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永磁傳動技術論文范文1
【關鍵詞】永磁同步電機;恒壓頻比開環控制;矢量控制;直接轉矩控制
1.引言
近年來，隨著電力電子技術、新型電機控制理論和稀土永磁材料的快速發展，永磁同步電動機得以迅速的推廣應用。永磁同步電動機具有體積小，損耗低，效率高等優點，在節約能源和環境保護日益受到重視的今天，對其研究就顯得非常必要。因此。這里對永磁同步電機的控制策略進行綜述，并介紹了永磁同步電動機控制系統的各種控制策略發展方向。
2.永磁同步電機的數學模型
永磁同步電機（PMSM）的永磁體和繞組，繞組和繞組之間的相互影響，電磁之間的關系十分復雜，由于磁路飽和等非線性因素，建立精確的數學模型是很困難的。為了簡化PMSM的數學模型，我們通常作如下的假設：
（1）磁路不飽和，電機電感不受電流變化影響，不計渦流和磁滯損耗;
（2）忽略齒槽、換相過程和電樞反應的影響;
（3）三相繞組對稱，永久磁鋼的磁場沿氣隙周圍正弦分布;
（4）電樞繞組在定子內表面均勻連續分布;
（5）驅動二極管和續流二極管為理想元件;
（6）轉子磁鏈在氣隙中呈正弦分布。
對于永磁同步電機來說，即用固定轉子的參考坐標來描述和分析其穩態和動態性能是十分方便的。此時，取永磁體基波勵磁磁場軸線即永磁體磁極的軸線為d軸，而q軸逆時針方向朝前90o電角度。d軸與參考軸A之間夾角為。圖1為永磁同步電機（PMSM）矢量圖。
圖1 PMSM空間向量圖
Fig.1 Space vector diagram of PMSM
根據圖1所示向量圖進行坐標變換，滿足功率不變原則，得到在旋轉坐標系下PMSM的數學模型方程如下
（1）電壓方程
由三相靜止軸系ABC到同步旋轉軸系dq的變換得：
（1）
，Rs為定子相電阻，其中：
。
（2）磁鏈方程
（2）
式中為轉子（永磁體）在dq軸的磁鏈，，ud、uq，id、iq和、分別為dq軸的電流、電壓和磁鏈。、為dq軸的電感。
（3）轉矩方程
電磁轉矩的表達式為：
（3）
pn為極對數，定子磁鏈空間矢量，is為定子電流空間矢量。
3.恒壓頻比開環控制（VVVF）
恒壓頻比開環控制（VVVF）是為了得到理想的永磁同步電機轉矩-速度特性，基于在改變電源頻率進行調速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的。 按照這種控制策略進行控制，使供電電壓的基波幅值隨著速度指令成比例的線性增長，從而保持定子磁通的近似恒定。VVVF控制策略簡單，易于實現，轉速通過電源頻率進行控制。但同時，由于系統中不引入速度、位置等反饋信號，因此無法實時捕捉電機狀態，致使無法精確控制電磁轉矩：在突加負載或者速度指令時，容易發生失步現象;也沒有快速的動態響應特性。因此，恒壓頻比開環控制電機磁通而沒有控制電機的轉矩，控制性能差。通常只用于對調速性能要求一般的通用變頻器上。
4.矢量控制（VC）
七十年代中期，德國學者提出“交流電機磁場定向的控制原理”，即用矢量變換的方法研究交流電機的動態控制規律。矢量控制理論采用矢量分析的方法來分析交流電機內部的電磁過程，是建立在交流電機的動態數學模型基礎上的控制方法。它模仿對直流電機的控制技術，將交流電機的定子電流解禍成互相獨立的產生磁鏈的分量和產生轉矩的分量。分別控制這兩個分量就可以實現對交流電機的磁鏈控制和轉矩控制的完全解禍，從而達到理想的動態性能。使交流傳動的動、靜態特性有了顯著的改善，開創了交流傳動的新紀元。矢量控制是目前高性能交流電機調速系統所采用的主要控制方法，具有很好的動態性能。然而這種控制技術本身還是存在一些缺陷的，受電機參數影響較大，由于電機參數在不同運行情況與環境的多變性，所以系統魯棒性不強;矢量控制的根本是實現類似直流電機的控制，因此需要進行復雜的解耦運算，增加了信號處理工作負荷，要求更高的硬件處理器配合;
5.直接轉矩控制（DTC）
1985年德國學者M.DepenBrock教授首次提出了磁鏈采用六邊形控制方案的直接轉矩控制理論。該方法只是在定子坐標系下分析交流電機的數學模型，強調對電機的轉矩進行直接控制，省掉了矢量旋轉變換等復雜的變換和計算。其磁場定向所用的是定子磁鏈，只要知道定子電阻就可以把它觀測出來。因此，DTC大大減少了矢量控制技術中控制性能易受參數變化影響的問題，很大程度上克服了矢量控制的缺點。
轉差角頻率越大，轉矩越大。轉差角頻率增加，轉矩也增加。說明異步電機的轉矩和轉矩增長率都可以通過控制定子磁場對轉子的角頻率來控制。也就是說，異步電機DTC是建立在電機轉差角頻率控制的理論基礎上的。而同步電機并不存在這種轉差角頻率，正是由于這個原因，DTC策略在同步電機上沒有能夠快速地得到應用。直到1996年英國的French.C和Acarnley .P發表了關于PMSM的DTC的論文，1997年由澳大利亞的Zhong L， Rahman.M.T教授和南航的胡育文教授等合作提出了基于PMSM的DTC方案，初步解決了DTC控制策略在PMSM上應用的理論基礎。有了這個理論基礎，PMSM的DTC控制也成了眾多學者研究的一個熱點。
就目前而言，永磁同步電機控制的直接轉矩控制摒棄了矢量控制解耦的思想，將轉子磁通定向更換為定子磁通定向，通過控制定子磁鏈的幅值以及磁通角，達到控制轉矩的目的，具有控制手段直接、結構簡單高效、控制性能優良、動態響應迅速的特點。直接轉矩控制在克服了矢量控制弊端的同時，這種粗獷式控制方式也暴露出固有的缺陷。首先控制器采用Bang-Bang控制，實際轉矩必然在上下限內脈動;再者調速范圍受限。在低速時，轉矩脈動會增加，而且定子磁鏈觀測值會不準。另外，電機參數的時變對直接轉矩控制也有影響。
6.結論
本文所闡述的永磁同步電機的控制方式是最基本的三種控制方式。通過文中的闡述，可以看出每種控制方式都有其利弊，可以根據設備的應用環境工況來選擇設備的控制方法。
同時隨著控制理論的不斷發展，學者們采用智能控制策略，如最優控制、遺傳算法、模糊控制等方法，用來克服每種控制方式的弊端，使得永磁同步電機的應該更加廣泛，充分發揮其體積小，損耗低，效率高等優點。
參考文獻
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永磁傳動技術論文范文2
關鍵詞：永磁同步電動機；應用特性；研究
引言
