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濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
此次設(shè)計(jì)為可調(diào)立式雙頭鉆床的機(jī)械設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要介紹了可調(diào)立式雙頭鉆床的設(shè)計(jì)原理、調(diào)整方法及設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程。通過(guò)預(yù)先給定的加工要求可確定所需的計(jì)算參數(shù)，進(jìn)而依據(jù)可調(diào)立式雙頭鉆床的設(shè)計(jì)原理來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算并校核各個(gè)部位的零件，然后進(jìn)行組裝。本次設(shè)計(jì)可從五大方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)預(yù)先給定的加工要求計(jì)算并進(jìn)行了可調(diào)式雙頭鉆頭的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選用、 X-Y工作臺(tái)的設(shè)計(jì)、鉆頭軸向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)共五部的設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)并組裝后的鉆床可以一次加工兩孔，且兩鉆頭間的距離可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)可以在一個(gè)工件上加工多對(duì)兩兩間距不同的孔。在人力和設(shè)備不增加的情況下使用可調(diào)立式雙頭鉆床可以成倍提高鉆床的加工效率，并可以保證較高的加工精度和孔間相對(duì)位置精度。
關(guān)鍵詞：滾珠絲杠；電動(dòng)機(jī)；變速箱；可調(diào)式雙頭鉆頭
ABSTRACT
The machine design is to devise an adjustable vertical double-headed drilling machine. The design mainly introduced the design principle, adjusting and design calculation process for devise a adjustable vertical double-headed drilling machine. Through the processing requirements given in advance can determine the computation parameters, then based on the design principle, which is about adjustable vertical double-headed drilling machine, to design ,calculate and check each place parts, and then to assemble all the parts. The design can be devised from five aspects. Through the processing requirements given in advance，five parts of the design, the adjustable double transmission system, design of the reducer drive system for the motor selection, design of X-Y workbench, design of axial feeding system for drill bits, can be calculated and devised. Through design and assembly of the drilling machine, two holes can be formed after one processing, and the distance between the two holes can be adjusted. So as to realize processing some groups of holes with different space between two holes. Adjustable vertical two-headed drilling machine can multiply processing efficiency without increase human and equipment, and can guarantee a high machining accuracy and precision of the relative position between holes.
Key words：Ball screw；motor；gearbox；Adjustable two-headed drill bit.
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 前言 1
1.1 本課題的背景和研究意義 1
1.2 本課題解決的問(wèn)題和設(shè)計(jì)時(shí)主要的工作 2
2 雙頭鉆床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體方案 4
2.1鉆床總體結(jié)構(gòu) 4
2.2設(shè)計(jì)方案選擇 4
3 可調(diào)式雙頭鉆頭的設(shè)計(jì) 9
3.1 預(yù)選加工材料，加工直徑 9
3.2 計(jì)算高速鋼麻花鉆軸向切削力及扭矩 10
3.2.1 計(jì)算單個(gè)鉆頭軸向切削力 10
3.2.2 計(jì)算單個(gè)鉆頭扭矩 10
3.3 鉆頭中各軸及齒輪的計(jì)算 12
3.3.1 齒輪8、9、10、11的計(jì)算 12
3.3.2 齒輪5、6、7的計(jì)算 17
3.4 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計(jì) 19
3.4.1 計(jì)算軸I、VIII的最小直徑 19
3.4.2 計(jì)算軸II、VII的最小直徑 20
3.4.3 計(jì)算軸III的最小直徑 20
4傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱設(shè)計(jì) 21
4.1減速箱內(nèi)各齒輪設(shè)計(jì) 21
4.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱齒輪、的設(shè)計(jì) 22
4.1.2傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱齒輪、的設(shè)計(jì) 23
4.2 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計(jì) 23
4.2.1 計(jì)算軸III的最小直徑 24
4.2.2 計(jì)算軸IV的最小直徑 24
4.2.3 計(jì)算軸V的最小直徑 24
4.2.4 計(jì)算軸VI的最小直徑 25
5 傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選用 26
5.1計(jì)算折算到電機(jī)主軸上的轉(zhuǎn)矩 26
6鉆頭軸向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27
6.1 鉆頭軸向進(jìn)給絲杠螺母副的計(jì)算和選型 27
6.1.1工作臺(tái)基本參數(shù) 27
6.1.2計(jì)算進(jìn)給牽引力 27
6.1.3計(jì)算最大動(dòng)載荷C 27
6.1.4滾珠絲杠螺母副的選型 28
6.1.5 傳動(dòng)效率計(jì)算 28
6.1.6剛度檢驗(yàn) 29
6.1.7穩(wěn)定性校核 31
6.2齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 31
6.3步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 32
6.3.1初選電機(jī)型號(hào) 32
6.3.2電機(jī)校核計(jì)算 32
7 X-Y工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 36
7.1工作臺(tái)滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 36
7.1.1工作臺(tái)基本參數(shù) 36
7.1.2計(jì)算進(jìn)給牽引力 36
7.2軌道的選擇 37
8結(jié) 論 38
參 考 文 獻(xiàn) 39
