立式鉆銑床動(dòng)力頭設(shè)計(jì)與三維造型

宗蒙

(榆林康耐雅新材料技術(shù)有限公司, 陜西 榆林 718100)

回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床，特別適合于加工輪廓尺寸在250 mm以內(nèi)的中小零件[1]。這類機(jī)床的應(yīng)用主要集中于汽車、閥門、氣動(dòng)、液壓、制鎖、輕工儀表和電氣等工業(yè)部門[2]。組成回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床的主要部件有回轉(zhuǎn)分度裝置、中間底座、鼓輪支架、定位裝置和動(dòng)力頭等[3]。這些部件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能，在很大程度上決定了回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)型式及其技術(shù)水平。

回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床的回轉(zhuǎn)分度驅(qū)動(dòng)一般采用電氣機(jī)械、液壓和氣動(dòng)等方式[4]。應(yīng)用液壓和電氣機(jī)械驅(qū)動(dòng)的較多(鼓輪的回轉(zhuǎn)分度一般為液壓驅(qū)動(dòng))而使用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的較少[5]。液壓由于可采用較高的工作壓力，故其結(jié)構(gòu)空間比氣動(dòng)的小。目前，由于電液比例閥的應(yīng)用，而大大提高了工作臺(tái)的分度轉(zhuǎn)位速度，縮短了分度轉(zhuǎn)位時(shí)間[6]。同時(shí)，由于電液比例閥可改善機(jī)床的起動(dòng)和緩沖性能，故也可改善工作臺(tái)定位時(shí)的工作條件[7]。電氣機(jī)械驅(qū)動(dòng)主要有馬氏槽盤和圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

據(jù)估計(jì)目前我國(guó)回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床約占整個(gè)組合機(jī)床的4%，與機(jī)床工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，無(wú)論在數(shù)量上還是在技術(shù)上均存在一定差距。本機(jī)床為8工位鉆銑床，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占空間少、操作方便、精度高，是實(shí)際生產(chǎn)中非常有用的一種機(jī)床。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本機(jī)床主要分為動(dòng)力系統(tǒng)和定位升降系統(tǒng)，在此主要闡述動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。在對(duì)機(jī)床進(jìn)行布局時(shí)，應(yīng)能兼顧機(jī)床有良好的精度、剛度、熱穩(wěn)定性和抗震性等特點(diǎn)。首先根據(jù)查閱資料，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)等知識(shí)，再結(jié)合機(jī)床的加工原理，結(jié)合工件的形狀、尺寸和重量，還要考慮機(jī)床的操作維修、外觀形狀、生產(chǎn)管理和人機(jī)關(guān)系等因素。對(duì)機(jī)床的動(dòng)力頭系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)尺寸形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)主要由電機(jī)、電機(jī)座、頂蓋、支承座、軸套、機(jī)架盤、立柱、鉆頭等組成，各個(gè)部件通過如六角螺釘、開槽沉頭螺釘、內(nèi)六角圓柱頭螺釘、螺釘?shù)染o固件進(jìn)行固定、連接，其尺寸的確定主要根據(jù)所選電機(jī)，所計(jì)算齒輪、軸、同步皮帶輪的尺寸和電機(jī)的轉(zhuǎn)速、載荷所確定，其結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖1所示。

1.2 鉆頭設(shè)計(jì)

鉆頭主要由定位頭，各個(gè)螺母，絕緣軸套，導(dǎo)向桿，支座，主軸套，壓腳，等部件構(gòu)成，鉆頭的外形形狀尺寸應(yīng)根據(jù)機(jī)架盤調(diào)整裝置的尺寸來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算，內(nèi)部的軸和軸承根據(jù)通過同步齒形帶的傳來(lái)的轉(zhuǎn)速，載荷等數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)保證有足夠的剛度、定位精度和抗震性，因?yàn)檫@是直接用于工件加工的部件，所以其各個(gè)特性直接決定了加工的好壞，尤其是在各個(gè)零部件連接后，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的的震動(dòng)問題，所以用尼龍做的絕緣軸套在支座與主軸套間連接，可以解決這個(gè)問題。其結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)

