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河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
畢
業(yè)
實(shí)
習(xí)
報(bào)
告
目錄
第一章 前言
第二章 公司簡(jiǎn)介
第三章 ?專(zhuān)用機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟
第四章 ?多軸鉆床的總體分析
第一節(jié) 多軸鉆的設(shè)計(jì)程序
第二節(jié) 工藝方案的制定
第三節(jié) 工藝基面的分析
第五章 多軸鉆床主軸箱分析
第一節(jié) 箱體的分析
第二節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)的分析
第六章 多軸鉆床的夾具設(shè)計(jì)分析
第一節(jié) 夾具的原理分析
第二節(jié) 夾具的組成和設(shè)計(jì)
第七章 多軸鉆床液壓系統(tǒng)分析
第一節(jié) 液壓系統(tǒng)的組成
第二節(jié) 液壓系統(tǒng)的基本原理
第八章 結(jié)束語(yǔ)
第一章 前 言
本次畢業(yè)實(shí)習(xí)，是大學(xué)四年最后一次實(shí)習(xí)，是也為最后畢業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)的，我畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是《八軸鉆床》，因?yàn)閷?duì)于多軸鉆床，一般屬于專(zhuān)用機(jī)床，加工特定的零部件。這樣，有助于提高加工效率，而且還能保證加工質(zhì)量。在大的企業(yè)，還能有助于生產(chǎn)作業(yè)流水線的建設(shè)，另外對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助制造，高自動(dòng)化的加工有著特殊的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，機(jī)床制造業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)、外專(zhuān)用機(jī)床行業(yè)取得了很大的發(fā)展及成就。特別是大型多軸數(shù)控龍門(mén)鉆床是集機(jī)械電氣技術(shù)于一體自動(dòng)化程度較高的機(jī)床，在電站、化工、鋼鐵等行業(yè)的大型設(shè)備制造上有著廣泛的應(yīng)用前景。
因此，各國(guó)都在競(jìng)相進(jìn)行多鉆頭鉆床的研制工作。當(dāng)前由于電站設(shè)備、海水淡化、化工設(shè)備和空調(diào)等行業(yè)迅猛發(fā)展，這些行業(yè)的板材需要鉆、擴(kuò)成千上萬(wàn)甚至數(shù)萬(wàn)個(gè)孔。這些孔德公差及孔距均有相當(dāng)高的要求。一般鉆床無(wú)論從速度、精度和效率均難以達(dá)到如此高的要求（孔公差為±0.05mm）。美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家均研制多軸龍門(mén)鉆床，而我國(guó)只有沈陽(yáng)生產(chǎn)二軸數(shù)控外排屑鉆床。為了滿足電站鍋爐制造的需要，有關(guān)廠進(jìn)口了多臺(tái)數(shù)控龍門(mén)鉆床，每臺(tái)高達(dá)數(shù)百萬(wàn)美元。，對(duì)于國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，在開(kāi)發(fā)中，國(guó)內(nèi)研制的1～16軸鉆床技術(shù)日臻成熟，而且注重基本部件的研究，受命指標(biāo)也可適當(dāng)放寬，而在壽命保質(zhì)期內(nèi)的可靠性不能降低，力爭(zhēng)少維護(hù)或免維護(hù)。長(zhǎng)期以來(lái)多于16軸的多軸鉆床，在國(guó)內(nèi)卻是一片空白。到目前為止，上海精密機(jī)械制造有限公司和上海第三、第四機(jī)床廠，組織力量研制成功的ZKM27是27軸大型數(shù)控龍門(mén)鉆床，其精度、效率均達(dá)到世界先進(jìn)水平。該機(jī)床可向二端延伸制成5軸, 7軸, 13軸,也可向高端35軸拓展(只有美國(guó)制造過(guò))。除此之外，由上海高等機(jī)械專(zhuān)科學(xué)校自行研制開(kāi)發(fā)的GSZ-1型數(shù)控鉆床也已經(jīng)通過(guò)專(zhuān)家驗(yàn)收。GSZ-1型數(shù)控鉆床適用于管板類(lèi)零件的多孔加工，使制冷專(zhuān)業(yè)、汽車(chē)行業(yè)等理想的工藝裝備。它采用雙柱龍門(mén)結(jié)構(gòu)，工作臺(tái)面積為1600mm×2800mm，三向行程為2900mm×2100×400mm，12根主軸都能單獨(dú)上下鉆削，恐懼調(diào)整用插板硬定位，因此機(jī)床加工精度較好。但是機(jī)床關(guān)鍵配套件采用的是進(jìn)口，數(shù)控系統(tǒng)是西門(mén)子820M。
對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)，美國(guó)、日本和西歐的技術(shù)比較先進(jìn)，高產(chǎn)高效工作面發(fā)展迅速，已成為世界鉆床設(shè)備進(jìn)步的代表。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1. 多軸鉆的軸數(shù)已經(jīng)有了新的突破，可以達(dá)到56軸，甚至更多；
2. 鉆床工作的穩(wěn)定性越來(lái)越好；
3. 自動(dòng)化的程度越來(lái)越高；
4. 27軸大型數(shù)控龍門(mén)鉆床，可向二端延伸制成5軸, 7軸, 13軸,也可向高端35軸拓展(只有美國(guó)制造過(guò))；
多軸鉆床的主要發(fā)展方向：?
