普通小型臺鉆的自動化改造設(shè)計【含SW三維圖】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 16 屆畢業(yè)設(shè)計 普通小型臺鉆的自動化改造設(shè)計 學生姓名 李猛 學 號 8011212128 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 16-1 指導老師 楊丙輝 日 期 2016 .06 塔里木大學機械電氣化工程學院制 前 言 本文主要介紹了對普通手動式小型臺鉆的數(shù)控改造和設(shè)計，通過加入數(shù)控進給系統(tǒng)、86步進電機、驅(qū)動器和控制器將手動的小型臺鉆改造為數(shù)控自動臺鉆，并可通過數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制。 自動化技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標志，實現(xiàn)加工機床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已成為當今制造業(yè)的發(fā)展方向。我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，但在數(shù)控機床的產(chǎn)品競爭力仍然處于較低的水平。因為開發(fā)一臺新的數(shù)控機床的周期比較長，不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。為此我們應(yīng)該在普通機床上考慮，不能一味的大量添置全新的數(shù)控機床，這樣會造成資金投資量大，成本高，而且又會造成原有設(shè)備閑置浪費。把普通機床改造為數(shù)控機床不失為一條提高數(shù)控化率的有效途徑。普通機床數(shù)控化改造，顧名思義就是在機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標。這種機床改造花費少，改造針對性強，時間短，改造后的機床大多能克服原機床缺點和存在的問題生產(chǎn)效率高，尤其適合中國機床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。 目前我國機床市場的需求結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，數(shù)控機床，特別是普及型數(shù)控機床將逐步成為市場需求的主體。國內(nèi)的機床制造企業(yè)在努力開拓高檔數(shù)控機床市場的同時，一定要加速普及數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化步伐。通過生產(chǎn)和進口數(shù)控機床并不能滿足我國日益增長的制造業(yè)需求，所以，目前數(shù)控化改造是適應(yīng)我國制造業(yè)迅猛發(fā)展、資金短缺、舊有機床所占比例大的國情所需。 針對此次改造中，由于對機床的認識有限，在改造過程中一定有很多問題，技術(shù)還不夠成熟，以后在實際工作中能多學習把這方面的知識進一步擴充。 關(guān)鍵詞：自動化改造；十字滑臺；步進電機；法蘭設(shè)計 目 錄 1.緒論 1 1.1概述： 1 2.自動化技術(shù)的應(yīng)用 1 2.1自動化的產(chǎn)生與發(fā)展 1 2.1.1產(chǎn)生 1 2.1.2發(fā)展趨勢 2 2.2臺鉆進行自動化改造的必要性 4 2.2.1微觀看改造的必要性 4 2.2.2宏觀看改造的必要性 4 2.3臺鉆自動化改造的現(xiàn)狀 5 2.3.1國外改造業(yè)的興起 5 2.3.2我國改造業(yè)的現(xiàn)狀 5 3.自動化改造主要步驟和總設(shè)計方案 6 3.1十字滑臺的選用與安裝 7 3.1.2十字滑臺的選用 7 3.2動力部件的計算與選擇 8 3.2.1步進電機的選用 8 3.2.2減速電機的選擇 18 3.3法蘭的設(shè)計與加工 19 3.4步進電機、絲杠、聯(lián)軸器和法蘭的安裝 21 3.4.1步進電機與法蘭的連接 21 3.4.2步進電機與絲杠的連接 22 3.4.3法蘭與十字滑臺的連接 22 總 結(jié) 24 致 謝 25 參考文獻 26 工程概況 本文主要介紹了如何將普通的小型臺式鉆床改造為自動化的鉆床的方法，其中包括了加入數(shù)控進給系統(tǒng)、86步進電機、驅(qū)動器和控制器將手動的小型臺鉆改造為數(shù)控自動臺鉆，并可通過數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制。