科技投资项目计划书

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（1）项目结构及技术原理

多轴钻床是由动力组件机架中的主轴带动多根钻杆同时转动而进行多孔加工的一种机床，其广泛应用于机械行业多孔零部件的钻孔及攻丝加工。传统立式多轴钻床包括机座和立柱，该立柱上设有可上下滑动的动力组件机架，以及动力组件机架中设有万向节连杆组件。

目前，在上述传统多轴钻床中，其动力组件机架上下运行通常都是采用液压油缸驱动。但由液压驱动动力组件机架上下运行，不利于直接使用数控控制，且其工作时，动力组件机架行程控制精度还不够理想。

本项目设计了一种采用PLC控制多台伺服电机控制机架上下进给、主轴转速、工作台XY轴移动的高精度多功能多轴数控立式钻床。其主要结构如下图所示：

图1 本项目多功能多轴数控立式钻床结构示意图

图2 易拆卸多轴钻床可变速主轴箱结构示意图

如上图所示，易拆卸多轴钻床可变速主轴箱包括箱体、主主动齿轮、联动齿轮、从动齿轮、变速齿轮等。主动齿轮与联动齿轮啮合，联动齿轮通过联动齿轮连接从动齿轮,从而联动更换齿轮组和安装在主轴箱中的中间支持座和上箱体间。各分动齿轮通过变速齿轮中变速齿轮轴连接从动齿轮，从动齿轮与联动齿轮啮合，联动齿轮与联动齿轮实行紧配合形成一个整体，联动齿轮啮合各个分动齿轮，各分动齿轮连接各条万向节。联动齿轮和分动齿轮的底座为同体活动底座，该同体活动底座与主轴箱体密封连接成一体，各分动力头与下箱体密封连接成一体。

主轴箱中主动轮连接电机主轴，从动齿轮和可更换变速齿轮分别通过相应的从动轴、变速齿轮轴安装在箱体中部的支持座。

若干分动齿轮分别啮合在变速齿轮下齿盘。从而更换不同齿数的齿轮组就可以实现不同转速。

变速齿轮轴上端开设花键，与齿轮内孔形成花键相切安装，比单一的单键传动平稳性更高。

在轴最上端加工螺纹，用锁紧螺母锁住齿轮。这样既可以使齿轮组在传动中不容易消耗传动力，使传动更加稳定可靠，又可以轻松方便的更换齿轮组。

②多种可调刀架组件

多轴钻床的加工工件多种多样，我们针对加工数量、工件类型，设计了一种主刀

架组件和两种附刀架组件。

孔位固定式钻杆刀架组件：针对大、特大批量的加工件，本项目开模制造固定孔位的钻杆刀架，钻杆通过模具上固定孔后，直接加工。这种方式加工精度较高，但是固定孔模具开模费用也较高。

圆周分布钻杆可调变位刀架组件：针对法兰等孔位圆周分布的工件，采用该刀架组件，当需要加工另一圆周分布直径和孔距的工件时，只要拉动变位手柄，可实现各钻杆沿固定板上相应的径向槽孔同时向圆心和远离圆心移动变位，该刀架调整方便，可节省大量调整钻杆的时间，减轻操作工劳动力。

自由定位钻杆刀架组件：该刀架组件是本项目基本钻杆固定结构，上述孔位固定式钻杆刀架组件、圆周分布钻杆可调变位刀架组件均为附加在该刀架组件上。该刀架组件由带槽位的钻杆调节横梁、刀架组件底座组成和紧固螺栓组成，如图4,5所示，该组件通过在钻杆横梁在紧固螺栓的带动下在底座空槽内移动，紧固螺栓在横梁内空槽移动，能实现类似X、Y坐标定位，提供本项目多功能多轴数控立式钻床任意位置可调功能。

图3自由定位钻杆刀架组件侧视图

图4自由定位钻杆刀架组件底视图

④导轨部分设计研究

A、首先根据导轨工作条件、承载特性与加工经济。（选择导轨的结构类型为矩形

导轨；矩形导轨具有导轨面较宽、较大的承载能力、刚性较高、形状规则、制造跟维修方便等优点。）

B、再进行导轨的力学计算，确定结构尺寸。

C、确定导轨副的间隙、公差和加工精度。

D、选择导轨材料、摩擦面硬度匹配和表面精加工和热处理方法。（确定导轨材料为HT200；摩擦面硬度HRC40-45；磨削导轨表面表面粗糙度Ra达到0.8。）

E、选择导轨的预紧载荷，设计预紧载荷的加载方法与装置。（旋紧压板螺钉，利用压板压紧。）

F、选择导轨面磨损后的补偿方式和调整装置。（旋紧塞条螺钉，塞条往下滑，由于塞条有斜度，越往下越紧。）

G、选择导轨的润滑方式，设计基于PLC控制的液压润滑系统和防护装置。

图5导轨结构示意图

⑤动力机架设计研究

工况要求：即任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起；设置执行某一工况所必需的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。

刚度要求：在必须保证特定的外形条件下，对机架的主要要求是刚度。如果基础部件的刚性不足，则在工作的重力、夹紧力、摩擦力、惯性力和工作载荷等的作用下，就会产生变形，振动或爬行，而影响产品定位精度、加工精度及其它性能。

强度要求：对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求

稳定性要求：对于细长的或薄壁的受压结构及受弯-压结构存在失稳问题，某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏，设计时必须校核。

美观：目前对机器的要求不仅要能完成特定的工作，还要使外形美观。

其它：如散热的要求，防腐蚀及特定环境的要求。

在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。机架的重量轻，材料选择合适，成本低。结构合理，便于制造。结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力小。抗振性能好。耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。有导轨的机架要求机架导轨面受力合理，耐磨性良好。

图6动力机架结构示意图

⑥带有铣床功能的工作台

X、Y向均采用伺服电机通过和丝杆传动后带动工作台X - Y向的运动。如上图所示，工作台由两个互相独立的、互相垂直的导向导轨、传动系统及工作台面等组成。其中X向工作台固定在Y向工作台的工作台面上，由Y向工作台带动其作Y向运动，X向工作台通过定位销定位于Y向工台上，两者在水平面上保持正交。工作台上，动导轨沿着静导轨做定向直线运动。为保持高刚度和无间隙连接，一个合适的预载荷被施加在滚珠丝杠和滚珠导轨上。伺服电机与滚珠丝杠之间采用刚性联轴器直接连接。