小型自動鉆床及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計-法蘭盤上蓋鉆夾具含5張CAD圖

小型自動鉆床及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計-法蘭盤上蓋鉆夾具含5張CAD圖,小型,自動,鉆床,夾具,結(jié)構(gòu)設(shè)計,法蘭盤,上蓋鉆,cad 小型自動鉆床及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘 要 本文主要介紹了在傳統(tǒng)臺式鉆床內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)知基礎(chǔ)上，通過改進臺式鉆床的部分結(jié)構(gòu)結(jié)合液壓傳動系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)將臺式鉆床改造為自動鉆床，并將夾具體改進為氣壓自動夾緊夾具以達到對加工零件自動夾緊加工的目的。 本文設(shè)計過程參照傳統(tǒng)臺式鉆床內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，將機床設(shè)計分為機床內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計和專業(yè)自動化夾具設(shè)計兩大塊，并對機床內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計和專用夾具設(shè)計進行詳細(xì)分析。 設(shè)計的目的在于通過導(dǎo)入氣壓夾緊系統(tǒng)、液壓進給系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)，使得改造后的鉆床能實現(xiàn)對工件自動定位夾緊和加工，達到滿足加工產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減小加工誤差，降低生產(chǎn)勞動成本的目的。 本文設(shè)計著重于自動鉆床結(jié)構(gòu)的設(shè)計和鉆床專用夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計。自動鉆床結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要鉆床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計和鉆床進給結(jié)構(gòu)設(shè)計；鉆床專用夾具設(shè)計主要是設(shè)計出可自動夾緊定位的夾具并將工件移動到指定位置配合鉆床進行加工。 關(guān)鍵詞 自動鉆床結(jié)構(gòu)；自動化夾具結(jié)構(gòu)；自動裝夾。  abstract This paper mainly introduces the understanding of the internal structure of the traditional bench-type drilling bed, by improving the structure of the bench-type drilling machine combined with the hydraulic drive system and PLC control system to transform the bench-type drilling bed into an automatic drill, and improving the clamp specifically for the automatic clamping fixture of air pressure to achieve the purpose of automatic clamping of the processing parts. The design process of this paper refers to the design method of the internal structure of the traditional benchtop drill, divides the machine tool design into two blocks of the machine tool internal structure design and professional automatic fixture design, and analyzes the internal structure design and special fixture design of the machine tool in detail. The purpose of the design is to reduce the production and labor cost by importing the air pressure clamping system, hydraulic feed system and PLC control system, so