1、目錄摘要 1關鍵詞1Abstract1Key words 1 鉆床的總體方案 12 關鍵問題的解決 221 主軸確定 222 主軸箱與機床的聯結及進給方式 323 機床固定 33 鉆床規格 431 鉆孔能力 432 工件的材料 433 鉆床精度 434 切削要素 435 切削速度及進給率 5351 切削速度 5352 鉆頭進給量 536 主軸轉速 637 鉆削力與鉆削功率 63 8 電機選取 839 磁性底座選取 8310 鉆床電氣控制 84 驅動部分的設計校核 941 主軸校核 942 小齒輪軸齒條的校核 9421 模數 9422 齒數 10423 手柄 10424 小齒輪軸 1043 渦線

2、彈簧 10 44鍵11致謝12參考文13針對該 方法。 并列獻小型鉆床設計摘要：為了解決在各類大型機械及不方便移動的大型零件上加工孔及螺紋等要素的問題。問題， 本文主要介紹了一種帶有磁性底座的便于移動和加工的小型鉆床的設計思路、舉解決有關實際設計中的各項關鍵技術問題。如總體方案的確定，主軸設計要領及順序，機床不加工時主軸自動回復原位的解決方法，主軸箱與機體連接的問題以及磁性底座的選擇設計布局等。關鍵詞：鉆床，磁力系統，移動加工，大型零件引言在大型零件的制造和維修中，需要對其上的孔、螺紋等結構進行加工。 如在鍋爐等設備的維修中，常因拆卸問題導致原螺釘孔報廢而需重新加工螺釘孔。 由于零件外形尺寸大

3、，普通機床無法加工。因此，需要設計一種能適應這種加工情 況的多功能簡易機床，能方便移動，又能夠方便控制加工。其次，家庭使用拖拉 機及輾米機等農業機械由于經常維修的需要， 鑒于維修及運輸成本考慮，也需要 一種能夠方便移動適應這種加工情況的簡易機床，可方便對其進行加工維修。因 此，這種機床就應該具備普通鉆床的基本功能并能滿足方便安裝移動加工的特殊 功能。1鉆床的總體方案根據在大型零件上鉆孔、加工螺紋的特點，要求所設計的機床應結構簡單， 外形尺寸小、功能多、主軸轉速不宜太高，而且能夠適應進行各個方向的加工。 所以先要確定鉆床的總體方案，本鉆床設計的總體方案如圖1所示，采用帶有磁 性底座的床身設計。由

4、于主軸轉速底，切削力及進給力小，電機功率重量體積小， 采用電機與主軸一體同時進給的進給形式。如圖1，z向為主軸進給方向。電機與主軸箱軸向通過上下支座與滑動塊聯結。 主軸采用手動進給方式，通過連接手 柄的小齒輪軸與滑動塊上的齒條形成齒輪齒條副， 轉動手柄，提供主軸軸向進給 力。這樣可減少機床不必要結構，減小機床體積，降低重量，提高鉆床便攜性。 由此，鉆床就可分為固定和移動兩部分： 固定部分就是鉆床的床身，包括機體架 和磁性底座，用于機床的固定及支撐主軸；磁性底座被固定于機床的最下部， 通 過電磁力將床身固定在被加工件的不動部分。 移動部分則主要實現進給，主要包 括與鉆床連接的滑動燕尾槽、主軸箱及

5、與此軸向連接的電機。通過床身上的小齒 輪與燕尾槽上的齒條配合可實現主軸的進給。 通過更換裝在主軸上的鉆夾頭來改 變加工功能。-1 -鉆床總體方案結構示意圖圖一113本鉆床主軸的2 關鍵問題的解決1主軸確定2.以下時，應裝配標準 結構如圖2左圖所示。鉆床鉆孔直徑在mm鉆夾頭，使用小直徑的標準直柄麻花鉆。聯軸預緊螺母 深溝球鉆夾推力応軸承軸承撥錐軸主軸結構示意圖2圖-主軸上端的螺紋用于主軸軸向預緊。鍵槽則通過一個剛性套筒 與電機主軸聯結，左圖預緊傳遞扭矩。套筒兩側的軸上都裝有軸用彈性擋圈，防止套筒軸向移動。如圖2- 2 -螺母及套筒出處。如圖2右圖，主軸下端車有螺紋，其上配有螺母，作用是在鉆削加工

