自動鉆床的總體方案設(shè)計說明書

1、緒論1.1 問題分析及其對策1.1.1 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r金屬切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法，是機械制造行業(yè)中最基本的加工方法，金屬切削加工過程是由金屬切削機床來實現(xiàn)的。金屬切削機床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器。在現(xiàn)代機械制造行業(yè)中，隨著加工零件方式多樣化及工藝合理化的發(fā)展的要求，加工零件的方法也呈現(xiàn)出多樣化，如：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓和輥軋等，在這其中機床切削加工的工作量約占總制造工作量的40%60%(其中鉆床占11.2%),所以在目前的機械制造行業(yè)中金屬切削機床是主要的加工設(shè)備。而機床的技術(shù)性能又直接影響機械制造行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞

2、動生產(chǎn)率，所以為了提高國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平，必須對機床的發(fā)展作出新的要求。隨著機械工業(yè)的擴大和科學(xué)技術(shù)的進步，尤其是計算機的出現(xiàn)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，我國的機械制造行業(yè)正朝著自動化、精密化、高效率和多樣化的方向發(fā)展。我國機床工業(yè)自1949年建立以來，雖然在短短的時間內(nèi)取得了很大的成就，但與世界先進水平相比還有較大的差矩。就現(xiàn)狀看，主要表現(xiàn)在：我國機床工業(yè)起步晚、技術(shù)不成熟；大部分高精度和超精度機床的性能還不能滿足要求，精度保持度也差，特別是高效自動化和數(shù)控機床的產(chǎn)量、技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計我國數(shù)控機床的產(chǎn)量僅是全部機床產(chǎn)量的1.5%，產(chǎn)值數(shù)控化僅為8.7%（至1

3、990年底）；我國數(shù)控機床基本上是中等規(guī)格的車床、銑床和加工中心等，而精密、大型、重型或小型數(shù)控機床還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求；另外我國機床在技術(shù)水平和性能方面的差矩也很明顯，機床理論和應(yīng)用技術(shù)的研究也明顯落后。所以我們要不斷學(xué)習(xí)和引進國外先進科學(xué)技術(shù)，大力發(fā)展研究，推動我國機床工業(yè)的發(fā)展。 問題的提出由以上現(xiàn)狀分析我們可以看出，在機床加工中鉆床的加工工作量在總制造工作量中占有很大的比重。鉆床為孔加工機床，按其結(jié)構(gòu)形式不同可以分為搖臂鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床、多軸鉆床等。主要用來進行鉆孔、擴孔、絞孔、攻絲等。長期以來我國的機械機械制造工業(yè)中孔類加工多數(shù)由傳統(tǒng)鉆床來完成，但是傳統(tǒng)的鉆床在大批量

4、生產(chǎn)時存在許多的不足之處：（1）自動化程度不高.，難以進行大批量的生產(chǎn)；（2）工作效率低，且工人的工作環(huán)境惡劣；（3）占用人力較多，操作固定不變易出錯；（4）精度不高，工件裝夾費時；（5）加工產(chǎn)品質(zhì)量不高；針對以上傳統(tǒng)鉆床的不足之處及生產(chǎn)中存在的問題，我們有必要對傳統(tǒng)鉆床進行結(jié)構(gòu)改進。通過對傳統(tǒng)鉆床手動的進給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)及人工送料系統(tǒng)的改進和設(shè)計，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)自動化，降低勞動強度及工作量。 問題的分析以及解決方案當(dāng)前傳統(tǒng)鉆床問題的存在主要在于自動化程度、生產(chǎn)效率、工作環(huán)境及產(chǎn)品質(zhì)量。在生產(chǎn)過程中，手動的操作、繁鎖的裝夾、大量生產(chǎn)力的投入和單一的生產(chǎn)流程導(dǎo)致了鉆床加工的自動

