立式多軸鉆鉆床設(shè)計(jì)-多軸鉆孔自動(dòng)升降機(jī)工件架機(jī)械設(shè)計(jì)及鉆模頭說(shuō)明書

摘要機(jī)械現(xiàn)代化加工行業(yè)里面，專業(yè)化的機(jī)床現(xiàn)在需求是非常大的。普通的鉆床在進(jìn)行工作的時(shí)候產(chǎn)生的強(qiáng)度是很大的，而且專業(yè)性也不高，生產(chǎn)效率也是比較低的，加工出來(lái)的產(chǎn)品精確度沒有保證；但是多軸專用的鉆床就不一樣了，在進(jìn)行操作的時(shí)候沒有那么復(fù)雜，而且很簡(jiǎn)單就可以上手了，一般情況下設(shè)備不會(huì)有故障出現(xiàn)，工人操作起來(lái)比較輕松，工作時(shí)候安全性能也是比較高的，這樣一來(lái)整個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)效率就大大的提高了?；谏鲜鲈虮疚膶?duì)立式多軸鉆工件架及鉆模頭進(jìn)行設(shè)計(jì)。在查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解和掌握多軸鉆床的工作原理、工作特性、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)等內(nèi)容，對(duì)本次設(shè)計(jì)的總體方案進(jìn)行選擇、分析論證與確定，對(duì)總體方案中涉及到的多軸鉆工件架及鉆模頭進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)、計(jì)算與校核。在完成了主要的設(shè)計(jì)和計(jì)算后，通過(guò)proe三維繪圖零件對(duì)本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)體造型，用AutoCad二維繪圖零件對(duì)產(chǎn)品總裝配圖及主要零部件圖進(jìn)行繪制。之后，將論文的寫出來(lái)。通過(guò)上面的設(shè)計(jì)、分析和計(jì)算，圓滿的完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的所有任務(wù)，在鞏固大學(xué)所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，還為自己步入社會(huì)夯實(shí)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：立式多軸鉆、工件架、鉆模頭、設(shè)計(jì)、proe、AutoCadABSTRACTModern processing machinery inside the industry, specialized machine tool demand is now very large. Strength during normal drilling work when generated is great, professional and not high, production efficiency is relatively low, the processing of products precision is not guaranteed; but dedicated multi-axis drilling machine is not the same, when performing the operation is not so complicated, and very simple to get started, under normal circumstances the device will not have a failure, the workers operate more easily, when the work safety performance is relatively high, so that the productivity of the entire apparatus greatly improved.For these reasons this article will be multi-axis vertical drilling and drilling of the workpiece holder die design. Now at home and abroad on the basis of relevant information, to understand and master multi-axis drilling works, operating characteristics, current situation and development trend of the contents of this overall program design selection, analysis and appraisal and determination of the overall program It relates to multi-axis drilling jig head and a workpiece holder for detailed design, calculation and checking.After the completion of the main design and calculation, by proe three-dimensional mapping parts of the design of the product solid modeling, dimensional drawing with AutoCad part of the product general assembly drawings and parts diagrams major draw. Thereafter, write papers. Through the above design, analysis and calculation, the successful completion of all the tasks of the graduation project, in the consolidation of the university is knowledge, but also lay a solid foundation for themselves into the community.Keywords: Multi-axis vertical drilling, the workpiece holder, the jig head, design, proe, AutoCad - 8 -目 錄摘要IABSTRACTII第一章 緒論31.1 本課題研究的背景31.2 本課題設(shè)計(jì)的目的及意義31.3 多軸鉆床的簡(jiǎn)介41.4 多軸鉆床的應(yīng)用51.5 多軸鉆床的研究現(xiàn)狀61.6 本課題研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線71.6.1 本課題研究的主要內(nèi)容71.6.2 本課題研究的技術(shù)路線7第二章 多軸鉆總體方案的設(shè)計(jì)與確定82.1 技術(shù)參數(shù)與設(shè)計(jì)要求的確定82.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定82.1.2 設(shè)計(jì)要求的確定82.2 多軸鉆總體方案的設(shè)計(jì)82.3 主要組成結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與確定102.3.1 工件架機(jī)械設(shè)計(jì)102.3.2 鉆模頭設(shè)計(jì)122.4 動(dòng)力所允許的工況條件12第三章 工件架的設(shè)計(jì)與計(jì)算163.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算163.1.1 氣缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算163.1.2 U型架的設(shè)計(jì)與計(jì)算203.1.3 傳動(dòng)臂的設(shè)計(jì)與計(jì)算213.1.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算223.1.5 四桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算233.2 夾緊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算243.2.1 鉆模板的設(shè)計(jì)與計(jì)算243.2.2 凸輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算243.2.3 螺栓螺母的選擇與計(jì)算27第四章 鉆模頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算294.1 定位套的設(shè)計(jì)與計(jì)算294.2 內(nèi)部芯軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算294.3 軸承的選擇與計(jì)算31第五章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與確定335.1 控制流程的設(shè)計(jì)與確定335.2 電氣原理圖的設(shè)計(jì)與確定355.3 控制元件的選擇與確定35結(jié)論37致謝38參考文獻(xiàn)39第一章 緒論1.1 本課題研究的背景用機(jī)床來(lái)生產(chǎn)產(chǎn)品的時(shí)候，鉆床工作的這個(gè)量是最多的。