小型自動化臺式鉆床設(shè)計(jì)【小型自動化臺式鉆床設(shè)計(jì)】

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臺式鉆床的改造和設(shè)計(jì) 目前，我國中、小型企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都需要有一個新的提高．但是加工手段卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要．許多中小型企業(yè)都結(jié)合自己的實(shí)際對設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行改進(jìn)，通過強(qiáng)化自身．以求自我發(fā)展.普通鉆床為單軸機(jī)床，但安裝上多軸箱就會成為多軸的鉆床，改造成多軸鉆床后，能大大地縮短加工時間，提高生產(chǎn)效率。 多軸加工應(yīng)用：據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測量　以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高85%，但購置費(fèi)用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點(diǎn)，就鉆削加工而言，多軸加工是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。 多軸加工優(yōu)勢：雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的多軸加工更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個ψ20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要842.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時，劃線也簡單，只要1.9小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標(biāo)軸，使刀具正確地對準(zhǔn)加工位置，結(jié)合多軸加工不但可以擴(kuò)大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機(jī)30種箱形與桿形零件的2000多個鉆孔操作中，有40%可以在自動更換主軸箱機(jī)床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時間。1975年法國巴黎機(jī)床展覽會也反映了多軸加工的使用愈來愈多這一趨勢。 多軸加工的設(shè)備：多軸加工是在一次進(jìn)給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數(shù)控機(jī)床中不必計(jì)算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進(jìn)行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機(jī)床心及自動更換主軸箱機(jī)床。甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié) 合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運(yùn)動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。 多軸頭：從傳動方式來說主要有齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動二種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距　不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴(kuò)大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它主要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準(zhǔn)裝置的主軸。主軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的T形槽中移動，并能在對準(zhǔn)的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。 多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進(jìn)行工作。這種多軸加工方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。 多軸箱：也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn)。美國Secto公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱、多軸箱等設(shè)計(jì)的不可調(diào)式多軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作軸達(dá)60根，動力達(dá)22.5千瓦。Romai工廠生產(chǎn)的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達(dá)到比普通多軸箱更小的孔距。 根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機(jī)床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點(diǎn)：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機(jī)時間。（4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機(jī)磨。（5）尺寸超差時能立即發(fā)現(xiàn)。 多軸鉆床：這是一種能滿足多軸加工要求的鉆床。諸如導(dǎo)向、功率、進(jìn)給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進(jìn)給。其整個工作循壞如快進(jìn)、工進(jìn)與清除鐵屑等都是自動進(jìn)行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨(dú)的變速機(jī)構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不同孔徑的加工需要。1.2.4 自動更換主軸箱機(jī)床　 為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換主軸箱組合機(jī)床。 (1) 自動更換主軸機(jī)床　　 自動更換主軸機(jī)床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫，掛有多個不可調(diào)主軸箱。縱橫配線盤予先編好工作程序，使相應(yīng)的主軸箱進(jìn)入加工工位，定位緊并與動力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺轉(zhuǎn)動到主軸箱下面，向上移動進(jìn)行加工。當(dāng)變更加工對象時，只要調(diào)換懸掛的主軸箱，就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。 (2)?多軸轉(zhuǎn)塔機(jī)床　 轉(zhuǎn)塔上裝置多個不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動轉(zhuǎn)位，并對夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺的工件作進(jìn)給運(yùn)動。通過工作臺回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個面。因?yàn)檗D(zhuǎn)塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過4—6個。且主軸箱也不宜過大。當(dāng)加工對象的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換主軸箱機(jī)床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡單。 (3)?自動更換主軸箱組合機(jī)床 它由自動線或組合機(jī)床中的標(biāo)準(zhǔn)部件組成。不可調(diào)多軸箱與動力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉(zhuǎn)動時整個裝置緊固在進(jìn)給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫轉(zhuǎn)動與進(jìn)給動作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作。