調整方法及設計計算過程。本次設計可從五大方面進行設計。通過預先給定的加工要求計算并進行了。的設計、鉆頭軸向進給系統(tǒng)的設計共五部的設計。在人力和設備不增加的情況下使用可調立式雙頭鉆床可以成倍提高鉆床的加。工效率，并可以保證較高的加工精度和孔間相對位置精度。Keywords：Ballscrew；motor；gearbox；Adjustabletwo-headeddrillbit.

　　

【正文】 18mcQFdz? ?? ? ??? （ ） 注意，此公式中 mF? 單位應為 kg 因施加預緊力，故3 11 0 5 ( m m )22c??? ? ? ? ? 根據(jù)以上計算： 1 2 3 0 . 0 0 7 5 0 . 0 0 4 2 5 0 . 0 0 5 0 . 0 1 6 7 5 ( m m )? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?定位精度 31 穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠兩端推力軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。 齒輪傳動比計算 (1)進給齒輪箱傳動比計算 已確定進給脈沖當量 =? ，滾珠絲杠導程： 0 6(mm)L ? ，初選步進電機步距角 b?為 度。可計算出傳動比 i 0360 3 6 0 0 .0 1 0 .80 .7 5 6pbi L?? ?? ? ?? （ ） 考慮到結構上的原因，不使大齒輪直徑過大，以免影響溜板的有效行程，故此處可采用兩級齒輪降速。 可選定齒輪齒數(shù)為 122025zi z?? 1 20z? ， 2 25z? ， 因進給運動齒輪受力不大，模數(shù) m 取 2。有關參數(shù)參照表 表 傳動齒輪幾何參數(shù) 齒數(shù) 20 25 分度圓 (mm) d mz? 40 50 齒頂圓 (mm) 2ad d m?? 44 54 齒根圓 (mm) 2 1. 25fd d m? ? ? 35 45 齒寬 (mm) 1 (6 10)Lm? 20 20 中心距 (mm) 12( ) / 2A d d?? 45 32 步進電機的計算和選型 初選電機型號 計算步進電機 空載啟動頻率 和切削時的工作 頻率 m a x1000 1 0 0 0 0 . 2 8 8 4 8 0 ( H z )6 0 6 0 0 . 0 1kpvf ?? ?? ? ??? （ ） 1000 1 0 0 0 0 . 0 9 6 1 6 0 ( H z )6 0 6 0 0 . 0 1sepvf ?? ?? ? ??? 由于計算齒輪傳動比時選步距角 ? ? 。故，初選電機型號 110BF004，其最高空載啟動頻率為 500(Hz)。 電機校核計算 計算簡圖見圖 31。傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的傳動慣量 2(kg cm )J? ? 可由下式計算： 21122( ) [ + ) ]MszJ J J J Jz? ? ? ? （ ） 式中 ： MJ — 步進電機轉子轉動慣量 2(kg cm)? 1J 、 2J — 齒輪 1z 、 2z 的轉動慣量 2(kg cm)? sJ — 滾珠絲杠轉動慣量 2(kg cm)? 參考同類型機床，初選反應步進電機 110BF003，其轉子轉動慣量 (kg cm )MJ ?? 查表 320[1]圓柱體（材料為鋼）轉動慣量： 8 10J D L ???( 2kgcm? ) 33 (1) 3 4 3 4 21 1 10 . 7 8 1 0 0 . 7 8 1 0 4 2 0 . 4 0 ( k g c m )J d L??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 2） 3 4 3 4 22 2 20 . 7 8 1 0 0 . 7 8 1 0 5 2 0 . 9 7 5 ( k g c m )J d L??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中 1d 、 2d — 齒輪 1z 、 2z 的分度圓直徑 。 1L 、 2L — 齒輪 1z 、 2z 的齒寬 。 （ 3） 3 4 3 4 2021 . 7 8 1 0 0 . 7 8 1 0 2 . 5 4 0 1 . 