1  绪论

1.1  课程背景

金属切削机床是用磨具或者刀具对金属工件进行切削加工的机器，在制造业中，尤其是机械行业机床有着广泛的应用。而且钻削加工仍然在零件加工中占有相当的比例，据统计在零件加工中钻孔加工占25%以上。摇臂钻床仍然是切削加工的主要设备之一。

作为传统的老产品摇臂钻床，有着数百年的发展历史，其产品都在不断地更新，功能也越来越齐全、性能也不断地完善。

目前国内外制造企业，趋向中、大孔钻孔加工，而我们开发的Z30125X40型摇臂钻床，就是高效率的钻孔工艺设备。它主要用于中大型零件上钻孔、扩孔、铰孔、攻螺丝、璁平面等工作，在具有工艺装备的条件下可以进行镗孔，完成管板、大法兰等加工和非标准的钻孔作业。Z30125X40型摇臂钻床，最大的钻孔直径125mm，在机加工直径小于125mm时可以直接一次钻出，大大缩短了加工时间，孔尺寸精度由钻头保证。Z30125X40型摇臂钻床的出现，避免了小型钻床加工中、大孔的繁琐工艺，毫无疑问降低了成本。现代企业要求快速生产，而大型摇臂钻床Z30125X40型摇臂钻床就是针对孔加工的高效率设备，所以发展Z30125X40型摇臂钻床是现在之所需，将来也有广阔前景。

目前国内生产的立式钻床，按最大钻孔直径分，有16、25、35、40、50和63mm六种规格。近几年来出现的新一代立式钻床已开始向模块化和数控化等方面发展。

 

 

 

2  钻床的概述

钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向运动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊道具，可扩孔、铰孔、攻螺丝、璁平面等加工。加工过程中工件不动，让道具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动（主运动）。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。机床是制造及修理一切机器的机器，机床是对金属或其他材料进行加工（包括成行加工和切削加工或特种加工方法），使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器。机械新产品包括机床本身的几乎所有零件通常都是机床加工出来的，所以习惯称为工作机或工具母机。

 

2.1  钻床的发展历史

摇臂钻床切削机床是人类在不断改进生产工具的基础上产生和发展起来的，最原始的机床是依靠双手的往复运动，在工件上钻孔。最早的加工对象是木料。为加工回转体，出现了依靠人力使工件往复回转的原始车床。在原始加工阶段，人既是提供机床的动力，又是操纵者。当加工对象由木材逐步过渡到金属时，车圆、钻孔等都要求增大动力。随着生产发展的需要，15~16世纪出现了铣床和磨床。我国明代宋应星所著《天工开物》中就已有对天文仪器进行铣削和磨削加工的记载。到18世纪，出现了刨床。机床工业则是机械制造工业的基础。摇臂钻床机床是人类在改造自然的长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生和发展起来的。到18世纪，出现了摇臂钻床。

20世纪70年代初，钻床在世界上还是采用普通继电器控制的。80年代后期由于数控技术的出现才逐渐开始在深孔钻床上的得到应用，特别是90年代以后这种先进技术才得到推广。

 

 

2.2  钻床的安装程序和工作内容

1.机床到位

按地基图在基础说 画出机床的中心线，检查各地脚孔中心位置和各平面的标高是否符合图纸要求，以便安装时能正确定位。

2.吊装机床

吊装钱江机床外表面擦净，并在地基上的适当位置安放临时垫铁。按说明书规定的调运方式将机床吊起来，挂在地脚螺栓，其螺纹应露出螺母5-6牙，然后将机床安放到基础上去。地脚螺栓与地基上预留孔壁的距离应大于20cm，且能自由晃动。然后用临时垫铁粗调机床安装水平。

3.灌注地脚孔混凝土，所用混凝土要比基础用混凝土高一个标号，石子尺寸要小于20cm，灌注时要仔细认真捣实，并检查地脚螺栓，如有歪斜要及时扶正。

4.安装垫铁

在地胶混凝土经养护达到要求强度后，把机床上的地脚螺母取下后将机床吊离基础放在一旁。取去临时垫铁，按地基图规定安装垫铁。再把机床吊装在地基上，并初步拧紧地脚螺母。

5.调整安装水平

目的是保持机床的稳定性，减少振动，防止变形和避免不合理的磨损，以确保加工密度。

6.在广泛的通用性机床，可对零件进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺丝和璁平面等加工配有工艺设备时，还可以进行镗孔，在钻床上配有万能工作台还能进行钻孔等。

