毕业设计终极版

1、山东科技大学学士学位论文- 1 -目录目录1 1 钻模技术的设计钻模技术的设计方案方案.2 21.1 钻套工作要求.21.2 钻套的选择与设计.21.3 钻套的安装.31.4 钻孔排屑问题.41.5 钻套内孔的基本尺寸及公差配合的选择.41.5.1 钻套内孔 .41.5.2 导向长度 H .41.5.3 排屑间隙 h .51.6 钻模板的设计要点.51.7 衬套的功用和选择.82.2.检测技术检测技术.10102.1 检测技术与调整.102.2 检测技术的现状.102.3 检测技术的目的.112.4 激光检测技术的好处及原理.112.4.1 激光发射器 .132.4.2 激光接收器 .142.

2、5 激光检测技术的注意事项和安装位置.182.6 激光检测如何判断工作位置.192.7 PLC 原理图 .19参考文献参考文献.2121致谢致谢.2222山东科技大学学士学位论文- 2 -1 1 钻模技术的设计方案钻模技术的设计方案1.11.1 钻套工作要求钻套工作要求应要求钻模设计，工作中刀架是对位放置提高工作效率。同时提高工作效率，所以设计钻套钻模板固定在刀架上，减少了装卸转换消耗的时间。作用主要有 1、引导钻头对中。 2、保证产品的精度。 3、提高生产率，4、降低工人要求。 钻模板材料为碳钢，钻模的长度 L=126，宽度 b=66，高度 h=20钻模的图大致如下 山东科技大学学士学位论文

3、- 3 -1.21.2 钻套的选择与设计钻套的选择与设计大孔钻套直接压入钻模板，采用过盈配合，两个小钻套为方便排屑，而且适合本次设计要求，应设计为特殊钻套，且为防止切屑进入钻套，钻套的上端应固定在刀架上，运动与相应的钻孔刀一起运动。根据工件的加工要求，大孔钻套采用带肩固定钻套（b） 。见图 7-56，因为要求钻模工作过程确定钻大，小孔位置，且不影响钻孔过程，设置钻模板与刀架职称柱为弹簧伸缩式，从而有效的定位且不影响钻孔过程。图 1.21.31.3 钻套的安装钻套的安装 如上图所示，设计的钻模板，通过伸缩柱用螺栓固定在刀架上，且安装是与相应的钻孔刀配合好，钻孔时刀架转换直接使用，方便快捷，安装也

4、相对简单。如下图所示（此为钻大孔而设计的钻模板、钻模套）山东科技大学学士学位论文- 4 -1.41.4 钻孔排屑问题钻孔排屑问题 独立设计的钻模板的钻套并不使用过盈配合，工作时因重力作用帮助定位，开始钻孔时，由于工件是锰合金，废料呈丝状增多作用钻套顶上钻套，通过空隙人工牵引出废料具体如图1.51.5 钻套内孔的基本尺寸及公差配合的选择钻套内孔的基本尺寸及公差配合的选择1.5.11.5.1 钻套内孔钻套内孔钻套内孔（又称导向孔）直径的基本尺寸应为所用刀具的最大极限尺寸，并采用基轴制间隙配合。钻孔或扩孔时其公差取 F7 或 F8，粗铰时取G7，精铰时取 G6。若钻套引导的是刀具的导柱部分，则可按基

5、孔制的相应配合选取，如 H7/f7、H7/g6 或 H6/g5 等。1.5.21.5.2 导向长度导向长度 H H如图 7-60 所示，钻套的导向长度 H 对刀具的导向作用影响很大，H 较大时，刀具在钻套内不易产生偏斜，但会加快刀具与钻套的磨损；H 过小的山东科技大学学士学位论文- 5 -时候，则钻孔时导向性不好。通常取导向长度 H 与其孔径之比为：H/d=12.5。当加工精度要求较高或加工的孔径较小时，由于所用的钻头刚性较差，则 H/d 值可取大些，如钻孔直径 d5mm 时，应取 H/d2.5；如加工两孔的距离公差为0.05mm 时，可取 H/d=2.53.5。1.5.31.5.3 排屑间隙

6、排屑间隙 h h如图 7-61 所示，排屑间隙 h 是指钻套底部与工件表面之间的空间。如果 h 太小，则切屑排出困难，会损伤加工表面，甚至还可能折断钻头。如果 h 太大，则会使钻头的偏斜增大，影响被加工孔的位置精度。一般加工铸铁件时，h=(0.30.7)d；加工钢件时， h=(0.71.5)d；式中 d 为所用钻头的直径。对于位置精度要求很高的孔或在斜面上钻孔时，可将 h 值取得尽量小些，甚至可以取为零。h=0.7d=0.746=32mm（此为钻大孔）h=0.7d=0.710=7 mm（此为钻小孔）1.61.6 钻模板的设计要点钻模板的设计要点在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加