1. 普通鉆床改造為多軸鉆床；
2. 大型數(shù)控多軸鉆床研制；
3. 普通鉆床的數(shù)控改裝；
4. 普通車(chē)床向多軸鉆床的改裝；
但是立式多軸鉆床構(gòu)造比較簡(jiǎn)單緊湊，外形尺寸較小，占地面積小，操作維護(hù)容易，廣泛應(yīng)用于各加工企業(yè)，在國(guó)內(nèi)外制造行業(yè)中倍受青睞。而且，技術(shù)難度不高，操作方便、簡(jiǎn)捷，成本又不高。
第2章
公司簡(jiǎn)介
焦作制動(dòng)器有限公司擁有先進(jìn)的工業(yè)設(shè)備，雄厚的技術(shù)實(shí)力，完備的檢測(cè)手段，嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系，高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)銷(xiāo)售隊(duì)伍，信譽(yù)至上的售后服務(wù)宗旨，是公司進(jìn)入市場(chǎng)，贏得用戶的有力保證。公司擁有高效的工程師3人，中級(jí)工程技術(shù)人員17人，技術(shù)人員25人，可為用戶提供國(guó)際產(chǎn)品和非標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造。
公司生產(chǎn)的主要產(chǎn)品有：電力液壓塊式制動(dòng)器、電力液壓推動(dòng)器、電力液壓盤(pán)式制動(dòng)器、電磁鐵塊式制動(dòng)器、電磁盤(pán)式制動(dòng)器等。公司生產(chǎn)的制動(dòng)器型號(hào)多，品種齊全，產(chǎn)品暢銷(xiāo)全國(guó)各地，應(yīng)用于起重運(yùn)輸、冶金、礦山、港口、建筑等機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械制動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，制動(dòng)平穩(wěn)，安全可靠，維修方便，耗電低，壽命長(zhǎng)，無(wú)噪音，操作頻率高等特點(diǎn)。公司產(chǎn)品首家通過(guò)"國(guó)家建筑城建機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心"認(rèn)證。
第三章 ?專(zhuān)用機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟
1. 制定工藝方案
要深入現(xiàn)場(chǎng)，了解被加工零件的加工特點(diǎn)，精度和技術(shù)要求，定位夾壓情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類(lèi)和形式。
2. 機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定
根據(jù)工藝方案確定機(jī)床的型式和總體布局，在選擇機(jī)床配置型式時(shí)，既要考慮實(shí)現(xiàn)工藝方案，保證加工精度技術(shù)要求及生產(chǎn)效率又要考慮機(jī)床操作，維護(hù)修理是否方便，排屑情況是否良好還要注意被加工零件的生產(chǎn)批量,以便設(shè)計(jì)好的機(jī)床符合多快好的要求。
3. 專(zhuān)用機(jī)床的總體設(shè)計(jì)
這里要確定機(jī)床個(gè)部件間的相互關(guān)系，選擇通用部件和刀具的導(dǎo)向，計(jì)算切削用量及機(jī)床生產(chǎn)率。繪制機(jī)床的總聯(lián)系得總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。
4. 專(zhuān)用機(jī)床的部件設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)
包括：主軸箱的設(shè)計(jì)，機(jī)床床體的設(shè)計(jì)，夾具和刀具的設(shè)計(jì)，液壓、電器的設(shè)計(jì)等。
5. 零件的設(shè)計(jì)
在機(jī)床方案確定以后，下一個(gè)步驟就是機(jī)床的部件和零件圖設(shè)計(jì)，生產(chǎn)調(diào)試須按這些圖紙進(jìn)行，因此，專(zhuān)用機(jī)床部件和零件設(shè)計(jì)是保證組合機(jī)床的質(zhì)量及使用性能的極其重要的環(huán)節(jié)。
第四章 多軸鉆床的總體分析
機(jī)床設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)師根據(jù)市場(chǎng)的需求、現(xiàn)有的制造條件和新工藝的發(fā)展，運(yùn)用有關(guān)的個(gè)可先學(xué)知識(shí)進(jìn)行的一項(xiàng)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。總體設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)機(jī)床所達(dá)到的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能往往起著決定性的作用。
機(jī)床總體設(shè)計(jì)，目前基本上有兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對(duì)象的具體情況進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)；其二，因機(jī)床在組成部件方面有共性，可設(shè)計(jì)成通用部件，可以利用通用部件來(lái)進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)屬于第一種情況，這也是當(dāng)前最普遍的做法。
一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮下列幾點(diǎn):
1. 用合適的加工工藝，制定最佳方案；
2. 合理的確定機(jī)床工序集中程度；
3. 合適的選擇機(jī)床通用部件；
4. 選擇當(dāng)前機(jī)床的配置形式；
5. 合理的選擇切削用量；
6. 設(shè)計(jì)高效率的夾具，刀具及主軸箱；
7. 要保證給定的工藝過(guò)程；
8. 保證機(jī)床的剛度、精度、抗振性和穩(wěn)定性，力求減輕機(jī)床重量；
9. 機(jī)床外形美觀大方，符合人機(jī)工程學(xué)原理。
評(píng)價(jià)機(jī)床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)判斷的。機(jī)床設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可從滿足性能要求，經(jīng)濟(jì)效益和人機(jī)關(guān)系等方面進(jìn)行分析討論。
（一）性能要求
1.工藝范圍
機(jī)床的工藝范圍是指機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。大致包括下列內(nèi)容：在機(jī)床上可完成的工序種類(lèi)；加工零件的類(lèi)型，材料和尺寸范圍；毛坯的種類(lèi)等。
2.加工精度和表面粗糙度
機(jī)床的加工精度是被加工零件在尺寸，形狀和相互位置等方面所能達(dá)到的準(zhǔn)確程度。機(jī)床精度分三級(jí)：普通精度級(jí)，精密級(jí)和高精密級(jí)。機(jī)床的精度，包括幾何精度，傳動(dòng)精度，運(yùn)動(dòng)精度和定位精度等。幾何精度是指機(jī)床在不運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)的精度，它是由機(jī)床各主要部件的幾何形狀和它們之間的相對(duì)位置與運(yùn)動(dòng)軌跡的精度決定的。傳動(dòng)精度是指內(nèi)傳動(dòng)鏈兩末端件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度，它取決于傳動(dòng)系統(tǒng)中機(jī)件的制造精度和裝配精度以及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。運(yùn)動(dòng)精度是指機(jī)床的主要部件以工作狀態(tài)的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度。定位精度是指機(jī)床主要部件在運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)所達(dá)到的實(shí)際位置的精度。只有機(jī)床精度達(dá)到一定要求后，才能滿足機(jī)床加工精度的要求。
3.生產(chǎn)率
機(jī)床的生產(chǎn)率通常是指在單位時(shí)間內(nèi)機(jī)床所能加工的工件數(shù)量。要提高機(jī)床的生產(chǎn)率，必須縮短加工一個(gè)工件的平均總時(shí)間，其中包括縮短切削加工時(shí)間，輔助時(shí)間以及分?jǐn)偟矫總€(gè)工件上的準(zhǔn)備和結(jié)束時(shí)間。
4.機(jī)床壽命
機(jī)床壽命就是機(jī)床保持它應(yīng)具有的加工精度的時(shí)間。隨著技術(shù)設(shè)備更新的加速，對(duì)機(jī)床壽命所要求的時(shí)間也在減短。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的多軸專(zhuān)用鉆床來(lái)說(shuō)，壽命要求短，因?yàn)樗鼘㈦S加工產(chǎn)品的更新而廢棄。這就要求機(jī)床在最高生產(chǎn)率的條件下工作，在使用期內(nèi)充分發(fā)揮機(jī)床的效能，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
（二）經(jīng)濟(jì)效益
在保證實(shí)現(xiàn)機(jī)床性能要求的同時(shí)，還必須使機(jī)床具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。不僅要考慮機(jī)床設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是要從用戶出發(fā)，提高機(jī)床使用廠的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于機(jī)床生產(chǎn)廠的經(jīng)濟(jì)效益，主要反映在機(jī)床成本上。機(jī)床的成本包括材料，加工制造費(fèi)用，而且還包括研制和管理費(fèi)用。
對(duì)于機(jī)床使用廠的經(jīng)濟(jì)效益，首先是提高機(jī)床的加工效率和可靠性。要使機(jī)床能夠充分發(fā)揮其效能，減少能源消耗，提高機(jī)床的機(jī)械效率，也是十分重要的。機(jī)床的機(jī)械效率是有效功率對(duì)輸入功率之比。兩者的差值就是損失，主要是摩擦損失。而且，摩擦功轉(zhuǎn)化為熱量，將引起機(jī)床的熱變形，又對(duì)機(jī)床的工作帶來(lái)不良的后果。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須重視提高機(jī)床的機(jī)械效率。
（三）人機(jī)關(guān)系
在設(shè)計(jì)中，還應(yīng)該重視人機(jī)關(guān)系問(wèn)題。
機(jī)床應(yīng)操縱方便，省力，容易掌握，不易發(fā)生操作錯(cuò)誤和故障。這樣不僅能減少工人的疲勞，保證工人和機(jī)床的安全，還能提高機(jī)床的生產(chǎn)率。
對(duì)于上述的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)我們將綜合考慮，并應(yīng)根據(jù)不同的需求，有所側(cè)重。
第一節(jié) 工藝方案的制定
專(zhuān)用機(jī)床上加工工件的工藝方法是多種多樣的。在總體布局時(shí)，往往由于工藝方法的改變，導(dǎo)致機(jī)床的運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)、部件配置以及結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生一系列變化。
工藝方案制定的正確與否，將決定機(jī)床能否達(dá)到“質(zhì)量輕，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，效率高，質(zhì)量好” 的要求。故在確定專(zhuān)用機(jī)床的總體布局方案時(shí)，應(yīng)首先分析和選擇合理的工藝方案。
影響機(jī)床工藝方案制定的主要因素有：
1. 加工的工序和加工精度的要求 被加工零件需要在機(jī)床上完成的工序及加工精度，是制定機(jī)床工藝方案的主要依據(jù)。制定工藝方案時(shí)，首先需要全面的分析工件的加工精度及技術(shù)要求，了解現(xiàn)場(chǎng)加工工藝及保證精度的有效措施。例如，加工高精度的孔，不僅工步數(shù)要多，而且不同的孔徑亦應(yīng)采用不同的工藝方法。當(dāng)孔間的位置精度要求很高時(shí)，工藝安排上應(yīng)使所有孔的精加工在同一個(gè)工件上進(jìn)行。如果同一軸線上的幾個(gè)孔同心度要就較高，則應(yīng)盡可能考慮從一面進(jìn)行加工。
2. 被加工零件的特點(diǎn) 如工件材料及硬度、加工部件的結(jié)構(gòu)形式、工件的剛性、工藝基面等，對(duì)于機(jī)床工藝方案的制定都有重要的影響。
工件的剛性不足，加工時(shí)工序就不能太集中。有時(shí)為了減少機(jī)床臺(tái)數(shù)，必須采用高度集中工序時(shí)，從安排上，也必須把一些工序從時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)加工，以避免同時(shí)加工時(shí)因工件受力變形、發(fā)熱變形以及振動(dòng)而影響加工精度。
當(dāng)毛坯孔余量很大或鑄造質(zhì)量較差，有大毛刺是，有時(shí)則安排粗加工，對(duì)幾個(gè)同心孔常采用粗?jǐn)U的加工方法。工件有無(wú)適當(dāng)?shù)墓に嚮嬉彩怯绊懝に嚪桨钢朴喌闹匾蛩亍?
