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JX16-73

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【JX16-73】冷柜门的自动钻孔装置设计（二维+三维+论文）,JX16-73

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浙江科技学院浙 江 科 技 学 院本 科 毕 业 设 计 (2016届)题 目 冷柜门的自动钻孔装置设计 学 院 机械与车辆工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机制121 学 号 1120110007 学生姓名 郑 俊 指导教师 侯继伟 完成日期 2016年5月15日 冷柜门的自动钻孔装置设计 学生姓名：郑俊 指导教师：侯继伟浙江科技学院摘 要 本论文主要提出关于冷柜门自动钻孔装置设计的一种思路想法。冷柜门的装置主要分为夹具和钻孔机两个部分，而其中的钻机是其中的关键部分。众所周知：钻机行业竞争日益激烈，钻机作业环境也日趋复杂，针对效率高、性能可靠、安全风险小的自动化钻机研发已迫在眉睫。本文从设计研发角度介绍了自动化钻机研发的思路和方法，以及自动化钻机研发过程中应该注意的问题和解决办法。国内钻机经过半个世纪的发展，钻机的类型和级别日益增加，从陆地到海洋，从平地到沙漠、大山、森林和沼泽，从纯机械传动钻机到现在的直流、交流、交流变频、混合动力和液压钻机，钻机结构类型更是数不胜数，门类繁多。尽管如此，国内钻机与国外钻机还是有一定的差别，主要原因是钻机在自动化研发、应用方面，重视和投入程度不够，导致钻机总体结构设计缺乏创新，钻机关键部件没有竞争优势，尤其对高投入高回报的海洋钻井钻机，自动化程序太低，操作工人劳动强度大，人机安全系数低。在此条件下，常规钻机利润下降，国内钻机竞争日趋激烈。所以研发自动化钻机，实现钻机关键零部件国产化，将是今后整个钻机行业发展的主题。本论文从自动化1的角度出发，根据“机器代人”的理念，来解放劳动力。由于专业所限，故只从机械和结构角度来研究和讨论钻机的研发过程。在整个分析过程中，充分考虑了多个方案的优劣势之处，优化选择了相对合理之处，提升了方案的可行性以及合理性，故对于实际操作有一定的参考意义。关键词：钻孔 钻机 自动化Design of automatic drilling device of refrigerator door Student: ZhengJun Advisor: Hou Ji WeiSchool of Mechanical and Automotive Engineering Zhejiang University of Science and TechnologyAbstractThis paper presents a design of a refrigerator door automatic drilling device thoughts. Device of refrigerator door is mainly divided into two parts and fixture for drilling machine, the drilling machine is the key part.As is known to all: drilling industry competition is increasingly fierce, drilling rig operating environment is also becoming increasingly complex, for the high efficiency, reliability, safety risk of small automated drilling rig research and development is imminent. This paper introduces the idea and method of automatic drilling machine research and development, as well as the problems that should be paid attention to in the process of the development of automatic drilling machine.The domestic rig after half a century of development, the type and level of drilling rig increasing, from land to ocean, from the ground to the desert, mountains, swamps and forests, from the purely mechanical drive drilling rig to now the DC, AC, AC variable frequency, hybrid and hydraulic drilling rig, drilling rig structure type is endless categories, and different. Nevertheless, domestic rig and foreign drilling rig or have some differences, the main reason is rig in automation research