小型自動化臺式鉆床設(shè)計【小型自動化臺式鉆床設(shè)計】,小型自動化臺式鉆床設(shè)計,小型自動化臺式鉆床設(shè)計【小型自動化臺式鉆床設(shè)計】,小型,自動化,臺式,鉆床,設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 機械制造設(shè)計及其自動化專業(yè) 1101班 學生:于躍 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：小型鉆床設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容：對老式鉆床進行改進，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 第一章 引言，第二章 總體方案設(shè)計，第三章 進給系統(tǒng)設(shè)計，第四章傳動系統(tǒng)設(shè)計，第五章 控制系統(tǒng)設(shè)計 起止時間：2014年12月~2015年6月 指導教師： 2015 年6月 日 沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設(shè)計（論文）材料存檔說明 l 教務(wù)處存檔材料含：一是工作手冊，二是畢業(yè)設(shè)計（論文），三是文獻綜述（如指導教師沒要求寫，可忽略此項），四是圖紙（如設(shè)計或論文中沒要求畫圖，可忽略此項）、五是存檔光盤、六是答辯成績評定表。 外包裝檔案袋：購買如圖所示檔案袋，作為工作手冊、畢業(yè)設(shè)計（論文）、文獻綜述、存檔光盤的外包裝，檔案袋填寫方式見下圖示例。 一、 工作手冊：使用方式詳見“沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設(shè)計(論文)工作手冊使用說明.doc” 二、 畢業(yè)設(shè)計（論文）： 內(nèi)容含畢業(yè)論文應(yīng)包括： （1）封面； （2）任務(wù)書； （3）中文論文摘要及關(guān)鍵詞； （4）英文論文摘要及關(guān)鍵詞； （5）目錄； （6）正文； （7）參考文獻； （8）致謝； （9）論文其它附件等9大要素。 論文其它附件按：指導教師評閱意見表、評閱人評閱意見表、答辯記錄、成績考核評價表、答辯成績評定等五份材料。學生需要在答辯前將這五份材料按要求準備并打印出來，否則不準參與答辯。 五份材料打印要求如下： 1. 指導教師評閱意見表：學生將個人信息及題目填寫好后，傳給指導教師（電子版），指導教師根據(jù)學生論文書寫情況，錄入評閱意見后打印一份，簽字后返給學生。 2. 評閱教師評閱意見表：學生將個人信息及題目填寫好后，傳給評閱教師（電子版），指導教師根據(jù)學生論文書寫情況，錄入評閱意見后打印一份，簽字后返給學生（評閱教師詳見“沈陽化工大學科亞學院論文評閱和答辯安排”）。 3. 答辯記錄：學生填寫專業(yè)班級、學號、姓名后打印1份。 4. 成績考核評價表：學生填寫論文名稱、專業(yè)、班級、姓名后打印1份。 5. 答辯成績評定：學生填寫專業(yè)、姓名、題目、專題部分后打印一式2份。 材料1-5學生裝訂在本人論文后 材料5的另一份按要求打印后，單獨存于檔案袋中。 其他可以選擇添加的內(nèi)容有： 位于目錄之后的內(nèi)容：（9）符號、變量、縮略詞等本論文專用術(shù)語的注釋表；位于參考文獻后按序排列的內(nèi)容：（10）附錄；（11）索引（中、英文）；（12）作者在學期間學術(shù)成果。 上圖為畢業(yè)設(shè)計（論文）裝訂好的圖示。 三、 文獻綜述：指導教師如不要求撰寫文獻綜述，可不附此項內(nèi)容。 上圖為文獻綜述裝訂好的圖示。 四、 存檔光盤：光盤封面用記號筆書寫如圖示中內(nèi)容。 光盤中需要刻錄內(nèi)容含： （1）畢業(yè)設(shè)計（論文）電子版。 （2）文獻綜述電子版（視指導教師要求）。 （3）如果涉及制圖，請一并將圖電子版刻于光盤，如圖為手繪，請拍照后刻于光盤。 沈陽化工大學科亞學院 本科畢業(yè)論文 題 目： 小型鉆床設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機制1101 學生姓名： 于躍 指導教師： 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 沈 陽 化 工 大 學 科 亞 學 院 本科生畢業(yè)設(shè)計成績考核評價表 畢業(yè)設(shè)計 名 稱 小型鉆床的設(shè)計 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班級 機制1101 姓名 于躍 評價人 權(quán)重 評價點 得分 指導教師 10 圖紙完備、整潔，設(shè)計說明書的撰寫質(zhì)量 5 分析、計算、論證的綜合能力 5 能綜合運用所學知識和專業(yè)知識，獨立工作能力強 5 畢業(yè)實習表現(xiàn)、進度表書寫情況 評閱人 10 設(shè)計的有重大改進或獨特見解，有一定應(yīng)用價值 5 設(shè)計的難度和工作量，結(jié)合本專業(yè)情況 5 計算、圖紙、公式、符號、單位是否符合工程設(shè)計規(guī)范 5 說明書的條理性、語言、書寫、圖表水平 答辯小組 10 設(shè)計規(guī)格符合要求及答辯規(guī)范程度 10 答辯掛圖準備情況 10 答辯中思維敏捷，知識面寬厚程度 10 回答問題的正確性，有無錯誤 10 是否有創(chuàng)新意識，設(shè)計是否有新意 教師、評閱人和答辯小組按以上各條的相應(yīng)評價點給出得分，合計總分數(shù)。 在總成績分數(shù)中，90-100分為優(yōu)秀，80-89分為良好，70-79為中等，60-69為及格，不足60分為不及格，列入本表右側(cè)成績欄中。 注意：有嚴重抄襲現(xiàn)象的學生成績應(yīng)定為不及格，有抄襲現(xiàn)象但不嚴重的學生成績應(yīng)降檔處理。指導教師、評閱人及答辯小組對此應(yīng)切實注意，如有不可解決的分歧，可交于院系答辯委員會裁定。 合計分數(shù) 成績 答辯小組： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）指導教師評閱意見表 專業(yè) 機械制造及其自動化 班級 機制1101 姓名 于躍 題目 小型鉆床設(shè)計 指 導 教 師 評 語 該生查閱文獻資料能力較強，能較為全面收集關(guān)于考試系統(tǒng)的資料，寫作過程中能綜合運用考試系統(tǒng)知識，全面分析考試系統(tǒng)問題，綜合運用知識能力較強。文章篇幅完全符合學院規(guī)定，內(nèi)容較為完整，層次結(jié)構(gòu)安排科學，主要觀點突出，邏輯關(guān)系清楚，但缺乏個人見解。文題相符，論點突出，論述緊扣主題。語言表達流暢，格式完全符合規(guī)范要求;參考了較為豐富的文獻資料，其時效性較強;未發(fā)現(xiàn)抄襲現(xiàn)象。 簽字： 年 月 日 沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)論文文獻綜述 小型鉆床設(shè)計文獻綜述 姓名：于躍 班級：機制1101 指導教師：侯志敏 摘要：生產(chǎn)力的競爭是當今國際的主要競爭點所在，生產(chǎn)力的發(fā)展決定著一個項目乃至一個企業(yè)的命運,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床。 而在本次設(shè)計的題目正是針對臺式功能設(shè)計的臺式鉆床。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)進行改進。