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双头可调立式钻床设计.rar

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更新时间：2014-08-29
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双头可调立式钻床设计
摘要
此次设计为可调立式双头钻床的机械设计。设计主要介绍了可调立式双头钻床的设计原理、调整方法及设计计算过程。通过预先给定的加工要求可确定所需的计算参数，进而依据可调立式双头钻床的设计原理来设计计算并校核各个部位的零件，然后进行组装。本次设计可从五大方面进行设计。通过预先给定的加工要求计算并进行了可调式双头钻头的设计、传动系统减速箱的设计、传动系统电机的选用、 X-Y工作台的设计、钻头轴向进给系统的设计共五部的设计。通过设计并组装后的钻床可以一次加工两孔，且两钻头间的距离可调，从而实现可以在一个工件上加工多对两两间距不同的孔。在人力和设备不增加的情况下使用可调立式双头钻床可以成倍提高钻床的加工效率，并可以保证较高的加工精度和孔间相对位置精度。

关键词：滚珠丝杠；电动机；变速箱；可调式双头钻头
ABSTRACT
The machine design is to devise an adjustable vertical double-headed drilling machine. The design mainly introduced the design principle, adjusting and design calculation process for devise a adjustable vertical double-headed drilling machine. Through the processing requirements given in advance can determine the computation parameters, then based on the design principle, which is about adjustable vertical double-headed drilling machine, to design ,calculate and check each place parts, and then to assemble all the parts. The design can be devised from five aspects. Through the processing requirements given in advance，five parts of the design, the adjustable double transmission system, design of the reducer drive system for the motor selection, design of X-Y workbench, design of axial feeding system for drill bits, can be calculated and devised. Through design and assembly of the drilling machine, two holes can be formed after one processing, and the distance between the two holes can be adjusted. So as to realize processing some groups of holes with different space between two holes. Adjustable vertical two-headed drilling machine can multiply processing efficiency without increase human and equipment, and can guarantee a high machining accuracy and precision of the relative position between holes.

Key words：Ball screw；motor；gearbox；Adjustable two-headed drill bit.
目录
摘要 I
ABSTRACT II
1 前言 1
1.1 本课题的背景和研究意义 1
1.2 本课题解决的问题和设计时主要的工作 2
2 双头钻床结构设计的总体方案 4
2.1钻床总体结构 4
2.2设计方案选择 4
3 可调式双头钻头的设计 9
3.1 预选加工材料，加工直径 9
3.2 计算高速钢麻花钻轴向切削力及扭矩 10
3.2.1 计算单个钻头轴向切削力 10
3.2.2 计算单个钻头扭矩 10
3.3 钻头中各轴及齿轮的计算 12
3.3.1 齿轮8、9、10、11的计算 12
3.3.2 齿轮5、6、7的计算 17
3.4 双头钻头内各轴的设计 19
3.4.1 计算轴I、VIII的最小直径 19
3.4.2 计算轴II、VII的最小直径 20
3.4.3 计算轴III的最小直径 20
4传动系统减速箱设计 21
4.1减速箱内各齿轮设计 21
4.1.1传动系统减速箱齿轮、的设计 22
4.1.2传动系统减速箱齿轮、的设计 23
4.2 双头钻头内各轴的设计 23
4.2.1 计算轴III的最小直径 24
4.2.2 计算轴IV的最小直径 24
4.2.3 计算轴V的最小直径 24
4.2.4 计算轴VI的最小直径 25
5 传动系统电机的选用 26
5.1计算折算到电机主轴上的转矩 26
6钻头轴向进给系统的设计 27
6.1 钻头轴向进给丝杠螺母副的计算和选型 27
6.1.1工作台基本参数 27
6.1.2计算进给牵引力 27
6.1.3计算最大动载荷C 27
6.1.4滚珠丝杠螺母副的选型 28
6.1.5 传动效率计算 28
6.1.6刚度检验 29
6.1.7稳定性校核 31
6.2齿轮传动比计算 31
6.3步进电机的计算和选型 32
6.3.1初选电机型号 32
6.3.2电机校核计算 32
7 X-Y工作台的设计 36
7.1工作台滚珠丝杠螺母副的计算和选型 36
7.1.1工作台基本参数 36
7.1.2计算进给牵引力 36
7.2轨道的选择 37
8结论 38
参考文献 39
致谢 40
2 双头钻床结构设计的总体方案
2.1钻床总体结构
可调式立式双头钻床主要由床身、工作台、钻头、主传动系统、电机等部分组成。可调式立式双头钻床的设计需要完成以下几个步骤：
1.可调式双头钻头的结构设计：
通过齿轮间的位置转动实现两钻头间距离的可调性。
2.传动系统变速箱的设计：
双轴钻床的主运动为旋转，由主电动机驱动，动力通过皮带轮传递给主轴箱,主轴箱是双轴钻床的主要驱动装置。主运动（旋转）及进给运动同时进行。主轴箱驱动轴的运转由主电机经过交换齿轮来驱动。
3.传动系统驱动电机的选型;
通过将加工工件时所需的转矩折算到电机主轴上，通过电机主轴上的转矩和电机转速算出功率，然后进行电机的筛选。
4.钻头轴向进给系统的设计：
采用滚珠丝杠轴向进给。
5.工作台的横向、纵向的进给系统的设计：
工作台横向、纵向进给：采用滚珠丝杠进给。
2.2设计方案选择
本设计根据可调钻头实现可调功能的原理不同可有两种可调式钻孔头的结构设计方案。
<方案一>：通过可伸缩式万向联轴器调节
本结构用齿轮箱配合万向节头所组成，由于万向节头是可活动轴件，股在限定范围内可左右移动。
万向联轴器的共同特点是角向补偿量较大，不同结构型式万向联轴器两轴线夹角不相同，一般≤5°-45°之间。万向联轴器利用其机构的特点，使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。万向联轴器最大的特点是具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。

