Z3132移动万向摇臂钻床的设计是为适应在大中型零件上完成任何角度的钻孔,铰孔,锪孔,平面及攻螺纹等工作,以及为适应钻孔前后各种平面的微量铣削。该机床可用于小批量,单件生产,是机械制造行业特别是机械维修部门常用的机床之一。在对待特大工件附进或吊装在零件上进行加工。要求该机床机动灵活,节省工时,适用于重型机械,机床,内燃机,电机,船舶制造及军工行业。
一机床设计应满足的基本要求
1工艺范围
z3132的设计要求完成在各种零件上完成任何角度的孔加工。包括钻孔,扩孔,铰孔,锪平面,加工螺纹等。还要求其能完成立铣床所能完成的部分工艺范围,以适应部分修配厂机床单一的需要。
Z3132属于摇臂钻床组。按设计要求,用标准高速钢麻花钻钻头在中等抗拉强度的刚才上钻孔,zui大钻孔直径为32mm,zui小钻孔直径为5mm.
2自动化程度:
为了提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度和更好地保证加工精度和稳定性,机床应尽量提高自动化程度。但是Z3132钻床用途较广,工件变化较大,不容易实现全面自动化。同时,Z3132机床的设计要面向的对象是机器修配厂。提高机床的自动化程度必然提高机床的价格。这对机床的销路不利。所以综合各种考虑因素,Z3132的进给系统设计成机动进给。于是,手动微量进给及快速手动进给。摇臂在水平方面的移动拟订为手动,靠手柄转动实现小齿轮转动,通过齿轮齿条传动实现摇臂水平移动。摇臂水平移动到位后同样用手动方式实现摆臂夹紧。主轴绕立柱中心回转,主变速轴绕摇臂中心旋转,由于并不经常运动,拟定用手工即可。
为了适应机床般运的灵活性,本机床不打地基固定,在机床下面设四个千斤顶。用四个千斤顶触地支撑机床即可。机床下面安装滚轮。移动机床时,只需滚轮着地,靠人工推动机床即可。
3机床寿命
对机床寿命的要求,由于Z3132属于小型通用机床,要求其寿命约为8年左右。机床中齿轮和轴承寿命定为T=15000小时。滚动轴承T=10000小时。确保机床寿命,主要是提高关键性零件的耐磨性。并相应提高主要件的疲劳强度。
二.Z3132传动原理图的分析与确定
钻削加工需要两个成行运动;刀具的旋转运动B1(主运动)和刀具沿其轴线的移动A2(进给运动)。根据机床所需要的成形运动,拟定如图1所示的机床传动原理图

图 1 Z3132传动原理图
主运动为:电动机—1—2—uv—3—4—主轴(B1)。主轴转速通过调整换置器官uv的传动比来实现。
进给运动链:主轴(B1)—4—5—uf—6—7—齿条--(A2)
钻孔时,进给链是外lianxi传动链。进给量以主轴在其每一转时的轴向移动量来计算。通过调整换置器官的传动比uf实现所要求的进给量。攻螺纹时,主轴的转动B1轴向移动A2之间需保持严格的关系,在这种情况下,进给运动链是内lianxi传动链。
三 Z3132机床总体布局的确定
确定Z3132机床总提布局时,主要由工艺要求决定,由工艺要求决定机床所需的运动,完成每个运动又有相应的部件。这就是可以确定各部件的相对运动和相对位置关系,机床总布局也就大体能确定下来了。确定时主要考虑两方面因素;一方面从机床内部考虑,要处理好工件与刀具间对关系;另一方面还要考虑机床外部因素即人机关系。
由于Z3132加工的孔,主要是普通孔而不是深孔,所以一定钻头同时作回转主运动和轴向进给运动。经过分析各种因素,考虑现在机床总布局,拟定总布局如果2所示

四 机床主要参数确定
机床主要参数包括尺寸参数,运动参数与动力参数
(一) Z3132的尺寸参数包括Z3132的主参数:即zui大钻孔直径32MM ,
根据现场调研及同类机床的分析与比较确定出Z3132的其它尺
寸参数如下:
1. 主轴中心线到立柱母线距离:zui大700mm ,zui小为345 mm 。
2. 摇臂在水平方向移动距离为400 mm ;
3. 主轴端面至工作台距离:zui大670 mm ,zui小为20 mm 。
4. 主轴孔锥度:钻削头为莫氏4号,铣削头为7:24锥度
5. 主轴移动行程为160 mm ;
6. 主轴绕立柱中心回转角度为180 ±
7. 主轴机床进给级数为3级。zui小0.08 mm /R,zui大0.3 mm /R.
