專用鉆孔機設計【臥式自動鉆孔機設計】
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文獻綜述
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指導教師
2012年 03 月 10 日
第6頁
鉆孔機的應用與發(fā)展
摘要：本文介紹了鉆孔機的特點、分類與應用、鉆孔機的常見故障、使用注意事項、鉆孔機的適用于發(fā)展前景等內容，使我對鉆孔機有一個大致的了解，為以后的課程設計做準備！
關鍵字：鉆孔機、分類、常見故障、發(fā)展前景
前言
鉆孔機是指利用比目標物更堅硬、更銳利的工具通過旋轉切削或旋轉擠壓的方式，在目標物上留下圓柱形孔或洞的機械和設備統(tǒng)稱。也有稱為鉆機、打孔機、打眼機、通孔機等。通過對精密部件進行鉆孔，來達到預期的效果，鉆孔機有半自動鉆孔機和全自動鉆孔機。
在機械加工中，金屬鉆孔設備和鉆孔設備是切削加工的基礎工藝裝備。目前鉆孔設備不斷更新?lián)Q代，高速主軸采用陶瓷軸承、液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承、磁浮軸承后，其主軸轉速可達10000-50000/min，有的甚至可達150000r/min。采用滾珠絲杠的進給機構其速度可達40～60m/min，直線電機可達90～120m/min，精密數(shù)控加工中心的加工加速度可以達到2g(g為重力加速度)。鉆孔設備的快速發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了基本的前提和技術保障，但無論是什么樣的金屬鉆孔設備，都必須依靠與工件直接接觸、從工件上切除材料的鉆孔設備才能發(fā)揮作用。鉆孔設備性能和質量直接影響到鉆孔設備生產效率的高低和加工質量的好壞，直接影響到整個機械制造業(yè)的生產技術水平和經(jīng)濟效益。
正因為如此，國外制造業(yè)才有“企業(yè)的紅利在刀刃上”的說法，漢語成語中的“工欲善其事，必先利其器”、“磨刀不誤砍柴功”也對鉆孔設備在切削加工中的重要性進行了生動而深刻的描述。如一根20萬千瓦發(fā)電機轉子軸，其凈重為30噸，而其鍛件毛坯達60～70噸，需切除的切屑占了零件毛重的50%以上，很難想象如果沒有高效的鉆孔設備如何能完成這樣的加工任務。國際上一位切削與機床方面的權威專家對切削鉆孔設備的作用作了如下評價：“改進鉆孔設備對降低切削成本比其它任何單一過程的改變更具有潛力。合理地選擇和應用現(xiàn)代切削鉆孔設備是降低生產成本，獲得主要經(jīng)濟效益的關鍵?！泵绹腘?茲拉丁曾說過：“一臺價值25萬美元的NC機床，其效率的發(fā)揮在很大程度上取決于一把價值30美元立銑刀的性能”。
1鉆孔機的特點
（1）、全自動下料。
?。?）、電腦實時監(jiān)控鉆嘴保護系統(tǒng)，卡料、空料、參數(shù)錯誤報警系統(tǒng)。
（3）、六軸聯(lián)動控制系統(tǒng)，獨特的程序隨時更新功能，程序自主研發(fā)，擁有通孔、外盲孔、多孔、高低孔等常用鉆孔程序，也可按客戶要求編寫程序。
?。?）、驅動系統(tǒng)采用德國原裝進口的高精度數(shù)控馬達，配合多檔位等角度恒力矩細分驅動器，精度更高，運行更平順，誤差為±0.01mm.
?。?）、電路控制采用世界領先科技帶自我保護功能的進口模塊式固態(tài)繼電器，搭配原裝進口的世界級元器件，使機器性能更加穩(wěn)定。
?。?）、加工尺寸（2—40mm），能完全滿足行業(yè)產品加工尺寸的要求，特殊規(guī)格可定制。
?。?）、采用全自動電腦調機方式，孔位到邊數(shù)可調范圍（0—15mm），到底數(shù)可調范圍（0—7mm），同時具備補償值調節(jié)功能，使孔位調整更準確，更方便。
（8）、采用平板式模具，成本低，通用性強，制作簡單，一般情況90分鐘內可完成。
?。?）、廠家提供標準化管位，操作更方便。
（10）、報警功能強大，穩(wěn)定，能真正意義上做到1人同時操作多臺機器。提高效率，降低成本，提升企業(yè)競爭力。 產品參數(shù) 鋸床種類 圓鋸床。
2鉆孔機的分類與應用
根據(jù)應用的范圍鉆孔機主要分為幾類。
?。?）、鉆布料的鉆孔機?！?
布料鉆孔機也叫打眼機.是由電動機帶動一根針旋轉,工作時使機針鉆透成疊衣料,在布料上留下一個個小孔痕跡,作為縫紉的定位記號,有些機器帶有對機針的點加熱裝置,對于較疏松的衣料加熱后的機針鉆如衣料退回機針后,在布料上留下的痕跡更為清晰.