致 謝 40
0
1 前言
1.1 本課題的背景和研究意義
機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供技術(shù)裝備的重要任務(wù)。機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)水平的主要標(biāo)志之一。國(guó)家的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化程度都與機(jī)械工業(yè)的發(fā)展程度相關(guān)。因此，大量設(shè)計(jì)制造和廣泛使用各種各樣先進(jìn)的機(jī)械是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加速我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的一個(gè)重要內(nèi)容[1-2]。
鉆床主要用在工件上孔的加工。通常鉆頭的旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭的軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。普通鉆床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，加工精度較低，可鉆通孔、盲孔。在鉆床上配有工藝裝備時(shí)，還可以進(jìn)行鏜孔,在鉆床上配萬(wàn)能工作臺(tái)還能進(jìn)行分割鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔。鉆床的特點(diǎn)是工件固定不動(dòng)，刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。加工過(guò)程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，將刀具中心對(duì)正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)(主運(yùn)動(dòng)) [3-4]。
鉆床主要分為立式鉆床、臥式鉆床、搖臂鉆床、臺(tái)式鉆床、深孔鉆床和中心孔鉆床等。為了滿足模具制造業(yè)發(fā)展的需要，又開(kāi)發(fā)了除鉆削深孔以外，還可以進(jìn)行銑削、攻絲等的多功能鉆床。
20世紀(jì)70年代初，鉆床還是普遍采用普通繼電器控制的。如70年代-80年代進(jìn)入中國(guó)的美國(guó)ELDORADO公司的MEGA50，日本神崎高級(jí)精工制作所的DEG型，德國(guó)TBT公司的T30-3-250等。
濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
此次設(shè)計(jì)為可調(diào)立式雙頭鉆床的機(jī)械設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要介紹了可調(diào)立式雙頭鉆床的設(shè)計(jì)原理、調(diào)整方法及設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程。通過(guò)預(yù)先給定的加工要求可確定所需的計(jì)算參數(shù)，進(jìn)而依據(jù)可調(diào)立式雙頭鉆床的設(shè)計(jì)原理來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算并校核各個(gè)部位的零件，然后進(jìn)行組裝。本次設(shè)計(jì)可從五大方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)預(yù)先給定的加工要求計(jì)算并進(jìn)行了可調(diào)式雙頭鉆頭的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選用、 X-Y工作臺(tái)的設(shè)計(jì)、鉆頭軸向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)共五部的設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)并組裝后的鉆床可以一次加工兩孔，且兩鉆頭間的距離可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)可以在一個(gè)工件上加工多對(duì)兩兩間距不同的孔。在人力和設(shè)備不增加的情況下使用可調(diào)立式雙頭鉆床可以成倍提高鉆床的加工效率，并可以保證較高的加工精度和孔間相對(duì)位置精度。
關(guān)鍵詞：滾珠絲杠；電動(dòng)機(jī)；變速箱；可調(diào)式雙頭鉆頭
ABSTRACT
The machine design is to devise an adjustable vertical double-headed drilling machine. The design mainly introduced the design principle, adjusting and design calculation process for devise a adjustable vertical double-headed drilling machine. Through the processing requirements given in advance can determine the computation parameters, then based on the design principle, which is about adjustable vertical double-headed drilling machine, to design ,calculate and check each place parts, and then to assemble all the parts. The design can be devised from five aspects. Through the processing requirements given in advance，five parts of the design, the adjustable double transmission system, design of the reducer drive system for the motor selection, design of X-Y workbench, design of axial feeding system for drill bits, can be calculated and devised. Through design and assembly of the drilling machine, two holes can be formed after one processing, and the distance between the two holes can be adjusted. So as to realize processing some groups of holes with different space between two holes. Adjustable vertical two-headed drilling machine can multiply processing efficiency without increase human and equipment, and can guarantee a high machining accuracy and precision of the relative position between holes.
Key words：Ball screw；motor；gearbox；Adjustable two-headed drill bit.
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 前言 1
1.1 本課題的背景和研究意義 1
1.2 本課題解決的問(wèn)題和設(shè)計(jì)時(shí)主要的工作 2
2 雙頭鉆床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體方案 4
2.1鉆床總體結(jié)構(gòu) 4
2.2設(shè)計(jì)方案選擇 4
3 可調(diào)式雙頭鉆頭的設(shè)計(jì) 9
3.1 預(yù)選加工材料，加工直徑 9
3.2 計(jì)算高速鋼麻花鉆軸向切削力及扭矩 10
3.2.1 計(jì)算單個(gè)鉆頭軸向切削力 10
3.2.2 計(jì)算單個(gè)鉆頭扭矩 10
3.3 鉆頭中各軸及齒輪的計(jì)算 12
3.3.1 齒輪8、9、10、11的計(jì)算 12
3.3.2 齒輪5、6、7的計(jì)算 17
3.4 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計(jì) 19
3.4.1 計(jì)算軸I、VIII的最小直徑 19
3.4.2 計(jì)算軸II、VII的最小直徑 20
