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機(jī)械技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
課題名稱GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)設(shè)計(jì)零件圖的設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師 楊東方 職 稱
專業(yè)名稱 數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù) 班 級(jí)數(shù)控設(shè)備11132
學(xué)生姓名 仇蘇莘 學(xué) 號(hào) 1060113205
課題需要完成的任務(wù)：
1.根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)查閱相關(guān)技術(shù)資料。
2.根據(jù)GE產(chǎn)品的加工需要，設(shè)計(jì)多側(cè)面鉆專機(jī)，闡述多側(cè)面鉆專機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)、控制方式等相關(guān)內(nèi)容，按裝配圖要求設(shè)計(jì)出多側(cè)面鉆專機(jī)的主要零件圖。按畢業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)要求寫(xiě)出畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
3．翻譯相關(guān)英文資料。
4.整理畢業(yè)設(shè)計(jì)資料，準(zhǔn)備答辯。
5.完成答辯。
課題計(jì)劃：
任務(wù)1.在第4周完成。
任務(wù)2.在第5周至第7周完成。
任務(wù)3.在第8周完成。
任務(wù)4.在第9周完成。
任務(wù)5.在第10周（根據(jù)學(xué)校的規(guī)定來(lái)定）
計(jì)劃答辯時(shí)間：
機(jī) 械 系（部、分院）
2013年 9 月 23 日
分類號(hào)：
無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)設(shè)計(jì)零件圖的設(shè)計(jì)
英文并列題目
院 系 班 級(jí)
學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)
所在團(tuán)隊(duì)
指導(dǎo)老師（1） 職 稱
指導(dǎo)老師（2） 職 稱
答辯委員會(huì)主任 主答辯人
二 零 年 月
摘要
此次設(shè)計(jì)的GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)設(shè)計(jì)，是鉆床的的一種細(xì)分，主要應(yīng)用于汽車保險(xiǎn)杠、石油管道、通信設(shè)施、下水管道等一些管道的孔加工。鉆孔工藝是加工孔類的基礎(chǔ)部分，只要鉆孔工藝的加工精度提高了，在后面的加工工藝過(guò)程就會(huì)更加簡(jiǎn)潔，提高加工效率，節(jié)省時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)設(shè)計(jì)；鉆床；鉆孔工藝
27
無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院
Abstract
The plane design of multi lateral drilling the design of GE products, is a subdivision of the drilling machine, machining holes are mainly used for automobile bumper, oil pipelines, communication facilities, sewer and other pipeline. Drilling technology is a fundamental part of the processing hole, as long as the processing of precision drilling technology improves, in the processing process behind the more concise, improve processing efficiency, save time, improve economic benefits.
Key Words: special design multi lateral drilling GE products; drilling; drilling technology
無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院
目 錄
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1 鉆床簡(jiǎn)介 1
1.2 鉆床的發(fā)展及趨勢(shì) 1
1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 2
第2章 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 3
2.1 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)的動(dòng)力選擇 3
2.2 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式 3
2.3 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)的動(dòng)力性能比較 4
2.4 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)動(dòng)力的計(jì)算與選擇 4
2.5機(jī)床方案的制定 6
2.5.1 制定工藝方案 6
