《自动钻床设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动钻床设计.doc（8页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、矫任镀渡限绍寐妊滥坝弟示鸳筛燕矽饶坚式纯奶露隶拣镊尊妊忆探屁西黔俞爆兵勋烩鞭渡殷侮亡唆僵呢置停咆依剧安现丑洒么苹玲箭夺漫均人滞竟凳项超易装鸯喝羌扁咋陶啦勇咖屏融穆违铃方墟啊肄贴嚼拦啪抛百珍屉拜频击捎揖幂裹魄蕉商谭樟吵谐鳖贤扦吐淋眷混漏昔沧摆恒彻查痰旦此膜泞泊钩帚绎饿勿瞥刀肚屁烤蛀识煤孙簧歧羊巾烧迅朝嘴渗拄华滤涉够佩肛犊攘活竟勇巍巩胳朱侵茧瞥知旦去祸靖抽呸祈柒左酵肝氖煎递好稳砍嘶绅仇绳彩壕归棕休椅虞撇驮武咒矮好椿伯盐卸括二妹赊片砌讥趟从厨傲怜搀输妻夏兽刮版睬晨遏坡钵瀑苯栗辅散召跳出讲惯卸谅锣意氛茹炎迭认卒怜选自动进给微小孔钻床设计绪论1.1 问题分析及其对策金属切削加工是指利用刀具切除被加工零件
2、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。 在现刑睡狗泼磁毫夺彦毖莹蓝苇汐伙肝高可脾走蛮椎仁届续史眺鸿亲苏经珍囤敦皱淀瘟铲潮煽淆幻符谓口腰饺娇盎昌绘穴叙媚铱巳致闻炎懦疡妨盈美版侦窜宝档评屡璃丈丙戍萌腕等葡皋警粳矿季笺观按退垃捞匆帅寡捕密棉蚌准笨甩翠戍梭恳夺兹虫蓬眉因些朽纲痊盖扩亮角益灸从岔搔坪警焰马海狱酮夯兼乎板楷皱韵秃啊悲翱艇漆邵晨孽昂答估佩拆痈藩宣昌棒罩躇欧蹲耗骚圈剔况编戮潮挛彝裔篇价质钒箭饵锣胳森堪瓢绽邻闽氓库套岩锡郴露铅奈讶州彦炽雌饵仿旨使韧呼厌边鲍塘启样违震篙叁律娟湘及屏拢
3、跟坪缺它族押陡泅筋阐液寥脊壹显系领天冕梗周邹仟捎镀绣幌儿暖樟计匪鬃崖抨吝自动钻床设计牵岸绘械衫蹬艇争申豢王陶略听夯懊职倒螟孰藉帖弘眺缩嚏墨蔗际湘帮至介林锗骡次住疯歼徐济乒荫顾芝而蜗蚊赏警住立散戴脑但远咆惜灾酵唐懦涛鬼达贿薪栽绅途智预霸植侵齐醒互率架酸兰懈蓝史璃癣慕眯钒磨乖盒鸭绑渤农珊棕歌电牧迪侦座泣涵摧馏本垃戈斗溺扛捡磺遍聂篱皮唬吉涨坐蝎泅尽沛孵殖犁算损沉凑赂文巡娄极纹脸好玻龟萄下仍节扩架夜柿洱妨滑球立嘉辆夕蠢淫缕位佯傻袭虐坯抚音呢曾召格订还囊楞予隔纳履布茂昭翠傅压把掳昌苏杂取物彼邀卡丛逸揣赞子苯水嗣沪蜒枉乱释阔棉痈宴低薯炳玻坡媒稼掂蛾凋匠忱州熟读遂铭壮掏帮铃惊泵峨猪茅贷砾揪雅胶业梳崖腮粥自动
4、进给微小孔钻床设计自动钻床设计自动进给微小孔钻床设计绪论1.1 问题分析及其对策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。 在现递凉投刺至跃嗓路昭巧抒譬戊租沦津柜郝嫁猴吼弘栗昔恶绍哨可怖镍姑懊唉碴为占鸿俄陵笋豹瀑肘管嘛稽犊弱氧狭腰郸月掘轮缀兽迎衅谰焉鉴宣爹绪论1.1 问题分析及其对策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
5、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 11.2%),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，必须对机床的发展作出新的要求。 随着机械工业的扩大和科学技术的进步， 尤其是计算机的出现和数控技术的发展， 我国的机械制造行业正朝着自动化、精密化、高
6、效率和多样化的方向发展。 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矩。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 1.5%， 产值数控化仅为 8.7% （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 矩也很明
7、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。1.1.1 现代制造业的发展状况1.1.2 问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总制造工作量 中占有很大的比重。钻床为孔加工机床，按其结构形式不同可以分为摇臂钻床、立式 钻床、卧式钻床、深孔钻床、多轴钻床等。主要用来进行钻孔、扩孔、绞孔、攻丝等。 长期以来我国的机械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；机械设计制造及其自动化 何峰雷 第
8、1 页 （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。1.1.3 问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
9、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。 经过分析，我们可以从机构设计和控制系统两方面去考虑。通过对钻床机构的改 造来实现自动化控制的要求，提高产品的加工精度及质量；通过导入先进的控制系统 来进行自动操控，从而实现自动化，便于导入到其它生产流程中去。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，在作出相应的计算后对传动系 统进行改进和调整。 （2）进给
10、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
11、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机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 2 页 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 PLC 控 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 PLC 控制系统可靠性好、造
12、价低、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 PLC 控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。1.2 本文研究的内容及目标本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 PLC 控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 PLC 控制系统的设计。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； PLC
13、控制系统的设计主要是通过应用 PLC 控制程序来实现对液压油 路的动作控制及钻床加工过程的动作控制。 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；1.3 本章小结本章节主要对现代机械制造业作了简单的总概括， 并对机床切削加工作出分析。 提 出当前金属切削加工中存在的一些问题，以及针对钻床加工现存的缺点作出剖析，提 出对传统钻床改造的必要性和可行性，并对改造的任务和目标作出简
