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1、目 录摘要 关键词 1前 言 2 1 绪 纶 31.1多轴加工应用 31.2多轴加工的设备 31.3多轴加工的趋势 32 普通钻床改为多轴钻床 32.1生产任务 32.2普通立式钻的选型 33 多轴齿轮传动箱的设计 53.1设计前的准备 5 3.2动系统设计与计算64 多轴箱的结构设计与零部件图的绘制 7 4.1箱盖、箱体和中间板结构 7 4.2多轴箱轴的设计 7 4.3轴坐标计算 145 导向装置的设计 156 接杆刀具 15 结论 16致谢 17参考文献 21附 图21摘要：本设计是关于普通钻床改造为多轴钻床的设计。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
2、大大地缩短加工时间，提高生产效率。因此本设计的重点是多轴箱的设计，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。而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。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。多轴钻床这是一种能满足多轴加工要求的钻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它可以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。关键词： 多轴钻床；生产效率；多轴箱 前言本次
3、所设计论文的方案就跟这方面有关，是将普通钻床改为多轴钻床，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，并能达到以下目标要点：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。毕业设计论文是专科生培养方案中的重要环节。学生通过毕业论文，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又
4、是一次锻炼。不少学生在作完毕业设计后，感到自己的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争，去创造的自信心。毕业设计论文是专科学生在校学习期间最后一个综合性教学环节，目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，分析与解决实际问题的能力，使学生得到科学研究与科技开发的初步训练，综合检验学生所学知识和技能，以完成学生从学习岗位到工作岗位的初步过渡。 毕业设计论文教学是注重培养学生独立工作能力和创造力，培养学生在设计论文中具有全局观点、经济观点及注重社会效益，同时培养学生具有高尚的思想品质、严谨的科学态度、虚心好学协同工作的优良作风。毕业设计论文教学环节是一个综合训练的环节，
5、对学生的成长及适应社会需要具有深刻影响。就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己从事的工作进行更深刻的了解，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 1 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
6、率的有效措施。1.1.1多轴加工的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
7、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%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
8、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
9、。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 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
10、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
11、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
12、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。(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
13、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 普通钻床改为多轴钻床2.1 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。设计程序介绍如下：2.2 普通立式钻床的选型2.2.1计算所需电机功率零件图如图1所示： 确定四个孔同时加工的轴向力，公式：式中：=365.9,=,=0.661,=1.217,=0.361,=1.
14、1,=0.35m/s（表15-37）1则所需电机功率：2.2.2 立式钻床的确定表1 Z525立式钻床主要技术参数技术规格型号Z525最大钻孔直径（mm）25主轴端面至工作台距离(mm)0-700主轴端面至底面距离(mm)750-110主轴中心至导轨距离(mm)250主轴行距(mm)175主轴孔莫氏解锥度3号主轴最大扭转力矩(Nm)245.25主轴进给力(N)8829主轴转速(r/mm)97-1360主轴箱行程(mm)200进给量(mm/r)0.1-0.8工作台行程(mm)325工作台工作面积(mm2)500375主电动机功率(kw)2.83 多轴齿轮传动箱的设计3.1设计前的准备 （1）大致