圖2 鉆頭結(jié)構(gòu)

1.3 機(jī)架盤布局

機(jī)架盤主要由7個(gè)位置的軸向、徑向調(diào)節(jié)螺母組成，它們是均勻分布在機(jī)架盤上的，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是為了提高定位精度，這在后文中會(huì)有詳細(xì)論述。其結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。

圖3 機(jī)架盤布局

1.4 重要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

這里列舉了機(jī)架盤、大齒輪、小齒輪、主軸，其尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算會(huì)在后文中給出，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 主要零部件

2 多工位鉆銑床的傳動(dòng)原理

多工位鉆銑床由兩個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力，1號(hào)電機(jī)提供鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力，2號(hào)電機(jī)負(fù)責(zé)提供主軸的升降運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)盤的間歇旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

1號(hào)電機(jī)軸經(jīng)過一對(duì)齒輪加速，旋轉(zhuǎn)速度達(dá)4 320 r/min，由于考慮到鉆頭的固定，提高加工及定位精度不采用萬(wàn)向軸聯(lián)接齒輪軸和鉆頭軸,而采用同步齒形帶將動(dòng)力傳遞到鉆頭主軸，這樣鉆頭的位置固定，且夾緊可靠，提高了加工精度，減少了誤差，同時(shí)在同步齒形帶中設(shè)備張緊輪可以調(diào)整鉆頭位置，使適應(yīng)多種零件的加工。動(dòng)力原理圖如圖5所示。

2號(hào)電機(jī)提供主軸作升降運(yùn)動(dòng)和多工位轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，上升有上升凸輪，下降有下降凸輪，電機(jī)軸傳遞動(dòng)力給凸輪分配軸，分配軸按運(yùn)動(dòng)要求，和下降凸輪或上升凸輪配合工作從而控制了主軸的上升下降滾動(dòng),轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由凸輪分配軸經(jīng)齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)。

圖5 傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖

3 各結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)計(jì)算及校核

由于設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)側(cè)重于夾板機(jī)床的動(dòng)力頭系統(tǒng)上，因而不對(duì)主軸的升降運(yùn)動(dòng)零件和轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)部件做詳盡論述，而是只對(duì)動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)及其動(dòng)力傳遞所需的部件做詳細(xì)介紹。

3.1 電機(jī)的選擇

電機(jī)分為直流和交流兩大類，直流電機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，無(wú)特殊情況時(shí)不采用，鉆銑床為普通機(jī)床，選用一般籠型異步交流電動(dòng)機(jī)。

本鉆銑床選用J0242-4電機(jī)，功率為5.5 kW，同步轉(zhuǎn)速為1 440 r/min。

3.2 齒輪的設(shè)計(jì)

該設(shè)備動(dòng)力頭系統(tǒng)為閉式齒輪傳動(dòng)，因此先按照解除疲勞強(qiáng)度求出直徑和齒寬，再校核其彎曲疲勞強(qiáng)度，因此傳動(dòng)尺寸無(wú)嚴(yán)格限制，大小齒輪均用45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)處理，平均硬度260HB，大齒輪正火處理，平均硬度200HB，設(shè)計(jì)步驟如下。

3.2.1 齒面解除疲勞強(qiáng)度計(jì)算

齒數(shù)取Z1=20，Z2=iZ=60；估計(jì)圓周速度，v=4 m/s，選8級(jí)精度。載荷系數(shù)k，使用系數(shù)kA，動(dòng)載荷系數(shù)kv，齒間載荷分配系數(shù)kα，齒向載荷分布系數(shù)kβ，kA=1.75，kv=1.15，kβ=1.06，kα=1.17。

