专用钻孔机设计【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 单位代码 0 2 学 号 080105635 分 类 号 密 级 毕业设计 说明书 专用钻孔机 设计 院（系）名称 工学院机械系 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 2012 年 5 月 15 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 随着科学技术的发展，制造技术的进步，以及社会对产品质量和品种多样化的要求越来越强烈。中、小批量生产的比例明显增加，要求现代 钻孔机 成为一种精密、高效、复合、集成功能和低成本的自动化加工设备。同时，为满足制造业向更高层次发展，为柔性制造单元、柔性制造系统，以及计算机集成制造系统提供基础设备，也要求 钻孔机 向更高水平发展。 在 公交车 制造中， 座椅都是连接上去的 。过去，一般都采用 人工钻孔 的方法进行拼接， 人工钻孔 的效率低， 连 接的质量不高，不适合大批量生产。现在采用的方法是： 设计一个专用的钻孔机，专门用来钻公交座 椅连接孔 。这一 连 接方法的加工效率较高， 连 接的质量也很好。 本设计 通过对钻孔工艺分析，确定了卧式自动钻孔机设计方案。根据设计参数，选择了电动机，对主要结构进行了详细地设计，并对位置调节机构、联接机构等也进行了简单地设计。 关键字 ： 钻孔机，电动机， 连接 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of to of is of of a of of At to to a as as a to a In In is of is to a is to of is of of to in so on of a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 绪 论 . 1 一、 工艺方案的分析与设计 . 4 . 4 孔工作位置示意 . 4 二、总体设计 . 5 动机的选择 . 5 . 7 . 9 . 16 . 16 结 论 . 18 致 谢 . 19 参考文献 . 19 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 绪 论 钻孔机是指利用比目标物更坚硬、更锐利的工具通过旋转切削或旋转挤压的方式，在目标物上留下圆柱形孔或洞的机械和设备统称。也有称为钻机、打孔机、打眼机、通孔机等。通过对精密部件进行钻孔，来达到预期的效果，钻孔机有半自动钻孔机和全自动钻孔机。 在机械加工中，金属钻孔设备和钻孔设备是切削加工的基础工艺装备。目前钻孔设备不断更新换代，高速主轴采用陶瓷轴承、液体静压轴承、空气静压轴承、磁浮轴承 后，其主轴转速可达 10000的甚至可达 150000r/用滚珠丝杠的进给机构其速度可达 40 60m/线电机可达 90 120m/密数控加工中心的加工加速度可以达到 2g(g 为重力加速度 )。钻孔设备的快速发展为现代制造业的发展提供了基本的前提和技术保障，但无论是什么样的金属钻孔设备，都必须依靠与工件直接接触、从工件上切除材料的钻孔设备才能发挥作用。钻孔设备性能和质量直接影响到钻孔设备生产效率的高低和加工质量的好坏，直接影响到整个机械制造业的生产技术水平和经济效益 。 正因为如此，国外制造业才有“企业的红利在刀刃上”的说法，汉语成语中的“工欲善其事，必先利其器”、“磨刀不误砍柴功 ”也对钻孔设备在切削加工中的重要性进行了生动而深刻的描述。如一 20 万千瓦发电机转子轴，其净重为 30吨，而其锻件毛坯达 60 70吨，需切除的切屑占了零件毛重的 50%以上，很难想象如果没有高效的钻孔设备如何能完成这样的加工任务。国际上一位切削与机床方面的权威专家对切削钻孔设备的作用作了如下评价：“改进钻孔设备对降低切削成本比其它任何单一过程的改变更具有潜力。合理地选择和应用现代切削钻孔设备是降 低生产成本，获得主要经济效益的关键。”美国的兹拉丁曾说过：“一台价值 25万美元的 效率的发挥在很大程度上取决于一把价值 30美元立铣刀的性能”。 当今世界正处在先进制造技术快速发展的时期。随着数控钻孔机的问世，现代制造业发展了一系列的数控加工技术，如加工中心 (柔性制造单元 (柔性制造系统 (计算机集成制造系统 (并联钻孔机等。这些技术与高速加工技术、自动钻孔倒角机技术、钻孔加工工艺紧密结合，使机械加工中的劳买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 动强度大大降低，辅助时间大大缩短，产品质量和生产效率大大提高 ，对制造业乃至全球经济的发展起到巨大的推动作用。 目前钻孔加工约占整个机械加工工 90%，现代钻孔技术是制造技术的主力军之一，钻孔加工 (含磨削 )在整个 21世纪仍是机械制造业的主导加工方法。