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發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架鉆模的設(shè)計
摘 要 分析了工件的定位原理，確定工件的定位方式，選擇鉆模定位元件，確定工件的夾緊方式，選擇適宜的鉆模夾緊裝置，比較各種不同類型的鉆模，從中選取較為合理的方案。根據(jù)選取的鉆模設(shè)計其尺寸，并且編寫工藝流程。
關(guān)鍵詞 鉆模 定位 夾緊 工藝
Wind generator rotor bracket jig design and technology
Abstract Analysis of the principles of positioning the workpiece.Determine the workpiece positioning means.Select jig positioning device.Way to determine the workpiece clamping. Select the appropriate jig clamping device. Comparison of different types of drill mode. Select the program from a more reasonable.According to the selected design of the size jig.And the preparation process.
Keywords Drilling jig Locate Clamping Technology
目 錄
前 言 1
1 課題介紹 3
2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架鉆模的設(shè)計 4
2.1、加工產(chǎn)品的介紹 4
2.2、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架鉆模加工演示 5
2.3 鉆模簡介及選擇 6
2.3.1、鉆模的定義及優(yōu)點 6
2.3.2、鉆模的類型及選擇 6
2.3.3、鉆模板的類型及選擇 8
2.3.4、鉆套的類型與選擇 11
2.4鉆模的設(shè)計 13
2.4.1、定位方案 13
2.4.2、夾緊方案 14
2.4.3、鉆套的設(shè)計 15
2.4.4、鉆模板的設(shè)計 16
3、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架鉆模的工藝 19
3.1鉆模板的工藝 19
3.2、定向鍵的加工工藝 22
參考文獻(xiàn) 24
總 結(jié) 25
致 謝 26
前 言
眾所周知全球的能源爭奪戰(zhàn)已經(jīng)進(jìn)入白熱化階段，隨著人類社會的進(jìn)步，人口的增長，地球上的各種資源漸漸被消耗枯竭，人類正面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)，我們迫切的尋找各種能替代的新型能源。
世界能源危機(jī)是人為造成的能源短缺。其中石油資源將會在一代人的時間內(nèi)枯竭。它的蘊藏量不是無限的，容易開采和利用的儲量已經(jīng)不多，剩余儲量的開發(fā)難度越來越大，到一定限度就會失去繼續(xù)開采的價值。在世界能源消費以石油為主導(dǎo)的條件下，如果能源消費結(jié)構(gòu)不改變，就會發(fā)生能源危機(jī)。另一大資源煤炭雖比石油多，但也不是取之不盡的。代替石油的其他能源資源，除了煤炭之外，能夠大規(guī)模利用的還很少。人類已經(jīng)估計到，非再生礦物能源資源枯竭可能帶來的危機(jī)，從而將注意力轉(zhuǎn)移到新的能源結(jié)構(gòu)上，探索、研究開發(fā)利用新能源資源。
現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)的新型能源有∶燃料電池、甲醇、生物能、太陽能、潮汐能和等，但是迄今為止只有水利發(fā)電和核能有明顯的功效。不過卻有很大的研究價值和發(fā)展?jié)摿Α?
是太陽輻射下流動所形成的。與其他能源相比，具有明顯的優(yōu)勢，它蘊藏量大，是水能的10倍，分布廣泛，永不枯竭，對交通不便、遠(yuǎn)離主干電網(wǎng)的島嶼及邊遠(yuǎn)地區(qū)尤為重要。
風(fēng)力發(fā)電，是當(dāng)代人利用最常見的形式，自19世紀(jì)末，丹麥研制成風(fēng)力發(fā)電機(jī)以來，人們認(rèn)識到石油等能源會枯竭，才重視的發(fā)展，利用風(fēng)來做其它的事情。
現(xiàn)在的利用也漸漸的被推廣，在一些新修的馬路邊上，可以看見一排排帶風(fēng)車的路燈。那些風(fēng)車就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)，只要有風(fēng)，風(fēng)葉便能帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電流，以電能的形式儲存在蓄電池里，以備晚上路燈照明。
2008年9月，德國Enercon公司建造世界上最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋葉的直徑約有126米，重量超過120噸，發(fā)電機(jī)巨型三葉轉(zhuǎn)子距離地面的高度超過了180米，其中定子重量就有140噸，如圖1所示。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)正朝著大功率、大型號的方向發(fā)展，直徑幾米甚至十幾米的發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子與定子的型號也跟著飆升。這帶來了很多新問題，像這種巨型的轉(zhuǎn)子和定子的制造，要使用專門的機(jī)床，擬定新的工藝路線，特別是巨型產(chǎn)品的加工。
本畢業(yè)設(shè)計就是與發(fā)電機(jī)的定子有關(guān)，發(fā)電機(jī)的定子又叫轉(zhuǎn)子支架。本文所涉及的發(fā)電機(jī)是大型風(fēng)電場所用的，其直徑有4米多，轉(zhuǎn)子支架有3596mm。轉(zhuǎn)子支架的加工步驟大體分四步：車外圓、銑方槽、鉆孔、攻絲。其中車外圓可以使用大型的立車，銑方槽則使用專用升降銑床，然而鉆孔出現(xiàn)了一個難以解決的問題，特別是轉(zhuǎn)子支架圓柱壁上的螺紋孔。
