三孔軸承蓋加工工藝及Z525鉆床夾具設(shè)計(jì)

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三孔軸承蓋加工工藝及Z525鉆床夾具設(shè)計(jì) 【摘要】本設(shè)計(jì)主要是關(guān)于普通鉆床改造為多軸鉆床的設(shè)計(jì)及其夾具設(shè)計(jì)。普通鉆床為單軸機(jī)床，但安裝上多軸箱就會(huì)成為多軸的鉆床，改造成多軸鉆床后，能大大地縮短加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。因此本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是多軸箱的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括齒輪分布與選用、軸的設(shè)計(jì)、多軸箱的選用、導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)等。 本次設(shè)計(jì)所選定的夾具方案為采用圓柱面定心夾具（三個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)圓），定位準(zhǔn)確，采用壓板進(jìn)行壓緊，進(jìn)行各種機(jī)械加工，夾緊力穩(wěn)定，能滿足普通精度機(jī)床的要求。 【關(guān)鍵詞】： 多軸鉆床；立式；鉆床；多軸頭；固定；夾具  Three-ring bearing cover machining technology and Z525 drilling fixture design Abstract: The design is about reconstructing the ordinary drill to a multiple drill and fixture design. The ordinary drill is a single drill. It will improve its productive efficiency, shorten its processing time if assembled a multiple spindle case on. That so calls a multiple drill. Hereby, the keystone of this design paper is how to design a multiple spindle heads. The design subjects include the selection and distribution of gear wheel, the design of spindle, and the guiding equipment and selection of the multiple spindle heads, etc. This design of fixture scheme selected for using cylinder centralizer(There points define a circle) .With clamp pressure，all kinds of mechanical processing，clamping force is stable and can meet the requirement of general precision machine tools. Key words: multiple drill; drilling machine；multiple spindles heads; fixture； 目 錄 1 概述 2 1.1 多軸頭的加工應(yīng)用和組成 2 1.2 多軸頭的發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.3 設(shè)計(jì)多軸頭的技術(shù)思路 3 1.4 多軸頭加工趨勢 3 2 工藝設(shè)計(jì) 4 2．1 零件的技術(shù)要求分析 4 2.1.1軸承蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 4 2.1.2零件的技術(shù)要求表 4 2.1.3軸承蓋的作用 4 2.1.4毛坯的選擇 4 2. 2 各表面加工方法確定 5 2．3 工藝路線確定 5 2.3.1各表面加工方法的選擇 5 2.3.2加工階段的劃分 5 2.3.2加工順序的安排 5 2．4 加工余量和工序尺寸確定 7 2．5 設(shè)備及工、卡、量具確定 7 2．6 工時(shí)定額計(jì)算 7 2.6.1 工序1 粗車軸承蓋兩端面 7 2.6.2 工序2粗車軸承蓋和外圓表面 8 2.6.3 工序3 鉆孔 9 2.6.4 工序4 擴(kuò)孔 10 2.6.5 工序5 粗鏜孔 10 2.6.6 工序6 半精鏜孔 10 2.6.7 工序7 半精車軸承蓋和外圓表面 10 2.6.8 工序8 去毛刺，倒角 11 2.6.9 工序9 檢驗(yàn)，裝箱 11 3 多軸頭總體設(shè)計(jì) 12 3.1多軸頭總體布局 12 3.2對多軸頭的要求 12 3.3多軸頭傳動(dòng)方案的確定 13 3.4 定位、導(dǎo)引方案確定 15 3.5 主要參數(shù)確定 15 3.5.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定 16 3.5.2 動(dòng)力參數(shù)確定 17 2.5.3 尺寸參數(shù)確定 18 4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 4.1 齒輪模數(shù)確定 19 4.2 工作軸直徑的確定 19 4.3 傳動(dòng)方式選擇 20 4.4 主動(dòng)軸中心位置的確定 20 4.5 齒輪齒數(shù)確定 21 4.5.1 確定傳動(dòng)比 21 4.5.2 確定各軸上齒輪的齒數(shù) 23 4.5.3 主動(dòng)輪與工作軸齒輪參數(shù)的確定 23 4.5.4 惰輪參數(shù)的確定 24 4.6 結(jié)構(gòu)干涉檢查 25 5 多軸頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 5.1 連接部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 5.2 主動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 5.3 工作軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 5.4 惰輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 5.5 導(dǎo)向部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 5.6 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 6 有關(guān)零件校核 30 6.1 齒輪的校核 30 6.2 軸的驗(yàn)算 31 6.3 軸承的校核 33 7 夾具設(shè)計(jì) 35 7.1 定位裝置設(shè)計(jì) 36 7.1.1 夾具的定位 36 7.1.2 工件的定位 36 7.2 夾緊裝置設(shè)計(jì) 36 7.3 導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì) 36 7.3.1 鉆模結(jié)構(gòu)型式的選擇 37 7.3.2 鉆套型式的選擇 39 結(jié)論 40 致謝 41 參考文獻(xiàn) 43 III 引 言 當(dāng)前，我國中小零部件機(jī)械產(chǎn)業(yè)正處于穩(wěn)步發(fā)展的成熟期，國產(chǎn)零部件機(jī)械國產(chǎn)機(jī)械的技術(shù)水平已經(jīng)接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平，大規(guī)模靠引進(jìn)技術(shù)發(fā)展的時(shí)代已經(jīng)結(jié)束。吸收、學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)的渠道和方法大為增加，自身開發(fā)能力大大提升，大型機(jī)械開發(fā)周期一般不超過一年。 