機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)-小型鉆床設(shè)計(jì)（含CAD圖紙全套）,機(jī)械,畢業(yè)設(shè)計(jì),小型,鉆床,設(shè)計(jì),cad,圖紙,全套 外文翻譯資料 機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究 1 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展 　　機(jī)電一體化是機(jī)械、微、控制、機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴(lài)于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。 1.1 數(shù)字化 　　微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。 1.2 智能化 　　即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類(lèi)似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話(huà)功能，設(shè)置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，會(huì)給使用、操作和維護(hù)帶來(lái)極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊天地。 1.3 模塊化 　　由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品。 1.4 網(wǎng)絡(luò)化 　　由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來(lái)的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 1.5 人性化 　　機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來(lái)愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來(lái)說(shuō)還是一種享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。 1.6 微型化 　　微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡(jiǎn)稱(chēng)MEMS)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國(guó)斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針，1988年美國(guó)加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理方面取得了很大進(jìn)展，開(kāi)發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺(jué)傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等）。 1.7 集成化 　　集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過(guò)程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過(guò)軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。 1.8 帶源化 　　是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽(yáng)能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無(wú)法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。 1.9 綠色化 　　技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來(lái)巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來(lái)資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷(xiāo)毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類(lèi)健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。 2 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵中應(yīng)用 　　在鋼鐵企業(yè)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，采用組裝合并方式，為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面： 2.1 智能化控制技術(shù)(IC) 　　由于鋼鐵具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)等，智能控制技術(shù)廣泛于鋼鐵的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車(chē)間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。 2.2 分布式控制系統(tǒng)(ＤCS) 　　分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的、三級(jí)的或更多級(jí)的。利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測(cè)控技術(shù)的，分布式控制系統(tǒng)的功能越來(lái)越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)最優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能，成為一種測(cè)、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。ＤCS具有特點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)可以擴(kuò)展、維護(hù)方便、可靠性高等特點(diǎn)。ＤCS是監(jiān)視集中控制分散，故障面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護(hù)功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動(dòng)控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強(qiáng)，具有更高的安全性。是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。 2.3 開(kāi)放式控制系統(tǒng)(OCS) 　　開(kāi)放控制系統(tǒng)(Open Control System)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_(kāi)放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開(kāi)放控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營(yíng)、管理、決策的集成，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)使現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制一體化。 2.4 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS) 　　鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理以及過(guò)程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全局和過(guò)程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過(guò)程自動(dòng)化，但這種“自動(dòng)化孤島”式的單機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過(guò)程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來(lái)鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，及時(shí)交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫(kù)存，加速資金周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理，獲取必須的效益，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀(jì)80年代已廣泛實(shí)現(xiàn)CIMS化。 2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)(ＦBT) 　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接可省去66%或更多的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接導(dǎo)線(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的引入導(dǎo)致ＤCS的變革和新一代圍繞開(kāi)放自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)化檢測(cè)儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展。 2.6 交流傳動(dòng)技術(shù) 　　傳動(dòng)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來(lái)由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng)，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過(guò)直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無(wú)論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶(hù)的歡迎，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。 