現(xiàn)在不是在鋼板上鉆孔，而是在圓柱面上鉆孔，因此增加了加工難度。
本畢業(yè)設(shè)計就是為了解決這一難題，像這種特殊但又有規(guī)律的孔，可以考慮使用鉆模，本設(shè)計的課題就是設(shè)計此鉆模，既要加工簡單，又要保證孔的位置度要求和精度，并且盡量降低加工成本低。
在設(shè)計過程中，指導(dǎo)老師文美純及本人師父樂喜云給了熱情的指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心感謝。
由于本人知識水平的有限，設(shè)計中定有不少的缺點和錯誤，希望各位評審老師批評指正。
設(shè)計者
年5月
1 課題介紹
本人現(xiàn)在在湘潭市江大機(jī)械制造有限公司實習(xí)，江大機(jī)械制造有限公司屬于來料加工單位，專門為其他公司加工零部件?，F(xiàn)在湘潭市電機(jī)廠發(fā)電分廠在研制新型的發(fā)電機(jī)組，委托本公司加工發(fā)電機(jī)的定子——轉(zhuǎn)子支架。電機(jī)廠送來毛坯，要求我們車轉(zhuǎn)子支架外圓、銑方槽、鉆孔并攻絲?，F(xiàn)在我所設(shè)計的鉆模就是用在轉(zhuǎn)子支架鉆孔工藝中。
轉(zhuǎn)子支架是電機(jī)廠新研發(fā)的大型發(fā)電機(jī)的定子，直徑3596mm，長1300mm，是一個大圓筒，如圖2所示。現(xiàn)在所研究的是其外圓柱面上孔的加工，這些孔是徑向方向，垂直于支架軸線，一組26個，60組共1560個均勻分布在轉(zhuǎn)子支架外圓壁上。如果展開轉(zhuǎn)子支架，就像一塊鋼板上有26x60個孔。加工這些孔的難處在于不是在鋼板上鉆孔，而是在圓柱面上鉆孔。
如果是劃線后鉆孔，其工作量是多么的巨大，特別是產(chǎn)品尺寸大，孔的數(shù)量多,劃線的精度都難保證，更不要說加工后的精度。而且在圓柱面鉆孔，孔的位置度難保證。因此設(shè)計一個鉆模，所有問題便迎面而解。
2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架鉆模的設(shè)計
2.1、加工產(chǎn)品的介紹
加工產(chǎn)品為湘潭市電機(jī)廠發(fā)電分廠新型研發(fā)的發(fā)電機(jī)組的定子---轉(zhuǎn)子支架。其主要是26x60=1596個M10螺紋孔的加工。這些螺紋孔分布在圓柱面上，孔的位置如圖3、4所示：
螺紋孔加工應(yīng)該是鉆孔后，立即攻絲，使工件只要一次裝夾，提高加工精度。
但考慮到轉(zhuǎn)子支架的螺紋孔數(shù)量多，鉆孔后攻絲，換刀麻煩，降低了加工速度。
因此等鉆完所有孔后再攻絲，可以提高效率。在以鉆好的孔內(nèi)攻絲，所產(chǎn)生的誤差較小，加之本廠使用的是為轉(zhuǎn)子支架定做攻絲機(jī)，因此攻絲所產(chǎn)生的誤差可以不計?，F(xiàn)在要考慮的就是在轉(zhuǎn)子支架圓柱面上鉆孔，設(shè)計一鉆模能很好的解決問題。
2.2、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架鉆模加工演示
轉(zhuǎn)子支架的鉆模有它的特點，此鉆模設(shè)計為一平板，按轉(zhuǎn)子支架尺寸在平板面設(shè)計鉆套，加工時把鉆模掛在轉(zhuǎn)子支架上，只需要對準(zhǔn)鉆孔即可。一臺鉆床可以鉆兩組孔，為提高加工效率，兩臺鉆床同時加工，鉆床位置對稱的在轉(zhuǎn)子支架直徑上。一臺鉆轉(zhuǎn)子支架的上部分，一臺鉆下部分。如圖5所示：
萬向搖臂鉆床鉆完一組孔后，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動架，用頂針固定轉(zhuǎn)子支架，即可以鉆另外一組孔。其實鉆完兩組孔，也只鉆了52個孔，因為萬向搖臂鉆床的升降高度有限，一臺鉆床只鉆上部分的孔，另一臺只鉆下部分的孔。鉆完兩組孔后，松頂針，擰松螺釘，兩個鉆模按相同的移動方向移動鉆模（順時針或逆時針），擰緊螺釘，固定鉆模，最后轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子支架，對好刀即可鉆孔，如圖5所示。
從鉆模的加工示意圖6，可以看出鉆模加工時既要和轉(zhuǎn)子支架回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，又要圓周移動，可以說轉(zhuǎn)子支架的鉆模是回轉(zhuǎn)鉆模與移動鉆模的結(jié)合體。它取兩者之長，很好的解決了在圓柱面上鉆孔的難題。
特別是移動塊的設(shè)計，是本鉆模的一大亮點，它使裝夾變的簡單，省力。把鉆模掛上轉(zhuǎn)子支架，到加工完整個轉(zhuǎn)子支架，其中的裝夾只要轉(zhuǎn)動鉆模即可。
2.3 鉆模簡介及選擇
2.3.1、鉆模的定義及優(yōu)點
鉆模的使用能省去了劃線和其它測量與裝夾的方法，使技術(shù)不熟練的工人在了解到工件可以準(zhǔn)確定位，刀具也可以準(zhǔn)確地引導(dǎo)，在正確安裝的前提下，也可以快速而又自信地進(jìn)行操作，從而使工作效率大大的提高。使孔的定位精度不靠操作者而是靠鉆模保證。
鉆模使零件的裝配變得容易。因為所有零件在小的極限范圍內(nèi)都視為相同，而且零件試裝和銼削操作都可省去。它使零件具有互換性。如果產(chǎn)品大范圍銷售的話，備用零件的問題就可以得到簡化。
下面我們來了解下鉆模：
鉆模的定義
鉆模是引導(dǎo)刀具在工件上鉆孔或鉸孔用的機(jī)床夾具。鉆模的結(jié)構(gòu)特點是除有工件的定位、夾緊裝置外，還有根據(jù)被加工孔的位置分布而設(shè)置的鉆套和鉆模板，用以確定刀具的位置，并防止刀具在加工過程中傾斜，從而保證被加工孔的位置精度。常用的鉆模有固定式、回轉(zhuǎn)式、翻轉(zhuǎn)式和蓋板式4種。此外，還有移動式、滑柱式等鉆模。
2.3.2、鉆模的類型及選擇
1、鉆模的類型
鉆模從結(jié)構(gòu)上可以分了兩種：一種是整體鉆模；一種是可分離鉆模。區(qū)別在與整體鉆模沒有鉆套，而可分離鉆模是由鉆模扳與鉆套組成。
根據(jù)加工的產(chǎn)品可以確定鉆模的大小，鉆模的尺寸至少要L=1300mm，不可能選擇整體鉆模，因為如果磨損就只能重新制造，它只能用于制造小型的鉆模。所以選用可分離鉆模，這樣的話如果磨損，只要更換鉆套即可，可以很大程度的節(jié)約成本。
下面分別介紹幾種可分離鉆模
1）固定式鉆模?