3.4.3 計(jì)算軸III的最小直徑 20
4傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱設(shè)計(jì) 21
4.1減速箱內(nèi)各齒輪設(shè)計(jì) 21
4.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱齒輪、的設(shè)計(jì) 22
4.1.2傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱齒輪、的設(shè)計(jì) 23
4.2 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計(jì) 23
4.2.1 計(jì)算軸III的最小直徑 24
4.2.2 計(jì)算軸IV的最小直徑 24
4.2.3 計(jì)算軸V的最小直徑 24
4.2.4 計(jì)算軸VI的最小直徑 25
5 傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選用 26
5.1計(jì)算折算到電機(jī)主軸上的轉(zhuǎn)矩 26
6鉆頭軸向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27
6.1 鉆頭軸向進(jìn)給絲杠螺母副的計(jì)算和選型 27
6.1.1工作臺(tái)基本參數(shù) 27
6.1.2計(jì)算進(jìn)給牽引力 27
6.1.3計(jì)算最大動(dòng)載荷C 27
6.1.4滾珠絲杠螺母副的選型 28
6.1.5 傳動(dòng)效率計(jì)算 28
6.1.6剛度檢驗(yàn) 29
6.1.7穩(wěn)定性校核 31
6.2齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 31
6.3步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 32
6.3.1初選電機(jī)型號(hào) 32
6.3.2電機(jī)校核計(jì)算 32
7 X-Y工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 36
7.1工作臺(tái)滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 36
7.1.1工作臺(tái)基本參數(shù) 36
7.1.2計(jì)算進(jìn)給牽引力 36
7.2軌道的選擇 37
8結(jié) 論 38
參 考 文 獻(xiàn) 39
致 謝 40
39
1 前言
1.1 本課題的背景和研究意義
機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供技術(shù)裝備的重要任務(wù)。機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)水平的主要標(biāo)志之一。國(guó)家的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化程度都與機(jī)械工業(yè)的發(fā)展程度相關(guān)。因此，大量設(shè)計(jì)制造和廣泛使用各種各樣先進(jìn)的機(jī)械是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加速我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的一個(gè)重要內(nèi)容[1-2]。
鉆床主要用在工件上孔的加工。通常鉆頭的旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭的軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。普通鉆床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，加工精度較低，可鉆通孔、盲孔。在鉆床上配有工藝裝備時(shí)，還可以進(jìn)行鏜孔,在鉆床上配萬(wàn)能工作臺(tái)還能進(jìn)行分割鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔。鉆床的特點(diǎn)是工件固定不動(dòng)，刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。加工過(guò)程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，將刀具中心對(duì)正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)(主運(yùn)動(dòng)) [3-4]。
鉆床主要分為立式鉆床、臥式鉆床、搖臂鉆床、臺(tái)式鉆床、深孔鉆床和中心孔鉆床等。為了滿足模具制造業(yè)發(fā)展的需要，又開(kāi)發(fā)了除鉆削深孔以外，還可以進(jìn)行銑削、攻絲等的多功能鉆床。
20世紀(jì)70年代初，鉆床還是普遍采用普通繼電器控制的。如70年代-80年代進(jìn)入中國(guó)的美國(guó)ELDORADO公司的MEGA50，日本神崎高級(jí)精工制作所的DEG型，德國(guó)TBT公司的T30-3-250等。
80年代后期數(shù)控技術(shù)逐漸開(kāi)始在深孔鉆床上應(yīng)用，特別是90年代以后這種先進(jìn)的技術(shù)才迅速推廣。如TBT公司90年代初上市的ML系列深孔鉆床，進(jìn)給系統(tǒng)由機(jī)械無(wú)級(jí)變速器改為采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副，進(jìn)給用滑臺(tái)導(dǎo)軌也改為采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。鉆桿箱傳動(dòng)為了保證高速旋轉(zhuǎn)、精度平穩(wěn)，由交換皮帶輪及皮帶，和雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有級(jí)傳動(dòng)變?yōu)闊o(wú)級(jí)調(diào)速的變頻電機(jī)到電主軸驅(qū)動(dòng)，為鉆削小孔深孔和提高深孔鉆床的水平質(zhì)量提供了有利條件[5-8]。
長(zhǎng)期以在我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)中鉆床加工的工作量在總的制造工作量中占有很大的比重。制造業(yè)中孔類加工多數(shù)由傳統(tǒng)鉆床來(lái)完成。單頭鉆床是機(jī)械行業(yè)最通用的設(shè)備，主要用于工件上孔的加工。但是傳統(tǒng)的單孔鉆床在大批量生產(chǎn)時(shí)存在許多的不足之處。由于單頭鉆床只有一根主軸，因此，一次只能加工一個(gè)孔。如果要加工多孔的工件， 只有通過(guò)移動(dòng)夾具多次對(duì)刀來(lái)實(shí)現(xiàn)，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)效率低，很難進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，而且孔的位置精度較低。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、加工效率、加工零件方式多樣性以及工藝發(fā)展的要求的不斷提升，生產(chǎn)效率低、操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、加工精度較低的傳統(tǒng)單頭鉆床已不適用于大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)機(jī)床制造業(yè)既面臨著提升機(jī)械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制作裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入WTO后市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)壓力。隨著工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率的不斷提升，數(shù)控機(jī)床的大量應(yīng)用也日趨廣泛。但將數(shù)控機(jī)床作為加工孔的專用設(shè)備與多軸鉆床相比，投入資金就有點(diǎn)得不償失了。單孔搖臂鉆床作為加工孔的通用機(jī)床，生產(chǎn)效率低、操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大，已不適用于大批量的成線生產(chǎn)。于是，多軸鉆床加工成為一種提高生產(chǎn)率的有效措施。而多軸加工逐漸成為一種新的加工趨勢(shì)。