4 沈 陽(yáng) 化 工 大 學(xué) 科 亞 學(xué) 院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)考核評(píng)價(jià)表 畢業(yè)設(shè)計(jì) 名 稱(chēng) 小型鉆床的設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 機(jī)制1101 姓名 于躍 評(píng)價(jià)人 權(quán)重 評(píng)價(jià)點(diǎn) 得分 指導(dǎo)教師 10 圖紙完備、整潔，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)質(zhì)量 5 分析、計(jì)算、論證的綜合能力 5 能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，獨(dú)立工作能力強(qiáng) 5 畢業(yè)實(shí)習(xí)表現(xiàn)、進(jìn)度表書(shū)寫(xiě)情況 評(píng)閱人 10 設(shè)計(jì)的有重大改進(jìn)或獨(dú)特見(jiàn)解，有一定應(yīng)用價(jià)值 5 設(shè)計(jì)的難度和工作量，結(jié)合本專(zhuān)業(yè)情況 5 計(jì)算、圖紙、公式、符號(hào)、單位是否符合工程設(shè)計(jì)規(guī)范 5 說(shuō)明書(shū)的條理性、語(yǔ)言、書(shū)寫(xiě)、圖表水平 答辯小組 10 設(shè)計(jì)規(guī)格符合要求及答辯規(guī)范程度 10 答辯掛圖準(zhǔn)備情況 10 答辯中思維敏捷，知識(shí)面寬厚程度 10 回答問(wèn)題的正確性，有無(wú)錯(cuò)誤 10 是否有創(chuàng)新意識(shí)，設(shè)計(jì)是否有新意 教師、評(píng)閱人和答辯小組按以上各條的相應(yīng)評(píng)價(jià)點(diǎn)給出得分，合計(jì)總分?jǐn)?shù)。 在總成績(jī)分?jǐn)?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(jī)欄中。 注意：有嚴(yán)重抄襲現(xiàn)象的學(xué)生成績(jī)應(yīng)定為不及格，有抄襲現(xiàn)象但不嚴(yán)重的學(xué)生成績(jī)應(yīng)降檔處理。指導(dǎo)教師、評(píng)閱人及答辯小組對(duì)此應(yīng)切實(shí)注意，如有不可解決的分歧，可交于院系答辯委員會(huì)裁定。 合計(jì)分?jǐn)?shù) 成績(jī) 答辯小組： 年 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(zhuān)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(zhuān)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(xiàn)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(zhuān)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(zhuān)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 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(zhǎng)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(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(xiě) 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 1 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 孔的加工是由 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(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 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 2 1 傳動(dòng)系統(tǒng) 為滿(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)足工作要求 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 3 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 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) 4 第二章 自動(dòng)鉆床的總體方案設(shè)計(jì) 2 1 自動(dòng)專(zhuān)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(lèi)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(xiàn)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 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(dòng)鉆床應(yīng)滿(mǎn)足以下設(shè)計(jì)要求 1 滿(mǎn)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) 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) 5 2 2 自動(dòng)鉆床的工藝路線(xiàn)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(xiàn)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 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) 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(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(xiàn)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(xiàn)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 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(mǎn)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(xiàn)往復(fù)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 主軸直線(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 主軸旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng) 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) 7 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(lèi)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(xiàn)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 圖 2 3 傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 液壓缸進(jìn)給傳動(dòng) V 帶傳動(dòng) 花鍵傳動(dòng) 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) 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(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(zhuān)用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 第三章 專(zhuān)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(xiàn)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 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 1 1 2 3 4 5 6 7 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(zhuān)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(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 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) 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 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(zhuān)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(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(lèi) 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(lèi) 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 dv 10 min r 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(zhuān)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(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 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(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 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(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 專(zhuān)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(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 b 650MPa s 360MPa 1 300MPa 1 155MPa 1 b 60MPa T 35MPa 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(zhuān)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(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 