換主軸箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉(zhuǎn)工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。 (4) 數(shù)控八軸落地鉆床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達(dá)15000個，它與支撐板聯(lián)接在一起加工。孔徑為20毫米，孔深180毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，5－7巴壓力的冷卻液可直接進(jìn)入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90°供自動　定心。它比普通麻花鉆耐用，且進(jìn)給量大。為了縮短加工時間，以8軸數(shù)控落地加工。 多軸加工趨勢：多軸加工生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸加工的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。 生產(chǎn)任務(wù)：在一批鑄鐵連接件上有同一個面上有多個孔加工。在普通立式鉆床上進(jìn)行孔加工，通常是一個孔一個孔的鉆削，生產(chǎn)效率低，用非標(biāo)設(shè)備，即組合機(jī)床加工，生產(chǎn)效率高，但設(shè)備投資大。 但把一批普通立式普通單軸鉆床改造為立式多軸鉆床，改造后的多軸鉆床，可以同時完成多個孔的鉆、擴(kuò)、鉸、等工序。 General transformation of multi-axis drilling machine drilling machin At present, China's small and medium enterprises in product quality and production efficiency are the need for a new increase. But the processing means is far from sufficient. Many small and medium enterprises with their actual technical state of equipment improvements, through strengthening its own. In order to self-development.Common drilling for single-axis machine tools, but the installation will become a multi-axis multi-axle box of the drill, transformation into a multi-axis drilling, we could greatly shorten the processing time, improve production efficiency. ????????????? Application of multi-axis machining ：According to statistics, in general machine tools in the workshop in general, the average cutting time rarely exceeds 15% of total working hours. The remaining time is plug-in, loading and unloading the workpiece, exchange tools, operation tools, measurements, and clear the iron filings and so forth. Although the use of CNC machine tools can improve 85%, but the purchase of costly. In some cases, even if the high productivity, but the processing of the same components, the cost is not necessarily lower than the average machine. Therefore must be more to shorten the processing time. Different processing methods have different characteristics, the drilling process, the multi-axis machining is a small investment to increase productivity through effective measures. The advantages of multi-axis machining ：Although it is not the first in automatic multi-axis adjustable long line applications, but only limited to high-volume production. Even with the adjustable multi-axis head expanded the scope of use is still far from being able to meet the volume is small, hole complex requirements. In particular, as industrial development, large and complex multi-axis machining is even more compelling. For example, large-scale nuclear power plants in the water-wall tube plate condenser has 15000 ψ20 holes, if radial drilling machine processing, and simply drilling holes and countersink countersunk head is necessary to 842.5 hours, while also crossed hours 151.1 hours. However, if the 8-axis CNC machining floor drilling, drilling countersink holes as long as 171.6 hours, crossed is also simple, as long as 1.9 hours. Therefore, the use of numerical control of two axis, so that proper alignment tool processing location, combined with multi-axis machining can not only expand the range of processing, but also on the basis of improving the accuracy can greatly enhance the work efficiency, easy to quickly create original processing parts. Some analysis of large high-speed diesel engine with 30 kinds of box-shaped rod-shaped parts of the more than 2,000 drilling operations, 40% could be the automatic replacement of machines using two-axis spindle box, three-axis or four-axis multi-axis machining head, the average can be reduced 20% of the processing time. Machine Tool Exhibition in Paris in 1975 also reflected the multi-axis machining using more and more the trend. Multi-axis machining equipment ：Multi-axis machining is the same time in a feed processing a number of holes or simultaneously in many of the same or different processing of a workpiece on each hole. This will not only shorten the cutting time and improve accuracy, reduce fixturing or positioning time, and in the CNC machine tool is not necessary to calculate the coordinates, reducing the number of character blocks and simplified