螺母自动钻孔机设计【机械毕业设计含7张CAD图+说明书论文2.4万字63页，开题报告，任务书，中期报告】
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螺母
自动
钻孔机
设计
机械
毕业设计
cad
说明书
仿单
论文
63
开题
报告
讲演
呈文
任务书
中期
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-
!【包含文件如下】【机械设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc[24000字，63页]【需要咨询购买全套设计请加QQ97666224】.bat
0.1开题报告.doc
0.2毕业设计任务书.doc
0.3 中期检查报告.doc
设计说明书.doc[24000字，63页]
0.7工作总结.doc
1.0装配图 A0.dwg
2.0法兰下盖A2.dwg
3.0法兰上盖A2.dwg
4.0花键毂 A2.dwg
5.0液压系统图 A1.dwg
6.0电气原理图A1.dwg
7.0程序流程图A1.dwg
摘要
本文主要介绍了台式钻床的改造和设计，通过导入液压进给系统和PLC控制
系统将台式钻床改造为自动钻床，并可通过PLC实现自动控制。
设计过程按照机床的一般设计步骤先进行总体方案的确定，然后再分别对进给系统、传动系统和控制系统进行具体设计。
设计的目标在于通过导入液压进给系统和PLC控制系统，改造后的钻床能实现自动化连续生产、改善产品的加工质量、提高劳动生产效率；降低工作人员劳动强度和工作量；钻床系统能够工作平稳，满足工作要求；经济因素合理。
本文设计的重点在于进给系统液压缸的设计和PLC控制系统的设计。进给液压缸系统的设计主要包括液压缸结构设计和控制油路的设计；PLC控制系统设计主要是根据工作要求和控制需要，选择电气元件和编写控制程序来实现对自动钻床的控制。
改造后的钻床，能实现自动化控制，是典型的机电一体化产品。
关 键词：自动钻孔；液压进给系统；PLC控制：自动装夹
目 录
第1章 绪论 1
1.1 题目的来源及意义 1
1.2 本文研究的内容 3
第2章 自动钻床的总体方案设计 4
2.1 自动专用钻床已知条件和设计要求概述 4
2.2 自动钻床的工艺路线分析与确定 5
2.3 执行系统的方案设计 5
2.3.1 执行系统的功能原理设计 6
2.3.2 执行系统的运动规律 6
2.3.3 执行机构的形式设计 7
2.3.4 执行系统的协调设计 7
2.4 传动系统方案设计和原动机选择 8
2.4.1 原动机选择 8
2.4.2 传动系统方案设计 9
2.5 控制方案设计 9
2.6 总体布局设计 10
第3章 螺母自动钻孔机的机械传动部分设计 11
3.1 进给系统概述与分析 11
3.2 进给系统方案图的确定 12
3.3 工况分析 12
3.4 切削力的计算 13
3.4.1 切削刀具及相关参数的选择 13
3.4.2 主轴转速及钻孔时间的计算 13
3.4.3 切削力的计算 14
3.5 钻床主轴设计 15
3.5.1 主轴材料的选择 15
3.5.2 轴径的计算 15
3.5.3 轴的结构设计 16
3.5.4 轴强度的校核 17
3.6 进给液压系统设计 18
3.6.1 负载分析 18
3.6.2 液压缸执行元件主要参数的确定 20
3.6.3 活塞杆及活塞材料的选择 28
3.6.4 活塞杆与活塞的连接方式及活塞密封装置的选择 28
3.7 主轴传动系统的分析 29
3.8 主轴花键的设计 29
3.9 主轴电机的选择 30
3.10 V带传动功率设计 30
3.10.1 设计功率的计算 30
3.10.2 选择带型 30
3.10.3 选取带轮基准直径和 31
3.10.4 验算带速V 31
3.10.5 确定中心距和带的基准长度 31
3.10.6 验算小带轮包角 32
3.11 转盘的设计 32
3.12 转盘步进主轴电机选择 32
3.13 转盘电机联轴器的选择 38
3.14 转盘液压缸的选择 39
第4章 自动钻孔控制系统的设计 42
4.1 自动钻孔机的自动化控制要求 42
4.2 可编程控制器PLC的简述 42
4.3 自动钻孔机进给系统控制流程 43
4.4 自动钻孔机进给电器原理图 45
4.5 自动钻孔机进给系统控制元件的选择 46
4.5.1 输入与输出分配 46
4.5.2 可编程控制器PLC的选择 47
4.5.3 刀开关的选择 47
4.5.4 熔断器的选择 47
4.5.5 交流接触器的选择 47
4.5.6 行程开关与开关的选择 47
4.5.7 继电器的选择 48
4.6 控制系统的程序编写 48
第5章 结论 49
致 谢 51
参考文献 52
附 录 52
- 内容简介：
-
