基于PLC控制的小型钻床机械设计（全套含CAD图纸）

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 上海电机学院 毕业设计 课 题 基于 制的小型钻床机械设计 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2011 级 姓 名 学 号 指 导 教 师 （签字） 学 院（系）院长（签字） 2015 年 月 日 注：本任务书由上海电机学院教务处印制。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - I - 摘 要 此次设计的小型钻床设计。钻孔工艺是加工孔类的基础部分，只要钻孔工艺的加工精度提高了，在后面的加工工艺过程就会更加简洁，提高加工效率，节省时间，提高经济效益。 本文对小型钻床进行设计，主要完成机械结构部分设计。整机结构主要由电动机产生动力将需要的动力传递到带轮上，然后通过带轮传递到带轮，通过小齿轮再过渡到卷双联齿轮上，双联齿轮轴上装有钻头机构。同时本文对该方案小型钻床关键零部件设计过程进行了详细阐述，其主要内容包括系统总体方案的设计、电动机的选 择、执行机构的设计、传动零部件的设计、轴的设计与校核以及轴承的选择等。 本论文研究内容： (1) 小型钻床总体结构设计。 (2) 小型钻床工作性能分析。 (3)电动机的选择。 (4) 小型钻床的传动系统、执行部件。 (5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词 ： 滚珠丝杠；电动机；变速箱； 钻孔工艺 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - he of is a of as as on to of is of to to a to to of is a At on of of of of of (1) of (2) of (3) of (4) of (5) of of (6) 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - I - 目 录 摘 要 . I . 绪论 . 1 床简介 . 1 床的发展及趋势 . 1 课题解决的问题和设计时主要的工作 . 1 2 三轴钻床结构设计的总体方案 . 3 题的技术要求 . 3 床总体结构 . 3 型钻床的动力选择 . 3 型钻床的驱动方式 . 4 型钻床的动力性能比较 . 4 型钻床动力的计算与选择 . 5 3 小型钻床主轴箱设计 . 7 本传动数据计算 . 7 传动设计 . 8 轮传动设计 . 9 一级齿轮传动设计 . 9 二级齿轮传动设计： . 11 轴的校核 . 13 键的校核 . 19 承的校核 . 20 动系统电机的选用 . 22 4 钻头轴向进给系统的设计 . 24 头轴向进给丝杠螺母副的计算和选型 . 24 作台基本参数 . 24 算进给牵引力 (N). 24 算最大动载荷 C . 24 珠丝杠螺母副的选型 . 25 动效率计算 . 25 度检验 . 26 定性校核 . 28 进电机的计算和选型 . 28 选电机型号 . 28 机校核计算 . 28 5 X 轴、 Y 轴的设计 . 32 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 作台滚珠丝杠螺母副的计算和选型 . 32 作台基本参数 . 32 算进给牵引力 (N). 32 道的选择 . 33 6 制程序的编写 . 34 编程控制器的选取 . 34 I/O 地址分配 . 36 态图及梯形图（程序）的设计 . 39 结 论 . 45 参 考 文 献 . 46 致谢 . 47 全套图纸加 Q 401339828 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 1 - 1 绪论 床简介 目前将机床分为 12 大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加 工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床及其他机床。在每一类机床中，又可以按照工艺范围、步型型式和结构等等，可以分为若干组，每一组又可以分为若干系列。如钻床又包括：坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、中心孔钻床及其他钻床。在上述的基本分类方法的基础上，还可以根据机床的其他特征进一步进行分类。同类型机床按照应用范围（通用性程度），可以分为通用机床（或者称万能机床）、专门化机床和专用机床三大类。其中通用机床是可以加工多种工件，完成多种多样工序的加工范围较广的机床，如 卧式车床、摇臂钻床等等。 