行業(yè)格局發(fā)生很大的變化。一是國外著名的機(jī)械企業(yè)紛紛在中國建廠，改變了機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的結(jié)構(gòu) 。它們的機(jī)械方面具有雄厚的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，代表著世界先進(jìn)水平，今后將會(huì)對中國機(jī)械行業(yè)的生產(chǎn)格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。其在產(chǎn)品開發(fā)、制造及知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等許多方面給中國企業(yè)提供了學(xué)習(xí)的好機(jī)會(huì)。二是國已經(jīng)逐漸取代進(jìn)口設(shè)備成為主力。主要表現(xiàn)如下： 國內(nèi)著名大企業(yè)成功介入機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)，并向多種方向發(fā)展，憑借大廠在經(jīng)驗(yàn)、技術(shù) 、經(jīng)濟(jì)、制造方面的實(shí)力，其機(jī)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，極大的增強(qiáng)了我國機(jī)械行業(yè)的實(shí)力，對中小企業(yè)的發(fā)展也有很大的影響。 多軸頭主要用于快速鉆孔。是目前國內(nèi)剛剛興起的一種提高生產(chǎn)效率、降低成本的工作母機(jī)。隨著國內(nèi)汽配行的發(fā)展，個(gè)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(jī)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(tái)普通的多軸頭加一臺(tái)普通的鉆床就能一次把幾個(gè)乃至十幾二十個(gè)孔或螺紋一次性加工出來。如再配上專用多軸鉆孔機(jī)就能把好幾個(gè)面上的孔或者螺紋一次性加工完成。解決許多工件難以裝夾、定位或者定位不準(zhǔn)的問題。多軸鉆床設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，加工精度高，性能穩(wěn)定，鉆孔能力強(qiáng)，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(shí)間。 齒輪傳動(dòng)多軸頭設(shè)計(jì)是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械課題，對設(shè)計(jì)者的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)要求較高。多軸頭的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是程序性強(qiáng)。我們應(yīng)按照設(shè)計(jì)程序，逐步進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。 1 概述 1.1 多軸頭的加工應(yīng)用和組成 據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過全部工作時(shí)間的15%。其余時(shí)間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測量　以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高85%，但購置費(fèi)用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短加工時(shí)間。不同的加工方法有不同的特點(diǎn)，就鉆削加工而言，多軸加工是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。 雖然不可調(diào)式多軸頭在自動(dòng)線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的多軸加工更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個(gè)ψ20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要842.5小時(shí)，另外還要?jiǎng)澗€工時(shí)151.1小時(shí)。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時(shí)，劃線也簡單，只要1.9小時(shí)。因此，利用數(shù)控控制的二個(gè)坐標(biāo)軸，使刀具正確地對準(zhǔn)加工位置，結(jié)合多軸加工不但可以擴(kuò)大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機(jī)30種箱形與桿形零件的2000多個(gè)鉆孔操作中，有40%可以在自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時(shí)間。1975年法國巴黎機(jī)床展覽會(huì)也反映了多軸加工的使用愈來愈多這一趨勢。 多軸頭由下列三個(gè)部分組成： （1）多軸頭與機(jī)床的連接部件和傳動(dòng)部件，包括法蘭盤和傳動(dòng)桿等。 （2）多軸頭導(dǎo)向部件，如導(dǎo)向套和導(dǎo)柱等。 （3）齒輪傳動(dòng)箱，包括主動(dòng)軸、惰輪軸、工作軸、齒輪、本體、中間板以及上蓋等。 這套多軸動(dòng)力頭裝置與機(jī)床連接是由莫氏3#套錐與立鉆主軸連接，鉆床主軸通過莫氏3#錐套將動(dòng)力傳遞給動(dòng)力頭的主傳動(dòng)軸7然后通過惰輪軸4、5、6將驅(qū)動(dòng)力傳遞給工作軸1、2、3帶動(dòng)鉆頭完成三孔加工。 1.2 多軸頭的發(fā)展現(xiàn)狀 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(jī)。目前我國東北、華北、華南等重工業(yè)較為發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了大批的有競爭力的鉆床生產(chǎn)企業(yè)，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)投放市場。 近十年來，以計(jì)算機(jī)為工具，以有限元為方法，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，形成了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法。從國際范圍來說，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法在近十年來才開始重視起來并得到迅速的發(fā)展?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法雖然發(fā)展歷史很短，但進(jìn)展很快，在各種專用機(jī)械設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)方面都很快得到應(yīng)用，并取得了一定的成果。一批民營中小企業(yè)迅速成長起來，壯大起來，規(guī)模和技術(shù)實(shí)力大增。 我國多軸頭設(shè)計(jì)及制造技術(shù)雖然取得了一定的成就，但與西方機(jī)械產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國家相比較還是有不小的差距，如美國、日本、德國等傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國在鉆床方面的發(fā)展已經(jīng)極為成熟。在工業(yè)生產(chǎn)中多軸頭這種技術(shù)也已普遍利用。此外，在鉆床發(fā)展方向上，國外先進(jìn)技術(shù)也已經(jīng)朝著采用超硬刀具，發(fā)展高效、高速、高精度銑鉆新工藝，裝備CNC數(shù)控銑鉆床的方向發(fā)展。 