多軸鉆床俗稱多軸器、多孔鉆或多軸鉆孔器。是一種運(yùn)用于機(jī)械領(lǐng)域鉆孔、攻牙的機(jī)床設(shè)備。可以兩軸或兩軸以上同時(shí)鉆孔或攻牙，故稱多軸鉆床。一臺(tái)普通的多軸鉆床一次能把幾個(gè)乃至十幾個(gè)孔或螺紋同時(shí)加工出來(lái)。如果配上液壓或氣壓裝置，可以方便的自動(dòng)進(jìn)行快進(jìn)、工進(jìn)（工退）、快退、停止等動(dòng)作，加工效率更高。多軸鉆床也稱群鉆床，一般型號(hào)的可以同時(shí)鉆2-16個(gè)孔，而且很多機(jī)種都沒(méi)有軸數(shù)限制，鉆頭主軸形式、尺寸大小也可以依客戶之需進(jìn)行設(shè)計(jì)加工[9-13]。
如今多軸鉆床在生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，主要用于工件上多孔的加工。由于普通單軸鉆床只有一根主軸， 一次只能加工一個(gè)孔，如果要加工多孔的工件，只有通過(guò)移動(dòng)夾具并多次對(duì)刀來(lái)實(shí)現(xiàn)，不僅工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且孔的位置精度低。而多軸鉆床不僅效率高，在加工成角度的孔時(shí)，角度精確，再與數(shù)控相結(jié)合更可以保證距離精度[4]。多軸鉆床廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)多孔零部件的鉆孔及攻絲加工。如汽車、摩托車多孔零部件、發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、鋁鑄件殼體、制動(dòng)鼓、剎車盤、轉(zhuǎn)向器、輪轂、差速殼、軸頭、半軸、車橋等，泵類、閥類、液壓元件、太陽(yáng)能配件等等。多軸加工生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時(shí)設(shè)備損失少。而且隨著我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸加工的范圍變的愈來(lái)愈廣，加工效率也在不斷提高。
多軸鉆床大體分為兩種類型：可調(diào)式和固定式。
可調(diào)式：適合加工多樣不定性孔件，使用范圍較廣。缺點(diǎn)是精度方面控制有所欠缺，長(zhǎng)期使用跑位率相比略高。適合單件加工量不大，長(zhǎng)年更換加工件的企業(yè)。
固定式：適合加工單種大批量的工件，缺點(diǎn)是加工范圍小，只能加工多孔之間位置固定的工件。適合大批量加工的工件。
本次設(shè)計(jì)主要研究可調(diào)立式雙軸鉆床，也可以稱為可調(diào)立式雙頭鉆床，有兩個(gè)主軸配兩把鉆頭，同時(shí)加工同一零件上的兩個(gè)孔。若要用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鉆頭的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，需要在設(shè)計(jì)時(shí)著重注意傳動(dòng)系統(tǒng)與減速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1.2 本課題解決的問(wèn)題和設(shè)計(jì)時(shí)主要的工作
單頭鉆床是機(jī)械行業(yè)最通用的設(shè)備，主要用于工件上孔的加工。但是傳統(tǒng)的單孔鉆床在大批量生產(chǎn)時(shí)存在許多的不足之處。由于單頭鉆床只有一根主軸，因此，一次只能加工一個(gè)孔。如果要加工多孔的工件， 只有通過(guò)移動(dòng)夾具多次對(duì)刀來(lái)實(shí)現(xiàn)，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)效率低，很難進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，而且孔的位置精度較低。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、加工效率、加工零件方式多樣性以及工藝發(fā)展的要求的不斷提升，生產(chǎn)效率低、操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、加工精度較低的傳統(tǒng)單頭鉆床已不適用于大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，而多軸加工逐漸成為一種新的加工趨勢(shì)。
本課題就設(shè)計(jì)了這么一種雙頭鉆床，這種鉆床價(jià)格相對(duì)低廉，體積小、重量輕、操作方便、可靠性高，且可以同時(shí)鉆兩孔的工作方式大大提高了工作效率，減輕了工作量，提高了工作效率和加工精度。
本課題的主要工作包括以下幾個(gè)方面：
1. 廣泛查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于多軸鉆床的研究資料，闡述了課題的研究意義，在綜述了國(guó)內(nèi)外研究資料和研究目的之后，給出了本文研究的主要內(nèi)容。
2. 深入研究雙頭鉆床的設(shè)計(jì)原理，提出多種雙頭鉆床的總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行各功能的求解，通過(guò)分析各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了最優(yōu)方案。
3.設(shè)計(jì)雙頭鉆床的整體結(jié)構(gòu)。
4.對(duì)鉆床整體及各個(gè)零件進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核，合理調(diào)整各零件的相對(duì)位置，并繪制鉆床的裝配圖和主要零件的零件圖。
2 雙頭鉆床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體方案
2.1鉆床總體結(jié)構(gòu)
可調(diào)式立式雙頭鉆床主要由床身、工作臺(tái)、鉆頭、主傳動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)等部分組成?？烧{(diào)式立式雙頭鉆床的設(shè)計(jì)需要完成以下幾個(gè)步驟：
1.可調(diào)式雙頭鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
通過(guò)齒輪間的位置轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩鉆頭間距離的可調(diào)性。
2.傳動(dòng)系統(tǒng)變速箱的設(shè)計(jì)：
雙軸鉆床的主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)，由主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力通過(guò)皮帶輪傳遞給主軸箱,主軸箱是雙軸鉆床的主要驅(qū)動(dòng)裝置。主運(yùn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)）及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行。主軸箱驅(qū)動(dòng)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)由主電機(jī)經(jīng)過(guò)交換齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)。
3.傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型;
通過(guò)將加工工件時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)主軸上，通過(guò)電機(jī)主軸上的轉(zhuǎn)矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速算出功率，然后進(jìn)行電機(jī)的篩選。
4.鉆頭軸向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：
采用滾珠絲杠軸向進(jìn)給。
5.工作臺(tái)的橫向、縱向的進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：
工作臺(tái)橫向、縱向進(jìn)給：采用滾珠絲杠進(jìn)給。
2.2設(shè)計(jì)方案選擇
本設(shè)計(jì)根據(jù)可調(diào)鉆頭實(shí)現(xiàn)可調(diào)功能的原理不同可有兩種可調(diào)式鉆孔頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
<方案一>：通過(guò)可伸縮式萬(wàn)向聯(lián)軸器調(diào)節(jié)
本結(jié)構(gòu)用齒輪箱配合萬(wàn)向節(jié)頭所組成，由于萬(wàn)向節(jié)頭是可活動(dòng)軸件，股在限定范圍內(nèi)可左右移動(dòng)。
