1、.J I A N G S U U N I V E R S I T Y本 科 毕 业 论 文R801飞锤的 4孔组合钻床设计The designantion of a combination drilling machine for R801flyweght学院名称： 京江学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 袁堃 指导教师姓名： 葛涛 指导教师职称： 讲师 2013 年 5 月飞锤4孔组合钻床设计的意义专业班级：机械0902 学生姓名：袁堃指导老师：葛涛 职称：讲师摘要 本文首先通过分析比较，确定了4孔单工位组合钻床的配置型式及结构的最佳方案，遵循机械设计中标准化、通用化、系列
2、化原则， 给出机床的总体设计，绘制出代表机床总体设计的被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。对本机床的关键部分：主轴箱和夹具的结构进行了创新设计。由于在本台组合钻床上髓同时加工4个孔，孔多、间距小，采用常规方法排箱无法实现4孔的工序集中的加工方案。本钻床的主轴箱传动系统通过采用变位齿轮和滚针轴承等结构方面的创新设计，将常规方法下不能完成的排箱成为可能。本台组合钻床夹紧机构，采用了快速螺旋夹紧机构。减少了装卸零件所用时间，提高了生产效率。本文从企业实际需求出发。在全面分析被加工零件的结构特点、尺寸精度、被加工孔相互之间位置精度、表面粗糙度和技术要求的基础上，指出采用现有设备
3、不仅工人劳动强度大，生产率低，而且零件加工精度难以保证。根据实际需要，研制出了4孔单工位组合钻床。按上述设计方案制造出的4孔单工位组合钻床与原方案加工工件的实验结相比较，有以下几个突出的优点：1 提高了加工精度在普通钻床上加工，由于是采用多工步，各孔的位置精度不易保证，废品率一般在2：采用4孔组合钻床，因为在设计的每一个环节，都严格控制设计零件的精度，且是多刀同时加工，所加工出的零件位置精度均在要求范围内，废品率为0。通过实际运行结果证明：该4孔单工位组合钻床确实达到了“体积小，重量轻，结构简单，使用方便，效率高，质量好”的要求。既大大减轻了工人的劳动强度，又给厂家带来了可观的经济效益。2.
4、提高了生产率在本台组合钻床上加工该零件，由于是8把刀具同时加工，缩短了辅助时间，加工循环时间仅为27min，而在原普通钻床上加工此工件，加工循环时间平均需要15分钟，生产率提高了46倍。关键词： 组合钻床 主轴箱 夹具设计 传动设计The meaning of the designation of a combination drilling machine for R801flyweghtABSTRACT In view of the actual conditions of enterprises and on the basis of overall analyzing workpiec
5、e structure features，accuracy of size，surface roughness，accuracy of distance between drilled holes and other technical requirements，this article points out that the existing equipments used to manufacture workpieces may result in lower productivity，greater intensity of labor and worse working accura
6、cyTherefore，it is necessary to develop a new type of 4 hole single working position combination drilling machineThrough analysis and comparison，the article has determined the best project of the structure and the disposition of the 4 holes combination drilling machineAccording to the principle of st
7、andardization，generalization and serialization in machine design，the article offers the master design of the drilling machine， the process drawing of workpiece，the working diagram，the connection dimensional drawing of the drilling machine and the calculating card of productivityIn some key parts of
8、the drilling machine，there are certain new designs on the structure of the spindle box and the fixture With 4 hole drilled simultaneously on the drilling machine，in addition to dispersive arrangement of hole position，the 4 holes drilling program cannot be completed in conventional wayIn the transmis
9、sion system of 4 hole drilling machine are used some new structural designs such as pin bearings and position-changeable gears，so that the arrangement of hole position，which cannot be finished in conventional way，can be accomplishedThe combination drilling machine is applied a fast spiral pinch mach
10、inery whose features are not only shortens the time consumed in loading and unloading workpiece but also enhances productivityAfter the experimental result of the new type of 4 hole combination drilling machine is compared with the one of the original working program，there are followingprominent adv