1.3 設(shè)計(jì)多軸頭的技術(shù)思路 齒輪傳動(dòng)多軸頭設(shè)計(jì)是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械課程，對設(shè)計(jì)者的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)要求較高。多軸頭的涉及特點(diǎn)是程序性強(qiáng)，我們應(yīng)按照設(shè)計(jì)程序，逐步進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。 傳統(tǒng)的鉆孔加工一次只加工一個(gè)孔，也就只需要一根主工作軸，以主軸帶動(dòng)鉆頭完成孔加工。但這次的課題是Z525立式鉆床鉆三孔多軸頭設(shè)計(jì)，多軸頭上要裝三把刀，能夠一次完成三個(gè)孔的加工，就要求有三根工作軸。所以要將這套多軸動(dòng)力頭裝置與機(jī)床以莫氏3#錐套與立鉆主軸連接，鉆床主軸通過莫氏3#錐套將動(dòng)力傳遞動(dòng)力頭的主傳動(dòng)齒輪，然后通過傳動(dòng)軸將驅(qū)動(dòng)力傳遞給輸出軸帶動(dòng)鉆頭完成多孔加工。 在進(jìn)行鉆三孔多軸頭的設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定被加工工件的尺寸，確定要加工的三個(gè)孔的尺寸和相對位置，從而確定主軸和各傳動(dòng)軸的中心距，確定各軸的最小直徑，之后 再相繼確定各傳動(dòng)齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、齒頂、齒根圓直徑等齒輪的詳細(xì)參數(shù)，進(jìn)行軸承的選擇等。最后并對各軸，各齒輪，軸承等各零部件進(jìn)行校核，從而完善設(shè)計(jì)。 1.4 多軸頭加工趨勢 多軸加工生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時(shí)設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸加工的范圍一定會(huì)愈來愈廣，加工效率也會(huì)不斷提高。 2 工藝設(shè)計(jì) 2．1 零件的技術(shù)要求分析: 2.1.1軸承蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 尺寸較小，外形復(fù)雜的殼體零件。還有半圓孔表面，里面同時(shí)有回油環(huán)，回油孔，還有兩個(gè)螺栓連接孔，其位置精度要求較高，兩個(gè)側(cè)面的垂直精度和尺寸精度都高，還需鉆螺紋孔，攻螺紋，雖然外形復(fù)雜，不過加工的面積少。 2.1.2零件的技術(shù)要求表： 加工表面 尺寸及偏差／mm 公差等級 粗糙度／ μm 形位公差／mm 軸承蓋端面 IT12 12.5 軸承蓋外圓表面 IT10 6.3 IT10 6.3 軸承蓋孔內(nèi)表面 IT10 6.3 IT12 12.5 打孔 IT11 12.5 擴(kuò)孔 IT10 6.3 2.1.3軸承蓋的作用： 安裝軸承，承受交變應(yīng)力。 禁止灰塵等異物侵入轉(zhuǎn)動(dòng)體的滾道；保證潤滑劑（潤滑脂）僅對轉(zhuǎn)動(dòng)體和滾道起作用而不溢出。 一定程度上避免曲軸受外力作用而破壞。 2.1.4毛坯的選擇： （1）選擇毛坯 由于該軸承蓋在工作過程中要承受沖擊載荷，為增強(qiáng)強(qiáng)度和沖擊韌度，獲得纖維組織，毛坯選用鑄件。該軸承蓋的輪廓尺寸大，且生產(chǎn)類型屬大批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率和鑄件精度，宜采用模鑄方法制造毛坯，毛坯拔模斜度為5。 （2）確定毛坯的尺寸公差 1．公差等級：由軸承蓋的功能和技術(shù)要求，確定該零件的公差等級為普通級。 2．鑄件件材質(zhì)系數(shù)：由于該軸承蓋材料為HT200。 3．鍛件分模線形狀：根據(jù)該軸承蓋的形位特點(diǎn)，選擇零件方向的對稱平面為分模面，屬于平直分模線。 4．零件表面粗糙度：由零件圖可知，該軸承蓋的各加工表面粗糙度Ra均大于等于6.3μm。 2. 2 各表面加工方法確定 車，銑，鉆，鏜，擴(kuò) 2．3 工藝路線確定 2.3.1各表面加工方法的選擇 加工表面 公差／mm及精度等級 表面粗糙度／ μm 加工方案 軸承蓋兩端面 IT12 12.5 粗車 軸承蓋外圓表面 IT10 6.3 粗車-半精車 軸承蓋孔內(nèi)表面 IT10 6.3 粗鏜-半精鏜 IT12 12.5 粗鏜 打孔 IT11 12.5 鉆 擴(kuò)孔 IT10 6.3 擴(kuò) 2.3.2加工階段的劃分 該輥筒體加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段劃分為粗加工、半精加工和精加工幾個(gè)階段。 2.3.2加工順序的安排 1．機(jī)械加工工序： （1）遵循“先基準(zhǔn)后其它”原則，首先加工精基準(zhǔn)-軸承蓋左堵頭內(nèi)孔φ100f8。 （2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 2．具體方案： 方案一：（1）鑄造 （2）粗車兩端面 （3）鏜孔 （4）鉆孔 （5）擴(kuò)孔 （6）粗車外圓端面 （7）粗車外圓端面 （8）半精車外圓端面 （9）半精車外圓端面 （10）粗鏜內(nèi)圓端面 （11）粗鏜內(nèi)圓端面 （12）半精鏜內(nèi)圓端面 （13）檢驗(yàn)，裝箱 方案二：（1）鑄造 （2）粗車兩端面 （3）粗車外圓端面 （4）粗車外圓端面 （5）鏜孔 （6）鉆孔 （7）擴(kuò)孔 （8）粗鏜內(nèi)圓端面 （9）粗鏜內(nèi)圓端面 （10）半精鏜內(nèi)圓端面 （11）半精車外圓端面 （12）半精車外圓端面 （13）去毛刺，倒角 （14）檢驗(yàn)，裝箱 論證：為使加工出一個(gè)符合零件的技術(shù)要求和裝配要求選取一個(gè)最為合適的方案作出下列論證： 方案一：為了使零件在加工后不發(fā)生應(yīng)力變形，先對零件進(jìn)行鉆孔，然后對其整個(gè)零件進(jìn)行粗加工、精加工，但這樣在對零件整體進(jìn)行加工時(shí)，由于零件體積較大，使加工變得更加復(fù)雜化，且浪費(fèi)時(shí)間。因此，此方案設(shè)計(jì)不合理。 方案二：此方案在同時(shí)進(jìn)行粗加工后，進(jìn)行鉆孔，在焊接后對零件各表面進(jìn)行精加工，即滿足了設(shè)計(jì)要求又節(jié)省了時(shí)間。因此，此方案為最佳方案。 3．工序的集中與分散： 該輥筒體的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可以采用萬用型機(jī)床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運(yùn)用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可縮短輔助時(shí)間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面之間的相對位置精度要求。 2．4 加工余量和工序尺寸確定 加工表面 加工方案 加工余量 精度等級 尺寸及精度 軸承蓋兩端面 粗車 2 IT12 軸承蓋外圓表面 半精車 1.8 IT10 粗車 2.5 IT12 軸承蓋 f10外圓表面 半精車 1.5 IT10 粗車 2.5 IT12 軸承蓋孔內(nèi)表面 半精鏜 1.0 IT10 粗鏜 2.0 IT12 軸承蓋孔內(nèi)表面 粗鏜 2.0 IT12 打孔 鉆 10 IT11 擴(kuò)孔 擴(kuò) 10 IT10 2．5 設(shè)備及工、卡、量具確定： 1、設(shè)備：車床 鏜床 銑床 鉆床 2、工藝裝備：通用、專用車刀、專用鏜刀、專用夾具，YG6鏜刀，YG6硬質(zhì)合金端車刀，擴(kuò)刀，鉗工銼刀，塞規(guī)（檢測孔的大小），，游標(biāo)卡尺等等 2．6 工時(shí)定額計(jì)算 2.6.1 工序1 粗車軸承蓋兩端面 工步一 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =170~240MPa，鑄造;工件尺寸： l=25mm 加工要求：粗車軸兩端面，加工余量2mm; 機(jī)床：C6140車床 刀具：YG6硬質(zhì)合金端車刀。