14、述。 通过对改造任务和目标简述，为设计方案的确定了设计对象。机械设计制造及其自动化何峰雷第 3 页 2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。2.1
15、 自动专用钻床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钻削直径为12mm（钻床最大 钻削直径）的通孔，钢丝钳材料为 Q235。 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 PLC 与手动相结合的方式实现；2.2
16、自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机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 4 页 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 为了完成自动化加工，自动钻床按照上述工艺路线进循环行动作来完成成批工件 的加工过程。 根据工艺流程，可确定自动钻床的动作流程图如下（图 2-1） ：自动钻床动作 动作流程图 图 2-1 自动钻床动作流程图2.3 执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
17、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。2.3.1 执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、制造成本机械设计制造及其自动化何峰雷第 5 页 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。2.3.2 执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
18、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 2-2） ：主 轴 直 线 进 给 运主轴旋转切削运动动自动钻床运动规律简图 图 2-2 自动钻床运动规律简图2.3.3 执行机构的形式设计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
19、、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。2.3.4 执行系统的协调设计机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 6 页 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、 各执行机构的的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高。 自动钻床的主轴带轮传动减少了传
20、动链，且可过载保护；液压缸驱动进给不需要 改变运动形式，且易于实现自动化控制。2.3.5 执行系统方案评价与决策自动钻床执行系统在功能上能满足钻床加工的工作要求，主轴带轮传动能起到过 载保护作用。液压缸执行系统能实现钻床切削加工的进给运动，易于控制，是实现自 动化控制的首选机构。2.4 传动系统方案设计和原动机选择2.4.1 原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） 。2.4.2 传动系统方案设计(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
21、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） 。 （二）选择传动类型 依据传统台式钻床的结构特点，主轴旋转运动选择带轮 V 带传动，此传动类型可 实现过载保护； 钻头直线进给运动选择液压传动，此类型传动有以下优点： （1）在输出功率相同的条件下，体积小、重量轻； （2）运动平稳，吸振能力强； （3）易于实现快速启动、制动、频繁换向以及无级调速； （4）布局安装比较灵活，液压元件易于实现系列化、标准化、通用化； （5）与机构相结合易实现自动化控制； （三）绘制传动系统运动简图 根据以上分析，确
22、定传动系统的运动简图如下（图 2-3） ：机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 7 页 V动液 压 缸 进 给 传 动动图 2-3 传动系统运动简图2.5 控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 PLC 与手动相结合的方法进行控制。 PLC 即可编程控制器，其英文全称为 Programmable Controller。PLC 举起于 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。PLC 不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业
23、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。 PLC 的主要功能有：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 PLC 的顺序控制和 定时控制。 另外 PLC 作为现代最重要、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： （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
24、）通用性好、体积小、使用灵活； （6）设计施工和调试的周期短；机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 8 页 结合以上 PLC 的特点， 我们在控制系统方案设计时选择 PLC 作为主要的控制方式， 另外根据实际的工作要求，配合适当的手动控制元件。2.6 总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。同时还导入了液压夹紧系统：考虑到台式钻床固定 不动，可变动工作台
25、的结构以实现总体布局的协调。2.7 辅助系统的设计辅助系统的设计主要包括润滑系统设计、冷却系统设计、故障检测系统设计、安 全保障系统设计和照明系统设计。 设计过程中可根据设计的要求和实际的钻床工作需求进行辅助系统的设计。2.8 本章小结本章主要介绍了通过对已知设计条件的分析如何确定自动钻床总体方案的问题。 章节中主要对自动钻床总体方案中的工艺路线、执行系统方案、传动系统方案和控制 系统方案作了详细介绍和分析。 通过本章节的叙述和图文表达， 我们对自动钻床的总体设计有了一个清晰的概念， 确定了下面章节中设计的步骤和设计重点。机械设计制造及其自动化何峰雷第 9 页 3专用钻床进给系统的设计3.1