7、工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易，并注意以下几点：1、在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻重量。在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在 1030mm 之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。此外，钻模板一般不宜承受夹紧力。 特殊钻套为使尽量质量最低且保证精度，设置钻套高度为 15mm山东科技大学学士学位论文- 6 -山东科技大学学士学位论文- 7 -内径 d(mm)外径D(mm)外径公差高度 H(mm)3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3

8、、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.910.0+0.06+0.02155.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.912.0+0.06+0.02157.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.1、8.3、8.4、8.5、8.7、8.8、8.914.0+0.06+0.02158.0、8.2、8.6、9.015.0+0.06+0.02159.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、

9、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.916.0+0.06+0.021511.0、12.017.0+0.06+0.021511.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.918.0+0.06+0.021513.0、14.021.0+0.06+0.021513.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9、14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、15.0、

10、15.1、15.2、15.3、15.4、15.5、15.6、15.7、15.8、15.9、16.022.0+0.06+0.02152、 钻模板上安装钻套的底孔与定位元件间的位置精度直接影响工件孔的位置精度，因此至关重要。在上述各钻模板结构中，以固定式钻模板钻套底孔的位置精度最高，而以悬挂式钻模板钻套底孔的位置精度为最低。山东科技大学学士学位论文- 8 -3、 焊接结构的钻模板往往因焊接内应力不能彻底消除，而不易保持精度。一般当工件孔距公差大于0.1mm 时方可采用。若孔距公差小于0.05mm 时，应采用装配式钻模板。4、要保证加工过程的稳定性。如用悬挂式钻模板，则其导柱上的弹簧力必须足够大，以

11、使钻模板在夹具体上能维持所需的定位压力；当钻模板本身的重量超过 800N 时，导柱上可不装弹簧；为保证钻模板移动平稳和工作可靠，当钻模板处于原始位置时，装在导柱上经过预压的弹簧长度一般不应小于工作行程的 3 倍，其预压力不小于 150N。1.71.7 衬套的功用和选择衬套的功用和选择在运动部件中，因为长期的磨擦而造成零件的磨损，当轴和孔的间隙磨损到一定程度的时候必须要更换零件，因此设计者在设计的时候选用硬度较低、耐磨性较好的材料为轴套或衬套，这样可以减少轴和座的磨损，当轴套或衬套磨损到一定程度进行更换，这样可以节约因更换轴或座的成本，一般来说，衬套与座采用过盈配合，而与轴采用间隙配合，因为无论

12、怎么样还是无法避免磨损的，只能延长寿命，而轴类零件相对来说比较容易加工；但是在制造的时候增加成本，但经过一段时间使用后，维修时还是要按这种方法改造，但改造容易造成设备的精度降低，原因很简单，二次加工是无法保证座孔中心的位置的。轴套在一些转速较低，径向载荷较高且间隙要求较高的地方（如凸轮轴）用来替代滚动轴承（其实轴套也算是一种滑动轴承），材料要求硬度低且耐磨，轴套内孔经研磨刮削，能达到较高配合精度，内壁上一定要有润滑油的油槽，轴套的润滑非常重要，干磨的话，轴和轴套很快就会报废，这里推荐安装时刮削轴套内孔壁，这样可以留下许多小凹坑，增强润滑。衬套和轴套是根据不同的工矿条件选用不同的型号。最主要的条

13、件是：压力，速度，压力速度乘积，润滑状态，载荷性质。旋转运动和轴向滑动的要求不一样，有没有润滑油性能差别也很大，速度和压力基本上决定了轴套寿命。山东科技大学学士学位论文- 9 -避开应力集中区(如粗细变化悬殊),防轴折断.主要是耐磨作用,都属于保护性的。2.2.检测技术检测技术2.12.1 检测技术检测技术调整调整要求要求机床的定位精度是指机床的移动部件如工作台，液压滑台，刀架等在调整或者工作过程中，根据设定的程序，由动力系统部分驱动，沿加工工件的固定路线运行一段时间后，实际值和给定值的接近程度，定位精度的高低用定位误差的大小衡量，按国家标准规定，对数控机床定位精度采取统计检验方法确定。定位误

