木工横式自动钻孔机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘   要   本设计主要根据设计要求机床的工作特点、加工要求及技术要求对木工横式自动钻孔机的整体与局部，内部与外部结构的设计。  本篇论文从材质分析，工艺过程分析入手，来确定工艺方案。通过分析机床在加工孔的过程中的动作，按照传动系统的工作要求，逐步确定了传动方案。由以上的工艺方案、传动方案、设计任务要求以及参考现有同类设备和相关文献的查阅，初步设计出机床的局部和总体结构布局。再通过对加工参数计算来确定电动机，由电动机的各项技术性参数计算逐步选择气缸、电气元件，计算齿轮的各项参数，还有轴的设计以及其它主要零件的校核。最后，是其它结构的设计，如圆锥齿轮的设计，导轨的设计。另外，文章还有关于机床的维护和检修，以及机床的工作特点、加工要求及技术要求。  关键词 ：钻头；气缸 ；  斜齿轮；夹紧装置；轮轴买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 to a or a of of to By in of in of be or of of to of of To to if of of of as a In is on 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目   录  摘   要  . I .  1 章   绪   论  . 1 场现状  . 1 工机床的发展趋向  . 1 高机床的可靠性  . 1 高加工精度和表面加工质量  . 2 善操作的方便性和舒适性  . 2 高机械化和自动化水平  . 2 孔机的工作原理  . 2 孔机的特点  . 2 第 2 章  方案设计  . 4 原理方案设计  . 4 设计任务的抽象化  . 4 功能结构分解  . 4 工艺方案设计  . 5 材质分析  . 5 木材的加工方法  . 6 工艺分析  . 7 工艺过程  . 7 传动方案  . 7 传动工作要求  . 7 传动分析  . 8 传动方案的确定  . 9 结构方案  . 11 总体布局  . 11 局部结构  . 12 章小结  . 13 第 3 章   电动机的选择  . 14 电动机参数计算  . 14 电动机的确定  . 15 章小结  . 15 第 4 章   气压系统的设计  . 16 气压传动系统组成  . 16 气动元件选择  . 16 （ 1） 执行元件  . 16 气缸的计算与选择  . 17 进给气缸的选择  . 17 压紧气缸的选择  . 19 章小结  . 20 第 5 章   电气控制系统的设计  . 21 机床电气传动的特点及控制要求  . 21 电气元件的选择  . 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 章小结  . 23 第 6 章   齿轮的计算与选择  . 25 齿轮传动的特点及设计准则  . 25 钻头齿轮传动的选择与计算  . 25 齿轮传动设计  . 25 齿轮的结构设计  . 29 章小结  . 30 第 7 章   钻头轴尺寸计算及强度校核  . 31 轴的结构设计参数  . 31 选择轴的材料  确定许用应力  . 31 按扭转强度估算轴最细处的直径  . 31 轴的结构设计  . 33 章小结  . 35 第 8 章   其它结构的设计  . 36 圆锥齿轮的选择与计算  . 36 确定锥齿轮的尺寸参数  . 36 确定直齿圆柱齿轮的参数  . 37 确定轴及轴承的尺寸参数  . 37 位置调节装置  . 37 导轨的设计  . 38 工作台与气缸的连接形式  . 38 确定电机轴和钻头中心轴的连接形式  . 39 钻头中心轴与钻头的连接方式  . 39 气缸与电机的连接方式  . 39 钻头高度调节装置  . 39 机器支座的设计  . 42 章小结  . 42 图 8钻头高度调节装置  . 42 第 9 章   电源、气压元件的维护检修  . 43 电源的维护和故障处理  . 43 气压元件的维护  . 43 气压元件的检修  . 44 章小结  . 45 总   结  . 46 致   谢  . 47 参考文献  . 