稀土永磁電動機具有高效節能的顯著優點，應用范圍正日益遍及國防、航空航天、工農業生產和日常生活的諸多領域，發展潛力巨大。相較于電勵磁電動機，稀土永磁電動機結構特殊且種類多樣，傳統的設計理論和分析方法已難以適應高性能電機研發的要求，需要綜合運用多學科理論和現代設計手段，進行創新研究。傳統設計模式得到的產品，在工況相對固定的應用場合，能夠表顯出良好的技術性能，但在永磁同步電動機實際運用的過程中，其振動與噪聲始終沒有得到有效解決，甚至會對其實際運行的穩定性產生不利的影響。為此，針對永磁同步電動機設計當中的關鍵技術研究十分有必要，同樣也逐漸成為國民經濟發展的關鍵增長點。因此，本文在電機和電磁場理論的基礎上，結合實際工程應用問題，對永磁同步電動機的工作工程中的振動和噪聲問題進行實驗分析研究，并提出具體解決改善措施。論文的工作主要集中在以下幾個方面：（1）測試裝置與系統的實驗，選擇11kW的永磁同步電動機，對其振動和噪聲的特性進行測試。其中，將非金屬環合理安裝于9000A的渦流傳感器之上，隨后，同樣將其安裝在軸承端蓋的位置，進而對轉子動態特性展開全面測試。（2）永磁同步電動機振動與噪聲信號的分析，通過對永磁同步電動機振動和噪聲信號的測試與分析，當電動機處于額定負載的情況下，其振動信號呈現出一簇脈沖，其電流信號也有所改變，并非正常的正弦時域波形。（3）對噪聲頻譜的分析，當11kW永磁同步電動機處于空載狀態時，根據聲壓級頻譜的內容可以發現，其中存在兩個峰值。而當11kW永磁同步電動機處于額定負載的狀態下，根據聲壓級頻譜內容可以發現，存在三個峰值。而通過噪聲頻譜與振動頻譜的對比和比較，可以發現對于永磁同步電動機噪聲產生影響的因素中，軸承振動并非主要矛盾。通過對空載以及額定負載條件下的聲壓級頻譜對比與比較可以發現，峰值多出一，而具體的原因就是受負載增加的影響，導致電流與功角隨之提高，進而生成了頻率成分。
以下是詳細實驗過程：
1 永磁同步電動機應用特性的實驗分析――以振動與噪聲為實驗對象
1.1 測試裝置與系統的實驗
選擇11kW的永磁同步電動機，對其振動和噪聲的特性進行測試。其中，將非金屬環合理安裝于9000A的渦流傳感器之上，隨后，同樣將其安裝在軸承端蓋的位置，進而對轉子動態特性展開全面測試。
1.2 永磁同步電動機振動與噪聲信號的分析
通過對永磁同步電動機振動和噪聲信號的測試與分析，當電動機處于額定負載的情況下，其振動信號呈現出一簇脈沖，其電流信號也有所改變，并非正常的正弦時域波形[1]。
1.3 對噪聲頻譜的分析
當11kW永磁同步電動機處于空載狀態時，根據聲壓級頻譜的內容可以發現，其中存在兩個峰值。而當11kW永磁同步電動機處于額定負載的狀態下，根據聲壓級頻譜內容可以發現，存在三個峰值。而通過噪聲頻譜與振動頻譜的對比和比較，可以發現對于永磁同步電動機噪聲產生影響的因素中，軸承振動并非主要矛盾。通過對空載以及額定負載條件下的聲壓級頻譜對比與比較可以發現，峰值多出一個，而具體的原因就是受負載增加的影響，導致電流與功角隨之提高，進而生成了頻率成分。
2 改善永磁同步電動機應用特性的具體措施
2.1 有效降低力波
第一，繞組選擇要科學。在選擇定子繞組的過程中，最好選擇諧波磁動勢不高的，像是正弦繞組，能夠有效地降低噪聲。第二，將定子槽與轉子槽的開口寬度減小。通過半閉口槽亦或是閉口槽能夠使氣隙磁導諧波有效降低。與此同時，為了能夠實現轉矩脈動的降低，就需要采用槽開口寬度增大的方式。第三，氣隙磁通密度適當減少。因為徑向力和氣隙磁密平方呈現出正比例關系，而振幅和徑向力同樣呈正相關關系。除此之外，升功率和振幅平方近似呈正比例的關系[2]。在這種情況下，磁通的密度如果相對較高，那么不僅只是聲功率隨之提高，同樣還會影響系統運轉的效果，分叉與混沌現象的發生幾率會更高。然而，一旦減小氣隙磁密，還會使電動機的自重增加。在這種情況下，應當綜合考慮多種因素來進行設計。
2.2 磁場應對稱
在永磁同步電動機實際運行的過程中，如果轉子偏心很容易引起低階徑向力，導致電動機自身的噪聲不斷增加[3]。在這種情況下，不僅要對加工工藝與裝配工藝進行合理地控制，同樣采取定子并聯繞組的方式，也能夠避免因轉子不同心而帶來的噪聲，這樣就能夠確保各級磁通處于一致狀態，有效地規避了磁拉力出現的不平衡性，使得振動與噪聲的產生幾率下降。
2.3 斜槽與斜極的控制
對于永磁同步電動機來說，將其定子鐵心以斜槽的形式制作出來，能夠確保徑向力波始終沿著電動機的長度方向軸線來移動[4]。這樣一來，其沿著軸線方向的平均徑向力就會隨之下降，同時，附加轉矩以及噪聲也會隨之降低，然而，實際的附加損耗卻并不會下降。
2.4 定子動態振幅與聲振幅的合理減少
第一，要科學增加阻尼。可以在永磁同步電動機的定子鐵心以及機座中適當地涂上阻尼材料，與此同時，使用清漆亦或是環氧樹脂，實現定子疊片的有效粘結[5]?；诖?，應當對定子鐵心以及機座間存在的間隙進行及時填充，這樣也能夠使電動機阻尼不斷增加。第二，聲輻射效率的減少。在對永磁同步電動機聲輻射功率進行計算的過程中，主要是相對聲強輻射系數和無窮大平板聲強公式相乘[6]。其中，相對聲強輻射的系數和電動機的定子長徑比以及振動模態階數等存在緊密的聯系。為此，在立波階數的增加，使聲強輻射系數減少，可以有效地控制噪聲。
3 結束語
綜上所述，永磁同步電動機在實踐應用中的作用十分重要，所以，對其應用特性的研究具有重要的現實意義。電動機振動過大不僅會對運行可靠程度帶來負面影響，同樣還會引發噪聲。因而，文章將稀土永磁同步電動機作為重點研究對象，并且以振動和噪聲兩個特性為例，闡述了控制這兩種特性的可行性方式，以期為永磁同步電動機的正常運轉提供有價值的參考依據，充分發揮其自身的功用。
參考文獻
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永磁傳動技術論文范文3
【關鍵詞】濾波裝置 成像 步進電機
攝像機拍攝的圖像是由被拍攝物發射光（反射光）及背景光兩部分組成。在攝像機已經確定下來的情況下，一般采用通過改變曝光參數的方法，調整目標成像的亮度來改善目標的成像質量。但是在實際使用中，受被拍攝物體的亮度、運動方式、背景環境等多種因素影響，攝像機的曝光參數的調節有時比較困難，特別是物體本身亮度較強的情況下，參與成像的主要光譜對應的光強太大，使得攝像機接收CCD飽和，而目標輪廓對應的成像光譜光強較弱，所以輪廓不清晰。只靠攝像機自身降低曝光參數來進行目標的清晰成像并不是那么容易，因此，僅僅依靠調整曝光參數是無法從根本上解決成像質量清晰與否的問題，需要設計一套載有不同波段濾光片的濾波轉動裝置，采用步進電機驅動的轉盤來裝夾濾光片，濾波裝置與攝影機時序匹配。本文中設計的濾波載盤旋轉時，不拍攝；電機停轉時，攝影機工作。濾波轉動裝置通過選擇適當的高通、低通或帶通濾波片，將干擾目標成像的光譜成分濾除，使目標在圖像中的對比度得到改善。
1 濾波裝置的組成
濾波裝置是將裝載不同波長性能濾光片的轉輪置于攝影或攝像機之前，在攝影、攝像機工作時，控制轉輪，使不同波長的光成像，比較成像的質量，決定濾光波長。