車削寬度ae≤90,深度ap≤6, ,故根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》（后簡稱《簡明手冊》）表3.1，取刀具直徑d0=125mm。根據(jù)《切削用量手冊》（后簡稱《切削手冊》）表3.16，選擇刀具前角γ0＝0后角α0＝8，副后角α0’=10，刃傾角λs=－10,主偏角Kr=60,過渡刃Krε=30,副偏角Kr’=5。 2. 切削用量 （1）確定切削深度ap 因?yàn)橛嗔枯^小，故選擇ap=2mm一次走刀即可完成。 （2）確定每次進(jìn)給量fz 由于本工序?yàn)榇旨庸?，尺寸精度和表面質(zhì)量可不考慮，從而可采用不對稱端車，以提高進(jìn)給量提高加工效率。根據(jù)《切削手冊》表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端車刀加工，機(jī)床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-35，C6140車床） fz=0.6~0.9mm/z 故選擇：fz=0.66mm/z。 （3）確定刀具壽命及磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)《切削手冊》表3.7，車刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于車刀直徑d0=125mm，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)《簡明手冊》表3.8）。 （4）計(jì)算切削速度vc 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.11查?。篤=100m/minNs=1000v/3.14d=1000100/3.14130=245.0r/min 根據(jù)《切削用量簡明手冊》實(shí)際轉(zhuǎn)速為250r/min 故實(shí)際切削速度Vc=3.14d N實(shí)/1000=3.14130250/1000=102.1m/min 工步一粗車上端面的切削用量為：a =2mm，f =0.66mm, n =250r/min, V =102.1m/min。 tm＝L/ nf=(65+1.6)/2500.66=0.40min 工步二粗車下端面的切削用量為：a =2mm，f =0.66mm, n =250r/min, V =102.1m/min。tm =0.2min 2.6.2 工序2粗車軸承蓋外圓表面 1．選擇刀具：與粗車端面刀具相同 2．確定切削用量 （1）確定背吃刀量 半精車外圓，加工余量為2.5mm,一次走刀，asp=2.5/2=1.25mm。 (2)確定進(jìn)給量 由《切削用量簡明手冊》表3—14得f=1.0~1.4mm/r。再由《簡明手冊》表4—1—2查取f =1.02mm/r。 （3）選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度：后刀面磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為0.8~1.0,耐用度為T=60min。 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.11查?。篤=100m/min Ns=1000v/3.14d=1000100/3.14130=245.0r/min根據(jù)《切削用量簡明手冊》實(shí)際轉(zhuǎn)速為250r/min. 故實(shí)際切削速度:Vc=3.14d N實(shí)/1000=3.14130250/1000=102.1m/min 工步一：粗車外圓表面，此工步的切削用量為：a =1.25mm，f =1.02mm/r, n =250r/min, V =102.1m/min。 tm＝L/ nf=(15+2.7)/2501.02=0.12min 工步二：粗車外圓表面，此工步的切削用量為：a =1.25mm，f =0.76, n =320r/min, V =100.5m/min。 tm＝L/ nf=(10+2.7)/1600.67=0.07min 2.6.3 工序3 鉆孔 1．刀具選擇 高速鋼麻花鉆頭，其直徑10mm，雙維修磨橫刃。 2．選擇切削用量 (1)決定進(jìn)給量f <1> 按加工要求決定進(jìn)給量：據(jù)《簡明手冊》鑄鐵的強(qiáng)度小于等于200HBS，d=10mm時(shí)，f=0.47~0.57mm/r 由于l/d=12/9=1.33,所以不用乘孔深修正系數(shù)。 <2> 按鉆頭強(qiáng)度決定進(jìn)給量：據(jù)《簡明手冊》鉆頭強(qiáng)度為640Mpa，d=10mm鉆頭強(qiáng)度允許的進(jìn)給量f=1.0mm/r <3> 按機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度決定進(jìn)給量：據(jù)《簡明手冊》強(qiáng)度小于等于640MPA，d小于等于10.2mm，f=2.25mm/r。 比較可以看出加工要求進(jìn)給量是工藝要求，f=0.47~0.57mm/r，根據(jù)鉆床說明書f=0.48mm/r。 由于是加工通孔，為了避免孔即將通是鉆頭容易斷，故在即將通時(shí)改為手動(dòng)進(jìn)給。 (2）決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和壽命 據(jù)《簡明手冊》，d=10mm，最大磨損量取0.6mm，壽命為35min (3）決定切削速度 強(qiáng)度為200MPA的鑄鐵5類 當(dāng)為5類f=0.27mm/r，雙維修磨橫刃，d=10mm時(shí)據(jù)《簡明手冊》Vt =16m/min 修正系數(shù)為ktv=1.0,kcv=1.0,k1v=0.85,k0v=1.0 V=vtkv=16110.851=13.6m/min n =1000VC/3.14D =100013.6/3.149=481.2r/min 據(jù)《簡明手冊》轉(zhuǎn)床最接近481.2r/min的轉(zhuǎn)數(shù)為545r/min (4）計(jì)算基本工時(shí) tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=15mm. 查《切削手冊》表3. 26，入切量及超切量為：y+Δ=6mm，則：tm＝L/ nf=(15+6)/0.48545=0.08min。 2.6.4 工序4 擴(kuò)孔 1，刀具選擇 擴(kuò)刀，其直徑為11 2，選擇切削用量 2.6.5 工序5 粗鏜孔 工步一：粗鏜孔 機(jī)床：T68臥式鏜床 單邊余量 由《簡明手冊》4.2-20查得取由《簡明手冊》4.2-21查得取 VC= 3.14Dn /1000=3.1470200/1000=43.96m/min計(jì)算切削工時(shí)tm＝L/ nf=(6+2.0)/2000.52=0.08min 工步二：粗鏜孔 機(jī)床：T68臥式鏜床 單邊余量 由《簡明手冊》4.2-20查得取由《簡明手冊》4.2-21查得取 VC= 3.14Dn /1000=3.1485200/1000=53.4m/min計(jì)算切削工時(shí)tm＝L/ nf=(10+2.0)/2000.52=0.12min 2.6.6 工序6 半精鏜孔 機(jī)床：T68臥式鏜床 單邊余量z=0.5mm 由《簡明手冊》4.2-20查得取由《簡明手冊》4.2-21查得取 VC=3.14Dn /1000=3.1470200/1000=43.96m/min計(jì)算切削工時(shí)Tm=L/fm=6+2/2000.52=0.08 2.6.7 工序 7 半精車軸承蓋外圓表面： 1. 加工條件 工件材料：HT200,σb =170~240MPa，鑄造;工件尺寸： l=25mm; 加工要求：半精車外圓表面，加工余量1.8mm; 刀具：車刀形狀，刀桿尺寸都與粗車相同。刀牌型號為YT15, KR =45, KR’ =5, Y0 = 90, a0 =8 2.確定切削用量 （1）確定背吃刀量 半精車外圓，加工余量為1.8mm,一次走刀，asp=1.8/2=0.9mm。 (2)確定進(jìn)給量 由《切削用量簡明手冊》表3—14得f=1.0~1.4mm/r。再由《簡明手冊》表4—1—2查取f =1.02mm/r。 （3）選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度：后刀面磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為0.8~1.0,耐用度為T=60min。 (4)確定切削速度VC 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.11查?。篤=100m/min Ns=1000v/3.14d=1000100/3.14130=245r/min根據(jù)《切削用量簡明手冊》實(shí)際轉(zhuǎn)速為250r/min 故實(shí)際切削速度Vc=3.14d N實(shí)/1000=3.14130250/1000=102.1m/min 工步一：半精車外圓，此工步的切削用量為：a =0.9mm，f =1.02mm/r, n =250r/min, V =102.1m/min。 tm＝L/ nf=(15+2.0)/2501.02=0.07min 工步二：半精車外圓，此工步的切削用量為：a =1.25mm，f =0.76, n =320r/min, V =100.5m/min。 tm＝L/ nf=(10+2.7)/1600.67=0.12min 2.6.8 工序 8 去毛刺，倒角 2.6.9 工序 9 檢驗(yàn)，裝箱 第 43 頁 共 43 頁 3 多軸頭總體設(shè)計(jì) 3.1多軸頭總體布局 在進(jìn)行多軸頭總體布局時(shí)，要遵循簡化傳動(dòng)系統(tǒng)，使多軸頭結(jié)構(gòu)緊湊的原則，進(jìn)行多軸頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。多軸頭的總體布局如下所述： 一個(gè)結(jié)構(gòu)完整的多軸頭，主要包括連接部件、傳動(dòng)部件、箱體、主動(dòng)軸、惰輪軸、工作軸、箱體和導(dǎo)向部件等。 在多軸頭箱體的上部，是多軸頭與機(jī)床的連接部件和傳動(dòng)部件；多軸頭箱體是齒輪傳動(dòng)箱，其中主要包括主動(dòng)軸、惰輪軸、工作軸、齒輪、本體、中間板及上蓋等；而多軸頭的導(dǎo)向部件，主要由導(dǎo)向套和導(dǎo)柱組成，導(dǎo)柱裝在鉆模板上；裝夾被加工工件的夾具地盤與導(dǎo)柱的底座以螺栓相連接。 3.2對多軸頭的要求 1、產(chǎn)品方面應(yīng)明確：工件上被加工孔的直徑、數(shù)目、分布情況、位置精度及工作的材料等。 如本次加工的軸承端蓋（產(chǎn)品圖見圖紙），本產(chǎn)品毛坯為鑄造件，材料為HT190，生產(chǎn)批量：中等批量，要求同時(shí)鉆擴(kuò)三個(gè)孔，這三個(gè)孔均勻分布在半直徑為115mm的圓上。 2、工藝方面應(yīng)明確：工序內(nèi)容（鉆、擴(kuò)） 鉸或攻絲），切削用量（刀具轉(zhuǎn)速、切削速度及刀具每轉(zhuǎn)進(jìn)給量），單件工時(shí)及生產(chǎn)批量等。本次加工的軸承端蓋生產(chǎn)批量：中等批量。 本工藝卡為產(chǎn)品的工藝過程，本產(chǎn)品的重點(diǎn)工序是三個(gè)直徑為11mm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(shí)，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盲孔，都是需要考慮的問題。 我根據(jù)【8】中的表39.3-7查得鑄造余量為4mm，再根據(jù)【9】中的表1-166查得，當(dāng)孔的直徑小于等于20mm，不需鑄造孔。所以本產(chǎn)品不需鑄造孔。 3、機(jī)床方面應(yīng)明確：機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)方向，機(jī)床主軸各級轉(zhuǎn)速，機(jī)床主軸各級進(jìn)給量，機(jī)床額定功率，機(jī)床允許最大軸向進(jìn)給力，機(jī)床主軸端面至工作臺(tái)面的最大及最小距離等。 鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。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(kuò)、锪孔、鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。立式鉆床的主軸箱和工作臺(tái)安置在立柱上，是主軸垂直布置的鉆床。 本次設(shè)計(jì)選用Z525立式鉆床，規(guī)格尺寸如下： 表3.1 Z525立式鉆床相關(guān)規(guī)格尺寸 技術(shù)規(guī)格 型號Z525 最大鉆孔直徑（mm） 25 主軸端面至工作臺(tái)距離(mm) 0-700 主軸端面至底面距離(mm) 750-110 主軸中心至導(dǎo)軌距離(mm) 250 主軸行距(mm) 175 主軸孔莫氏解錐度 3號 主軸最大扭轉(zhuǎn)力矩(N?m) 245.25 主軸進(jìn)給力(N) 8829 主軸轉(zhuǎn)速(r/mm) 97-1360 主軸箱行程(mm) 200 進(jìn)給量(mm/r) 0.1-0.8 工作臺(tái)行程(mm) 325 工作臺(tái)工作面積(mm2) 500Ｘ375 主電動(dòng)機(jī)功率(kw) 2.8 3.3多軸頭傳動(dòng)方案的確定 多軸頭架的傳動(dòng)原理是通過齒輪嚙合增加鉆削軸的軸數(shù)，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(zhuǎn)向沒變，但由于齒輪分支傳動(dòng)，變成多根輸出軸。 本次設(shè)計(jì)的是鉆三孔多軸頭，要求能夠同時(shí)加工軸承端蓋上的三個(gè)孔。因此一根機(jī)床主軸要能同時(shí)帶動(dòng)三個(gè)工作軸進(jìn)行三孔的加工，又因?yàn)榉聪驘o進(jìn)給力，因此要在主動(dòng)輪和工作輪之間加個(gè)惰輪以改變方向。 根據(jù)該設(shè)計(jì)思路初步確定了如下圖所示的兩種傳動(dòng)方案： 方案一： 圖3.1 傳動(dòng)方式一 該方案是一個(gè)主傳動(dòng)齒輪同時(shí)帶動(dòng)三個(gè)惰輪，每一惰輪都同時(shí)與主傳動(dòng)齒輪和一工作齒輪相嚙合，主動(dòng)輪、惰輪、工作齒輪三者的圓心不在同一條直線上。每根惰輪軸帶動(dòng)一根工作軸，三根惰輪軸帶動(dòng)三根工作軸進(jìn)行三孔的同時(shí)加工。 方案二： 圖3.2 傳動(dòng)方式二 該方案中，主傳動(dòng)齒輪與一個(gè)惰輪嚙合，該惰輪與中心位置另一個(gè)惰輪是固連在一起的，中心惰輪與三個(gè)工作齒輪相嚙合，主傳動(dòng)軸通過兩個(gè)固連惰輪軸帶動(dòng)三根工作軸同時(shí)進(jìn)行三孔的加工。 經(jīng)分析比較后，由于被加工的工件的三個(gè)孔之間的距離尺寸較小，發(fā)現(xiàn)方案二無法實(shí)現(xiàn)單層傳動(dòng)，采用多層傳動(dòng)則浪費(fèi)空間；而方案一可以實(shí)現(xiàn)單層傳動(dòng)，比較節(jié)省空間，因此最終選定方案一。 3.4 定位、導(dǎo)引方案確定 多軸頭定位在機(jī)床的工作臺(tái)上，將導(dǎo)柱襯套和襯套底板鑄為一體，將底板表面粗糙度加工到可以和工作臺(tái)表面配合，然后用螺釘緊固在工作臺(tái)上。 多軸頭的導(dǎo)引部件主要由導(dǎo)柱和導(dǎo)柱襯套組成，還有其他一些零部件。它的作用是使多軸頭工作平穩(wěn)，并與夾具保持正確位置。導(dǎo)向套一般裝在多軸頭的中間板上，導(dǎo)柱的安裝形式較多，現(xiàn)列出以下兩種方案進(jìn)行分析比較： 方案一： 在多軸頭中間板上安裝四根導(dǎo)柱，在多軸頭的兩側(cè)和前后各一根，用四根導(dǎo)柱來保證多軸頭的導(dǎo)向性良好。 但由于四根導(dǎo)柱占用的空間較大，位于多軸頭后方的一根可能受機(jī)床立柱的影響而不方便安裝，而且不方便鉆模板的安裝（旋轉(zhuǎn)式和翻轉(zhuǎn)式都要占用較大的空間，在此只能選用懸浮式鉆模板）。因此若多軸頭本身體積不大，盡量不采用四根導(dǎo)柱的型式。 方案二： 在中間板上安裝兩根導(dǎo)柱，分別位于多軸頭的兩側(cè)。為使在鉆削加工孔時(shí)機(jī)床的導(dǎo)向性良好，應(yīng)設(shè)計(jì)鉆模板，使鉆削孔時(shí)孔的位置精度得到良好的保證。將導(dǎo)柱裝在鉆模板上。當(dāng)多軸頭工作時(shí)，導(dǎo)柱插入裝于夾具上的導(dǎo)向套內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)型式使鉆模板成為懸浮式，可用來向下壓緊工件。 