立式鉆床多軸頭畢業(yè)設計

1、 / 47摘要摘要本文是立式鉆床用軸均布多軸頭設計，可調式多軸頭各軸在圓周方向均布且方向可方便地沿直徑方向同步調整，以適應多種小批量生產條件下法蘭盤類零件的螺孔加工。固定試式多軸頭是根據一個典型法蘭盤類零件而設計的，用于零件批量生產要求。 多軸頭架的設計參數來源于一般的加工工藝條件，以適應更廣闊的加工圍。針對工廠里多孔鉆削時，孔徑一般較小，多在 10cm 左右，而且大部分是箱體、法蘭盤等，箱體、法蘭盤多為鑄造件，材料是鑄鐵，也有個別的被加工零件的材料是低碳鋼。根據這些工件的切削條件，可以確定多軸頭架的工藝主參數。主參數確定后便可以進行多軸頭架的總體設計。多軸頭架的傳動原理是通過齒輪嚙合增加鉆削

2、軸的軸數，以滿足多孔加工的要求。通過二級齒輪嚙合，輸入軸和輸出軸的轉向沒變，但由于齒輪分支傳動，變成多根輸出軸。為了保證加工生產條件的安全，加上多軸頭工作時裝隔離裝置比較困難，所以必須嚴格校核軸頭架的強度，以免發(fā)生事故或達不到加工要求。 可以看出，改裝后的多軸鉆床，可以同時完成多個孔的鉆、擴、鉸等工序。工藝圍可以滿足一般加工情況的孔類鉆削要求?？烧{多軸頭架可以起到提高生產效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。參照該調節(jié)原理可進行其他任意孔系加工裝置的設計，還可以用于攻絲、擴、锪孔等加工裝置。此外該裝置具有結構簡單、操作方便、應用圍廣等特點，值得推廣。關鍵詞：關鍵詞：立式鉆床；多軸頭；設計；可

3、調；齒輪I / 47AbstractAbstractThe design of multiple spindles heads for drilling machine whose drills spindles are adjustable or fixed are introduced. The adjustable spindles of the multiple spindles heads are located evenly in the circuit and can be adjusted synchronism on the diameters direction to me

4、et 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

5、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

6、 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

7、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. KeyKey words:words: drillin

8、g machine ; multiple spindles heads; design ;adjustable; gearsII / 47目錄目錄摘要摘要 .AbstractAbstract .目錄目錄第第 1 1 章章 緒論緒論 1 11.1 課題研究的意義與現狀 11.2 論文主要研究容 2第第 2 2 章章 設計要求設計要求 3 3第第 3 3 章章 設計前的準備工作設計前的準備工作 5 53.1 產品圖與工藝卡. 53.2 選擇刀具與加工機床、夾具.73.3 核算多軸頭的總軸向力和消耗的總功率.14第第 4 4 章章 設計傳動系統(tǒng)圖設計傳動系統(tǒng)圖 15154.1 齒輪模數的確定.154

9、.2 確定工作軸直徑.154.3 選擇傳動方式.164.4 確定主動軸中心位置.17III / 474.5 確定傳動比與齒輪的齒數.194.6 惰輪的布置與其坐標計算.224.7 繪制傳動系統(tǒng)圖.254.8 檢查結構上的干涉現象.25第第 5 5 章章 齒輪的幾何尺寸計算齒輪的幾何尺寸計算 .2828第第 6 6 章章 繪制多軸頭總圖繪制多軸頭總圖 .3030第第 7 7 章章 軸承壽命的計算軸承壽命的計算 .31317.1 單列向心球軸承的驗算.317.2 止推軸承的驗算.32結論結論 .3434參考文獻參考文獻 .3535致致 .3636附件附件 1 1 .3737附件附件 2 2 .45

10、450 / 47第第 1 1 章章 緒論緒論 1.11.1 課題研究的意義與現狀課題研究的意義與現狀 當前，我國中小零部件機械產業(yè)正處于穩(wěn)步發(fā)展的成熟期，國外進口設備一統(tǒng)天下的局面已經結束，國產零部件機械已經成為主力。主要表現如下：一、國產機械的技術水平已接近或達到世界先進水平，大規(guī)?？恳M技術發(fā)展的時代已經結束，吸收、學習國外先進技術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，改變了機械生產企業(yè)的結構。它們在機械方面具有雄厚的技術和經濟實力，代表著世界領先水平，今后將對中國機械行業(yè)的生產格局產生