and development, application, attention and investment is insufficient, resulting in the lack of innovation in the design of the overall structure of the rig, the rig, the key components of the no competitive advantage, especially for high input high return of offshore drilling rig, automation program is too low, the labor intensity of operating workers, machine safety coefficient low. Under this condition, the profit of the conventional drilling machine is declining, and the competition of the domestic drilling rig is becoming more and more fierce. Therefore, the development of automated drilling rigs, the key components of the drilling rig made, will be the future development of the entire rig industry theme.In this paper, from the point of view of automation, according to the concept of machine generation, to liberate the labor force. Due to the limitation of the specialty, the research and development process of drilling machine is only studied and discussed from the point of view of machine and structure.In the analysis process, give full consideration to the multiple solutions of advantages and disadvantages between, the relatively reasonable place were optimized, improve the scheme is feasible and reasonable. Therefore, the in practical operation have certain reference significance.Keywords：drilling hole drill automation目 录中文摘要4英文摘要5目录6第一章 绪论71.1 研究动机与目的71.2 研究背景81.3 研究方法与系统描述91.4 论文內容概述9第二章 冷柜门加工的自动化意义102.1 冷柜门的介绍102.2 自动化的优势10第三章 钻孔机的介绍123.1 手动钻孔机123.2 自动钻孔机12第4章 钻孔机的参数设计与分析194.1 负载确定194.2 微动力分析204.3 系统力学分析214.4 电机选型23第5章 结论265.1 结论26 参考文献28第1章 绪论1.1研究的目的和动机：目的与动机：“自动化”这个词从50年代开始在我国逐渐出现并开始中国特色的自动化发展之旅。在改革开放之后，劳动力的重要性愈发提高。工厂已经不满足或者说是重担不住人力的花费，并逐渐依赖于拥有半自动化或者全自动化的仪器设备。这是因为有这种需求，不管是在成本上面还是管理上面，自动化的重要性都变得越来越重要。现代电子科学技术不断的发展进步，原有的电力传动(电子拖动)控制的概念已经无法再全面概括现代生产现代工业。电自动化系统中承担第一线任务的全部控制设备。同时，气自动化在我国各个生产领域都得到了广泛的应用，并取得不错的效果。 我所了解的自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等各方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及 恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展、放大人的功能和创造新的功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。由此可见，自动化在人类社会中的地位至关重要。因此许多专家学者说，自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志。 随着自动化发展将是智能，智能控制理论解决的是复杂系统的控制问题2。如今的社会是信息化与智能化的社会，可以说，现在的社会已经离不开自动化。我们可以从身边的事物发现，发现自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等各方面。例如计算机集成制造系统的发展就涉及到了许多自动化的技术。通过发展算机集成制造系统，可以降低生产成本，提高生产效率，提高生产的柔性增 强产品对市场的适应性，提高产品质量，减少生产准备时间和库存，增加企业员工对企业的满足感，增加用户满意度等。