傳統(tǒng)鉆床的進給系統(tǒng)和送料系統(tǒng)的是靠人力去完成，我們通過設(shè)計改進，來提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低工人的勞動強度和工作量。 參考文獻: [1] 成大先.機械設(shè)計手冊·液壓傳動[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004. [2] 秦曾煌.電工學.電工技術(shù)[M].北京：高等教育出版式社，1999. [3] 許福玲,陳堯明.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004. [4] 戴曙.金屬切削機床[M].北京：機械工業(yè)出版社，1993. [5] 席偉光，楊光，李波.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2003. [6] 鐘毅芳，吳昌林，唐增寶.機械設(shè)計[M].第二版，武漢：華中科技大學出版社，2001. [7] 陳紹華.機械設(shè)備電器控制[M].廣洲：華南理工大學出版社，1998. [8] 鄧則名,鄺穗芳，程良倫.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[J].北京：機械工業(yè)出版社，1997. [9] 鄧則名，鄺穗芳. 電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997. [10] 甘永立.幾何量公差與檢測[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2001. [11] 王巍，錢可強.機械工程圖學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000. [12] 陳日曜.金屬切削原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002. [13] 樂兌謙.金屬切削刀具[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001. [14] 吳道全.金屬切削原理及刀具[M].重慶：重慶大學出版社，1994. [15] 浦林祥.金屬切削機床夾具設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995. [16] 徐鴻本.機床夾具設(shè)計手冊[M].遼寧：遼寧科學技術(shù)出版社，1991. [17] 陳宏鈞.實用金屬切削手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005. [18] 四川大學CAD/CAM研究所.機床夾具設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000. [19] 數(shù)字化手冊系列（軟件版）編寫委員會.機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999 沈陽化工大學科亞學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯成績評定 沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會于 2015 年 6 月 5 日 審查了 機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 于躍 的畢業(yè)設(shè)計（論文）。 設(shè)計（論文）題目：小型鉆床設(shè)計 設(shè)計（論文）專題部分：小型鉆床的設(shè)計。 。 設(shè)計（論文）共 41 頁，設(shè)計圖紙 4 張 指導教師： 評 閱 人： 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會意見： 成績： 學院答辯委員會 主任委員（簽章） 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯記錄 專業(yè)班級: 機制1101 學 號：311202203 姓 名: 于躍 答辯內(nèi)容記錄: 記錄人： 畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱教師評閱意見表 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班級 1101 姓名 于躍 題目 小型鉆床設(shè)計 評 閱 人 評 語 該生畢業(yè)設(shè)計課題，達到了專業(yè)培養(yǎng)目標的要求。根據(jù)課題任務(wù)，完成了文獻資料查詢工作，具有的收集、整理，綜合各種信息的能力；其譯文翻譯較準確，語句通順；設(shè)計方案基本合理，繪圖基本準確，設(shè)計說明書文理通順，結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)用語基本準確，書寫基本符合要求。缺點是零件圖太少。 同意參加答辯。 簽字： 年 月 日 摘 要 生產(chǎn)力的競爭是當今國際的主要競爭點所在，生產(chǎn)力的發(fā)展決定著 一個項目乃至一個企業(yè)的命運,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床。 而在本次設(shè)計的題目正是針對臺式功能設(shè)計的臺式鉆床。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)進行改進。傳統(tǒng)鉆床的進給系統(tǒng)和送料 系統(tǒng)的是靠人力去完成，我們通過設(shè)計改進，來提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率， 降低工人的勞動強度和工作量。 關(guān)鍵詞：臺式鉆床；進給系統(tǒng)；夾緊系統(tǒng)；送料系統(tǒng) Abstract Productivity is the main point of competition in todays 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)展狀況 .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 .2 1.3 本章小結(jié) .3 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計 .4 2.1 自動專用鉆床已知條件和設(shè)計要求的概述 .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 .5 2.3.1 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 .5 2.3.2 執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律 .6 2.3.3 執(zhí)行機構(gòu)的形式設(shè)計 .6 2.4 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計和原動機選擇 .7 2.4.1 原動機選擇 .7 2.4.2 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 .7 2.5 控制方案設(shè)計 .8 2.6 總體布局設(shè)計 .8 2.7 本章小結(jié) .8 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 .9 3.1 進給系統(tǒng)概述與分析 .9 3.2 進給系統(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)速及鉆孔時間的計算 .11 3.4.3 切削力的計算 .12 3.5 鉆床主軸設(shè)計 .13 3.5.1 主軸材料的選擇 .13 3.5.2 軸徑的計算 .13 3.5.