自動(dòng)鉆鉸孔裝置設(shè)計(jì)
自動(dòng)鉆鉸孔裝置設(shè)計(jì),自動(dòng)鉆鉸孔裝置設(shè)計(jì),自動(dòng),鉆鉸孔,裝置,設(shè)計(jì)
自動(dòng)鉆鉸孔裝置設(shè)計(jì)答辯人：指導(dǎo)老師：自動(dòng)鉆孔技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)自動(dòng)鉆孔技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)在機(jī)械零件加工作業(yè)中，孔加工所占比例相當(dāng)大，高效率孔加工對(duì)于促使零件生產(chǎn)合理化是不可或缺的重要工藝過(guò)程。近年來(lái)，零部件生產(chǎn)大都采用以自動(dòng)化設(shè)備為中心的生產(chǎn)形態(tài)，進(jìn)行孔加工時(shí)大都采用加工中心、CNC電加工機(jī)床等先進(jìn)設(shè)備。機(jī)加工的效率、加工質(zhì)量和加工性能等已成為評(píng)價(jià)機(jī)械加工性能的主要指標(biāo)鉆鉸孔裝置簡(jiǎn)介鉆鉸孔裝置簡(jiǎn)介自動(dòng)鉆鉸孔裝置由鉆孔裝置、鉸孔裝置、自動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及工作臺(tái)上的夾具和裝卸裝置部分組成。鉆孔、鉸孔裝置的設(shè)計(jì)主要是刀具的尺寸材料和切削用量的選擇。夾具部分的設(shè)計(jì)主要是定位夾緊方案和定位誤差分析的設(shè)計(jì)。鉆鉸孔裝置簡(jiǎn)介鉆鉸孔裝置簡(jiǎn)介回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可基本分為普通回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)?？紤]到裝置沒(méi)有對(duì)刀元件的設(shè)計(jì)。因此鉆頭位置精度只能靠回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來(lái)確定。因此工作臺(tái)的分度精度要達(dá)一定要求。該裝置的控制是典型的順序控制，非常適宜用可編程控制器進(jìn)行控制，采用可編程控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)被加工工件的技術(shù)要求被加工工件的技術(shù)要求毛坯的選擇是制訂工藝規(guī)程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，選擇不同的毛坯就會(huì)有不同的加工工藝，采用不同設(shè)備、工裝，從而影響零件加工的生產(chǎn)率和成本。毛坯零件材料選擇為45鋼確定毛坯尺寸公差：根據(jù)所需加工工件外圓直徑為30mm的圓鋼，高20mm。查得工件最大輪廓尺寸為30 mm。被加工工件的技術(shù)要求被加工工件的技術(shù)要求計(jì)算確定毛坯機(jī)加工余量：先計(jì)算出圓鋼的質(zhì)量 鋼材密度，7.85g/cm3。得mn=111g，根據(jù)圓鋼質(zhì)量查的尺寸為30mm時(shí)的單邊加工余量為1mm1.5mm。被加工件為圓柱形工件所以所設(shè)計(jì)的夾具需要時(shí)以外圓柱面定位方式定位，并進(jìn)行誤差分析。鉆削用量與參數(shù)選擇鉆削用量與參數(shù)選擇切削速度、進(jìn)給量、和背吃刀量是金屬切削過(guò)程中的三個(gè)重要參數(shù)，總稱為切削用量。鉆孔表面粗糙度為3.2 1.6，應(yīng)屬于半精加工，ap取為0.5mm 2mm。鉸孔時(shí)背吃刀量ap取0.1mm。鉆削用量與參數(shù)選擇鉆削用量與參數(shù)選擇ap選定以后應(yīng)盡可能選用較大的f，但增大進(jìn)給量將增大表面粗糙度。因此進(jìn)給量是精加工時(shí)抑制提高生產(chǎn)率的因素。半精加工和精加工時(shí)最大進(jìn)給量主要受工件加工表面粗糙度的制約。根據(jù)裝置是鉆孔加鉸孔的工序查表得鉆頭直徑為14mm，材料為圓鋼時(shí)f為0.25 mm/r 0.3 mm/r，取0.3mm/r。鉆削用量與參數(shù)選擇鉆削用量與參數(shù)選擇鉸刀的進(jìn)給速度應(yīng)比鉆孔速度快,查機(jī)用鉸刀進(jìn)給量表得鉸刀直徑為15，圓鋼作為零件材料時(shí)f為1.0 mm/r 2.0mm/r，取1.0mm/r。鉆孔ap和f確定以后，用查表法得切削速度為0.35m/s。鉸孔切削速度范圍為4 m/min 8 m/min，取6m/min。鉆鉸孔夾具設(shè)計(jì)鉆鉸孔夾具設(shè)計(jì)介紹介紹夾具在工藝裝備中占有十分重要的地位，它對(duì)保證工件的加工精度、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、擴(kuò)大機(jī)床使用范圍等方面具有重要的作用。因此夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械加工中一項(xiàng)重要的工藝裝備設(shè)計(jì)工作。本裝置夾具設(shè)計(jì)主要是定位裝置與夾緊裝置的設(shè)計(jì)。工件定位夾緊方案工件定位夾緊方案工件以外圓柱面定位是孔加工中最常用的定位方法，外圓柱面有三種基本形式：定心定位、支承定位、V型塊定位。V型塊定位是圓柱形工件采用最廣的一種定位方式。用V型塊定位時(shí)，主要起對(duì)中作用，即它能使工件的定位基準(zhǔn)外圓柱面中心線。V型塊上兩斜面的夾角 ，其中90 應(yīng)用的最多。V型塊定位方案V型塊基本尺寸有：DV型塊的標(biāo)準(zhǔn)心軸直徑，即工件定位用的外圓柱直徑;HV型塊高度；NV型塊開(kāi)口尺寸；TV型塊標(biāo)準(zhǔn)定位高度；V型塊斜面夾角。V型塊定位方案V型塊方案回轉(zhuǎn)工作臺(tái)整體俯視圖定位誤差分析因?yàn)閷?duì)一批工件而言，外圓的直徑肯定是存在制造誤差的，這將引起工件外圓柱中心線在V型塊對(duì)稱平面垂直方向上產(chǎn)生位置偏移，即基準(zhǔn)位置誤差，但在水平方向沒(méi)有偏移。定位誤差分析如圖所示，兩個(gè)極限尺寸的工件放置在V型塊上，其中圓心的偏移OO1就是工件定位的基準(zhǔn)位置誤差，其值為：定位誤差分析在鉆孔加工時(shí)，加工點(diǎn)在圓心所以工序基準(zhǔn)選的是以外圓柱中心線為基準(zhǔn)。因此工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，故不存在基準(zhǔn)不重合誤差即工件定位誤差就是基準(zhǔn)位置誤差0.023mm。根據(jù)加工精度要求同軸度為 ，。因此滿足加工精度要求。夾緊力的計(jì)算V型塊方案受力情況如上圖，為了保證工件夾緊不失效必須保證夾緊力所產(chǎn)生的力矩大于等于工件受鉆削力時(shí)所產(chǎn)生的力矩但是，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中只要能保證夾緊件提供的力大于F就可以保證工件不發(fā)生打滑。所以只要估算出一個(gè)大概的夾緊力即可。夾緊力的計(jì)算鉆頭的切削速度為0.35 m/s。先確定鉆削主軸的最大轉(zhuǎn)矩為95Nm。因此必須滿足 ，其中摩擦系統(tǒng)f取0.3計(jì)算，K為安全系數(shù)取2計(jì)算。根據(jù)上述公式估算出夾緊力F至少因?yàn)?4KN時(shí)才能滿足加工工件時(shí)不發(fā)生工件打滑現(xiàn)象。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的方案確定回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的方案確定常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。為了保證加工精度，分度工作臺(tái)的定位精度(定心和分度)要求很高。實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)位的機(jī)構(gòu)很難達(dá)到分度精度的要求，所以要有專門定位元件來(lái)保證。按照采用的定位元件不同，有定位銷式分度工作臺(tái)和鼠齒盤式分度工作臺(tái)。由于結(jié)構(gòu)上的原因，通常分度工作臺(tái)的分度運(yùn)動(dòng)只限于某些規(guī)定的角度;不能實(shí)現(xiàn)0 范圍內(nèi)任意角度的分度?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的方案確定回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的方案確定由于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的功能要求連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給并與其他坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，因此采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、分度和定位，其定位精度由控制系統(tǒng)決定。根據(jù)控制方式，有開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。本裝置選擇的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的方案確定回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的方案確定通過(guò)PLC的程序控制伺服電機(jī)然后通過(guò)蝸輪蝸桿的傳動(dòng)來(lái)達(dá)到工作臺(tái)的120 的分度回轉(zhuǎn)控制。其分度精度可達(dá)25，重復(fù)精度可達(dá)4。蝸桿的分度圓直徑選擇為28mm，渦輪的分度圓直徑為160mm。根據(jù)普通蝸桿傳動(dòng)m和d得搭配值表查的渦輪模數(shù)m為2.5?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的方案確定回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的方案確定d=mz，所以渦輪齒數(shù)z為64。，其中z2為渦輪齒數(shù)，z1為蝸桿頭數(shù)。取蝸桿頭數(shù)為2。得i12=32。裝置要求為平均30秒加工完成一個(gè)零件。因此初步選定工作臺(tái)轉(zhuǎn)速為10r/min。因此直流伺服電機(jī)只需要達(dá)到320r/min 的轉(zhuǎn)速即可。 設(shè)計(jì)說(shuō)明書
作 者:
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系：
專 業(yè):
題 目:
自動(dòng)鉆鉸孔裝置設(shè)計(jì)
講師
指導(dǎo)者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
評(píng)閱者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
2010年 5月
中文摘要
隨著機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)的相互滲透，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)也得到了迅猛的發(fā)展。自動(dòng)鉆鉸孔裝置能夠按設(shè)定的程序和要求對(duì)工件裝夾、鉆孔、鉸孔等工藝過(guò)程進(jìn)行有序執(zhí)行的自動(dòng)化裝置。鉆鉸孔是機(jī)械加工中最常用的工序，因此如果采用自動(dòng)化生產(chǎn)能大大的提高生產(chǎn)效率、相對(duì)提高了加工精度；降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了能源與材料的損耗。裝置的設(shè)計(jì)分為：夾具部分的設(shè)計(jì)、自動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)、鉆鉸孔工具設(shè)計(jì)以及裝置程序控制設(shè)計(jì)。對(duì)裝置的程序控制選擇了PLC可編程控制器。自動(dòng)鉆鉸孔裝置在對(duì)零件進(jìn)行鉆孔與鉸孔的工藝中解決了重復(fù)裝夾、加工工序過(guò)多、相對(duì)定位精度不高等問(wèn)題。該裝置將在未來(lái)鉆鉸孔加工中得到廣泛應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 鉆鉸孔 夾具 自動(dòng)回轉(zhuǎn)臺(tái) 自動(dòng)化
外文摘要
Title The design of automatc drilling reaming device
Abstract
As the mutual penetration of mechanical technology and microelectronics technology,machinery automation technology has been rapid development. Reaming Drilling device can automatically be set to implement clamping drilling reaming orderly according to procedure requires.Drilling Reaming is the most commonly used machining processes of processing process,so automation can greatly increase production efficiency and precision; reduce the amount of labor intensity,the consumption of energy and material.Device’s design is divided into:the design of clamp parts,rotary table design,drilling reaming tool design and the process of device control design.Process control on the device chosen PLC programmable controller.Automatic Drilling Reaming device in the drilling and reaming process to solve the problems such as repeat clamp,processing process too much,positioning accuracy is not high.The device will be widely used in Drilling Reaming in the future.
