立式钻床用轴均布多轴头设计毕业设计论文文档格式.docx

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多轴头架的传动原理是通过齿轮啮合增加钻削轴的轴数，以满足多孔加工的要求。

通过二级齿轮啮合，输入轴和输出轴的转向没变，但由于齿轮分支传动，变成多根输出轴。

工艺范围可以满足一般加工情况的孔类钻削要求。

可调多轴头架可以起到提高生产效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。

参照该调节原理可进行其他任意孔系加工装置的设计，还可以用于攻丝、扩、锪孔等加工装置。

此外该装置具有结构简单、操作方便、应用范围广等特点，值得推广。

1.概述

1.1问题的提出

本次毕业设计任务的提出，是为适应目前我国大部分制造厂的实际生产状况。

当前制造业设备更新特别快，大部分企业遇到同一端面的多孔钻削的零件时，为此购置专用设备又往往不经济的条件下，可以通过改造现有普通单轴钻床使之具有多轴钻削的能力。

既解决了加工要求与现有设备的矛盾，又有效的利用了闲置机床，极大的提高了设备利用率，给企业带来了巨大的经济效益。

1.2同行业概况

在国内的相关企业中已经有一部分企业开始原有设备的改造以适应新的加工生产。

其中有一些结构相对比较复杂，当然这与白加工零件的相关工艺参数有关。

在法兰盘周向均布孔的加工上应用已经相当广泛。

比如在郑州的一个汽车制造车间上，运用了改造后的钻床进行加工，取得了良好的经济效果。

由于这些厂家的生产对象的特殊性，他们加工的孔径一般较大，改造后的钻床，除了加装多轴头架外，还需设计额外的夹具以减轻头架的重量对钻床的作用力影响及保证头架进给的精度。

1.3课题的意义

为了使广大的一般小型生产厂家具有同一端面的多孔加工能力，我设计了重量较轻，钻削轴均布的三轴头架。

可以实现同时三孔位的加工，而且如果孔之间的距离有变化，可以随时进行孔距的调节，使它能够实现多孔位的加工，那样不仅可以节省时间、改善工人的劳动强度、提高劳动效率，而且对于机械行业也是一种革新。

齿轮可调式三轴头架，因为它是一种可换的，而且是可以调节孔距的设备，所以适应生产过程中的小批量的生产。

根据多孔的加工要求，确定机床的主要参数如下：

最大钻孔深度（单侧钻）50mm

主轴数目3

主轴中心线至工作台面高750mm

主轴转速1000r/min左右

2.总体方案设计

总体方案是部件和零件的设计依据，对整个机床的设计影响较大。

因此，在拟定总体方案的过程中，必须综合的考虑，使所定方案技术上先进，经济效果好。

确定总体方案，包括下列内容：

2.1对工件进行工艺分析

2.1.1检查图纸的完整性和正确性

工件的图纸应能清晰的表达工件的形状结构，标注全部尺寸及技术要求，说明工件的材料和所需要的工件数量等。

加工零件为典型的盘类零件，砂轮机端盖，如图：

图1砂轮机端盖

2.1.2分析工件的结构特点

工件的结构决定了它的安装方式和加工厂方法。

要求用多轴头架加工的孔为精度要求不甚高的螺栓孔，在加工时，以大端面为基准装夹，根据批量的要求需另外设计专用夹具，以适应中批量的生产要求。

2.1.3分析工件的材料及加工性能

工件的材料对加工方法有很大的影响。

如材料的软硬对刀具进给量、走刀量都有较大的影响。

砂轮机端盖的毛坯为铸件，材料是球墨铸铁，可根据相关手册计算加工时的加工参数，以此来确定多轴头架的设计参数。

2.1.4工件的生产批量

被加工工件的生产批量的大小对改装方案的制定也有较大的影响。

工件的批量大，改装后的机床的生产效率则要求高，若工件的批量小，则对机床的效率要求不高。

工件批量大时要求要考虑机床的专用性，工件批量小时要求要考虑机床的通用性。

砂轮机端盖的生产为中批量生产，设计周期短、经济的三轴头架十分适合它的生产批量加工条件。

2.2确定工件的加工方法

不同的加工方法可带来不同的经济效益，故工件加工工厂方法选择的是否合适，对钻床改装来说是非常重要的，他不仅关系到改装形式，还直接影响改装后机床加工质量的优劣、生产效率的高低等。

所以确定工件加工方法时，应考虑以下主要问题：

（1）加工表面要求的精度和粗糙度；

（2）工件的生产批量；

（3）工件的结构形状和尺寸（4）钻床改装的实际可能性。

2.3对被改装钻床的分析

分析被改装钻床时包括的主要内容有：

（1）分析机床能否适应改装要求；

（2）调查和了解机床的使用情况；

（3）考虑机床的动力情况；

（4）分析改装后机床的强度和刚度问题。

Z535型立式钻床是一种传统的立式钻床，在机械制造和维修中的单件、小批量生产中，对中小型零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪孔及攻螺纹等加工工艺上得到了普遍的应用。

但由于其为单孔钻床，对多孔钻削的加工比较麻烦，很费工时，给操作者增加了劳动强度。

为此，为了挖掘设备潜力，将其改装成多头钻床，根据在实际加工中的要求，同一加工平面三孔或四孔加工比较常见，设计了齿轮十多轴头架，以便于更高效的使用Z535立式钻床。