辽宁工业大学 毕业设计（论文） 开题报告 题目 螺母自动钻孔机 设计 机械工程与自动化学院 院 机械 电子工程 专业 机电 101班 学生姓名 宋 翔 学 号 100101006 指导教师 董振宇 开题日期： 2014 年 3 月 21日 开 题 报 告 1题目来源及实际应用意义 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 ，随着人力资源成本的增加；大多数企业均考虑全自动钻孔机作为发展方向。随着时代的发展，自动钻孔机的钻孔技术的提升，采用全自动钻孔机对各种五金模具 表带钻孔 表带钻孔 首饰进行钻孔优势明显 。 加入 的中国现代制造业，正在迎来工业自动化发展的勃勃生机。大规模工业自动化生产线、生产系统与装配的实现必然要求现代气动技术与电子技术的结合。气动技术以其洁净、小型轻量化、集成化等突出优点，作为易于推广、普及的机电一体化技术的代表，广泛地应用于 现代制造领域。 某公司产品制造工艺中原有一道钻中心孔工序，为手动夹紧、手动钻孔，且工作噪音较大、工人劳度较大、为了减轻 工人劳动强度，改善工作环境，提高加工效率，设计开发出一型压铆螺母 自动钻孔该自动钻孔机在保证工效的前提下，可部分使用原有件和通用件，成本力求最低。在日常加工过程中，要求该机的可维护性高，故采用模块化设计，易于操作。为提高工效，要求该机具有自动转位、夹紧装置和自动钻孔设备。 系统的机械动力，采用以气动为主、电动为辅的基本指导方针，采用气动带动各定位、夹紧、下料等装置，以齿轮、同步带传递动力（ 机 械），以电机带动钻孔刀做旋转运动，以行程开关、限位开关、气阀、换向阀等元件将各运动部件有机连接在一起，完成产品加工工艺对钻孔机的各项性能要求。 2、 题目主要内容及预期达到的目标 该钻孔机主要由 X、 Y 面传动部分、 Y 轴传动部分及其他机械部分设计、电气结构设计、控制系统设计等组成。 1. 钻孔机 X、 Y 面 传动部分：控旋转台 X 轴运动的机构，由齿轮、轴、转台和步进电机来实现转台快速准确旋转。 2. 钻孔机 Y 轴传动部分：控制钻孔机 Y 轴运动的机构，由气缸 、来 控制刀具的上下移 动。 其他机械部分：操作台的设计、机架的设计。 3. 电气部分设 计：电机的连线设计和气缸的气路系统设计。 4. 控制系统设计：利用 制、步进电机控制钻头的运动。 螺母自动钻孔机能够实现的： 开 题 报 告 3、方法及手段 压铆螺母自动钻孔机由两部分组成：机械部分、电控部分。 械部分 自动螺旋式纸管机机构简图如 图 示 ： 图 械结构简图 1 转盘 2 工件 3 气缸 4 刀具 5 固定块 6 气缸 （注）开题报告要点： 1、毕业设计（论文）题目的来源，理论或实际应用意义。 2、题目主要 内容及预期达到的目标。 3、拟采用哪些方法及手段。 4、完成题目所需要的实验或实习条件。 5、完成题目的工作计划等。 （开题报告不够用时可另附同格式 ） 开 题 报 告 机械部分由电机、钻头、转盘等部分组成。电动机带动转盘旋转，固定块固定工件，钻头下降钻孔， 钻孔结束，钻头升起，转盘旋转，进行卸料。 制部分 控制系统采用 制，控制钻头的上下移动及转台的旋转 图 制流程框图 开 题 报 告 控制流程图 : 图 制流程框图 开 题 报 告 4、完成题目所需要的实验和实习条件 程实验。 5. 到机械学实验室进行机械传动实验。 1李洪等 沈阳 2000(1) 2张建民等 第二版 高等教育出版社 03) 3王文斌 北京 2004,(08) 4周希章 北京 2006,(01) 5张建民等 第二版 高等教育出版社 03) 6王文斌 北京 2004,(08) 7沙杰 结构、调试与维护 机械工业出版社 04) 8严盈富 7门 人民邮电出版社 . 2007,(06) 9王积伟 北京 2006,(12) 10叶旭明等 沈阳 007(4) 11陆鑫盛 上海 2000. 5. 12徐克林 等 重庆 2. 13 孙志礼等编 . 机械设计 2000,（ 9） 14如 周希章 周全编 . 何正确选择电动机 . 中国电力出版社 . 2006，（ 1） 开 题 报 告 毕业设计（论文）课题进度计划： 起讫日期 工 作 内 容 第一周第 三 周 实习、调研、收集资料、整理资料 原理方案设计，整理开题报告，开题 第四周第 九周 机械结构计算与设计 第十周第十三周 控制部分设计、绘制气压传动系统原理图、控制硬件电路 第十四周、十五周 写论文等文字材料 第十六周、第十七周 准备答辩 查阅资料、文献目录 1李洪等 沈阳 2000(1) 2张建民等 第二版 高等教育出版社 03) 3王文斌 北京 2004,(08) 4周希章 北京 2006,(01) 5张建民等 第二版 高等教育出版社 03) 6王文斌 北京 2004,(08) 7沙杰 结构、调试与维护 机械工业出版社 04) 8严盈富 7门 人民邮电出版社 . 2007,(06) 9王积伟 北京 2006,(12) 10叶旭明等 沈阳 007(4) 11陆鑫盛 气动自动化系统的优化设计 上海科学技术文献出版社， 2000. 5. 12徐克林 等 技术基础 重庆大学出版社， 2. 13 孙志礼等编 . 机械设计 2000,（ 9） 14如 周希章 周全编 . 何正确选择电动机 . 中国电力出版社 . 2006，（ 1） 指导教师意见： (对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测 ) 本次毕业设计包括 螺母自动钻孔机的总体设计，包括机械和控制部分。