（2）、鉆探用的鉆孔機。
又稱鉆探機。在地質勘探中，帶動鉆具向地下鉆進，獲取實物地質資料的機械設備。主要作用是帶動鉆具破碎孔底巖石，用于鉆取巖心 、礦心、巖屑、氣態(tài)樣、液態(tài)樣等，以探明地下地質和礦產資源等情況。
?。?）、工程鉆孔機。
在建筑施工中為加固處理建筑工程基礎而應用的基礎樁或管樁所施工的鉆孔機械。
（4）、機械加工鉆孔機
在制造行業(yè)中，施行鉆孔工藝的機器和設備。五金鉆孔機、木工鉆孔機、塑料鉆孔機等。
?。?）精密五金鉆孔機
五金鉆孔機，也稱作機械鉆孔機，通過金屬鉆頭對金屬產品進行加工，主要為表帶，首飾等行業(yè)
?。?）、全自動鉆孔機
表帶全自動鉆孔機，又叫做表帶鉆孔機，是專業(yè)解決表帶、首飾類細長孔鉆孔加工的創(chuàng)新產品。
3鉆孔機的常見故障
鉆頭鉆削時,破碎或突然停止的現(xiàn)象,可能是進刀太快,磨利或鉆孔時急冷急熱之原故;
（1）、 鉆頭鉆削時,破碎或突然停止的現(xiàn)象,可能是進刀太快,磨利或鉆孔時急冷急熱之原故;
（2）、鉆削使鉆頭中心裂開,可能是鉆唇間隙角太小,進刀太快鉆頭鈍化,壓力太大,缺乏冷卻齊,鉆頭或工件夾置不良所致;
（3）、 鉆削時鉆頭折斷,可能是鉆唇間隙角太小或鉆削速度太高,進刀大或鉆頭已鈍化又繼續(xù)加壓切削等所致;
（4）、 鉆削時切邊破裂,可能是工件材料中有硬點砂眼或進刀太快,鉆削速度選擇不當,鉆削時無加切削劑所致;
（5）、 鉆唇及切邊破裂,可能是進刀太快或鉆唇間隙角太小等原因 ;
（6）、 鉆削所鉆出之孔徑太大,可能是兩切邊不,等長或兩鉆頂半角不相等靜點偏離,主軸同心度差等原因所致;
（7）、鉆削時僅排出一條切屑,可能是兩切邊不等長或鉆頂半角不相等的原因;
（8）、鉆削時發(fā)出吱吱叫之聲音,可能是孔不直或鉆頭鈍化等所致;
（9）、鉆削時切屑性質產生異常變化可能是切邊已鈍化解或破碎等所致。
4鉆孔機的使用注意事項
（1）、 鉆頭使用后,應立即檢查有無破損,鈍化等不良情形若有應立即加以研磨、修整；
（2）、 存放時,鉆頭應對號入座,則以后取用時,方便省時,節(jié)省了再尋找鉆頭之時間；
（3）、 鉆通孔時,當鉆頭即將鉆穿之瞬間,扭力最大,故此時需較輕壓力慢進刀,以避免鉆頭因受力過大而扭斷；
（4）、 鉆孔前必須先打中心點其目的為容納靜,點避免鉆頭靜點觸底,可導引鉆頭在正確的鉆孔位置上；
（5）、 鉆孔時,應充分使用切削齊且注意排屑；
（6）、鉆交交叉孔時,應先行鉆大直徑孔,再鉆小孔徑。
?。?）、根據(jù)所鉆的材料調整合適的轉速，轉速過快鉆頭發(fā)熱低熔點材料會軟化，轉速過慢軟性的材料會發(fā)生粘連。
?。?）、根據(jù)所鉆的孔深和孔徑，確定鉆孔機的進刀次數(shù)。
?。?）、鉆孔機是高速旋轉進刀，需要注意安全防護。
?。?0）、注意保證鉆頭的鋒利程度，需要定期磨鉆頭或更換鉆頭。
?。?1）、對鉆軸要進行定期加油潤滑。
5鉆孔機的發(fā)展與前景
當今世界正處在先進制造技術快速發(fā)展的時期。隨著數(shù)控鉆孔機的問世，現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展了一系列的數(shù)控加工技術，如加工中心(MC)、柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)、并聯(lián)鉆孔機等。這些技術與高速加工技術、自動鉆孔倒角機技術、鉆孔加工工藝緊密結合，使機械加工中的勞動強度大大降低，輔助時間大大縮短，產品質量和生產效率大大提高，對制造業(yè)乃至全球經(jīng)濟的發(fā)展起到巨大的推動作用。
目前鉆孔加工約占整個機械加工工作量的90%，現(xiàn)代鉆孔技術是制造技術的主力軍之一，鉆孔加工(含磨削)在整個21世紀仍是機械制造業(yè)的主導加工方法。作為鉆孔加工中重要的基礎工藝裝備，自動鉆孔倒角機技術對現(xiàn)代制造的發(fā)展起著至關重要的作用。中國是全世界鐘表生產和輸出的最大國家，占全球制表行業(yè)90%以上，全自動高速表帶鉆孔機徹底解決表帶行業(yè)目前投入人力最多，產出最少的手工鉆孔工藝現(xiàn)狀的困難，全面取代現(xiàn)有的手工鉆孔工藝，也間接解決了企業(yè)招收熟練鉆孔工人困難的嚴重問題。同時為企業(yè)節(jié)約了大量的人力成本開支。大力發(fā)展數(shù)控加工技術及裝備，已成為世界各國政府的戰(zhàn)略決策，用數(shù)控裝備武裝現(xiàn)代工業(yè)和改造傳統(tǒng)工業(yè)也成為世界各國制造業(yè)發(fā)展的方向。改革開放后，我國制造業(yè)的發(fā)展舉世矚目，鉆孔設備總產量和技術水平已邁入世界第一方陣，鉆孔設備的進口消費量近年已達世界之首，我國已跨入世界制造大國之列，但還不是制造強國。其中我國目前制造業(yè)的勞動生產率只相當于美國的1/23，日本的1/25，德國的1/18，與先進的工業(yè)國家相比，還存在著巨大差距。工業(yè)發(fā)達國家的數(shù)控鉆孔設備在兩班制工作條件下開動率達到60-70%，而我國國內許多企業(yè)往往只能達到20-30%，造成我國數(shù)控鉆孔設備使用率低的原因是多方面的，除了設備配備不合理、技術人員綜合素質有待提高、數(shù)控鉆孔設備的工作環(huán)境差、生產技術準備工作滯后等原因外，最重要的一點是鉆孔設備與鉆孔設備的技術含量不匹配，有相當一部分生產企業(yè)還普遍地采用焊接式鉆孔設備用于數(shù)控鉆孔設備加工，不講究“門當戶對”、“好馬配好鞍”，致使先進的鉆孔設備配備落后的鉆孔設備，造成設備潛力沒有充分發(fā)揮出來，從而造成巨大的浪費。因此，更新觀念，廣泛應用先進鉆孔設備巳成當務之急。在投資鉆孔設備的同時，一定要配備相應的鉆孔設備，才能保證設備的高效運轉，有效地提高生產率，從而獲取更大的利潤。