11、深遠影響。其在產品開發(fā)、制造與知識產權保護等許多方面給中國企業(yè)提供了學習機會。二是國著名大企業(yè)成功介入機械產品的生產，并向多品種方向發(fā)展，憑借大廠在經驗、技術、經濟、制造方面的實力，其機械產品在銷售市場上已經占據了主導地位。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，我國多數機械企業(yè)規(guī)模偏小，抵抗風險能力有限，回款率低，流動資金不足。其次，也如同其他產品一樣，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

12、研發(fā)的投入很少，采用挖人才、“偷”技術的方式很普遍。所以各家的產品都是小異，很少有標志性的技術，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。第四，對出口歐洲、美國等發(fā)達國家和地區(qū)的產品，由于不熟悉其市場準入和標準，經常遭遇“專利門檻”問題，對產品出口產生不利影響。 認清趨勢促進發(fā)展 。針對上述問題，相關企業(yè)要重視創(chuàng)新，主動加大科技投入；樹立尊重知識、保護知識產權的法律意識；企業(yè)對技術骨干要有留人和防挖辦法；可在市場接受的圍，適當進行漲價，以促進生產發(fā)展。 1.21.2 論文主要研究容論文主要研究容1 / 47多軸頭主要用于快

13、速鉆孔。是目前國剛興起的一種提高生產效率、降低成本的工作母機。隨著國汽配行的發(fā)展，各零部件供應商之間競爭激烈，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、定位或定位不準的問題。多軸頭鉆床設計結構，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。齒輪傳動多軸頭設計是一個傳統(tǒng)的機械

14、課題，對設計者的機械基礎知識要求較高。多軸頭的設計特點是程序性強。我們應按照設計程序，逐步進行設計與計算。第第 2 2 章章 設計要求設計要求2 / 47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 與工序表 2-2 加工零件 2 與工序零件名稱底蓋前鋼板彈簧前支架工序名稱鉆四孔設備型號Z535工序號工序容夾具輔圖 刀具刀輔具 量具S（毫米/轉）n（轉/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

15、不大于.0.2136516.60.330.650.853 / 47零件名稱底蓋前鋼板彈簧后支架工序名稱鉆四孔設備型號Z535工序號工序容夾具輔圖 刀具刀輔具 量具S（毫米/轉）n（轉/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.0.2136516.60.330.650.854 / 47第第 3 3 章章 設計前的準備工作設計前的準備工作3.13.1 產品圖與工藝卡產品圖與工藝卡3.1.1 產品圖。產品圖見圖紙。本產品毛坯為鑄造件，材料為 HT100。生產批量：中等批量。3.1.2 工藝卡。本工藝卡為產品的工藝過程

16、，本產品的重點工序是 4（3）個直徑為 14.5mm 的孔的加工，從產品圖我們可以知道，產品毛坯為鑄造件。但在鑄造時，產品是否要留余量，以與留多少；產品是否需要留有鑄造通孔等都是需要考慮的問題。我根據8中表 39.37 查得鑄造余量為 4mm，再根據9表 1166 查得：當孔徑 時，不需鑄造孔。所以本產品不需要鑄造孔。此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整說明書和設計圖紙等.請聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設計下載！該論文已經通過答辯 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備工序，只要能達到尺寸與粗糙度要求即

17、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要求；即使我們采用了畫線來加工，對我們的生產員工的技術水平有很大的要求，會大大降低生產率。我們?yōu)榱四芴岣呱a率，降低生產成本，我們似乎可以選擇一種可以一次完成加工的設備，這個設備必須滿足零件的設計要求，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要求，有能提高生產率，降低生產成本的作用。所以對幾個孔的加工我采用多軸頭

18、這一輔助設備來加工。下面是這個產品的工藝方案。見表 3-1 和表 3-25 / 47我們可以比較，因為圖紙對產品有粗糙度要求，所以我認為需要將對產品的加工分為粗加工和精加工，以此滿足產品的表面粗糙度。所以選擇方案一。表 3-1：方案一工序號工序名稱工序容0鑄造砂型鑄造，清砂。5銑以零件的下底面為粗基準，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，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，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。3

