立式鉆床多軸頭設(shè)計【立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計】

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The adjustable spindles of the multiple spindles heads are located evenly in the circuit and can be adjusted synchronism on the diameters direction to meet the small scale production needs of the screw hole manufacture for flange plate parts and the fixed multiple spindles heads is design for the big scale production needs of the screw hole manufacture for flange plate parts. It cant be used to manufacture another fart, because its spindle distance is designed for the only part. The design of multiple spindles heads includes three parts, the total design, the transfer system design, and the constructive design. Because of the un-development in our manufacture industry, most companys plant lack of the machine to drill multiple holes at the same time, and its a waste of funding on the manufacturing facilities which will be laid after the parts are produced. So the economic multiple spindles heads enable the normal company to drill the multiple holes in a fast way .And same company gained the economic performance by the way of reequips the machine tools. Its the fact that the reequipped drilling machine can satisfy the process precision requirement .so the design is feasible. Based on the design of the multiple spindles heads, we can also design the others to the manufacture of the other flange plant parts. Key words: drilling machine ; multiple spindles heads; design ;adjustable; gears II 目錄 摘要 . Abstract. 目錄 . 第 1 章 緒論 .1 1.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 .1 1.2 論文主要研究內(nèi)容 .2 第 2 章 設(shè)計要求 .3 第 3 章 設(shè)計前的準(zhǔn)備工作 .5 3.1 產(chǎn)品圖及工藝卡. 5 3.2 選擇刀具及加工機床、夾具.7 3.3 核算多軸頭的總軸向力和消耗的總功率.14 第 4 章 設(shè)計傳動系統(tǒng)圖 .15 4.1 齒輪模數(shù)的確定.15 4.2 確定工作軸直徑.15 4.3 選擇傳動方式.16 4.4 確定主動軸中心位置.17 4.5 確定傳動比及齒輪的齒數(shù).19 4.6 惰輪的布置及其坐標(biāo)計算.22 4.7 繪制傳動系統(tǒng)圖.25 4.8 檢查結(jié)構(gòu)上的干涉現(xiàn)象.25 第 5 章 齒輪的幾何尺寸計算 .28 第 6 章 繪制多軸頭總圖 .30 第 7 章 軸承壽命的計算 .31 7.1 單列向心球軸承的驗算.31 7.2 止推軸承的驗算.32 III 結(jié)論 .34 參考文獻 .35 致謝 .36 附件 1 .37 附件 2 .45 0 第 1 章 緒論 1.