图2.1 可伸缩焊接方式万向联轴器
工作原理：多轴钻床的实现主要是由于有多轴器的存在才得以实现的。主轴旋转带到多轴器中的其他轴转动。多轴器结构由齿轮箱配合万向节头所组成，由于万向节是可活动轴件，故在限定范围内可左右移动。在调整加多轴头箱内有一个主动轮和多个从动轮，主动轮与电机联结，将动力传给多个从动轮，从动轮再驱动钻头对工件进行加工。多轴钻床广泛应用于机械行业多孔零部件的钻孔及攻丝加工。
优点：在调整加工孔距时不受齿轮所限制，适合加工不定性孔件，使用范围较广可调式多轴钻床在其加工范围内，其主轴的数量、主轴间的距离，相对可以任意调整，一次进给同时加工数孔。在其配合液压机床工作时，可自动进行快进、工进（工退）、快退、停止同单轴钻（攻丝）比较，工件加工精度高、工效快，可有效的节约投资方的人力、物力、财力。尤其机床的自动化大大减轻操作者的劳动强度。
缺点：精度方面控制有所欠缺，长期使用跑位率相比略高。适合单件加工量不大，长年更换加工件的企业。
<方案二>：通过齿轮调节
该多轴钻孔头是根据太阳系中太阳、行星及卫星的运动规律设计的，即：行星绕太阳转动，卫星绕行星转动，利用这个运动规律，还可实现钻孔轴相对位置的调整。
此可调式双头钻床原理如图：

图2.2 可调式两轴钻孔动力头结构调整图

此次设计主要目的在于改造单头钻床为可调式多头钻床。使其可以在较大的范围和多个工位上同时加工两个孔，很大程度上扩大了钻床加工范围，提高了机床适用性，并保证两孔的相对位置精度。钻头可加工的范围为：Lmin-Lmax之间的圆环范围，并可通过调整钻头的位置在一个圆上进行等分圆的加工。
可调式钻孔头的结构设计：
以可调式两轴钻孔头为例进行说明，图2.3所示可调式两轴钻孔头的结构图，钻孔头通过连接体1 与钻床主轴的不回转部分连接，连接体1 是一个开口套，用螺钉锁紧在主轴上；太阳齿轮3通过锥孔套在主轴回转部分的锥体上，靠摩擦传递扭矩。通过行星齿轮6，太阳齿轮把动力传给钻孔主轴17，行星齿轮6 在这里是惰轮（过桥齿轮），在调整时它只能和整个钻孔头一起绕太阳齿轮公转。主轴端部靠弹簧卡头21，夹紧钻头。为了使该钻头结构尽量紧凑，我们尽量选用小尺寸齿轮，卫星齿轮8 与钻孔主轴17靠过盈配合传递扭矩，所采用的轴承均为无内外圈滚针轴承。调整时，行星齿轮轴14，距离调整块13可带动卫星齿轮8，滚针轴承9、18，隔离块10，衬套15，止推轴承16，钻孔主轴17，紧定螺钉19，钻孔主轴套20 及弹簧卡头21 等绕行星轮轴14 自由转动，调整角度α。松开连接体1 的锁紧螺钉，整个钻孔头可以绕太阳齿轮3，自由转动，调整回补转角θ。
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