固定式鉆模特點是加工中，鉆模固定不動，用于立式鉆床上加工單孔或搖壁鉆床上加工位于同一方向上平行孔素。如圖7所示，鉆模板3用若干個螺釘2和兩個圓柱定位銷1固連夾具體4上，鉆模板可裝配時調(diào)整位置。除用上述螺釘、銷連接外、還可以采用焊接結(jié)構(gòu)或直接鑄造成一體。固定式鉆模板結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，定位精度高，但裝卸工件不便。
2）回轉(zhuǎn)式鉆模?
回轉(zhuǎn)式鉆模用于加工工件上圍繞某一軸線公布軸向或徑向孔系。如圖8所示，為加工套筒上三圈徑向孔回轉(zhuǎn)式鉆木木模。工件以內(nèi)孔和一個端面定位軸3和公度盤2端面A上定位，用螺母4夾緊工件。鉆完一排孔后，將分度銷5拉出，松開螺母1，即可轉(zhuǎn)動分度盤2另一位置，再插入公度銷，擰緊螺母1和4后，即查行另一排孔加工。
3）翻轉(zhuǎn)式鉆模?
加工中，翻轉(zhuǎn)式鉆模一般用手進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。夾具和工件一起總重量不能太重，一般不超過100N為宜，翻轉(zhuǎn)式鉆模主要用于加工小型工件分布不同表面上孔。它可以減少安裝次數(shù)，提高各被加工孔間位置精度。其加工批量不宜過大。
4）蓋板式鉆模?
蓋板式鉆模無夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接安裝鉆模板上。它主要特點是鉆模工件上定位，夾具結(jié)構(gòu)簡單，輕便，易清除切屑。蓋板式鉆模適合體積大而笨重工件上小孔加工。中小批量生產(chǎn)，凡需鉆鉸后立即進(jìn)行倒角、锪孔、攻螺紋等工序時，采用蓋板工鉆模也極為方便。，蓋板式鉆模每次需從工件上裝卸，比較費時，故鉆模重量一般不宜超過100N。圖9所示為蓋板式鉆模。
5）移動式鉆模?
移動式鉆模用立式鉆床上，先后鉆削工件同一表面上多個孔，屬于小型夾具。移動方式有兩種：一種是自由移動，另一種是定向移動，用專門設(shè)計導(dǎo)軌和定程機(jī)構(gòu)來控制移動方向和距離。
???6）滑柱式鉆模?
