基本信息
- 项目名称：
- 行星轮转轴方孔钻头的设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 莱洛三角形截面钻杆在边长及其宽度的正方形内旋转，旋转运动规律由设计的行星齿轮机构控制，切削出方孔。转速快、效率高、稳定性好。
- 详细介绍：
- 方孔钻头主要依据莱洛三角形（又称圆弧三角形）性质制成。由于莱洛三角形在一边长为其宽度的正方形内转动时，任何时候都有四个点与正方形的四条边接触且接触点的位置不断改变，机械学家莱洛因此设计出方孔钻头。方孔钻头在旋转时有特殊的性质，目前尚未较好解决这一难题。在国内方孔钻头并不多见。目前只有某专利提出的十字滑块转轴方孔钻头。本设计首先根据莱洛三角形性质分析其在旋转时能占据正方形面积的原因。其次，根据分析结果设计出齿轮传动等机械结构制作方孔钻头。 本方案初步设计思路是以钻杆钻削运动为着手点，逆向分析转轴的运动特点，设计对应的行星齿轮机构实现钻杆的特殊运动轨迹运动。各部分介绍如下：方钻杆：铣削坯料加工方孔，实际的钻孔工作部位。转轴中心控制部分：使方孔钻杆能够按预定轨迹和规律旋转。配备动力装置部分：能够为圆孔钻和方孔钻杆提供动力。本设计采用的动力备。为迪马特RDM-1301B台式钻床平台（具体参数见第5页第3部分：动力装置部分）。 主要部分为转轴中心控制部分和钻杆部分。配备动力装置部分属于附加平台采用已有设备，同时根据不同情况可选用不同设备。在需要钻圆孔时安装使用圆孔钻头，当需要钻方孔时可拆下圆孔钻头安装使用方孔钻头，达到两用的目的。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本设计旨在提高钳工加工工艺。现有的各种旋转钻头，大多只能加工圆形孔，还不能加工方形孔。若要加工方孔，必须由铣削或钳工手锉而成。另外，线切割机床加工方孔也仅限于金属材料。本设计改进的方孔钻头最早由机械学家、数学家莱洛提出。根据莱洛三角形截面的钻杆在钻孔过程中所做平面运动的分解。分析自转、公转分运动的特点，巧妙利用行星轮机构原理设计出行星轮转轴使钻头转动就可钻出符合要求的方孔。较之现有十字滑块机构原理使工作更加快速、稳定、方便。可减轻施工员的劳动强度，加快施工速度，降低施工成本，适合在机械加工、建筑施工、装修、装饰等行业使用。方孔钻头利用莱洛三角形截面的钻杆做平面转动切削出方孔。通过计算得出理论钻杆中心轨迹曲线为四个椭圆包络部分。分析得该轨迹可近似由一个圆来代替，并且在规定机械误差内。这样，便可利用行星轮机构设计钻杆的驱动轴。
科学性、先进性
- 设计的行星轮钻杆转轴使钻杆在钻削加工过程中运转快速、平稳、高效并提高极限强度。与现有的十字滑块机构[1]相比克服了转速慢、震动大、效率低、载荷底等确定。具有明显优势。设计的行星轮转轴对等宽曲线泵[2]的设计具有一定参考价值。设计中利用Solidworks三维设计软件对方孔钻头进行虚拟设计。在真实实现了方孔钻头的几何形状的基础上更加清晰地显现各部分的空间位置，进而可检查各部分的干涉与碰撞。 [1]专利：方孔钻及方孔加工装置，200620048785，谭耀炯 [2] 刘雅儒.等宽曲线泵.机械.1999(3)
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型、图纸、图片、视频
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 设计的行星轮钻杆转轴使钻杆在钻削加工过程中运转快速、平稳、高效并提高极限强度。与现有的十字滑块机构相比克服了转速慢、震动大、效率低、载荷底等确定。具有明显优势。设计中利用Solidworks三维设计软件对方孔钻头进行虚拟设计。在真实实现了方孔钻头的几何形状的基础上更加清晰地显现各部分的空间位置，进而可检查各部分的干涉与碰撞。本设计旨在提高机钳工加工工艺水品。实际机械加工时,很多时候需要加工方孔。在国内加工方孔首先要加工出圆孔再锉成方孔或其他方式，孔的位置与规定要求易产生偏移或歪斜。本设计行星轮转轴方孔钻头能够方便、经济地加工所需类型孔。同时，设计的方孔钻头是基于普通钻床尺寸，能够安装在普通钻床平台上，可使使用者不用另外购买动力设备。本设计方孔钻头突破以往钻削加工零件一个旋转自由度的工作特点，使其在工作过程中具有自转、公转两个自由度。有些类似于铣床的特点。
同类课题研究水平概述
- 加工方孔一直是机械加工过程中头疼问题。旋转切削方式加工方孔在机械实现上尚无有效方法实现，也还没有简单的加工方法能够加工方孔。所以往往采用如下3种方法：1.在加工过程先加工出圆孔再锉成方孔，但是这工作量大、且孔的位置与规定要求易产生偏移或歪斜；2.采用线切割机床，但是线切割机床只能加工通孔；3.采用电锤冲击钻，但是电锤冲击钻精度底、冲击大。所以在如今的机械加工中难以一步到位加工方孔，而且加工方孔也往往比较困难，需要多步骤和比较大的工作量，没有传统的旋转切削方式可以直接切削出方孔。本设计利用行星轮机构原理结合莱洛三角形在等宽曲线中的运动特点巧妙设计出行星轮转轴有效实现使旋转切削方式加工方孔。在数学分析的基础上设计出行星齿轮机构，实现钻杆的运动轨迹要求，使下部的莱洛三角形截面工作部分将被加工件切削出方孔。在设计中，利用solidwords三维建模绘图软件绘制虚拟方孔钻头样机，进行运动学分析。本设计行星轮转轴方孔钻头能方便、经济地加工所需类型孔。同时，该设计是基于普通钻孔的尺寸，能安装在普通钻床平台上，可使使用者不必另外购买动力设备，只需直接换上此钻头就能进行加工。而且本设计的方孔钻头突破以往钻削加工零件一个旋转自由度的工作特点，使其在工作中有自转、公转两个自由度，有些类似于铣床的特点，能增大旋转切削面积，提高加工效率。通过本项目制成方孔钻头能够方便、经济地加工所需类型孔。提高机械加工工艺、效率。