programming. It can be processed using the following equipment: radial drilling vertical drilling, or upload multi-axis head, multi-axis drilling machine, multi-axis modular machine tool spindle box heart and automatic replacement of machines. May even be able to automatically adjust wheelbase by two or more of the spindle axle box, junction All CNC vertical and horizontal table two directions of movement, processing a variety of round or oval-shaped hole group of one or several steps. Now the status quo in this regard to make a profile. Multi-Axis Head ：Transmission is from the main drive gear drive with two kinds of universal joint couplings. This is our familiar. Former is more efficient, simple structure, which is easy to adjust wheelbase. From the structure is concerned there is not adjustable and the adjustable two kinds. The former can not change the wheelbase, multi-use gear drive, only applies to high-volume production. Adaptability in order to expand its approval to develop a multi-axis adjustable head, in a certain range adjustable wheelbase. It is mainly mounted in a universal. Two. (1) there are two kinds of universal axis: alignment device with a spindle. Spindle mounted on adjustable bracket in an adjustable bracket can be T-shaped slot in the shell move, and the position in alignment with bolted. (2) with a tolerance of cylindrical spindle units. Set of fixed spindle hole with pieces of the same type template. The former applies to small batch and the rules of distribution of pore groups are artifacts (such as the hole groups in different diameter circle). The latter applies to a larger batch-type production of small quantities of turns, rigid better pitch accuracy is also high, but a different hole requires a different template. Multi-axis head can be mounted on vertical drilling-type radial drilling machine, press the drill itself with the various functions work. This multi-axis processing methods, due to drilling efficiency, range and accuracy of processing of the relationship between the use of limited scope. Multi-axle box ：As also the first multi-axis as the production as a standard component. U.S. Secto's standard gear boxes, multi-axle box, etc. are not designed adjustable multi-axle box. 32 kinds of specifications, process size from 300X300 mm to 600X1050 mm, the working-axis up to 60, and power up to 22.5 kilowatts. Romai factory adjustable multi-axle box easy to adjust, as long as the gear should first be adjusted to the location near the pass and then connected with its adjustable-axis move to the correct location. Therefore, this structure changes as long as the template, will be able to pass a certain extent change the content of shoes, and can reach more than ordinary axle box smaller pitch. According to principles of the use of group processing the first multi-axle, or a combination of multi-axis machine tool is applicable to large and medium volume production. In order to process to get good results, need to consider the following points: (1) workpiece clamping simple, there is enough coolant away iron filings. (2) The fixture rigidity, processing, without deformation, dividing the right position. (3) the possibility of using the two group knives for a group to use, another set of grinding and adjustment, thereby reducing tool change downtime. (4) The use of quality tools to monitor whether the blunt tool, drill grinding to machine. (5) Dimensions can be detected immediately when the ultra-poor. Multi-axis drilling machine ：This is a multi-axis machining to meet the requirements of the drill. Such as orientation, power, feed, speed and processing range. Displayed at the Paris Exhibition of multi-axis drilling machine with hydraulic multi-feed. Throughout its work, such as fast-forward through the bad, workers enter and clear the iron filings are all automatically. It is noteworthy that the majority of agencies with separate variable speed, so that one group can adapt to the different pore size hole processing needs. 