that the modified drill bed can realize the automatic positioning of the workpiece clamping and processing, so as to meet the quality of processing products, improve production efficiency, reduce processing error, reduce the cost of production and labor. The design of this paper focuses on the design of the automatic drilling machine structure and the special fixture structure of the drill ingres. The design of automatic drill bed structure mainly drill bed spindle structure design and drill bed feed structure design, drill bed special fixture design is mainly designed to automatically clamp the positioning of the fixture and move the workpiece to the designated position with the drill bed for processing. Keywords Automatic drilling bed structur 3 目錄 1.緒論 5 1.1問題分析及解決思路 5 1.2 本文的設(shè)計要求及目標(biāo) 6 1.3 本章小結(jié) 6 2 鉆床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 2.1 自動專用鉆床已知條件和設(shè)計要求的概述 7 2.2 法蘭盤加工工藝路線 7 2.3 執(zhí)行機構(gòu)的方案設(shè)計 7 2.4 傳動結(jié)構(gòu)方案設(shè)計和原動機選擇 8 2.5 控制方案設(shè)計 9 2.6 總體布局設(shè)計 10 2.7 輔助結(jié)構(gòu)的設(shè)計 10 2.8 本章小結(jié) 10 3 專用鉆床進給結(jié)構(gòu)的設(shè)計 11 3.1 傳統(tǒng)臺式鉆床進給結(jié)構(gòu)概述與分析 11 3.2 進給結(jié)構(gòu)方案圖的確定 11 3.3 工況分析 12 3.4 切削力的計算 12 3.5 鉆床主軸設(shè)計 14 4 專用鉆床主軸傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計 14 4.1 主軸傳動結(jié)構(gòu)的分析 17 4.2 主軸花鍵的設(shè)計 17 4.3 主軸電機選擇 17 4.4 V帶傳動設(shè)計 18 4.5 本章小結(jié) 20 5 專用鉆床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 5.1加工工件分析 21 5,2鉆床夾具的構(gòu)成及改進方案 21 5.3專用夾具結(jié)構(gòu)組成及分析 21 5.4專用夾具工作原理 21 5.5工件夾緊力的計算 22 6 設(shè)計總結(jié) 23 參考文獻 24  1.緒論 1.1問題分析及解決思路 1.1.1 鉆床制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 鉆削加工是指用鉆床切除零件多余材料使其成為合格產(chǎn)品的一種加工方法。第一臺鉆床是惠特沃斯于1862年發(fā)明的。到了1850年前后，德國人馬蒂格諾尼最早制成了用于金屬打孔的麻花鉆；1862年在英國倫敦召開的國際博覽會上，英國人惠特沃斯展出了由動力驅(qū)動的鑄鐵柜架的鉆床，這便成了近代鉆床的雛形。 隨著科技的發(fā)展和人類不斷的創(chuàng)新，鉆床對于零件的加工方式呈現(xiàn)更加多樣化及加工工藝更為合理化。零件加工中鉆床占據(jù)了重大的比重，而鉆床的整體性能又直接關(guān)系被加工零件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，所以為了提高鉆床的性能，必須對機床進行不斷的創(chuàng)新。 我國鉆床發(fā)展工業(yè)在近些年來已經(jīng)取得了巨大的突破，但和發(fā)達國家機床工業(yè)相比依然還有明顯的不足。目前國內(nèi)大多數(shù)廠家生產(chǎn)的鉆床仍然以傳統(tǒng)臺式鉆床、立式鉆床、深孔鉆床為主，而在大型的數(shù)控鉆床、高精密的深孔鉆床上還有很大的差距。因此我們應(yīng)該學(xué)國外先進科學(xué)技術(shù)，結(jié)合國外機床的優(yōu)點，對我國機床進行不斷的創(chuàng)新和改進，加快我國機床工業(yè)的發(fā)展。 