3. 工件的生產(chǎn)方式 被加工零件生產(chǎn)批量的大小，對(duì)機(jī)床方案的制定也有影響。對(duì)大批量生產(chǎn)的箱體零件，工序安排上，一般趨于分散。以氣缸體為例，缸體和三軸孔加工由兩套機(jī)床來(lái)完成。其粗加工，半精加工及精加工也分別在不同的機(jī)床上進(jìn)行。這樣，機(jī)床雖多一些，但由于生產(chǎn)批量很大，從提高生產(chǎn)率、穩(wěn)定的保證加工精度的角度來(lái)講仍然是合理的。在小批量生產(chǎn)情況下，完成同樣工藝內(nèi)容，則力求減少機(jī)床臺(tái)數(shù)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)將工序盡量集中在一臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行加工，以提高機(jī)床的利用率。
4. 使用廠的技術(shù)能力 如廠方是否有相當(dāng)?shù)墓ぞ咧圃炷芰?。若使用廠制造刃磨復(fù)雜的復(fù)合刀具或特殊刀具有困難，則在制定機(jī)床工藝方案時(shí)，就應(yīng)當(dāng)避免采用這類(lèi)刀具。
設(shè)計(jì)時(shí)，工藝方案的制定是否合理，對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有著及其大的影響。
制定工藝方案時(shí)，應(yīng)首先分析生產(chǎn)類(lèi)型。生產(chǎn)類(lèi)型是衡量生產(chǎn)規(guī)模的標(biāo)志。
生產(chǎn)類(lèi)型不同，生產(chǎn)組織，生產(chǎn)管理，車(chē)間布置以及毛坯、設(shè)備、工具、加工方法和工人熟練程度等方面的要求程度均有所不同。在大量生產(chǎn)下，每個(gè)工序任務(wù)比較穩(wěn)定，因此，有條件采用高效率專(zhuān)用機(jī)床和工夾具，勞動(dòng)效率可大大提高，產(chǎn)品成本也可降低。但產(chǎn)量小的情況下，如果仍使用這些高效率的專(zhuān)用機(jī)床和工夾具，由于加工對(duì)象經(jīng)常改變，勢(shì)必造成機(jī)床調(diào)整的復(fù)雜化，降低機(jī)床利用率，提高加工成本。所以制定的工藝過(guò)程應(yīng)與生產(chǎn)類(lèi)型相適應(yīng)，以取得合理的經(jīng)濟(jì)效果。
在制定工藝方案時(shí)，首先對(duì)產(chǎn)品的裝配圖進(jìn)行研究分析，熟悉該產(chǎn)品的用途性能及工作條件，明確該工件在產(chǎn)品中的地位和作用，然后對(duì)工件的工作圖進(jìn)行分析和工藝審查。
第二節(jié) 擴(kuò)孔工藝分析
在機(jī)床上用擴(kuò)孔鉆加工零件的示意圖如下
擴(kuò)孔工序多半是精絞或精鏜前的粗加工工序，由于擴(kuò)孔鉆有較多的導(dǎo)向韌帶，因此其加工精度比鉆頭高。對(duì)一些精度要求不高的孔也可以用擴(kuò)孔作為最后的完成工序。比如，汽車(chē)輪輻上的螺栓孔可以用擴(kuò)孔完成最后的工序。在鑄件上擴(kuò)孔，孔的精度能達(dá)到6-5級(jí)，表面光潔度為3.2左右，個(gè)別精度也可以達(dá)到4級(jí)精度及1.6的光潔度?？椎奈恢镁瓤梢赃_(dá)到。正確的選擇擴(kuò)孔導(dǎo)向的參數(shù)是保證精度的重要條件，為了提高擴(kuò)孔的精度，要見(jiàn)效擴(kuò)孔鉆與導(dǎo)向套的徑向間隙，并使導(dǎo)向適當(dāng)靠近加工表面，以及嚴(yán)格要求主軸與導(dǎo)向的同心度。
第三節(jié) 機(jī)床總體布局的分析
合理的總體布局的基本要求是：
(1) 保證工藝方法所要求的工件和刀具的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
(2) 保證機(jī)床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度和抗振性。
(3) 便于操作、調(diào)整、修理機(jī)床；便于輸送、裝卸工件、排除切屑。
(4) 經(jīng)濟(jì)效果好，如節(jié)省材料、減少機(jī)床占地面積等。
(5) 造型美觀。
機(jī)床總體布局設(shè)計(jì)的一般步驟是，首先根據(jù)工藝分析分配機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)，選擇傳動(dòng)形式和支承形式；然后安排操作部位，并擬定在布局上改善機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施。上述步驟之間有著密切聯(lián)系，必要時(shí)可互相穿插或并進(jìn)。
決定多軸鉆床總體布局的因素：
1. 零件的工藝方法對(duì)多軸鉆床的設(shè)計(jì)有一定影響：
在確定專(zhuān)用多軸鉆床的總體布局時(shí)應(yīng)首先分析和選擇合理的加工工藝。
2. 運(yùn)動(dòng)分配對(duì)鉆床的總體布局有一定的影響
專(zhuān)用機(jī)床的工藝方法確定后，刀具與工件在加工時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也被確定下來(lái)，但此相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以完全分配給刀具，也可以完全分配給工件，或由刀具和工工件共同完成。設(shè)計(jì)專(zhuān)用鉆床，我們應(yīng)分析比較不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最佳的運(yùn)動(dòng)方案。下面是我們擬定的幾種分配方案：
1）切削加工的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由刀具實(shí)現(xiàn)
在輪輻專(zhuān)用多軸鉆床上鉆孔時(shí)，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都有刀具完成，鉆頭的軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，鉆頭的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)。采用該方法，耗能較大，由于工件質(zhì)量較輕所以應(yīng)把進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分配給刀具，這樣加工時(shí)耗能較低，可以順利完成對(duì)工件的加工。
2）切削加工時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)由刀具和工件共同完成
在多軸鉆床設(shè)計(jì)中，擴(kuò)絞輪輻孔時(shí)的主運(yùn)動(dòng)分配給鉆頭，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由工件完成，即通過(guò)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和工件的向上移動(dòng)來(lái)完成對(duì)工件的加工。這樣在加工過(guò)程中機(jī)床耗能較少，又由于工件較輕移動(dòng)方便平穩(wěn)，能保證工件的加工質(zhì)量，該方案用于工件重量不大的設(shè)計(jì)中。
3. 精度等級(jí)對(duì)機(jī)床的總體設(shè)計(jì)有一定的制約
由于多軸鉆床的加工精度和光潔度與機(jī)床的剛度和抗震性有關(guān)，為了得到所要求得加工精度和光潔度，在機(jī)床總體布局上就應(yīng)該保證有足夠的剛度和抗震性。通常情況下，支承形式為封閉的框架時(shí)，其剛度較好，如大型立車(chē)、刨床、銑床、坐標(biāo)鏜床等都采用龍門(mén)式。當(dāng)收到工藝限制無(wú)法采用龍門(mén)式時(shí)，可采用輔助支承懸臂梁、活動(dòng)橫梁來(lái)加強(qiáng)機(jī)床的剛度和抗震性如下列圖形所示：
a.龍門(mén)式機(jī)床（剛性好不易變形）
b.搖臂鉆床增加剛度和抗振性的措施
圖3-4機(jī)床抗震措施
