自動臺鉆設計開題報告

1、福建工程學院畢業(yè)設計（論文）開題報告 機電 系 機械設計制造及自動化 專業(yè)設計（論文）題目 強力臺式鉆床的主傳動系統(tǒng)設計 學生姓名 謝友華 學號 0108107627 起迄日期 2012.02.152012.04.20 設計地點 福建工程學院 指導教師 彭晉民 2012 年 02 月 18 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告1、課題研究意義和目的 1.1 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展狀況 金屬切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法，是機械制造行業(yè)中最基本的加工方法，金屬切削加工過程是由金屬切削機床來實現(xiàn)的。金屬切削機床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器。 在現(xiàn)代機械制造行業(yè)中，隨著加工零件方

2、式多樣化及工藝合理化的發(fā)展要求，加工零件的方法也呈現(xiàn)出多樣化，如：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓、輥軋等，在這其中機床切削加工的工作量約占總制造工作量的40%60%（其中鉆床占11.2%），所以目前的機械制造行業(yè)中金屬切削機床是主要的加工設備。而機床的技術性能又直接影響機械制造行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率，所以為了提高國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學技術水平，必須對機床的發(fā)展作出新的要求。 我國機床工業(yè)自1949年建立以來，雖然在短短的時間內(nèi)取得了很大的成就，但與世界先進水平相比還有較大的差距。就現(xiàn)狀看，主要表現(xiàn)在：我國機床工業(yè)起步晚、技術不成熟；大部分高精度和超精度機床的性能還不能滿足

3、要求，精度保持度也差。據(jù)有關部門統(tǒng)計，我國數(shù)控機床基本上是中等規(guī)格的車床、銑床和加工中心等，而精密、大型、重型或小型數(shù)控機床還遠遠不能滿足要求；另外，我國機床在技術水平和性能方面的差距也很明顯，機床理論和應用技術的研究也明顯落后。所以我們要不斷學習和引進國外先進科學技術，大力發(fā)展研究，推動我國機床工業(yè)的發(fā)展。 1.2問題的提出 由以上現(xiàn)狀分析我們可以看出，在機床加工中鉆床的加工工作量在總制造工作量中占有比較大的比重。鉆床是指一種孔加工設備，具有廣泛用途的通用性機床。 主要是用鉆頭在工件上加工孔的機床。通常鉆頭旋轉為主運動，鉆頭軸向移動為進給運動。鉆床結構簡單，加工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，

4、更換特殊刀具，可擴、锪孔，鉸孔或進行攻絲等加工。加工過程中工件不動，讓刀具移動，將刀具中心對正孔中心，并使刀具轉動(主運動)。鉆床的特點是工件固定不動，刀具做旋轉運動。鉆床可分為下列類型： （1）搖臂鉆床：搖臂可繞立柱回轉、升降，通常主軸箱可在搖臂上作水平移動的鉆床。它適用于大件和不同方位孔的加工。 （2）立式鉆床：主軸箱和工作臺安置在立柱上，主軸垂直布置的鉆床。 （3）臺式鉆床：可安放在作業(yè)臺上，主軸垂直布置的小型鉆床。 （4）銑鉆床：工作臺可縱橫向移動，鉆軸垂直布置，能進行銑削的鉆床。 （5）深孔鉆床：使用特制深孔鉆頭，工件旋轉，鉆削深孔的鉆床。 （6）平端面中心孔鉆床：切削軸類端面和用中

5、心鉆加工的中心孔鉆床。 （7）臥式鉆床：主軸水平布置，主軸箱可垂直移動的鉆床。長期以來，我國的機械制造工業(yè)中孔類加工多數(shù)由傳統(tǒng)鉆床來完成，而形體較小，結構簡單的工件只能用普通的臺式鉆床來完成，對于在特殊的加工條件下，普通的臺式鉆床有一定的局限性，現(xiàn)有的臺式鉆床的傳動系統(tǒng)多為皮帶傳動，由于存在如下不足，使得不能滿足某些鉆孔要求：（1）不能保證精確地傳動比。 （2）皮帶在工作時，由于帶輪兩邊的拉力差以及相應的變形經(jīng)差形成彈性滑動，導致帶輪與從動輪的速度損失。 （3）過載時將引起打滑，使皮帶的運動處于不穩(wěn)定狀態(tài)，效率急劇下降，磨損加劇，嚴重影響皮帶的壽命。 （4）皮帶在運行中會產(chǎn)生反復伸縮，特別是帶