1.1.2 傳統(tǒng)鉆床加工存在的缺點 鉆床是金屬切削加工機床中常用的一種，在零件加工中十分重要。鉆床主要被用于對零件進行大批量加工，鉆床的加工方式主要有鉆、擴、絞等。社會在不斷進步工業(yè)在不斷發(fā)展，對生產(chǎn)加工不斷提高加工效率和加工質(zhì)量成為廠家發(fā)展的必要條件，而依舊使用傳統(tǒng)鉆床已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代化的加工生產(chǎn)需求主要原因是傳統(tǒng)鉆床存在以下不足之處; （1）加工生產(chǎn)耗時長； （2）加工生產(chǎn)效益差； （3）加工定位較為困難； 1.1.3 改進思路及方案的確定 通過對傳統(tǒng)鉆床加工了解可知，傳統(tǒng)鉆床主要存在生產(chǎn)環(huán)境差、加工效率低、機床加工性能較差等缺點，對此我們有必要對傳統(tǒng)臺式鉆床進行設(shè)計與改進。通過查閱資料以及老師的指導(dǎo)來對傳統(tǒng)臺式鉆床部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)、專用夾具部分結(jié)構(gòu)進行改進。 經(jīng)過討論，我們決定從將鉆床設(shè)計分為鉆床內(nèi)部機構(gòu)設(shè)計和自動夾具結(jié)構(gòu)兩大模塊，使得鉆床和夾具可以通過現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)來對鉆床加工過程進行控制，達到簡化加工過程提高加工精度的目的。為了使得設(shè)計直觀簡單，我們將鉆床內(nèi)部結(jié)構(gòu)模塊分為傳動結(jié)構(gòu)、進給結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)三個部分，鉆用夾具為另外一個模塊。下面針對各個模塊存在的的問題提出改進思路： （1）傳動結(jié)構(gòu)： 由于改進后的鉆床只為加工生產(chǎn)線的某一個特定的零件，因此在對該進行計算和分析之后對傳動結(jié)構(gòu)進行調(diào)整 （2）進給結(jié)構(gòu) ：傳統(tǒng)臺式鉆床進給結(jié)構(gòu)的工作方式需要人為的控制，為了實現(xiàn)鉆床自動化生產(chǎn)的能力，只需將主軸的進給結(jié)構(gòu)改為液壓傳動代替手動控制傳動即可。 （3）夾緊結(jié)構(gòu) ：傳統(tǒng)鉆床專用夾具需要人工進行定位夾緊，工作效率低。因此需要氣動化的部件來實現(xiàn)對零件的定位和夾緊。 （4）控制結(jié)構(gòu) ：傳統(tǒng)鉆床沒有自動控制結(jié)構(gòu)，而為了滿足生產(chǎn)需求必須設(shè)計一個對鉆床和夾具運動的自動控制結(jié)構(gòu)。目前機床控制結(jié)構(gòu)主要分為數(shù)控結(jié)構(gòu)、繼電器電氣控制結(jié)構(gòu)和PLC控制等。相比于電氣控制內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易維護、數(shù)控結(jié)構(gòu)成本高等不利因素PLC控制結(jié)構(gòu)具有良好的可靠性、成本低等優(yōu)點，故選擇PLC作為鉆床的控制結(jié)構(gòu)。 1.2 本文的設(shè)計要求及目標(biāo) 本文研究的主要內(nèi)容是普通臺式鉆床內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進、自動化夾具設(shè)計兩個方面。主要設(shè)計在于鉆床內(nèi)部結(jié)構(gòu)中進給結(jié)構(gòu)的設(shè)計和自動化夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計。自動鉆床結(jié)構(gòu)設(shè)計是為了實現(xiàn)主軸沿Z軸移動并實現(xiàn)自動進給運動；自動化夾具體結(jié)構(gòu)設(shè)計是為了實現(xiàn)對工件夾緊定位以及帶動工件到達加工指定位置。 通過對傳統(tǒng)臺式鉆床的改進和專用自動化夾具的設(shè)計，使其達到對于零件進行自動夾緊加工的目的，重新設(shè)計后的鉆床應(yīng)達到以下要求： （1）改善生產(chǎn)環(huán)境，減少加工時耗； （2）改善加工產(chǎn)品質(zhì)量，改善機床加工性能； （3）提高加工產(chǎn)品效益； （4）降低生產(chǎn)勞動成本； 1.3 本章小結(jié) 本章節(jié)主要對我國鉆床發(fā)展環(huán)境做了簡要概述，針對傳統(tǒng)鉆床在加工中所產(chǎn)生的問題提出了改進思路和分析方法，并明確了設(shè)計任務(wù)和設(shè)計目標(biāo)。簡明扼要的描述了改進后鉆床應(yīng)該達到的生產(chǎn)要求。 2 鉆床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 鉆床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計與選擇直接影響到被加工工件的質(zhì)量和機床生產(chǎn)各方面的性能，因此，我們應(yīng)該制定良好的總體方案來保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量、加工產(chǎn)品的效益?！? 