14、差的统计检验方法对于某一目标位置，当按给定指令使移动部件移动时，其实际到达位置与目标位置之间总会存在误差，误差值不可能完全一致，总会有一定分散，并且定位误差按其出现的的规律可分为 系统性误差和随机性误差直线型荀东重复位置精度的检测检测用的仪器与检测定位精度所用的一样，一般检测方法是运用三点一线定位。2.22.2 检测技术的现状检测技术的现状在加工过程中，很难做出阶段性返工的决定，因为零件装夹在机床上，加工过程中每个工序和工步，尤其在数控机床上从粗加工到半精加工再到山东科技大学学士学位论文- 10 -精加工，是连贯且无中间检测过程的。一旦加工完成后再发现，加工出的是一个废品，那么材料、金钱和时间

15、的消耗，是无法再挽回的。 另一方面，即使有常规的手工检测，其结果很大程度上取决于测量者的熟练水平，而对于具有复杂型面零件或模具的手工测量，由于手工测量采点数极少，根本无法反映被测零件的状态，随之带来的问题是检测工作量和所耗费时间的增加，实际上这种测量是无法完成的。2.32.3 检测技术的目的检测技术的目的众所周知，产品检测已经成了制造过程中不可或缺的组成部分。没有该过程，没有任何人敢为自己设计或加工出来的产品及零件的合格性、完整性和精确性打包票。所以这个检测过程，或者我们称之为“制造中之必须” ，已经逐渐变成不只是一个要求而是成为了一个市场。 越来越多的设备供应商、软硬件提供者等关注着这个市场

16、、加强对这个市场投入、推出更好的和更全面的解决方案。在当前竞争激烈的市场中，一个产品的研发制造周期中的每一分钟有可能为公司带来巨大的利益，也会使一家公司破产，这一点绝对不是骇人听闻！至少，制造过程的缩短会给你带来更大的竞争力。虽然检测是制造过程中之必要过程，但是毕竟“占用”了整体制造过程时间的一部分，因此，如何提高检测的效率、想方设法缩短检测的时间周期越来越成为关注的焦点。总而言之，就是在工作过程中2.42.4 激光检测技术的好处及原理激光检测技术的好处及原理山东科技大学学士学位论文- 11 -激光技术用于检测工作主要是利用激光的优异特性，将它作为光源，配以相应的光电元件来实现的。它具有精度高

17、、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点，常用于测量长度、位移、速度、振动等参数。先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。光线照射到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。处理从光脉冲发出到被接收所，即可测定目标是否在合适位置。激光传感器必须极其精确，但是如今的激光传感器巧妙地避开了这一障碍，利用一种简单的原理，能保证响应速度。远距离激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标激光束，测定激光束从发射到接收的，得出从目标的位置；激光检测位置成像在仪表内部集成电路上，激光检测技术工作寿命长

18、，且基本不受工作环境和温度的影响。因此，激光发射机测位置精度有保证，性能稳定可靠。山东科技大学学士学位论文- 12 -2.4.12.4.1 激光发射器激光发射器激光发射器运用的是高效透过率光学系统。低功耗，高效能光功率输出，性能稳定，一致性好，使用寿命长，体积小，安装方便。输出波长：635nm 650nm 660nm输出功率：635nm 0.530mw 650nm 0.5200mw 660nm 0.5300mw工作电压：2.724V DC工作电流：450mA光束发散度：0.11.5mrad光线直径：1mm光学透镜：光学镀膜玻璃 或塑胶透镜尺寸：6.515mm；822mm；1025mm；工作温度

19、：-1075储存温度：-4085使用寿命：连续使用大于 8000 小时 山东科技大学学士学位论文- 13 -该电路激光编码调制采用集成芯片硬件实现，8 地址 4 数据编码。1-8是地址，10-13 数据脚。调整 Rosc 决定振荡频率；14 管脚 TE 是发射使能端，低电平发射有效。 激光发射驱动电路（在激光器中），是 APC（自动功率控制）电路驱动，保证激光二极管光功率输出稳定2.4.22.4.2 激光接收器激光接收器接收机的设计占了极重的影响比例。激光发射机中由于受到激光二极体(Laser diode)光源组件本身的非线性(Nonlinearity)特性影响，易造成系统载波三次合成拍差比(

20、Composite Triple Beat，CTB)参数劣化，故必需在其设计中，加入预失真处理(Predistortion process)功能，用以修正参数。 光接收机的设计上必需具备信号放大功能，而放大器本身存在一定程度的非线性效应(Nonlinear effect)，同时这些对导致系统载波二次合成拍差比(Composite Second Order，CSO)参数劣化亦有一定程度上的影响。山东科技大学学士学位论文- 14 -事实上，在光接收机的设计上又无可避免地，必需使用高增益多级放大(High gain & multistage amplification)电路来将微弱检光信号加