鉆床在整個(gè)設(shè)備上來(lái)說(shuō)其實(shí)就是對(duì)孔進(jìn)行的相關(guān)加工，有鉆孔，擴(kuò)孔，鉸孔，攻絲等。原來(lái)的時(shí)候，我們國(guó)家在進(jìn)行機(jī)械加工的時(shí)候，對(duì)孔進(jìn)行加工一般都是通過(guò)原始的鉆床來(lái)進(jìn)行的。不過(guò)，原來(lái)對(duì)孔進(jìn)行加工的這種鉆床在進(jìn)行加工的時(shí)候有很多不好的地方：1、機(jī)器自身不是自動(dòng)化的，如果生產(chǎn)的數(shù)量很多的話就沒有辦法進(jìn)行了；2、工人進(jìn)行操作的時(shí)候消耗的體能很大，工作效率不高，而且所在的工作環(huán)境非常不好；3、占用的人工非常多，在進(jìn)行操作的時(shí)候隨時(shí)會(huì)有情況出現(xiàn)4、生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品精確度很低，將工件裝夾到鉆床上的時(shí)候非常耽誤時(shí)間耗費(fèi)力氣；5、生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到要求；上面我們列出來(lái)幾點(diǎn)鉆床加工不好的地方，所以這種舊式的機(jī)床已經(jīng)越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要了，我們有必要對(duì)這種機(jī)床進(jìn)行改造了，這樣才能將生產(chǎn)效率提高，產(chǎn)品質(zhì)量提高，要能夠進(jìn)行自動(dòng)化的生產(chǎn)，減輕工人的工作負(fù)擔(dān)。1.2 本課題設(shè)計(jì)的目的及意義通常來(lái)說(shuō)，一般的只有一個(gè)軸的搖臂鉆床，它的主軸上面只有一個(gè)鉆頭，這樣只能對(duì)一個(gè)孔進(jìn)行加工。但是，如果說(shuō)需要加工的產(chǎn)品數(shù)量很多的話，還是用這種方法來(lái)進(jìn)行的話，不僅工作效率非常差，而且工人的工作強(qiáng)度是很大的。所以，為了改善這種情況，我們可以在這個(gè)鉆床的主軸上面再多安裝一個(gè)多軸頭架，這樣一來(lái)同時(shí)加工的零件就多。這種結(jié)構(gòu)的鉆床在進(jìn)行生產(chǎn)的時(shí)候效率是很高的，而且加工的產(chǎn)品數(shù)量也比原來(lái)多了很多，并且產(chǎn)品的質(zhì)量還能達(dá)到要求。這種鉆床的結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單的，使用的范圍還比較大。我們這篇論文主要針對(duì)的是多軸鉆床進(jìn)行的研究，這種鉆床主要加工的是多孔零件，它的組成部分有底座、立體床身、鉆模頭以及液壓裝置等。專用的機(jī)床跟一般機(jī)床最大的不一樣就是，專用機(jī)床是專門為特定的工序來(lái)進(jìn)行工作的。所以說(shuō)，這種多軸的鉆床實(shí)際上也時(shí)一種工藝加工機(jī)器。因?yàn)檫@個(gè)機(jī)床是專門為某一道工序服務(wù)的，所以機(jī)床具體的性能都跟產(chǎn)品的工藝有很大的關(guān)系。只有工藝合理合情的制定出來(lái)了，機(jī)床才能被合理合情的設(shè)計(jì)出來(lái)。1.3 多軸鉆床的簡(jiǎn)介多軸鉆床，在日常生活里面我們又叫他是多軸器、多孔鉆或多軸鉆孔器。這種機(jī)床專門是對(duì)孔來(lái)進(jìn)行加工的。這種機(jī)床最開始被研制出來(lái)是在日本，后來(lái)臺(tái)灣人也開始有，最后這項(xiàng)技術(shù)從臺(tái)灣引進(jìn)到我們內(nèi)陸地區(qū)。距今已有二十年的歷史。因?yàn)橐M(jìn)到內(nèi)陸的時(shí)間沒有多長(zhǎng)，現(xiàn)在很多企業(yè)還沒有看到這種機(jī)床。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它的結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單的，它所處的位置就是在鉆床或者是攻床上的刀頭子，而且軸有兩個(gè)以上，對(duì)孔進(jìn)行加工的時(shí)候是同一時(shí)間的。普通的一個(gè)多軸鉆床，加工一次開始加工出來(lái)的零部件數(shù)量大概有二十個(gè)左右，假如說(shuō)，再在這個(gè)機(jī)床上加一個(gè)氣壓或者是液壓的裝置，這樣，這個(gè)機(jī)床還可以自己調(diào)整進(jìn)度。 圖1.1 多軸鉆床立式鉆床不同種類：要進(jìn)行生產(chǎn)之前，一定要把鉆床上零部件的位置調(diào)整好，要讓這個(gè)需要加工的孔的中心線跟這個(gè)刀具的軸線是對(duì)準(zhǔn)的。進(jìn)行加工的時(shí)候，零部件的位置是不會(huì)有變化的，主軸在這個(gè)套筒里面進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)而且跟這個(gè)套筒一起順著軸的方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。工作的這個(gè)臺(tái)面和主軸箱可以順著立柱導(dǎo)軌對(duì)位置進(jìn)行調(diào)整，滿足工件的要求。立式鉆床的種類很多，有方柱型的，還有圓柱形的，還有排式的還有多軸坐標(biāo)式的，還有轉(zhuǎn)塔式的等等。下面具體來(lái)介紹一下。（1）排式鉆床這種鉆床通常立柱有兩個(gè)到六個(gè)，這些立柱跟主軸箱一起都在同一個(gè)底座的上面，將需要加工的產(chǎn)品安裝在每一個(gè)主軸的上面，這樣一來(lái)?yè)Q刀具的時(shí)間就大大的縮短了，加工的數(shù)量是中小型的。（2）多軸立式鉆床這種鉆床上面軸是可以進(jìn)行調(diào)整的，加工產(chǎn)品的要求不一樣，那么對(duì)軸進(jìn)行調(diào)整，所有的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源都是主軸箱，可以多很多個(gè)孔同一時(shí)間進(jìn)行加工，生產(chǎn)數(shù)量比較多。（3）坐標(biāo)立式鉆床在方柱立鉆的上面可以再加上一個(gè)十字形狀的工作臺(tái)，在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工的時(shí)候可以根據(jù)坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行。（4）轉(zhuǎn)塔立式鉆床這種鉆床在進(jìn)行控制的時(shí)候，一般都是用程序或者是數(shù)字，可以讓這個(gè)刀頭自己調(diào)整位置，主軸自己也可以進(jìn)行速度的調(diào)整，產(chǎn)品也可以根據(jù)需要改變位置，這樣就可以很多刀工序按照順序進(jìn)行生產(chǎn)。1.4 多軸鉆床的應(yīng)用按照有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，通常來(lái)說(shuō)一般的機(jī)床在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行切削的時(shí)候所耗費(fèi)的時(shí)間只有整個(gè)加工產(chǎn)品時(shí)間的百分之十五，別的時(shí)間都是用來(lái)做一些準(zhǔn)備工作或者是在生產(chǎn)中操作工作，還有后期的收尾工作。這樣看來(lái)，用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，索然說(shuō)效率提高了百分之八十五，但是前期投入的費(fèi)用是很大的。在有的時(shí)候，雖然說(shuō)在加工的時(shí)候效率高了，不過(guò)因?yàn)榱悴考且粯拥?，成本反而降不下?lái)。所以，我們要盡可能的將生產(chǎn)時(shí)間剪短。加工的方法不一樣，那么它的特征也就是不一樣的，針對(duì)鉆削加工這個(gè)來(lái)說(shuō)，多軸加工耗費(fèi)的成本沒有多高，但是生產(chǎn)效率確實(shí)可以提高的。多軸鉆床現(xiàn)在多半都是用在機(jī)械加工領(lǐng)域，對(duì)孔進(jìn)行加工，對(duì)絲進(jìn)行加工。舉個(gè)例子，在車上面很多多孔的元件就要通過(guò)它來(lái)進(jìn)行加工。多軸鉆床的類型有兩種，一種是可以調(diào)整，一種是不能調(diào)整?？梢哉{(diào)節(jié)的這個(gè)鉆床，在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工的時(shí)候，它主軸是多少個(gè)，還有每個(gè)主軸之間的距離是多少這些都可以進(jìn)行調(diào)整。