普通钻床改造为多轴钻床

1、机械设计毕业设计开题报告专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：永生学号:1068100215第一早绪论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

2、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 个书20孑L,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

3、 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

4、形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。1.2.1 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

5、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 300 X 300毫米到600X 1050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

6、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

7、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，这样可以适应某一组孔中不 同孔径的加工需要。 1.2.4 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

8、 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

9、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 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 3 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。2.1 生产任

10、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。2.2 普通立式钻床的选型普通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至工作台面的最大和最小距离等参数。第 3 章 多轴

11、齿轮传动箱的设计3.1 设计前的准备工作3.1.1 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 和适当舶刃具结构及材料。3.1.2 明确生产纲顿和生产班次， 计算聃定加工时的 单件工时选定齿轮的传动方式 （内啮合或外啮合 ） 。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 齿数和模数第 4 章 多轴箱的结构设计4. 1箱盖、箱体和中间板结构 箱盖、箱体和中间板组成了圆形或长方形的多轴箱率体。其中圆形箱体从180mra至480mm的有五种，长方 形箱体从2

12、40ram x 1 80mm至600ram x 480mm的有九种。每种规格的箱盏和箱体又均有高低之分，高盖和高箱体内的工作空间高度分别为 58ram 和 83tara ，用于排列三层齿轮的传动，低盖和低箱谇内的工作空间高度分别为 10ram 和 48mm用于单层齿轮的传动。低盖和高箱休的组合 t用于双层齿轮的传动。中间板的作用，箱内部分是轴承的支承座，伸出箱外 的部分是导向装置中的精喜支承座。为便于设计人员选用，我们将中阃板规范为 23ram 和 28ram 两种厚度 的标准 。2 设计要点1 主轴箱体设计所设计的主轴箱体与标准主轴箱体，差异是一是增大了箱体刚性，二是将后盖连接方式改为底面连

13、接，后盖结构改成与前盖结构相 同。2. 主轴设计 3X 5孔与12孔的中心距为25mm该中心距要达到允许的最小极限值。受轴承外径的限制，主轴结构采用轴承错开安装式，以 避免轴承发生干涉，根据表2选主轴轴径为 13,因所用轴承为无内圈滚针轴承，主轴直接与滚针接触，主轴材料选用机械性能较 好的38CrMoAIA表面镀铬处理，并用专门的防油罩和防油套防漏油。对于不受结构限制的主轴，可选用有内圈的滚针轴承，因主 轴不与滚针接触，材料选用比较经济的 40Cr或9CrSi，可用常规的防油套和毛毡防漏油。3. 齿轮设计主轴箱齿轮传动的排列方式有一层、二层和三层3种，本主轴箱为三层排列方式，采用直齿圆柱齿轮，

14、齿轮模数选1.5，材料为40Cr。4. 轴承选择主轴上的轴承因承受较大轴向力， 所以用滚针轴承和单向推力球轴承来组合。对于采用轴承错开安装的主轴结构（如图4所示，中心距小于28mm必须用这种结构），只能分别选用滚针轴承（84000型）和单向推力球轴承（8000型）；对于不受结构限制的主轴，可选 用组合轴承（GB/T 16643-1996，NKXR型为无内圈，NKXFTZ型为有内圈），这种轴承集滚针轴承（84000型）和单向推力球轴承（8000 型）于一体，一般情况下，应优先选择这种轴承。5. 机床改造拆下中拖板、丝杠、尾架，主轴箱通过垫板装在导轨上，垫板底部开槽，以避开V形导轨和矩形导轨。机床

15、主轴通过万向联轴器带动主轴箱，不需调整其同轴度，只要调整主轴箱与夹具的同轴度。夹具安装在进给箱上，带动工件进给，通过行程开关控制电磁阀， 电磁阀控制纵向进给手柄，加工到位时进给停，而主轴不停，避免进给与主轴同时停。主轴停和快速退刀均为手动方式，车床尾部 气缸为100，当压缩空气压力为0.4MPa时，气缸活塞杆推力达到3100N,可满足要求。3 改造时应注意的问题受车床尺寸及最大进给抗力限制，只限于选用小型主轴箱系列或 400X 400的主轴箱。根据机床允许最大进给抗力 Ff=3600N电机功 率P=7kW被加工孔数应在10个以下，孔径不超过10mm当总切削力大于车床允许最大进给抗力二倍以上时，

16、应考虑用液压进给机构。工件上两个距离最远的被加工孔水平和垂直中心距均不能大于200mm受轴承和齿轮限制，任意两孔中心距不小于25mm孔径、孔深相差不能太大。 车床导轨要足够长，使导轨有足够的进、退刀空间；行程开关控制时，不要使主轴和进给机构同时停，以免钻 头折断。 有些车床在主轴反转状态下，进给箱不能进给，当对这类车床进行改造时，所设计的主轴箱传动链必须使得机床主轴正 转，否则无法使用机床进给箱。因切削轴向力大于机床允许最大进给抗力而产生的后果是：带动进给箱进给的蜗轮容易磨损，一般 来说，在蜗轮蜗杆传动机构中，蜗轮硬度较低，材料为铸铁或青铜，而蜗杆硬度较高，材料为钢件，淬火，而蜗轮比蜗杆容易磨损 是在设计机床时有意设计的。如果切削轴向力不是很大，也可不用气缸作为辅助推力，只需定期更换蜗轮即可。参