19、5入庫表 3-2：方案二工序號工序名稱工序容 0鑄造砂型鑄造，清砂。 5銑以零件的下底面為粗基準，銑底蓋的上表面，保證個尺寸余量 0.2。6 / 47 10銑以上以加工免為精基準，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3.23.2 選擇刀具與加工機床、夾具選擇刀具與加工機床、夾具3.2.1 刀具圖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

20、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，就已出現黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質刀具。戰(zhàn)國后期(公元前三世紀)，由于掌握了滲碳技術，制成了銅質刀具。當時的鉆頭和鋸，與現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，法國的勒首先制出銑刀。1792 年，英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關麻花鉆的發(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。 那時的刀具是用整體高碳工具鋼

21、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量和尺寸精度也大大提高。 由于高速鋼和硬質合金的價格比較昂貴，刀具出現焊接和機械夾固式結構。19491950 年間,美國開始在車刀上采用可轉位刀片，不久即應用在銑刀和其他刀具上。7 / 471938 年，德國德古薩公司取得關于瓷刀具的專利。1972 年，美國通用電氣公司生產

22、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氣相沉積法，生產碳化鈦涂層硬質合金刀片的專利。1972 年，美國的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法，在硬質合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。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合起來，從而使這種復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

23、紋銑刀等；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一樣或接近一樣的形狀，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。 各種刀具的結構都由裝夾部分和工作部分組成。整體結構刀具的裝夾部

24、分和工作部分都做在刀體上；鑲齒結構刀具的工作部分(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生的摩擦力傳遞扭轉力矩。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生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結構、排屑或容儲切屑的空間、切削液的

25、通道等結構要素。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部分，如鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切8 / 47屑，校準部分的作用是修光已切削的加工表面和引導刀具。 刀具工作部分的結構有整體式、焊接式和機械夾固式三種。整體結構是在刀體上做出切削刃；焊接結構是把刀片釬焊到鋼的刀體上；機械夾固結構又有兩種，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。硬質合金刀具一般制成焊接結構或機械夾固結構；瓷刀具都采用機械夾固結構。 刀具切削部分的幾何參數對切削效率的高低和加工質量的好壞有很大影響。增大前角

26、，可減小前刀面擠壓切削層時的塑性變形，減小切屑流經前面的摩擦阻力，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、加工性質(粗、精加工)等，必須根據具體情況合理選擇。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。 通常當材料硬度高時，耐磨性也高；抗彎強度

27、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，以與良好的可加工性，現代仍是應用最廣的刀具材料，其次是硬質合金。 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，與合金、塑料和玻璃鋼等；碳素工具鋼和合金工具鋼現在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。 硬質合金可轉位刀片現在都已用化學氣相沉積法涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質合金刀具，也可用于高速鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質涂層作為阻礙化學擴散和熱傳導的障壁，使刀具在切削時的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不

28、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中工作的零件，其應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。為了適應這種情況，刀具的發(fā)展方向將是發(fā)展和應用新的刀具材料；進一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術，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9 / 47與強度間的矛盾；進一步發(fā)展可轉位刀具的結構；提高刀具的制造精度，減小產品質量的差別，并使刀具的使用實現最佳化。 這里我選用硬質合金鉆頭，鉆頭直徑為 ，如圖 3-1。圖 3-1 刀具圖3.2.2 機床有關規(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

29、。通常鉆頭旋轉為主運動，鉆頭軸向移動為進給運動。鉆床結構簡單，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、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，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

30、：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 / 47表 3-1：鉆床規(guī)格尺寸主軸轉速電機功率產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 圍（r/min）主軸行程（mm）主電機總容量立式鉆床Z535350.75300968-110022544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） 1.61480 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

31、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、幾何形狀以與與其他表面的相互位置精度等技術要求 ，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 、對刀引導元件(確定刀具與工件的相對位置或導引刀具方向)、分度裝置（使工件在一次安裝中能完成數個工位的加工，有回轉分度裝置和直線移動分度裝置兩類）、連接元件以與夾具體（夾具底座）等組成。夾具種類按使用特點可分為：萬能通用夾

32、具。如機用虎鉗、卡盤、分度頭和回轉工作臺等，有很大的通用性，能較好地適應加工工序和加工對象的變換，其結構已定型，尺寸、規(guī)格已系列化，其多數已成為機床的一種標準附件。專用性夾具。為11 / 47某種產品零件在某道工序上的裝夾需要而專門設計制造，服務對象專一，針對性很強，一般由產品制造廠自行設計。常用的有車床夾具、銑床夾具、鉆模(引導刀具在工件上鉆孔或鉸孔用的機床夾具)、鏜模(引導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{夾具?？梢愿鼡Q或調整元件的專用夾具。組合夾具。由不同形狀、規(guī)格和用途的標準化元件組成的夾具，適用于新產品試制和產品經常更換的單件、小批生