6、輪上的繞曲會使皮帶體內(nèi)部產(chǎn)生摩擦引起功率損失。 （5）高速傳動時，運動中的風阻將引起轉矩損耗，其損耗值與速度的平方成正比。 （6）皮帶在工作時，軸承受到皮帶的拉力，引起轉矩損。 1.3問題的分析及解決方案 針對以上傳統(tǒng)鉆床的不足之處及生產(chǎn)中存在的問題，為了提高工作效率，減輕工人的勞動強度，提高生產(chǎn)效率，們有必要對傳統(tǒng)鉆床進行結構改進，經(jīng)過分析，我們可以從臺式鉆床主傳動系統(tǒng)方面進行改進設計。相比，齒輪變速傳動系統(tǒng)有如下優(yōu)點： （1）能保證瞬時傳動比恒定,平穩(wěn)性較高,傳遞運動準確可靠，工作可靠性高。 （2）傳遞的功率和速度范圍較大。 （3）效率高,使用壽命長。2、 國內(nèi)外產(chǎn)品設計研究 臺式鉆床是機

7、械加工的常見設備之一，現(xiàn)有的臺式鉆床采用由電機帶動連接在電機軸上的塔輪，通過皮帶傳動使安裝在鉆床主軸上的塔輪轉動主軸上的鉆頭也和主軸一起隨塔輪的轉動而轉動，從而實現(xiàn)對工件的鉆孔加工。但是，由于受皮帶塔輪直徑的限制，現(xiàn)有的鉆床電機轉速與主軸轉速的變速比較小，主軸的轉速沒法降低，不能適應某些要求慢轉速或大孔徑的物料鉆孔的加工要求：如某些有色金屬或非金屬材料的鉆孔，鉆頭轉過太快時，容易產(chǎn)生發(fā)熱粘結現(xiàn)象，影響加工質(zhì)量。據(jù)此，現(xiàn)有的一種新型臺式鉆床應運而生。 一種臺式鉆床，包括底座、立柱、主軸、懸臂座、主軸套筒直線往復運動機構和主軸變速驅(qū)動機構，所述的主軸變速驅(qū)動機構由電機、主動塔輪、從動塔輪、皮帶、中

8、軸及主動齒輪，從動齒輪和主軸組成，其中，電機安裝在懸臂座上，主動塔輪固定在電機軸的一端上，主動塔輪通過皮帶與從動塔輪轉動連接，從動塔輪與主動齒輪固定在中軸上，中軸與懸臂座上的軸承連接，主動齒輪與從動齒輪嚙合連接，從動齒輪與主軸連接，主動齒輪齒數(shù)大于齒輪設計的最小齒數(shù)，但小于從動齒輪齒數(shù)，主軸通過主軸套筒直線往復運動機構安裝在懸臂座上。所述的臺式鉆床，主動齒輪與從動齒輪的齒數(shù)比為1:2，主動齒輪與從動齒輪置于同一齒輪盒中，電機軸、中軸、主軸三軸的軸心線平行且在同一平面上。本實用新型的有益效果是：由于在安裝有從動塔輪的中軸與主軸之間采用一對變速齒輪傳動，從而降低了主軸轉速，使本實用新型所述的臺式鉆

9、床適應于某些要求慢轉速或大孔徑的加工要求。本實用新型所述的臺式鉆床，由于轉速較慢，力矩較大，除作鉆孔外，主軸套筒直線往復運動機構上的鉆桿裝上其他加工工具，即可改作鏜孔、卷邊等加工設備，若電機開關改為倒順開關，還可作為螺母的攻絲設備。 目前傳統(tǒng)的齒輪機構大多是采用單個的主動齒輪帶動單個或多個的從動齒輪，并廣泛的用于傳遞動力和減速器，其種類繁多，型號各異，應用范圍十分廣泛，隨著科學技術的不斷發(fā)展和生產(chǎn)水平的日益提高，普通齒輪傳動由于接觸齒數(shù)少、工作不平穩(wěn)、承載能力不強、傳動功率小和使用壽命短等缺點已經(jīng)不能滿足人們的使用要求。據(jù)此，我國研究人員發(fā)明了一種齒輪傳動機構，其接觸齒數(shù)多、工作平穩(wěn)、承載能力