Keywords Drilling Reaming clamping Automation
開(kāi)題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號(hào)：
專 業(yè)：
設(shè)計(jì)(論文)題目：
自動(dòng)鉆鉸孔裝置設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師:
2010年 3 月 19 日
開(kāi)題報(bào)告填寫要求
1．開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專業(yè)審查后生效；
2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊(cè)）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。
開(kāi) 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
一、 引言
機(jī)器或裝置在無(wú)人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或控制的過(guò)程，其目標(biāo)是“穩(wěn)，準(zhǔn)，快”。自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸?shù)确矫?。采用自?dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，而且能極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。本文以鉆鉸孔裝置為研究方向，運(yùn)用PLC編程對(duì)鉆孔鉸孔、夾具、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的控制進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)的研究和分析。
隨著機(jī)械制造向高速、高效、自動(dòng)化方向發(fā)展，以及各種難加工材料的相繼出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，機(jī)加工的效率、加工質(zhì)量和加工性能等已成為評(píng)價(jià)機(jī)械加工性能的主要指標(biāo)[1]。機(jī)械加工程序中，鉆孔、鉸孔是孔加工中最重要的連續(xù)加工內(nèi)容。因此對(duì)自動(dòng)鉆鉸孔裝置的研究與發(fā)展具有減少裝夾次數(shù)、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)率和加工精度以及節(jié)約了能源和材料的重要意義。
二、鉆鉸孔裝置簡(jiǎn)介
鉆鉸孔裝置由：鉆鉸孔工具、夾具、控制系統(tǒng)以及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組成。孔加工一般分為鉆孔、鉸孔、擴(kuò)孔以及鏜孔根據(jù)加工的不同要求鉆頭刀具的選擇也有不同要求。
1：鉆鉸孔工具介紹
鉆削的主運(yùn)動(dòng)是刀具旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀具的軸向移動(dòng)。鉆孔和孔口加工能達(dá)到的尺寸精度為 IT12~IT11,能達(dá)到表面粗糙度為 Ra 25~6.3μm。擴(kuò)孔的尺寸精度為IT10~IT9，表面粗糙度為Ra 6.3~3.2μm。鉸孔的尺寸精度為IT8~IT6，表面粗糙度為 Ra 1.6~0.4μm [2~3]。 因此很容易看出鉆孔屬于粗加工，而鉸孔屬于精加工。
2：鉆頭的類型有以下幾種：
1）麻花鉆（twist drill），是應(yīng)用最廣的孔加工工具，因其容屑槽成螺旋狀而形似麻花而得名鉆頭材料一般為高速工具鋼或硬質(zhì)合金。
2）鉸刀（reamer bit）是孔的精加工工具，鉸孔時(shí)從工件孔壁上切除微量金屬層，以提高其尺寸精度和孔表面質(zhì)量[4]。
3：孔加工的工藝特點(diǎn) [5~8]
1）鉆孔
用鉆頭在工件實(shí)體部位加工孔稱為鉆孔。麻花鉆剛性較差，鉆孔時(shí)軸線容易歪斜。由于橫刃的影響導(dǎo)致定心不準(zhǔn)。鉆削時(shí)產(chǎn)生軸向力很大。
2）擴(kuò)孔
當(dāng)所需加工的孔徑較大、孔的質(zhì)量要求較高時(shí)、就需要擴(kuò)孔。擴(kuò)孔是對(duì)孔的半精加工。生產(chǎn)批量較大時(shí)，采用擴(kuò)孔鉆。生產(chǎn)批量較小時(shí)，就用麻花鉆擴(kuò)孔。
3）鉸孔[9]
鉸孔在較低的切削速度（νc=1.5m/min~5m/min）、較大的進(jìn)給量（f=0.5mm/r~3mm/r）和很小的背吃刀量的條件下進(jìn)行，這樣不會(huì)產(chǎn)生積積屑瘤，保證孔的質(zhì)量較好。
三、 夾具
1：夾具的作用有：
1）工件易于正確定位，保證加工精度。
2）縮短安裝時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
3）鉆孔夾具還可以對(duì)工件起到夾緊作用，防止發(fā)生工件移位。
4）使用夾具可以保證工件的加工的質(zhì)量一致，降低對(duì)操作人員技術(shù)的要求。
2：鉆孔夾具設(shè)計(jì)特點(diǎn)[11~13]：
在鉆床上鉆孔，重要的工藝要求是孔的位置精度?？椎奈恢镁扔闷渌椒ǘ疾荒鼙ＷC，在成批生產(chǎn)時(shí)常使用鉆床夾具，通過(guò)鉆床夾具上的鉆套引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工，既保證了位置精度，又可提高刀具的剛性，使加工質(zhì)量和生產(chǎn)率都得到顯著的提高。
夾具由定位元件、定位裝置、夾緊裝置、對(duì)刀-導(dǎo)向元件、連接元件、夾具體及其他裝置組成[10]。
工件的定位：工件的定位并不是使工件固定，而是使工件占據(jù)固定的位置，這些都是通過(guò)定位元件完成的。工件定位原理為“六點(diǎn)定位原理”，利用“六點(diǎn)定位原理”定位時(shí)需要注意有完全定位、部分定位、欠定位和重復(fù)定位的問(wèn)題。
典型定位方式：平面定位（第一、二、三定位基準(zhǔn)）；圓柱孔定位（定位心軸、定位銷）；外圓柱面定位（定心定位、支承定位、V型塊定位）。
工件的夾緊：
①夾緊過(guò)程中，不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。
②夾緊力的大小適當(dāng)，既要保證工件的整個(gè)加工過(guò)程中的位置穩(wěn)定不變、無(wú)振動(dòng)，又要使工件不產(chǎn)生過(guò)大的變形。
③工藝性好，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單、便于制造和維修。
④使用性好，夾緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)安全、方便、省力。
四、 控制系統(tǒng)
該裝置的控制是典型的順序控制，非常適宜用可編程控制器進(jìn)行控制，采用可編程控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以減小電氣控制設(shè)備體積，使其工作更加可靠，同時(shí)其控制要求易于修改，日常工作中維護(hù)量小，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。
1：PLC簡(jiǎn)介
可編程控制器（PLC）又稱邏輯控制器，是工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)命令，用這些指令來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算，通過(guò)數(shù)字或模擬輸入/輸出來(lái)控制各種機(jī)電一體化系統(tǒng)[14]。
PLC具有程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、耗電低等顯著優(yōu)點(diǎn)，特別是易于編程，使用操作維修方便，價(jià)格低廉。因此，PLC具有廣泛的應(yīng)用前景。
2：PLC工作原理
PLC實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)面向用戶的專用數(shù)字控制計(jì)算機(jī)。通過(guò)輸入/輸出接口與被控制對(duì)象相連接，根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求，通過(guò)編程器預(yù)先把程序?qū)懭氪鎯?chǔ)器中然后執(zhí)行此程序，完成控制任務(wù)。PLC主要利用邏輯運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)各種開(kāi)關(guān)量的控制，根據(jù)邏輯梯形圖所表達(dá)的順序過(guò)程用PLC指令編寫程序。
3：PLC在鉆孔裝置中的應(yīng)用
1）了解工序過(guò)程及控制要求
2）進(jìn)行PLC的設(shè)計(jì)，利用PLC對(duì)鉆孔裝置的動(dòng)作要求控制的設(shè)計(jì)步驟如下：a 確定輸入/輸出信號(hào); b 按實(shí)際加工工藝要求繪制加工過(guò)程流程圖; c 根據(jù)上述流程圖，畫出邏輯控制圖；d 根據(jù)邏輯控制圖繪出PLC梯形圖；e 用PLC提供的有關(guān)指令，根據(jù)梯形圖編寫程序[15]。
通過(guò)對(duì)鉆鉸孔裝置、夾具設(shè)計(jì)和PLC編程控制器的初步了解，確定了裝置設(shè)計(jì)的方向和研究方法手段，為今后的工作奠定了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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開(kāi) 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題主要研究自動(dòng)化鉆鉸孔裝置的設(shè)計(jì)問(wèn)題，利用PLC對(duì)裝置系統(tǒng)完成控制要求，具體措施如下：
1） 根據(jù)所提供的零件加工的要求進(jìn)行詳細(xì)的分析；
2）根據(jù)分析的結(jié)果，參考相關(guān)資料對(duì)鉆頭、鉸刀、夾具、裝卸裝置等進(jìn)行選擇 與設(shè)計(jì)以滿足加工要求；