建國以來，我國鉆孔設備行業(yè)為機械制造業(yè)的發(fā)展做了大量的工作，取得了很大的成績，但隨著切削加工速度的提高，難切削加工材料的大量使用，數(shù)控設備的普及，對切削加工鉆孔設備的要求越來越高。國產鉆孔設備在使用壽命、可靠性等方面都與國外發(fā)達國家存在明顯差距，無論是在產品的品種還是性能和質量上都遠遠滿足不了我國制造業(yè)發(fā)展的需求。近年來，我國每年進口鉆孔設備的金額增長率高達50%以上，這一事實值得我們認真思考和努力改進。我們需要為此更加努力，為祖國的鉆孔機事業(yè)貢獻自己的力量！
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參考文獻：
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[7] 孫恒，陳作模.機械原理(第5版).北京：高等教育出版社,1996.
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[13] 李挺芬主編.鉆床工作法.上海：龍門聯(lián)合書局.1950.12
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學 號
分 類 號
密 級
說明書
專用鉆孔機設計
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指導教師
2012年 5 月 15 日
第III 頁
摘 要
隨著科學技術的發(fā)展，制造技術的進步，以及社會對產品質量和品種多樣化的要求越來越強烈。中、小批量生產的比例明顯增加，要求現(xiàn)代鉆孔機成為一種精密、高效、復合、集成功能和低成本的自動化加工設備。同時，為滿足制造業(yè)向更高層次發(fā)展，為柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)，以及計算機集成制造系統(tǒng)提供基礎設備，也要求鉆孔機向更高水平發(fā)展。
在公交車制造中，座椅都是連接上去的。過去，一般都采用人工鉆孔的方法進行拼接，人工鉆孔的效率低，連接的質量不高，不適合大批量生產?，F(xiàn)在采用的方法是：設計一個專用的鉆孔機，專門用來鉆公交座椅連接孔。這一連接方法的加工效率較高，連接的質量也很好。
本設計通過對鉆孔工藝分析，確定了臥式自動鉆孔機設計方案。根據(jù)設計參數(shù)，選擇了電動機，對主要結構進行了詳細地設計，并對位置調節(jié)機構、聯(lián)接機構等也進行了簡單地設計。
關鍵字：鉆孔機，電動機，連接
Abstract
Author：Fengwei
Tutor：Kanghongwei
With the development of science and technology, manufacturing technology progress, and society to product quality and the requirements of the species diversity is more and more intense. And the proportion of small batch production increased significantly, the requirements of modern drilling machine became a kind of precise, efficient, composite, the integrated function and low cost of automation processing equipment. At the same time, to meet manufacturing to a higher level, for flexible manufacturing unit, flexible manufacturing system, as well as computer integrated manufacturing system provides a basis for equipment, also calls for drilling machine to a higher level development.
In the bus manufacturing, seats are connected up. In the past, typically use the artificial drilling method for joining together, artificial drilling efficiency is low, the quality of the connection is not high, not suitable for mass production. Now the method is: to design a special drilling machine, is dedicated to the drill hole bus seat connection. The connection method of processing efficiency is higher, the connection of very good quality too.
The design of the bored through process analysis and determined the horizontal automatic drilling machine design. According to the design parameters, and choose the motor, the main structure design in detail, and the position control agencies, connecting structure and so on also of a simple design.