除此之外，鉆模板還分為旋轉(zhuǎn)式和翻轉(zhuǎn)式，但因?yàn)檫@兩種鉆模板的型式都比懸浮式所占用的空間大，而且每次更換工件時(shí)，都需要手動(dòng)操作將鉆模板移開，操作不夠簡便，而懸浮式的鉆模板可隨多軸頭導(dǎo)柱一起上下移動(dòng)，節(jié)省空間且操作簡便，因此最終選定的導(dǎo)向部件的設(shè)計(jì)方案為第二種。 3.5 主要參數(shù)確定 在齒輪傳動(dòng)多軸頭設(shè)計(jì)中，要確定一系列的參數(shù)，其中主要包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定，動(dòng)力參數(shù)的確定以及尺寸參數(shù)的確定。多軸頭各主要參數(shù)的確定詳細(xì)步驟如下所述。 3.5.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定 切削速度的計(jì)算公式（m/min） 式3—1 查《機(jī)械工藝師手冊》，得上式中各參數(shù)值，如下： ——切削速度影響因數(shù)； ——刀具直徑； ——轉(zhuǎn)矩 ——標(biāo)準(zhǔn)切削深度； ——機(jī)床進(jìn)給量；. ——切削速度修正系數(shù)； 、、、——切削速度影響系數(shù) 轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式： 式3—2 查《機(jī)械工藝師手冊》，得出上式中各參數(shù)的值，如下 ——轉(zhuǎn)矩影響因數(shù)； ——轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)； 、——轉(zhuǎn)矩影響系數(shù)；， 功率計(jì)算公式： 式3—3 軸向力計(jì)算公式： 式3—4 式中：——軸向力影響因數(shù) ——軸向力修正系數(shù) 、——軸向力影響系數(shù) 因此： （m/min） （r/min） 根據(jù)Z525機(jī)床說明書，取 （kw） （N） 3.5.2 動(dòng)力參數(shù)確定 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(jī)床允許的最大軸向力和機(jī)床的額定功率。核算公式如下： 式3—5 式3—6 式中：P——多軸頭各工作軸消耗的功率的總和； 、——多軸頭每個(gè)工作軸消耗的功率 ——機(jī)床的額定功率 ——多軸頭各工作軸軸向力的總和 、——各工作軸的軸向力 ——機(jī)床允許的最大軸向力6 首先，計(jì)算每個(gè)工作軸的軸向力（）： (N) 因?yàn)槊總€(gè)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Z525機(jī)床說明書，機(jī)床主軸最大進(jìn)給抗力為=9000(N)，主電機(jī)功率=2.8(kw)。 核對可知：，滿足設(shè)計(jì)要求。 2.5.3 尺寸參數(shù)確定 由于被加工工件的尺寸較小，因此在確定多軸頭尺寸參數(shù)時(shí)，初步選定尺寸最小的長方形箱體 300240 mm。但是否可以采用，需經(jīng)過后面?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)方案的確定，齒輪參數(shù)的計(jì)算，以及坐標(biāo)計(jì)算等來確定該類箱體是否可用。 4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是多軸頭設(shè)計(jì)的核心部分。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得好，可使多軸頭的結(jié)構(gòu)緊湊，各個(gè)軸的受力情況良好，從而減小齒輪、軸和軸承的磨損，延長多軸頭的使用壽命。 多軸頭的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)一般是定軸輪系，多軸頭齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，其內(nèi)容包括：齒輪模數(shù)和工作軸直徑的確定，傳動(dòng)方式的選擇，主動(dòng)軸中心位置的確定，傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)圖的坐標(biāo)計(jì)算與繪制等。 4.1 齒輪模數(shù)確定 在一般齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，齒輪模數(shù)是按齒輪的抗彎強(qiáng)度和齒面疲勞強(qiáng)度計(jì)算的，然后經(jīng)過試驗(yàn)確定。但是由于齒輪傳動(dòng)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(yàn)，在《齒輪傳動(dòng)多軸頭設(shè)計(jì)》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《齒輪傳動(dòng)多軸頭設(shè)計(jì)》所介紹的齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)加工孔徑，按表1查得齒輪模數(shù)，此表查得的模數(shù)為主動(dòng)輪的模數(shù)，每個(gè)主動(dòng)齒輪可帶動(dòng)四根工作軸。 表4.1 加工孔徑與模數(shù) 加工孔徑 <8 8~15 15~20 模數(shù) 1.5~2 2~2.5 2.5~3 從中查得：主動(dòng)輪的模數(shù)m＝2 4.2 工作軸直徑的確定 因?yàn)樗x定的Z525立式鉆床主軸是左旋，所以工作軸也為左旋，而惰輪軸則為右旋。 根據(jù)表3-2確定工作軸直徑 表4.2 加工孔徑與工作軸直徑 加工孔徑 ＜12 12－16 16－20 工作軸直徑 15 20 25 因?yàn)榧庸た讖綖椐?0mm，工作軸直徑為15mm 4.3 傳動(dòng)方式選擇 齒輪傳動(dòng)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0.2～0.3mm），這樣便于用圖解法核對所計(jì)算的坐標(biāo)尺寸。 在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)圖中應(yīng)清晰的表明：齒輪的傳動(dòng)方式，各齒輪的齒數(shù)及模數(shù)，主動(dòng)軸及工作軸的旋轉(zhuǎn)方向，齒輪層數(shù)（對兩層以上）。同時(shí)在圖旁注明：工作軸每分鐘轉(zhuǎn)速、工作軸每分鐘進(jìn)給量及傳動(dòng)比等。 下面列出各種傳動(dòng)類型，以供參考。 （1）按齒輪組合形式分 按齒輪組合形式分有如下兩種形式： A、單式傳動(dòng)，即每個(gè)軸上只有一個(gè)齒輪與其他齒輪嚙合傳動(dòng)。 B、復(fù)式傳動(dòng)，即每個(gè)軸櫖上有兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)齒輪與其他齒輪嚙合，分成兩層、三層及多層傳動(dòng)，稱為二級、三級及多級傳動(dòng)。 （2）按齒輪傳動(dòng)方式分 A、外嚙合傳動(dòng)。 外嚙合傳動(dòng)有如下幾種傳動(dòng)分布形式：工作軸成長方形分布的；工作軸成“一”字形分布的；工作軸成框形分布的；工作軸成“八”字形分布的；工作軸成圓形分布的；工作軸成環(huán)形分布的。 B、內(nèi)嚙合傳動(dòng)。 C、內(nèi)嚙合與外嚙合聯(lián)合傳動(dòng)。 （3）按工作軸布置情況分 按工作軸布置情況可分為規(guī)則分布和不規(guī)則分布的。而根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，最終確定的方案為單級外嚙合傳動(dòng)，且工作軸呈環(huán)形均勻分布。 4.4 主動(dòng)軸中心位置的確定 從多軸頭平穩(wěn)性方面考慮，主動(dòng)軸中心應(yīng)與各工作軸所受軸向力的合力作用點(diǎn)重合。此時(shí)，機(jī)床主軸與多軸頭本身均不受彎曲力矩。 對于加工孔對稱分布的多軸頭，使主動(dòng)軸中心既與壓力中心重合，又與多軸頭本體的幾何心中重合，是比較容易做到的。 