33、產以與臨時任務。 夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發(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效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產品越來越多。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，夾具結構簡化，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組合

34、化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用 CAD 技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，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，又能積累使用經驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。四、通用、經濟夾具的通用性直接影響其經濟性。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、可重構性與可擴展性功能強，應用圍廣，通用性好，

35、夾具利用率高，收回投資快，才能體現出經濟性好。12 / 47底蓋的鉆孔夾具設計由于時間緊，未能將完整設計圖紙畫出來，現在只將設計方案表達如下，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。13 / 473.33.3 核算多軸頭的總軸向力（核算多軸頭的總軸向力（ ）和消耗的總功率（）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

36、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： ，滿足設計要求。第第 4 4 章章 設計傳動系統(tǒng)圖設計傳動系統(tǒng)圖14 / 47多軸頭齒輪傳動系統(tǒng)的設計既要保證工藝要求，又要保證多軸頭的結構的緊湊性。齒輪傳動系統(tǒng)的設計與計算，其容包括：齒輪模數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，傳動比與齒輪齒數的確定，布置惰輪，檢查結構

37、上的干涉現象，傳動系統(tǒng)圖的坐標計算與繪制等。齒輪傳動系統(tǒng)圖應按照所規(guī)定的符號繪制。齒輪中心與分度圓應盡可能畫得準確（精度在 0.20.3mm），這樣便于用圖解法核對所計算的坐標尺寸。在齒輪傳動系統(tǒng)圖中應清晰的表明：齒輪的傳動方式，各齒輪的齒數與模數，主動軸與工作軸的旋轉方向，齒輪層數（對兩層以上）。同時還應在圖旁注明：工作軸每分鐘轉速、工作軸每分鐘進給量與傳動比等。下面按設計步驟分別討論每項容的設計要求和設計方法。4.14.1 齒輪模數的確定齒輪模數的確定在一般齒輪傳動設計中，齒輪模數是按齒輪的抗彎強度和齒面疲勞強度計算的，然后經過試驗確定。但是由于齒輪傳動多軸頭在生產中早已廣泛應用，在使用和

38、制造方面已有一定的經驗，在1中，有關多軸頭齒輪的結構和規(guī)格參數，以與齒輪的材料、熱處理、齒寬與工作條件都作了規(guī)定，所以當利用1所介紹的齒輪進行設計時，可根據加工孔徑，按表 4-1 查得齒輪模數，此表查得的模數為主動輪的模數，每個主動齒輪可帶動三個工作軸。表 4-1 加工孔徑與模數加工孔徑88151520模數1.5222.52.53從中查得：主動輪的模數 m2.5。4.24.2 確定工作軸直徑確定工作軸直徑多軸頭工作軸直徑是按扭轉剛度所計算的，若工作軸不兼做中間軸使用時，其直徑可按表 4-2 查得。表 4-2 加工孔徑與工作軸直徑15 / 47加工孔徑C，大于所要求的工作能力系數，可以選用。7.

39、27.2 止推軸承的驗算止推軸承的驗算單向推力軸承的工作能力系數 C 的計算與前面的一樣，其中計算負荷應按下式計算:（7-10）式中 為某個工作軸上的軸向力。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C=31000,即CC,滿足所需,可以使用.31 / 47結論結論由本文的論述，我們了解到：通過對底蓋的加工工藝與多軸頭的設計，在齒輪、各種輔助零部件、工藝流程等方面進行合理設計和選擇，有效提高了加工效率和產品質量，提高了可靠性，具備一定的先進性，取得了良好的經濟效益和社會效益，為解決此類多孔零件的加工問題舉了一個實例。32 / 47參考文獻

40、參考文獻1第一汽車制造廠工藝裝備設計室編.齒輪傳動多軸頭設計.：機械工業(yè)，1979 2組合機床研究所編.組合機床設計.機械工業(yè)，19783柴油機廠工藝設備研究所編.金屬切削機床夾具設計手冊.機械工業(yè)，19844王秀青.鉆軸均布可調鉆床用多軸頭.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 設計系統(tǒng).機電工程.2004 年（5）6萬東海.多軸頭設計與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

