專用鉆孔機(jī)設(shè)計(jì)【臥式自動(dòng)鉆孔機(jī)設(shè)計(jì)】,臥式自動(dòng)鉆孔機(jī)設(shè)計(jì),專用鉆孔機(jī)設(shè)計(jì)【臥式自動(dòng)鉆孔機(jī)設(shè)計(jì)】,專用,鉆孔機(jī),設(shè)計(jì),臥式,自動(dòng) 單位代碼 學(xué) 號(hào) 分 類 號(hào) 密 級(jí) 說明書 專用鉆孔機(jī)設(shè)計(jì) 院（系）名稱 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2012年 5 月 15 日 第III 頁 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)的進(jìn)步，以及社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和品種多樣化的要求越來越強(qiáng)烈。中、小批量生產(chǎn)的比例明顯增加，要求現(xiàn)代鉆孔機(jī)成為一種精密、高效、復(fù)合、集成功能和低成本的自動(dòng)化加工設(shè)備。同時(shí)，為滿足制造業(yè)向更高層次發(fā)展，為柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)，以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)備，也要求鉆孔機(jī)向更高水平發(fā)展。 在公交車制造中，座椅都是連接上去的。過去，一般都采用人工鉆孔的方法進(jìn)行拼接，人工鉆孔的效率低，連接的質(zhì)量不高，不適合大批量生產(chǎn)?，F(xiàn)在采用的方法是：設(shè)計(jì)一個(gè)專用的鉆孔機(jī)，專門用來鉆公交座椅連接孔。這一連接方法的加工效率較高，連接的質(zhì)量也很好。 本設(shè)計(jì)通過對(duì)鉆孔工藝分析，確定了臥式自動(dòng)鉆孔機(jī)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇了電動(dòng)機(jī)，對(duì)主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計(jì)，并對(duì)位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、聯(lián)接機(jī)構(gòu)等也進(jìn)行了簡單地設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵字：鉆孔機(jī)，電動(dòng)機(jī)，連接 Abstract Author：Fengwei Tutor：Kanghongwei With the development of science and technology, manufacturing technology progress, and society to product quality and the requirements of the species diversity is more and more intense. And the proportion of small batch production increased significantly, the requirements of modern drilling machine became a kind of precise, efficient, composite, the integrated function and low cost of automation processing equipment. At the same time, to meet manufacturing to a higher level, for flexible manufacturing unit, flexible manufacturing system, as well as computer integrated manufacturing system provides a basis for equipment, also calls for drilling machine to a higher level development. In the bus manufacturing, seats are connected up. In the past, typically use the artificial drilling method for joining together, artificial drilling efficiency is low, the quality of the connection is not high, not suitable for mass production. Now the method is: to design a special drilling machine, is dedicated to the drill hole bus seat connection. The connection method of processing efficiency is higher, the connection of very good quality too. The design of the bored through process analysis and determined the horizontal automatic drilling machine design. According to the design parameters, and choose the motor, the main structure design in detail, and the position control agencies, connecting