在進(jìn)行產(chǎn)品加工的時(shí)候，進(jìn)度也可以進(jìn)行調(diào)整。這種鉆床加工出來(lái)的產(chǎn)品精確度是很高的，工作效率也是大大提高了，不僅降低成本，工人的強(qiáng)度也降低了。1.5 多軸鉆床的研究現(xiàn)狀當(dāng)今社會(huì)，機(jī)械這個(gè)行業(yè)的發(fā)展是非常迅猛的，機(jī)械生產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)也比原來(lái)先進(jìn)了很多，多軸機(jī)床可以使用的地方也是很多的，舉個(gè)例子：汽車、鋁鑄件殼體、制動(dòng)鼓、剎車盤等等，不一樣的多軸鉆床，它的特征也是不一樣的，接下來(lái)就具體來(lái)說(shuō)一下。對(duì)多軸鉆床進(jìn)行分類：可調(diào)式和固定式。一 可調(diào)式：這種類型的鉆床組成部分是齒輪箱還有萬(wàn)向節(jié)頭，因?yàn)檫@個(gè)萬(wàn)向節(jié)頭是可以進(jìn)行活動(dòng)的一個(gè)零部件，所以在一定的范圍里面進(jìn)行左右移動(dòng)。在對(duì)需要加工的孔的距離進(jìn)行調(diào)整的時(shí)候，不能因?yàn)辇X輪有一定的影響，可以多很多結(jié)構(gòu)的孔進(jìn)行加工，這樣一來(lái)適用的范圍是很大的，但是不好的地方就是產(chǎn)品的精確度得不到保證，一旦使用的時(shí)間長(zhǎng)了以后，跑位率是高的?？梢詫?duì)數(shù)量不是很多的產(chǎn)品進(jìn)行加工。二 固定式：這種鉆床主要針對(duì)的是一件產(chǎn)品加工的，按照零件之間的距離，布局，還有軸，也就是一個(gè)軸上一個(gè)產(chǎn)品。這種鉆床使用的時(shí)間是比較長(zhǎng)的，而且在換零部件的時(shí)候也是比較方便的，所以加工的產(chǎn)品精確度是很高的。根據(jù)需要加工產(chǎn)品的硬度可以將鉆床分成中切削型、重切削型和強(qiáng)力超重切削型三種。中切削主要使用來(lái)加工零部件的硬度是在150以下的。重切削是用來(lái)加工硬度在265以下的零部件，加工的零件大于十個(gè)或者是加工的孔在七個(gè)以上的。超強(qiáng)的是用來(lái)加工零部件硬度在265到330之間的材質(zhì)的。接下來(lái)具體述說(shuō)以下多軸機(jī)床的特征。1、現(xiàn)在我們國(guó)家的多軸機(jī)床大多數(shù)都是在原來(lái)的鉆床上加一個(gè)多軸器，之后因?yàn)槠л啴a(chǎn)生傳動(dòng)，人工在往皮帶上加潤(rùn)滑劑，設(shè)備就開始進(jìn)行工作了。但是這種設(shè)備的缺點(diǎn)就是剛性遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，再加上進(jìn)行加工的時(shí)候涉及的面沒有多大，加工的范圍也沒有多大，可以進(jìn)行加工的距離也沒有多遠(yuǎn)，加工出來(lái)產(chǎn)品精確度達(dá)不到要求。在操作這個(gè)機(jī)器的時(shí)候，是需要人工進(jìn)行的，生產(chǎn)效率不高。比較好的是價(jià)格方面是比較便宜的。適合對(duì)小一點(diǎn)的孔進(jìn)行加工，加工的零件質(zhì)量的要求不能太高。2、日本產(chǎn)的多軸鉆床，它的導(dǎo)軌是矩形的，齒輪帶輪皮帶，潤(rùn)滑劑添加的時(shí)候也是人工，鉆床的速度調(diào)節(jié)是通過(guò)液壓來(lái)進(jìn)行的。日本的多軸鉆床精確度是很高的，在進(jìn)行操作的時(shí)候?qū)τ诓僮鞴さ囊蠛艿?，這個(gè)鉆床在工作的時(shí)候效率是很高的，針對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求高的可以用這種鉆床。但是機(jī)器的價(jià)格是比較好的。3、新型多軸鉆床 引入日本最前沿的多軸鉆床技術(shù)，結(jié)合中國(guó)國(guó)內(nèi)的廠家的實(shí)際需求，創(chuàng)新研制出多軸鉆床。采用矩形導(dǎo)軌，齒輪傳動(dòng)皮帶換速，液壓自動(dòng)潤(rùn)滑，液壓無(wú)極調(diào)速，配備了先進(jìn)的液壓裝置，可自動(dòng)進(jìn)行快進(jìn)、工進(jìn)(工退)、快退、停止。鉆孔個(gè)數(shù)可隨工件要求在1-20個(gè)孔的范圍內(nèi)任意調(diào)整。而且售價(jià)相比日產(chǎn)多軸鉆床性價(jià)比要高很多。1.6 本課題研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線1.6.1 本課題研究的主要內(nèi)容我們這篇論文在設(shè)計(jì)多軸鉆床的結(jié)構(gòu)，還有多軸鉆床的系統(tǒng)，主要是建立在應(yīng)用機(jī)床上來(lái)進(jìn)行的。此外，立式多軸鉆的鉆模頭設(shè)計(jì)以及溫度傳感器的應(yīng)用和PLC控制是設(shè)計(jì)內(nèi)容的另一重要組成部分。設(shè)計(jì)的多軸鉆床要能夠達(dá)到下面幾點(diǎn)：（1）在生產(chǎn)的時(shí)候不間斷，而且是自動(dòng)化的，產(chǎn)品的質(zhì)量提高，生產(chǎn)效率提高；（2）減輕工人的勞動(dòng)力度；（3）設(shè)備在進(jìn)行工作的時(shí)候一定要溫度，能夠滿足加工產(chǎn)品的需要；（4）經(jīng)濟(jì)因素合理；1.6.2 本課題研究的技術(shù)路線1、在設(shè)計(jì)以前，我們要對(duì)多軸鉆孔機(jī)床的結(jié)構(gòu)還有工作原理熟悉一下，這樣方便我們對(duì)于多軸鉆孔機(jī)床主要零部件進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)；2、在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)多軸鉆孔機(jī)床的預(yù)期結(jié)果、適用范圍作一個(gè)明確的規(guī)定，以便于設(shè)計(jì)有一個(gè)明確的方向；3、通過(guò)設(shè)計(jì)原則對(duì)主要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核與確定，繪制三維實(shí)體圖、二維零部件圖，裝配圖；4、利用繪圖軟件設(shè)計(jì)出工件架及鉆模頭的機(jī)構(gòu)和合理布置等部分；5、設(shè)計(jì)出來(lái)的鉆床結(jié)構(gòu)一定要合理，緊湊，消耗的能量不能高。第二章 多軸鉆總體方案的設(shè)計(jì)與確定2.1 技術(shù)參數(shù)與設(shè)計(jì)要求的確定2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定根據(jù)多軸鉆孔升降機(jī)適應(yīng)不同的生產(chǎn)加工要求，設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)包括加工材質(zhì)、最大鉆孔直徑、加工范圍和精度等有以下要求：1、主軸數(shù)量在：8-16之間；2、最大孔直徑：鑄鐵14-20，鋼11-20；3、加工范圍：2804、主軸轉(zhuǎn)速范圍在：100-500r/min；5、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：氣壓驅(qū)動(dòng)，無(wú)級(jí)調(diào)速。2.1.2 設(shè)計(jì)要求的確定所設(shè)計(jì)的多軸鉆孔升降機(jī)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鉆孔，自動(dòng)定位，自動(dòng)夾緊的過(guò)程。1、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，圖紙圖面清楚，標(biāo)注完整，設(shè)計(jì)和繪圖過(guò)程符合國(guó)標(biāo)要求等。2、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度化高，操作安全、方便，工作可靠。2.2 多軸鉆總體方案的設(shè)計(jì)前面敘述了這么多，現(xiàn)在已經(jīng)知道鉆床最大的問題就是自動(dòng)化程度低，工作效率差，工人工作的強(qiáng)度太大，工作環(huán)境不好，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量不好。用普通的鉆床進(jìn)行生產(chǎn)的時(shí)候，因?yàn)槭侨斯みM(jìn)行操作，工作強(qiáng)度很大，加工出來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量不好，所以我們最首先要解決的問題就是要讓鉆床可以自動(dòng)化加工。同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)問題。