滑柱式鉆模是帶有升降鉆模板通用可調(diào)夾具。它由鉆模板、滑柱、夾具體和齒輪齒條傳動、鎖緊機(jī)構(gòu)組成。這幾總分結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，具有不同系列，鉆模板也有不同結(jié)構(gòu)形式，且可以預(yù)先制好備用。滑柱式鉆模具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便和動作迅速、制造周期短優(yōu)點，生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，但難于保證更高精度。
2、鉆模的選擇
根據(jù)轉(zhuǎn)子支架孔分布的特點，沿著軸線分布，完全符合回轉(zhuǎn)式鉆模的要求。但又有個很現(xiàn)實的問題，轉(zhuǎn)子支架結(jié)構(gòu)太大，我們不可能做個同樣大的鉆模，浪費材料而且工件不好定位和旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)子支架的結(jié)構(gòu)特殊，是一個大型的圓筒，而孔的位置都在圓柱上也分布均勻有規(guī)律，加工時的擺放位置也只能是轉(zhuǎn)子支架的軸線與地面垂直。
因此根據(jù)轉(zhuǎn)子支架的結(jié)構(gòu)特點，我們選用移動式鉆模，并且是其中可定向移動的。只要限定鉆模軸向的自由度，便其可以沿圓柱端面做圓周定向移動。
2.3.3、鉆模板的類型及選擇
1、鉆模板的類型
鉆模板通常是裝配在夾具體或支架上，或與夾具體上的其它元件相連接，常見的有以下幾種類型：
1）固定式鉆模板
如圖10所示，這種鉆模板是直接固定在夾具體上的，故鉆套相對于夾具體也是固定的，鉆孔精度較高。但是這種結(jié)構(gòu)對某些工件而言，裝拆不太方便。該鉆模板與夾具體多采用圓錐銷定位、螺釘緊固的結(jié)構(gòu)。對于簡單鉆模也可采用整體鑄造或焊接結(jié)構(gòu)。
2）分離式鉆模板
如圖11所示，這種鉆模板與夾具體是分離的，并成為一個獨立部分，且模板對工作要確定定位要求。工件在夾具體中每裝卸一次，鉆模板也要裝卸一次。該鉆模板鉆孔精度較高，但裝卸工件的時間較長，因而效率較低。
3）鉸鏈?zhǔn)姐@模板
如圖12所示，這種鉆模板是通過鉸鏈與夾具體或固定支架連接在一起的，鉆模板可繞鉸鏈軸翻轉(zhuǎn)。鉸鏈軸和鉆模板上相應(yīng)孔的配合為基軸制間隙配合(G7/h6)，鉸鏈軸和支座孔的配合為基軸制過盈配合(N7/h6)，鉆模板和支座兩側(cè)面間的配合則按基孔制間隙配合(H7/g6)。當(dāng)鉆孔的位置精度要求較高時，應(yīng)予配制，并將鉆模板與支座側(cè)面間的配合間隙控制在0.01~0.02mm之內(nèi)。同時還要注意使鉆模板工作時處于正確位置。圖12所示是為保證這一要求的幾種常用結(jié)構(gòu)，設(shè)計時可根據(jù)情況選用。
這種鉆模板常采用蝶形螺母鎖緊，裝卸工件比較方便，對于鉆孔后還需要進(jìn)行锪平面、攻絲等工步尤為適宜。但該鉆模板可達(dá)到的位置精度較低，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。
4）懸掛式鉆模板
如圖d所示，這種鉆模板是懸掛在機(jī)床主軸或主軸箱上，隨主軸的往復(fù)移動而靠緊工件或離開，它多與組合機(jī)床或多頭傳動軸聯(lián)合使用。圖中鉆模板4由錐端緊定螺釘將其固定在導(dǎo)柱2上，導(dǎo)柱2的上部伸入多軸傳動頭6的座架孔中，從而將鉆模板4懸掛起來；導(dǎo)柱2的下部則伸入夾具體1的導(dǎo)孔中，使鉆模板4準(zhǔn)確定位。當(dāng)多軸傳動頭6向下移動進(jìn)行加工時，依靠彈簧5壓縮時產(chǎn)生的壓力使鉆模板4向下靠緊工件。加工完畢后，多軸傳動頭上升繼而退出鉆頭，并提起鉆模板恢復(fù)至原始位置。
2、鉆模板的選擇
在設(shè)計鉆模板的結(jié)構(gòu)時，主要要根據(jù)工件的外形大小、加工部位、結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)規(guī)模以及機(jī)床類型等條件而定。要求所設(shè)計的鉆模板結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、制造容易，并要注意以下幾點：
1） 在保證鉆模板有足夠剛度的前提下，要盡量減輕其重量。鉆模板的厚度往往按鉆套的高度來確定，一般在10~30mm之間。如果鉆套較長，可將鉆模板局部加厚。另外，鉆模板一般不宜承受夾緊力。
2） 鉆模板上安裝鉆套的底孔與定位元件間的位置精度直接影響工件孔的位置精度，因此至關(guān)重要。在上述各鉆模板結(jié)構(gòu)中，以固定式鉆模板鉆套底孔的位置精度最高，而以懸掛式鉆模板鉆套底孔的位置精度為最低。
根據(jù)鉆模板的種類: 固定式鉆模板、分離式鉆模板 、鉸鏈?zhǔn)姐@模板、懸掛式鉆模板。以及上面注意要點，固定式鉆模板對于直徑3596mm，長1300mm的轉(zhuǎn)子支架來說裝卸困難，而鉸鏈?zhǔn)姐@模板、懸掛式鉆模板則設(shè)計復(fù)雜，而且難度大。因此我們選擇分離式鉆模板。
