ZS691钻床的自动化改造及进给系统设计.zipZS691钻床的自动化改造及进给系统设计.zip

收藏

跳过导航链接。
折叠 ZS691钻床的自动化改造及进给系统设计.zipZS691钻床的自动化改造及进给系统设计.zip
展开 691 钻床的自动化改造及进给系统设计691 钻床的自动化改造及进给系统设计
压缩包目录 预览区
  • 691 钻床的自动化改造及进给系统设计
    • 毕业设计说明书.doc
    • 说明书内容.doc
    • 译文.doc
    • 开题报告.doc
    • 毕业论文中期报告.doc
    • 课题任务书.doc
    • 摘 要.doc
    • 终极液压缸装配图A1.dwg
    • 花键毂A3.dwg
    • 装配图A0.dwg
请点击导航文件预览
编号:4586455    类型:共享资源    大小:1.14MB    格式:ZIP    上传时间:2020-07-26
  
50
关 键 词:
zs691 钻床 自动化 改造 进给 系统 设计
资源描述:
扬州市职业大学 毕业设计(论文)开题报告毕业设计(论文)开题报告 (专科 2009 届) 学院(系) 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 题 目 钻床的自动化改造及进给系统设计 学生姓名 何峰雷 学号 0601010309 指导教师 职称 2009 年 2 月 17 日 1 毕业设计(论文)开题报告毕业设计(论文)开题报告 一、结合课题任务情况,根据所查阅的文献资料,撰写 15002000 字左右的文献 综述。 、概述 在现找机械制造工业中,加工机器零件的方法有很多种,如铸造、锻造、焊 接、切削加工和各种特种加工等。其中切削加工所担负的工作量约占总制造工作 量 40%60%。而在这其中钻床所占的比例也已经达到了 11.2%,从而可以看出钻 床在机械制造工业中起着非常重要的作用。1 钻床是孔加工用机床,主要是用来加工外形较复杂,没有对称回转轴线的工 件上的孔。钻床的工作特点是,工作时工件固定不动,刀具做旋转主运动,同时 沿主轴方向移动而作进给运动。主要用于钻孔,也可用于扩孔、铰孔、刮平面以 及攻螺纹等。 钻床可分为立式钻床、台式钻床、摇臂钻床和深孔钻床等。我们结合课题任 务书中的要求与设计任务,下面着重对台式钻床作下简要的说明及介绍。 台式钻床是钻床中结构最简单的一种,主要由工作台、主轴、主轴箱、立柱、 底座、皮带轮和电动机等组成。用于加工工件上直径小于 12mm 的小孔,加工孔 时工件装夹在工作台上或虎钳及夹具中,钻头由安装在主轴上的钻夹头夹紧,由 电动机经皮带轮带动旋转。立式钻床是用与加工中小型工件上中 小孔的主要设备。 主要由底座、立柱、主轴变速箱、电动机、主轴、进给变速箱及工作台等组成。 主轴变速箱和进给变速箱是由电动机经皮带轮传动的,钻头向工件的进给运 动,有机动和手动两种装置。加工孔时,工件装夹与工作台上或虎钳及夹具中, 主轴带动钻头边旋转,边下降进行加工。摇臂钻床用于加工笨重工件或多孔工件 上的中小型孔,主要由底座、立柱、摇臂、主轴箱、主轴工作台等组成。摇臂钻 床等工作时,摇臂可绕立柱旋转,主轴箱可在摇臂上做径向移动。 这样可使钻头对准每一个加工孔的轴线,以便进行孔加工,使用较灵活。一 般工件钻孔时常将工件装夹在工作台上。大型工件加工时,可将工件装夹在钻床 底座上。根据工件高度的不同,在松开锁紧装置后,摇臂可沿立柱做上、下移动, 使轴箱及钻头处于恰当的高度位置。摇臂钻床一般配置在机械产品单件、小批量 2 生产车间、产品装配车间及机械修理车间等场合。 另外,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。主轴的轴向力及重量由安装在主轴上的上下两个推力轴承承 受,而径向力由安装在主轴上深沟球轴承承受。 、 优缺点的论述 从钻床在机械切削工作中的重要地位,以及其长时间普遍应用的性能,我们 不难发现作为传统的孔类加工机床,传统的钻床有着其本身的优点和缺点: 优点如下: (1) 较车床、镗床等孔类加工方法方便而多用。 (2) 操作流程简单,动作单一化。 (3) 加工对象多样化。 (4) 结构简单,经过改进可以实现自动化。 另外其本身有着明显的缺点: (1)精度不高,不利于各种工件的精加工。 (2)占用人力较多,操作固定不变易出错。 (3)自动化程度不高.,难以进行大批量的生产。 (4)工作效率低,且工人的工作环境恶劣。 结合以上钻床的优缺点,毕业设计老师给我们提出了本课题,即钻床的自动 化改造。具体来说就是改进钻床的进给系统、夹紧系统和送料系统,并通过 PLC 来进行顺序控制,从而实现钻床的自动化。从目前的研究资料和方向来看,这方 面的研究还不是很多,因此我们的设计是有重要意义的。针对我们的课题而对钻 床进行改造,可以说是专用钻床的设计,它具有一定的针对性,即针对工件的加 工要求和工作要素来具体考虑我们的设计。 、内容及任务: 以上简要叙述了整个课题(即钻床的自动化改造)的基本内容及设计意义。 下面针对个人的课题任务书,说明本课题即钻床的自动化改造及进给系统设计的 3 内容及任务。 为提高产品质量,提高生产效率,实现自动化和降低劳动强度及工作量,同 时结合工厂实际需要和工作设计要求,设计一种自动化专用钻床,实现钻床的全 自动作业。具体设计内容及任务如下: (1)专用钻床液压进给系统设计; (2)专用钻床传动机构设计; (3)专用钻床进给控制系统设计; (4)专用钻床的床身结构及整体布局设计。 钻床的自动化改造及进给系统设计重点在于钻床液压进给系统设计和专用钻 床传动机构设计,钻床液压进给系统设计是利用液压传动来代替人工进给,其设 计重点在于液压缸的设计;钻床传动机构设计是针对钻床的主轴传动系统进行设 计。 另外钻床进给控制系统设计是对整个传动和进给系统进行控制设计,充分利 用机械、液压和电气(PLC)控制元件来完成控制功能;钻床的床身结构及整体 布局设计是要针对钻床整体进行结构设计和总休布局,以达到应用水平和外观造 型的优化。 二、要研究或解决的问题、拟采用的方法或技术路线: 要研究或解决的问题: 钻床传动机构设计应满足以下要求: 满足传动和切削要求; 满足传动平稳、传递功率要求; 尽可能地使用标准元件。 液压进给系统设计应满足以下使用要求: 4 在进给过程中应有快进、功进和快退工作状态; 要求液压进给系统工作稳定、噪声低; 液压进给系统实现代替手动进给的功能; 控制易实现。 为达到设计要求,我采用模块化设计路线。把整个钻床的自动化改造及进给 系统设计分为传动系统块、进给系统块、控制系统块和整体设计和布局系统块。 首先通过对课题任务的分析,根据其要求计算出切削力,再根据所得结果和要求 选用电机来设计传动系统,而后设计进给系统、控制系统,最后是整体设计和布 局系统的设计及整个钻床的校核。 