机械部分主要进行原理方案的分析、主要零部件的分析，设计和计算，从而完成机械本体的机械设计和绘制；控制部分包括原理的分析，控制原理图的分析、设计以及程序的实现。设计 涵盖了机械，电气控制等相关学过的内容，使学生对大学所学过的知识进行了一次综合训练，提高了学生的知识运用能力和解决工程技术问题的能力。 螺母自动钻孔机的设计，开题所提出的设计方案合理，同意开题，继续毕业设计。 指导教师签字： 年 月 日 教研室意见： 教研室主任签字： 年 月 日 开 题 须 知 一、学生要认真填写开题报告。在毕业设计（论文）答辩时学生须向答辩委 员会（或答辩小组）提交开题报告，作为答辩评分的参考材料，没有开题报告不能参加答辩。如果丢失要及时办理补交手续。学生毕业后，开题报告与学生毕业设计（论文）一并存档备案。 二、毕业设计（论文）题目一经确定，指导教师要给学生下达毕业设计（论文）任务书，学生根据任务书的要求进行开题，一般安排在毕业设计（论文）正式开始的第二周至第三周进行。 三、开题报告的审查由各专业教研室主持，每个学生的报告时间为 10 15 分钟。开题通过后学生才能正式获得毕业设计（论文）的资格。 四、学生要充分理解毕业设计（论文）题 目的内容和要求，在指导教师的指导下制定切实可行的工作计划，并且要具备进行毕业设计（论文）所要求的实验或实习（调研）条件。 五、学生要按照指导教师所下达的毕业设计（论文）任务书的要求，认真进行文献资料的检索、搜集和查阅，并做好记录。 六、开题审查不合格的学生，必须在一周内重新进行开题。 辽宁工业大学 毕业设计（论文 ） 任务 书 题目 螺母 自动钻孔机 设计 机械工程与自动化 学院 院 机械设计制造及其自动化 专业 机电 101班 学生姓 名 宋 翔 学 号 100101006 指导教师 (签字 ) 设计 (论文 )工作 自 2014 年 2 月 26 日至 20014 年 6 月 26 日 发任务书日期： 2014 年 2 月 26 日 任务书填 写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经教研室负责人审查、院（系）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及院（系）分管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“院（系）”、“专业”等名称的填 写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号，不能只写最后 2 位或1 位数字； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 87文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004 年 4 月 2 日”或“ 2004 1 1、本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 螺母 自动钻孔机设计能完成工件的上料、钻孔、下料 3 个动作。电 动机在 制下驱动丝杠完成上下钻孔和旋转上下料。本产品设计是典型的机电一体化产品设计，通过该题目的设计，可以使学生更好掌握机械设计、电气控制设计的基本过程，并培养学生独立思考能力，并培养综合应用基础理论知识和实际动手能力，为将来的工作打下良好的基础。 2、本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求： 要求 所设计的钻孔 机 能够实现 自动 钻孔 ，自动定位，自动夹紧， 自动卸料 的过程 。 该生主要完成 1）设备 机械结构 设计； 2）控制系统的设计等设计任务 。 参数： 工件尺寸 :10产率 10 件 /分钟 工 作精度， 5H 工作量： 1）设备总成图 1 张 ） 零件图 3 张 ） 气压原理图 1 张 ） 电气控制系统原理图 1 张 ） 程序流程图及程序 1 张 ） 撰写 15000 字毕业设计（论文）一份； 7） 完成不少于 2000 个单词的外文资料翻译的译文一份。 2 3、主要参考文献： 1李洪 等 沈阳 2000(1) 2张建民等 系统设计 北京 2001,(03) 3王文斌 北京 2004,(08) 4周希章 北京 2006,(01) 5张 建民等 第二版 高等教育出版社 03) 6王文斌 北京 2004,(08) 7沙杰 结构、调试与维护 机械工业出版社 04) 8严盈富 7门 人民邮电出版社 . 2007,(06) 9王积伟 北京 2006,(12) 10叶旭明等 沈阳 007(4) 4、毕业设计（论文）的实习（调研）基本要求： 1） 网上查阅资料 了解 全自动钻孔机 的工作过程 ； 了解 全自动 钻孔机 的结构组成和传动与控制方式； 2）辽宁工业大学机械学院机电控制实验室 了解 可编程控制器的 控制原理； 运行所编写的程序 。 