摇臂钻床主要由立柱，摇臂，主轴箱，和底座等部分组成。主轴箱装在摇臂上，可沿立柱上下移动，以适应加工不同高度工件的要求。此外，摇臂还可以随外立柱在360范围回转，因此主轴很容易调整到所需要的加工位置。为了使主轴在加工时保持确定的位置，摇臂钻床还具有内立柱，摇臂及主轴箱的夹紧机构，当主轴的位置调整确定后，可以快速将它们夹紧。 摇臂钻床的其他变形如万向摇臂钻床摇臂和主轴箱可以回转或倾斜，使主轴可在空间任意方向都可以进行钻削，适用于重型机器，机车车辆，船舶和锅炉等制造业中加工大型工件。车 式摇臂钻床的底座有车轮，可以在轨道上移动，适用于桥梁和机床等行业窄长形工件的孔加工。 床的发展及趋势 进入市场经济后，国内机床行业竞争日趋激烈，与中捷摇臂钻厂生产相同型号产品的企业有 40 多家，中捷摇臂钻厂产品领先优势受到挑战。为了应对挑战，中捷摇臂钻厂在产品卖得正火的时候，提出了进行跨越产品结构调整。第一，用先进技术改造传统产品。如普通摇臂钻床实现了五轴联动，价格由几万元上升到几十万元，达到中国摇臂钻床最高水平。第二，向国际先进水平靠拢，不断扩大产品领先优势。 式和动桥系列产品，十几项技 术居国内领先地位。 得自主知识产权，并成为国家重点新产品； 向摇臂钻，在任何空间、任意方向、任意位置上实现钻削功能，不仅填补了国内空白，在国外也不多见。在国际著名的芝加哥机床展览会上，中捷摇臂钻厂参展产品被一位美籍华商相中并当场拉走。德国、意大利、西腊、瑞典、伊朗等国家和地区纷纷提出做中捷牌摇臂钻的代理经销商。在上海国际机床展览会上，沈阳机床股份有限公司参展的数控钻铣床，同时被国内三家企业看好。摇臂钻床和大多数机床一样，将向数控自动化、机电一体化和智能化方向发展。摇臂钻床未来的发展趋 势是：应用电子计算机技术，简化机械结构，提高和扩大自动化工作的功能，使机床适应于纳入柔性制造系统工作；提高功率主运动和进给运动的速度，相应提高结构的动、静刚度以适应采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并发展超精密加工机床，以适应电子机械、航天等新兴工业的需要。 课题解决的问题和设计时主要的工作 单头钻床是机械行业最通用的设备，主要用于工件上孔的加工 种钻床价格相对低廉，体积小、重量轻、操作方便、可靠性高，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 2 - 且可以同时钻两孔的工作方式大大提高了工作效率，减轻 了工作量，提高了工作效率和加工精度。 本课题的主要工作包括以下几个方面： 1. 广泛查阅国内外关于多轴钻床的研究资料，阐述了课题的研究意义，在综述了国内外研究资料和研究目的之后，给出了本文研究的主要内容。 2. 深入研究三轴钻床的设计原理，提出多种三轴钻床的总体设计方案，进行各功能的求解，通过分析各个方案的优缺点，确定了最优方案。 理调整各零件的相对位置，并绘制钻床的装配图和主要零件的零件图。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 3 - 2 三轴 钻床结构设计的总体方案 题的技术要求 定位精度： 运动速度： 2m/率： 50W； 加工孔径范围 : 转速范围： 50 工作范围： X:150Y:150Z:100 工作要求： X、 Y 轴用于被加工孔中心位置的精确定位， Z 轴则完成快速接近工件以及加工进给，动力头完成夹紧钻头并使钻头按给定的转速转动。 床总体结构 可调式立式三轴钻床主要由床身、工作台、钻头、主传动系统、电机等部分组成。可调式立式三轴钻床的设计需要完成以下几个步 骤： 通过齿轮间的位置转动实现两钻头间距离的可调性。 双轴钻床的主运动为旋转，由主电动机驱动，动力通过皮带轮传递给主轴箱 ,主轴箱是双轴钻床的主要驱动装置。主运动（旋转）及进给运动同时进行。主轴箱驱动轴的运转由主电机经过交换齿轮来驱动。 通过将加工工件时所需的转矩折算到电机主轴上，通过电机主轴上的转矩和电机转速算出功率，然后进行电机的筛选。 采用滚珠丝杠轴向进给。 向的进 给系统的设计： 工作台横向、纵向进给：采用滚珠丝杠进给。 型钻床的动力选择 常用原动机有以下三种运动形式，具体见表 2 表 2动机运动形式 运动形式 实例 连续运动 电动机、液压马达、气压马达、柴油机、汽油机 往复运动 直线电动机、汽缸、液压缸 往复摆动 摆动油缸、摆动汽缸 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 4 - 型钻床的驱动方式 由一台原动机通过传动装置驱动执行机构工作，叫做单机集中驱动。而多机分别驱动自然而然是用多台原动机来驱动各执行机构工作。两种驱动方式中，单机集中驱动传动装置复杂，操作麻烦，功率大，但 价格便宜。而多机分别驱动传动装置简单，电动机功率小，但成本比较高。 