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 當(dāng)前，我國中小零部件機械產(chǎn)業(yè)正處于穩(wěn)步發(fā)展的成熟期，國外進口設(shè)備一統(tǒng)天 下的局面已經(jīng)結(jié)束，國產(chǎn)零部件機械已經(jīng)成為主力。主要表現(xiàn)如下： 一、國產(chǎn)機械的技術(shù)水平已接近或達到世界先進水平，大規(guī)?？恳M技術(shù)發(fā)展的 時代已經(jīng)結(jié)束，吸收、學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)的渠道和方法大為增強，自身開發(fā)能力大大 提升，大型機械開發(fā)周期一般不超過一年。 二、行業(yè)格局發(fā)生很大變化。一是國外著名的機械企業(yè)紛紛在中國建廠，改變了 機械生產(chǎn)企業(yè)的結(jié)構(gòu)。它們在機械方面具有雄厚的技術(shù)和經(jīng)濟實力，代表著世界領(lǐng)先 水平，今后將對中國機械行業(yè)的生產(chǎn)格局產(chǎn)生深遠影響。其在產(chǎn)品開發(fā)、制造及知識 產(chǎn)權(quán)保護等許多方面給中國企業(yè)提供了學(xué)習(xí)機會。二是國內(nèi)著名大企業(yè)成功介入機械 產(chǎn)品的生產(chǎn)，并向多品種方向發(fā)展，憑借大廠在經(jīng)驗、技術(shù)、經(jīng)濟、制造方面的實力， 其機械產(chǎn)品在銷售市場上已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位。這些變化，極大增強了我國機械行業(yè) 的實力，對中小企業(yè)的發(fā)展也有很大影響。 三、一批民營中小企業(yè)迅速成長壯大，規(guī)模和技術(shù)實力大增。 尚存問題有待解決 。在看到我國零部件機械行業(yè)獲得長足發(fā)展的同時，一些潛在 的問題也不容忽視。首先，我國多數(shù)機械企業(yè)規(guī)模偏小，抵抗風(fēng)險能力有限，回款率 低，流動資金不足。其次，也如同其他產(chǎn)品一樣，我國零部件機械存在著科技投入不 足、創(chuàng)新能力偏低等問題。對基本研發(fā)的投入很少，采用挖人才、“偷” 技術(shù)的方式很 普遍。所以各家的產(chǎn)品都是大同小異，很少有標(biāo)志性的技術(shù)，原始創(chuàng)新很少。第三， 零部件機械廠家正面臨著水、電、鋼材等原材料持續(xù)上漲的壓力，利潤損失較大，不 利于進一步擴大生產(chǎn)。第四，對出口歐洲、美國等發(fā)達國家和地區(qū)的產(chǎn)品，由于不熟 悉其市場準(zhǔn)入和標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)常遭遇“專利門檻” 問題，對產(chǎn)品出口產(chǎn)生不利影響。 認清趨勢促進發(fā)展 。針對上述問題，相關(guān)企業(yè)要重視創(chuàng)新，主動加大科技投入； 樹立尊重知識、保護知識產(chǎn)權(quán)的法律意識；企業(yè)對技術(shù)骨干要有留人和防挖辦法；可 在市場接受的范圍內(nèi)，適當(dāng)進行漲價，以促進生產(chǎn)發(fā)展。 1.2 論文主要研究內(nèi)容 1 多軸頭主要用于快速鉆孔。是目前國內(nèi)剛興起的一種提高生產(chǎn)效率、降低成本的 工作母機。隨著國內(nèi)汽配行的發(fā)展，各零部件供應(yīng)商之間競爭激烈，選擇一種高性能、 高效率的機床是企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)競爭力的一種行之有效的途徑。一臺普 通的多軸頭一臺普通的鉆床就能一次把幾個乃至十幾、二十幾個孔或螺紋一次性加 工出來。如再配上專用多軸鉆孔機就能把好幾個面上的孔或螺紋一次性加工完成。解 決許多工件難以裝夾、定位或定位不準(zhǔn)的問題。多軸頭鉆床設(shè)計結(jié)構(gòu)，加工精度高， 性能穩(wěn)定，鉆孔能力強。適用于高精度鉆孔，鏜孔。解決了高精度鉆孔，鏜孔上加工 中心加工成本高的問題。絲錐夾頭夾持范圍大節(jié)省攻不同直徑的螺紋需換芯的時間。 齒輪傳動多軸頭設(shè)計是一個傳統(tǒng)的機械課題，對設(shè)計者的機械基礎(chǔ)知識要求較高。 多軸頭的設(shè)計特點是程序性強。我們應(yīng)按照設(shè)計程序，逐步進行設(shè)計與計算。 第 2 章 設(shè)計要求 2 按工藝安排，在鉆床上同時加工如表 2-1 和表 2-2 所示的兩種零件。為節(jié)省更換多 軸頭所需的輔助時間，要求設(shè)計一套兩種零件都能加工的通用多軸頭。 