同样，在各领域应用的机器人也是自动化的成果，包括用于制造环境下的工业机器人，用于非制造环境下的特种机器人等。此外，自动化还应用于高速列车，国际空间站，虚拟现实技术，巡航导弹和预警飞机等方面。通过这些例子我们可以看到，虽然自动化经历了漫长的发展 历史，今天它依 然焕发出无限的活力。如今的控制问题越发复杂，面对更多更棘手的问题，自动化也在不断地发展，日益完善。专家系统、学习控制、模糊逻辑控制和具有多层感知器 的神经网络等新技术的发展使得复杂系统的控制问题能够得到解决3。我们有理由相信，自动化会发展的越来越好，自动化一定会有更广阔的未来！我们还可以利用电气自动化来改变现代工业的发展，节约有效的资源，降低成本费用， 以此来获得更好的社会、经济效益。大力发展 电气传动自动化技术，可以将我国的电气化使用提高到一定的水平，缩短与世界大国的发展距离， 实现自主研发，对国民经济的发展起着十分重要的作用。规范我国电气传动自动化术方面的标准，实现规模化、规范化生产。所以自动化在我们生活中扮演着重要角色，我们要好好利用它。 钻机是石油钻井用的成套重型机械设备，是油田上各种机械设备中最强大、最重要并具有不可或缺重大作用的装备。可以毫不夸张的说，钻机是油气田的设备之王。随着石油工业的发展，钻机也在不断发展，钻井能力越来越强，功率越来越大，传动越来越先进，机械化、自动化程度越来越高。进入21世纪以来，石油钻机自动化，数字化，智能化，信息化水平快速发展，变流变频驱动钻机取代可控硅直流电驱动钻机，该型号钻机具有现用机械驱动钻机和直流电驱动钻机无法比拟的优越性能，将成为陆地和海洋石油钻机发展的换代产品。动机： 为了适应浅海、海滩、沙漠和丘陵等不同地带油气藏得勘探和开发，美国、德国、法国、加拿大、意大利、墨西哥和罗马尼亚等国先后开发可各种类型的石油钻机。其中美国的钻机技术和销售业绩在世界上稳居首位，所以与国际技术接轨。实际上是与以美国为代表的钻机技术及API规范接轨。近年来国外钻机在传动方式和结构形式方面发展很快，交流变频电驱动已经广泛使用，顶驱动发展也十分迅速。1.2研究背景背景：1946年，美国福特公司的机械工程师D.S.哈德最先提出“自动化”一词，并用来描述发动机汽缸的自动传送和加工的过程。50年代，自动调节器和经典控制理论的发展，使自动化进入以单变量自动调节系统为主的局部自动化阶段。60年代，随现代控制理论的出现和电子计算机的推广应用，自动控制与信息处理结合起来，使自动化进入到生产过程的最优控制与管理的综合自动化阶段。70年代，自动化的对象变为大规模、复杂的工程和非工程系统，涉及许多用现代控制理论难以解决的问题。这些问题的研究，促进了自动化的理论、方法和手段的革新，于是出现了大系统的系统控制和复杂系统的智能控制，出现了综合利用计算机、通信技术、系统工程和人工智能等成果的高级自动化系统，如柔性制造系统、办公自动化、智能机器人、专家系统、决策支持系统、计算机集成制造系统等8。自动装置的出现和应用是在18世纪。自动化技术形成时期是在18世纪末20世纪30年代。1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器（又称飞球调速器），并把它与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统。瓦特的这项发明开创了近代自动调节装置应用的新纪元，对第一次工业革命及后来控制理论的发展有重要影响。人们开始采用自动调节装置，来对付工业生产中提出的控制问题。这些调节器都是一些跟踪给定值的装置，使一些物理量保持在给定值附近。自动调节器应用标志着自动化技术进入新的历史时期。进入20世纪以后，工业生产中广泛应用各种自动调节装置，促进了对调节系统进行分析和综合的研究工作。这一时期虽然在自动调节器中已广泛应用反馈控制的结构，但从理论上研究反馈控制的原理则是从20世纪20年代开始的。1833年英国数学家C.巴贝奇在设计分析机时首先提出程序控制的原理。1939年世界上第一批系统与控制的专业研究机构成立，为20世纪40年代形成经典控制理论和发展局部自动化作了理论上和组织上的准备。20世纪4050年代是局部自动化时期第二次世界大战时期形成的经典控制理论对战后发展局部自动化起了重要的促进作用。在问题的过程中形成了经典控制理论设计出各种精密的自动调节装置开创了系统和控制这一新的科学领域。这一新的学科当时在美国称为伺服机构理论在苏联称为自动调整理论主要是解决单变量的控制问题。经典控制理论这个名称是1960年在第一届全美联合自动控制会议上提出来的。1945年后由于战时出版禁令的解除出现了系统阐述经典控制理论的著作。1945年美国数学家维纳N.把反馈的概念推广到一切控制系统。50年代以后经典控制理论有了许多新的发展。经典控制理论的方法基本上能满足第二次世界大战中军事技术上的需要和战后工业发展上的需要。但是到了50年代末就发现把经典控制理论的方法推广到多变量系统时会得出错误的结论。经典控制理论的方法有其局限性。20世纪40年代中发明的电子数字计算机开创了数字程序控制的新纪元虽然当时还局限于自动计算方面，但ENIAC和EDVAC的制造成功开创了电子数字程序控制的新纪元。电子数字计算机的发明为6070年代在控制系统中广泛应用程序控制和逻辑控制以及广泛应用电子数字计算机直接控制生产过程奠定了基础。20世纪50年代末起至今是综合自动化时期，这一时期空间技术迅速发展，迫切需要解决多变量系统的最优控制问题。于是诞生了现代控制理论。现代控制理论的形成和发展为综合自动化奠定了理论基础。同时微电子技术有了新的突破。1958年出现晶体管计算机，1965年出现集成电路计算机，1971年出现单片微处理机。