小型鉆床設(shè)計(jì)【小鉆床 臺(tái)鉆】【含5張CAD圖紙+PDF圖】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605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(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院 本科畢業(yè)論文 題 目： 小型鉆床設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)制1101 學(xué)生姓名： 于躍 指導(dǎo)教師： 侯志敏 論文提交日期： 2015年6月 1 日 論文答辯日期： 2015年6月 5 日 摘 要 生產(chǎn)力的競(jìng)爭(zhēng)是當(dāng)今國(guó)際的主要競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)所在，生產(chǎn)力的發(fā)展決定著一個(gè)項(xiàng)目乃至一個(gè)企業(yè)的命運(yùn),而生產(chǎn)力的發(fā)展的根本是要不斷地提高生產(chǎn)的效率，而臺(tái)式鉆床正是以新型鉆床為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的以針對(duì)性的加工特定零件為目的專用機(jī)床。 而在本次設(shè)計(jì)的題目正是針對(duì)臺(tái)式功能設(shè)計(jì)的臺(tái)式鉆床。臺(tái)式鉆床的應(yīng)用相比較于傳統(tǒng)的加工方法，擴(kuò)孔的效率大大的提升。 為了解決傳統(tǒng)鉆床在生產(chǎn)工程中存在的不足和問(wèn)題，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，對(duì)傳統(tǒng)鉆床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。傳統(tǒng)鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)和送料系統(tǒng)的是靠人力去完成，我們通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)，來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量。 關(guān)鍵詞：臺(tái)式鉆床；進(jìn)給系統(tǒng)；夾緊系統(tǒng)；送料系統(tǒng) Abstract Productivity is the main point of competition in today's international competition, the development of productive forces determines a project and the fate of an enterprise, and the development of productive forces is to continuously improve the efficiency of production, and bench drilling machine is developed on the basis of the new type of drilling machine for the purpose of targeted processing specific parts for machine tools. And in the title of this design is for desktop function design of bench drill. Bench drill application compared to the traditional machining method, expanding the efficiency greatly. In order to solve the defects of traditional drilling machine in the production of engineering and problems, on the premise of guarantee the quality of products, to improve the traditional structure of drilling machine. The traditional drilling machine feeding system and feeding system is to rely on human to accomplish, we through the design improvement, to improve product quality and productivity, reduce labor intensity and workload. Key words: bench drilling machine; Feed system; The clamping system; Feeding system 目 錄 第一章 引言 1 1.1 問(wèn)題分析及其對(duì)策 1 1.1.1 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 1 1.1.2 問(wèn)題的提出 1 1.1.3 問(wèn)題的分析以及解決方案 1 1.2 本文研究的內(nèi)容及目標(biāo) 2 1.3 本章小結(jié) 3 第二章 自動(dòng)鉆床的總體方案設(shè)計(jì) 4 2.1 自動(dòng)專用鉆床已知條件和設(shè)計(jì)要求的概述 4 2.2 自動(dòng)鉆床的工藝路線分析與確定 5 2.3 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 5 2.3.1 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 5 2.3.2 執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 6 2.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式設(shè)計(jì) 6 2.4 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)選擇 7 2.4.1 原動(dòng)機(jī)選擇 7 2.4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 7 2.5 控制方案設(shè)計(jì) 8 2.6 總體布局設(shè)計(jì) 8 2.7 本章小結(jié) 8 第三章 專用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 3.1 進(jìn)給系統(tǒng)概述與分析 9 3.2 進(jìn)給系統(tǒng)方案圖的確定 10 3.3 工況分析 10 3.4 切削力的計(jì)算 11 3.4.1 切削刀具及相關(guān)參數(shù)的選擇 11 3.4.2 主軸轉(zhuǎn)速及鉆孔時(shí)間的計(jì)算 11 3.4.3 切削力的計(jì)算 12 3.5 鉆床主軸設(shè)計(jì) 13 3.5.1 主軸材料的選擇 13 3.5.2 軸徑的計(jì)算 13 3.5.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 3.5.4 軸強(qiáng)度的校核 15 3.6 進(jìn)給液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 3.6.1 負(fù)載分析 16 3.6.2 液壓缸執(zhí)行元件主要參數(shù)的確 18 3.6.3 活塞桿及活塞材料的選擇 25 3.6.4 活塞桿與活塞的連接方式及活塞密封裝置的選擇 26 3.6.5 液壓缸蓋與液壓缸連接方式及密封方式的選擇 26 3.7 本章小結(jié) 27 第四章 專用鉆床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 4.1 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的分析 28 4.2 主軸花鍵的設(shè)計(jì) 28 4.3 主軸電機(jī)選擇 28 4.4 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 29 4.4.1 設(shè)計(jì)功率的計(jì)算 29 4.4.2 選擇帶型 29 4.4.3 選取帶輪基準(zhǔn)直徑和 29 4.4.4 驗(yàn)算帶速 30 4.4.5 確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 30 4.4.6 驗(yàn)算小帶輪包角 30 4.5 本章小結(jié) 31 第五章 自動(dòng)鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 5.1 自動(dòng)鉆床的自動(dòng)化控制要求 32 5.2 可編程控制器PLC的簡(jiǎn)述 32 5.3 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)控制流程 32 5.4 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)電氣原理圖 34 5.5 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)控制元件的選擇 35 5.5.1 可編程控制器PLC的選擇 35 5.5.2 刀開(kāi)關(guān)的選擇 35 5.5.3 熔斷器的選擇 35 5.5.4 交流接觸器的選擇 36 5.5.5 行程開(kāi)關(guān)與接近開(kāi)關(guān)的選擇 36 5.5.6 繼電器的選擇 36 5.5.7 控制元件選擇明細(xì)表 37 5.6 控制系統(tǒng)程序的編寫 37 5.6.1 輸入與輸出的分配 37 5.6.2 PLC程序清單 37 5.7 本章小結(jié) 38 結(jié) 束 語(yǔ) 39 致 謝 40 參 考 文 獻(xiàn) 41 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 機(jī)械制造設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè) 