萬(wàn)向聯(lián)軸器的共同特點(diǎn)是角向補(bǔ)償量較大，不同結(jié)構(gòu)型式萬(wàn)向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般≤5°-45°之間。萬(wàn)向聯(lián)軸器利用其機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實(shí)現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。萬(wàn)向聯(lián)軸器最大的特點(diǎn)是具有較大的角向補(bǔ)償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高。
圖2.1 可伸縮焊接方式萬(wàn)向聯(lián)軸器
工作原理：多軸鉆床的實(shí)現(xiàn)主要是由于有多軸器的存在才得以實(shí)現(xiàn)的。主軸旋轉(zhuǎn)帶到多軸器中的其他軸轉(zhuǎn)動(dòng)。多軸器結(jié)構(gòu)由齒輪箱配合萬(wàn)向節(jié)頭所組成，由于萬(wàn)向節(jié)是可活動(dòng)軸件，故在限定范圍內(nèi)可左右移動(dòng)。在調(diào)整加多軸頭箱內(nèi)有一個(gè)主動(dòng)輪和多個(gè)從動(dòng)輪，主動(dòng)輪與電機(jī)聯(lián)結(jié)，將動(dòng)力傳給多個(gè)從動(dòng)輪，從動(dòng)輪再驅(qū)動(dòng)鉆頭對(duì)工件進(jìn)行加工。多軸鉆床廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)多孔零部件的鉆孔及攻絲加工。
優(yōu)點(diǎn)：在調(diào)整加工孔距時(shí)不受齒輪所限制，適合加工不定性孔件，使用范圍較廣可調(diào)式多軸鉆床在其加工范圍內(nèi)，其主軸的數(shù)量、主軸間的距離，相對(duì)可以任意調(diào)整，一次進(jìn)給同時(shí)加工數(shù) 孔。在其配合液壓機(jī)床工作時(shí)，可自動(dòng)進(jìn)行快進(jìn)、工進(jìn)（工退）、快退、停止同單軸鉆（攻絲）比較，工件加工精度高、工效快，可有效的節(jié)約投資方的人力、物力、財(cái)力。尤其機(jī)床的自動(dòng)化大大減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度 。
缺點(diǎn)：精度方面控制有所欠缺，長(zhǎng)期使用跑位率相比略高。適合單件加工量不大，長(zhǎng)年更換加工件的企業(yè)。
<方案二>：通過(guò)齒輪調(diào)節(jié)
該多軸鉆孔頭是根據(jù)太陽(yáng)系中太陽(yáng)、行星及衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)的，即：行星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，衛(wèi)星繞行星轉(zhuǎn)動(dòng)，利用這個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還可實(shí)現(xiàn)鉆孔軸相對(duì)位置的調(diào)整。
此可調(diào)式雙頭鉆床原理如圖：
圖2.2 可調(diào)式兩軸鉆孔動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)調(diào)整圖
此次設(shè)計(jì)主要目的在于改造單頭鉆床為可調(diào)式多頭鉆床。使其可以在較大的范圍和多個(gè)工位上同時(shí)加工兩個(gè)孔，很大程度上擴(kuò)大了鉆床加工范圍，提高了機(jī)床適用性，并保證兩孔的相對(duì)位置精度。鉆頭可加工的范圍為：Lmin-Lmax之間的圓環(huán)范圍，并可通過(guò)調(diào)整鉆頭的位置在一個(gè)圓上進(jìn)行等分圓的加工。
可調(diào)式鉆孔頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
以可調(diào)式兩軸鉆孔頭為例進(jìn)行說(shuō)明，圖2.3所示可調(diào)式兩軸鉆孔頭的結(jié)構(gòu)圖，鉆孔頭通過(guò)連接體1 與鉆床主軸的不回轉(zhuǎn)部分連接，連接體1 是一個(gè)開(kāi)口套，用螺釘鎖緊在主軸上；太陽(yáng)齒輪3通過(guò)錐孔套在主軸回轉(zhuǎn)部分的錐體上，靠摩擦傳遞扭矩。通過(guò)行星齒輪6，太陽(yáng)齒輪把動(dòng)力傳給鉆孔主軸17，行星齒輪6 在這里是惰輪（過(guò)橋齒輪），在調(diào)整時(shí)它只能和整個(gè)鉆孔頭一起繞太陽(yáng)齒輪公轉(zhuǎn)。主軸端部靠彈簧卡頭21，夾緊鉆頭。為了使該鉆頭結(jié)構(gòu)盡量緊湊，我們盡量選用小尺寸齒輪，衛(wèi)星齒輪8 與鉆孔主軸17靠過(guò)盈配合傳遞扭矩，所采用的軸承均為無(wú)內(nèi)外圈滾針軸承。調(diào)整時(shí)，行星齒輪軸14，距離調(diào)整塊13可帶動(dòng)衛(wèi)星齒輪8，滾針軸承9、18，隔離塊10，襯套15，止推軸承16，鉆孔主軸17，緊定螺釘19，鉆孔主軸套20 及彈簧卡頭21 等繞行星輪軸14 自由轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整角度α。松開(kāi)連接體1 的鎖緊螺釘，整個(gè)鉆孔頭可以繞太陽(yáng)齒輪3，自由轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整回補(bǔ)轉(zhuǎn)角θ。
圖2.3 可調(diào)式兩軸鉆孔頭結(jié)構(gòu)圖
1.連接體 2.鉆床主軸 3.太陽(yáng)齒輪 4、9、18.滾針軸承 5.隔套 6.行星齒輪 7.隔墊 8.衛(wèi)星齒輪 10.隔離塊 11.殼體 12.前端法蘭 13.距離調(diào)整塊 14.行星齒輪軸 15.襯套 16.止推軸承 17.鉆 孔主軸 19.緊定螺釘 20.鉆孔主軸套 21.彈簧卡頭
優(yōu)點(diǎn)：該系列鉆孔頭，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，使用可靠，加工效率高，可以在中小批量生產(chǎn)中推廣使用。
缺點(diǎn)：由于鉆孔主軸相對(duì)位置固定，大大限制了調(diào)整鉆孔主軸位置的靈活性，使得該系列鉆孔頭，在同時(shí)加工3個(gè)或4個(gè)孔時(shí)，孔分布比較規(guī)則時(shí)，可以比較方便地調(diào)整鉆孔位置，而且不會(huì)使鉆床主軸的受力情況惡化；但當(dāng)孔分布不規(guī)則時(shí)，調(diào)整比較麻煩，多數(shù)情況，根本調(diào)不出來(lái)，即使可以調(diào)整到位，加工時(shí)也會(huì)使鉆床主軸受力惡化。
選用該系列鉆孔頭時(shí)，要考慮鉆床的最大加工能力和待加工孔大小相匹配[12]。
<方案三>：通過(guò)滑塊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)
圖2.4中：1為電動(dòng)機(jī), 用快卸夾具( 圖中未畫(huà)) 夾在鋼軌上; 經(jīng)二級(jí)帶傳動(dòng)( Ⅰ- Ⅱ, Ⅱ- Ⅲ) 和一級(jí)鏈傳動(dòng)( Ⅲ- Ⅳ) 將動(dòng)力傳至鉆機(jī)上的Ⅳ軸, 再經(jīng)一級(jí)齒輪( Ⅳ-Ⅴ) 傳至鉆頭主軸Ⅴ, 手輪控制鉆頭進(jìn)給。旋緊螺栓4 可將鉆機(jī)夾緊在鋼軌上, 拆卸時(shí)利用四桿快卸機(jī)構(gòu)(圖中未畫(huà)) 只需幾秒鐘即可使鉆機(jī)整體脫離鋼軌。鉆機(jī)的移動(dòng)部分5 可在導(dǎo)軌7 上左右移動(dòng)，移動(dòng)到孔位時(shí)有定位裝置保證定位精度, 再用鎖緊螺栓6 鎖緊。
圖2.4 通過(guò)曲柄滑塊實(shí)現(xiàn)鉆頭可調(diào)原理圖
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，采用三點(diǎn)鉸接的兩根可調(diào)桿件作為傳動(dòng)機(jī)架, 使鉆機(jī)與動(dòng)源可分別裝夾, 解決了鉆頭主軸與動(dòng)力源相對(duì)移動(dòng)、降速、隔振、傳動(dòng)副中心距可調(diào)等一系列問(wèn)題。裝夾方便, 拆卸迅速，操作方便，實(shí)用可靠。
缺點(diǎn)：傳動(dòng)效率低，占用空間多[17]。
綜上，經(jīng)過(guò)比較后選定方案二為設(shè)計(jì)方案
3 可調(diào)式雙頭鉆頭的設(shè)計(jì)
圖3.1 雙頭鉆頭裝配圖
3.1 預(yù)選加工材料，加工直徑
查表3-10[1]得，鋼
選用單個(gè)鉆頭直徑d=12(mm)，設(shè)定鉆頭轉(zhuǎn)速960(r/min)
查表3-11[1]在d=12(mm)時(shí)，取
3.2 計(jì)算高速鋼麻花鉆軸向切削力及扭矩
3.2.1 計(jì)算單個(gè)鉆頭軸向切削力