structure and so on also of a simple design. Key words：Drilling machine、 Electric motors、 Connection 目 錄 緒 論 1 一、工藝方案的分析與設(shè)計(jì) 4 1.1工藝方案的分析與設(shè)計(jì) 4 1.2傳動(dòng)方案分析與鉆孔工作位置示意 4 二、總體設(shè)計(jì) 5 2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 5 2.2工作臺(tái)設(shè)計(jì)及計(jì)算 7 2.3進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 9 2.4腳踏板設(shè)計(jì) 16 2.5軸承的選取 16 結(jié) 論 18 致 謝 19 參考文獻(xiàn) 20 第20 頁 緒 論 鉆孔機(jī)是指利用比目標(biāo)物更堅(jiān)硬、更銳利的工具通過旋轉(zhuǎn)切削或旋轉(zhuǎn)擠壓的方式，在目標(biāo)物上留下圓柱形孔或洞的機(jī)械和設(shè)備統(tǒng)稱。也有稱為鉆機(jī)、打孔機(jī)、打眼機(jī)、通孔機(jī)等。通過對(duì)精密部件進(jìn)行鉆孔，來達(dá)到預(yù)期的效果，鉆孔機(jī)有半自動(dòng)鉆孔機(jī)和全自動(dòng)鉆孔機(jī)。 在機(jī)械加工中，金屬鉆孔設(shè)備和鉆孔設(shè)備是切削加工的基礎(chǔ)工藝裝備。目前鉆孔設(shè)備不斷更新?lián)Q代，高速主軸采用陶瓷軸承、液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承、磁浮軸承后，其主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)10000-50000/min，有的甚至可達(dá)150000r/min。采用滾珠絲杠的進(jìn)給機(jī)構(gòu)其速度可達(dá)40～60m/min，直線電機(jī)可達(dá)90～120m/min，精密數(shù)控加工中心的加工加速度可以達(dá)到2g(g為重力加速度)。鉆孔設(shè)備的快速發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了基本的前提和技術(shù)保障，但無論是什么樣的金屬鉆孔設(shè)備，都必須依靠與工件直接接觸、從工件上切除材料的鉆孔設(shè)備才能發(fā)揮作用。鉆孔設(shè)備性能和質(zhì)量直接影響到鉆孔設(shè)備生產(chǎn)效率的高低和加工質(zhì)量的好壞，直接影響到整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。 　　正因?yàn)槿绱?，國外制造業(yè)才有“企業(yè)的紅利在刀刃上”的說法，漢語成語中的“工欲善其事，必先利其器”、“磨刀不誤砍柴功”也對(duì)鉆孔設(shè)備在切削加工中的重要性進(jìn)行了生動(dòng)而深刻的描述。如一20萬千瓦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，其凈重為30噸，而其鍛件毛坯達(dá)60～70噸，需切除的切屑占了零件毛重的50%以上，很難想象如果沒有高效的鉆孔設(shè)備如何能完成這樣的加工任務(wù)。國際上一位切削與機(jī)床方面的權(quán)威專家對(duì)切削鉆孔設(shè)備的作用作了如下評(píng)價(jià)：“改進(jìn)鉆孔設(shè)備對(duì)降低切削成本比其它任何單一過程的改變更具有潛力。合理地選擇和應(yīng)用現(xiàn)代切削鉆孔設(shè)備是降低生產(chǎn)成本，獲得主要經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵?！泵绹钠澙≡f過：“一臺(tái)價(jià)值25萬美元的NC機(jī)床，其效率的發(fā)揮在很大程度上取決于一把價(jià)值30美元立銑刀的性能”。 當(dāng)今世界正處在先進(jìn)制造技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)期。隨著數(shù)控鉆孔機(jī)的問世，現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展了一系列的數(shù)控加工技術(shù)，如加工中心(MC)、柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)、并聯(lián)鉆孔機(jī)等。這些技術(shù)與高速加工技術(shù)、自動(dòng)鉆孔倒角機(jī)技術(shù)、鉆孔加工工藝緊密結(jié)合，使機(jī)械加工中的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，輔助時(shí)間大大縮短，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率大大提高，對(duì)制造業(yè)乃至全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用。 目前鉆孔加工約占整個(gè)機(jī)械加工工90%，現(xiàn)代鉆孔技術(shù)是制造技術(shù)的主力軍之一，鉆孔加工(含磨削)在整個(gè)21世紀(jì)仍是機(jī)械制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法。作為鉆孔加工中重要的基礎(chǔ)工藝裝備，自動(dòng)鉆孔倒角機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代制造的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。