Key words：Drilling machine、 Electric motors、 Connection
目 錄
緒 論 1
一、工藝方案的分析與設計 4
1.1工藝方案的分析與設計 4
1.2傳動方案分析與鉆孔工作位置示意 4
二、總體設計 5
2.1 電動機的選擇 5
2.2工作臺設計及計算 7
2.3進給傳動系統(tǒng)設計計算 9
2.4腳踏板設計 16
2.5軸承的選取 16
結 論 18
致 謝 19
參考文獻 20
第20 頁
緒 論
鉆孔機是指利用比目標物更堅硬、更銳利的工具通過旋轉切削或旋轉擠壓的方式，在目標物上留下圓柱形孔或洞的機械和設備統(tǒng)稱。也有稱為鉆機、打孔機、打眼機、通孔機等。通過對精密部件進行鉆孔，來達到預期的效果，鉆孔機有半自動鉆孔機和全自動鉆孔機。
在機械加工中，金屬鉆孔設備和鉆孔設備是切削加工的基礎工藝裝備。目前鉆孔設備不斷更新?lián)Q代，高速主軸采用陶瓷軸承、液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承、磁浮軸承后，其主軸轉速可達10000-50000/min，有的甚至可達150000r/min。采用滾珠絲杠的進給機構其速度可達40～60m/min，直線電機可達90～120m/min，精密數(shù)控加工中心的加工加速度可以達到2g(g為重力加速度)。鉆孔設備的快速發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了基本的前提和技術保障，但無論是什么樣的金屬鉆孔設備，都必須依靠與工件直接接觸、從工件上切除材料的鉆孔設備才能發(fā)揮作用。鉆孔設備性能和質量直接影響到鉆孔設備生產效率的高低和加工質量的好壞，直接影響到整個機械制造業(yè)的生產技術水平和經(jīng)濟效益。
正因為如此，國外制造業(yè)才有“企業(yè)的紅利在刀刃上”的說法，漢語成語中的“工欲善其事，必先利其器”、“磨刀不誤砍柴功”也對鉆孔設備在切削加工中的重要性進行了生動而深刻的描述。如一20萬千瓦發(fā)電機轉子軸，其凈重為30噸，而其鍛件毛坯達60～70噸，需切除的切屑占了零件毛重的50%以上，很難想象如果沒有高效的鉆孔設備如何能完成這樣的加工任務。國際上一位切削與機床方面的權威專家對切削鉆孔設備的作用作了如下評價：“改進鉆孔設備對降低切削成本比其它任何單一過程的改變更具有潛力。合理地選擇和應用現(xiàn)代切削鉆孔設備是降低生產成本，獲得主要經(jīng)濟效益的關鍵?！泵绹钠澙≡f過：“一臺價值25萬美元的NC機床，其效率的發(fā)揮在很大程度上取決于一把價值30美元立銑刀的性能”。
當今世界正處在先進制造技術快速發(fā)展的時期。隨著數(shù)控鉆孔機的問世，現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展了一系列的數(shù)控加工技術，如加工中心(MC)、柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)、并聯(lián)鉆孔機等。這些技術與高速加工技術、自動鉆孔倒角機技術、鉆孔加工工藝緊密結合，使機械加工中的勞動強度大大降低，輔助時間大大縮短，產品質量和生產效率大大提高，對制造業(yè)乃至全球經(jīng)濟的發(fā)展起到巨大的推動作用。
目前鉆孔加工約占整個機械加工工90%，現(xiàn)代鉆孔技術是制造技術的主力軍之一，鉆孔加工(含磨削)在整個21世紀仍是機械制造業(yè)的主導加工方法。作為鉆孔加工中重要的基礎工藝裝備，自動鉆孔倒角機技術對現(xiàn)代制造的發(fā)展起著至關重要的作用。中國是全世界鐘表生產和輸出的最大國家，占全球制表行業(yè)90%以上，全自動高速表帶鉆孔機徹底解決表帶行業(yè)目前投入人力最多，產出最少的手工鉆孔工藝現(xiàn)狀的困難，全面取代現(xiàn)有的手工鉆孔工藝，也間接解決了企業(yè)招收熟練鉆孔工人困難的嚴重問題。同時為企業(yè)節(jié)約了大量的人力成本開支。大力發(fā)展數(shù)控加工技術及裝備，已成為世界各國政府的戰(zhàn)略決策，用數(shù)控裝備武裝現(xiàn)代工業(yè)和改造傳統(tǒng)工業(yè)也成為世界各國制造業(yè)發(fā)展的方向。改革開放后，我國制造業(yè)的發(fā)展舉世矚目，鉆孔設備總產量和技術水平已邁入世界第一方陣，鉆孔設備的進口消費量近年已達世界之首，我國已跨入世界制造大國之列，但還不是制造強國。其中我國目前制造業(yè)的勞動生產率只相當于美國的1/23，日本的1/25，德國的1/18，與先進的工業(yè)國家相比，還存在著巨大差距。工業(yè)發(fā)達國家的數(shù)控鉆孔設備在兩班制工作條件下開動率達到60-70%，而我國國內許多企業(yè)往往只能達到20-30%，造成我國數(shù)控鉆孔設備使用率低的原因是多方面的，除了設備配備不合理、技術人員綜合素質有待提高、數(shù)控鉆孔設備的工作環(huán)境差、生產技術準備工作滯后等原因外，最重要的一點是鉆孔設備與鉆孔設備的技術含量不匹配，有相當一部分生產企業(yè)還普遍地采用焊接式鉆孔設備用于數(shù)控鉆孔設備加工，不講究“門當戶對”、“好馬配好鞍”，致使先進的鉆孔設備配備落后的鉆孔設備，造成設備潛力沒有充分發(fā)揮出來，從而造成巨大的浪費。因此，更新觀念，廣泛應用先進鉆孔設備巳成當務之急。在投資鉆孔設備的同時，一定要配備相應的鉆孔設備，才能保證設備的高效運轉，有效地提高生產率，從而獲取更大的利潤。