端面重合度：

載荷系數(shù)：

k=kAkvkαkβ=1.75×1.15×1.17×1.06=2.496。

轉(zhuǎn)矩：T1=9.55×106p/n1=9.55×106×0.126 7/1 440/3=280 N.m。彈 性 系 數(shù)：ZE=189.8 MPa；重合 度 系 數(shù)：Zε=(4-εα)1/2/3=0.87。接 觸 疲 勞 強(qiáng) 度：δHlim1=600 MPa，δHlim2=540 MPa；接 觸 安 全 系 數(shù)S:SH=1.0；總 工 作 時(shí) 間：Ln=8×300×10=24 000 h；指 數(shù)：n=6.6；應(yīng) 力 循 環(huán) 次 數(shù)：N1=60×24 000×1 300×8×15=3.11×109，N2=N1/n=7.49×108。

則接觸壽命系數(shù)：

小齒輪直徑：

驗(yàn)算圓周速度：

v=3.14×14.9×3×1 440/60/1 000=3.39

修正小齒輪直徑：

確定傳動(dòng)尺寸：

m=d1/Z1=13.8/20=0.69

取m=2。

實(shí)際分度圓直徑：d1=m×Z1=2×20=40，d2=m×Z2=2×83=166；中心 距：d=1/2(d1+d2)=103；齒寬b：b=Φdd1=40。取b1=20 mm，b2=15 mm。

3.2.2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算

（1）齒形系數(shù)Yfa

（2）應(yīng)力修正系數(shù)

（3）重合度系數(shù)

（4）許用彎曲應(yīng)力[σ]F

彎曲疲勞極限：σFlim1=440 MPa，σFlim2=400 MPa；彎曲安全系數(shù)：SF=1；指數(shù)m=6.25，N1=8.96×1011；彎曲壽命系數(shù)：YN1=YN2=1.0；尺寸系數(shù)Yx=1.0；則許用彎曲應(yīng)力：

（5）驗(yàn)算

經(jīng)驗(yàn)算說(shuō)明所選模數(shù)偏大，由于機(jī)構(gòu)需要，取m=2較好。雖說(shuō)浪費(fèi)，但可以滿足工作需要，成本也增加不多。最后結(jié)果為：

Z1=20，Z2=83，m=2 mm，d1=40 mm，d2=166 mm，da1=22 mm，da2=166+4=170 mm，df1=35 mm，df2=161 mm。

3.3 同步齒形帶設(shè)計(jì)計(jì)算

其中KA為工作情況系數(shù)，KA=1.6，Kε為速比系數(shù)Kε=0.1，p為傳遞功率，P=0.126 9。

初選m=1.5；小帶輪齒數(shù)Z1≥Zmin，Z1=24；小帶輪節(jié)圓直徑d1=mZ1=1.5×24=36 mm；帶 速vv=3.14×36× 6 480/60/1 000=12.25＜vmax；傳動(dòng)比i=1.5；大齒輪齒數(shù)：Z2=iZ1=36；初定中心距a0=90。

初定膠帶節(jié)線長(zhǎng)及其齒數(shù)：

選取接近Lp值及Z，Lp=329.9，Z=65。

中心距可調(diào)：

小齒輪嚙合齒數(shù)：

單位帶寬的離心拉力Fc：

Fc=18×104×12.252/9.81=0.027 5

式中：

q-單位帶寬，單位長(zhǎng)度的重量；g-重力加速度。

二是關(guān)于列寧生平的介紹?！段年嚒分袑ＴO(shè)《列寧逝世紀(jì)念特輯》專欄，包括左琴科的《列寧的故事》、羅曼·羅蘭、蕭伯納、高爾基、巴比賽等人的《關(guān)于列寧》（靖華譯），這兩篇紀(jì)念文章分別介紹列寧童年中玻璃水瓶的故事、學(xué)習(xí)情況、在監(jiān)獄吃墨水壺、戒煙、巧計(jì)勝憲兵、給小孩買玩具、遇刺、在理發(fā)室、與爐匠、打獵等故事，還認(rèn)為“列寧是一個(gè)行動(dòng)的大師，深入社會(huì)法則的本質(zhì)，和以生命的創(chuàng)造力浸淫著自己”。[3]顯然是通過蘇聯(lián)社會(huì)主義導(dǎo)師列寧的偉大事跡，動(dòng)員民眾盡快行動(dòng)起來(lái)，積極加入中國(guó)革命的隊(duì)伍，早日取得民族解放的勝利。