3） 根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程工序，編輯PLC程序控制指令；
4） 對(duì)所設(shè)計(jì)完成的裝置進(jìn)行工藝性能進(jìn)行分析及優(yōu)化；
5）對(duì)裝置設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，完成設(shè)計(jì)并撰寫說(shuō)明書。
開(kāi) 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：
2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見(jiàn)：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
第 Ⅰ 頁(yè) 共 Ⅰ 頁(yè)
目 次
1 緒論 1
1．1 自動(dòng)鉆孔技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1
1.2 鉆鉸孔裝置簡(jiǎn)介 1
2 被加工工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求 3
2.1 技術(shù)要求 3
2.2 裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 3
3 切削刀具分析 4
3.1 麻花鉆 4
3.2 鉸刀的選擇 5
3.3 鉆削用量與參數(shù)選擇 5
4 鉆鉸孔夾具設(shè)計(jì) 8
4.1 鉆鉸孔夾具的特點(diǎn) 8
4.2 工件定位夾緊方案 9
4.3 夾緊機(jī)構(gòu) 14
5 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的方案確定 17
5.1 分度式工作臺(tái) 17
5.2 開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 21
5.3 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 23
5.4 雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng) 25
5.5 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)參數(shù)計(jì)算 26
6 裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27
6.1 PLC裝置介紹 27
6.2 系統(tǒng)控制要求 30
結(jié) 論 32
致 謝 33
參 考 文 獻(xiàn) 34
第 34 頁(yè) 共 34 頁(yè)
1 緒論
1．1 自動(dòng)鉆孔技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
在機(jī)械零件加工作業(yè)中，孔加工所占比例相當(dāng)大，因此與高速銑削相類似的高速、高精度鉆削加工已提上議事日程，高效率孔加工對(duì)于促使零件生產(chǎn)合理化是不可或缺的重要工藝過(guò)程。近年來(lái)，零部件生產(chǎn)大都采用以自動(dòng)化設(shè)備為中心的生產(chǎn)形態(tài)，進(jìn)行孔加工時(shí)大都采用加工中心、CNC電加工機(jī)床等先進(jìn)設(shè)備。機(jī)加工的效率、加工質(zhì)量和加工性能等已成為評(píng)價(jià)機(jī)械加工性能的主要指標(biāo)[1]。
在孔加工作業(yè)中，目前仍大量使用高速鋼麻花鉆，但各企業(yè)之間在孔加工精度和加工效率方面已逐漸拉開(kāi)了差距。高速鉆頭切削是一種高速大進(jìn)給量的發(fā)展趨勢(shì)，類似球頭立銑刀切削條件的發(fā)展趨勢(shì)。切削實(shí)踐表明，提高切削速度有利于切屑形態(tài)的合理化和改善加工表面的粗糙度，預(yù)計(jì)今后仍將沿著高速切削的方向發(fā)展；提高進(jìn)給量對(duì)斷屑排屑和延長(zhǎng)刀具壽命非常有利，因此，今后也仍將沿著大進(jìn)給的方向不斷發(fā)展。隨著IT相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近年來(lái)，光學(xué)和電子工業(yè)所用裝置的零部件產(chǎn)品的需求急速增長(zhǎng)，這種增長(zhǎng)刺激了微細(xì)形狀及高精度加工技術(shù)的迅速發(fā)展。其中，微細(xì)孔加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用尤其引人注目。微細(xì)孔加工早已在印刷電路板等加工中加以應(yīng)用，包括鋼材在內(nèi)的多種被加工材料，均可用鉆頭進(jìn)行小直徑加工，微孔加工是未來(lái)趨勢(shì)所需[2]。
近年來(lái)，隨著高速銑削的出現(xiàn)，以銑削刀具為中心的切削加工正在進(jìn)入高速高精度化的加工時(shí)期。目前，孔加工的高速化明顯滯后于其他切削加工。零件的快捷生產(chǎn)是制造業(yè)賴以生存的重要條件，因而孔加工技術(shù)不能成為機(jī)械加工的瓶頸工藝，它必須沿著切削高速化的方向快速跟進(jìn)，盡快步入高速高精度化的加工行列。
1.2 鉆鉸孔裝置簡(jiǎn)介
該自動(dòng)鉆鉸孔裝置由鉆孔裝置、鉸孔裝置、自動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及工作臺(tái)上的夾具和裝卸裝置部分組成。
鉆削的主運(yùn)動(dòng)是刀具旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀具的軸向移動(dòng)。鉆孔和孔口加工能達(dá)到的尺寸精度為 IT12~IT11,能達(dá)到表面粗糙度為 Ra 25 ~6.3。擴(kuò)孔的尺寸精度為IT10~IT9，表面粗糙度為Ra 6.3 ~3.2。鉸孔的尺寸精度為IT8~IT6，表面粗糙度為Ra 1.6 ~0.4 [3-4]。因此很容易看出鉆孔屬于粗加工，而鉸孔屬于精加工。
孔加工的工藝特點(diǎn)有：用鉆頭在工件實(shí)體部位加工孔鉆孔時(shí)麻花鉆剛性較差，鉆孔時(shí)軸線容易歪斜。由于橫刃的影響導(dǎo)致定心不準(zhǔn)。鉆削時(shí)產(chǎn)生軸向力很大[5-8]。 鉸孔在較低的切削速度（νc=1.5m/min~5m/min）、較大的進(jìn)給量（f=0.5mm/r~3mm/r）和很小的背吃刀量的條件下進(jìn)行，這樣不會(huì)產(chǎn)生積積屑瘤，保證孔的質(zhì)量較好[9]。
夾具部分由定位元件、定位裝置、夾緊裝置、對(duì)刀-導(dǎo)向元件、連接元件、夾具體及其他裝置組成[10]。在鉆床上鉆孔，重要的工藝要求是孔的位置精度?？椎奈恢镁扔闷渌椒ǘ疾荒鼙ＷC，在成批生產(chǎn)時(shí)常使用鉆床夾具，通過(guò)鉆床夾具上的鉆套引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工，既保證了位置精度，又可提高刀具的剛性，使加工質(zhì)量和生產(chǎn)率都得到顯著的提高[11-13]。工件的定位：工件的定位并不是使工件固定，而是使工件占據(jù)固定的位置，這些都是通過(guò)定位元件完成的。工件定位原理為“六點(diǎn)定位原理”，利用“六點(diǎn)定位原理”定位時(shí)需要注意有完全定位、部分定位、欠定位和重復(fù)定位的問(wèn)題。典型定位方式：平面定位（第一、二、三定位基準(zhǔn)）；圓柱孔定位（定位心軸、定位銷）；外圓柱面定位（定心定位、支承定位、V型塊定位）。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可基本分為普通回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。其中普通回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是需要分度裝置的控制來(lái)完成圓周分度，由不同的分度精度實(shí)現(xiàn)各角度的回轉(zhuǎn)。而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)則通常是通過(guò)直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各角度的回轉(zhuǎn)，一般分度精度為，重復(fù)精度為 [14]。
該裝置的控制是典型的順序控制，非常適宜用可編程控制器進(jìn)行控制，采用可編程控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以減小電氣控制設(shè)備體積，使其工作更加可靠，同時(shí)其控制要求易于修改，日常工作中維護(hù)量小，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的[15]。
2 被加工工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求
2.1 技術(shù)要求
毛坯的選擇是制訂工藝規(guī)程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，選擇不同的毛坯就會(huì)有不同的加工工藝，采用不同設(shè)備、工裝，從而影響零件加工的生產(chǎn)率和成本。毛坯選擇包括選擇毛坯類型和確定毛坯制造方法兩方面，應(yīng)全面考慮機(jī)械加工成本和毛坯制造成本，以降低零件制造總成本。毛坯的種類有：鑄件、鍛件、沖壓件、型材、工程塑料、組合件等。毛坯零件材料選擇為45鋼。
毛坯尺寸公差與機(jī)械加工余量的確定
確定毛坯尺寸公差：根據(jù)所需加工工件外圓直徑為30mm的圓鋼，高20mm。查 得工件最大輪廓尺寸為mm。
計(jì)算確定毛坯機(jī)加工余量：先計(jì)算出圓鋼的質(zhì)量mn=d2h,——鋼才密度，7.85g/cm3。得mn=111g，根據(jù)圓鋼質(zhì)量查的尺寸為30mm時(shí)的單邊加工余量為1mm~1.5mm。
2.2 裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
被加工件為圓柱形工件所以所設(shè)計(jì)的夾具需要時(shí)以外圓柱面定位方式定位。工件所需加工一個(gè)中心孔，所以在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上還需考慮設(shè)計(jì)一個(gè)槽孔以方便進(jìn)行鉆削。自動(dòng)鉆鉆鉸孔裝置是利用了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)將鉆孔與鉸孔兩道工序高效率的合并成到了一起。同時(shí)它也減少了鉆孔與鉸孔之前的裝夾，避免了二次裝夾帶來(lái)的定位誤差，因此也相對(duì)提高了鉆孔鉸孔時(shí)的加工精度。減少裝夾次數(shù)也使加工連續(xù)性得以保持，提高了加工的速率與效率。裝置采用了PLC可編程控制器以此達(dá)到了自動(dòng)化控制。