中國是全世界鐘表生產(chǎn)和輸出的最大國家，占全球制表行業(yè)90%以上，全自動(dòng)高速表帶鉆孔機(jī)徹底解決表帶行業(yè)目前投入人力最多，產(chǎn)出最少的手工鉆孔工藝現(xiàn)狀的困難，全面取代現(xiàn)有的手工鉆孔工藝，也間接解決了企業(yè)招收熟練鉆孔工人困難的嚴(yán)重問題。同時(shí)為企業(yè)節(jié)約了大量的人力成本開支。大力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)及裝備，已成為世界各國政府的戰(zhàn)略決策，用數(shù)控裝備武裝現(xiàn)代工業(yè)和改造傳統(tǒng)工業(yè)也成為世界各國制造業(yè)發(fā)展的方向。改革開放后，我國制造業(yè)的發(fā)展舉世矚目，鉆孔設(shè)備總產(chǎn)量和技術(shù)水平已邁入世界第一方陣，鉆孔設(shè)備的進(jìn)口消費(fèi)量近年已達(dá)世界之首，我國已跨入世界制造大國之列，但還不是制造強(qiáng)國。其中我國目前制造業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率只相當(dāng)于美國的1/23，日本的1/25，德國的1/18，與先進(jìn)的工業(yè)國家相比，還存在著巨大差距。工業(yè)發(fā)達(dá)國家的數(shù)控鉆孔設(shè)備在兩班制工作條件下開動(dòng)率達(dá)到60-70%，而我國國內(nèi)許多企業(yè)往往只能達(dá)到20-30%，造成我國數(shù)控鉆孔設(shè)備使用率低的原因是多方面的，除了設(shè)備配備不合理、技術(shù)人員綜合素質(zhì)有待提高、數(shù)控鉆孔設(shè)備的工作環(huán)境差、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作滯后等原因外，最重要的一點(diǎn)是鉆孔設(shè)備與鉆孔設(shè)備的技術(shù)含量不匹配，有相當(dāng)一部分生產(chǎn)企業(yè)還普遍地采用焊接式鉆孔設(shè)備用于數(shù)控鉆孔設(shè)備加工，不講究“門當(dāng)戶對(duì)”、“好馬配好鞍”，致使先進(jìn)的鉆孔設(shè)備配備落后的鉆孔設(shè)備，造成設(shè)備潛力沒有充分發(fā)揮出來，從而造成巨大的浪費(fèi)。因此，更新觀念，廣泛應(yīng)用先進(jìn)鉆孔設(shè)備巳成當(dāng)務(wù)之急。在投資鉆孔設(shè)備的同時(shí)，一定要配備相應(yīng)的鉆孔設(shè)備，才能保證設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，有效地提高生產(chǎn)率，從而獲取更大的利潤。 建國以來，我國鉆孔設(shè)備行業(yè)為機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展做了大量的工作，取得了很大的成績，但隨著切削加工速度的提高，難切削加工材料的大量使用，數(shù)控設(shè)備的普及，對(duì)切削加工鉆孔設(shè)備的要求越來越高。國產(chǎn)鉆孔設(shè)備在使用壽命、可靠性等方面都與國外發(fā)達(dá)國家存在明顯差距，無論是在產(chǎn)品的品種還是性能和質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了我國制造業(yè)發(fā)展的需求。近年來，我國每年進(jìn)口鉆孔設(shè)備的金額增長率高達(dá)50%以上，這一事實(shí)值得我們認(rèn)真思考和努力改進(jìn)。我們需要為此更加努力，為祖國的鉆孔機(jī)事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量！ 設(shè)計(jì)計(jì)算部分 一、工藝方案的分析與設(shè)計(jì) 1.1工藝方案的分析與設(shè)計(jì) 為便于進(jìn)行加工，在鉆孔時(shí)，選取刀具進(jìn)給，工作臺(tái)固定不動(dòng)的方式進(jìn)行加工。其基本的加工工藝路線是： 調(diào)整→固定→刀具進(jìn)給→鉆孔→刀具返回→取消固定→調(diào)整 圖1-1鉆孔工藝路線 1.2傳動(dòng)方案分析及鉆孔工作位置的示意 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)和導(dǎo)軌導(dǎo)套結(jié)構(gòu)。 進(jìn)給機(jī)構(gòu)選用由手搖帶動(dòng)的滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)，其傳動(dòng)簡圖見圖1-1。鉆孔位置在車廂的內(nèi)壁，示意圖見圖1-2。 圖1-1 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 圖1-2 鉆孔工作位置示意圖 二、總體設(shè)計(jì) 2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 經(jīng)分析比較，選用普通系列的電動(dòng)機(jī)作為主工作機(jī)即可滿足設(shè)計(jì)要求。 為滿足加工要求,應(yīng)以加工Q235鋼所需的功率來選電動(dòng)機(jī)。由文獻(xiàn)[2]查得，Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500Mp。 2.1.1 切削用量的計(jì)算 （1）切削速度 由表2-1 查得q235鋼的切削速度是0.3~0.0.42 m/s，取v=0. 35 m/s 進(jìn)行計(jì)算： 初算電機(jī)轉(zhuǎn)速：n===835r/min 考慮到q235鋼的加工要求表面的光潔度和加工效率可將轉(zhuǎn)速取n=840r/min （2）進(jìn)給速度 根據(jù)q235鋼硬度，查文獻(xiàn)[2]其進(jìn)給速度范圍為0.1 ~0.2 mm/r，取f=0. 