圖2.1多軸鉆孔升降機(jī)設(shè)備圖1、工件架的組成通過(guò)對(duì)上面圖2.1升降機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)的分析，我們能夠知道工件架主要由傳動(dòng)系統(tǒng)和夾緊系統(tǒng)控制系統(tǒng)組成。工件架本身則有主要由鉆模板、凸輪、氣缸以及四桿機(jī)構(gòu)等組件組成。具體結(jié)構(gòu)如下圖2.2所示，圖2.2 工件架結(jié)構(gòu)圖2、多軸鉆鉆床多軸鉆孔升降機(jī)另外一個(gè)相對(duì)重要的部分就是多軸鉆床了。它的結(jié)構(gòu)是機(jī)頭、鉆模頭，升降臺(tái)及氣缸等組件組成。具體結(jié)構(gòu)見如下圖2.3所示。圖2.3 鉆孔升降機(jī)多軸鉆鉆床3、立式多軸鉆自動(dòng)升降機(jī)的整體機(jī)械運(yùn)動(dòng)描述如下：（1）當(dāng)設(shè)備接通電源后，工件架的氣缸機(jī)械運(yùn)動(dòng)并輸出動(dòng)力，通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)傳遞至凸輪，使之旋轉(zhuǎn)，并作用于加工工件左右兩側(cè)的邊緣位置，將工件升起。經(jīng)過(guò)水平校準(zhǔn)確保工件處于水平，再手動(dòng)調(diào)節(jié)上面四個(gè)背緊螺母并緊固，然后將下放的四個(gè)背緊螺母緊固，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)加工工件的夾緊。（2）工件的定位和夾緊完成后，將啟動(dòng)多軸鉆底座上的氣缸，推動(dòng)升降臺(tái)由初始位置向上垂直運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，機(jī)頭部分的電機(jī)工作，帶動(dòng)皮帶，齒輪帶動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)升降臺(tái)繼續(xù)升高，升至預(yù)設(shè)高度，即鉆頭將工件鉆孔完成時(shí)，限位開關(guān)即刻產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，通過(guò)PLC使升降臺(tái)開始下降。下移至初始位置時(shí)，限位開關(guān)產(chǎn)生信號(hào)使移動(dòng)托板停止移動(dòng)。工件的打孔工作完成。2.3 主要組成結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與確定要想將這個(gè)情況改善，主要從兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行改善，一個(gè)是工件架的機(jī)械設(shè)計(jì)，還有一個(gè)是鉆模頭設(shè)計(jì)：2.3.1 工件架機(jī)械設(shè)計(jì)1、傳動(dòng)系統(tǒng)工件架的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由氣缸、U型架、傳動(dòng)臂、傳動(dòng)軸以及四桿機(jī)構(gòu)組成。改進(jìn)之后要想達(dá)到生產(chǎn)的要求，計(jì)算出來(lái)相關(guān)數(shù)據(jù)以后，傳動(dòng)部分還要進(jìn)行改善。其傳動(dòng)系統(tǒng)詳見圖2.4。圖2.4 四桿機(jī)構(gòu)示意圖2、夾緊系統(tǒng)傳統(tǒng)鉆床的夾緊主要是手工操作，由壓板壓緊工件，由此造成鉆孔的垂直度超差，無(wú)法保證加工精度。采用新的設(shè)計(jì)，夾緊系統(tǒng)由鉆模板、凸輪以及背緊螺母和背緊螺栓組成，并在氣缸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的傳動(dòng)系統(tǒng)作用下對(duì)加工工件實(shí)現(xiàn)夾緊。從氣壓缸里面將動(dòng)力源帶進(jìn)去，之后通過(guò)氣壓來(lái)操作系統(tǒng)，這樣一來(lái)對(duì)零部件夾緊的時(shí)候就可以自動(dòng)化進(jìn)行了。為了實(shí)現(xiàn)工件的夾緊，偏心輪做圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度以頂起工件。背緊螺栓、背緊螺母固定不動(dòng)的時(shí)候，因?yàn)橛衅妮喌淖饔?，這個(gè)時(shí)候鉆模板還有零部件是緊緊的夾在一起的。此外，在借助背緊螺母的水平校準(zhǔn)調(diào)節(jié)的條件下，偏心輪還能起到使工件能處于水平的作用，確保在加工打孔時(shí)鉆孔的垂直度。圖2.5工件夾緊示意圖2.3.2 鉆模頭設(shè)計(jì)1、傳動(dòng)系統(tǒng)鉆模頭由外部的定位套、內(nèi)部芯軸及其兩側(cè)的軸承組成，鉆套芯軸的動(dòng)力頭由12根外向節(jié)連接桿和鉆頭連接。不同于市場(chǎng)上常見的鉆模頭長(zhǎng)槽設(shè)計(jì)，帶有定位套的設(shè)計(jì)能更好的保證鉆孔的同心度。下面是它的圖紙圖2.6 鉆模頭示意圖2、控制系統(tǒng)除了升降臺(tái)的上升、下降和鉆孔加工切削的動(dòng)作控制外，由于鉆孔加工過(guò)程中，鉆頭溫度的升高導(dǎo)致鉆頭磨損和打孔失效情況發(fā)生，我們將采用溫度傳感器來(lái)探測(cè)鉆頭的工作狀態(tài)?，F(xiàn)在使用的機(jī)床的控制系統(tǒng)一般都是通過(guò)電腦，電氣還有PLC來(lái)進(jìn)行的。如果控制系統(tǒng)用繼電器來(lái)進(jìn)行的話，那么在進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的時(shí)候是非常復(fù)雜的，后期進(jìn)行維修比較復(fù)雜，難度很大，這種控制系統(tǒng)很容易出現(xiàn)故障，用它來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制會(huì)影響正常的工作。用電腦來(lái)控制系統(tǒng)，成本是很高的，操作系統(tǒng)也是比較復(fù)雜的。用PLC來(lái)進(jìn)行控制的時(shí)候，可靠性是很好的，成本不高，工作時(shí)候穩(wěn)定性很好，程序編制的時(shí)候不復(fù)雜，而且用起來(lái)比較簡(jiǎn)單，靈活，所以這里我們選擇鉆床的控制系統(tǒng)就是PLC。2.4 動(dòng)力所允許的工況條件鉆床上面的立鉆是不是好用，我們?cè)谠O(shè)計(jì)之前要先驗(yàn)證一下。常用的驗(yàn)證方法有兩種：一是類比法，也就是比較加工零部件的機(jī)床的動(dòng)力，這樣就可以看出來(lái)用的這個(gè)動(dòng)力能不能達(dá)到要求。還有一種方法就是通過(guò)計(jì)算，將這個(gè)鉆床的切削功率還有動(dòng)力算出來(lái)，再進(jìn)行比較。按照說(shuō)明書的需要，通過(guò)公式算出來(lái)切削的速度還有切削力，切削效率，孔的直徑最大數(shù)值是20mm，在這個(gè)時(shí)候，不一樣的狀況下V、F、P是什么樣。因?yàn)檫M(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候功率會(huì)有損耗，一根鉆削軸可以收到的功率最大數(shù)值就是=1.33kw1、用高速鉆頭鉆孔時(shí)查閱有關(guān)資料里面的表格（），當(dāng)d=10mm時(shí)，最大進(jìn)給速度為f=0.25mm/r，對(duì)應(yīng)的切削速度：V=15m/min；軸向力：F=3010N轉(zhuǎn)矩：T=10.03Nm功率：P=0.51KW<=1.33KW查閱有關(guān)資料里面的表格，在d=10mm時(shí)，那么進(jìn)給速度最大的數(shù)值就是f=0.60mm/r，跟它匹配的切削速度：V=12m/min軸向力：F=3765N轉(zhuǎn)矩：T=13.93Nm功率：P=0.52KW<=1.33KW因?yàn)檫@個(gè)鉆床在進(jìn)給的時(shí)候速度達(dá)不到0.6mm/r，使用跟它差不多的f=0.57mm/r，之后再驗(yàn)算一次查閱有關(guān)資料里面的表格，可以將鉆、擴(kuò)、鉸孔時(shí)切削速度算出來(lái)（注：T為刀具的壽命）根據(jù)查閱表格里面的有關(guān)公式、公式里面代表的是修正參數(shù)，因?yàn)槭褂玫牟牧鲜怯脕?lái)進(jìn)行試驗(yàn)的，所以說(shuō)計(jì)算。2、鉆削結(jié)構(gòu)碳鋼（）時(shí)的切削速度V、軸向力F、轉(zhuǎn)矩T、功率P查表得：、有滿足功率要求。3、鉆削灰鑄鐵（190HBS）時(shí)的切削速度V、軸向力F、轉(zhuǎn)矩T、功率P查表得、有滿足功率要求。結(jié)合上面所說(shuō)的，在對(duì)碳素鋼進(jìn)行加工的時(shí)候用高速鋼鉆頭），對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行加工的時(shí)候用高速鋼，4、用硬質(zhì)合金鉆頭（YG8）鉆孔時(shí)通常，加工灰鑄鐵的時(shí)候用的鉆頭材質(zhì)是硬質(zhì)合金鉆，在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候硬度的值是190HBS，參考相關(guān)表格可以知道在進(jìn)行加工的時(shí)候進(jìn)給量的數(shù)值f=0.25mm/r查表得、有滿足功率要求。