本套裝置選用常規攝像機，考慮到目標距離攝影點很遠，使用伽利略系統，目鏡放大倍數為10倍，焦距為25mm，物鏡焦距為900mm，總角放大倍數為36倍，有連拍功能。濾波裝置由機械載片轉盤、步進電機驅動器、控制電路以及顯示設備組成。
主要完成以下功能：
（1）控制機能夠帶動轉盤在0.5s內轉動72°。
（2）完成轉動后滯留一段時間，繼續下一步，滯留時間以0.1s為單位可調。
（3）運行速度、加速度可調，轉動角度以0.9°為單位可調。
（4）具有顯示功能，顯示參數設置信息以及電機運行信息。
（5）具備串口功能，可以方便進行程序燒寫，并可與上位機交互通信及控制。
2 步進電機驅動控制裝置
2.1 步進電機選型
攝像機帶動轉盤轉動，對電機要求較高，不僅啟動速度要快，而且停止后定位要準確，但在設計時發現轉盤的轉動慣量較大，不易停止下來。通過實驗發現，采用永磁式步進電機可以滿足本裝置中對電機的要求：電機既可滿足帶動轉盤高速運動的同時，又可滿足在停止時轉盤定位準確無過沖現象，同時功率消耗較小。
步進電機型號定為：85BYGH-201。
2.2 控制電路設計
步進電機控制方框圖如圖2所示。
為了保證本裝置結構簡單、運行可靠，經過論證，步進電機控制器采用STC89C52單片機芯片，能夠滿足本裝置使用要求。該系統能夠發出脈寬、頻率、脈沖個數均可控制的方波，控制電機運行，并且還可以利用串口對單片機進行程序的燒寫，對其功能可以進一步擴展。其整體的電路圖如圖3所示。
采用SMC1602A液晶顯示器，能夠將濾波裝置的參數設置及工作狀態實時顯示出來，供操作人員實時監控。操作人員可以通過操作液晶顯示器面板的控制按鍵，實現裝置控制參數的顯示、設置、電機運行和停止等功能。如圖4所示是按鍵控制電路圖。
2.3 軟件設計
單片機采用多中斷系統，分析判斷中斷標志位，確定有無中斷以及中斷方式，確定中斷方式后再通過查詢方式判斷具體工作模式，最后執行相對應程序。軟件控制流程如圖5所示。
3 實驗分析
采用普通攝像機加裝本濾波裝置，濾波片濾光范圍在300nm至1200nm之間，對150米以外的物體做光譜采集，不漏掉目標，干擾光不進入系統，電機帶動轉盤按照預設程序，與攝像系統配合，依次拍下目標光譜信息。本濾波裝置正確地在外場采集了目標光譜。如圖6為拍攝照片濾波對比效果圖。
綜上實驗結果，從圖中可以看出，濾波裝置正常工作，濾波效果達到預期目標。
4 結束語
本套濾波裝置采用步進電機傳動，脈沖頻率控制轉速，脈沖個數控制轉角，使曝光與傳動匹配。結構簡單易行，用常規攝影攝像儀器、濾光片，經過光譜濾波后改進像質效果很明顯，得到較好的像質。
參考文獻
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作者簡介
李陽（1977-）男，遼寧省葫蘆島市人。工程師，從事光學測量工作。
永磁傳動技術論文范文4
1引言
當前，我國中小零部件機械產業正處于穩步發展的成熟期，國外進口設備一統天下的局面已經結束，國產零部件機械已經成為主力。主要表現如下：
一、國產機械的技術水平已接近或達到世界先進水平，大規模靠引進技術發展的時代已經結束，吸收、學習國外先進技術的渠道和方法大為增強，自身開發能力大大提升，大型機械開發周期一般不超過一年。
二、行業格局發生很大變化。一是國外著名的機械企業紛紛在中國建廠，改變了機械生產企業的結構。它們在機械方面具有雄厚的技術和經濟實力，代表著世界領先水平，今后將對中國機械行業的生產格局產生深遠影響。其在產品開發、制造及知識產權保護等許多方面給中國企業提供了學習機會。二是國內著名大企業成功介入機械產品的生產，并向多品種方向發展，憑借大廠在經驗、技術、經濟、制造方面的實力，其機械產品在銷售市場上已經占據了主導地位。這些變化，極大增強了我國機械行業的實力，對中小企業的發展也有很大影響。
三、一批民營中小企業迅速成長壯大，規模和技術實力大增。
尚存問題有待解決 。在看到我國零部件機械行業獲得長足發展的同時，一些潛在的問題也不容忽視。首先，我國多數機械企業規模偏小，抵抗風險能力有限，回款率低，流動資金不足。其次，也如同其他產品一樣，我國零部件機械存在著科技投入不足、創新能力偏低等問題。對基本研發的投入很少，采用挖人才、“偷”技術的方式很普遍。所以各家的產品都是大同小異，很少有標志性的技術，原始創新很少。第三，零部件機械廠家正面臨著水、電、鋼材等原材料持續上漲的壓力，利潤損失較大，不利于進一步擴大生產。第四，對出口歐洲、美國等發達國家和地區的產品，由于不熟悉其市場準入和標準，經常遭遇“專利門檻”問題，對產品出口產生不利影響。
認清趨勢促進發展 。針對上述問題，相關企業要重視創新，主動加大科技投入；樹立尊重知識、保護知識產權的法律意識；企業對技術骨干要有留人和防挖辦法；可在市場接受的范圍內，適當進行漲價，以促進生產發展。
多軸頭主要用于快速鉆孔。是目前國內剛興起的一種提高生產效率、降低成本的工作母機。隨著國內汽配行的發展，各零部件供應商之間競爭激烈，選擇一種高性能、高效率的機床是企業降低生產成本、提高企業競爭力的一種行之有效的途徑。一臺普通的多軸頭＋一臺普通的鉆床就能一次把幾個乃至十幾二十個孔或螺紋一次性加工出來。如再配上專用多軸鉆孔機就能把好幾個面上的孔或螺紋一次性加工完成。解決許多工件難以裝夾、定位或定位不準的問題。多軸頭鉆床設計結構，加工精度高，性能穩定，鉆孔能力強。適用于高精度鉆孔，鏜孔。解決了高精度鉆孔，鏜孔上加工中心加工成本高的問題。絲錐夾頭夾持范圍大節省攻不同直徑的螺紋需換芯的時間。
齒輪傳動多軸頭設計是一個傳統的機械課題，對設計者的機械基礎知識要求較高。多軸頭的設計特點是程序性強。我們應按照設計程序，逐步進行設計與計算。
2 設計前準備工作
2.1 產品圖
產品圖見圖紙。本產品毛坯為鑄造件，材料為HT100。生產批量：中等批量。
2.2 工藝卡
本工藝卡為產品的工藝過程，本產品的重點工序是4（3）個直徑為14.5mm的孔的加工，從產品圖我們可以知道，產品毛坯為鑄造件。但在鑄造時，產品是否要留余量，以及留多少;產品是否需要留由鑄造芒孔。都是需要考慮的問題。
我根據［8］中表39.3－7查得鑄造余量為4mm，再根據［9］表1－166查得：當孔徑 時，不需鑄造孔。所以本產品不需要鑄造孔。
從零件圖上看，底蓋的加工工藝流程可定為：鑄造——銑——鉆。其中銑這一工藝是為了鉆孔進行的輔助工序或準備工序，只要能達到尺寸及粗糙度要求即可，所以這不是本零件的主要工序。本零件的重點工序是四個（三個）孔的加工工序，因為這幾個孔必須保證位置的要求，而且這幾個孔并不是環型規則布置，不可能采用分度盤來加工；其次如果采用畫線來加工的話，位置誤差將會很大，不能保證零件的技術要求；即使我們采用了畫線來加工，對我們的生產員工的技術水平有很大的要求，會大大降低生產率。我們為了能提高生產率，降低生產成本，我們似乎可以選擇一種可以一次完成加工的設備，這個設備必須滿足零件的設計要求，不需定位直接將零件的幾個孔加工出來。為此，我選擇多軸頭來加工這幾個孔，多軸頭既能保證零件的各項技術要求，有能提高生產率，降低生產成本的作用。所以對幾個孔的加工我采用多軸頭這一輔助設備來加工。