查表3-10[1]得，軸向切削力公式
（3.1）
查表3-10[1]得，加工鋼（）時(shí)：
(1) 當(dāng)鉆頭未磨損時(shí)
(2) 當(dāng)鉆頭未磨損時(shí)
3.2.2 計(jì)算單個(gè)鉆頭扭矩
查表3-10[1]得
扭矩公式
（3.2）
查表3-10[1]得
（1） 鉆頭未磨損
（2） 鉆頭磨鈍后
圖3.2 雙頭鉆頭及傳動(dòng)系統(tǒng)中各齒輪和軸所受轉(zhuǎn)矩簡(jiǎn)圖
3.3 鉆頭中各軸及齒輪的計(jì)算
3.3.1 齒輪8、9、10、11的計(jì)算
1.選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。選定齒輪8，齒輪11為配對(duì)齒輪副中的小齒輪。齒輪9，齒輪10為配對(duì)齒輪副中的大齒輪。且兩對(duì)齒輪副完全相同，故計(jì)算時(shí)只計(jì)算一對(duì)齒輪副8、11即可。小齒輪8轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)工作壽命15年，每年工作300天，兩班制，每班8小時(shí)。
初選：小齒輪材料（調(diào)制）硬度280(HBs)；齒數(shù)
大齒輪材料45鋼（調(diào)制）硬度240(HBs)；齒數(shù)
2.按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即
（3.3）
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1)試選載荷系數(shù)
2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
由2.2.2計(jì)算所得的鉆頭扭矩即為小齒輪傳遞扭矩
3）由表10-7[2]選取齒寬系數(shù)。
4）由表10-6[2]查的材料的彈性影響系數(shù)
5）由圖10-21d[2]按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
6）由式 （3.4）
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
式中
n—齒輪轉(zhuǎn)速
j—齒輪每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合次數(shù)
Lh—齒輪工作壽命（h）
u—齒輪傳動(dòng)比
7）由圖10-19[2]取接觸疲勞壽命系數(shù),；。
8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為，安全系數(shù)S=1，由式
（3.5）得
（2）計(jì)算
1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。
故，取整
2）計(jì)算圓周速度v。
3）計(jì)算齒寬b
4）計(jì)算齒寬與齒高之比
5）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-8[2]查得動(dòng)載系數(shù)
直齒輪，
由表10-2[2]查得使用系數(shù)；
由表10-4[2]用插值法查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)，
由，,查圖10-13[2]得；故載荷系數(shù)
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑
7)計(jì)算模數(shù)
3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為
（3.6）
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）由圖10-20c[2]查得小齒輪8的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪9的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
2）由圖10-18[2]取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由下式得
4）計(jì)算載荷系數(shù)
5)查取齒形系數(shù)。
由表10-5[2]查得 ，。
6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。
由表10-5[2]查得 ，
7）計(jì)算大、小齒輪并加以比較
大齒輪的數(shù)值大
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可以取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)1.131并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)
這樣計(jì)算出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。
4.幾何尺寸計(jì)算
(1)計(jì)算分度圓直徑
（2）計(jì)算中心距
（3）計(jì)算齒輪寬度
圓柱齒輪的實(shí)用齒寬在按計(jì)算后適當(dāng)圓整，且常將小齒輪的齒寬在整值的基礎(chǔ)上人為的加寬，以防大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位，導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大齒輪單位齒寬的工作載荷。
故取，
3.3.2 齒輪5、6、7的計(jì)算
<1>.選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。選定齒輪5，齒輪6，齒輪7為相同的齒輪。并設(shè)計(jì)齒輪6與齒輪9合為雙聯(lián)齒輪，并設(shè)計(jì)齒輪7與齒輪10合為雙聯(lián)齒輪。又因?yàn)橐阉愠鳊X輪9、10的模數(shù)為1.5，所以給定齒輪5、6、7模數(shù)為1.5。工作壽命15年，每年工作300天，兩班制，每班工作8小時(shí)。
初選： 齒輪材料45鋼（調(diào)制）硬度240(HBs)；齒數(shù)
故得
<2>齒輪的校核
因?yàn)辇X輪5,6,7為相同材料、相同模數(shù)、相同齒數(shù)的材料，且齒輪5受到的轉(zhuǎn)矩為齒輪6、7的兩倍。故，只需分析校核齒輪5即可
1．齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
計(jì)算齒輪6、7的扭矩
式中
—傳動(dòng)效率，
計(jì)算齒輪5的轉(zhuǎn)矩
2.計(jì)算過(guò)程參照齒輪8、9、10、11的計(jì)算過(guò)程
計(jì)算后的
2.幾何尺寸計(jì)算
(1)計(jì)算分度圓直徑
(2)計(jì)算中心距
(3)計(jì)算齒輪寬度
圓柱齒輪的實(shí)用齒寬在按計(jì)算后適當(dāng)圓整，且常將齒輪6、7的齒寬在整值的基礎(chǔ)上人為的加寬，以防齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位，導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增6、7齒輪單位齒寬的工作載荷。
故取，
3.4 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計(jì)
設(shè)定軸的材料為45鋼
3.4.1 計(jì)算軸I、VIII的最小直徑
由3.2.2知單個(gè)鉆頭扭矩
（3.7）
式中
— 軸1最細(xì)處直徑，。
— 軸1傳遞的扭矩，。
— 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，。
由于
又查表15-3[2]的為25
當(dāng)軸截面上開(kāi)有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整值
3.4.2 計(jì)算軸II、VII的最小直徑
軸2、7不轉(zhuǎn)動(dòng)，故不受扭矩
故給定軸2、7直徑為，
齒輪，的轉(zhuǎn)矩為：
3.4.3 計(jì)算軸III的最小直徑
查表15-3[2]的為25
軸截面上開(kāi)有鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整數(shù)值
4傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱設(shè)計(jì)
4.1減速箱內(nèi)各齒輪設(shè)計(jì)
設(shè)定齒輪箱中兩對(duì)齒輪與；與有相同的齒數(shù)比 1.5
4.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱齒輪、的設(shè)計(jì)
工作壽命15年，每年工作300天，兩班制，每班工作8小時(shí)。
初選： 齒輪4材料45鋼（調(diào)制）硬度240HBs；齒輪3材料（調(diào)制）硬度280HBs。齒數(shù)，。