2 2 ( k g c m )sJ D L??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中 0D — 滾珠絲桿公稱直徑 0L — 滾珠絲杠支撐間距 代入上式： 2112222( ) ( + )3. 5 0. 4 ( 0. 8 ) ( 0. 97 5+1 .2 2)5. 30 5 ( kg c m )MszJ J J J Jz? ? ? ?? ? ??? 機床在不同的工況下，其所需的轉矩不同，下面分別按各階段計算：（ 1）快速空載啟動力矩 qM ，（ 2）快速移動時所需力矩 kM ，（ 3）最大切削負載時所需力矩 tM 。 （ 1） 快速空載啟動力矩 qM max 0=+qaM M M （ ） 34 2m a xm a x2m a x106022 1060aaanM J JtnJt????????? ? ??? （ ） maxmax 360bpvn ???? 將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號意義同前。 m a xm a x 2 8 8 0 . 7 5 6 0 ( r / m i n )3 6 0 0 . 0 1 3 6 0bpvn ??? ? ? ? ? 設定啟動加速時間 40(ms)at ? 22m a xm a x 2 2 6010 5. 30 5 10 8. 33 ( N c m )60 60 0. 04aanMJ t? ???? ?? ? ? ? ? ? ?? 附加摩擦力矩 0M 空載啟動時， 絲杠 不受 軸向切削力，但會受雙頭鉆頭、變速箱及主驅動電機的重力之和 G。又因為絲杠未進行預緊，故絲杠此時的預加載荷即為 KG。 2200 10 0 022(1 ) (1 )221. 1 78 4 0. 6 0. 8 (1 0. 9 )2 0. 85. 22 ( N c m )K G L K G L zMiz??? ? ? ??? ? ? ? ? ???? ? ? ???? （ ） 式中 K — 考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)， ? G — 絲杠受雙頭鉆頭、變速箱及主驅動電機的重力之和 。 ? — 傳動鏈總效率，一般取 ? ? ，此處取 0? — 滾珠絲杠未預緊時的傳動效率，一般取 0 ?? 以上 兩 項合計： 35 m a x 0= + 8 .3 3 5 .2 2 = 1 3 .5 5 ( N c m )qaM M M ? ? ? （ 4） 快速移動時所需力矩 kM 0 5 .2 2 ( N cm )kMM? ? ? （ 5） 最大切削負載時所需力矩 tM 0 3 2 1 6 0 . 6= 0 . 8 3 0 7 . 2 6 ( N c m )2 2 0 . 8xt FLMi? ? ? ?? ? ? ?? （ ） 式中： xF — 進給方向最大切削力 （ 6） 從上面計算可以看出， qM 、 kM 、 tM 三 種工況下，以 最大切削負載時 所需力 矩最大，以此項作為校核電機的依據(jù)。 從表 322[1]查出，當步進電機為五相十拍時max= qjMM? ? 最大靜力矩 m a x 7 2 . 0 9 7 4 . 8 6 ( N c m)0 . 9 6 3qj MM ?? ? ? ? 查表 323[1]， 110BF004型步進電機最大靜轉矩為 (Nm)? 。 大于所需最大靜轉矩，可作為初選型號，但還必須進一步考核步進電動機的啟 動矩頻特性。 323[1]得， 110BF004型步進電機允許的最高空載啟動頻率為 500(Hz ) 再從圖 317(o) [1]、圖 318(e) [1]查出 110BF004步進電機啟動矩頻特性和運行矩頻特性曲線。從圖 317(n) [1]看出，當步進電機啟動時， 480(Hz)qf ? 時， 50(N cm)M ??。能夠滿足 所需空載啟動力矩（ (N cm)? ）直接使用不會出現(xiàn)失步現(xiàn)象可直接使用。 由 知于傳動比過小可將減速箱去除，且不影響電機的選擇。 軌道的選擇 根據(jù)額定載荷查附錄 C[1]選定導軌為 JSALG15 36 7 XY 工作臺的設計 工作臺縱橫向 進給 結構完全相同 工作臺滾珠絲杠螺母副的計算和選型 工作臺基本參數(shù) 工作臺材料：碳鋼 。查表 15[3]得碳鋼密度 ?? (g/cm ) 工作臺大小（ mm）： 300 300 30l b h? ? ? ? ? 