3 切削刀具分析
刀具的正確選擇對(duì)對(duì)切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大的影響。在選擇刀具時(shí)，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工性質(zhì)（粗、精加工）等。制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性化學(xué)惰性，良好的工藝性（切削加工、鍛造和熱處理等），并且刀具不易變形。
通常當(dāng)材料硬度高時(shí)，耐磨性也高；抗彎強(qiáng)度高時(shí)，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是硬質(zhì)合金。
3.1 麻花鉆
鉆頭是用以在實(shí)體材料上鉆削出通孔或盲孔，并能對(duì)已有的孔擴(kuò)孔的刀具。常用的鉆頭主要有麻花鉆、扁鉆、中心鉆、深孔鉆和套料鉆。
麻花鉆是應(yīng)用最廣的孔加工工具。通常直徑范圍為0.25mm~80mm。它主要由工作部分、頸部和柄部構(gòu)成。工作部分有兩條螺旋形的溝槽，形似麻花因而得名。為了減小鉆孔時(shí)導(dǎo)向部分與孔壁間的摩擦，麻花鉆自鉆尖向柄部方向逐漸減小直徑呈倒錐狀。
麻花鉆的材料選擇，工作部分采用高速鋼。柄部采用價(jià)廉的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。工作部分與頸部采用焊連接。隨著現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，鉆頭切削部分采用硬質(zhì)合金及涂層的結(jié)構(gòu)日益增多。
從經(jīng)濟(jì)角度將鉆鉸孔精度定為IT9，表面粗糙度為3.2~1.6。又因?yàn)樗杓庸さ目椎闹睆綖?5mm，所以選擇鉆頭時(shí)因比給它留有一定的孔加工余量。因此，查表選取麻花鉆直徑為14mm。然后通過(guò)鉸孔達(dá)到15H9的尺寸精度。14h8的麻花鉆刀身長(zhǎng)為160mm,切削部分長(zhǎng)為108mm。
圖3-1 麻花鉆
3.2 鉸刀的選擇
鉸刀是用于鉸削工件上已鉆削加工后的孔，主要是為了提高孔的加工精度，降低其表面的粗糙度，是用于孔的精加工和半精加工的刀具，加工余量一般很小。用來(lái)加工圓柱形孔的鉸刀比較常用。用來(lái)加工錐形孔的鉸刀是錐形鉸刀，比較少用。按使用情況來(lái)分有手用鉸刀和機(jī)用鉸刀。就鉸刀材料而言，又有高速鋼和硬質(zhì)合金之分。
鉸孔的尺寸精度為IT8~IT6，表面粗糙度為Ra1.6 um ~0.4um。機(jī)鉸刀一般有 6個(gè)~12個(gè)刀齒。機(jī)用鉸刀使用時(shí)應(yīng)注意鉸削速度和走刀量，因?yàn)槿绻q刀速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致鉸刀出現(xiàn)搖擺和抖動(dòng)這樣會(huì)使孔的邊緣受到摩擦影響加工的精度。
鉸孔在較低的切削速度（ν=1.5 m/min ~5m/min） 較大的進(jìn)給量 （f=0.5 mm/r ~3mm/r）和很小的被吃刀量的條件下進(jìn)行，這樣不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，保證孔的質(zhì)量較好。對(duì)IT8的孔，一般只鉸一次，直徑上的鉸削余量為0.1 mm ~0.3mm。對(duì)IT6的孔，在兩次機(jī)鉸以后，還要手鉸一次。
鉸孔時(shí)，鉸刀是以工件上原有的孔導(dǎo)向的，不能糾正原有孔的位置誤差，所以原有孔應(yīng)有合理的加工精度。鉸孔時(shí)鉸刀不能倒轉(zhuǎn)，否則切削刃會(huì)磨鈍。所以鉸完孔后鉸刀要順著退出，退出孔后再停車。若停車后再退出鉸刀的話，孔壁會(huì)留有痕跡。
鉸刀是定尺寸刀具，一把鉸刀只能加工一種直徑、一種公差公置的孔。淺孔、盲孔、階梯孔的大孔均不適合于鉸削。
3.3 鉆削用量與參數(shù)選擇
切削速度、進(jìn)給量、和背吃刀量是金屬切削過(guò)程中的三個(gè)重要參數(shù)，總稱為切削用量。切削用量的大小不僅關(guān)系到刀具的耐用度，而且直接影響到加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，所以，在生產(chǎn)中應(yīng)正確的選用。
切削速度ν，指鉆頭主運(yùn)動(dòng)的線速度，即單位時(shí)間內(nèi)工件和刀具沿主運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)移動(dòng)的距離。（見(jiàn)圖3-2） ν= (m/min),
式中da——鉆頭直徑（mm）;n——鉆頭或工件轉(zhuǎn)速（r/min）。
進(jìn)給量f，鉆頭每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離稱進(jìn)給量f（mm/r）。鉆頭有2個(gè)主切削刃，所以每個(gè)主切削刃的進(jìn)給量af = (mm/r)。
被吃刀量ap,待加工表面和已加工表面之間的垂直距離，即為背吃刀量，用ap表示，單位為mm.。鉆孔的ap為鉆頭直徑的一半。
圖3-2 鉆削用量
裝置加工要求：直徑為15mm的孔,每分鐘要求加工20個(gè)孔。
鉆頭切削用量確定：
① 鉆孔表面粗糙度為3.2 ~1.6，應(yīng)屬于半精加工，ap取為0.5mm ~2mm。
② ap選定以后應(yīng)盡可能選用較大的f，但增大進(jìn)給量將增大表面粗糙度。因此進(jìn)給量是精加工時(shí)抑制提高生產(chǎn)率的因素。半精加工和精加工時(shí)最大進(jìn)給量主要受工件加工表面粗糙度的制約。根據(jù)裝置是鉆孔加鉸孔的工序查表得鉆頭直徑為14mm，材料為HT200時(shí)f為0.25 mm/r ~0.3 mm/r，取0.3mm/r。
③ ap和f確定以后，用查表法得切削速度為0.35m/s。
鉸刀切削用量確定：
① 背吃刀量ap取0.1mm
② 鉸刀的進(jìn)給速度應(yīng)比鉆孔速度快查機(jī)用鉸刀進(jìn)給量表得鉸刀直徑為15，HT200作為零件材料時(shí)f為1.0 mm/r ~2.0mm/r，取1.0mm/r。
③ 切削速度范圍為4 m/min ~8 m/min，取6m/min。
4 鉆鉸孔夾具設(shè)計(jì)
在金屬切削加工工件時(shí)，為了保證加工表面的尺寸、幾何形狀和相互位置精度，應(yīng)使工件相對(duì)于刀具和裝置切削成形運(yùn)動(dòng)占有正確的位置，然后將工件夾緊固定以完成安裝過(guò)程。在機(jī)床上用于安裝工件的工藝裝備稱為機(jī)床夾具。夾具在工藝裝備中占有十分重要的地位，它對(duì)保證工件的加工精度、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、擴(kuò)大機(jī)床使用范圍等方面具有重要的作用。因此夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械加工中一項(xiàng)重要的工藝裝備設(shè)計(jì)工作。
4.1 鉆鉸孔夾具的特點(diǎn)
機(jī)床夾具種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，但他們的工作原理基本相同。在具體研究夾具設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，對(duì)各類夾具都可以按照組成件的作用將其劃分成既相對(duì)獨(dú)立而又彼此聯(lián)系的組成部分。
1）定位元件及定位裝置
定位元件及定位裝置（由零件構(gòu)成的裝置）的作用是確定工件在夾具中的位置。通過(guò)工件定位基準(zhǔn)（或定位基面）與其保持接觸，使工件加工時(shí)相對(duì)于刀具和切削成形運(yùn)動(dòng)具有正確的位置。
2）夾緊裝置
夾緊裝置的作用是保持工件在夾具中的既定位置，使其在加工過(guò)程中不因外力而產(chǎn)生位移和振動(dòng)。
3）對(duì)刀-導(dǎo)向元件
在采用調(diào)整法加工時(shí)，為了預(yù)先調(diào)整夾具相對(duì)于刀具的位置，在夾具上設(shè)有確定刀具（銑刀、刨刀等）位置或?qū)б毒撸准庸び玫毒撸┻\(yùn)動(dòng)方向的對(duì)刀-導(dǎo)向元件。
4）連接元件
為了確定夾具在機(jī)床上的位置，一般夾具設(shè)有供夾具本身在機(jī)床上定位和夾緊用的連接元件，如銑床夾具的定向鍵。
圖4-1 夾具各組成部分與機(jī)床、工件、刀具的相互關(guān)系
4.2 工件定位夾緊方案
工件以外圓柱面定位是孔加工中最常用的定位方法，外圓柱面有三種基本形式：定心定位、支承定位、V型塊定位。其中支承定位與V型塊定位多用于零件橫臥的加工之中。因此自動(dòng)鉆孔裝置選擇定心定位更為合理。
定心定位是以外圓柱面的中心線為定位基準(zhǔn)，而夾具定位元件仍與外圓柱面保持接觸，將其中心線確定在要求的位置上。常見(jiàn)的定心定位裝置有各種形式的自動(dòng)定心三爪卡盤、彈簧夾頭等自動(dòng)定心裝置。
V型塊定位是圓柱形工件采用最廣的一種定位方式。用V型塊定位時(shí)，主要起對(duì)中作用，即它能使工件的定位基準(zhǔn)———外圓柱面中心線，對(duì)中在V型塊兩斜面的對(duì)稱平面上。V型塊上兩斜面的夾角，一般選用60、90和120，其中90應(yīng)用的最多。V型塊的典型結(jié)構(gòu)和尺寸均已標(biāo)準(zhǔn)化。
4.2.1 三爪卡盤方案
裝置采用自動(dòng)定心的三爪卡盤,三爪卡盤三個(gè)卡爪要保證同時(shí)作夾緊運(yùn)動(dòng)這樣就能達(dá)到自動(dòng)定心的目的的，所以他可以定位于夾緊同時(shí)進(jìn)行。
圖4-2 三爪卡盤的剖視圖
其中，先將卡爪與滑塊用螺釘連接固定在一起，滑塊兩側(cè)有兩條導(dǎo)軌槽，將其插入卡盤臺(tái)上以方便滑動(dòng)，并能起到卡爪軸向定位的作用。連桿式用來(lái)推動(dòng)卡爪作夾緊運(yùn)動(dòng)的連接件，在每個(gè)卡爪下面都有一個(gè)連桿。裝置使滑動(dòng)軸上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿傳遞力使得卡爪能在徑向進(jìn)行夾緊運(yùn)動(dòng)。