微处理机的出现对控制技术产生了重大影响控制工程师可以很方便地利用微处理机来实现各种复杂的控制，使综合自动化成为现实。“自动化(Automation)”是美国人D.S.Harder于1936年提出的他认为在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人去搬运就是“自动化”。自1998年中国石油及2000年中国石化钻井装备更新改造以来，国产钻机整体水平得到了提高，尤其是一些单元技术已经接近或赶上国际水平，基本满足了我过不同领域、各种钻井工艺对钻机的要求。1.3研究方法与系统描述1.3.1钻机的概述5钻机是完成钻进施工的主机，它带动钻具和钻头向地层探部钻进，并通过钻机上的升降机完成起下钻具和套管、提取岩心、更换钻头等辅助工作。钻机的作用：是实施钻具的回转和给予轴向压力，以破碎岩石加深钻孔，完成从孔内起下钻具或升降套管等工作。1.3.2进行钻探工作时，钻探工艺对钻机性能的要求是：1.提供使钻杆柱及碎岩钻具(钻头)回转的动力；2.具有能使钻杆柱及碎岩钻头继续前进的能力，以达到不断破碎岩石、连续钻进的目的；3.当钻头磨钝后、需要提取岩心及处理有关井内事宜时，钻机具有使钻杆柱及钻进工具提出孔口及再下入孔内继续下一个回次钻进的能力。1.4论文內容概述此论文主要写关于冷柜门的自动钻孔机的结构设计如何能更好的定位让孔位更加精准，并且能更加有效率地进行加工，使其生产更加迅速，提高生产力。第2章 冷柜门加工的自动化意义2.1冷柜门的介绍：随着市场竞争的不断加剧，冰箱行业为了吸引顾客，抢占市场，各大冰箱公司不断加强新品开发，纷纷推出一系列与众不同，样式新颖，方便适用的新款产品。冰箱门是冰箱的重要组成部分之一。其成型模具的研制开发是保证冰箱门体成型质量的重要因素。当前，冰箱门体成型，过程包括：门壳大体成型、端头折弯、门胆吸塑、关键位置，冲孔等环节。其中门胆吸塑成型、门外壳折弯成型技术是影响冰箱门体成型的关键。传统门内胆吸塑模具结构设计，不合理导致成型面温度不够均匀稳定，造成门内胆吸塑成型废品率过高，门外壳折弯成型由于模具材料使用不当、模具结构不合理而造成模具关键部件寿命低、模具成型的门外壳压痕、开裂等技术难题。本文在门胆吸塑成型技术、门外壳折弯成型技术研究的基础上进行新型冰箱门体门胆吸塑成型模具及门外壳折弯成型模具的研制为今后冰箱门体成型模具的开发提供技术参考。2.2自动化的优势：自动化的概念是一个动态发展过程。过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。后来随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化的概念已扩展为用机器(包括计算机)不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业9。自动化的广义内涵至少包括以下几点：在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动，制造系统中人机及整个系统的协调、管理、控制和优化。在功能方面，自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一部分。自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。做企业必须以人为本，要用发展的眼光去看待成本效益问题，要能顺应政策变化，符合规律。不能总想着用便宜的人工，苛扣工资，投机取巧，这些都不是一个想长远发展的企业该有的做法，否则只会自取灭亡。企业需要借力而生，顺势而为。自改革开放到现在，我国的工业生产经历了由最原始的密集人力劳动向半自动、全自动机械化设备生产的转型。但是，密集人力劳动的生产方式依旧是我国工业生产的主流方式。随着国家的发展以及人们对高生活品质的追求，以密集人力劳动为基础的生产企业，将会因为劳动力成本上升带来的巨额生产成本和人员的频繁流动性而难以为继。其次，随着信息交流越来越便利，待遇的差异造成员工的流动性过于频繁，更是大大降低了企业的生产效率11。下面是具体的自动化的优势所在：一、大幅提高劳动生产率。也就是单位时间内能够制造更多的产品，每个劳动力的投入能够创造更高的产值，而且可以将劳动者从常规的手工劳动中解脱出来，转而从事更加有创造性的工作；二、产品质量具有高度重复性、一致性，能够大幅降低不合格率；三、大幅降低制造成本。机器自动化装配生产的节拍很短，可以达到较高的生产率，同时机器可以连续运行，因而在大批量生产的条件下能大幅降低制造成本。四、产品精度高。机器设备上采用了各种高精度的导向、定位、进给、调整、检测、视觉系统或部件，可以保证产品装配生产的高精度；五、缩短制造周期，减少制品数量。机器自动化使产品的制造周期缩短，能够使企业实现快速交货，提高企业在市场上的竞争力，同时还可以降低原材料及制品的数量，降低流动资金成本；六、在对人体有害、危险的环境下替代人工操作；七、部分情况下只能依靠机器自动化生产。目前，市场上的产品越来越小型化、微型化，零件的尺寸大幅减小，各种微机电系统迅速发展，这些微型机构、微型传感器、微型执行器等产品的制造与装配只能依靠机器来实现。正因为机器自动化生产所具有的高质量及高度一致性、高生产率、低成本、快速制造等各种优越性，制造自动化已经成为今后主流的生产模式，尤其是在目前全球经济一体化的环境下，要有效地参与国际竞争，必须具有一流的生产工艺和生产装备。制造自动化已经成为企业提高产品质量、参与国际市场竞争的必要条件，制造自动化是执照也发展的必然趋势9。第3章 钻孔机的介绍3.1手动钻孔机：手动钻孔机是一种半自动式的钻孔设备。