钢管双头打孔机及PLC控制系统的设计

PAGEI要现代企业，攻丝设备已经成为企业生产的重要的一道工序，而企业生产，又离不开设备的使用，在设备的发展中，经历了，单机模式，人员操作设备，后来演变成智能模式，不需要人工参与，智能制造也成为推动我国制造业高质量发展的强劲动力。当前，随着制造业的进一步发展，现代设备的使用与应用，越来越开始实现自动化方向发展，这其中代表公司有西门子，三菱为代表的电气自动化公司。专注于解决工厂智能制造问题，攻丝机只是很小的一部分国产有台达，西门子，上银等自动化公司，人机合作设计和人机协作装备的推出，使人从许多机械化生产中解脱出来，人与机器可以发挥各自优势，协作完成各项工作，推动产业模式的发展。目前我国很多企业还是采用单一的攻丝设备，人工攻丝，效率低，成本高，越来越开始被先进的设备淘汰。研究自动攻丝机有非常重要的意义，智能制造通过不断融入更多的制造资源、信息资源和社会资源，催生出高新技术变革。随着智能制造技术的日趋复杂，传统产业链的模式正在被打破，对于本次的设计，采用自动化设计，实现自动小孔攻丝，充分利用电气自动化资源，解决方案有着重要的意义。也是以后发展自动化的趋势，从本次设计中，可以折射后续自动化发展方向和前景。关键词：自动化；攻丝机；智能制造；工厂设备

AbstractInmodernenterprises,tappingequipmenthasbecomeanimportantprocessinenterpriseproduction,andenterpriseproductioncannotbeseparatedfromtheuseofequipment.Inthedevelopmentofequipment,ithasexperiencedasinglemachinemode,personneloperatingequipment,andlaterevolvedintoanintelligentmode,withouthumaninvolvement.Intelligentmanufacturinghasalsobecomeastrongdrivingforceforpromotingthehigh-qualitydevelopmentofChina'smanufacturingindustry.Currently,withthefurtherdevelopmentofthemanufacturingindustry,theuseandapplicationofmodernequipmentareincreasinglybeginningtoachieveautomationdevelopment,amongwhichtherepresentativecompaniesareSiemensandMitsubishiElectricAutomationCompany.Focusingonsolvingintelligentmanufacturingproblemsinfactories,tappingmachinesareonlyasmallpartofdomesticautomationcompaniessuchasDelta,Siemens,andShangyin.Theintroductionofhuman-machinecollaborativedesignandhuman-machinecollaborativeequipmenthasfreedpeoplefrommanymechanizedproduction,allowingpeopleandmachinestoexerttheirrespectiveadvantages,collaboratetocompletevarioustasks,andpromotethedevelopmentofindustrialmodels.Atpresent,manyenterprisesinChinastilluseasingletappingequipment,manualtapping,lowefficiency,highcost,andincreasinglystartingtobeeliminatedbyadvancedequipment.Researchonautomatictappingmachinesisofgreatsignificance.Intelligentmanufacturingpromoteshigh-techinnovationbycontinuouslyintegratingmoremanufacturingresources,informationresources,andsocialresources.Withtheincreasingcomplexityofintelligentmanufacturingtechnology,thetraditionalindustrialchainmodelisbeingbroken,Forthisdesign,adoptingautomaticdesigntoachieveautomaticsmallholetappingandmakingfulluseofelectricalautomationresourcesisofgreatsignificance.Itisalsothetrendofdevelopingautomationinthefuture.Fromthisdesign,itcanreflectthefuturedirectionandprospectsofautomationdevelopment.Keywords：Automation;Tappingmachine;Intelligentmanufacturing;Plantequipment

目录TOC\o"1-3"\f\h\zHYPERLINK第1章绪论 1HYPERLINK1.1外资并购国有企业的背景与动机 1HYPERLINK1.1.1外资并购国有企业的背景 1HYPERLINK1.1.2外资并购国有企业的动机 1HYPERLINK1.2研究外资并购的意义 1HYPERLINK第2章外资并购国有企业的基本模式 2HYPERLINK2.1外资并购的具体含义 2HYPERLINK2.2外资并购国有企业资产模式 2HYPERLINK2.3外资收购国有企业股权模式 2HYPERLINK第3章外资并购国有企业的现状与发展趋势 3HYPERLINK3.1外资并购国有企业的现状与特点 3HYPERLINK3.1.1外资并购国有企业的现状 3HYPERLINK3.1.2外资并购国有企业的特点 3HYPERLINK3.2外资并购国有企业的发展趋势 3HYPERLINK第4章外资并购国有企业的积极影响及对策 4HYPERLINK4.1外资并购国有企业的积极影响 4HYPERLINK4.2利用外资并购积极影响的对策 4HYPERLINK第5章外资并购国有企业存在的问题及对策 5HYPERLINK5.1外资并购产生的垄断问题及对策 5HYPERLINK5.2外资并购产生的财务陷阱问题及对策 5HYPERLINK5.3外资并购产生的国有资产流失问题及对策 5HYPERLINK第6章结论 6HYPERLINK参考文献 7HYPERLINK致谢 8HYPERLINK附录 9PAGE12绪论自动攻丝机研究的意义设计题目来源于我国的连接套双头自动攻丝机发展现状和企业的生产实践。目的在于设计开发一种能够实现对LJ02连接套进行自动攻丝的双头自动攻丝机。2、理论或实际应用的意义

