专用钻床的设计--毕业论文

专用钻床的设计

摘要

专用机床一般采用多轴、多刀同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有成本低和高效率的优点，在大批大量生产中得到广泛应用。

本文以泵体零件的孔加工专用机床为研究对象，完成了机床的总体设计、主轴箱设计、夹具设计。所设计机床是一种卧式双工位钻床，本机床的工作过程是：把工件安装在工作台上的专用夹具上，通过液压夹紧工件后滑台开始运动，同时加工4-Φ12.5、2-Φ5的孔。

通过认真的分析要加工零件和对图书馆的大量参考文献的检索和研究，在分析组合机床、专用钻床的配置方案和技术参数的基础上，确定了机床的配置方案，并按工艺要求，确定了机床的运动参数和动力参数，完成了机床的总体设计。

在机床总体布置确定以后，根据所需转速和切削力选择动力箱。随后，根据安装要求和加工需要选择了标准的液压滑台、侧底座和中间底座。设计中比较重要的部分是多轴箱和夹具，根据初步估算的数据选用标准的多轴箱，合理设计布置多轴箱内的主动轮和从动轮。根据要加工零件的形状和工序需要设计了专用的夹具。

关键词：专用机床，钻床，配置方案，夹具

Special design of drilling

ABSTRACT

Special machine tool usually work with many axes and falchions in a time. Efficiency of produce is higher than currency machines. Now currency assembly have standardization and serial, we can use them neatly based our need, so cycle of special machine tool design and making is abridged. Special machine tool is used in many production in scores because of its low cost and high efficiency.

In this paper, I take the special drilling tool for machining pump part as object of study; have accomplished the task of Total design, Spindles Box design, Clamp design. What I designed is horizontal and two work location special drilling machine. The drilling machine works as follow : when the work piece is fixed on the special clamping apparatus that on the worktable. Clamp it with hydraulic pressure, and then the slipway began move, drill the 4-Φ12.5,2-Φ5 holes at one time.

On the basis of analyzing the made part earnestly and extensive reading home and abroad relevant literature, the principles, the characteristics and the fields of applications of occupation machine tool and modular machine, I fulfill the work of configuration plan, the technical parameters and total design of the drilling machine tool.

After the total design of the drilling machine tool, I choose the power box based on rev and the cutting force. Then choose normal hydraulic pressure slipway, side pedestal and middle pedestal based the need of machining and fixing. What is the most important in the design are spindles box design and clamp design. Choose normal spindles box based on pilot estimated data. The driver gear and the driven gears in the spindles box are rational designed and laid. The special clamp designing is based on the shape of made part and the need of working procedure.

KEY WORDS: Special machine tool, drill press, configured project, clam

目录

前言 (4)

第一章被加工壳体零件 (5)

1.1壳体零件图 (5)

1.2壳体零件的说明 (5)

第二章专用钻床设计的总体方案 (6)

2.1任务和加工方案的确定 (6)

2.2 机床介绍 (7)

2.3组合机床总体设计（三图一卡） (9)

2.3.1 被加工零件工序图 (9)

2.3.2 加工示意图 (10)

2.3.3机床联系尺寸图 (13)

2.3.4 编制生产率计算卡 (16)

2.4专用夹具的设计 (19)

第三章多轴箱的结构设计 (21)

3.1通用多轴箱 (21)

3.2 钻直径为12.5mm的多轴箱设计 (22)

3.2.1 主轴结构形式的选择和齿轮模数的确定 (22)

3.2.2 传动方案的确定及对齿轮、轴和键的强度校核 (22)

3.2.3制主轴箱装配图 (25)

3.3直径为4.8mm孔的多轴箱设计 (26)

3.3.1主轴结构形式的选择和齿轮模数的确定 (26)

3.3.2传动方案的确定及对齿轮、轴和键的强度校核 (26)

3.3.3 绘制主轴箱装配图 (28)

结论 (29)

谢辞 (30)

参考文献 (31)

外文资料翻译 (32)

前言

专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，而且往往是组成自动生产线式生产制造系统中，不可缺的机床品种。组合机床是专用机床的一种，它以标准化部件为基础，配以少量的专用部件组成。专用机床是一种量体裁衣产品，具有高效自动化的优点，是大批量生产企业的理想装备。

