可变轴距多轴钻床设计

1、毕业设计摘要本设计是关于可变轴距多轴钻床的设计。设计一种钻床用钻轴均布可调多轴头。该多轴头各轴在圆周方向均布却可方便地沿直径方向同步调整，普通钻床为单轴机床，但安装上多轴箱就会成为多轴的钻床，改造成多轴钻床后，能大大地缩短加工时间，提高生产效率。本设计涉及一种可调间距的多轴钻床，包括机身，底座，工作台，主电机，主轴箱设置在机身上并位于工作台的上方，所述的主轴箱内设有万向节，万向节的上端通过齿轮或带轮与主电机相连接，万向节的下端与钻头主轴相连接，设计内容包括齿轮分布与选用、轴的设计、多轴箱的选用、导向装置设计等。不过国内现在多轴钻床传动箱大都采用万向节连杆式传动结构，其缺点是钻杆位置调节由万向节

2、和连杆实现，调节麻烦，调节位置不准确，万向节的存在还使传动箱的轴向尺寸增大，传动刚性很差，这些缺点都可使工件孔的位置精度和尺寸精度不易保证，造成装配困难。关键词： 多轴钻床; 可调轴距; 多轴箱AbstractThis design is about the variable wheelbase multi-axis drilling machine design. Introduction of a drilling machine drill shaft can be adjustable multi spindle heads. The multiple spindle axis in

3、are uniformly distributed in the circumference direction can easily along the diameter direction synchronous adjustment, the ordinary drill is a single axis machine tool, but mounted on the spindle becomes a multi-axis drilling machine, transformed into a machine, can greatly shorten the processing

4、time, improve production efficiency. The utility model relates to a adjustable multi spindle drilling machine, comprising a body, do more, work table, the main motor, the spindle box is arranged in the body and is positioned on the worktable, wherein the spindle box is provided with a universal join

5、t, the upper end of the universal joint through gear or belt wheel is connected with the main motor, universal joint the lower end of the drill bit is connected with the main shaft, the design includes the selection and distribution of gear wheel, shaft design, selection of the multiple spindle head

6、s, guiding device design. But now the domestic machine transmission box adopts universal joint connecting rod type transmission structure, its disadvantages are the drill rod position adjustment by the universal joint and the connecting rod to realize the trouble, regulation, regulation of position

7、is not accurate, universal existence also causes gearbox axial size increases, drive rigidity is poor, these shortcomings can make the workpiece bore location accuracy and dimensional accuracy can not be guaranteed, causing difficulty in fitting.KEY WORDS: multiple drill;adjust; multiple spindle hea

8、ds18目录摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1 可变轴距多轴加工的介绍11.2 多轴加工的应用11.3 多轴加工优势11.4 多轴加工的设备11.4.1 多轴头21.4.2 多轴箱21.4.3 多轴钻床21.4.4 自动更换主轴箱机床21.5 可变轴距多轴加工趋势3第2章 可变轴距多轴钻床的概述42.1 可变轴距多轴钻床的定义42.2 可变轴距多轴加工的特点42.3 可变轴距多轴钻床的工作原理42.4 可调轴间距多轴头的结构52.4.1 连接部分52.4.2 传动部分52.4.3 轴间距的调整部分52.4.4 钻头的装夹部分5第3章 可调轴距多轴钻床总体设计63.1 生产任务63

9、.2 可调多轴立式钻床的选型63.2.1 计算所需电机功率63.2.2 立式钻床的确定73.2.3 立钻型专机设计计算书8第4章  多轴齿轮传动箱的设计94.1 设计前的准备工作94.2 传动系统的设计与计算10第5章 导向装置及接杆刀具的设计155.1 导向装置组成155.2 接杆刀具15总结16参考文献17致谢18第1章 绪 论1.1 可变轴距多轴加工的介绍钻孔加工在机械加工中是再普通不过的工序了。在中小批量的生产中，通常采用普通立式钻床，一次钻一个孔，然后移位钻另一个孔。这种加工方法效率很低，而且孔的位置度难以保证。为了解决这一矛盾，我们设计了用于普通立式钻床的可调式