螺纹加工在机器制造中占有重要地位，而对于小尺寸的内螺纹，攻丝几乎是唯一有效的加工方法。攻丝是机械零部件制造、安装及整机装配过程中必不可少的一个步骤。虽然在不少工作现场人们也能用钻床来达到攻丝的目的，但无不存在过程繁琐、质量不高、易出事故等弊端。随着加工中心的出现，数字化的高速车、铣、钻孔等的加工效率大幅度的提高，而攻丝加工的方式和技术没有突破，攻丝加工更加成为机械加工中的瓶颈。一些先进的设备被欧美等国家垄断，而我们现在需要的是解决问题，向着高端制造业发展，这才是我们以后的未来。2010年，中国在制造业排名世界第一，但我们现在最大的问题是，中国规模大，实力弱。只有不断推进产业链升级和核心技术突破，才能实现我们的完整内部周期。在目前的情况下，我们可能需要30多年才能发展我们的高端产业。制造业最大的特点之一是，与金融业不同，它不会很快赚钱。这可能需要大量投资，结果非常缓慢。但我们仍然需要投入大量精力发展制造业，因为这关系到长期计划和中华民族的未来。尽管近几十年来，欧洲和美国将大部分制造业转移到了亚洲等其他国家，但它们并没有放弃制造业。例如，在德国，美国仍然是世界上最大的制造业国家之一，拥有世界第二大制造业产出和世界第三大德国制造业产出。目前，中国制造业规模大但不强，一体化但不最优，大多数行业处于国际生产链的中低端。因此，创新是中国制造业必须解决的关键问题。要保持创新动力，就要把创新放在制造业整体发展的关键位置，推动产业创新。这条路很艰难，但我的心是永恒的。中国人民将以智慧和勤奋书写人类工业文明的传奇史诗。

1.2自动攻丝机研究的现状及发展趋势

从目前的攻丝机种类和加工过程中出现的问题来看，未来的攻丝机应该在提高丝锥强度，加工精度,降低劳动强度，提高工作效率方面有所改善和提高。攻丝是加工过程中非常重要的一个环节，孔的精度高低直接决定零件的质量，同时也对零件的使用寿命有一定的影响。目前我国的攻丝机整体功能还未完善，工作寿命低，经过一年的时间又要重新更换，且加工精度不高，大多数只能加一些加工精度要求不高的孔类零件，设计上有一定的缺陷。而且攻丝是属于比较困难的加工工序，因为丝锥几乎是被埋在工件中进行切削的，其每个齿的加工负荷比其他刀都要大的多，它的丝锥沿着螺纹与工件接触面非常大，切削螺纹时它必须容纳并排除切屑，因此，可以说丝锥是在恶劣的条件下工作的。

目前为了使攻丝机的作用得到最大的发挥，应该先考虑可能出现的问题。如工件材料的性能、选择的机床、选用多高的切削速度、进给量等等。因此，研制自动攻丝机，提高攻丝加工的效率和精度具有比较重要的意义。本课题的设计目的是完成一台自动攻丝机的整体设计，实现对LJ02连接套双头内螺纹攻丝自动加工。设备是确保产品性能和质量的工具。应采取一系列措施保持设备的使用并提高其效率。设备管理是公司生产的保证。基于先进的设备和良好的使用水平，开发和生产先进的产品非常重要。设备是公司生产、质量、效率和周转时间的保证。在市场经济条件下，公司倾向于通过攻丝机设备组织生产。攻丝机是企业生产的保证。企业良好生产的先决条件就是使用攻丝机快速攻丝打孔，设备是提高公司效率的基础。公司生产运营的目的是获得最大的经济效益。公司的所有活动也密切关注提高经济效率。设备是提高经济效率的基础。在攻丝机先进性这一块，做的比较好的是德国。德国启动了工业4.0，接着是美国，美国制定了各种政策，鼓励制造业，特别是高端制造业回归美国。各国高度重视制造业发展的原因在于其不可替代的作用，德国有着先进的条件和优势对于开发多轴设备，电气控制这块起步早。基本上，先进的攻丝机可以解决企业困难，提高国内机械制造技术水平。国家将变得富裕和强大，国家的工业化以及工业、农业和科技的现代化是世界各国发展自身经济和改变落后状况的共同途径。提供高用途、高质量、低成本的消费品，以满足企业的生产需求。这关系到长期计划和中华民族的未来。中国人民将以智慧和勤奋书写人类工业文明的传奇史诗。所处的行业作为工业自动化中的重要环节以及现代生产服务业的代表，在推动工业自动化快速发展方面具有不可替代的作用，其行业规模将随工业自动化规模的增加而增加，因此，自动化是以后的发展趋势。自第一次工业革命以来，正是制造业推动了人类的可持续进步和发展。强大的制造业将推动全国的全面进步和发展。如果一个国家逐渐失去制造业，它可能会受到虚拟经济过度代表的不利影响。一旦发生经济危机，许多人将失去工作，经济将倒退。可以说，如果一个国家只有一个虚拟经济，它的繁荣将建立在沙子上，随着增长而下降，甚至这个国家的财富也可能在解放前一夜之间回归。近年来，随着虚拟经济的不断发展，一些人开始提议降低制造业在国家发展中的比重。这是极其危险的。如果没有强大的制造业，高科技在哪里？大国在哪里？哪里有强大的国防军？没有这一点，该国将不会成为一个强大的国家，也无法跻身世界强国之列。第一制造业的发展可以创造巨大的就业需求，提供大量就业机会，对国家和社会的稳定具有极其重要的作用和影响。制造业的发展也将为国家培养大量人才。第二，制造业可以刺激社会创新和科学进步，制造业竞争可以有效促进科技发展。当基础科学的成果进入工业化国家时，它们真的可以转化为巨大的财富，而这种巨大的财富将被送回基础科学，推动其不断进步。第三，通过持续的产业现代化，也可以形成技术壁垒，使国家具有高度竞争力，即使面对劳动密集型产业等低端产业的转移，也将继续确保国家发展不受损害。第四个制造业部门将为该国的出口提供强有力的支持。我们优秀的产品将被销售，品牌将建立，竞争力将提高，这将为我们创造大量货币。这为中国的外国投资和不断发展其在全球贸易格局中的强势地位提供了有效的支持。因此，制造业的可持续发展必须始终置于极其重要的问题之上。在任何时候，强大的工业能力都是中国民族复兴的有力保障，也是我们面临的任何挑战的最大潜在因素。2.初步方案的拟定1、机械部分(1)上下料部分：