随着制造技术的进步，专用机床在生产实践中占有一定的比重。据有关数据显示近年来日本年专用机床产值占机床产值的比例很高，而我国这一比值却很低。目前，虽然我国机床位居第一，但仍然也是全球第一进口大国。我国的高档机床主要还是以进口为主，我们虽然具有很好的产业链，但是缺少精益求精的高档机床产品。现在的机床都是往电气化、自动化方向发展，数控类的机器越来越多，而且偏向于操作简单，编辑方便。现在企业都注重产品的质量要求，机械行业也越来越注重加工达到的精度要求，同时提高效率抢占市场。因此，专用机床将来的方向是朝着高精度化，高效率化发展。在国家计划大力振兴和发展国有老工业基地的背景下，专机应该具有较为广泛的市场空间和竞争潜力。

第一章被加工壳体零件

1.1壳体零件图

图1-1壳体零件图

1.2壳体零件的说明

该零件是壳体零件，加工时主要的技术要求是：硬度HB90-115；2-Φ39H7及D、C表面不允许有任何缺陷；去毛刺、锐边。此零件在厚度方向的尺寸比其它两个方向的尺寸小，D、C面要用于定位，故其表面粗糙度要求较高，端面之间有形位公差。

第二章专用钻床设计的总体方案

2.1任务和加工方案的确定

要求设计一台专用钻床来加工壳体零件上的四个Φ12.5的通孔和两个Φ5的盲孔。被加工零件材料为HT100，硬度为HB90—HB115。

工艺方案的制定：

方案一：

1、铣上面和两侧面；

2、铣下底面；

3、钻4-Φ12.5的通孔和2-Φ5的盲孔；

5、镗2-Φ39的孔；

6、钻Φ18、Φ14的进出油孔；

7、加工8-M8的螺纹孔；

8、铣油沟。

方案二：

1、铣上面和两侧面；

2、铣下底面；

3、钻4-Φ12.5的通孔和2-Φ5的盲孔；

4、钻Φ18、Φ14的进出油孔；

5、镗2-Φ39的孔；

6、加工8-M8的螺纹孔；

7、铣油沟。

方案三：

1、铣上下面和一侧面；

2、铣另一侧面；

3、钻4-Φ12.5的通孔和2-Φ5的盲孔；

4、钻Φ18、Φ14的进出油孔；

5、镗2-Φ39的孔；

6、加工8-M8的螺纹孔；

8、铣油沟。

经过分析可知：方案一里先镗孔后加工进出油孔，镗孔的精度要求较高，加工进出油孔时会影响镗孔的精度，故方案一不太合理；方案二同时加工两个侧面，保证了两侧面的平行度要求，把钻进出油孔放在了镗孔之前不会影响镗孔的精度，工序安排比较合理；方案三先加工上下面和一侧面，然后加工另一个侧面，不能保证两侧面之间的平行度要求，故方案不太合理。最终确定方案二为加工工序方案。

2.2 机床介绍

1、本台机床为卧式双面组合钻床，工件固定不动，两边钻头同时进行加工，机床的总体结构设计如图2-1所示：

图2-1 机床总体图

2、机床的工作循环

3、确定切削用量及刀具的选用

根据本道工序的要求，刀具选择Ф12.5的麻花钻头和Ф4.8的钻头，材料为高速钢，钢号为2456V Cr Mn W 。

确定切削用量如表2-1所示

工序

V （m/min) S(mm/r) N(r/min) 钻Ф12.5

26 0.26 680 钻Ф4.8 14 0.12 910

4、确定切削转矩、轴向切削力和切削功率[9]

6.08.026HBW Df F = （2-1）

6.08.09.1f 10HBW D T = （2-2）

D

Tv P π9550= （2-3） 式中：

F ——轴向切削力（N ）；

D ——钻头直径（mm)；

f ——每转进给量（mm/r);

T ——切削转矩（N?mm);

P ——切削功率（KW);

v ——切削速度（m/min);

HBW ——材料硬度

钻Φ12.5孔时：

N F 69.190611526.05.12266.08.0=???=

mm 76.712011526.05.1210T 6.08.09.1?=???=N

KW P 494.05

.1295502676.7120=???=

π 钻Φ4.8孔时：

N F 44.39411512.08.4266.08.0=???=

mm 48.62211512.08.410T 6.08.09.1?=???=N

KW P 06.08

.495501448.622=???=π

5、确定主轴直径

根据钻Ф12.5孔时主轴需要承受的转矩T=7.12N ?m ，刚性主轴选主轴轴径为D=25mm ；钻Ф4.8孔时主轴需要承受的转矩T=0.622N ?m ，刚性主轴选择主轴轴径为D=20mm 。

6、多轴箱所需动力

左多轴箱即加工四个直径为12.5mm 通孔的多轴箱，传递总效率取0.9，所以：

KW P n P 19.29.0494.04=÷?=÷?=η总 （2-4）

N F n F 76.762669.19064=?=?=∑ （2-5）

右多轴箱即钻两个直径为 4.8mm 的盲孔的多轴箱，传递的总效率取0.9，所以：

KW P n P 133.09.006.02=÷?=÷?=η总

N F n F 88.78844.3942=?=?=∑

2.3组合机床总体设计（三图一卡）

编制“三图一卡”的工作内容包括：绘制被加工零件的工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。三图一卡是组合机床总体方案的具体体现。