2 mm/r 。 (3) 切削深度 ===4mm （4）切削半徑 r===4mm 加工直徑d 毫米 =520-700（鋼35、45） =700-900（15Cr、20Cr） =1000-1100 (合金鋼) V（米/分） f（毫米/轉(zhuǎn)） V（米/分） f（毫米/轉(zhuǎn)） V（米/分） f（毫米/轉(zhuǎn)） 1-6 18-25 0．05-0．1 12-20 0.05-0.1 8-15 0.03-00.8 6-12 0．1-0．2 0.1-0.2 0.08-0.15 12-22 0．2-0．3 0.2-0.3 0.15-0.25 22-50 0．3-0．6 0.3-0.45 0.25-0.35 表2-1用高速鋼鉆頭加工鋼件鉆孔切削量表 2.1.2扭矩的計(jì)算 通過對(duì)鉆頭切削過程進(jìn)行分析后，可利用積分計(jì)算其鉆削過程所需要的扭矩大?。? =1.2N.m 查文獻(xiàn)得：鉆頭主切削刃所受的扭矩為鉆頭總扭矩的80%，所以鉆頭的總扭矩為： =1.2/0.8=1.5 N.m 2.1.3 功率的計(jì)算 工作時(shí)所需功率為： 131.8W 將增加15%來考慮傳動(dòng)中的功率損失，并以此作為實(shí)際原動(dòng)機(jī)所需的功率: 151.57 W 2.1.4 電動(dòng)機(jī)的選取 根據(jù)功率和轉(zhuǎn)矩查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊，選取ZL18-0.2-3S型號(hào)減速電動(dòng)機(jī)，其中ZL表示臥式安裝，18表示出力軸軸徑為18mm，0.2表示馬達(dá)功率0.2kw，3表示減速比為3，S表示三相電220V或380V。 圖2-1減速電機(jī)安裝尺寸 馬達(dá)功率 ?減速比? ??框 ? 號(hào) ?軸徑 ?A A1? ?A2 ?D E ?F G H J? K L M X? Y Z? ?重量kg 200W(1/4HP) 1：3～1：25? ?1# ?18 289 290 289 40 110 135 65 9 15.98 50 10 126 127 85 116 6.5 1：15～1：90? ?2# ?22 325 320 322 65 130 155 65 11 17.66 60 12 126 145 90 116 6.5 1：100～1：200? ?3# ?28 355 352 353 90 140 170 120 11 23.11 70 15 126 170 110 116 8 1：250～1：1800 ?3# ?28 420 419 420 90 140 170 120 11 23.11 70 15 126 170 110 116 10.2 1：250～1：1800 ?4# ?32 470? 469 470 130 170 210 160 13 30.22 70 18 126 210 138.5 116 12.5 表2-2減速電機(jī)安裝尺寸 出力軸尺寸(mm) ?出力軸 ?鍵槽 鍵? 6? P? ?W? Q? T? ?SPEC ?φ18 ?30 5 27 ?20 ?5*5*27 ?φ22 ?40 7 ?35? ?25 ?7*7*35 ?φ28 ?45 7 40 ?31 ?7*7*40 ?φ32 ?55 10 ?50? ?36.5 ?10*8*50 ?φ40 ?65 10 60 ?44.5 ?10*8*60 ?φ50 ?80 14 75 ?56 ?14*9*75 表2-3 減速電機(jī)出力軸尺寸 由表2-2、2-2查的所選電機(jī)的尺寸長×寬×高為289×135×127mm，重量6.5kg，尺寸合適，質(zhì)量輕，符合設(shè)計(jì)要求！ 2.2工作臺(tái)設(shè)計(jì)及計(jì)算 在本次設(shè)計(jì)中，鉆孔機(jī)工作臺(tái)采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副為導(dǎo)向支承，滾珠絲杠副為運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)彈性變形小，對(duì)機(jī)床的定位精度影響不大，因此，我僅簡要地進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 2.2.1工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 圖2-2 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)圖 由于工作臺(tái)上主要承載減速電機(jī)，減速電機(jī)尺寸為289x135mm。結(jié)合實(shí)際，先設(shè)計(jì)工作臺(tái)尺寸為250x135mm。 2.2.2 工作臺(tái)重量計(jì)算 m=V×7.84×9.8 其中: m—工作臺(tái)重量，單位為千牛(kN); V—工作臺(tái)體積，單位為立方米(m3); 7.84— 鋼的密度，單位為噸/立方米(1000kg/m3) 工作臺(tái)體積: V=S×h 其中: S—工作臺(tái)面積，單位為平方米(m2); h— 工作臺(tái)高度，單位為米(m)。 為了保證工作臺(tái)有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證零件的加工準(zhǔn)確性和加工精度，因此工作臺(tái)的高度要隨著工作臺(tái)的面積增加要有所改變。