图1上下料结构示意图1.伺服电机2.联轴器3.左右限位滑块4.滚珠丝杠5.上下气缸6.夹爪气缸7.夹爪8.夹紧气缸9.夹紧导轨10.夹紧滑块11.固定座移栽机构：8夹紧气缸通过9加紧导轨将产品固定住，11固定座配合进行固定，打孔完毕后，5上下气缸下降，带动7夹爪运动，通过6夹爪气缸夹爪产品，上下气缸升起来，在1伺服电机的带动下，通过2联轴器连接4滚珠丝杠，移动到右边上料2)攻丝机部分：图2攻丝机示意图攻丝机的工作原理为：步进电机推动通过联轴器与滚珠丝杆连接，带动整个电机结构运动，滑块起到支撑作用，滑块在导轨的作用下左右移动，电机带动丝锥攻丝。攻丝机一般由主传动系统，丝锥驱动系统，机架和工作台等部分组成。攻丝机工作时带动攻牙器旋转，再将攻牙器上所夹持的丝锥对准并顶入预先制好的孔中，攻丝机正转对孔进行攻丝，孔的孔壁上就被攻出螺纹而成为螺孔，攻丝结束之后攻丝机反转退出。2、控制部分单片机单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。PLC：综上所述，PLC相较于单片机具有较强的抗干扰能力，低故障率，易于拓展与开发以及维护等优点。就广泛的应用在现代工程企业中，比较有名气的厂家有西门子，三菱，国产PLC也有很好的厂家，例如台湾的台达，深圳的汇川等，国产PLC也开始崛起的路程。工作过程：按下开始按钮后，步进电机进行移动，移动到加工件处，攻丝机正转对加工件进行攻丝，攻丝完成后，攻丝机反转退回到原来的位置，之后夹爪部分的上下气缸移动，待夹爪加紧加工件后返回，夹紧气缸放松，将加工好的工件落下，然后上下气缸进行移动，将新的加工件放到加工位置。待上下气缸返回后，夹紧气缸将新的加工件夹紧，实现对加工件的更换。待全部流程结束之后重复步骤，以实现连续工作。第三章方案的设计3.1夹取机构的设计夹取机构的设计是本次设计的重点，我们采用气缸的夹取方式，气缸可以对物料进行夹取，气缸的开合是夹取物料的关键，我们的夹头部分就采用气缸进行设计，取放物料装置采用，导杆气缸进行动作，导杆气缸可以控制夹取气缸的上下移动，实现了上下动作，导杆气缸固定在导轨丝杆上，导轨丝杆通过联轴器与步进电机进行连接，步进电机，也可以选择伺服电机控制精度，滚珠丝杆是一种将旋转运动转换成直线运动的一种物料，广泛的使用在设备中。滚珠丝杆下端安装导轨，导轨的作用就是限制自由度，避免滚珠丝杆带动的气缸出现偏移，提高导向精度问题。导轨固定在铝合金型材上，铝合金型材上安装固定支架板，主要是用来固定导轨丝杆的，材料选择Q235钢或者45号钢联轴器：联轴器起到同心和传递扭矩作用，将电机轴与滚珠丝杆轴连接，传递扭矩，同时校正旋转过程，偏心问题，用的梅花联轴器1、梅花式联轴器梅花联轴器是由两个刚性体，中间加一弹性的物体，组装成十字梅花造型进行连接的联轴器，中间的弹性体选择工程塑料等，耐久，强度高，使用寿命一般会有十年左右，梅花联轴器弹性体也能有自动调心的作用，经久耐用2、弹性柱联轴器弹性柱联轴器类似梅花联轴器，它是将弹性的柱子，或者塑料柱子塞到两个刚性联轴器的安装孔内，外部在用金属片加以固定，可以起到调心作用，它的安装较为简单，拆卸方便，但是不可以承受大的扭矩3、弹簧式联轴器弹簧联轴器就是在两个刚性体之间安装模具弹簧，通过弹簧进行连接与固定，弹簧收到扭矩的作用，会带动刚性体旋转，它的结果简单，适合小型精密设备的运用45号钢：45号钢的材质是一种优质碳素结构钢，属于优质产品。