毕业设计(论文)-普通钻床改造为多轴钻床的设计.doc
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1、南通纺织职业技术学院毕业设计(论文) 1 目 录 摘要 关键词 1 前 言 2 1 绪 纶 3 1.1 多轴加工应用 3 1.2 多轴加工的设备 3 1.3 多轴加工的趋势 3 2 普通钻床改为多轴钻床 3 2.1 生产任务 3 2.2 普通立式钻的选型 3 3 多轴齿轮传动箱的设计 5 3.1 设计前的准备 5 3.2 动系统设计与计算6 4 多轴箱的结构设计与零部件图的绘制 7 4.1 箱盖、箱体和中间板结构 7 4.2 多轴箱轴的设计 7 4.3 轴坐标计算 14 5 导向装置的设计 15 6 接杆刀具 15 结论 16 致谢 17 参考文献 21 附 图21 南通纺织职业技术学院毕业设
2、计(论文) 2 摘要:本设计是关于普通钻床改造为多轴钻床的设计。普通钻床为单轴机床,但安装上 多轴箱就会成为多轴的钻床,改造成多轴钻床后,能大大地缩短加工时间,提高生产效 率。因此本设计的重点是多轴箱的设计,设计内容包括齿轮分布与选用、轴的设计、多 轴箱的选用、导向装置设计等。而多轴加工是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许 多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间,提高精度,减少装夹或定位 时间,并且在数控机床中不必计算坐标,减少字块数而简化编程。根据成组加工原理使 用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产。多轴钻床这是一种能满足多轴加 工要求的钻床为了中小批量生产合理化的需
3、要,最近几年发展了自动更换主轴箱组合机 床它可以自动更换主轴机床顶部是回转式主轴箱库,挂有多个不可调主轴箱。 关键词:关键词: 多轴钻床;生产效率;多轴箱 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文) 3 前言 本次所设计论文的方案就跟这方面有关,是将普通钻床改为多轴钻床,普通钻床为单轴 机床,但安装上多轴箱就会成为多轴的钻床,改造成多轴钻床后,能大大地缩短加工时 间,提高生产效率,并能达到以下目标要点:1、工件装夹简单,有足够的冷却液冲走铁 屑。2、夹具刚性好,加工时不形变,分度定位正确。3、使用二组刀具的可能性,以便 一组使用,另一组刃磨与调整,从而缩短换刀停机时间。4、使用优质刀具,监视刀具是
4、否变钝,钻头要机磨。5、尺寸超差时能立即发现。毕业设计论文是专科生培养方案中的 重要环节。学生通过毕业论文,综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题, 在作毕业论文的过程中,所学知识得到疏理和运用,它既是一次检阅,又是一次锻炼。 不少学生在作完毕业设计后,感到自己的实践动手、动笔能力得到锻炼,增强了即将跨 入社会去竞争,去创造的自信心。 毕业设计论文是专科学生在校学习期间最后一个综合性教学环节,目的是培养学生 综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能,分析与解决实际问题的能力,使学生 得到科学研究与科技开发的初步训练,综合检验学生所学知识和技能,以完成学生从学 习岗位到工作岗位的初步过
5、渡。 毕业设计论文教学是注重培养学生独立工作能力和创造力,培养学生在设计论文中 具有全局观点、经济观点及注重社会效益,同时培养学生具有高尚的思想品质、严谨的 科学态度、虚心好学协同工作的优良作风。毕业设计论文教学环节是一个综合训练的环 节,对学生的成长及适应社会需要具有深刻影响。 就我个人而言,我希望能通过这次毕业设计对自己从事的工作进行更深刻的了解, 从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。 由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指教。 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文) 4 1 绪 论 1.1 多轴加工应用 据统计,一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的 1
6、5%。其余 时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量 以及清除铁屑等等。使用数控机 床虽然能提高 85%,但购置费用大。某些情况下,即使生产率高,但加工相同的零件,其 成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点, 就钻削加工而言,多轴加工是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。 1.1.1 多轴加工的优势 虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用,但只局限于大批量生产。即使采用可调 式多轴头扩大了使用范围,仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的 发展,大型复杂的多轴加工更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板 有 15000 个