作为钻孔加工中重要的基础工艺装备，自动钻孔倒角机技术对现代制造的发展起着至关重要的作用。中国是全世界钟表生产和输出的最大国家，占全球制表行业 90%以上，全自动高速表带钻孔机彻底解决表带行业目前投入人力最多，产出最少的手工钻孔工艺现状的困难，全面取代现有的手工钻孔工艺，也间接解决了企业招收熟练钻孔工人困难的严重问题。同时为企业 节约了大量的人力成本开支。大力发展数控加工技术及装备，已成为世界各国政府的战略决策，用数控装备武装现代工业和改造传统工业也成为世界各国制造业发展的方向。改革开放后，我国制造业的发展举世瞩目，钻孔设备总产量和技术水平已迈入世界第一方阵，钻孔设备的进口消费量近年已达世界之首，我国已跨入世界制造大国之列，但还不是制造强国。其中我国目前制造业的劳动生产率只相当于美国的 1/23，日本的 1/25，德国的 1/18，与先进的工业国家相比，还存在着巨大差距。工业发达国家的数控钻孔设备在两班制工作条件下开动率达到 60 而我国国内许多企业往往只能达到 20造成我国数控钻孔设备使用率低的原因是多方面的，除了设备配备不合理、技术人员综合素质有待提高、数控钻孔设备的工作环境差、生产技术准备工作滞后等原因外，最重要的一点是钻孔设备与钻孔设备的技术含量不匹配，有相当一部分生产企业还普遍地采用焊接式钻孔设备用于数控钻孔设备加工，不讲究“门当户对”、“好马配好鞍”，致使先进的钻孔设备配备落后的钻孔设备，造成设备潜力没有充分发挥出来，从而造成巨大的浪费。因此，更新观念，广泛应用先进钻孔设备巳成当务之急。在投资钻孔设备的同时，一定要 配备相应的钻孔设备，才能保证设备的高效运转，有效地提高生产率，从而获取更大的利润。 建国以来，我国钻孔设备行业为机械制造业的发展做了大量的工作，取得了很大的成绩，但随着切削加工速度的提高，难切削加工材料的大量使用，数控设备的普及，对切削加工钻孔设备的要求越来越高。国产钻孔设备在使用寿命、可靠性等方面都与国外发达国家存在明显差距，无论是在产品的品种还是性能和质量上都远远满足不了我国制造业发展的需求。近年来，我国每年进口钻孔设备的金额增长率高达 50%以上，这一事实值得我们认真思考和努力改进。我们需要为买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 此更加努力 ，为祖国的钻孔机事业贡献自己的力量 ！ 设计计算部分 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 一、 工艺方案的分析与设计 艺方案的分析与设计 为便于进行加工，在钻孔时，选取刀具进给，工作台固定不动的方式进行加工。其基本的加工工艺路线是： 调整固定刀具进给钻孔刀具返回取消固定 调整 图 1动方案分析 及钻孔工作位置的示意 调节机构主要采用丝杠螺母机构和导轨导套结构。 进给机构选用由 手摇 带动的滚珠丝杠螺母结构，其传动简图见图 1钻孔位置在车厢的内壁，示 意图见图 1 图 1节机构 图 1孔工作位置示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 二、总体设计 动机的选择 经分析比较，选用普通系列的电动机作为主工作机即可满足设计要求。 为满足加工要求 ,应以加工 需的功率来选电动机。由文献 2查得， 抗拉强度为 375 削用量的计算 （ 1）切削速度 由 表 2得 的切削速度是 2 m/s，取 v=0. 35 m/s 进行计算 ： 初算 电机转速： n= 0 0 0 6 0 0 3 8=835r/虑到 工要求表面的光洁度和加工效率可将转速取 n=840r/ 2）进给速度 根据 硬度，查文献 2其进给速度范围为 0.2 mm/r，取 f=0. 2 mm/r 。 (3) 切削深度 d=82=4 4）切削半径 r=2d=82=4 工直径 d 毫米 b=520 35、 45） b=700150 b=1000p (合金钢 ) V（米 /分） f（毫米 /转） V（米 /分） f（毫米 /转） V（米 /分） f（毫米 /转） 18 051 12 8 6 12 5 12 23 5 22 36 5 表 2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 通过对钻头切削过程进行分析后，可利用积分计算其钻削过程所需要的扭矩大小： 3 34 . 0 1 0 80 0 0 00 . 3 1 02 2 5 1 022r r d r S d r r d r r d r =文献得：钻头主切削刃所受的扭矩为钻头总扭矩的 80%，所以钻头的总扭矩为 ： 功率的计算 工作时所需功率为： 2 2 3 . 1 4 8 4 01 . 56 0 6 0ee 5%来考虑传动中的功率损失，并以此作为实际原动机所需的功率 : 1 3 1 . 8 %P 电 机 （ 1+15 ） 动机的选取 根据功率和转矩查机械设计课程设计指导手册，选取 中 示卧式安装， 18 表示出力轴轴径为 183表示减速比为 3， 20V 或 380V。 