3.2攻丝机构的介绍攻丝机构是本次课程的重要因素，攻丝机构结构现在已经成为标准化的构件，我们再设计中要知道如何选型，攻丝机的两个主要的参数为推力，就是打孔攻丝需要的推动力，如果选择的攻丝机的力不够，则不能推动进行攻丝，另一个就是功率，攻丝机的功率是决定攻丝过程的重要因素，功率不够，则不能就行攻丝，电机转不动，功率太大，又造成浪费，所以我们选择合适的攻丝头是非常重要的。攻丝头的标准化设计，大大提高了我们的设计效率，攻丝头包过动力系统，电机，运动系统，这个内容比较多，有的攻丝头是气缸带动，滚珠花键进行移动，有的是丝杆带动丝杆螺母进行移动，钻头，三抓卡盘或者单卡盘，主轴，用于动力传输，部分也有用齿轮进行传递各有优缺点，皮带轮等传动装置。皮带传动：皮带传动的有点很多，比如两个轮子之间的距离很远，皮带做长一点可以实现轮子之间的远距离的传输，皮带也也可在张紧轮的作用下进行张紧，但是皮带有一个缺点，容易打滑，皮带也容易磨损与断裂，它的使用寿命不是很好，后来有取代皮带的钢带，效果好，但缺很贵，皮带容易老化，开边，耐久效果不是很好，但售价便宜，在多数情况下，是比其他的传动较为便宜，皮带传动是很好的选择，但是皮带不适合高速运动，高速的运动，皮带打滑现象会增加，低速运送适合皮带传送。齿轮传动：是两个齿轮进行啮合的传动方式，齿轮一般是根据阿基米德的公式进行计算齿轮的齿面，齿轮啮合后，配合紧密，不会出现打滑的现象，齿轮的强度经过计算也能得到很好的可靠性的保证，齿轮的加工工艺也已经成熟，但齿轮售价昂贵，一般用在精密的设备中，比如高精度传动比的设备，减速机等设备中，齿轮是非常好的传动工具，但齿轮售价昂贵，不适合远距离的输送，远距离输送增加了成本，大的齿轮加工困难，不适合批量大生产，只能用作定制制作，加工齿轮也容易出现齿轮齿加工出现问题的现象，这样就容易出现跳齿，断裂，造成失效3.3夹紧机构的介绍夹紧机构是主要用来夹紧产品，进行打孔动作，夹紧机构主要设计应该注意，夹紧过程不能出现松动，夹头的设计必须是仿形，就是必须和产品的外形轮廓一样，这样能够充分保证摩擦力，夹紧装置要有两种方式，就是开和关，夹紧和松开，这两种方式的设计非常简单，通过气缸进行推动夹头进行移动气缸前部设计连接头与夹爪进行连接，这样就可以通过气缸带动夹爪头进行移动了，另外一个很重要的地方，夹头要能够来回移动，夹头底部需要安装导轨进行来回移动。这样就可以将滑动摩擦改变成滚动摩擦，减少阻力，气缸安装在气缸板上，气缸板采用45号钢进行设计，物料的下方开孔，产品放下去就可以通过孔离开，进而实现流水化的作业第四章设计方案的选型与计算4.1.气动夹爪的选择气缸的选择是我们本次设计的重点，气压范围为0.4~0.6Mpa，对于气缸缸径选择，应当保证气缸出力大于40N均为满足缸径计算，计算缸径需要用到质量，我们计算小型装配杆的质量需要密度乘以体积，这里为了方便计算，我们姑且设定质量为1kg的小型件工作压力p=0.4Mpa进行计算，气缸效率为β=65%（漏气等问题，暂定选择气缸的效率为β=65%）那么气缸的稳定出力为P=F/β