其中重點是傳動系統(tǒng)和工作臺的改造。在原來的手動進給改為減速電機控制的進給運動，原固定工作臺改為有步進電機帶動的絲杠傳動工作臺，可實現(xiàn)橫向和縱向的移動，使加工更加全面。 通過本次論文的相關(guān)設(shè)計，提出新的設(shè)計理念，改進了普通臺鉆的缺點，推進了生產(chǎn)自動化進程。 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 1.緒論 1.1概述： 臺鉆多為普通手動式的，本文主要對臺鉆進行數(shù)控改造和設(shè)計，改造中主要用到一個十字滑臺、兩個步進電機、一個減速電機、兩個法蘭、電路連接系統(tǒng)，將兩個步進電機分別通過兩個法蘭連接到X，Y，軸上，減速電機通過螺栓固定安裝在Z軸上，然后通過對控制器和驅(qū)動電源等的連接，使其能夠進行數(shù)控化自動移動進給。改造過程中要用到一些工具和方法，例如鉗子，螺絲螺母，扳子，電焊等。設(shè)計過程中采用的軟件是SolidWorks軟件和CAD軟件。 2.自動化技術(shù)的應(yīng)用 2.1自動化的產(chǎn)生與發(fā)展 2.1.1產(chǎn)生 社會需求是推動生產(chǎn)力發(fā)展最有力的因素。二十世紀四十年代以來，由于航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，對于各種飛行器的加工提出了更高的要求，這些零件大多形狀非常復(fù)雜，材料多為難加工的合金。用傳統(tǒng)的機床和工藝方法進行加工，不能保證精度，也很難提高生產(chǎn)效率。為了解決零件復(fù)雜形狀表面的加工問題，1952年，美國帕森斯公司和麻省理工學院研制成功了世界上第一臺數(shù)控機床。半個世紀以來，數(shù)控技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段和六個時代： （1）數(shù)控（NC）階段（1952年～1970年） 早期的計算機運算速度低，不能適應(yīng)機床實時控制的要求，人們只好用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，這就是硬件連接數(shù)控，簡稱數(shù)控（NC）。隨著電子元器件的發(fā)展，這個階段經(jīng)歷了三代，即1952年的第一代——電子管數(shù)控機床，1959年的第二代——晶體管數(shù)控機床，1965年的第三代——集成電路數(shù)控機床。 （2）計算機數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在） 1970年，通用小型計算機已出現(xiàn)并投入成批生產(chǎn)，人們將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入計算機數(shù)控階段。這個階段也經(jīng)歷了三代，即1970年的第四代——小型計算機數(shù)控機床，1974年的第五代——微型計算機數(shù)控系統(tǒng)，1990年的第六代——基于PC的數(shù)控機床。 隨著微電子技術(shù)和 計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)也隨之不斷更新，發(fā)展非常迅速，幾乎每5年更新?lián)Q代一次，其在制造領(lǐng)域的加工優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)出來。 2.1.2發(fā)展趨勢 數(shù)控機床的出現(xiàn)不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。當前世界上數(shù)控機床的發(fā)展呈現(xiàn)如下趨勢： ? （1）高速度高精度化 速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要技術(shù)指標，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。對于數(shù)控機床，高速度化首先是要求計算機數(shù)控系統(tǒng)在讀入加工指令數(shù)據(jù)后，能高速度處理并計算出伺服電機的位移量，并要求伺服電機高速度地做出反應(yīng)。此外，要實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的高速度化，還必須謀求主軸轉(zhuǎn)速、進給率、刀具交換、托盤交換等各種關(guān)鍵部件也要實現(xiàn)高速度化。 