在這一次設(shè)計(jì)中采用分段函數(shù)的方法來確定工作臺(tái)的高度h,這根據(jù)是來自于大量資料，以及參考T型槽的結(jié)構(gòu)尺寸，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如表： 工作臺(tái)面積S（cm2） 工作臺(tái)高度h(mm) S＜2000 10 2000≤S＜4000 50 4000≤S＜6500 60 6500≤S＜9000 70 S≥9000 80 表2-3 工作臺(tái)高度與工作臺(tái)面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系 工作臺(tái)面積: S=W×L 其中:W一工作臺(tái)寬度，單位為米(m) L— 工作臺(tái)長度，單位為米(m); S=25×13.5=337.5 因此取h=40mm m=V×7.84×9.8 =0.25×0.135×0.01×7.84×9.8 =0.026 KN 2.3進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 鉆孔機(jī)通常對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的要求有三點(diǎn)，即傳動(dòng)精度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性（靈敏度）。傳動(dòng)精度包括動(dòng)態(tài)誤差、穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差，即伺服系統(tǒng)的輸入量與驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)際位移量的精確程度。系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在啟動(dòng)狀態(tài)或受外界干擾作用下，經(jīng)過幾次衰減震蕩后，能迅速地穩(wěn)定在新的或原來的平衡狀態(tài)的能力。動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是指系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間及驅(qū)動(dòng)裝置的加速能力。為確保鉆孔機(jī)進(jìn)給的傳動(dòng)精度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)總的要求是消除減息、減少摩檫、減少運(yùn)動(dòng)慣量、提高部件精度和剛度。 2.3.1切削力計(jì)算 P切＝P電機(jī)× F=6120×9.8 式中： —主電機(jī)系統(tǒng)的總效率，一般為0.6～0.7,?。?.6； K—進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取K＝0.96； V—切削線速度，取最大V＝0.42m/s=25m/min計(jì)算。 所以主切削力： 0.2×0.6×0.96=115.2 W F＝6120××9.8＝479.8(N) X、Y、Z軸受力分別為： FX=0.6×F=287.9(N) Fy=0.45×F=215.91(N) FZ=0.5×F=239.9(N) 2.3.2滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的一種新型傳動(dòng)裝置，在鉆孔機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠，使絲杠與螺母之間的運(yùn)動(dòng)成為滾動(dòng)，以減少磨檫。 （1）滾珠絲杠螺母副的工作原理 滾珠絲杠螺母副的工作原理是絲杠和螺母上都加工有圓弧形的螺旋槽，它們對(duì)合起來就形成了螺旋滾道。在滾道內(nèi)裝有滾珠，當(dāng)絲杠與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺旋槽向前滾動(dòng)，在絲杠上滾過數(shù)圈以后通過回程引導(dǎo)裝置，逐個(gè)地又滾會(huì)絲杠與螺母之間，構(gòu)成一個(gè)閉合的回路。 （2）滾珠的循環(huán)方式 滾珠的循環(huán)方式有外循環(huán)與內(nèi)循環(huán)，本設(shè)計(jì)所采用的是內(nèi)循環(huán)。其優(yōu)點(diǎn)是徑向尺寸緊湊，剛性好，因其返回滾道較短，摸檫損失小。 2.3.3 滾珠絲杠的計(jì)算與選型 （1）計(jì)算最大工作負(fù)載 作用在滾珠絲杠上的最大工作負(fù)載主要包括切削時(shí)滾珠絲杠的傳動(dòng)力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。但當(dāng)加工工件時(shí)，大多數(shù)情況下垂直導(dǎo)軌通過鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊，相當(dāng)于剛性聯(lián)接。故作用在滾珠絲杠上的負(fù)載，是移動(dòng)件的重量作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因此滾珠絲杠的最大載荷可以表達(dá)如下: Fmax=Kfa 式中: Fmax—滾珠絲杠的最大載荷（N）； FX、Fy、FZ—切削分力（N）; G—移動(dòng)部件(工作臺(tái)和減速電機(jī)的重量之和取15Kg)的重量(約為工作臺(tái)的2～3倍),此處取2倍; f—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同,滾動(dòng)系軌取f =0.0025～0.005,取f=0.003; K—考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù); fa—密封阻力(N)，可不記。 