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1、济南大学泉城学院毕业设计济南大学泉城学院毕 业 设 计题 目 双头钻床的结构设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机设07Q2 学 生 张昆 学 号 20073006136 指导教师 潘永智 二一一 年 五 月 三十 日- 1 -济南大学泉城学院毕业设计目 录摘要. .IABSTRACT.II1 前言.11.1本课题的背景和研究意义.11.2本课题解决的问题和主要工作.22 双头钻床结构设计的总体方案.42.1双头钻床的总体结构设计.42.2双头钻床的总体设计流程.52.3双头钻床的工作原理.83 双头钻床主要零件的设计计算及校核.103.1 主要零件的选择及校核.10 3.1.1 电
2、机的选择.10 3.1.2 带传动的选择.10 3.1.3 齿轮的设计计算.14 3.1.4 轴的设计.193.2 其他零件的设计与选择.22 3.2.1 丝杠的选择.22 3.2.2 机架的设计.24 3.2.3 夹具的选择.25 3.2.4 轴承的选择.264 结论.29参考文献.30致谢.31- 31 -1 前言1.1 本课题的背景和研究意义机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备的重要任务。机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。而制造业的生产能力主要取
3、决于制造装备机床的先进程度。钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头的旋转为主运动，钻头的轴向移动为进给运动。钻床的结构比较简单，加工精度较低，可钻通孔、盲孔。在钻床上配有工艺装备时，还可以进行镗孔,在钻床上配万能工作台还能进行分割钻孔、扩孔、铰孔。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。1钻床主要分为立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、台式钻床、深孔钻床和中心孔钻床等。为了满足模具制造业发展的需要，又开发了除钻削深孔以外，还可以进行铣削、攻丝等的多功能钻床。20世纪70年代初，钻床还是普遍采用普通继电器控制的。如
4、70年代-80年代进入中国的美国ELDORADO公司的MEGA50，日本神崎高级精工制作所的DEG型，德国TBT公司的T30-3-250等。80年代后期数控技术逐渐开始在深孔钻床上应用，特别是90年代以后这种先进的技术才迅速推广。如TBT公司90年代初上市的ML系列深孔钻床，进给系统由机械无级变速器改为采用交流伺服电机驱动的滚珠丝杠副，进给用滑台导轨也改为采用滚动直线导轨。钻杆箱传动为了保证高速旋转、精度平稳，由交换皮带轮及皮带，和双速电机驱动的有级传动变为无级调速的变频电机到电主轴驱动，为钻削小孔深孔和提高深孔钻床的水平质量提供了有利条件。为了加工某些零件上的相互交叉或任意角度、或与加工零件
5、中心线成一定角度的斜孔，垂直孔或平行孔等需要，各个国家而专门开发研制多种专用深孔钻床。例如加工曲轴油孔，连杆斜油孔，平行孔等的专用钻床，还有特别适用于加工大中型卡车曲轴油孔的BW250-KW深孔钻床，它们均具有X、Y、Z、W四轴数控。于2000年设计制造的第一台柔性曲轴加工中心，可以加工212缸不同曲轴上所有的油孔。MOLLART公司为加工颗粒挤出模具而开发生产制造了一种专用深孔钻床，这种钻床具有六等分六根主轴，可以同时加工同一工件上六个孔。该工件孔数量多达36000个。全都是数控系统控制的2-3。多轴钻床俗称多轴器、多孔钻或多轴钻孔器。是一种运用于机械领域钻孔、攻牙的机床设备。可以两轴或两轴
6、以上同时钻孔或攻牙，故称多轴钻床。一台普通的多轴钻床一次能把几个乃至十几个孔或螺纹同时加工出来。如果配上液压或气压装置，可以方便的自动进行快进、工进（工退）、快退、停止等动作，加工效率更高。多轴钻床也称群钻床，一般型号的可以同时钻2-16个孔，而且很多机种都没有轴数限制，钻轴形式，尺寸大小也可以依客户之需进行设计加工。如今多轴钻床在生产中的应用已经十分广泛，主要用于工件上多孔的加工。由于普通单轴钻床只有一根主轴， 一次只能加工一个孔，如果要加工多孔的工件，只有通过移动夹具并多次对刀来实现，不仅工人的劳动强度大，而且孔的位置精度低。而多轴钻床不仅效率高，在加工成角度的孔时，角度精确，再与数控相结
