第4章 齿轮固定式三轴头架的结构设计
4.1 齿轮固定式三轴头架的传动原理及调整方法
固定式三轴头架的传动原理如图1所示。主轴1由钻床主轴来带动旋转，经齿轮副2与3和3与5，使小轴4（即钻削主轴）得到动力旋转，于是带动钻头进行钻削。
图4-1三轴头架原理图
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图4-2 传动原理简图
1.主轴 2.中心轮 3.介轮 4.小轴 5.小齿轮
4.2方案的工艺设计参数
4.2.1 Z535钻床动力所允许的工况条件
多轴头架是根据加工工件的需要进行设计的，与之相配套的立钻动力是否
够用，设计前必须验证。常用的验证方法有两种：一是类比法，即加工同类零件机床动力进行比较，以此决定所选用的动力是否能满足要求，另一种是计算法，将计算所得的切削功率与配套机床的动力进行比较，以此决定配套机床的动力是否够用。
应用公式计算切削速度、切削力和切削功率，根据设计说明书的要求，最大孔径为φ20mm，此时在各种工况条件下的V、F、P。考虑到齿轮传动有功率损失，单根钻削轴能承受的最大功率（Z535的额定功率围4.5kw）
P3?P????6?4.5/3?0.986=1.33kw
(1) 用高速钻头钻孔时
查《机械加工工艺师手册》（以下简称《工艺师》）表28-14高速钢钻头钻削结构钢（?b?650Mpa），当d=10mm时，最大进给速度为f=0.25mm/r，对应的
切削速度 V=15m/min 轴向力 F=3010N 转矩 T=10.03N·m
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功率 P=0.51KW
查《工艺师》表28-15高速钢钻头钻削灰铸铁（190HBS），当d=10mm时，最大的进给速度为f=0.60mm/r，对应的
切削速度 V=12m/min 轴向力 F=3765N 转矩 T=13.93N·m
功率 P=0.52KW
由于Z535钻床没有0.6mm/r的进给速度，采用与之相近的f=0.57mm/r，再用公式重新对所选公式进行核算
相关公式查《工艺师》表28-2钻、扩、铰孔时切削速度的计算公式 ??cvd0vTmzapvfxyvKv
（注：T为刀具的寿命） 表28-4钻孔时轴向力、转矩、功率的计算公式
f?0.25?0.2
T?CTd0zfTyTKT
P?Tv30d0
式中的Kv、KF、KT为修正参数，在这里的计算采用的材料为其实验用的，故都按Kv?1、KF?1、KT?1计算。
（1） 钻削结构碳钢（?b?650Mpa）时的切削速度V、轴向力F、转矩
T、功率P
查表得 f?0.25?0.2 Cv?6.1 Zv?0.4
Xv?0 yv?0.5 m?0.2
CF?600 ZF?1.0 yF?0.7 CT?0.305 ZT?2.0 yT?0.8 有
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6.1?10250.210.40.5v??0.252?1?16.1m/min0.7
F?600?10?0.25?1?2273.6N0.8T?0.305?10?0.25P?Tv30d0?30?10?1?10.1N.m
10.1?16.1?0.54kw??P??1.33kw满足功率要求。
（2） 钻削灰铸铁（190HBS）时的切削速度V、轴向力F、转矩T、功
率P
查表得 f?0.57?0.3 Cv?9.4 Zv?0.25
Xv?0 yv?0.4 m?0.125
CF?420 ZF?1.0 yF?0.8 CT?0.206 ZT?2.0 yT?0.8 有
v?9.4?10350.20.250.5
?0.2512?1?13.4m/min0.8
F?420?10?0.57?1?2678.9N0.8T?0.206?10?0.57P?Tv30d0?30?10?1?13.1N.m
13.1?13.4?0.59kw??P??1.33kw满足功率要求。
综上所述，高速钢钻头加工碳素钢（?b?650Mpa）时，fmax?0.25mm/r高速钢钻头加工灰铸铁（190HBS）时，fmax?0.56mm/r
（3） 用硬质合金钻头（YG8）钻孔时
一般，用硬质合金钻头用于加工灰铸铁，这里按HBS=190HBS计算 据表28-11硬质合金钻头加工灰铸铁的进给量（HBS>170HBS）,这里按f=0.25mm/r计算
查表得 Cv?22.2 Zv?0.45
Xv?0 yv?0.4 m?0.2
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CF?410 ZF?1.2 yF?0.75 CT?0.117 ZT?2.2 yT?0.8 有
v?22.2?10350.20.450.3?0.251.2?1?47.4m/min0.75
F?410?10?0.252.2?1?2274.5N?1?6.1N.mT?0.117?10P?Tv30d0??0.250.8
6.1?47.430?10?0.96kw??P??1.33kw满足功率要求。
则用硬质合金钻头YG8钻削时，fmax?0.25mm/r
4.2.2 确定用于钻削计算的极限值
由于以上所计算的进给量是在机床功率允许的最大值，此时转速为最小值，而在多轴头架中从主轴到钻削主轴是升速运动，可以充分发挥Z535的各级转速对比各种工况下的钻削速度，小轴钻削速度为：
（1） 高速钢钻头钻削加工碳素结构钢（?b?650Mpa）时
v=16.1m/min
n=v/?D=16.1/?×0.010=512.7r/min (2) 高速钢钻头加工灰铸铁（190HBS）时 v=13.4m/min
n=v/?D=13.4/?×0.010=426.8r/min
(3) 用硬质合金钻头YG8加工灰铸铁（190HBS）时
v=47.4m/min
n=v/?D=47.4/?×0.010=1509.6r/min
对比可以看出在钻床所允许的功率下，工作最低转速为426.8 r/min，根据有关手册查得Z535钻床的各级转速为：68、100、140、190、275、400、530、750、1100r/min 为了减小轴头架的尺寸，防止头架过重，应尽量缩小头架的传动比，取主轴最低转速为140r/min进行升速，此时钻削轴转速为426.8r/min 则总的传动比为：i?n钻n主?426.8140?3.049
考虑钻头都有一定的转向，一般为右旋，为了使钻削主轴与机床主轴的转动方
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