所以滾珠絲杠的最大載荷為: Fmax=Kfa =1.1287.9+0.003 (215.91+239.91+300) =318.96N （2）計(jì)算最大載荷C 選用滾珠絲杠螺母副有直徑d0時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，滾珠絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)(106轉(zhuǎn))后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值，即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載C: C= 式中:L—壽命，以106轉(zhuǎn)為一單位， L= n—絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)， n= VS一為最大切削力條件下的進(jìn)給速度(m/min )，可取最高進(jìn)給速度的1/2～1/3，此處取1/3; L0一絲杠導(dǎo)程(mm)，初選L0=10mm; T一為使用壽命(h)，對(duì)于鉆孔機(jī)一般取T=15000h; fW一運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),此處取fw=1.2; 表2-4 負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fW 載荷性質(zhì) 無沖擊(很平穩(wěn)) 輕微沖擊 伴有沖擊或振動(dòng) fW 1一1.2 1.2一1.5 1.5一2 所以 n== =833.3 （m/min） L===749.97 C===3477.49（N） （3）最小動(dòng)載荷Fmin 滾珠絲杠上的最小載荷是指空載時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)力，具體表達(dá)式為： Fmin =f×G+fa 式中：Fmin—滾珠絲杠的最小動(dòng)載荷（N） 所以 Fmin =f×G+fa =0.003300=0.9（N） （4） 滾珠絲杠螺母副的選型 根據(jù)文獻(xiàn)，可選用FSW系列的16-5B1內(nèi)循環(huán)墊片式滾珠絲杠螺母副（如圖2-3），其額定動(dòng)載荷6654N，額定靜載荷12014.8N，精度等級(jí)選為3級(jí)。 圖2-3 FSW滾珠絲杠螺母副 （5）計(jì)算最大靜載荷 當(dāng)滾珠絲杠螺母副在靜態(tài)或低速(n﹤10r/min)情況下工作時(shí)，滾珠絲杠螺母副的破壞形式主要是滾珠接觸面上產(chǎn)生塑性變形超過一定限度就會(huì)破壞滾珠絲杠螺母副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬分之一。產(chǎn)生這樣大的塑性變形量時(shí)的負(fù)載稱為允許的最大靜負(fù)載C0. C0=fS 式中:Fmax一滾珠絲杠的最大軸向負(fù)荷(N); fs—靜態(tài)安全系數(shù)，當(dāng)為一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)fs =1～2，當(dāng)有沖擊或振動(dòng)時(shí)f=2～3. 選用相應(yīng)的滾珠絲杠螺母副的額定靜載荷C0，使C0< C0a 根據(jù)本機(jī)床的實(shí)際情況，忽略靜載荷的計(jì)算。 （6）傳動(dòng)效率計(jì)算 式中：r—絲杠螺旋升角，取r=; —摩擦角，滾珠絲杠螺母副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.003～0.004，其摩擦角約等于10`。所以 = 但實(shí)際當(dāng)中，由于各種因素的影響，最大取0.9。 （7）穩(wěn)定性驗(yàn)算 對(duì)已選定尺寸的絲杠在給定條件下，承受最大軸向負(fù)載時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算起有沒有產(chǎn)生垂直彎曲的危險(xiǎn)。 產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載可用下式計(jì)算： 式中：E—絲杠材料彈性模量，對(duì)鋼E=20.6×106（N/cm2） I—截面慣性矩（cm4），絲杠截面慣量矩I=（d1為絲杠螺紋的底經(jīng)），此滾珠絲杠為25mm，即I= L—絲杠兩支承距離（cm）初選40 —絲杠的支承方式系數(shù)，本機(jī)床為一端固定，一端簡支，取=4.00。 則： = =162486（N） 臨界負(fù)載與最大工作負(fù)載之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)，[]為許用穩(wěn)定性安全數(shù)，一般取2.5～4。 =509.4 顯然大于許用穩(wěn)定性安全數(shù)，故此絲杠不致產(chǎn)生失穩(wěn) （8）滾珠絲杠螺母副的臨界轉(zhuǎn)速nC的校驗(yàn) 為了避免高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生共振，需進(jìn)行滾珠絲杠螺母副的臨界轉(zhuǎn)速nC的校驗(yàn)。臨界轉(zhuǎn)速為: nC=9910 式中: nC一臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度; —與支承有關(guān)的系數(shù)，查文獻(xiàn)得=4.00 ; 則: nC=9910=9910× = 15856 m/min＞ 因而絲杠在最高轉(zhuǎn)速和壓杠穩(wěn)定問題上可以安全地工作。 由于本設(shè)計(jì)所承受的載荷較小，加工時(shí)間較短，孔的深度較淺，不需要用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)，故此設(shè)計(jì)采用在滾珠絲杠尾部加裝搖柄，用手搖方式帶動(dòng)滾珠絲杠的直線運(yùn)動(dòng)。 2.3.4滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算與選型 導(dǎo)軌的功用是承受載荷和導(dǎo)向。