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .14 3.5.4 軸強度的校核 .15 3.6 進給液壓系統(tǒng)設(shè)計 .16 3.6.1 負載分析 .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 .28 4.1 主軸傳動系統(tǒng)的分析 .28 4.2 主軸花鍵的設(shè)計 .28 4.3 主軸電機選擇 .28 4.4 V 帶傳動設(shè)計 .29 4.4.1 設(shè)計功率 的計算 .29cP 4.4.2 選擇帶型 .29 4.4.3 選取帶輪基準直徑 和 .291d2 4.4.4 驗算帶速 .30V 4.4.5 確定中心距 a和帶的基準長度 .30dL 4.4.6 驗算小帶輪包角 .301 4.5 本章小結(jié) .31 第五章 自動鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計 .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 自動鉆床進給系統(tǒng)控制流程 .32 5.4 自動鉆床進給系統(tǒng)電氣原理圖 .34 5.5 自動鉆床進給系統(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 .41 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 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)展狀況 在當今國際機械加工行業(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 則由機床切削加工完成。所以機械生產(chǎn)過程中的主要設(shè)備是金屬切削機床。所以機 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。進行鉆孔、擴 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。進給和上料系統(tǒng)都是需要人力完成。所以，我們要實現(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)濟問題 4。 考慮分析，我們主要對機構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)的改進去解決問題。通過對鉆床機 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 引言 2 構(gòu)的改造來實現(xiàn)自動化控制的要求，提高產(chǎn)品的加工精度及質(zhì)量；通過導入先進的 控制系統(tǒng)來進行自動操控，從而實現(xiàn)自動化，便于導入到其它生產(chǎn)流程中去。為了 解決問題和便于設(shè)計改造，我們將鉆床分為傳動系統(tǒng)、進給系統(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) 為滿足改進后的加工及工作要求，在做出相應(yīng)的計算后對傳動系 統(tǒng)進行改進和調(diào)整。 (2)進給系統(tǒng) 傳統(tǒng)的鉆床主軸進給系統(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)運動的同時作軸向的進給運動。機床 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。 機床加工時，旋轉(zhuǎn)運動由花鍵傳入，而進給運動則由齒輪通過齒條帶動套筒在鑲套 內(nèi)運動。為了實現(xiàn)自動化控制的要求，主軸進給機構(gòu)改進主要有：主軸旋轉(zhuǎn)運動依 然由電動機傳入，而進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 實現(xiàn)進給動作。 (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 可由電機或液壓系統(tǒng)提供，共同實現(xiàn)自動化控制。 (5)控制系統(tǒng) 當前機床控制系統(tǒng)主要由計算機數(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)系復雜，維修困難，故障率高，經(jīng)常影 響正常生產(chǎn)，計算機數(shù)控造價高、系統(tǒng)復雜，而 PLC 控制系統(tǒng)可靠性好、造價低、 抗干擾能力強、柔性好、編程簡單、使用方便、擴充靈活、功能完善，所以我們利 用 PLC 控制技術(shù)來實現(xiàn)對進給系統(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 對傳統(tǒng)鉆床的機構(gòu)和控制系統(tǒng)進行改進。主要改進的方面是普通臺式鉆床傳動 系統(tǒng)的改進、進給系統(tǒng)的設(shè)計、進給系統(tǒng)液壓缸的設(shè)計和 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計等四 個方面。重點是進給系統(tǒng)、進給系統(tǒng)液壓缸系統(tǒng)的設(shè)計。改進和設(shè)計要達到的目標 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 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)濟因素合理； 1.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了機械制造行業(yè)的現(xiàn)狀及問題，重點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。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計 4 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計 2.1 自動專用鉆床已知條件和設(shè)計要求的概述 總體方案設(shè)計的內(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； (2)原動機類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計； (3)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計； (4)總體布局設(shè)計； (5)輔助系統(tǒng)的設(shè)計； 本文對普通臺式鉆床的自動化改造及進給系統(tǒng)設(shè)計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，加工工序為在鋼絲鉗上鉆削直徑為 12mm（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)是機械、電氣和液壓的有機結(jié)合； (3)傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)包含切削力計算、電動機選擇、傳動裝置設(shè)計、床身結(jié)構(gòu)設(shè) 計等； (4)設(shè)計重點為鉆床液壓進給系統(tǒng)之進給油缸設(shè)計； (5)自動控制系統(tǒng)應(yīng)以 PLC 與手動相結(jié)合的方式實現(xiàn)； 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計 5 2.2 自動鉆床的工藝路線分析與確定 自動化加工是改進后相比較于傳統(tǒng)鉆床的優(yōu)勢所在。