由手动传递机构，轴向进给机构，导向机构和间隙调整机构等几个部分构成。它主要用作在输送液体或气体的管道上，不停止其输送工作进行带压钻孔以便安装分支管道的装置。3.1.1手动钻孔机技术参数：1、适用范围：通用2、外形尺寸：24800*3600*1400（mm）3、控制形式：手动4、主轴转速范围：不限5、钻孔直径范围：12mm6、该设备主要分为三个部分，即上料部分，钻孔部分，下料部分，上图为上料部分，最大钻孔直径为12MM,能够同时钻孔31个产品，最大长度为8000MM。7、非标的手动钻孔机根据具体的要求定制。3.1.2手动钻孔机操作1. 将控制柜上的选择开关打在手动位置；2. 按下启动按钮，此时机器处于待命状态；3. 点击触摸屏，选择手动操作界面；4. 点击相对应的启动按键，就可开始相对应的动作；5. 点击相对应的停止按键，就可停止相对应的动作；6. 按下控制柜上的急停按钮，机器处于停机状态。3.2自动钻孔机：3.2.1介绍：机床是目前最专业、最成熟、最高效的AC插片自动钻孔机。机床操作系统采用先进的可编程微电脑控制，随时都可以任意更改程序，中文液晶显示，操作非常简单。机床送料装置根据所加工的工件装配振动盘，并可实现无声送料，减少传统送料发出强烈的噪音。机床采用液压推动，工件加工可实现自动化，全自动送料，全自动加工。操作者同时可以抽检产品的品质，通常每人可以操作20台机床，最大程度的节约人力，提高工作效率。机床相当稳定，操作者只需将料倒进振动盘即可，加工过程由微电脑控制自动完成，该机器有自动钻孔、自动检测、不良品报警、缺料报警、产能设定等功能。机床产能4050pcs/min，一个人可同时操作20台机。有单一客户供应100台机，日产能300万片的成功案例。机床可钻孔范围：国标三插、美规三插、澳规等系列产品。3.2.2特点：1、全自动下料。2、电脑实时监控钻嘴保护系统，卡料、空料、参数错误报警系统。3、六轴联动控制系统，独特的程序随时更新功能，程序自主研发，拥有通孔、外盲孔、多孔、高低孔等常用钻孔程序，也可按客户要求编写程序。4、驱动系统采用德国原装进口的高精度数控马达，配合多档位等角度恒力矩细分驱动器，精度更高，运行更平顺，误差为0.01mm.5、电路控制采用世界领先科技带自我保护功能的进口模块式固态继电器，搭配原装进口的世界级元器件，使机器性能更加稳定。6、加工尺寸（240mm），能完全满足行业产品加工尺寸的要求，特殊规格可定制。7、采用全自动电脑调机方式，孔位到边数可调范围（015mm），到底数可调范围（07mm），同时具备补偿值调节功能，使孔位调整更准确，更方便。8、采用平板式模具，成本低，通用性强，制作简单，一般情况90分钟内可完成。9、厂家提供标准化管位，操作更方便。10、报警功能强大，稳定，能真正意义上做到1人同时操作多台机器。提高效率，降低成本，提升企业竞争力。 产品参数 锯床种类 圆锯床。3.2.3钻孔过程：1 制程目的单面或双面板的制作都是在下料之后直接进行非导通孔或导通孔的钻孔,多层板则是在完成压板之后才去钻孔。传统孔的种类除以导通与否简单的区分外,以功能的不同尚可分:零件孔,工具孔,通孔(Via),盲孔(Blind hole),埋孔(Buried hole)(后二者亦为via hole的一种).近年电子产品轻.薄.短.小.快.的发展趋势,使得钻孔技术一日千里,机钻,雷射烧孔,感光成孔等,不同设备技术应用于不同层次板子14.本章仅就机钻部分加以介绍,其它新技术会在20章中有所讨论.2 流程上PIN钻孔检查3上PIN作业钻孔作业时除了钻盲孔,或者非常高层次板孔位精准度要求很严,用单片钻之外,通常都以多片钻,意即每个stack两片或以上.至于几片一钻则视1.板子要求精度2.最小孔径3.总厚度4.总铜层数.来加以考虑. 因为多片一钻,所以钻之前先以pin将每片板子固定住,此动作由上pin机(pinning maching)执行之. 双面板很简单,大半用靠边方式,打孔上pin连续动作一次完成.多层板比较复杂,另须多层板专用上PIN机作业.4. 钻孔4.1钻孔机钻孔机的型式及配备功能种类非常多，以下List评估重点A. 轴数：和产量有直接关系B. 有效钻板尺寸C. 钻孔机台面：选择振动小，强度平整好的材质。D. 轴承(Spindle)E. 钻盘：自动更换钻头及钻头数F. 压力脚G. X、Y及Z轴传动及尺寸：精准度，X、Y独立移动H. 集尘系统：搭配压力脚，排屑良好，且冷却钻头功能I. Step Drill的能力J. 断针侦测K. RUN OUT6.4.1.1钻孔房环境设计A. 温湿度控制B. 干净的环境C. 地板承受之重量D. 绝缘接地的考虑E. 外界振动干扰4.2 物料介绍钻孔作业中会使用的物料有钻针(Drill Bit),垫板(Back-up board),盖板(Entry board)等.以下逐一介绍:图6.1为钻孔作业中几种物料的示意图.4.2.1 钻针(Drill Bit), 或称钻头,其质量对钻孔的良窳有直接立即的影响, 以下将就其材料，外型构、及管理简述之。A. 钻针材料 钻针组成材料主要有三:a. 硬度高耐磨性强的碳化钨 (Tungsten Carbide ,WC)b.耐冲击及硬度不错的钴 (Cobalt)c.有机黏着剂.三种粉末按比例均匀混合之后,于精密控制的焚炉中于高温中在模子中烧结 (Sinter) 而成.其成份约有 94% 是碳化钨, 6% 左右是钴。 耐磨性和硬度是钻针评估的重点其合金粒子愈细能提高硬度以及适合钻小孔.通常其合金粒子小于1 micron.B. 外型结构钻针之外形结构可分成三部份,即钻尖 (drill point)、退屑槽 ( 或退刃槽 Flute )、 及握柄 (handle,shank)。 以下用图标简介其功能:a. 