表 2-1 加工零件 1 及工序 表 2-2 加工零件 2 及工序 零件名稱 底蓋前鋼板彈簧前支架 工序名稱 鉆四孔 設(shè)備型號 Z535 工 序 號 工序內(nèi)容 夾 具 輔 圖 刀 具 刀輔 具 量 具 S （毫 米/ 轉(zhuǎn)） n（ 轉(zhuǎn)/ 分） V （米 /秒） T 機 T 單 T 總 2 同時鉆四 個14.5 通孔，保 證孔間距 156 和 70，4- 14.5 軸 線對 、面 的位移度 不大于 . 0.21 365 16.6 0.33 0.65 0.85 3 第 3 章 設(shè)計前的準(zhǔn)備工作 零件名稱 底蓋前鋼板彈簧后支架 工序名稱 鉆四孔 設(shè)備型號 Z535 工 序 號 工序內(nèi)容 夾 具 輔 圖 刀 具 刀輔 具 量 具 S （毫 米/ 轉(zhuǎn)） n（ 轉(zhuǎn)/ 分） V （米 /秒） T 機 T 單 T 總 2 同時鉆四 個14.5 通孔，保 證孔間距 156 和 70，4- 14.5 軸 線對 、面 的位移度 不大于 . 0.21 365 16.6 0.33 0.65 0.85 4 3.1 產(chǎn)品圖及工藝卡 3.1.1 產(chǎn)品圖。 產(chǎn)品圖見圖紙。本產(chǎn)品毛坯為鑄造件，材料為 HT100。生產(chǎn)批量：中等批量。 3.1.2 工藝卡。 本工藝卡為產(chǎn)品的工藝過程，本產(chǎn)品的重點工序是 4（3）個直徑為 14.5mm 的孔 的加工，從產(chǎn)品圖我們可以知道，產(chǎn)品毛坯為鑄造件。但在鑄造時，產(chǎn)品是否要留余 量，以及留多少；產(chǎn)品是否需要留有鑄造通孔等都是需要考慮的問題。 我根據(jù)8中表 39.37 查得鑄造余量為 4mm，再根據(jù)9表 1166 查得：當(dāng) 孔徑 時，不需鑄造孔。所以本產(chǎn)品不需要鑄造孔。 從零件圖上看，底蓋的加工工藝流程可定為：鑄造銑鉆。其中銑這一工 藝是為了鉆孔進行的輔助工序或準(zhǔn)備工序，只要能達到尺寸及粗糙度要求即可，所以 這不是本零件的主要工序。本零件的重點工序是四個（三個）孔的加工工序，因為這 幾個孔必須保證位置的要求，而且這幾個孔并不是環(huán)型規(guī)則布置，不可能采用分度盤 來加工；其次如果采用畫線來加工的話，位置誤差將會很大，不能保證零件的技術(shù)要 求；即使我們采用了畫線來加工，對我們的生產(chǎn)員工的技術(shù)水平有很大的要求，會大 大降低生產(chǎn)率。我們?yōu)榱四芴岣呱a(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，我們似乎可以選擇一種可以 一次完成加工的設(shè)備，這個設(shè)備必須滿足零件的設(shè)計要求，不需定位直接將零件的幾 個孔加工出來。為此，我選擇多軸頭來加工這幾個孔，多軸頭既能保證零件的各項技 術(shù)要求，有能提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本的作用。所以對幾個孔的加工我采用多軸頭 這一輔助設(shè)備來加工。 下面是這個產(chǎn)品的工藝方案。見表 3-1 和表 3-2 我們可以比較，因為圖紙對產(chǎn)品有粗糙度要求，所以我認為需要將對產(chǎn)品的加工 分為粗加工和精加工，以此滿足產(chǎn)品的表面粗糙度。所以選擇方案一。 表 3-1：方案一 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 5 0 鑄造 砂型鑄造，清砂。 5 銑 以零件的下底面為粗基準(zhǔn)，銑底蓋的上表面，保證 個尺寸余量 0.2。 10 銑 以上以加工免為精基準(zhǔn)，加工下表面，使鉆孔臺厚 度為 16.2mm，表面至要求。 15 檢驗 檢驗各個尺寸至要求。 20 銑 求。 以鉆孔臺下表面為基準(zhǔn)，精銑上表面至圖紙要 25 鉆 采用多軸頭鉆孔，一次完成 4（3）個孔的加工， 使各要求滿足。 30 檢驗 檢驗各個尺寸至要求。 35 入庫 表 3-2：方案二 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 0 鑄造 砂型鑄造，清砂。 5 銑 以零件的下底面為粗基準(zhǔn)，銑底蓋的上表面，保證個 尺寸余量 0.2。 10 銑 以上以加工免為精基準(zhǔn)，加工下表面，使鉆孔臺厚度 為 16mm，表面至要求。 15 檢驗 檢驗各個尺寸至要求。 20 鉆 采用多軸頭鉆孔，一次完成 4（3）個孔的加工，使各 要求滿足。 25 檢驗 檢驗各個尺寸至要求。 30 入庫 3.2 選擇刀具及加工機床、夾具 3.2.1 刀具圖 6 刀具是機械制造中用于切削加工的工具，又稱切削工具。廣義的切削工具既 包括刀具，還包括磨具。 絕大多數(shù)的刀具是機用的，但也有手用的。由于機械制造中使用的刀具基本上都用 于切削金屬材料，所以“ 刀具 ”一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則 稱為木工刀具。 刀具的發(fā)展在人類進步的歷史上占有重要的地位。