41、冊、機電工程手冊編輯委員會.機械工程手冊.機械工業(yè)9機械設計手冊聯(lián)合編寫組.機械設計手冊.化學工業(yè)10胡家秀.簡明機械零件設計實用手冊.機械工業(yè).200311澤九、賀士荃、暉主編.滾動軸承手冊.機械工業(yè).200712柴油機廠工藝設備研究所編.金屬切削機床夾具設計手冊.機械工業(yè).198413 慶余、佳 主編.機械制造裝備設計 機械工業(yè) 2003.814 王之煦、許杏根 編著.簡明機械設計手冊 機械工業(yè) 1997.915濮良貴、紀名剛.機械設計 高等教育 200516Morgan, M.N, Rowe, W.B., Black, S.C.E. and Alanson, D.R. Machining

42、 of Engineering Ceramics(J).Engineering Manufacture, 1998, 212(B8), 661-66917Rowe, W.B. Mechanical Engineering in the information(J). Engineering Manufacture, 2001, 215(B4), 473-49118SculpturedsurfacemachiningofspiralbevelgearswithCNCmilling.Internationa33 / 47lJournalofMachineTools&Manufacture4

43、1(2001)833-C85致致本論文是在指導教師琨明老師的精心指導下完成的，在論文的選題、開題、結題的過程中，處處都凝聚著導師的心血。在畢業(yè)設計期間，老師誨人不倦，耐心給我們講解，他淵博的知識、嚴謹的學風和高尚的品格對本人也產生了巨大的影響，提高了我的工作學習能力和知識水平，同時也讓我受益終生。在此謹向尊敬的老師致以最衷心的敬意！衷心的感機械工程學院的領導和老師們給予的關心和支持，！34 / 47附件附件 1 1外文資料翻譯35 / 47數控銑床用于螺旋斜面齒輪的表面雕刻加工數控銑床用于螺旋斜面齒輪的表面雕刻加工摘要：摘要： 齒輪作為動力傳動系統(tǒng)是現代精密機器中關鍵的組成部分，由于它的復雜和

44、唯一特點，齒輪經常被一些特定的工具設計制造，例如滾齒和插齒機器，這個論文中，我們打算用一個三軸數控銑床和一個旋轉平臺來制造螺旋斜面齒輪（齒輪生產中最復雜的一種） ，這其中包括 A 落選斜面齒輪的幾何模型，B 數控銑床的加工計劃，C 為四軸和四分之三軸控制的刀具走刀途徑和執(zhí)行計算程序，在這種方法下，實驗性的切割已經做的很有效，這種方法是在四分之三軸的代碼下控制的數控銑床下工作的。1 1 介紹介紹： 作為動力傳動方式，在現在工業(yè)機械中齒輪是非常有效和準確的系統(tǒng)，在各種類型的齒輪中（圖片一） ，螺旋斜面齒輪是最復雜的一種，在有角度錯開的軸中傳遞扭矩先前的研究主要關注于齒輪的設計于分析，在1-9中螺旋

45、斜面齒輪的幾何特點和設計參數已經做了詳細的研究，TSAI 和 CHIN 在基本齒輪動力學和切面漸開線幾何學的基礎上提出了斜齒面數學表面模型。之后，在球面漸開線的基礎上，這個模型與其它的模型相比較，最近 SHUNMUGAM 在8，9提出了一個完全不同的模型，在正常的偏離情況下已經證明了他的精確性（與在特定工具下加工制造的螺旋斜面齒輪相比較） 在能涉與到的制造業(yè)中，在先前的工作中，齒輪都是在特定的機器刀具類型下被加工的，比如滾齒和插齒加工，這有可能是為什么在開放研究的領域齒輪加工稀少的原因。事實上，沒有螺旋斜面齒輪的表面加工的走刀路徑的研究結果，雖然有一些權威人士提出用數控銑床進行螺旋齒面加工的可