鉆床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計主要分為兩大模塊：鉆床內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊和專用夾具設(shè)計結(jié)構(gòu)模塊。 其中鉆床內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括：鉆床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計、原動機類型的選擇、傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計、鉆床總體布局設(shè)計。鉆床法蘭盤夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計和夾具動力源的選擇。 2.1 自動專用鉆床已知條件和設(shè)計要求的概述 本文以某五金加工工廠法蘭盤生產(chǎn)線為生產(chǎn)背景，對普通臺式鉆床的機構(gòu)進行自動化改造及對鉆床專用夾具進行設(shè)計和改，使其達到快速定位、自動夾緊、自動加工的目的，滿足生產(chǎn)線高效生產(chǎn)的需求。 2.2法蘭盤加工工藝路線 法蘭盤加工工藝步驟和在傳統(tǒng)臺上鉆床加工一致沒有發(fā)生變化，只是在加工過程操作上有很大的調(diào)整，這主要是導(dǎo)入了自動化進給機構(gòu)和自動化控制結(jié)構(gòu)。以下為改進后的鉆床加工工序步驟： 2.3 執(zhí)行機構(gòu)的方案設(shè)計 對于鉆床而言其執(zhí)行機構(gòu)是鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運動結(jié)構(gòu)和主軸進給運動結(jié)構(gòu)，鉆床主軸的運轉(zhuǎn)直接關(guān)系到鉆床運行的平穩(wěn)性和加工工件的好壞。改進后的主軸旋轉(zhuǎn)運動結(jié)構(gòu)依舊使用電動機提供動力而主軸進給運動結(jié)構(gòu)則由液壓驅(qū)動進給。 2.3.1執(zhí)行機構(gòu)的運動規(guī)律 本文設(shè)計著重于鉆床的機構(gòu)自動化和專用夾具的自動化改進根據(jù)2.3節(jié)可知鉆床執(zhí)行機構(gòu)運動為鉆床主軸的旋轉(zhuǎn)切削和軸向進給運動。其運動規(guī)律和傳統(tǒng)鉆床一致，如圖所示： 主軸直線進給運動 主軸旋轉(zhuǎn)切削運動 圖2-1 自動鉆床運動規(guī)律簡圖 2.3.2執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則 普通臺式鉆床的執(zhí)行機構(gòu)在對零件進行加工時主軸的進給是由人來操控的，因此為滿足自動化生產(chǎn)要求首先應(yīng)對主軸進給結(jié)構(gòu)進行改進。此外，改進后的鉆床執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)考慮加工性能的影響、加工工藝動作的影響和經(jīng)濟效益的影響。 2.3.3 執(zhí)行機構(gòu)的協(xié)調(diào)設(shè)計 鉆床在對執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)同時考慮執(zhí)行機構(gòu)的協(xié)調(diào)性，即應(yīng)考慮到改進后的執(zhí)行機構(gòu)在加工工藝步驟上的先后性、執(zhí)行機構(gòu)動作與控制機構(gòu)在時間上的同步性、執(zhí)行機構(gòu)在空間布置上的合理性、 執(zhí)行機構(gòu)在操作上的簡便性、執(zhí)行機構(gòu)工藝動作對機床安全性、 各執(zhí)行機構(gòu)的配合能否有效的縮短加工時間。 改進后自動鉆床執(zhí)行機構(gòu)沒有改變主軸運動的形式，只對于進給運動的結(jié)構(gòu)進行替換。由液壓缸驅(qū)動進代替手動進給，且易于實現(xiàn)自動化控制。 2.4 傳動機構(gòu)方案設(shè)計和原動機選擇 2.4.1 原動機選擇 因為自動鉆床主軸的運動規(guī)律與傳統(tǒng)臺式鉆床運動規(guī)律相同。所以我們可以參照傳統(tǒng)臺式鉆床主軸電動機的選擇方法來選擇合適的電動機，此外選擇合適的電動機為液壓泵驅(qū)動液壓缸提供動力 。 2.4.2 傳動機構(gòu)方案設(shè)計 (一) 確定傳動機構(gòu)總傳動比 改進后的自動鉆床是生產(chǎn)線上法蘭盤零件的專用加工機床，因此，需要計算出加工法蘭盤的所需切削力和明確機床傳動效率之后，計算出滿足加工所需的最小功率，在查表選擇合適的電動機之后，重新進行反運算確定總傳動比（具體數(shù)值將在第四章計算得出）。 （二）選擇傳動類型 （1）傳統(tǒng)臺式鉆床中主軸動力是由V帶傳送的，V帶傳送有效的減輕了電機帶來的震動并對鉆削進行過載保護，因此在改造后的鉆床中依舊選擇V帶來傳遞電機動力。通過V帶將電機動力傳送到主軸上實現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)運動； （2）在傳統(tǒng)鉆床中主軸的進給運動是由人來控制的，為實現(xiàn)主軸進給運動的自動化，選擇使用液壓傳動來代替手動進給。使用液壓傳動主要有以下優(yōu)點:液壓傳動啟動迅速、容易換向、方便控制、在工作時運行平穩(wěn)能有效的減緩鉆削帶來的振動。 （三）繪制傳動結(jié)構(gòu)運動簡圖 花鍵傳動 根據(jù)以上分析，確定傳動結(jié)構(gòu)的運動簡圖如下（圖2-3）： V帶傳動 液壓缸進給傳動 圖2-3 傳動結(jié)構(gòu)運動簡圖 2.5 控制方案設(shè)計 為了達到將機床和夾具配合使用，使其能夠控制自動化生產(chǎn)的目的 以及考慮經(jīng)濟因素和護理維修等方面的影響，我們選擇采用PLC與手動相結(jié)合的方法進行控制。 為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比，PLC控制有有以下特點： 1. 適用性強，控制程序可變，使用方便； 2. 抗干擾能力強，可靠性高； 3. 功能強，適用面廣； 4. 減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計及施工的工作量； 5. 體積小，重量輕，維護方便； 因此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。此外在PLC控制結(jié)構(gòu)的電源啟動和其它關(guān)鍵位置設(shè)置一些手動開關(guān)，以防止機器在出現(xiàn)故障時可以及時的停止運行。 2.6 鉆床整體布局設(shè)計 合理的整體布局會使得鉆床結(jié)構(gòu)更加緊湊，占用空間更小，機床零件承受的力更小。改進后的自動鉆床依舊以原有的臺式鉆床整體布局為參照，在原有機構(gòu)的基礎(chǔ)上導(dǎo)入了液壓進給驅(qū)動結(jié)構(gòu)使得主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。該專用鉆床運用于法蘭盤生產(chǎn)線上，因此引入法蘭盤自動夾具配合回轉(zhuǎn)工作臺實現(xiàn)對法蘭盤的自動加工。 2.7 輔助裝置的設(shè)計 鉆床輔助的設(shè)計是為了改善鉆床加工狀況，使鉆床有更好的加工環(huán)境和保證鉆床的良好使用性能。對于本次法蘭盤生產(chǎn)線加工的專用鉆床應(yīng)該具備切削液循環(huán)冷卻裝置、鉆床自動排屑裝置及鉆床分度回轉(zhuǎn)工作臺。 切削液循環(huán)冷卻裝置可以良好的改善鉆床切削時的工作性能保證加工工件的質(zhì)量，自動排屑裝置可選用磁極吸附裝置來清除切削產(chǎn)生的鐵屑，回轉(zhuǎn)工作臺可配合法蘭盤自動夾具實現(xiàn)對法蘭盤的逐個孔精準(zhǔn)加工。 2.8 本章小結(jié) 本章主要介紹了在對傳統(tǒng)臺式鉆床的了解和一般機床設(shè)計改進的步驟之后，確定了對臺式鉆床改進的總體方案。并對機床和夾具分成四大結(jié)構(gòu)，對其中所有結(jié)構(gòu)進行分析和改進保留傳統(tǒng)臺式鉆床的優(yōu)點對于其中不足之處進行重新設(shè)計與說明。通過本章節(jié)對鉆床的改進已經(jīng)有了明確的改進步驟及改進方法。 3 專用鉆床進給結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1 傳統(tǒng)臺式鉆床進給結(jié)構(gòu)概述與分析 傳統(tǒng)臺式鉆床主軸進給結(jié)構(gòu)主要包括主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條和軸承等。如圖3-1所示。 主軸動力源于電機，電機將動力傳動到小帶輪上，再通過V帶傳遞給大帶輪中心的主軸上。大帶輪中心裝有滑移花鍵，主軸可通過花鍵進行上下移動而同時進行旋轉(zhuǎn)運動。主軸外側(cè)則安裝有主軸套筒和深溝球軸承和推力球軸承，目的是使得套筒可以和主軸做進給運動而不做旋轉(zhuǎn)運動。 5 4 3 6 7 2 1 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 進給結(jié)構(gòu)方案圖的確定 在2.3小節(jié)中我們提出使用液壓傳動進給結(jié)構(gòu)來代替人工手動進給的設(shè)計方案。通過傳統(tǒng)臺式鉆床進給結(jié)構(gòu)我們可以設(shè)計出使用液壓來帶動主軸套筒上下移動進而實現(xiàn)主軸上下移動的液壓結(jié)構(gòu)。液壓行程的快慢和主軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速快慢則有PLC系統(tǒng)控制。改進后的鉆床進給結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。 