2.3.1 被加工零件工序图

被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表明零件形状、尺寸、硬度以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、压紧点的图样，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。具体如附图。

图2-3加工工序图

2.3.2 加工示意图

加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。加工示意图是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。

绘制加工示意图之前的有关计算：

（1）刀具的选择选择刀具的时候应考虑工艺要求与加工尺寸精度、工件材质、表面粗糙度及生产率的要求。条件允许的情况下尽量选用标准刀具。孔加工刀具的长度应保证，加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有30～50mm距离，以便于排出切屑和刀具磨损后有一定的向前调整量[1,9,14]。

根据加工孔德大小确定导向部分的布置[2]。导向装置的图示如图2-3，参数选择如表2-2：

根据加工需要，选择合适的高速钢刀具。所选刀具参数如表2-3所示

表2-2 导向联系尺寸

刀具直径d

（mm）

L1(mm）L2（mm) L3（mm）

12.5 54 12 9

4.8 14 8 10

表2-3 所选刀具的参数

刀具名称总长

(mm）螺旋槽长度

（mm)

莫氏锥

柄号

刀具直径

(mm)

直径公差(mm)

上偏差下偏差

锥柄麻花钻133 52 1 4.8 0 -0.018

锥柄加长麻

花钻

260 180 1 12.5 0 -0.027

图2-3 两种钻孔的导向机构布置图

（2）确定主轴类型、尺寸、外伸长度

钻直径为12.5mm的通孔时，考虑到钻孔轴向力F=1906.69N较大，选用单列向心球轴承主轴，主轴轴径Ф25。得主轴外伸长度为115mm。钻直径为4.8mm的盲孔时，也选用单列向心球轴承主轴，主轴直径20mm，查图册知道主轴外伸长度115mm。

（3）选择接杆

由于多轴箱主轴的外伸长度为一定值，而且刀具的长度也是一定值，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，要通过可调整的刀具接杆来调节刀具位置。根据本工序的主轴外伸长度和刀具的结构尺寸，查得加工直径为12.5的通孔接杆型号为80

?

B，加工直径为4.8的盲孔的

1

26?

接杆型号为50

?。

20

B?

1

（4）确定加工示意图的联系尺寸，加工示意图中最重要的尺寸是工件端面到多轴箱端面之间的距离。它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深（如加工通孔，还应减去刀具的切出值）。在此，加工直径为12.5mm的通孔时，工件端面到多轴箱端面之间的距离为335mm；加工直径为4.8mm的盲孔时，工件端面到多轴箱的距离为275mm。

（5）确定动力部件的工作循环及工作行程

工作进给长度应l应该按加工长度最大的孔来确定。工作进给长度l

等于刀具的切入值、加工孔深及切出值之和。加工直径为12.5mm的通孔

的工作进给长度为100mm，加工直径为4.8mm的盲孔的工作进给长度为30mm。

快进是指动力部件把多轴箱连同刀具从原始位置送进到工作进给开始位置，其长度按加工具体情况确定。通常，采用固定式夹具的钻孔组合机床上，快速退回行程长度须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。所以在加工直径为12.5mm的通孔时快进取100mm，快退即为

200mm；加工直径为4.8mm的盲孔时快进取60mm，快退即为90mm[3,9,10]。

(6)绘制加工示意图的注意事项

绘制加工示意图应按加工终了时的状况绘制，其方向应与机床的布局相吻合。工件的非加工部位用细实线绘制，其余部分一律按机械制图标准绘制一根，但应在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。主轴之间的分布可以不按真实的中心距绘制，但加工孔距很近或需设置径向尺寸较大的导向装置时，则应按比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、导向装置等是否产生干涉。对一些专用结构如导向、专用接杆等则应绘出剖视图，并标注尺寸、精度及配合。

所示：

加工直径为

加工直径为4.8mm的盲孔时工作循环如图2-5所示：

图2-5盲孔加工循环图

2.3.3机床联系尺寸图

（1）选用动力部件，选用动力部件主要指选择型号、规格合适的滑台和动力箱。

a、滑台的选用

通过对比液压滑台和机械滑台的性能，决定采用液压滑台。滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是使动力部件有一定的向前移动余地，以弥补机床的制造误差及刀具磨损后能向前调整，前备量一般10～20mm。后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，以便装卸刀具，后备量一般40～50mm。加工直径为12.5mm的通孔时前备量取20mm，后备量取90mm；加工直径为4.8mm的盲孔时前备量取20mm，后备量取50mm。