P=10/0.65N=15.3N根据气缸的计算公式计算得出P=π/4×D2×pD=7mm，则选择气缸在7mm以上的可以满足实际负载需求，可以选择大于7mm气缸选择型号为smc的气缸，HFKL25_CL缸径25mm可以满足夹爪气缸耗气量的计算4.2上下移栽导杆气缸的选择上下气缸的选择，上下导杆气缸是用来带动物件产品和夹爪一起运动的气缸，上下气缸的选择需要满足带动物件，带动夹爪一起。夹爪的质量与物件的质量，我们为了方便计算，估计质量为3Kg气压范围为0.4~0.6Mpa，对于气缸缸径选择，应当保证气缸出力大于30N均为满足缸径计算，缸径的计算工作压力p=0.4Mpa进行计算，气缸效率为β=65%（漏气等问题，暂定选择气缸的效率为β=65%）那么气缸的稳定出力为P=F/β

P=30/0.65N=46N根据气缸的计算公式计算得出P=π/4×D2×pD=7mm，则选择气缸在7mm以上的可以满足实际负载需求，可以选择大于7mm气缸夹爪气缸耗气量的计算根据计算公式：Qca=0.0157*（D2*L+d2*Ld）*N*（P+0.102）方程中Qca代表平均耗气量D气缸的直径单位mmN气缸的工作频度，单位周/min（一个往复为一周）L气缸的形成，单位mmd配管的内径，单位mmLd配管的长度，单位mmP使用压力，0.4Mpa我们选择的气缸，缸径D=25mm形成L=80mm工作频度N=60周/min（自己定义）d配管的内径，单位d=10mm（自己配管）Ld配管的长度，Ld=100mm带入上述公式，计算的出（按照cm单位计算）Qca=0.0157*（2.5^2*8+1*10）*60*（0.4+0.102）=28.036L/min选择型号为smc的气缸，TCL32x200S缸径32mm可以满足上下导轴气缸耗气量的计算根据计算公式：Qca=0.0157*（D2*L+d2*Ld）*N*（P+0.102）方程中Qca代表平均耗气量D气缸的直径单位mmN气缸的工作频度，单位周/min（一个往复为一周）L气缸的形成，单位mmd配管的内径，单位mmLd配管的长度，单位mmP使用压力，0.4Mpa我们选择的气缸，缸径D=32mm形程L=200mm工作频度N=60周/min（自己定义）d配管的内径，单位d=10mm（自己配管）Ld配管的长度，Ld=100mm带入上述公式，计算的出（按照cm单位计算）Qca=0.0157*（3.5^2*20+1*10）*60*（0.4+0.102）=63.839L/min4.3左右推动导杆气缸的选择左右气缸的选择，左右导杆气缸是用来将产品进行夹紧，保证攻丝的时候的稳定性，此时考虑的是气缸的正压力转换成左右摩擦力，铁的摩擦系数为0.5左右气缸的选择需要满足压紧物件，在摩擦力的作用下保证产品不会移动，带动夹爪一起。丝锥产生的力矩,9N*m根据力矩公式M=F*D，求得F=M/DD为小桶直径为50mm=0.05m带入计算得，F=9/0.05=180N所需推力为：F/0.5=180/0.5=360N缸径计算，缸径的计算工作压力p=0.4Mpa进行计算，气缸效率为β=65%（漏气等问题，暂定选择气缸的效率为β=65%）那么气缸的稳定出力为P=F/β

P=360/0.65N=554N根据气缸的计算公式计算得出P=π/4×D2×pD=42mm，则选择气缸在42mm以上的可以满足实际负载需求，可以选择大于42mm气缸78序号12345678910规格M1M2M3M4M5M6M8M812M14M16底孔mm0.74.256.88.610.212所需扭矩\.m0.040.220.58序号11121314151617181920规格M18M20M22M24M27M30M33M136M39M42底孔mm15.517.519.5212426.529.5323540所需扭矩\.m8.5912.513.314.21516.818.620.222选择气缸型号TN45X125S缸径45mm可以满足条件夹爪气缸耗气量的计算根据计算公式：Qca=0.0157*（D2*L+d2*Ld）*N*（P+0.102）方程中Qca代表平均耗气量D气缸的直径单位mmN气缸的工作频度，单位周/min（一个往复为一周）L气缸的形成，单位mmd配管的内径，单位mmLd配管的长度，单位mmP使用压力，0.4Mpa我们选择的气缸，缸径D=45mm形成L=125mm工作频度N=60周/min（自己定义）d配管的内径，单位d=10mm（自己配管）Ld配管的长度，Ld=100mm带入上述公式，计算的出（按照cm单位计算）Qca=0.0157*（4.5^2*12.5+1*10）*60*（0.4+0.102）=124.427L/min4.2滚珠丝杆的设计计算4.2.1已知条件：滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。材料为45钢，毛坯为圆管，外径φ50，内径φ17，长度100；2.双头螺纹尺寸为M20×30；3.生产节拍：加工完1件不超过10秒；