3） 辽宁工业大学机械学院 流体力学与 控制实验室 了解 气压 传动的工作原理及气压元件的结构 ； 3 5、毕业设计（论文）课题进度计划： 起讫日期 工 作 内 容 2 月 24 日 3 月 5 日 3 月 6 日 3 月 12 日 3 月 13 日 3 月 19 日 3 月 20 日 3 月 26 日 3 月 27 日 4 月 23 日 4 月 24 日 4 月 26 日 4 月 26 日 4 月 28 日 4 月 28 日 5 月 1 日 5 月 1 日 5 月 21 日 5 月 22 日 5 月 28 日 5 月 29 日 6 月 4 日 6 月 5 日 6 月 12 日 6 月 13 日 6 月 18 日 6 月 19 日 6 月 23 日 查找资料、熟悉本课题相关内容。 搜集相关资料，确定相关参数，初步拟订方案，进行方案论证 书写开题报告，设计计算，确定尺寸，绘制草图，准备开题答辩 绘制总体方案图，运动和动力计算、二 维机械装配图草图 自动钻孔机 的装配图详细设计 装配图设计翻译外文资料 各部件装配设计绘制完毕，并完善 完善整体装配，完成主要部件的零件图设计 控制系统和气 压系统的设计 控制系统和气 压系统原理图设计 控制系统和液压系统详细设计，并进行软件编程 完善控制系统和气动系统设计及软件编程 完善控制系统设计及软件编程，并完成说明书的撰写 完成全部工作，准备答辩 教研室审查意见： 教研室主任签字： 年 月 日 院（系）意见： 院 (系 )负责人签字： 年 月 日 辽宁工业大学 毕业设计（论文） 中期检查报告 题目 螺母自动钻孔机设计 机械工程与自动化学院 院 机械 电子工程 专业 机 电 101班 学生姓名 宋 翔 学 号 100101006 指导教师 董振宇 20014 年 5 月 10 日 1 自 检 报 告 (要点 :论文 )工作任务的进展情况 所遇到的问题 : 论文 )工作任务的进展情况 我的毕业设计的题目是螺母自动钻孔机 ， 毕业设计已经进行了 10 周 左右 ，由于老师的精心的指导，我现在已经完成 对 自动攻丝机 设计的有关计算 、和 完成了 大 部分的机械图； 虽然在有些 链接问题地方还不满足老师的要求。同时，我还没有完成机械图的标注。 但是在剩下的几周我会努力的去把它完成的。 在机械图这部分，我还没有达到老师所要求的进度 ， 由于对这一部分的知识的了解还不够确切 ，在查阅书籍这方面还有些不足，因 此，导致没有达到进度。 我会在接下来的工作中继续努力，更好的完成任务。 在毕业设计的几周中，通过自己查阅书籍以 及老师的指导，发现了自己在以前没有注意到得一些问题；首先在对机械 设计的计算中，关于 切屑 力大小的计算时，对于 攻丝的切屑力 不是很清楚，在老师的帮助下和查阅了一些书籍之后， 能够很好的把这一问题解决；其次，在对 V 带传动的设计计算中 ， 刚开始没有很好的解决传动比的问题 ，通过老师的进一步讲解 纠正 ，我了解到得许多，并加以应用；通过这几点使我感到自己所学的知识还有很大的不足之处，因此，我要在以后的工作中要经常的学习，有不明白的时候，要把它弄懂加以会应用，争取早日完成老师所要求的进度。 第十周 绘制控制系统程序流程图 第十一周 气压传动系统原理图 第十二周 控制系统硬件电路设计 第十三周 控制系统软件编程 第十四周 程序调试 第十五周 撰写 15000 字毕业设计论文 第十六周 打印输出毕业设计资料，准备毕业答辩 学生签字： 20014 年 5 月 10 日 2 指导教师意见： 指导教师签字 ： 年 月 日 教研室意见： 教研室主任签字 : 年 月 日 备注 本科生毕业设计（论文） I 摘要 本文主要介绍了台式钻床的改造和设计，通过导入液压进给系统和 系统将台式钻床改造为自动钻床，并可通过 设计过程按照机床的一般设计步骤先进行总体方案的确定，然后再分别对进给系统、传动系统和控制系统进行具体设计。 设计的目标在于通过导入液压进给系统和 造后的钻床能实现自动化连续生产、改善产品的加工质量、提高劳动生产效率；降低工作人员劳动强度和工作量；钻床系统能够工作平稳，满足工作要求；经济因素合理。 本文设计的重点在于进给系统液压缸的设计和 进给液压缸系统的设计主要包括液压缸结构设计和控制油路的设计； 择电气元件和编写控制程序来实现对自动钻床的控制。 改造后的钻床，能实现自动化控制，是典型的机电一体化产品。 关 键词： 自动钻孔 ；液压进给系统； 制 ：自动装夹 本科生毕业设计（论文） of of LC to LC to of in of of is of of of LC of LC is on of to of to is of 本科生毕业设计（论文） 录 第 1 章 绪论 . 1 目的来源及意义 . 1 文研究的内容 . 3 第 2 章 自动钻床的总体方案设计 . 4 动专用钻床已知条件和设计要求概述 . 4 动钻床的工艺路线分析与确定 . 5 行系统的方案设计 . 5 行系统的功能原理设计 . 6 行系统的运动规律 . 6 行机构的形式设计 . 7 行系统的协调设计 . 7 动系统方案设计和原动机选择 . 8 动机选择 . 8 动系统方案设计 . 9 制方案设计 . 9 体布局设计 . 10 第 3 章 螺母 自动 钻孔 机 的 机械传动部分设计 . 