钻尖部份 (Drill Point)- (1) 钻尖角 (Point Angle)(2) 第一钻尖面 (Primary Face)及角(3) 第二钻尖面 (Secondary face)及角(4) 横刃 (Chisel edge)(5) 刃筋 (Margin)钻尖是由两个窄长的第一钻尖面 及两个呈三角形钩状的第二钻尖面 所构成的, 此四面会合于钻尖点,在中央会合处形成两条短刃称为横刃 (Chisel edge), 是最先碰触板材之处, 此横刃在压力及旋转下即先行定位而钻入stack中, 第一尖面的两外侧各有一突出之方形带片称为刃筋 (Margin), 此刃筋一 直随着钻体部份盘旋而上,为钻针与孔壁的接触部份.而刃筋与刃唇交接处之 直角刃角 (Corner) 对孔壁的质量非常重要,钻尖部份介于第一尖面与第二尖面之间有长刃, 两长刃在与两横刃在中间 部份相会而形成突出之点是为尖点, 此两长刃所形成的夹角称钻尖角 (Point angle), 钻纸质之酚醛树脂基板时因所受阻力较少, 其钻尖角约为 90 110 , 钻 FR4 的玻纤板时则尖角需稍钝为115 135 , 最常见者 为 130 者。 第一尖面与长刃之水平面所呈之夹面角约为 15称为第一尖面角 (Primary Face Angle), 而第二尖面角则约为 30 , 另有横刃与刃唇所形成的夹角称为横刃角 (cheisel Edge Angle)。b. 退屑槽 (Flute)钻针的结构是由实体与退屑的空槽二者所组成。实体之最外缘上是刃筋, 使 钻针实体部份与孔壁之间保持一小间隙以减少发热。其盘旋退屑槽 (Flute) 侧断面上与水平所成的旋角称为螺旋角(Helix or Flute Angle),此螺旋角度 小时, 螺纹较稀少,路程近退屑快, 但因废屑退出以及钻针之进入所受阻力较 大, 容易升温造成尖部积屑积热,形成树脂之软化而在孔壁上形成胶渣 (smear)。此螺旋角大时钻针的进入及退屑所受之磨擦阻力较小而不易发热, 但退料太慢。c. 握柄 (Shank)被 Spindle 夹具夹住的部份, 为节省材料有用不锈钢的。钻针整体外形有4种形状:(1) 钻部与握柄一样粗细的 Straight Shank,(2) 钻部比主干粗的称为 Common Shank。(3) 钻部大于握柄的大孔钻针(4) 粗细渐近式钻小孔钻针。C. 钻针的检查与重磨a. 检查方法 2040倍实体显微镜检查,见图6.4b. 钻针的重磨 (Re-Sharpping) 为孔壁品质钻针寿命,可依下表做重磨管理。 一般钻针以四层板之三个迭高 (High) 而言, 寿命可达 5000-6000 击(Hit), 总 共可以重磨三次。(应重磨击数表)6.4.2.2. 盖板 Entry Board(进料板)A. 盖板的功用有:a. 定位b. 散热c. 减少毛头d. 钻头的清扫e.防止压力脚直接压伤铜面B. 盖板的材料:以下简述其种类及优缺点a. 复合材料- 是用木浆纤维或纸材,配合酚醛树脂当成黏着剂热压而 成的。其材质与单面板之基材相似。此种材料最便宜.b. 铝箔压合材料 是用薄的铝箔压合在上下两层，中间填去脂及去化学品的 纯木屑.c. 铝合金板 530mil,各种不同合金组成,价格最贵上述材料依各厂之产品层次,环境及管理.成本考虑做最适当的选择.其质量标准 必须:表面平滑,板子平整,没有杂质,油脂,散热要好.6.4.2.3 垫板 Backup boardA. 垫板的功用有：a.保护钻机之台面 ，b.防止出口性毛头(Exit Burr）c.降低钻针温度。d.清洁钻针沟槽中之胶渣。B. 材料种类：a. 复合材料-其制造法与纸质基板类似，但以木屑为基础，再混合含酸或盐类的黏着剂，高温高压下压合硬化成为一体而硬度很高的板子.b. 酚醛树脂板（phenolic） 价格比上述的合板要贵一些，也就是一般单面板的基材.c. 铝箔压合板 与盖板同VBU垫板是指Vented Back Up垫板，上下两面铝箔，中层为折曲同质的纯铝箔，空气可以自由流通其间，一如石棉浪一样。 垫板的选择一样依各厂条件来评估.其重点在:不含有机油脂,屑够软不伤孔壁,表面够硬,板厚均匀,平整等.4.3 操作4.3.1 CNC控制现有CAD/CAM工作站都可直接转换钻孔机接受之语言只要设定一些参数如各孔号代表之孔径等即可.大部分工厂钻孔机数量动辄几十台因此多有连网作业由工作站直接指示.若加上自动Loading/Unloading则人员可减至最少.4.3.2 作业条件钻孔最重要两大条件就是Feeds and Speeds进刀速度及旋转速度，以下做一 叙述A. 进刀速度(Feeds): 每分钟钻入的深度，多以吋/分(IPM)表示。上式已为排屑量(Chip Load)取代，钻针之所以能刺进材料中心须要退出相同体积的钻屑才行，其表示的方法是以钻针每旋转一周后所能刺进的吋数(in/R)。B. 旋转速度(Speeds) 一 每分钟所旋转圈数(Revolution Per Minute RPM)通常转数约为6万8万RPM，转速太高时会造成积热及磨损钻针。 当进刀速度约为120in/min左右，转速为6万RPM时，其每一转所能刺入的深度为其排屑量排屑量高表示钻针快进快出而与孔壁接触时间短，反之排屑量低时表示钻针进出缓慢与孔壁磨擦时间增长以致孔温升高。设定排屑量高或低随下列条件有所不同:1. 孔径大小2. 基板材料3. 层数4. 厚度4.4.4作业注意事项A. 转数、进刀数的设定，应依实际的作业状况，机器所附手册上的条件仅为参考，仍须修正。B. 定期测量转数、进刀数,Run out等数值.C. 真空吸尘极为重要，设计时应over实际需要，以达100%效率，定期更换。