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1、目录1 绪 论11.1 课题研究的目的和意义11.2 深孔加工发展概况21.3 深孔加工的类型及特点31.3.1 深孔加工的分类31.3.2 常用深孔加工系统简介41.4 深孔加工机床的特点62 设计机床的步骤62.1机床的选择72.1.1 机床主要技术参数的确定102.2 主传动的功用、主要组成部分、设计要求：122.3 主传动方案内容122.3.1 主传动布局方式132.3.2 主传动变速方式132.4 进给传动系统152.4.1 进给传动系统的特点152.4.2 进给驱动电动机功率的确定162.4.3 直线运动机构162.5 支承件的功用及基本要求202.6 导轨的功用、分类及基本要求2
2、92.6.1 滑动导轨312.6.2 导轨的间隙调整装置363 机床的优缺点和经济分析384 结论38参考文献39致 谢411 绪 论1.1 课题研究的目的和意义金属切削机床(以下简称机床)是用刀具或磨具对金属工件进行切削加工的机器。在一般机械制造厂中，机床约占机器设备总台数的50-70。现代化工业生产的特征主要表现在高生产率和先进的技术经济指标两方面，而这些则首先取决于机械制造工业提供的装备的技术水平。机床工业是机器制造业的重要部门，担负着为农业、工业、科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，在整个国民经济中占有重要地位。一个国家机床工业的技术水平、机床的拥有量和现代化程度，是衡量这个国家工
3、业生产能力和技术水平的重要标志之一。制造业中，通常将长径比超过5的圆柱孔称为“深孔”，具有深孔的零件称为“深孔零件”，对加工深孔零件为主体的机械装备称为“深孔类装备”，对专门用于加工的装备则称为“深孔加工装备” 1。80年代以来，国内机床工业水平提高较快，相对而言，深孔机床发展相对滞后，在设计水平、品种、精度和专业化程度等方面与欧、美、日本还有相当大的差距。数控深孔钻床到80年代末才出现，而用于加工固定工件的深孔钻床还是空白点2。面对深孔装备和深孔零件的广泛应用，制造业对深孔加工技术的需求呈直线上升趋势。一方面，大批老国有企业由于缺少先进的深孔加工技术，自身原有的大批深孔机床长期处于闲置状态；
4、另一方面，又有大批新兴中小型企业因不具备深孔加工手段，导致其新装备的开发面临重重阻力。判断某种制造技术发展速度的最具说服力的标准，莫过于其装备的性能价格比和市场占有率。自从20世纪60年代以来国 际深孔刀具、深孔机床市场一直为欧洲、日本少数公司所垄断，其价位数十年高居不下。即使在欧美装备市场上，深孔刀具和机床在机床工具类产品也属于最昂贵的品种。一台枪钻机床的平均价格高达20万美元以上，一支枪钻、BTA钻的平均价格也高达上百至数百美元。对于像我国这样的发展中国家，绝大多数企业“既买不起也用不起”，只能望洋兴叹，转而采用相对；落后和成本教低的技术手段去应对新装备的开发。这就使新型深孔加工技术与装备
5、的发展成为我国制造业高速发展中必须加以克服的环节3。本课题的研究正是基于此情况下进行的，深孔加工机床的设计，可以在实际的环境中激发我们的动手动能力，使我们积极思考，把所学到的知识融会贯通，从对深孔机床的理性认识上升到感性认识，提高我们在深孔加工装备方面的设计能力，为以后的工作打下坚实的基础，为我国深孔加工机床制造业的发展贡献自己的一份力量。1.2 深孔加工发展概况 最早用于加工金属的深孔钻头是扁钻，它发明于18世纪初。1860年美国人对扁钻做了改进，发明了麻花钻，在钻孔领域迈出了重要的一步。但用麻花钻钻深孔时，不便于冷却与排屑，生产效率很低。随着枪炮生产的迅速发展，在20世纪初期，德、英、美等