48 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章   绪   论  场现状  在新的劳动法出台以后，企业在劳动力的供求不足和生产成本输出的增加，当今又面临全球金融危机， 经济形势不容乐观，企业想办法降低自己的生产成本变得更加迫在眉睫。裁员、降薪不是结局问题的最好办法，只有改进生产技术，更新生产设备，提高生产力，从问题的根本出发，才能将企业的效益提高，从而在金融危机中站稳脚跟。而研究此项目的目的就是提高生产技术的角度出发，给企业节省生产成本，提高生产效率，进而提高企业的效益。  到工厂车间生产一线和工人交流得知，技术没有改进之前，采用手工给工件进行孔眼定位，这个过程既浪费时间又浪费精力，而且产品的精度不高，从而导致产品的质量和产量都上不去。相信使用了我们的钻孔机以后，可以达到事 半功倍的效果，而且在正常情况下我们所产出来的产品在精度上相对比较高，还有我们的钻孔机只需要一个人来对机械进行控制操作，这就节省了大量的劳动力，提高效率和产品质量。  随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，板式家具在人民生活中的地位也越来越重要，应用越来越广泛，而木工多排钻正式随板式家具的兴起而越来越兴旺。由于工厂规模的限制，三排钻孔机的需求量成为多排钻孔机中的佼佼者。  排钻孔机具有生产效率高，定位精度高，机床结构紧凑，操作灵活方便等特点，它的出现大大地减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。  多排钻孔机主要用 于圆孔，圆榫孔，补节孔等工序的作业，尤其是对孔零部件的加工更为灵活方便，同时钻孔质量好，生产效率高，板式部件的链接大量采用圆榫，五金零件并逐步取代了其他结合方式。以适应板式家具流水线的需要和连接方便的特点，故多排钻孔机得到了飞速发展。  工机床的发展趋向  高机床的可靠性  由于木工机床较复杂，成本也较高，因此它的可靠性是历来使用者所关心的问题。要使机床不仅好用，而且耐用，机床设计必须合理。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 高加工精度和表面加工质量  由于木制品的精度和表面粗糙度要求的提高和木工机床本身的精度和 机床寿命密切相关，因而，木工机床精度的确定，必须保证达到最大的经济效益。要提高机床的加工精度和表面加工质量，就要提高机床的传动精度和抗震性。提高机床的抗震性，不只是要增加刚度，重要的是减少引起震动的因素，如减少高速转动件的数量并提高其平衡水平。  善操作的方便性和舒适性  现在机床应尽量减轻操作者的体力和脑力劳动强度，使操作者操作机床感到轻松，舒适。为此设计者要特别注意掌握人机工程学和机床艺术造型的理论。  高机械化和自动化水平  为了减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和保证加工精度及精度的 稳定性，机床应尽量提高机械化，自动化水平，当前主要是实现辅助工序（供料，卸料，检验，中间输送）的机械化和自动化。  孔机的工作原理  横式钻孔机在工作之前，要根据加工要求，选择合适的钻头以及钻头数目及间距。首先将待加工工件放在工作台上，然后接通压柄气缸开关，使压柄紧压在待加工工件上，压紧、固定。接下来通过调节器节钻头高度调节器节装置上的螺杆的旋入和旋出来调节钻头的高度。同时调节器节钻头移动装置调节钻头的左右位置。然后进给钻头，钻孔加工，退出钻头，抬起压紧装置，取下加工工件，这就是横式钻孔机完成孔加工的工 艺过程。如图 1示  孔机的特点  此机床为木工钻孔机。可钻透孔，也可钻盲孔，孔的深度可在一定范围内自由调整。  可以说，板式家具的兴起促进了多拍钻孔机的产生同时也使得三排钻孔在个型号中突出，畅销，而多排钻孔机的出现于发展又促进了木材加工行业的发展，多排钻孔机成了各家具厂的需求设备，而三排钻也成为他们的必有设备。特别随着，近年来乡买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 镇木工企业如雨后春笋般的出现和蓬勃发展，木工多排钻特别是三排钻机将会有更为广阔的市场和发展的天地，故设计并改进三排钻孔机是十分必要的。  