卧式多轴钻床主轴箱结构设计论文(机设07q1)-本科论文.doc
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1、济南大学泉城学院毕业设计济南大学泉城学院毕 业 设 计题 目 卧式多轴钻床主轴箱 结构设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机设07Q1 学 生 宗明鑫 学 号 20073006158 指导教师 冯德振 二一一年五月三十日I济南大学泉城学院毕业设计(论文)摘 要多轴钻床是一种孔加工机床,它被广泛应用于加工多孔工件。多轴钻床在生产中的应用,解决了普通钻床加工多孔工件时逐孔加工浪费人工和时间的两个重要问题。多轴钻床可同时加工工件上的多孔或着同时加工多个工件,显著的提高了加工效率,保证了孔距、孔径的精度。在本次设计中,设计的多轴钻床为箱体孔加工机床,属于专用机床。在高速发展的工业现代化的进程
2、中和各种机械的设计和制造中,组合机床被越来越广泛的应用,并且越来越转化为生产力。从这个方面上讲,对于组合机床的研究具有十分重要的意义。本次设计题目为卧式双面四轴组合钻床右主轴箱设计。本设计的主轴箱安装在滑板上面,大致工作原理如下:由电动机带动高速轴经齿轮传动最终将运动传至主轴,完成四轴同时加工过程。为扩大加工范围,设计中采用滑移齿轮进行二级变速。在重点章节中我对机床的传动部件进行了参数设计和结构设计,特别对齿轮、轴、轴承及键进行了具体的计算和验证。关键词:多轴钻床;生产率;主轴箱ABSTRACTIn this paper Multi-axis drilling machine is a hol
3、e processing machine, which is widely used for processing of porous workpiece. Multi-axis drilling machine application in production, to solve the two important issues of ordinary processing of porous workpiece by drilling holes and time manually processing waste. Multi-axis drilling machine can wor
4、k at the same time on the porous workpiece or the processing of multiple parts at the same time, this significantly improve the processing efficiency, Ensure the pitch, aperture accuracy. In this design, Multi-axis design for the box hole drilling machine tools, are special purpose machine. In the r
5、apid development of modern industrial wave,or a variety of mechanical design and manufacturing, Machine tool more and more widely used, more and more into productivity. In this sense, the machine tool has important practical significance.The design of double-sided 4-axis horizontal subject to the ri
6、ght combination drilling machine spindle box. The design of the spindle box installed in the slide above, Generally works as follows: High speed shaft of the motor driven by the gear will eventually by the movement spread to the spindle, 4 axis at the same time to complete processing. To expand the
7、range of processing, the design used secondary transmission gear slip. Key chapters in my drive components for machine tool design and structural design parameters, especially the gears, shafts, bearings and keys to a specific calculation and verification.Key words: Multi-axis drilling machine;Produ
8、ctivity;Headstock 目 录摘要. .IABSTRACT. .II1 前言.11.1本课题的研究背景及意义.11.2 本课题国内外研究概况.21.3本论文的主要工作及本机床整体结构.21.3.1本论文的主要工作.21.3.2 本机床整体结构. . .22总体结构设计.42.1方案选择.42.2主传动系统设计.53 齿轮的设计. 73.1齿轮结构设计. 73.1.1二级变速机构的选择. . .73.1.2滑移齿轮布置. . 73.1.3滑移齿轮的设计. . 73.1.4主轴齿轮的设计. 113.2齿轮齿数的确定.124 电机的选择.145 轴的结构设计.165.1 高速轴的设计.1