D. Spindle及夹头需随时保持清洁E. Run out一定要保持在0.0005以下F. 台面上尘屑要用吸尘器去除，切勿用吹气的方式。5 小孔钻5.1 小孔定义:直径0.6 mm以下称小孔,0.3 mm以下称微孔(micro hole)5.2 小孔加工现有机钻及非机钻,现就机钻加以探讨小直径钻孔加工小直径钻头的规格依使用人、厂商而略有不同， 一般0.3mm的称极小径钻头， 由于表面黏着技术(Surface Mount Techology)大量应用，小径、极小径的钻孔 也日益增多，因此PC板钻头与钻孔机的问题就油然而生；而怎样来防止钻头 的折断是钻孔加工最主要的症结，其折断的主要原因如下：1. 钻头的形状和材质2. 钻头的外径与纵横比(Aspect)3. PC板的种类(材质、厚度与层数)4. 钻孔机的振动和主轴的振动5. 钻孔条件(转数与进刀速度)6. 盖板、垫板的选择A小孔径钻孔机实施小孔径钻孔时必须考虑到机械的精度，而其最主要在于位置的精度；一 般通称的位置精度包括以下几个因素而言：1. 程序设计的位置与实际工作台上位置精度的误差。最近的新机种通常亦有 1015m左右的误差。2. 因主轴振动所造成的误差12。(尤其必须考虑到运转时的误差)3. 钻头钻入PC瞬间的偏差，大时可达10m，其原因很复杂；主轴、钻头、 压板等等都有关连。4. 钻头本身的弯曲；钻入的点至穿通止之间的弯曲度即孔位弯曲精度。孔位曲的原因经归纳如表所示。为了要提高孔位精度，只归因于钻头是不合理的，钻孔机等其它的因素也应 加以改善: 适当条件：如进刀速、转速的调整，分段钻的作业等。 STACK的置放 在生产在线做小径钻孔加工时，以操纵大直径的方法来处理小径时，常会有忽略的问题产生；其实最重要的是将PCB牢牢的固定于工作台上，使其成为一个整体，钻头在刚开始钻孔时，若PC板固定不牢则易滑动，造成钻头易折断的可能，为了防止钻折断，以下几点要特别注意：1. 将压板、PC板、垫板用胶布贴牢后，于指定地方用固定针钉牢。2. 尽量避免使用变形的PC板。3. 压板尽量使用厚度为0.150.2mm的铝板或0.30.4mm的合成树脂板为 主。4. 垫板并非取质硬，而是需追求厚度的一致。6 检查及质量重点6.1 质量重点1. 少钻2. 漏钻3. 偏位 (上述以底片check)4. 孔壁粗糙5. 钉头 (切片)6. 巴里(burr)6.2钻孔结束板边coupon设计板边设计coupon的用意如下:1. 检查各孔径是否正确2. 检查有否断针漏孔3. 可设定每1000,2000,3000 hit钻一孔来检查孔壁质量.3.2.4发展趋势：钻孔行业是一个传统行业；在我国发展越来越快；但是趋于技术原因；生产工厂主要还是以人力加半自动钻孔技术为主， 效率和精度普遍不是很高。2007年，东莞奥科公司引进大量高新人才和技术；经过反复研究和测试；最终生产出高端 高速 高精度电脑钻孔机；受到各界需求行业的好评；公司致力于更高要求和进步发展。逐步提高技术水平。第4章 钻孔机的参数设计与分析4.1负载确定： 根据冷柜门的性能所需，市场上的冷柜门的材质都是用铝合金，也有部分用钢材料，所以查看钻孔切削表加工直径d毫米b=52-70（钢35、45）b=70-90（15Cr、20Cr）b=100-110(合金钢)V（米/分）S（毫米/转）V（米/分）S（毫米/转）V（米/分）S（毫米/转）1-618-250.05-0.112-200.05-0.18-150.03-0.086-120.1-0.20.1-0.20.08-0.1512-220.2-0.30.2-0.30.15-0.2522-500.3-0.60.3-0.450.25-0.35加工直径d毫米切削速度V（米/分）每转进给量S（毫米/转）纯铝铝合金（长切屑）铝合金（短切屑）3-820-500.03-0.20.05-0.250.03-0.18-250.06-0.50.1-0.60.05-0.1525-500.15-0.80.2-10.08-0.36 按正常的使用情况，我们按照冷柜门是铝合金材料，加工直径应该在25-50mm之间所以我采用0.7的进给量。 设计负载参数：加工直径：30mm切削速度：35m/min进给量： 0.7mm/r4.2微动力分析：2.1刚性连杆的PKM模型的运动方程式机械装置12的特点是使用了数字集成,刀具设备(含工作台，主轴和刀具3部份)。它的运动学方程式的发展依下列各项5。刀具的变位是 式（2-1）且 式（2-2）其中b是点B和点C之间的距离,r是连杆AB的长度(连杆AB、CD和CE的长度是相等的)。刀具的速度是6bb 式（2-3）其中 式（2-4）刀具的加速度是bbbb式（2-5）其中bbb&式（2-6）PKM模型的动力学方程式的发展如方程（7）所示，使用了拉格朗日的第二个类型的方程式13。 (j=1,2,.k)式（2-7）其中t是系统的总动能；和是总坐标值和速度值；Qj是总力对应到qj的的值。k是坐标系中总的独立数目。在这里，和，引出之后，公式(2-7)可被表达成+(j=1,2,.k) 式（2-8）其中n是移动连杆的数目；（mi,Igi）是连杆i的大量惯性矩；是连杆i的质量中心坐标；是PKM模型中连杆i的旋转角。总力Qj的值通过式（2-9）决定式（2-9）其中V是势能，iF是没有势能的力。为了对PKM模型的钻孔操作，我们有& 式（2-10）其中是切削力,和是线性马达在PKM上输入的力。公式(2-1)到公式(2-10)构成了刚性连杆PKM模型的运动学和动力学方程式。2.2柔性连杆的PKM模型的动作方程式顺从的机械装置的动微分方程式能用有限的机械要素方法和以下的公式得到&式（2-11）其中M、C和K分别是系统质量，阻尼和刚性母体；D是在全球同等坐标系中的每个机械要素平移和旋转变形表现的总坐标值；R是总外力值，与D保持一致；n是坐标的总数目值(机械装置的柔性自由度)。