技术路线: 任务分析传动系统设计进给系统设计控制系统设计整体布局和结构 设计总体校核 三、成果预测: (1)通过理论的设计与计算来确定各系统方案; (2)系统总装图及零件图展示各主要零、部件和总体; (3)实验组装后可进行试生产。 试生产后可达到的生产效果: (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)降低工人劳动强度和工作量; (3)钻床系统工作平稳,满足工作要求。 5 四、时间进度计划: 第一周第五周 (2.284.01): 实习、调研、查阅文献资料 第六周第八周 (4.024.23): 完成方案设计 第九周第十三周 (4.235.28): 完成设计说明书及施工图设计 第十四周第十五周(5.296.10): 完成毕业论文,进行毕业答辩 五、指导教师意见(对课题方案的可行性、深度、广度及工作量的意见): 指导教师___________ 年 月 日 6 六、教研室意见: 教研室主任___________ 年 月 日 说明:开题报告作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料 之一,此报告应在导师指导下,由学生填写,将作为毕业设计(论文)成绩考查的 重要依据,经导师签署意见及教研室审查后生效。 备注: 参考文献: 1金属切削机床 主编:戴曙 机械工业出版社 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 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。 关键词关键词 自动钻床;液压进给系统;PLC I 毕业设计(论文)中期报告 株洲工学院 院(系) 机械工程学院班级 06 机械 3 班 学生 姓名 指导 老师 课题名称:钻床的自动化改造及进给系统设计 课题主要任务: 1、钻床的自动化改造整体方案设计; 2、钻床传动系统设计; 3、钻床进给系统设计; 4、钻床自动控制系统设计。 1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果 (1)对设计的内容进行分析,确定设计的重点和设计步骤。搜集有关设计资料, 为设计作好准备工作。 (2)在校金工实习中心进行观摩,了解台式钻床的结构以便进行结构改造和控制 设计。 (3)通过实习掌握生产要领,并写实习日记。 (4)翻译约三千文字的专业英语资料。 (5)完成初期设计,初步确定钻床传动方案和进给系统设计方案。 2、下一步的主要研究任务,具体设想与安排 (1)对进给系统方案进行分析,进行具体的设计及计算。 (2)对传动方案进行分析,并进行具体的设计及计算。 (3)分析自动钻床的控制要求,确定控制方案。 (4)根据控制要求拟定液压控制原理图及 PLC 控制原理图。 (5)绘制工程制图。 3、存在的具体问题 (1)对台式钻床的某些细节结构了解不是太清楚,需要老师指导。 (2)在具体的设计计算中,有关参数的选择方面有些困难,需要老师指导。 (3)零部件的选材方面,虽然可查阅有关设计资料,但还是有一些细节问题。 (4)有关毕业设计的具体要求和书写格式需要澄清。 4、指导老师对该生前期研究工作的评价 指导老师签名: 日 期: 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 1 页 毕业设计说明书 钻床的自动化改造及进给系统设计 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 2 页 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。 关键词关键词 自动钻床;液压进给系统;PLC I 绪论绪论 1.1 问题分析及其对策 1.1.1 现代制造业的发展状况 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 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, 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 3 页 我国的机械制造行业正朝着自动化、精密化、高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。 1.1.2 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; (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 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 4 页 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 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 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。 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 5 页 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。 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 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 6 页 确定自动钻床的总体方案设计。 2.1 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 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 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): 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 7 页 图图 2-12-1 自动钻床动作流程图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 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): 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 8 页 图图 2-22-2 自动钻床运动规律简图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、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 