中國早在公元前 28前 20 世紀， 就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質(zhì)刀具。戰(zhàn)國后期(公元前三世紀)，由于掌握 了滲碳技術(shù)，制成了銅質(zhì)刀具。當(dāng)時的鉆頭和鋸，與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處。 然而，刀具的快速發(fā)展是在 18 世紀后期，伴隨蒸汽機等機器的發(fā)展而來的。1783 年，法國的勒內(nèi)首先制出銑刀。1792 年，英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關(guān)麻花鉆 的發(fā)明最早的文獻記載是在 1822 年，但直到 1864 年才作為商品生產(chǎn)。 那時的刀具是用整體高碳工具鋼制造的，許用的切削速度約為 5 米/分。1868 年， 英國的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼。1898 年，美國的泰勒和懷特發(fā)明高速鋼。 1923 年，德國的施勒特爾發(fā)明硬質(zhì)合金。 在采用合金工具鋼時，刀具的切削速度提高到約 8 米/分，采用高速鋼時，又提高 兩倍以上，到采用硬質(zhì)合金時，又比用高速鋼提高兩倍以上，切削加工出的工件表面 質(zhì)量和尺寸精度也大大提高。 由于高速鋼和硬質(zhì)合金的價格比較昂貴，刀具出現(xiàn)焊接和機械夾固式結(jié)構(gòu)。 19491950 年間 ,美國開始在車刀上采用可轉(zhuǎn)位刀片，不久即應(yīng)用在銑刀和其他刀具上。 1938 年，德國德古薩公司取得關(guān)于陶瓷刀具的專利。1972 年，美國通用電氣公司生產(chǎn) 了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速 度切削。 1969 年，瑞典山特維克鋼廠取得用化學(xué)氣相沉積法，生產(chǎn)碳化鈦涂層硬質(zhì)合金刀 片的專利。1972 年，美國的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法，在硬質(zhì)合金或高速 鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質(zhì)層。表面涂層方法把基體材料的高強度和韌性， 與表層的高硬度和耐磨性結(jié)合起來，從而使這種復(fù)合材料具有更好的切削性能。 刀具按工件加工表面的形式可分為五類。加工各種外表面的刀具，包括車刀、刨 刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等；孔加工刀具，包括鉆頭、擴孔鉆、鏜刀、鉸刀和內(nèi) 表面拉刀等；螺紋加工工具，包括絲錐、板牙、自動開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋 7 銑刀等；齒輪加工刀具，包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等；切斷刀具， 包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。此外，還有組合刀具。 按切削運動方式和相應(yīng)的刀刃形狀，刀具又可分為三類。通用刀具，如車刀、刨 刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴孔鉆、鉸刀和鋸 等；成形刀具，這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀，如成 形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等；展成刀具是 用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件，如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐 齒輪銑刀盤等。 各種刀具的結(jié)構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作 部分都做在刀體上；鑲齒結(jié)構(gòu)刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上。 刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠內(nèi)孔套裝在機床的主軸或心軸 上，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。 帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀、刨刀等一般為矩形柄； 圓錐柄靠錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩；圓柱柄一般適用于較小的麻花 鉆、立銑刀等刀具，切削時借助夾緊時所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩。很多帶柄的刀 具的柄部用低合金鋼制成，而工作部分則用高速鋼把兩部分對焊而成。 刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié) 構(gòu)、排屑或容儲切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。有的刀具的工作部分就是切 削部分，如車刀、刨刀、鏜刀和銑刀等；有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準(zhǔn) 部分，如鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、內(nèi)表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除 切屑，校準(zhǔn)部分的作用是修光已切削的加工表面和引導(dǎo)刀具。 刀具工作部分的結(jié)構(gòu)有整體式、焊接式和機械夾固式三種。整體結(jié)構(gòu)是在刀體 上做出切削刃；焊接結(jié)構(gòu)是把刀片釬焊到鋼的刀體上；機械夾固結(jié)構(gòu)又有兩種， 一種是把刀片夾固在刀體上，另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上。硬質(zhì)合金刀具 一般制成焊接結(jié)構(gòu)或機械夾固結(jié)構(gòu)；瓷刀具都采用機械夾固結(jié)構(gòu)。 刀具切削部分的幾何參數(shù)對切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響。增大 前角，可減小前刀面擠壓切削層時的塑性變形，減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力，從而 減小切削力和切削熱。但增大前角，同時會降低切削刃的強度，減小刀頭的散熱體積。 在選擇刀具的角度時，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工 8 性質(zhì)(粗、精加工) 等，必須根據(jù)具體情況合理選擇。通常講的刀具角度，是指制造和測 量用的標(biāo)注角度在實際工作時，由于刀具的安裝位置不同和切削運動方向的改變，實 際工作的角度和標(biāo)注的角度有所不同，但通常相差很小。 制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強度、沖擊韌性 和化學(xué)惰性，良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等)，并不易變形。 通常當(dāng)材料硬度高時，耐磨性也高；抗彎強度高時，沖擊韌性也高。但材料硬度 越高，其抗彎強度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強度和沖擊韌性，以 及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是硬質(zhì)合金。 聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等；聚晶金剛石適用于切削不 含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等；碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、 板牙和絲錐等工具。 硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片現(xiàn)在都已用化學(xué)氣相沉積法涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬 層或復(fù)合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具，也可用于高速 鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴散和熱傳導(dǎo)的障壁， 使刀具在切削時的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高 13 倍以 上。 由于在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加 工材料越來越多，切削加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高。