提高數(shù)控機床的加工精度，一般是通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用補償技術(shù)來達到。在減少數(shù)控系統(tǒng)誤差方面，一般采取三種方法：①提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率、以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給；②提高位置檢測精度；③位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制。在采用補償技術(shù)方面，除采用間隙補償、絲杠螺距補償和刀具補償?shù)燃夹g(shù)外，還采用了熱變形補償技術(shù)。 ? （2）多功能化 一機多能的數(shù)控機床，可以最大限度地提高設(shè)備的利用率。如數(shù)控加工中心（Machining Center——MC）配有機械手和刀具庫，工件一經(jīng)裝夾，數(shù)控系統(tǒng)就能控制機床自動地更換刀具，連續(xù)對工件的各個加工面自動地完成銑削、鏜削、鉸孔、擴孔及攻螺紋等多工序加工，從而避免多次裝夾所造成的定位誤差。這樣減少了設(shè)備臺數(shù)、工夾具和操作人員，節(jié)省了占地面積和輔助時間。為了提高效率，新型數(shù)控機床在控制系統(tǒng)和機床結(jié)構(gòu)上也有所改革。例如，采取多系統(tǒng)混合控制方式，用不同的切削方式（車、鉆、銑、攻螺紋等）同時加工零件的不同部位等?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)控制軸數(shù)多達15軸，同時聯(lián)動的軸數(shù)已達到6軸。 ? （3）智能化 數(shù)控機床應(yīng)用高技術(shù)的重要目標是智能化。智能化技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面： ?? ①引進自適應(yīng)控制技術(shù) 自適應(yīng)控制技術(shù)（Adaptive Control——AC）的目的是要求在隨機的加工過程中，通過自動調(diào)節(jié)加工過程中所測得的工作狀態(tài)、特性，按照給定的評價指標自動校正自身的工作參數(shù)，以達到或接近最佳工作狀態(tài)。通常數(shù)控機床是按照預(yù)先編好的程序進行控制，但隨機因素，如毛坯余量和硬度的不均勻、刀具的磨損等難以預(yù)測。為了確保質(zhì)量，勢必在編程時采用較保守的切削用量，從而降低了加工效率。AC系統(tǒng)可對機床主軸轉(zhuǎn)矩、切削力、切削溫度、刀具磨損等參數(shù)值進行自動測量，并由CPU進行比較運算后發(fā)出修改主軸轉(zhuǎn)速和進給量大小的信號，確保AC處于最佳的切削用量狀態(tài)，從而在保證質(zhì)量條件下使加工成本最低或生產(chǎn)率最高。AC系統(tǒng)主要在宇航等工業(yè)部門用于特種材料的加工。 ?? ②附加人機會話自動編程功能 建立切削用量專家系統(tǒng)和示教系統(tǒng)，從而達到提高編程效率和降低對編程人員技術(shù)水平的要求。 ?? ③具有設(shè)備故障自診斷功能 數(shù)控系統(tǒng)出了故障，控制系統(tǒng)能夠進行自診斷，并自動采取排除故障的措施，以適應(yīng)長時間無人操作環(huán)境的要求。 ? （4）小型化 蓬勃發(fā)展的機電一體化設(shè)備，對數(shù)控系統(tǒng)提出了小型化的要求，體積小型化便于將機、電裝置揉合為一體。日本新開發(fā)的FS16和FS18都采用了三維安裝方法，使電子元器件得以高密度地安裝，大大地縮小了系統(tǒng)的占有空間。此外，它們還采用了新型TFT彩色液晶薄型顯示器，使數(shù)控系統(tǒng)進一步小型化，這樣可更方便地將它們裝到機械設(shè)備上。 ? （5）高可靠性 數(shù)控系統(tǒng)比較貴重，用戶期望發(fā)揮投資效益，因此要求設(shè)備具有高可靠性。特別是對在長時間無人操作環(huán)境下運行的數(shù)控系統(tǒng)，可靠性成為人們最為關(guān)注的問題。提高可靠性，通?？刹扇∪缦乱恍┐胧? ?? ①提高線路集成度 采用大規(guī)?；虺笠?guī)模的集成電路、專用芯片及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，精簡外部連線和減低功耗。 ?? ②建立由設(shè)計、試制到生產(chǎn)的一整套質(zhì)量保證體系 例如，采取防電源干擾，輸入/輸出光電隔離；使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化及標準化，以便于組織批量生產(chǎn)及維修；在安裝制造時注意嚴格篩選元器件；對系統(tǒng)可靠性進行全面的檢查考核等。通過這些手段，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 ?? ③增強故障自診斷功能和保護功能 由于元器件失效、編程及人為操作錯誤等原因，數(shù)控機床完全可能出現(xiàn)故障。數(shù)控機床一般具有故障自診斷功能，能夠?qū)τ布蛙浖M行故障診斷，自動顯示出故障的部位及類型，以便快速排除故障。新型數(shù)控機床還具有故障預(yù)報、自恢復(fù)功能、監(jiān)控與保護功能。例如，有的系統(tǒng)設(shè)有刀具破損檢測、行程范圍保護和斷電保護等功能，以避免損壞機床及報廢工件。由于采取了各種有效的可靠性措施，現(xiàn)代數(shù)控機床的平均無故障時間（MTBF）可達到10000～36000h。 2.2臺鉆進行自動化改造的必要性 2.2.1微觀看改造的必要性 微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。 可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。 由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。 以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 2.2.2宏觀看改造的必要性 宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達20.8％，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。 2.3臺鉆自動化改造的現(xiàn)狀 2.3.1國外改造業(yè)的興起 在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術(shù)的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。 2.3.2我國改造業(yè)的現(xiàn)狀 我國的數(shù)控系統(tǒng)以傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)為主。在傳統(tǒng)的封閉式結(jié)構(gòu)中，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個改造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和素基因數(shù)實時外部調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM 中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的控制過程，因此，變革勢在必行。 0 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 3.自動化改造主要步驟和總設(shè)計方案 臺鉆數(shù)控改造主要分4個步驟進行，首先第一步，根據(jù)鉆床的底座尺寸大小確定需要的十字滑臺的大小，十字滑臺可以自己訂做；然后第二步由鉆床的參數(shù)性能十字滑臺的絲杠推算出所選的步進電機；第三步設(shè)計三個步進電機和絲杠鉆床的連接，X，Y軸連接中要設(shè)計法蘭通過聯(lián)軸器使步進電機和絲杠連接，Z軸要使用合適的減速電機；第四步確定步進電機和控制器，驅(qū)動電源等的連接，中間要用到匯接板等器件。 改造前的臺鉆如圖3-1和圖3-2所示： 圖3-1 圖3-2 改造后的臺鉆如圖3-3所示： 圖3-3 3.1十字滑臺的選用與安裝 3.1.2十字滑臺的選用 圖3-4 由圖3-4可以看到十字滑臺大概是由上中下三大塊兩個軸動絲杠相組成的一個十字型的可以相互滑動的一個部件，同時它也帶有一定的刻度，它四個頂端分別有四個刻度手搖柄。根據(jù)對普通小型臺鉆底座的測量我們可以大致確定出需要的十字滑臺的大小。 通過SolidWorks軟件畫出十字滑臺的三維模型圖，效果如圖3-5： 圖3-5 通過在臺鉆底座打孔使用緊固件和電焊使十字滑臺與臺鉆的底座連接。