选择丝杆步骤：1.求出计算载荷FcFc=KFKHKAFm2.根据寿命计算出额定动载荷Ca3.查滚珠丝杠副系列中的额定动载荷，使，初选几个规格（或型号），列出其主要参数4.验算传动效率、刚度、稳定性等KF—载荷系数，按表1选取载荷性质无冲击平稳运转一般运转有冲击和振动运转KF1~1.21.2~1.51.5~2.5KH—硬度系数，按表2选取：滚道实际硬度HRC≥5855504540KH1.01.111.562.43.85KA—精度系数，按表3选取：精度系数1、23、4510KA1.01.11.251.434.2.2计算选型1.计算载荷FcFc=KFKHKAFm选择KF=1.1平稳运行KH=1.0，滚道硬度大于58KA=1.25精度等级5级别，级别高精度因为工作的滚珠丝杆需要负载上下气缸的重量，夹爪气缸的重量，还有气缸的连接板的重量，毛坯圆管的重量，这些重量我们不能准确的计算出来，需要进行估计计算，我们将这个数值设计为8KG的重量来作为经验估计。带入后续的计算总体受力为：Fm=mgFm=8*10N=80N将公式带入Fc=KFKHKAFm=1.1*1.0*1.25*80N=110N滚珠丝杆的最大受力为110N2.根据寿命条件计算额定动载荷Ca根据公式：Fc=110Nnm当量转速，是滚珠丝杆的转速，转速的快慢取决于我们的使用条件，我们希望的转速在1500rpm就行，不希望转速太快，也不希望太慢。Lh使用寿命，一般根据实际需要进行选择，我们假定可以使用16000H将上述带入公式：Ca=110*（1500*16000/1.67/10^4）^0.333N=1238N按照选型必须满足Ca大于计算值查询滚珠丝杆的手册，滚珠丝杆直径20mm，导成1mm，其动载荷基本大于1580KN，大于计算Ca的值1238，那么，图中丝杆的计算是符合标准的暂定选择型号SFWE02010-3.969，轴径20mm，导成10mm4.2.3强度校核：1.稳定性验算：滚珠丝杆必须进行稳定性的验证，需要满足稳定性由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能发生失稳,所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于[S]，丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷FcrE—丝杠的弹性模量一般地讲，对弹性体施加一个外界作用力，弹性体会发生形状的改变（称为“形变”），“弹性模量”的一般定义是：单向应力状态下应力除以该方向的应变。对钢E=206GpaIa—丝杠危险截面的轴惯性矩惯性矩(momentofinertiaofanarea)是一个几何量，通常被用作描述截面抵抗弯曲的性质。对于圆柱，公式为始终d1=20mm，将公示带入：计算得出：Ia=3.14*（20）^4/64=7850mm4=7850*10-12m4u长度系数，查询机械设计手册，双推-简支时，u=2/3我们已经知道的并且采用一边固定，一边支撑l滚珠丝杆的长度，这个根据设计决定，我们计划，长度为l=650mm=0.65m这样的长度可以满足进给量和移动距离，我们就设计为650mm支承方式有关系数双推—自由F—O双推—简支F—S双推—双推F—F[S]3~42.5~3.3—u22/3—fc1.8753.9274.730计算的结果要满足安全系数在范围内Fcr=3.14^2*206*10^9*7850*10^-12/(2/3*0.65)^2=84908.66N=8.5*104N安全系数：我们上边已经计算最大负载为110NFm=110N将公式带入：S=8.5*104/110N=8>[S]=2.5~3.3丝杠是安全的，不会失稳2.临界转速验证ncr高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠最高转速临界转速可按公式计算：fc=3.972（由上述表格查询得知）d1=20mm=0.02mu=2/3l=650mm=0.65m带入公式：Ncr=9910*（3.9727）^2*0.02/(2/3*0.65)^2=16658rpm>丝杆最大转速1500rpm3.刚度验算：滚珠丝杠在工作负载F（N）和转矩T（N.m）共同作用下引起每个导程的变形量△L0（m）为式中：A—丝杠的截面积A=3.14/4*(0.02)^2=3.14*10^-4Jc-丝杠的极惯性矩：Jc=3.14/32*0.02^4=1.57*10^-8G—丝杠切变模量，对于钢，G=83.3GPa=83.3*10^9pa剪切模量（modulusofrigidity），材料常数，是剪切应力与应变的比值。又称切变模量或刚性模量。材料的力学性能指标之一E=206Gpa=206*10^9paP丝杆导程10mm=0.1mT—转矩（N.m）(1-11)Fm=110ND0公称直径，D0=20mm=0.02mλ为螺旋角，根据丝杆手册查询，λ=2°09，ρ一般为摩擦角，一般选择摩擦角为p=12’带入计算公式T=110*0.02*tan（2°09，+12’）=0.07N.M将上述数值带入公式：L0=0.06*110/3.14/10^-4/206/10^9+0.1^2*0.07/2/3.14/83.3/10^9/1.57/10^-8=1.87*10^-7m=1.87*10^-1um=0.187um丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为L=650mmP=10mm带入公式△L=650/10*0.187um=12.15um通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度的1/2，我们本次如果精度为0.05mm△L<0.5*0.05mm=0.025mm=25um那么是满足要求，当然我们计算的结果，与厂家推荐的刚度属性45um基本差异不大。8.