1）必须考虑到工作机对原动机所提出的起动、过载、运转平稳性等方面的要求； 2）必须考虑到其经济效益及其成本，这也是非常重要的一项。 3）必须考虑到现场能源的供应情况及工作环境因素； 4）必须考虑原动机的机械特性与工作机的匹配情况； 5）必须考虑到维修是否方便，操作是否简单，工作是否可靠； 型钻床的动力性能比较 表 2动机性能比较 类别 电动机 气缸马达 液压马达 柴油机 尺寸 较大 较小 较小 较大 功率及取范围 功率大 ；000围广 功率比电动机大；下，下的高速传动 功率最大；受实际油压和马达尺寸的限制 功率大；538000量 大 比电动机大 最大 大 输出刚度 硬 软 较硬 较硬 运行温度控制 温度应低于许应值 排气时空气膨胀，噪声较大，排气处应安装消声器 对油箱进行风冷或水冷 调整方法和性能 直流电动机用改变电枢电阻、电压或改变磁通的方法；交流电动机用变频、变极或变转差率的方法 用气阀控制，简单，迅速，但不够精确 通过阀或泵控制改变流量，调 速范围大 较难 噪声 小 较大 较大 较大 维护要求 较少 少 较多 较多 初始成本 低 较高 高 高 运转费用 最低 最高 高 高 应用 很广，需要动力电源 小功率高速场合 较广 很广，如各种车辆，船舶、农用机械、工程机械买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 5 - 和压缩机等等 型钻床动力的计算与选择 钻床切削力的计算包括钻床主轴转矩计算和主轴轴向切削力的计算。由于加工材料为 ，其属于碳素结构钢，钻头为高速钢麻花钻，加工方式为钻孔，所以查机床夹具设计手册得： 钻床转矩计算公式如下： pk 式中， 切削力矩（ NM） D 钻头直径（ f 每转进给量（ 修正系数 轴向切削力的计算公式如下： 式中， 轴向切削力（ N） D 钻头直径（ f 每转进给量 ( 修正系数 已知被加工材料为 构钢，结构钢和铸钢取 b =736D=10mm，f =以可分别计算出切削转矩和轴向切削为： M 2595 N 由金属切削原理可知，主轴切削功率的计算公式为： 式中： 轴向切削力（ N） f 每转进给量 (n主轴固定转速（ r/ 切削力矩（ NM） 将以上数值代入公式中可计算出功率 虑到 小型钻床的现场工作环境及工作需求，小型钻床的起动力矩和调速范围等要求，我选择电动机作为其原动机。由于生产机械装置及工作机所处的工作环境各不相同，电动机的 工作环境也自然而然就各不一样。在绝大多数情况下，电动机工作的周围大气中有不同分量的灰尘和水分，有的处于潮湿之处甚至水下工作，有的周围含有腐蚀性气体甚至爆炸物，为了保证电动机能在不同的工作环境中顺利地安全运行，电动机的外壳也就有多种型式，其型式有：开启式、防护式、封闭式、防爆式。36( 10)602601 0 0 0( 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 6 - 由于小型钻床工作常处于灰尘较多的场合，其外壳选用封闭式，电动机型号为 Y 系列， 定功率 载转速 960r/定转矩 m，质量 17 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 7 - 3 小型钻床主轴箱设计 主轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴位置和动力转速、各主轴位置及其转速要求，设计传动链，把驱动轴与各主轴连接，使各主轴获得预定的转速和转向。主轴箱传动系统要求设计： 1)、在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮的规格、数量为最少。 2)、不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。 3)、为了结构紧凑，主轴箱内齿轮副的传动比不大于 1/2,后盖内齿轮传动比取 在 1/31/用升速传动。 4)、由于是粗钻孔，主轴设置在第 排位置，以减少主轴的扭转变形。 5）、刚性钻孔主轴上的齿轮，其分度圆直径大于被加工孔的孔径，以减少振动，提高运动平稳性。 6)、驱动轴带动的转动轴不能超过两根，以免给装配带来困难。 7）、 主轴的分布 被加工零件上加工孔的位置决定主轴的分布情况。孔的位置分布大致可归纳为：同心圆分布、支线分布和任意分布三种类型。 本传动数据计算 计算机构各轴的运动及动力参数 a) 各轴的转速 轴 m in/ m 轴 m in/ 轴 m in/ 各轴的输入功率 轴 2011 轴 轴 各轴的输入转矩 电动机输出转矩 轴 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 8 - 轴 轴 8 023223 传动设计 择皮带 由设计可知： V 带传动的功率为 带轮的转速为 960r/带轮的转速为 480r/ 查机械设计手册可知 工况系数取 据以上数值及小带轮的转速查相应的图表选取 A 型 V 带。 