帶寬：

式中：

Kz—嚙合齒數(shù)系數(shù)；

[F]—單位齒寬的許用拉力。

有效圓周力：

F=102p0/v=102×0.215 4/12.25=1.79

3.4 鍵的選擇和校核

在動(dòng)力頭系統(tǒng)中應(yīng)用3個(gè)平鍵。齒輪軸的鍵，其零件號(hào)為59，此鍵為平鍵，b=7，L=18。此鍵聯(lián)接所能傳遞的扭矩：

840為齒輪傳遞的扭矩，T＞840 N.mm，說(shuō)明此選用的鍵可以滿足工作需要，符合運(yùn)動(dòng)條件。

同步齒形帶上的鍵，其零件號(hào)為70，平鍵b=5，h=5，t=24。此鍵聯(lián)接勢(shì)能傳遞的扭矩：

鉆頭動(dòng)力頭上同步帶輪上的鍵，由于此鍵是根據(jù)帶輪直徑選配，是按標(biāo)準(zhǔn)選用，因而可以肯定能符合要求，不再校核。

3.5 軸承的選用

主軸48所用軸承，零件51和43的校核。本設(shè)計(jì)選用向心球軸承，其主要受徑向負(fù)荷，也能承受一定軸向載荷，它結(jié)構(gòu)緊湊，有足夠的負(fù)荷和壽命，價(jià)格低廉，高速裝置中可以代替推力軸承，主軸48主要是配有一個(gè)齒輪，其受力為圓周力，徑向力均為徑向負(fù)載，軸向力很小，因此選用向心球軸承是適合的，型號(hào)204，GB=76-82，求得圓柱齒輪圓周力FT=14 N，徑向力FR=5.1N，軸向力FA=0，F(xiàn)T=2×840/120=14N，F(xiàn)R=FT×tanα=14×tan20°=5.1N。

作用力如圖6。

圖6 受力圖

則軸承徑向負(fù)荷：

以下驗(yàn)算軸承是否合用：

204軸承的主要性能參數(shù)為：Cr=10.00 kN，Cor=6.30 kN，脂 潤(rùn) 滑，nlim=14 000 r/min，Y0=0.5，Y=0。

內(nèi)部軸向力：

S1=1.25×Fr1×tanα=1.25×7.45×tan20°=3.389 NS2=1.25×Fr×tanα=3.389N

軸承軸向力：

Fa1=S1=3.39N，F(xiàn)a2=S2=3.39NX，Y值：

有輕度沖擊的傳動(dòng)裝置：

軸承壽命：因Pr1=Pr2，只計(jì)算一個(gè)軸承即可。

靜負(fù)荷計(jì)算：由于X0=0.6，Y0=0.5，F(xiàn)r2=Fr1=7.45 N，F(xiàn)a1=Fa2=3.39，都是極小的數(shù)值，而Cor=6.3 N，所以絕對(duì)符合安全要求，在此不詳細(xì)校核。

極限工作轉(zhuǎn)速nmin=14 000 r/min，也絕對(duì)滿足。整個(gè)機(jī)床用了不止一對(duì)軸承。其中受力較大，最危險(xiǎn)的就是上面校核過的軸承，驗(yàn)算后說(shuō)明合用，別的軸承均根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用了安全系數(shù)較大的軸承，不再驗(yàn)算是否合用。

3.6 各螺釘螺母的選用

在鉆床動(dòng)力頭系統(tǒng)中，鉆頭轉(zhuǎn)盤的固定，及軸承端蓋等的固定均采用螺釘夾緊，螺釘?shù)某叽绾蜆?biāo)準(zhǔn)均根據(jù)結(jié)構(gòu)需要而定，符合機(jī)械設(shè)計(jì)一般要求，在此不再進(jìn)行說(shuō)明。