1.計(jì)算齒輪3的扭矩
小齒輪傳遞扭矩
式中
—傳動(dòng)效率，
2.計(jì)算過(guò)程參照齒輪8、9、10、11的計(jì)算過(guò)程
計(jì)算的
（1）
大齒輪齒數(shù)
（2）幾何尺寸計(jì)算
1)計(jì)算分度圓直徑
2）計(jì)算中心距
3）計(jì)算齒輪寬度
圓柱齒輪的實(shí)用齒寬在按計(jì)算后適當(dāng)圓整，且常將小齒輪的齒寬在整值的基礎(chǔ)上人為的加寬，以防大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位，導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大齒輪單位齒寬的工作載荷。
故取，
4.1.2傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱齒輪、的設(shè)計(jì)
由于齒輪副、與齒輪副、有相同的傳動(dòng)比，又因?yàn)辇X輪副、比齒輪副、傳遞的轉(zhuǎn)矩大，故齒輪副、可選用與齒輪副、完全相同的齒輪
，
4.2 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計(jì)
設(shè)定軸的材料為45鋼
4.2.1 計(jì)算軸III的最小直徑
查表15-3[2]的為25
軸截面上開(kāi)有鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整數(shù)值
4.2.2 計(jì)算軸IV的最小直徑
查表15-3[2]的為25
軸截面上開(kāi)有鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整數(shù)值
4.2.3 計(jì)算軸V的最小直徑
查表15-3[2]的為25
軸截面上開(kāi)有鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整數(shù)值
4.2.4 計(jì)算軸VI的最小直徑
查表15-3[2]的為25
軸截面上開(kāi)有鍵槽，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱。對(duì)于直徑的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大
故，；取整數(shù)值
5 傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的選用
5.1計(jì)算折算到電機(jī)主軸上的轉(zhuǎn)矩
由3.2.2知單個(gè)鉆頭扭矩：
故，
所需電機(jī)功率
式中
—軸6的轉(zhuǎn)速， 注：（為齒輪1的轉(zhuǎn)速）
—軸6的轉(zhuǎn)矩，
—所需電機(jī)功率，
綜上，由表12-1[3]得，選用型電機(jī)，電機(jī)額定功率2.2kW,同步轉(zhuǎn)速1500r/min,滿載轉(zhuǎn)速1430r/min,電機(jī)質(zhì)量34kg。
6鉆頭軸向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
6.1 鉆頭軸向進(jìn)給絲杠螺母副的計(jì)算和選型
6.1.1工作臺(tái)基本參數(shù)
經(jīng)估算雙頭鉆頭、減速箱、電機(jī)三項(xiàng)總重量約為：80kg
故
由3.2.1知當(dāng)單個(gè)鉆頭鉆削時(shí)，受到軸向切削力為
6.1.2計(jì)算進(jìn)給牽引力
作用在工作臺(tái)滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括工作臺(tái)自身重量和工件重量作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。
選定進(jìn)給為矩形導(dǎo)軌
故， （6.1）
—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，
故得，
6.1.3計(jì)算最大動(dòng)載荷C
（6.2）
式中：
—滾珠絲杠導(dǎo)程，初選
—最大切削力下進(jìn)給速度，等于鉆床鉆削時(shí)鉆頭進(jìn)給速度。取最高進(jìn)給速
度的1/3。
，故，
式中：
—使用壽命，按15000（h）；
—壽命、以轉(zhuǎn)為1單位。
—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，取
6.1.4滾珠絲杠螺母副的選型
查閱附錄A表2[1]，可采用外循環(huán)調(diào)整預(yù)緊的不帶襯套的雙螺母滾珠絲杠，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為13100（N），精度等級(jí)按表3-15[1]選為3級(jí)
6.1.5 傳動(dòng)效率計(jì)算
（6.3）
—螺旋升角，
—摩擦角??；滾動(dòng)摩擦系數(shù)
6.1.6剛度檢驗(yàn)
先畫(huà)出此進(jìn)給滾珠絲杠支撐方式草圖如圖6.1所示。最大牽引力為3538（N），支撐間距L=400（mm），需預(yù)緊絲杠，螺母及軸承進(jìn)行預(yù)緊。
圖6.1 鉆頭軸向進(jìn)給系統(tǒng)
（1） 絲杠的拉伸或壓縮變形量
查圖3-6[1]，根據(jù)，，查出可算出：
（6.4）
兩端均采用推力球軸承52205，且絲杠進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高四倍，其實(shí)際變形量為：
（2） 滾珠與螺紋軌道間接觸變形
查圖3-7[1]，W系列1列2.5圈滾珠和螺紋軌道接觸變形量：
因?yàn)檫M(jìn)行了預(yù)緊，故
（3）支撐滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形
推力球軸承52205，滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體數(shù)量
（6.5）
注意，此公式中單位應(yīng)為
因施加預(yù)緊力，故
根據(jù)以上計(jì)算：
<定位精度
6.1.7穩(wěn)定性校核
滾珠絲杠兩端推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。
6.2齒輪傳動(dòng)比計(jì)算
(1)進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算
已確定進(jìn)給脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程：，初選步進(jìn)電機(jī)步距角為0.75度?？捎?jì)算出傳動(dòng)比i
（6.6）
考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不使大齒輪直徑過(guò)大，以免影響溜板的有效行程，故此處可采用兩級(jí)齒輪降速。
可選定齒輪齒數(shù)為
，，
因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2。有關(guān)參數(shù)參照表6.1
表6.1 傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)
齒數(shù)
20
25
分度圓(mm)
40
50
齒頂圓(mm)
44
54
齒根圓(mm)
35
45
齒寬(mm)
20
20
中心距(mm)
45
6.3步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型
6.3.1初選電機(jī)型號(hào)
計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率
（6.7）
由于計(jì)算齒輪傳動(dòng)比時(shí)選步距角。故，初選電機(jī)型號(hào)110BF004，其最高空載啟動(dòng)頻率為500(Hz)。
6.3.2電機(jī)校核計(jì)算
1.等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算
計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3-1。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的傳動(dòng)慣量可由下式計(jì)算：
（6.8）
式中：
—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
、—齒輪、的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
—滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)步進(jìn)電機(jī)110BF003，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
查表3-20[1]圓柱體（材料為鋼）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：()
