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雙頭可調(diào)立式鉆床設(shè)計.rar
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- 雙頭可調(diào)立式鉆床設(shè)計
摘 要
此次設(shè)計為可調(diào)立式雙頭鉆床的機械設(shè)計。設(shè)計主要介紹了可調(diào)立式雙頭鉆床的設(shè)計原理、調(diào)整方法及設(shè)計計算過程。通過預(yù)先給定的加工要求可確定所需的計算參數(shù)，進而依據(jù)可調(diào)立式雙頭鉆床的設(shè)計原理來設(shè)計計算并校核各個部位的零件，然后進行組裝。本次設(shè)計可從五大方面進行設(shè)計。通過預(yù)先給定的加工要求計算并進行了可調(diào)式雙頭鉆頭的設(shè)計、傳動系統(tǒng)減速箱的設(shè)計、傳動系統(tǒng)電機的選用、 X-Y工作臺的設(shè)計、鉆頭軸向進給系統(tǒng)的設(shè)計共五部的設(shè)計。通過設(shè)計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)，從而實現(xiàn)可以在一個工件上加工多對兩兩間距不同的孔。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位置精度。
關(guān)鍵詞：滾珠絲杠；電動機；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 本課題解決的問題和設(shè)計時主要的工作 2
2 雙頭鉆床結(jié)構(gòu)設(shè)計的總體方案 4
2.1鉆床總體結(jié)構(gòu) 4
2.2設(shè)計方案選擇 4
3 可調(diào)式雙頭鉆頭的設(shè)計 9
3.1 預(yù)選加工材料，加工直徑 9
3.2 計算高速鋼麻花鉆軸向切削力及扭矩 10
3.2.1 計算單個鉆頭軸向切削力 10
3.2.2 計算單個鉆頭扭矩 10
3.3 鉆頭中各軸及齒輪的計算 12
3.3.1 齒輪8、9、10、11的計算 12
3.3.2 齒輪5、6、7的計算 17
3.4 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計 19
3.4.1 計算軸I、VIII的最小直徑 19
3.4.2 計算軸II、VII的最小直徑 20
3.4.3 計算軸III的最小直徑 20
4傳動系統(tǒng)減速箱設(shè)計 21
4.1減速箱內(nèi)各齒輪設(shè)計 21
4.1.1傳動系統(tǒng)減速箱齒輪 、 的設(shè)計 22
4.1.2傳動系統(tǒng)減速箱齒輪 、 的設(shè)計 23
4.2 雙頭鉆頭內(nèi)各軸的設(shè)計 23
4.2.1 計算軸III的最小直徑 24
4.2.2 計算軸IV的最小直徑 24
4.2.3 計算軸V的最小直徑 24
4.2.4 計算軸VI的最小直徑 25
5 傳動系統(tǒng)電機的選用 26
5.1計算折算到電機主軸上的轉(zhuǎn)矩 26
6鉆頭軸向進給系統(tǒng)的設(shè)計 27
6.1 鉆頭軸向進給絲杠螺母副的計算和選型 27
6.1.1工作臺基本參數(shù) 27
6.1.2計算進給牽引力 27
6.1.3計算最大動載荷C 27
6.1.4滾珠絲杠螺母副的選型 28
6.1.5 傳動效率計算 28
6.1.6剛度檢驗 29
6.1.7穩(wěn)定性校核 31
6.2齒輪傳動比計算 31
6.3步進電機的計算和選型 32
6.3.1初選電機型號 32
6.3.2電機校核計算 32
7 X-Y工作臺的設(shè)計 36
7.1工作臺滾珠絲杠螺母副的計算和選型 36
7.1.1工作臺基本參數(shù) 36
7.1.2計算進給牽引力 36
7.2軌道的選擇 37
8結(jié) 論 38
參 考 文 獻 39
致 謝 40
2 雙頭鉆床結(jié)構(gòu)設(shè)計的總體方案
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、鉆頭、主傳動系統(tǒng)、電機等部分組成。可調(diào)式立式雙頭鉆床的設(shè)計需要完成以下幾個步驟：
1.可調(diào)式雙頭鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計：
通過齒輪間的位置轉(zhuǎn)動實現(xiàn)兩鉆頭間距離的可調(diào)性。
2.傳動系統(tǒng)變速箱的設(shè)計：
雙軸鉆床的主運動為旋轉(zhuǎn)，由主電動機驅(qū)動，動力通過皮帶輪傳遞給主軸箱,主軸箱是雙軸鉆床的主要驅(qū)動裝置。主運動（旋轉(zhuǎn)）及進給運動同時進行。主軸箱驅(qū)動軸的運轉(zhuǎn)由主電機經(jīng)過交換齒輪來驅(qū)動。