振動(dòng)對(duì)機(jī)加工的危害較大，機(jī)床加工過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)傳遞給工件和刀具，會(huì)使被加工表面產(chǎn)生震動(dòng)，降低表面光潔度。振動(dòng)也可以使刀具壽命縮短，使機(jī)床零件的磨損加快。震動(dòng)所造成的噪音，使工人疲勞。因此，設(shè)計(jì)機(jī)床應(yīng)采用措施來(lái)消除和減少震動(dòng)。減少機(jī)床震動(dòng)可從布局、結(jié)構(gòu)、剛度等方面來(lái)采取措施。
機(jī)床總體布局方案的確定
（1）臥式機(jī)床：考慮到零件的夾具設(shè)計(jì)，采用臥式機(jī)床將導(dǎo)致零件的裝夾難度增加；
（2）懸臂式機(jī)床：考慮到零件的橫向尺寸不大，所以沒(méi)有必要采用這種形式的機(jī)床；
（3）立式機(jī)床：立式機(jī)床運(yùn)動(dòng)自由度大，操作方便，足可以滿足該零件的加工。戰(zhàn)地面積小，動(dòng)運(yùn)自由度大，操作方便，操作者可站在機(jī)床的前面，左面右面進(jìn)行操作。如下圖：
第五章 多軸鉆床主軸箱分析
主軸箱是多軸鉆床的重要組成部分，是用于布置機(jī)床工作主軸及其傳動(dòng)零件和附加機(jī)構(gòu)的。它通過(guò)按一定速比排布傳動(dòng)齒輪，把動(dòng)力部件上的動(dòng)力傳遞給各個(gè)工作主軸，使之獲得所需要的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等。主軸箱的設(shè)計(jì)包括箱體的設(shè)計(jì)和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)兩部分。
第一節(jié) 箱體的分析
主軸箱是機(jī)床的重要組成部分，按專(zhuān)門(mén)要求或需要來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中，是工作量較大的部件之一。
首先，介紹機(jī)床主軸箱的用途。主軸箱是用于布置（按所要求的坐標(biāo)位置）機(jī)床工作主軸及傳動(dòng)零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)的。它通過(guò)按一定速比排布傳動(dòng)齒輪，把動(dòng)力從動(dòng)力部件—?jiǎng)恿ο?，電?dòng)機(jī)等，傳遞給各工作主軸，使之獲得所需求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，并防止?jié)櫥屯饬骱突覊m，污物侵入。主軸箱體應(yīng)有足夠的精度和剛度，；有良好的散熱性和密封性；具有美觀大方且與總體布局協(xié)調(diào)一致的外姓；具有良好的工藝性，便于加工和裝配。
箱體結(jié)構(gòu)的工藝性
箱體結(jié)構(gòu)的工藝性，是指在一定的生產(chǎn)規(guī)模及生產(chǎn)條件下，箱體零件的結(jié)構(gòu)要適合于最有利的箱體制造工藝過(guò)程的要求。
設(shè)計(jì)時(shí)主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：
(1) 主要孔的結(jié)構(gòu)工藝性。
(2) 同軸線上孔的結(jié)構(gòu)工藝性。
(3) 箱體的安裝基面要大，結(jié)構(gòu)形式要簡(jiǎn)單。
(4) 箱體外壁上凸臺(tái)的結(jié)構(gòu)性。箱體同一外壁上的凸臺(tái)要在一個(gè)平面上，以便與加工和檢查。
(5) 孔的內(nèi)端面的工藝性。
主軸箱的技術(shù)要求
對(duì)于普通圓柱齒輪傳動(dòng)的兩平行軸之間應(yīng)注明：
① 軸線距離的公差；
② 平行度的允許公差。
主軸箱的一般鏜孔公差多半是二級(jí)精度，主軸孔徑根據(jù)加工要求可分二級(jí)或一級(jí)精度。幾何形狀的偏差，例如最大橢圓度和錐度，應(yīng)不超過(guò)孔徑公差的1/3~1/2?？椎耐钠?，可根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)件的影響情況而定。
與軸孔垂直的加工面也應(yīng)注明允許偏差，通常在100毫米半徑內(nèi)不應(yīng)超過(guò)0.01~0.03毫米。如果兩平行箱壁之間的距離影響安裝精度，也應(yīng)注明公差，可根據(jù)所要求的精度和距離，取0.2~0.5毫米或更大。
第二節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)的分析
傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是主軸箱設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一環(huán)。所謂傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就是通過(guò)一定的傳動(dòng)鏈，按要求把動(dòng)力從動(dòng)力部件的驅(qū)動(dòng)軸傳遞到主軸上去。同時(shí)，滿足主軸箱其他結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)的要求。
傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求：
1) 在保證主軸的強(qiáng)度、剛度，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求使傳動(dòng)軸和齒輪為最少。應(yīng)盡量用一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸；當(dāng)齒輪嚙合中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用齒輪變位的方法來(lái)湊中心距離。
2) 在保證有足夠強(qiáng)度的前提下，主軸、傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減少各類(lèi)零件的品種。
3) 通常應(yīng)避免主軸帶動(dòng)主軸，否則將增加主動(dòng)主軸的負(fù)荷。
4) 最佳傳動(dòng)比為1~1.5，但允許采用到3~3.5。
5) 粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。
6) 盡可能避免升速傳動(dòng)，必要的升速最好放在傳動(dòng)鏈的最末一，二級(jí)，以減少功率損失。
一、 齒輪的分析
1. 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，其主要特點(diǎn)有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，并且該傳動(dòng)比較平穩(wěn)。齒輪傳動(dòng)可分為開(kāi)式、半開(kāi)式和閉式傳動(dòng)
2. 齒輪齒數(shù)確定
確定齒輪齒數(shù)時(shí)，需先初定變速級(jí)內(nèi)齒輪副模數(shù)和傳動(dòng)軸直徑，以便根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸判斷其齒輪齒數(shù)或齒數(shù)和是否適宜。主傳動(dòng)齒輪要傳遞足夠動(dòng)力．齒輪模數(shù)一般取M＞2。在強(qiáng)度允許的條件下盡可能取鉸小模數(shù)，可方便加工、降低噪聲。為了便于設(shè)計(jì)與制造，主傳動(dòng)所用齒輪模數(shù)的種類(lèi)應(yīng)盡可能少。在同一個(gè)變速組內(nèi)，通常選用相同的模數(shù)，這是因?yàn)楦鬏喐钡乃俣群褪芰η闆r相差不大的緣故。而在某些場(chǎng)合．如最后擴(kuò)大組或折回傳動(dòng)組中，由于各齒輪副的速度和受力情況相差懸殊，在同一個(gè)變速組內(nèi)可選用不同的模數(shù)，但一般不多于兩種。
A 齒輪齒數(shù)確定的原則和要求
齒輪齒數(shù)確定的原則是齒輪結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，主軸轉(zhuǎn)速誤差小。
(1)齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)大，推薦齒數(shù)和Sl00—120。
(2)齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)小，但需從下述限制條件中選取較大值：