效率验算：滚珠丝杠副的传动效率为螺旋角：λ=2°09′摩擦角，一般取12’(1-14)带入公式，计算得出η=0.913要求在90%~95%之间，所以该丝杠副能满足使用要求。上述计算验证，丝杆各项性能指标均符合题目要求，可选用4.3步进电机的选择：我们知道本次设计采用了步进电机，需要根据实际的大小，重量，等因素来影响我们对于步进电机的选型。我们由一些公式来检验我们所需的步进电机，我们既不要盲目选择价格便宜身材小巧的，也不要选择，扭矩过大，功率过大或过小的步进电机，我们要选择合适的最优的电机。4.3.1步进电机步距角计算我们所选择的电机，需要根据负载的大小，以及与丝杆的配合、功率的要求等因素相结合。步进电机步距角θb计算：我们接触到的步进电机有两相、三相、五相电机，相数指的是定子相数。他们的区别在于步距角的不同θb;通过相关公式我们可以求的步距角θb;通过查阅资料我们知道两相、三相、五相步进电机的转子齿数分别为50、40、48。步距角其中m代表定子相数z代表转子齿数c代表通电方式(C1=1表达单相轮流通电、两相轮流通电方式,C2=2则表示单、双相的轮流的通电流方式)通过公式我们可求得两相、三相、五相由公式我们也可以看出，转子内部齿数越多，步距角度就会越小，定子数如果越多，步距角度越小，通电方式的节拍越多，步距角度的越小；步进电机转速计算：通过公式我们求得步距角θb则我们设通电得频率为1000Hz则两相、三相、五相步进电机的转速由公式分别为（其中f代表通电频率）我们可以通过滚珠丝杆得转动惯量以及转矩来确定步进电机型号。是滚珠丝杆的铁的密度滚珠丝杆的惯性惯量Jx通过相关书籍的查找我们知道力矩得公式为（这里的F代表力大小，L代表力臂的长度）(这里的J代表转动惯量、β代表角加速度)查阅手册知道不同的物体，它的惯性的惯量计算巩式是有不同的，在这里的查到的公式中我们选择的的是圆柱体的惯性的惯量计算公式来计算由公式我们可分别算出、、滚珠丝杆的转动惯量20直径滚珠丝杆的转动惯量：Jx=3.14/32*7.9*10^3*(20*10^-3)^4=1.98*10^-11=1.24*10^-4kg*m2工作台与工作台负载惯性量、平动惯性惯量J（3-6）(其中P为导程,m为工作台的总重量)滚珠丝杆的导程分别为10mm；m=80N=8kg由公式工作台与工作台负载惯性量、平动惯性惯量J：J=8*(10*10^-3/2/3.14)^2=2.02*10^-5kg*m2有以上公式计算后可得到总滚动丝杆惯量（3-7）则滚珠丝杆的总转动惯量为J总=2.02*10^-5+1.24*10^-4kg*m2=1.4*10^-4kg*m2由上边的计算结构的出，我们的滚珠丝杆的转动惯量还有工作台的转动惯量，总的转动惯量，需要与电机的转动惯量匹配，一般选择电机的转动惯量为总转动惯量的3~5倍，电机转动惯量1.4*10^4kg*m2*3=4.2kg*cm2步进电机负载转矩计算负载转矩TLF负载力，已经计算知道负载力F=110NPb，丝杆导成，已经知道Pb=6mm=0.1mη效率，一般效率为0.85带入计算：TL=110*0.1/2/3.14/0.84=2.08N*m加速转矩TsTs=N转速，丝杆转速最大我们已经知道是1500rpmm质量工作台质量m1=8kg丝杆质量m2=p*l*1/4*πD2*l=1/4*7.9*10^3*3.14*(0.02)^2*0.4=2.48kg总质量m=8+2.48=10.48kg联轴器的质量m=0.1kg总质量m=8+2.48+0.1=12.68kgT1加速时间，一般是电机的固有特点，一般为0.25s带入计算得出Ts=2*3.14*1500*12.68*1.4*10^-4/60/0.25=1.11N*M总的扭矩为：T=Tl+Ts=2.08+1.11=3.19N*m步进电机固有频率估算值根据上述内容与计算，我们得到步进电机的基本参数为T=3.19N*m转速1500rpm转动惯量4.2kg*cm2选则宁波纳川自动化科技有限公司生产的步进电机863s40满足条件4.4其他强度校核与选型：强度校核：本系统主要采用气缸进行动作，气缸推力已经计算稳定出力40N，30N，180N气缸采用螺丝进行固定，本处校核螺丝安装强度与气缸施加的力对于40N，本处采用4个M4螺丝安装气缸，查询螺丝的拧紧力矩为T=3NM对于30N，本处采用4个M4螺丝安装气缸，查询螺丝的拧紧力矩为T=3NM对于180N，本处采用4个M6螺丝安装气缸，查询螺丝的拧紧力矩为T=6NMd1=4mm=0.004m，d2=6mm=0.006m螺丝预紧力F根据公式：T=KFd,计算得出（此处安全系数K=0.2）F=T/K/dF1=3/0.2/0.004=3750NF2=6/0.2/0.006=5000N计算F1=3750N，一个气缸四个螺丝，则F=3750/4=937N计算F1=5000N，一个气缸四个螺丝，则F=5000/4=1250NK值摩擦表面状况有润滑无润滑精加工表面0.100.12一般加工表面0.13~0.150.18~0.21表面氧化0.200.24镀锌0.180.22F=σ0×AsAs也可由下面表查出为8.78mm2螺纹公称直径d/mm33.545678101214161820222427303336公称应力截面积As/mm25.036.788.7836.65884.3115157192245303353459561694817σ0=（0.5～0.7）σsσs――螺栓材料的屈服极限N/mm2（与强度等级相关，材质决定）σs查表选择5.8级别400N/mm2螺栓强度等级8.89.810.912.9σs或σ0.2N/mm21802403203004004806407209001080带入公式得出F=σ0×Asσ0=937/8.78=106N/mm2σ0=1250/8.78=142.3N/mm2σ0=（0.5～0.7）σs<0.5*400N/mm2=200N/mm2满足要求4.5攻丝动力头的选择：通过上述计算，我们已经知道攻丝机的扭矩9N*m推力F=110N，选择台州市九创精密机械有限公司参数

