普通鉆床改造為多軸鉆床

1、機械設(shè)計畢業(yè)設(shè)計開題報告專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)生姓名：永生學(xué)號:1068100215第一早緒論1.1多軸加工應(yīng)用據(jù)統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、 裝卸工件、 調(diào)換刀具、操作機床、測量 以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機床雖然能提高 85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成 本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，多軸加工是一種通過少量 投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。1.1.1 多軸加工優(yōu)勢 雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用

2、可調(diào)式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠不能滿足批量 小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展， 大型復(fù)雜的多軸加工更是引人注目。 例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 個書20孑L,若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要842.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加 工，鉆锪孔只要 171.6 小時，劃線也簡單，只要 1.9 小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標(biāo)軸，使刀具正確地對準(zhǔn)加工位置，結(jié)合 多軸加工不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大 型高速柴油機 30 種箱形與桿形零件的 2000

3、 多個鉆孔操作中， 有 40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、 三軸或四軸多軸頭加工， 平均可減少 20%的加工時間。 1975年法國巴黎機床展覽會也反映了多軸加工的使用愈來愈多這一趨勢。1.2 多軸加工的設(shè)備 多軸加工是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝 夾或定位時間，并且在數(shù)控機床中不必計算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝 多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié) 合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓

4、形孔組的一個或幾個工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。1.2.1 多軸頭從傳動方式來說主要有齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動二種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié) 構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距 不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了 可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它主要裝在有萬向二種。（1）萬向軸式也有二種 : 具有對準(zhǔn)裝置的主軸。主軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的 T 形槽中移動，并能在對準(zhǔn)的位置以螺栓固定。 （2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式 件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布

5、的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大 式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進行工作。這種多軸加工方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度 的關(guān)系，使用范圍有限。1.2.2 多軸箱也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn)。美國 Secto 公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱、多軸箱等設(shè)計的不可調(diào)式多軸箱。有 32 種規(guī)格，加工面積從 300 X 300毫米到600X 1050毫米，工作軸達60根，動力達22.5千瓦。Romai工廠生產(chǎn)的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便， 只要先把齒輪調(diào)整到接 近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)

6、軸移動到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型， 并且可以達到比普通多軸箱更小的孔距。根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機床很適用于大中批量生產(chǎn)。 為了在加工中獲得良好的效果， 必需考慮以下數(shù)點：（ 1 ） 工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（ 2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。（ 3）使用二組刀具的可能性，以便 一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機時間。（ 4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。（ 5）尺寸超差時能立即發(fā)現(xiàn)1.2.3 多軸鉆床 這是一種能滿足多軸加工要求的鉆床。諸如導(dǎo)向、功率、進給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展

7、覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。 其整個工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨的變速機構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不 同孔徑的加工需要。 1.2.4 自動更換主軸箱機床 為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換主軸箱組合機床。(1) 自動更換主軸機床 自動更換主軸機床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫， 掛有多個不可調(diào)主軸箱。 縱橫配線盤予先編好工作程序， 使相應(yīng)的主軸箱進入加工工位， 定位緊并與動力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺轉(zhuǎn)動到主軸箱下面， 向上移動進行加工。 當(dāng)變更加工對象時， 只要調(diào)換懸掛的主軸箱， 就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。(2) 多軸轉(zhuǎn)塔機床

8、 轉(zhuǎn)塔上裝置多個不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動轉(zhuǎn)位，并對夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉(zhuǎn)，可以 加工工件的多個面。因為轉(zhuǎn)塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過46 個。且主軸箱也不宜過大。當(dāng)加工對象的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換主軸箱機床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡單。(3) 自動更換主軸箱組合機床 它由自動線或組合機床中的標(biāo)準(zhǔn)部件組成。不可調(diào)多軸箱與動力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉(zhuǎn)動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的 溜板上。主軸箱庫轉(zhuǎn)動與進給動作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作。換主軸箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺，以便加工工件 的各個面。好果回轉(zhuǎn)工作臺配以卸料裝置，就能合流水生