下面是這個產品的工藝方案。
方案一：
工序號 工序 工序內容
0 鑄造 砂型鑄造，清砂。
5 銑 以零件的下底面為粗基準，銑底蓋的上表面，保證個尺寸余量0.2。
10 銑 以上以加工免為精基準，加工下表面，使鉆孔臺厚度為16.2mm，表面至要求。
15 檢驗 檢驗各個尺寸至要求。
20 銑 以鉆孔臺下表面為基準，精銑上表面至圖紙要求。
25 鉆 采用多軸頭鉆孔，一次完成4（3）個孔的加工，使各要求滿足。
30 檢驗 檢驗各個尺寸至要求。
35 入庫
方案二：
工序號 工序 工序內容
0 鑄造 砂型鑄造，清砂。
5 銑 以零件的下底面為粗基準，銑底蓋的上表面，保證個尺寸余量0.2。
10 銑 以上以加工免為精基準，加工下表面，使鉆孔臺厚度為16mm，表面至要求。
15 檢驗 檢驗各個尺寸至要求。
20 鉆 采用多軸頭鉆孔，一次完成4（3）個孔的加工，使各要求滿足。
25 檢驗 檢驗各個尺寸至要求。
30 入庫
我們可以比較，因為圖紙對鉆孔臺有粗糙度要求，所以我認為需要將對鉆孔臺的加工分為粗加工和精加工，以此滿足鉆孔臺的表面粗糙度。所以選擇方案一。
2.3 刀具圖
刀具是機械制造中用于切削加工的工具，又稱切削工具。廣義的切削工具既包括刀具，還包括磨具。
絕大多數的刀具是機用的，但也有手用的。由于機械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料，所以“刀具”一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。
刀具的發展在人類進步的歷史上占有重要的地位。中國早在公元前28~前20世紀，就已出現黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質刀具。戰國后期(公元前三世紀)，由于掌握了滲碳技術，制成了銅質刀具。當時的鉆頭和鋸，與現代的扁鉆和鋸已有些相似之處。
然而，刀具的快速發展是在18世紀后期，伴隨蒸汽機等機器的發展而來的。1783年，法國的勒內首先制出銑刀。1792年，英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關麻花鉆的發明最早的文獻記載是在1822年，但直到1864年才作為商品生產。
那時的刀具是用整體高碳工具鋼制造的，許用的切削速度約為5米/分。1868年，英國的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼。1898年，美國的泰勒和．懷特發明高速鋼。1923年，德國的施勒特爾發明硬質合金。
在采用合金工具鋼時，刀具的切削速度提高到約8米/分，采用高速鋼時，又提高兩倍以上，到采用硬質合金時，又比用高速鋼提高兩倍以上，切削加工出的工件表面質量和尺寸精度也大大提高。
由于高速鋼和硬質合金的價格比較昂貴，刀具出現焊接和機械夾固式結構。1949~1950年間,美國開始在車刀上采用可轉位刀片，不久即應用在銑刀和其他刀具上。1938年，德國德古薩公司取得關于陶瓷刀具的專利。1972年，美國通用電氣公司生產了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年，瑞典山特維克鋼廠取得用化學氣相沉積法，生產碳化鈦涂層硬質合金刀片的專利。1972年，美國的邦沙和拉古蘭發展了物理氣相沉積法，在硬質合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。表面涂層方法把基體材料的高強度和韌性，與表層的高硬度和耐磨性結合起來，從而使這種復合材料具有更好的切削性能。
刀具按工件加工表面的形式可分為五類。加工各種外表面的刀具，包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等；孔加工刀具，包括鉆頭、擴孔鉆、鏜刀、鉸刀和內表面拉刀等；螺紋加工工具，包括絲錐、板牙、自動開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等；齒輪加工刀具，包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等；切斷刀具，包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。此外，還有組合刀具。
按切削運動方式和相應的刀刃形狀，刀具又可分為三類。通用刀具，如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴孔鉆、鉸刀和鋸等；成形刀具，這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀，如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件，如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等。
各種刀具的結構都由裝夾部分和工作部分組成。整體結構刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上；鑲齒結構刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上。
刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠內孔套裝在機床的主軸或心軸上，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉力矩，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。
帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀、刨刀等一般為矩形柄；圓錐柄靠錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩；圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆、立銑刀等刀具，切削時借助夾緊時所產生的摩擦力傳遞扭轉力矩。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成，而工作部分則用高速鋼把兩部分對焊而成。