其一，受傳動(dòng)性能限制的最小齒數(shù)，為了保證最小齒輪不產(chǎn)生根切以及主傳動(dòng)具有較好的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性等，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓栓齒輪，一般取最小齒輪齒數(shù)＝18—20，主袖上小齒輪＝20，高速齒輪?。?5。
其二，受齒輪結(jié)構(gòu)限制的最小齒數(shù)，齒輪(尤其是最小齒輪)應(yīng)能可靠地安裝到軸上或進(jìn)行套裝，特別要注意齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽處的壁厚不能過(guò)小，以防齒輪熱處理時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的變形或傳動(dòng)中造成斷裂現(xiàn)象。
其三，受兩軸組件結(jié)構(gòu)限制的最小中心距．若齒數(shù)和太小，則過(guò)小的中心距將導(dǎo)致兩軸上的軸承或其他元件之間的距離過(guò)近或相碰。
B 查表法確定齒輪齒數(shù)
若齒輪副傳動(dòng)比是標(biāo)準(zhǔn)公比(或1．06)的整數(shù)次方，變速組內(nèi)的齒輪模數(shù)相等時(shí)．可按表直接查出齒輪齒數(shù)。
二、 軸的分析
1、軸是組成機(jī)器的主要零件之一?！凶骰剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件(例如齒輪、蝸輪等)，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞。因此軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
軸的設(shè)計(jì)也和其它零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。
軸的工作能力計(jì)算是指軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。而對(duì)剛度要求高的軸(如車(chē)床主軸)和受力大的細(xì)長(zhǎng)軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形。對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。
由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常見(jiàn)的是45鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。
必須指出:在一般工作溫度下(低于200℃)，各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多。因此在選擇鋼的種類(lèi)和決定鋼的熱處理方法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定條件下，有時(shí)也可選擇強(qiáng)度較低的鋼材，而用適當(dāng)增大軸的截面面積的辦法來(lái)提高軸的剛度。
各種熱處理(高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等)以及表現(xiàn)強(qiáng)化處理(如噴丸、按壓等)，對(duì)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。
高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵容易做成復(fù)雜的形狀,且具有價(jià)廉,良好的吸振性和耐磨性,以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn),可用于制造外形復(fù)雜的軸。
2、主軸的結(jié)構(gòu)主要取決于機(jī)床的類(lèi)型．主軸上所安裝的傳動(dòng)件、軸承和密封件等零件的類(lèi)型、數(shù)目、位置和安裝定位方法、同時(shí)還要夸慮主軸的加工和裝配工藝性，為了便于裝配并滿足軸承、傳動(dòng)件等零件的軸向定位需要，主軸通常作成階梯形，其直徑從前端向后或從中間兩端逐段縮小，為使傳動(dòng)件能傳遞扭矩，主軸上常制有鍵槽或花鍵；為了能通過(guò)棒料或拉桿，有的主軸須制成空心的形式：主軸的軸端結(jié)構(gòu)應(yīng)保證夾具或刀具定位準(zhǔn)確，安裝連接可靠，裝卸方便并能傳遞足夠的扭矩。
主軸的型式和直徑，主要取決于刀具的進(jìn)給抗力和切削扭矩或主軸—刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的需要。
軸的分布類(lèi)型機(jī)床所加工零件是多種多樣的，結(jié)構(gòu)各有不同，但被加工零件上（即主軸箱上主軸的分布），大體可以歸納成下述幾種類(lèi)型：
① 單組或多組圓周分布；
② 等距或不等距直線分布；
③ 圓周或直線混合分布；
④ 任意分布。
3.、多軸鉆的主軸前端形式如下圖
4、主軸材料
主軸材料主要應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度、耐磨性、載荷特點(diǎn)和熱處理后變形大小來(lái)選擇。在結(jié)構(gòu)尺寸一定的條件下，主軸的剛度取決于材料的彈性模量E。但是各種鋼材的E值基本相同，而且與熱處理無(wú)關(guān)．因此，沒(méi)有什什么特殊要求時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的中碳鋼，常用的如45鋼。
主軸的技術(shù)要求主要應(yīng)滿足主軸精度及其他性能的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)應(yīng)考慮制造的可能性和經(jīng)濟(jì)性，便于檢測(cè)等。為此應(yīng)盡量做到檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)、工藝基準(zhǔn)的一致性。
5 、主軸滾動(dòng)支承
主軸支承是主軸組件的重要組成部分，主軸支承是指主軸軸承，支承座及其相關(guān)零件的組合體，其中核心元件是軸承。因此，采用滾動(dòng)軸承的支承稱(chēng)為主抽滾動(dòng)支承；采用滑動(dòng)軸承的支承稱(chēng)為主軸滑動(dòng)支承。滾動(dòng)軸承的主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)的范圍大；能在零間隙或負(fù)間隙(一定的過(guò)盈量)條件下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，具有較高的旋轉(zhuǎn)精度和剛度：軸承潤(rùn)滑容易，維修、供應(yīng)方便，摩擦系數(shù)小等。其缺點(diǎn)是滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體數(shù)日有限，剛度是變化的，阻尼也較小，容易引起振動(dòng)和噪聲；徑向尺寸也較大?；瑒?dòng)軸承具有抗振性好、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、旋轉(zhuǎn)精度高及徑向尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，但制造、維修比較困難，并受到使用場(chǎng)合限制，如立式主軸漏油問(wèn)題解決較困難等。
設(shè)計(jì)主軸支承時(shí)，應(yīng)盡量采用滾動(dòng)軸承。當(dāng)主軸速度、加工速度及工件加工表面有較高要求時(shí)才用滑動(dòng)軸承。
6、 滾動(dòng)軸承選擇
主軸組件的滾動(dòng)軸承既要有承受徑向載荷的徑向抽承，又要有承受兩個(gè)方向軸向載荷的推力軸承。軸承類(lèi)型及型號(hào)選用主要應(yīng)根據(jù)主軸組件的剛度、承載能力、轉(zhuǎn)速、抗振性及結(jié)構(gòu)等要求合理進(jìn)行選定。
同樣尺寸的抽承，線接觸的滾子軸承比點(diǎn)接觸的球抽承的剛度要高，但極限轉(zhuǎn)速要低；多個(gè)軸承比單個(gè)軸承承裁能力要大；不同軸承承受裁荷類(lèi)型及大小不同：還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)要求，如中心距特別小的組合機(jī)床主軸．可采用滾針軸承。