1.2.4 automatic replacement machine tool spindle box In order to rationalize the needs of small and medium volume production in recent years the development of the automatic replacement of modular machine tool spindle box. (1) The automatic replacement spindle machine Automatic replacement of rotary spindle machine tool spindle box at the top is a library, there are several non-adjustable hanging spindle box. Vertical and horizontal patch panel to the first series of good working procedures, so that the corresponding spindle box into the processing station, location and with the power connection tight, and then turn to the table with the workpiece spindle box below, upward mobility for processing. When the change processing object, as long as the exchange suspension spindle box, you can pass with different processes for different needs. (2) The multi-axis machine tool turret Turret to install more non-adjustable or universal coupling spindle box, turret can automatically switch to digital, and clamp the workpiece in the rotary table to feed motion. Through the rotary table can be a number of workpiece surface. Because the turret not be too big, so it is generally not exceed the median of workers 4-6. And the spindle box is also not too large. When the machining process more objects, size larger, it should automatically replace the machine tool spindle box fit, but its simple structure. (3) Automatic replacement of modular machine tool spindle box It consists of automatic line or a combination of standard machine parts. Non-adjustable multi-axle box and power box by home base in the horizontal, the spindle rotates, the entire case library fastening device to the system in the slip into the board. Library Headstock rotation and feed movement is based on standard routines of work. Headstock time for a few seconds. Clamping the hydraulic sub-degree rotary table so that each workpiece surface. Good fruit rotary table accompanied by discharging device, we can co-flow production automation. In the variable production system using this device, accompanied by the corresponding controller can obtain a complete processing system. (4) 8-axis CNC drill floor Large condenser water wall tube plate holes as many as 15,000, which linked together with the support plate processing. Diameter of 20 mm, hole depth 180 mm. Used inside the cooling pipe has a twist drill ,5-7 bar pressure, coolant directly into the cutting area is conducive to chip removal. And ground into a 90 ° drill point for the self-centering. Durable than regular twist drill, and a large quantity of feed. To shorten the processing time to 8-axis CNC machining floor. trends in multi-axis machining ：Multi-axis machining high production efficiency, low investment and production preparation cycle is short, product modification, when a small loss of equipment. And as China's CNC technology, the scope of multi-axis machining will become the broad, processing efficiency will be improved. production tasks ：A group of cast-iron joints have the same surface processing with multiple holes. In the general processing of vertical holes on the drill, usually a hole a hole drilling, production efficiency is low, use non-standard equipment, that is, combination of machining, production efficiency is high, but the large investment in equipment. However, the number of common vertical drilling machine to transform ordinary single-axis vertical multi-axis drilling machine after transformation, multi-axis drilling machine can simultaneously perform multiple hole drilling, expansion, hinges, and other processes. 17 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯記錄 專業(yè)班級: 機(jī)制1101 學(xué) 號：311202203 姓 名: 于躍 答辯內(nèi)容記錄: 記錄人： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱教師評閱意見表 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班級 1101 姓名 于躍 題目 小型鉆床設(shè)計(jì) 評 閱 人 評 語 該生畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，達(dá)到了專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。根據(jù)課題任務(wù)，完成了文獻(xiàn)資料查詢工作，具有的收集、整理，綜合各種信息的能力；其譯文翻譯較準(zhǔn)確，語句通順；設(shè)計(jì)方案基本合理，繪圖基本準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)說明書文理通順，結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)用語基本準(zhǔn)確，書寫基本符合要求。缺點(diǎn)是零件圖太少。 同意參加答辯。 簽字： 年 月 日 摘 要 生產(chǎn)力的競爭是當(dāng)今國際的主要競爭點(diǎn)所在，生產(chǎn)力的發(fā)展決定著 一個項(xiàng)目乃至一個企業(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，而臺式鉆床正是以新型鉆床為基礎(chǔ)發(fā)展起來的以針對性的加 工特定零件為目的專用機(jī)床。 