2.5.2 確定機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 7
2.5.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 7
第3章 切削要素的選擇與計(jì)算 8
3. 1 確定工序間余量 8
3.2 選擇切削用量 9
3.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 9
3.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 10
3.5 加工圖 10
3.5.1 加工示意圖的作用和內(nèi)容 10
3.5.2 繪制加工示意圖之前的有關(guān)計(jì)算 11
第4章 主軸箱設(shè)計(jì) 12
4.1 基本傳動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算 12
4.1.1 分配傳動(dòng)比 12
4.1.2 計(jì)算機(jī)構(gòu)各軸的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) 13
4.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 13
4.2.1 選擇皮帶 13
4.2.2 帶輪基準(zhǔn)直徑： 13
4.2.3 帶速的確定： 13
3.2.4 中心矩、帶長(zhǎng)及包角的確定 13
3.2.5 確定帶的根數(shù)： 14
3.2.6 張緊力 14
3.2.7 作用在軸上的載荷： 14
3.2.8 帶輪結(jié)構(gòu)與尺寸見(jiàn)零件圖 15
3.3 軸的校核 15
3.4 鍵的校核 21
3.5 軸承的校核 22
3.5.1 初選軸承型號(hào) 22
3.5.2壽命計(jì)算 22
第4章 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)的綜合評(píng)價(jià) 24
4.1整體評(píng)價(jià) 24
4.2經(jīng)濟(jì)性分析 25
4.3市場(chǎng)分析 25
總 結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 27
致 謝 28
第1章 緒論
1.1 鉆床簡(jiǎn)介
目前將機(jī)床分為12大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機(jī)床、鋸床及其他機(jī)床。在每一類機(jī)床中，又可以按照工藝范圍、步型型式和結(jié)構(gòu)等等，可以分為若干組，每一組又可以分為若干系列。如鉆床又包括：坐標(biāo)鏜鉆床、深孔鉆床、搖臂鉆床、臺(tái)式鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、中心孔鉆床及其他鉆床。在上述的基本分類方法的基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)機(jī)床的其他特征進(jìn)一步進(jìn)行分類。同類型機(jī)床按照應(yīng)用范圍（通用性程度），可以分為通用機(jī)床（或者稱萬(wàn)能機(jī)床）、專門(mén)化機(jī)床和專用機(jī)床三大類。其中通用機(jī)床是可以加工多種工件，完成多種多樣工序的加工范圍較廣的機(jī)床，如臥式車床、搖臂鉆床等等。
搖臂鉆床主要由立柱，搖臂，主軸箱，和底座等部分組成。主軸箱裝在搖臂上，可沿立柱上下移動(dòng)，以適應(yīng)加工不同高度工件的要求。此外，搖臂還可以隨外立柱在360°范圍回轉(zhuǎn)，因此主軸很容易調(diào)整到所需要的加工位置。為了使主軸在加工時(shí)保持確定的位置，搖臂鉆床還具有內(nèi)立柱，搖臂及主軸箱的夾緊機(jī)構(gòu)，當(dāng)主軸的位置調(diào)整確定后，可以快速將它們夾緊。 搖臂鉆床的其他變形如萬(wàn)向搖臂鉆床搖臂和主軸箱可以回轉(zhuǎn)或傾斜，使主軸可在空間任意方向都可以進(jìn)行鉆削，適用于重型機(jī)器，機(jī)車車輛，船舶和鍋爐等制造業(yè)中加工大型工件。車式搖臂鉆床的底座有車輪，可以在軌道上移動(dòng)，適用于橋梁和機(jī)床等行業(yè)窄長(zhǎng)形工件的孔加工。
1.2 鉆床的發(fā)展及趨勢(shì)
進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)后，國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，與中捷搖臂鉆廠生產(chǎn)相同型號(hào)產(chǎn)品的企業(yè)有40多家，中捷搖臂鉆廠產(chǎn)品領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)受到挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，中捷搖臂鉆廠在產(chǎn)品賣得正火的時(shí)候，提出了進(jìn)行跨越產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整。第一，用先進(jìn)技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)品。如普通搖臂鉆床實(shí)現(xiàn)了五軸聯(lián)動(dòng)，價(jià)格由幾萬(wàn)元上升到幾十萬(wàn)元，達(dá)到中國(guó)搖臂鉆床最高水平。第二，向國(guó)際先進(jìn)水平靠攏，不斷擴(kuò)大產(chǎn)品領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。ZK系列、橋式和動(dòng)橋系列產(chǎn)品，十幾項(xiàng)技術(shù)居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。