7、20 孔,若以摇臂钻床加工,单单钻孔与锪沉头孔就要 842.5 小时,另外还 要划线工时 151.1 小时。但若以数控八轴落地钻床加工,钻锪孔只要 171.6 小时,划线 也简单,只要 1.9 小时。因此,利用数控控制的二个坐标轴,使刀具正确地对准加工位 置,结合多轴加工不但可以扩大加工范围,而且在提高精度的基础上还能大大地提高工 效,迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30 种箱形与杆形零件 的 2000 多个钻孔操作中,有 40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴 头加工,平均可减少 20%的加工时间。1975 年法国巴黎机床展览会也反映了多轴加工的 使用
8、愈来愈多这一趋势。 1.2 多轴加工的设备 多轴加工是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一 个孔。这不仅缩短切削时间,提高精度,减少装夹或定位时间,并且在数控机床中不必 计算坐标,减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工:立钻或摇臂钻 上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能 自动调节轴距的主轴或多轴箱,结合数控工作台纵横二个方向的运动,加工各种圆形或 椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。 1.2.1 多轴头 从传动方式来说主要有齿轮传动与万 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文) 5 向联轴节传动二种
9、。这是大家所熟悉的。前者效率较高,结构简单,后者易于调整轴距。 从结构来说有不可调式与可调式二种。前者轴距 不能改变,多采用齿轮传动,仅适用 于大批量生产。为了扩大其赞许适应性,发展了可调式多轴头,在一定范围内可调整轴 距。它主要装在有万向.二种。 (1)万向轴式也有二种:具有对准装置的主轴。主轴装在可调支架中,而可调支架 能在壳体的 T 形槽中移动,并能在对准的位置以螺栓固定。 (2)具有公差的圆柱形主轴套。主轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适 用于批量小且孔组是规则分布的工件(如孔组分布在不同直径的圆周上) 。后一种适用于 批量较大式中小批量的轮番生产中,刚性较好,孔距精度亦高,但
10、不同孔型需要不同的 模板。多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上,按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这 种多轴加工方法,由于钻孔效率、加工范围及精度的关系,使用范围有限。 1.2.2 多轴箱 根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产。为了在 加工中获得良好的效果,必需考虑以下数点: (1)工件装夹简单,有足够的冷却液冲走铁屑。 (2)夹具刚性好,加工时不形变,分度定位正确。 (3)使用二组刀具的可能性,以便一组使用,另一组刃磨与调整,从而缩短换刀停 机时间。 (4)使用优质刀具,监视刀具是否变钝,钻头要机磨。 (5)尺寸超差时能立即发现。 1.2.3 多轴钻床 这是一种能满足
11、多轴加工要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。 巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进与清除铁屑 等都是自动进行。值得注意的是,多数具有单独的变速机构,这样可以适应某一组孔中 不同孔径的加工需要。 1.2.4 自动更换主轴箱机床 为了中小批量生产合理化的需要,最近几年发展了自动更换主轴箱组合机床。 (1) 自动更换主轴机床 自动更换主轴机床顶部是回转式主轴箱库,挂有多个不可调主轴箱。纵横配线盘予 先编好工作程序,使相应的主轴箱进入加工工位,定位紧并与动力联接,然后装有工件 的工作台转动到主轴箱下面,向上移动进行加工。当变更加工对象时,只要调换悬挂的 南
12、通纺织职业技术学院毕业设计(论文) 6 主轴箱,就能适应不同孔型与不同工序的需要。 (2) 多轴转塔机床 转塔上装置多个不可调或万向联轴节主轴箱,转塔能自动转位,并对夹紧在回转工 作台的工件作进给运动。通过工作台回转,可以加工工件的多个面。因为转塔不宜过大, 故它的工位数一般不超过 46 个。且主轴箱也不宜过大。当加工对象的工序较多、尺寸 较大时,就不如自动更换主轴箱机床合适,但它的结构简单。 (3) 自动更换主轴箱组合机床 它由自动线或组合机床中的标准部件组成。不可调多轴箱与动力箱按置在水平底座 上,主轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。主轴箱库转动与进给动作都按 标准子程序工作。换
