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双头可调立式钻床设计

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双头可调立式钻床设计

内容简介:

摘    要
    此次设计为可调立式双头钻床的机械设计。设计主要介绍了可调立式双头钻床的设计原理、调整方法及设计计算过程。通过预先给定的加工要求可确定所需的计算参数,进而依据可调立式双头钻床的设计原理来设计计算并校核各个部位的零件,然后进行组装。本次设计可从五大方面进行设计。通过预先给定的加工要求计算并进行了可调式双头钻头的设计、传动系统减速箱的设计、传动系统电机的选用、 X-Y工作台的设计、钻头轴向进给系统的设计共五部的设计。通过设计并组装后的钻床可以一次加工两孔,且两钻头间的距离可调,从而实现可以在一个工件上加工多对两两间距不同的孔。在人力和设备不增加的情况下使用可调立式双头钻床可以成倍提高钻床的加工效率,并可以保证较高的加工精度和孔间相对位置精度。
关键词:滚珠丝杠;电动机;变速箱;可调式双头钻头
 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    录
摘    要
ABSTRACT
1 前言
1.1 本课题的背景和研究意义
1.2 本课题解决的问题和设计时主要的工作
2 双头钻床结构设计的总体方案
2.1钻床总体结构
2.2设计方案选择
3 可调式双头钻头的设计
3.1 预选加工材料,加工直径
3.2 计算高速钢麻花钻轴向切削力及扭矩
3.2.1 计算单个钻头轴向切削力
3.2.2 计算单个钻头扭矩
3.3 钻头中各轴及齿轮的计算
3.3.1 齿轮8、9、10、11的计算
3.3.2 齿轮5、6、7的计算
3.4 双头钻头内各轴的设计
3.4.1 计算轴I、VIII的最小直径
3.4.2 计算轴II、VII的最小直径
3.4.3 计算轴III的最小直径
4传动系统减速箱设计
4.1减速箱内各齿轮设计
4.1.1传动系统减速箱齿轮的设计
4.1.2传动系统减速箱齿轮的设计
4.2 双头钻头内各轴的设计
4.2.1 计算轴III的最小直径
4.2.2 计算轴IV的最小直径
4.2.3 计算轴V的最小直径
4.2.4 计算轴VI的最小直径
5 传动系统电机的选用
5.1计算折算到电机主轴上的转矩
6钻头轴向进给系统的设计
6.1 钻头轴向进给丝杠螺母副的计算和选型
6.1.1工作台基本参数
6.1.2计算进给牵引力
6.1.3计算最大动载荷C
6.1.4滚珠丝杠螺母副的选型
6.1.5 传动效率计算
6.1.6刚度检验
6.1.7稳定性校核
6.2齿轮传动比计算
6.3步进电机的计算和选型
6.3.1初选电机型号
6.3.2电机校核计算
7 X-Y工作台的设计
7.1工作台滚珠丝杠螺母副的计算和选型
7.1.1工作台基本参数
7.1.2计算进给牵引力
7.2轨道的选择
8结    论
参 考 文 献
    谢
1 前言
1.1 本课题的背景和研究意义
    机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备的重要任务。机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。国家的工业、农业、国防和科学技术的现代化程度都与机械工业的发展程度相关。因此,大量设计制造和广泛使用各种各样先进的机械是促进国民经济发展,加速我国社会主义现代化建设的一个重要内容[1-2]。
    钻床主要用在工件上孔的加工。通常钻头的旋转为主运动,钻头的轴向移动为进给运动。普通钻床的结构比较简单,加工精度较低,可钻通孔、盲孔。在钻床上配有工艺装备时,还可以进行镗孔,在钻床上配万能工作台还能进行分割钻孔、扩孔、铰孔。钻床的特点是工件固定不动,刀具做旋转运动。加工过程中工件不动,让刀具移动,将刀具中心对正孔中心,并使刀具转动(主运动) [3-4]
    钻床主要分为立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、台式钻床、深孔钻床和中心孔钻床等。为了满足模具制造业发展的需要,又开发了除钻削深孔以外,还可以进行铣削、攻丝等的多功能钻床。
    20世纪70年代初,钻床还是普遍采用普通继电器控制的。如70年代-80年代进入中国的美国ELDORADO公司的MEGA50,日本神崎高级精工制作所的DEG型,德国TBT公司的T30-3-250等。
    80年代后期数控技术逐渐开始在深孔钻床上应用,特别是90年代以后这种先进的技术才迅速推广。如TBT公司90年代初上市的ML系列深孔钻床,进给系统由机械无级变速器改为采用交流伺服电机驱动的滚珠丝杠副,进给用滑台导轨也改为采用滚动直线导轨。钻杆箱传动为了保证高速旋转、精度平稳,由交换皮带轮及皮带,和双速电机驱动的有级传动变为无级调速的变频电机到电主轴驱动,为钻削小孔深孔和提高深孔钻床的水平质量提供了有利条件[5-8]