建國以來，我國鉆孔設備行業(yè)為機械制造業(yè)的發(fā)展做了大量的工作，取得了很大的成績，但隨著切削加工速度的提高，難切削加工材料的大量使用，數(shù)控設備的普及，對切削加工鉆孔設備的要求越來越高。國產鉆孔設備在使用壽命、可靠性等方面都與國外發(fā)達國家存在明顯差距，無論是在產品的品種還是性能和質量上都遠遠滿足不了我國制造業(yè)發(fā)展的需求。近年來，我國每年進口鉆孔設備的金額增長率高達50%以上，這一事實值得我們認真思考和努力改進。我們需要為此更加努力，為祖國的鉆孔機事業(yè)貢獻自己的力量！
設計計算部分
一、工藝方案的分析與設計
1.1工藝方案的分析與設計
為便于進行加工，在鉆孔時，選取刀具進給，工作臺固定不動的方式進行加工。其基本的加工工藝路線是：
調整→固定→刀具進給→鉆孔→刀具返回→取消固定→調整
圖1-1鉆孔工藝路線
1.2傳動方案分析及鉆孔工作位置的示意
調節(jié)機構主要采用絲杠螺母機構和導軌導套結構。 進給機構選用由手搖帶動的滾珠絲杠螺母結構，其傳動簡圖見圖1-1。鉆孔位置在車廂的內壁，示意圖見圖1-2。
圖1-1 調節(jié)機構
圖1-2 鉆孔工作位置示意圖
二、總體設計
2.1 電動機的選擇
經(jīng)分析比較，選用普通系列的電動機作為主工作機即可滿足設計要求。
為滿足加工要求,應以加工Q235鋼所需的功率來選電動機。由文獻[2]查得，Q235鋼的抗拉強度為375-500Mp。
2.1.1 切削用量的計算
（1）切削速度
由表2-1 查得q235鋼的切削速度是0.3~0.0.42 m/s，取v=0. 35 m/s 進行計算：
初算電機轉速：n===835r/min
考慮到q235鋼的加工要求表面的光潔度和加工效率可將轉速取n=840r/min
（2）進給速度
根據(jù)q235鋼硬度，查文獻[2]其進給速度范圍為0.1 ~0.2 mm/r，取f=0. 2 mm/r 。
(3) 切削深度
===4mm
（4）切削半徑
r===4mm
加工直徑d
毫米
=520-700（鋼35、45）
=700-900（15Cr、20Cr）
=1000-1100 (合金鋼)
V（米/分）
f（毫米/轉）
V（米/分）
f（毫米/轉）
V（米/分）
f（毫米/轉）
1-6
18-25
0．05-0．1
12-20
0.05-0.1
8-15
0.03-00.8
6-12
0．1-0．2
0.1-0.2
0.08-0.15
12-22
0．2-0．3
0.2-0.3
0.15-0.25
22-50
0．3-0．6
0.3-0.45
0.25-0.35
表2-1用高速鋼鉆頭加工鋼件鉆孔切削量表
2.1.2扭矩的計算
通過對鉆頭切削過程進行分析后，可利用積分計算其鉆削過程所需要的扭矩大?。?
=1.2N.m
查文獻得：鉆頭主切削刃所受的扭矩為鉆頭總扭矩的80%，所以鉆頭的總扭矩為：
=1.2/0.8=1.5 N.m
2.1.3 功率的計算
工作時所需功率為：
131.8W
將增加15%來考慮傳動中的功率損失，并以此作為實際原動機所需的功率:
151.57 W
2.1.4 電動機的選取
根據(jù)功率和轉矩查機械設計課程設計指導手冊，選取ZL18-0.2-3S型號減速電動機，其中ZL表示臥式安裝，18表示出力軸軸徑為18mm，0.2表示馬達功率0.2kw，3表示減速比為3，S表示三相電220V或380V。
圖2-1減速電機安裝尺寸
馬達功率
?減速比?
??框
? 號
?軸徑
?A
A1?
?A2
?D
E
?F
G
H
J?
K
L
M
X?
Y
Z?
?重量kg
200W(1/4HP)
1：3～1：25?
?1#
?18
289
290
289
40
110
135
65
9
15.98
50
10
126
127
85
116
6.5
1：15～1：90?
?2#
?22
325
320
322
65
130
155
65
11
17.66
60
12
126
145
90
116
6.5
1：100～1：200?
?3#
?28
355
352
353
90
140
170
120
11
23.11
70
15
126
170
110
116
8
1：250～1：1800
?3#
?28
420
419
420
90
140
170
120
11
23.11
70
15
126
170
110
116
10.2
1：250～1：1800
?4#
?32
470?
469
470
130
170
210
160
13
30.22
70
18
126
210
138.5
116
12.5
表2-2減速電機安裝尺寸
出力軸尺寸(mm)
?出力軸
?鍵槽
鍵?
6?
P?
?W?
Q?
T?
?SPEC
?φ18
?30
5
27
?20
?5*5*27
?φ22
?40
7
?35?
?25
?7*7*35
?φ28
?45
7
40
?31
?7*7*40
?φ32
?55
10
?50?