要想這樣的十字滑臺可以自動化還必須要加步進電機，然后與數(shù)控系統(tǒng)連接才能形成一個自動化的十字滑臺，如圖3-6： 圖3-6 步進電機如何通過法蘭和聯(lián)軸器與十字滑臺連接，下面的章節(jié)中會有詳細的講解及效果圖。 3.2動力部件的計算與選擇 3.2.1步進電機的選用 1. 確定脈沖當量，計算切屑力 一、確定系統(tǒng)的脈沖當量 脈沖當量是指一個進給脈沖使機床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進給量，它是衡量數(shù)控機床加工精度的一個重要參數(shù)，因此。脈沖當量應(yīng)根據(jù)機床精度的要求來確定。對經(jīng)濟型數(shù)控機床來說，常采用脈沖當量為0.01mm/脈沖——0.005mm/脈沖。一般小型臺鉆的主要技術(shù)參數(shù)中要求橫向、縱向脈沖當量為0.01mm。 二、切削力計算 在進行進給系統(tǒng)的傳動計算,選用步進電機時,都要用到切削力(機床的主要負載)，我所設(shè)計的是數(shù)控鉆床，因此我們在設(shè)計中要分析和計算銑削和鉆削。 （一）鉆削的載荷的計算 普通的麻花鉆每一切削刃都會產(chǎn)生切向方向的切削抗力，徑向切削抗力與軸向方向的軸向抗力，當左右切削刃對稱時，徑向的抗力就會向平衡。切向的抗力形成鉆削力矩，他消耗了切削功率，所用切削刃上軸向抗力之和就形成了鉆頭上的軸向應(yīng)力。 鉆頭切削力的計算包括鉆頭主軸轉(zhuǎn)矩計算和主軸軸向切削力的計算。由于加工材料為Q235鋼，其屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，鉆頭為高速鋼麻花鉆，加工方式為鉆孔，所以查《機床夾具設(shè)計手冊》得： 1.鉆削轉(zhuǎn)矩計算公式如下： 式中，：切削力矩（） ：鉆頭直徑（20mm） ：每轉(zhuǎn)進給量（0.1mm） ：修正系數(shù)： 2.軸向切削力的計算公式如下： 式中，：軸向切削力（N） 已知被加工材料為Q235結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼取=736MPa，D=20mm，=0.1mm，所以可分別計算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削為： =21.6 =2661.7 N （二）銑削抗刀分析 銑削運動的特征是主運動為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn)，進給運動為工作臺帶動工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進給（鍵槽銑刀可沿軸線進給）。銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端面銑刀為基本形線。圓柱銑和端面銑刀的切削部分都可看做車刀刀頭的演變，銑刀的每一個齒相當于一把車刀，它的切削基本規(guī)律與車削相似。 1.削抗力的合力為： 將沿銑刀軸線徑向和切向進給分解，則分別為軸向銑削力和徑向銑削力。切向銑削力是沿銑刀主運動方向的分力，它消耗的銑床主電機功率最多。因此，切向銑削力可以按切削功率（KW）或主電機功率（ KW）計算，也可以按切削用量進行計算。 式中：V：主軸傳遞全部功率時的最低切削速度，100m/s； ：機床主傳動系統(tǒng)的效率。 這里按電機功率進行計算。 圖3-7：銑削力及工作臺上的載荷 2.進給工作臺工作載荷的計算 作用在進給工作臺上的合力′與銑刀刀齒的銑削抗力的余力大小相同方向相反，如圖2-6所示，合力′就是設(shè)計和校核工作臺進給系統(tǒng)的時要考慮的工作載荷，它可以沿著銑床工作臺運動方向分解為三個力：工作臺的縱向進給方向載荷Fx 工作臺橫向進給方向載荷Fy 和工作臺垂直進給方向載荷Fz 。工作臺工作載荷Fx、Fy和Fz與銑刀的切向銑削力Fz之間有一定的經(jīng)驗比值（可查《機電綜合指導》表2-1），因此，求出后，即可計算出工作臺工作載荷、和。即 ： , 則： = 207.36N, = 207.36 N, = 172.8 N. 2. 減速電機傳動比的計算 1）為滿足脈沖當量的設(shè)計要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時也為了是傳動系統(tǒng)負載慣量盡可能小，傳動鏈中采用蝸輪蝸桿傳動。 根據(jù)小型鉆床的基本參數(shù)，主軸行程L=125mm。 