轮基准直径： 查阅机械设计手册选取小带轮基准直 径为 00大带轮基准直径为100=200 带速的确定： s/ 心矩、带长及包角的确定 由式 0.7(d1+(d1+ 可知： 00+200)(100+200) 得 210 600 初步确定中心矩为 00 根据相关公式初步计算带的基准长度： 100200()200100(240024 )(22 20221210 ）（械设计手册选取带的长度为 1250算实际中心矩： 0 86算小带轮包角： 0 12 a 定带的根数 11 查机械设计手册知 则 =3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 9 - 紧力 20 ) 0 0 c 查机械设计手 册 q=m 0 用在轴上的载荷 i i 轮结构与尺寸见零件图 图 带轮的结构与尺寸图 轮传动设计 应尽量使相啮合齿轮的齿数之间没有公约数，以便使齿轮在使用过程中各齿之间都能相互啮合，以加速磨合，模数 3m 一级齿轮 传动设计 a) 选材料、确定初步参数 1) 选材料 小齿轮： 40调制，平均取齿面硬度为 260齿轮： 45 钢调制，平均取齿面硬度为 260) 初选齿数 小齿轮的齿数为 0， 则大齿轮的齿数为 02 3) 齿数比即为传动比 选择尺宽系数 d 和传动精度等级情况，参照机械设计手册并根据以前学过的知识选取 d=文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 10 - 小齿轮直径 0小齿轮的尺宽为 b=d 0=20) 齿轮圆周速度为： s/8060100060 11 械设计手册选精度等级为 9 级。 6) 计算小齿轮转矩 T1 6161 确定重合度系数 公式可知重合度为 则由手册中相应公式可知： 8 7 9 Z 确定载荷系数 定使用系数 阅机械设计手册选取使用系数为 定动载系数 阅机械设计手册选取动载系数 定齿间载荷分布系数 100*2 411 K 则 1 22 1 H、 确定，由公式可知 齿面疲劳强度计算 1) 确定许用应力 H 总工作时间 设该切断机的寿命为 10 年，每年工作 300 天，每天工作 8 个小时，则： 0 0 083 0 05 应力循环次数 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 11 - 0 0 048016060 01 v 寿命系数 查阅相关机械设计手册选取 接触疲劳极限取： 2080 安全系数取： 许用应力 MP i MP 02l i 弹性系数 阅机械设计手册可选取 Z 3) 节点区域系数 阅机械设计手册可选取 ) 求所需小齿轮直径 5）分度圆直径 d1,d2 642322 6）确定尺宽：取大齿轮尺宽为 0齿轮尺宽取 0 第二级齿轮传动设计： a) 选材料、确定初步参数 1) 选材料 小齿轮： 40调制，平均取齿面硬度为 260齿轮： 45 钢调制，平均取齿面硬度为 260) 初选齿数 取小齿轮的齿数为 18，则大齿轮的齿数为 180 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 12 - 3) 齿数比即为传动比 选择尺宽系数 d 和传动精度等级情况，参照机械设计手册并根据以前学过的知识选取 d=2/3 初估小齿轮直径 4小齿轮的尺宽为 b=d 39=26轮圆周速度为： s/0 5 5 0 060 75841 0 0 060 1 参照手册选精度等级为 9 级。 5) 计算小齿轮转矩 T1 6161 6) 确定重合度系数 公式可知重合度为 则由手册中相应公式可知： 8 6 Z 68 确定载荷系数 定使用系数 阅机械设计手册选取使用系数为 定动载系数 阅机械设计手册选取动载系数 定齿间载荷分布系数 10011 K 则 1 22 1 H、 确定，由公式可知 2 . 8 齿面疲劳强度计算 1) 确定许 用应力 H 总工作时间 设该弯曲机的寿命为 10 年，每年工作 300 天，每天工买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 13 - 作 8 个小时，则： 应力循环次数 v 寿命系数 查阅机械设计手册选取 接触疲劳极限取： 6060 安全系数取： 许用应力 MP 1 02l i MP 2 i 弹性系数 阅机械设计手册可选取 Z 3) 节点区域系数 阅机械设计手册可选取 ) 求所需小齿轮直径 5）分度圆直径 d1,d2 6)确定尺宽：取大齿轮 尺宽为 92/3=26齿轮尺宽取 6轴的校核 轴直径的设计式 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 119709