在完成一批生产任务后，三轴头架可以从钻床上拆下来，立式钻床恢复原貌，不会影响钻床原来的参数。

当参数发生改变、被加工工件尺寸发生变化时，可调式头架的钻削主轴轴距可以调节，适应被加工工件上孔距在一范围内的变化，从而扩大了三轴头架的使用范围。

有关Z535钻床的动力参数将在以下内容进行详尽的分析计算。

2.4总体布局

一般包括：

分配运动、选择传动形式和支承形式的位置、拟定从布局上改善机床性能和技术经济指标的措施等。

最后，绘制多轴头架与机床的总联系尺寸图，以表达所才用的总体布局，规定联系尺寸，并确定主要的技术参数。

查相关的机床手册，得到Z535的相关联系尺寸，列于下表（单位：

mm）

最大钻孔直径d

35

最大钻孔深度h

175

从主轴端面到工作台端面H

0~750

从主轴中心到导轨距离A

从工作台T型槽中心到凸肩距离B

160

凸肩高度h0

-3

工作台最大升高

325

主轴箱最大垂直移动量

200

主轴最大行程

225

主轴外径尺寸

40d4

锥孔莫式号数

4号

2.5其他问题分析

在制定改装方案时，除了以上各因素外，还要注意维护要方便、制造和装陪要简单、结构要紧凑、通用化程度要高、外型要平整协调等，同时也要考虑因地制宜的改装问题。

考虑到在钻床上安装了三轴头架之后，再装上钻头，钻头前端到被加工工件之间必须留有一定的高度用于进刀用，在加上工件孔的深度，钻头架的垂直尺寸必须满足一定的范围。

根据钻床外的联系尺寸、钻头长度和一般被加工工件的尺寸，钻头架的垂直尺寸应在400mm左右。

3.齿轮可调式三轴头架的设计

3.1齿轮可调式三轴头架的传动原理及调整方法

可调式三轴头架的传动原理如图1所示。

主轴1由钻床主轴来带动旋转，经齿轮副2与3和3与5，使小轴4（即钻削主轴）得到动力旋转，于是带动钻头进行钻削。

钻削孔径的调整通过改变两小轴4的中心距来实现，即使两小轴4的中心距等于被加工孔的孔径。

在调整时（参见图1），首先松开六角螺母，然后转动支架使之带动介轮轴一起在本体中转动，直至三小轴的中心距调整到所要求的尺寸为止，再将六角螺母拧紧。

图1三轴头架传动原理图

图2传动原理简图

1.主轴2.中心轮3.介轮4.小轴5.小齿轮

3.2方案的工艺设计参数

3.2.1Z535钻床动力所允许的工况条件

多轴头架是根据加工工件的需要进行设计的，与之相配套的立钻动力是否够用，设计前必须验证。

常用的验证方法有两种：

一是类比法，即加工同类零件机床动力进行比较，以此决定所选用的动力是否能满足要求，另一种是计算法，将计算所得的切削功率与配套机床的动力进行比较，以此决定配套机床的动力是否够用。

应用公式计算切削速度、切削力和切削功率，根据设计儿女物说明书的要求，最大孔径为，此时在各种工况条件下的V、F、P。

考虑到齿轮传动有功率损失，单根钻削轴能承受的最大功率（Z535的额定功率围4.5kw）

=1.33kw

（1）用高速钻头钻孔时

查《机械加工工艺师手册》（以下简称《工艺师》）表28-14高速钢钻头钻削结构钢（），当d=10mm时，最大进给速度为f=0.25mm/r，对应的

切削速度V=15m/min

轴向力F=3010N

转矩T=10.03N·

m

功率P=0.51KW<

=1.33KW

查《工艺师》表28-15高速钢钻头钻削灰铸铁（190HBS），当d=10mm时，最大的进给速度为f=0.60mm/r，对应的

切削速度V=12m/min

轴向力F=3765N

转矩T=13.93N·

功率P=0.52KW<

由于Z535钻床没有0.6mm/r的进给速度，采用与之相近的f=0.57mm/r，再用公式重新对所选公式进行核算

相关公式查《工艺师》表28-2钻、扩、铰孔时切削速度的计算公式

（注：

T为刀具的寿命）

表28-4钻孔时轴向力、转矩、功率的计算公式

式中的为修正参数，在这里的计算采用的材料为其实验用的，故都按计算。

（1）钻削结构碳钢（）时的切削速度V、轴向力F、转矩T、功率P

查表得

有

满足功率要求。

（2）钻削灰铸铁（190HBS）时的切削速度V、轴向力F、转矩T、功率P

有

综上所述，高速钢钻头加工碳素钢（）时，高速钢钻头加工灰铸铁（190HBS）时，

（3）用硬质合金钻头（YG8）钻孔时

一般，用硬质合金钻头用于加工灰铸铁，这里按HBS=190HBS计算

据表28-11硬质合金钻头加工灰铸铁的进给量（HBS>

170HBS）,这里按f=0.25mm/r计算

查表得

则用硬质合金钻头YG8钻削时，

3.2.2确定用于钻削计算的极限值

由于以上所计算的进给量是在机床功率允许的最大值，此时转速为最小值，而在多轴头架中从主轴到钻削主轴是升速运动，可以充分发挥Z535的各级转速对比各种工况下的钻削速度，小轴钻削速度为：

（1）高速钢钻头钻削加工碳素结构钢（）时

v=16.1m/min

n=v/D=16.1/×

0.010=512.7r/min

（2）高速钢钻头加工灰铸铁（190HBS）时

v=13.4m/min

n=v/D=13.4/×

0.010=426.8r/min

（3）用硬质合金钻头YG8加工灰铸铁（190HBS）时

v=47.4m/min

n=v/D=47.4/×

0.010=1509.6r/min

对比可以看出在钻床所允许的功率下，工作最低转速为426.8r/min，根据有关手册查得Z535钻床的各级转速为：

68、100、140、190、275、400、530、750、1100r/min为了减小轴头架的尺寸，防止头架过重，应尽量缩小头架的传动比，取主轴最低转速为140r/min进行升速，此时钻削轴转速为426.8r/min

则总