6、一段 時間后方便拆卸鉆夾頭，拆卸時，只需用一只手握緊鉆夾頭，另一只手用扳手扳 動螺目即可。主軸端應作拔錐軸，方便與鉆夾頭配合。主軸材料為45號鋼，軸上有軸承裝配的部位應作表面硬化并使用磨削加工。 2. 2主軸箱與機床的聯結及進給方式如圖1所示，主軸箱通過支座及螺釘固定在滑動塊上，而滑動塊則通過燕 尾槽與機體聯結，這樣主軸進給運動就轉化為燕尾滑塊與機身的滑動。主軸的進給方式，通過手柄操作將旋轉力變換為滑塊的上下運動。如圖3所示，轉動手柄，帶動齒輪軸旋轉，齒輪軸帶動滑塊上的直齒條上下運動，形成 主軸的進給運動。如圖4所示，鉆孔后的手柄，由于已將渦線彈簧裝配在齒輪軸上，可自動 回復到原來位置，這是由

7、于鉆孔時小齒輪軸的轉動將能量儲存在彈簧所致。3 滑塊運動裝置示意圖圖一4 主軸回復裝置示意圖圖一2. 3鉆床固定鉆床在進行鉆孔加工時主要受到與進給方向反向的推力作用，如圖1的-Z 向。因此要將機床固定，就要克服這個方向上的力。經過對切削加工時的鉆床進 行受力分析，作出其受力分析示意圖。如圖5所示，以磁性底座的右下角直線為 旋轉中心線0,磁性底座受到3個力的作用。為鉆頭推力，支撐力，電磁吸力。 他們對回轉線0的轉FFF12距和為0才能使鉆床固定不動，即-3 -1)式=(LF FLLF oii2(7*¥ 向化中心05 鉆床受力示意圖圖一鉆床規格3鉆孔能力 1 3 o鉆孔深度調查各廠產品結

8、果，如12根據任務說明書確定鉆孔 直徑小于或等于mm所示。表111 主軸最大上下移動距離表一 mmmmld）主軸最大上下移動距離鉆孔能力 （）60 6.513.0 8019.090-130特殊19.0由表1可選取主軸最大上下移動距離為 80o mm3. 2工件的材料由于此鉆床主要由于大型設備維修及家庭使用，故假設其加工工件材料為 鋼及鑄鐵。3. 3鉆床精度關于鉆床精度的檢查，根據 GB/T4018.1-1997的規定檢查其精度。一般以 機體滑動面為基準，與主軸中心的平行度是否正確，主軸與機座的垂直度要求等 為檢查對象。3. 4切削要素dda為鉆頭外徑。式中=/2背吃刀量，單位mm。"

9、每轉進給率（每刃進給率）鉆頭或工件每轉一轉，他們之間的軸向相對位移，f表示，單位為每轉毫米。用a表示，鉆頭或工件每轉過一個齒，它們之間的軸向相對位移， 用 每齒進給量f單位為每齒毫米。每秒鐘內鉆頭與工件之間的軸向相對位移，用每秒v表示，單位為每秒 進給量f毫米。-4 -三種進給率之間的關系為:=/60（/）（式-2）vn a2nfmmsff。/）式中 一鉆頭的轉速（rnmin。生產中經常應用的進給量是每鉆進給量f分。來表示，單位為米/切削速度 是鉆頭主切削刃外緣處的線速度，用vnd0= -3 ） /）（式（mmvmi 60 1000/。式中一鉆頭的轉速（rnmin 5 切削速度及進給率3.由于