9、65.2 中间轴设计. . .225.3主轴设计.226键及轴承的校核. .246.1平键的校核.246.2花键的校核.246.3轴承的校核.26结论.29参考文献.30致谢.31- 31 -1 前言1.1本课题的研究背景及意义1随着现代化工业技术的快速发展,特别是在各种机械设计和制造业中,组合机床的应用越来越广泛,越来越提高生产效率。因此,对于组合机床的研究具有十分重要的理论意义及现实意义。组合机床是根据加工工件的形状及加工工艺要求按系列化标准化设计的,以通用部件为基础配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。由于通用部件都已系列化和标准化,可根据需要灵活配置从而说短了设计和制造的周期。因此,
10、组合机床兼有效率高成本低的优点,在大批量的生产中得到了广泛的应用。端盖是一种应用非常广泛的零件,其上分布有许多的孔,图1.1是某种型号的端盖,此端盖的加工要求钻4-8的通孔,孔距精度为700.15。原来该工序是在普通钻床上完成的,通过钻模板来保证孔径、孔距的精度,如果是大批量生产则生产率低,劳动强度大,所以在这种情况下最适合用多轴钻床加工。图1.1 端盖因此根据以上分析,将设计课题定为加工端盖的多轴钻床。机床的性能主要是由设计质量决定的,任何一台机床的设计都分为方案设计和结构设计。所以本次设计首先要确定设计方案,画出设计方案示意图,其次就是对主轴箱进行总体结构设计,包括电机的选择、轴和齿轮的设
11、计、箱体的设计、轴承的选择及其它附件的设计等。然后根据以上设计内容绘制装配图,通过装配图表达出主轴箱的设计思路、工作原理及各零件间的相互位置、尺寸、结构形式等。1.2本课题研究概况组合机床是一种高效专用的机械装备,它是大批量的机械产品实现高精度、高效率及经济性生产的关键装备。目前,多轴专用转床被广泛的应用于汽车、内燃机和压缩机等许多工业生产领域的箱体部件的加工中。在大批量生产的机械工业部门,组合机床尤其是多轴钻床被大量的使用。因此,组合机床的技术性能,在和大程度上决定了相关工业生产部门的生产效率、产品质量和产品的竞争力。多轴钻床是由大量通用部件和少量专用部件组成的、工序高度集中的高效专用机床,
12、它由普通钻床和专用机床发展而来。由于多轴专用钻床工序的高度集中,即在一台机床上无需更换装夹位置同时完成一种或几种不同工序加工,因此适应大批量、高精度的生产要求,并且克服了万能机床结构复杂、劳动强度大、生产效率底、精度不宜保证的缺点。多轴专用钻床及其自动化线已广泛应用到汽车、电动机、仪器仪表及军工产品的生产上,并已显示出巨大的优越性。1.3本论文的主要工作及本机床整体结构1.3.1 本论文的主要工作本次设计工作将设计一台双面卧式多轴专用钻床主轴箱。其目的是设计出结构简单、效率高、使用便捷、质量可靠的机床。从而合理地选择机床的通用部件,恰当的专用机床的配置形式,以及高效率的主轴箱就是本次设计的主要
13、内容。1.3.2本机床整体结构图1.2 多轴钻床整体结构图为了提高加工效率及保证孔径、孔距的精度,本次设计中采用双动力头,两个工件装夹之后,双向同时加工,此时两个方向的轴向力可相互抵消,保证了孔的同轴度。机床的整体布局为:床身为卧式,夹具及工件放置在床身中部,工件夹紧由夹紧汽缸自动完成,两个多轴动力头可沿导轨水平移动。另外也可用这种机床加工长孔类零件,加工长孔时,如果只用一个钻头单方向加工,很可能会使孔钻偏,从而不能满足同轴度的要求,而采用两头钻会提高孔的同轴度,同时生产率也得到了提高。2 总体结构设计2.1方案选择2多轴钻床主轴箱的工作原理是:电动机带动高速轴,高速轴通过多级齿轮传动达到降速
14、要求,并将运动传到主轴,使主轴带动刀具完成加工过程。为了将运动和动力传递路线及各部件的组成和联接关系表达清楚,现用机构简图来表示其传动方案,根据要求主轴箱拟定的设计方案有以下三种: (a) (b) (c)图2.1 多轴箱传动方案简图合理的传动方案首先要满足机器的功能要求,比如传递功率,转速和运动形式等。此外还要适应工作环境、工作制度等条件,满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护方便、工艺性及经济性合理等要求。当然,要同时满足这些要求是非常困难的,因此要通过分析比较多种方案,选择能够保证重点要求的较好的传动方案。图2.1所示为卧式多轴钻床主轴箱的三种传动方案简图,(a)方案采用联
15、轴器将电动机轴与高速轴相联,比较适合选用机座带底脚的电动机,使用维护方便,但结构尺寸较大,不适于安装在和滑动的主轴箱架上;(b)方案将将滑移齿轮用键套联,此方案虽然方便加工,但是结构复杂并且增加额外重量导致能耗增加;(c)方案改进了以上两种方案的不足,将电动机轴与高速轴套联,采用一体式滑移齿轮,这样结构紧凑,电动机选用机座不带底脚,端盖有凸缘的形式,直接将电动机与高速轴相联。这三种方案都能满足主轴箱的功能要求,但结构、加工工艺性不同,从结构和工艺性考虑,(c)方案是较好的,所以设计方案确定为(c)方案。方案确定后,现在分析所选方案的工作原理:电动机通过键连接带动高速轴转动,高速轴上的滑移齿轮通
16、过拨叉机构的控制与中间轴的两个齿轮的其中之一啮合,达到输出两级转速的目的,中间轴通过齿轮将转动同时传至四根主轴完成钻削加工。传动方案确定后,开始对主轴箱的结构进行具体设计,主要包括齿轮的设计、轴的设计、电机的选择、轴承的设计、箱体的设计等等。2.2主传动系统设计机床的主传动系统是用来实现机床的主运动的,它具有一定的转数和一定的变速范围,从而能采用不同材料的刀具,加工不同材料,不同要求,不同尺寸的工件,并能方便的进行开、停、变速、换向和制动等一系列动作。(1)钻床的主运动参数是主轴转速3。转速与切削速度的关系是: (2.1)式中: 转速; 切削速度; 工件(或刀具)直径本次设计的卧式多轴钻床主轴
17、箱结构为了扩大加工范围,采用滑移齿轮进行二级变速,在变速系统中各级间要满足等比数列的关系,因为按等比数列排列的主轴钻数有以下优点4:1)使变速传动系统简化;按等比数列排列的主轴转速,一般借助于串联若干滑移齿轮组来实现。当每一滑移齿轮组内的各齿轮福的传动比是等比数列时,各串联齿轮副的传动比的乘积,即主轴转速也是等比数列。因此采用等比数列的主轴转速,使机床变速传动系统简单了。2) 使转速范围内的转数相对损失均匀;在其它条件不变的情况下,转速的相对损失就反映了生产率的损失。(2)选择标准公比的一般原则从使用性能考虑,最好将公比选的小一些,以减少相对转速损失。但是公比越小,级数越多,使机床的结构复杂。
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