刀具的工作部分就是產生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結構、排屑或容儲切屑的空間、切削液的通道等結構要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如車刀、刨刀、鏜刀和銑刀等；有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準部分，如鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、內表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校準部分的作用是修光已切削的加工表面和引導刀具。
刀具工作部分的結構有整體式、焊接式和機械夾固式三種。整體結構是在刀體上做出切削刃；焊接結構是把刀片釬焊到鋼的刀體上；機械夾固結構又有兩種，一種是把刀片夾固在刀體上，另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上。硬質合金刀具一般制成焊接結構或機械夾固結構；瓷刀具都采用機械夾固結構。
刀具切削部分的幾何參數對切削效率的高低和加工質量的好壞有很大影響。增大前角，可減小前刀面擠壓切削層時的塑性變形，減小切屑流經前面的摩擦阻力，從而減小切削力和切削熱。但增大前角，同時會降低切削刃的強度，減小刀頭的散熱體積。
在選擇刀具的角度時，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工性質(粗、精加工)等，必須根據具體情況合理選擇。通常講的刀具角度，是指制造和測量用的標注角度在實際工作時，由于刀具的安裝位置不同和切削運動方向的改變，實際工作的角度和標注的角度有所不同，但通常相差很小。
制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強度、沖擊韌性和化學惰性，良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等)，并不易變形。
通常當材料硬度高時，耐磨性也高；抗彎強度高時，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現代仍是應用最廣的刀具材料，其次是硬質合金。
聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等；聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等；碳素工具鋼和合金工具鋼現在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。
硬質合金可轉位刀片現在都已用化學氣相沉積法涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復合硬層。正在發展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質合金刀具，也可用于高速鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質涂層作為阻礙化學擴散和熱傳導的障壁，使刀具在切削時的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1~3倍以上。
由于在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質中工作的零件，其應用的難加工材料越來越多，切削加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高。為了適應這種情況，刀具的發展方向將是發展和應用新的刀具材料；進一步發展刀具的氣相沉積涂層技術，在高韌性高強度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度與強度間的矛盾；進一步發展可轉位刀具的結構；提高刀具的制造精度，減小產品質量的差別，并使刀具的使用實現最佳化。
這里我選用硬質合金鉆頭，鉆頭直徑為 ，如圖1。
圖1 刀具圖
2.4 機床有關規格尺寸
1. 概 述
鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機床。通常鉆頭旋轉為主運動，鉆頭軸向移動為進給運動。鉆床結構簡單，加工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴、锪孔，鉸孔或進行攻絲等加工。鉆床可分為下列類型：
(1)臺式鉆床：可安放在作業臺上，主軸垂直布置的小型鉆床。
(2)立式鉆床：主軸箱和工作臺安置在立柱上，主軸垂直布置的鉆床。
(3)搖臂鉆床：搖臂可繞立柱回轉、升降，通常主軸箱可在搖臂上作水平移動的鉆床。它適用于大件和不同方位孔的加工。
(4)銑鉆床：工作臺可縱橫向移動，鉆軸垂直布置，能進行銑削的鉆床。
(5)深孔鉆床：使用特制深孔鉆頭，工件旋轉，鉆削深孔的鉆床。
(6)平端面中心孔鉆床：切削軸類端面和用中心鉆加工的中心孔鉆床。
(7)臥式鉆床：主軸水平布置，主軸箱可垂直移動的鉆床。
2. 我選用立式鉆床Z535,規格尺寸如下：
產品名稱
型號
最大鉆孔直徑（mm）
主軸端至底面距離（mm）
主軸中心線至立柱表面距離（mm）
主軸轉速
主軸行程（mm）
電機功率
級數
范圍（r/min）
主電機
總容量
立式鉆床
Z535
35
0.75
300
9
68-1100
225
4
4
重量
外包箱直徑
長x寬x高（mm）
外形尺寸
長x寬x高（mm）
毛重
凈重
1.6
1480x1042x2785
1280x842x2585
2.5 夾具圖
機械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置。又稱卡具。從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。例如焊接夾具、檢驗夾具、裝配夾具、機床夾具等。其中機床夾具最為常見，常簡稱為夾具 。在機床上加工工件時，為使工件的表面能達到圖紙規定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度等技術要求 ，加工前必須將工件裝好（定位）、夾牢（夾緊）。夾具通常由定位元件（確定工件在夾具中的正確位置）、夾緊裝置 、對刀引導元件(確定刀具與工件的相對位置或導引刀具方向)、分度裝置（使工件在一次安裝中能完成數個工位的加工，有回轉分度裝置和直線移動分度裝置兩類）、連接元件以及夾具體（夾具底座）等組成。