15、了解工件上被加工孔为4个10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）文献2 （2）切削用量的确定切削速度,进给量.则切削转速根据Z525机床说明书，取故实际切削速度为： （3）确定加工时的单件工时：图2为钻头工作进给长度：文献3 加工一个孔所需时间：单件时工时：3.2 动系统的设计与计算（1）选定齿轮的传动方式：初定为外啮合。图3（2）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。根据表2确定
16、工作轴直径机械制造.8/97：43表2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10mm,所以工作轴直径选15mm.主动轴和惰轮轴的直径在以后的轴设计中确定。 (3)排出齿轮传动的层次，设计各个齿轮。本设计的齿轮传动为单层次的齿轮外啮合传动，传动分布图如图3的右图所示。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,假设齿轮、的传动比均为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；由表10-14选择齿轮材料为40Cr（调质）
17、，硬度为280HBS，齿轮材料为45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4 多轴箱的结构设计与零部件图的绘制4.1箱盖、箱体和中间板结构(1)箱体选用240mmx200mm长方形箱体，箱盖与之匹配。箱体材料为HT20-40, 箱盖为HT15-33.(2)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滑套支承座，为便于设计人员选用，已将中间板规范为23mm和28mm两种厚度的标准，现选用23mm厚的中间板，材料为HT15-33。4.2多轴箱轴的设计(1)主动轴的设计轴材料的选择表15-3文献4 轴材料选用45钢，调质处理。轴径
18、的确定根据公式dA0(15-2) 文献4 式中A0=,查表15-3文献4 ，A0取110d110x=13.9mm,取d=25mm轴结构设计图5主动轴选择滚动轴承因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷，故前、后端均选用单列向心球轴承，由表1-14文献3 ，选用7204c轴承。 轴上各段直径，长度如图5所示。键的确定因为齿轮宽为35mm,所以选用8x7x22平键，表6-1文献4 确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2文献4 ，取轴端倒角2x450,各轴肩的圆角半径为R=1.0mm.按弯扭合成校核轴的强度作出轴的计算简图图6 主动轴计算简图轴上扭转力矩为M=9549x=9549x=19.7周向力为Py=1
19、970N径向力为：Pz=0.48 Py=0.48x1970=945.6NW为轴的抗弯截面系数，W=-(表15-4) 文献4 W=785-81=704=70MpaS=1.5故该轴在截面右侧面是安全的，又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核，轴承的校核。因为所受的轴向力太小，所以忽略不计,Fa=0所受径向力Fr=1113.6/2=556.8n7002c向心球轴承校核=30000h(表13-3) 文献6 轴承安全（3）工作轴的设计轴材料的选择表15-3文献4 轴材料选用45钢，调质处理。轴径的确定在传动系统的设计与计算中已的工作轴的直径定为d=15mm。轴的结构设计：图1
20、1工作轴选择滚动轴承因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷，故前、后端均选用单列向心球轴承，又因工作轴用于钻削，在后端加单向推力球轴承。由表1-14文献3，单列向心球轴承选用102轴承，后端单向推力球轴承选用8102轴承。各段直径，长度如图11所示：键的确定。因为齿轮宽为25mm,所以选用5x5x20平键，表6-1文献4 轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2文献4 ，取轴端倒角2x450,各轴肩的圆角半径为R=0.8mm.作出轴的计算简图图12 工作轴计算简图根据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩图、垂直图的弯矩My图和水平平面内的弯矩Mz图，如图13所示。从图中可知，截面E为危险截面，在截面E上，扭矩T
21、和合成弯矩M分别为T=27.3;M=54.6按第三强度理论进行强度校核文献5:公式，W为轴的抗弯截面系数，W=-(表15-4) 文献4 W=331.2-56.3=274.9图13 工作轴载荷分析图即轴的强度足够。校核轴的疲劳强度在上面的分析中已判定E截面为危险截面，所以现在校校E面左右两侧即可，其他截面均无需校核。截面E右侧面校核：抗扭截面系数WT为：WT=0.2d3=0.2x173=982.6.5mm3弯矩M及弯曲应力为:M=54600x=24125.6=49.1Mpa扭矩T3及扭转应力为：T3=27300=27.8Mpa轴的材料为45钢，调质处理， =640Mpa,=275Mpa,=155
22、Mpa。轴按磨削加工，由附图3-4文献4 得表面质量系数为=0.92故得综合系数为：K=-1=2.93+=3.02K=+-1=2.35+=2.44计算安全系数：S=1.85S=4.48Sca=1.7S=1.5 故安全截面E左侧面校核：抗弯截面系数W为：W=0.1d3=0.1x153=337.5mm3抗扭截面系数WT为：WT=0.2d3=0.2x153=675mm3弯矩M及弯曲应力为:M=54600=161。8Mpa扭矩T3及扭转应力为：T3=27300=40.4Mpa在附表3-4文献4 用插入法求得轴上键槽处的有效应力集中系数：k,k由附图3-2文献4 得尺寸系数由附图3-3文献4 得扭转尺寸