11 给系统概述与分析 . 11 给系统方案图的确定 . 错误 !未定义书签。 况分析 . 12 削力的计算 . 13 削刀具及相关参数的选择 . 13 轴转速及钻孔时间的计算 . 13 削力的计算 . 14 床主轴设计 . 15 轴材料的选择 . 15 径的计算 . 15 的结构设计 . 16 强度的校核 . 17 给液压系统设计 . 18 本科生毕业设计（论文） 负载分析 . 18 压缸执行元件主要参数的确定 . 20 塞杆及活塞材料的选择 . 28 塞杆与活塞的连接方式及活塞密封装置的选择 . 28 轴传动系统的分析 . 29 轴花键的设计 . 29 轴电机 的 选择 . 30 带传动 功率. 30 计功率 的计算 . 30 择带型 . 30 取带轮基准直径1. 31 算带速 V. 31 定中心距 a 和带的基准长度. 错误 !未定义书签。 1 算小带 轮包角 1 . 32 盘的设计 . 32 盘步进 主轴电机选择 . 32 盘 电机联轴器的选择 . 38 盘 液压 缸的选择 . 39 第 4 章 自动钻孔控制系统的设计 . 42 动钻孔机的自动化控制要求 . 42 编程控制器 简述 . 42 动钻孔机进给系统控制流程 . 43 动钻孔机进给电器原理图 . 45 动钻孔机进给系统控制元件的选择 . 46 入与输出分配 . 46 编程控制器 选择 . 47 开关的选择 . 47 断器的选择 . 47 流接触器的选择 . 47 程开关与开关的选择 . 47 电器的选择 . 48 制系统的程序编写 . 48 第 5 章 结论 . 49 致 谢 . 51 本科生毕业设计（论文） V 参考文献 . 52 附 录 . 52 本科生毕业设计（论文） 1 第 1章 绪论 目 的 来源及 意义 本次毕业设计的题目是螺母自动钻孔机 ， 题目来源于生产实践。螺母自动钻孔机 是全自动机器，属于机电一体化产品。 金属切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法，是机械制造行业中最基本的加工方法，金属 切削加工过程是由金属切削机床来实现的。金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器。 在现代机械制造行业中，随着加工零件方式多样化及工艺合理化的发展的要求，加工零件的方法也呈现出多样化，如：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压和辊轧等，在这其中机床切削加工的工作量约占总制造工作量的40% 60%(其中钻床占 ,所以在目前的机械制造行业中金属切削机床是主要的加工设备。而机床的技术性能又直接影响机械制造行业的产品质量和劳动生产率，所以为了提高国家的工业生产能力和科学技术水平，必须 对机床的发展做出新的要求。 我国机床工业自 1949 年建立以来，虽然在短短的时间内取得了很大的成就，但与世界先进水平相比还有较大的差距。就现状看，主要表现在：我国机床工业起步晚、技术不成熟；大部分高精度和超精度机床的性能还不能满足要求，精度保持度也差，特别是高效自动化和数控机床的产量、技术水平和质量等方面都明显落后。据有关部门统计我国数控机床的产量仅是全部机床产量的 产值数控化仅为 至 1990 年底）；我国数控机床基本上是中等规格的车床、铣床和加工中心等，而精密、大型、重型或小型数控机床还远远不 能满足要求；另外我国机床在技术水平和性能方面的差距也很明显，机床理论和应用技术的研究也明显落后。所以我们要不断学习和引进国外先进科学技术，大力发展研究，推动我国机床工业的发展。 题的提出 由以上现状分析我们可以看出，在机床加工中钻床的加工工作量在制造工作量中占有很大的比重。钻床为孔加工机床，主要用来进行钻孔、扩孔、绞孔、攻丝等。长期以来我国的机械制造工业中孔类加工多数由传统钻床来完成，但是传统的钻床在大批量生产时存在许多的不足之处： （ 1）自动化程度不高 .，难以进行大批量的生产； 本科生毕业设计（论文） 2 （ 2）工作效 率低，且工人的工作环境恶劣； （ 3）占用人力较多，操作固定不变，易出错； （ 4）精度不高，工件装夹费时； （ 5）加工产品质量不高； 针对以上传统钻床的不足之处及生产中存在的问题，我们有必要对传统钻床进行结构改进。通过对传统钻床手动的进给系统、夹紧系统及人工送料系统的改进和设计，从而提高产品质量和生产效率，实现自动化，降低劳动强度及工作量。 题的分析以及解决方案 当前传统钻床问题的存在主要在于自动化程度、生产效率、工作环境及产品质量。在生产过程中，手动的操作、繁锁的装夹、大量生产力的投入和单一的 生产流程导致了钻床加工的自动化程度低、生产效率低、工作环境恶劣和产品质量不高，因此，我们要解决的问题在于如何实现钻床加工的自动化、减少生产力的投入生产和与其它工艺流程相结合，同时也要考虑经济问题。 为了解决问题和便于设计改造，我们将钻床分为传动系统、进给系统、夹紧系统、送料系统和控制系统五个部分，下面分别对各部分的问题提出解决方案： （ 1）传动系统 为满足改进后的加工及工作要求，在做出相应的计算后对传动系统进行改进和调整。 （ 2）进给系统 传统的钻床主轴进给系统主要由主轴、主轴套筒、主轴套筒镶套、齿轮齿条和 轴承等组成。主轴在加工时即要作旋转运动，也要作轴向的进给运动。机床主轴被装置在主轴套筒内，套筒放置在主轴箱体孔的镶套内，主轴上侧由花键连接。机床加工时，旋转运动由花键传入，而进给运动则由齿轮通过齿条带动套筒在镶套内运动。为了实现自动化 控制的要求，主轴进给机构改进主要有：主轴旋转运动依然由电动机传入，而进给则由液压传动替代手动的齿条传动，通过液压控制系统来实现进给动作。 （ 3）夹紧系统 传统钻床的夹紧主要是手工操作，由夹具夹紧工件。为了便于实现自动化控制，工件夹紧由夹具完成，动力源由夹紧液压缸导入，通过液压控 制系统来实现夹紧动作的自动化。 （ 4）送料系统 在生产过程中，钻床的送料主要由人工输入，这使得投入了大量的生产力，消耗了大量的工时，使的生产率不高，为此我们通过导入自动送料系统来减少生产力的投入和工时的消耗。自动送料系统机构传动要根据生产的需求作出相应的设计需求，动力源可由电机或液压系统传入，二者均可实现自动化控制。 （ 5）控制系统 当前机床控制系统主要由计算机数控、继电器电气控制和 制等，由于继电器电气控制系统，其联动关系复杂，维修困难，故障率高，经常影响正常生产，计算机数控造价高、系统复杂，而 制系统可靠性好、造价 本科生毕业设计（论文） 3 低、抗干扰能力强、柔性好、编程简单、使用方便、扩充灵活、功能完善，所以我们利用 制技术来实现对进给系统、夹紧系统和送料系统的液压控制系统的控制。 计内容 文主要是通过应用机床设计的一般方法对传统钻床的机构和控制系统进行设计及改进。研究的主要内容是普通台式钻床传动系统的改进、进给系统的设计、进给系统液压缸的设计和 制系统的设计等四个方面。其中重点在于进给系统、进给系统液压缸和 制系统的设计。进给系统设计主要是解决主轴高速旋转与轴向进给两个自由度的实现；进给系统液压缸 设计包括液压缸的设计、液压缸与主轴的配合和液压缸油路控制； 制系统的设计主要是通过应用 我们通过对传统台式钻床的改进及设计，要达到的目标在于通过改进钻床能够实现工作自动化，最终能满足以下要求： （ 1）能实现自动化连续生产，改善产品加工质量，提高生产效率； （ 2）降低工作人员劳动强度和工作量； （ 3）钻床系统工作平稳，满足工作要求； （ 4）经济因素合理； 本科生毕业设计（论文） 4 第 2章 自动钻床的总体方案设计 总体方案设计的构思和方案拟定 关系到产品的功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著，因此，我们要确定良好的总体方案设计思想，保证产品的功能、经济效益和实用性能。 总体方案设计的内容主要包括以下几个方面： （ 1）执行系统的方案设计 ； （ 2）原动机类型的选择和传动系统的方案设计； （ 3）控制系统的方案设计； （ 4）总体布局设计； （ 5）辅助系统的设计； 为了完成普通台式钻床的改造及进给系统的设计，我们依循机床设计的一般步骤 ， 确定自动钻床的总体方案设计。 母自动钻孔机已知条件和设计要求的概述 本文对普通台式钻床的自动化改造及进给系统 设计是以 某五金工具厂钢丝钳生产线的自动化改造为背景 。 已知：加工对象为钢丝钳，加工工序为在钢丝钳上削钻直径为 12床最大钻削直径）的通孔，钢丝钳材料为 改造后的全自动钻床应满足以下设计要求： （ 1） 满足自动连续生产，且生产率为 3把 /分钟； （ 2） 自动化改造应是机械、电气和液压的有机结合； （ 3） 传动系统设计应包含切削力计算、电动机选择、传动装置设计、床身结构设计等； （ 4） 设计重点为钻床液压进给系统之进给油缸设计； （ 5） 自动控制系统应以 手动相结合的方式实现； 本科生毕业设计（论文） 5 动钻床的工艺路线分析与确定 与传统 台式钻床的加工工艺路线相比较，改造后的全自动钻床基本动作有很大的调整，这其中主要是导入了自动化加工动作。结合设计及生产要求，确定工艺路线如下： 启动（电源及控制模块）自动送料自 动夹紧主轴快进主轴工进主轴停留主轴快退夹具松开出料 自动钻床的动作流程图如下（图 2 图 2动钻床动作流程图 行系统的方案设计 执行系统是机械系统中的重要组成部分，直接完成机械系统预期工作任务。 机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核心，是整个机械 设计工作的基础。 本文自动钻床的执行系统主要包括钻头加工和进给液压缸驱动进给。 本科生毕业设计（论文） 6 行系统的功能原理设计 功能原理设计决定产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构型式、制造成本等。因此在进行钻床的功能原理设计时，我们应当考虑钻床功能的可行性、先进性和 经济性。 普通台式钻床的改造主要是实现自动化功能。改造后全自动钻床能实现自动化连续生产，提高了生产率，符合了工厂的生产需求，适应了现代机械加工业的发展要求。 行系统的运动规律 本文设计的重点在于钻床液压进给系统之进给油缸设计，也就是用液 压缸驱动来替代手动进给。