它承受安裝在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)部件及工件的質(zhì)量和切削力，運(yùn)動(dòng)部件可以沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。 導(dǎo)軌應(yīng)滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、便于加工、裝配、調(diào)整和維修、成本低等要求。 （1）鉆孔機(jī)對(duì)導(dǎo)軌的主要要求: ①導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度主要是指導(dǎo)軌副在空載荷或切削條件下，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與給定運(yùn)動(dòng)軌跡之間的偏差。影響導(dǎo)向精度的因素很多，如導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度，導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)型式，導(dǎo)軌和支承件的剛度，導(dǎo)軌的油膜厚度和油膜剛度，導(dǎo)軌和支承的熱變形等。 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的幾何精度一般包括導(dǎo)軌在豎直平面內(nèi)的直線度、導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度和導(dǎo)軌面之間的平行度。 接觸精度是指導(dǎo)軌副間摩擦面實(shí)際接觸面積占理論接觸面積的百分比，或用著色法檢查25 X 25mm面積內(nèi)的接觸點(diǎn)數(shù)。不同加工方法所生成導(dǎo)軌的表面，檢查的標(biāo)準(zhǔn)是不相同的。 ②承載能力大，剛度好 導(dǎo)軌受力后變形會(huì)影響部件之間的相對(duì)位置和導(dǎo)向精度，因此要求導(dǎo)軌有足夠的剛度。導(dǎo)軌變形包括導(dǎo)軌受力后的接觸變形，扭轉(zhuǎn)，彎曲變形以及由于導(dǎo)軌的支承件的變形而引起的導(dǎo)軌變形。導(dǎo)軌變形主要取決于導(dǎo)軌的型式，尺寸及支承件的連接方式與受力情況等。 根據(jù)導(dǎo)軌承受載荷的性質(zhì)、方向和大小，合理地選擇導(dǎo)軌的截面形狀和尺寸，使導(dǎo)軌具有足夠的剛度，保證機(jī)床的加工精度。 ③精度保持性好 精度保持性主要是由導(dǎo)軌的耐磨性決定的，常見的磨損形式有磨料(或磨粒)磨損、粘著磨損或咬焊、接觸疲勞磨損等。影響耐磨性的因素有導(dǎo)軌材料、載荷狀況、摩擦性質(zhì)、工藝方法、潤滑和防護(hù)條件等。 ④低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 當(dāng)動(dòng)導(dǎo)軌作低速運(yùn)動(dòng)或微量進(jìn)給時(shí)，應(yīng)保證運(yùn)動(dòng)始終平穩(wěn)，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。影響低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的因素有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、潤滑情況、導(dǎo)軌摩擦面的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)的差值，以及傳動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系剛度。 運(yùn)動(dòng)部件低速移動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生爬行，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的爬行。將會(huì)增大被加工表面粗糙度;定位運(yùn)動(dòng)時(shí)的爬行，降低定位精度。故要求導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性對(duì)于高精度機(jī)床尤其重要。 ⑤結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好 導(dǎo)軌要求結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。即結(jié)構(gòu)工藝性好。結(jié)構(gòu)工藝性是工件結(jié)構(gòu)的綜合性質(zhì)，在保證規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)數(shù)值和采取的制造、維護(hù)及修理的條件下，這些性質(zhì)與相同用途工件的同一類結(jié)構(gòu)相比較，能顯示出勞動(dòng)、資金、材料以及制造、維護(hù)與修理的生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間的最佳消耗。 動(dòng)/靜導(dǎo)軌的材料選為鑄鐵/淬火鑄鐵。鉆孔機(jī)所使用的導(dǎo)軌類型有：矩形導(dǎo)軌、燕尾槽導(dǎo)軌和V型導(dǎo)軌。在導(dǎo)軌之間安裝鑲條和螺釘，通過調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)整導(dǎo)軌配合面之間的間隙。 由于本設(shè)計(jì)中導(dǎo)軌所承受載荷較小，故此處不計(jì)算系統(tǒng)所承受載荷，現(xiàn)采用TRS系列TRS15FN導(dǎo)軌，其具體的結(jié)構(gòu)見圖2-4。