結(jié)合實際要求，設(shè)計工藝 路線如下： 開啟送料夾緊主軸快速進給主軸工進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 本文自動鉆床的執(zhí)行系統(tǒng)主要包括鉆頭加工和進給液壓缸驅(qū)動進給。 2.3.1 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計 系統(tǒng)功能的設(shè)計決定產(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 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計 6 理的設(shè)計，要考慮鉆床功能的可實現(xiàn)性、先進性和經(jīng)濟性。 對鉆床改造的目的主要是實現(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)的運動規(guī)律 本文設(shè)計的重點在于鉆床液壓進給系統(tǒng)之進給油缸設(shè)計。我們要研究鉆頭在進 行切削運動和進給液壓缸驅(qū)動進給運動時的運動規(guī)律。鉆頭在加工時的主要運動方 式包括旋轉(zhuǎn)切削運動和鉆頭直線進給運動。進給液壓缸驅(qū)動進給運動要完成驅(qū)動主 軸進給，為直線運動。 鉆床執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律如圖 2.2 所示。 圖 2.2 自動鉆床運動規(guī)律簡圖 2.3.3 執(zhí)行機構(gòu)的形式設(shè)計 在此設(shè)計過程中，我們需要滿足執(zhí)行機構(gòu)的工藝動作和運動要求、減小運動鏈 和機構(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、讓機械具有調(diào) 節(jié)運動參數(shù)的能力，保證機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；使用運動的液壓 缸。去實現(xiàn)鉆頭的直線往復的進給運動。 主軸直線進給運動 主軸旋轉(zhuǎn)切削運動 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計 7 2.4 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計和原動機選擇 2.4.1 原動機選擇 由執(zhí)行部件的運動規(guī)律選擇原動機。用電動機來實現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)運動，進給液壓 缸原動力選擇電動機驅(qū)動液壓泵 （具體型號在下面章節(jié)中計算后選擇） 。 2.4.2 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 (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算得出的，確定工作功率后，查表確認 電動機的型號。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)運動選擇帶輪 V 帶傳動，它在運轉(zhuǎn)過程中提供過載保護； 液壓傳動實現(xiàn)鉆頭的直線進給運動，這種傳動方式的優(yōu)點有： (a)在輸出功率相同的條件下，體積小、重量輕； (b)運動平穩(wěn)，吸振能力強； (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)運動簡圖 根據(jù)以上分析，確定傳動系統(tǒng)的運動簡圖如 2.3 所示。 圖 2.3 傳動系統(tǒng)運動簡圖 液壓缸進給傳動 V 帶傳動 花鍵傳動 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 自動鉆床的總體方案設(shè)計 8 2.5 控制方案設(shè)計 根據(jù)設(shè)計改進的要求，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 的原因主要因為它的一下特點： (1)可靠性高； (2)編程容易，易于使用； (3)控制功能極強； (4)擴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)計施工和調(diào)試的周期短； 2.6 總體布局設(shè)計 本文對傳統(tǒng)鉆床的改進是在其原有的機構(gòu)的基礎(chǔ)上加入了液壓進給驅(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。 2.7 本章小結(jié) 本章主要介紹了在傳統(tǒng)鉆床的基礎(chǔ)上加以改進設(shè)計，實現(xiàn)加工自動化。確認工 藝流程，設(shè)計流程及其他前期設(shè)計準備。綜上，我們對改進方向方法有了清晰明確 的認識和思路，確定了設(shè)計改進的重點。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 9 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 進給系統(tǒng)概述與分析 傳統(tǒng)的臺式鉆床主軸進給系統(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)運動，也要作軸向的進給運動。機床主 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。 機床加工時，旋轉(zhuǎn)運動由花鍵傳入，而進給運動則由齒輪通過齒條帶動套筒在鑲套 內(nèi)運動。由總體方案可知，自動鉆床進給系統(tǒng)設(shè)計導入了液壓缸進給系統(tǒng)，由液壓 缸驅(qū)動替代齒輪齒條的手動進給，來實現(xiàn)主軸的快進、工進和快退動作。 傳統(tǒng)鉆床的加工主要由主軸的高速旋轉(zhuǎn)運動和直線進給運動去完成。但導入液 壓缸進給系統(tǒng)后，液壓缸活塞桿不能作高速的旋轉(zhuǎn)運動，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、齒輪齒條手動進給系統(tǒng) 7、主軸箱 1 1 2 3 4 5 6 7 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 10 3.2 進給系統(tǒng)方案圖的確定 首先我們要對普通臺式鉆床的進給系統(tǒng)做出詳細的研究后，才能在原有系統(tǒng)基 礎(chǔ)上加以改進。 