夾具種類按使用特點可分為：①萬能通用夾具。如機用虎鉗、卡盤、分度頭和回轉工作臺等，有很大的通用性，能較好地適應加工工序和加工對象的變換，其結構已定型，尺寸、規格已系列化，其中大多數已成為機床的一種標準附件。②專用性夾具。為某種產品零件在某道工序上的裝夾需要而專門設計制造，服務對象專一，針對性很強，一般由產品制造廠自行設計。常用的有車床夾具、銑床夾具、鉆模(引導刀具在工件上鉆孔或鉸孔用的機床夾具)、鏜模(引導鏜刀桿在工件上鏜孔用的機床夾具)和隨行夾具（用于組合機床自動線上的移動式夾具）。③可調夾具?？梢愿鼡Q或調整元件的專用夾具。④組合夾具。由不同形狀、規格和用途的標準化元件組成的夾具，適用于新產品試制和產品經常更換的單件、小批生產以及臨時任務。
夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環保方向發展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發展。
一、高精
隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。
二、高效
為了提高機床的生產效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用1～2秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創造了條件。
三、模塊、組合
夾具元件模塊化是實現組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發的基點。省工、省時，節材、節能，體現在各種先進夾具系統的創新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統。
四、通用、經濟
夾具的通用性直接影響其經濟性。采用模塊、組合式的夾具系統，一次性投資比較大，只有夾具系統的可重組性、可重構性及可擴展強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現出經濟性好。
底蓋的鉆孔夾具設計由于時間緊張，未能將完整設計圖紙畫出來，現在只將設計方案表達如下，如圖2，底蓋的夾緊和固定都采用定位銷，用定位銷和平臺將底蓋的各個自由度限制，這樣就能滿足底蓋鉆孔的要求。
2.6 核算多軸頭的總軸向力（ ）和消耗的總功率（ ）
要核算多軸頭的總軸向力和消耗的總功率，使其不超過機床允許的最大軸向力和機床的額定功率。核算公式如下：
式中：N為多軸頭各工作軸消耗的功率的總和;
為多軸頭每個工作軸消耗的功率
為機床的額定功率
P為多軸頭各工作軸軸向力的總和
為各工作軸的軸向力
為機床允許的最大軸向力
首先計算每個工作軸的切削扭矩（ ）和軸向力（ ）：
（ ）
(N)
因為每個工作軸的 和 相等，所以多軸頭的總軸向力和消耗的總功率為：
（N）
(kW)
查Z235機床說明書，機床主軸最大進給抗力 ，主電機功率 。
核對可知： ，滿足設計要求。
3 設計傳動系統圖
多軸頭齒輪傳動系統的設計既要保證工藝要求，又要保證多軸頭的結構的緊湊性。齒輪傳動系統的設計與計算，其內容包括：齒輪模數和工作軸直徑的確定，傳動方式的選擇，主動軸中心位置的確定，傳動比及齒輪齒數的確定，布置惰輪，檢查結構上的干涉現象，傳動系統圖的坐標計算與繪制等。
齒輪傳動系統圖應按照所規定的符號繪制。齒輪中心及分度圓應盡可能畫得準確（精度在0.2～0.3mm），這樣便于用圖解法核對所計算的坐標尺寸。
在齒輪傳動系統圖中應清晰的表明：齒輪的傳動方式，各齒輪的齒數及模數，主動軸及工作軸的旋轉方向，齒輪層數（對兩層以上）。同時還應在圖旁注明：工作軸每分鐘轉速、工作軸每分鐘進給量及傳動比等。
下面按設計步驟分別討論每項內容的設計要求和設計方法。
3.1齒輪模數的確定
在一般齒輪傳動設計中，齒輪模數是按齒輪的抗彎強度和齒面疲勞強度計算的，然后經過試驗確定。但是由于齒輪傳動多軸頭在生產中早已廣泛應用，在使用和制造方面已有一定的經驗，在［1］中，有關多軸頭齒輪的結構和規格參數，以及齒輪的材料、熱處理、齒寬及工作條件都作了規定，所以當利用[1]所介紹的齒輪進行設計時，可根據加工孔徑，按表1查得齒輪模數，此表查得的模數為主動輪的模數，每個主動齒輪可帶動三個工作軸。
表1 加工孔徑與模數
加工孔徑
<8
8~15
15~20
模數
1.5~2
2~2.5
2.5~3
從中查得：主動輪的模數m＝2.5。
3.2確定工作軸直徑
多軸頭工作軸直徑是按扭轉剛度所計算的，若工作軸不兼做中間軸使用時，其直徑可按表2查得。
表2 加工孔徑與工作軸直徑
加工孔徑
<6
6~9
9~12
12~16
16~20
工作軸直徑
9
12
15
20
25
查表2得：工作軸直徑d＝20mm。
3.3選擇傳動方式
多軸頭的齒輪傳動系統一般是定軸輪系，即主動軸、工作軸、惰輪軸的中心距是固定的?！ぁさ捎诒患庸た字g的相互位置有許多不同的排列形式，使得傳動系統圖隨之也出現了多種多樣的類型。下面列出各種傳動類型，供參考。
（1）、按齒輪組合形式分
按齒輪組合形式分有如下兩種形式：
A、單式傳動，即每個軸上只有一個齒輪與其他齒輪嚙合傳動。
B、復式傳動，即每個軸??嫌辛礁?、?齷蚨喔齔萋鐘肫淥?萋幟齪希?殖閃講恪⑷?慵岸嗖憒???莆???、?都岸嗉洞???/P> （2）、按齒輪傳動方式分
A、外嚙合傳動。外嚙合傳動有如下幾種傳動分布形式：工作軸成長方形分布的；工作軸成“一”字形分布的；工作軸成框形分布的;工作軸成“八”字形分布的;工作軸成圓形分布的；工作軸成環形分布的。
B、內嚙合傳動。
C、內嚙合與外嚙合聯合傳動。
（3）、按工作軸布置情況分
按工作軸布置情況可分為規則分布和不規則分布的。
在這個設計中，按照工作軸分布情況，可選擇工作軸成長方形分布的外嚙合傳動形式。
3.4確定主動軸中心位置
從多軸頭工作平穩性方面考慮，主動軸中心應與各個工作軸所受軸向力的合力作用點（稱為壓力中心）重合。此時，機床主軸及多軸頭本身均不受彎曲力矩。
從多軸頭結構的對稱性方面考慮，主動軸應處于多軸頭本體的幾何中心上。此時，多軸頭外形勻稱。
對于加工孔對稱分布的多軸頭，使主動軸中心既要與壓力中心重合，又要與多軸頭本體的幾何中心重合，是比較容易做到的。
