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雙頭可調立式鉆床設計.rar

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更新時間：2014-08-29
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雙頭可調立式鉆床設計
摘要
此次設計為可調立式雙頭鉆床的機械設計。設計主要介紹了可調立式雙頭鉆床的設計原理、調整方法及設計計算過程。通過預先給定的加工要求可確定所需的計算參數，進而依據可調立式雙頭鉆床的設計原理來設計計算并校核各個部位的零件，然后進行組裝。本次設計可從五大方面進行設計。通過預先給定的加工要求計算并進行了可調式雙頭鉆頭的設計、傳動系統減速箱的設計、傳動系統電機的選用、 X-Y工作臺的設計、鉆頭軸向進給系統的設計共五部的設計。通過設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，從而實現可以在一個工件上加工多對兩兩間距不同的孔。在人力和設備不增加的情況下使用可調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。

關鍵詞：滾珠絲杠；電動機；變速箱；可調式雙頭鉆頭
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計時主要的工作 2
2 雙頭鉆床結構設計的總體方案 4
2.1鉆床總體結構 4
2.2設計方案選擇 4
3 可調式雙頭鉆頭的設計 9
3.1 預選加工材料，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 雙頭鉆頭內各軸的設計 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傳動系統減速箱設計 21
4.1減速箱內各齒輪設計 21
4.1.1傳動系統減速箱齒輪、的設計 22
4.1.2傳動系統減速箱齒輪、的設計 23
4.2 雙頭鉆頭內各軸的設計 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 傳動系統電機的選用 26
5.1計算折算到電機主軸上的轉矩 26
6鉆頭軸向進給系統的設計 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 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 36
7.1.2計算進給牽引力 36
7.2軌道的選擇 37
8結論 38
參考文獻 39
致謝 40
2 雙頭鉆床結構設計的總體方案
2.1鉆床總體結構
可調式立式雙頭鉆床主要由床身、工作臺、鉆頭、主傳動系統、電機等部分組成。可調式立式雙頭鉆床的設計需要完成以下幾個步驟：
1.可調式雙頭鉆頭的結構設計：
通過齒輪間的位置轉動實現兩鉆頭間距離的可調性。
2.傳動系統變速箱的設計：
雙軸鉆床的主運動為旋轉，由主電動機驅動，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動裝置。主運動（旋轉）及進給運動同時進行。主軸箱驅動軸的運轉由主電機經過交換齒輪來驅動。
3.傳動系統驅動電機的選型;
通過將加工工件時所需的轉矩折算到電機主軸上，通過電機主軸上的轉矩和電機轉速算出功率，然后進行電機的篩選。
4.鉆頭軸向進給系統的設計：
采用滾珠絲杠軸向進給。
5.工作臺的橫向、縱向的進給系統的設計：
工作臺橫向、縱向進給：采用滾珠絲杠進給。
2.2設計方案選擇
本設計根據可調鉆頭實現可調功能的原理不同可有兩種可調式鉆孔頭的結構設計方案。
<方案一>：通過可伸縮式萬向聯軸器調節
本結構用齒輪箱配合萬向節頭所組成，由于萬向節頭是可活動軸件，股在限定范圍內可左右移動。
萬向聯軸器的共同特點是角向補償量較大，不同結構型式萬向聯軸器兩軸線夾角不相同，一般≤5°-45°之間。萬向聯軸器利用其機構的特點，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實現所聯接的兩軸連續回轉，并可靠地傳遞轉矩和運動。萬向聯軸器最大的特點是具有較大的角向補償能力，結構緊湊，傳動效率高。

圖2.1 可伸縮焊接方式萬向聯軸器
工作原理：多軸鉆床的實現主要是由于有多軸器的存在才得以實現的。主軸旋轉帶到多軸器中的其他軸轉動。多軸器結構由齒輪箱配合萬向節頭所組成，由于萬向節是可活動軸件，故在限定范圍內可左右移動。在調整加多軸頭箱內有一個主動輪和多個從動輪，主動輪與電機聯結，將動力傳給多個從動輪，從動輪再驅動鉆頭對工件進行加工。多軸鉆床廣泛應用于機械行業多孔零部件的鉆孔及攻絲加工。
優點：在調整加工孔距時不受齒輪所限制，適合加工不定性孔件，使用范圍較廣可調式多軸鉆床在其加工范圍內，其主軸的數量、主軸間的距離，相對可以任意調整，一次進給同時加工數孔。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。
<方案二>：通過齒輪調節
該多軸鉆孔頭是根據太陽系中太陽、行星及衛星的運動規律設計的，即：行星繞太陽轉動，衛星繞行星轉動，利用這個運動規律，還可實現鉆孔軸相對位置的調整。
此可調式雙頭鉆床原理如圖：

圖2.2 可調式兩軸鉆孔動力頭結構調整圖

此次設計主要目的在于改造單頭鉆床為可調式多頭鉆床。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之間的圓環范圍，并可通過調整鉆頭的位置在一個圓上進行等分圓的加工。
可調式鉆孔頭的結構設計：
以可調式兩軸鉆孔頭為例進行說明，圖2.3所示可調式兩軸鉆孔頭的結構圖，鉆孔頭通過連接體1 與鉆床主軸的不回轉部分連接，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），在調整時它只能和整個鉆孔頭一起繞太陽齒輪公轉。主軸端部靠彈簧卡頭21，夾緊鉆頭。為了使該鉆頭結構盡量緊湊，我們盡量選用小尺寸齒輪，衛星齒輪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外圈滾針軸承。調整時，行星齒輪軸14，距離調整塊13可帶動衛星齒輪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 自由轉動，調整角度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，自由轉動，調整回補轉角θ。
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