在我们的FEA模型中，我们使用在图3中被显示的机械要素结构，其中是弯曲刚性(E是材料的柔性系数,是惯性矩),是物质的密度,是机械要素的最初长度。4.3系统力学分析：绘制速度循环图：然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。液压缸所受外负载F包括三种类型，即：(2-1)式中工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本设计中为13412N；运动部件速度变化时的惯性负载；导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，对于平导轨可由下式得： (2-2)式中G运动部件重力；垂直于导轨的工作负载，本设计中为零；导轨摩擦系数，在本设计中取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。则求得：式中静摩擦阻力； 动摩擦阻力。(2-3)式中g重力加速度； 加速和减速时间，=0.2sec； 速度差， 时间差。在本设计中=根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载，见表2-1，并画出如图2-2所示的负载循环图4.4系统力学分析： 假如我们知道钻床理想的动作功能。高质量钻床的关键是如何决定输出电动机动作以便刀具的理想动作能被了解。创建明白的输入动作功能时也为机器控制提供了必需的数据。依照研究，钻孔的过程能分为三个时期：入口期，中间期和出口期。为了增加生产能力和钻孔的质量，许多操作限制，例如最小刀具的寿命限制，孔位置误差限制，退出毛边限制，钻头扭转破坏限制等等，一定要考虑而且要满意。在这些条件之下，刀具的补给速度在入口期应该是慢的，以减少孔位置的误差。刀具的速度在出口期也应该是慢的，以减少出口毛边。在中央期，刀具的钻速应该很快速并且保持持续。刀具在完成钻孔之后的退回应该被做的尽可能的快，以增加生产能力。基于这些考虑，我们采取了公式中得到的理想钻床和刀具的退回速度。其中是最大的钻孔速度，分别是对应入口期，中间期和出口期的时间。是退回的最大速度。对应的分别是加速的，持续的速度和缩回操作时减速的时间。是一个单一钻孔的周期。用一个数字为例，我们打算利用钻一个25.4mm深的孔，0.3s用来钻孔，0.1s用来倒库退回。设定T1=T3=0.06s，T4=T6=0.03s。在这些条件下，。如果连杆长度r=500mm，在钻孔出发点是的角度，与理想刀具动作相关的对应输入电动机的速度显示。一半来说，曲线装配方法能用来产生输入运动的函数，但是依照显示的曲线形状，我们创建的线性马达速度函数详尽的显示在公式：4.4电机选型： Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等级符合IEC标准，外壳防护等级为IP44，冷却方法为IC411，连续工作制（S1）。适用于驱动无特殊要求的机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。 Y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。Y80315电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB/T9616-1999。Y355电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB5274-91。Y80315电动机采用B级绝缘。Y355电动机采用F级绝缘。额定电压为380V，额定频率为50Hz。功率3kW及以下为Y接法；其它功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40；最低环境空气温度为-15；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25。 电动机有一个轴伸，按用户需要，可制成双轴伸，第二轴伸亦能传递额定功率，但只能用联轴器传动。 按用户需要，还可供应其他功率、电压、频率、湿热带型（TH）、防护等级等电动机。 根据电机的轴径d=12mm，计算得。 而已知，再根据速度比。 则得 所以选择Y80M1-2型电机型 号额定功率 额定电流 转速 效率 功率因数 堵转转矩堵转电流最大转矩噪声振动速度 重量额定转矩额定电流额定转矩1级2级kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skg同步转速 3000r/min 2 级Y80M1-20.751.8283075.00.842.26.52.366711.817第5章 结论5.1结论： 回顾此次毕业论文的撰写设计，至今我仍感慨颇多。的确，自从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，虽然只有短短三个月的时间，但是我却从中学到很多很多的东西，同时可以巩固了以前所学过的知识，并学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次毕业论文的边学边做，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正做出自己的项目，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中也发现了自己的许多不足之处，对一些前面学过的知识理解得不够深刻，掌握得不