5、化程度低、生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境惡劣和產(chǎn)品質(zhì)量不高，因此，我們要解決的問題在于如何實現(xiàn)鉆床加工的自動化、減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其它工藝流程相結(jié)合，同時也要考慮經(jīng)濟問題。經(jīng)過分析，我們可以從機構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)兩方面去考慮。通過對鉆床機構(gòu)的改造來實現(xiàn)自動化控制的要求，提高產(chǎn)品的加工精度及質(zhì)量；通過導(dǎo)入先進的控制系統(tǒng)來進行自動操控，從而實現(xiàn)自動化，便于導(dǎo)入到其它生產(chǎn)流程中去。為了解決問題和便于設(shè)計改造，我們將鉆床分為傳動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)、送料系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五個部分，下面分別對各部分的問題提出解決方案：（1）傳動系統(tǒng) 為滿足改進后的加工及工作要求，在作出相應(yīng)的計算后對傳動系統(tǒng)進行改進和調(diào)整。（

6、2）進給系統(tǒng) 傳統(tǒng)的鉆床主軸進給系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條和軸承等組成。主軸在加工時即要作旋轉(zhuǎn)運動，也要作軸向的進給運動。機床主軸被裝置在主軸套筒內(nèi)，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內(nèi)，主軸上側(cè)由花鍵連接。機床加工時，旋轉(zhuǎn)運動由花鍵傳入，而進給運動則由齒輪通過齒條帶動套筒在鑲套內(nèi)運動。為了實現(xiàn)自動化控制的要求，主軸進給機構(gòu)改進主要有：主軸旋轉(zhuǎn)運動依然由電動機傳入，而進給則由液壓傳動替代手動的齒條傳動，通過液壓控制系統(tǒng)來實現(xiàn)進給動作。（3）夾緊系統(tǒng) 傳統(tǒng)鉆床的夾緊主要是手工操作，由夾具夾緊工件。為了便于實現(xiàn)自動化控制，工件夾緊由夾具完成，動力源由夾緊液壓缸導(dǎo)入，通過液壓控制系統(tǒng)來

7、實現(xiàn)夾緊動作的自動化。（4）送料系統(tǒng) 在生產(chǎn)過程中，鉆床的送料主要由人工輸入，這使得投入了大量的生產(chǎn)力，消耗了大量的工時，使的生產(chǎn)率不高，為此我們通過導(dǎo)入自動送料系統(tǒng)來減少生產(chǎn)力的投入和工時的消耗。自動送料系統(tǒng)機構(gòu)傳動要根據(jù)生產(chǎn)的需求作出相應(yīng)的設(shè)計需求，動力源可由電機或液壓系統(tǒng)傳入，二者均可實現(xiàn)自動化控制。（5）控制系統(tǒng) 當(dāng)前機床控制系統(tǒng)主要由計算機數(shù)控、繼電器電氣控制和PLC控制等，由于繼電器電氣控制系統(tǒng)，其聯(lián)動關(guān)系復(fù)雜，維修困難，故障率高，經(jīng)常影響正常生產(chǎn)，計算機數(shù)控造價高、系統(tǒng)復(fù)雜，而PLC控制系統(tǒng)可靠性好、造價低、抗干擾能力強、柔性好、編程簡單、使用方便、擴充靈活、功能完善，所以我們利

8、用PLC控制技術(shù)來實現(xiàn)對進給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)和送料系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)的控制。1.2 本文研究的內(nèi)容及目標(biāo) 本文主要是通過應(yīng)用機床設(shè)計的一般方法對傳統(tǒng)鉆床的機構(gòu)和控制系統(tǒng)進行設(shè)計及改進。研究的主要內(nèi)容是普通臺式鉆床傳動系統(tǒng)的改進、進給系統(tǒng)的設(shè)計、進給系統(tǒng)液壓缸的設(shè)計和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計等四個方面。其中重點在于進給系統(tǒng)、進給系統(tǒng)液壓缸和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計。進給系統(tǒng)設(shè)計主要是解決主軸高速旋轉(zhuǎn)與軸向進給兩個自由度的實現(xiàn)；進給系統(tǒng)液壓缸設(shè)計包括液壓缸的設(shè)計、液壓缸與主軸的配合和液壓缸油路控制； PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計主要是通過應(yīng)用PLC控制程序來實現(xiàn)對液壓油路的動作控制及鉆床加工過程的動作控制。我們通過