11、antages：1Improving working accuracyThereject rate of workpiece cut on the general-purpose drilling machine usually reaches to 2 because of its multistep working procedure，so it is difficult to secure the spacing accuracy of every holeYet the 4 hole combination drilling machine may reach to 0This is
12、because the working accuracy of workpiece is strictly controlled at each design point and the spacing accuracy of workpiece cut by multitool is limited within thedesired scopeThe result checked through actual operation proves that the 4 hole combination drilling machine really meets the requirement
13、of“small in volume，light in weight， simple in structure，convenient in use，high in efficiency and excellent in quality ”This type of drilling machine reduces the labor strength largely and brings enterprises huge economic benefits，either2Enhancing productivityIf the workpiece is cut with 4 drills on
14、the combination drilling machine，the auxiliary time would be shortened and the working cycle time would be limited within 27minOn the other hand，if the workpiece is cut on the general-purpose drilling machine，its working cycle time would take 15min on an average，the productivity would increase by 46
15、 timesKey Words：Combination drilling machine Design of transmission systemSpindle box Design of fixture目录第一章 绪论111 论文背景及研究意义112 组合机床发展概况1121组合机床的由来1122组合机床技术装备现状与发展趋势113 本文研究的主要内容2第二章 4孔钻床总体设计321 4孔单工位组合钻床工艺方案的制定322 4孔组合钻床配置型式及结构方案的确定323 主要参数的计算4231确定切削用量，计算各主轴转速4232 确定切削力F、切削转矩M、切削功率P524 组合机床总体设计52
16、41被加工零件工序图6242加工示意图的设计6243机床联系尺寸图的绘制11244生产率计算卡14第三章 主轴箱设计1631绘制主轴箱设计原始依据图1632主轴结构形式的选择及动力计算203. 3 传动系统的设计和计算2034多轴箱的坐标计算2435主轴箱通用轴类零件选择2636主轴及通用传动轴结构形式的选择方案2737通用齿轮及其他通用件及传动轴轴承型号的选用29第四章 夹具设计3141机床夹具的概述3142定位支承系统设计31421定位支承系统的设计原则31422定位支承元件及其布置3243导向装置设计33431导向装置的作用33432固定式导套的设计33433固定钻模板结构设计3544夹
17、紧机构设计35441夹紧方案的确定35第四章 结束语37致谢38参考文献39第一章 绪论11论文背景及研究意义目前， 我国中、小型企业的产品质量和生产效率都需要有一个新的提高。但是N-r手段却远远不能满足要求。有远见的企业家根据国情、厂情，都认为只有走技术改造的道路，按照实际情况对现有设备的技术状态进行改造，通过强化自身，以求自我发展，才是一条捷径。许多中小型企业都结合自己的实际，设计、改装适合自身特点的机床以提高工作效率，降低设备占用率和人力占用率，降低工人劳动强度。衡量对机床进行技术改造是否合理，唯一的标准是看能否满足企业的实际需要。满足企业的实际需要，既包含着通过改造以提高机床的使用性能
18、和精度，以满足生产的需要，也包含着技术上的先进性与企业投入的可能性相一致。一般来说，企业加工能力的提高有三条途径。其一是增加企业设备的拥有量；其二是对老设备进行更新；其三是进行技术改造。其中，技术改造具有投资最少、见效最快、容易实现等特点。飞锤侧面上，需加工的孔数量有多个，且为了生产效率一次要转四个孔，还要保证同轴度，间距小，排列又分散。采用普通方法排箱无法完成对4孔同时加工。采用变位齿轮和滚针轴承等创新性的结构设计，把常规状况下不能完成的钻孔成为可能，使需在多工序完成的钻削加工在同一工步完成。飞锤大的使用量较大，一般机械中多处会用到飞锤，应用这台组合钻床不仅能提高生产效率和加工精度，降低设备
19、占用率，减轻工人劳动强度，而且还会为厂家带来可观的经济效益。12组合机床及发展概况121组合机床的由来组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。组合机床是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展来的。它既有专用机床效率高结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件加工的特点。为此，将机床上带动刀具对工件进行切削运动的部分以及床身、立柱、工作台等设计制造成通用的独立部件，称为“通用部件”。根据工件加工的需要，用这些通用部件配以部分专用部件就可组成机床，这就是组合机床。当加工对象改变了，用这些通用部件，只将部分专用部件改造，又可以组
20、成加工新工件的机床。组合机床是按工序集中原则设计的，即在一台机床上可以同时完成许多同种工序或多种不同工序的加工。122组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额)，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的
21、分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床_柔性组合机床越来越受到人们的青睬，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器(P L C)、数字控N(N C)等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量数控组合机床、试验机、输送线)等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用