40第三章 工件架的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1.1 氣缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、負(fù)載分析進(jìn)行來(lái)回直線運(yùn)動(dòng)的氣缸承受的重量來(lái)自于六個(gè)方面，分別是工作阻力、摩擦阻力、慣性力、重力、密封阻力和背壓力。對(duì)這個(gè)承受的負(fù)荷進(jìn)行分析，回腔的背時(shí)壓力是需要考慮進(jìn)去的，需要考慮的因素有：工作阻力（鉆床軸向切削力）、系統(tǒng)摩擦阻力（在機(jī)械效率中考慮）、重力和慣性力。在收到一定負(fù)荷的時(shí)候，這個(gè)力是工作阻力，那么這個(gè)軸向的切削力的大小就是=2595 N我們已經(jīng)知道軸承在進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生的效率是0.99，花鍵在進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生的效率是0.98，液壓傳動(dòng)產(chǎn)生的效率是0.95，這樣可以通過(guò)下面的公式算出來(lái)總的機(jī)械效率：=0.990.990.980.95=0.91整個(gè)操作系統(tǒng)需要克服的重力有兩個(gè)方面，一個(gè)是鉆床主軸重力，還有一個(gè)是氣缸活塞桿重力，通過(guò)下面的公式算出來(lái)鉆床主軸的重力大?。翰殚営嘘P(guān)資料可以知道鋼材密度是7.85 ，主軸體積V為：式中：V主軸體積（m3）d主軸直徑 (mm)，取40mm；主軸長(zhǎng)度（mm），取550mm；所以主軸重力為：=式中：V主軸體積（m3）；主軸材料密度（）；g重力加速度（），取10；主軸重力（N）；算出來(lái)這個(gè)主軸的重=55N.因?yàn)檫@個(gè)軸上面的零部件有重力，氣缸也有重力，那么整個(gè)系統(tǒng)需要受到的重力的大小就是=200N。慣性力Fm說(shuō)的就是在動(dòng)的地方進(jìn)行啟動(dòng)或者是停下來(lái)的時(shí)候有一個(gè)慣性產(chǎn)生，查閱有關(guān)表格，計(jì)算按照下面公式進(jìn)行：式中，系統(tǒng)重力；重力加速度；時(shí)間內(nèi)的速度變化量；加速或減速時(shí)間；已知主軸系統(tǒng)重力G=200N；快進(jìn)行程70mm；工進(jìn)行程為20mm；按照實(shí)際的工時(shí)的要求，將主軸的速度可以確定下來(lái)3m/min；工進(jìn)速度為0.17m/min；加速、減速時(shí)間一般取t=0.2s；所以可以計(jì)算出慣性力： 向前快進(jìn)的時(shí)候，因?yàn)楸硥翰恍枰紤]，所以這個(gè)時(shí)候主軸因?yàn)橹亓Φ脑?，?huì)自己向下移動(dòng)，并且這個(gè)時(shí)候加速度的大小應(yīng)該是9.8，所以，氣缸向前快進(jìn)的時(shí)候受到的力的最大值是F=G=182N。在工作的時(shí)候，氣缸需要克服的力有工作阻力還有摩擦力，所以這個(gè)時(shí)候動(dòng)力由系統(tǒng)重力提供。這樣的話F=（-G）/，要想讓設(shè)計(jì)合理，這樣氣缸里面液壓的作用力是夠大的，在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候?qū)⒅亓Φ亩种粠氲焦嚼锩鍲=2742N。在向后退的時(shí)候，氣缸需要克服的力有重力還有摩擦力，這樣時(shí)候F=G/，需要將這個(gè)鉆頭推出工件的摩擦力退出來(lái)，在算的時(shí)候數(shù)值是0.89，那么F=225N。2、氣缸執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定2.1 初選氣缸的工作壓力表3.1 液壓設(shè)備常用的工作壓力表設(shè)備類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床L拉床工作壓力P1/（MPa）0.82.03528881010162032氣缸的工作壓力在確定的時(shí)候要按照液壓設(shè)備的種類來(lái)進(jìn)行的，按照鉆床在進(jìn)行工作的時(shí)候條件和要求，再查閱有關(guān)數(shù)據(jù)初選氣缸的工作壓力=3。2.2確定氣缸的類型及主要結(jié)構(gòu)尺寸按照任務(wù)書的要求還有鉆床主軸在工作時(shí)候的軌跡，使用的活塞桿是一根桿子的，這個(gè)活塞桿是中空的，方便主軸從里面穿過(guò)去；在這個(gè)活塞桿的兩頭都有軸承裝著，是為了將主軸固定起來(lái)。一根桿子的活塞桿的活塞桿從兩頭都可以伸出來(lái)，按照實(shí)際的需要，使用的活塞缸的類型是缸筒固定式的。下面就是它的圖紙： 圖3.1 缸筒固定式單桿活塞缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖自動(dòng)化鉆床工進(jìn)結(jié)束了以后，要想避免鉆通在加工好孔以后主軸忽然往前沖，在這個(gè)回路上要裝一個(gè)背壓閥。查閱有關(guān)表格回路背壓=0.8。通過(guò)表格可以看到，在這個(gè)活塞桿的兩頭都加軸承。深溝球軸承使用的滾動(dòng)軸承 6208 GB/T 276-1994，這個(gè)軸承外面的直徑大小是80mm，查閱有關(guān)表格，這個(gè)活塞桿的直徑就是=100mm。表3.2 活塞桿直徑系列（GB2348-80）（mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400通過(guò)查閱表格可以知道，在主軸的狀態(tài)是工進(jìn)是液壓系統(tǒng)受到的最大的負(fù)荷就是F=2742N，按照下面的公式將氣缸的有效面積算出來(lái)：式中氣缸內(nèi)徑（）氣缸活塞桿直徑（）, =100mm氣缸負(fù)載（）, F=2742氣缸工作壓力（）, =3回路背壓力（）, =0.8所以可計(jì)算也氣缸內(nèi)徑=117。氣缸內(nèi)徑選取的數(shù)值要進(jìn)行圓整。圓整后取=125。表3.3氣缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80）(mm)810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200220250320400500630氣缸的大小都定下來(lái)之后，根據(jù)最小的工進(jìn)速度算出來(lái)氣缸的大小。也就是確保氣缸的有效工作面積比最小穩(wěn)定速度的最小面積要大。即式中，流量閥的最小穩(wěn)定流量，=0.05氣缸的最低速度,=0.17A=2767=294,所以，這個(gè)系統(tǒng)的大小符合要求。3、氣缸材料的選擇確定氣缸用什么材料的時(shí)候注意下面幾點(diǎn)：（1）氣缸要有足夠的強(qiáng)度；（2）氣缸要有足夠的剛度；（3）氣缸要有很好的耐磨性能；所以，45號(hào)無(wú)縫鋼管作為氣缸的材料。4、氣缸壁厚和最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的計(jì)算通過(guò)氣缸的強(qiáng)度條件來(lái)算氣缸的壁的厚度。氣缸的壁厚說(shuō)的就是在氣缸里面最薄的地方，因?yàn)闅飧妆谟袃煞N，一種是薄的，一種是厚的。氣缸里面的直徑比上氣缸的壁厚，這個(gè)比值要是比10大的話，這個(gè)壁就是薄壁。一般來(lái)說(shuō)，氣缸里面的壁都是薄壁：經(jīng)過(guò)計(jì)算出氣缸壁厚=4mm。因?yàn)檫B接的時(shí)候跟缸筒連接在一起，那么氣缸里面的壁厚的數(shù)值就是=8mm。最小導(dǎo)向長(zhǎng)度說(shuō)的就是在這個(gè)活塞桿都伸到外面去的時(shí)候，活塞支撐面中間的點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)的支撐面的中點(diǎn)的這段距離就是對(duì)一般的氣缸，H要滿足下面的關(guān)系式式中：氣缸的最大行程；氣缸的內(nèi)徑。我們這篇論文里面氣缸的最大行程就是100mm，氣缸里面的直徑就是125mm，把數(shù)值代到公式里面進(jìn)行計(jì)算H67.5mm, H=70mm。5、活塞桿及活塞材料的選擇通常45號(hào)鋼作為活塞桿的原材料，因?yàn)樵谶@個(gè)論文里面氣缸是一根桿子，所以對(duì)這個(gè)原材料還要進(jìn)行調(diào)質(zhì)，還要淬火處理，在進(jìn)行淬火處理的時(shí)候深度是在0.5mm。活塞的原材料使用的是強(qiáng)度最高的鑄鐵，型號(hào)是HT200。6、活塞桿與活塞的連接方式及活塞密封裝置的選擇圖3.2 活塞桿與活塞連接方式及活塞密封方式圖活塞在連接活塞桿的時(shí)候方式有幾個(gè)，整體的，組合的。