10、鉆頭所加工 的孔與鉆頭之間的間隙極為狹小，使切屑排除切削速度 5. 1 3比較困難。所以切削速率選擇要考慮多種情況。高速鋼鉆頭由經驗公式 vx 60 C ）=（式-4v d b確定。式中一切削速度（/） vmmin2 ） m 待削件的抗拉強度（/mKgb系數（表一2） Cd當被切削件為鋼=0.95;鑄鐵=1.33XX表一 2鉆孔進給量dmm （鉆頭直徑）°C d11 21218 25 19 265020.5 23.7 27.3 28.82C=20.5，則切削速度，取（/ ）設被加工件為鋼，取抗拉強度為 50mmKgd0.95X6060 C =23/ ） =15（ vmmin d bb

11、2Cmm =20.5）設被加工件為鑄鐵，取抗拉強度為 20-30 （/，取，貝U切削速度KgdX 60 C / ） =17.5=（vmmin _ d b）較為合適。（/=15綜上取vmminp5選取合適切削速度。表2也可以根據鉆 工工藝學49- 5 -3. 5. 2鉆頭進給量鉆頭直徑確定后，就要在允許的調件下盡量選大進給量。f對于小直徑孔，主要受鉆頭強度的限制；未經過修磨的標準麻花鉆的進給量可參考表3。表一 3不同直徑麻花鉆進給量mmd鉆頭直徑）（0mm<3366121225>25r）/進給量（0.050.100.100.180.180.380.380.62由上表可選取鉆削進給量=

12、0.18 （/）。 fmmr3. 6主軸轉速鉆頭最大直徑為時，其最低轉速為dmax1000V（式=-5 ） n min dmax鉆頭最小直徑為時，其最高轉速為dmin1000V（式-6 ） = nmax d min根據對各廠商產品調查，同一臺鉆床經常使用的最大鉆頭直徑與最小鉆頭 直徑有如下關系0.3 0.4=（，式 -7） ddminmaxd12,由此=2.1 2.7根據鉆床設計要求，取標準麻花鉆=2.5，mmmmddmaxminmin因此，當=2.5時， mmdmin1000 15v1000=1594.5 （ /） =nrmin max 3.14 2.5d minmm 時，=12 / ）。當

13、=1600取（dnrminmaxmax1000v=405（ /）= rmin _ min dmax取=400（/）。rminnminn4001600（/）。由上可確定主軸轉速范圍 nr minmaxmin3. 7 鉆削力與鉆削功率鉆削中，鉆頭切削部分上的兩個主切削刃，如圖6所示，橫刃和兩個棱邊都承受了90的分切削力。為了便于觀察與分析，我們可將作用于這五個部分的力都分成 相互成FF。軸向力，徑向力和力，即圓周切削力Fzxy- 6 -圖6繪出了這五個切削刃上的各個分力的情況。由于鉆頭結構上的對稱性，兩個Fy基本上是互相抵消的；兩個組成一力偶，構成扭矩；兩個組成一軸向力。 FFMFzx主主同理，可

14、以找出作用于兩個棱邊的扭矩，軸向扭矩；作用于橫刃上的扭 矩，FMM棱棱橫軸向力。經過合成可以認為各切削力最后構成一個扭矩和一個軸向 力。FFM橫=+（式-8 ） MM MM主棱橫=+（式-9 ） FFFF主棱橫FyFzz巴6切削時的切削力圖一實驗表明，未經修磨的標準麻花鉆，軸向力主要由橫刃產生，約占57%扭矩主M要由主切削上的兩個圓周切削產生，約占 80%各切削刃上的軸向力及扭矩所占 及FM的百分比大致如表4所示。表一4各刀刃軸向力與扭矩的比例軸向力和扭矩主切削刃橫刃棱 邊F（%）軸向力M ）（扭矩%40 8057 10310P,都可由實驗測得；實際應用中利用經驗公式，和切削功率（表扭矩鉆削軸