?36.5
?10*8*50
?φ40
?65
10
60
?44.5
?10*8*60
?φ50
?80
14
75
?56
?14*9*75
表2-3 減速電機出力軸尺寸
由表2-2、2-2查的所選電機的尺寸長×寬×高為289×135×127mm，重量6.5kg，尺寸合適，質量輕，符合設計要求！
2.2工作臺設計及計算
在本次設計中，鉆孔機工作臺采用滾動直線導軌副為導向支承，滾珠絲杠副為運動執(zhí)行元件的結構。由于工作臺彈性變形小，對機床的定位精度影響不大，因此，我僅簡要地進行設計計算。
2.2.1工作臺的設計
圖2-2 工作臺結構圖
由于工作臺上主要承載減速電機，減速電機尺寸為289x135mm。結合實際，先設計工作臺尺寸為250x135mm。
2.2.2 工作臺重量計算
m=V×7.84×9.8
其中: m—工作臺重量，單位為千牛(kN);
V—工作臺體積，單位為立方米(m3);
7.84— 鋼的密度，單位為噸/立方米(1000kg/m3)
工作臺體積:
V=S×h
其中: S—工作臺面積，單位為平方米(m2);
h— 工作臺高度，單位為米(m)。
為了保證工作臺有足夠的強度和剛度，保證零件的加工準確性和加工精度，因此工作臺的高度要隨著工作臺的面積增加要有所改變。在這一次設計中采用分段函數(shù)的方法來確定工作臺的高度h,這根據(jù)是來自于大量資料，以及參考T型槽的結構尺寸，具體對應關系如表：
工作臺面積S（cm2）
工作臺高度h(mm)
S＜2000
10
2000≤S＜4000
50
4000≤S＜6500
60
6500≤S＜9000
70
S≥9000
80
表2-3 工作臺高度與工作臺面積的對應關系
工作臺面積:
S=W×L
其中:W一工作臺寬度，單位為米(m)
L— 工作臺長度，單位為米(m);
S=25×13.5=337.5
因此取h=40mm
m=V×7.84×9.8
=0.25×0.135×0.01×7.84×9.8
=0.026 KN
2.3進給傳動系統(tǒng)設計計算
鉆孔機通常對進給系統(tǒng)的要求有三點，即傳動精度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應特性（靈敏度）。傳動精度包括動態(tài)誤差、穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差，即伺服系統(tǒng)的輸入量與驅動裝置實際位移量的精確程度。系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在啟動狀態(tài)或受外界干擾作用下，經(jīng)過幾次衰減震蕩后，能迅速地穩(wěn)定在新的或原來的平衡狀態(tài)的能力。動態(tài)響應特性是指系統(tǒng)的響應時間及驅動裝置的加速能力。為確保鉆孔機進給的傳動精度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應特性，對進給驅動裝置機械結構總的要求是消除減息、減少摩檫、減少運動慣量、提高部件精度和剛度。
2.3.1切削力計算
P切＝P電機×
F=6120×9.8
式中： —主電機系統(tǒng)的總效率，一般為0.6～0.7,取＝0.6；
K—進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取K＝0.96；
V—切削線速度，取最大V＝0.42m/s=25m/min計算。
所以主切削力：
0.2×0.6×0.96=115.2 W
F＝6120××9.8＝479.8(N)
X、Y、Z軸受力分別為：
FX=0.6×F=287.9(N)
Fy=0.45×F=215.91(N)
FZ=0.5×F=239.9(N)
2.3.2滾珠絲杠螺母副
滾珠絲杠螺母副是回轉運動與直線運動轉換的一種新型傳動裝置，在鉆孔機上得到了廣泛的應用。它的結構特點是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠，使絲杠與螺母之間的運動成為滾動，以減少磨檫。
（1）滾珠絲杠螺母副的工作原理
滾珠絲杠螺母副的工作原理是絲杠和螺母上都加工有圓弧形的螺旋槽，它們對合起來就形成了螺旋滾道。在滾道內裝有滾珠，當絲杠與螺母相對運動時，滾珠沿螺旋槽向前滾動，在絲杠上滾過數(shù)圈以后通過回程引導裝置，逐個地又滾會絲杠與螺母之間，構成一個閉合的回路。
（2）滾珠的循環(huán)方式
滾珠的循環(huán)方式有外循環(huán)與內循環(huán)，本設計所采用的是內循環(huán)。其優(yōu)點是徑向尺寸緊湊，剛性好，因其返回滾道較短，摸檫損失小。
2.3.3 滾珠絲杠的計算與選型
（1）計算最大工作負載
作用在滾珠絲杠上的最大工作負載主要包括切削時滾珠絲杠的傳動力以及移動件的重量和切削分力作用在導軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導軌的型式有關。但當加工工件時，大多數(shù)情況下垂直導軌通過鎖緊機構鎖緊，相當于剛性聯(lián)接。故作用在滾珠絲杠上的負載，是移動件的重量作用在導軌上的摩擦力。因此滾珠絲杠的最大載荷可以表達如下:
Fmax=Kfa
式中: Fmax—滾珠絲杠的最大載荷（N）；
FX、Fy、FZ—切削分力（N）;
G—移動部件(工作臺和減速電機的重量之和取15Kg)的重量(約為工作臺的2～3倍),此處取2倍;
f—導軌上的摩擦系數(shù)，隨導軌形式而不同,滾動系軌取f =0.0025～0.005,取f=0.003;
K—考慮顛復力矩影響的實驗系數(shù);
fa—密封阻力(N)，可不記。
所以滾珠絲杠的最大載荷為:
Fmax=Kfa
=1.1287.9+0.003 (215.91+239.91+300)
=318.96N
（2）計算最大載荷C
選用滾珠絲杠螺母副有直徑d0時，必須保證在一定軸向負載作用下，滾珠絲杠在回轉100萬轉(106轉)后，在它的滾道上不產生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值，即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負載C:
C=
式中:L—壽命，以106轉為一單位，
L=
n—絲杠轉速(r/min)，
n=
VS一為最大切削力條件下的進給速度(m/min )，可取最高進給速度的1/2～1/3，此處取1/3;
L0一絲杠導程(mm)，初選L0=10mm;
T一為使用壽命(h)，對于鉆孔機一般取T=15000h;
fW一運轉系數(shù),此處取fw=1.2;
表2-4 負載性質系數(shù)fW
載荷性質
無沖擊(很平穩(wěn))
輕微沖擊
伴有沖擊或振動
fW
1一1.2
1.2一1.5
1.5一2
所以
n== =833.3 （m/min）
L===749.97
C===3477.49（N）
（3）最小動載荷Fmin
滾珠絲杠上的最小載荷是指空載時滾珠絲杠副的傳動力，具體表達式為：
Fmin =f×G+fa
式中：Fmin—滾珠絲杠的最小動載荷（N）
所以 Fmin =f×G+fa =0.003300=0.9（N）
（4） 滾珠絲杠螺母副的選型
根據(jù)文獻，可選用FSW系列的16-5B1內循環(huán)墊片式滾珠絲杠螺母副（如圖2-3），其額定動載荷6654N，額定靜載荷12014.8N，精度等級選為3級。
圖2-3 FSW滾珠絲杠螺母副
（5）計算最大靜載荷
當滾珠絲杠螺母副在靜態(tài)或低速(n﹤10r/min)情況下工作時，滾珠絲杠螺母副的破壞形式主要是滾珠接觸面上產生塑性變形超過一定限度就會破壞滾珠絲杠螺母副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬分之一。產生這樣大的塑性變形量時的負載稱為允許的最大靜負載C0.