10、強、傳動功率大、使用壽命長。該發(fā)明的技術方案是：一種齒輪傳動機構，包括從動齒輪、輸出軸和至少四個主動齒輪，所述的從動齒輪與輸出軸固定連接，所述主動齒輪均與從動齒輪嚙合。所述的主動齒輪有六個，六個主動齒輪均勻分布在從動齒輪外周，從動齒輪通過鍵與輸出軸固定連接。 機械式電控自動變速器通常是在傳統(tǒng)手動變速器的基礎上，增加一套選、換擋執(zhí)行機構來完成不同檔位的切換，選擋和換擋動作分別有一個電機完成。以從二擋換三擋舉例，在此過程中，選檔電機由啟動到停止工作了一次，換擋電機由啟動到停止工作了兩次，電機啟動需要一定的響應時間，這些響應時間均會以累加的方式延長換擋的總時間，而換擋時間的長短直接關系到車輛的換擋品

11、質(zhì)和動力性能，換擋時間越長，車輛的換擋品質(zhì)和動力性能越差。此外，由于采用了兩個電機，使系統(tǒng)結構復雜、成本高，控制起來也較復雜。針對以上不足，研究人員發(fā)明了一種具有響應快速，控制容易，工作可靠，成本相對較低等特點的汽車變速器換擋機構，包括有電機、齒輪減速機構、換擋撥叉、倒車燈開關和轉角位置傳感器，其特征在于：齒輪減速機構通過齒輪嚙合連接一圓柱凸輪，圓柱凸輪另一端與轉角位置傳感器連接，圓柱凸輪圓周上帶有多條曲線槽，多條曲線槽的波形相錯，多個滾子分別卡在相應的曲線槽內(nèi)，并分別與對應檔位的撥叉連接。通過控制單個電機的旋轉控制換擋撥叉的移動，從而實現(xiàn)自動換擋。 蝸桿的使用都是與蝸輪相配合的，這種傳動機構

12、中蝸輪不易加工，需特殊的設備和工具，加工成本高，裝配的難度大，安裝蝸輪蝸桿的箱體交錯孔的加工困難，生產(chǎn)效率低，蝸輪的結構形狀決定了必須選用耐磨材料，一般選用錫青銅，導致無法進行表面熱處理，硬度低和抗沖擊性差，承載能力小。為此，研究人員提供一種容易加工、成本低、好裝配、可提高硬度和抗沖擊性能、承載能力大的蝸桿斜齒輪傳動機構，克服蝸輪蝸桿傳動機構的不足。該傳動機構包括蝸桿、斜齒輪，蝸桿與斜齒輪相嚙體，蝸桿的軸心線與斜齒輪的軸心線垂直，所述的蝸桿為漸開線蝸桿，蝸桿的導程角與斜齒輪的螺旋角相等，蝸桿的法向模數(shù)與斜齒輪的法向模數(shù)相等。該傳動機構彌補了蝸輪蝸桿在加工和裝配工藝上的不足。加工時不需要專用刀具

13、，從而降低了加工成本、縮短了生產(chǎn)周期。在裝配中，蝸桿斜齒輪傳動機構不存在中心重合的裝配問題，大大降低了裝配的難度，也降低了箱體交錯孔的加工難度，提高了生產(chǎn)效率，由于利用了斜齒輪與蝸桿嚙合，因此斜齒輪材質(zhì)可選用40Cr，可以進行表面熱處理提高硬度，經(jīng)加工后，斜齒輪的抗沖擊性和承載能力大，同時具有傳動比大，傳動平穩(wěn)，機構緊湊，噪音小，有自鎖性等優(yōu)點。在絕大多情況下，都可以代替蝸輪蝸桿傳動，可廣泛應用于機床的進給箱、溜板箱、變速箱、進給箱等傳動結構中，實現(xiàn)進給和變速等運動。 變速器是工程機械十分重要的部件，為了得到不同的傳動效果，目前市場上的工程機械主要采用行星式和定軸式兩種變速器，采用行星式變速器