图 2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 表 2出力轴尺寸 (出力轴 键槽 键 6 P W Q T 18 30 5 27 20 5*5*27 22 40 7 35 25 7*7*35 28 45 7 40 31 7*7*40 32 55 10 50 10*8*50 40 65 10 60 10*8*60 50 80 14 75 56 14*9*75 表 2速电机出力轴尺寸 由表 22的所选电机的尺寸长宽高为 289 135 127寸合适，质量轻，符合设计要求！ 作台设计及计算 在本次设计中， 钻孔机 工作台采用滚动直线导轨副为导向支承，滚珠丝杠副为运动执行元件 的结构。由于工作台弹性变形小，对机床的定位精度影响不大，马达功率 减速比 框 号 轴径 A D E F G H J K L M X Y Z 重量00W(1/41： 3 1： 25 1# 18 289 290 289 40 110 135 65 9 0 10 126 127 85 116 ： 15 1： 90 2# 22 325 320 322 65 130 155 65 11 0 12 126 145 90 116 ： 100 1 ：200 3# 28 355 352 353 90 140 170 120 11 0 15 126 170 110 116 8 1： 250 1： 1800 3# 28 420 419 420 90 140 170 120 11 0 15 126 170 110 116 ： 250 1： 1800 4# 32 470 469 470 130 170 210 160 13 0 18 126 210 16 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 因此，我仅简要地进行设计计算。 图 2作台结构图 由于工作台上主要承载减速电机，减速电机尺寸为 289合实际，先设计工作台尺寸为 250 作台重量计算 m=V 其中 : m 工作台重量，单位为千牛 ( V 工作台体积，单位为立方米 ( 钢的密度，单位为吨 /立方米 (1000kg/工作台体积 : V=S h 其中 : S 工作台面积，单位为平方米 ( h 工作台高度，单位为米 (m)。 为了保证工作台有足够的强度和刚度，保证零件的加工准确性和加工精度，因此工作台的高度要随着工作台的面积增加要有所改变。在这一次设计中采用分段函数的方法来确定工作台的高度 h,这根据是来自于大量资料，以及参考 体对应关系如表： 工作台面积 S（ 工作台高度 h(S 2000 10 2000 S 4000 50 4000 S 6500 60 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6500 S 9000 70 S 9000 80 表 2作台高度与工作台面积的对应关系 工作台面积 : S=W L 其中 :位为米 (m) L 工作台长度，单位为米 (m); S=25 因此取 h=40mm m=V N 给传动系统设计计算 钻孔机 通常对进给系统的要求有三点，即传动精度、系统的稳定性和动态响应特性（灵敏度）。传动精度包括动态误差、稳态误差和静态误差，即伺服系统的输入量与驱动装置实际位移量的精确程度。系统的稳定性是指系统在启动状态或受外界干扰作用下，经过几次衰减震荡后，能迅速地稳定在新的或原来的平衡状态的能力。动态响应特性是指系统的响应时间及驱动装置的加速能力。为确保 钻孔机 进给的传动精度、系统的稳定性和动态响应特性，对 进 给驱动装置机械结构总的要求是消除减息、减少摩檫、减少运动惯量、提高部件精度和刚度。 P 切 P 电机 F=6120 中： 主电机系统的总效率，一般为 K 进给系统功率系数，取 K V 切削线速度，取最大 V s=25m/ 所以主切削力： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 = 切 电 机 F 6120) X、 Y、 F=) F=) F=) 滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动转换的一种新型传动装置，在 钻孔机上得到了广泛的应用。它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠，使丝杠与螺母之间的运动成为滚动，以减少磨檫。 （ 1）滚珠丝杠螺母副的工作原理 滚珠丝杠螺母副的工作原理是丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，它们对合起来就形成了螺旋滚道。在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚会丝杠与螺母之间，构成一个闭合的回路。 （ 2）滚珠的循环方式 滚珠的循环方式有外循环与内循环， 本设计所采用的是内循环。其优点是径向尺寸紧凑，刚性好，因其返回滚道较短，摸檫损失小。 珠丝杠的计算与选型 （ 1）计算最大工作负载 作用在滚珠丝杠上的最大工作负载主要包括切削时滚珠丝杠的传动力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的型式有关。但当加工工件时，大多数情况下垂直导轨通过锁紧机构锁紧，相当于刚性联接。故作用在滚珠丝杠上的负载，是移动件的重量作用在导轨上的摩擦力。因此滚珠丝杠的最大载荷可以表达如下 : ）（ 式中 : 滚珠丝杠的最大载荷（ N）； 切削分力（ N） ; G 移动部件 (工作台和减速电机的重量之和取 15重量 (约为工作台的 2 3倍 ),此处取 2倍 ; 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 f 导轨上的摩擦系数，随导轨形式而不同 ,滚动系轨取 f = f= K 考虑颠复力矩影响的实验系数 ; 密封阻力 (N)，可不记。 所以滚珠丝杠的最大载荷为 : ）（ YX (00) = 2）计算最大载荷 C 选用滚珠丝杠螺母副有直径 须保证在一定轴向负载作用下，滚珠丝杠在回转 100万转 (106转 )后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值，即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 C: C=3式中 :L 寿命，以 106转为一单位， L=61060 n 丝杠转速 (r/ n=01000m/，可取最高进给速度的1/2 1/3，此处取 1/3; 初选 0h)，对于钻孔机一般取 T=15000h; 此处取 表 2载性质系数 荷性质 无冲击 (很平稳 ) 轻微冲 击 伴有冲击或振动 1一 所以 n=01000 1 0 0 0 1 / 3 2 510= m/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 L=61060 =66 0 8 3 3 . 3 1 5 0 0 010= 3m f F= 3 7 4 9 . 9 7 1 . 2 3 1 8 . 9 6=N） （ 3）最小动载荷 珠丝杠上的最小载荷是指空载时滚珠丝杠副的传动力，具体表达式为： f G+式中： 滚珠丝杠的最小动载荷（ N） 所以 f G+300=N） （ 4） 滚珠丝杠螺母副的选型 根据文献，可选用 列的 16循环垫片式滚珠丝杠螺母副 （如图2，其额定动载荷 6654N，额定静载荷 度等级选为 3级。 图 2（ 5）计算最大静载荷 当滚珠丝杠螺母副在静态或低速 (n 10r/况下工作时，滚珠丝杠螺母副的破坏形式主要是滚珠接触面上产生塑性变形超过一定限度就会破坏滚珠丝杠螺母副的正常工作。一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径的万分之一。产生这样大的塑性变形量时的负载称为允许的最大静负载 C0=中 :N); 静态安全系数，当为一般 运转时 1 2，当有冲击或振动时 f=23. 选用相应的滚珠丝杠螺母副的额定静载荷 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 根据本机床的实际情况，忽略静载荷的计算。 （ 6）传动效率计算 r 丝杠螺旋升角，取 r= 334 ; 摩擦角，滚珠 丝杠螺母副的滚动摩擦系数 f=摩擦角约等于 10。所以 = t a n 4 3 3 0 . 9 6t a n ( 4 3 3 1 0 ) 但实际当中，由于各种因素的影响，最大取 （ 7）稳定性验算 对已选定尺寸的丝杠在给定条件下，承受最大轴向负载时，应验算起有没有产生垂直弯曲的危险。 产生失稳的临界负载 22 式中： E 丝杠材料弹性模量，对钢 E=106（ N/ I 截面惯性矩（ 丝杠截面惯量矩 I= 41 丝杠螺纹的底经），此滚珠丝杠为 25 I= 441 64 L 丝杠两支承距离（ 初选 40 丝杠的支承方式系数，本机床为一端固定，一端简支，取 则： 22 = 2624 2 0 . 6 1 0 0 . 3 240 =162486（ N） 临界负载与最大工作负载之比称为稳定性安全系数许用稳定性安全数，一般取 4。 a 62486n F 3 1 8 . 9 6 =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 显然大于许用稳定性安全数，故此丝杠不致产生失稳 （ 8）滚珠丝 杠螺母副的临界转速 为了避免高速运转时产生共振，需进行滚珠丝杠螺母副的临界转速 界转速为 : 910 212中 : 与支承有关的系数，查文献得 则 : 910 2129910 22224 1 0(4 0 1 0 )= 15856 m/ 因而丝杠在最高转速和压杠稳定问题上可以安全地工作。 