ZK3050獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并成為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品；Z3580A萬(wàn)向搖臂鉆，在任何空間、任意方向、任意位置上實(shí)現(xiàn)鉆削功能，不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，在國(guó)外也不多見(jiàn)。在國(guó)際著名的芝加哥機(jī)床展覽會(huì)上，中捷搖臂鉆廠參展產(chǎn)品被一位美籍華商相中并當(dāng)場(chǎng)拉走。德國(guó)、意大利、西臘、瑞典、伊朗等國(guó)家和地區(qū)紛紛提出做中捷牌搖臂鉆的代理經(jīng)銷商。在上海國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司參展的數(shù)控鉆銑床，同時(shí)被國(guó)內(nèi)三家企業(yè)看好。搖臂鉆床和大多數(shù)機(jī)床一樣，將向數(shù)控自動(dòng)化、機(jī)電一體化和智能化方向發(fā)展。搖臂鉆床未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是：應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高和擴(kuò)大自動(dòng)化工作的功能，使機(jī)床適應(yīng)于納入柔性制造系統(tǒng)工作；提高功率主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度，相應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜剛度以適應(yīng)采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并發(fā)展超精密加工機(jī)床，以適應(yīng)電子機(jī)械、航天等新興工業(yè)的需要。
1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況
中國(guó)的機(jī)械設(shè)備也在不斷的發(fā)展，2015年中國(guó)工程機(jī)械業(yè)將迎來(lái)9000億元市場(chǎng)容量，不僅給中國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的帶來(lái)巨大發(fā)展空間，同時(shí)也聚焦了國(guó)際的機(jī)械巨頭的目光，使國(guó)外企業(yè)不斷進(jìn)駐中國(guó)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)的機(jī)械企業(yè)在發(fā)展國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的前提下也不斷的拓展國(guó)外市場(chǎng)，堅(jiān)持“走出去”的策略，將中國(guó)機(jī)械設(shè)備國(guó)際化。
我國(guó)已成為世界工程機(jī)械第一產(chǎn)銷大國(guó)，中國(guó)制造的工程機(jī)械走向了世界各地。10年來(lái)，我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)在發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整方面取得明顯成效，綜合實(shí)力迅速增強(qiáng)，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和產(chǎn)業(yè)地位大大提升。我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)各類產(chǎn)品的技術(shù)水平及可靠性大多已達(dá)到甚至超過(guò)了國(guó)際先進(jìn)水平，在世界工程機(jī)械領(lǐng)域有了諸多響當(dāng)當(dāng)?shù)闹袊?guó)品牌。我國(guó)機(jī)械行業(yè)門(mén)類齊全，規(guī)模大，2009年整體銷售收入接近9萬(wàn)億元，僅次于日本居世界第二位，占到全球機(jī)械銷售額的15%左右;出口額達(dá)到2,425億美元，躍居世界第四;工業(yè)增加值超過(guò)2萬(wàn)億元，約占當(dāng)年我國(guó)GDP的8%;機(jī)械行業(yè)是對(duì)全國(guó)工業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)最大的行業(yè)，經(jīng)濟(jì)總量占整個(gè)裝備制造業(yè)2/3以上。因此機(jī)械行業(yè)是裝備制造業(yè)的最重要組成部分，堪稱中國(guó)工業(yè)的“脊梁”。
我國(guó)的機(jī)床工業(yè)是在1949年新中國(guó)成立后才開(kāi)始建立起來(lái)的。解放前，由于長(zhǎng)期的封鎖統(tǒng)治和19世紀(jì)中葉以后帝國(guó)主義的侵略和掠奪，我國(guó)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常落后，既沒(méi)有獨(dú)立的機(jī)械制造業(yè)，更談不上機(jī)床制造業(yè)。至解放前夕，全國(guó)只有少數(shù)城市的一些規(guī)模很小的機(jī)械廠，制造少量簡(jiǎn)單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等；1949年全國(guó)機(jī)床產(chǎn)量?jī)H1000多臺(tái)，品種不到10個(gè)。
解放后，黨和人民政府十分重視機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。在解放初期的三年經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時(shí)期，就把一些原來(lái)的機(jī)械修配廠改建為專業(yè)廠；在隨后開(kāi)始的幾個(gè)五年計(jì)劃期間，又陸續(xù)擴(kuò)建、新建了一系列機(jī)床廠。經(jīng)過(guò)50多年的建設(shè)，我國(guó)機(jī)床工業(yè)從無(wú)到有，從小到大，現(xiàn)在已經(jīng)成門(mén)類比較齊全，具有一定實(shí)力的機(jī)床工業(yè)體系，能生產(chǎn)5000多種機(jī)床通用品種，數(shù)控機(jī)床1500多種；不僅裝備了國(guó)內(nèi)的工業(yè)，而且每年還有一定數(shù)量的機(jī)床出口。