    长期以在我国的机械制造业中钻床加工的工作量在总的制造工作量中占有很大的比重。制造业中孔类加工多数由传统钻床来完成。单头钻床是机械行业最通用的设备,主要用于工件上孔的加工。但是传统的单孔钻床在大批量生产时存在许多的不足之处。由于单头钻床只有一根主轴,因此,一次只能加工一个孔。如果要加工多孔的工件, 只有通过移动夹具多次对刀来实现,工人的劳动强度大,生产效率低,很难进行大批量的生产,而且孔的位置精度较低。随着工业的发展,对产品质量、加工效率、加工零件方式多样性以及工艺发展的要求的不断提升,生产效率低、操作工人劳动强度大、加工精度较低的传统单头钻床已不适用于大批量的产品生产。随着中国经济的快速发展,进入21世纪,我国机床制造业既面临着提升机械制造业水平的需求而引发的制作装备发展的良机,也遭遇到加入WTO后市场激烈的竞争压力。随着工业的发展,产品质量和加工效率的不断提升,数控机床的大量应用也日趋广泛。但将数控机床作为加工孔的专用设备与多轴钻床相比,投入资金就有点得不偿失了。单孔摇臂钻床作为加工孔的通用机床,生产效率低、操作工劳动强度大,已不适用于大批量的成线生产。于是,多轴钻床加工成为一种提高生产率的有效措施。而多轴加工逐渐成为一种新的加工趋势。
多轴钻床俗称多轴器、多孔钻或多轴钻孔器。是一种运用于机械领域钻孔、攻牙的机床设备。可以两轴或两轴以上同时钻孔或攻牙,故称多轴钻床。一台普通的多轴钻床一次能把几个乃至十几个孔或螺纹同时加工出来。如果配上液压或气压装置,可以方便的自动进行快进、工进(工退)、快退、停止等动作,加工效率更高。多轴钻床也称群钻床,一般型号的可以同时钻2-16个孔,而且很多机种都没有轴数限制,钻头主轴形式、尺寸大小也可以依客户之需进行设计加工[9-13]
    如今多轴钻床在生产中的应用已经十分广泛,主要用于工件上多孔的加工。由于普通单轴钻床只有一根主轴, 一次只能加工一个孔,如果要加工多孔的工件,只有通过移动夹具并多次对刀来实现,不仅工人的劳动强度大,而且孔的位置精度低。而多轴钻床不仅效率高,在加工成角度的孔时,角度精确,再与数控相结合更可以保证距离精度[4]多轴钻床广泛应用于机械行业多孔零部件的钻孔及攻丝加工。如汽车、摩托车多孔零部件、发动机箱体、铝铸件壳体、制动鼓、刹车盘、转向器、轮毂、差速壳、轴头、半轴、车桥等,泵类、阀类、液压元件、太阳能配件等等。多轴加工生产效率高,投资少,生产准备周期短,产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展,多轴加工的范围变的愈来愈广,加工效率也在不断提高。
多轴钻床大体分为两种类型:可调式和固定式。
    可调式:适合加工多样不定性孔件,使用范围较广。缺点是精度方面控制有所欠缺,长期使用跑位率相比略高。适合单件加工量不大,长年更换加工件的企业。
    固定式:适合加工单种大批量的工件,缺点是加工范围小,只能加工多孔之间位置固定的工件。适合大批量加工的工件。
本次设计主要研究可调立式双轴钻床,也可以称为可调立式双头钻床,有两个主轴配两把钻头,同时加工同一零件上的两个孔。若要用一台电动机实现两个钻头的同时转动,需要在设计时着重注意传动系统与减速系统的设计。
1.2 本课题解决的问题和设计时主要的工作
    单头钻床是机械行业最通用的设备,主要用于工件上孔的加工。但是传统的单孔钻床在大批量生产时存在许多的不足之处。由于单头钻床只有一根主轴,因此,一次只能加工一个孔。如果要加工多孔的工件, 只有通过移动夹具多次对刀来实现,工人的劳动强度大,生产效率低,很难进行大批量的生产,而且孔的位置精度较低。随着工业的发展,对产品质量、加工效率、加工零件方式多样性以及工艺发展的要求的不断提升,生产效率低、操作工人劳动强度大、加工精度较低的传统单头钻床已不适用于大批量的产品生产,而多轴加工逐渐成为一种新的加工趋势。
    本课题就设计了这么一种双头钻床,这种钻床价格相对低廉,体积小、重量轻、操作方便、可靠性高,且可以同时钻两孔的工作方式大大提高了工作效率,减轻了工作量,提高了工作效率和加工精度。
本课题的主要工作包括以下几个方面:
1. 广泛查阅国内外关于多轴钻床的研究资料,阐述了课题的研究意义,在综述了国内外研究资料和研究目的之后,给出了本文研究的主要内容。
2. 深入研究双头钻床的设计原理,提出多种双头钻床的总体设计方案,进行各功能的求解,通过分析各个方案的优缺点,确定了最优方案。
3.设计双头钻床的整体结构。
4.对钻床整体及各个零件进行尺寸设计并进行校核,合理调整各零件的相对位置,并绘制钻床的装配图和主要零件的零件图。
 2 双头钻床结构设计的总体方案
2.1钻床总体结构
    可调式立式双头钻床主要由床身、工作台、钻头、主传动系统、电机等部分组成。可调式立式双头钻床的设计需要完成以下几个步骤:
1.可调式双头钻头的结构设计:
通过齿轮间的位置转动实现两钻头间距离的可调性。
2.传动系统变速箱的设计:
双轴钻床的主运动为旋转,由主电动机驱动,动力通过皮带轮传递给主轴箱,主轴箱是双轴钻床的主要驱动装置。主运动(旋转)及进给运动同时进行。主轴箱驱动轴的运转由主电机经过交换齿轮来驱动。
3.传动系统驱动电机的选型;
通过将加工工件时所需的转矩折算到电机主轴上,通过电机主轴上的转矩和电机转速算出功率,然后进行电机的筛选。
4.钻头轴向进给系统的设计:
采用滚珠丝杠轴向进给。
5.工作台的横向、纵向的进给系统的设计:
工作台横向、纵向进给:采用滚珠丝杠进给。

 

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