同時(shí)卡盤中心有一個(gè)和加工毛坯零件尺寸相近的凹槽，它起到初步給毛坯零件定位的作用?；瑒?dòng)軸的頂面是零件加工的接觸面，應(yīng)此加工滑動(dòng)軸的頂面時(shí)應(yīng)保持一定的水平精度。
圖4-3 三爪卡盤俯視圖
4.2.2 V型塊方案
圖4-4 V型塊結(jié)構(gòu)尺寸
V型塊基本尺寸有：
D——V型塊的標(biāo)準(zhǔn)心軸直徑，即工件定位用的外圓柱直徑;
H——V型塊高度；
N——V型塊開(kāi)口尺寸；
T——V型塊標(biāo)準(zhǔn)定位高度；
a——V型塊斜面夾角。
圖中對(duì)稱的兩片是加工時(shí)起到壓緊作用的壓板。
圖4-5 V型塊方案回轉(zhuǎn)工作臺(tái)整體俯視圖
利用V形塊進(jìn)行定位，然后再利用夾緊元件對(duì)工件進(jìn)行徑向夾緊。
V型塊相對(duì)于三爪卡盤來(lái)講，它的定位精度更高，如果對(duì)定位精度有一定要求的孔加工采取V型塊定位更為合理
4.2.2 定位誤差分析
定位誤差產(chǎn)生的原因是：工件用夾具定位，采用調(diào)整法加工，由于工件定位所造成的加工面相對(duì)其工序基準(zhǔn)的位置誤差稱為定位誤差，以DW表示。在加工一批工件時(shí)，夾具相對(duì)刀具及切削成型運(yùn)動(dòng)的位置調(diào)整好后，假若不考慮加工過(guò)程中的其他誤差因素，則加工面對(duì)其工序基準(zhǔn)的位置誤差必然是工序基準(zhǔn)的位置變動(dòng)所引起的。所以定位誤差是一批工件定位時(shí)，工序基準(zhǔn)在加工要求方向上的最大位置變動(dòng)量。定位誤差由兩部分組成：基準(zhǔn)位置誤差和基準(zhǔn)不重合誤差。
V型塊定位精度高而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單因此裝置優(yōu)先考慮V型塊方案，所以先分析下V型塊的定位誤差。因?yàn)閷?duì)一批工件而言，外圓的直徑肯定是存在制造誤差的，這將引起工件外圓柱中心線在V型塊對(duì)稱平面垂直方向上產(chǎn)生位置偏移，即基準(zhǔn)位置誤差，但在水平方向沒(méi)有偏移。
圖4-6 V型塊定位誤差分析
如圖所示，兩個(gè)極限尺寸的工件放置在V型塊上，其中圓心的偏移OO1就是工件定位的基準(zhǔn)位置誤差，其值為：
= =
= =
=
= = 0.023mm
從上式可以看出當(dāng)工件外圓直徑的公差Td一定時(shí)，基準(zhǔn)位置誤差 隨V型塊夾角a增大而減小。
在鉆孔加工時(shí)，加工點(diǎn)在圓心所以工序基準(zhǔn)選的是以外圓柱中心線為基準(zhǔn)。因此工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，故不存在基準(zhǔn)不重合誤差即工件定位誤差就是基準(zhǔn)位置誤差：= = 0.023mm。
根據(jù)加工精度要求同軸度需達(dá)到0.08mm，0.023<。因此滿足工件的加工精度要求，定位方案可行。
4.3 夾緊機(jī)構(gòu)
V型塊方案中，V型塊與卡爪組成了自動(dòng)定心夾緊機(jī)構(gòu)。這樣可以避免了因定位基面的尺寸誤差所引起的基準(zhǔn)位移誤差，如圖4-5所示的夾緊裝置。夾緊元件由氣壓控制在工件進(jìn)行夾緊的時(shí)候提供一定的徑向力進(jìn)行夾緊。
4.3.1 夾緊元件的選擇
在V型塊和三爪卡盤方案中都選用了小型卡爪作為夾緊元件，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，便于控制，且?jiàn)A緊效果能滿足加工要求。其外形前面的零件圖中已經(jīng)畫出，它在零件結(jié)構(gòu)工藝性方面的要求有一個(gè)，就是在它的前端與工件接觸的地方設(shè)計(jì)為帶紋路的表面要能提供足夠的摩擦力，防止加工時(shí)發(fā)生工件滑動(dòng)現(xiàn)象。
4.3.2 夾緊元件動(dòng)力部件的確定
三爪卡盤采用的是機(jī)械力夾緊，動(dòng)力部件即為滑動(dòng)軸與連桿組成的機(jī)構(gòu)。
V型塊的動(dòng)力部件可以采用氣動(dòng)部件，可將其安裝在鉆頭裝置的支承桿上，這樣可以在控制鉆頭進(jìn)給動(dòng)作的同時(shí)也兼顧到夾緊元件的一個(gè)徑向加力夾緊動(dòng)作。所以鉆頭的軸向進(jìn)給控制和夾緊元件的徑向夾緊控制可以一起設(shè)計(jì)完成。
4.3.3 夾緊力的計(jì)算
在加工過(guò)程中，工件受到切削力、慣性力及重力的作用，夾緊力要克服上述力的作用，保證工件的工作位置不變。如果工件在這些力的作用下產(chǎn)生瞬間的少量位移，即為夾緊失效。因此，要以對(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)來(lái)估算所需的夾緊力。同時(shí)，對(duì)于受力狀態(tài)復(fù)雜的工件，通常只考慮主要因素的影響，略去次要因素，再考慮安全系數(shù)，以使計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化。
圖4-7 工件夾緊受力分析
V型塊方案受力情況如上圖，為了保證工件夾緊不失效必須保證夾緊力所產(chǎn)生的力矩大于等于工件受鉆削力時(shí)所產(chǎn)生的力矩。即有，
在生產(chǎn)過(guò)程中我們還應(yīng)考慮到，安全系數(shù)K，因此
式中，f0——夾緊元件與工件間的摩擦系數(shù)；
K——安全系數(shù)； （查表可得）
F0——鉆削力；
R——毛坯半徑；
r——所需加工孔的半徑；
F——夾緊力；
f——摩擦力。
但是，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中只要能保證夾緊件提供的力大于F就可以保證工件不發(fā)生打滑。所以只要估算出一個(gè)大概的夾緊力即可。鉆頭的切削速度為0.35 m/s。先確定鉆削主軸的最大轉(zhuǎn)矩為95N·m。
因此必須滿足F ，
K——安全系數(shù)；
M——主軸最大轉(zhuǎn)矩；
f——摩擦系數(shù)；
R——加工孔半徑。
其中摩擦系統(tǒng)f取0.3計(jì)算，K為安全系數(shù)取2計(jì)算。根據(jù)上述公式估算出夾緊力F至少因?yàn)?4KN時(shí)才能滿足加工工件時(shí)不發(fā)生工件打滑現(xiàn)象。
5 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的方案確定
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是數(shù)控銑床，數(shù)控鉆床，加工中心等數(shù)控機(jī)床不可缺少的重要部件。它的作用是按照控制裝置的信號(hào)或指令作回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以使數(shù)控機(jī)床能完成指定的加工工序。常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
5.1 分度式工作臺(tái)
分度式工作臺(tái)的功能是完成回轉(zhuǎn)分度運(yùn)動(dòng)，即在需要分度時(shí)，將工作臺(tái)及其工件回轉(zhuǎn)一定角度。其作用是加工中自動(dòng)完成工件的轉(zhuǎn)位換面等。實(shí)現(xiàn)工件一次加工完成不同的幾個(gè)面加工或?qū)崿F(xiàn)多種加工。由于結(jié)構(gòu)上的原因，通常分度工作臺(tái)的分度運(yùn)動(dòng)只限于某些規(guī)定的角度;不能實(shí)現(xiàn)0范圍內(nèi)任意角度的分度。
為了保證加工精度，分度工作臺(tái)的定位精度 ( 定心和分度 ) 要求很高。實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)位的機(jī)構(gòu)很難達(dá)到分度精度的要求，所以要有專門定位元件來(lái)保證。按照采用的定位元件不同，有定位銷式分度工作臺(tái)和鼠齒盤式分度工作臺(tái)。
5.1.1 定位銷式分度工作臺(tái)
定位銷式分度工作臺(tái)采用定位銷和定位孔作為定位元件，定位精度取決于定位銷和定位孔的精度 ( 位置精度、配合間隙等 ) ，最高可達(dá) ±5" 。因此，定位銷和定位孔襯套的制造和裝配精度要求都很高，硬度的要求也很高，而且耐磨性要好。
如圖5-1是自動(dòng)換刀數(shù)控臥式鏜銑床的定位銷式分度工作臺(tái)。該分度工作臺(tái)置于長(zhǎng)方形工作臺(tái)中間，在不單獨(dú)使用分度工作臺(tái)時(shí)，兩者可以作為一個(gè)整體使用。
圖5-1 定位銷式分度工作臺(tái)結(jié)構(gòu)
1—擋塊；2—工作臺(tái)；3—錐套；4—螺釘；5—支座；6—油缸；7—定位襯套；8—定位銷； 9—鎖緊油缸；10—大齒輪；11—長(zhǎng)方形工作臺(tái)；12 —上底座；
13—止推軸承；14—滾針軸承；15—進(jìn)油管道；16—中央油缸；17—活塞；
18 —螺栓；19—雙列圓柱滾子軸承；20—下底座；21—彈簧；22—活塞拉桿
工作臺(tái)2的底部均勻分布著八個(gè)( 削邊圓柱 )定位銷8，在工作臺(tái)下底座12上有一個(gè)定位襯套7以及環(huán)形槽。定位時(shí)只有一個(gè)定位銷插入定位襯套的孔中，其余七個(gè)則進(jìn)人環(huán)形槽中，因?yàn)槎ㄎ讳N之間的分布角度為45 °，故只能實(shí)現(xiàn)45 °等分的分度運(yùn)動(dòng)。
定位銷式分度工作臺(tái)作分度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其工作過(guò)程分為三個(gè)步驟：
(1) 松開(kāi)鎖緊機(jī)構(gòu)并拔出定位銷
當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出指令時(shí)，下底座 20上的六個(gè)均布鎖緊油缸 9( 圖中只示出 一個(gè) ) 卸荷?；钊瓧U22在彈簧21的作用下上升15mm，使工作臺(tái)2處于松開(kāi)狀態(tài)。同時(shí)，間隙消除油缸6也卸荷，中央油缸16從管道15進(jìn)壓力油，使活塞17上升，并通過(guò)螺栓18、支 5把止推軸承13向上抬起，頂在上底座12上，再通過(guò)螺釘4、錐套3使工作臺(tái)2抬起15mm，圓柱銷從定位襯套 7中拔出。
(2) 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)分度