13、主轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台,以便加工 工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置,就能合流水生产自动化。在可变生产系 统中采用这种装置,并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。 (4) 数控八轴落地钻床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达 15000 个,它与支撑板联接在一起加工。孔径为 20 毫米,孔深 180 毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻,57 巴压力的冷却液可直接进 入切削区,有利于排屑。钻尖磨成 90供自动 定心。它比普通麻花钻耐用,且进给量 大。为了缩短加工时间,以 8 轴数控落地加工。 1.3 多轴加工趋势 多轴加工生产效率高,投资少,生产准备周期短,产品改型
14、时设备损失少。而且随 着我国数控技术的发展,多轴加工的范围一定会愈来愈广,加工效率也会不断提高。 2 普通钻床改为多轴钻床 2.1 生产任务 在一批铸铁连接件上有同一个面上有多个孔加工。在普通立式钻床上进行孔加工, 通常是一个孔一个孔的钻削,生产效率低,用非标设备,即组合机床加工,生产效率高, 但设备投资大。 但把一批普通立式普通单轴钻床改造为立式多轴钻床,改造后的多轴钻床,可以同 时完成多个孔的钻、扩、铰、等工序。设计程序介绍如下: 2.2 普通立式钻床的选型 2.2.1 计算所需电机功率 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文) 7 零件图如图 1 所示: 确定四个孔同时加工的轴向力,公式:F
15、 FFFFF knVYZdC 0 式中:=365.9,=,=0.661,=1.217,=0.361,=1.1, F C 0 d 3 10 F Z F Y F n F kV =0.35m/s(表 15-37)1 则FN09 . 4 1 . 1361 . 0 35 . 0 217 . 1 661 . 0 10 9 . 365 3 所需电机功率:KWVFP4 . 135 . 0 09 . 4 2.2.2 立式钻床的确定 表 1 Z525 立式钻床主要技术参数 型 号技 术 规 格 Z525 最大钻孔直径(mm)25 主轴端面至工作台距离(mm)0-700 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文) 8 主
16、轴端面至底面距离(mm)750-110 主轴中心至导轨距离(mm)250 主轴行距(mm)175 主轴孔莫氏解锥度3 号 主轴最大扭转力矩(Nm)245.25 主轴进给力(N)8829 主轴转速(r/mm)97-1360 主轴箱行程(mm)200 进给量(mm/r)0.1-0.8 工作台行程(mm)325 工作台工作面积(mm2)500375 主电动机功率(kw)2.8 3 多轴齿轮传动箱的设计 3.1 设计前的准备 (1)大致了解工件上被加工孔为 4 个 10 的孔。毛坯种类为灰铸铁的铸件,由于 石墨的润滑及割裂作用,使灰铸铁很易切削加工,屑片易断,刀具磨损少,故可选用硬 质合金锥柄麻花钻(
17、GB10946-89)文献 2 (2)切削用量的确定 切削速度,进给量.min/21mVcrmmf/17 . 0 则切削转速min/998 7 . 614 . 3 2110001000 r d V ns 根据 Z525 机床说明书,取min/960rns 故实际切削速度为: min/ 2 . 20 1000 9607 . 614 . 3 1000 m dn V w c (3)确定加工时的单件工时: 图 2 为钻头工作进给长度: 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文) 9 文献 3 mmdL 2 . 108 3 7 . 6 83 3 1 切出 mmL5 加工 加工一个孔所需时间:min15 . 0
18、 17 . 0 960 2 . 25 1 fn LLL t w m 切出加工切入 单件时工时:min6 . 015 . 0 44 1 tmtm 3.2 动系统的设计与计算 (1)选定齿轮的传动方式:初定为外啮合。 图 3 (2)明确主动轴、工作轴和惰轮轴的旋转方向,并计算或选定其轴径大小。 因为所选定的 Z535 立式钻床主轴是左旋,所以工作轴也为左旋,而惰轮轴则为右旋。 根据表 2 确定工作轴直径机械制造.8/97:43 表 2 加工孔径与工作轴直径对应表(mm) 加工孔径1212161620 工作轴直径152025 因为加工孔径为 10mm,所以工作轴直径选 15mm. 南通纺织职业技术学
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