22、户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测最、控制、诊断监控、清沈、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后。国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装各。随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组台机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业，因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加
23、工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界lO多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的圭轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速10000200002 rm in。最高进给速度可达
24、2060mmin；复合、多功能、多轴化控制装备的前景办被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据，通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可
25、调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。13本文研究的主要内容零件飞锤见附图l所示，有4个孔待加工，原来采用的加工方案是在普通钻床上逐孔加工，工人频繁忙于装夹工件、启动机床、进刀、退刀、停车及卸工件等，不仅工人劳动强度大，而且生产率也低，不利于保证产品加工精度。在对这4孔进行精度、相互之间位置要求以及零件的装配要求分析的基础上， 重新制定出合理的机械加工工艺方案，将4个孔安排在一道工序上完成。由于在本台组合钻床上需同时加工4个孔，不仅孔多、间距小，而且要保证孔的相对位置精度，采用常规方案排箱无法实现4孔的工序集中。因此本钻床的主轴箱传动系统通过采用变位齿轮和滚针轴承，将常规情况
26、下不能完成的排箱得以实现，从而使需在多工序完成的钻削加工在同一工步完成。底座、滑台、动力头等通用部件的合理选用：齿轮箱排箱结构紧凑：夹具部分定位合理可靠；工件装夹方便灵活；刀具更换简便；机械化程度高；减轻工人的劳动强度是本文研究的主要内容。第二章 组合钻床总体设计21组合钻床工艺方案的制定制定组合钻床工艺方案是设计组合钻床最重要的内容之一。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。为了该机床方案制定的合理、先进，在方案设计时，密切联系实际，总结实践经验，全面了解被加工零件的加工情况和影响方案制定的各种因素。主要考虑以下因素：(1)工
27、艺过程和加工精度的要求被加工零件有4孔待加工，且相互之间位置精度要求为O.04mm。将4孔集中在一个工位上可确保相互之间的位置精度，对大量生产及顺利装配创造了条件。被加工零件的表面粗糙度和位置精度要求均满足。故选用组合钻床满足被加工零件的要求。(2)加工零件的特点被加工件材料为ZG40Cr。工件刚度足够。由于被加工件为飞锤，成品要与其他零件装配。钻孔时，从装配结合面钻起，这样能够更好地保证孔的位置精度。因为钻孔过程中，中心线可能偏斜，在钻头进口处的位置精度比出口处的好，有利于两个零件的装配。(3)定位基准及加压部位的选择被加工件装配结合面为设计平面，选用设计基准为主定位基准，这样减少了累积误差
28、，使加工精度得到有利保证，同时，此平面最大，用它定位能使切削力均落在定位平面之内。选用16mm的己加工外圆表面和斜底座实现工件完全定位。通过分析被加工件的特点，在已经选择好工艺基面的同时，决定夹紧力作用点在16mm外圆附近处。因为多轴钻孔时产生很大的切削力，为使工件在加工过程中不产生位移和振动，必须将工件牢固夹住，并且有足够的加压刚度，这样可使加压合力落在定位平面之内，且接近定位平面的中心，使工件加压后定位稳定。(4)孔间中心距的影响在确定组合机床完成工艺时，由于主轴箱的主轴结构和设置导向的需要，以及保证必须的加工精度和工作可靠性的要求，组合机床钻孔时，对于通用的主轴箱，其主轴最小中心距为24
29、mm，这时主轴能钻由l0mm以下的孔。图中空间距离为32mm， 大于24mm。(5)工件的生产方式由于被加工件属于大批量生产。将加工4孔工序集中于一台钻床，可提高组合机床的利用率。22 4孔组合钻床配置型式及结构方案的确定根据上述工艺方案确定机床的型式和总体布局。在选择机床配鬻型式时，既考虑到实现工艺方案，保证加工精度、技术要求及生产率：又考虑到机床操作、维护、修理、排屑的方便性，还注意到被加工零件的生产批量。影响组合钻床配置型式和结构方案的主要因素有：(1)加工精度在选择组合钻床的结构方案时，首先毖须注意到能否保证稳定的加工精度。通常根据经验数据进行机床配置型式的选择。固定式夹具组合钻床能达
30、到的钻孔位置精度最高，采用固定导套一般能达O20mm，当严格要求主轴与导向的同轴度，减少钻头与导套间的间隙导向装置靠近工件时，可达到O15mm。(2)机床生产率根据工件的生产类型，完全可以采用单工位固定夹具的机床型式。(3)被加工件的尺寸、形状、加工部位的特征根据被加工零件的特点，适于采用卧式机床，再考虑到采用卧式机床可使定位基面与设计基面重合，而且排除切屑容易。(4)操作的方便性合理确定装料高度以使操作方便。在现阶段，设计组合机床时，装料高度可视6具体情况在8501060mm之间选取，由于被加工件较小，装料高度可稍高些。(5)夹具形式对机床方案的影响从工件形状看，似乎可采用立式机床加工，但是
31、考虑到对面孔之间的位置精度，立式钻床无法保证，因而采用卧式加工方案。(6)使用厂的技术能力和工作环境为使钻床在温度过高时工作性能稳定，而且由于被加工件不需多次进给，故选用机械通用部件配置钻床。23主要参数的计算231确定切削用量，计算各主轴转速组合机床能否达到预定要求与正确的选择切削用量有很大关系。切削用量选用适当，能使机床以最少的停车时间，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量进行生产。目前，组合机床切削用量的选则。因是多轴加工不宜采用最大的切削速度和进给量。主要是参照实际生产中采用切削用量的情况，并根据多年来积累起来的一些经验数据进行。组合机床切削用量的选则另外一个特点，就是动力头工作时每分钟的进给量只有一种，这样所有刀具每分钟的进给量是相同的。这个进给量是适合所有刀具的平均值。但同一动力头每个刀具的转速可以不一样，以便选择合理的刀具的进给量。