型号转速攻丝能力(取决于同步攻丝机输数)行程调节范图(mm)伺服电机规格功率快进切削1轴2轴全行程螺厦(mm)(min')帽钢铝钢STV3-H108MAX

3,370调速范围

0-1999M20M16M14M12MAX2001.8KW220V三相/单相复定电流值B.0A0.3

0.5

0.7

0.8

1

1.251.5

1.75M20M16M14M12STV3-L108MAX

1600调速范围

0-960M14M12M10M8M14M12M8M6根据功率，选择STV3-H108最大转速2000rpm，最大出力3370N、最大孔径M20第五章：电气控制部分4.1程序的设计：4.2程序说明工作过程：按下开始按钮后，步进电机进行移动，移动到加工件处，攻丝机正转对加工件进行攻丝，攻丝完成后，攻丝机反转退回到原来的位置，之后夹爪部分的上下气缸移动，待夹爪加紧加工件后返回，夹紧气缸放松，将加工好的工件落下，然后上下气缸进行移动，将新的加工件放到加工位置。待上下气缸返回后，夹紧气缸将新的加工件夹紧，实现对加工件的更换。待全部流程结束之后重复步骤，以实现连续工作。程序段1：系统复位初始化，当设备刚上电的时候SM0.1初始化脉冲会接通，按下急停按钮的时候I0.2会接通，就会把自动步序VB0寄存器给清零从头开始，达到初始化的目的。程序段2：设备启动，当按下启动按钮I0.0，就会把10传送到自动步序VB0寄存器里。程序段3：等待有料信号，当感应器信号I0.3接近开关有信号的时候，传送20到自动步序VB0寄存器里。程序段4：移栽伺服上料处移动，VD100是上料位的设定参数，VD102是上料位的移动速度VD200是伺服的当前位置，VD202是伺服的当前移动速度，M1.0是伺服定位完成，当伺服的当前位置VD200和伺服的上料位设定位置VD100相等的时候，就会把30传送到自动步序VB0寄存器里。程序段5：上气缸下降，当自动步序等于30的时候，Q1.3线圈输出，上下气缸下降，当I0.5下降到位信号接通的时候，传送40到自动步序里。程序段6：夹爪气缸夹紧，当自动步序等于40的时候，线圈Q1.4输出夹爪夹紧，当I0.6夹紧信号接通的时候，传送50到自动步序里。程序段7：上气缸上升，当自动步序等于50的时候，Q1.2线圈输出，上下气缸上升，当I0.4上升信号接通到位的时候，传送60到自动步序里。程序段8：移栽伺服下料位移动，VD104是下料位设定的参数，VD106是下料位设定的移动速度，VD200是伺服的当前位置，VD202是伺服的当前移动速度，M1.0是伺服定位完成，当伺服当前位置VD200和伺服的下料位置VD104相等的时候，就会把70传送到自动步序VB0寄存器里。程序段9：上气缸下降，当自动步序等于70的时候，Q1.3线圈输出，上气缸下降，当I0.5下降信号接通的时候，传送80到自动步序里。程序段10：夹爪气缸松开，当自动步序等于80的时候，Q1.5线圈输出，夹爪气缸松开，当I0.7夹爪气缸松开信号接通，传送90到自动步序里。程序段11：上下气缸上升，当自动步序等于90的时候，Q1.2线圈输出，上气缸上升，当I0.4上升信号接通的时候，传送100到自动步序里。程序段12：顶紧气缸顶紧，当自动步序等于100的时候，Q1.7线圈输出，顶紧气缸伸出，当I1.1顶紧信号接通的时候，传送110到自动步序里。程序段13：前后旋转电机正转，前后步进电机前进，Q0.2和Q0.4线圈输出，两个旋转电机正转旋转，随后Q0.4和Q0.6步进电机前进线圈输出，步进电机前进。程序段14：等待钻孔完成时间，当自动步序等于120的时候，T40时间继电器开始记时，当记时等于10S的时候，传送130到自动步序里。程序段15：前后旋转电机反转，前后步进电机后退，Q0.3和Q0.7线圈输出，两个旋转电机反转旋转，随后Q0.5和Q1.1不进电机后退线圈输出，步进电机后退。程序段16：加工完成，顶紧气缸松开，回到初始步序，当自动步序等于140的时候，顶紧气缸Q1.6输出，顶紧气缸松开，当I1.1信号接通的时候，传送0到自动步序里，从而回到初始步序。4.3PLC介绍总结毕业设计已经快接近尾声了。我觉得时间过得很快。禁食的原因不是因为时间的流逝，而是因为每天都很充实。对于即将毕业的大学生而言，毕业设计的结束，代表了新的挑战的开启。在这次毕业设计中，我体会到了设计任务的艰巨，材料力学，理论力学，计算与选型等。每天都要查阅资料，翻看设计任务书，当然虽然累一点，但是看到我自己设计出来的作品，心里的喜悦超过了苦和累。通过本次毕业设计的练习，体会到毕业以后应当承担的机械工程师的基本能力要求，毕业后，我们可以更好地满足社会的要求。同时，本次毕业设计也是为了磨练学生在校学习期间对知识的掌握，填补课堂学习的不足，提高综合设计能力，实现专业方向。阅读学习大量前人写的参考文献，结合已经学到的知识，经过老师和同学们的多次耐心指导和交流沟通，我加深了专业技能的学习。我的导师勤勤肯肯，兢兢业业的态度，让我备受感动。同学之间的沟通与学习，使我快速的完成毕业设计，同学间的沟通与借鉴，也能更好的开展毕业设计，从而使事半功倍。毕业设计是大学最后一次自由空间来发挥和展示自己个人能力的事情，经过自己的努力去完成它。巩固知识，加深印象。这样的满足感和成就感是我设计过程中最大的快乐。作为即将毕业的机械系学生，毕业设计是我们大学生活的重要组成部分。毕业设计使我收获颇丰。我们在老师的带领下进行研究与学习，成长迅速。在毕业设计的前期的一段时间里,我初步了解设计的一些运作,熟悉原理和设计和图纸绘制，查阅了相关文献。指导我们的老师，在他的细心和耐心教导下，我很快就熟悉了相关的原理与知识，使自己的基础更牢固，技术更全面,总体能力有所提高。在毕业设计工作，最基本的技能就是使用画图软件了，我复习书本知识，看视频看网上教程学习，更熟悉了一遍知识点，能够按照老师的要求完成制图工作，技术的使用也大大提高。在毕业设计的过程中，要对所学的理论常识进行实践运用，通过这次毕业设计，使我向更深层次迈进，对我在未来社会立足有一定的推动作用。然而，我也意识到，如果我想独自在这个领域做好工作，就不可能依靠这个毕业项目。这也要求我在今后的学习和工作中一点点积累总体来说，这次毕业设计的接近尾声，使我初步了解到毕业设计的架构设置和工作流程、以及认识到从事设计工作的复杂与仔细，加深对设计的理解。我相信我能充分吸取这次毕业设计的经验和教训，在未来的工作中提升自己，尽我所能成为一个能够为社会做出贡献的年轻人。

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\o"攻丝机的改造"\t"/kcms2/article/_blank"攻丝机的改造[J].孙正义.\o"科技创新与应用"\t"/kcms2/article/_blank"科技创新与应用,\o"2013(06)"\t"/kcms2/article/_blank"2013(06)[9]

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