毕业设计：自动转盘钻孔机设计

吉林工商学院本科毕业论文吉 林 工 商 学 院毕 业 论 文题目名称: 自动转盘钻孔机设计 院 系: 工学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 赵志昂 学 号: 421314401018 指导教师: 王永志 2018年 月 日毕业论文原创声明本人郑重声明：所呈交毕业论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 年 月 日摘要摘要: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自动转盘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 ABSTRACTAbstaract:Designedprimarilydesignedformachinework,processingclaimandtechnologyforautomatictoacarpenteroradrill,the overallandlocal,internalandexternalstructureofthedesign. Thisarticlefromthematerialanalysis,theprocessofanalysistodeterminetheprocess,technique.Byanalyzingthemachinetoolsmadeholesinthecourseofaction,inaccordancewiththetransmissionofthejobrequirementsandgraduallybedriven.themorecraftsolutions,theplanordesignrequirementsandtasksofreferenceoftheexistingequipmentandassociateddocumentstothepreliminarydesignofmachinetoolsoflocalandtheoverallstructurelayout.Totheparametertodetermineiftheprocessing,themotorofthetechnicalparametershaschosenthecylinderandelectricalcomponents,mostoftheparameter,andthedesignandothermajorcomponentofthenuclear.finally,areotherstructuraldesign,suchasaconegeardesign.Inaddition,thereisstillonthemachinemaintenanceandrepairwork,andmachinetools,processingrequirementanddemand.Keyword:Drill;Cylinder;Helicalgear;Fixture;Axle目录中文摘要.1abstract.2第一章绪论.31.1本课题的研究内容和意义.31.2国内外的发展概况.51.3机床的设计步骤.61.3.1调查研究.6 1.3.2拟定方案.61.3.3工作图设.71.4本设计的主要内容.7第二章自动转盘钻孔机的总体设计.82.1基本参数及设计内容.82.2总体设计的要求.92.3方案设计.92.3.1传动方案的工作要求.92.3.2传动分析.102.3.3传动方案的确定. 11第三章自动转盘钻孔机动力驱动设计.113.1钻削动力计算.113.1.1加工零件规格.113.1.2确定切削速度和切削用量.113.3.3切削力、切削转矩、切削功率.12第四章电动机的选择.144.1机床电气传动的特点及控制要求.144.2 参数计算.154.3电动机的确定.20第五章夹具的设计与选用.255.1设计参数要求.255.2夹具的设计选用.255.3夹紧卡盘的选用.26参考文献.31第一章 绪论1.1本课题的研究内容和意义机械制造中经常用到法兰盘，一些大批量的零部件，重复性工序多，单靠人力装配费时费力，用自动化的机器代替 人工是发展的必然趋势。在实际装配中，在打螺丝之前一般还有钻孔和攻丝的工序。本文针对法兰盘钻孔设计自动转盘钻孔机， 使原本复杂繁锁的工序简单化、自动化、高效化，为劳动密集型企业节约了大量的人力、物力和成本。1.2国内外发展现状金属切削机床是人类在改造自然的长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生和发展起来的。最原始的机床是依靠双手的往复运动，在工件上钻孔。随着加工对象材料的变化和社会的进步，机床的种类也随着增加，功能也越来越多。近年来，由于新技术的发展并在机床领域得到应用，使机床的发展更加迅猛。多样化、精密化、高效化、自动化是这一时代机床发展的基本特征。也就是说，机床的发展紧密迎合社会生产的多种多样和越来越高的要求。