為提高主軸組件的剛度，通常采用輕系列或特輕系列軸承，因?yàn)楫?dāng)軸承外徑一定時(shí)其孔徑(即主軸軸頸)較大。
第六章 多軸鉆床的夾具設(shè)計(jì)分析
第一節(jié) 夾具的原理分析
夾具按通用程度分為：通用夾具，專(zhuān)用夾具，成組夾具，組合夾具和隨行夾具。我們這次設(shè)計(jì)的多軸鉆床的夾具屬于專(zhuān)用夾具。它可以保證加工質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)可以擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍。夾具是現(xiàn)代制造業(yè)中不可缺少的。因此也是這次設(shè)計(jì)的重要組成部分。根據(jù)畢業(yè)實(shí)習(xí)工廠的要求，設(shè)計(jì)多軸鉆床的專(zhuān)用夾具主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：
1、 工件在夾具上的定位
2、 工件的夾緊
3、 定位誤差的分析
（一）定位原理
圖6-1
一個(gè)物體在空間可以有六個(gè)自由度，以圖4-1所示的長(zhǎng)方體為例，它在直角坐標(biāo)系oxyz中可以有三個(gè)平移運(yùn)動(dòng)和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。三個(gè)平移運(yùn)動(dòng)別是沿x,y,z軸的平移運(yùn)動(dòng)；三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分別是繞x,y,z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。習(xí)慣上，把上述6個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為6個(gè)自由度。如果采取一定的約束措施，消除物體的6個(gè)自由度，則物體被完全定位。
采用6個(gè)按一定規(guī)律布置的約束點(diǎn)，可以限制工件的6個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)完全定位，成為六點(diǎn)定位原理。
（二）定位分析
現(xiàn)根據(jù)六點(diǎn)定位原理對(duì)其進(jìn)行分析，如圖6-2所示
圖6-2
常用的定位方法有：工件以平面定位，工件以圓柱孔定位，工件以外圓表面定位。設(shè)計(jì)多軸鉆床的夾具用的定位方法是以 1. 圓柱銷(xiāo) 2. 定心銷(xiāo) 3.定位銷(xiāo)進(jìn)行六點(diǎn)定位的。如圖4-2所示
定位基準(zhǔn)1為主基準(zhǔn)，它限制了工件在方向上的位移以及工件在和方向上的旋轉(zhuǎn)；基準(zhǔn)2起到了定心作用，限制工件在和方向上的位移；基準(zhǔn)3用來(lái)限制工件在方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣被加工零件就完全定位了。
（三）對(duì)夾緊裝置的要求
夾緊裝置是夾具的重要組成部分，在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)該滿足以下基本要求。
1）在夾緊過(guò)程應(yīng)能保持工件定位時(shí)所獲得的正確位置；
2）夾緊應(yīng)可靠和適當(dāng)；
3）夾緊裝置應(yīng)操作方便、省力和安全；
4）夾緊裝置的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。
（四）夾緊力的確定
夾緊力包括力的大小，方向，和作用點(diǎn)三個(gè)要素，它們的結(jié)果是夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中首要解決的問(wèn)題。多軸鉆床的夾緊力的選擇如下：
1）夾緊力的方向：與工件鉆削力、工件的自重方向一致，這樣可以減少所需要的夾緊力，有利與工件的準(zhǔn)確定位，而且與工件的剛度最大方向是一致的，減少了工件的變形。
2）夾緊力的作用點(diǎn)：夾緊力的作用點(diǎn)選在輪輻的中心平面內(nèi)。這樣正對(duì)著支撐元件，保證了工件已獲得的定位不變；而且減少了工件的變形。
3）夾緊力的估算：夾緊力的大小可以根據(jù)作用在工件上的各種力來(lái)具體計(jì)算，確定工件保持平衡最小的夾緊力；為安全起見(jiàn)將此最小夾緊力乘以一個(gè)安全系數(shù)k即可。
第二節(jié) 工件定位分析及夾具設(shè)計(jì)要求
1.定位分析
利用六點(diǎn)定位的原理來(lái)分析該工件的定位，工件的簡(jiǎn)圖如圖6-3所示。
圖6-3 工件的簡(jiǎn)圖
在鉆擴(kuò)的加工過(guò)程中，工件的主要受力如圖6-4所示。
圖6-4工件的主要受力示意圖
F1.液壓缸的推力 F2.工件受的自重 F3.壓料板和彈簧的壓力 F4 .鉆頭的切削力
由圖可見(jiàn)，工件在加工過(guò)程中所受的力主要有液壓系統(tǒng)向上的推力，鉆頭的鉆削力，工件的自重以及工件的夾緊力。其中鉆頭的鉆削力可分為沿鉆頭的軸向力和扭矩，由設(shè)計(jì)的原始資料得：
（1）被加工零件
名稱(chēng)及編號(hào)：汽車(chē)輪輻8.5-20-I，STR擴(kuò)孔。
材料及硬度：碳結(jié)構(gòu)鋼Q235B
重 量：20～25kg
（2）加工余量
￠26.5-￠23.5=3.0mm
則每個(gè)孔的直徑上加工余量為3.0mm
（3）技術(shù)條件
1）本機(jī)床加工前應(yīng)保證零件圖上的所有尺寸；
2）本機(jī)床保證：
a、加工后各對(duì)稱(chēng)孔的中心距不變；
b、加工后的孔的尺寸為￠26.5±0.2；
c、其余尺寸不變。
根據(jù)受力情況可見(jiàn)，工件的主要受力在豎直方向上，次要受力方向?yàn)樗矫?，試確定工件的定位方案如圖6-2所示，現(xiàn)根據(jù)六點(diǎn)定位原理對(duì)其進(jìn)行分析。
2. 定位誤差分析
在批量生產(chǎn)中是采用調(diào)整法加工，在不考慮磨損、多次換刀誤差及工藝系統(tǒng)受力變形和熱變形的情況下，可以認(rèn)為加工表面的位置是不變的。因此，定位誤差實(shí)際上是由于工序基準(zhǔn)的位置變化引起的，即定位誤差是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的位置變動(dòng)量（）。
定位誤差太小，說(shuō)明定位精度高，加工要求容易保證，但會(huì)提高定位基準(zhǔn)和定位元件的制造精度，并會(huì)增加組裝困難，所以定位誤差應(yīng)合理。一般情況下，定位誤差與相應(yīng)尺寸應(yīng)滿足下面不等式：
因?yàn)樗庸すぜ窃诎鍫罟ぜ霞庸ぞ嫉?2個(gè)加工孔，工件以底平面及定心和定位孔為定位基準(zhǔn)。
如圖6-3所示：孔的孔徑是由刀具尺寸保證的，加工尺寸３mm的工序基準(zhǔn)是工件孔的軸線，因?yàn)槭怯枚ㄐ呐c工件中心孔配合實(shí)現(xiàn)在和方向上的定位，定心也是定位基準(zhǔn)。盡管工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，但因中心孔和定心的直徑都有制造誤差，所以工序基準(zhǔn)3在和方向的位置仍然是變化的，其起最大變動(dòng)量即為工件的定位誤差，即
所以工件定位良好。
第三節(jié) 夾緊機(jī)構(gòu)的選擇和工藝性分析
先考慮切削力的大小、方向和作用點(diǎn)、工件的重量和是否做變速運(yùn)動(dòng)。假設(shè)工件和夾緊系統(tǒng)是剛性的，取工件為分離體，分析工件所受的力。
由已知，工件的受力情況如圖6-4，工件在加工時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)，故沖擊和振動(dòng)較小。主切削指向主定位基準(zhǔn)的支承面且落點(diǎn)落在主支承面內(nèi)。主切削力P與夾緊力方向相同，垂直指向支承面。此兩力對(duì)工件的反力構(gòu)成平衡力系，使工件保持不動(dòng)。水平方向使工件沿水平面產(chǎn)生位移的力和定位銷(xiāo)所產(chǎn)生的反力相互平衡。所以求出工件的理論夾緊力為：
根據(jù)靜力平衡條件
W1=（公斤力）
為了安全起見(jiàn)，乘以安全系數(shù)K，作為實(shí)際需要的夾緊力。K值一般為1.5~3，在本加工過(guò)程中，取K=2.5。且只考慮切削力的影響，把切削力視為常值。