組合的這種聯(lián)系方式又分為螺紋的，半環(huán)連接和錐削連接，這篇課題使用的連接時(shí)卡環(huán)式的，好處就是結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，拆也好裝也好都簡(jiǎn)單。選擇什么樣的活塞還有活塞桿這個(gè)地方的密封圈，要根據(jù)密封這個(gè)地方所處的地點(diǎn)，還有壓力，溫度等等來(lái)確定。我們選用O型密封圈密封。氣缸蓋與氣缸連接的時(shí)候方式是法蘭連接。這種連接結(jié)構(gòu)是很簡(jiǎn)單的，加工起來(lái)也方便，裝也好，拆也好都方便。氣缸蓋進(jìn)行密封的時(shí)候是組合式的，還要再這個(gè)缸蓋的里面加一個(gè)金屬材質(zhì)的環(huán)。3.1.2 U型架的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、U形架的作用支撐所有零部件的裝置，也是機(jī)構(gòu)能夠有序工作的基礎(chǔ)，在我們考慮了機(jī)構(gòu)對(duì)所有零件重量的承受以后，還零件的合理設(shè)計(jì)還能夠?qū)φ麄€(gè)機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)動(dòng)，起到一定的助推作用。在我們進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先要了解機(jī)架零件一般要有以下要求：（1）足夠的強(qiáng)度和剛度；（2）形狀簡(jiǎn)單，便于制造；（3）便于在機(jī)架上安裝附件。我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)架要具有比較好的抗摩擦的性能，保證機(jī)架具有足夠長(zhǎng)的壽安，另外還要能夠保證機(jī)器在正常工作的時(shí)候擁有足夠的穩(wěn)定性。2、零件材料的選擇本次設(shè)計(jì)的U型架起固定和支撐零件的作用，經(jīng)過(guò)權(quán)衡確定選擇器材料為Q235L型角鋼。Q235的機(jī)械性能如下：抗拉強(qiáng)度伸長(zhǎng)率、。3、零件結(jié)構(gòu)的確定考慮到我們?cè)O(shè)計(jì)的工件自動(dòng)輸送機(jī)外部的形狀是比較的龐大的。我們采用Q235L型角鋼作為支撐。使用這樣的結(jié)構(gòu)可以將成本大大的降低，材料也可以少用一點(diǎn)，同時(shí)設(shè)備的性能也能得以確保。具體結(jié)構(gòu)見零件圖。3.1.3 傳動(dòng)臂的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、傳動(dòng)臂的作用前面的零部件，后面的零部件都連接在一起，將動(dòng)力還有運(yùn)動(dòng)都傳遞出去。要求擁有足夠的強(qiáng)度和剛度；形狀簡(jiǎn)單，便于制造。2、零件材料的選擇在這篇論文里面，傳動(dòng)臂的原材料是45號(hào)鋼，而且還要對(duì)這個(gè)材料進(jìn)行一個(gè)熱處理。3、零件結(jié)構(gòu)的確定在對(duì)傳動(dòng)臂進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們采用的方法是確定了前后零件的位置，通過(guò)proe繪圖而后確定其位置和形狀。具體結(jié)構(gòu)見零件圖3.3。圖3.3 傳動(dòng)臂結(jié)構(gòu)圖3.1.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、傳動(dòng)軸軸最大轉(zhuǎn)矩2、作用力圓周力：徑向力：3、確定軸的最小直徑軸使用的材料是45號(hào)鋼，還要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，查閱有關(guān)表格，這個(gè)軸最小的直徑大小就是A=115，那么可以知道鉆削碳素鋼用高速鋼鉆頭鉆削碳素鋼用高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵的時(shí)候用硬質(zhì)合金鉆頭在這個(gè)軸的上面開一個(gè)鍵槽，這個(gè)時(shí)候軸的強(qiáng)度就會(huì)降低，軸的直徑要加大一點(diǎn)。這個(gè)軸的上面有一個(gè)鍵槽的時(shí)候，軸的直徑加大的數(shù)值大概是35%，故4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）將這個(gè)軸上面零部件怎么安裝的方案制定下來(lái)；（2）順著這個(gè)軸的方向進(jìn)行定位，需要確定這個(gè)軸每一段的直徑大小還有軸的長(zhǎng)度；（3）軸的強(qiáng)度校核（1）求軸的載荷一開始要按照軸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖紙將它的計(jì)算圖紙畫出來(lái)，將這個(gè)軸承的支點(diǎn)地點(diǎn)確定下來(lái)之后，因?yàn)樗艿捷S這個(gè)方向上的力量，軸的強(qiáng)度是沒有什么關(guān)系的，但是這個(gè)銅套在跟軸進(jìn)行配合的這個(gè)地方當(dāng)做是墻壁。按照這個(gè)軸計(jì)算圖紙可以將這個(gè)軸的彎矩圖，扭矩圖還有當(dāng)量彎矩圖畫出來(lái)。根據(jù)這個(gè)軸的結(jié)構(gòu)還有彎矩圖可以知道，當(dāng)量彎矩在A截面上是最大的，也就是這個(gè)軸的危險(xiǎn)截面。A截面處的及的數(shù)值如下彎矩和水平面垂直面合成彎矩扭矩當(dāng)量彎矩（2）校核軸的強(qiáng)度軸使用的原材料是45號(hào)鋼，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)以后，則，即5865N/mm,取，軸上面的應(yīng)力是通過(guò)算出來(lái)的結(jié)果，可以看出來(lái)這個(gè)軸的強(qiáng)度是達(dá)到需要的。3.1.5 四桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、四桿結(jié)構(gòu)的作用平面連桿機(jī)構(gòu)在很多領(lǐng)域都在使用，主要用于傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。2、零件的采用本身設(shè)計(jì)的桿件主要有3個(gè)，即連桿1、2、3。比較之后我們使用的材料還是45號(hào)鋼。該材料綜合性能較好。3、桿件結(jié)構(gòu)的確定曲柄要想存在在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)里面：（1）曲柄在整個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)里面是最短的；（2）在曲柄機(jī)構(gòu)里面最短的桿長(zhǎng)度加上最長(zhǎng)的桿長(zhǎng)度最終結(jié)果要比另外兩根桿相加的和還要小。上面說(shuō)的這兩地那都是必須要存在的要求。因此，當(dāng)各桿長(zhǎng)度不變而取不同桿為機(jī)架時(shí)，可得到不同類型的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。（a）在這個(gè)機(jī)構(gòu)里面，跟最短的桿子靠在一起的部分就是機(jī)架的時(shí)候，最短的就是曲柄，還有一個(gè)就是搖桿，所以又叫做是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。（b）最短的這個(gè)桿子就是機(jī)架，別的連架桿就是曲柄，這個(gè)就是雙曲柄機(jī)構(gòu)。（c）設(shè)定最短的這個(gè)桿子的對(duì)面就是機(jī)架，那么這個(gè)連在一起的架子不能一起進(jìn)行整周的運(yùn)動(dòng)，就是雙搖桿機(jī)構(gòu)。本結(jié)構(gòu)是上述三種基本結(jié)構(gòu)的演化。本次涉及到的桿件其長(zhǎng)度和截面具體結(jié)構(gòu)見零件圖。3.2 夾緊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.2.1 鉆模板的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、鉆模板的作用其主要作用安裝鉆套引導(dǎo)鉆頭對(duì)需要加工的進(jìn)行進(jìn)行鉆孔，是鉆床上面不可或缺的重要組成部分。2、鉆模板材料的確定經(jīng)過(guò)分析我們能夠發(fā)現(xiàn)其主要作用是安裝鉆套，對(duì)鉆模板本身而言不承受切削力，因此，我們將其材料定為Q235鋼板。3、鉆模板結(jié)構(gòu)的確定在進(jìn)行鉆模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們需要結(jié)合零件本身的形狀和鉆床的布局。本次設(shè)計(jì)的鉆模板結(jié)構(gòu)詳見零件圖或裝配圖。3.2.2 凸輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、凸輪的作用為了實(shí)現(xiàn)工件的夾緊，偏心輪做圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度以頂起工件。