普通钻床改为多轴钻床

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1、1普通钻床改为多轴钻床第 1 章 绪 论1.1 多轴加工应用据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高 85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，多轴加工是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。1.1.1 多轴加工优势虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随

2、着工业的发展，大型复杂的多轴加工更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000个 20 孔，若以摇臂钻床加工，单单钻孔与锪沉头孔就要 842.5小时，另外还要划线工时 151.1小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要171.6小时，划线也简单，只要 1.9小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合多轴加工不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30种箱形与杆形零件的 2000多个钻孔操作中，有 40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减

3、少 20%的加工时间。1975 年法国巴黎机床展览会也反映了多轴加工的使用愈来愈多这一趋势。1.2 多轴加工的设备多轴加工是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。21.2.1 多轴头从传动方式来说主要有齿轮传动与万向

4、联轴节传动二种。这是大家所熟悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式二种。前者轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其赞许适应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内可调整轴距。它主要装在有万向.二种。（1）万向轴式也有二种:具有对准装置的主轴。主轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的 T形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。 （2）具有公差的圆柱形主轴套。主轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件（如孔组分布在不同直径的圆周上） 。后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中，刚性较好，孔距精度亦高，但不同

5、孔型需要不同的模板。多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种多轴加工方法，由于钻孔效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。1.2.2 多轴箱也象多轴头那样作为标准部件生产。美国 Secto公司标准齿轮箱、多轴箱等设计的不可调式多轴箱。有 32种规格，加工面积从 300300 毫米到 6001050 毫米，工作轴达 60根，动力达 22.5千瓦。Romai 工厂生产的可调多轴箱调整方便，只要先把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。因此，这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通多轴箱更小的孔距。根据成组

6、加工原理使用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产。为了在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点：（1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲走铁屑。 （2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。 （3）使用二组刀具的可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。 （4）使用优质刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。 （5）尺寸超差时能立即发现。1.2.3 多轴钻床这是一种能满足多轴加工要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应某

7、一组孔中不同孔径的加工需要。31.2.4 自动更换主轴箱机床为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换主轴箱组合机床。1、 自动更换主轴机床自动更换主轴机床顶部是回转式主轴箱库，挂有多个不可调主轴箱。纵横配线盘予先编好工作程序，使相应的主轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有工件的工作台转动到主轴箱下面，向上移动进行加工。当变更加工对象时，只要调换悬挂的主轴箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。2、多轴转塔机床转塔上装置多个不可调或万向联轴节主轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转工作台的工件作进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜过大，故它的工位数一般不

8、超过 46个。且主轴箱也不宜过大。当加工对象的工序较多、尺寸较大时，就不如自动更换主轴箱机床合适，但它的结构简单。3、自动更换主轴箱组合机床它由自动线或组合机床中的标准部件组成。不可调多轴箱与动力箱按置在水平底座上，主轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。主轴箱库转动与进给动作都按标准子程序工作。换主轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台，以便加工工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置，就能合流水生产自动化。在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。4、数控八轴落地钻床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达 15000个，它与支撑板联接在一起加工。孔径为

9、20毫米，孔深 180毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻，57 巴压力的冷却液可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成 90供自动定心。它比普通麻花钻耐用，且进给量大。为了缩短加工时间，以 8轴数控落地加工。13 多轴加工趋势多轴加工生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，多轴加工的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。4第 2 章 普通钻床改为多轴钻床2.1 生产任务在一批铸铁连接件上有同一个面上有多个孔加工。在普通立式钻床上进行孔加工，通常是一个孔一个孔的钻削，生产效率低，用非标设备，即组合机床加工，生产效率高，但设备投资大。但把一批普通立式普

10、通单轴钻床改造为立式多轴钻床，改造后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰、等工序。设计程序介绍如下：2.2 普通立式钻床的选型2.2.1 计算所需电机功率零件图如图 2.1 所示：图 2.1 零件图图 2.1 为工件零件图，材料：铸铁 HT200；料厚：5mm；硬度：HBS170-240HBS；年产量：1000 万件；4- 6.7尺寸精度 IT13.5(1) 确定四个孔同时加工的轴向力，公式： FFFknVYZdC0式中： =365.9, = , =0.661, =1.217, =0.361, =1.1,FC0d31FZYnk由文献1 （表 15-37）查得=0.35m/sV则 F N0