其實鉆模板的選擇與鉆模的選擇沒什么區(qū)別，只要確定其中一個的類型，另一個的也就基本確定了。
2.3.4、鉆套的類型與選擇
1、鉆套的類型
鉆套和鉆模板是鉆夾具上的特殊元件。鉆套裝配在鉆模板或夾具體上，其作用是確定被加工孔的位置和引導(dǎo)刀具加工。
根據(jù)鉆套的結(jié)構(gòu)和使用特點，主要有四種類型：
1）固定鉆套
固定鉆套的兩種形式：無肩和帶肩，該類鉆套外圓以H7/n6或H7/r6配合，直接壓入鉆模板上的鉆套底孔內(nèi)。在使用過程中若不需要更換鉆套（據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計，鉆套一般可使用1000~12000次），則用固定鉆套較為經(jīng)濟(jì)，鉆孔的位置精度也較高。
2）可換鉆套
當(dāng)生產(chǎn)批量較大，需要更換磨損的鉆套時，則用可換鉆套較為方便，如右圖所示?？蓳Q鉆套裝在襯套中，襯套是以H7/n6或H7/r6的配合直接壓入鉆模板的底孔內(nèi)，鉆套外圓與襯套內(nèi)孔之間常采用F7/m6或F7/k6配合。當(dāng)鉆套磨損后，可卸下螺釘，更換新的鉆套。螺釘還能防止加工時鉆套轉(zhuǎn)動或退刀時鉆套隨刀具拔出。
3）快換鉆套
當(dāng)被加工孔需依次進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸時，由于刀具直徑逐漸增大，應(yīng)使用外徑相同而內(nèi)徑不同的鉆套來引導(dǎo)刀具，這時使用快換鉆套可減少更換鉆套的時間，如下圖所示?？鞊Q鉆套的有關(guān)配合與可換鉆套的相同。更換鉆套時，將鉆套的削邊處轉(zhuǎn)至螺釘處，即可取出鉆套。鉆套的削邊方向應(yīng)考慮刀具的旋向，以免鉆套隨刀具自行拔出。
4）特殊鉆套
由于工件形狀或被加工孔位置的特殊性，有時需要設(shè)計特殊結(jié)構(gòu)的鉆套，如圖16所示。 在斜面上鉆孔時，鉆套應(yīng)盡量接近加工表面，并使之與加工表面的形狀相吻合，如圖a。如果鉆套較長，可將鉆套孔上部的直徑加大（一般取0.1mm），以減少導(dǎo)向長度。 在凹坑內(nèi)鉆孔時，常用加長鉆套（H為鉆套導(dǎo)向長度）如圖b。圖c、d為鉆兩個距離很近的孔時所設(shè)計的非標(biāo)準(zhǔn)鉆套。
2、鉆套的選擇
轉(zhuǎn)子支架的鉆模只是鉆固定位置上的孔，不需跟換鉆套，因此我們使用固定鉆套中帶臺階的，鉆套與模板的配合使用過盈配合。
總結(jié)上面鉆模、鉆模板、鉆套的選擇。選擇可分離鉆模中的移動式鉆模，模板選擇可分離式模板，鉆套選擇固定鉆套。此時鉆模的大體樣子已經(jīng)清楚，下一步只要根據(jù)轉(zhuǎn)子支架確定模板和鉆套的尺寸，及其配合。
2.4鉆模的設(shè)計
2.4.1、定位方案 在空間完全自由的單元體的條件下，它有6個自由度。用3條互相垂直的XX,YY,ZZ軸來表示這6個自由度。單元體可沿任何一條軸線移動，因此有3個平動自由度。單元體也可繞任何一條軸線轉(zhuǎn)動，因此有3個轉(zhuǎn)動自由度，總計有6個自由度。只要限定所有的自由度才能使鉆模定位準(zhǔn)確，因此要考慮所有自由度的限制。
1、V型面的設(shè)計
轉(zhuǎn)子支架是一個大圓筒，待加工孔的位置在圓柱外表面。在夾具設(shè)計中常用于外圓表面的定位元件有定位套、支撐板和V型塊。
根據(jù)所加工螺紋孔位置特點，選用V型塊，不過這里的設(shè)計有點不同，把這個鉆模設(shè)計成V型面，兩斜面的夾角是根據(jù)設(shè)計需要計算的，且它的安裝位置不是水平而是豎直的，因此它只能限制3個自由度。
V型面可以限制3個自由度、、，如圖所示。
2、擋板的設(shè)計
如圖18在側(cè)模板一端面設(shè)計一擋板，用螺釘固定，此板不僅限定了軸向即軸的自由度和軸的自由度，而且承擔(dān)了所有板的重量。此板限制了自由度。
3、定向鍵的設(shè)計
右圖是轉(zhuǎn)子支架的方槽，其均勻分布在支架外圓柱面，與外圓柱面孔的位置固定。設(shè)計一定向鍵限定鉆模的周向移動和徑向轉(zhuǎn)動，定向鍵限制了、、3個自由度。如圖19所示：
定向鍵設(shè)計在模板的兩端，也用螺釘固定在模板上。
V型面、擋板、定向鍵一共限定了5個自由度、、、、，屬于不完全定位，但要完全定位才能使鉆模定位準(zhǔn)確。把鉆模裝夾在轉(zhuǎn)子支架上，才能限制自由度。
2.4.2、夾緊方案
1、夾緊塊的設(shè)計
夾緊塊選用螺旋夾緊結(jié)構(gòu)，直接用螺桿來壓緊。螺旋夾緊結(jié)構(gòu)簡單，自鎖性能好，能夠滿足鉆模的夾緊方案。
螺旋夾緊保證了定位穩(wěn)定、滿足切削時使切削過程順利完成，滿足夾緊力作用點靠近加工位置，夾緊力方向與切削力方向一致，這樣使夾緊力最小、最合理。
轉(zhuǎn)子支架夾緊塊的作用使定向鍵與轉(zhuǎn)子支架的方槽緊密配合，同時也使鉆模板斜面與轉(zhuǎn)子支架斜面緊密配合。在緊固的同時也起到定位的作用。
定位方案中V型面、擋板、定向鍵、確定了、、、、，夾緊塊是安裝鉆模的最后步驟，它使V型斜面緊密結(jié)合轉(zhuǎn)子支架外圓柱面，從而限制最后一個自由度。鉆模與轉(zhuǎn)子支架形成完全定位，保證了孔加工時的位置精度。
2.4.3、鉆套的設(shè)計