10、多轴钻孔头。在设备、人力不增加的情况下，配上可调式多轴钻孔头，不仅可使加工效率成倍增加，而且加工精度及孔的位置度得到保证。1.2 多轴加工的应用据统计，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。文献11.3 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

11、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

12、%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。 1.4 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

13、作一简介。1.4.1 多轴头从传动方式来说主要有齿轮传动与万向联轴节传动二种。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

14、式中小批量的轮番生产中，刚性较好，孔距精度亦高，但不同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。1.4.2 多轴箱 也像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

15、以达到比普通多轴箱更小的孔距。 根据成组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。1.4.3 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

16、具有单独的变速机构，这样可以适应某一组孔中不同孔径的加工需要。1.4.4 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

17、工工件的多个面。因为转塔不宜过大，故它的工位数一般不超过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。文献2(4) 数控八轴落地钻床 大

18、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。 1.5 可变轴距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。目前社会上在大中型零件钻孔时，普遍使用的是单轴钻床和固定式不可调的多轴钻床，其缺点是单轴钻床加工大批量的零件功效太低，固定式不可变轴距多轴钻床

19、属于专用设备，只能加工一种零件，转产或改型设备将无法使用第2章 可变轴距多轴钻床的概述2.1 可变轴距多轴钻床的定义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。2.2 可变轴距多轴加工的特点 优点：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，适用范围较广可变式多轴钻床在其加工范围内，其主轴的数量、主轴间的距离，相对可以任意调整，一次进给同时加工数孔。在其配合液压机床工作时，可自动进行快进、工进（工退）、快退、停止。同单轴钻床比较，工件加工精度高、工效快，可有效节约投资方的人力、物力、财力。

20、尤其机床的自动化大大减轻操作者的疲劳强度。 缺点：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，常年更换加工件的企业。2.3 可变轴距多轴钻床的工作原理 多轴钻床的实现主要是由于有多轴器的存在才得以实现的。主轴旋转带动多轴器中的其他轴转动。多轴器结构有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。在调整加多轴头箱内有一个主动轮和多个从动轮，主动轮与电机联结，从动轮再驱动钻头对工件进行加工。图2.1钻床主轴剖面图此图是本设计的核心部分，主轴用螺栓连接在圆盘上，可以根据加工孔的直径来进行调整，一次性最多能使用8个主轴，当所加工孔的直径较大时，可以松

21、开螺栓，手动调整主轴位置使加工孔直径满足要求，再用螺栓拧紧固定，此为最简单的一种拔插式手动调整主轴孔距的方法2.4 可调轴间距多轴头的结构 此处省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩2.4.4 钻头的装夹部分是保证钻头可靠地固定，安全地钻削工件。钻头的装夹可根据可调多轴头最小轴间距的要求，选择不同的装夹形式。若最小轴间距尺寸较大，最好选用通用性较强的钻夹头。该可调多轴头因最小轴间距尺寸要求较小，故选用了一般多轴箱上常见的可调接杆，结构的特点是外径较小，通用性较强，使用的

22、钻头是锥柄的。第3章 可调轴距多轴钻床总体设计3.1 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。3.2 可调多轴立式钻床的选型立式钻床是多轴钻床的工作主机 ，应根据工件的几何形状、结构大小、孔径、孔数和孔的分布情况以及加工时所需的切削轴向力和切削功率等要素来确定其型号。需要确定主机的主要参数是：机床主轴的各级进给量；机床的额定功率和主轴允许的最大进给力及主轴端面

23、至工作台面的最大和最小距离等参数。一种可调间距的多轴钻床，包括机身、底座、油缸、工作台、主电机和主轴箱，主轴箱设置在机身上并位于工作台的上方，所述的主轴箱内设有万向节，万向节的上端通过齿轮或带轮与主电机相连接，万向节的下端与钻头主轴相连接，所述电机的动力输出轮通过传动带与齿轮箱总成的动力输入轮传动链接，传动杆总成与齿轮箱总成的动力输出装置传动连接，所述钻杆与传动杆总成一一对应，且钻杆的上端安装在传动杆总成上。3.2.1 计算所需电机功率表3.1 电机功率的选择孔径 轴向力F(N) 功率PkW f5 378 0.14 f6.7 449 0.15 f8.5 724 0.23 f12 1245 0.