(1)
（2）
式中
、—齒輪、的分度圓直徑。
、—齒輪、的齒寬。
（3）
式中
—滾珠絲桿公稱直徑
—滾珠絲杠支撐間距
代入上式：
2.電機(jī)力矩計(jì)算
機(jī)床在不同的工況下，其所需的轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算：（1）快速空載啟動(dòng)力矩，（2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩，（3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩。
（1）快速空載啟動(dòng)力矩
（6.9）
（6.10）
將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號(hào)意義同前。
設(shè)定啟動(dòng)加速時(shí)間
附加摩擦力矩
空載啟動(dòng)時(shí)，絲杠不受軸向切削力，但會(huì)受雙頭鉆頭、變速箱及主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重力之和G。又因?yàn)榻z杠未進(jìn)行預(yù)緊，故絲杠此時(shí)的預(yù)加載荷即為KG。
（6.11）
式中
—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，
—絲杠受雙頭鉆頭、變速箱及主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重力之和。
—傳動(dòng)鏈總效率，一般取，此處取0.8
—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取
以上兩項(xiàng)合計(jì)：
（4） 快速移動(dòng)時(shí)所需力矩
（5） 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩
（6.12）
式中：
—進(jìn)給方向最大切削力
（6） 從上面計(jì)算可以看出，、、三種工況下，以最大切削負(fù)載時(shí)所需力
矩最大，以此項(xiàng)作為校核電機(jī)的依據(jù)。
從表3-22[1]查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)
最大靜力矩
查表3-23[1]，110BF004型步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為7.84。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)矩頻特性。
3.查表3-23[1]得，110BF004型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為500()
再?gòu)膱D3-17(o) [1]、圖3-18(e) [1]查出110BF004步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線。從圖3-17(n) [1]看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，時(shí)，。能夠滿足所需空載啟動(dòng)力矩（）直接使用不會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象可直接使用。
由6.2知于傳動(dòng)比過(guò)小可將減速箱去除，且不影響電機(jī)的選擇。
6.4軌道的選擇
根據(jù)額定載荷查附錄C[1]選定導(dǎo)軌為JSA-LG15
7 X-Y工作臺(tái)的設(shè)計(jì)
工作臺(tái)縱橫向進(jìn)給結(jié)構(gòu)完全相同
7.1工作臺(tái)滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型
7.1.1工作臺(tái)基本參數(shù)
工作臺(tái)材料：碳鋼;查表1-5[3]得碳鋼密度
工作臺(tái)大小（mm）：
工作臺(tái)重量：
初選工件重：
7.1.2計(jì)算進(jìn)給牽引力
作用在工作臺(tái)滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括工作臺(tái)自身重量和工件重量作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。
選定進(jìn)給為矩形導(dǎo)軌。故，
（6.1）
矩形滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：
故得，，絲杠長(zhǎng)400mm。
圖7.1 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖
計(jì)算過(guò)程參照主進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算過(guò)程
由計(jì)算可得絲杠型號(hào)為外循環(huán)調(diào)整預(yù)緊的不帶襯套的雙螺母滾珠絲杠；電機(jī)為90BF002型步進(jìn)電機(jī)。
7.2軌道的選擇
根據(jù)額定載荷查附錄C[1]選定導(dǎo)軌為JSA-LG15
8結(jié) 論
本文在研究了眾多國(guó)內(nèi)外先進(jìn)機(jī)床技術(shù)、查閱了眾多研究資料的基礎(chǔ)上，完成了可調(diào)立式雙頭鉆床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并繪制了裝配圖與非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖，較好的完成了本課題的任務(wù)與目的。本方案借鑒了很多國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的鉆床方面的書(shū)籍、文章，從幾個(gè)方面全面的介紹了本課題的雙頭鉆床：
(1)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)研究，設(shè)計(jì)提出多種反感，通過(guò)對(duì)比多種方案，最終確定最優(yōu)方案。
(2)進(jìn)行了非標(biāo)準(zhǔn)零件，如齒輪、軸、皮帶輪等的尺寸計(jì)算與校核，并用繪圖軟件繪制了零件圖。
(3) 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)零件，如絲杠、軸承、電機(jī)等的計(jì)算及型號(hào)選用與校核。
(4)從各個(gè)零件的選型，整體選材等方面詳細(xì)的介紹了這方面的研究方向與先進(jìn)技術(shù)。
由于設(shè)計(jì)時(shí)間較短而且內(nèi)容很多，所以還有很多的缺陷與不足之處，還有一些設(shè)計(jì)方面的不合理，不過(guò)總體來(lái)說(shuō)，本文介紹的雙頭鉆床想法是有新意的，還有很大的研究空間，所以在今后的研究中，本方案還會(huì)更加的發(fā)展與完善。
參 考 文 獻(xiàn)
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[4] 孫靖民等主編．現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法選講[M],哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.8:50-58
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致 謝
本課題在選題及研究過(guò)程中得到潘永智老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在歷時(shí)半年的過(guò)程中，從論文選題到搜集資料，從寫(xiě)設(shè)計(jì)方案到寫(xiě)初稿、繪制圖紙?jiān)俚椒磸?fù)修改，潘老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，他嚴(yán)肅的教學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。在此謹(jǐn)向老潘師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。
同時(shí)，我要感謝在設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)和所有其他老師。他們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中給予了很大的幫助。在相互討論設(shè)計(jì)方案、檢查設(shè)計(jì)內(nèi)容、交流設(shè)計(jì)心得過(guò)程中我們對(duì)知識(shí)的掌握和運(yùn)用程度得到了極大的提高。
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