鉆套我選擇的是固定鉆套（帶肩的），下面設(shè)計鉆套內(nèi)孔的基本尺寸及公差配合的選擇：1、鉆套內(nèi)外孔
鉆套內(nèi)孔（又稱導(dǎo)向孔）直徑的基本尺寸應(yīng)為所用刀具的最大極限尺寸，并采用基軸制間隙配合。 轉(zhuǎn)子支架圓柱面M10的螺紋孔，直接采用Φ8.6mm的鉆花，鉆孔后即可攻絲。鉆花與鉆套內(nèi)孔應(yīng)采用基軸制間隙配合，公差取F8，因此鉆套內(nèi)孔徑為Φ8.6 F8。 鉆套外徑查常用鉆套規(guī)格參數(shù)表取Φ16mm，鉆套與模板采用基孔制過渡配合H7/n6，是允許有較大過盈的更精密定位的配合，所以鉆套外徑公差取n6，外徑為Φ16n6。
2、導(dǎo)向長度H
鉆套的導(dǎo)向長度H對刀具的導(dǎo)向作用影響很大，H較大時，刀具在鉆套內(nèi)不易產(chǎn)生偏斜，但會加快刀具與鉆套的磨損；H過小時，則鉆孔時導(dǎo)向性不好。通常取導(dǎo)向長度H與其孔徑之比為：H/d=1~2.5。加工精度要求較高或加工的孔徑較小時，由于所用的鉆頭剛性較差，則H/d值可取大些，如鉆孔直徑d<5mm時，應(yīng)取H/d≥2.5；如加工兩孔的距離公差為±0.05mm時，可取H/d=2.5~3.5。 轉(zhuǎn)子支架的螺紋孔位置度要求為Φ0.5，根據(jù)其的鉆模孔的位置度為Φ0.125，要求不是很高，所以導(dǎo)向長度取H/d=1~2.5，轉(zhuǎn)子支架鉆套的長度H=8.5X（1~2.5）=8.5~21.25mm，考慮到鉆模板的設(shè)計取21mm。
3、排屑間隙h
排屑間隙h是指鉆套底部與工件表面之間的空間。如果h太小，則切屑排出困難，會損傷加工表面，甚至還可能折斷鉆頭。如果h太大，則會使鉆頭的偏斜增大，影響被加工孔的位置精度。加工鑄鐵件時，h=(0.3~0.7)d；加工鋼件時， h=(0.7~1.5)d；式中d為所用鉆頭的直徑。對于位置精度要求很高的孔或在斜面上鉆孔時，可將h值取得盡量小些，甚至可以取為零。
轉(zhuǎn)子支架是鋼件，孔位置度0.5，精度要求不高，因此不設(shè)計排屑間隙。
鉆套如圖21所示：
2.4.4、鉆模板的設(shè)計
1、整體尺寸的確定
根據(jù)轉(zhuǎn)子支架的尺寸以及鉆模的夾緊位置，鉆模的長度為1300mm，鉆模一次加工兩組孔，根據(jù)兩組孔間距188.2mm，寬度的設(shè)計為240mm，高度依據(jù)鉆套與鉆模板的配合長度21mm設(shè)計為23mm，如圖22所示。
2、V型面的設(shè)計
鉆模是鉆夾在圓柱面上，要保證加工時，鉆花垂直于圓柱面，所以平板鉆模要設(shè)計個V型面以保證鉆套與圓柱面垂直，即確保鉆套軸線在轉(zhuǎn)子支架的徑向上。
如圖23， α=arctan（4.93/94.1）=3゜，鉆模板的V型面使用銑刀加工，因此要在兩斜面交叉處設(shè)計一凹槽，給銑刀留加工位置，凹槽深度設(shè)計為2mm。
3、模板上鉆套孔的設(shè)計
鉆套孔是保證鉆套的位置，因此很重要。孔的軸線應(yīng)與模板V型面垂直，加工位置也在V型面上。孔與鉆套的配合參照鉆套設(shè)計時設(shè)定的基軸制過盈配合H7/n6，公差取H7，孔徑為Φ16H7。
4、與鍵槽配合定向鍵的設(shè)計
定向鍵是根據(jù)轉(zhuǎn)子支架的方槽設(shè)計的，方槽的寬度為mm,所以定向鍵寬度為30，定向鍵與方槽的配合取間隙配合，是間隙很小的滑動配合，可以自由移動和滑動并精密定位的配合，公差取0.05，寬度為mm，長度設(shè)定為85mm，高度設(shè)定為14。定向鍵作用是重要的圓周定位，因此對于定向鍵與方槽的配合，寬度要求高，其與鉆模板的固定是用螺釘緊固。
5、鍵槽的設(shè)計
鍵槽是用來固定定向鍵的，它的精度直接影響著鉆模的周向定位，根據(jù)定向鍵的設(shè)計。鍵槽的長度為90mm，高度從圖24計算為8.86mm，因為定向鍵的高度要小于模板與轉(zhuǎn)子支架的間隙，防止定向鍵頂住轉(zhuǎn)子支架，所以取9mm或更大。定向鍵與鉆模的
配合為過渡配合，用于只有較小過盈的精密定位配合。公差取0.05，寬度為。鍵槽的的長度應(yīng)該大于定向鍵的長度，防止定向鍵過長，超出鉆模板端面，影響擋板的定位，從而影響整個鉆模的定位精度。
6、夾緊塊的設(shè)計
夾緊塊的作用是使模板與轉(zhuǎn)子支架的接觸緊密，把定向鍵壓如方槽中，從而周向定位。夾緊塊設(shè)計為U型鐵，其U型口的寬度設(shè)計，根據(jù)轉(zhuǎn)子支架的壁厚33mm和鉆模板的厚度23mm，再加上緊固螺釘?shù)膴A緊空間20mm，即為U型口的寬度80mm，螺紋孔的位置及其它尺寸如圖25所示。
7、移動塊的設(shè)計
移動塊一邊用螺釘與模板緊固，一邊與轉(zhuǎn)子支架的頂緣結(jié)合。其寬度就是鉆模板的厚度23mm與轉(zhuǎn)子支架的壁厚33mm，為55mm?？紤]到不影響夾緊塊的夾緊，在移動塊上開個方形口，尺寸根據(jù)夾緊塊設(shè)定。移動塊在轉(zhuǎn)子支架上移動且要承擔(dān)所有的鉆模重量，因此移動塊的材料要耐磨且韌性好，所以用45#。
8、承重塊的設(shè)計
因為鉆模的重量N=Vxxg=552N（V為體積，=7.85Kg / 為Q235鋼板的密度，g為9.8N / Kg），太重安裝不方便，所以設(shè)計一承重塊，便于吊裝。長230mm，寬23mm，厚10mm。