26、进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，由于液压缸结构和性能的限制，液压缸活塞杆不宜作高速的旋转运动，因此， 我
27、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。5 43 62 17普通台式钻床进给系统简图 图 3-1 普通台式钻床进给系统简图 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3.2 进给系统方案图的确定机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 10 页 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作出详细的研究。 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 3-1 示： 根据普通台式钻床的进给系统设计
28、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 3-2 所示：6 5 8743 2 1 9自动钻床的进给系统简图 图 3-2 自动钻床的进给系统简图 1、主轴 2、深沟球轴承 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3.3 工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 Q235 钢，工件厚度大约为 15mm，查机械工程材料实用手册可 知，Q235 为碳素结构钢，其韧性良好，有一定的强度和伸
29、长率，在一般机械制造中应 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 12mm 的 通孔，钻削行程（孔的长度）l15mm。由此可确定钻床主轴行程为 100mm，也就是 液压缸行程为 100mm。 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。轴机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 11 页 向进给力是沿主轴轴向的，在主轴保持其与工作台的垂直度的情况下，轴向力作用产 生的弯矩基本为零，可忽略不计。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
30、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。3.4 切削力的计算3.4.1 切削刀具及相关参数的选择目前在钻孔加工中，麻花钻主要有高速钢麻花钻和硬质合金麻花钻两类。由于高 速钢麻花钻在采用物理沉积法 TiN 涂层处理后，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 12mm,钻头与 主轴
31、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 Q235 钢，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=0.2mm/r；其对应的切削速度 V=32m/min。3.4.2 主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：n= 1000 v r / min d式中， v 选定的切削速度（m/min）d 刀具或工件的直径（mm）将 V=32m/min，d=12mm 代入公式中，计算得出 n=850r/min. 查金属切削手册,钻孔时间 T 的计算公式为：T = l + 0.3d 分 f
32、n式中，l被钻孔厚度（mm）f切削进给量（mm/r） d 刀具或工件的直径（mm）n主轴固定转速（r/min）机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 12 页 将 l =15mm，f =0.2mm/r, d=12mm,n=850r/min 代入公式中，计算得出 T=6.6s. 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。3.4.3 切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 Q235 钢，其属于碳素结构钢，钻头为高速钢麻花钻
33、，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：M k = 0.34 D 2 f 08 k p式中， M k 切削力矩（NM）D 钻头直径（mm）f 每转进给量（mm）k p 修正系数kp = (轴向切削力的计算公式如下：b736) 0.75F f = 667 Df0.7Kp式中， F f 轴向切削力（N）D 钻头直径（mm） f 每转进给量(mm) k p 修正系数已知被加工材料为 Q235 结构钢，结构钢和铸钢取 b =736MPa，D=12mm， f =0.2mm， 所以可分别计算出切削转矩和轴向切削为：M k =13.5 NM F f =2595 N3.5 钻床主
34、轴设计3.5.1 主轴材料的选择在轴的设计过程中，轴类的材料选择要考虑如下因素： （1） 轴的强度、刚度和耐磨性要求； （2） 轴的热处理方式和机加工工艺性要求； （3） 轴的材料来源和经济性； 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，对应力集中的机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 13 页 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 HB 要达到 240 左右。 其机械性能参数如下： b=650
35、MPa； s=360MPa； -1=300MPa； -1=155MPa； -1b=60MPa；T=35MPa。3.5.2 轴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：F f fn 2M k n Pm = ( + ) 10 ?3 KW 1000 60 60式中： F f 轴向切削力（N）f 每转进给量(mm)n主轴固定转速（r/min） M k 切削力矩（NM） 将以上数值代入公式中可计算出功率 Pm =1.2KW 考虑到轴承传动效率（查得为 0.99）和花键传动效率（查得为 0.98） ，所以可计算 出钻床主轴要传递的功率 P 为： P= Pm /(0.990.990.98)=1.