加工直径为12.5mm的通孔时可选用1HY32型液压动力滑台，此液压滑台的总行程为400mm大于所确定的动力部件的总行程310mm；其台面宽度为320mm,台面长度为630mm，工作经给速度为（23~650mm/min),满足工件加工的需要f=176.8mm/min；允许的最大进给力为

12500N>ΣF=7626.76N;快移速度为10m/min。加工直径为4.8mm的盲孔时可以选用HY20型液压滑台【4】，此液压滑台的总行程为250mm大于所确定的动力部件的总行程160mm；其台面宽度为200mm，台面长度为400mm。

b、配套通用部件

液压滑台与附属部件、支承部件配套表可确定与1HY32型滑台相配合的侧底座型号为1CC321型，其长度为1180mm,高度为560mm,宽度为520mm，导轨防护装置为1HY32-F81。与HY20型滑台相配合的侧底座型号为ICC251型，其长度为900mm，高度为630mm，宽度为450mm，导轨防护装置为1HY20-F81。

c、动力箱的选择：

加工直径为12.5mm的通孔时，动力箱所需功率1.976KW，选择动力箱为1TD32—II型，电动机型号为Y100L2－4，功率为N=3.0KW，电动机转速为1430r/min,动力箱输出轴转速为715r/min，驱动轴离滑台125mm。加工直径为4.8mm的盲孔时选择动力箱为1TD12型，电动机的型号为

AO7124－A3d，功率为0.75KW，电动机转速为1400r/min，动力箱输出轴

转速为950r/min。

（2）夹具轮廓尺寸的确定

工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。确定夹具底座尺寸时，应考虑工件的定位件、夹紧机构、刀杆导向装置的需求空间，并应满足排屑和安装的需要。在本次设计中加工直径为12.5mm的通孔时钻模板厚度为36mm,加工直径为4.8mm的盲孔时钻模板厚度为22mm。夹具体底座高度应依据装料高度、夹具大小和中间底座高度而定，并充分考虑中间底座刚度，以便于布置定位元件和设置夹紧机构，便于排屑为原则。本设计中中间底座的高度为630mm，夹具底座高度为77mm。

（3）机床的装料高度

装料高度是指机床上工件的定位基准面到底面的垂直距离。选取机床装料高度应考虑的主要因素是：应与车间里运送工件的滚道高度相适应，工件的最低孔位置，多轴箱最低主轴高度和选用通用部件、中间底座、夹具等部件高度尺寸的限制等，综合上述因素，本机床给定装料高度为

986mm。

（4）中间底座的轮廓尺寸

中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面连接安装的需要。一定要保证加工终了位置是，工件端面至多轴箱端面的距离不小于加工示意图上要求的距离。为便于切削及冷却液的回收，中间底座周边需有足够宽度的沟槽[9,11]。本设计中，中间底座长800mm,宽为500mm,高为630mm。

（5）多轴箱轮廓尺寸

标准的通用钻、镗类多轴箱的厚度有两种尺寸规格，卧式为325mm，立式为340mm,本机床为卧式选定325mm。绘制机床联系尺寸图时着重确定的尺寸是多轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度h1。计算时，多轴箱的宽度B和高度H可按下式计算（图2-6）：

图2-6 多轴箱轮廓尺寸的确定

12b 2b B += （2-6）

11b h h H ++= （2-7） 式中：

b 1——最边缘主轴中心距箱体外壁的距离，一般取70～100mm ； b 2——工件在宽度方向相距最远的两孔距离；

H ——工件在高度方向相距最远的两孔距离；

h 1——最低主轴高度。

多轴箱最低高度h 1由与工件最低位置h 2 、机床装料高度H 和滑台滑座总高h 3 、侧底座高度h 4 、滑台与侧底座之间调整垫高度h 7等尺寸之间的关系而确定【9】。对于卧式组合机床，h 1要保证润滑油不致从主轴衬套出泄露箱外，通常推荐：;140~851mm h =

()()543621h h h h H h h +++-+= （2-8）

式中：

H ——装料高度（mm ）暂时取900mm ；

h 2——工件最低加工孔至工件底部定位基面的距离（mm ）

h 3——滑台高度（mm ）

h 4——滑座与侧底座之间的调整垫厚度（mm ），一般取h 4=5mm ； h 5——侧底座高度（mm ）

h 6——多轴箱底与滑台之间的距离（mm ）一般取h 6=0.5mm 。

由所选用的通用部件和待加工件的特点可知上面各个参数取值如表2-4所示。