工件工作台1  压 紧 工 件 2  上 下 调 节 钻 头 3  左 右 调 节 钻 头4  钻 头 钻 孔 5  取 工 件图 1买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第 2 章  方案设计  原理方案设计  原理方案设计是指设计任务书提出的设计要求或自主开发确定的设计目标，找出实现预定设计目标的最佳原理方案。原理方案设计是整个设计的第一个关键环节，是具有战略性和方向性的设计工作，是结构设计的前提和依据。  设计任务的抽象化  设计任务的抽象化的最终目的是明确设计对象的功能和约束条件。常用的抽象方法是  “黑箱”法。通过比较输入、输出量的差别和关系，继而反映出设计系统的总功能，然后探求系统的机理和结构，逐步 使黑箱透亮，直至方案拟订。通过阅读自动机械设 且根据设计要求，绘制“横式钻孔机”的“黑箱”示意图。  振动  灰尘  无功热  噪声  待加工工件  驱动能                        已加工工件  加工要求  灰尘度  温度   振动  图 2式钻孔机的“黑箱”示意图  功能结构分解  功能结构分解是指将总功能分解成复杂程度比较低的分功能，并找出分功能的解。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 工艺方案设计  材质分析  生物特性：木 材属于植物原料，具有明显的生物特性，含有大量纤维，组织不均匀，材性不一致，易受虫、菌等侵蚀。  图 2床功能分解  根据图 2计任务要求可以绘制出机床功能结构图  图 2床功能结构图  物理力学性能：木材的密度比矿物料低。由同一物质组成，密度波动不大，约为 方厘米。具有纤维状结构，孔隙率在很大范围内变化。其内表面积极大，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 易于从空气中吸水，此即木材的吸湿性。木材干噪时，弦向和径向收缩不同以及干燥不均匀性，在木材中产生内应力，而引起翘曲、开裂。木材具有 多孔性、层次性和各向异性的特性，一般将木材分为三个切面：、横切面（与木材轴线垂直的平面）、径切面（通过木材髓心，与年垂直切开的平面）、弦切面（不通过木材髓心，与年轮相切的平面）如图 2 a                   b                     c 图 2材的三个切面图  木材的机械性能：工程中常用木材有以下几种强度：抗压、抗拉、抗弯、抗剪。顺纹方向（力与纹理平行）的抗拉强度是横纹方向（力与纹理的垂直）的抗 拉强度的20纹方向的抗压强度是横纹方向的 5响各种强度的因素：树种、体积、密度、天然庇病、温度、时间和含水率。  工程中常用大量木材，主要是应用木材的以下几个优点：质量轻、强度大、导热性好，电绝缘性能好，共振性优良，抗震性好，耐化学品性好、耐溶剂性好、容易机械加工、胶粘、钉着。  木材的使用也各到了一定限制，也存在一些缺点：易燃烧、易受虫、菌等侵蚀。因水分蒸发引起变形、开裂、翘曲。材质有方向性，纵向与横向性质差异明显。  木材的加工方法  木材的加工方法通常分力两类：切削加工法、 改性加工法。切削加工可以使工件达到规定的形状，很高精度的尺寸，很低的表面粗糙度，主要方法有：锯、削、错、钻、旋和磨等。改性加工是通过物理和化学的处理方法，延长木材使用寿命，提高木材的硬度、强度、耐磨性、光泽、弹性模量、吸湿性、尺寸稳定性、耐蚀性、耐虫性等。如利用水热、气体或液体价质，加热或加压等使木材变形，提高有关性能。  木材的加工方法又可分为：手工加工、机械加工。手工加工特点是加工精细，需买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 用大量人力，以及各种工具，适合单件小批量生产。机械加工精度高，降低了劳动强度，提高了工效，适合大规模成批量生产，降低了 生产成本，易于规范化管理，以及技术的普及。  工艺分析  孔的加工方法有多种，如钻、旋、插、镗、铰、扩等。钻削的应用广泛，精度不高，表面较粗糙。钻孔主要用于粗加工，对于精度和粗糙度要求不高的孔，也要以钻孔作为预加工工序。旋孔主要用于切削圆棒，盘及简等工件。插孔一般在加工尺寸比较大的也时采用，不适于尺寸小的孔，加工精度也不是很高。不适用于木质材料的加工。比较适用于硬度比较大的金属。镗孔是对已有的孔进行加工，对于直径较大的孔内成形面或孔内环槽等，镗削是唯一合适的方法。