根據(jù)圖 3.1 的進給系統(tǒng)特點，確定改進后鉆床的進給系統(tǒng)如圖 3.2 所示： 圖 3.2 自動鉆床的進給系統(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 機械工程材料實用手冊 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 11 可知，Q235 為碳素結(jié)構(gòu)鋼，其韌性良好，有一定的強度和伸長率，在一般機械制造 中應(yīng)用廣泛，是一般機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）l15mm。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給力的作用。 軸向進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。所以，鉆床主軸為僅受轉(zhuǎn)矩作用的軸類 6。 主軸進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。綜上我們要計算最大受力來作為液壓缸的設(shè)計標準。 3.4 切削力的計算 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標準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)速及鉆孔時間的計算 查金屬切削手冊 17，由切削速度計算公式可得出主軸在工藝長期穩(wěn)定時的 固定轉(zhuǎn)速 n 的計算公式如下： （3- 1） dv10min/r 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 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，計算得出 n=850r/min. 查金屬切削手冊 17,鉆孔時間 T 的計算公式為： （3- 2） 式中，l被鉆孔厚度（mm） f切削進給量（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，達到了加工 效率的要求。 3.4.3 切削力的計算 鉆床切削力的計算包括鉆床主軸轉(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 16得： 鉆床轉(zhuǎn)矩計算公式如下： （3-pkkfD.M08234 3） 式中， 切削力矩（NM）k 鉆頭直徑（ mm） 每轉(zhuǎn)進給量（mm ）f 修正系數(shù)pk 分fnd.lT30 75036.b)( 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 13 （3- 4） 軸向切削力的計算公式如下： （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，所以可分別計算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削為：bDf =13.5 NM =2595 NkMfF 3.5 鉆床主軸設(shè)計 3.5.1 主軸材料的選擇 要考慮的因素有： (1)軸的強度、剛度和耐磨性要求； (2)軸的熱處理方式和機加工工藝性要求； (3)軸的材料來源和經(jīng)濟性； 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，我們可以對其進行熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好。而合 金鋼雖然機械性能和淬火性能優(yōu)于碳鋼，但其價格較貴，一般用于強度和耐磨性要 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 要達到 240 左右。其機械性能 參數(shù)如下： b=650MPa； s=360MPa； -1=300MPa； -1=155MPa； -1b=60MPa； T =35MPa。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 14 3.5.2 軸徑的計算 由金屬切削原理 14可知，主軸切削功率的計算公式為： （3-MK 6） 式中： 軸向切削力（ N）fF 每轉(zhuǎn)進給量(mm)f n主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min） 切削力矩（NM）kM 將以上數(shù)值代入公式中可計算出功率 =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 算出鉆床主軸要傳遞的功率 P 為： P= /(0.990.990.98)=1.25KW （3-m 7） 查機械設(shè)計 6得鉆床最小直徑的計算公式如下： （3-3npCdmin 8） 選 C=110，計算出 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)，得出改進后的自動鉆床主軸直徑為 40mm。 3.5.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 由進給系統(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 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 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 832366 GB/T 1144-1987 圖 3.3 鉆床主軸基本尺寸簡圖 3.5.4 軸強度的校核 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/（0.990.990.98）=14 fF液 壓 力F M Mk 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 16 NM,液壓力為對稱受為，合力方向沿鉆床主軸方向，大小與進給切削力 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，所以要對它進行軸強度校驗。 扭轉(zhuǎn)強度約束條件： （3-WMTT 9） 式中： T 軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MP a） M軸的傳遞轉(zhuǎn)矩(Nmm) WT軸的抗扭截面模量（mm 3） T軸的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（ ）aMP 查機械設(shè)計 6得花鍵的抗扭截面模量 WT的計算公式為： （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)代入公式計算 WT=5739 ，計算出鉆床主軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 =2.443mT 。aMP 由于 =35 ，顯然 ，所以，軸滿足強度要求。