我國(guó)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，與世界先進(jìn)水平相比，還有較大差距。為了適應(yīng)我國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的需要，為了提高機(jī)床產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，必須加大精力，設(shè)計(jì)制造出更好的機(jī)床。
第2章 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
機(jī)械系統(tǒng)通常是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、工作機(jī)和控制操縱部件及其它輔助部件組成。工作機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)中的執(zhí)行部分，原動(dòng)機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)的中的驅(qū)動(dòng)部分，傳動(dòng)裝置則是把原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)能量傳遞和運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換不可缺少的部分，而其中原動(dòng)機(jī)在機(jī)械系統(tǒng)中所起的作用是：（1）把自然界的能源變成機(jī)械能；（2）把發(fā)電機(jī)等變能機(jī)所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。
2.1 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)的動(dòng)力選擇
常用原動(dòng)機(jī)有以下三種運(yùn)動(dòng)形式，具體見(jiàn)表2-1：
表2-1 原動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)形式
運(yùn)動(dòng)形式
實(shí)例
連續(xù)運(yùn)動(dòng)
電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)、氣壓馬達(dá)、柴油機(jī)、汽油機(jī)
往復(fù)運(yùn)動(dòng)
直線電動(dòng)機(jī)、汽缸、液壓缸
往復(fù)擺動(dòng)
擺動(dòng)油缸、擺動(dòng)汽缸
2.2 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式
由一臺(tái)原動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，叫做單機(jī)集中驅(qū)動(dòng)。而多機(jī)分別驅(qū)動(dòng)自然而然是用多臺(tái)原動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。兩種驅(qū)動(dòng)方式中，單機(jī)集中驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置復(fù)雜，操作麻煩，功率大，但價(jià)格便宜。而多機(jī)分別驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)單，電動(dòng)機(jī)功率小，但成本比較高。
1）必須考慮到工作機(jī)對(duì)原動(dòng)機(jī)所提出的起動(dòng)、過(guò)載、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性等方面的要求；
2）必須考慮到其經(jīng)濟(jì)效益及其成本，這也是非常重要的一項(xiàng)。
3）必須考慮到現(xiàn)場(chǎng)能源的供應(yīng)情況及工作環(huán)境因素；
4）必須考慮原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與工作機(jī)的匹配情況；
5）必須考慮到維修是否方便，操作是否簡(jiǎn)單，工作是否可靠；
2.3 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)的動(dòng)力性能比較
表2-2 原動(dòng)機(jī)性能比較
類別
電動(dòng)機(jī)
氣缸馬達(dá)
液壓馬達(dá)
柴油機(jī)
尺寸
較大
較小
較小
較大
功率及取范圍
功率大；0.3~1000KW，范圍廣
功率比電動(dòng)機(jī)大；一般在2.2KW以下，尤其適用于0.75KW以下的高速傳動(dòng)
功率最大；受實(shí)際油壓和馬達(dá)尺寸的限制
功率大；5~38000KW
重量
大
比電動(dòng)機(jī)大
最大
大
輸出剛度
硬
軟
較硬
較硬
運(yùn)行溫度控制
溫度應(yīng)低于許應(yīng)值
排氣時(shí)空氣膨脹，噪聲較大，排氣處應(yīng)安裝消聲器
對(duì)油箱進(jìn)行風(fēng)冷或水冷
調(diào)整方法和性能
直流電動(dòng)機(jī)用改變電樞電阻、電壓或改變磁通的方法；交流電動(dòng)機(jī)用變頻、變極或變轉(zhuǎn)差率的方法
用氣閥控制，簡(jiǎn)單，迅速，但不夠精確
通過(guò)閥或泵控制改變流量，調(diào)速范圍大
較難
噪聲
小
較大
較大
較大
維護(hù)要求
較少
少
較多
較多
初始成本
低
較高
高
高
運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用
最低
最高
高
高
應(yīng)用
很廣，需要?jiǎng)恿﹄娫?