14、，加工復雜，精度要求較高，檔位少，傳動效率地且制造復雜，采用定軸式變速器如中國實用型新型專利ZL20082006220.4中說明書公開的一種變速器，該變速器的前進檔位需要通過兩個離合器閉合和四次齒輪嚙合，后退檔位需要通過兩個離合器閉合和五齒輪嚙合實現(xiàn)，且該變速器有四個后退檔位對于一般處于前進檔位的工程機械并不需要這么多的后退檔位。從斷面看軸與軸呈三角形或四邊形布置，對齒輪的參數(shù)要求嚴格，輸出軸的位置固定，不能靈活布置。為解決該技術問題提供一種傳動路線更短、輸出軸位置能靈活布置的變速器，而且后退檔為兩擋，更適合一般工作于前進狀態(tài)的工程機械的變速器。該變速器有五根軸，各軸齒輪總數(shù)為13，輸入軸上裝

15、有一個固定齒輪，兩個活動齒輪和兩個離合器，第一中間軸上裝有三個固定齒輪，一個活動齒輪及一個離合器，第二中間軸上裝有兩個固定齒輪、一個活動齒輪及一個離合器，第三中間軸裝有一個固定齒輪，一個活動齒輪及一個離合器，輸出軸上裝有一個固定齒輪，該變速器有四個前進擋和兩個后退檔，前進擋通過兩個離合器和三個齒輪嚙合實現(xiàn)，后退檔通過一個離合器閉合和四次齒輪嚙合實現(xiàn)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的變速器第二中間軸和輸出軸的位置可以在較大范圍變化，部分齒輪的參數(shù)可以根據(jù)不同需要設計，減少了后退檔位，減少了變速器部件，節(jié)約了制造和維護成本，特別適合于前進檔位的工程機械。 在機械加工中鉆床是一種常見的機床，能實現(xiàn)鉆孔、擴孔

16、、鉸孔及攻螺紋，主要用于加工外形發(fā)雜、沒有對稱回轉軸線工件上的孔，如箱體、支架、杠桿等零件上的單孔或孔系。常見的鉆床有立式鉆床、搖臂鉆床和深孔鉆床等，這幾種鉆床的設計制造技術已經(jīng)比較成熟，但這些鉆床只適用于一般情況下的機械加工，對于特殊零件的加工必須用到專用鉆床。然而專用鉆床的設計與制造受到一些特殊因素的影響，如零件的特殊性和工作環(huán)境的特殊性等，其技術的成熟度遠不及上面提到的3種鉆床，特別是專用鉆床關鍵部分的結構設計技術。三峽右岸電站座環(huán)加工的專用鉆床設計為例說明其關鍵部分的結構設計。三峽右岸電站座環(huán)加工的專用鉆床的設計要求：鉆床在三個方向的行程是X=1000mm，W=1500mm，Z=300

17、mm，鉆床的主軸箱要求可以擺動，以補償大型鉆床底座的水平度，因此要求鉆床的主軸箱在水平面內(nèi)能在X和Y兩個方向上實現(xiàn)正負五度的擺動，鉆床的最大設計鉆孔攻絲直徑為80mm，考慮到工作環(huán)境，主軸箱必須在橫臂的最前端。一般鉆床的X方向移動是主軸箱在橫臂上滑動，設計要求是橫臂與主軸箱一起相對立柱移動，因此橫臂的結構采用左右橫臂，左橫臂用于移動，右橫臂用于傳遞主電機動力。鉆床三個方向移動的實現(xiàn)：在立柱上安裝一個滑塊，橫臂和主軸箱一起套在滑塊上，驅(qū)動電機安裝在左橫臂上，利用絲桿傳動使橫臂完成X方向上的移動；在滑塊安裝垂直絲桿，利用立柱頂安裝的電機可使橫臂主軸箱一起上下移動，滿足W方向上的移動；最后是主軸箱鉆