扩孔是应用较为普遍的孔的精加工方法 之一。  所以，通过以上分析，对于木质材料孔的粗加工，最终选取钻孔的方加工方法。  工艺过程  “横式自动钻孔机”在工作之前，要根据加工要求，选择合适的钻头以及钻头数目及间距。首先将待加工工件放在工作台上，然后接通压柄气缸开关，使压柄紧压在待加工工件上，压紧、固定。接下来通过调节器节钻头高度调节器节装置上的螺杆的旋入和旋出来调节钻头的高度。同时调节器节钻头移动装置调节钻头的左右位置。然后进给钻头，钻孔加工，退出钻头，抬起压紧装置，取下加工工件，这就是“横式自动钻孔机”完成孔加工的工艺过程。如图 11 5）  传动方案  传动工作要求  (1）了解工作机的工作情况；  （ 2）了解动力机的机械特性和调速性能；  （ 3）对传动的尺寸、重量、布置方面的要求；  （ 4）工作环境：对对尘、高温、低温、潮湿、腐蚀易燃、易爆等恶劣环境的适应性，噪声的限度等。  （ 5）经济性：工作寿命、传动效率，初始费用，运转及维修费。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 （ 6）结构简单，尺寸紧凑，加工方便。  对于以上要求，在设计过程应尽量满足。  传动分析  该机床在一次孔的加工过程主要完成以下的一些动作：  （ 1）夹紧工件。  （ 2）调节位置。  （ 3）钻头转动、进给、退出。  （ 4）松开工件。  钻床的传动通过电动机带动钻头旋转，然后由气缸推动来实现的。传动系统传动过程如图 2 图 2传动系统的传动过程  钻头转动的同时以一定速度进给，钻头工作图如图 2 2头工作图  钻头上的点在螺旋线上运动，钻头上点轨迹如图 2 图 2钻头上 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 通过以上分析，“横式钻孔机”的传动系统应该满足 以下几点：  （ 1）能够根据木材的硬度和加工孔的深度自动调节气缸的进给速度，从而保证钻头的运动速度。  （ 2）起动，制动迅速。  (3）操作方便，控制灵活。  （ 4）传动准确，稳定性好。  （ 5）减振性能良好。  传动方案的确定  机械传动、流体传动和电气传动一起构成了现代化工业普遍采用的三大传动方式。   （ 1）带传动 承载能力小，传递相同转矩时，结构尺寸较其它传动形式大，但传动平稳，能吸振缓冲，因此宜布置在高速级。  （ 2）链传动运动不均匀，有冲击，不适于高速级 ，应布置低速级。  （ 3）直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动的平稳性较斜齿圆柱齿轮传动的平稳性好，常用在高速级或传动平稳的场合。  （ 4）开齿齿轮传动开齿齿轮传动的工作环境一般较差，润滑条件不好，因为磨损严重、寿命较短，应布置在低速级。  （ ）直锥齿轮传动圆锥齿轮传动只适用于需要改变轴的布置方向的场合，由于圆锥齿轮加工困难，所以应将其布置于传动的高速级，并限制其传动比，以减小其直径和模数。  （ 6）蜗杆传动蜗杆传动可以实现较大的传动比，结构紧凑，传动平稳，但传动效率较低，故适用于中小功率的高速传动中。  （ 7）直齿齿条传动齿轮齿条传动易于布置，常用在低速级。  通过对以上各种机械传动方案的分析比较，在横式自动钻孔机中可以采用齿轮齿条传动、圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动。除传动效率高、制造成本低外；主要使用性能，如自动适应性、操纵性能和生产率等，都是比较适用的。  气动传动的特点：  （ 1）对于传动形式而言，气缸作为线性驱动器可在窨的任意位置组建它所需的运动轨迹，安装维护简单  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 （ 2）工作介质是取之不尽、用之不竭的空气，空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低。压力等级低，使用安全。  （ 3）缸动 作速度一般为 50 500 /s，比液压和电气方式的动作速度快，其间，通过单向节流阀，可使气缸速度无级调节。近代气动技术发展，气缸最低速度可在3mm/s 平行运动，高速可达 3m/s ,甚至高达成 17m/s（具有长行程，最新展览指标可达 45m/s） ,对于高速气缸必须设有效缓冲。  （ 4）可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为数百万次，而进口的一般电磁阀的寿命大于 3000万次，小型阀超过 1亿次。  （ 5）利用空气的可压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对 冲击载荷有较强的适应能力。在一定的条件下，可使气动装置有自保护能力。  （ 6）全气动控制具有防火、防爆、耐潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。  （ 7）由于空气损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。  （ 8）由于空气具有压缩性，气缸的动作速度易受载荷的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷。  （ 9）气缸的在低速运动时，由于摸摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。  （ 10）虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。  液压传动的特点：  液压传动由于具 有传动平稳、结构简单、比功率大、易于无级调速和定位精度高等一系列优点。因此，目前已不仅广泛应用于机床、工程机械、冶金、航空航天等工业部门，而且在轻工业机械（如：注塑成形机、挤出机、精密冲床、皮革机械以及造纸机械等）中也被普遍采用。  通用性强、程序可变、编程容易、可靠性高、使用维护方便等。它被较广泛地应用于机械手、组合机床及生产自动线上，大大提高了机床自动化水平。电气自动控制是采用各种控制元件、自动装置，对机床进行自动操纵，自动调节转数，按给定程序和自动适应多种条件的随机弯化而选择最优的加 工方案，以及工作循环自动化等等。由于数控技术的发展，电子计算机的应用，使机床电气自动控制发展到一个新的水平。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 该机床的传动系统可分为：主传动系统，进给退出传动系统。  通过以上的分析比较，主传动采用由电动机带动主轴，五根平行主轴通过直齿圆柱齿轮啮合，直接传递动力给钻头，实现定比传动。其优点：除传动效率高、制造成本低外；主要使用性能，如自动适应性、操纵性能和生产率等，都是比较适用的。  进给传动和退出传动采用气压传动。汽缸与电动机直接相连 ,带动钻头进退 . 气压、机械传动相结合虽然效率较低，维护较难，但其它主要使用 性能，特别是自动适应性都比较好，因而，绝大部分的中小型机械均根据工作原理选用此此种类的传动。在横式自动钻孔机上，气缸与电动机相连，电动机的进退，可以引起钻头的进退，电动机驱动钻头旋转，控制钻头转速，由于气缸内气体可以通过气压阀进行调节，很方便控制进、退速度，所以这种传动是一种很理想的方式。  结构方案  总体布局  横式自动钻孔机的总体布局如图 2 横向布置纵向布置纵向布置横向布置图 2孔机总体布局示意图  在底座上有一条与其等长的导轨，四个相 同结构的机体可在其上自由移动，最下面的与机座等长的导轨可以使机体左右移动。为了能使钻头左右移动，又是在机体中安装了一个燕尾型导轨，导轨固连在一个能够旋转 180使机体上部分转动一定的角度，具体位置根据加工要求而定。转位机构的下面又放置了一对平行的燕尾型导轨，这条导轨可以使钻孔机的整个上部分机体沿前后方向移动。再往上面又被安装了一个导轨，可使电动机及钻头前后移动。电动机与气缸上的活塞杆固联在一起，可以一起进、退， 3个钻头与电动机轴连接。电动机以及钻头右边就是夹紧装置。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 在这个布局中，四条导轨的作 用至关重要，它可以保证四个机体可以任意调整相对位置，还可以使钻头灵活移动，完成各种所需孔的加工。  局部结构  在横式自动钻孔机的结构中有两个主要的部分，它们是定位夹紧机构和定传动比平行轴匀速转动机构。  1、位夹紧机构  定位夹紧机构主要用于夹紧放在工作台上的待加工工件。在加工的过程中要求工件受力均衡，夹紧牢固；同时在工件加工时不能产生位置偏移。横式自动钻孔机