3.傳動系統(tǒng)驅(qū)動電機的選型;
通過將加工工件時所需的轉(zhuǎn)矩折算到電機主軸上，通過電機主軸上的轉(zhuǎn)矩和電機轉(zhuǎn)速算出功率，然后進行電機的篩選。
4.鉆頭軸向進給系統(tǒng)的設(shè)計：
采用滾珠絲杠軸向進給。
5.工作臺的橫向、縱向的進給系統(tǒng)的設(shè)計：
工作臺橫向、縱向進給：采用滾珠絲杠進給。
2.2設(shè)計方案選擇
本設(shè)計根據(jù)可調(diào)鉆頭實現(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)計方案。
<方案一>：通過可伸縮式萬向聯(lián)軸器調(diào)節(jié)
本結(jié)構(gòu)用齒輪箱配合萬向節(jié)頭所組成，由于萬向節(jié)頭是可活動軸件，股在限定范圍內(nèi)可左右移動。
萬向聯(lián)軸器的共同特點是角向補償量較大，不同結(jié)構(gòu)型式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般≤5°-45°之間。萬向聯(lián)軸器利用其機構(gòu)的特點，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。萬向聯(lián)軸器最大的特點是具有較大的角向補償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高。
圖2.1 可伸縮焊接方式萬向聯(lián)軸器
工作原理：多軸鉆床的實現(xiàn)主要是由于有多軸器的存在才得以實現(xiàn)的。主軸旋轉(zhuǎn)帶到多軸器中的其他軸轉(zhuǎn)動。多軸器結(jié)構(gòu)由齒輪箱配合萬向節(jié)頭所組成，由于萬向節(jié)是可活動軸件，故在限定范圍內(nèi)可左右移動。在調(diào)整加多軸頭箱內(nèi)有一個主動輪和多個從動輪，主動輪與電機聯(lián)結(jié)，將動力傳給多個從動輪，從動輪再驅(qū)動鉆頭對工件進行加工。多軸鉆床廣泛應(yīng)用于機械行業(yè)多孔零部件的鉆孔及攻絲加工。
優(yōu)點：在調(diào)整加工孔距時不受齒輪所限制，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，相對可以任意調(diào)整，一次進給同時加工數(shù) 孔。在其配合液壓機床工作時，可自動進行快進、工進（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、財力。尤其機床的自動化大大減輕操作者的勞動強度 。
缺點：精度方面控制有所欠缺，長期使用跑位率相比略高。適合單件加工量不大，長年更換加工件的企業(yè)。
<方案二>：通過齒輪調(diào)節(jié)
該多軸鉆孔頭是根據(jù)太陽系中太陽、行星及衛(wèi)星的運動規(guī)律設(shè)計的，即：行星繞太陽轉(zhuǎn)動，衛(wèi)星繞行星轉(zhuǎn)動，利用這個運動規(guī)律，還可實現(xiàn)鉆孔軸相對位置的調(diào)整。
此可調(diào)式雙頭鉆床原理如圖：
圖2.2 可調(diào)式兩軸鉆孔動力頭結(jié)構(gòu)調(diào)整圖
此次設(shè)計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工位上同時加工兩個孔，很大程度上擴大了鉆床加工范圍，提高了機床適用性，并保證兩孔的相對位置精度。鉆頭可加工的范圍為：Lmin-Lmax之間的圓環(huán)范圍，并可通過調(diào)整鉆頭的位置在一個圓上進行等分圓的加工。
可調(diào)式鉆孔頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計：
以可調(diào)式兩軸鉆孔頭為例進行說明，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 是一個開口套，用螺釘鎖緊在主軸上；太陽齒輪3通過錐孔套在主軸回轉(zhuǎn)部分的錐體上，靠摩擦傳遞扭矩。通過行星齒輪6，太陽齒輪把動力傳給鉆孔主軸17，行星齒輪6 在這里是惰輪（過橋齒輪），在調(diào)整時它只能和整個鉆孔頭一起繞太陽齒輪公轉(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靠過盈配合傳遞扭矩，所采用的軸承均為無內(nèi)外圈滾針軸承。調(diào)整時，行星齒輪軸14，距離調(diào)整塊13可帶動衛(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，調(diào)整角度α。松開連接體1 的鎖緊螺釘，整個鉆孔頭可以繞太陽齒輪3，自由轉(zhuǎn)動，調(diào)整回補轉(zhuǎn)角θ。
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