我国的机床工业是在新中国成立后建立起来的。50多年来，我国的机床工业获得了高速发展。目前我国已经形成了布局比较合理、比较完善的机床工业体系。机床的性能也在逐渐提高，有些机床的性能已经接近世界先进水平。但与世界水平相比，还是有较大的差距。因此，要想缩短与先进国家的差距，我们必须开发设计出我国自己的高性能机床。现代金属切削机床的主要发展趋势是:提高机床的加工效率，提高机床的自动化程度以及进一步提高机床的加工精度和减小表面粗糙度值。第二章 自动转盘钻孔机总体设计2.1 基本参数及设计内容本次设计的自动转盘钻孔机的总体设计要求如下设计是一种对法兰盘钻孔的专用设备，自动转盘钻孔机应包括定位夹紧部分和传动进给部分。查阅机械设计手册，中心孔的标准规格如表1所示。表1 中心孔标准规格,设计的圆钢类产品中心钻孔机，产品直径范围为10-50，长度范围200-800mm之间，材料为A3.2.2总体设计的要求自动转盘钻孔机是直接用于钻孔的机械，设计钻孔机时，首先应以保证设计的钻孔机能高效、地质、安全、低耗完成钻孔为前提，使设计的钻孔机技术先进、经济合理，具有良好的经济技术指标。在进行具体设计时，应以满足下述的要求为依据。(1)钻孔机的性能及其参数应具有广泛的适应性，能根据不同材质，不同位置及不同的钻头类型和结构实现合理的钻进规程参数。(2)要配备必要的检测及指示仪表，以便及时掌控和控制钻孔机的运转和孔内钻进情况。(3)钻孔机应能传递足够的动力，保证各工作机构正常工作的性能。(4)应具有较强的孔处理孔内事故的能力和完成特种功能的性能。(5)运转平稳，震动小，打孔时对钻杆的导向性好。(6)自动化、机械化程度要高;钻进过程中最理想的是钻孔机能根据孔内情况自动调节和控制打孔参数;及时选择、调整和保持最优钻进工程。7)为提高钻孔机生产可靠性，应设备必要的过载保护装置和互锁机构;(重要机构要配备重复装置。(8)钻孔机还应满足机械设备的一般要求:a对使用环境条件使用性好，能在恶劣的环境下正常工作;b传动效率高、能耗少;c具有足够的强度、刚度和耐久性;d结构简单、制造容易、便于维修;e拆装方便、搬迁容易、便于维修;f标准化、通用化、系列化程度高;g操作简便、劳动强度小;h造型美观合理，噪音振动小。2.3方案设计2.3.1传动方案的工作要求(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。(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。2.3.2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。通过以上分析，“自动转盘钻孔机”的传动系统应该满足以下几点:(1)能够根据法兰盘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。2.3.3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.机械传动主要可以采用的几种方式及其特点:(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。第三章自动转盘钻孔机动力驱动设计3.1钻削动力计算3.1.1加工零件规格本次设计的钻孔机，加工产品直径范围为10-50，工件长度范围200-800.3.1.2确定切削速度和切削用量 为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的深孔钻床对孔加工的工序余量，由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其他多工位机床上加工下道工序，应适当加大余量，以消除转、定位误差的影响。3.15mm的孔在钻孔后扩孔，直径上工序间余量0.5,1mm。当最大加工直径为50的工件，钻中心最大直径为3.15确定如下钻孔参数1、钻孔:3.15mm加工材料:A3工序:端面钻孔。查高速钢钻头切削用量表得:加工直径4mm，布氏硬度为180-220的孔:切削速度为10-18m/min，取18m/min;进给量为0.05-0.1mm/r，取0.08mm/r。d=孔深/直径=24.25/5=4.8因为深孔钻削切削用量需要递减，根据深孔钻削切削用量递减表得:实际切削速度为:v=0.718=12.6m/min实际进给量为:0.90.08=0.072mm/r2、钻孔:3.15mm加工材料:A3工序:端面钻孔。查高速钢钻头切削用量表得:-220的孔:加工直径3.15mm，布氏硬度为180切削速度为18-25m/min，取18m/min;进给量为0.05-0.1mm/r，取0.08mm/r。