根据设计，我们要分析的运动规律包括钻头切削运动和 进给液压缸驱动进给运动。 钻头加工运动包括旋转切削运动和钻头直线进给运动。 进给液压缸驱动进给运动要完成驱动主轴进给，为直线运动。 钻床执行系统的运动规律如下图示（图 2 主轴旋转切削运动 图 2动钻床 运动规律简图 主轴直线进给运动 本科生毕业设计（论文） 7 12345图 2盘运动规律简图 转盘部分的运动为：转盘的顺时针旋转，工件从传送带送入转盘的工件孔，通 过 转盘的旋转转到了 2 位置，在通过 1 液压缸的夹紧来固定工件在钻孔的过程中 不旋转，加工过后工件随着转盘的旋转进行卸料过程。 在进行执行机构的形式设计时，要遵循以下原则：满足执行构件的工艺动作和运动要求、尽量简化和缩短运动链、尽量减小机构尺寸、选择合适的运动副形式、考虑动力源的形式、使执行系 统具有良好的传力和动力特性、使机械具有调节某些运动参数的能力和保证机械的安全运转。 考虑以上设计原则，在实现钻头的旋转切削运动时，动力源与主轴之间的执行机构我们选择带轮传动；在实现钻头的直线进给运动时，我们选择能够往复运动的液压缸。 行系统的协调设计 执行系统协调设计原则：满足各执行机构动作先后的顺序性要求、满足各执 本科生毕业设计（论文） 8 行机构动作在时间上的同步性要求、满足各执行机构在空间布置上的协调性要求、 满足各执行机构在操作上的协同性要求、各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率、 各执行机构的布置要有利于 系统的能量协调和效率的提高。 动系统方案设计和原动机选择 动机选择 由自动钻床执行部件的运动规律我们可以选择原动机。主轴旋转运动的原动机选择电动机，进给液压缸原动力选择电动机驱动液压泵 （具体型号在下面章节中计算后选择）。 动系统方案设计 (一 ) 确定传动系统总传动比 全自动钻床的总传动比的确定要建立在计算切削力和传动效率的基础上，当确定自动钻床的工作功率后，查表选择电动机，对照钻床的工作参数确定总传动比（主轴系统总传动比在传动系统设计中经计算后确定）。 本科生毕业设计（论文） 9 （二）绘制传动系统运动简图 根据以上分析，确定传动系统的运动简图如下（图 2 图 2动系统运动简图 制方案设计 综合考虑全自动钻床的改造要求、功能要求、控制要求及经济因素，控制系统采用 手动相结合的方法进行控制。 可编程控制器，其英文全称为 起于20 世纪 70 年代，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物。经过 30 多年的发展，可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的 工业控制微型计算机。 仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机的编程语言，独具风格地使用以继电器梯型图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户编制的程序清晰直观、调试和查错容易，且编程方便易学。 主要功能有：顺序控制、数据处理、逻辑控制、运行状态监控、记数控制、通讯与联网、定时控制。在自动钻床的控制系统中，我们主要应用 顺序控制和定时控制。 另外 为现代最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控 制微型计算机，其具有以下特点： 液压缸进给传动 V 带传动传动 花键传动 本科生毕业设计（论文） 10 （ 1）可靠性高 ； （ 2）编程容易，易于使用； （ 3）控制功能极强； （ 4）扩展及与外部连接极为方便； （ 5）通用性好、体积小、使用灵活； （ 6）设计施工和调试的周期短； 结合以上 特点，我们在控制系统方案设计时选择 为主要的控制方式，另外根据实际的工作要求，配合适当的手动控制元件。 体布局设计 机床总布局的设计任务是解决机床各部件间的相对运动和相对位置的关系，并使机床具有一个协调完美的造型。工艺分析和工件的形状、尺寸及重量，在很大程度上左右着机 床的布局形式。 普通台式钻床的自动化改造及进给系统设计，是在原有机构的基础上导入了液压进给驱动系统：主轴箱要做变动。 本科生毕业设计（论文） 11 第 3 章 螺母自动钻孔机的 进给系统的设计 给系统概述与分析 传统的台式钻床主轴进给系统主要由主轴、主轴套筒、主轴套筒镶套、齿轮齿条和轴承等组成。主轴在加工时即要作旋转运动，也要作轴向的进给运动。机床主轴被装置在主轴套筒内，套筒放置在主轴箱体孔的镶套内，主轴上侧由花键连接。机床加工时，旋转运动由花键传入，而进给运动则由齿轮通过齿条带动套筒在镶套内运动。由总 体方案可知，自动钻床进给系统设计导入了液压缸进给系统，由液压缸驱动替代齿轮齿条的手动进给，来实现主轴的快进、工进和快退动作。 钻床在加工时，主轴要作高速的旋转运动和直线的进给运动。导入液压缸进给系统后，因此，我们要结合合适的轴承和结构来实现主轴的高速旋转。往复进给运动由液压缸来完成动作。 