1101班 學(xué)生:于躍 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：小型鉆床設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：對(duì)老式鉆床進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分： 第一章 引言，第二章 總體方案設(shè)計(jì)，第三章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)，第四章傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，第五章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 起止時(shí)間：2014年12月~2015年6月 指導(dǎo)教師： 2015 年6月 日 摘 要 生產(chǎn)力的競(jìng)爭(zhēng)是當(dāng)今國(guó)際的主要競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)所在，生產(chǎn)力的發(fā)展決定著一個(gè)項(xiàng)目乃至一個(gè)企業(yè)的命運(yùn),而生產(chǎn)力的發(fā)展的根本是要不斷地提高生產(chǎn)的效率，而臺(tái)式鉆床正是以新型鉆床為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的以針對(duì)性的加工特定零件為目的專用機(jī)床。 而在本次設(shè)計(jì)的題目正是針對(duì)臺(tái)式功能設(shè)計(jì)的臺(tái)式鉆床。臺(tái)式鉆床的應(yīng)用相比較于傳統(tǒng)的加工方法，擴(kuò)孔的效率大大的提升。 為了解決傳統(tǒng)鉆床在生產(chǎn)工程中存在的不足和問(wèn)題，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，對(duì)傳統(tǒng)鉆床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。傳統(tǒng)鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)和送料系統(tǒng)的是靠人力去完成，我們通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)，來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量。 關(guān)鍵詞：臺(tái)式鉆床；進(jìn)給系統(tǒng)；夾緊系統(tǒng)；送料系統(tǒng) Abstract Productivity is the main point of competition in today's international competition, the development of productive forces determines a project and the fate of an enterprise, and the development of productive forces is to continuously improve the efficiency of production, and bench drilling machine is developed on the basis of the new type of drilling machine for the purpose of targeted processing specific parts for machine tools. And in the title of this design is for desktop function design of bench drill. Bench drill application compared to the traditional machining method, expanding the efficiency greatly. In order to solve the defects of traditional drilling machine in the production of engineering and problems, on the premise of guarantee the quality of products, to improve the traditional structure of drilling machine. The traditional drilling machine feeding system and feeding system is to rely on human to accomplish, we through the design improvement, to improve product quality and productivity, reduce labor intensity and workload. Key words: bench drilling machine; Feed system; The clamping system; Feeding system 目 錄 第一章 引言 1 1.1 問(wèn)題分析及其對(duì)策 1 1.1.1 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 1 1.1.2 問(wèn)題的提出 1 1.1.3 問(wèn)題的分析以及解決方案 1 1.2 本文研究的內(nèi)容及目標(biāo) 2 1.3 本章小結(jié) 3 第二章 自動(dòng)鉆床的總體方案設(shè)計(jì) 4 2.1 自動(dòng)專用鉆床已知條件和設(shè)計(jì)要求的概述 4 2.2 自動(dòng)鉆床的工藝路線分析與確定 5 2.3 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 5 2.3.1 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 5 2.3.2 執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 6 2.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式設(shè)計(jì) 6 2.4 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)選擇 7 2.4.1 原動(dòng)機(jī)選擇 7 2.4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 7 2.5 控制方案設(shè)計(jì) 8 2.6 總體布局設(shè)計(jì) 8 2.7 本章小結(jié) 8 第三章 專用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 3.1 進(jìn)給系統(tǒng)概述與分析 9 3.2 進(jìn)給系統(tǒng)方案圖的確定 10 3.3 工況分析 10 3.4 切削力的計(jì)算 11 3.4.1 切削刀具及相關(guān)參數(shù)的選擇 11 3.4.2 主軸轉(zhuǎn)速及鉆孔時(shí)間的計(jì)算 11 3.4.3 切削力的計(jì)算 12 3.5 鉆床主軸設(shè)計(jì) 13 3.5.1 主軸材料的選擇 13 3.5.2 軸徑的計(jì)算 13 3.5.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 3.5.4 軸強(qiáng)度的校核 15 3.6 進(jìn)給液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 3.6.1 負(fù)載分析 16 3.6.2 液壓缸執(zhí)行元件主要參數(shù)的確 18 3.6.3 活塞桿及活塞材料的選擇 25 3.6.4 活塞桿與活塞的連接方式及活塞密封裝置的選擇 26 3.6.5 液壓缸蓋與液壓缸連接方式及密封方式的選擇 26 3.7 本章小結(jié) 27 第四章 專用鉆床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 4.1 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的分析 28 4.2 主軸花鍵的設(shè)計(jì) 28 4.3 主軸電機(jī)選擇 28 4.4 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 29 4.4.1 設(shè)計(jì)功率的計(jì)算 29 4.4.2 選擇帶型 29 4.4.3 選取帶輪基準(zhǔn)直徑和 29 4.4.4 驗(yàn)算帶速 30 4.4.5 確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 30 4.4.6 驗(yàn)算小帶輪包角 30 4.5 本章小結(jié) 31 第五章 自動(dòng)鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 5.1 自動(dòng)鉆床的自動(dòng)化控制要求 32 5.2 可編程控制器PLC的簡(jiǎn)述 32 5.3 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)控制流程 32 5.4 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)電氣原理圖 34 5.5 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)控制元件的選擇 35 5.5.1 可編程控制器PLC的選擇 35 5.5.2 刀開(kāi)關(guān)的選擇 35 5.5.3 熔斷器的選擇 35 5.5.4 交流接觸器的選擇 36 5.5.5 行程開(kāi)關(guān)與接近開(kāi)關(guān)的選擇 36 5.5.6 繼電器的選擇 36 5.5.7 控制元件選擇明細(xì)表 37 5.6 控制系統(tǒng)程序的編寫 37 5.6.1 輸入與輸出的分配 37 5.6.2 PLC程序清單 37 5.7 本章小結(jié) 38 結(jié) 束 語(yǔ) 39 致 謝 40 參 考 文 獻(xiàn) 41 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 第一章 引言 1.1 問(wèn)題分析及其對(duì)策 1.1.1 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 在當(dāng)今國(guó)際機(jī)械加工行業(yè)中，零件的加工方法越來(lái)越多樣化，可選擇的方法很多除去切削加工，鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓和輥軋等。