9、對傳統(tǒng)臺式鉆床的改進及設(shè)計，要達(dá)到的目標(biāo)在于通過改進鉆床能夠?qū)崿F(xiàn)工作自動化，最終能滿足以下要求：（1）能實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)，改善產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率；（2）降低工作人員勞動強度和工作量；（3）鉆床系統(tǒng)工作平穩(wěn)，滿足工作要求；（4）經(jīng)濟因素合理；1.3 本章小結(jié)本章節(jié)主要對現(xiàn)代機械制造業(yè)作了簡單的總概括，并對機床切削加工作出分析。提出當(dāng)前金屬切削加工中存在的一些問題，以及針對鉆床加工現(xiàn)存的缺點作出剖析，提出對傳統(tǒng)鉆床改造的必要性和可行性，并對改造的任務(wù)和目標(biāo)作出簡述。通過對改造任務(wù)和目標(biāo)簡述，為設(shè)計方案的確定了設(shè)計對象。2 自動鉆床的總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計的構(gòu)思和方案擬定關(guān)系到產(chǎn)品的功能

10、是否齊全、性能是否優(yōu)良、經(jīng)濟效益是否顯著，因此，我們要確定良好的總體方案設(shè)計思想，保證產(chǎn)品的功能、經(jīng)濟效益和實用性能?？傮w方案設(shè)計的內(nèi)容主要包括以下幾個方面：（1） 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計 ；（2） 原動機類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計；（3） 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計；（4） 總體布局設(shè)計；（5） 輔助系統(tǒng)的設(shè)計；為了完成普通臺式鉆床的改造及進給系統(tǒng)的設(shè)計，我們依循機床設(shè)計的一般步驟確定自動鉆床的總體方案設(shè)計。2.1 自動專用鉆床已知條件和設(shè)計要求的概述本文對普通臺式鉆床的自動化改造及進給系統(tǒng)設(shè)計是以某五金工具廠鋼絲鉗生產(chǎn)線的自動化改造為背景。已知：加工對象為鋼絲鉗，加工工序為在鋼絲鉗上鉆削直徑為12

11、mm（鉆床最大鉆削直徑）的通孔，鋼絲鉗材料為Q235。 改造后的全自動鉆床應(yīng)滿足以下設(shè)計要求：（1） 滿足自動連續(xù)生產(chǎn)，且生產(chǎn)率為3把/分鐘；（2） 自動化改造應(yīng)是機械、電氣和液壓的有機結(jié)合；（3） 傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)包含切削力計算、電動機選擇、傳動裝置設(shè)計、床身結(jié)構(gòu)設(shè)計等；（4） 設(shè)計重點為鉆床液壓進給系統(tǒng)之進給油缸設(shè)計；（5） 自動控制系統(tǒng)應(yīng)以PLC與手動相結(jié)合的方式實現(xiàn)；2.2 自動鉆床的工藝路線分析與確定與傳統(tǒng)臺式鉆床的加工工藝路線相比較，改造后的全自動鉆床基本動作有很大的調(diào)整，這其中主要是導(dǎo)入了自動化加工動作。結(jié)合設(shè)計及生產(chǎn)要求，確定工藝路線如下：啟動（電源及控制模塊）自動送料自動夾緊主

12、軸快進主軸工進主軸停留主軸快退夾具松開出料為了完成自動化加工，自動鉆床按照上述工藝路線進循環(huán)行動作來完成成批工件的加工過程。根據(jù)工藝流程，可確定自動鉆床的動作流程圖如下（圖2-1）：圖2-1自動鉆床動作流程圖2.3 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)是機械系統(tǒng)中的重要組成部分，直接完成機械系統(tǒng)預(yù)期工作任務(wù)。機械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計是機械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的核心，是整個機械設(shè)計工作的基礎(chǔ)。本文自動鉆床的執(zhí)行系統(tǒng)主要包括鉆頭加工和進給液壓缸驅(qū)動進給。 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計功能原理設(shè)計決定產(chǎn)品的技術(shù)水平、工作質(zhì)量、傳動方案、結(jié)構(gòu)型式、制造成本等。因此在進行鉆床的功能原理設(shè)計時，我們應(yīng)當(dāng)考慮鉆床功能的可行性、先