7 8 6 5 4 3 2 9 1 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 由生產(chǎn)背景可知，被加工工件為法蘭盤，生產(chǎn)要求為每分鐘生產(chǎn)2個法蘭盤，即需在30秒內(nèi)完成對工件的裝夾和加工。 由法蘭盤零件圖紙可知，法蘭盤厚度大約為25mm，查閱相關(guān)資料可知，45鋼含硫、磷等有害物質(zhì)較少，因此其強度、塑性、韌性均比碳素結(jié)構(gòu)鋼好，綜合力學(xué)性能較好，便于加工。根據(jù)零件圖紙要求需鉆削直徑為10mm的4個通孔，孔深≈8mm。 在鉆削加工過程中，鉆床主軸主要受到沿主軸軸向的進給力和主軸旋轉(zhuǎn)運動帶來的切削扭矩。其中主要影響因素為切削扭矩。 3.4 切削力的計算 3.4.1 孔加工刀具及相關(guān)參數(shù)的選擇 由于孔的形狀、規(guī)格、精度要求和加工方法各有不同，孔加工的刀具有很多種，按其用途分為兩類：一類在實體材料上加工的刀具，如麻花鉆、深孔鉆等；另一類則是在已加工孔的基礎(chǔ)上進行擴孔、鉸孔等再加工的刀具，如擴孔鉆、鉸刀等。 麻花鉆是目前孔加工最常見的刀具，主要用來在實體材料上加工出精度等級較低的孔，一般加工精度等級為IT11-IT13級，表面粗糙度值為Ra12.5-Ra6.3。根據(jù)零件圖紙要求可以選擇高速鋼麻花鉆作為法蘭盤孔加工刀具。 進給量f根據(jù)《金屬切削手冊》查找為：f=0.2mm/r；其對應(yīng)的切削速度V=30m/min。 3.4.2 主軸轉(zhuǎn)速的計算 根據(jù)《金屬切削手冊》初步得知麻花鉆的進給量和切削速度，故可以確定鉆床主軸直徑上一點的線速度也就是主軸轉(zhuǎn)速。計算公式如下： 將V=30m/min，d=10mm代入公式中，得出n=955r/min. 3.4.3 切削力的計算 從上章節(jié)分析得知，麻花鉆頭在切削加工時受到力主要包括主軸旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和軸向進給產(chǎn)生的切削力，根據(jù)查詢《機床夾具設(shè)計手冊》得： 鉆床轉(zhuǎn)矩計算公式如下： 軸向切削力的計算公式如下： —— 修正系數(shù) 法蘭盤材料為45鋼故=600MPa，D=10mm，=0.2mm，將其代入上式中可得主軸轉(zhuǎn)矩和軸向切削力為： =12.3 N·M =1645 N 3.5 鉆床主軸設(shè)計 3.5.1 主軸材料的選擇 鉆床主軸材料的選用應(yīng)以以下原則為依據(jù): （1） 鉆床主軸應(yīng)具有一定的強度、韌性和耐磨度； （2） 軸的使用壽命應(yīng)達到基本正常使用時間； （3） 軸的加工工藝復(fù)雜程度和軸的材料選擇及經(jīng)濟影響； 通過查閱資料可知普通機床主軸使用的材料大多數(shù)為碳鋼和合金鋼，傳統(tǒng)臺式鉆床主軸材料為45鋼，45鋼是碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的綜合性能，加工較為方便，通過對45鋼進行熱處理完全可以達到預(yù)期鉆床主軸所需的要求，因此選用45鋼作為機床主軸材料。 鉆床主軸在高速旋轉(zhuǎn)下進行加工并且需要保證一定的使用壽命，因此應(yīng)該對主軸進行合理的加工和熱處理后使其HB達到250左右。其機械性能參數(shù)如下：δb=650MPa；δs=360MPa；δ-1=300MPa；τ-1=155MPa；[δ-1]b=60MPa；[τT]=35MPa。 3.5.2 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： 將以上數(shù)值代入公式中可計算出功率=0.96KW 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=/(0.99×0.99×0.98)=0.98KW 由3.5章節(jié)可知，鉆床主軸主要受到旋轉(zhuǎn)運動帶來的扭矩和進給運動帶來的軸向力，而法蘭盤的加工平面與主軸方向保持垂直，故軸向力幾乎不會對主軸產(chǎn)生彎矩。根據(jù)主軸的扭矩我們可以計算得出主軸的最小直徑，計算公式如下： 選C=110，計算出dmin=12mm 由以上公式求得鉆床主軸最小直徑為12mm，參照傳統(tǒng)臺式根據(jù)鉆床的主軸設(shè)計選用表格，確定鉆床直徑為40mm。 3.5.3 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如下圖示（圖3-3）： 表3-1 主軸零件選用表 圖3-3 鉆床主軸基本尺寸簡圖 3.5.4 軸強度的校核 Mk 由工況分析可知，鉆床主軸的受力圖如下（圖3-4）： M 圖3-4鉆床主軸受力簡圖 圖3-5鉆床主軸轉(zhuǎn)矩簡圖 考慮到傳動效率，鉆床主軸要傳遞的轉(zhuǎn)矩M=Mk/（0.99×0.99×0.98）=12.16 N·M,液壓力為對稱受為，合力方向沿鉆床主軸方向，大小與進給切削力相互抵消。所以，繪制主軸所受轉(zhuǎn)矩圖如圖3-5。 根據(jù)軸上零件的布置，軸的危險截面為軸端花鍵處，所以應(yīng)對該處進行軸的強度校驗。 