而一半以上的工作量則由機(jī)床切削加工完成。所以機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中的主要設(shè)備是金屬切削機(jī)床。所以機(jī)床的性能和生產(chǎn)方法直接影產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 1.1.2 問(wèn)題的提出 在切削加工中鉆床的生產(chǎn)工作量占總制造工作量的很大的比重?？椎募庸な怯摄@床，由搖臂鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床、多軸鉆床等。進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、攻絲等。傳統(tǒng)的鉆床在生產(chǎn)中的問(wèn)題： （1）自動(dòng)化程度不高.，難以進(jìn)行大批量的生產(chǎn)； （2）工作效率低，且工人的工作環(huán)境惡劣； （3）占用人力較多，操作固定不變易出錯(cuò)； （4）精度不高，工件裝夾費(fèi)時(shí)； （5）加工產(chǎn)品質(zhì)量不高； 1.1.3 問(wèn)題的分析以及解決方案 過(guò)去傳統(tǒng)的鉆床的不足主要是自動(dòng)化程度低下、生產(chǎn)率一般、生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品質(zhì)量。進(jìn)給和上料系統(tǒng)都是需要人力完成。所以，我們要實(shí)現(xiàn)鉆床加工自動(dòng)化、減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其它工藝流程相結(jié)合，同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題[4]。 考慮分析，我們主要對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的改進(jìn)去解決問(wèn)題。通過(guò)對(duì)鉆床機(jī)構(gòu)的改造來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的要求，提高產(chǎn)品的加工精度及質(zhì)量；通過(guò)導(dǎo)入先進(jìn)的控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)操控，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，便于導(dǎo)入到其它生產(chǎn)流程中去。為了解決問(wèn)題和便于設(shè)計(jì)改造，我們將鉆床分為傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)、送料系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五個(gè)部分，下面分別對(duì)各部分的問(wèn)題提出解決方案： (1)傳動(dòng)系統(tǒng) 為滿足改進(jìn)后的加工及工作要求，在做出相應(yīng)的計(jì)算后對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。 (2)進(jìn)給系統(tǒng) 傳統(tǒng)的鉆床主軸進(jìn)給系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條和軸承等組成。主軸在加工時(shí)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)作軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。機(jī)床主軸被裝置在主軸套筒內(nèi)，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內(nèi)，主軸上側(cè)由花鍵連接。機(jī)床加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由花鍵傳入，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則由齒輪通過(guò)齒條帶動(dòng)套筒在鑲套內(nèi)運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的要求，主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改進(jìn)主要有：主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)依然由電動(dòng)機(jī)傳入，而進(jìn)給則由液壓傳動(dòng)替代手動(dòng)的齒條傳動(dòng)，通過(guò)液壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給動(dòng)作。 (3)夾緊系統(tǒng) 手工操作夾緊是效率低下的一個(gè)原因。自動(dòng)化控制工件夾緊解決的人力完成效率低下的問(wèn)題。系統(tǒng)通過(guò)液壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作自動(dòng)化。 (4)送料系統(tǒng) 傳統(tǒng)鉆床的送料主要由人力手工完成，和夾緊系統(tǒng)相同，動(dòng)力源可由電機(jī)或液壓系統(tǒng)提供，共同實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 (5)控制系統(tǒng) 當(dāng)前機(jī)床控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)數(shù)控、繼電器電氣控制和PLC控制等，由于繼電器電氣控制系統(tǒng)，其聯(lián)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，維修困難，故障率高，經(jīng)常影響正常生產(chǎn)，計(jì)算機(jī)數(shù)控造價(jià)高、系統(tǒng)復(fù)雜，而PLC控制系統(tǒng)可靠性好、造價(jià)低、抗干擾能力強(qiáng)、柔性好、編程簡(jiǎn)單、使用方便、擴(kuò)充靈活、功能完善，所以我們利用PLC控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)和送料系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)的控制[3]。 1.2 本文研究的內(nèi)容及目標(biāo) 對(duì)傳統(tǒng)鉆床的機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。主要改進(jìn)的方面是普通臺(tái)式鉆床傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、進(jìn)給系統(tǒng)液壓缸的設(shè)計(jì)和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等四個(gè)方面。重點(diǎn)是進(jìn)給系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)液壓缸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。改進(jìn)和設(shè)計(jì)要達(dá)到的目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)工作自動(dòng)化，滿足以下要求： (1)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，改善產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率； (2)降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量； (3)鉆床系統(tǒng)工作平穩(wěn)，滿足工作要求； (4)經(jīng)濟(jì)因素合理； 1.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了機(jī)械制造行業(yè)的現(xiàn)狀及問(wèn)題，重點(diǎn)介紹分析了鉆床的生產(chǎn)方式及現(xiàn)今的不足之處。分析并提出解決問(wèn)題的方案。 41 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 自動(dòng)鉆床的總體方案設(shè)計(jì) 第二章 自動(dòng)鉆床的總體方案設(shè)計(jì) 2.1 自動(dòng)專用鉆床已知條件和設(shè)計(jì)要求的概述 總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： (1)執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)； (2)原動(dòng)機(jī)類型的選擇和傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)； (3)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)； (4)總體布局設(shè)計(jì)； (5)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 本文對(duì)普通臺(tái)式鉆床的自動(dòng)化改造及進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以某五金工具廠鋼絲鉗生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造為背景。 