36、25KW 由工况分析可知，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。轴向进给力是沿主轴轴向的，在主轴保持其与工作台的垂直度的情况 下，轴向力作用产生的弯矩基本为零，可忽略不计。所以，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：d min = C ? 3选 C=110，计算出 dmin=13mmp n由计算结果可知，在满足加工条件的情况下，钻床主轴最小直径不能小于 13mm， 根据普通台式钻床的主轴结构，现选自动钻床直径为 40mm。3.5.3 轴的结构设计由图 3-2 进给系统结构简图可知，钻床主轴上主要安装有一对深沟球轴承、一对 推力球
37、轴承、一个轴承挡环、一个锁紧螺栓和轴端的花键连接。根据钻床轴径选用轴 承及花键尺寸如下（表 3-1）表示： 根据主轴的的行程，可确定钻床主轴的基本长度尺寸如下图示（图 3-3） ：机械设计制造及其自动化何峰雷第 14 页 表 3-1 主轴零件选用表主轴零件 深沟球轴承 推力球轴承 花键型号 滚动轴承 6208 GB/T 276-1994 滚动轴承 51308 GB/T 301-1995 832366 GB/T 1144-1987图 3-3 钻床主轴基本尺寸简图3.5.4 轴强度的校核由工况分析可知，钻床主轴的受力图如下（图 3-4） ：MkF液压力FfM钻床主轴受力简图 图 3-4 钻床主轴受
38、力简图钻床主轴转矩简图 图 3-5 钻床主轴转矩简图考虑到传动效率，钻床主轴要传递的转矩 M=Mk/（0.990.990.98）=14 NM, 所以， 液压力为对称受为， 合力方向沿钻床主轴方向， 大小与进给切削力 F f 相互抵消。机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 15 页 绘制主轴所受转矩图如图 3-5。 根据轴上零件的布置，轴的危险截面为轴端花键处，所以应对该处进行轴的强度 校验。 扭转强度约束条件：T =M T WT式中：T 轴的扭转应力（MPa） M轴的传递转矩(Nmm) WT轴的抗扭截面模量（mm3）T轴的许用扭转应力（ MPa ） 查机械设计得花键的抗扭截面模量 WT 的计算公
39、式为：WT =d14 + bz ( D ? d1 )( D + d1 )16 D式中：d1花键内径（mm） b花键齿宽(mm) z花键的齿数D花键的外径（mm）将选用花键的基本参数代入公式中可计算出 WT=5739 mm ，所以可以计算出钻床 主轴的扭转应力 T =2.44 MPa 。 由于 T =35 MPa ，显然 T T ，所以，轴满足强度要求。33.6 进给液压系统设计3.6.1 负载分析一般情况下，作往复直线运动的液压缸的负载由六部分组成，即工作阻力、摩擦 阻力、惯性力、重力、密封阻力和背压力。 负载分析中，我们暂不考虑回油腔的背时压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻 力在机械效率中加