TRS系列導(dǎo)軌主要用于：產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化機(jī)器、雕刻機(jī)、包裝機(jī)械、印表機(jī)、機(jī)械手臂、電子儀器設(shè)備、半導(dǎo)體設(shè)備等。 圖2-4 TRS導(dǎo)軌及尺寸 由上圖可看出TRS15FN導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷C為775kgf，即7595N，額定動(dòng)載荷C0為1514kgf，即14837N。符合設(shè)計(jì)要求 2.4腳踏板設(shè)計(jì) 由于公交車箱體兩側(cè)之間距離過寬，鉆孔過程中產(chǎn)生的阻力對(duì)鉆孔機(jī)有相反的力，使鉆孔無法正常進(jìn)行，而鉆孔機(jī)尺寸有限，此時(shí)需要在鉆孔機(jī)尾部加上一個(gè)腳踏板，工作時(shí)，操作人員用腳踩住腳踏板，用來承受鉆孔過程中所產(chǎn)生的阻力。是鉆孔正常進(jìn)行。 2.5軸承的選取 根據(jù)加工過程中所承受的載荷，本設(shè)計(jì)選用深溝球軸承，滾珠絲杠的軸徑為16mm，故選用6000型號(hào)的深溝球軸承，結(jié)構(gòu)如圖 圖2-5 深溝球軸承簡化畫法 　深溝球軸承是機(jī)械工業(yè)中使用最為廣泛的一類軸承。結(jié)構(gòu)簡易，使用維護(hù)方便。主要用來承受徑向負(fù)荷、也可承受一定的軸向負(fù)荷，當(dāng)軸承的徑向游隙加大時(shí)，具有角接觸球軸承的性能，可承受較大的軸向負(fù)荷。該類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，尺寸范圍與形式變化多樣。堅(jiān)實(shí)耐用，通用性強(qiáng)及低噪音運(yùn)行，可在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)和易于安裝。單列深溝球軸承另有密封型設(shè)計(jì)，可以無須再潤滑和無需保養(yǎng)。單列帶裝球缺口和雙列球軸承，適用于重載工況。? 結(jié) 論 鉆孔加工是現(xiàn)代機(jī)械制造發(fā)展的重要組成部分，自動(dòng)鉆孔技術(shù)又為機(jī)械加工提供了新的、高效的加工方法。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)鉆孔機(jī)就是二者相結(jié)合的產(chǎn)物，它為鉆孔提供了一種全新的加工方法。 在設(shè)計(jì)的開始，因?yàn)閷?duì)鉆孔機(jī)不太了解，不知道鉆孔機(jī)的機(jī)架應(yīng)是什么樣的，總體設(shè)計(jì)也就不知道應(yīng)該從那里入手。后來，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下我了解到鉆孔機(jī)的結(jié)構(gòu)，并自網(wǎng)上觀察了鉆孔機(jī)的工作過程，對(duì)鉆孔機(jī)總體設(shè)計(jì)有了基本概念。設(shè)計(jì)過程中我遇到一些問題，如鉆孔機(jī)導(dǎo)軌的選擇，工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，箱座的設(shè)計(jì)等等。在老師和同學(xué)們的幫下我解決了導(dǎo)軌、滾珠絲杠螺母副系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所遇見的問題。由于本設(shè)計(jì)中用到不少標(biāo)準(zhǔn)件，通過設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了怎樣去選擇一些標(biāo)準(zhǔn)件，什么地方用什么樣的標(biāo)準(zhǔn)件更合適。 經(jīng)過兩個(gè)多月的忙碌，我已設(shè)計(jì)出基本符合要求的數(shù)臥式自動(dòng)鉆孔機(jī)。由于能力有限，又是初次設(shè)計(jì)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)，我的設(shè)計(jì)之中難免有一些不足之處，還望老師給予指導(dǎo)。 致 謝 感謝機(jī)械系的各位老師！你們在我的大學(xué)四年中教授我基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)和做人的道理，使我可以順利的進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)這個(gè)大學(xué)的最后階段，順利畢業(yè)。 感謝康紅偉老師，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我的培養(yǎng)和指導(dǎo)，使我在專業(yè)方面的知識(shí)和工作方面的經(jīng)驗(yàn)不斷提高，順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 感謝與我共同學(xué)習(xí)的羅貫中、王濤、劉貝等同學(xué)！在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中我們不止一次的對(duì)各種遇到的問題進(jìn)行討論，我們的相互促進(jìn)和提高使得我們不斷克服很多難題。 感謝所有曾經(jīng)給我理解、關(guān)心和幫助的朋友們！ 參考文獻(xiàn) [1] 卜炎.機(jī)械傳動(dòng)裝置手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998. 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