小功率高速場(chǎng)合
較廣
很廣，如各種車輛，船舶、農(nóng)用機(jī)械、工程機(jī)械和壓縮機(jī)等等
2.4 GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)動(dòng)力的計(jì)算與選擇
鉆床切削力的計(jì)算包括鉆床主軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算和主軸軸向切削力的計(jì)算。由于加工材料為Q235鋼，其屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，鉆頭為高速鋼麻花鉆，加工方式為鉆孔，所以查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：
鉆床轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下：
式中，—— 切削力矩（N·M）
—— 鉆頭直徑（mm）
—— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm）
—— 修正系數(shù)
軸向切削力的計(jì)算公式如下：
式中，—— 軸向切削力（N）
—— 鉆頭直徑（mm）
—— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm)
—— 修正系數(shù)
已知被加工材料為Q235結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼取=736MPa，D=20mm，=0.2mm，所以可分別計(jì)算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削為：
=13.5 N·M
=2595 N
由金屬切削原理可知，主軸切削功率的計(jì)算公式為：
式中：—— 軸向切削力（N）
—— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm)
n——主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min）
—— 切削力矩（N·M）
將以上數(shù)值代入公式中可計(jì)算出功率=0.25KW
考慮到軸承傳動(dòng)效率（查得為0.99）和鍵傳動(dòng)效率（查得為0.98），所以可計(jì)算出鉆床主軸要傳遞的功率P為：
P=/(0.99×0.99×0.98)=0.37KW
考慮到GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境及工作需求，GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)的起動(dòng)力矩和調(diào)速范圍等要求，我選擇電動(dòng)機(jī)作為其原動(dòng)機(jī)。由于生產(chǎn)機(jī)械裝置及工作機(jī)所處的工作環(huán)境各不相同，電動(dòng)機(jī)的 工作環(huán)境也自然而然就各不一樣。在絕大多數(shù)情況下，電動(dòng)機(jī)工作的周圍大氣中有不同分量的灰塵和水分，有的處于潮濕之處甚至水下工作，有的周圍含有腐蝕性氣體甚至爆炸物，為了保證電動(dòng)機(jī)能在不同的工作環(huán)境中順利地安全運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)的外殼也就有多種型式，其型式有：開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式、防爆式。由于GE產(chǎn)品多側(cè)面鉆專機(jī)工作常處于灰塵較多的場(chǎng)合，其外殼選用封閉式，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y系列，Y801-4，額定功率4KW，滿載轉(zhuǎn)速960r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.2N·m，質(zhì)量17Kg。
2.5機(jī)床方案的制定
2.5.1 制定工藝方案
零件加工工藝將決定機(jī)床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、總體布局和夾具結(jié)構(gòu)等。所以，在制定工藝方案時(shí)，必須計(jì)算分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場(chǎng)了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過(guò)程，所采用的刀具及切削用量，生產(chǎn)率要求，現(xiàn)場(chǎng)所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。
(1) 加工孔的主要技術(shù)要求。
假設(shè)孔直徑為Φ20mm
工件材料為HT200，HB170-241HBS
要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量2萬(wàn)件，單班制生產(chǎn)
(2) 工藝分析
加工該孔時(shí)，孔的位置度公差為0.05mm。
根據(jù)機(jī)床的工藝方法及能達(dá)到的精度，可采用如下的加工方案：
一次性加工通孔，孔徑為Φ20mm。
(3) 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇
加工此零件上的孔，以上表面限制三個(gè)自由度和右端面限制三個(gè)自由度，位于中間的孔通過(guò)螺桿起到了很好的夾緊作用。
在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動(dòng)量，由于工件是大批量生產(chǎn)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)就認(rèn)為是人工夾緊。
2.5.2 確定機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案
(1)被加工零件的加工精度
被加工零件需要在機(jī)床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度，是制造機(jī)床方案的主要依據(jù)。鉆孔的精度要求較高，可采用鉆孔機(jī)床。為了加工出表面粗糙度為Ra1.6um的孔，采取提高機(jī)床原始制造精度和工件定位基準(zhǔn)精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機(jī)床通常采用尾置式齒輪動(dòng)力裝置，進(jìn)給采用液壓系統(tǒng)。
(2) 被加工零件的特點(diǎn)
這主要指零件的材料、硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀，工件剛度定位基準(zhǔn)面的特點(diǎn)，它們對(duì)機(jī)床工藝方案制度有著重要的影響。此方槽輪幅式底板的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ20mm。采用單孔加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動(dòng)，及發(fā)熱變形對(duì)工件影響可以不計(jì)。
(3) 零件的生產(chǎn)批量
零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位、自動(dòng)線或按中小批量生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)機(jī)床的重要因素。按設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為2萬(wàn)件，此工序盡量在一臺(tái)機(jī)床上完成，以提高利用率。