而在本次設(shè)計(jì)的題目正是針對臺式功能設(shè)計(jì)的臺式鉆床。臺式鉆床 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題，在保證產(chǎn)品質(zhì) 量的前提下，對傳統(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，我們通過設(shè)計(jì)改進(jìn)，來提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率， 降低工人的勞動強(qiáng)度和工作量。 關(guān)鍵詞：臺式鉆床；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 問題分析及其對策 ................................................................................1 1.1.1 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r ......................................................................1 1.1.2 問題的提出 ..........................................................................................1 1.1.3 問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 自動鉆床的總體方案設(shè)計(jì) .................................................................4 2.1 自動專用鉆床已知條件和設(shè)計(jì)要求的概述 ..........................................4 2.2 自動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 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和原動機(jī)選擇 ..........................................................7 2.4.1 原動機(jī)選擇 .........................................................................................7 2.4.2 傳動系統(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 專用鉆床主軸傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .......................................................28 4.1 主軸傳動系統(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 帶傳動設(shè)計(jì) ........................................................................................29 4.4.1 設(shè)計(jì)功率 的計(jì)算 ...........................................................................29cP 4.4.2 選擇帶型 ...........................................................................................29 4.4.3 選取帶輪基準(zhǔn)直徑 和 ............................................................291d2 4.4.4 驗(yàn)算帶速 .......................................................................................30V 4.4.5 確定中心距 a和帶的基準(zhǔn)長度 ....................................................30dL 4.4.6 驗(yàn)算小帶輪包角 ...........................................................................301? 4.5 本章小結(jié) ................................................................................................31 第五章 自動鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................................32 5.1 自動鉆床的自動化控制要求 ................................................................32 5.2 可編程控制器 PLC 的簡述 ...................................................................32 5.3 自動鉆床進(jìn)給系統(tǒng)控制流程 ................................................................32 5.4 自動鉆床進(jìn)給系統(tǒng)電氣原理圖 ............................................................34 5.5 自動鉆床進(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 行程開關(guān)與接近開關(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 .........................................................................................................39 致 謝 .............................................................................................................40 參 考 文 獻(xiàn) ...................................................................................................41 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 1 第一章 引言 1.1 問題分析及其對策 1.1.1 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 在當(dāng)今國際機(jī)械加工行業(yè)中，零件的加工方法越來越多樣化，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?鉆床，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)中的問題： （1）自動化程度不高.，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； （4）精度不高，工件裝夾費(fèi)時； （5）加工產(chǎn)品質(zhì)量不高； 1.1.3 問題的分析以及解決方案 過去傳統(tǒng)的鉆床的不足主要是自動化程度低下、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，同時也要考慮經(jīng)濟(jì)問題 [4]。 考慮分析，我們主要對機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的改進(jìn)去解決問題。通過對鉆床機(jī) 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 2 構(gòu)的改造來實(shí)現(xiàn)自動化控制的要求，提高產(chǎn)品的加工精度及質(zhì)量；通過導(dǎo)入先進(jìn)的 控制系統(tǒng)來進(jìn)行自動操控，從而實(shí)現(xiàn)自動化，便于導(dǎo)入到其它生產(chǎn)流程中去。為了 解決問題和便于設(shè)計(jì)改造，我們將鉆床分為傳動系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)、送料 系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五個部分，下面分別對各部分的問題提出解決方案： (1)傳動系統(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)算后對傳動系 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。