钻床的多轴头设计总体方案Word格式文档下载.docx

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Cr---轴承尺寸及性能表所列径向基本额定动载荷

Ca---轴承尺寸及性能表所列轴向基本额定动载荷

Fr---径向载荷

Fa---轴向载荷

X---径向动载荷系数

Y---轴向动载荷系数

A---最小载荷常数

Famin----最小轴向力

---指数，对于球轴承，

=3；

对于滚子轴承，

=10/3

Lh---轴承寿命

----度系数

G----重力

J----夹紧力

f---摩擦系数

2.1.2夹具的相关说明

机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置,又称卡具。

从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。

例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。

其中机床夹具最为常见，常简称为夹具。

在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。

夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件（确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向）、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。

夹具种类按使用特点可分为：

①万能通用夹具。

如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。

②专用性夹具。

为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。

常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模（引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具）、镗模（引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具）和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。

③可调夹具。

可以更换或调整元件的专用夹具。

④组合夹具。

由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。

夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

一、高精

随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。

二、高效

为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。

为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。

新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用1～2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。

三、模块、组合

夹具元件模块化是实现组合化的基础。

利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。

省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。

模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。

模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。

四、通用、经济

夹具的通用性直接影响其经济性。

采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。

2.1.3刀具的相关说明

刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。

广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。

绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。

由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。

切削木材用的刀具则称为木工刀具。

刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。

中国早在公元前28~前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。

战国后期（公元前三世纪），由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。

当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。

然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。

1783年，法国的勒内首先制出铣刀。

1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。

有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。

那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。

1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。

1898年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。

1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。

在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。

由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。

1949~1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。

1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。

1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。

这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。

1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。

1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。

表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。

刀具按工件加工表面的形式可分为五类。

加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；

孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；

螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；

齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；

切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。

此外，还有组合刀具。

按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。

通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀（不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀）、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；

成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；

展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。

各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。

整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；

镶齿结构刀具的工作部分（刀齿或刀片）则镶装在刀体上。

刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。

带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。

带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。

车刀、刨刀等一般为矩形柄；

圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；

圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。

很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。

刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。

有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；

有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。

切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。

刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。

整体结构是在刀体上做出切削刃；

焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；

机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。

硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；

瓷刀具都采用机械夹固结构。

刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。

增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。

但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。

在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质（粗、精加工）等，必须根据具体情况合理选择。

通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。

制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性（切削加工、锻造和热处理等），并不易变形。

通常当材料硬度高时，耐磨性也高；

抗弯强度高时，冲击韧性也高。

但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。

高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。

聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；

聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；

碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。

硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。

正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。

硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高1~3倍以上。

由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。

为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；

进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；

进一步发展可转位刀具的结构；

提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。

这里我选用硬质合金钻头，钻头直径为

，如图2-1所示。

图2-1钻床麻花钻刀具

2.2工件的结构及工艺分析

2.2.1工件的结构及材料

图2-2工件零件图

本产品毛坯为铸造件，材料为HT100。

生产批量：

中等批量。

2.2.2工件的工艺分析

本工艺卡为产品的工艺过程，本产品的重点工序是4个直径为14.5mm的孔的加工，从产品图我们可以知道，产品毛坯为铸造件。

但在铸造时，产品是否要留余量，以及留多少;

产品是否需要留由铸造芒孔。

都是需要考虑的问题。

我根据［8］中表39.3－7查得铸造余量为4mm，再根据［9］表1－166查得：

当孔径

时，不需铸造孔。

所以本产品不需要铸造孔。

从零件图上看，底盖的加工工艺流程可定为：

铸造——铣——钻。

其中铣这一工艺是为了钻孔进行的辅助工序或准备工序，只要能达到尺寸及粗糙度要求即可，所以这不是本零件的主要工序。

本零件的重点工序是四个孔的加工工序，因为这几个孔必须保证位置的要求，而且这几个孔并不是环型规则布置，不可能采用分度盘来加工；

其次如果采用画线来加工的话，位置误差将会很大，不能保证零件的技术要求；

即使我们采用了画线来加工，对我们的生产员工的技术水平有很大的要求，会大大降低生产率。

我们为了能提高生产率，降低生产成本，我们似乎可以选择一种可以一次完成加工的设备，这个设备必须满足零件的设计要求，不需定位直接将零件的几个孔加工出来。

为此，我选择多轴头来加工这几个孔，多轴头既能保证零件的各项技术要求，又能提高生产率，降低生产成本的作用。

所以对几个孔的加工我采用多轴头这一辅助设备来加工。

下面是这个产品的工艺方案。

表2-1方案一

工序号

工序名称

工序内容

铸造

砂型铸造，清砂

5

铣

以零件的下底面为粗基准，铣底盖的上表面，保证个尺寸余量0.2

10

以上加工面为精基准，加工下表面，使钻孔台厚度为16.2mm，表面至要求

15

检验

检验各个尺寸至要求

20

工序内容以钻孔台下表面为基准，精铣上表面至图纸要求

25

钻

采用多轴头钻孔，一次完成4个孔的加工，使各要求满足。

30

35

入库

表2-2方案二

以上以加工免为精基准，加工下表面，使钻孔台厚度为16.2mm，表面至要求

我们可以比较，因为图纸对钻孔台有粗糙度要求，所以我认为需要将对钻孔台的加工分为粗加工和精加工，以此满足钻孔台的表面粗糙度。

所以选择方案一。

2.2.3工件的工艺过程

（5）车端面和镗孔半自动转塔六角车床CB3463A

（10）粗车外圆和端面多刀半自动车床C7632

（15）精车外圆和端面多刀半自动车床C7632

（20）钻4个Φ13孔立式钻床Z535

（25）锪4个Φ13孔立式钻床Z525

（30）攻螺纹立式钻床Z5125A

（35）去毛刺钳工台

（40）粗铰孔铰孔机K389-027

（45）精铰孔铰孔机K389-027

（50）磨外圆外圆磨床ME1332A

（55）吹净零件、打商标成品地点

（60）检验检验台

（65）入库

2.3重点工艺分析

在这些工序当中，其中钻4个Φ13的孔最符合用多轴头加工，因为有4个孔，所以用四轴头来加工。

2.3.1确定切削用量

查《组合机床设计》中的表3-7可以知道Φ13的孔的切削速度v是10-18m/min,进给量f是0.18-0.25mm/r。

Φ10.2的孔的切削速度v是10-18m/min,进给量f是0.10-0.18mm/r。

查《机械加工工艺手册》可以确定此工序的切削用量，Φ13的孔的切削速度v是11.2m/min进给量f是0.20mm/r.Φ10.2的孔的切削速度v是12m/min进给量f是0.15mm/r.

2.3.2确定工作时间

此零件的生产批量及每天机器运转时间:

成批量生产,机器每天工作8小时.经上述分析，我选用立式钻床Z535,规格尺寸如下：

表2-3规格尺寸

产品名称

型号

最大钻孔直径（mm）

主轴端至底面距离（mm）

主轴中心线至立柱表面距离（mm）

主轴转速（r/min）

主轴行程（mm）

电机功率（kw）

级数

范围

主电机

立式钻床

Z535

0.75

300

9

68-1100

225

4

重量（kg）

外包箱直径

外形尺寸

重

净重

长x宽x高（mm）

2

1.6

1480x1042x2785

1280x842x2585