3.7 其他結(jié)構(gòu)說(shuō)明

本機(jī)床鉆頭固定由一端帶有錐度，一端為螺紋的拉緊螺桿固定，螺桿外圈套有旋轉(zhuǎn)主軸，主軸由同步齒形帶帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在主軸外有軸套，將高速旋轉(zhuǎn)的主軸密封在軸套中，軸套外配有支撐架 為防止鉆頭高速旋轉(zhuǎn)時(shí)碰到硬物從而損傷刀口，鉆頭的直徑依據(jù)夾板上所需加工的孔或槽而定，主軸上軸承為向心角接觸軸承，其能承受較大的單向軸向負(fù)荷，極限轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速較高，運(yùn)轉(zhuǎn)精度高對(duì)鉆頭主軸很適用。

3.8 主軸上離合處的梯形牙校核

該離合處是根據(jù)嵌合式的離合器的形狀進(jìn)行的，是為方便裝配而設(shè)計(jì)，首先對(duì)梯形牙整體造型設(shè)計(jì)如圖7所示。其牙形如圖8所示。

圖7 梯形牙造型

圖8 梯形牙尺寸

這種梯形牙強(qiáng)度高，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，且又能自行補(bǔ)償牙的磨損和牙側(cè)間隙，從而可避免在載荷和速度變化時(shí)因間隙而產(chǎn)生的沖擊，所以方便于裝配和工作，牙數(shù)有3個(gè)單位牙面上的壓力p和壓根處的彎曲應(yīng)力σb：

說(shuō)明此設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，選擇的參數(shù)一般滿足要求，該連接處的設(shè)計(jì)主要是為克服電機(jī)的安裝困難的，形狀仿照嵌合離合器，可以獨(dú)立的把電機(jī)安裝。

4 鉆銑頭的調(diào)整機(jī)構(gòu)

4.1 刀具的折損

原鉆銑床的鉆銑頭定位是經(jīng)過樣本來(lái)進(jìn)行的，在擰緊的過程中，可能因擰緊轉(zhuǎn)矩作用而使鉆銑頭彎曲變形，以致加工精度不高，只有30級(jí)精度，這對(duì)于精度要較高的手表加工是非常不利的，如圖9所示，當(dāng)人工用扳手調(diào)節(jié)鉆頭定位螺母時(shí)，用力不平衡，可能產(chǎn)生平行于機(jī)架盤或者垂直于機(jī)架盤的彎矩，使鉆頭壓彎、折損。

4.2 優(yōu)化方案

為了消除這種因彎曲變形而產(chǎn)生的誤差，本機(jī)構(gòu)采用調(diào)整機(jī)構(gòu)，只要調(diào)整到要求的位置，就可以定位，從而根本上消除了由于擰緊轉(zhuǎn)矩影響而產(chǎn)生的彎曲變形，原來(lái)的機(jī)構(gòu)還存在著第二個(gè)缺陷，就是用樣本來(lái)定位很麻煩，影響精度和生產(chǎn)率，因?yàn)橐萌庋蹃?lái)測(cè)量鉆銑頭和樣本孔的位置是否一致是很有誤差的，而且每加工一種型號(hào)的夾板，工廠必須停機(jī)重新用新的樣本安裝鉆銑頭。浪費(fèi)了很多時(shí)間，降低了生產(chǎn)率，本設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是為了解決以上的兩個(gè)缺陷而產(chǎn)生，只要知道新加工的孔的徑向坐標(biāo)和軸向坐標(biāo)就可以了，設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)如圖10所示。

圖9 道具損壞情況

圖10 調(diào)節(jié)螺母布局

其中，軸向坐標(biāo)調(diào)整機(jī)構(gòu)的螺母中心點(diǎn)與徑向坐標(biāo)調(diào)整螺母中心點(diǎn)角度為25°。

4.3 定位原理及計(jì)算說(shuō)明

徑向坐標(biāo)調(diào)整機(jī)構(gòu)是由螺旋螺母等組成，和其他的螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)一樣，螺母每旋轉(zhuǎn)一周，其螺桿的徑向進(jìn)給是1 mm，因此螺距為1 mm，如果要進(jìn)給0.05 mm，2.5個(gè)刻度就可以，因?yàn)樵诼菽干厦恐苡?0個(gè)刻度，在軸向坐標(biāo)上，必須先知道軸向坐標(biāo)的度數(shù)，再把度數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)給量，解決方式如圖11所示。