當(dāng)工作臺(tái)抬起之后發(fā)出信號(hào)使油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速齒輪( 圖中未示出 )，帶動(dòng)與工作臺(tái) 2 底部聯(lián)接的大齒輪10回轉(zhuǎn)，進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)。在大齒輪 10 上以 45 °的間隔均布八個(gè)擋塊1，分度時(shí)，工作臺(tái)先快速回轉(zhuǎn)。當(dāng)定位銷即將進(jìn)入規(guī)定位置時(shí)， 擋塊碰撞第一個(gè)限位開(kāi)關(guān)，發(fā)出信號(hào)使工作臺(tái)降速， 當(dāng)擋塊碰撞第二個(gè)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，工作臺(tái)2停止回轉(zhuǎn)，此時(shí)相應(yīng)的定位銷 8 正好對(duì)準(zhǔn)定位襯套 7 。
(3) 工作臺(tái)下降并鎖緊
分度完畢后，發(fā)出信號(hào)使中央油缸16卸荷，工作臺(tái)2靠自重下降，定位銷8插入定位襯套7中，在鎖緊工作臺(tái)之前，消除間隙的油缸6通壓力油，活塞頂向工作臺(tái) 2 ，消除徑向間隙。然后使鎖緊油缸9的上腔通壓力油，活塞拉桿22下降，通過(guò)拉桿將工作臺(tái)鎖緊。
工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸支承在加長(zhǎng)型雙列圓柱滾子軸承 19 和滾針軸承 14 中，軸承 19 的內(nèi)孔帶有 1：12 的錐度，用來(lái)調(diào)整徑向間隙。另外，它的內(nèi)環(huán)可以帶著滾柱在加長(zhǎng)的外環(huán)內(nèi)作 15mm 的軸向移動(dòng)。當(dāng)工作臺(tái)抬起時(shí)，支座 5 的一部分 推力由止推 軸承 13 承受，這將有效地減小分度工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩，使工作臺(tái) 2 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。
5.1.2 鼠齒盤式分度工作臺(tái)
鼠齒盤式分度工作臺(tái)采用 鼠齒盤作為 定位元件。這種工作臺(tái)有以下特點(diǎn)：
(1) 定位精度高，分度精度可達(dá) ±2" ，最高可達(dá) ±0.4" 。
(2) 由于采用多齒重復(fù)定位，因而重復(fù)定位精度穩(wěn)定。
(3) 因?yàn)槎帻X嚙合，一般齒面嚙合長(zhǎng)度不少于 60%，齒數(shù)嚙合率不少于 90%，所以定位剛度好，能承受很大外載。
(4) 最小分度為 360 ° / Z(Z 為 鼠齒盤的 齒數(shù) ) ，因而分度數(shù)目多，適用于多工位分度。
(5) 磨損小，且因?yàn)辇X盤嚙合、脫開(kāi)相當(dāng)于兩齒盤對(duì)研過(guò)程，所以，隨著使用時(shí)間的延續(xù)，其定位精度不斷提高，使用壽命長(zhǎng)。
(6) 鼠齒盤的制造比較困難。
圖5-2 鼠齒盤及其齒形結(jié)構(gòu)
圖5-3 鼠齒盤式分度工作結(jié)構(gòu)
1-彈簧； 2-止推軸承； 3-蝸桿； 4-蝸輪； 5，6-齒輪； 7-支承套；
8-活塞； 9-工作臺(tái)； 10，11-止推軸承； 12-升夾油缸； 13，14-上，下齒盤；
圖5-3 為鼠齒盤式分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)，主要由一對(duì)分度 鼠齒盤13、14 ，升夾油缸12,活塞 8，液壓馬達(dá)，蝸輪副 3、4 ，減速齒輪副 5、6 等組成。其工作過(guò)程如下：
(1) 工作臺(tái)抬起，齒盤脫離嚙合
當(dāng)需要分度時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出分度指令，壓力油進(jìn)入分度工作臺(tái) 9 中央 的升夾油缸12的下腔，活塞 8向上移動(dòng)，通過(guò)止推軸承10和11帶動(dòng)工作臺(tái)9向上抬起，使上、下齒盤13、14脫離嚙合，完成分度的準(zhǔn)備工作。
(2) 回轉(zhuǎn)分度
當(dāng)工作臺(tái)9抬起后，通過(guò)推動(dòng)桿和微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)蝸輪4和齒輪副5、6帶動(dòng)工作臺(tái)9進(jìn)行分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)分度回轉(zhuǎn)角度由指令給出，共有八個(gè)等分，即為 45 ° 的整倍數(shù)。當(dāng)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)角度接近所要分度的角度時(shí)，減速擋塊使微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)出減速信號(hào)使液壓馬達(dá)低速回轉(zhuǎn)，為齒盤準(zhǔn)確定位創(chuàng)造條件；當(dāng)達(dá)到要求的角度時(shí)，準(zhǔn)停擋塊壓合微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，使液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)便完成回轉(zhuǎn)分度工作。
(3) 工作臺(tái)下降，完成定位夾緊
液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，壓力油進(jìn)入升夾油缸12的上腔，推動(dòng)活塞8帶動(dòng)工作臺(tái)下降，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)種圓弧或與直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)加工曲面，又能作為分度頭完成工件的轉(zhuǎn)位換面。
由于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的功能要求連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給并與其他坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，因此采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、分度和定位，其定位精度由控制系統(tǒng)決定。根據(jù)控制方式，有開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
5.2 開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用電液脈沖馬達(dá)或功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，圖5-4開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)。
圖5-4 開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)
1 —偏心環(huán)； 2 、 6 —齒輪； 3 —步進(jìn)電機(jī)； 4 —蝸桿； 5 —橡膠套； 7 —調(diào)整環(huán) ；
8 、 10 —微動(dòng)開(kāi)頭； 9 、 11 —擋塊 ； 12 —雙列短圓柱滾子軸承； 13 —滾珠軸承；
14 —油缸； 15 —蝸輪； 16 —柱塞； 17 —鋼球； 18 、 19 —夾緊瓦； 20 —彈簧；
21 —底座； 22 —圓錐滾子軸承； 23 —調(diào)整套； 24 —支座
工作臺(tái)由功率步進(jìn)電機(jī)3驅(qū)動(dòng)，經(jīng)齒輪副2 、6，蝸輪副4、15，帶動(dòng)其作回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度運(yùn)動(dòng)。由于是按控制系統(tǒng)所指定的脈沖數(shù)來(lái)決定轉(zhuǎn)位角度，因此，對(duì)開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)精度要求高，傳動(dòng)間隙應(yīng)盡量小。為此，在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上采用了消除間隙的措施。步進(jìn)電機(jī)3 由偏心環(huán) 1 與底座連接，通過(guò)調(diào)整 偏心環(huán) 消除齒輪 2 和齒輪 6 的嚙合間隙。蝸桿 4 為雙導(dǎo)程 ( 變齒厚 ) 蝸桿，可以用軸向移動(dòng)蝸桿的方法來(lái)消除蝸桿 4 和蝸輪15的嚙合間隙。調(diào)整時(shí)，只要將調(diào)整環(huán) 7 的厚度改變，便可使蝸桿 4沿軸向移動(dòng)。
為了消除累積誤差，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)有零點(diǎn)。當(dāng)它作返零控制時(shí)，先 由擋塊 11 壓合微動(dòng)開(kāi)關(guān) 10 ，發(fā)出從快速回轉(zhuǎn)變?yōu)槁倩剞D(zhuǎn)信號(hào)，工作臺(tái)慢速回轉(zhuǎn)，再 由擋塊 9 壓合微動(dòng)開(kāi)關(guān) 8 進(jìn)行第二欠減速，然后由無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)發(fā)出從慢速回轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)動(dòng)步進(jìn)信號(hào)，最后由步進(jìn)電機(jī)停在某一固定通電相位上，從而使工作臺(tái)準(zhǔn)確地停在零點(diǎn)位置上。
當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用于分度時(shí)，分度回轉(zhuǎn)結(jié)束后，要把工作臺(tái)夾緊。在蝸輪 15 下部的內(nèi)、外兩面裝有夾緊瓦 18 和 19，底座 21 上固定的支座 24 內(nèi)均布有 6 個(gè)油缸 14 。油缸 14 上腔進(jìn)壓力油 ，柱塞 16 下移，并通過(guò)鋼球 17 推動(dòng)夾緊瓦 18 和 19 ，將蝸輪夾緊，從而將工作臺(tái)夾緊。不需要夾緊時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使油缸 14 上腔油液流回油箱，在彈簧 20 的作用下把鋼球 17 抬起，于是夾緊瓦 18 和 19 松開(kāi)蝸輪15，這時(shí)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度。