為了適應(yīng)這 種情況，刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料；進一步發(fā)展刀具的氣相沉積 涂層技術(shù)，在高韌性高強度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度 與強度間的矛盾；進一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)；提高刀具的制造精度，減小產(chǎn)品質(zhì) 量的差別，并使刀具的使用實現(xiàn)最佳化。 這里我選用硬質(zhì)合金鉆頭，鉆頭直徑為 ，如圖 3-1。 9 圖 3-1 刀具圖 3.2.2 機床有關(guān)規(guī)格尺寸 1. 概 述 鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運動，鉆頭軸向移動 為進給運動。鉆床結(jié)構(gòu)簡單，加工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具， 可擴、锪孔，鉸孔或進行攻絲等加工。鉆床可分為下列類型： (1)臺式鉆床：可安放在作業(yè)臺上，主軸垂直布置的小型鉆床。 (2)立式鉆床：主軸箱和工作臺安置在立柱上，主軸垂直布置的鉆床。 (3)搖臂鉆床：搖臂可繞立柱回轉(zhuǎn)、升降，通常主軸箱可在搖臂上作水平移動的鉆床。 它適用于大件和不同方位孔的加工。 (4)銑鉆床：工作臺可縱橫向移動，鉆軸垂直布置，能進行銑削的鉆床。 (5)深孔鉆床：使用特制深孔鉆頭，工件旋轉(zhuǎn)，鉆削深孔的鉆床。 (6)平端面中心孔鉆床：切削軸類端面和用中心鉆加工的中心孔鉆床。 (7)臥式鉆床：主軸水平布置，主軸箱可垂直移動的鉆床。 2. 我選用立式鉆床 Z535,規(guī)格尺寸如下： 10 表 3-1：鉆床規(guī)格尺寸 主軸轉(zhuǎn)速 電機功率產(chǎn)品 名稱 型號 最大鉆 孔直徑 （mm） 主軸端 至底面 距離 （mm） 主軸中 心線至 立柱表 面距離 （mm） 級數(shù) 范圍 （r/min） 主軸行 程 （mm） 主電機 總?cè)萘?立式 鉆床 Z535 35 0.75 300 9 68-1100 225 4 4 重量 毛重 凈重 外包箱直徑 長 x 寬 x 高 （mm） 外形尺寸 長 x 寬 x 高 （mm） 1.6 1480 x1042x2785 1280 x842x2585 3.2.3 夾具圖 機械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的 裝置。又稱卡具。從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地 安裝工件的裝置，都可稱為夾具。例如焊接夾具、檢驗夾具、裝配夾具、機床夾具等。 其中機床夾具最為常見，常簡稱為夾具 。在機床上加工工件時，為使工件的表面能達 到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度等技術(shù)要求 ，加工前必 須將工件裝好（定位）、夾牢（夾緊）。夾具通常由定位元件（確定工件在夾具中的 正確位置）、夾緊裝置 、對刀引導(dǎo)元件(確定刀具與工件的相對位置或?qū)б毒叻较?、 分度裝置（使工件在一次安裝中能完成數(shù)個工位的加工，有回轉(zhuǎn)分度裝置和直線移動 分度裝置兩類）、連接元件以及夾具體（夾具底座）等組成。 夾具種類按使用特點可分為：萬能通用夾具。如機用虎鉗、卡盤、分度頭和回 轉(zhuǎn)工作臺等，有很大的通用性，能較好地適應(yīng)加工工序和加工對象的變換，其結(jié)構(gòu)已 定型，尺寸、規(guī)格已系列化，其中大多數(shù)已成為機床的一種標(biāo)準(zhǔn)附件。專用性夾具。 為某種產(chǎn)品零件在某道工序上的裝夾需要而專門設(shè)計制造，服務(wù)對象專一，針對性很 強，一般由產(chǎn)品制造廠自行設(shè)計。常用的有車床夾具、銑床夾具、鉆模(引導(dǎo)刀具在工 11 件上鉆孔或鉸孔用的機床夾具)、鏜模(引導(dǎo)鏜刀桿在工件上鏜孔用的機床夾具)和隨行 夾具（用于組合機床自動線上的移動式夾具）?？烧{(diào)夾具。可以更換或調(diào)整元件的 專用夾具。組合夾具。由不同形狀、規(guī)格和用途的標(biāo)準(zhǔn)化元件組成的夾具，適用于 新產(chǎn)品試制和產(chǎn)品經(jīng)常更換的單件、小批生產(chǎn)以及臨時任務(wù)。 夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、 環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向 發(fā)展。 一、高精 隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精 度要求更高。 