6、国家的军事工业部门先后发明了单刃钻孔工具，因用于加工枪孔而得名枪钻。枪钻也称为月牙钻、单刃钻及外排屑深孔钻。枪钻钻杆为非对称形，故扭转强度差，只能传递有限扭矩，适用于小孔零件加工生产，效率较低。在第一次世界大战前和战争期间。由于战争的需要，枪钻已不能满足高生产效率的要求。在1943年，德国海勒公司研制出毕斯涅耳加工系统(即我国常称的内排屑深孔钻削系统)。战后，英国的维克曼公司、瑞典的卡尔斯德特公司、德国的海勒公司、美国的孔加工协会、法国的现代设备商会等联合组成了深孔加工国际孔加工协会，简称BTA协会。经过他们的努力，这种特殊的加工方法又有了新的发展，并被定名为BTA法，在世界各国普遍应用。后来
7、瑞典的山特维克公司首先设计出可转位深孔钻及分屑多刃错齿深孔钻，使BTA法又有了新的飞跃。BTA法存在着切削液压力较高，密封困难等缺点。为克服这些不足，1963年山特维克公司发明了喷吸钻法。这是一种巧妙应用喷吸效应的方法，可以采用较低的切削液压力，使切屑在推、吸效应下容易排出，有利于系统的密封。但是喷吸钻法本身也有缺点，它使用两根钻管，使排屑空间受到限制，加工孔径一般不能小于18mm。由于特殊的切削液供给方式，缺乏了BTA法中切削液对钻杆振动的抑制作用，刀杆易擦伤，其系统刚性和加工精度要低于BTA法。20世纪70年代中期，由日本冶金股份有限公司研制出的DF(Double Feeder)法为单管双
8、进油装置，它是把BTA法与喷吸钻法两者的优点结合起来的一种加工方法，用于生产后得到了满意的结果，目前广泛应用于中、小直径内排屑深孔钻削。由于我国机械制造业的迅速发展，深孔加工技术在我国也得到了广泛的应用。20世纪50年代群钻的研制成功，使钻孔效率大为提高。1958年BTA钻头在我国开始使用，在此之后，70年代初，我国开始研制和推广喷吸钻，到1978年DF法已在我国设计完成并于1979年正式用于生产，现广泛应用于中、小直径内排屑深孔钻削。国内几家重型机器制造厂相继研制和采用了深孔套料钻，已成功地加工出12m长的发电机转子内孔。西安石油大学于1989年成功地将喷吸效应原理应用到外排屑枪钻系统，使枪
9、钻的加工性能大大提高；1994年又研制成功多尖齿内排屑深孔钻，使深孔钻削的稳定性和耐用度大大提高。 1.3 深孔加工的类型及特点1.3.1 深孔加工的分类深孔加工可分为一般深孔加工(钻、镗、铰等)、精密深孔加工和电深孔加工（电火花、电解等）。1按加工方式分类：a) 实心钻孔法：毛坯无孔，采用钻削加工出孔的方法。b) 镗孔法：已有孔，为提高孔的精度和降低孔表面粗极度采用的方法。c) 套料钻孔法：用空心钻头钻孔，加工后毛坯中心残存一根芯棒的方法。2按运动形式分类：a) 工件旋转，刀具作进给运动。b) 工件不动，刀具旋转又作进给运动。c) 工件旋转，刀具也作相反方向旋转又作进给运动。d) 工件作旋转
10、运动与进治运动，刀具不动，这种形式采用不多。3按排屑方法分类：a) 外排屑：切屑从刀杆外部排出。外排屑又可分为两种方式。b) 前排屑：切屑沿孔中待加工表面向前排出，切削液从钻杆内，或从钻杆外，或从杆内外同时进入。c) 后排屑：切屑沿刀杆外部向后排出，切削液从钻杆内部进入。d) 内排屑：切屑从刀杆内部排出，切削液从钻杆外部进入。4按加工系统(冷却、排屑系统)分类：a) 枪钻系统。b) BTA系统。c) 喷吸钻系统。d) DF系统。1.3.2 常用深孔加工系统简介 深孔加工系统是以深孔加工中所用的冷却、排屑装置来分类的。目前，国内、外常用的深孔加工系统有枪钻系统、BTA系统、喷吸钻系统和DF系统。