由 則 由 則 由 則 預(yù)選的減速電機的扭矩為0.4~1.8 則 則圓弧圓柱蝸輪蝸桿減速器的最小傳動比為30，最大傳動比為67，這里我們初選圓弧圓柱蝸輪蝸桿減速器的傳動比. 2）傳動比的校驗 以主軸鉆孔時最大轉(zhuǎn)速為,主軸進給速度為，則有： 則要求減速電機的最大輸出轉(zhuǎn)速大于，很顯然降速后的DS-12SSN204.515500-298K減速電機滿足此要求。 通過以上的預(yù)算，這里我們選用減速電機的傳動比為50。 3. 步進電機選擇 （1）計算進給牽引力Fm（N） 可根據(jù)《機床設(shè)計手冊》進給牽引力的實驗公式計算縱向?qū)к墸? K：顛覆力矩影響的實驗系數(shù)K=1.15； ：滑動導軌摩擦因素=0.15~0.18，取=0.16:； G：溜板及刀架重力，G=800N。 其中 分別是上面計算的數(shù)據(jù)， 因此上面的公式可以化為： （2）系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算 傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量是一種慣性負載，在電機的選用的時候必須加以考慮。由于傳動系統(tǒng)的各傳動不見并不是與點饑軸同軸線，還存在各傳動部件轉(zhuǎn)動慣量向電機軸折算的問題。最后，要計算整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上面的總傳動慣量，即是傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量。 1) 對于工作臺溜板的轉(zhuǎn)動慣量折算到電動機主軸上的計算公式： ：為脈沖當量，0.01mm; ：步進電動機的步距角，； ：蝸輪蝸桿減速電機的傳動比，=50； ：重力加速度，=10。 工作臺的質(zhì)量的折算 工作臺是移動不見，其移動質(zhì)量折算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量可以按下面的公式進行計算： 2) 對于軸，軸承，齒輪，聯(lián)軸器，絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量計算公式為 對于鋼材，材料密度為代入就有 其中：D為圓柱體的直徑；L為圓柱體的長度。 絲杠轉(zhuǎn)動慣量的折算到電機軸上為： 3) 動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算 我們設(shè)計的機床，是采用的是減速電機帶動的減速傳動，因此我們可以根據(jù)下面的公式，進行計算： 其中 :為傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量; 根據(jù)查資料和計算我們可以得到 （3）初選步進電機 1) 計算步進電機的負載轉(zhuǎn)矩 式中： ：進給牽引力（N）； ：絲杠的傳動效率，為齒輪、軸承、絲杠效率之積； ：齒輪副的傳動效率，是齒輪副的傳動比； ：十字型導軌副的傳動效率。 因為：，則 2) 估算步進電機的起動轉(zhuǎn)矩 式中：0.3為安全系數(shù)。 3) 計算最大靜轉(zhuǎn)矩 查表取三相六拍，則 4) 計算步進電機運行頻率和最高起動頻率 試中：：最大快移速度（m/min），這里為2m/min； ：最大切削進給速度（m/min）;這里為0.1 m/min； ：脈沖當量，取0.01mm/step。 5） 初選步進電機型號 選用步進電動機作為伺服電動機后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對于步進電動機來說還是偏低，為了確保電動機在運動過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開環(huán)控制，任務(wù)書初選的脈沖當量尚未達到0.001mm，定位精度也未達到微米級，空載最快移動速度也只有1500mm/min,故本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電機，因此可以選用混合式步進電機，以降低成本，提高性價比。 根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)距查得86HS15060A4最大靜轉(zhuǎn)距為12 >，可以滿足要求，考慮到此經(jīng)濟型數(shù)控銑床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)選稍大轉(zhuǎn)距的步進電機，以便留有一定的余量，另一方面，與國內(nèi)同類型機床類比，決定采用86HS15060A4步進電機，查得86HS15060A4步進電機最高空載起動頻率和運行頻率滿足要求。 