13、進性和經(jīng)濟性。普通臺式鉆床的改造主要是實現(xiàn)自動化功能。改造后全自動鉆床能實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)率，符合了工廠的生產(chǎn)需求，適應(yīng)了現(xiàn)代機械加工業(yè)的發(fā)展要求。 執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律 本文設(shè)計的重點在于鉆床液壓進給系統(tǒng)之進給油缸設(shè)計，也就是用液壓缸驅(qū)動來替代手動進給。根據(jù)設(shè)計，我們要分析的運動規(guī)律包括鉆頭切削運動和進給液壓缸驅(qū)動進給運動。鉆頭加工運動包括旋轉(zhuǎn)切削運動和鉆頭直線進給運動。進給液壓缸驅(qū)動進給運動要完成驅(qū)動主軸進給，為直線運動。鉆床執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律如下圖示（圖2-2）：主軸直線進給運動主軸旋轉(zhuǎn)切削運動圖2-2 自動鉆床運動規(guī)律簡圖2.3.3 執(zhí)行機構(gòu)的形式設(shè)計在進行執(zhí)行機構(gòu)的形式設(shè)計

14、時，要遵循以下原則：滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝動作和運動要求、盡量簡化和縮短運動鏈、盡量減小機構(gòu)尺寸、選擇合適的運動副形式、考慮動力源的形式、使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力和動力特性、使機械具有調(diào)節(jié)某些運動參數(shù)的能力和保證機械的安全運轉(zhuǎn)?？紤]以上設(shè)計原則，在實現(xiàn)鉆頭的旋轉(zhuǎn)切削運動時，動力源與主軸之間的執(zhí)行機構(gòu)我們選擇帶輪傳動；在實現(xiàn)鉆頭的直線進給運動時，我們選擇能夠往復(fù)運動的液壓缸。 執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計原則：滿足各執(zhí)行機構(gòu)動作先后的順序性要求、滿足各執(zhí)行機構(gòu)動作在時間上的同步性要求、滿足各執(zhí)行機構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求、 滿足各執(zhí)行機構(gòu)在操作上的協(xié)同性要求、各執(zhí)行機構(gòu)的動作安排要有利于提高

15、勞動生產(chǎn)率、 各執(zhí)行機構(gòu)的的布置要有利于系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)和效率的提高。自動鉆床的主軸帶輪傳動減少了傳動鏈，且可過載保護；液壓缸驅(qū)動進給不需要改變運動形式，且易于實現(xiàn)自動化控制。 執(zhí)行系統(tǒng)方案評價與決策自動鉆床執(zhí)行系統(tǒng)在功能上能滿足鉆床加工的工作要求，主軸帶輪傳動能起到過載保護作用。液壓缸執(zhí)行系統(tǒng)能實現(xiàn)鉆床切削加工的進給運動，易于控制，是實現(xiàn)自動化控制的首選機構(gòu)。2.4 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計和原動機選擇 原動機選擇由自動鉆床執(zhí)行部件的運動規(guī)律我們可以選擇原動機。主軸旋轉(zhuǎn)運動的原動機選擇電動機，進給液壓缸原動力選擇電動機驅(qū)動液壓泵 （具體型號在下面章節(jié)中計算后選擇）。 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(一) 確定傳動系

16、統(tǒng)總傳動比全自動鉆床的總傳動比的確定要建立在計算切削力和傳動效率的基礎(chǔ)上，當(dāng)確定自動鉆床的工作功率后，查表選擇電動機，對照鉆床的工作參數(shù)確定總傳動比（主軸系統(tǒng)總傳動比在傳動系統(tǒng)設(shè)計中經(jīng)計算后確定）。（二）選擇傳動類型依據(jù)傳統(tǒng)臺式鉆床的結(jié)構(gòu)特點，主軸旋轉(zhuǎn)運動選擇帶輪V帶傳動，此傳動類型可實現(xiàn)過載保護；鉆頭直線進給運動選擇液壓傳動，此類型傳動有以下優(yōu)點：（1）在輸出功率相同的條件下，體積小、重量輕；（2）運動平穩(wěn)，吸振能力強；（3）易于實現(xiàn)快速啟動、制動、頻繁換向以及無級調(diào)速；（4）布局安裝比較靈活，液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；（5）與機構(gòu)相結(jié)合易實現(xiàn)自動化控制；（三）繪制傳動系統(tǒng)運動