TaPT 3.6 進給液壓系統(tǒng)設(shè)計 3.6.1 負載分析 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 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 17 系統(tǒng)摩擦阻力在機械效率中考慮，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，所以計算出整下系統(tǒng)的機械效率 為 6： =0.990.990.980.95=0.91 （3- 11） 鋼材密度取 7.85 ，主軸體積 V 為：3mt （3-9 2104ldV 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） 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vt 加速或減速時間t tvg 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 18 =5N （3-60231.Fm 15） 快速進給時，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，液壓缸在快進時受到的最大作用力 F=G=182N。2s 工進時，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）/ ，為了設(shè)計的可行性。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/ 考慮到鉆頭退出工 件時的摩擦力， 在計算時取 0.89，所以計算出此時 F=225N。 由上得出數(shù)據(jù)表 3.2 和圖 3.6。 表 3.2 液壓缸各運動階段負載表 運動階段 計算公式 負載大小（N） 主軸快進 F=G 182 主軸工進 F=（ -G）/fF2742 主軸快退 F=G/ 225 圖 3.6 液壓系統(tǒng)負載及速度簡圖 F（N ） 0 182 225 2742 70 72 )(ml V（m/min ） )(ml 70 72 -3 3 0.17 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 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 機床 設(shè)備類型 磨床 組合機 床 龍門 刨床 拉 床 農(nóng)業(yè)機械 或中型工 程機械 液壓機、重型機 械起重運輸機械 工作壓力 P1/（ MPa ） 0.82.0 35 28 8 10 1016 2032 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方向可做往復運動，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) 0.20.5 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 20 回油路上有調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng) 0.50.8 回油路上裝有背壓閥 0.51.5 帶補油泵的閉式回路 0.81.5 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，當主軸工進時液壓系統(tǒng)的負載最大 F=2742N，由此可計算出液 壓缸的有效面積 S 為： bPFdD124)( （3.16） 式中： 液壓缸內(nèi)徑（ ）m 液壓缸活塞桿直徑（ ）, =100mmdd 液壓缸負載（ ） , F=2742FN 液壓缸工作壓力（ ）, =31PaMP1a 回油路背壓力（ ）, = =0.8b b2P 所以可計算也液壓缸內(nèi)徑 =117 。為了使原件使用標準化，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動速度驗算尺寸。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(AminiVqA 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 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/ 由計算可得 A=2767 =294 ,所以基本尺寸滿足設(shè)計要求。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、流量和功率計算 根據(jù)液壓缸的負載圖和速度圖以及上述液壓缸的計算數(shù)值，可以計算出液壓缸 工作各階段的壓力、流量和功率。在計算時工進時背壓按 =0.8 代入，快退快bPaM 進時背壓按 =0.5 代入計算。計算公式及計算結(jié)果列于表 3-5 中。bPaM 主軸下壓時，液壓缸上油缸進油下油缸回油；上移時液壓缸下油缸進油上油缸 回油。 表 3.7 液壓缸所需的實際流量、壓力和功率 進油壓力 回油壓力 所需流量 輸入功率 工作循環(huán) 計算公式 jP （ ）aM（ ）naP（qmin/L ） P（ ）kw 主軸快進 j= -nAF =qV P= j 0.43 0.5 8.3 0.06 主軸工進 j= +nAF =qV P= j 1.8 0.8 0.47 0.02 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 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向長度的計算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。 液壓缸的內(nèi)徑 D 與其壁厚 的比值 圓筒稱為薄壁圓筒。工程機械的液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算： （3- 18） 式中 液壓缸壁厚（m） ； D液壓缸的內(nèi)徑（m） ； 試驗壓力，一般取最大工作壓力的（ 1.251.50）倍；yp 缸筒材料的許用應(yīng)力。其值：鍛鋼：=110 120 ；鑄鋼：aMPa =100 110 ；無縫鋼管：= 100 110 ；高強度鑄鐵：aMPa =60 ；灰鑄鐵： =25 。aMP 根據(jù)表 3-5 中計算的結(jié)果，代入計算公式中，可計算出液壓缸壁厚 =4mm。考 慮到與缸蓋的聯(lián)接，所以設(shè)計中取液壓缸的壁厚 =8mm。 最小導向長度 滿足H （3- 19） 式中 液壓缸的最大行程；L 液壓缸的內(nèi)徑。D 我們要求液壓缸的最大行程為 100mm，液壓缸的內(nèi)徑為 125mm，可計算出 H67.5mm,設(shè)計中取 H=70mm。 2py20 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 23 (6)液壓系統(tǒng)原理圖 快速進給和加工時上油缸進油下油缸出油，快速退回時下油缸進油上油缸出油， 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。因為下壓和上移時主軸的運動速度不一樣， 負載小運動速度不快。液壓泵選用單向定量液壓泵。 自動鉆床液壓進給系統(tǒng)控制原理圖如圖 3.8 所示。 圖 3.8 自動鉆床液壓進給系統(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、過濾器 快速下降時,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 供油通過二位二通電磁換向閥 2 流入液壓缸 4 上腔，回油過程,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。 工進時，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)。停留時間由 PLC 定時控制。 