23、轴按磨削加工，由附图3-4文献4 得表面质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即，则按式（3-12）及（3-12）文献4 ，得综合系数值为：K=-1=0+=0.09K=+-1=+=1.63计算安全系数：S=18.89S=4.57Sca=4.4S=1.5故该轴在截面右侧面是安全的，又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。轴承的校核机床一般传动轴的滚动轴承失效形式，主要是疲劳破坏，故应进行疲劳寿命计算。36102向心球轴承校核由第一章可知主动轴的轴向力Fa=4.091N所受径向力Fr=1754.5/2=877.25N (表3.8-50) 文献6P=0.41Fr+0.8
24、7Pa=0.41x877.25+0.87x4.091=363.2N=30000h(表13-3) 文献6 轴承安全8102推力球轴承校核P=Fa (表3.8-54)jj P=4.091N=30000h(表13-3) 文献6 轴承安全4.3轴坐标计算为方便在多轴箱上镗孔，因此进行轴坐标计算是十分重要的。建立如下图坐标系，多轴箱里尺寸如图示为220x180mm,在多轴箱中心安装主动轴，则主动轴坐标可知（110，90），则根据零件图，可算出其他各轴坐标，分别如图所示。5 导向装置的设计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
25、板上选择弹簧 用四根弹簧支撑整个多轴箱，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。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。6 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的莫氏锥柄相配合。结 论 紧张而又辛苦的12周毕业设计结束了。当我快要完成老师下达给我的任务的时候，我仿佛经过一次翻山越领，登上了高山之颠，顿感心旷神怡，眼前豁然开朗。毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈
26、向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始与足下”，通过这次毕业设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真地进行毕业设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，毕业设计真是有点累。然而，当我一着手清理自己设计的成果，仔细回味这12周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使我倦意顿消。虽然这是我刚学会走完的第一步，是我人生中的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟了许多，令我有了一种“春眠方觉晓”的感悟。通过毕业设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致。毕业设计中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱；有两次因为不小心我计算出错
27、，只能毫不情愿地重来。但一想起老师平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提醒自己，一定要养成一种高度负责，一丝不苟的良好习惯，这次毕业设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。短短的12周的毕业设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的贫乏，自己综合应用所学专业知识的能力是如此的不足，几年来学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。想到这里，我真的有点急了。老师却对我说，这说明毕业设计确实使你有收获了。老师的亲切勉励像春雨注入我的心田，使我更加自信了。最后，我要衷心地感谢老师。是您的严厉批评唤醒了我，是您的敬
28、业精神感动了我，是您的谆谆教诲启发了我，是您的殷切期望鼓舞了我。我感谢老师您今天又为我增添了一副坚硬的翅膀。致 谢我在设计过程中遇到了不少的问题，但在老师的指引下、同学的帮助下，我的设计进度还是赶上了。我真的很高兴，在实习过程中，厂里骨干精英唐师傅给了我很大的帮助，当我遇到很难解决的问题时有一位热心的人在一旁用心辅导我，以前是通过书本解决问题，在厂里更多了一点的实践的机会让我从设计中学到了不少的实践经验，但也离不开我不倦地学习，我学会了许多以前在学校中学不到的东西，那只有通过实践与理论相结合才会领悟得到的东西。毕竟就快离开校园，走向社会了，在将来的人生道路上，学习是陪伴我们终生的，正所谓“活到
29、老，学到老”，在人生道路上还会遇到更多的师傅，学无止境，最后我仍向在毕业设计中帮助过我的师傅、同学、家人致谢，尤其是辅导我的张老师，因为他在整个设计中给予了我很多帮助，让我能按时地完成毕业设计任务。参考文献1 王先逵主编。机械加工工艺设计实用手册 (第二册) 。北京：机械工业出版社,1998 2 李益民主编。机械制造工艺设计简明手册。湛江海洋大学印,2003 3 大连组合机床研究所主编。组合机床设计（第一册）机械部分。北京：机械工业出版社,19784 濮良贵，纪名刚编。机械设计（第七版）。北京：高等教育出版社,20025 刘鸿文主编。材料力学（第三版上册）。北京：高等教育出版社,20016 李洪主编。实用机床设计手册。北京：辽宁科学技术出版社,1999