工作臺重量： 1 9 . 8 7 . 8 3 0 3 0 3 2 1 0 ( N)G g l b h?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 初選工件重 50(kg)m? ： 2 490(N)G ? 計算進給牽引力 (N)mF 作用在工作臺滾珠絲杠上的進給牽引力主要包括工作臺自身重量和工件重量作用在導軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導軌的型式有關。 選定進給為矩形導軌 。 故， 12()mF f G G??? （ ） 矩形滑動導軌摩擦系數(shù)： ?? 故得， 0 . 1 5 ( 2 1 0 4 9 0 ) 1 0 5 ( N)mF ? ? ? ?，絲杠長 400mm。 37 圖 工作臺進給系統(tǒng)計算簡圖 計算過程參照主進給系統(tǒng)的計算過程 由計算可得絲杠型號為 1 2021WD 外循環(huán)調整預緊的不帶襯套的雙螺母 滾珠絲杠；電機為 90BF002 型步進電機。 軌道的 選擇 根據(jù)額定載荷查附錄 C[1]選定導軌為 JSALG15 38 8 結 論 本文在研究了眾多國內(nèi)外先進機床技術、查閱了眾多研究資料的基礎上，完成了可調立式雙頭鉆床的結構設計，并繪制了裝配圖與非標準零件的零件圖，較好的完成了本課題的任務與目的。本方案借鑒了很多國內(nèi)外先進的鉆床方面的書籍、文章，從幾個方面全面的介紹了本課題的雙頭鉆床： (1)進行了結構上的設計研究，設計提出多種反感，通過對比多種方案，最終確定 最優(yōu)方案。 (2)進行了非標準 零件，如齒輪、 軸、 皮帶輪等的尺寸計算與校核，并用繪圖 軟件繪制了零件圖。 (3) 進行了標準零件，如絲杠、軸承、電機等的計算及型號選用與校核。 (4)從各個零件的選型，整體選材等方面詳細的介紹了這方面的研究方向與先進技術。 由于設計時間較短而且內(nèi)容很多，所以還有很多的缺陷與不足之處，還有一些設計方面的不合理，不過總體來說，本文介紹的雙頭鉆床想法是有新意的，還有很大的研究空間，所以在今后的研究中，本方案還會更加的發(fā)展與完善。 39 參 考 文 獻 [1] 孫 選 , 李國平，王 娜，楊可森，艾長勝 . 機電專業(yè)課 程設計指導書 [M]. 濟南 : 濟南大學機械學院 , 2021 [2] 濮良貴 , 紀名剛 , 陳國定 , 吳立言 . 機械設計 [M], 第八版 . 北京 :高的教育出版社 , [3] 吳宗澤 , 羅圣國 . 機械設計課程設計手冊 [M], 第 3版 . 北京 :高等教育出版社 , [4] 孫靖民等主編 ． 現(xiàn)代機械設計方法選講 [M],哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社， :5058 [5] 張鑫 . 半自動雙軸鉆床的設計 [J]. 鑿巖機械氣動工具 , 2021,(02):6264 [6] 劉秋鵬 . 單柱立式鉆床改造成多孔鉆床的設計 [J]. 機械工程師 , 2021,(09):70 [7] 黎陽 . 用普通車床改造成多軸鉆床 [J]. 設備制造技術 , 2021,(03):4244 [8] 張明松 , 劉文俊 , 張發(fā)軍 , 李仁德 . 雙面車床的研制 [J]. 機床與液壓 , ,39(16):2527 [9] 李祥貴 . 雙面鉆床進給量的變更方法 [J]. 金屬加工 , 2021,(14):6162 [10] 戴熊 . 多軸鉆床改造及經(jīng)濟性分析 [J]. 金屬加工 , 2021,(09):6365 [11] 陳華海 , 黎維會 , 葉繼業(yè) . 臥式車 床改為多軸鉆床 [J]. 機械工人 , 2021,(04):63 [12] 黃中央 , 謝興強 . 可調式多軸鉆孔頭設計 [J]. 機械制造 , 2021,39(46):3941 [13] 張昕 . 雙頭深孔鉆床控制系統(tǒng)的設計與改造 [J]. 機床電器 , 2021,2:3536 [14] 姚建民 , 明興祖 , 栗新 . 數(shù)控雙面鉆窩專用機床設計 [J]. 機械 , 2021,33(5):4648 [15] 陳湘萍 , 艾宗良 . 臥式雙面多 工位鉆削組機的設計 [J]. 重型機械科技 , ,(2):1921 [16] 孟 俊煥 , 馮瑞寧 , 王 會 . 多孔單工位組合鉆床主軸箱傳