圖11 計(jì)算示意圖

其中70°為固定度數(shù)，如果要將度數(shù)從20°調(diào)整到40°，設(shè)y為轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)到螺桿頂尖處的距離，x為螺桿2的固定點(diǎn)到螺桿2的距離。

得方程：y2=x2+502-2×50×x×cos70°

x2=y2+502-2×50×y×cos70°

聯(lián)立解就可得x值。

解出x值后，再把x值與原來(lái)的20°對(duì)應(yīng)值相比，就可求出要旋轉(zhuǎn)的刻度數(shù)，所以，只要知道任意一個(gè)軸向度數(shù)，就可以求出要螺旋的刻度。本調(diào)整機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是要求加工零件和裝配精度要高，提高了成本，且裝配上有困難，不過其優(yōu)點(diǎn)很大，就是對(duì)夾板的加工精度明顯提高，而且在加工過程中節(jié)省了很多裝配樣本的時(shí)間，因?yàn)閷?duì)夾板加工的鉆銑床的改進(jìn)，主要是提高其加工精度和簡(jiǎn)便其裝配。本機(jī)構(gòu)大膽設(shè)想，為提高加工精度，且其制造工藝是可行的，所以整體是可行的。

5 裝配圖設(shè)計(jì)

5.1 二維圖設(shè)計(jì)

經(jīng)過前面的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及最初對(duì)機(jī)床總體的設(shè)計(jì)，在cad中劃出裝配圖，這樣可以更直觀的表現(xiàn)出機(jī)器的裝配關(guān)系、工作原理和傳動(dòng)路線，以及零件的主要結(jié)構(gòu)形狀以及裝配、檢驗(yàn)、安裝時(shí)所需要的尺寸數(shù)據(jù)和技術(shù)要求。整體裝配圖如圖12所示，鉆頭裝配圖如圖13所示。

5.2 三維造型

在對(duì)全部結(jié)構(gòu)完全了解，以及對(duì)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)掌握后，用solidworks軟件，對(duì)所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維造型，增加立體感，更直觀地了解機(jī)床內(nèi)外部的構(gòu)造、形狀和運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

5.2.1 總體造型

圖12 整體裝配圖

圖13 鉆頭裝配圖

總體三維造型如圖14所示。接下來(lái)再對(duì)設(shè)計(jì)中一些關(guān)鍵、復(fù)雜的零部件或結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維造型的詳細(xì)構(gòu)造，包括鉆頭的外形構(gòu)造、支承座的結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)螺母的造型轉(zhuǎn)配過程。

圖14 總體造型

5.2.2 鉆頭外殼的造型

先選定前視基準(zhǔn)面作為草圖繪制平面，接下來(lái)繪制草圖并使用旋轉(zhuǎn)命令，如圖15、圖16所示。設(shè)置如圖所示基準(zhǔn)面，如圖17所示。在基準(zhǔn)面1上繪制如圖的草圖并拉伸，如圖18、圖19所示。設(shè)置如圖基準(zhǔn)面，如圖20所示。在上面繪制如圖所示圖形并拉伸，如圖21、圖22所示。設(shè)置如圖基準(zhǔn)面，如圖23所示。繪制如圖所示草圖并拉伸，如圖24、圖25所示。在如圖所示平面上繪制，如圖26所示。繪制如圖圖形并拉伸切除，如圖27、圖28所示。

5.2.3 調(diào)整機(jī)構(gòu)造型

（1）調(diào)節(jié)螺栓

在前視基準(zhǔn)面繪制如圖草圖并旋轉(zhuǎn)實(shí)體，如圖29、圖30所示。再繪制如圖所示草圖，并拉伸切除，如圖31、圖32所示。繪制螺紋線，如圖33所示。制定基準(zhǔn)面并繪制如圖草圖并設(shè)定與螺旋線關(guān)系為穿透，如圖34、圖35、圖36所示。最后掃描切除，如圖37所示。

