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1、济南大学毕业设计毕业设计题 目 主轴轴承座端面 钻孔机床设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0712 学 生 姜锦涛 学 号 20070405039 指导教师 宋强 二一 一 年 五 月 三十一日- 1 -济南大学毕业设计1 前言随着经济的迅速发展和现代化工业的需求，多轴钻床应运而生。其被应用到汽车零部件加工，农用机械零部件的加工以及大批量生产多孔零件等许多地方。多轴钻床在机加工方面有很多优点。当一个工件再同一方向上有数个孔时，用普通钻床加工时就要加工一个孔后搬动零件加工另一个孔。这样，生产率会很低，成本会大大增加。多轴钻床与普通的钻床的不同之处在于主轴箱的结构，
2、多轴钻床的主轴箱中中间轴带动外围排列的若干个主轴转动，主轴带动刀具转动，完成切削加工，这样就可以实现一次装夹工件一次加工完成，从而减少加工工序，缩短加工时间，提高了生产率，降低了生产成本。多轴钻床在加工主轴轴承座端面时，具有以下优越性：1） 加工速度快,比普通钻床效率提高很多2） 加工质量好，孔的位置尺寸误差小，具有良好的加工精度，互换性好3） 多轴钻床造价低廉，维修方便4） 配置灵活总之，制造业是国民经济的主要支柱，而先进的制造技术则是增强新产品开发和提高企业竞争力的核心。因此，多轴钻床在现代化工业生产中具有很大的意义，它大大的提高了劳动生产率，提高了孔的加工精度，减少了工人的劳动强度，同时
3、也推动了我国制造业的迅速发展，因此我们应该加强对多轴钻床的研发。2多轴钻床总体设计多轴钻床的总体设计是整个机床设计的重要环节，它直接影响着机床的技术性能和经济性能。机床的总体设计基本上有两种情况：其一：是根据被加工零件的特征进行专门的设计；其二:随着机床行业的发展，广大设计人员总结工作经验，发展机床在组成部件方面的共性，将其设计成通用部件，当需要设计机床时，就可以利用通用部件进行设计。在本设计中属于第二种情况，即设计加工主轴轴承座端面孔的多轴钻床，其属于专用机床。一般来说，机床总体设计时应考虑下列几点：（1） 用最佳的加工工艺，制定合理的方案；（2） 合理的选择机床通用部件；（3） 选择当前机
4、床的配置形式；（4） 设计最佳的夹具，选择合适的刀具及主轴箱；其总体布局及其传动系统如图2-1所示。图2-12.1加工工件的工艺分析在本设计中，我设计的机床是加工主轴轴承座端面孔的专用钻床。下面是所要加工的工件在扩孔后的零件图：图2-2由于所加工工件的外形尺寸如图2-1所示，所要完成的加工工序是对左端面上的六个大小相同12的孔进行钻孔的工作，因此为了保证加工的质量、提高生产效率和减少劳动强度，我设计了一台同时加工六个孔的六轴组合机床，从而大大提高了劳动效率。2.2多轴钻床钻削方式设计在钻床的工艺方法确定后，刀具和工件在钻削加工时的相对运动也就相应确定下来了。对于此组合机床有两种运动方案：其一：
5、钻削加工的相对运动由刀具实现;其二：钻削加工的相对运动由工件来实现。由于本机床所要加工的工件比较笨重，我选用第二种方案，即选用钻头轴向移动为进给运动，钻头的回转运动为主运动。如图2-2所示。这样可以完成重型工件的加工。图2-2钻头在回转过程中同时实现进给，完成对轴承座的钻孔工序。这种机床结构简单，调整方便。2.3多轴钻床的总体布局设计2.3.1机床总体布局的基本要求在进行机床的总体布局设计时，需要考虑以下几个方面：（1）要保证机床的刚度，精度，抗振性和稳定性，尽量减轻机床重量（2）要保证安全的生产，便于操作调整和维修（3）要保证机床结构简单，力求用较短的传动链，以及提高传动精度和效率（4）保证
6、良好和先进的加工工艺，利于机床的装配和加工（5）机床外形尽量大方美观，使其符合人机学原理2.3.2决定多轴钻床总体布局因素的分析（1）零件的工艺方法对钻床设计的影响专用机床上加工工件的工艺方法有很多种。设计多轴钻床时，常常因为工艺方法的改变，导致机床运动的传动部件的配制和结构发生某些变化，从而产生一定的影响。因此在确定多轴钻床的总体布局时首先要分析和选择合理的加工工艺。多轴钻床的主运动是钻头的回转运动，工作时将主轴轴承座装在钻头正下方的专用定位机构上（2）生产效率对总体布局的影响机床的生产批量不同，可能导致其结构完全不同。主轴轴承座属于大批量生产。因此使用专用机床一次完成多孔加工。此方案效率高
7、，工作台结构简单，但占用空间较大。（3）操作的方便性影响总体方案的制定机床的总体布局应考虑人的支配作用，需考虑以下几点： 由于人在机床工作中起主导作用，因此要考虑人体四肢的活动范围，以减轻工人的劳动强度。 合理选择立柱的位置，使之符合人的操作习惯。 要便于对刀、调整和测量。3多轴钻床的部件我们设计的机床是组合机床，该机床由底座、工作台、立柱、夹具、动力滑台、动力箱、主轴箱等组成，如下对各个部件的功能作具体分析：3.1底座底座是用来支撑其它元件的。在本机床设计中多轴钻床的底座要能够承受压力和足够的抗压强度，工作时稳定，并具有减震作用。3.2工作台工作台用于安放工件，它与底座相连，并国定在底座上。