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 主轴直线进给运动 主轴旋转切削运动 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 9 页 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,确定传动系统的运动简图如下(图 2-3): 图图 2-32-3 传动系统运动简图传动系统运动简图 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 液压缸进给传动 V 带传动 花键传动 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 10 页 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)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 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。 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 11 页 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。 3 专用钻床进给系统的设计 3.1 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 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 12 页 动作。 图图 3-13-1 普通台式钻床进给系统简图普通台式钻床进给系统简图 1 1、主轴套筒镶套、主轴套筒镶套 2 2、推力球轴承、推力球轴承 3 3、主轴套筒、主轴套筒 4 4、主轴、主轴 5 5、深沟球轴承、深沟球轴承 6 6、齿轮齿条手动进给系统、齿轮齿条手动进给系统 7 7、主轴箱、主轴箱 3.2 进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: 1 1 2 3 4 5 6 7 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 13 页 图图 3-23-2 自动钻床的进给系统简图自动钻床的进给系统简图 1 1、主轴、主轴 2 2、深沟球轴承、深沟球轴承 3 3、活塞杆、活塞杆 4 4、液压缸筒、液压缸筒 5 5、油路口、油路口 6 6、液压缸盖、液压缸盖 7 7、锁紧螺钉、锁紧螺钉 8 8、推力球轴承、推力球轴承 9 9、密封圈、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 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 1 1 2 1 9 1 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 14 页 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 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: 式中, 选定的切削速度(m/min)v 刀具或工件的直径(mm)d 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: 式中,l被钻孔厚度(mm) f切削进给量(mm/r) 刀具或工件的直径(mm)d n主轴固定转速(r/min) 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,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 kfDM 082 34 . 0 式中, 切削力矩(NM) k M 钻头直径(mm)D 每转进给量(mm)f 修正系数 p k min/ 1000 r d v n 分 fn dl T 3 . 0 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 15 页 轴向切削力的计算公式如下: pf KDfF 7 . 0 667 式中, 轴向切削力(N) f F 钻头直径(mm)D 每转进给量(mm)f 修正系数 p k 已知被加工材料为 Q235 结构钢,结构钢和铸钢取 =736MPa,D=12mm,=0.2mm,所以可分别计算出切削转矩和轴向切削为: b f =13.5 NM k M =2595 N f F 3.5 钻床主轴设计 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 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=650MPa;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: 式中: 轴向切削力(N) f F 每转进给量(mm)f n主轴固定转速(r/min) 75 . 0 ) 736 ( b p k KW nM fnF P k f m 3 10) 60 2 601000 ( 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 16 页 切削力矩(NM) k M 将以上数值代入公式中可计算出功率=1.2KW m P 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=/(0.990.990.98)=1.25KW m P 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
展开阅读全文
  点石文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:ZS691钻床的自动化改造及进给系统设计.zip
链接地址:https://www.dswenku.com/p-4586455.html
关于点石文库 - 投资与合作 - 会员权益 - 联系我们 - 声明 - 人才招聘

点石文库上传QQ群: 862610017    侵权投诉客服QQ:3339525602  下载帮助客服QQ: 3339525602 

点石文库版权所有  联系邮箱:3339525602#qq.com (请把#改为@)

 工信部备案号:湘ICP备19015001号-1

收起
展开