主軸在加工時作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時作軸向的進(jìn)給運(yùn)動。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，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由花鍵傳入，而進(jìn)給運(yùn)動則由齒輪通過齒條帶動套筒在鑲套 內(nèi)運(yùn)動。為了實(shí)現(xiàn)自動化控制的要求，主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改進(jìn)主要有：主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動依 然由電動機(jī)傳入，而進(jìn)給則由液壓傳動替代手動的齒條傳動，通過液壓控制系統(tǒng)來 實(shí)現(xiàn)進(jìn)給動作。 (3)夾緊系統(tǒng) 手工操作夾緊是效率低下的一個原因。自動化控制工件夾緊解決 的人力完成效率低下的問題。系統(tǒng)通過液壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)夾緊動作自動化。 (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，動力源 可由電機(jī)或液壓系統(tǒng)提供，共同實(shí)現(xiàn)自動化控制。 (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)控造價高、系統(tǒng)復(fù)雜，而 PLC 控制系統(tǒng)可靠性好、造價低、 抗干擾能力強(qiáng)、柔性好、編程簡單、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)來實(shí)現(xiàn)對進(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)的方面是普通臺式鉆床傳動 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) 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 引言 3 是能夠?qū)崿F(xiàn)工作自動化，滿足以下要求： (1)能實(shí)現(xiàn)自動化連續(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。分析并提出解決問題的方案。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計(jì) 4 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計(jì) 2.1 自動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方面： (1)執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)； (2)原動機(jī)類型的選擇和傳動系統(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)； 本文對普通臺式鉆床的自動化改造及進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以某五金工具廠鋼絲鉗生 產(chǎn)線的自動化改造為背景。 已知：加工對象為鋼絲鉗，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。 改造后的全自動鉆床應(yīng)滿足以下設(shè)計(jì)要求： (1)滿足自動連續(xù)生產(chǎn)，且生產(chǎn)率為 3 把/分鐘； (2)自動化改造應(yīng)是機(jī)械、電氣和液壓的有機(jī)結(jié)合； (3)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包含切削力計(jì)算、電動機(jī)選擇、傳動裝置設(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)自動控制系統(tǒng)應(yīng)以 PLC 與手動相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)； 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計(jì) 5 2.2 自動鉆床的工藝路線分析與確定 自動化加工是改進(jìn)后相比較于傳統(tǒng)鉆床的優(yōu)勢所在。結(jié)合實(shí)際要求，設(shè)計(jì)工藝 路線如下： 開啟→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→出料→完成 成批生產(chǎn)的工藝流程，自動鉆床的動作流程圖如圖 2.1 所示。 圖 2.1 自動鉆床動作流程圖 2.3 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 本文自動鉆床的執(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 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計(jì) 6 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。 對鉆床改造的目的主要是實(shí)現(xiàn)自動化連續(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)動和進(jìn)給液壓缸驅(qū)動進(jìn)給運(yùn)動時的運(yùn)動規(guī)律。鉆頭在加工時的主要運(yùn)動方 式包括旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動和鉆頭直線進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)給液壓缸驅(qū)動進(jìn)給運(yùn)動要完成驅(qū)動主 軸進(jìn)給，為直線運(yùn)動。 鉆床執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律如圖 2.2 所示。 圖 2.2 自動鉆床運(yùn)動規(guī)律簡圖 2.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式設(shè)計(jì) 在此設(shè)計(jì)過程中，我們需要滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工藝動作和運(yùn)動要求、減小運(yùn)動鏈 和機(jī)構(gòu)尺寸、考慮動力源的形式、讓整個系統(tǒng)有良好的傳力和動力、讓機(jī)械具有調(diào) 節(jié)運(yùn)動參數(shù)的能力，保證機(jī)械使用過程中的安全 [5]。 所以，動力源與主軸之間我們選擇以帶輪傳動的方式去完成；使用運(yùn)動的液壓 缸。去實(shí)現(xiàn)鉆頭的直線往復(fù)的進(jìn)給運(yùn)動。 主軸直線進(jìn)給運(yùn)動 主軸旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計(jì) 7 2.4 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和原動機(jī)選擇 2.4.1 原動機(jī)選擇 由執(zhí)行部件的運(yùn)動規(guī)律選擇原動機(jī)。用電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)給液壓 缸原動力選擇電動機(jī)驅(qū)動液壓泵 （具體型號在下面章節(jié)中計(jì)算后選擇） 。 2.4.2 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) (1)確定傳動系統(tǒng)總傳動比 總傳動比是通過切削力和傳動效率的計(jì)算得出的，確定工作功率后，查表確認(rèn) 電動機(jī)的型號。通過鉆床的工作參數(shù)確定總傳動比。 (2)選擇傳動類型 傳統(tǒng)臺式鉆床主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動選擇帶輪 V 帶傳動，它在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中提供過載保護(hù)； 液壓傳動實(shí)現(xiàn)鉆頭的直線進(jìn)給運(yùn)動，這種傳動方式的優(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)動平穩(wěn)，吸振能力強(qiáng)； (c)啟動、制動迅速。在頻繁換向的過程中保持穩(wěn)定。還可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速； (d)布局安裝的限制比較少； (3)繪制傳動系統(tǒng)運(yùn)動簡圖 根據(jù)以上分析，確定傳動系統(tǒng)的運(yùn)動簡圖如 2.3 所示。 