8、工作台设计时要考虑其与钻模板的平行度，这样钻孔才是垂直的，保证加工的精度。3.3立柱在本机床设计中，立柱对主轴箱和电机起支撑作用。由于刀具沿导轨作进给运动，因此要保证导轨的平行度。3.4夹具孔的加工需要一定的工序，要使被加工零件的孔达到技术要求，就要保证零件的定位和加紧。如果定位不好或加紧不好可能导致孔的内部不是圆柱形而是椭圆形，从而影响了零件的质量，增加了加工成本。3.5动力滑台 动力滑台是由滑台与滑座配套组成一个独立的动力部件。滑台在滑座导轨上移动，实现机床的进给运动。滑台有液压滑台和机械滑台两种，本设计中采用液压滑台。3.6动力箱 动力箱是为主轴箱的刀具提供切削主运动的驱动装置。它与动力
9、滑台和主轴箱配套使用，动力箱上安装主轴箱实现切削主运动。标准中有齿轮传动的动力箱和联轴节传动的动力箱，本设计中采用齿轮传动的动力箱。3.7主轴箱主轴箱是用来布置机床主轴及相应传动件的机构，通过布置齿轮把动力从电动机传递给各个主轴，获得所需要的转速等。4多轴钻床的参数设计多轴钻床的运动主要有主运动参数和进给运动参数。主运动是主轴运动，进给运动是由液压支持的多轴箱来实现。在确定多轴钻床运动参数之前，先要确定被加工零件的有关参数。4.1尺寸参数钻孔的直径6-12（扩孔至16.5，不用设计），孔中心的分布圆235工件材料：HT20-40，刀具材料：高速钢采用标准麻花钻，进给量f=0.3mm/r，切削速
10、度v=16m/min对称孔间的中心距a=117.5mm和a=108.8mm。 4.2运动参数钻床的运动参数包括钻头转速和进给速度。多轴钻床主运动参数为主轴转速。由于该机床只加工一种零件，因此只有一种固定转速。 其中参数含义：n-主轴转速（r/min） v-切削速度（m/min） d-工件或刀具直径（mm）代入数据得：（r/min）4.3动力参数多轴钻床的动力参数主要指驱动机床的各种电机的功率或扭矩。下面确定钻床的动力参数：机床主电动机的功率为： 式中参数含义：-用于切削的功率（KW） -空载功率（KW） -随载荷增加的机械消耗功率（KW）（1）（KW）的计算：计算公式：式中参数含义：T-转矩（
11、Nm） v-切削速度（m/s） r-孔半径（mm）其中： 查表代入数据得： （Nm） =（KW）（2）（KW）的计算：机床主传动链的空载功率损失估算： 式中：-主传动链中除主轴外，所有传动轴轴颈的平均值（mm） -主轴前后轴颈的平均值(mm) -主轴转速为时，传动链内除主轴外各传动轴的转速之和(r/min) -主轴转速(r/min) -1（润滑油粘度影响的修正系数） -10（系数）代入数值得：（KW）（3）（KW）的计算:机床钻削时，传动件正压力加大，摩擦损失加大。计算公式为： 代入数据得：（KW）所以：=2.2+0.266+0.191=2.466（KW）根据以上计算，选取主运动电动机。查机械
12、设计手册，选用型号为Y-132S,额定功率：3 KW，满载转速：960 r/min。5主轴箱设计主轴箱是多轴钻床的非常重要的组成部分，可用来布置机床主轴及传动零件。通过一定传动比把动力传递给主轴，获得所需要的转速等。主轴箱主要由箱体、主轴、传动轴、齿轮、轴套等零件和通用的附加机构组成。5.1传动系统设计 主轴箱的传动系统设计，就是通过一定的传动链把动力箱输出轴传进来的动力和转速按要求分配给主轴。5.1.1主传动方案的设计设计传动系统，应在保证在轴强度，刚度，转速等情况下，尽量使传动轴和齿数最少，以保证零件规格最少，数量少，体积少；因此，在设计传动系统时，要注意下面几点：（1） 应避免主轴带动主
13、轴，以减少主动轴的负荷。（2） 齿轮传动副的传动比最好选用11.5，但也可采用33.5。（3） 粗加工主轴上的齿轮，要尽量靠近前支撑，以减少主轴的变形。5.1.2主轴箱齿轮齿数设计齿轮在工作时必须要有一定的强度，防止其在工作寿命期间失效，因此在齿轮设计时，要按照齿根弯曲疲劳强度及齿面接触疲劳强度两个准则计算。（1）齿轮模数模数计算公式：式中：-按接触疲劳强度估算模数（mm） -大小齿轮齿数比 -电动机功率 -齿宽系数 -最小齿轮齿数 -许用接触应力（MPa） -小齿轮转速（r/min）代入数据得：圆整取m=3（2）齿轮齿数两对称钻头中心距与齿数关系：式中：-两对称孔中心距 -小齿轮分度圆直径 -大齿轮分度圆直径 -齿轮模数 -小齿轮模数 -大齿轮模数 -小齿轮与大齿轮中心距将d=117.5，m=3代入得：=78.3由于，为齿轮齿数，则为整数，将其圆整为78，所以=80。初定=46，=34，则齿数比=1.35。主轴转速n=424.63(r/min)，则小齿轮转速为424.63(r/min)，=1.35。设与动力箱输出轴相连的轴为I轴，轴上齿轮齿数为，与之啮合的齿轮齿数为，其所在的轴为II轴，则第II轴转速：=(r/min)，减速部分的传动比=，取=23，=32。（3）