（2）調(diào)節(jié)螺母

在前視基準(zhǔn)面繪制如圖所示圖形并旋轉(zhuǎn)，如圖38、圖39所示。在如圖所示平面繪圖，并拉伸切除，如圖40、圖41、圖42所示。在上圖中草圖的基礎(chǔ)上仿照之前繪制螺紋線的方法，畫螺紋線，如圖43所示。設(shè)置基準(zhǔn)面，如圖44所示。畫出與調(diào)節(jié)螺栓一樣的三角形，并掃描切除，如圖45、圖46所示。類推陣列出其他后，轉(zhuǎn)配到機(jī)架盤上，總體如圖47所示。

6 總結(jié)

多工位鉆銑床實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)機(jī)床對(duì)一個(gè)零件做不同加工的功能，節(jié)省了機(jī)床，也縮小了占地面積，同時(shí)提高了加工精度和生產(chǎn)率，使工人勞動(dòng)強(qiáng)度也降低很多，其不足之處就是沒能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料，必須人工操作，且工作很機(jī)械，影響自動(dòng)化程度的提高。

就鉆頭的固定來(lái)說(shuō)，采用拉桿式楔形固定，用手動(dòng)的螺旋運(yùn)動(dòng)可調(diào)整鉆頭的高度，方便省力，鉆頭采用套筒及主軸軸面為拉桿的結(jié)構(gòu)，使得主軸不易磨損，更換方便，套筒外側(cè)用絕緣膠固定了一個(gè)支撐架，當(dāng)鉆頭高速旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)碰到硬物，受到損害，鉆頭的動(dòng)力由同步齒形帶傳遞到鉆頭，比起萬(wàn)向軸傳遞動(dòng)力要準(zhǔn)確且剛性好。

動(dòng)力采用行星輪的傳遞方式，保證了各工位的同步工作，節(jié)省空間，齒輪傳動(dòng)較其他傳動(dòng)件的優(yōu)點(diǎn)是，不論兩軸在空間的相對(duì)位置如何，只要軸向距離不太大，都可用齒輪傳動(dòng)，本結(jié)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng)，且兩軸都是垂直軸，所以很方便用齒輪傳動(dòng)，又因齒輪傳動(dòng)其傳動(dòng)比準(zhǔn)確，這樣對(duì)鉆頭的轉(zhuǎn)速也有個(gè)穩(wěn)定值，使得機(jī)構(gòu)工作震動(dòng)減少，減少噪音，延長(zhǎng)鉆頭的工作壽命，同時(shí)對(duì)成批的零件進(jìn)行生產(chǎn)，系統(tǒng)誤差在某一個(gè)區(qū)域內(nèi)，廢品率降低。齒輪傳動(dòng)能傳遞較大的扭矩，本機(jī)構(gòu)由于需要傳遞的扭矩不大，所以用齒輪傳動(dòng)足可以保證工作順利進(jìn)行，另外齒輪傳動(dòng)也有缺點(diǎn)，例如傳動(dòng)不夠平穩(wěn)，在高速加工和要求加工光潔度高的場(chǎng)合不宜使用，由于本零件加工要求不太高，這個(gè)缺點(diǎn)不影響工；齒輪傳動(dòng)不宜用于軸線距離較大的地方，這點(diǎn)也沒有影響，從裝配圖中可以知道，本機(jī)構(gòu)緊湊，各嚙合齒輪之間中心距不超過100 mm。因而，用齒輪傳動(dòng)可以滿足要求，這樣可以用標(biāo)準(zhǔn)件，對(duì)機(jī)床的快速裝配完工、縮短加工周期有很大好處。

支撐件是機(jī)床的基礎(chǔ)構(gòu)件，切削過程中，刀具與工件間相互作用力沿著大部分支撐件逐個(gè)傳遞并使之變形，支撐件的震動(dòng)和變形將直接影響加工精度和光潔度，總之支撐件是機(jī)床十分重要的構(gòu)件。在本臺(tái)機(jī)床上，支撐件的數(shù)目占很大比例，在動(dòng)力頭系統(tǒng)中，除了動(dòng)力傳遞部件和鉆頭工作部件，別的幾乎是支撐部件，本機(jī)床上的支撐件有：床身、立柱、橫梁、底座、工作臺(tái)和鉆頭搖臂。對(duì)于工作臺(tái)，床身，底座一般滿足要求，工作臺(tái)作升降為圓形盤，由于加工的零件直徑為20 mm，且鉆孔的直徑不超過5 mm，對(duì)工作臺(tái)震動(dòng)較小，滿足設(shè)計(jì)要求。