對于加工孔不對稱分布的，或同時(shí)加工不同孔徑的，或同時(shí)進(jìn)行鉆、擴(kuò)，鉸等多工序加工的多軸頭，壓力中心往往偏向某些孔。此時(shí)，若只是考慮主動(dòng)軸與力中心重合，將會(huì)造成齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)布置困難，及多軸頭本體對主動(dòng)軸中心不對稱等缺點(diǎn)。所以在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常采取如下處理辦法：如果多軸頭與機(jī)床的連接是法蘭盤式的，則壓力中心不應(yīng)超出法蘭盤的半徑。但由于結(jié)構(gòu)要求，主動(dòng)軸的中心不得不遠(yuǎn)離壓力中心時(shí)，應(yīng)采用較粗的導(dǎo)柱，或使多軸頭與機(jī)床主軸箱作固定式的連接。 本次設(shè)計(jì)的是加工孔對稱分布的多軸頭，所以主動(dòng)軸中心既與壓力中心重合，又與多軸頭本體的幾何中心重合。 4.5 齒輪齒數(shù)確定 4.5.1確定傳動(dòng)比 （1） 確定傳動(dòng)比的原則 要保證工藝對工作軸所提出的轉(zhuǎn)速、切削速度及每轉(zhuǎn)進(jìn)給量的要求。本設(shè)計(jì)的齒輪，外嚙合傳動(dòng)比一般應(yīng)不大于2.5，最好等于1。應(yīng)盡可能不選最高一級或最低一級的機(jī)床轉(zhuǎn)速，以便給工藝上的更改留有余地。攻絲多軸頭的工作軸的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量必須與絲錐的螺距相等。 （2）傳動(dòng)比的計(jì)算公式及其確定方法 傳動(dòng)比的計(jì)算公式 單式傳動(dòng)： 式4—1 復(fù)式二級傳動(dòng)： 式4—2 復(fù)式三級傳動(dòng)： 式4—3 式中：——主動(dòng)軸對第N根對工作軸的傳動(dòng)比 ——第N根對工作軸的轉(zhuǎn)速（r/min） ——主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速（r/min） ——主動(dòng)軸上齒輪的齒數(shù) 、 、 、 ——惰輪的齒數(shù) ——第N根對工作軸上齒輪的齒數(shù) 鉆孔多軸頭傳動(dòng)比的確定方法 鉆孔多軸頭是按對工作軸轉(zhuǎn)速初步確定的，然后驗(yàn)算對工作軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，最后確定可行的傳動(dòng)比。工作軸轉(zhuǎn)速是按工藝要求確定的。主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速即為機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，我們可以從機(jī)床主軸各級轉(zhuǎn)速中，選擇與對工作軸轉(zhuǎn)速相接近的作為主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，然后計(jì)算傳動(dòng)比。 當(dāng)傳動(dòng)比初步確定后，可按照工藝規(guī)定的對工作軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量得出主動(dòng)軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。再以機(jī)床主軸各級進(jìn)給量中選取與計(jì)算值相近的一級作為主動(dòng)軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。然后，再按所選取的主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量得出對工作軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。這時(shí)，比較計(jì)算后的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量與工藝規(guī)定的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量之值是否相近，此外，還要從工藝方面考慮，按計(jì)算后的對工作軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量進(jìn)行加工是否可行，若不行，還要重新確定傳動(dòng)比。 上述所確定的傳動(dòng)比是理論值，當(dāng)主動(dòng)軸與對工作軸齒輪的齒數(shù)確定之后，按此數(shù)計(jì)算出來的傳動(dòng)比是實(shí)際值。傳動(dòng)比的理論值與實(shí)際理論值相差很小，鉆孔多軸頭可忽略不計(jì)。 在本次設(shè)計(jì)中，工藝確定工作軸的轉(zhuǎn)速n=960（r/min），Z525機(jī)床主軸的各級轉(zhuǎn)速中與其相接近的轉(zhuǎn)速為(r/min)： (mm) 從機(jī)床主軸各級進(jìn)給量中選取相接近的一級，即為0.12(mm/r)。 與工藝給定的工作軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量0.12mm/r相近似，所以，傳動(dòng)比確定為1。 4.5.2確定各軸上齒輪的齒數(shù) 在多軸頭傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，各軸上齒輪的齒數(shù)一般不是按照中心距、模數(shù)等已知條件計(jì)算出來的，因?yàn)槎噍S頭的對工作軸相互位置往往距離較近，有的分布還不規(guī)則，為保持對工作軸與主動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)方向相同，要通過惰輪，而惰輪的位置一般不是已經(jīng)確定的，通常是通過反復(fù)作圖與計(jì)算相結(jié)合的方法來確定。 各軸上齒輪的齒數(shù)確定方法介紹如下： 主動(dòng)軸和工作軸上齒輪的齒數(shù)可按傳動(dòng)比進(jìn)行分配。首先給定較小齒輪的齒數(shù)，即：當(dāng)時(shí)，現(xiàn)給定工作軸上齒輪的齒數(shù)；當(dāng)時(shí)，現(xiàn)給定主動(dòng)軸上齒輪的齒數(shù)。然后按傳動(dòng)比求出另一個(gè)齒輪的齒數(shù)。初步確定齒數(shù)時(shí)，還必須檢查主動(dòng)軸上齒輪的尺寸是否足夠大，因?yàn)橹鲃?dòng)輪的直徑比較大，如果主動(dòng)輪上齒輪的齒數(shù)過少，就保證不了厚度。 4.5.3主動(dòng)輪與工作軸齒輪參數(shù)的確定 取主動(dòng)輪分度圓的直徑為： （mm） 選工作軸齒輪齒數(shù)和主動(dòng)輪齒數(shù)為： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 基圓直徑： 齒距： 基圓齒距： 齒厚： 齒槽寬： 頂隙： 4.5.4惰輪參數(shù)的確定 根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)圖確定了惰輪的位置，惰輪軸與工作軸的中心距均為： 選定惰輪軸的直徑為： 因此取惰輪軸的齒數(shù)為： 分度圓直徑為： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 基圓直徑： 齒距： 基圓齒距： 齒厚： 齒槽寬： 頂隙： 4.6 結(jié)構(gòu)干涉檢查 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)圖主要表示了各軸上齒輪之間的傳動(dòng)關(guān)系。同時(shí)也表示了個(gè)齒輪之間的徑向位置關(guān)系。但由于在傳動(dòng)系統(tǒng)圖中，齒輪是以分度圓表示的，不能完全反映出結(jié)構(gòu)上的互相位置關(guān)系。所以，當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)完后，應(yīng)檢查結(jié)構(gòu)上是否會(huì)發(fā)生干涉。