圖 2.3 傳動系統(tǒng)運(yùn)動簡圖 液壓缸進(jìn)給傳動 V 帶傳動 花鍵傳動 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計(jì) 8 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 和手動去完成順序控制和定時控制。 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)動系統(tǒng)。 在液壓夾緊系統(tǒng)方面，由于臺式鉆床固定不動，用變動工作臺的結(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，我們對改進(jìn)方向方法有了清晰明確 的認(rèn)識和思路，確定了設(shè)計(jì)改進(jìn)的重點(diǎn)。 沈陽化工大學(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) 9 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。主軸在加工時即要作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，也要作軸向的進(jìn)給運(yùn)動。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，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由花鍵傳入，而進(jìn)給運(yùn)動則由齒輪通過齒條帶動套筒在鑲套 內(nèi)運(yùn)動。由總體方案可知，自動鉆床進(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)動替代齒輪齒條的手動進(jìn)給，來實(shí)現(xiàn)主軸的快進(jìn)、工進(jìn)和快退動作。 傳統(tǒng)鉆床的加工主要由主軸的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線進(jìn)給運(yùn)動去完成。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，所以我們要應(yīng)用合適的軸 承和結(jié)構(gòu)來使主軸的高速旋轉(zhuǎn)。如圖 3.1 所示。 圖 3.1 普通臺式鉆床進(jìn)給系統(tǒng)簡圖 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、齒輪齒條手動進(jìn)給系統(tǒng) 7、主軸箱 1 1 2 3 4 5 6 7 沈陽化工大學(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) 10 3.2 進(jìn)給系統(tǒng)方案圖的確定 首先我們要對普通臺式鉆床的進(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： 圖 3.2 自動鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)簡圖 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，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》 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 沈陽化工大學(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) 11 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)給液壓缸在工作過程中受到力的作用可分為三個階段。主軸快速進(jìn)給過 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，我們在加工過程中，應(yīng)用高速 鋼麻花鉆頭。查《金屬切削手冊》 [17]標(biāo)準(zhǔn)圓柱錐柄麻花鉆中等長度第一系列，刀具 直徑為 12mm,鉆頭與主軸用莫氏錐孔連接，莫氏錐孔為 1 號莫氏錐孔。 由于 Q235 鋼切削性能較好，所以查《金屬切削手冊 》 [17]選擇加工時進(jìn)給量 f 為： f=0.2mm/r；其對應(yīng)的切削速度 V=32m/min。 3.4.2 主軸轉(zhuǎn)速及鉆孔時間的計(jì)算 查《金屬切削手冊》 [17]，由切削速度計(jì)算公式可得出主軸在工藝長期穩(wěn)定時的 固定轉(zhuǎn)速 n 的計(jì)算公式如下： （3- 1） dv?10?min/r 沈陽化工大學(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) 12 式中， ——選定的切削速度（m/min）v ——刀具或工件的直徑（mm）d 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》 [17],鉆孔時間 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）d 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為：送料過程 1s，工件夾緊 2s，快速進(jìn)給 2s， 工作過程 7s，主軸停留 2s，快退 2s，出料 1s，加工一件工件用時 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》 [16]得： 鉆床轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下： （3-pkkfD.M08234? 3） 式中， —— 切削力矩（N·M）k —— 鉆頭直徑（ mm） —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm ）f —— 修正系數(shù)pk 分fnd.lT30?? 75036.b)(?? 沈陽化工大學(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) 13 （3- 4） 軸向切削力的計(jì)算公式如下： （3-p.fKDfF706? 5） 式中， —— 軸向切削力（ N）f —— 鉆頭直徑（ mm） —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm)f —— 修正系數(shù)pk 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：b?Df =13.5 N·M =2595 NkMfF 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)軸的材料來源和經(jīng)濟(jì)性； 軸的常用材料有碳鋼和合金鋼。碳鋼的價格要比合金鋼的價格低，而親對應(yīng)力 集中的敏感性低，我們可以對其進(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，但其價格較貴，一般用于強(qiáng)度和耐磨性要 求高的場合 [19]。 綜上鉆床主軸材料選 45 號鋼，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：δ b=650MPa；δ s=360MPa；δ -1=300MPa； τ-1=155MPa；[δ -1]b=60MPa；[τ T] =35MPa。 沈陽化工大學(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) 14 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-MK 6） 式中： —— 軸向切削力（ N）fF —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm)f n——主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min） —— 切削力矩（N·M）kM 將以上數(shù)值代入公式中可計(jì)算出功率 =1.2KWmP 考慮到軸承傳動效率（查得為 0.99）和花鍵傳動效率 [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-m 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： （3-3npCdmin?? 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，基于普通臺式鉆床的 主軸結(jié)構(gòu)，得出改進(jìn)后的自動鉆床主軸直徑為 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)簡圖可知，鉆床主軸上主要安裝有一對深溝球軸承、一對推力 球軸承、一個軸承擋環(huán)、一個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度尺寸如圖 3.3 所示。 表 3.1 主軸零件選用表 3106201?????)nf(Pkm? 