對于加工孔不對稱分布的，或同時加工不同孔徑的。或同時進行鉆、擴、鉸等多工序加工的多軸頭，壓力中心往往偏向某些加工孔。此時，若只是考慮到主動軸中心與壓力中心重合，將會造成齒輪傳動系統布置困難，及多軸頭本體對主動軸中心不對稱等缺點。所以在傳動系統的設計中，通常采取如下處理方法：如果多軸頭與機床的連接是法蘭盤式的。則壓力中心不應超過法蘭盤半徑。但由于結構要求，主動軸中心不得不遠離壓力中心時，應采用較粗的導柱，或使多軸頭與機床主軸箱作固定式連接。
壓力中心相對于各個工作軸的坐標計算公式如下：
式中： 為壓力中心的橫坐標
為壓力中心的縱坐標
為各工作軸的軸向力
為工作軸中心的橫坐標
為工作軸中心的縱坐標
若 ，則公式變為：
其中：N為工作軸個數。
當四孔加工時，壓力中心正好在對稱中心A點上（見圖3），即A點可作為主動軸中心。A點坐標為： ＝78mm, =35mm。當按三孔加工時，壓力中心在B點上（見圖4），其計算坐標如下：
圖3 壓力中心示意圖
圖4 壓力中心示意圖
B點與A點在x方向上重合，在y方向上相差3.7mm，遠小于法蘭盤直徑，所以，選A點為主動軸中心。
3.5確定傳動比及齒輪的齒數
（1）確定傳動比
A、確定傳動比的原則
l 要保證工藝對工作軸所提出的轉速、切削速度及每轉進給量的要求。
l 本設計的齒輪，外嚙合傳動比一般應不大于2.5，最好等于1。
l 應盡可能不選最高一級或最低一級的機床轉速，以便給工藝上的更改留有余地。
l 攻絲多軸頭的對工作軸的每轉進給量必須與絲錐的螺距相等。
B、傳動比的計算公式及其確定方法
（A）傳動比的計算公式
單式傳動：
復式二級傳動：
復式三級傳動：
式中： 為主動軸對第N根對工作軸的傳動比
為第N根對工作軸的轉速（r/min）
為主動軸的轉速（r/min）
為主動軸上齒輪的齒數
、 、 、 為惰輪的齒數
第N根對工作軸上齒輪的齒數
（B）鉆孔多軸頭傳動比的確定方法
鉆孔多軸頭是按對工作軸轉速初步確定的，然后驗算對工作軸每轉進給量，最后確定可行的傳動比。工作軸轉速是按工藝要求確定的。主動軸轉速即為機床主軸轉速，我們可以從機床主軸各級轉速中，選擇與對工作軸轉速相接近的作為主動軸的轉速，然后計算傳動比。
當傳動比初步確定后，可按照工藝規定的對工作軸每轉進給量計算出主動軸每轉進給量：
式中 為主動軸每轉進給量（mm/r）， 為對工作軸每轉進給量（mm/r）。
再以機床主軸各級進給量中選取與計算值相近的一級作為主動軸每轉進給量。然后，再按所選取的主軸每轉進給量計算出對工作軸每轉進給量。這時，比較計算后的每轉進給量與工藝規定的每轉進給量之值是否相近，此外，還要從工藝方面考慮，按計算后的對工作軸每轉進給量進行加工是否可行，若不行，還要重新確定傳動比。
上述所確定的傳動比是理論值，當主動軸與對工作軸齒輪的齒數確定之后，按此數計算出來的傳動比是實際值。傳動比的理論值與實際理論值相差很小，鉆孔多軸頭可忽略不計，但對于攻絲多軸頭，則需要進行驗算。
（C）攻絲多軸頭傳動比的確定方法
攻絲多軸頭傳動比的確定可按如下步驟進行：
1）選定機床主軸進給量 。為了使多軸頭的傳動比盡量接近于1，故再選機床主軸寄給量時，一般選用小于絲錐螺距中的最大的一個。
2）按選定的 ，求出多軸頭的理論傳動比 。為了便于檢查核對實際進給量與理論值之間的差值， 一般取小數點后四位。
3）按求出的 值，選擇齒輪，并求出實際傳動比 及實際每轉進給量 。
4）驗算進給量的差值，用實際傳動比 求出的 與絲錐螺距的名義值的差值應在 范圍內，差值過大應重新選擇齒輪齒數。
5）選擇機床轉速n。按合理的攻絲切削速度，應盡量選較低的機床轉速。
6）驗算攻絲切削速度：攻絲切削速度應在表3。
加工材料
鑄鐵
鋼及其合金
鋁及其合金
切削速度v（m/min）
2.5～5
1.5～5
5～15
C、確定各軸上齒輪的齒數
在多軸頭傳動系統設計中，各軸上齒輪的齒數一般不是按照中心距、模數等已知條件計算出來的，因為多軸頭的對工作軸相互位置往往距離較近，有的分布還不規則，為保持對工作軸與主動軸旋轉方向相同，要通過惰輪，而惰輪的位置一般不是已經確定的，通常是通過反復作圖與計算相結合的方法來確定。
各軸上齒輪的齒數確定方法介紹如下：
主動軸和工作軸上齒輪的齒數可按傳動比進行分配。首先給定較小齒輪的齒數，即：當 時，現給定工作軸上齒輪的齒數；當 時，現給定主動軸上齒輪的齒數。然后按傳動比求出另一個齒輪的齒數。
初步確定齒數時，還必須檢查主動軸上齒輪的尺寸是否足夠大，因為主動輪的直徑比較大，如果主動輪上齒輪的齒數過少，就保證不了厚度。此外還應盡可能選擇奇數齒數。
工藝給定工作軸的轉速 ，Z235機床主軸的各級轉速中與其相接近的轉速為400r/min，但降速傳動會使工作軸上的齒輪加大，在此情況下，不易布置惰輪，故選低一級的轉速，即225r/min。
從機床主軸各級進給量中選取相接近的一級，即為0.32mm/r。
與工藝給定的工作軸每轉進給量0.21mm/r相近似，所以，傳動比確定為1.62。
選工作軸齒輪齒數
3.6惰輪的布置及其坐標計算
（1） 工作軸的旋轉方向與惰輪布置的關系
惰輪的主要作用是保證工作軸有一定的旋轉方向。從主動軸開始到工作軸為止，齒輪的個數為奇數時，工作軸和主動軸的旋轉方向相同；從主動軸開始到工作軸為止，齒輪的個數為偶數時，工作軸和主動軸的旋轉方向相反。
（2） 各軸受力情況與惰輪布置的關系
在多軸頭傳動系統設計中，惰輪的布置是受一些條件限制的，尤其是受主動軸和工作軸位置的限制，一般不可能使各軸受力情況都是良好的。但是，各軸受力情況的好壞，將影響到多軸頭的工作情況及各軸和軸承的使用壽命。所以，設計中應盡可能使各軸的受力情況良好。
（3） 惰輪分度圓半徑及中心位置的確定
在傳動系統中，有的惰輪與兩個齒輪相嚙合，有的與三個齒輪相嚙合。當惰輪與兩個齒輪嚙合時，惰輪的中心位置及分度圓大小都是不確定的，需要由我們根據暗送秋波情況確定，一般通過作圖法確定。當惰輪與三個齒輪相嚙合時，惰輪的中心位置及分度圓大小都是確定的，可利用一圓與三圓相切，求內切圓和外切圓半徑及其中心位置的計算來求出。惰輪布置形式見圖5，其坐標位置計算如下：
a
b c
圖5 惰輪布置圖
按照一圓與三個不等圓相切，求外切圓的半徑及其中心位置的計算公式，在圖3-a中選定坐標，確定原始尺寸： 。
惰輪齒數（z）為17，計算實際中心距（A）與理論中心距（ ）
A與 相差0.85，齒輪需要變位。
齒輪3與5之間的惰輪齒數定為17，其計算三角形如圖3－c所示，中心坐標計算按照解三角形通用公式計算進行。原始尺寸： 。
在［1］中表2－4中，根據組別，按照 點所在象限對照圖形，本計算三角形與表2－4圖1相似。
3.7繪制傳動系統圖
按照坐標尺寸繪制傳動系統圖如圖6所示.