2.3  钻床的基本分类

钻床主要用钻头在工件上加工孔（钻孔、扩孔、铰孔、攻螺丝和璁平面）的机床。机械制造和各种修配工厂必不可少的设备。根据用途和结构主要分为以下几类：

1.立式：工作台和主轴箱可以在立柱上垂直运动，用于加工中小型工件

2.台式：简称台钻。一种小型立式台钻，最大钻孔直径为12~15毫米，安装在钳工台上使用，常用来加工小型工件的小孔等。

3.摇臂式：主轴箱能在摇臂上移动，摇臂能回转和升降，工件固定不动，适用于加工大而重和多孔的工件。

4.深孔钻床：用深孔钻钻削深度比直径大得多的孔（如枪筒、炮筒和机床主轴等零件的深孔）的专门化机床。

5.中心孔钻床：用于加工轴类零件俩端的中心孔

6.铣钻床：工作台可以横向移动，钻轴垂直布置，能进行铣削的机床。

7.卧式钻床：主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床。一般比立式钻床加工效率高，可多面同时加工。

3  钻床主传动方案设计

3.1  摇臂钻床的机床原理及其基本要求

Z30125X40型摇臂钻床由主轴箱、摇臂、立柱、工作台等组成。主轴箱是摇臂钻床的核心部分，由主轴变速机构、主轴进给机构、主轴及操作机构、主轴夹紧机构、主轴平衡机构等组成；本设计的主轴变速部分，变速时用液压控制调速，液压油进入油缸通过拉杆拨动滑移齿轮改变啮合状态实现主轴变速，而通过一个操作手柄可以实现主轴正、反转及刹车[8]。

本机床是在原系列机床的基础之上，在设计过程中运用先进的设计理念和大的安全系数，增加外柱自动润滑装置，更改电器箱翻盖方式、电器布线和电器操作按钮等，并在符合国家标准的前提下，以CE标准为目标，兼顾实用、高效、美观、易操作和安全性能高等特点。主要技术参数如表3.1

表 3.1 主要技术参数

项目	数值	单位	项目	数值	单位
最大钻孔直径	125	mm	主轴转速级数	22	级
跨距	4000	mm	主轴进给量范围	0.06~3.2	mm/n
主轴轴线至立柱母线最小距离	600	mm	主轴进给量级数	16	级
主轴箱水平移动距离	3400	mm	主轴行程	560	Mm
主轴断面至底座工作距离最大	2500	mm	主轴允许最大扭矩	3.2	Kn.m
主轴断面至底座工作距离最小	700	mm	主轴最大进给抗力	50	Kn
摇臂升降距离	1250	mm	主电机功率	18.5	Kw
摇臂升降速度	0.017	m/s	主轴行程	米制80
摇臂回转角度	360	度	主轴转速范围	6.3~800	n/min

3.2  主轴变速机构的主要结构型式

主轴的变速机构设计要求为22级主轴的的变速，采用32级主轴变速，通过重复10级变速得到22级主轴变速。其中重复的10级转速中，通过液压控制轴VIII及轴V（或轴IV）上的滑移齿轮实现锁住传动扭矩较大的级数。在设计时考虑了俩种设计方案：方案一通过8根轴实现22级主轴变速；变速二通过9轴实现22级主轴变速。方案一主轴变速部分轴向尺寸比方案二稍小，可以减少主轴箱的高度但传动比较大，齿轮大小悬殊很大，特别是主轴上的齿轮显得很大，这样在采购齿轮材料时就很繁琐，而且主轴上有两个主轴变速齿轮与之相对应的啮合齿轮为滑移齿轮，这样影响运动传递的平稳性；方案二增加了主轴过载保护装置，当主轴过载时通过主轴过载保护装置起到过载保护作用。9根轴传动减少了传动比，有利于传递运动的平稳性，使得大小齿轮悬殊不至于过大，其主轴上传动齿轮只有一对固定齿轮，且采用斜齿轮，其好处是斜齿轮传动运动比直齿轮平稳且承受力比直齿轮小，能减少齿轮的部分径向力和主轴承受的径向力，有利于主轴的旋转精度。其不足之处是该结构增加了主轴箱的高度和轴的长度，使得整个箱体尺寸要比8根轴传动稍大些。鉴于提高机床的安全系数及采集齿轮材料的便利，最后采用了9根轴传动的方案。