已知：加工對(duì)象為鋼絲鉗，加工工序?yàn)樵阡摻z鉗上鉆削直徑為φ12mm（鉆床最大鉆削直徑）的通孔，鋼絲鉗材料為Q235。 改造后的全自動(dòng)鉆床應(yīng)滿足以下設(shè)計(jì)要求： (1)滿足自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)，且生產(chǎn)率為3把/分鐘； (2)自動(dòng)化改造應(yīng)是機(jī)械、電氣和液壓的有機(jī)結(jié)合； (3)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包含切削力計(jì)算、電動(dòng)機(jī)選擇、傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)、床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等； (4)設(shè)計(jì)重點(diǎn)為鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)之進(jìn)給油缸設(shè)計(jì)； (5)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)以PLC與手動(dòng)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)； 2.2 自動(dòng)鉆床的工藝路線分析與確定 自動(dòng)化加工是改進(jìn)后相比較于傳統(tǒng)鉆床的優(yōu)勢(shì)所在。結(jié)合實(shí)際要求，設(shè)計(jì)工藝路線如下： 開(kāi)啟→送料→夾緊→主軸快速進(jìn)給→主軸工進(jìn)→主軸停頓→主軸快速退回→夾具打開(kāi)→出料→完成 成批生產(chǎn)的工藝流程，自動(dòng)鉆床的動(dòng)作流程圖如圖2.1所示。 圖2.1 自動(dòng)鉆床動(dòng)作流程圖 2.3 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 本文自動(dòng)鉆床的執(zhí)行系統(tǒng)主要包括鉆頭加工和進(jìn)給液壓缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)給。 2.3.1 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)決定產(chǎn)品的技術(shù)水平、質(zhì)量、成本等。所以鉆床的系統(tǒng)功能原理的設(shè)計(jì)，要考慮鉆床功能的可實(shí)現(xiàn)性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)鉆床改造的目的主要是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，符合工廠的生產(chǎn)要求，適應(yīng)現(xiàn)代械加工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展需求。 2.3.2 執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)之進(jìn)給油缸設(shè)計(jì)。我們要研究鉆頭在進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給液壓缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。鉆頭在加工時(shí)的主要運(yùn)動(dòng)方式包括旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)和鉆頭直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給液壓缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要完成驅(qū)動(dòng)主軸進(jìn)給，為直線運(yùn)動(dòng)。 鉆床執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖2.2所示。 主軸直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 主軸旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng) 圖2.2 自動(dòng)鉆床運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)圖 2.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式設(shè)計(jì) 在此設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工藝動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)要求、減小運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu)尺寸、考慮動(dòng)力源的形式、讓整個(gè)系統(tǒng)有良好的傳力和動(dòng)力、讓機(jī)械具有調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的能力，保證機(jī)械使用過(guò)程中的安全[5]。 所以，動(dòng)力源與主軸之間我們選擇以帶輪傳動(dòng)的方式去完成；使用運(yùn)動(dòng)的液壓缸。去實(shí)現(xiàn)鉆頭的直線往復(fù)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 2.4 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)選擇 2.4.1 原動(dòng)機(jī)選擇 由執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇原動(dòng)機(jī)。用電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給液壓缸原動(dòng)力選擇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵 （具體型號(hào)在下面章節(jié)中計(jì)算后選擇）。 2.4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) (1)確定傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比 總傳動(dòng)比是通過(guò)切削力和傳動(dòng)效率的計(jì)算得出的，確定工作功率后，查表確認(rèn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。通過(guò)鉆床的工作參數(shù)確定總傳動(dòng)比。 (2)選擇傳動(dòng)類型 傳統(tǒng)臺(tái)式鉆床主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)選擇帶輪V帶傳動(dòng)，它在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中提供過(guò)載保護(hù)； 液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉆頭的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，這種傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)有： (a)在輸出功率相同的條件下，體積小、重量輕； (b)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，吸振能力強(qiáng)； (c)啟動(dòng)、制動(dòng)迅速。在頻繁換向的過(guò)程中保持穩(wěn)定。還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速； (d)布局安裝的限制比較少； (3)繪制傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 根據(jù)以上分析，確定傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如2.3所示。 花鍵傳動(dòng) V帶傳動(dòng) 液壓缸進(jìn)給傳動(dòng) 圖2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 2.5 控制方案設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)改進(jìn)的要求，控制系統(tǒng)主要由PLC和手動(dòng)去完成順序控制和定時(shí)控制。 應(yīng)用PLC的原因主要因?yàn)樗囊幌绿攸c(diǎn)： (1)可靠性高； (2)編程容易，易于使用； (3)控制功能極強(qiáng)； (4)擴(kuò)展及與外部連接極為方便； (5)通用性好、體積小、使用靈活； (6)設(shè)計(jì)施工和調(diào)試的周期短； 2.6 總體布局設(shè)計(jì) 本文對(duì)傳統(tǒng)鉆床的改進(jìn)是在其原有的機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入了液壓進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在液壓夾緊系統(tǒng)方面，由于臺(tái)式鉆床固定不動(dòng)，用變動(dòng)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)去協(xié)調(diào)總體布局的設(shè)計(jì)。 2.7 本章小結(jié) 本章主要介紹了在傳統(tǒng)鉆床的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。確認(rèn)工藝流程，設(shè)計(jì)流程及其他前期設(shè)計(jì)準(zhǔn)備。