移動塊與承重塊的孔位置見零件圖，其是根據(jù)鉆模板上的螺紋孔設(shè)計。
以上是整個鉆模零部件的設(shè)計，它們的尺寸都是根據(jù)轉(zhuǎn)子支架的方槽和螺紋孔的位置公差、形狀公差設(shè)計，因此能保證鉆模加工孔的要求。
3、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架鉆模的工藝
公司的加工流程是：先做下料單、下料圖、編寫工藝卡，把下料單、下料圖發(fā)給下料車間，工藝卡、圖紙和領(lǐng)料單發(fā)給機(jī)架車間。
下料圖已經(jīng)留好加工余量，下料車間按下料圖下料后，由機(jī)加車間拿領(lǐng)料單領(lǐng)料機(jī)加。
3.1鉆模板的工藝
鉆模板只是用來固定鉆套的位置，材料要求不高，所以選用45#，振動調(diào)質(zhì)處理。
按照下料圖，在火焰切割機(jī)上編程，加工面預(yù)留加工余量5mm，然后按圖切割。冷卻，去焊渣。
考慮到鉆模板的切削量大，它的變形會影響鉆模的精度，因此要調(diào)質(zhì)處理，以公司的條件采用振動調(diào)質(zhì)。振動調(diào)質(zhì)后可以減少工件熱后變形的90％。
鉆模板在加工時，沒有裝夾位置，因此需焊接壓塊，使其能夠準(zhǔn)確的定位。壓塊取6塊，長100mm，寬40mm，厚10mm（為了節(jié)約材料，可以用廢料代替），壓塊的位置如圖26所示。
有一個問題要考慮，是先加工鉆套孔還是先加工卸重孔。此鉆模板最重要的是鉆套孔的位置度精度，它直接影響鉆套的安裝。所以先加工卸重孔，即使產(chǎn)生變形也不影響后面鉆套孔的加工精度。
還有另一個問題，在加工V型面上的鉆套孔與Φ50mm的卸重孔時，原來的坐標(biāo)原點已經(jīng)發(fā)生改變，因此要重新確定新坐標(biāo)原點。
先用鉆花點一樣孔，記下坐標(biāo)，旋轉(zhuǎn)3゜后，再用鉆花對刀樣孔，記下新坐標(biāo)，計算坐標(biāo)偏轉(zhuǎn)量后，確定新坐標(biāo)原點的坐標(biāo)，即可按圖紙加工鉆套孔和卸重孔。
如圖27所示，（a，b）為樣孔旋轉(zhuǎn)前的坐標(biāo)， （c，d）為樣孔旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)，坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)了（c-a，d-b），所以旋轉(zhuǎn)后坐標(biāo)原點的坐標(biāo)為（c-a，d-b）。
鉆模板上鉆套孔與鍵槽位置公差的對稱度要求都高，加工時安裝次數(shù)越少誤差也就越小。用臥式數(shù)顯鏜銑床加工鉆模板，鉆套孔與鍵槽的加工只需 一次安裝便能完成，機(jī)床如圖所示：
鉆模板的加工工藝卡如表一所示：
表一
工序代碼
工序 名稱
轉(zhuǎn)子支架鉆模板的工序內(nèi)容
車 間
設(shè) 備
10
下料
按下料圖下料，加工面保留加工余量，冷卻后，去焊渣
下料
數(shù)控火焰切割機(jī)
20
焊壓板
按圖紙要求，焊接壓塊，焊后去焊渣，打磨毛刺
鉚焊
焊機(jī)
30
調(diào)質(zhì)
振動調(diào)質(zhì)，20分鐘
機(jī)加
激振器
40
銑端面
以C端面為基準(zhǔn)，在水平裝夾鉆模板，按圖紙加工要求加工B端面，粗銑端面到1303mm，留精銑余量0.5mm，最后精銑，去毛刺
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
50
銑端面
再以C端面為基準(zhǔn)，水平裝夾鉆模板，按圖紙加工要求加工A端面，粗銑端面到1301mm，留精銑余量1mm，最后精銑保證1300mm和光潔度，去毛刺
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
60
鉆端面螺紋孔
換Φ10.5mm的鉆花，在A端面鉆Φ10.5mm的孔深20mm；換Φ12mm的攻絲鉆，攻絲后，除鐵屑，去毛刺
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
70
銑平面
以B面為水平基準(zhǔn)，以D面為豎直基準(zhǔn)，把鉆模板豎直固定在角鐵上，，按圖紙加工要求，銑C平面，粗銑1mm，精銑0.5mm，保證尺寸23.5mm
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
80
銑鍵槽 凹槽
翻轉(zhuǎn)鉆模板，以B面為水平基準(zhǔn)，以C面為豎直基準(zhǔn)，把鉆模板豎直固定在角鐵上，先對刀鉆模板兩邊，以鉆模板的豎直軸線設(shè)定坐標(biāo)原點，按圖紙加工要求，先用Φ25mm的鍵銑刀銑鍵槽保留單邊余量2.5mm；換Φ20mm的立銑刀，精銑鍵槽邊達(dá)到圖紙要求mm；最后換Φ30mm的鍵銑刀，銑凹槽
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
90
鉆凹槽中的卸重孔
換Φ30mm鉆花，按圖紙要求加工卸重孔13xΦ30mm
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
100
鉆鍵槽中的通孔