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(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 3106201 nf Pkm 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(zhuān)用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 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 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 fF液 壓 力F M Mk 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(zhuān)用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 N M 液壓力為對(duì)稱(chēng)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(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 WMTT 9 式中 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 T 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(mǎn)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(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 專(zhuān)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(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 為 6 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(zhǎng)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(gè)系統(tǒng)承受的總重力 200N G 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G 重力加速度g 時(shí)間內(nèi)的速度變化量v t 加速或減速時(shí)間t tvg 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(zhuān)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(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 182N 2s 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 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(shí) 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(shí)的摩擦力 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)載大小 N 主軸快進(jìn) F G 182 主軸工進(jìn) F G fF2742 主軸快退 F G 225 圖 3 6 液壓系統(tǒng)負(fù)載及速度簡(jiǎn)圖 F N 0 182 225 2742 70 72 ml V m min ml 70 72 3 3 0 17 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(zhuān)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(lèi)型 磨床 組合機(jī) 床 龍門(mén) 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(lèi)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 活塞沿主軸方向可做往復(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 2PaM 表 3 4 液壓缸參考背壓 系統(tǒng)類(lèi)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(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 專(zhuān)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(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 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(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 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(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 minA 3 4 2 dD A miniVqA 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(zhuān)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(mǎn)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(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bPaM 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 bPaM 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 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(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 專(zhuān)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(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 的比值 圓筒稱(chēng)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 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 缸筒材料的許用應(yīng)力 其值 鍛鋼 110 120 鑄鋼 aMPa 100 110 無(wú)縫鋼管 100 110 高強(qiáng)度鑄鐵 aMPa 60 灰鑄鐵 25 aMP 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 4mm 考 慮到與缸蓋的聯(lián)接 所以設(shè)計(jì)中取液壓缸的壁厚 8mm 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 滿(mǎn)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(jì)算出 H 67 5mm 設(shè)計(jì)中取 H 70mm 2py 20 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(zhuān)用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 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 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(zhuān)用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(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 Pp 1 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(jìn)油管路總壓力損失 簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取 0 5 復(fù)雜取 0 2aP0 5 1 5 取 0 5 aMaP aM 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p pP 應(yīng)滿(mǎn)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(mǎn)足下面公式 pq 3 KmaxLP 22 式中 液壓泵的最大流量pq 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(zhuān)用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 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 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(jì)算出 9 96 1 K 1 2LK pmi 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 aMP 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r min rW 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K 以選擇 Y132S 6 電動(dòng)機(jī) 額定功率為 3 滿(mǎn)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(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(chēng) 最大通過(guò)流量 min L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 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(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 專(zhuān)用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(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 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?