綜上，我們對(duì)改進(jìn)方向方法有了清晰明確的認(rèn)識(shí)和思路，確定了設(shè)計(jì)改進(jìn)的重點(diǎn)。 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 專用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第三章 專用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 進(jìn)給系統(tǒng)概述與分析 傳統(tǒng)的臺(tái)式鉆床主軸進(jìn)給系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條和軸承等組成。主軸在加工時(shí)即要作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也要作軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。機(jī)床主軸被裝置在主軸套筒內(nèi)，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內(nèi)，主軸上側(cè)由花鍵連接[4]。機(jī)床加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由花鍵傳入，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則由齒輪通過(guò)齒條帶動(dòng)套筒在鑲套內(nèi)運(yùn)動(dòng)。由總體方案可知，自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)入了液壓缸進(jìn)給系統(tǒng)，由液壓缸驅(qū)動(dòng)替代齒輪齒條的手動(dòng)進(jìn)給，來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸的快進(jìn)、工進(jìn)和快退動(dòng)作。 傳統(tǒng)鉆床的加工主要由主軸的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)去完成。但導(dǎo)入液壓缸進(jìn)給系統(tǒng)后，液壓缸活塞桿不能作高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以我們要應(yīng)用合適的軸承和結(jié)構(gòu)來(lái)使主軸的高速旋轉(zhuǎn)。如圖3.1所示。 5 4 3 6 2 7 1 圖3.1 普通臺(tái)式鉆床進(jìn)給系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 1、主軸套筒鑲套2、推力球軸承3、主軸套筒4、主軸5、深溝球軸承 6、齒輪齒條手動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)7、主軸箱 3.2 進(jìn)給系統(tǒng)方案圖的確定 首先我們要對(duì)普通臺(tái)式鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)做出詳細(xì)的研究后，才能在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。 根據(jù)圖3.1的進(jìn)給系統(tǒng)特點(diǎn)，確定改進(jìn)后鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)如圖3.2所示： 6 7 8 5 4 3 9 2 1 圖3.2 自動(dòng)鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 1、主軸2、深溝球軸承3、活塞桿4、液壓缸筒5、油路口 6、液壓缸蓋7、鎖緊螺釘8、推力球軸承9、密封圈 3.3 工況分析 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)可知，生產(chǎn)工件時(shí)，要求生產(chǎn)率為3把/分鐘，即要求在20秒內(nèi)要完成一件工件的送料、夾緊、鉆削加工和出料。 已知件材料為Q235鋼，工件厚度大約為15mm，查《機(jī)械工程材料實(shí)用手冊(cè)》可知，Q235為碳素結(jié)構(gòu)鋼，其韌性良好，有一定的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，在一般機(jī)械制造中應(yīng)用廣泛，是一般機(jī)械制造中的主要材料，其切削加工性能較好。鉆削直徑為12mm的通孔，鉆削行程（孔的長(zhǎng)度）l≈15mm。由此可確定鉆床主軸行程為100mm，也就是液壓缸行程為100mm。 在鉆床的切削加工過(guò)程中，鉆床主軸主要受到切削扭矩和軸向進(jìn)給力的作用。軸向進(jìn)給力是沿主軸軸向的，在主軸保持其與工作臺(tái)的垂直度的情況下，軸向力作用產(chǎn)生的彎矩基本可忽略不計(jì)。所以，鉆床主軸為僅受轉(zhuǎn)矩作用的軸類[6]。 主軸進(jìn)給液壓缸在工作過(guò)程中受到力的作用可分為三個(gè)階段。主軸快速進(jìn)給過(guò)程中，液壓缸受到鉆床主軸組件重力和液壓缸系統(tǒng)自身的的摩擦力作用；在主軸工作進(jìn)給過(guò)程中，液壓缸受到鉆床主軸組件的重力、軸向切削力和液壓缸系統(tǒng)自身的摩擦力作用；在主軸快速退回的過(guò)程中，液壓缸受到主軸組件的重力、退刀阻力和液壓缸系統(tǒng)摩擦力。綜上我們要計(jì)算最大受力來(lái)作為液壓缸的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 3.4 切削力的計(jì)算 3.4.1 切削刀具及相關(guān)參數(shù)的選擇 目前在鉆孔加工中使用的麻花鉆主要有高速鋼麻花鉆和硬質(zhì)合金麻花鉆兩類。由于高速鋼麻花鉆在采用物理沉積法TiN涂層處理后，其耐用度和鉆孔精度都有了很大的保障，所以該鉆頭得到了廣泛的應(yīng)用。因此，我們?cè)诩庸み^(guò)程中，應(yīng)用高速鋼麻花鉆頭。查《金屬切削手冊(cè)》[17]標(biāo)準(zhǔn)圓柱錐柄麻花鉆中等長(zhǎng)度第一系列，刀具直徑為12mm,鉆頭與主軸用莫氏錐孔連接，莫氏錐孔為1號(hào)莫氏錐孔。 由于Q235鋼切削性能較好，所以查《金屬切削手冊(cè)》[17]選擇加工時(shí)進(jìn)給量f為：f=0.2mm/r；其對(duì)應(yīng)的切削速度V=32m/min。 3.4.2 主軸轉(zhuǎn)速及鉆孔時(shí)間的計(jì)算 查《金屬切削手冊(cè)》[17]，由切削速度計(jì)算公式可得出主軸在工藝長(zhǎng)期穩(wěn)定時(shí)的固定轉(zhuǎn)速n的計(jì)算公式如下： （3-1） 式中，——選定的切削速度（m/min） ——刀具或工件的直徑（mm） 將V=32m/min，d=12mm代入公式中，計(jì)算得出n=850r/min. 查《金屬切削手冊(cè)》[17],鉆孔時(shí)間T的計(jì)算公式為： （3-2） 式中，l——被鉆孔厚度（mm） f——切削進(jìn)給量（mm/r） ——刀具或工件的直徑（mm） n——主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min） 將l =15mm，f =0.2mm/r，d=12mm，n=850r/min代入公式中，計(jì)算得出T=6.6s。 由此，確定一件工件的加工工時(shí)為：送料過(guò)程1s，工件夾緊2s，快速進(jìn)給2s，工作過(guò)程7s，主軸停留2s，快退2s，出料1s，加工一件工件用時(shí)17s，達(dá)到了加工效率的要求。 3.4.3 切削力的計(jì)算 鉆床切削力的計(jì)算包括鉆床主軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算和主軸軸向切削力的計(jì)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(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》[16]得： 鉆床轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下： （3-3） 式中，—— 切削力矩（N·M） —— 鉆頭直徑（mm） —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm） —— 修正系數(shù) （3-4） 軸向切削力的計(jì)算公式如下： （3-5） 式中，—— 軸向切削力（N） —— 鉆頭直徑（mm） —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm) —— 修正系數(shù) 已知被加工材料為Q235結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼取=736MPa，=12mm，=0.2mm，所以可分別計(jì)算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削為： =13.5 N·M =2595 N 3.5 鉆床主軸設(shè)計(jì) 3.5.1 主軸材料的選擇 要考慮的因素有： (1)軸的強(qiáng)度、剛度和耐磨性要求； (2)軸的熱處理方式和機(jī)加工工藝性要求； (3)軸的材料來(lái)源和經(jīng)濟(jì)性； 軸的常用材料有碳鋼和合金鋼。碳鋼的價(jià)格要比合金鋼的價(jià)格低，而親對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，我們可以對(duì)其進(jìn)行熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好。而合金鋼雖然機(jī)械性能和淬火性能優(yōu)于碳鋼，但其價(jià)格較貴，一般用于強(qiáng)度和耐磨性要求高的場(chǎng)合[19]。 綜上鉆床主軸材料選45號(hào)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后HB要達(dá)到240左右。其機(jī)械性能參數(shù)如下：δb=650MPa；δs=360MPa；δ-1=300MPa；τ-1=155MPa；[δ-1]b=60MPa；[τT]=35MPa。 