如有干涉現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)修改傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或訂出結(jié)構(gòu)上的處理方法，以免在總圖設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問題過晚，造成設(shè)計(jì)上的返工現(xiàn)象。 在傳動(dòng)系統(tǒng)中，有的由于軸距較近，使兩個(gè)互不相嚙合的齒輪的齒頂圓可能發(fā)生干涉。這種干涉現(xiàn)象很容易檢查，只要計(jì)算出齒頂圓直徑，通過作圖就可以檢查出來。 在本次設(shè)計(jì)中，齒頂圓是否干涉的檢查如下圖所示： 圖4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)干涉圖 如圖所示，該結(jié)構(gòu)齒輪齒頂圓均未發(fā)生干涉，此方案可行。 5 多軸頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1 連接部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 連接部件和傳動(dòng)部件起兩個(gè)作用：一是保證多軸頭與機(jī)床主軸連成一體，并作上下運(yùn)動(dòng)；而是保證多軸頭的主動(dòng)軸隨機(jī)床主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并傳遞扭矩。連接部件和傳動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)式較多，常用的有以下幾種： 第一種結(jié)構(gòu)是利用法蘭盤連接的，它的一端與多軸頭本體連接，另一端通過圓環(huán)夾固在機(jī)床主軸套上，主軸套帶動(dòng)多軸頭上下運(yùn)動(dòng)。主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)傳動(dòng)桿傳遞給多軸頭主動(dòng)軸。這種結(jié)構(gòu)型式裝拆較為方便，結(jié)構(gòu)簡單，已廣為采用。但其缺點(diǎn)是高度較高。 第二種結(jié)構(gòu)也是利用法蘭盤連接的，但機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不是利用傳動(dòng)桿傳遞的，而是鍵傳遞的，所以減小了高度方向的尺寸，其缺點(diǎn)是比前一種裝卸較為復(fù)雜。 第三種結(jié)構(gòu)是利用一個(gè)吊架與多軸頭上蓋連接，固定在吊架上的法蘭盤用螺栓緊固在機(jī)床主軸箱上。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過鍵傳遞給多軸頭的主動(dòng)軸。這種連接形式一般用在大型立式鉆床上。 第四種結(jié)構(gòu)是利用主動(dòng)軸上的莫氏錐柄與機(jī)床主軸孔連接，由楔鐵帶動(dòng)。這種連接型式裝拆多軸頭方便，適用于一臺(tái)機(jī)床上使用幾種多軸頭，經(jīng)常更換的情況。 本次設(shè)計(jì)的多軸頭的接部件和傳動(dòng)部件：連接部件由連接法蘭盤、定心環(huán)組成；傳動(dòng)部件是傳動(dòng)桿。選定的為上述方案中的方案一。 這套多軸動(dòng)力頭裝置與機(jī)床連接是由莫氏3 #錐套與立鉆主軸連接，鉆床主軸通過莫氏3 #錐套將動(dòng)力傳遞給動(dòng)力頭的主傳動(dòng)齒輪。然后通過傳動(dòng)軸將驅(qū)動(dòng)力傳遞給輸出軸帶動(dòng)鉆頭完成多孔加工。 5.2 主動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)按單層工作軸來選取 處的軸頸裝配齒輪，和軸頸處裝配深溝球軸承，主軸頂端 Φ35mm處裝配莫氏錐柄，后以法蘭、連接管、連接環(huán)等與機(jī)床主軸連接。 5.3 工作軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 用于單層傳動(dòng)的工作軸結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖5.1 工作軸 其中，軸頸為Φ20mm處裝配工作軸齒輪止推軸承、止推軸承襯套及深溝球軸承， 軸頸為Φ18mm處為M18的螺紋，M18的螺母裝配以固定工作軸的位置。 5.4 惰輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 惰輪軸的結(jié)構(gòu)型式，按主動(dòng)軸和工作軸的結(jié)構(gòu)型式選取，其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖5.2 惰輪軸 其中，軸的中心軸頸為Φ12 mm處與惰輪裝配，軸頸為Φ10 mm處與軸承裝配。 5.5 導(dǎo)向部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 多軸頭的導(dǎo)向部件主要由導(dǎo)柱和導(dǎo)柱襯套組成，還有其他一些零部件。它的作用是使多軸頭工作平穩(wěn)，并與夾具保持正確位置。導(dǎo)向套一般裝在多軸頭的中間板上，導(dǎo)柱的安裝形式較多，常見的有以下幾種結(jié)構(gòu)型式： ⑴ 導(dǎo)柱裝在固定于機(jī)床上的導(dǎo)柱支架上。當(dāng)利用幾個(gè)多軸頭，在同一機(jī)床上加工幾種產(chǎn)品時(shí)，采用這種導(dǎo)向型式較為方便。同時(shí)，還能使夾具結(jié)構(gòu)緊湊，工作臺(tái)面整潔，便于操作和清屑等。因此應(yīng)用較廣泛。 ⑵ 導(dǎo)柱裝在鉆模板上。當(dāng)多軸頭工作時(shí)，導(dǎo)柱插入裝于夾具上的導(dǎo)向套內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)型式使鉆模板成為懸浮式，可用來向下壓緊工件。 在本次設(shè)計(jì)中，由于只加工軸承端蓋這一種工件，因此最終選定的導(dǎo)向部件的設(shè)計(jì)方案為第二種。 5.6 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 多軸頭箱體由蓋、中間板和本體組成。箱體有圓形和長方形兩種，內(nèi)嚙合傳動(dòng)多用圓形的箱體，外嚙合傳動(dòng)多用長方形的箱體。在空間允許的情況下，外嚙合傳動(dòng)也可以用圓形的。 圓形箱體最大為 Φ480 mm，最小為Φ190 mm。長方形箱體最大為600480 mm，最小為240190mm。中間板也有與箱體外形和尺寸相適應(yīng)的規(guī)格配套。 本體的高度尺寸是按允許傳動(dòng)層數(shù)為三層設(shè)計(jì)的。為適應(yīng)不同傳動(dòng)層數(shù)的需要，長方形的蓋和本體分為高低兩種，高蓋得工作空間高度為58 mm，低本體的工作空間高度為48 mm。使用與單層傳動(dòng)。圓形箱體中，高蓋的工作空間高度為58 mm，底蓋為10 mm。本體只有一種，工作空間高度為48 mm。 內(nèi)嚙合傳動(dòng)多用高蓋。外嚙合傳動(dòng)中，單層的用底蓋與低本體組合；雙層的用底蓋與高本體組合；三層的用高蓋與高本體組合。 中間板有兩種厚度尺寸，一種是23 mm，一種是28 mm。按多軸頭各工作軸所承受的總軸向力的大小選用。 在本次設(shè)計(jì)中，由于確定的傳動(dòng)方式是單層外嚙合傳動(dòng)，因此選定的多軸頭箱體為長方形箱體，用底蓋與低本體組合，采用厚度為23 mm 的中間板。 6 有關(guān)零件校核 在多軸頭設(shè)計(jì)中，齒輪、軸和軸承均需要進(jìn)行驗(yàn)算，以下為各零部件的分析驗(yàn)算的詳細(xì)步驟。 6.1 齒輪的校核 （1）多軸頭齒輪的受力分析： 圓周力： （N） 徑向力： （N） 法向載荷： （N） 單位長度上的平均載荷： （N/mm） 計(jì)算載荷： 式6—1 載荷系數(shù)： 式6—2 式中：——使用系數(shù) ——?jiǎng)虞d系數(shù) ——齒間載荷分配系數(shù) ——齒向載荷分配系數(shù) 查表可得： 則計(jì)算載荷為： ( N/mm) （2）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算： MPa Mpa 滿足設(shè)計(jì)要求。