扭轉(zhuǎn)強度約束條件：  查《機械設(shè)計》得花鍵的抗扭截面模量WT的計算公式為： 將選用花鍵的基本參數(shù)代入公式中可計算出WT=5739，所以可以計算出鉆床主軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力=2.24。 由于[]=35，顯然≤[]，所以，軸滿足強度要求。 4 專用鉆床主軸傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計 4.1 主軸傳動結(jié)構(gòu)的分析 由前章節(jié)可知，專用鉆床主軸結(jié)構(gòu)分為帶動主軸做旋轉(zhuǎn)運動的傳動結(jié)構(gòu)和帶動主軸做進給運動的液壓傳動結(jié)構(gòu)。雖然帶動專用鉆床做旋轉(zhuǎn)運動的傳動結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)臺式鉆床傳動結(jié)構(gòu)一致，但是專用鉆床是用于投入法蘭盤生產(chǎn)線上的單獨加工機械，因此應(yīng)該對其傳動結(jié)構(gòu)中電機型號、帶輪大小、V帶型號以及主軸花鍵尺寸進行重新設(shè)計和選擇。 4.2 主軸花鍵的設(shè)計 花鍵軸分矩形花鍵軸和漸開線花鍵軸兩大種類,花鍵軸中的矩形花鍵軸應(yīng)用廣泛,而漸開線花鍵軸用于載荷較大，定心精度要求高，以及尺寸較大的鏈接。由于矩形花鍵軸多齒工作，所以承載能力高，對中性、導(dǎo)向性不錯，而其齒根較淺的特點可以使其應(yīng)力集中小。因此選擇矩形花鍵來帶動主軸旋轉(zhuǎn)。 根據(jù)表3-1主軸零件的選用，選用花鍵規(guī)格為：（ ）8×32×36×6 GB/T 1144-1987（為齒數(shù)×內(nèi)徑×外徑×齒寬）。主軸的行程為100mm，查表4-1可確花鍵的長度為=160mm。 表4-1 花鍵長度系列表 （mm） 由于主軸材料為45鋼，加工后要調(diào)質(zhì)處理，主軸端花鍵與轂孔為滑動聯(lián)接，所以花鍵尺寸公差選擇分別為：d取f7，D取a11，鍵寬B取d10。鍵寬位置度公差取=0.015mm,鍵寬對稱度公差取=0.012mm。 4.3 主軸電機選擇 根據(jù)3.5.2章節(jié)的計算可知，主軸切削功率=0.98KW。由于花鍵轂要與帶輪固定在機架上，取軸承傳動效率為0.99、花鍵傳動效率為0.98和V帶傳動效率為0.96，所以可計算出電機要傳遞的最小功率為： 所以可計算出=1.02。查電機樣品選取電機型號為：Y90L-4。其額定功率為1.5，滿載轉(zhuǎn)速為1400 r/min。 4.4 V帶傳動設(shè)計 4.4.1 設(shè)計功率的計算 計算出=1.8。 4.4.2 選擇帶型 根據(jù)=1.8，=1400 r/min，查《機械設(shè)計》選用Z型V帶。 4.4.3 選取帶輪基準(zhǔn)直徑和 由3.4.2章節(jié)中計算可知，主軸轉(zhuǎn)速=850 r/min。考慮到電機主軸直徑D=24mm及Z型V帶的=50mm，查《機械設(shè)計》取=80mm。 所以可計算出=129.13mm，圓整取標(biāo)準(zhǔn)值后取=132mm。 4.4.4 驗算帶速 帶速的計算公式為： 由以上確定的數(shù)值，代入可計算出帶速=5.86。在5～20范圍之間，帶速合適。 4.4.5 確定中心距和帶的基準(zhǔn)長度 由帶輪直徑和自動鉆床的機構(gòu)尺寸，初選中心距=300mm。經(jīng)計算可知其符合： 0.7(+)=148.4＜＜2(+)=424 由帶長計算公式可計算出： =935.1mm 查《機械設(shè)計》對Z型帶選用基準(zhǔn)長度=1080mm，可由下式計算出實際的中心距為： 4.4.6 驗算小帶輪包角 所以＞120°，在要求的范圍之內(nèi)，包角合適。 4.5 本章小結(jié) 本章主要對鉆床傳動結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)分析，并對傳動結(jié)構(gòu)中的帶輪、V帶、花鍵的尺寸和型號提供了詳細(xì)可靠的理論依據(jù)。  5 專用鉆床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1加工工件分析 加工工件為法蘭盤如圖1所示，材料為45鋼，以法蘭盤內(nèi)孔中心線為加工基準(zhǔn)，在直徑為76.2mm圓上鉆削4個直徑為12mm通孔。要求沿圓周均布的4個孔對基準(zhǔn)的位置度要求為0.4，孔的直徑按未注公差控制，粗糙度為& 12.5。 5.2鉆床夾具的構(gòu)成及改進方案 機床夾具是為了實現(xiàn)工件的快速定位和夾緊并在加工過程中保證工件和機床之間正確的相對位置的零件組合。傳統(tǒng)臺式鉆床法蘭盤的鉆孔夾具主要由鉆模板、鉆套、定位元件、夾緊元件 及底座等構(gòu)成。在傳統(tǒng)的鉆床法蘭盤夾具中被加工工件的更換和夾緊過程占據(jù)了大量的時間使得工件生產(chǎn)加工時間變長，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。