多轴专用钻床设计

1前言1.1选题背景公元前4000年，人类就发明了打孔用的装置。

古人在两根立柱上架个横梁，再从横梁上向下悬挂一个能够旋转的锥子，然后用弓弦缠绕带动锥子旋转，这样就能在木头石块上打孔了[1]。

不久，人们还设计出了称为“辘轳”的打孔用具，它也是利用有弹性的弓弦，使得锥子旋转。

到了1850年前后，德国人马蒂格诺尼最早制成了用于金属打孔的麻花钻；1862年在英国伦敦召开的国际博览会上，英国人惠特沃斯展出了由动力驱动的铸铁柜架的钻床，这便成了近代钻床的雏形。

以后，各种钻床接连出现，有摇臂钻床、备有自动进刀机构的钻床等。

由于工具材料和钻头的改进，加上采用了电动机，大型的高性能的钻床终于制造出来了。

第二次世界大战以后，由于数控和群控机床和自动线的出现，机床的发展开始进入了自动化时期。

以美国和苏联为首的超级大国制造业逢勃发展，电气化时代到来，先后崛起了欧盟和日本。

生产设备的机械化，生产线的流程化，大大促进了制造业的发展。

机械制造的电气化使其加工生产的自动化大幅度提高，生产效率也大幅度提高。

特别是在机械母机的快速发展，各种制造装备的更新换代的周期也大大缩短。

20世纪70年代初，钻床在世界上主要采用普通继电器控制的。

如70年代至80年代进入中国的美国的ELDORADO公司的MEGA50，德国TBT公司的T30-3-250，NAGEL公司的B4-H30-C/L，日本神崎高级精工制作所的DEG型等钻床都是采用继电器控制的[2]。

各种型号的钻床也相续运用到生产之中。

80年代后期由于数控技术的出现才逐渐开始在深孔钻床上得到应用，特别是90年以后这种先进技术才得到推广。

如TBT公司90年代初上市的ML系列深孔钻床除进给系统由机械无级变速器改为采用交流伺服电机驱动滚珠丝杠副，进给用滑台导轨采用滚动直线导轨以外，钻杆箱传动为了保证高速旋转、精度平稳，由交换皮带轮及皮带，和双速电机驱动的有级传动变为无级调速的变频电机到电主轴驱动，为钻削小孔深孔钻床和提高深孔钻床的水平质量创造了有利条件。

为了加工某些零件上的相互交叉或任意角度、或与加工零件中心线成一定角度的斜孔，垂直孔或平行孔等需要，各个国家而专门开发研制多种专用深孔钻床。

到了当代，信息化的快速发展。

电子科技在机械生产的广泛的应用，不仅取代了复杂的机械结构，自动化程度基本完善。

特别是计算机语言的应用，促使大批的先进的数控车床的涌现。

其中，在硬件方面，各种芯片的研发和模块化镶入系统的开发都使复杂的机械结构微电子化。

在软件方面，有简单不易使用和记忆的机器语言发展到低级语言——汇编语言，后来又出现了利于人机交互的高级语言，如C语言，C++语言等。

这些都促进了机械加工的数字化，各式各样的数控钻床应用的生产之中。

1.2多轴机床在我国的发展与现状我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。

组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。

它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。

我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。

组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床[4]。

另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。

80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。

组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。

国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。

如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。

1.3多轴机床发展趋势钻床的发展由原始的简单的木质手工钻发展到简单的机械钻床，由一坐标单孔单工位加工发展多为多孔的发杂加工，有原来的不易加工操作的复杂机械体发展到数控中心。

简而言之，钻床的发展由原始的机械的单一加工到现在的数控中心的斜面上的孔的加工。

这不仅是制造业的发展，也是人类文明的进步。

从人机学原理来讲，现在的钻床更适合操作者使用，并且使操作者的劳动强度大大降低；从生产效率来讲，现在的机床自动化程度高，机械手的开发和使用，使装夹更为方便快捷，加工更加灵活；从制造工艺方面讲，现在的钻床设备引入微电子技术，这使其复杂的机械传动结构在很大程度上简化，且便于操作和维护。

本设计从企业的角度出发，本着简单化机械传动本体降低机床成本，并能实现一次装夹完成多个工位孔的钻削工作提高生产效率。

本次设计的课题是一台盘类零件加工的专用钻床，特别是对法兰孔的加工，具有成本低，效率高的优点。

1.4选题的目的及意义众所周知，在实际生产中钻床是具有广泛用途的通用性机床。

尤其是现代机械制造业中，企业对专用机床有着广泛的需求。

不过，一般钻床对操作人员的技术要求较高劳动强度大，专用性能低，生产率不高且不能保证精度;而多轴专用钻床操纵方便、省力、容易掌握，不易发生操作错误和故障，不仅能减少工人的疲劳，保证工人和钻床的安全，还能提高钻床的生产率，提高了加工设备的性价比。