則 W=W1*K=24.72.5=61.75（公斤力）
所以，在工件的裝夾時(shí)，在其上表面設(shè)置一壓料板。壓料板在夾緊時(shí)主要利用其自身的重力和彈簧的彈力對(duì)工件起夾緊作用。同時(shí)也設(shè)計(jì)鉆模，在鉆孔時(shí)起導(dǎo)向作用。
根據(jù)以上分析，可做出夾具的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖6-5如下
圖6-4夾具設(shè)計(jì)的工裝簡(jiǎn)圖
1. 圓柱銷(xiāo) 2. 定心 3.夾具體 4.定位銷(xiāo)
第七章 多軸鉆床液壓系統(tǒng)分析
第一節(jié) 液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介
液壓傳動(dòng)的工作原理
液體容易流動(dòng)．而且?guī)缀跏遣豢蓧嚎s的。液體受壓后．其內(nèi)部的壓力強(qiáng)度可以向各個(gè)方向傳遞。液壓傳動(dòng)正是利用了液體的這一特征。
現(xiàn)以圖所示的液壓干斤項(xiàng)為例來(lái)說(shuō)明液壓傳動(dòng)的工作原理。當(dāng)將手柄1向上扳動(dòng)時(shí)，小活塞3向上移動(dòng)，其下端容積增大，產(chǎn)生相對(duì)真空。在大氣壓力的作用F，油箱中的油液通過(guò)管道5和單向閥4進(jìn)入小液壓缸2的下腔。當(dāng)將手柄1向下壓時(shí)，小活塞下移，其下端的封閉容積減小，油壓使單向閥4關(guān)閉。受壓的油液則經(jīng)管道6和單向閥7進(jìn)入大液壓缸9的下腔，推動(dòng)大活塞8上洛頂起重物12。若上下不停地板動(dòng)手柄l，油濃則不斷地進(jìn)人大液壓缸，使重物漸漸升起o這種靠受壓液體在密閉容積中的流動(dòng)傳遞動(dòng)力的方式就叫做液壓傳動(dòng)。截止閥11打開(kāi)后，截止閥11打開(kāi)后，重物下落。
液壓系統(tǒng)的組成
1)動(dòng)力裝量 動(dòng)力裝真的作用是向液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力的液體流量，它將原動(dòng)機(jī)輸入給它的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。液壓泵17就是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力裝置。
2)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 液壓系統(tǒng)購(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括液壓缸和液壓馬達(dá)，它們的作用分別是把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)械能和旋轉(zhuǎn)形式的機(jī)械能。
3)控制調(diào)節(jié)裝置 在圖1—2(a)中，用于控制液流的方向、流量和壓力的元件統(tǒng)稱(chēng)為閥，它們分別是電磁校向閥14、仕流閩11和溢流閥4等。
4)輔助裝置 用于液壓介質(zhì)的儲(chǔ)存、過(guò)濾、傳輸以及對(duì)液壓參量進(jìn)行測(cè)量和顯示等元件都屬于輔助裝置，也叫附件；液壓系統(tǒng)中的附件主要有油箱、濾油器、管件、密封件、加熱器、冷卻器、壓力表等等。
5)作介質(zhì) 工作介質(zhì)用以傳遞動(dòng)力并起潤(rùn)滑作用。根據(jù)使用環(huán)境和主機(jī)的不問(wèn)，需要采用不同的工作介質(zhì)。常用的工作介質(zhì)有石油基油液和合成油液等等.
第二節(jié) 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟
液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無(wú)嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)．在明確設(shè)汁要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行。
1)確定液壓執(zhí)行元件的形式；
2)進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；
3)制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；
4)選擇液壓元件。
5)液比系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；
6)繪制工作圖，編制技木文件。
液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的提出
在制訂主機(jī)總體方案的過(guò)程中，究竟選用哪種傳動(dòng)方式，必須進(jìn)行充分的分析，將使用液壓、機(jī)械和電力傳動(dòng)的各種方案從使用性能、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)保養(yǎng)及生產(chǎn)條件等多方面。液壓與電氣聯(lián)合使用，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱和自動(dòng)控制，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置靈活，但制造質(zhì)量和調(diào)整維護(hù)要求較高。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們根據(jù)工廠的實(shí)際生產(chǎn)和加工情況，以及廠方提出的具體要求，在設(shè)計(jì)多軸鉆床液壓系統(tǒng)的時(shí)候重點(diǎn)考慮以下技術(shù)要求：
（1） 液壓缸帶動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式為上下移動(dòng)；
（2） 工作臺(tái)快進(jìn)速度為0.072m/s，工進(jìn)速度為；
（3） 工作臺(tái)在個(gè)工作階段所需要克服的負(fù)載見(jiàn)后表
（4） 其為成批生產(chǎn)，為提高效率，系統(tǒng)應(yīng)能滿足自動(dòng)化要求
（5） 系統(tǒng)發(fā)熱量，維修方便。
明確了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求之后，就可以選用執(zhí)行元件，確定它的種類(lèi)與數(shù)量及各個(gè)執(zhí)行元件的工作順序，其次分析各執(zhí)行元件的工作情況，其內(nèi)容包括動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析。即分析執(zhí)行元件的負(fù)載，速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，并繪制負(fù)載圖和速度圖，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的基本依據(jù)。
確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。
在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，傳遞的功率是由壓力和流量的乘積決定的。因此，壓力和流量是液壓系統(tǒng)中的主要參數(shù)。他們都由兩部分組成：一部分是液壓執(zhí)行元件的工作需要決定，另一部分是油液流過(guò)回路時(shí)的壓力損失和泄露決定的；前者是主要的，占有很大的比重，后者是附加的，應(yīng)該設(shè)法可能使之減少。
液壓裝置的工作性能
根據(jù)液壓裝置要求達(dá)到的性能來(lái)確定工作壓力。例如機(jī)床類(lèi)為了保證零件加工精度，對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)，刀架的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，低速度穩(wěn)定性、換向精度以及液壓系統(tǒng)的溫升都有較高的要求。為了滿足上述要求，通常把液壓系統(tǒng)的工作壓力限制在7Mpa以下。
經(jīng)濟(jì)性