11、9.4136.05217.6.019.3653 （2.1）所需电机功率： KWVFP.94（2.2）2.2.2 立式钻床的确定根据上面计算所需电机的功率，现选用 Z525立式钻床，其主要技术参数如表 2.1所示：6表 2.1 Z525 立式钻床主要技术参数2.3 本章小结1、 可 实 现 立 、 卧 铣 两 种 加 工 功 能 。 2、 立 式 主 轴 套 筒 具 有 手 动 和 微 动 两 种 进 给 。 3、工作台导轨副超音频淬火后磨削。 4、工作台分三种机动进给方式：A 型为三向；C 型为单向；D 型为两向。7第 3 章 多轴齿轮传动箱的设计3.1设计前的准备1、大致了解工件上被加工孔为

12、 4个 10 的孔。毛坯种类为灰铸铁的铸件，由于石墨的润滑及割裂作用，使灰铸铁很易切削加工，屑片易断，刀具磨损少，故可选用硬质合金锥柄麻花钻（GB10946-89） 2、切削用量的确定由文献1（表 2-7）查得切削速度 ,进给量 .min/21Vcrmf/17.0则切削转速 in/98.64320ds（3.1）根据 Z525机床说明书，取 i/0rns故实际切削速度为： min/2.01967.43dVwc （3.2）3、确定加工时的单件工时 图 3.1 为钻头工作进给长度，8图 3.1 钻头进给长度一般 为 5-10mm,取 10mm，切 入L由文献5查得md2.10837.631切 出 m

13、L5加 工加工一个孔所需时间： min15.07.9621 fnLtwm切 出加 工切 入（3.3）单件时工时： i6.015.41tm（3.4）3.2 动系统的设计与计算1、选定齿轮的传动方式：初定为外啮合。2、齿轮分布方案确定：根据分析零件图，多轴箱齿轮分布初定有以下图 3.2，图 3.3 两种形式9图 3.2 图 3.3根据通常采用的经济而又有效的传动是：用一根传动轴带支多根主轴。因此，本设计中采用了图 3.3 所示的齿轮分布方案。3、明确主动轴、工作轴和惰轮轴的旋转方向，并计算或选定其轴径大小。因为所选定的 Z535立式钻床主轴是左旋，所以工作轴也为左旋，而惰轮轴则为右旋。根据表 2确

14、定工作轴直径机械制造.8/97：43表 3.1 加工孔径与工作轴直径对应表（mm）因为加工孔径为 10mm,所以工作轴直径选 15mm.主动轴和惰轮轴的直径在以后的轴设计中确定。4、排出齿轮传动的层次，设计各个齿轮。本设计的齿轮传动为单层次的齿轮外啮合传动，传动分布图如图 4所示。在设计各个齿轮前首先明确已知条件：电机输入功率 ,齿轮转速KWP8.21, 齿轮转速 ,假设齿轮、的传动比均为min/1360rn min/9603rni=0.84,即齿轮比 u=1.2,工作寿命 15年（每年工作 300天） ，两班制。10选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数选用直齿轮圆柱齿轮传动；多轴箱为一般工作机

15、器，速度不高，故选用 7级精度（GB10095-88）;材料选择由文献1（表 10-1）查得选择齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，齿轮材料为 45（调质） ，硬度为240HBS，齿轮材料为 45（常化） ，硬度 210HBS;选齿轮齿数 ,齿轮齿数 ,取 .241Z 8.2.1412uZ29Z按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算， 3211 2. HEdtt uTKd（3.5） 确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数 ;3.1tK2)计算齿轮传递的转矩mNnPT 45151 1096.13/8.20.9/0.9（3.6）3) 由文献 4（表 10-7）查得选取齿宽系数 =0.5d4) 由文献 4（表 10-6）查得材料的弹性影响系数 2/18.9MPaZE5) 由文献 4（表 10-21d）查得按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限？ ;齿轮的接触疲劳强MPaH601lim11度极限？ ;MPaH502li