(4) 機(jī)床使用條件
根據(jù)使用機(jī)床對(duì)車間布置情況、工序間的聯(lián)系、技術(shù)能力和自然條件等的要求來(lái)選擇適合的機(jī)床。
2.5.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是決定各部件的輪廓尺寸及相互間聯(lián)系關(guān)系的，是開(kāi)展各專用部件實(shí)際和確定機(jī)床最大占地面積的指導(dǎo)圖紙。
繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖應(yīng)考慮的主要問(wèn)題：
1）機(jī)床裝料高度的確定
在確定機(jī)床裝料高度時(shí)，要考慮車間運(yùn)送工件的滾道高度、工件最低孔的位置、主軸箱最低主軸高度和通用部件尺寸的限制。根據(jù)我國(guó)具體情況，為了便于操縱和省力，對(duì)于一般的專用機(jī)床裝料高度定為800～1000毫米。
2）夾具輪廓尺寸的確定
夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓尺寸的依據(jù)。
3）夾具底座高度的確定
夾具底座的高度應(yīng)視夾具的大小而定，既要保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度。為了便于布置定位元件，一般夾具底座的高度不小于240毫米。
4）主軸箱輪廓尺寸的確定
在確定主軸箱的輪廓尺寸時(shí)，應(yīng)力求小巧緊湊，節(jié)省金屬。
在聯(lián)系尺寸圖上還必須明確表明運(yùn)動(dòng)部件的終點(diǎn)和原位狀態(tài)，以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的情況；標(biāo)明工件、夾具及動(dòng)力頭的中心線之間的關(guān)系。特別當(dāng)工件上加工部位對(duì)于工件中心不對(duì)稱時(shí)，動(dòng)力部件對(duì)于夾具和中間底座也就不對(duì)稱，這時(shí)應(yīng)注明動(dòng)力頭中心線相對(duì)夾具中心線的偏移距離。
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖繪制后，在機(jī)床各部件的具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，可能發(fā)現(xiàn)某些尺寸定得不合理，甚至不能實(shí)現(xiàn)，則可按需要返過(guò)來(lái)修改尺寸圖，加以調(diào)整。這時(shí)機(jī)床聯(lián)系尺寸圖就成了調(diào)整各部件相互之間正確尺寸聯(lián)系的依據(jù)。為了避免設(shè)計(jì)工作的混亂和造成錯(cuò)誤，為了有節(jié)奏有秩序地開(kāi)展工作，必須及時(shí)地，全面地修改聯(lián)系尺寸圖。
機(jī)床的聯(lián)系尺寸圖，主要應(yīng)針對(duì)各部件之間的聯(lián)系尺寸進(jìn)行標(biāo)注，各部件只畫(huà)出必要的輪廓形狀即可，盡量減少不必要的線條和尺寸。各部件應(yīng)嚴(yán)格按同一比例繪制。
綜合以上所述：通過(guò)對(duì)方槽輪幅式底板零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求、定位、夾緊方式、工藝方法，并定出影響機(jī)床的總體布局和技術(shù)性能等方面的考慮，最終設(shè)計(jì)該穿孔器鉆床。這種總體設(shè)計(jì)能滿足加工精度要求，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理清楚，具有較好的實(shí)用性、可加工性和經(jīng)濟(jì)性。
第3章 切削要素的選擇與計(jì)算
3. 1 確定工序間余量
為使加工過(guò)程順利進(jìn)行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產(chǎn)中常用查表給出的機(jī)床對(duì)孔加工的工序余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。因此在鉆孔時(shí)，直徑上工序間余量均為0.2mm。
3.2 選擇切削用量
確定了在機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容，就可以著手選擇切削用量了。工作時(shí)，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動(dòng)力滑臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計(jì)成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………2.1
式中： … ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
——各主軸進(jìn)給量（mm/r）
——?jiǎng)恿_(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）
由于鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑D=20，D=24mm，進(jìn)給量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/min
3.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進(jìn)給量f）確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件（滑臺(tái)）；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動(dòng)件（齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電動(dòng)（一般指動(dòng)力箱）功率，通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表計(jì)算如下：
切削力： =26…………………………2.2
=26×24××
=3654.5N
切削扭矩： =10………………………2.3
=10×××
=12979N·mm
切削功率： =……………………………2.4
=9979×18/(9740×3.14×24)
=0.65kw
式中： HB——布氏硬度
F——切削力（N）
D——鉆頭直徑（mm）
f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）
T——切削扭矩(N·mm)
V——切削速度（m/min）
P——切削功率(kw)
3.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)
GE產(chǎn)品一般布氏硬度在HB170-241，孔徑D為10-100mm刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、刃磨簡(jiǎn)單，選擇的麻花鉆系列。孔加工刀具的長(zhǎng)度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)向套之間有30～50mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調(diào)整量。
3.5 加工圖