換Φ12mm鉆花，按圖紙要求加工2xΦ12mm通孔
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
110
銑斜面
旋轉(zhuǎn)工作臺3°后，換Φ80mm刀盤銑刀，按圖紙要求，先粗銑，再精銑，保證粗糙度要求和尺寸23mm；反向轉(zhuǎn)動工作臺 6°，以同樣的要求銑另一面
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
120
確定旋轉(zhuǎn)后新坐標(biāo)原點
在鉆模板上點個樣孔，旋轉(zhuǎn)3°后移動刀具，對刀樣孔，從顯示器上讀取新坐標(biāo)，確定新坐標(biāo)原點，
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
130
鉆卸斜面上的重孔
換Φ50mm鉆花，根據(jù)新原點坐標(biāo)，再按圖加工28xΦ50mm
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
140
鉆鉆套孔
換Φ15.8mm鉆花，根據(jù)新原點坐標(biāo)，再按圖加工鉆套孔，最后用Φ16mm鉸刀精加工達(dá)到圖紙要求Φmm
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
150
清理
卸工件、去毛刺、加工面上油
檢驗
按圖紙檢驗
庫存
3.2、定向鍵的加工工藝
鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，在設(shè)計定向鍵是就考慮了這個問題，能用標(biāo)準(zhǔn)件最好，有合適標(biāo)準(zhǔn)件鍵加工后能達(dá)到要求，不僅加工節(jié)約時間和材料，也降低了加工難度。定向鍵的尺寸是長85mm，寬，高14mm，有種標(biāo)準(zhǔn)的鍵條寬30mm，厚20mm，所以用鍵條加工。
先取鍵條，用切割機(jī)切割鍵條，保留單邊余量5mm，在用立式升降式銑床加工端面與平面，達(dá)到圖紙要求即可。立式升降式銑床如圖29所示。
定向鍵的加工工藝卡如表二所示：
表二
工序代碼
工序名稱
扁鍵的工序內(nèi)容
車 間
設(shè) 備
10
下料
鍵條按下料圖下料，長度保留單邊余量6mm，冷卻后，去毛刺
下料
切割機(jī)
20
銑端面
以A面定位，豎直安裝扁鍵，一定要保證扁鍵的垂直，銑B面，先粗銑2mm，再精銑1mm；以B端面定位，加工A端面，保證圖紙尺寸長度85mm
機(jī)加
立式升降式銑床
30
銑平面
以C面定位，保證平面的平整，加工另一面，先粗銑5mm，精銑1mm,保證圖紙尺寸高度14mm
機(jī)加
立式升降式銑床
40
銑側(cè)面
以D面定位，保證平面的平整，直接另一面精銑達(dá)到圖紙尺寸要求
機(jī)加
臥式數(shù)顯鏜銑床
50
清理
去毛刺，銳角倒鈍
機(jī)加
打磨機(jī)
60
劃線
把扁鍵平放在平板上，畫M10螺紋孔的位置，打樣孔
機(jī)加
劃針
70
鉆螺紋孔
用老虎鉗把扁鍵定位在鉆床下，用Φ8.6mm的鉆花鉆通孔；換Φ10mm的攻絲鉆，攻絲
機(jī)加
50立式鉆床
80
清理
去孔周圍毛刺，清理螺紋孔內(nèi)鐵屑
機(jī)加
90
倒角
在平臺上，用老虎鉗固定定向鍵，手工打磨所有銳角，倒角1x45，保證平整
機(jī)加
打磨機(jī)
100
清理
去未加工面鐵銹，加工面上油
機(jī)加
110
檢驗
按圖紙檢驗
庫存
參考文獻(xiàn)
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總 結(jié)
本鉆模不同于常見的鉆模結(jié)構(gòu)，它是根據(jù)現(xiàn)場工件的需求而設(shè)計的，既能和工件一起轉(zhuǎn)動，又能移動。它對于轉(zhuǎn)子支架螺紋孔的加工，大大的提高了工作效率，同時也提高了鉆孔的位置度。減少了加工難度，降低了加工成本。為公司產(chǎn)生了效益立竿見影。
致 謝
通過為時近3個月的努力，終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)4年的一個總結(jié)，是4年所學(xué)知識的最好體現(xiàn)，同時也使面臨的最后一個次考試。它不僅把我4年的全部知識綜合起來，還要求我能夠靈活運用和掌握，再創(chuàng)新。本次畢業(yè)設(shè)計還使我學(xué)到了很多的專業(yè)以外的知識，讓我全面的提升，特別是在獨立的思考解決問題方面。為以后再工作上打下了牢靠的基礎(chǔ)。在設(shè)計與論文的撰寫過程中，畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師文美純，劉老師及本人師父樂喜云給了我悉心的指導(dǎo)和熱心的幫助，不但是我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計，在能力方面提升不少，而且為我樹立了嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)和忘我工作的榜樣。在此我對他們表示由衷的感謝。
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