C0=fS
式中:Fmax一滾珠絲杠的最大軸向負荷(N);
fs—靜態(tài)安全系數(shù)，當為一般運轉時fs =1～2，當有沖擊或振動時f=2～3.
選用相應的滾珠絲杠螺母副的額定靜載荷C0，使C0< C0a
根據(jù)本機床的實際情況，忽略靜載荷的計算。
（6）傳動效率計算
式中：r—絲杠螺旋升角，取r=;
—摩擦角，滾珠絲杠螺母副的滾動摩擦系數(shù)f=0.003～0.004，其摩擦角約等于10`。所以
=
但實際當中，由于各種因素的影響，最大取0.9。
（7）穩(wěn)定性驗算
對已選定尺寸的絲杠在給定條件下，承受最大軸向負載時，應驗算起有沒有產生垂直彎曲的危險。
產生失穩(wěn)的臨界負載可用下式計算：
式中：E—絲杠材料彈性模量，對鋼E=20.6×106（N/cm2）
I—截面慣性矩（cm4），絲杠截面慣量矩I=（d1為絲杠螺紋的底經(jīng)），此滾珠絲杠為25mm，即I=
L—絲杠兩支承距離（cm）初選40
—絲杠的支承方式系數(shù)，本機床為一端固定，一端簡支，取=4.00。
則： =
=162486（N）
臨界負載與最大工作負載之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)，[]為許用穩(wěn)定性安全數(shù)，一般取2.5～4。
=509.4
顯然大于許用穩(wěn)定性安全數(shù)，故此絲杠不致產生失穩(wěn)
（8）滾珠絲杠螺母副的臨界轉速nC的校驗
為了避免高速運轉時產生共振，需進行滾珠絲杠螺母副的臨界轉速nC的校驗。臨界轉速為:
nC=9910
式中: nC一臨界轉速計算長度;
—與支承有關的系數(shù)，查文獻得=4.00 ;
則: nC=9910=9910×
= 15856 m/min＞
因而絲杠在最高轉速和壓杠穩(wěn)定問題上可以安全地工作。
由于本設計所承受的載荷較小，加工時間較短，孔的深度較淺，不需要用步進電機帶動滾珠絲杠運動，故此設計采用在滾珠絲杠尾部加裝搖柄，用手搖方式帶動滾珠絲杠的直線運動。
2.3.4滾動導軌的計算與選型
導軌的功用是承受載荷和導向。它承受安裝在導軌上的運動部件及工件的質量和切削力，運動部件可以沿導軌運動。
導軌應滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運動平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長、結構簡單、工藝性好、便于加工、裝配、調整和維修、成本低等要求。
（1）鉆孔機對導軌的主要要求:
①導向精度
導向精度主要是指導軌副在空載荷或切削條件下，實際運動軌跡與給定運動軌跡之間的偏差。影響導向精度的因素很多，如導軌的幾何精度和接觸精度，導軌的結構型式，導軌和支承件的剛度，導軌的油膜厚度和油膜剛度，導軌和支承的熱變形等。
直線運動導軌的幾何精度一般包括導軌在豎直平面內的直線度、導軌在水平面內的直線度和導軌面之間的平行度。
接觸精度是指導軌副間摩擦面實際接觸面積占理論接觸面積的百分比，或用著色法檢查25 X 25mm面積內的接觸點數(shù)。不同加工方法所生成導軌的表面，檢查的標準是不相同的。
②承載能力大，剛度好
導軌受力后變形會影響部件之間的相對位置和導向精度，因此要求導軌有足夠的剛度。導軌變形包括導軌受力后的接觸變形，扭轉，彎曲變形以及由于導軌的支承件的變形而引起的導軌變形。導軌變形主要取決于導軌的型式，尺寸及支承件的連接方式與受力情況等。
根據(jù)導軌承受載荷的性質、方向和大小，合理地選擇導軌的截面形狀和尺寸，使導軌具有足夠的剛度，保證機床的加工精度。
③精度保持性好
精度保持性主要是由導軌的耐磨性決定的，常見的磨損形式有磨料(或磨粒)磨損、粘著磨損或咬焊、接觸疲勞磨損等。影響耐磨性的因素有導軌材料、載荷狀況、摩擦性質、工藝方法、潤滑和防護條件等。
④低速運動平穩(wěn)
當動導軌作低速運動或微量進給時，應保證運動始終平穩(wěn)，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。影響低速運動平穩(wěn)性的因素有導軌的結構形式、潤滑情況、導軌摩擦面的靜、動摩擦系數(shù)的差值，以及傳動導軌運動的傳動系剛度。