15、向力， FM m 5）計算或查表求得。df（ mm/） 轉速） 進給量（/ ）計算公式 鉆頭直徑 （mmrrnmino 表一5 高速鋼麻花鉆切削力及功率的計算公式扭矩xMyM 3N m10KM Cdf)( M0M軸力向xFyFNKCdf F)(F0F切削功率Mn/260P W)(m-7 -(2)公式中系數與指數=735鋼MPba扭矩=333.54=0.8MyxCMMM軸向力=833.85=1=0.7未磨損時=0.87KK FM磨損后=1=1.9FyCxFFFKK fm由以上經驗公式可算出鉆頭未磨損切削鋼時M=9.5() m NF=1266()N 當=1600 (/)時 rnmin=1590 (

16、) PmW 當=400 (/) 時 rnminP=397.7 ()Wm3. 8 電機選取在確定切削功率后，可以確定電機功率。電機的功率，應考慮由切削加工所產生的扭矩及摩擦損失的功率確定。P=(式-10)Pm a傳動裝置的總效率應為組成傳動裝置的各部分運動副效率之成積a(式-11)n321a分別為每一傳動副(齒輪渦桿 帶或鏈)每對軸承每個連軸器及式中 n321卷筒的效率。傳動副的效率數值可按機械設計制造手冊選取，軸承及連軸器 效率的概略值為：滾動軸承(每對)0.980.995滑動軸承(每對)0.970.99剛性連軸器0.97 0.99由=1600時鉆削功率=1590，可計算出電機所需功率 Pmn

17、W=0.980.970.97=0.912a所以P159OW=1742.27= )( mP=0.912a由于此鉆床定位于大型零件維修及家庭使用，為萬便使用，采用交流220V50HZ標準交-8 -流電源。由電機所需功率確定選取日立牌電容起動式單項電機，型號 EFOU-KR(1800) W同步額定轉速1500( /)，最大同步額定轉速 1800(/ )。電 機尺寸為rrminmin8080100()，重量約為3.6,結緣等級E級，防護等級IP-45。 mmKg 3. 9 磁性底座選取417 (),根據鉆床尺寸244調查部分廠家此類鉆床重量，如德國百得機 100 mm械鉆床功率為950W寸，其總重量為

18、9.812,其鉆床功率為1600W寸，其重 量為KgN,由式1可知，F最大為1266 1813,因此估算鉆床總重量為15。切削 時軸向力KgKg()/=(式-12)L FLFLF1120估算鉆床尺寸，=70 時 mm 160Lmmmm200L L®1800NF1進行單位換算180。可選用日本KANETEC(日本強力)牌公司生產的磁性底 座, KgF1 70 (),長寬高分別為80。螺孔數及規120型號為MB-PG磁性力大 小為2200mmKGf格4M6而且其帶有磁性力調節旋鈕，可方便鉆床移動、固定。3. 10鉆床電氣控制由于此鉆床的形狀結構的局限性，不可能實現機械變速箱式的有級變速或

19、 無極變速，只能通過調節鉆床電機的電壓改變其轉速。鉆床電器控制示意圖如圖 9所示，電源開關控制總電源，在電壓突變或加工到工件中的硬夾雜物時，電機 轉速下降，電流變大，可通過熱融斷體對電機進行過載保護。指示燈節開關4驅動部分的設計校核4. 1 主軸校核鉆床的主軸，應考慮由鉆頭切削所產生的扭矩及軸向力確定其軸的尺寸， 軸端可-9 -1。軸承為徑向滾珠軸承。假設其扭=1/19.286 (莫氏錐度)使用鉆夾頭公稱，拔 錐度2_ 2及主軸,=18。則許用扭矩矩為=9.5，軸向推力=1200mmm NFTdN22F d20001922Tk 5 .2 9 =19.2= m NM tE88'2 =40