18、頭的移動，即Z方向移動，是通過齒輪齒條來實現(xiàn)的，其動力來自主傳動電機。關鍵部分的機構設計有主軸箱的擺動、橫臂的鎖緊及主軸箱與橫臂的連接。主軸箱的擺動：主軸箱在水平內(nèi)能在X和Y方向上實現(xiàn)正負五度的擺動，在一般的鉆床設計中沒有這種要求，因其特殊性有這樣的設計要求，所以必須設計出相應的機構來實現(xiàn)這種運動?？紤]到主軸箱要求擺動的角度較小，采用蝸輪蝸桿機構來實現(xiàn)比較合理。其工作原理是：利用蝸輪蝸桿的大傳動比來實現(xiàn)主軸箱的正負五度的擺動。利用蝸輪蝸桿機構來實現(xiàn)主軸箱的擺動主要有兩個方面的原因：一是主軸箱的擺動幅度不大，利用蝸輪蝸桿的大傳動比，使主軸箱擺動的調(diào)整精度更高。二是一般主軸箱系統(tǒng)的質(zhì)量很大（約是2

19、t）在這里用手動調(diào)整，同樣利用蝸輪蝸桿的大傳動比，使操作人員在轉動手輪時不會很費力。在橫臂上安裝兩套此種裝置可使主軸箱實現(xiàn)兩個方向上的擺動。橫臂的鎖緊：在專用鉆床設計中，橫臂的結構與一般鉆床有很大差異，這里采用左右橫臂，則橫臂在立柱上的鎖緊機構也會不同。工作原理：將該機構套在立柱上，當鎖緊手柄轉動時，鎖緊螺桿也會一起轉動，此時螺桿將旋轉力矩轉化為軸向力，就會拉緊左右螺母鎖緊塊，鎖緊塊在立柱上被壓緊，鎖緊塊與立柱間會產(chǎn)生摩擦力使橫臂固定在立柱上，當橫臂需要移動時，只要反向旋轉鎖緊手柄即可。由于鉆床橫臂質(zhì)量很大，解決辦法是給橫快加配重，將橫臂的大部分重力平衡掉，這樣橫臂既容易鎖緊又方便上下移動。配

20、重有三種方法：一是直接掛重物，此種方法最簡單，但大比重金屬價格貴，成本高。二是彈簧配重，此種方法比較節(jié)省空間，但其可靠性不高，且結構復雜。三是液壓配重，此種方法節(jié)省空間，成本低，只要設計的液壓回路合理，其配重系統(tǒng)的可靠性比較高。故選用液壓配重，且該配重安裝在鉆床的立柱里面。3、 設計方案論述和分析 通過查閱國內(nèi)外各種相關技術文獻資料，結合上述問題的分析，為了解決問題和便于設計改造，我們將鉆床分為傳動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)、升降系統(tǒng)。根據(jù)所需加工的零件尺寸，設計一種強力臺式鉆床，包括底座、立柱、升降座、主軸箱、扳手座、撥叉、主軸套筒直線往復運動機構和主軸變速驅(qū)動機構。所述的主軸變速機構由電機、中間軸、齒

21、輪、主軸、撥叉組成。下面分別對各部分的問題提出解決方案： （1）傳動系統(tǒng) 采用齒輪傳動，為滿足改進后的加工及工作要求，在做出相應的計算后對傳動系統(tǒng)進行改進和調(diào)整。 （2）進給系統(tǒng) 傳統(tǒng)的鉆床主軸進給系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、齒輪齒條和軸承等組成、主軸在加工時既要作旋轉運動，也要作軸向進給運動，機床主軸被裝置在主軸套筒內(nèi)，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內(nèi)，主軸上側由花鍵連接。機床加工時，旋轉運動由花鍵傳入，而進給運動則由齒輪通過齒條帶動套筒在鑲套內(nèi)運動。為手動進給。 （3）升降系統(tǒng) 升降機構采用蝸桿、斜齒輪、齒條的傳動。 所設計的鉆床應滿足的生產(chǎn)要求是：用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具在45#鋼的最大鉆孔直徑為28mm，在鑄鐵的最大鉆孔直徑為40mm。鉆床適用于單件或成批的機械加