11、这些系统除用于与之对应的钻头进行钻削外，亦可以用于其它深孔刀具切削加工，如深孔镗削、钻削和珩磨等。1.枪钻系统枪钻系统属于外排屑方式，主要由中心架、扶正器、钻杆联结器和冷却润滑油路系统组成。其中中心架辅助机床卡盘用于装夹工件；扶正器主要用于钻头入钻时导向，并提供向外排屑的通道；尾架用于夹持钻头柄部，支承钻削扭矩和轴向力。枪钻系统的工作原理是：切削液通过尾架上输油人口进入钻杆内部，到达钻头头部进行冷却润滑，并将切除的切屑从钻头外部的V型槽中排出。由于切屑由钻头和钻杆外部排出，容易擦伤已加工孔表面，其加工质量要低于内排屑方式的系统。该系统主要用于小直径(一般20mm深孔加工)。2.BTA系统BTA
12、系统属于内排屑方式。主要由中心架、授油器、钻杆联结器和冷却润滑油路系统组成。BTA系统中的授油器与枪钻系统中的扶正器功能不同，授油器除了具备导向扶正功用外，还提供了向切削区输油的通道。BTA系统的工作原理是：切削液通过授油器从钻杆外壁与已加工表面之间的环形空间进入，到达刀具头部进行冷却润滑，并将切屑经钻杆内部推出。该系统使用范围广泛。适用于深孔钻削、镗削、铰削和套料。但受到钻杆内孔排屑空间的限制，主要用于直径12mm的深孔加工。3.喷吸钻系统 喷吸钻系统主要用于内排屑深孔钻削加工。喷吸钻系统利用了流体力学的喷射效应的原理，当高压流体经过一个狭小的通道喷嘴高速喷射时。在这般喷射流的周围形成低压区
13、，可将喷嘴附近的流体吸走。其工作原理是：切削液在一定压力作用下，由联结器上输油口进人，其中23的切削液向前进人内、外钻杆之间的环形空间，通过钻头柄部上的小孔流向切削区。对切削部分、导向部分进行冷却与润滑。并将切屑推入内钻杆内腔向后排出；另外13的切削液，由内钻杆上月牙状喷嘴高速喷入内钻杆后部，在内钻杆内腔形成一个低压区，对切削区排出的切削液和切屑产生向后的抽吸，在推、吸双重作用下，促使切屑迅速向外排出。因此，在喷吸钻钻孔时，切削液压力低而稳定，不易外泄，排屑顺畅，降低了钻削系统的密封要求，保证了钻削加工可以在较大的切削用量下进行。 喷吸钻系统由中心架、扶正器、内钻杆、外钻杆及冷却润滑系统等组成
14、。由于有内管，喷吸钻加工最小直径范围受到限制。一般不能小于18mm。4.DF系统DF为英文Double Feeder的缩写，原意为双进油装置，是20世纪70年代中期日本冶金有限股份公司研制出来的。它并非独创，而是将BTA方法推出切屑与喷吸钻吸出切屑的力法相结合，仅用一个钻杆完成推、吸双重作用。它同时具备了BTA系统和喷吸钻系统的优点，并克服不足，使钻削直径范围增大(最小直径可达6mm)，密封压力减小，加工精度和效率提高。DF系统需要把切削液分成两条路线分别供给授油器和联结器。其工作原理是：约23的切削液向BTA系统一样由授油器进入。并从钻杆外壁和已加工孔表面之间的环形空间到达钻头头部，并将切屑
15、从钻杆内部推出；另外1/3的切削液直接从钻杆联结器的负压装置进入钻杆内腔，产生一定的负压，将切削区的切削液和切屑向后抽吸，促使切屑顺利排出。1.4 深孔加工机床的特点深孔加工机床是深孔刀具和深孔技术的载体。全套深孔机床可以认为是由专用、和通用两种零部件系统组成。所谓专用零件系统，是指那些只与具体采用的深孔刀具和深孔加工技术特点直接相关的零件系统。例如枪钻机床的排屑装置、进给刀座；双管喷吸钻、DF系统、SIDE系统的抽屑器和输油器，以及专用的导向和密封件。属于深孔机床的通用零件系统的有床身、主传动系统、进给系统、进给机构、液压系统及通用功能附件、电机等，可以根据深孔机床的特定需要，按照通用机床的设计、制造方式进行生产或委托生产，再与专用的系统进行组装和调试，最后成为不同规格的深孔机床。用于内、外排屑的深孔加工机床，都可以按照工件旋转、刀具旋转、工件与刀具相对旋转三种方式分类。根据深孔加工只、这一特点，机床一般为卧式，但对于某些特殊工件（大型、重型工件、板料等），也可以设计成立式。外排屑深孔机床由于不适用于加工大孔，所以机床一般为中小型的。这是与内排屑深孔机床的一个主要不同点。2 设计机床的步骤设计机床的步骤在实践中虽有细节上差别，但归纳起来大体上可以分为调查研究、拟定方案、结构