運動部件低速移動時易產生爬行，進給運動的爬行。將會增大被加工表面粗糙度;定位運動時的爬行，降低定位精度。故要求導軌低速運動平穩(wěn)。低速運動平穩(wěn)性對于高精度機床尤其重要。
⑤結構簡單、工藝性好
導軌要求結構簡單，易于加工。即結構工藝性好。結構工藝性是工件結構的綜合性質，在保證規(guī)定的質量指標數(shù)值和采取的制造、維護及修理的條件下，這些性質與相同用途工件的同一類結構相比較，能顯示出勞動、資金、材料以及制造、維護與修理的生產技術準備時間的最佳消耗。
動/靜導軌的材料選為鑄鐵/淬火鑄鐵。鉆孔機所使用的導軌類型有：矩形導軌、燕尾槽導軌和V型導軌。在導軌之間安裝鑲條和螺釘，通過調節(jié)螺釘來調整導軌配合面之間的間隙。
由于本設計中導軌所承受載荷較小，故此處不計算系統(tǒng)所承受載荷，現(xiàn)采用TRS系列TRS15FN導軌，其具體的結構見圖2-4。TRS系列導軌主要用于：產業(yè)自動化機器、雕刻機、包裝機械、印表機、機械手臂、電子儀器設備、半導體設備等。
圖2-4 TRS導軌及尺寸
由上圖可看出TRS15FN導軌的額定動載荷C為775kgf，即7595N，額定動載荷C0為1514kgf，即14837N。符合設計要求
2.4腳踏板設計
由于公交車箱體兩側之間距離過寬，鉆孔過程中產生的阻力對鉆孔機有相反的力，使鉆孔無法正常進行，而鉆孔機尺寸有限，此時需要在鉆孔機尾部加上一個腳踏板，工作時，操作人員用腳踩住腳踏板，用來承受鉆孔過程中所產生的阻力。是鉆孔正常進行。
2.5軸承的選取
根據(jù)加工過程中所承受的載荷，本設計選用深溝球軸承，滾珠絲杠的軸徑為16mm，故選用6000型號的深溝球軸承，結構如圖
圖2-5 深溝球軸承簡化畫法
深溝球軸承是機械工業(yè)中使用最為廣泛的一類軸承。結構簡易，使用維護方便。主要用來承受徑向負荷、也可承受一定的軸向負荷，當軸承的徑向游隙加大時，具有角接觸球軸承的性能，可承受較大的軸向負荷。該類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉速高，尺寸范圍與形式變化多樣。堅實耐用，通用性強及低噪音運行，可在高速下運轉和易于安裝。單列深溝球軸承另有密封型設計，可以無須再潤滑和無需保養(yǎng)。單列帶裝球缺口和雙列球軸承，適用于重載工況。?
結 論
鉆孔加工是現(xiàn)代機械制造發(fā)展的重要組成部分，自動鉆孔技術又為機械加工提供了新的、高效的加工方法。本文設計的自動鉆孔機就是二者相結合的產物，它為鉆孔提供了一種全新的加工方法。
在設計的開始，因為對鉆孔機不太了解，不知道鉆孔機的機架應是什么樣的，總體設計也就不知道應該從那里入手。后來，在導師的指導下我了解到鉆孔機的結構，并自網(wǎng)上觀察了鉆孔機的工作過程，對鉆孔機總體設計有了基本概念。設計過程中我遇到一些問題，如鉆孔機導軌的選擇，工作臺的設計，箱座的設計等等。在老師和同學們的幫下我解決了導軌、滾珠絲杠螺母副系統(tǒng)設計中所遇見的問題。由于本設計中用到不少標準件，通過設計我學會了怎樣去選擇一些標準件，什么地方用什么樣的標準件更合適。
經(jīng)過兩個多月的忙碌，我已設計出基本符合要求的數(shù)臥式自動鉆孔機。由于能力有限，又是初次設計整體機械結構，我的設計之中難免有一些不足之處，還望老師給予指導。
致 謝
感謝機械系的各位老師！你們在我的大學四年中教授我基礎專業(yè)知識和做人的道理，使我可以順利的進入畢業(yè)設計這個大學的最后階段，順利畢業(yè)。
感謝康紅偉老師，在畢業(yè)設計中對我的培養(yǎng)和指導，使我在專業(yè)方面的知識和工作方面的經(jīng)驗不斷提高，順利完成設計任務。
感謝與我共同學習的羅貫中、王濤、劉貝等同學！在畢業(yè)設計過程中我們不止一次的對各種遇到的問題進行討論，我們的相互促進和提高使得我們不斷克服很多難題。
感謝所有曾經(jīng)給我理解、關心和幫助的朋友們！
參考文獻
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