7、合更可以保证距离精度4。多轴钻床大体分为两种类型：可调式和固定式。可调式：本体结构得用齿轮箱配合万向节头所组成，由于万向节是可活动轴件，故在限定范围内可左右移动。在调整加工孔距时不受齿轮所限制，适合加工多样不定性孔件，使用范围较广。缺点是精度方面控制有所欠缺，长期使用跑位率相比略高。适合单件加工量不大，长年更换加工件的企业。固定式：根据单件加工件量身定制多轴器，即依照零件的间距、排布，定死动轴。从而达到单品单轴，一件一台的多轴器标准方案。这是使用多轴器最终的模式，是提高生产效率最快的钻床设备。固定式加导孔板多轴器准确耐用，在更换式件时，有很多空间取付方便，不会受到治具之妨碍。所加工出来的产品更
8、精确，多轴钻床也更耐用。多轴钻床按其加工件的硬度来划分，可分为中切削型、重切削型和强力超重切削型三类。中切削适用于铝、镁、铜等HB150以下的工件。重切削适用于孔数大于10个的软质件或7孔以下的钢、铁等HB265以下的工件。强力超重切削型试用于265HB330钢、铁等强硬度工件5。本次设计主要研究两轴钻床，两轴钻床也可以称为双头钻床，有两个主轴配两把相同或不同型号大小的钻头，同时加工同一零件上的两个孔。这两个孔可以具有不同尺寸，若要用一台电动机实现两个钻头的同时转动，需要在设计时着重注意传动系统与减速系统的设计。1.2 本课题解决的问题和主要工作单柱台式钻床是机械行业最通用的设备，主要用于工件
9、上孔的加工，由于立式钻床只有一根主轴，因此一次只能对一个孔进行加工，如果要加工多孔的工件，只有通过移动夹具多次对刀实现，不仅工人的劳动强度大，而且孔的位置精度低。所以，一种可以同时加工两个孔的双头钻床应运而生。本课题就设计了这么一种双头钻床，这种钻床价格相对低廉，体积小、重量轻、操作方便、可靠性高，且同时钻两孔的工作方式大大提高了工作效率，减轻了工作量，提高了工作效率。本课题的主要工作包括以下几个方面：1. 广泛收集和分析国内外先进钻床和多轴钻床的研究资料，阐述了课题的研究意义，在综述了国内外研究资料之后，给出了本文研究的主要内容。2.提出双头钻床的总体设计方案，进行了各功能的求解，并提出了几
10、个方案，通过分析各个方案的优缺点，确定了最终方案。3.介绍了双头钻床的结构设计，探讨了双头钻床的设计原理，并设计了一套减速、传动系统及夹具。4.对钻床整体及各个零件进行尺寸设计并进行校核，合理调整各零件的相对位置，.并绘制钻床的装配图和主要零件的零件图。2 双头钻床结构设计的总体方案总体方案设计包含功能设计、结构设计和性能分析三部分。功能设计，即在调研分析，确定了所设计机床的工作参数（运动、动力、尺寸）之后，通过功能分解，创新出或类比出可以实现加工要求的各种总体布局方案。结构设计是在总体布局方案基本确定后，对机械结构件进行主要形状和尺寸的设计，这同样有类比和创成设计两类。性能分析是根据机床的总
11、体性能要求对各部件的精度、刚度等进行设计分配，并比较各种可能方案的优劣。6本课题所设计的机床也可以基本分成以上三个方面进行设计，具体设计方案下面具体介绍。2.1 双头钻床的总体结构设计按照本课题的具体要求，这种双头钻床要实现同时钻两个孔的要求，而若要用一个电动机实现这种功能，则需要设计一套特殊的传动系统。本方案采用的是齿轮传动来解决这个问题，用一个齿轮同时带动两个齿轮做旋转运动，从而带动两个钻头转动，实现两个钻头同时转动的目的。减速方面，本方案采用带传动减速。机床总体设计方案如下图所示：机床总体设计方案功能设计钻床主运动进给运动驱动系统夹具定位系统控制系统结构设计齿轮箱减速装置机架性能分析齿轮
12、选择轴的校核减速系统的选择钻床装配图2.1 方案1.功能设计（1）钻床主运动：钻床的主运动为钻头的转动（2）进给运动：钻头对工件进行加工时的运动，钻床的特点就是工件不动而钻头移动。（3）驱动系统：电动机。（4）夹具定位系统：多点定位，利用夹具装夹工件。（5）控制系统：人工手动控制。2.结构设计（1）齿轮箱：利用一根中轴和两边的齿轮配合组成齿轮箱，中轴上套有两个大小不同的齿轮，分别驱动两边两个齿轮，达到两个钻头转速不同的目的。考虑到普通情况的加工，即若要求两齿轮转速相同，可将两边两个齿轮换成规格相同的，然后与中轴上同一齿轮配合即可使两钻头转速相同。（2）减速装置：考虑到所设计的钻床较小，故采用一级带传送减速。（3）机架：使各部件合体分布在上面。3.性能分析（1）齿轮选择：根据要求的转速不同合理选择齿轮。（2）轴的校核：需要校核的主要是齿轮箱中的三根轴。（3）减速系统的选择：带传动。（4）钻床装配：合理分配。2.2 双头钻床的总体设计流程机器的发展经历了一个由简单到复杂的过程，最初的简单机器主要由三部分组成：原动机部分，执行部分，传动部分。（1）原动机部分：原动机部分是