20、0主軸直徑由公式，已知 cmKg/2.16 1916Me =11.3= dmm33' 40014 3.，為因此主軸剛度符合要求。)由零件圖上可知主軸最小截面直徑12(mm 4. 2小齒輪軸齒條的校核2 f號(已知軸 向推力=120,速率系數=26=1, 45模數4. 2. 1mmKg/KgFbu，齒型系數=0.35，模數鋼)y120F=1.27 = m 35 0.8 1 26yf 8bu=1.5.取m，齒數=80 (). 2 齒數主軸最大偏移距離 4. 2mml80l=17.9Z,5. 1 m3.14。所以=18Z小齒輪直徑)(=mm27 ZmD 外徑 2mD z)=30 ( mm0根

21、。其端部配有把手以方便把握，另一端或4手柄 鉆床的手柄一般為34. 2. 3(鉆孔直徑為5300。鉆孔時手臂力為3則固定旋緊于輪觳。手柄一般長150mmKg。手柄的直)20 (鉆孔直徑為19 (鉆孔直徑為13)，15) 6.5， 1015mmmmmmKgKg mmdl )時)，手柄長度=150(徑9為如圖一所示，當作用 于手柄端部的力=8( KgF1508 l FM mm Kg ) (=120002 mm,/號鋼，許用應力=15, 已知手柄材料為手柄直徑45dKgb- 10 -120032 32Mmm d =7.38 () 33 1514 3.b =12。手柄直徑取10。手柄端部要車削出M8的

22、螺紋，深度mmmml號鋼，小齒輪軸齒輪外45. 24小齒輪軸小齒輪軸與齒輪做為一體式，材料為4)=1266(徑=30() / 切削推力負荷 mmDNFoD F30 12660 M ) =18.9 ( m N 222/ 直徑 mm4Kg/b d9 18.32M32 () =8.7mm d33 414 b3.()能滿足需求。因此，小軸外徑為10mm 3渦型彈簧4.后在決定。已渦形彈簧用于主軸回復原位的操作，應考慮主軸可動部分的自重 Ws=0.8 /彈簧厚度， 彈簧容納箱內的直徑=50()=10知渦線彈簧裝配軸直徑()mmmmhdDR ) /彈簧=4電機滑塊全重 最大抗彎應力.0,假設彈簧材料為65

23、Si2M n,KgWi2 90 ,寬度 mmKg/ b4/2 r W6 50 6mm)( =10.8 1 b22 8 h.90 0mmmm =10如上所述，彈簧容納直徑=50(,)，渦線彈簧裝配軸徑 Ddmm。彈簧長度=1247,寬度=12為分度圓直徑，扭矩彈簧厚度=0.8mmmmlhbMD =2.16= 2/ DFmN 2/(400 27)M，符合需求。查表可知此渦線彈簧扭矩 =1.8m NM 鍵4. 4tmm，作用，=2.54416 (=1.8 ),鍵根據電機軸上鍵槽尺寸使用平鍵尺寸為t1T 在主軸的扭矩 s2N0.33T1010 =973 () =130=973mmKgs1500n 作用在軸外徑的線切削力T2130 2s P =16.25 () =Kg12d2 mmKg/，剪應力=4.8 對于鍵長度，應考慮鍵寬度lmm 4b-11-P16.25l) =0.845 (mm84b .4 ，符合需求。)=16 ()，遠大于0.85 (鍵長為了配合電機主軸，確定其 mmmml致謝參考文獻：2008.北京：北京大學岀版社，.金屬切削機床M. 1夏廣嵐，馮 憑 .2008.北京：高等教育岀版社.機械設計(第四版)M. 2 邱宣懷，主編2001.北京： 機械工業岀版社，機械制造裝備設計M. 3