9、產(chǎn)自動化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲 得完整的加工系統(tǒng)。(4) 數(shù)控八軸落地鉆床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達 15000個，它與支撐板聯(lián)接在一起加工。 孔徑為 20毫米，孔深 180毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的 麻花鉆， 57 巴壓力的冷卻液可直接進入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成 90°供自動 定心。它比普通麻花鉆耐用，且進給量大。 為了縮短加工時間，以 8 軸數(shù)控落地加工。1 3 多軸加工趨勢 多軸加工生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸加工的范圍一定會 愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。2.1 生產(chǎn)任

10、務(wù) 在一批鑄鐵連接件上有同一個面上有多個孔加工。在普通立式鉆床上進行孔加工，通常是一個孔一個孔的鉆削，生產(chǎn)效率低，用非 標(biāo)設(shè)備，即組合機床加工，生產(chǎn)效率高，但設(shè)備投資大。但把一批普通立式普通單軸鉆床改造為立式多軸鉆床，改造后的多軸鉆床， 可以同時完成多個孔的鉆、擴、鉸、等工序。2.2 普通立式鉆床的選型普通立式鉆床是多軸鉆床的工作主機 ，應(yīng)根據(jù)工件的幾何形狀、結(jié)構(gòu)大小、孔徑、孔數(shù)和孔的分布情況以及加工時所需的切削 軸向力和切削功率等要素來確定其型號。需要確定主機的主要參數(shù)是：機床主軸的各級進給量；機床的額定功率和主軸允許的最 大進給力及主軸端面至工作臺面的最大和最小距離等參數(shù)。第 3 章 多軸

11、齒輪傳動箱的設(shè)計3.1 設(shè)計前的準(zhǔn)備工作3.1.1 明確工件上的被加工孔的數(shù) 目、直徑和分布情況及其位置精度 t 并分析工件材料的工藝性能，以便選擇合理的切削用量 和適當(dāng)舶刃具結(jié)構(gòu)及材料。3.1.2 明確生產(chǎn)綱頓和生產(chǎn)班次， 計算聃定加工時的 單件工時選定齒輪的傳動方式 （內(nèi)嚙合或外嚙合 ） 。明確主動軸、 工作軸和惰 輪軸的旋轉(zhuǎn)方向，并計算 或選 定 其軸 徑 太小。排出齒輪傳動的 層次 t 計算各 個齒輪的 齒數(shù)和模數(shù)第 4 章 多軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計4. 1箱蓋、箱體和中間板結(jié)構(gòu) 箱蓋、箱體和中間板組成了圓形或長方形的多軸箱率體。其中圓形箱體從180mra至480mm的有五種，長方 形箱體從2

12、40ram x 1 80mm至600ram x 480mm的有九種。每種規(guī)格的箱盞和箱體又均有高低之分，高蓋和高箱體內(nèi)的工作空間高度分別為 58ram 和 83tara ，用于排列三層齒輪的傳動，低蓋和低箱誶內(nèi)的工作空間高度分別為 10ram 和 48mm用于單層齒輪的傳動。低蓋和高箱休的組合 t用于雙層齒輪的傳動。中間板的作用，箱內(nèi)部分是軸承的支承座，伸出箱外 的部分是導(dǎo)向裝置中的精喜支承座。為便于設(shè)計人員選用，我們將中閫板規(guī)范為 23ram 和 28ram 兩種厚度 的標(biāo)準(zhǔn) 。2 設(shè)計要點1 主軸箱體設(shè)計所設(shè)計的主軸箱體與標(biāo)準(zhǔn)主軸箱體，差異是一是增大了箱體剛性，二是將后蓋連接方式改為底面連