3.5.2 軸徑的計(jì)算 由金屬切削原理[14]可知，主軸切削功率的計(jì)算公式為： （3-6） 式中：—— 軸向切削力（N） —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm) n——主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min） —— 切削力矩（N·M） 將以上數(shù)值代入公式中可計(jì)算出功率=1.2KW 考慮到軸承傳動(dòng)效率（查得為0.99）和花鍵傳動(dòng)效率[5]（查得為0.98），由上計(jì)算出鉆床主軸要傳遞的功率P為： P=/(0.99×0.99×0.98)=1.25KW （3-7） 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]得鉆床最小直徑的計(jì)算公式如下： （3-8） 選C=110，計(jì)算出dmin=13mm 所以我們可以得出鉆床主軸的最小直徑大于等于13mm，基于普通臺(tái)式鉆床的主軸結(jié)構(gòu)，得出改進(jìn)后的自動(dòng)鉆床主軸直徑為40mm。 3.5.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可知，鉆床主軸上主要安裝有一對(duì)深溝球軸承、一對(duì)推力球軸承、一個(gè)軸承擋環(huán)、一個(gè)鎖緊螺栓和軸端的花鍵連接。根據(jù)鉆床軸徑選用軸承及花鍵尺寸如表3.1所示。 根據(jù)主軸的的行程，可確定鉆床主軸的基本長(zhǎng)度尺寸如圖3.3所示。 表3.1 主軸零件選用表 主軸零件 型號(hào) 深溝球軸承 滾動(dòng)軸承 6208 GB/T 276-1994 推力球軸承 滾動(dòng)軸承 51308 GB/T 301-1995 花鍵 8×32×36×6 GB/T 1144-1987 圖3.3 鉆床主軸基本尺寸簡(jiǎn)圖 3.5.4 軸強(qiáng)度的校核 由工況分析可知，鉆床主軸的受力圖如圖3.4所示。 Mk M 圖3.4 鉆床主軸受力簡(jiǎn)圖 圖3.5 鉆床主軸轉(zhuǎn)矩簡(jiǎn)圖 基于傳動(dòng)效率的考慮，鉆床主軸要傳遞的轉(zhuǎn)矩M=Mk/（0.99×0.99×0.98）=14 N·M,液壓力為對(duì)稱受為，合力方向沿鉆床主軸方向，大小與進(jìn)給切削力相互抵消。所以，繪制主軸所受轉(zhuǎn)矩圖如圖3.5。 根據(jù)整體結(jié)構(gòu),軸的危險(xiǎn)截面為軸端花鍵處，所以要對(duì)它進(jìn)行軸強(qiáng)度校驗(yàn)。 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件： （3-9） 式中：τT—— 軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa） M——軸的傳遞轉(zhuǎn)矩(N·mm) WT——軸的抗扭截面模量（mm3） [τT]——軸的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（） 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]得花鍵的抗扭截面模量WT的計(jì)算公式為： （3-10） 式中：d1——花鍵內(nèi)徑（mm） b——花鍵齒寬(mm) z——花鍵的齒數(shù) D——花鍵的外徑（mm） 將基本參數(shù)代入公式計(jì)算WT=5739，計(jì)算出鉆床主軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力=2.44。 由于[]=35，顯然≤[]，所以，軸滿足強(qiáng)度要求。 3.6 進(jìn)給液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.6.1 負(fù)載分析 工作阻力主要是鉆床的軸向切削力產(chǎn)生的，其大小=2595 N。 系統(tǒng)摩擦阻力在機(jī)械效率中考慮，軸承傳動(dòng)效率取0.99，花鍵傳動(dòng)效率取0.98，液壓傳動(dòng)效率取0.95，所以計(jì)算出整下系統(tǒng)的機(jī)械效率η為[6]： η=0.99×0.99×0.98×0.95=0.91 （3-11） 鋼材密度取7.85 ，主軸體積V為： （3-12） 式中： V——主軸體積（m3） d——主軸直徑 (mm)，取40mm ——主軸長(zhǎng)度（mm），取550mm 所以主軸重力為： = （3-13） 式中： V——主軸體積（m3） ρ——主軸材料密度（） g——重力加速度（），取10 ——主軸重力（N） 加上軸上零件的重力作用，整個(gè)系統(tǒng)承受的總重力=200N。 慣性力Fm指運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程中的慣性力，查《液壓與氣壓傳動(dòng)》[3]得其計(jì)算公式為： （3-14） 式中，——系統(tǒng)重力 ——重力加速度 ——時(shí)間內(nèi)的速度變化量 ——加速或減速時(shí)間 =5N （3-15） 快速進(jìn)給時(shí)，在不考慮背壓的情況下，主軸會(huì)在重力的作用下自動(dòng)下移，且加速度大約為9.8，因此，液壓缸在快進(jìn)時(shí)受到的最大作用力F=G×η=182N。 工進(jìn)時(shí)，液壓缸要克服工作阻力自身系統(tǒng)的摩擦力和系統(tǒng)重力的作用。所以F=（-G）/η，為了設(shè)計(jì)的可行性。我們?nèi)∠到y(tǒng)重力的一半代入到式中，F(xiàn)=2742N。 快速退回時(shí)，液壓缸要克服重力和系統(tǒng)摩擦力，所以F=G/η考慮到鉆頭退出工件時(shí)的摩擦力，η在計(jì)算時(shí)取0.89，所以計(jì)算出此時(shí)F=225N。 由上得出數(shù)據(jù)表3.2和圖3.6。 表3.2 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表 運(yùn)動(dòng)階段 計(jì)算公式 負(fù)載大?。∟） 主軸快進(jìn) F=G×η 182 主軸工進(jìn) F=（-G）/η 2742 主軸快退 F=G/η 225 V（m/min） 0.17 3 -3 72 70 72 70 2742 225 182 0 F（N） 圖3.6 液壓系統(tǒng)負(fù)載及速度簡(jiǎn)圖 3.6.2 液壓缸執(zhí)行元件主要參數(shù)的確 (1)初選液壓缸的工作壓力 表3.3 液壓設(shè)備常用的工作壓力表 設(shè)備類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械 液壓機(jī)、重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合機(jī) 床 龍門刨床 拉床 工作壓力P1/（MPa） 0.8～2.0 3～5 2～8 8～10 10～16 20～32 我們初選液壓缸的工作壓力為=3。 (2)確定液壓缸的類型及主要結(jié)構(gòu)尺寸 根據(jù)我們的設(shè)計(jì)要求，選擇中空的雙桿活塞缸；在活塞桿兩端裝上軸承，固定主軸?；钊刂鬏S方向可做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)需要，活塞缸采用缸筒固定式。缸筒固定式雙桿活塞缸簡(jiǎn)圖如圖3.7所示。 圖3.7 缸筒固定式雙桿活塞缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 為了防止鉆頭鉆透時(shí)主軸突然前沖，要在回油路上安裝背壓閥。查表3.4液壓缸參考背壓表，回油路背壓選擇=0.8。 表3.4 液壓缸參考背壓 系統(tǒng)類型 背壓（） 回油路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng) 0.2～0.5 回油路上有調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng) 0.5～0.8 回油路上裝有背壓閥 0.5～1.5 帶補(bǔ)油泵的閉式回路 0.8～1.5 由表3.1可知，深溝球軸承選用滾動(dòng)軸承 6208 GB/T 276-1994，其外徑為80mm，查表3.5活塞桿直徑系列表，活塞桿直徑選用=100mm。 表3.5 活塞桿直徑系列（GB2348-80）（mm） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 由表3.2可知，當(dāng)主軸工進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)的負(fù)載最大F=2742N，由此可計(jì)算出液壓缸的有效面積S為： （3.16） 式中：——液壓缸內(nèi)徑（） ——液壓缸活塞桿直徑（）, =100mm ——液壓缸負(fù)載（）, F=2742 ——液壓缸工作壓力（）, =3 ——回油路背壓力（）, ==0.8 所以可計(jì)算也液壓缸內(nèi)徑=117。為了使原件使用標(biāo)準(zhǔn)化，查表3.6圓整后取=125。 表3.6 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80）(mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 220 250 320 400 500 630 在基本尺寸確定后，液壓缸按最低加工運(yùn)動(dòng)速度驗(yàn)算尺寸。保證液壓缸的有效工作面積要不小于最小穩(wěn)定速度時(shí)的最小有效面積。 ≥ （3-17） 式中，——流量閥的最小穩(wěn)定流量，=0.05 ——液壓缸的最低速度, =0.17 由計(jì)算可得A=2767≥=294,所以基本尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。 (3)液壓缸材料的選擇 液壓缸材料的選擇主要受以下幾個(gè)因素的制約： （a）液壓缸要有足夠的強(qiáng)度； （b）液壓缸要有足夠的剛度； （c）液壓缸要有很好的耐磨性能； 綜上原因，材料選擇45號(hào)無(wú)縫鋼管。 (4)液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率計(jì)算 根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及上述液壓缸的計(jì)算數(shù)值，可以計(jì)算出液壓缸工作各階段的壓力、流量和功率。在計(jì)算時(shí)工進(jìn)時(shí)背壓按=0.8代入，快退快進(jìn)時(shí)背壓按=0.5代入計(jì)算。