17、簡圖根據(jù)以上分析，確定傳動系統(tǒng)的運動簡圖如下（圖2-3）：花鍵傳動V帶傳動液壓缸進給傳動圖2-3 傳動系統(tǒng)運動簡圖2.5 控制方案設(shè)計綜合考慮全自動鉆床的改造要求、功能要求、控制要求及經(jīng)濟因素，控制系統(tǒng)采用PLC與手動相結(jié)合的方法進行控制。PLC即可編程控制器，其英文全稱為 Programmable Controller。PLC舉起于20世紀(jì)70年代，是微機技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。經(jīng)過30多年的發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)成為最重要、最可靠、應(yīng)用場合最廣泛的工業(yè)控制微型計算機。PLC不僅充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實時控制要求，同時也照顧到操作維護人員的技能和習(xí)慣，摒棄了

18、微機常用的計算機的編程語言，獨具風(fēng)格地使用以繼電器梯型圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶編制的程序清晰直觀、調(diào)試和查錯容易，且編程方便易學(xué)。PLC的主要功能有：順序控制、數(shù)據(jù)處理、邏輯控制、運行狀態(tài)監(jiān)控、記數(shù)控制、通訊與聯(lián)網(wǎng)、定時控制。在自動鉆床的控制系統(tǒng)中，我們主要應(yīng)用PLC的順序控制和定時控制。 另外PLC作為現(xiàn)代最重要、最可靠、應(yīng)用場合最廣泛的工業(yè)控制微型計算機，其具有以下特點： （1）可靠性高 ；（2）編程容易，易于使用；（3）控制功能極強；（4）擴展及與外部連接極為方便；（5）通用性好、體積小、使用靈活；（6）設(shè)計施工和調(diào)試的周期短；結(jié)合以上PLC的特點，我們在控制系統(tǒng)

19、方案設(shè)計時選擇PLC作為主要的控制方式，另外根據(jù)實際的工作要求，配合適當(dāng)?shù)氖謩涌刂圃?.6 總體布局設(shè)計機床總布局的設(shè)計任務(wù)是解決機床各部件間的相對運動和相對位置的關(guān)系，并使機床具有一個協(xié)調(diào)完美的造型。工藝分析和工件的形狀、尺寸及重量，在很大程度上左右著機床的布局形式。普通臺式鉆床的自動化改造及進給系統(tǒng)設(shè)計，是在原有機構(gòu)的基礎(chǔ)上導(dǎo)入了液壓進給驅(qū)動系統(tǒng)：主軸箱要做變動。同時還導(dǎo)入了液壓夾緊系統(tǒng)：考慮到臺式鉆床固定不動，可變動工作臺的結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)總體布局的協(xié)調(diào)。2.7 輔助系統(tǒng)的設(shè)計輔助系統(tǒng)的設(shè)計主要包括潤滑系統(tǒng)設(shè)計、冷卻系統(tǒng)設(shè)計、故障檢測系統(tǒng)設(shè)計、安全保障系統(tǒng)設(shè)計和照明系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計過程中可根

20、據(jù)設(shè)計的要求和實際的鉆床工作需求進行輔助系統(tǒng)的設(shè)計。2.8 本章小結(jié)本章主要介紹了通過對已知設(shè)計條件的分析如何確定自動鉆床總體方案的問題。章節(jié)中主要對自動鉆床總體方案中的工藝路線、執(zhí)行系統(tǒng)方案、傳動系統(tǒng)方案和控制系統(tǒng)方案作了詳細(xì)介紹和分析。通過本章節(jié)的敘述和圖文表達(dá)，我們對自動鉆床的總體設(shè)計有了一個清晰的概念，確定了下面章節(jié)中設(shè)計的步驟和設(shè)計重點。3 專用鉆床進給系統(tǒng)的設(shè)計3.1 進給系統(tǒng)概述與分析 傳統(tǒng)的臺式鉆床主軸進給系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條和軸承等組成。主軸在加工時即要作旋轉(zhuǎn)運動，也要作軸向的進給運動。機床主軸被裝置在主軸套筒內(nèi)，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內(nèi)，主軸