立柱是動(dòng)力系統(tǒng)中主要的部件，截面形狀為圓截面，環(huán)形截面，其中裝有主軸，升降運(yùn)動(dòng)在立柱實(shí)現(xiàn)，立柱上方負(fù)載著裝滿鉆頭的圓盤及電動(dòng)機(jī)，電機(jī)和齒輪都是有一定的自重，本機(jī)構(gòu)已考慮到自重，選取的圓截面直徑和厚度都較大，提供足夠的剛度，能夠滿足工作要求，環(huán)形立柱鑄造，加工都很方便，安裝也簡(jiǎn)便。

搖臂為懸臂梁，轉(zhuǎn)盤圓周上分布著7根橫梁，用兩個(gè)螺釘固定，一端安裝鉆頭，橫梁的長(zhǎng)度，僅有20 mm因而不影響剛度。

綜上所述，本機(jī)床達(dá)到一般要求規(guī)定的指標(biāo)。

另外，本文所的鉆銑床具有以下優(yōu)勢(shì)：

本機(jī)床為專用設(shè)備，可以同時(shí)完成鉆銑兩種功能，若需要對(duì)類似零件進(jìn)行加工，只需略加改動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)功能，其加工零件類型為圓形，若改變工作臺(tái)形狀，即加工別的類型零件，其材料除特硬金屬外，一般材料均可適用，其尺寸范圍也由工作臺(tái)做了限制，總的來(lái)說(shuō)，其為加工夾板專用機(jī)床，因而通用性有所降低，仍不失為一臺(tái)性能優(yōu)異的機(jī)床。

本機(jī)床零件定位采用三點(diǎn)定位的過定位方式，在加工過程中，在8個(gè)工位上都始終位置不會(huì)出現(xiàn)誤差，因而加工精度很高，另外鉆頭動(dòng)力采用齒輪傳遞，采用結(jié)構(gòu)固定的鉆頭，都使得加工精度得到保證。

本機(jī)床為7工位同時(shí)加工，因而生產(chǎn)率明顯高于單工位機(jī)床的切削加工，其分度和轉(zhuǎn)位時(shí)間均由機(jī)械來(lái)控制，采用蝸行凸輪和盤行凸輪實(shí)現(xiàn)，因而生產(chǎn)率穩(wěn)定，可以估算出完工日期，不足之處是人工上料，浪費(fèi)人力，但也減少了許多可能發(fā)生的故障。

本機(jī)床參考進(jìn)口機(jī)床，分度轉(zhuǎn)位皆有機(jī)械控制，除上料為人工外，別的加工一律自己進(jìn)行，相對(duì)國(guó)內(nèi)其他機(jī)床，自動(dòng)化程度高，但仍不能達(dá)到最完美境界，需要加以改進(jìn)。

零部件均為通用件，標(biāo)準(zhǔn)化零件，制造與維修都簡(jiǎn)便，本機(jī)床操作工人按自己配置鍵盤操作板，即可啟動(dòng)和關(guān)閉機(jī)床，工人只需按節(jié)奏將零件放入相應(yīng)的工位，即可自動(dòng)進(jìn)行加工，安全方便，工作可靠性好。

使用年限和成本均符合國(guó)家規(guī)定，其最大缺點(diǎn)是噪聲很大，整個(gè)車間環(huán)境嘈雜，主要由于傳動(dòng)系統(tǒng)部分凸輪之間的碰擊產(chǎn)生，有待改進(jìn)，還有就是半自動(dòng)上料，可以改進(jìn)為全自動(dòng)上料，另外，本機(jī)構(gòu)忽略了安全保險(xiǎn)裝置，當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法自動(dòng)斷電，這些都是需要改進(jìn)的地方。