8. 横臂升降速度为1.2m/min
9. 工作台面积(长⨯宽)为1150 680 mm
(二) Z3132运动参数包括主轴zui低,zui高转速。根据现场调研和同类
机床的分析与比较,并兼顾铣削与钻削加工的各自特点。拟定
r/min 720,r/min 39max min ==n n
(三) 动力参数的确定
动力参数主要是主电动机和摇臂升降电动机的功率。电动机功率的选取应适当,功率过大,使机床笨重,浪费电力,降低电机寿命;如果电动机功率确定得过小,将影响机床性能的发挥。确定的方式是调查研究与实验经验公式相组合。
1. 在Z3132进给运动和主运动共用一个电机,进给运动所消耗的功率与主运动相比是很小的,因此,计算时忽略进给所消耗的功率。
钻削时,由于工件材料的变形,钻头与切屑,工件孔壁之间的摩擦而形成钻
削力。在钻削时,所有切削刃都会承受三个方向的力
f f f z y x ,,。查表(6)3-3,高速钢麻花钻切削力功率计算公式:
扭矩M=)(106
0m N km f ym xm m d c ∙⨯- 当加工中等强度碳钢GPa b 735.0=σ
时,系数7.0;1;85.833;8.0;54.333=====y x c x c F F F m m ;
d 0--钻床zui大直径,对Z3132为d 0--=32 mm ;
f --进给量,对Z3132zui大进给量f =0。3 mm/r
n --转速,对Z3132n max =720 r/min
k m --钻头磨钝系数,去k m =1.0
=∴M )(106
0m N km f ym xm m d c ∙⨯-=27.12N m ∙ 切削功率P M =2πw Mn 204460
72012.2714.32=⨯⨯⨯=∙ 查(5)选取双速电机YD100L ——4/2。额定功率N d =2.4/2KW.同步转速为3000
r/min 和1500R/MIN 。额定转速为2800 r/min 和1400 r/min 摇臂升降电机功率的确定
参考Z3040摇臂升降电机的功率为1.1KW ,再根据现场调研确定选用A 07114电机,额定功率为550瓦,同步转速1500 r/min 。额定转速为1400 r/min
第二章 传动设计
由于Z3132的成形运动可分为简单成形运动,复合成形运动。每一个运动,不论是简单的还是复合的,必须有一个外lianxi传动链,只有复合才有内lianxi
传动链。
一外联传动链设计
外联传动链用来lianxi主电动机和钻床主轴,把一定的功率从电动机传递给主轴;保证主轴有一定转速和调速范围;能实现主动的启动,停止,换向,制动等。
外联传动链和电机的连接,采用电动机通过联轴器直接与主传动系统相联。进给运动和主运动共用一个电机。
外联传动链变速机构选择分级变速机构,由于变速频率,范围较大,故选择滑移齿轮和齿轮离合器变速,选择分支传动扩大变速范围。
由于变速机构的零件较多,传动件尺寸决定于它们传递的扭矩。在功率一定的前提下,扭矩与转速成正比,因此将变速机构放在传动链的高速部分。由于Z3132主轴转速较低。故应使变速机构放在接近运动源处,降速机构放在变速机构后面。
Z3132由于电动机的功率较小,主运动链的转动惯量不大,同时为了简化构造,可以直接由交流异步电动机开停,换向和反接制动,不必设置专门的开停换向机构。
传动机构的选择可依据运动形式合理选择。主运动传动机构,线速度不太高,而扭矩较大,故全部选用齿轮传动。
1.分级变速机构转速图的设计
根据设计要求,主轴转速共分8级。n min=39 r/min n max=720 r/min。查
φ
(7)表1-3常用机床转速和进给量的公比41
=
.1
(1)动组和传动副方案:
为了缩短传动链,可以采用减少传动轴数和传动零件数,减少传动组数可缩短传动链。但在总级数一定的情况下,势必增加各传动组内的传动副数。因每一传动组中传动副数经常取为2或3。而传动组过少时,必然降速过多,导致齿轮过大,增加经向尺寸。本机床Z=8,为扩大变速范围,减少传动副数。保用双速电机,简化结构。传动组和传动副数确定为8=22⨯⨯+22
(2) 基本组与扩大组的排列顺序
原则上是选择中间传动轴变速范围zui小的排列顺序,因为如果各列顺序同号传动轴zui高速相同,则变速范围小。zui低转速高。扭矩小。传动件的尺寸
就小。由于电变速组φ电=2是第二扩大组,即φ电=φ2=1.412
。电动机只能放大在zui前面,所以结构式为8=2221+2221 (3) 降速比的分配原则
降速比的分配尽量前缓后急,前面传动比的传动组传动比大,这样可压低中间轴的zui高转速,降低机床振动,噪声。 (4) 转速图的拟定
2 齿轮齿数确定
传动比确定后查齿数:
19.11=i 齿数比22:26;39.21=i 齿数比16:39;83.11=i 齿数比17:31 1=i 齿数比32:32 1.31=
i 齿数比18:56;06
.11
=i 齿数比36:38 3 各轴和齿轮计算转速的确定