13、接，后蓋結(jié)構(gòu)改成與前蓋結(jié)構(gòu)相 同。2. 主軸設(shè)計 3X 5孔與12孔的中心距為25mm該中心距要達到允許的最小極限值。受軸承外徑的限制，主軸結(jié)構(gòu)采用軸承錯開安裝式，以 避免軸承發(fā)生干涉，根據(jù)表2選主軸軸徑為 13,因所用軸承為無內(nèi)圈滾針軸承，主軸直接與滾針接觸，主軸材料選用機械性能較 好的38CrMoAIA表面鍍鉻處理，并用專門的防油罩和防油套防漏油。對于不受結(jié)構(gòu)限制的主軸，可選用有內(nèi)圈的滾針軸承，因主 軸不與滾針接觸，材料選用比較經(jīng)濟的 40Cr或9CrSi，可用常規(guī)的防油套和毛氈防漏油。3. 齒輪設(shè)計主軸箱齒輪傳動的排列方式有一層、二層和三層3種，本主軸箱為三層排列方式，采用直齒圓柱齒輪，

14、齒輪模數(shù)選1.5，材料為40Cr。4. 軸承選擇主軸上的軸承因承受較大軸向力， 所以用滾針軸承和單向推力球軸承來組合。對于采用軸承錯開安裝的主軸結(jié)構(gòu)（如圖4所示，中心距小于28mm必須用這種結(jié)構(gòu)），只能分別選用滾針軸承（84000型）和單向推力球軸承（8000型）；對于不受結(jié)構(gòu)限制的主軸，可選 用組合軸承（GB/T 16643-1996，NKXR型為無內(nèi)圈，NKXFTZ型為有內(nèi)圈），這種軸承集滾針軸承（84000型）和單向推力球軸承（8000 型）于一體，一般情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇這種軸承。5. 機床改造拆下中拖板、絲杠、尾架，主軸箱通過墊板裝在導(dǎo)軌上，墊板底部開槽，以避開V形導(dǎo)軌和矩形導(dǎo)軌。機床

15、主軸通過萬向聯(lián)軸器帶動主軸箱，不需調(diào)整其同軸度，只要調(diào)整主軸箱與夾具的同軸度。夾具安裝在進給箱上，帶動工件進給，通過行程開關(guān)控制電磁閥， 電磁閥控制縱向進給手柄，加工到位時進給停，而主軸不停，避免進給與主軸同時停。主軸停和快速退刀均為手動方式，車床尾部 氣缸為100，當(dāng)壓縮空氣壓力為0.4MPa時，氣缸活塞桿推力達到3100N,可滿足要求。3 改造時應(yīng)注意的問題受車床尺寸及最大進給抗力限制，只限于選用小型主軸箱系列或 400X 400的主軸箱。根據(jù)機床允許最大進給抗力 Ff=3600N電機功 率P=7kW被加工孔數(shù)應(yīng)在10個以下，孔徑不超過10mm當(dāng)總切削力大于車床允許最大進給抗力二倍以上時，

16、應(yīng)考慮用液壓進給機構(gòu)。工件上兩個距離最遠的被加工孔水平和垂直中心距均不能大于200mm受軸承和齒輪限制，任意兩孔中心距不小于25mm孔徑、孔深相差不能太大。 車床導(dǎo)軌要足夠長，使導(dǎo)軌有足夠的進、退刀空間；行程開關(guān)控制時，不要使主軸和進給機構(gòu)同時停，以免鉆 頭折斷。 有些車床在主軸反轉(zhuǎn)狀態(tài)下，進給箱不能進給，當(dāng)對這類車床進行改造時，所設(shè)計的主軸箱傳動鏈必須使得機床主軸正 轉(zhuǎn)，否則無法使用機床進給箱。因切削軸向力大于機床允許最大進給抗力而產(chǎn)生的后果是：帶動進給箱進給的蝸輪容易磨損，一般 來說，在蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)中，蝸輪硬度較低，材料為鑄鐵或青銅，而蝸桿硬度較高，材料為鋼件，淬火，而蝸輪比蝸桿容易磨損 是在設(shè)計機床時有意設(shè)計的。如果切削軸向力不是很大，也可不用氣缸作為輔助推力，只需定期更換蝸輪即可。參