3.5.1 加工示意圖的作用和內(nèi)容
加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機(jī)床上的加工過(guò)程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、主軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇動(dòng)力部件的主要依據(jù)，是整臺(tái)機(jī)床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要文件。圖2-1為方槽輪幅式底板鉆孔的加工示意圖
在圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容：
（1）機(jī)床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。
（2）工件、夾具、刀具及主軸箱端面之間的距離等。
（3）主軸的結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長(zhǎng)度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導(dǎo)向置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應(yīng)按加工終了位置繪制。
圖3.1 工作進(jìn)給示意圖
3.5.2 繪制加工示意圖之前的有關(guān)計(jì)算
（1）刀具的選擇
刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。
（2）導(dǎo)向套的選擇
在機(jī)床上加工孔，除用剛性主軸的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取決于夾具導(dǎo)向。因此正確選擇導(dǎo)向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設(shè)計(jì)機(jī)床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時(shí)必須解決的內(nèi)容。
1）選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑和刀具導(dǎo)向的線速度v=18m/min，選擇固定式導(dǎo)向。
2）導(dǎo)向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置
固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表：
表3.1 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺
d
d1
D
D1
D2
l
l1
l2
l3
l4
L5
24
24
22
30
34
150
40
14
12
17
46
固定裝置的配合如下表：
表3.2 固定裝置的配合
導(dǎo)向
類別
工藝
方法
D
D
D1
刀具導(dǎo)向
部分外徑
固定
導(dǎo)向
鉆孔
G7（或F8）
H7/g6
H7/n6
g6
固定導(dǎo)向裝置的布置如圖3.2所示
圖3.2 固定導(dǎo)向裝置的布置
第4章 主軸箱設(shè)計(jì)
主軸箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸位置和動(dòng)力轉(zhuǎn)速、各主軸位置及其轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，把驅(qū)動(dòng)軸與各主軸連接，使各主軸獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)：
1)、在保證主軸的強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的條件下，力求使傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。
2)、不用主軸帶動(dòng)主軸的方案，以免增加主軸負(fù)荷，影響加工質(zhì)量。
3)、為了結(jié)構(gòu)緊湊，主軸箱內(nèi)齒輪副的傳動(dòng)比不大于1/2,后蓋內(nèi)齒輪傳動(dòng)比取在1/3～1/3.5，不用升速傳動(dòng)。
4)、由于是粗鉆孔，主軸設(shè)置在第Ⅰ排位置，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。
5）、剛性鉆孔主軸上的齒輪，其分度圓直徑大于被加工孔的孔徑，以減少振動(dòng)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。
6)、驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不能超過(guò)兩根，以免給裝配帶來(lái)困難。
7）、主軸的分布被加工零件上加工孔的位置決定主軸的分布情況?？椎奈恢梅植即笾驴蓺w納為：同心圓分布、支線分布和任意分布三種類型。
4.1 基本傳動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算
4.1.1 分配傳動(dòng)比
根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，可以盡量采用電機(jī)直接帶動(dòng)的傳動(dòng)方式，這樣設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊促，并且容易保證傳動(dòng)比，只是可能會(huì)引起機(jī)床傳動(dòng)的不平穩(wěn)性。
求得電機(jī)功率
3.3 kw
主軸的轉(zhuǎn)速:
查表，選用電機(jī)如下：
電機(jī)型號(hào) 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 同步轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)比：
=1：2
4.1.2 計(jì)算機(jī)構(gòu)各軸的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)
a) 各軸的轉(zhuǎn)速ⅠⅡ
Ⅰ 軸
b) 各軸的輸入功率
Ⅰ 軸
c) 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩
Ⅰ 軸
4.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
4.2.1 選擇皮帶
由設(shè)計(jì)可知：V帶傳動(dòng)的功率為2.2kw，小帶輪的轉(zhuǎn)速為960r/min，大帶輪的轉(zhuǎn)速為480r/min。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知 工況系數(shù)取 KA=1.5 ，Pc=1.5×2.2=3.3kw。根據(jù)以上數(shù)值及小帶輪的轉(zhuǎn)速查相應(yīng)的圖表選取A型V帶。
4.2.2 帶輪基準(zhǔn)直徑：
查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取小帶輪基準(zhǔn)直徑為d1=100mm，則大帶輪基準(zhǔn)直徑為d2=2×100=200mm
4.2.3 帶速的確定：
3.2.4 中心矩、帶長(zhǎng)及包角的確定
由式0.7(d1+d2)
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