由于本设计所承受的载荷较小，加工时间较短，孔的深度较浅，不需要用步进电机带动滚珠丝杠运动，故此设计采用在滚珠丝杠尾部加装摇柄，用手摇方式带动 滚珠丝杠的直线运动。 导轨的功用是承受载荷和导向。它承受安装在导轨上的运动部件及工件的质量和切削力，运动部件可以沿导轨运动。 导轨应满足精度高、承载能力大、刚度好、摩擦阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长、结构简单、工艺性好、便于加工、装配、调整和维修、成本低等要求。 （ 1） 钻孔机 对导轨的主要要求 : 导向精度 导向精度主要是指导轨副在空载荷或切削条件下，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏差。影响导向精度的因素很多，如导轨的几何精度和接触精度，导轨的结构型式，导轨和 支承件的刚度，导轨的油膜厚度和油膜刚度，导轨和支承的热变形等。 直线运动导轨的几何精度一般包括导轨在竖直平面内的直线度、导轨在水平面内的直线度和导轨面之间的平行度。 接触精度是指导轨副间摩擦面实际接触面积占理论接触面积的百分比，或用买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 着色法检查 25 X 25积内的接触点数。不同加工方法所生成导轨的表面，检查的标准是不相同的。 承载能力大，刚度好 导轨受力后变形会影响部件之间的相对位置和导向精度，因此要求导轨有足够的刚度。导轨变形包括导轨受力后的接触变形，扭转，弯曲变形以及由于导轨的支承 件的变形而引起的导轨变形。导轨变形主要取决于导轨的型式，尺寸及支承件的连接方式与受力情况等。 根据导轨承受载荷的性质、方向和大小，合理地选择导轨的截面形状和尺寸，使导轨具有足够的刚度，保证机床的加工精度。 精度保持性好 精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的，常见的磨损形式有磨料 (或磨粒 )磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。影响耐磨性的因素有导轨材料、载荷状况、摩擦性质、工艺方法、润滑和防护条件等。 低速运动平稳 当动导轨作低速运动或微量进给时，应保证运动始终平稳，不出现爬行现象。影响低速运动平稳性的因 素有导轨的结构形式、润滑情况、导轨摩擦面的静、动摩擦系数的差值，以及传动导轨运动的传动系刚度。 运动部件低速移动时易产生爬行，进给运动的爬行。将会增大被加工表面粗糙度 ;定位运动时的爬行，降低定位精度。故要求导轨低速运动平稳。低速运动平稳性对于高精度机床尤其重要。 结构简单、工艺性好 导轨要求结构简单，易于加工。即结构工艺性好。结构工艺性是工件结构的综合性质，在保证规定的质量指标数值和采取的制造、维护及修理的条件下，这些性质与相同用途工件的同一类结构相比较，能显示出劳动、资金、材料以及制造、维护与修理的生产 技术准备时间的最佳消耗。 动 /静导轨的材料选为铸铁 /淬火铸铁。钻孔机所使用的导轨类型有：矩形导轨、燕尾槽导轨和 导轨之间安装镶条和螺钉，通过调节螺钉来调整导轨配合面之间的间隙。 由于本设计中导轨所承受载荷较小，故此处不计算系统所承受载荷，现采用具体的结构见图 2业自买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 动化机器、雕刻机、包装机械、印表机、机械手臂、电子仪器设备、半导体设备等。 图 2由上图可看出 轨的额定动载荷 75 7595N，额定动载荷 514 14837N。符合设计要求 踏板设计 由于公交车箱体两侧之间距离过宽，钻孔过程中产生的阻力对钻孔机有相反的力，使钻孔无法正常进行，而钻孔机尺寸有限，此时需要在钻孔机尾部加上一个脚踏板，工作时，操作人员用脚踩住脚踏板，用来承受钻孔过程中所产生的阻力。是钻孔正常进行。 承的 选取 根据加工过程中所承受的 载荷， 本设计 选用深沟球轴承，滚珠丝杠的轴径为16选用 6000型号的深沟球轴承，结构如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2沟球轴承简化画法 深沟球轴承 是 机械工业中使用最为广泛的一类轴承。结构简易，使用维护方便。主要用来承受径向负荷、也可承受一定的轴向负荷，当轴承的径向游隙加大时，具有角接触球轴承的性能，可承受较大的轴向负荷。该类轴承摩擦系数小，极限转速高，尺寸范围与形式变化多样。坚实耐用，通用性强及低噪音运行，可在高速下运转和易于安装。单列深沟球轴承另有密封型设计，可以无须再润滑和无需保养。单列带装球缺口和双列球轴承，适用于重载工况。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 40133982