計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果列于表3-5中。 主軸下壓時(shí)，液壓缸上油缸進(jìn)油下油缸回油；上移時(shí)液壓缸下油缸進(jìn)油上油缸回油。 表3.7 液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率 工作循環(huán) 計(jì)算公式 進(jìn)油壓力 回油壓力 所需流量 輸入功率 （） （） （） P（） 主軸快進(jìn) =- = P= 0.43 0.5 8.3 0.06 主軸工進(jìn) =+ = P= 1.8 0.8 0.47 0.02 主軸快退 =+ = P= 0.6 0.5 8.3 0.08 注：表中A為液壓缸有效面積，V為各階段穩(wěn)定速度。 (5)液壓缸壁厚和最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的計(jì)算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。 液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚δ的比值圓筒稱為薄壁圓筒。工程機(jī)械的液壓缸大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算： （3-18） 式中δ—液壓缸壁厚（m）； D—液壓缸的內(nèi)徑（m）； —試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.50）倍； [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。其值：鍛鋼：[σ]=110～120；鑄鋼：[σ]=100～110；無(wú)縫鋼管：[σ]= 100～110；高強(qiáng)度鑄鐵：[σ]=60；灰鑄鐵：[σ]=25。 根據(jù)表3-5中計(jì)算的結(jié)果，代入計(jì)算公式中，可計(jì)算出液壓缸壁厚δ=4mm?？紤]到與缸蓋的聯(lián)接，所以設(shè)計(jì)中取液壓缸的壁厚δ=8mm。 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度滿足 （3-19） 式中 —液壓缸的最大行程； —液壓缸的內(nèi)徑。 我們要求液壓缸的最大行程為100mm，液壓缸的內(nèi)徑為125mm，可計(jì)算出H≥67.5mm,設(shè)計(jì)中取H=70mm。 (6)液壓系統(tǒng)原理圖 快速進(jìn)給和加工時(shí)上油缸進(jìn)油下油缸出油，快速退回時(shí)下油缸進(jìn)油上油缸出油，只需一次換向。由于在加工孔鉆透后，系統(tǒng)需要定時(shí)停留。所以，換向閥選擇具有中位封閉功能的三位四通電磁換向閥。因?yàn)橄聣汉蜕弦茣r(shí)主軸的運(yùn)動(dòng)速度不一樣，負(fù)載小運(yùn)動(dòng)速度不快。液壓泵選用單向定量液壓泵。 自動(dòng)鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)控制原理圖如圖3.8所示。 圖3.8 自動(dòng)鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)控制原理圖 1、三位四通電磁換向閥2、二位二通電磁換向閥3、調(diào)速閥4、液壓缸 5、二位三通電磁換向閥6、7、8、溢流閥（6、7作背壓閥用）9、液壓泵10、過(guò)濾器 快速下降時(shí),在PLC控制下,電磁鐵1Y通電電，三位四通電磁換向閥1接入左位，液壓泵9供油通過(guò)二位二通電磁換向閥2流入液壓缸4上腔，回油過(guò)程,三位四通電磁換向閥1、二位三通電磁換向閥5、溢流閥6回油箱。 工進(jìn)時(shí)，電磁鐵1Y、3Y和4Y得電，三位四通電磁換向閥1接入左位，二位二通電磁換向閥2接入左位，二位三通電磁換向閥5位入左位，液壓泵9供油經(jīng)調(diào)整閥3進(jìn)入液壓缸4上腔，回油經(jīng)三位四通電磁換向閥1、二位三通電磁換向閥5和溢流閥7回油箱。 主軸停留，三位四通電磁換向閥1處于中位，液壓泵9供油在達(dá)到一定壓力的條件下回油箱，液壓系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。停留時(shí)間由PLC定時(shí)控制。 快退時(shí)，電磁鐵2Y，三位四通電磁換向閥1接入右位，液壓泵9供油到液壓缸4下腔，回油經(jīng)二位二通電磁換向閥2、三位四通電磁換向閥1、二位三通電磁換向閥5和溢流閥6回油箱。 工作循環(huán)過(guò)程中電磁鐵動(dòng)作表3.8所示。 表3.8 電磁鐵動(dòng)作表 工作階段 1Y 2Y 3Y 4Y 快進(jìn) + - - - 工進(jìn) + - + + 停留 - - + + 快退 - + - - (7)液壓元件的選擇 (a)液壓泵的選擇 液壓泵的最高工作壓力可按下式計(jì)算[3]： （3-20） 式中，——液壓泵的最高工作壓力 ——液壓缸的最大工作壓力；查表3.5 =1.8 ——進(jìn)油管路總壓力損失；簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取～0.5，復(fù)雜取～1.5。取=0.5。 由上數(shù)據(jù)可得=2.3。計(jì)算出的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，選泵的額定壓力應(yīng)滿足～，額定壓力為： =1.25=2.9 （3-21） 液壓泵的最大流量應(yīng)滿足下面公式： （3-22） 式中，——液壓泵的最大流量 ——所需流量的最大值。當(dāng)溢流閥工作時(shí)，要考慮溢流閥最小溢流量～3；查表3.5取=8.3；——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取～，式中取；所以計(jì)算出≥9.96。 綜上,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]產(chǎn)品樣本，選擇YB1-12型，額定壓力為6.3，排量為12,額定轉(zhuǎn)速為960，驅(qū)動(dòng)功率為2。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能穩(wěn)定、壓力流量脈動(dòng)小。 (a)液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 根據(jù)已選擇的液壓泵的規(guī)格，我們可知已選液壓泵需要的驅(qū)動(dòng)功率2，所以選擇Y132S-6電動(dòng)機(jī)。額定功率為3，滿載轉(zhuǎn)速為960。 (b)液壓系統(tǒng)液壓閥的選擇 根據(jù)表3.5液壓系統(tǒng)各工作階段所需的實(shí)際流量、壓力和設(shè)計(jì)中所選的背壓大小，所選液壓閥見(jiàn)液壓系統(tǒng)液元件明細(xì)表3.9。表中序號(hào)與自動(dòng)鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)控制原理圖中序號(hào)一致。 表3.9 液壓系統(tǒng)液元件明細(xì)表 序號(hào) 元件名稱 最大通過(guò)流量（） 型號(hào) 1 三位四通電磁換向閥 15 WE5E5/AW220-50 2 二位二通電磁換向閥 15 3WE5E5/AW220-50 3 調(diào)速閥 0.6 31-2FRM5/0.6 5 二位三通電磁換向閥 15 4WE5E5/AW220-50 6 溢流閥 100 BT-03-L-32 7 溢流閥 100 BT-03-L-32 8 溢流閥 100 BT-03-L-32 9 定量葉片泵 11.52 YB1-12 10 過(guò)濾器 25 XU-25×80J 備注：溢流閥6壓力調(diào)至0.5，溢流閥7壓力調(diào)至0.8，溢流閥8壓力調(diào)至6.4 (c)液壓系統(tǒng)油管的選擇 油路管道選用鋼管。油管尺寸與液壓元件接口尺寸相同。 (d)液壓系統(tǒng)油箱的選擇 因?yàn)橐簤合到y(tǒng)屬中低壓系統(tǒng)，所以油箱容積一般是液壓泵額定流量的5～7倍。設(shè)計(jì)中取液壓泵額定流量的7倍，故油箱容積為：=7×11.52=80.64 查相關(guān)產(chǎn)品樣本油箱型號(hào)選擇：AB40-33-0100N。其公稱容積為100。 (e)液壓油的選擇 選擇液壓油時(shí)，我們需要考慮到粘度、工作壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度和液壓泵的類型。所以選擇普通液壓油，牌號(hào)為46。 3.6.3 活塞桿及活塞材料的選擇 因?yàn)槲覀冞x用雙桿液壓缸，因此活塞桿用45號(hào)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火處理，淬火深度為0.5mm。 活塞材料選用高強(qiáng)度的鑄鐵，選擇HT200。 3.6.4 活塞桿與活塞的連接方式及活塞密封裝置的選擇 圖3.9 活塞桿與活塞連接方式及活塞密封方式圖 活塞和活塞桿的連接結(jié)構(gòu)有以下幾種，整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接，我們采用的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便的卡環(huán)連接。活塞及活塞桿處的密封圈選用O型密封圈密封。（見(jiàn)圖3.9） 3.6.5 液壓缸蓋與液壓缸連接方式及密封方式的選擇 液壓缸蓋與液壓缸采用法蘭連接。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工簡(jiǎn)單，裝卸容易。液壓缸蓋密封采用組合式密封，在缸蓋內(nèi)加上非金屬材料導(dǎo)向環(huán)。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3.10示： 防塵圈 U型密封 導(dǎo)向環(huán) 圖3.10 缸蓋與缸連接方式及缸蓋密封方式 3.7 本章小結(jié) 本章我們通過(guò)計(jì)算確定了液壓系統(tǒng)的原件型號(hào),為下章的進(jìn)行打下了基礎(chǔ). 