普通钻床改造为多轴钻床
第2章 普通钻床改为多轴钻床
2.1生产任务
在一批铸铁连接件上有同一个面上有多个孔加工。在普通立式钻床上进行孔加工，通常是一个孔一个孔的钻削，生产效率低，用非标设备，即组合机床加工，生产效率高，但设备投资大。
但把一批普通立式普通单轴钻床改造为立式多轴钻床，改造后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰、等工序。设计程序介绍如下：
2.2 普通立式钻床的选型 2.2.1 计算所需电机功率
零件图如图1所示：
图1为工件零件图，材料：铸铁HT200；料厚：5mm；硬度：HBS170-240HBS；年产量：1000万件；4-?6.7尺寸精度IT13.
(1) 确定四个孔同时加工的轴向力，公式：F?CF?d0?ZF?YF?V?nF?kF 式中：CF=365.9,d0=10,ZF=0.661,YF=1.217,nF=0.361,kF=1.1,
?3V =0.35m/s（表15-37）[文献1]
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?3则F?365.9?10?0.661?1.217?0.35?0.361?1.1?4.09N
所需电机功率：P?F?V?4.09?0.35?1.4KW
2.2.2 立式钻床的确定
根据上面计算所需电机的功率，现选用Z525立式钻床，其主要技术参数如表1所示：
表1 Z525立式钻床主要技术参数
技术规格 最大钻孔直径（mm） 主轴端面至工作台距离(mm) 主轴端面至底面距离(mm) 主轴中心至导轨距离(mm) 主轴行距(mm) 主轴孔莫氏解锥度 主轴最大扭转力矩(N?m) 主轴进给力(N) 主轴转速(r/mm) 主轴箱行程(mm) 进给量(mm/r) 工作台行程(mm) 工作台工作面积(mm) 主电动机功率(kw) 2型号 Z525 25 0-700 750-110 250 175 3号 245.25 8829 97-1360 200 0.1-0.8 325 500Ｘ375 2.8
第3章 多轴齿轮传动箱的设计
3.1 设计前的准备
（1）大致了解工件上被加工孔为4个Ф10的孔。毛坯种类为灰铸铁的铸件，由于石墨的润滑及割裂作用，使灰铸铁很易切削加工，屑片易断，刀具磨损少，故可选用硬质合金锥柄麻花钻（GB10946-89）
[文献2]
（2）切削用量的确定
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根据表2－7[文献？]，切削速度Vc?21m/min,进给量f?0.17mm/r. 则切削转速ns?1000V1000?21??998r/min ?d3.14?6.7根据Z525机床说明书，取ns?960r/min 故实际切削速度为：Vc??dnw1000?3.14?6.7?960?20.2m/min
1000（3）确定加工时的单件工时 图2为钻头工作进给长度，
一般L切入为5-10mm,取10mm，
16.7[文献3]
L切出?d??3~8???8?10.2mm33L加工?5mm
加工一个孔所需时间：tm1?L切入?L加工?L切出nwf?25.2?0.15min
960?0.17单件时工时：tm?4tm1?4?0.15?0.6min
3.2 动系统的设计与计算
(1) 选定齿轮的传动方式：初定为外啮合。 (2) 齿轮分布方案确定：
根据分析零件图，多轴箱齿轮分布初定有以下图3，图4两种形式
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根据通常采用的经济而又有效的传动是：用一根传动轴带支多根主轴。因此，本设计中采用了图3所示的齿轮分布方案。
（3）明确主动轴、工作轴和惰轮轴的旋转方向，并计算或选定其轴径大小。 因为所选定的Z535立式钻床主轴是左旋，所以工作轴也为左旋，而惰轮轴则为右旋。 根据表2确定工作轴直径《机械制造》.8/97：43
表2 加工孔径与工作轴直径对应表（mm） 加工孔径 工作轴直径 ＜12 15 12－16 20 16－20 25 因为加工孔径为Ф10mm,所以工作轴直径选15mm. 主动轴和惰轮轴的直径在以后的轴设计中确定。 （4） 排出齿轮传动的层次，设计各个齿轮。
① 本设计的齿轮传动为单层次的齿轮外啮合传动，传动分布图如图4所示。
② 在设计各个齿轮前首先明确已知条件：电机输入功率P1?2.8KW,齿轮Ⅰ转速
n1?1360r/min, 齿轮Ⅲ转速n3?960r/min,假设齿轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的传动比均为i=
即齿轮比u=1.2,工作寿命15年（每年工作300天），两班制。 ③ 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 ?选用直齿轮圆柱齿轮传动；
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?多轴箱为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）; ?材料选择 由表10-1
[文献4]
选择齿轮Ⅰ材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，齿轮Ⅱ材料为45（调质），硬
度为240HBS，齿轮Ⅲ材料为45（常化），硬度210HBS;
?选齿轮Ⅰ齿数Z1?24,齿轮Ⅱ齿数Z2?Z1?u?24?1.2?28.8,取Z2?29. ④ 按齿面接触强度设计
KTu?1?ZE???由设计计算公式进行试算，d1t?2.323t1?? ???du?[?H]?? 确定公式内的各计算数值 1)试选载荷系数Kt?1.3; 2)计算齿轮Ⅰ传递的转矩
54T1?95.5?105P1/n1?95.5?10?2.8/1360?1.966?10N?mm
23)由表 10-74)由表10-6
[文献4]
选取齿宽系数?d=0.5
1/2
[文献4]
查得材料的弹性影响系数ZE?189.8MPa5)由表10-21d
[文献4]
按齿面硬度查得齿轮Ⅰ的接触疲劳强度极限？?Hlim1?600MPa;齿轮Ⅱ的
接触疲劳强度极限？?Hlim2?550MPa; 6)由表10-13
[文献4]
计算应力循环次数：
N1?60n1jLh?60?1360?1??2?8?300?15??5.875?109 N2?5.875?109/1.2?4.896?109
7)由表10-19
[文献4]
查得接触疲劳寿命系数KHN1?0.90,KHN2?0.95;
8)计算接触疲劳许用应力:
取失效概率为1%，安全系数S?1,由式(10-12)
[文献4]
得：
[?H]1?[?H]2??计算
KHlim1?Hlim10.9?600??540MPa
S1KHN2?Hlim20.95?550??522.5MPa;
S110