偏心輪的支撐作用使鉆模板與工件處于夾緊狀態(tài)。2、凸輪材料的確定材料是不是能夠正確的選擇，材料是不是選擇的合理、對(duì)整個(gè)材料的綜合影響是比較的深遠(yuǎn)的。因?yàn)檫@不僅僅是零件造價(jià)的問題，也有可能是機(jī)器能不能正常的工作和運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。在進(jìn)行詳細(xì)的分析和權(quán)衡以后，本次設(shè)計(jì)的零件其材料，我們確定為45鋼。3、凸輪軸的技術(shù)要求。（1）凸輪的位置精度；（2）凸輪的形狀精度。4、反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)原理在我們對(duì)該方法講述的時(shí)候，我們將采用尖底偏置的直動(dòng)從動(dòng)件作為我們分析和簡(jiǎn)述的方案。在圖靜止，我們可以運(yùn)用這里講述的反轉(zhuǎn)的方法作為設(shè)計(jì)和分析的依托，具體構(gòu)造圖見3.4。這樣繪制的好處是能夠保證整個(gè)機(jī)構(gòu)中在圓周方向上面轉(zhuǎn)動(dòng)了一定的角度以后，這里面的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的原點(diǎn)是O。這樣運(yùn)動(dòng)以后的后果是從動(dòng)的動(dòng)作件和主動(dòng)的動(dòng)作件在互相動(dòng)作的前提下，主動(dòng)件是包成原有的位置不發(fā)生任何變化的。固定不動(dòng)的零件和從動(dòng)的動(dòng)作件也將在圓周的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。這樣的動(dòng)作是往復(fù)工作和運(yùn)轉(zhuǎn)的。根據(jù)這種關(guān)系，得到凸輪輪廓曲線。圖3.4反轉(zhuǎn)法通過(guò)上面講述的方法，經(jīng)過(guò)一系列的總結(jié)，我們得到了下面的設(shè)計(jì)步驟：（1）以r0為半圓的切點(diǎn)，導(dǎo)路始位置。（2）通過(guò)把位移干等分。 （3）自O(shè)C0開角、近休止角，在基圓件位移線點(diǎn)。（4）畫切線，分別相切于C1、C2、C3等。（5）沿以量。（6）把B0、曲線。圖3.5 凸輪輪廓曲線本次設(shè)計(jì)的凸輪其結(jié)構(gòu)圖如下：圖3.6 凸輪結(jié)構(gòu)圖3.2.3 螺栓螺母的選擇與計(jì)算在多軸頭中螺紋比較重要，需要進(jìn)行校核。（1）螺栓材料及其性能等級(jí)螺栓材料：45鋼；性能等級(jí)：查表選6.8級(jí)；，（2）螺栓受力分析計(jì)算螺栓處在頭架這個(gè)地方的時(shí)候，受到的重力知識(shí)介輪軸向下的重力，大概這個(gè)力的重量應(yīng)該是。受到的力量就是P=5.59.8=53.9N 螺栓工作拉力F=P/Z=53.9/1=53.9N殘余預(yù)緊力，查表選螺栓總拉力相對(duì)剛度系數(shù)，查表2-6 螺栓預(yù)緊力/=86.24-53.90.3=70.07N（3）初定螺栓直徑 選安全系數(shù)，查表 許用拉應(yīng)力所需螺栓小徑cm 螺栓大徑 查閱有關(guān)資料可以知道d=20mm,其d1=17.294mm（4）螺栓疲勞強(qiáng)度校核螺栓尺寸系數(shù)，查表螺栓材料的疲勞極限應(yīng)力幅安全系數(shù)，查表應(yīng)力集中系數(shù)，查表螺栓許用應(yīng)力幅螺栓應(yīng)力幅由式。第四章 鉆模頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 定位套的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、定位套的作用定位套主要的作用是固定鉆頭，分離上下圓板，使得鉆模頭擁有正確合理的工作位置。2、定位套材料的確定定位套的作用上面我們已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行講述，其在工作的時(shí)候需要承受上下的壓力，因此Q235已不能滿足使用要求。為了保險(xiǎn)起見，其定位套的采用我們選用45鋼。3、定位套結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的定位套其主要的作用就是分離上下兩塊圓盤，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。具體構(gòu)造見圖4.1定位套結(jié)構(gòu)圖。圖4.1 定位套零件圖4.2 內(nèi)部芯軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算1、內(nèi)部芯軸的作用內(nèi)部芯軸連接鉆頭和機(jī)床，是典型的連接元件用以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。2、內(nèi)部芯軸材料的確定論文里面軸使用的材料是碳鋼，合金鋼。在軸還是毛坯的時(shí)候用的材料是軋鋼圓鋼還有鍛件，有的零部件使用的原材料就是圓鋼。從造價(jià)上來(lái)說(shuō)，碳鋼的價(jià)格要比合金鋼的價(jià)格便宜，而且碳鋼的敏感性也沒有合金鋼的高，所以我們可以進(jìn)行熱處理或者是用化學(xué)熱處理的方法來(lái)增加它的耐磨性還有抗疲勞，所以我們?cè)谏a(chǎn)軸的時(shí)候用的比較多的這種材質(zhì)，其中最為常見的是用45鋼。合金鋼相對(duì)于碳鋼來(lái)說(shuō)，它的力的性能還有淬火的性能都比碳鋼的要好，所以如果我們傳送的動(dòng)力很大的時(shí)候，同時(shí)我們還要體積小，重量小，軸的耐磨性又好，工作的環(huán)境又是比較極端的高溫或者是低溫，在這個(gè)時(shí)候使用的材料通常都是合金鋼。如果說(shuō)軸的應(yīng)力是比較低的話，從成本上來(lái)考慮，一般來(lái)說(shuō)，碳素鋼的強(qiáng)度是沒有多好的，舉個(gè)例子Q235-A鋼，我們有的時(shí)候也會(huì)選擇比較優(yōu)質(zhì)的碳素鋼，比方說(shuō)45號(hào)鋼等，一般以其毛坯供應(yīng)的熱處理狀態(tài)作為材料的熱處理要求，圖樣上不再做任何要求。如果我們的軸的應(yīng)力比較高的話，一般情況下用的材質(zhì)是調(diào)質(zhì)鋼，調(diào)質(zhì)鋼在很多時(shí)候含碳的比例都是在，它是碳素結(jié)構(gòu)鋼還有合金結(jié)構(gòu)鋼，我們所說(shuō)的調(diào)質(zhì)鋼也就是可以進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的。調(diào)質(zhì)鋼的鋼種相比較而言比較多的，比較常見的有45Mn2、，這種材質(zhì)的鋼的強(qiáng)度在經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)了以后都變好了，但是它們的淬透性能是不好的，不能夠得到比較均勻的物質(zhì)，強(qiáng)度也是很低的，正常用的話都是用在生產(chǎn)比較小，應(yīng)力也比較低的軸的上面。我們?cè)O(shè)計(jì)的軸，經(jīng)過(guò)比較綜合的思考以后，我們還是選擇使用45號(hào)鋼。3、內(nèi)部芯軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在對(duì)軸進(jìn)行設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)外面的形狀還有全部的內(nèi)部還有外部結(jié)構(gòu)的大小。軸的組成部分有：我們的軸在機(jī)器里面裝在什么地方還有裝好以后是個(gè)什么形式；我們軸里面裝的零部件是什么類型，大小，還有多少數(shù)量還有這些零部件怎么跟軸連接起來(lái)；軸所承受的力量的性質(zhì)，大小，還有力的方向，還有分布的具體的情況；軸是用什么工藝來(lái)進(jìn)行加工。我們看到，對(duì)于軸有影響的因素實(shí)在是太多了，并且軸的結(jié)構(gòu)要根據(jù)實(shí)際的需要又有不一樣，所以對(duì)于軸是沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的形狀的。所以，我們?cè)趯?duì)軸進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要將實(shí)際的需要考慮進(jìn)去。我們課題里面的芯軸結(jié)構(gòu)沒有多復(fù)雜，就跟光軸差不多，外觀上看上去稍微小一點(diǎn)。具體構(gòu)造詳見升降機(jī)裝配圖。4.3 軸承的選擇與計(jì)算軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，生產(chǎn)廠家是專業(yè)的生產(chǎn)廠家。滾動(dòng)軸承的種類，大小還有公差等級(jí)都有相應(yīng)的國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，只要根據(jù)我們實(shí)際的需要，就可以選擇符合條件的軸承，然后在對(duì)軸承進(jìn)行選擇。