快退時，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 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 24 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)過程中電磁鐵動作表 3.8 所示。 表 3.8 電磁鐵動作表 工作階段 1Y 2Y 3Y 4Y 快進 + - - - 工進 + - + + 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算 3： （3-Pp1 20） 式中， 液壓泵的最高工作壓力p 液壓缸的最大工作壓力；查表 3.5 =1.81P1PaM 進油管路總壓力損失；簡單系統(tǒng)可取 0.5 ，復雜取0.2aP0.5 1.5 。取 =0.5 。aMaPaM 由上數(shù)據(jù)可得 =2.3 。計算出的 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，選泵的額定壓力p pP 應(yīng)滿足 ，額定壓力 為：nP(1.25n.6)n =1.25 =2.9 （3-pPa 21） 液壓泵的最大流量 應(yīng)滿足下面公式：pq （3-)(KmaxLP 22） 式中， 液壓泵的最大流量pq 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 25 所需流量的最大值。當溢流閥工作時，要考慮溢流閥最小溢流量maxq 2 3 ；查表 3.5 取 =8.3 ； 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取in/Li/maxqin/LLK ，式中取 ；所以計算出 9.96 。1.K1.2LKpmi/ 綜上,查機械設(shè)計手冊 1產(chǎn)品樣本，選擇 YB1-12 型，額定壓力為 6.3 ，aMP 排量為 12 ,額定轉(zhuǎn)速為 960 ，驅(qū)動功率為 2 。其結(jié)構(gòu)簡單、工作性能r/min/rW 穩(wěn)定、壓力流量脈動小。 (a)液壓泵驅(qū)動電機的選擇 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)動功率 2 ，所K 以選擇 Y132S-6 電動機。額定功率為 3 ，滿載轉(zhuǎn)速為 960 。Kmin/r (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際流量、壓力和設(shè)計中所選的背壓大 小，所選液壓閥見液壓系統(tǒng)液元件明細表 3.9。表中序號與自動鉆床液壓進給系統(tǒng)控 制原理圖中序號一致。 表 3.9 液壓系統(tǒng)液元件明細表 序號 元件名稱 最大通過流量（ ）min/L型號 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 min/L 5 二位三通電磁換向閥 15 4WE5E5/AW220-50 6 溢流閥 100 BT-03-L-32 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 26 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 過濾器 25 XU-2580J 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 6.4aMPaMPaMP (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 因為液壓系統(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 57 倍。 設(shè)計中取液壓泵額定流量的 7 倍，故油箱容積為： =711.52=80.64VL 查相關(guān)產(chǎn)品樣本油箱型號選擇：AB40-33-0100N。其公稱容積為 100 。 (e)液壓油的選擇 選擇液壓油時，我們需要考慮到粘度、工作壓力、溫度、運動速度和液壓泵的 類型。所以選擇普通液壓油，牌號為 46。 3.6.3 活塞桿及活塞材料的選擇 因為我們選用雙桿液壓缸，因此活塞桿用 45 號鋼，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 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 27 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)簡單，加工簡單，裝卸容易。液壓缸 蓋密封采用組合式密封，在缸蓋內(nèi)加上非金屬材料導向環(huán)。具體結(jié)構(gòu)見圖 3.10 示： 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) 本章我們通過計算確定了液壓系統(tǒng)的原件型號,為下章的進行打下了基礎(chǔ). 導向環(huán) U 型密封 防塵圈 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計 28 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 專用鉆床主軸系傳動系統(tǒng)的設(shè)計 29 第四章 專用鉆床主軸傳動系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 主軸傳動系統(tǒng)的分析 由圖 2.3 可知，主要設(shè)計的項目包括帶輪傳動、主軸花鍵傳動和液壓傳動系統(tǒng) 的設(shè)計。液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計在上章已完成，所以本章進行帶輪傳動和主軸花鍵傳 動的設(shè)計。 主軸花鍵傳動是主軸高速旋轉(zhuǎn)時進行軸向進給的關(guān)鍵。花鍵的尺寸根據(jù)主軸的 軸徑來選擇。 主軸系統(tǒng)帶輪傳動設(shè)計包括 V 帶的選擇和帶輪尺寸的設(shè)計。 4.2 主軸花鍵的設(shè)計 設(shè)計中軸上花鍵主要傳遞轉(zhuǎn)矩，并起到軸端的導向定心作用。根據(jù)表 3-1 我們 選用花鍵規(guī)格為：（ ）832366 GB/T 1144-1987（ 為BDdN BDdN 齒數(shù) 內(nèi)徑 外徑 齒寬） 。主軸的行程為 100mm，查表 4.1 可確花鍵的長度為 =160mm。l 表 4.1 花鍵長度系列表 （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,鍵寬對稱度公差取1t =0.012mm。2t 4.3 主軸電機選擇 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 專用鉆床主軸系傳動系統(tǒng)的設(shè)計 30 由 3.5.2 章節(jié)的計算我們知道，主軸切削功率 =1.2KW。由于花鍵轂要與帶輪mP 固定在機架上，取軸承傳動效率為 0.99、花鍵傳動效率為 0.98 和 V 帶傳動效率為 0.96，所以可計算出電機要傳遞的最小功率 為： （4-9608903.Pm 1） 可計算出 =1.32 。查電機樣品選取電機型號為：Y90L-4。額定功率 1.5KW ，滿載轉(zhuǎn)速 1400 r/min。K 4.4 V 帶傳動設(shè)計 4.4.1 設(shè)計功率 的計算cP （4-KAc 2） 式中： 工況系數(shù)；自動鉆床一般為空載啟動取 =1.2A AK 傳遞功率；取電動機額定功率 =1.5PPW 計算出 =1.8 。cKW 4.4.2 選擇帶型 因為 =1.8 ， =1400 r/min，查機械設(shè)計選用 Z 型 V 帶。