46、能性。最近，基于數控機床的齒輪加工刀具在工業(yè)實踐中已經有了發(fā)展和提高（圖片 2） 。然而，他們的結構框架還是與工業(yè)數控機床有著不同，因為先前的是位一些特定的刀具設計的。在這篇論文中，我們嘗試用一臺三軸銑床和一個旋轉平臺通過表面雕刻加工的方36 / 47法來制造加工螺旋斜面齒輪。從加工效率上說，很顯然表面雕刻加工要明顯的低于用特定工具加工，除了加工效率問題，表面雕刻加工方法在以下方面具有優(yōu)勢，(1)傳統(tǒng)的加工方法需要在專用于各種不同類型大小，幾何形狀的各種齒輪特定刀具和機器有一部分的投資， （2）通過表面加工方法，用工業(yè)數控銑床可以加工制造很寬圍的齒輪，（3）有些特定的齒輪，例如直徑超過 100

47、0 毫米的大齒輪，還有重齒輪，都可以用表面雕刻方法來加工，而不是用專用齒輪加工工具，除了一些特定限制的情況。從以上觀點可以看出，我們主要關注于表面雕刻加工方法的能力方面，包括幾何加工精度，表面質量，還有加工時間。除了加工效率方面，如果表面雕刻加工方法表現的不錯的話，它可以在工業(yè)生產過數控機床加工大型的螺旋斜面加工。同時加工效率不被重視。在這篇論文中，提供了一個全面的加工技術包括幾何模型，加工工序，刀具途徑計算程序和實驗證據。2 2 螺旋斜面齒輪的幾何模型螺旋斜面齒輪的幾何模型 一般的，螺旋斜面齒輪的幾何模型會給定一系列的特定參數，這些特定參數有一個工程制圖提供，像圖片 3 中展示，一些參數（主

48、要參數）需要用幾何定義，一些參數（輔助參數）通過計算方程式獲得，表一總結了一些關鍵的參數以與一些參數的之間的關系。利用一些參數，表面模型可以通過以下獲得，根據圖片 4 的說明，在兩齒輪中的表面可以通過一大部分曲線沿著螺旋線來做模型，這部分曲線有五部分組成，S 是部分I 的參數，沿著螺旋曲線命名 W 為參數，表面模型可以在圖片 4 過 S 來表現。S 和 S 是漸開線曲面，S 和 S 是切平面曲面，S 是地平面曲面，SS 和 S 提供間隙在運動過程中。漸開線曲面在大齒輪（齒輪有這樣的分類，大的一個叫做 GEAR，小的一個叫做 PINION）和小齒輪的接觸旋轉運動中是關鍵曲面。.在下面中，我們提供

49、一種方法來獲得小齒輪的表面模型 S。落選斜面齒輪的漸開線在球體中被定義，叫做球面漸開曲線，考慮螺旋斜面小齒輪的大部分，W 是在圖表一中的圓錐半徑，這時，一個參照圓的半徑 W 和一個基圓的半徑 R，D 和分別代表了小齒輪的徑和壓力角，這個可以從參考面通過角度距離在基圓上限制這些點，這些點可以唯一的定義為參數 U，還有通過參數 U 的利用，源自參考圓中心的？圓的半徑 W 也將被唯一的確定，這是，螺旋切點是在？圓上，他的長度與沿著基圓的長度一樣，通過改變參數 U 從 0 到 U，和改變參數 W 從 R 到 R-b，在直斜面齒輪37 / 47上球面螺旋曲線可以確定，1tan ()2yzAA1111ma

50、x11tan (/2)cos ()cos()sin()kbbdX是基圓圓錐角度，涉與參考配合框架 A 提出 P，涉與 B 找到 P 的位置的過程如下，ABBPR P在螺旋斜面小齒輪，球面漸開線是沿著螺旋曲線而旋轉，在對數函數，螺旋曲線，圓形曲線，螺旋線的廣泛應用下，圓切割螺旋曲線在本論文中應用。3.3.斜面齒輪的加工制作斜面齒輪的加工制作 用數控銑床來加工落選斜面齒輪，得到成功結果的關鍵在于走刀途徑，在走刀過程中，各種各樣的因素都要考慮進去， （1）機械加工的表面精度和加工質量， （2）加工時間， （3）加工的機械刀具的機構表面。3.1刀具結構表面關于刀具結構加工表面，很顯然在加工過程中數控銑