圖6 傳動系統圖
3.8檢查結構上的干涉現象
3.8.1檢查齒頂外圓干涉
在圖6中，主動輪與工作軸齒輪5的齒頂圓由可能發生干涉。
圖7 檢查干涉
計算齒頂圓：
在圖7中，畫出了齒頂圓 和 ，從圖中可以看出：沒有發生干涉現象。
3.8.2 檢查軸承干涉
如工作軸直徑 ，軸承的外徑為47mm，惰輪軸的軸徑為17mm，其軸承的外徑為40mm，在圖5中畫出了軸承外圓，發生干涉，但干涉量很小。其處理的方法便是減小工作軸直徑。在本設計中，加工孔徑為 ，按表2 查得的工作軸直徑是偏大的，可按公式：
式中， 為小分度圓直徑
為允許接觸應力，由表3查得。
為小齒輪的扭矩
為齒輪寬度
為傳動比。
表3 允許接觸應力
材料
熱處理
硬度HRC
允許接觸應力
45
調質
30～35
1500
調質
30～35
1620
調質
30～35
2180
根據表3，公式變為：
式中： d為工作軸或中間軸直徑（cm）
為軸上所受的扭矩（N*cm）。
從中我們可以計算出工作軸的直徑：
取工作軸直徑d=17mm，其軸承同惰輪軸軸承大小一樣，不會發生干涉。
4 多軸頭齒輪的幾何尺寸計算
在多軸頭傳動系統中，一般采用標準齒輪，但在這個設計中我們采用變位齒輪。因為本設計中存在實際中心距與理論中心距不相等，所以應采用變位齒輪。根據已知條件，變位齒輪幾何尺寸計算如表4。
表4 變位齒輪的幾何尺寸
序號
名 稱
符號
計算公式
計算結果
備 注
主動輪與惰輪
工作輪與惰輪
1
小齒輪數
17
16
已知
2
大齒輪數
26
17
已知
3
模數
m
2.5
2.5
已知
4
實際中心距
A
54.60
41.97
已知
5
理論中心距
53.75
41.25
6
兩輪齒數和
= +
43
33
7
中心距變動系數
0.34
0.29
8
中心距變動系數的模數
0.10
0.01
9
反變位系數的模數
根據 查表
0.029
0.001
10
反變位系數
0.1340
0.0005
11
總變位系數
＝ ＋
0.474
0.291
12
小輪變位系數
0.286
0.011
大輪變位系數
0.187
0.286
13
小輪分度圓直徑
＝
42.5
40
大輪分度圓直徑
＝
65
42.5
14
小輪齒頂圓直徑
＝
48.30
45.06
大輪齒頂圓直徑
＝
70.80
48.30
15
小輪公法線長度
＝
19.54
19.03
大輪公法線長度
＝
27.06
19.53
16
公法線長度的最小偏差
0.085
0.085
0.105
0.085
17
公法線長度公差
0.038
0.038
0.050
0.038
18
公法線長度的最大偏差
= +
-0.047
-0.047
= +
-0.067
-0.047
5 繪制多軸頭裝配圖
裝配圖及零件圖見圖紙。多軸頭的結構總圖見裝配圖其中的結構有：
（1） 連接部件和傳動部件。連接部件由連接法蘭、連接環組成；傳動部件是傳動桿。
（2）導向部件。導向部件由導柱、導柱襯套和鉆模板組成，還有其他一些零部件。
（3）齒輪傳動箱。齒輪傳動箱有工作軸、主動軸、惰輪軸以及軸上的齒輪、軸承及其他零件，還有本體、蓋、中間板和一些固定零件。此傳動箱采用單層布置。
6 軸承壽命的驗算
多軸頭中常用的軸承有單列向心軸承(0000型)、單向推力球軸承（8000型）及滾動軸承。在特殊情況下，也采用滑動軸承。
在這個設計中，首先根據軸徑的大小選擇軸承，然后進行強度或壽命等方面的驗算。下面是部分軸承的驗算。
6.1單列向心球軸承的驗算
單列向心球軸承需要驗算軸承的工作能力系數，其中計算公式如下：
式中：C為軸承工作能力系數
Q為軸承的計算負荷（ ）；
為轉速（ ）；
為軸承壽命（ ），多軸頭軸承的壽命一般規定為2000小時;
［C］為允許的工作能力系數，由軸承標準手冊查得。
軸承的計算負荷（Q）按下式計算：
從受力分析看，惰輪軸（6和7）受徑向力比工作軸大，而惰輪又距離下軸承較近，所以應驗算惰輪軸的下軸承。
圖8 惰輪軸受力分析
利用圖解法求出惰輪軸（6或7）所受的徑向力 。圖8為惰輪軸7受力情況分析圖，圖中各力計算如下：
（N）
（N）
（N）
（N）
作力的矢量圖，得 。
求出支承力 ：
(N)
惰輪的轉速：
軸承壽命（h）定為2000小時,工作能力系數為：
查軸承手冊，軸承允許的工作能力系數［C］＝11300，可知：［C］>C，大于所要求的工作能力系數，可以選用。
6.2止推軸承的驗算
單向推力軸承的工作能力系數C的計算與前面的相同，其中計算負荷應按下式計算:
式中 為某個工作軸上的軸向力。
這個軸承中,其中 (N),所以可以得到:
查軸承手冊,允許的工作能力系數[C]=31000,即[C]>C,滿足所需,可以使用.
結論
由本文的論述，我們了解到:通過對底蓋的加工工藝與多軸頭的設計，在齒輪、各種輔助零部件、工藝流程等方面進行合理設計和選擇，有效提高了加工效率和產品質量，提高了可靠性，具備一定的先進性，取得了良好的經濟效益和社會效益，為解決此類多孔零件的加工問題舉了一個實例。
通過本次畢業設計，從收集資料到對工藝方案和系統方案的設計，再到繪制多軸頭裝配圖和部分零件圖，我學到了不少知識，能綜合應用機械設計課程，機械制造工藝學課程及AUTOCAD等系統軟件，進行系統的機械設計，培養機械設計及制造的技能，并鞏固所學知識，尤其更熟練掌握了AUTOCAD繪圖軟件工具。同時，也發現了自己許多不足的地方，還有待改正和完善，使自己不斷進步。
參考文獻
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[12]上海柴油機廠工藝設備研究所編.金屬切削機床夾具設計手冊.機械工業出版社.1984
致謝
本研究及學位論文是在我的導師陳為國老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，以及爽朗的性格，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，陳老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。一年多來，陳老師不僅在學業上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向陳老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
在此，我還要感謝在一起愉快的度過研究生活的040311班各位同學，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感謝我的同學們，他們對本課題做了不少工作，給予我不少的幫助。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!