該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的圓形導(dǎo)軌采用大型滾珠軸承 13 ，使回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活，雙列短圓柱滾子軸承 12 及圓錐滾子軸承 22 保證回轉(zhuǎn)精度和定心精度。調(diào)整軸承12的預(yù)緊力，可以消除回轉(zhuǎn)軸的徑向間隙，調(diào)整軸承22的調(diào)整套23的厚度，可以使大型滾珠軸承有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，保證導(dǎo)軌有一定的接觸剛度。
5.3 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)與開(kāi)環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)基本相同，區(qū)別在于閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，有轉(zhuǎn)動(dòng)角度測(cè)量元件 ( 圓光柵、圓感應(yīng)同步器、脈沖編碼器等 ) 。測(cè)量的結(jié)果反饋與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)控制原理進(jìn)行工作，使工作臺(tái)定位精度更高。
圖5-5 為閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，該工作臺(tái)采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)兩對(duì)齒輪副和一對(duì) 蝸輪副傳動(dòng)工作臺(tái)。采用雙片齒22消除齒輪嚙合間隙，蝸桿為雙導(dǎo)程蝸桿，伺服電機(jī)帶有每轉(zhuǎn)1000 個(gè)脈沖信號(hào)的編碼器作為角度測(cè)量反饋元件。分度精度 25'' ，重復(fù)精度 4''。
工作臺(tái)導(dǎo)軌為環(huán)形平面導(dǎo)軌，工作臺(tái)與導(dǎo)軌面間粘貼有聚四氟乙烯導(dǎo)軌板 5 ，具有較好的摩擦特性。
夾緊工作臺(tái)時(shí)，按控制信號(hào)要求，壓縮空氣從氣通管接頭 20 通過(guò)氣液轉(zhuǎn)換裝置 11 內(nèi)的電磁換向閥進(jìn)入氣缸右腔，使氣缸里的活塞桿 13 向左移動(dòng)，油腔14內(nèi)的壓力 油逐漸增壓。這時(shí)，油缸活塞1壓縮彈簧3并帶動(dòng)拉桿4向下移動(dòng)，將工作臺(tái)壓緊在底座上，同時(shí)又移動(dòng)觸頭10，壓合剎緊信號(hào) 開(kāi)關(guān)8，發(fā)出夾緊信號(hào)。松開(kāi)工作臺(tái)時(shí)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸左腔，使活塞桿 13 向右移動(dòng)，油腔 14 內(nèi)的壓力油減壓，直至工作臺(tái)松開(kāi)，同時(shí)觸頭10壓合松開(kāi)信號(hào)開(kāi)關(guān) 12 ，發(fā)出信號(hào)，伺服電機(jī) 17 可開(kāi)始驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度。
圖5-5 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)
1 —油缸活塞； 2 —儲(chǔ)油腔； 3 —彈簧； 4 —拉桿； 5 —氟化乙烯導(dǎo)軌板； 6 —工作臺(tái)； 7 —主軸；8 —?jiǎng)x緊 信號(hào)開(kāi)關(guān)； 9 —手搖脈沖發(fā)生器； 10 —?jiǎng)x緊 、松開(kāi)觸頭； 11 —?dú)庖?轉(zhuǎn)換裝置； 12 —松開(kāi)信號(hào)開(kāi)關(guān)； 13 —?dú)飧谆钊麠U； 14 —油腔； 15 —?dú)飧追ㄌm盤； 16 — 儲(chǔ)油管 油腔； 17 —伺服電機(jī)； 18 —伺服電機(jī)法蘭盤； 19 —齒輪； 20 —?dú)馔?管接頭； 21 —緊固螺釘； 22 —雙片齒輪； 23 —雙導(dǎo)程蝸桿； 24 —定位鍵； 25 —螺紋套； 26 —調(diào)整螺母
5.4 雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)
雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)具有改變嚙合側(cè)隙的特點(diǎn)，能夠始終保持正確的嚙合關(guān)系；并且結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，因而在要求連續(xù)精確分度的結(jié)構(gòu)中被采用，以便調(diào)整嚙合側(cè)隙到最小程度。
雙導(dǎo)程蝸桿副嚙合原理與一般的蝸桿副嚙合原理相同，蝸桿的軸向截面仍相當(dāng)于基本齒條，蝸輪則相當(dāng)于同它嚙合的齒輪。雙導(dǎo)程蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的齒距 ( 導(dǎo)程 ) 或者說(shuō)齒的左、右兩側(cè)面具有不同的模數(shù) m(m=t ／ π ) ，但同一側(cè)齒距則是相等的，因此，該蝸桿的齒厚從一端到另一端均勻地逐漸增厚或減薄，故又稱變齒厚蝸桿，可用軸向移動(dòng)蝸桿的方法來(lái)消除或調(diào)整嚙合間隙。因?yàn)橥粋?cè)面齒距相同，沒(méi)有破壞嚙合條件，所以當(dāng)軸向移動(dòng)蝸桿后，也能保證良好的嚙合。
雙導(dǎo)程蝸桿的齒形如圖 5-6 所示，圖中，t左 、t右分別為蝸桿左、右側(cè)面軸向齒距；t 中為公稱軸向齒矩； 左、右 分別為蝸桿左、右側(cè)面齒形角；S為齒厚； C 為齒槽寬。
圖5-6 雙導(dǎo)程蝸桿齒形
雙導(dǎo)程蝸桿的優(yōu)點(diǎn)是：嚙合間隙可調(diào)整得很小，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，側(cè)隙調(diào)整可以小至 0.01mm～0.015mm ，而普通蝸輪副一般只能達(dá) 0.03mm ～ 0.08mm ，因此，雙導(dǎo)程蝸桿副能在較小的側(cè)隙下工作，這對(duì)提高數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度精度非常有利。由于普通蝸桿是用蝸桿沿蝸輪徑向移動(dòng)來(lái)調(diào)整嚙合側(cè)隙，因而改變了傳動(dòng)副的中心距 ( 中心距的改變會(huì)引起齒面接觸情況變差，甚至加劇磨損，不利于保持蝸輪副的精度 ) ；而雙導(dǎo)程蝸桿是用蝸桿軸向移動(dòng)來(lái)調(diào)整嚙合側(cè)隙，不會(huì)改變傳動(dòng)副的中心距，可避免上述缺點(diǎn)。雙導(dǎo)程蝸桿是用修磨調(diào)整環(huán)來(lái)控制調(diào)整量，調(diào)整準(zhǔn)確，方便可靠；而普通蝸輪副的徑向調(diào)整量較難掌握，調(diào)整時(shí)也容易產(chǎn)生蝸桿軸線歪斜。
雙導(dǎo)程蝸桿的缺點(diǎn)是：蝸桿加工比較麻煩，在車削和磨削蝸桿左、右齒面時(shí)，螺紋傳動(dòng)鏈要選配不同的兩套掛輪，而這兩種蝸距往往是煩瑣的小數(shù)，對(duì)于精確配算掛輪很費(fèi)時(shí)；同樣，在制造加工蝸輪的滾刀時(shí)，應(yīng)根據(jù)雙導(dǎo)程蝸桿的參數(shù)設(shè)計(jì)制造，通用性差。
5.5 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)參數(shù)計(jì)算
裝置總體控制系統(tǒng)方案是用PLC控制器控制的，因此回轉(zhuǎn)工作臺(tái)也可以選擇數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來(lái)進(jìn)行控制?？梢酝ㄟ^(guò)PLC的程序控制伺服電機(jī)然后通過(guò)蝸輪蝸桿的傳動(dòng)來(lái)達(dá)到工作臺(tái)的120的分度回轉(zhuǎn)控制。其分度精度可達(dá)25''，重復(fù)精度可達(dá)4''。
蝸桿的分度圓直徑選擇為28mm，蝸輪的分度圓直徑為160mm。根據(jù)普通蝸桿傳動(dòng)m和d得搭配值表查的渦輪模數(shù)m為2.5。
d=mz，所以蝸輪齒數(shù)z為64。
i12= ，其中z2為蝸輪齒數(shù)，z1為蝸桿頭數(shù)。取蝸桿頭數(shù)為2。得i12=32。
裝置要求為平均30秒加工完成一個(gè)零件。因此初步選定工作臺(tái)轉(zhuǎn)速為10r/min。
因此直流伺服電機(jī)只需要達(dá)到320r/min 的轉(zhuǎn)速即可。
6 裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
自動(dòng)控制系統(tǒng)是在無(wú)人直接參與下可使生產(chǎn)過(guò)程或其他過(guò)程按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要手段。
自動(dòng)控制系統(tǒng)按控制原理的不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。
開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)
在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，基于按時(shí)序進(jìn)行邏輯控制的稱為順序控制系統(tǒng)；由順序控制裝置、檢測(cè)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控工業(yè)對(duì)象所組成。主要應(yīng)用于機(jī)械、化工、物料裝卸運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程的控制以及機(jī)械手和生產(chǎn)自動(dòng)線。