根據(jù)上述中傳統(tǒng)夾具存在的問題，我們結(jié)合書本知識在老師的指導(dǎo)下提出使用氣動夾緊元件代替手動夾緊元件并配合回轉(zhuǎn)工作臺來完成對四個通孔的加工方案。 5.3專用夾具結(jié)構(gòu)組成及分析 改進后的鉆床夾具在底座、鉆套、鉆模板等元件上沒有發(fā)生大的改動，只在夾緊元件上進行自動化結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，因此相比于傳統(tǒng)的夾具多了氣缸和其它一些輔助元件。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖2所示;氣缸由彈簧、活塞桿、O形圈、氣缸體等組成，活塞與活塞桿組合構(gòu)成一體以中心孔軸線為基準(zhǔn)。底座上開了兩個T形槽方便夾具在回轉(zhuǎn)工作臺上固定。改進后的夾具可以對工件進行快速的裝夾和更換極大的節(jié)省了工件的加工總時長，有效的提高了生產(chǎn)效率。  5.4專用夾具工作原理 為了保證工件和機床之間正確的相對位置，在工件加工之前應(yīng)將工件底座固定在回轉(zhuǎn)工作臺的準(zhǔn)確位置。工件裝夾過程為將工件套入活塞桿件中壓入鉆模板，然后安裝開口墊片啟動氣泵，氣泵氣壓導(dǎo)入氣缸帶動活塞桿件壓下彈簧向下移動使得開口墊片壓緊鉆模板，法蘭盤也就被夾緊了。底座上安裝有直徑為7mm的通氣孔可以使得排出氣缸內(nèi)部氣體，通過氣缸控制手柄可以控制氣泵啟動和停止。當(dāng)氣泵開關(guān)停止輸入氣體時彈簧帶動活塞桿向上移動，工件松開。在鉆完第個孔時，可以插入一根定位銷以保證加工孔的中心線與法蘭盤中心孔的中心線位置度在0.4以內(nèi)。每當(dāng)加工完一個孔時，配合回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動一定角度便可鉆第二個孔，循環(huán)往復(fù)直至將所有的孔鉆削完。 5.5工件夾緊力的計算 F=kf/(u1+u2) K=k0.k1.k2.k3.k4.k5.k6 其中F---實際所需的夾緊力，單位為（N） U1---夾緊元件與工件之間的摩擦因素 U2---工件與夾具支撐面之間的摩擦因素 K----安全系數(shù) f---- 鉆床對工件加工時產(chǎn)生的軸向切削力 根據(jù)《夾具設(shè)計手冊》查表選定K0=1.2 K1=1.2 K3=1 K4=1 K5=1 K6=1 u1=.0.98 u2-0.97 根據(jù)3.4章節(jié)計算得知法蘭盤加工軸向力f=1545N 將數(shù)據(jù)代入上式中可得實際夾緊力F=1214.8N 5.6本章小結(jié) 本章節(jié)主要介紹了鉆床法蘭盤夾具的組成及改進后的法蘭盤夾具結(jié)構(gòu)，詳細(xì)描述了法蘭盤夾具的工作原理以及法蘭盤夾緊力的計算，通過求得的法蘭盤夾緊力可以選擇相應(yīng)適當(dāng)?shù)臍獗眯吞枴? 6 設(shè)計總結(jié) 此次對于傳統(tǒng)臺式鉆床的改進設(shè)計以法蘭盤生產(chǎn)加工線為背景，設(shè)計重點在于對傳統(tǒng)臺式鉆床內(nèi)部結(jié)構(gòu)和法蘭盤夾具結(jié)構(gòu)進行改進，達到專用夾具自動夾緊、工件自動進給加工的目的。此次設(shè)計，基本囊括了大學(xué)機械制造專業(yè)所有學(xué)科，通過這次設(shè)計將大學(xué)四年所有的專業(yè)知識進行了一次匯總與貫通，加強了對專業(yè)基礎(chǔ)知識的運用，開拓了設(shè)計想法。通過尋求老師的幫助和查找相關(guān)設(shè)計資料下，總結(jié)了傳統(tǒng)臺式鉆床存在的弊端并對存在的問題提出了可行的解決方案。 此次設(shè)計的核心及重點在于鉆床的結(jié)構(gòu)設(shè)計及專用夾具的設(shè)計，因此對于其中涉及的知識點進行了一次詳細(xì)的復(fù)習(xí)，并加強了計算機繪圖能力。通過設(shè)計取得的成果主要有鉆床結(jié)構(gòu)改進的設(shè)計和自動化專業(yè)夾具的設(shè)計。隨著機械行業(yè)的發(fā)展，自動化的機械將被運用到更多的生產(chǎn)線上，所以我們需要更加努力將專業(yè)知識學(xué)好將設(shè)計思維拓展開來，為我們以后設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。 此次設(shè)計為我們總結(jié)和融匯四年所學(xué)的專業(yè)知識提供了一個良好的機會，通過這次設(shè)計使得我們的專業(yè)水平得到進一步的提高，為我們在接下來的實際工作中提供了良好的鍛煉機會，對我們即將畢業(yè)的學(xué)生有巨大幫助。  參考文獻 [1] 成大先.機械設(shè)計手冊·液壓傳動[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.281～742 [2] 秦曾煌.電工學(xué)[M].電工技術(shù)（第五版）.北京：高等教育出版式社，1999.336～391 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