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 專用鉆床主軸系傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第四章 專用鉆床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的分析 由圖2.3可知，主要設(shè)計(jì)的項(xiàng)目包括帶輪傳動(dòng)、主軸花鍵傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在上章已完成，所以本章進(jìn)行帶輪傳動(dòng)和主軸花鍵傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。 主軸花鍵傳動(dòng)是主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行軸向進(jìn)給的關(guān)鍵?；ㄦI的尺寸根據(jù)主軸的軸徑來(lái)選擇。 主軸系統(tǒng)帶輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)包括V帶的選擇和帶輪尺寸的設(shè)計(jì)。 4.2 主軸花鍵的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中軸上花鍵主要傳遞轉(zhuǎn)矩，并起到軸端的導(dǎo)向定心作用。根據(jù)表3-1我們選用花鍵規(guī)格為：（ ）8×32×36×6 GB/T 1144-1987（為齒數(shù)×內(nèi)徑×外徑×齒寬）。主軸的行程為100mm，查表4.1可確花鍵的長(zhǎng)度為=160mm。 表4.1 花鍵長(zhǎng)度系列表 （mm） 10 12 15 18 22 25 28 30 32 36 38 42 45 8 50 56 60 63 71 75 80 85 90 95 100 110 120 130 140 160 180 200 由于主軸端花鍵與轂孔為滑動(dòng)聯(lián)接，所以花鍵尺寸公差選擇分別為：d取f7，D取a11，鍵寬B取d10。鍵寬位置度公差取=0.015mm,鍵寬對(duì)稱度公差取=0.012mm。 4.3 主軸電機(jī)選擇 由3.5.2章節(jié)的計(jì)算我們知道，主軸切削功率=1.2KW。由于花鍵轂要與帶輪固定在機(jī)架上，取軸承傳動(dòng)效率為0.99、花鍵傳動(dòng)效率為0.98和V帶傳動(dòng)效率為0.96，所以可計(jì)算出電機(jī)要傳遞的最小功率為： （4-1） 可計(jì)算出=1.32。查電機(jī)樣品選取電機(jī)型號(hào)為：Y90L-4。額定功率1.5，滿載轉(zhuǎn)速1400 r/min。 4.4 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 4.4.1 設(shè)計(jì)功率的計(jì)算 （4-2） 式中： ——工況系數(shù)；自動(dòng)鉆床一般為空載啟動(dòng)取=1.2 ——傳遞功率；取電動(dòng)機(jī)額定功率=1.5 計(jì)算出=1.8。 4.4.2 選擇帶型 因?yàn)?1.8，=1400 r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》選用Z型V帶。 4.4.3 選取帶輪基準(zhǔn)直徑和 由3.4.2章節(jié)中計(jì)算可知，主軸轉(zhuǎn)速=850 r/min。考慮到電機(jī)主軸直徑D=24mm及Z型V帶的=50mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[6]取=80mm。 （4-3） 式中： ——鉆床主軸帶輪直徑； ——主軸電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速；=1400 r/min ——鉆床主軸轉(zhuǎn)速；=850 r/min ——鉆床主軸帶輪直徑；=80mm ——滑動(dòng)率；取=0.02 得=129.13mm，圓整取標(biāo)準(zhǔn)值=132mm。 4.4.4 驗(yàn)算帶速 帶速的計(jì)算公式為： （4-4） 得帶速=5.86。在5～20范圍之間。 4.4.5 確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由帶輪直徑和自動(dòng)鉆床的機(jī)構(gòu)尺寸，初選中心距=300mm。經(jīng)計(jì)算可知其符合： 0.7(+)=148.4＜＜2(+)=424 （4-5） 由帶長(zhǎng)計(jì)算公式可計(jì)算出： =935.1mm （4-6） 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》對(duì)Z型帶選用基準(zhǔn)長(zhǎng)度=1080mm，可由下式計(jì)算出實(shí)際的中心距為： mm （4-7） mm （4-8） mm （4-9） 4.4.6 驗(yàn)算小帶輪包角 （4-10） 所以＞120°，在要求的范圍之內(nèi)，包角合適。 4.5 本章小結(jié) 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括帶輪傳動(dòng)、主軸花鍵傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于液壓傳動(dòng)已在第3章中設(shè)計(jì)過(guò)，因此，本章節(jié)主要介紹了帶輪傳動(dòng)和花鍵傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。這兩部分是鉆床主軸傳動(dòng)的主要部件。完成對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)鉆床設(shè)計(jì)已基本成形，剩下的任務(wù)就是對(duì)自動(dòng)鉆床進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，所以，下面章節(jié)將對(duì)鉆床控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 自動(dòng)鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第五章 自動(dòng)鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1 自動(dòng)鉆床的自動(dòng)化控制要求 （1）自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)以PLC控制與手動(dòng)控制相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)； （2）從功能和經(jīng)濟(jì)角度對(duì)控制元件進(jìn)行選擇； （3）根據(jù)鉆床工作要求完成PLC控制編程； 5.2 可編程控制器PLC的簡(jiǎn)述 PLC的優(yōu)點(diǎn)歸結(jié)為以下幾點(diǎn)： （1）可靠性高，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 （2）簡(jiǎn)單易學(xué)，使用簡(jiǎn)單。 （3）配套齊全，功能完善。 （4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短，維護(hù)方便，改造容易。 （5）體積小，重量輕，能耗低。 5.3 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)控制流程 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的控制流程包括主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)的啟動(dòng)控制、主軸快進(jìn)控制、主軸工進(jìn)控制、主軸停留控制、主軸快退控制、主軸快退停止控制和主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)的停止控制。 主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)的啟動(dòng)控制：主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)的啟動(dòng)控制可分別通過(guò)主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)電路上的交流接觸器KM1和KM2控制。為了使PLC在寫入控制程序后進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后執(zhí)行和便于操作人員進(jìn)行初態(tài)監(jiān)控，在寫入控制程序5S后，主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)電路上的交流接觸器KM1和KM2閉合，主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)啟動(dòng)，5S定時(shí)由定時(shí)器T1完成[7]。 主軸快進(jìn)控制：當(dāng)工件檢測(cè)器檢測(cè)到工件后，工件檢測(cè)開(kāi)關(guān)SB1閉合，進(jìn)行工件的夾緊計(jì)時(shí)，定時(shí)器T2計(jì)時(shí)2S完成后，三位四通電磁換向閥電磁鐵1Y得電，液壓控制系統(tǒng)接入快進(jìn)油路，主軸快速進(jìn)給。 主軸工進(jìn)控制：主軸快進(jìn)行程完成后，快進(jìn)行程開(kāi)關(guān)SQ0閉合，三位四通電磁換向閥電磁鐵1Y、二位二通電磁換向閥電磁鐵3Y和二位三通電磁換向閥4Y得電，液壓控制系統(tǒng)接入工進(jìn)油路，主軸工進(jìn)。 主軸停留：鉆頭完成對(duì)工件的加工后，主軸工進(jìn)行程到達(dá)終點(diǎn)，工進(jìn)行程開(kāi)關(guān)SQ1閉合，計(jì)時(shí)器T3開(kāi)始2S計(jì)時(shí)，三位四通電磁換向閥電磁鐵1Y失電復(fù)位，主軸停留對(duì)加工孔進(jìn)行修磨。 主軸快退：計(jì)時(shí)器T3完成2S計(jì)時(shí)后，三位四通電磁換向閥電磁鐵2Y得電，二位二通電磁換向閥電磁鐵3Y和二位三通電磁換向閥4Y失電復(fù)位，液壓控制系統(tǒng)接入快退油路，主軸快退。 主軸快退停止：主軸快退至行程開(kāi)關(guān)SQ2處時(shí)，行程開(kāi)關(guān)SQ2閉合，三位四通