在選擇壓力還須考慮液壓裝置餓制造和維修費(fèi)用，對(duì)不同的方案應(yīng)進(jìn)行成本分析，以確定合適的壓力。
裝置重量及其占用的空間
在工業(yè)回路和行走機(jī)械回路的設(shè)計(jì)中，重量因素一般占次要地位。單純從占用空間最小的角度來(lái)看，最理想的壓力是56Mpa，例如系統(tǒng)壓力從14Mpa增到56Mpa時(shí)，油箱的體積是原來(lái)是1/3，液壓缸與蓄能器的體積均為原來(lái)的1/2。
環(huán)境溫度
環(huán)境溫度顯著的影響系統(tǒng)的散熱。由于系統(tǒng)內(nèi)部的能量損失引起的油溫升高，對(duì)密封著一類(lèi)元件有不良的影響，同時(shí)回導(dǎo)致泄露的增加，潤(rùn)滑性能的變壞。發(fā)熱量是系統(tǒng)壓力的函數(shù)，因此它直接涉及到壓力的選擇。下表是我國(guó)各類(lèi)液壓設(shè)備常用的工作壓力，可供選用時(shí)參考。
設(shè)備類(lèi)型
機(jī)床
農(nóng)業(yè)機(jī)械，汽車(chē)，小型工程機(jī)械
船舶舵機(jī)
重型設(shè)備
大型工程機(jī)械，鍛壓機(jī)械
飛機(jī)
系統(tǒng)壓力MPa
1~10
10~16
8~25
20~32
21~28
第三節(jié) 多軸鉆床的液壓系統(tǒng)
擬訂液壓系統(tǒng)原理圖包括兩項(xiàng)內(nèi)容：一是選擇液壓回路。二是把選出的液壓的基本回路組成液壓系統(tǒng)。
3.1 選擇液壓基本回路
從工況圖上可以看出：
供油源
該系統(tǒng)的流量、壓力較小，可以選用但個(gè)定量泵和溢流閥組成的供油源。如圖5-6所示。
圖5-6
調(diào)速回路
由工況圖可知，該液壓系統(tǒng)功率小，因此選用節(jié)流調(diào)速方式?？紤]到鉆削加工中有快進(jìn)，工進(jìn)和快退等動(dòng)作，因此選用二位調(diào)速閥。多段調(diào)速回路其特點(diǎn)是在一個(gè)行程中有快速與慢速。而在回程時(shí)一般不調(diào)速。也可以分為節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速兩種
多段節(jié)流調(diào)速，進(jìn)油節(jié)流出油節(jié)流所用的辦法與單程調(diào)這類(lèi)似，只足任單向節(jié)流閥處再并聯(lián)一個(gè)一個(gè)二通換向閥、，在二通間接通時(shí)是快速v一通問(wèn)關(guān)閉時(shí)就是慢如圖5-7所示。
圖5-7
換向和卸荷回路
多軸鉆床采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動(dòng)。由工況圖可知，系統(tǒng)壓力和流量都不大，同時(shí)考慮工作臺(tái)工作一個(gè)循環(huán)后裝夾時(shí)間不長(zhǎng)，為方便工作，選用三位四通M型電磁換向閥，并由電器行程開(kāi)關(guān)配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向，換向閥應(yīng)用中間位置卸荷，活塞可以在行程上的任何位置鎖緊。由于滑閥內(nèi)部的泄露，再加上快退時(shí)受負(fù)的負(fù)載，故不能有效鎖緊，但可以用在這種鎖緊要求不高的場(chǎng)合下，這種系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單和廉價(jià)。如圖5-8所示。
圖5-8
卸荷回路
換向閥應(yīng)用中間位置卸荷，活塞可以在行程上的任何位置鎖緊。由于滑閥內(nèi)部的泄露，再加上快退時(shí)受負(fù)的負(fù)載，故不能有效鎖緊，但可以用在這種鎖緊要求不高的場(chǎng)合下，這種系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單和廉價(jià)。如圖5-8所示。
壓力控制回路
由于液壓系統(tǒng)流量較小，鉆床工作臺(tái)進(jìn)給時(shí)，采用進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速。故選用溢流閥和齒輪泵供油比較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)。維持液壓泵出口壓力恒定。
3.2 液壓系統(tǒng)的合成
根據(jù)以上選擇的液壓基本回路，合成為圖5-8所示的定量泵—回油路節(jié)流調(diào)速液壓系統(tǒng)圖
圖5-5：液壓系統(tǒng)原理圖
1.液壓缸 2. 兩段式調(diào)速閥 3.三位四通換向閥 4.壓力表 5.液壓泵 6. 濾油器 7.空氣過(guò)濾器 8.溢流閥 9..電機(jī) 10.油箱
液壓系統(tǒng)的工作原理：
如圖所示的多軸鉆床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)原理圖，液壓泵5由電動(dòng)機(jī)9帶動(dòng)，從油箱10中吸油，然后將具有壓力能的油液輸送到管路，油液通過(guò)管路流至三位四通換向閥3，換向閥有三個(gè)不同的工作位置，因此通路情況不同。當(dāng)閥芯處于中間位置時(shí)，同向液壓缸的油路被堵死，液壓缸不能通壓力油，所以工作臺(tái)停止不動(dòng)。若將閥芯向左推，這時(shí)壓力油流入液壓缸的左腔，壓力油流入換向閥，活塞在液壓缸下腔壓力油的作用下推動(dòng)工作臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)，液壓缸上腔的油通過(guò)換向閥流回油箱。若將換向閥3的閥芯右推（右端工作位置），活塞帶動(dòng)工作臺(tái)向下移動(dòng)。因此換向閥3的工作位置不同時(shí)，就能改變壓力油的通路，使液壓缸不斷換向，以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)所需要的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)加工要求的不同，工作臺(tái)的移動(dòng)速度可以通過(guò)兩段式調(diào)速閥2來(lái)調(diào)節(jié)，利用改變兩段式調(diào)速閥開(kāi)口的大小來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)的流量，以控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度。
工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于工作情況的不同，要克服的阻力也不同，不同的阻力都是由液壓泵輸出油液的壓力能來(lái)克服的，系統(tǒng)的壓力可通過(guò)溢流閥8來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)中的油壓升高到稍高于溢流閥的調(diào)定壓力值時(shí)，溢流閥上的鋼球被頂開(kāi)，油液經(jīng)溢流閥排回油箱，這時(shí)油壓不再升高，維持穩(wěn)定值。
為保持油液的清潔，設(shè)置了過(guò)濾器6，將油液中的污物雜質(zhì)去掉，使系統(tǒng)能夠正常工作。
第八章 結(jié) 束 語(yǔ)
本次焦作制動(dòng)器有限公司的實(shí)習(xí)有了很大的收獲：
1、明白了純理論的設(shè)計(jì)知識(shí)與工作現(xiàn)場(chǎng)是有一定的出入；
2、如何解決設(shè)計(jì)中理論知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的沖突；
3、設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意哪些事項(xiàng)；
4、設(shè)計(jì)不但要考慮它實(shí)用性能，而且還要考慮它的實(shí)際加工、裝配、生產(chǎn)條件等因素；
這次畢業(yè)實(shí)習(xí)，是一次全方位的實(shí)習(xí)，綜合了我們學(xué)過(guò)的很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)，對(duì)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)有很大的幫助。同時(shí)我們非常感謝我們的公司技術(shù)人員！
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