24、41f20 2147.8 0.54此表为各个不同孔距所对应的轴向力和功率，选择孔径所对应的适合的数据，此设计为8个f20的孔。表3.2 钻头切削的主要计算公式高速钢标准钻头切削力的计算公式计算公式切削扭距M=Cm*Dxm*Sym*Km(Kg-mm)轴向力P0=Cp*Dxp*Syd*Kp(Kg)切削功率N=M*n/975000(KW)确定八个孔同时加工的轴向力，公式： 式（3-1）式中：=365.9,=,=0.661,=1.217,=0.361,=1.1,=0.35m/s文献5从表1和表2中得总切削轴向力=2147.85(N)；电机总功率=4.31 (kW) 文献63.2.2 立式钻床的确定表3

25、.3 其主要技术参数 公式中的系数与指数值工件材料扭距M轴向力P0CmXmYmCpXpYp钢b=75Kg /mm234.520.884.710.72Cr13合金钢3720.716010.71Cr18Ni9Ti不锈钢4120.718010.7灰铸铁HB=1902120.860.510.81331.31可锻铸铁HB=1502120.852.510.8青铜HB=1001401220.831.510.83.切削条件变化后,切削力的修正系数工件材料钢(Km=Kp)灰铸铁(Km=Kp)可锻铸铁(Km=Kp)(b/75)0.75(HB/190)0.6(HB/150)0.63.2.3 立钻型专机设计计算书表3

26、.4 钻床设计计算书钻孔直径:mm20钻孔数量8主轴转速r/min240每转进给量mm/r0.1材料45单轴轴向力Kg268.48总轴向力:Kg2147.85单轴扭距 N·m2187.15总扭距:N·m17497.22单轴功率:kw0.54总功率:kw4.31实用功率:kw5.39主轴轴径:mm24.23第4章  多轴齿轮传动箱的设计4.1 设计前的准备工作 明确工件上的被加工孔的数目、直径和分布情况及其位置精度t并分析工件材料的工艺性能，以便选择合理的切削用量和适当刀具具结构及材料。明确生产纲线和生产班次，计算特定加工时的单件工时选定齿轮的传动方式(内

27、啮合或外啮合)。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太小。排出齿轮传动的层次t计算各个齿轮的齿数和模数。（1）大致了解工件上被加工孔为8个20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）切削用量的确定文献12切削速度,进给量.则切削转速 式（4-1）根据Z525机床说明书，取文献14故实际切削速度为： 式（4-2）（3）确定加工时的单件工时文献11一般为5-10mm,取10mm 式（4-3）加工一个孔所需时间： 式（4-4）单件时工时： 式(4-5)4.2 传动系

28、统的设计与计算图4.1 齿轮传动分布图（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。（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。表4.1 加工孔径与工作轴直径对应表（mm）加工孔径1212161620工作轴直径152025因为加工孔径为20mm,所以工作轴直径选25mm.文献7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双层次的齿轮外啮合传动，传动分布图如图

29、4.1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, 齿轮转速,齿轮、的传动比均i=0.84,即齿轮比u=1.2,工作寿命15年（每年工作300天），两班制。 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器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）文献13材料选择选择齿轮材料为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. 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算， 式(4-6) 确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数;2)计算齿轮

30、传递的转矩 式(4-7)3)选取齿宽系数=0.5文献84)查得材料的弹性影响系数文献95)按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限;齿轮的接触疲劳强度极限;6)计算应力循环次数： 式(4-8) 式(4-9)7)查得接触疲劳寿命系数,;8)计算接触疲劳许用应力:取失效概率为1%，安全系数,得： 式(4-10); 式(4-11)计算1)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值: 式(4-12)2)计算圆周速度V: 式(4-13)3)计算齿 式(4-14)4)计算齿宽与齿高之比模数： 式(4-15)齿高： 式(4-16) 5)计算载荷系数根据v=3.81m/s,7级精度，查得动载系数Kv=1.14,假设,查

