数控双头深孔钻床设计里仁学院 机械制造 071101011592 吴小龙指导教师：李宇鹏 摘 要本次设计旨在解决大深径比（L=600mm，d=19mm）孔阵（数千个孔）的加工效率和精度问题，为此先简述了国内外数控深孔钻的发展历程及其最新研究现状，再介绍了本次设计的数控双头深孔钻床的总体设计思路，主体结构，技术参数及其性能特点。本次设计的数控双头深孔钻床借鉴了一些国内外比较成熟的技术和设计思想，比如采用了模块化设计，使装配和维护变得更加容易，采用双丝杠带动双主轴箱；以及齿轮齿条提供主轴纵向进给动力等。同时又有一些创新的地方，比如单电机带动双主轴，减少了加工过程中的震动，从而提高加工精度；采用离合器对主轴进行单独控制。这些创新性的结构和思想有其自身的的优点，由于此设计为初次设计，难免有不足之处。关键词：深孔钻床，主轴箱，模块化，横梁，丝杠AbstractThis is designed to solve a large deep-diameter ratio (L = 600mm, d = 19mm) hole array (thousands of holes) of the processing efficiency and accuracy issues, this will explain briefly the development of domestic and foreign CNC deep hole drilling process and The latest research status, and then describes the design of this deep hole drilling machine CNC Double the overall design concept, the main structure, technical parameters and performance characteristics. The design of the CNC Deep Hole Drilling Machine Double learn some more mature foreign technology and design ideas, such as modular design, easier assembly and maintenance, dual-screw driven by double-spindle box; and gear rack to provide power and other spindle vertical feed. It also has some innovative areas, such as single motor driven twin-spindle, reducing the processing of the vibration, thereby improving processing accuracy; the use of separate clutch for spindle control. The innovative structure and ideology has its own advantages, the initial design because this design is, inevitably inadequate.Keywords: deep hole drilling machine, spindle boxes, modular, beams, screw .一、选题意义新世纪以来，各国都在新能源方面投入了大的人力和物力，其中核能的利用从上世纪三四十年代以来一直受到各国的青睐，近年来更是依靠成熟的技术条件和丰富的资源以及高的资源利用率成为新能源方面的主力军。 在核工业工程中，有很多方面是至关重要的，其中散热方面就是一大问题，而在散热方面，散热管板是作为散热主要作用件的存在的，散热管板一般是利用直径在26米左右厚度为2040厘米的不锈钢钢坯加工而成，而加工的主要方法是钻在钢板上利用深孔钻均匀的钻出一定数量的深孔，而在国内这种深孔钻的研发和生产还不是很发达。 因此，此次选择了适合加工直径为6米的散热管板的钻床为题。二、国内外深孔钻床发展 国外的发展非常的迅猛，特别是数控的快速发展的前提下，先后从加工大型工件的装夹问题，效率问题，散热问题以及精度控制等方面进行改造与从新设计，国外的机械公司设计出了很多优秀的产品。比如德国TIBO公司设计的HTT数控四轴环模深孔钻床 、还有英国MOLLART设计的深孔钻床。同时我国在改革开放以来大力发展工业，特别是大型机床的改造与设计，在这些的工业发展的潮流中，有武重集团2011年自主研发的ZK5540型数控龙门移动钻床、陕西金石机械制造公司研制的ZK2120数控深孔钻床等等一些优秀的企业与产品。三、研究的基本问题，拟解决的问题1、丝杠的数量的选择以及其摆放方式的问题因为工件较大，孔数多，所以选择双主轴箱，主轴箱由横梁上的丝杠来带动，如果用一根丝杠带动两个主轴箱控制起来就不方便，而且精度还得不到保证，而用两根丝杠分别控制两个主轴箱，加工时主轴箱可以灵活控制。丝杠的摆放有三种方案，分别是水平放置于一水平面内；斜放于一斜面内；竖直放置于同一竖直面内。这三种方案中第一种方案不利于主轴箱放在横梁同一侧加工工件，第二种方案占用位置太大，唯有第三种方案能兼顾到前面的不足，经过考察以及计算决定选用第三种方案，如图1所示 图1丝杠摆放简图 2、主轴箱布局的选择传统的主轴箱就一根主轴，电机通过变速机构将扭矩传递给主轴，本次设计的钻床加工工件的孔数多，所以得考虑到所设计机床的加工效率问题。因此本次设计选用两个主轴箱，同时每个主轴箱里有两根主轴。为了使主轴箱结构紧凑主轴箱的两根主轴和电机轴呈三角形摆放，如图2所示：图2主轴箱布局图四、横梁的相关计算横梁电机的选择计算1、确定脉冲当量在步进电机数控开环系统中的脉冲当量一般取为或，也有选用或者。这时脉冲位移的分辨率和精度较高。初取满足加工要发求。 2、步进电机步距角的选择步进电动机每走一步的步距角，算得=0.36 3、最大静态转矩计算:电机载荷主要由主轴箱运动时的摩擦力组成，所以由公式： 得：=0.318Nm。根据步距角和最大静态转矩选择电机型号为：90BYG5501五、主轴箱的相关计算钻削轴向力、扭矩及切削功率的计算查金属切削刀具可知钻削力计算公式如下：计算得出：扭矩计算公式如下：计算得出：切削功率的计算公式如下： 计算得出：六、结论本台数控双头深孔钻床的设计借鉴了国内外一些现成的技术，参考了一些典型钻床的结构，属于重型设备。它的特点如下：1. 加工范围广。能加工直径1000mm6000mm的盘形回转体零件。2. 加工精度高。广泛采用现代数字、电液伺服控制技术来控制本体机械。使钻孔的可控定位，可重复精度同步进给精度达到要求指标。3. 生产效率高。采用自动化控制技术，双主轴箱四主轴同时加工。参考文献1 现代实用机床设计手册编委会编. 现代机床实用设计手册下. 北京: 机械工业出版社, 2006 2 熊光华主编. 数控机床. 北京: 机械工业出版社, 20023 严慧锋，刘明强. L-Z217深孔钻床结构的改进设计.机械研究与应用, 2005,18(4) ：34354 O.H.Yeoh.Relation between crack surface displacements and strain energy release rate in thin rubber sheetsJ.Mechanics of materials,2002(4):315