86步進電機的基本信息，見表3-8 表3-8 86步進電機的基本信息 參數(shù)說明，見表3-9 表3-9 86步進電機的參數(shù)說明 尺寸說明，如圖3-10 圖3-10 （4）步進電機的校驗 　機床在不同的工作情況下，其所需要的轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算。 1) 快速空載起動轉(zhuǎn)距 　　　在快速空載起動階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計算公式如下： 　　　　　 式中：　　　：快速空載起動轉(zhuǎn)矩； 　　　　　?。嚎蛰d起動時折算到電機軸上的加速轉(zhuǎn)矩； 　　　　　　：折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩； 　　　　　 ：由于絲杠預(yù)緊時折算到電機軸上附加摩擦轉(zhuǎn)矩。 摩擦轉(zhuǎn)矩 式中：　?。哼\動部件的總重量（N）； 　　　　?。簩к壞Σ料禂?shù)　，?。? 　　　 ：蝸輪蝸桿減速電機的傳動比，i=50。 空載起動時折算到電機軸上的加速轉(zhuǎn)矩： 式中：　　?。赫鬯愕诫姍C軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量； 　　　　　?。弘姍C最大角加速度，（）； 　　　　　　：電機最大轉(zhuǎn)速，（）； 　　　　　?。哼\動部件最大快進速度，（）； 　　　　　　：運動部件從停止起動到加速到最大快進速度所需要的時間，（0.025s）。 上面三項合計為： 　　　 　　　　　 2) 快速移動時所需的轉(zhuǎn)矩： 　　　　 3) 最大切削負載時所需轉(zhuǎn)矩： 　　　　 　　 　從上面的計算可以看出，，和三種工作情況下，以快速空載起動轉(zhuǎn)矩最大，即以此項作為較核步進電機轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。 查表知，當步進電機為三相六拍時，則最大靜轉(zhuǎn)矩為： 　　　 　而86HS15060A4型步進電機最大轉(zhuǎn)矩為12，大于所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足此項要求。 3.2.2減速電機的選擇 減速電機顧名思義本質(zhì)就是用于降低轉(zhuǎn)速用的，它的工作原理一般是通過封閉式傳動減速裝置來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足機械設(shè)備工作的需要，這樣對加工方面能夠更好的控制精度，電機的啟動和正反轉(zhuǎn)通過改變電機的輸入電壓實現(xiàn)的，從而達到更好的效果，臺鉆數(shù)控化改造中，在Z軸用到減速電機可以方便精度的控制，由上計算結(jié)果減速電機傳動比為50，可選型號DS-12SSN204.515500-298K，下面將展示減速電機的參數(shù)如圖3-11 圖3-11 3.3法蘭的設(shè)計與加工 法蘭（Flange），又叫法蘭盤或凸緣盤。法蘭是使管子與管子相互連接的零件，連接于管端；也有用在設(shè)備進出口上的法蘭，用于兩個設(shè)備之間的連接，如減速機法蘭。法蘭連接或法蘭接頭，是指由法蘭、墊片及螺栓三者相互連接作為一組組合密封結(jié)構(gòu)的可拆連接，管道法蘭系指管道裝置中配管用的法蘭，用在設(shè)備上系指設(shè)備的進出口法蘭。法蘭上有孔眼，螺栓使兩法蘭緊連。法蘭間用襯墊密封。法蘭分螺紋連接（絲扣連接）法蘭和焊接法蘭和卡夾法蘭,在連接方面　法蘭連接（flange joint）由一對法蘭、一個墊片及若干個螺栓螺母組成，墊片放在兩法蘭密封面之間，擰緊螺母后，墊片表面上的比壓達到一定數(shù)值后產(chǎn)生變形，并填滿密封面上凹凸不平處，使連接嚴密不漏。法蘭連接是一種可拆連接。 根據(jù)十字滑臺上下塊兩端的尺寸大小及絲杠和步進電機的尺寸，設(shè)計出X，Y軸上需要使用的法蘭的形狀與大小。 X軸上的法蘭（1），三維效果圖及CAD二維效果圖如圖3-12，圖3-13和圖3-14： 圖3-12 圖3-13 圖3-14 Y軸上的法蘭（2），三維效果圖及CAD二維效果圖如圖3-15，圖3-16和圖3-17 圖3-15 圖3-16 圖3-17 這里要用到蓋在兩個法蘭上的外殼，外殼的作用是防止灰塵和鐵屑等雜物的進入影響到絲杠的滾動，它起到保護絲杠的作用。