閉環(huán)控制系統(tǒng)
閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的，利用輸出量同期望值的偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)。
6.1 PLC裝置介紹
可編程控制器（PLC）是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。現(xiàn)在，PLC已成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱技術(shù)（PLC技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)）之一，PLC應(yīng)用已經(jīng)成為控制領(lǐng)域的一個(gè)潮流，隨著我國(guó)科技水平的不斷發(fā)展和提高，PLC技術(shù)將在我國(guó)得到更加全面的推廣和應(yīng)用。
由于控制對(duì)象的復(fù)雜性、運(yùn)行環(huán)境的特殊性和運(yùn)行工作的連續(xù)、長(zhǎng)期性，使得PLC在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)上具有許多其他控制器所無(wú)法相比的特點(diǎn)：
1．可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)
2．靈活性和通用性強(qiáng)
3．編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)
4．PLC與外部設(shè)備的連接簡(jiǎn)單、使用方便
5．PLC的功能強(qiáng)大
6．PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試周期短
7．PLC體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化
目前，在工業(yè)控制領(lǐng)域里常見(jiàn)的有下列幾種控制方法：傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制、單片機(jī)控制、可編程序控制器（PLC）控制、計(jì)算機(jī)控制（PC）、計(jì)算機(jī)-單片機(jī)控制以及計(jì)算機(jī)-可編程序控制器控制等，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，具有各自的適用場(chǎng)合和要求。
表6-1 常見(jiàn)控制方法對(duì)比
PLC是一種特殊的計(jì)算機(jī)，它的組成與計(jì)算機(jī)相似。整體式結(jié)構(gòu)的PLC組成如圖16所示。其主要組成部分有：
1．中央處理單元（CPU）
CPU是PLC的核心部件，它類似人的大腦，能指揮PLC按照預(yù)先編好的系統(tǒng)程序完成各種任務(wù)。
2．存儲(chǔ)器
存儲(chǔ)器一般包括以下三部分：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器、工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
3．輸入/輸出單元
輸入/輸出單元是PLC與外部設(shè)備相互聯(lián)系的窗口。輸入單元接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向PLC提供的信號(hào)；輸出單元將經(jīng)過(guò)CPU處理的弱電信號(hào)通過(guò)光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、調(diào)速裝置等。
4．電源部分
PLC的電源包括兩種電源：一種是外部電源，另一種是內(nèi)部電源。外部電源一般配有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電。內(nèi)部電源是供用戶存儲(chǔ)器工作的保護(hù)電源，保證用戶程序在外部電源斷開(kāi)時(shí)不致丟失。
5．I/O擴(kuò)展端口
當(dāng)主機(jī)上的I/O點(diǎn)數(shù)或類型不能滿足用戶需要時(shí)，主機(jī)可以通過(guò)I/O擴(kuò)展端口連接I/O擴(kuò)展單元來(lái)增加I/O點(diǎn)。另外，通過(guò)I/O擴(kuò)展口還可以連接各種智能單元，擴(kuò)展PLC的功能。
6．外設(shè)端口
每臺(tái)PLC都有外設(shè)端口。通過(guò)外設(shè)端口，PLC可與外部設(shè)備相連接。
7．編程工具
編程工具是開(kāi)發(fā)應(yīng)用和檢查維護(hù)PLC以及監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行不可缺少的外部設(shè)備。包括專用編程器和計(jì)算機(jī)輔助編程。
圖6-1 PLC組成示意圖
PLC上電后首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入循環(huán)掃描工作過(guò)程。一次循環(huán)掃描過(guò)程可歸納為五個(gè)工作階段：自診階段、輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段以及通信處理階段，如圖6-2。
圖6-2 PLC工作過(guò)程
6.2 系統(tǒng)控制要求
本裝置要求達(dá)到的控制標(biāo)準(zhǔn)為裝置先完成工件的裝夾然后通過(guò)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)將工件帶到第一加工工位，控制信號(hào)再控制夾緊裝置以及壓板裝置進(jìn)行夾緊定位。接下來(lái)是鉆孔裝置進(jìn)行對(duì)刀然后進(jìn)行進(jìn)給鉆削運(yùn)動(dòng)。于此同時(shí)在裝載工件處又需要將第二個(gè)待加工件裝上工作臺(tái)等待進(jìn)入第一工位加工。第一工位加工完成后夾緊定位裝置松開(kāi)控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)工位，進(jìn)行鉸孔加工。同樣的進(jìn)行鉸孔加工時(shí)也需要對(duì)工件進(jìn)行定位與夾緊控制以及鉸孔加工的進(jìn)給鉸削運(yùn)動(dòng)的控制。最后在鉆孔與鉸孔加工都完成后通過(guò)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)讓被加工件回到裝夾位置卸載。
根據(jù)對(duì)裝置的控制要求選擇使用閉環(huán)控制系統(tǒng)，并確定了總體的加工工藝流程，具體流程如圖6-3。
圖6-3 裝置自動(dòng)控制流程圖
結(jié) 論
畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次比較完整的自動(dòng)鉆鉸孔裝置設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際裝置設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。
雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種零件設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，切削用量的確定，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對(duì)自己提出了新的要求，舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：本來(lái)我在設(shè)計(jì)這個(gè)裝置的夾具的時(shí)候只考慮到了定位與夾緊，卻沒(méi)有考慮到在退刀時(shí)工件也需要一個(gè)壓緊力，不然工件就會(huì)在退刀時(shí)被帶動(dòng)。所以設(shè)計(jì)時(shí)需要在零件上面加個(gè)壓板保證工件被完全定位。這種問(wèn)題的出現(xiàn)讓我更了解到了做機(jī)械設(shè)計(jì)人員時(shí)需要的細(xì)心謹(jǐn)慎考慮問(wèn)題要周全。我相信在我以后的工作中一定會(huì)注意到這些問(wèn)題的。
提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無(wú)數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來(lái)，也必然會(huì)讓我在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。從不知道畢業(yè)論文怎么寫，到順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，這給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。
致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們知識(shí)運(yùn)用能力的一次全面的考核，也是對(duì)我們進(jìn)行設(shè)計(jì)研究基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為以后撰寫專業(yè)學(xué)術(shù)論文和工作打下良好的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計(jì)能順利完成，首先我要感謝我的母?！暇├砉ご髮W(xué)紫金學(xué)院，是她為我們提供了學(xué)習(xí)知識(shí)的土壤，使我們?cè)谶@里茁壯成長(zhǎng)：其次我要感謝機(jī)械系的老師們，他們不僅教會(huì)我們專業(yè)方面的知識(shí)，而且教會(huì)我們做人做事的道理；尤其要感謝在本次設(shè)計(jì)中給予我大力支持和幫助的江琴老師，每有問(wèn)題，老師總是耐心的解答，使我能夠充滿熱情的投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)中去；還要感謝我的同學(xué)們，他們熱心的幫助，使我感到了來(lái)自兄弟姐妹的情誼；最后還要感謝相關(guān)資料的編著者，感謝你們提供的材料，使本次設(shè)計(jì)圓滿完成。
參 考 文 獻(xiàn)
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