21、上側(cè)由花鍵連接。機床加工時，旋轉(zhuǎn)運動由花鍵傳入，而進給運動則由齒輪通過齒條帶動套筒在鑲套內(nèi)運動。由總體方案可知，自動鉆床進給系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)入了液壓缸進給系統(tǒng)，由液壓缸驅(qū)動替代齒輪齒條的手動進給，來實現(xiàn)主軸的快進、工進和快退動作。鉆床在加工時，主軸要作高速的旋轉(zhuǎn)運動和直線的進給運動。導(dǎo)入液壓缸進給系統(tǒng)后，由于液壓缸結(jié)構(gòu)和性能的限制，液壓缸活塞桿不宜作高速的旋轉(zhuǎn)運動，因此，我們要結(jié)合合適的軸承和結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)主軸的高速旋轉(zhuǎn)。往復(fù)進給運動由液壓缸來完成動作。5436721圖3-1 普通臺式鉆床進給系統(tǒng)簡圖1、主軸套筒鑲套2、推力球軸承3、主軸套筒4、主軸5、深溝球軸承6、齒輪齒條手動進給系統(tǒng)7、主軸箱3.2

22、 進給系統(tǒng)方案圖的確定全自動鉆床是在原有臺式鉆床的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行改造設(shè)計的，所以，我們首先要對普通臺式鉆床的進給系統(tǒng)作出詳細(xì)的研究。臺式鉆床主軸進給系統(tǒng)主要部件有主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條和軸承等。其結(jié)構(gòu)圖如圖3-1示：根據(jù)普通臺式鉆床的進給系統(tǒng)設(shè)計特點，綜合考慮本文設(shè)計的要求、改造后自動鉆床的工作條件和液壓缸工作特性，確定自動鉆床的進給系統(tǒng)如圖3-2所示：765843921圖3-2自動鉆床的進給系統(tǒng)簡圖1、主軸2、深溝球軸承3、活塞桿4、液壓缸筒5、油路口6、液壓缸蓋7、鎖緊螺釘8、推力球軸承9、密封圈3.3 工況分析根據(jù)設(shè)計任務(wù)可知，生產(chǎn)工件時，要求生產(chǎn)率為3把/分鐘，即要求在

23、20秒內(nèi)要完成一件工件的送料、夾緊、鉆削加工和出料。已知件材料為Q235鋼，工件厚度大約為15mm，查機械工程材料實用手冊可知，Q235為碳素結(jié)構(gòu)鋼，其韌性良好，有一定的強度和伸長率，在一般機械制造中應(yīng)用廣泛，是一般機械制造中的主要材料，其切削加工性能較好。鉆削直徑為12mm的通孔，鉆削行程（孔的長度）l15mm。由此可確定鉆床主軸行程為100mm，也就是液壓缸行程為100mm。在鉆床的切削加工過程中，鉆床主軸主要受到切削扭矩和軸向進給力的作用。軸向進給力是沿主軸軸向的，在主軸保持其與工作臺的垂直度的情況下，軸向力作用產(chǎn)生的彎矩基本為零，可忽略不計。所以，鉆床主軸為僅受轉(zhuǎn)矩作用的軸類。主軸進給

24、液壓缸在工作中受到作用力可以分為三個階段分析。在主軸快進工序中，液壓缸受到鉆床主軸組件重力和液壓缸系統(tǒng)的摩擦力的作用；在主軸工進工序中，液壓缸受到鉆床主軸組件的重力、軸向切削力和液壓缸系統(tǒng)的摩擦力作用；在主軸快退的工序中，液壓缸受到主軸組件的重力、退刀阻力和液壓缸系統(tǒng)摩擦力。因此，在進給液壓缸設(shè)計時，我們要以最大受力作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。3.4 切削力的計算 切削刀具及相關(guān)參數(shù)的選擇目前在鉆孔加工中，麻花鉆主要有高速鋼麻花鉆和硬質(zhì)合金麻花鉆兩類。由于高速鋼麻花鉆在采用物理沉積法TiN涂層處理后，其耐用度和鉆孔精度有了較大提高，所以該鉆頭應(yīng)用極廣。所以，在本文的鉆削加工過程中，選擇高速鋼麻花鉆頭。查金屬