二、高效 為了提高機床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減 少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和 液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開 工件只用 12 秒，夾具結(jié)構(gòu)簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。 三、模塊、組合 夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元 件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能， 體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計為夾具的計算機輔助設(shè)計與組裝打 下基礎(chǔ)，應(yīng)用 CAD 技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進行 夾具優(yōu)化設(shè)計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提 供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗，了解市場需求，不斷地改 進和完善夾具系統(tǒng)。 四、通用、經(jīng)濟 夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比 較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴展性功能強，應(yīng)用范圍廣，通用性 好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性好。 底蓋的鉆孔夾具設(shè)計由于時間緊張，未能將完整設(shè)計圖紙畫出來，現(xiàn)在只將設(shè)計 方案表達如下，如圖 3-2，底蓋的夾緊和固定都采用定位銷，用定位銷和平臺將底蓋的 各個自由度限制，這樣就能滿足底蓋鉆孔的要求。 12 13 3.3 核算多軸頭的總軸向力（ ）和消耗的總功率（ ） 要核算多軸頭的總軸向力和消耗的總功率，使其不超過機床允許的最大軸向力和 機床的額定功率。核算公式如下： (3-1) (3-2) 式中：N 為多軸頭各工作軸消耗的功率的總和; 為多軸頭每個工作軸消耗的功率 為機床的額定功率 P 為多軸頭各工作軸軸向力的總和 為各工作軸的軸向力 為機床允許的最大軸向力 首先計算每個工作軸的切削扭矩（ ）和軸向力（ ）： （ ） (3-3) (N) (3-4) 因為每個工作軸的 和 相等，所以多軸頭的總軸向力和消耗的總功率為： （N） (kW) 查 Z235 機床說明書，機床主軸最大進給抗力 ，主電機功率 。 核對可知： ，滿足設(shè)計要求。 14 第 4 章 設(shè)計傳動系統(tǒng)圖 多軸頭齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計既要保證工藝要求，又要保證多軸頭的結(jié)構(gòu)的緊湊性。 齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算，其內(nèi)容包括：齒輪模數(shù)和工作軸直徑的確定，傳動方式 的選擇，主動軸中心位置的確定，傳動比及齒輪齒數(shù)的確定，布置惰輪，檢查結(jié)構(gòu)上 的干涉現(xiàn)象，傳動系統(tǒng)圖的坐標(biāo)計算與繪制等。 齒輪傳動系統(tǒng)圖應(yīng)按照所規(guī)定的符號繪制。齒輪中心及分度圓應(yīng)盡可能畫得準(zhǔn)確 （精度在 0.20.3mm），這樣便于用圖解法核對所計算的坐標(biāo)尺寸。 在齒輪傳動系統(tǒng)圖中應(yīng)清晰的表明：齒輪的傳動方式，各齒輪的齒數(shù)及模數(shù)，主 動軸及工作軸的旋轉(zhuǎn)方向，齒輪層數(shù)（對兩層以上）。同時還應(yīng)在圖旁注明：工作軸 每分鐘轉(zhuǎn)速、工作軸每分鐘進給量及傳動比等。 下面按設(shè)計步驟分別討論每項內(nèi)容的設(shè)計要求和設(shè)計方法。 4.1 齒輪模數(shù)的確定 在一般齒輪傳動設(shè)計中，齒輪模數(shù)是按齒輪的抗彎強度和齒面疲勞強度計算的， 然后經(jīng)過試驗確定。但是由于齒輪傳動多軸頭在生產(chǎn)中早已廣泛應(yīng)用，在使用和制造 方面已有一定的經(jīng)驗，在1中，有關(guān)多軸頭齒輪的結(jié)構(gòu)和規(guī)格參數(shù)，以及齒輪的材 料、熱處理、齒寬及工作條件都作了規(guī)定，所以當(dāng)利用1所介紹的齒輪進行設(shè)計時， 可根據(jù)加工孔徑，按表 4-1 查得齒輪模數(shù)，此表查得的模數(shù)為主動輪的模數(shù)，每個主 動齒輪可帶動三個工作軸。 