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 64VL 查相關(guān)產(chǎn)品樣本油箱型號(hào)選擇 AB40 33 0100N 其公稱(chēng)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(lèi)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 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(zhuān)用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(xiāo)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 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) 導(dǎo)向環(huán) U 型密封 防塵圈 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(zhuān)用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 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(zhuān)用鉆床主軸系傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 29 第四章 專(zhuān)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 花鍵的尺寸根據(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(zhǎng)度為 160mm l 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(chēng)度公差取1t 0 012mm 2t 4 3 主軸電機(jī)選擇 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(zhuān)用鉆床主軸系傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 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mP 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 9608903 Pm 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 5KW 滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 1400 r min K 4 4 V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 4 4 1 設(shè)計(jì)功率 的計(jì)算cP 4 KAc 2 式中 工況系數(shù) 自動(dòng)鉆床一般為空載啟動(dòng)取 1 2A AK 傳遞功率 取電動(dòng)機(jī)額定功率 1 5PPW 計(jì)算出 1 8 cKW 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 cP1n 4 4 3 選取帶輪基準(zhǔn)直徑 和1d2 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n D 24mm 及 Z 型 V 帶的 50mm 查 機(jī)械設(shè)計(jì) 6 取 80mm min 1d 4 dd 12 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(zhuān)用鉆床主軸系傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31 3 式中 鉆床主軸帶輪直徑 2d 主軸電機(jī)滿(mǎn)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(dòng)率 取 0 02 得 129 13mm 圓整取標(biāo)準(zhǔn)值 132mm 2d 2d 4 4 4 驗(yàn)算帶速 V 帶速 的計(jì)算公式為 4 106 nd 4 得帶速 5 86 在 5 20 范圍之間 Vs ms 4 4 5 確定中心距 a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 dL 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0a 合 0 7 148 4 2 424 4 1d20a1d2 5 由帶長(zhǎng)計(jì)算公式可計(jì)算出 0dL 935 1mm 4 0 212104 2aaLddd 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dL 心距 為 a 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(zhuān)用鉆床主軸系傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32 mm 4 79 186 421 ddLA 7 mm 4 38212 d B 8 mm 4 7322 Aa 9 4 4 6 驗(yàn)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(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 第四章 專(zhuān)用鉆床主軸系傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 33 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) 34 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(xiě)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(xiě)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 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) 35 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 電磁換向閥電磁鐵 2Y 失電復(fù)位 主軸停止快退 主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)停止 當(dāng)工件檢測(cè)器檢測(cè)不到工件時(shí) PLC 控制程序中 SB1 常閉開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài) 此時(shí)定時(shí)器 T4 開(kāi)始 300S 計(jì)時(shí) 當(dāng)計(jì)時(shí)完成后 也就 是 300S 內(nèi)沒(méi)有工件待加工時(shí)主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)停止工作 圖 5 1 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng) PLC 控制流程簡(jiǎn)圖 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) 36 5 4 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)電氣原理圖 KT2SB1M34K2SB0KM21M211YTKFuFu1QkQ3Q4S2Q0KM5T32K3M44Y5 圖 5 2 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)電氣原理圖 電氣原理圖中相關(guān)代號(hào)見(jiàn)表 5 1 表 5 1 電器原理圖代號(hào) 圖中文字符號(hào) 符號(hào)名稱(chēng) QK 刀開(kāi)關(guān) M1 主軸電機(jī) M2 液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī) KM1 主軸電機(jī)交流接觸器 KM2 液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)交流接觸器 FU FU1 FU2 熔斷器 SB0 SB2 SB3 SB4 按鈕 SB1 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) SQ0 主軸快進(jìn)行程開(kāi)關(guān) SQ1 主軸工進(jìn)行程開(kāi)關(guān) SQ2 主軸快退停止行程開(kāi)關(guān) 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) 37 KM3 KM4 KM5 繼電器 KT2 KT3 廷時(shí)繼電器 1Y 2Y 3Y 4Y 液壓換向閥電磁鐵 5 5 自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)控制元件的選擇 控制元件根據(jù)之前節(jié)所選的電器元件的參數(shù)和控制要求選擇 5 5 1 可編程控制器 PLC 的選擇 根據(jù)電氣控制原理圖 輸入信號(hào)主要由行程開(kāi)關(guān)和光電開(kāi)關(guān)直接輸入 控制中 要完成定時(shí)控制 輸出全部為電磁鐵的通電與斷電的控制 因此 PLC 選擇型號(hào)為 SIMATIC S7 200 5 5 2 刀開(kāi)關(guān)的選擇 根據(jù)系統(tǒng)中電機(jī)的選擇和整個(gè)電路的工耗 刀開(kāi)關(guān)選擇型號(hào)為 HK1 3 30 380 5 5 3 熔斷器的選擇 在熔斷器的選擇上我們要考慮的問(wèn)題 1 熔斷器的類(lèi)型根據(jù)線(xiàn)路要求 使用場(chǎng)合和安裝條件選擇 2 熔斷器的額定電壓不小于熔斷器工作點(diǎn)電壓 3 熔斷器的額定電流不小于所裝熔體的額定電流 4 熔斷器的額定分?jǐn)嗄芰Υ笥陔娐烦霈F(xiàn)的最大故障電流 該控制系統(tǒng)中 熔斷器 FU1 和 FU2 是對(duì)主軸電機(jī)和液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的短路保護(hù) 其選用原則可按下式計(jì)算 9 5 NRNI I521 1 式中 熔體的額定電流RNI 電機(jī)的額定電流 I 1 4A I 2 8A UPN 系數(shù)取 1 5 所以計(jì)算可得 6A 12A 所以 FU1 選擇型號(hào)為 RC1A RRN 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) 38 10 FU2 選擇型號(hào)為 RC1A 15 主電路上的熔斷器 FU 主要是根據(jù)電路的總電流選擇 主電路中主要電器為主 軸電機(jī)和液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī) 考慮到其它電器元件 現(xiàn) FU 選擇型號(hào)為 RC1A 30 5 5 4 交流接觸器的選擇 控制系統(tǒng)中 交流接觸器 KM1 和 KM2 完成對(duì)主軸電機(jī)和液壓泵驅(qū)動(dòng)