1、主轴套筒镶套 2、推力球轴承 3、主轴套筒 4、主轴 5、深沟球轴承 6、齿轮齿条手动进给系统 7、主轴箱 图 3通台式钻床进给系统简图 11 2 3 4 5 6 7 本科生毕业设计（论文） 12 给系统方案图的 确定 全自动钻床是在原有台式钻床的结构基础上进行改造设计的，所以，我们首先要对普通台式钻床的进给系统仔细的研究。 台式钻床主轴进给系统主要部件有主轴、主轴套筒、主轴套筒镶套、齿轮齿条和轴承等。其结构图如图 3： 根据普通台式钻床的进给系统设计特点，综合考虑本文设计的要求、改造后自动钻床的工作条件和液压缸工作特性，确定自动钻床的进给系统如图 3示： 1、 深沟球轴承 2、 主轴 3、活塞杆 4、液压缸筒 5、油路口 6、液压缸盖 7、锁紧螺钉 8、推 力球轴承 9、密封圈 图 3动钻床的进给系统简图 况分析 根据设计任务可知，生产工件时，要求生产率为 3 把 /分钟，即要求在 20 秒内要完成一件工件的送料、夹紧、钻削加工和出料。 已知件材料为 ，工件厚度大约为 15机械工程材料实用手册可知， 碳素结构钢，其韧性良好，有一定的强度和伸长率，在一般机械制11 2 3 41 6 51 71 81 91 4 本科生毕业设计（论文） 13 造中应用广泛，是一般机械制造中的主要材料，其切削加工性能较好。钻削直径为 12 通孔，钻削行程（孔的长度） l 15此可确定钻床主轴行程为100就是液压缸行程为 100 在钻床的切削加工过程中，钻床主轴主要受到切削扭矩和轴向进给力的作用。所以，钻床主轴为仅受转矩作用的轴类。 主轴进给液压缸在工作中受到作用力可以分为三个阶段分析。在主轴快进工序中，液压缸受到钻床主轴组件重力和液压缸系统的摩擦力的作用；在主轴工进工序中，液压缸受到钻床主轴组件的重力、轴向切削力和液压缸系统的摩擦力作用；在主轴快退的工序中，液压缸受到主轴组件的重力、退刀 阻力和液压缸系统摩擦力。因此，在进给液压缸设计时，我们要以最大受力作为设计标准。 削力的计算 削刀具及相关参 数的选择 目前在钻孔加工中，由于高速钢麻花钻在采用物理沉积法 层处理后，其耐用度和钻孔精度有了较大提高，所以该钻头应用极广。所以，在本文的钻削加工过程中，选择高速钢麻花钻头。查金属切削手册选择标准圆柱锥柄麻花钻中等长度第一系列，刀具直径为 12头与主轴用莫氏锥孔连接，莫氏锥孔为 1号莫氏锥孔。 由于被加工材料为 ，其切削性能较好，所以查金属切削手册选择加 工时进给量 f 为： f=r；其对应的切削速度 V=32m/ 轴转速及钻孔时间的计算 查金属切削手册 ，由切削速度计算公式可得出主轴在工艺长期稳定时的固定转速 n 的计算公式如下： (3式中， v 选定的切削速度（ m/ d 刀具或工件的直径（ 将 V=32m/d=12入公式中，计算得出 n=850r/000 rd 本科生毕业设计（论文） 14 查金属切削手册 ,钻孔时间 T 的计算公式为： (3式中， l 被钻孔厚度（ f 切削进给量（ mm/r） d 刀具或工件的直径（ n 主轴固定转速（ r/ 将 l =15f =r, d=12mm,n=850r/入公式中，计算得出 T=由此，确定一件工件的加工工时为：送料 1s，工件夹紧 2s，快进 2s，工进7s，主轴停留 2s，快退 2s，出料 1s，加工一件工件用时 17s，达到了加工效率的要求。 削力的计算 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 3 式中， 切削力矩（ N M） 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： 3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=12mm，f =以可分别计算出切削转矩和轴向切削为： 分fn 36( 本科生毕业设计（论文） 15 M 595 N 床主轴设计 轴材料的选择 轴的常用材料有碳钢和合金钢。一般来说碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，应用广泛。而合金钢虽然机械性能和淬火性能优于碳钢，但其价格较贵，一般用于强度和耐磨性要求高的场合。 综合以上设计要求及因素，钻床主轴材料选用 45 号钢，经调质处理后 达到 240 左右。其机械性能参数如下： b=650 s=360 00 55 -1b=60 T=35 径的计算 由金属切削原理可知，主轴切削功率的计算公式为： (3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（ N M） 将以上数值代入公式中可计算出功率虑到轴承传动效率（查得为 花键传动效率（查得为 所以可计算出钻床主轴要传递的功率 P 为： P=工况分析可知，钻床主轴为仅受转矩作用的轴类。查机械设计得钻床最小直径的计算公式如下： 10)602601000( 本科生毕业设计（论文） 16 3(3选 C=110，计算出 3计算结果可知，在满足加 工条件的情况下，钻床主轴最小直径不能小于13据
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