25、切削手冊選擇標(biāo)準(zhǔn)圓柱錐柄麻花鉆中等長度第一系列，刀具直徑為12mm,鉆頭與主軸用莫氏錐孔連接，莫氏錐孔為1號莫氏錐孔。由于被加工材料為Q235鋼，其切削性能較好，所以查金屬切削手冊選擇加工時進給量f為：f=0.2mm/r；其對應(yīng)的切削速度V=32m/min。 主軸轉(zhuǎn)速及鉆孔時間的計算查金屬切削手冊，由切削速度計算公式可得出主軸在工藝長期穩(wěn)定時的固定轉(zhuǎn)速n的計算公式如下：式中，選定的切削速度（m/min） 刀具或工件的直徑（mm）將V=32m/min，d=12mm代入公式中，計算得出n=850r/min.查金屬切削手冊,鉆孔時間T的計算公式為：式中，l被鉆孔厚度（mm） f切削進給量（mm/r）

26、 刀具或工件的直徑（mm） n主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min）將l =15mm，f =0.2mm/r, d=12mm,n=850r/min代入公式中，計算得出T=6.6s.由此，確定一件工件的加工工時為：送料1s，工件夾緊2s，快進2s，工進7s，主軸停留2s，快退2s，出料1s，加工一件工件用時17s，達(dá)到了加工效率的要求。 切削力的計算鉆床切削力的計算包括鉆床主軸轉(zhuǎn)矩計算和主軸軸向切削力的計算。由于加工材料為Q235鋼，其屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，鉆頭為高速鋼麻花鉆，加工方式為鉆孔，所以查機床夾具設(shè)計手冊得：鉆床轉(zhuǎn)矩計算公式如下： 式中， 切削力矩（NM） 鉆頭直徑（mm） 每轉(zhuǎn)進給量（mm） 修正系數(shù)

27、軸向切削力的計算公式如下：式中， 軸向切削力（N） 鉆頭直徑（mm） 每轉(zhuǎn)進給量(mm) 修正系數(shù)已知被加工材料為Q235結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼取=736MPa，D=12mm，=0.2mm，所以可分別計算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削為：=13.5 NM=2595 N3.5 鉆床主軸設(shè)計 主軸材料的選擇在軸的設(shè)計過程中，軸類的材料選擇要考慮如下因素：（1） 軸的強度、剛度和耐磨性要求；（2） 軸的熱處理方式和機加工工藝性要求；（3） 軸的材料來源和經(jīng)濟性；軸的常用材料有碳鋼和合金鋼。一般來說碳鋼比合金鋼價格低廉，對應(yīng)力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，應(yīng)用廣泛。而合金鋼雖然機械性能

28、和淬火性能優(yōu)于碳鋼，但其價格較貴，一般用于強度和耐磨性要求高的場合。 綜合以上設(shè)計要求及因素，鉆床主軸材料選用45號鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后HB要達(dá)到240左右。其機械性能參數(shù)如下：b=650MPa；s=360MPa；-1=300MPa；-1=155MPa；-1b=60MPa；T=35MPa。 軸徑的計算由金屬切削原理可知，主軸切削功率的計算公式為： 式中： 軸向切削力（N） 每轉(zhuǎn)進給量(mm)n主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min） 切削力矩（NM）將以上數(shù)值代入公式中可計算出功率=1.2KW考慮到軸承傳動效率（查得為0.99）和花鍵傳動效率（查得為0.98），所以可計算出鉆床主軸要傳遞的功率P為：P=/(0.

29、990.990.98)=1.25KW由工況分析可知，在鉆床的切削加工過程中，鉆床主軸主要受到切削扭矩和軸向進給力的作用。軸向進給力是沿主軸軸向的，在主軸保持其與工作臺的垂直度的情況下，軸向力作用產(chǎn)生的彎矩基本為零，可忽略不計。所以，鉆床主軸為僅受轉(zhuǎn)矩作用的軸類。查機械設(shè)計得鉆床最小直徑的計算公式如下：選C=110，計算出dmin=13mm由計算結(jié)果可知，在滿足加工條件的情況下，鉆床主軸最小直徑不能小于13mm，根據(jù)普通臺式鉆床的主軸結(jié)構(gòu)，現(xiàn)選自動鉆床直徑為40mm。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計由圖3-2進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖可知，鉆床主軸上主要安裝有一對深溝球軸承、一對推力球軸承、一個軸承擋環(huán)、一個鎖緊螺栓和軸端的花鍵連接。根據(jù)鉆床軸徑選用軸承及花鍵尺寸如下（表3-1）表示：根據(jù)主軸的的行程，可確定鉆床主軸的基本長度尺寸