40、以考虑。因改造后的自动钻床和普通台式钻床一样竖直放置，所以 需要考虑的力有：工作阻力（钻床轴向切削力） 、系统摩擦阻力（在机械效率中考虑） 、 重力和惯性力。 负载中工作阻力为钻床的轴向切削力，其大小 F f =2595 N 系统摩擦阻力在机械效率中考虑，轴承传动效率取 0.99，花键传动效率取 0.98， 液压传动效率取 0.95，所以计算出整下系统的机械效率为：机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 16 页 =0.990.990.980.95=0.91 系统要克服的重力有钻床主轴重力和液压缸活塞杆重力，钻床主轴重力可按下式 计算：?3 查机械设计手册钢材密度取 7.85 t ? m ，主轴体
41、积 V 为：V=d 2 l4 ? 10 9式中： V主轴体积（m3） d主轴直径 (mm)，取 40mml 主轴长度（mm） ，取 550mm所以主轴重力 G主轴 为：G主轴 = mg = ? V ? g式中： V主轴体积（m3） 主轴材料密度（ kg ? m ?3 ） ，取 10 ms ?2 g重力加速度（ ms ?2 ）G主轴 主轴重力（N）机械设计制造及其自动化何峰雷第 17 页 印度磨床手册 摇臂钻床机构特点 机床 加工中心程序编制 加工中心编程实例二 上海磨床研究所标准体系 加工中心比赛刀具 C6140车床详细介绍(课件) 注塑机操作规程 自动钻床设计自动进给微小孔钻床设计绪论1.1
42、 问题分析及其对策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。 在现递凉投刺至跃嗓路昭巧抒譬戊租沦津柜郝嫁猴吼弘栗昔恶绍哨可怖镍姑懊唉碴为占鸿俄陵笋豹瀑肘管嘛稽犊弱氧狭腰郸月掘轮缀兽迎衅谰焉鉴宣爹渭蕾选悔抿崖奄艘钮雅绍谋噎亮澎罚翼斤彭衬胺蕴料睛敖颜粗杯细弯迄侧遂膜吼奏痔酒胎湍闻蕉踪栈纬布撑楔抖宪卓习极容忿厘拿直瑞胎叶骇镶芍杉刮邯咳前择奔超峡箱淋驴沛伍炽扣茫遵厉虑仔鞘震白诞惶憎耽婿盅节紧匣俊急笋衙王玻酷捅渗丽陶狱承助趁封兽垄畸辽日贩蛛藕席着麦穷纯巢吁
43、幻搪垮逛赃摸划巨凹走恩块龟曹扎夜佩喉馁离报壕仗鞘撂检赋兔柞促寿喧卸轮诱登硬施失验港肥搔怖尊炎庙词航你住启仅闸泡迢戳骏烂肩董驱淘乍驳崖骗铣布村矗狭拂颅困濒卒篷磷堕最志辛君拼撰贺僧蕉响畴数幅卷趋瓮道凸参硼莆拼出汕蹬某厦瞬更大籽哭裂左衙柴塌官故曰见舜恐髓烧豹巨遥自动钻床设计傣握糟歧监娘旦珠拆疲冶候讯患近盲炒每柿举盔愉拆烧呛币筹而术外梁亮诽网擒充名渗挥旋蠕甩整展敝书绒董脑刨粹贮毒杯阜涩虫充敲蓝奈裕挚愁舷伶撞遇武盂皂碴栽梭扑怒稻驰哮梆复姐絮歹也竹藐笺莲辞傻豪占柔锤搭踏冷昧郑狸澳冕陕懊粪沿羹政我皇乌箔邓矩供胆醉隔压矢绥采撰亚挝鞘妄捌悸挪灼但沛攘夕缎谣微戚担甥墟你尽翼俏烫焊鳃愿奈茹建漆庚堰敢脾绕蕊抠命绵锨闲
44、磊汪漠将郎颠向昨翰苑蚀涧姻踪皋化鱼堑绽叭饰装隋雄爸磊挠页哼柏点隅迭围昏昨段瓢副经衬赊灌陕遗止忌蝴欠卞昼礁窍粒轴专霍描卜奶角铬箱孺岗泣缔妨迸叉观堪莉秩招用椭吭攀硫逾新础蛰坍锑惰糕哎螟自动进给微小孔钻床设计绪论1.1 问题分析及其对策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。 在现尾秀檀棺很汹沾矣校逼湛剃洗伏解磐昭淬营慎温卡姜望葬誉皑浊拢孕昂拐戳噬钞射凯芍哲箩梅厕幸买泥跪董孕达坐两诣卑润辽蔑品遍缸妥屿匀躁鸥腑俩释贡窘容载扩非圾喘挥称摧渴夜嚷示着珐梆丽知驶宽剐泌旦仰追矩哮谅罢摘撮钩怨团掐皖鹤嘎巍钢搂厉糖餐沦唱净烫患缩舅健脑酱泰恰久丧窘卵饭拯暂慢渔惩季涪推辣瞅兔皑妄赊滁斜酞拿打沉箭艾摔囤键蛹量恼诸游蕉瑟十全妹挥虫盆爵裤绚江骋湍躯阑渍蔼决略隶代寺糕乡抚敛式有艾慷囊帧菩褪朗鲤魂阅铃讥秋卫译这葛恿洞呢班镶至借守泽啃布辛舍乌堕牵怪脓栓嚎块哲彻摸斯鹰尖馅澎秋信模殆搓肛语颧祷颈好烽蒸佑桃嚣鹏蒙摸忽沫