外殼的形狀尺寸大小是根據(jù)法蘭的形狀大小來設(shè)計的，外殼的效果圖如圖3-18和圖3-19： 圖3-18 圖3-19 3.4步進電機、絲杠、聯(lián)軸器和法蘭的安裝 3.4.1步進電機與法蘭的連接 步進電機與法蘭連接需要螺絲進行緊固，效果圖如圖3-20： 圖3-20 3.4.2步進電機與絲杠的連接 步進電機與絲杠的連接中要用到聯(lián)軸器，聯(lián)軸器是根據(jù)絲杠和步進電機進行選擇的。在聯(lián)軸器上用螺絲使絲杠與步進電機連接在一起，效果圖如圖3-21和圖3-22： 圖3-21 圖3-22 3.4.3法蘭與十字滑臺的連接 在法蘭上面需要蓋一外殼，通過螺絲使外殼與法蘭連接，法蘭與十字滑臺連接。效果圖如圖3-23和圖3-24所示： 圖3-23 圖3-24 最后的組裝整體效果圖如圖3-25和圖3-26所示： 圖3-25 圖3-26 改造后的臺鉆效果圖如圖3-27和圖3-28 圖3-27 圖3-28 總 結(jié) 這次畢業(yè)設(shè)計對我來說是很有意義的，它綜合運用到了我在學校里學到的很多理論知識，鍛煉了我的動手實踐能力，在設(shè)計當中有很多不懂的地方請教老師，老師給我們講解，帶我們到車間看臺鉆實體，了解它的工作原理及實際運作情況并進行測量和推算，對此加深了我對小型臺鉆的了解。我感覺在這次設(shè)計中學到了很多，明白了理論與實際動手結(jié)合的重要性，也只有自己動手，才能從理論中走到實際，再從實際走到團體，團體協(xié)作的探討，一步一步，慢慢走來，讓我受益良多。通過這次比較完整的小型臺鉆自動化改造的設(shè)計，擺脫了我單純的理論知識的學習狀態(tài)，實際設(shè)計讓我學會了綜合運用所學的專業(yè)基礎(chǔ)知識，提高了我解決實際工作中遇到問題的能力，同時也提高我查閱設(shè)計手冊、文獻資料、設(shè)計規(guī)范以及CAD\SolidWorks制圖的專業(yè)能力水平，通過對整體的把握，對局部的取舍，以及對細節(jié)的進一步規(guī)劃，都使我的能力得到了很大的提高，意志力得到了加強，經(jīng)驗得到了豐富，我想，這也是老師讓我們自己動手做著畢業(yè)設(shè)計的目的，讓每個人都得到了不同的提升，對我來說收益匪淺。 在這次設(shè)計中，我發(fā)現(xiàn)自己有很多的不足，我需要學習和行動來彌補自己的不足。只有學習，思考和行動才能促使自己不斷的提高，不管做什么事，我都要相信自己可以做到，并努力去做，中間也許會遇到很多困難，但不要放棄要堅持下去，勝利總會到來。同時我得根據(jù)自己的實際情況，端正自己的態(tài)度，所以在這次設(shè)計當中，讓我學到了很多。在以后的工作當中，我會多學習，多動頭腦，多行動，盡量把事情做到更好。 致 謝 隨著我設(shè)計的不斷深入，與老師和同學不斷的交流，對我的設(shè)計啟發(fā)很大，因此，感謝我的指導老師楊丙輝老師和我親愛的同學們。 隨著畢業(yè)設(shè)計由點滴的不足到逐步完成，我感到自信了，有努力付出就會有回報。由于我的知識和能力缺陷，畢業(yè)設(shè)計論文多少會有些不足，望老師體諒。最后依然要再次感謝我的指導老師和最親愛的同學們，謝謝你們。未來的日子里，讓我們共同進步。 0 參考文獻 [1] 羅永順，機床數(shù)控化改造實例[M] 北京：機械工業(yè)出版社， 2010 [2] 蘭建設(shè)，機械制造工藝與夾具[M] 北京：機械工業(yè)出版社，2004 [3] 王信義，計志孝，等。機械制造工藝學[M] 北京：北京理工大學出版社，1990 [4] 傅水根，機械制造基礎(chǔ)[M] 北京清華大學出版社，1998 [5] 吳 拓，勛建國。機械制造工程[M] 北京：機械工業(yè)出版社，2005 [6] 張潤福，等。機械制造設(shè)計基礎(chǔ)[M] 武漢：華中理工大學出版社，1999 [7] 唐宗軍，機械制造基礎(chǔ)[M] 北京：機械工業(yè)出版，1997 [8] 金問楷，機械加工工藝基礎(chǔ)[M] 北京，清華大學出版社，1990 [9] 孫學強，等。機械加工技術(shù)[M] 北京，機械工業(yè)出版社，1999 [10] 王紹俊，機械制造工藝學設(shè)計手冊[M] 北京：機械工業(yè)出版社，1987 [11] 王伯平，互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M] 北京：機械工業(yè)出版社，2003 [12] 陳福恒，孔凡杰，等。機械制造工藝學基礎(chǔ)[M] 濟南：山東大學出版社，2004，