cP1n 4.4.3 選取帶輪基準直徑 和1d2 由 3.4.2 章節(jié)中計算可知，主軸轉(zhuǎn)速 =850 r/min?？紤]到電機主軸直徑n D=24mm 及 Z 型 V 帶的 =50mm，查機械設(shè)計 6取 =80mm。min 1d （4-)(dd12 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 專用鉆床主軸系傳動系統(tǒng)的設(shè)計 31 3） 式中： 鉆床主軸帶輪直徑；2d 主軸電機滿載轉(zhuǎn)速； =1400 r/min1n1n 鉆床主軸轉(zhuǎn)速； =850 r/min2 2 鉆床主軸帶輪直徑； =80mm1d 1d 滑動率；取 =0.02 得 =129.13mm，圓整取標準值 =132mm。2d 2d 4.4.4 驗算帶速 V 帶速 的計算公式為： （4-106nd 4） 得帶速 =5.86 。在 520 范圍之間。Vs/ms/ 4.4.5 確定中心距 a和帶的基準長度 dL 由帶輪直徑和自動鉆床的機構(gòu)尺寸，初選中心距 =300mm。經(jīng)計算可知其符0a 合： 0.7( + )=148.4 2( + )=424 （4-1d20a1d2 5） 由帶長計算公式可計算出 ：0dL =935.1mm （4-0 212104)()(2aaLddd 6） 查機械設(shè)計對 Z 型帶選用基準長度 =1080mm，可由下式計算出實際的中dL 心距 為：a 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 專用鉆床主軸系傳動系統(tǒng)的設(shè)計 32 mm （4-79.186)(421ddLA 7） mm （4-38212)d(B 8） mm （4-7322.Aa 9） 4.4.6 驗算小帶輪包角 1 （4-72358021 .ad 10） 所以 120，在要求的范圍之內(nèi)，包角合適。1 4.5 本章小結(jié) 主軸傳動系統(tǒng)的設(shè)計主要包括帶輪傳動、主軸花鍵傳動和液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計， 由于液壓傳動已在第 3 章中設(shè)計過，因此，本章節(jié)主要介紹了帶輪傳動和花鍵傳動 的設(shè)計。這兩部分是鉆床主軸傳動的主要部件。完成對傳動系統(tǒng)的設(shè)計，自動鉆床 設(shè)計已基本成形，剩下的任務(wù)就是對自動鉆床進行控制設(shè)計，所以，下面章節(jié)將對 鉆床控制系統(tǒng)進行設(shè)計。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 專用鉆床主軸系傳動系統(tǒng)的設(shè)計 33 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 自動鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計 34 第五章 自動鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計 5.1 自動鉆床的自動化控制要求 （1）自動控制系統(tǒng)應(yīng)以 PLC 控制與手動控制相結(jié)合的方式實現(xiàn)； （2）從功能和經(jīng)濟角度對控制元件進行選擇； （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 的簡述 PLC 的優(yōu)點歸結(jié)為以下幾點： （1）可靠性高，具有很強的抗干擾能力。 （2）簡單易學，使用簡單。 （3）配套齊全，功能完善。 （4）系統(tǒng)設(shè)計周期短，維護方便，改造容易。 （5）體積小，重量輕，能耗低。 5.3 自動鉆床進給系統(tǒng)控制流程 自動鉆床進給系統(tǒng)的控制流程包括主軸電機和液壓泵電機的啟動控制、主軸快 進控制、主軸工進控制、主軸停留控制、主軸快退控制、主軸快退停止控制和主軸 電機和液壓泵電機的停止控制。 主軸電機和液壓泵電機的啟動控制：主軸電機和液壓泵電機的啟動控制可分別 通過主軸電機和液壓泵電機電路上的交流接觸器 KM1 和 KM2 控制。為了使 PLC 在 寫入控制程序后進入穩(wěn)定狀態(tài)后執(zhí)行和便于操作人員進行初態(tài)監(jiān)控，在寫入控制程 序 5S 后，主軸電機和液壓泵電機電路上的交流接觸器 KM1 和 KM2 閉合，主軸電 機和液壓泵電機啟動，5S 定時由定時器 T1 完成 7。 主軸快進控制：當工件檢測器檢測到工件后，工件檢測開關(guān) SB1 閉合，進行工 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 自動鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計 35 件的夾緊計時，定時器 T2 計時 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)接入快進油路，主軸快速進給。 主軸工進控制：主軸快進行程完成后，快進行程開關(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)接入工進油路，主軸工進。 主軸停留：鉆頭完成對工件的加工后，主軸工進行程到達終點，工進行程開關(guān) SQ1 閉合，計時器 T3 開始 2S 計時，三位四通電磁換向閥電磁鐵 1Y 失電復位，主 軸停留對加工孔進行修磨。 主軸快退：計時器 T3 完成 2S 計時后，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：主軸快退至行程開關(guān) SQ2 處時，行程開關(guān) SQ2 閉合，三位四通 電磁換向閥電磁鐵 2Y 失電復位，主軸停止快退。 主軸電機和液壓泵電機停止：當工件檢測器檢測不到工件時，PLC 控制程序中 SB1 常閉開關(guān)處于閉合狀態(tài)，此時定時器 T4 開始 300S 計時，當計時完成后，也就 是 300S 內(nèi)沒有工件待加工時主軸電機和液壓泵電機停止工作。 圖 5.1 自動鉆床進給系統(tǒng) PLC 控制流程簡圖 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 自動鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計 36 5.4 自動鉆床進給系統(tǒng)電氣原理圖 KT2SB1M34K2SB0KM21M211YTKFuFu1QkQ3Q4S2Q0KM5T32K3M44Y5 圖 5.2 自動鉆床進給系統(tǒng)電氣原理圖 電氣原理圖中相關(guān)代號見表 5.1： 表 5.1 電器原理圖代號 圖中文字符號 符號名稱 QK 刀開關(guān) M1 主軸電機 M2 液壓泵驅(qū)動電機 KM1 主軸電機交流接觸器 KM2 液壓泵驅(qū)動電機交流接觸器 FU、FU1、FU2 熔斷器 SB0、SB2、SB3、SB4 按鈕 SB1 工件檢測開關(guān) SQ0 主軸快進行程開關(guān) SQ1 主軸工進行程開關(guān) SQ2 主軸快退停止行程開關(guān) 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 自動鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計 37 KM3、KM4、KM5 繼電器 KT2、KT3 廷時繼電器 1Y、2Y、3Y、4Y 液壓換向閥電磁鐵 5.5 自動鉆床進給系統(tǒng)控制元件的選擇