我們本次課題使用的軸承的類型是單向推力軸承，軸承的型號(hào)是8205。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)軸的方向上的力作用在單向推力軸承上，所以在進(jìn)行鉆削的時(shí)候，那么 查閱有關(guān)資料里面的表格，這個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的軸承安全系數(shù)數(shù)值是1.2，所以是達(dá)到要求的。1、軸承潤(rùn)滑的選擇在進(jìn)行工作的時(shí)候既有滾動(dòng)又有滑動(dòng)，所以這樣以后就摩擦和磨損都少了很多，這樣就可以很好的降低了燒傷還有銹蝕的可能性，所以我們一定要進(jìn)行潤(rùn)滑。我們經(jīng)常用的潤(rùn)滑劑有油還有脂狀的還有固體狀的。油比脂要好，可以在高溫的情況下使用，在脂不能滿足的情況下我們都是使用油。但是脂比油好在密封性好而且不容易流失，加一次可以用好久，所以脂用的也是比較多的。我們論文里面需要的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)的速度要低一點(diǎn)而且要能夠承受一定的重量，并且在工作的時(shí)候是不間斷的，所以我們?cè)趯?duì)它進(jìn)行潤(rùn)滑的時(shí)候，還是潤(rùn)滑脂更好一點(diǎn)。2、軸承的密封（1）滾動(dòng)軸承的預(yù)緊預(yù)緊的意思就是我們把軸承撞到座和軸的上面以后，我們通過(guò)一定的方式讓里面滾動(dòng)的物體和里面還有外面的全之間保持壓緊的狀態(tài)。我們對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊的目的：在支撐的時(shí)候剛性更好，震動(dòng)和噪音能夠有效的降低，也要防止?jié)L動(dòng)體因?yàn)閼T性在圈內(nèi)和圈外進(jìn)行滑動(dòng)。（2）軸承的安裝和拆卸在我們的軸承沒有進(jìn)行破開的時(shí)候我們必須要按照軸的方向進(jìn)行安裝還有拆卸，我們應(yīng)該最先選擇使用里面的圈還有外面的圈來(lái)把軸承分開。在我們的軸承在長(zhǎng)一點(diǎn)的軸上面安裝的時(shí)候，為了能夠方便我們進(jìn)行安裝，我們選擇圈里面的孔是1：12的。第五章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與確定5.1 控制流程的設(shè)計(jì)與確定鉆床自動(dòng)化，在整個(gè)鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)里面，對(duì)它進(jìn)行控制的時(shí)候有很多方面，有對(duì)主軸的電機(jī)進(jìn)行控制，對(duì)液壓泵的電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候進(jìn)行控制，主軸在快進(jìn)的時(shí)候進(jìn)行的控制，主軸工進(jìn)，停留，快退，快退停止都要進(jìn)行控制，主軸的電動(dòng)機(jī)還有液壓泵的電動(dòng)機(jī)要想停下來(lái)也要進(jìn)行控制。在啟動(dòng)主軸的電動(dòng)機(jī)還有液壓泵的電動(dòng)機(jī)的時(shí)候進(jìn)行的控制是：要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)控制要經(jīng)過(guò)在這兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的電路上面交流接觸器進(jìn)行控制。要想讓PLC有程序輸入之后，按照事先設(shè)定好的程序進(jìn)行工作，主軸和液壓泵的電動(dòng)機(jī)在電路上，他們的交流接觸器都是關(guān)起來(lái)的，這個(gè)時(shí)候這兩個(gè)電動(dòng)機(jī)就開動(dòng)了，那么定時(shí)器T1就實(shí)現(xiàn)了5s定時(shí)。主軸快進(jìn)控制：一旦零部件被工件檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)了，這個(gè)時(shí)候開關(guān)SB1就關(guān)起來(lái)了，在零部件被緊緊的夾住進(jìn)行時(shí)間的計(jì)時(shí)的時(shí)候，計(jì)時(shí)器在計(jì)時(shí)兩秒之后，三維四通的電磁換向閥這個(gè)時(shí)候就有電了，快進(jìn)油路跟液壓控制系統(tǒng)就連接起來(lái)了，這個(gè)時(shí)候就實(shí)現(xiàn)了主軸的快速進(jìn)給了。主軸工進(jìn)控制：快進(jìn)這個(gè)步驟主軸已經(jīng)完成了，這個(gè)時(shí)候快進(jìn)開關(guān)就關(guān)起來(lái)了，三位四通電磁換向鐵，還有二位二通電磁換向閥電磁鐵3Y和二位三通電磁換向閥4Y就有電了，這個(gè)時(shí)候共進(jìn)油路跟液壓控制系統(tǒng)就連接在一起，這個(gè)時(shí)候主軸就實(shí)現(xiàn)了工進(jìn)控制了。主軸停留：工件在被鉆頭加工好了之后，主軸就到了目的地了，工進(jìn)行程開關(guān)這個(gè)時(shí)候就關(guān)起來(lái)了，計(jì)時(shí)器就進(jìn)行了兩秒鐘的計(jì)時(shí)，三位四通電磁換向閥電磁鐵1Y就沒有電又回復(fù)到原來(lái)的位置，主軸停下來(lái)對(duì)需要加工的這個(gè)孔進(jìn)行修磨處理。主軸快退：計(jì)時(shí)器T3在計(jì)時(shí)兩秒鐘之后，三位四通電磁換向閥電磁鐵就有電了，二位二通電磁換向閥電磁鐵3Y和二位三通電磁換向閥4Y沒有電回到原來(lái)的位置上，快退油路和液壓控制系統(tǒng)連接在一起，這個(gè)時(shí)候主軸就進(jìn)行快退的操作了。主軸快退停止：主軸快退到行程開關(guān)這個(gè)地方的時(shí)候，因?yàn)樾谐涕_關(guān)是關(guān)起來(lái)的，所以三位四通電磁換向閥電磁鐵2Y就沒有電回到原來(lái)的位置上，之前進(jìn)行的快退操作就結(jié)束了。主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)停止：一旦工件檢測(cè)器檢測(cè)不到零部件的時(shí)候，在PLC這個(gè)程序里面，SB1一直是關(guān)著的，這個(gè)時(shí)候定時(shí)器計(jì)時(shí)三百秒，計(jì)時(shí)結(jié)束了之后，換句話來(lái)說(shuō)，在這三百秒里面，沒有零部件需要進(jìn)行加工，所以這段時(shí)間主軸和液壓泵的電動(dòng)機(jī)都沒有進(jìn)行工作。圖5.1 PLC控制流程簡(jiǎn)圖5.2 電氣原理圖的設(shè)計(jì)與確定圖5.2 電氣原理圖 5.3 控制元件的選擇與確定1、可編程控制器PLC的選擇PLC 需要7個(gè)輸入點(diǎn)，10個(gè)輸出點(diǎn)，由于螺母自動(dòng)鉆孔機(jī)的控制比較簡(jiǎn)單，按照電氣控制原理圖，那么行程開關(guān)直接將輸入信號(hào)輸入進(jìn)去，在進(jìn)行控制的時(shí)候是有時(shí)間限定的，輸出的這個(gè)部分進(jìn)行的控制就是電磁鐵通電有否進(jìn)行的控制，所以說(shuō)PLC的種類就是：FX2N-48MR。2、刀開關(guān)的選擇因?yàn)樵谶M(jìn)行控制的時(shí)候既要自動(dòng)化也要有人工操作，那么在這個(gè)主電路的上面就要再裝一個(gè)刀開關(guān)，這樣可以將整個(gè)電路都控制住。按照在系統(tǒng)里面電動(dòng)機(jī)使用的類型還有整個(gè)電路消耗的能量，選擇使用的刀開關(guān)的類型就是：HK1-3-30/380。3、熔斷器的選擇FU1選擇型號(hào)為：RC1A-10；FU2選擇型號(hào)為：RC1A-15。主電路上的熔斷器FU在確定的時(shí)候，要參照整個(gè)電路的總的電流，在這個(gè)主要的電路里面主軸電機(jī)還有液壓泵的電機(jī)是主要的元件，因?yàn)檫€有別的，所以FU使用的是：RC1A-30。4、交流接觸器的選擇查閱有關(guān)資料KM1和KM2：CJ20-10/03。5、行程開關(guān)與接近開關(guān)的選擇電容式接近開關(guān)的感應(yīng)頭實(shí)際上就是一個(gè)圓的平板式的電機(jī)，這種電極跟振蕩電路的地線一起組成了分布電容。在有東西靠近這個(gè)感應(yīng)頭的時(shí)候，電容量就變大了，這個(gè)時(shí)候振蕩器就不工作了，輸出電路就有一個(gè)信號(hào)發(fā)出來(lái)。因?yàn)檫@種電容式跟開關(guān)靠近的時(shí)候可以測(cè)量到金屬，還可以測(cè)量到不是金屬的物質(zhì)，所以使用的很多，型號(hào)一般是LXJl5系列和TC系列等。在用的時(shí)候按照電源的不一樣，電壓不一樣，電流不一樣，還有觸頭來(lái)進(jìn)行選擇。結(jié)合以上我們采用LJ12A3-4-J/DZ接近開關(guān)。6、繼電器的選擇電氣原理圖中的繼電器的種類有自鎖電器和延時(shí)繼電器，它的功能有自鎖還有延時(shí)。按照論文里面的實(shí)際要求，那么