51、床要進行旋轉運動，基于機械運動分析，數控銑床加工螺旋斜面齒輪至少通過四軸控制機構來滿足要求，這樣一個旋轉平臺也要三軸的銑床，機械加工工具的能力基本要：（A）四軸必須同時控制（一軸為旋轉平臺，另三軸運動為切削工具） （B）只有四分之三可以同時控制，后者叫做輔助軸控制系統(tǒng)，在工業(yè)實踐中我們經常發(fā)現第四軸控制旋轉平臺運動，其他三軸控制刀具切割運動，在這篇論文中，我們提供一種刀具計算程序關于其結構表面。3.2加工步驟 工件以圓錐線通過回轉制作加工出來，工序加工通過幾個步驟完成， （1）用幾把端銑刀進行粗加工， （2）幾把球銑刀進行半精加工， （3）一把球銑刀進行精加工，為縮短加工時間，粗加工和半精加工

52、我們選用一把大的刀具，精加工的要求已經確定，半精加工去除不平滑表面，在精加工過程中，整個表面用一把直徑為 D 的銑刀加工，這是為了防止在換刀過程中在表面上留下切削痕跡，在本片論文中為簡便省略了粗加工和半精加工的計算程序。3.3 精加工的走刀途徑表面模型 S 是一把半徑是 R 的球形銑刀加工的，根據以上提到的漸開線表面 S 和 S 是最重要的表面，其精度要嚴格的控制，我們的方法是基于 CC 特定參數框架，CC 點是特定參數表面模型的樣本，為了提高加工效率，刀具沿著 W 方向的運動是可以選擇的。38 / 47在下列中，自由干涉 CL 數據 S 已經給出，一樣的他可以求出 S 和 C，在切線上定義

53、O而 C 由銑刀中心確定，基于6可以由 W 通過以下所得，其中22212tan VHVUHU222sin( )2mmcwRR RUw 在相配框架的切線平面中圖片 5 的已經給出，我們可以通過以下方式把他轉化成，如下所示，其中100, 0cos( )sin( )0sin( )cos( )ARRot X1sin()這說明的是螺旋線的特定要素不僅由球面漸開線的大小決定，還有螺旋線的旋轉數量決定，截止以前的討論螺旋點的半表面模型可以有以下公式得到。，其中1( , )AAAABBS u wR PR R Pwmax0,uu3.31 刀具球面干涉處理在獨立特定參數 CC 點，這個刀具中心是( , )( ,

54、)( , )C u wS u wRN u w是在上的正常結矢量?？紤]這些東西， （a）刀具大小比小邊橫截面要小，( , )N u w( , )S u w（b）是凸面的不會跟大部分的 cc 點發(fā)生干涉，除非它們與相接近， 。準確1( , )S u w2S的說，在邊界區(qū)域 CC 點是唯一刀具球面干涉發(fā)生的地方，如果有刀具干涉發(fā)生，在隨后的加工過程中 CC 點將要移動一小段刀具尺寸。可供選擇的，我們可以允許刀具半圓鑿出現在這一區(qū)域因為， （a）過度切割的在 S 區(qū)域，(b)這個區(qū)域提供了大齒輪與小齒輪的間隙， （c）輕微的過度切割是可以允許的，基于上述有效的計算干涉檢測和處理，計算程序得到了發(fā)展。3

55、.3.2 刀具軸線干涉處理相對與刀具干涉，還有另一種干涉叫做刀具軸線干涉在混合軸的機器中，這里刀具目標發(fā)生了變化，刀具軸線干涉可以通過改變刀具目的而避免，這樣刀具本體就不會與表面區(qū)域發(fā)生干涉，刀具軸線干涉可以用兩種方法處理（a）發(fā)現刀具發(fā)生干涉，接著對刀具軸線進行調整， （b）找出一個可以接受的刀具軸線干涉圍，我們選擇第二中方法，在下面我們提供一種非常有效的方法來找出可行的圍如圖 8 所描述的兩條邊界線A 和 A 中的 CC 點。設想刀具中心和他的正常聯(lián)合矢量分別有 C 和來表示，在四軸結構的道具運動被定cN39 / 47義為 CL 線，C 作為 CL 線上的補償點，說明，認為找到 T 是一個問題，定義干涉軸為為V 和左邊的切線為 C，關于干涉軸的旋轉如下：,cN1 ,2cAN Rot V ,2cAN Rot V初始化 T 在左邊切線上，T 跟這 C 更新如果下邊更新條件滿足這個條件11()0iCTC V可以通過以下幾何觀察獲得定義?為繞 A 旋轉沿 CC 的角度，第一最關鍵的點是有最大角度的補償點，這樣根據變化，但是不根據變化，從穿過找到，找到是非常簡單出了一些更新條件：22()0,1: jCT