沈陽化工大學(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) 15 主軸零件 型號 深溝球軸承 滾動軸承 6208 GB/T 276-1994 推力球軸承 滾動軸承 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。 圖 3.4 鉆床主軸受力簡圖 圖 3.5 鉆床主軸轉(zhuǎn)矩簡圖 基于傳動效率的考慮，鉆床主軸要傳遞的轉(zhuǎn)矩 M=Mk/（0.99×0.99×0.98）=14 fF液 壓 力F M Mk 沈陽化工大學(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) 16 N·M,液壓力為對稱受為，合力方向沿鉆床主軸方向，大小與進(jìn)給切削力 相互抵消。fF 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),軸的危險截面為軸端花鍵處，所以要對它進(jìn)行軸強(qiáng)度校驗(yàn)。 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件： （3-][WMTT???? 9） 式中：τ T—— 軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MP a） M——軸的傳遞轉(zhuǎn)矩(N·mm) WT——軸的抗扭截面模量（mm 3） [τT]——軸的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（ ）aMP 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-D)d)((bzdT161 41????? 10） 式中：d 1——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 =2.443mT? 。aMP 由于[ ]=35 ，顯然 ≤[ ]，所以，軸滿足強(qiáng)度要求。T?aPT? 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。fF 沈陽化工大學(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) 17 系統(tǒng)摩擦阻力在機(jī)械效率中考慮，軸承傳動效率取 0.99，花鍵傳動效率取 0.98，液壓傳動效率取 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：3mt?? （3-9 2104?ldV? 12） 式中： V——主軸體積（m 3） d——主軸直徑 (mm)，取 40mm ——主軸長度（ mm） ，取 550mml 所以主軸重力 為：主 軸G = （3-主 軸 gVm??? 13） 式中： V——主軸體積（m 3） ρ——主軸材料密度（ ）kg?? g——重力加速度（ ） ，取 102s2ms? ——主軸重力（N）主 軸G 加上軸上零件的重力作用，整個系統(tǒng)承受的總重力 =200N。G 慣性力 Fm指運(yùn)動部件在啟動或制動過程中的慣性力，查《液壓與氣壓傳動》 [3] 得其計(jì)算公式為： （3- 14） 式中， ——系統(tǒng)重力G ——重力加速度g —— 時間內(nèi)的速度變化量v?t ——加速或減速時間t tvg?? 沈陽化工大學(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) 18 =5N （3-60231??.Fm 15） 快速進(jìn)給時，在不考慮背壓的情況下，主軸會在重力的作用下自動下移，且加 速度大約為 9.8 ，因此，液壓缸在快進(jìn)時受到的最大作用力 F=G×η=182N。2s? 工進(jìn)時，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 F=2742N。 快速退回時，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 件時的摩擦力，η 在計(jì)算時取 0.89，所以計(jì)算出此時 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)動階段負(fù)載表 運(yùn)動階段 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）/ηfF2742 主軸快退 F=G/η 225 圖 3.6 液壓系統(tǒng)負(fù)載及速度簡圖 F（N ） 0 182 225 2742 70 72 )(ml V（m/min ） )(ml 70 72 -3 3 0.17 沈陽化工大學(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) 19 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 機(jī)床 設(shè)備類型 磨床 組合機(jī) 床 龍門 刨床 拉 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 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 。1PaM (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，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)簡圖 為了防止鉆頭鉆透時主軸突然前沖，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 。2PaM 表 3.4 液壓缸參考背壓 系統(tǒng)類型 背壓 （ ）2PaM 回油路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng) 0.2～0.5 沈陽化工大學(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) 20 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。d 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： bPFdD??124)(? （3.16） 式中： ——液壓缸內(nèi)徑（ ）m ——液壓缸活塞桿直徑（ ）, =100mmdd ——液壓缸負(fù)載（ ） , F=2742FN ——液壓缸工作壓力（ ）, =31PaMP1a ——回油路背壓力（ ）, = =0.8b b2P 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Dm 后取 =125 。Dm 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)定速度時的最小有效面積 。minA ≥ （3-4 2)dD(A???miniVqA? 沈陽化工大學(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) 21 17） 式中， ——流量閥的最小穩(wěn)定流量， =0.05minqminqi/L ——液壓缸的最低速度, =0.17iVminV/ 由計(jì)算可得 A=2767 ≥ =294 ,所以基本尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。2i2 (3)液壓缸材料的選擇 液壓缸材料的選擇主要受以下幾個因素的制約： （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 號無縫鋼管。 (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)算時工進(jìn)時背壓按 =0.8 代入，快退快bPaM 進(jìn)時背壓按 =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。bPaM 主軸下壓時，液壓缸上油缸進(jìn)油下油缸回油；上移時液壓缸下油缸進(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 進(jìn)油壓力 回油壓力 所需流量 輸入功率 工作循環(huán) 計(jì)算公式 jP （ ）aM（ ）naP（qmin/L ） P（ ）kw 主軸快進(jìn) j= -nAF =qV P= j 0.43 0.5 8.3 0.06 主軸工進(jìn) j= +nAF =qV P= j 1.8 0.8 0.47 0.02 沈陽化工大學(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) 22 主軸快退 jP= +nAF =qV P= j 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)向長度的計(jì)算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(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10/??D 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；yp [σ]—缸筒材料的許用