31、得;文献3查得使用系数;查得7级精度齿轮相对支承非对称布置时，文献4 式(4-17)将数据代入后得：; 式(4-18)由,得，;故载荷系数 式(4-19)6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得，=53.649x=57.18mm 式(4-20)7)计算模数mm=d1/Z1=57.18/24=2.4mm,圆整为m=25mm. 式(4-21) 齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为m 式(4-22)确定公式内的各计算数值1） 查得齿轮的弯曲疲劳极限=500Mpa;齿轮的弯曲疲劳强度极限=380Mpa;2)查得弯曲疲劳寿命系数;3)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式（10-1

32、2）得：1=303.57Mpa 式(4-23)=238.86MPa 式(4-24)4)计算载荷系数 式(4-25)5) 查取齿形系数查得6)查取应力校正系数查得文献107）计算齿轮、的并加以比较=0.01379 式(4-26)=0.01716 式(4-27)齿轮的数值大。设计计算m 式(4-28)对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.5。在零件图中可知，主动轴与惰轮轴的中心距为51mm，即齿轮、完

33、全啮合的中心距，得：m()=51 式(4-29)1.5x()=51 式(4-30)Z1=31, Z2=37 惰轮轴与工作轴的中心距为61.5mm，即齿轮与齿轮完全啮合时中心距，即m()=61.5 式(4-31)5()=61.5 式(4-32)Z3=45几何尺寸计算计算分度圆直径：d1=Z1m=31x1.5=46.5mm 式(4-33)d2=Z2m=37x1.5=55.5mm 式(4-34)d3=Z3m=45x1.5=67.5mm 式(4-35)计算中心中距a=51mm,a=61.5mm计算齿轮齿宽 式(4-36)取 验算Ft=819.2N 式(4-37)=35.66N/mm<100N/m

34、m 合格 式(4-38)第5章 导向装置及接杆刀具的设计5.1 导向装置组成导向装置主要由导柱、导套、弹簧组成。导柱的上端与多轴箱中间板上的导套滑动配合，下端安装在夹具的钻模板上。（1）选择弹簧 用四根弹簧支撑整个多轴箱，粗略估算多轴箱重量： 式(5-1)每根弹簧负荷：F=124.5N选圆柱螺旋压缩弹簧，弹簧中径,节距，弹簧丝直径，工作圈数,自由高度.（2）导柱、导套的选择导柱材料为直径16mm,长303mm导套材料为20号钢。5.2 接杆刀具接杆一端为梯形螺纹，与主动轴的内孔滑动配合，通过键传递扭矩。在梯形螺纹段并设计有斜面，以便调整接杆的延伸量来补偿刀具的磨损量。接杆另一端的莫氏锥孔与刀具

35、的莫氏锥柄相配合。总结两个多月的毕业设计在忙碌中就快要结束了,在这两个多月的时间里,在毕业设计之余还要兼顾找工作,因此,在这段时间里我觉得生活非常的充实.不但在毕业设计中巩固了以前的知识,而且在人生道路上学到在校园学不到的社会交际.毕业设计是大学四年所学知识的一个考察,它兼顾了四年中所学的基础和专业知识,因此不同于以前的课程设计,毕业设计是课程设计一个质的飞越.认识到这点,我对待毕业设计的态度也不敢懒散,一直抱以认真谨慎的学习态度.在接到毕业设计课题后首先要做的就是搜集各方面的资料，以前的课程设计都是老师给出的，不用自己去烦恼。但是毕业设计就不同了，它是一个综合设计，很多资料，数据都需要自己通过各种途径搜集得到。因此经常跑图书馆。但是组合机床设计找遍整个图书馆都找不到。然而我的设计是根据这本书上所讲的设