特别是在大批量生产或者是流水线作业时，专用多工位加工设备显得尤为重要。

本设计针对一般钻床某些缺点及加工对象的具体情况设计一台多孔专用四轴钻床，能实现一次走刀四个工位孔的钻削加工的专用箱体类或盘类零件机床。

对于批量生产的盘类零件或箱体类的同一端面的孔的钻削加工具有装夹方便，效率高，尺寸精度容易满足的优点。

设计包括总体设计，主轴箱设计，电动机的选型和传动部分设计动力部件的设计以及底座的设计，从经济效益和人机关系等技术经济指标出发，力求达到满足性能要求，以满足企业的使用要求，从而能更好的服务社会。

我国是制造大国，我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定。

组合钻床是典型金属切削机床，通过毕业设计可使所学机械学、力学、电工学知识得到综合应用。

结构设计及控制系统设计能力都能受到训练，可有力的提高学生的分析问题、解决问题能力。

经过此课题的设计，掌握组合钻床的整体布局，主轴箱箱体结构，变速传动系统功率的分配，以及进给系统的运动原理等问题；还掌握整体零部件的加工装配的工序，从而，从细节上掌握了整个机床的结构关系。

从而掌握在加工过程中组合机床动作的运动原理和现实事物的结合,这将成为我们在将来的工作学习中不可缺少的经验积累。

2多轴专用钻床的总体设计2.1概论多空专用四孔钻床的总体设计是机床设计的关键环节，它对机床所达到的技术性能，人机要求和经济性能往往起着决定性的作用。

本设计根据具体加工对象的具体尺寸情况进行专门设计，这次设计以加工圆盘类零件为例专用加工作业的四孔轴钻床，这也是当前较为普遍的做法。

评价一台机床的优劣性能，主要是根据技术经济指标来判断的。

本次机床设计的性能可从经济效益和人机关系等以下几个方便几个方面进行分析讨论。

2.1.1性能要求1.工艺范围机床的工艺范围是指机床适用不同生产的能力[5]。

大致包括以下内容：机床可以完成的工序种类：加工零件的类型，材料和尺寸范围;毛皮种类。

本次设计的多孔专用钻床适用加工尺寸为160mm的正方形四个端点上的孔，效果最佳;也同时可以钻距离为160或1602的两个孔的钻削作业。

此设计虽然柔性差，但对于加工四个孔的加工，能充分发挥本机床的强大优势。

2.加工精度和表面粗糙度加工精度包括形状和相互位置等方面[6]。

机床的加工精度即被加工零件在尺寸，是指被加工零件孔的位置和精度所能达到的准确程度。

机床精度分三级:普通精度级，精密级和高精密级。

机床加工的工件表面粗糙度与工件和刀具的材料，进给量，刀具的几何形状和切削时的振动有关。

对表面质量要求越高，也就是要求表面粗糙度越小，则对抗振性的要求越高。

本设计采用吸振材料铸铁加工主轴箱箱体，电机座，立柱和底座，可大幅度吸收机床产生的震动。

另外，考虑到生产效率，机床工作一般运作周期10个小时，工作平稳，产生震动较小。

故加工质量可有所提高。

3.生产率机床的生产率通常是指在单位时间内机床所能加工的工件数量。

要提高机床的生产率，必须缩短加工一个工件的平均总时间，其中包括缩短切削加工时间，辅助时间以及分摊到每个工件上的准备和结束时间。

因为加工时进给速度是一定的，所以特别值得考虑的是装夹，拆卸时间和空车回刀时间，空车时快速进给时间。

4.自动化机床自动化可减少人对加工的干预，从而保证加工的一致性，即被加工零件的精度稳定性。

还具有提高生产率和减轻工人劳动强度的优点。

本设计只要安装上自动化得工作台和简单的电气部分即可改装成专用的多孔钻床。

5.可靠性可靠性也是机床的工作一项重要的技术指标。

随着机床安全化的发展，可靠性在机床设计中的地位逐步提高。

机床的可靠性越高，其工作时出现的故障的机会就越少，这样就可以避免大大减少维修费用和维修时占用的时间，从某些方便来讲，也提高了机床的加工效率。

6.机床寿命机床寿命是指机床在保证它加工的产品精度的时间内能够作业的最长时间。

由于技术设备更新的加速，更新换代较快，对机床寿命所要求的时间也在逐渐减短。

不过，对于一台一般性机床来讲，应该保障十年的工作寿命还是必须的。

2.1.2经济效益在保证实现机床性能要求的同时，还必须使机床具有很高的经济效益[7]。