表 4-1 加工孔徑與模數(shù) 加工孔徑 8 815 1520 模數(shù) 1.52 22.5 2.53 從中查得：主動輪的模數(shù) m2.5。 4.2 確定工作軸直徑 多軸頭工作軸直徑是按扭轉(zhuǎn)剛度所計算的，若工作軸不兼做中間軸使用時，其直 徑可按表 4-2 查得。 15 表 4-2 加工孔徑與工作軸直徑 加工孔徑 C，大于所 要求的工作能力系數(shù)，可以選用。 7.2 止推軸承的驗算 單向推力軸承的工作能力系數(shù) C 的計算與前面的相同，其中計算負荷應(yīng)按下式計 算: （7-10） 式中 為某個工作軸上的軸向力。 32 這個軸承中,其中 (N),所以可以得到: （7-11） （7-12） 查軸承手冊,允許的工作能力系數(shù)C=31000,即CC,滿足所需,可以使用. 33 結(jié)論 由本文的論述，我們了解到：通過對底蓋的加工工藝與多軸頭的設(shè)計，在齒輪、 各種輔助零部件、工藝流程等方面進行合理設(shè)計和選擇，有效提高了加工效率和產(chǎn)品 質(zhì)量，提高了可靠性，具備一定的先進性，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為解 決此類多孔零件的加工問題舉了一個實例。 34 參考文獻 1第一汽車制造廠工藝裝備設(shè)計室編.齒輪傳動多軸頭設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社， 1979 2大連組合機床研究所編.組合機床設(shè)計.機械工業(yè)出版社，1978 3上海柴油機廠工藝設(shè)備研究所編.金屬切削機床夾具設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社，1984 4王秀青.鉆軸均布可調(diào)鉆床用多軸頭.機械工程師.2000， （3） 5丁志強等. 基于知識工程的多軸頭傳動智能 CAD 設(shè)計系統(tǒng).機電工程.2004 年（5） 6萬東海.多軸頭設(shè)計及計算車橋輪轂孔系加工.江南航天科技.1997， （3） 7 Boyes W E.Hand Book of Jig and Fixture design.2ed ed.Michigan:SEM,1986 8機械工程手冊、機電工程手冊編輯委員會.機械工程手冊.機械工業(yè)出版社 9機械設(shè)計手冊聯(lián)合編寫組.機械設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社 10胡家秀.簡明機械零件設(shè)計實用手冊.機械工業(yè)出版社.2003 11劉澤九、賀士荃、劉暉主編.滾動軸承手冊.機械工業(yè)出版社.2007 12上海柴油機廠工藝設(shè)備研究所編.金屬切削機床夾具設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社.1984 13 李慶余、張佳 主編.機械制造裝備設(shè)計 機械工業(yè)出版社 2003.8 14 王之煦、許杏根 編著.簡明機械設(shè)計手冊 機械工業(yè)出版社 1997.9 15濮良貴、紀名剛 .機械設(shè)計 高等教育出版社 2005 16Morgan, M.N, Rowe, W.B., Black, S.C.E. and Alanson, D.R. Machining of Engineering Ceramics(J).Engineering Manufacture, 1998, 212(B8), 661-669 17Rowe, W.B. Mechanical Engineering in the information(J). Engineering Manufacture, 2001, 215(B4), 473-491 18SculpturedsurfacemachiningofspiralbevelgearswithCNCmilling.InternationalJournalofMa chineTools&Manufacture41(2001)833-C85 35 致謝 本論文是在指導(dǎo)教師劉琨明老師的精心指導(dǎo)下完成的，在論文的選題、開題、結(jié) 題的過程中，處處都凝聚著導(dǎo)師的心血。在畢業(yè)設(shè)計期間，劉老師誨人不倦，耐心給 我們講解，他淵博的知識、嚴謹?shù)膶W(xué)風(fēng)和高尚的品格對本人也產(chǎn)生了巨大的影響，提 高了我的工作學(xué)習(xí)能力和知識水平，同時也讓我受益終生。在此謹向尊敬的劉老師致 以最衷心的敬意！衷心的感謝機械工程學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師們給予的關(guān)心和支持，謝謝！ 36