d=孔深/直径=4.03/3.15=1.283.1.3切削力、切削转矩、切削功率根据选定的切削用量(主要指切削速度v及进给量f)确定切削力，作为选择动力部件(滑台)及夹具设计的依据;确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件(齿轮，传动轴等)的尺寸;确定切削功率，用以选择主传动电动(一般指动力箱)功率，通过查表计算如下:加工孔:3.15取钻3.15mm孔的切削速度v=20m/min，由此算出转速为n,1000v/(d)=(100020)/(3.143.15)=2022r/min按机床实际转速取n=1000r/min，则实际切削速度为v,(10003.143.15)/1000=9.89m/min自动转盘钻孔机设计工进速度vf=nf=10000.072=72mm/minHB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=220-1/3(220-180)=206.7F=26Df0.8HB0.6=263.150.0720.8206.70.6=244.5NT=10D1.9f0.8HB0.6=103.151.90.0720.8206.70.6=415N?mmP=(Tv)/(9550D)=(4159.89)/(95503.143.15)=0.0434kWd主轴直径(mm);v切削速度(m/min);N,mmT扭矩();f每转进给量(mm/r);P切削功率(kW);HB布氏硬度;D钻头直径(mm)。第四章电动机的选择4.1机床电气传动的特点及控制要求(1)机床由四台相同结构和规格的机器组成。(2)每台机器的主运动由电动机来传动，电动机单向转动，可以同时或分别控制电动机的起停。(3)刀具转动由每个电动机单独施动。(4)进给运动依靠气压缸的推动，进给距离和刀具的进退由气压缸的行程控制开关控制。根据以上电气控制的特点和要求，参考其它同类型的机床4.2参数计算1.电动机类型的选择按照设计要求和工作条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。2.电动机技术参数的计算。法兰盘在钻削加工时，所需功率与其硬度和顺纹抗剪切强度有关，且成正比关系。(1)给定的进给范围为0.1,0.3mm,r，故取f=0.2mm/r(2)根据设计要求最大加工直径d=10mm最大加工半径r=d/2=5mm (3)扭矩计算由于在切削过程中产生磨擦损失，机械损失，参考同种类型机械，初选给定切削刃产生的扭矩为每个钻头总扭矩的T1的80%。T1=T/80%=0.6595N.M(4)计算功率木材加工需要有一定精度和表面粗糙度，所以采用较高的转速的电动机，初选n=3000r/min. P=T1.W=3.330002/60=1036.2WP-钻削所选法兰盘所需功率0.80安全系数,初选传动效率,则P,1.0362/0.80=1.3KW4.3电动机的确定根据自动转盘钻孔机的设计要求，工作特点，以及以上计算所得电动机的运动和12动力参数，查表19-1Y系列三相异步电动机的技术据，选取型号为Y901,2电动机。详细的系数如下表所示。表3-1Y801-2型三相异步的电机的技术数据堵转堵转最大电流转矩转矩满载时型号功率电流转速 效率功率因数额定 额定 额定 (A)r/min(%)(cos) 电流 转矩转矩,Y801-21.53.4284079 0.85 7.02.22.2根据自动转盘钻孔机的设计要求，工作特点，以及以上计算所得电动机的运动和动力参数，查表系列三相异步电动机的技术数据，选取型号为Y801,2电动机。第五章夹具的设计与选用5.1设计参数要求由上面的计算知最大工件阻力F=244.5N最大扭矩T=415N?mm最大夹持直径40mm夹持长度范围200-800mm5.2夹具的设计选用夹具的功用与组成夹具是在机床上加工零件时使用的一种工艺装备，其主要功用时实现工件的定位和夹紧，使得工件加工时相对机床、刀具有正确地位置，以保证工件的加工质量和生产率的要求。夹具通常由定位元件或装置、夹紧元件或装置、夹具体、对刀和导引元件、分度元件或装置、动力元件或装置以及其他元件或装置(如定位键及有关零部件)等组成。夹具设计时常用的零部件已有国家标准或部颁标准。夹具的设计过程主要如下1)工件生产纲领、生产类型分析;2)工件加工工艺方案分析，工件结构、精度特点分析;3)机床设计情况分析;4)夹具操作要求分析;工件尺寸如图4。 图4工件尺寸自动转盘钻孔机设计5.3夹紧卡盘的选用(1)卡盘是机床中传递力与运动的重要部件。由于气动卡盘工作可靠，动作迅速，操作方便，故为现代数控机床广泛应用。气动卡盘常见的结构形式是楔式。本文讨论这种卡盘的受力分析及设计计算问题。其原理是楔式自动卡盘安装在主轴前端，也可与主轴同步旋转的气缸安装在主轴后部，两者由一拉杆通过主轴孔连接。活塞的轴向移动可以带动卡盘体内带斜槽滑轴轴向移动，滑轴又通过斜槽带动卡爪径向移动，从而能夹紧和松开工件。卡盘结构如下图5所示。(2)由于夹紧力不大，本次设计采用的是两组内置式中空油压卡盘进行夹紧。中空卡盘是内部中间是空的，夹紧采用的油缸也是中空的。这样取放料的时候只需将卡盘松开，将工件从卡盘取出来即可。(3)夹紧力的计算卡盘的夹紧力要通过中间递力机构传递，中间递力机构是介于力源和夹紧元件之间的传力机构。它将力源装置产生的夹紧作用力传递给夹紧元