21、以放大，故非常有必要在光接收机的设计上，考虑如何有效优化 CSO 参数，图 1 为光接收模块电路之基本架构。本系统中采用的是单端输出(Single-ended output)光接收模块电路架构，如图 1 所示：监测(Monitoring)电阻 Rm 仅通过直流，可作为监测光接收机输入光功率大小用，一般入射光功率值如为 0dBm 时，监测电路输出端的直流压降应为 1Vdc，故可决定其值，约为 1K 左右；R1 为信号的山东科技大学学士学位论文- 15 -输出负载，调整范围约为 1.5K5K，即可控制经 PIN diode 检光后的输出信号值高低；匹配网络(Matched network)主要负责

22、检光(Photo detected)回路和放大电路间阻抗匹配(Impedance match)用；现行光接收机设计制作规范上，均要求其输出信号值至少要能达 30dBmV 以上，若以光电转换后最高值(+2dBmV)计算，放大器电路的典型增益值至少必需大于 28dB。欲符合如此高增益要求，大都需以多级串接组态放大(Multistage cascade configuration amplification)的设计以达到要求。 本实验单元的所应用的电路原理图如图 2 所示。山东科技大学学士学位论文- 16 - 激光接收器原理图其中，R1=4.7, R2=220K接收探测器 3DU 接收红光波段灵敏度

23、高，响应速度快，响应速度5us30us； 采用集成接收模块进行检波放大输出，对应 U3 解调解码芯片，8 地址 4 数据解码输出，1-8 是地址，10-13 数据脚；地址设置必须和发射地址一致，则数据位可以接收到发射端的数据的高电平信号，对应数据管脚输出高电平，当发射结束后，高电平随之消失。17 脚 VT 是信号接收确认输出，接收到信号输出高电平；Rosc 振荡电阻可选择和发射振荡。激光发射模块接口说明： 电源接口线和输入信号接口线定义说明如下： 1电源接口： 1- 电源正极+ 5.0 v , 2 - 电源负极（也是信号输入的负极）。 山东科技大学学士学位论文- 17 - 2信号输入接口： 3

24、.3.2 激光接收模块接口说明 电源接口线和输出信号接口线定义说明如下： 1电源接口： 1- 电源正极+ 5 v , 2 - 电源负极（也是信号输入的负极）。2信号输出接口：共 3 根信号输出线，分别为:1 Do1 ，白色线，通断输出信号，当激光照射到接收端时，输出逻辑 1（TTL 电平），同时红色信号 LED 灯暗；当遮挡激光束，接收端未接收到激光时，输出输出逻辑 0（TTL 电平），同时红色信号 LED 灯亮。或激光功率相对强弱输出线（模拟信号输出），（即接收到的激光功率转化为电压信号）；（接收管 PIN 的无放大直接输出） 2 Do2 ，黑色线，信号/电源地，GND; 3 Do3 ，黄色

25、线，通断输出信号，当激光照射到接收端时，输出逻辑 0（TTL 电平），同时红色信号 LED 灯暗；当遮挡激光束，接收端未接收到激光时（或激光功率太弱），输出输出逻辑 1（TTL 电平），同时红色信号 LED 灯亮。山东科技大学学士学位论文- 18 -2.52.5 激光检测技术的注意事项和安装位置激光检测技术的注意事项和安装位置因为组合机床在工作过程中，有照明工作灯的干扰，特此将激光发射器与激光接收器设置为镭射光，排除照明工作灯带来的干扰。专用电源具有很强的抗干扰性，高稳定性抑制浪涌电流及缓启动等特点，特别适合恶劣的工作环境，能有效的保证产品的稳定性和使用寿命。工业支架具有良好的导热性和灵活性，

26、使激光产品可以安装在任何垂直或水平面，并使之在三维空间任意 360 度调整达到最佳使用效果（电源电压不能超过 5V）激光发射器的安装位置安装在钻套上，工作的时候因为钻套需要固定位置，精确加工大孔，小孔的位置，所以安装在钻套边缘突出部分加持一个孔型固件，用以安装激光发射装置。激光接收器的安装位置设置在液压滑台上，位置设置在正常工作时，发射器的正下方。当工作后激光检测到工件法兰面的位置后，就可以触发接收触点开关，工件钻孔开始正常工作。2.62.6 激光检测如何判断激光检测如何判断工作位置工作位置在工作过程判断激光接收器是否能够接收到发射器的光波，如果接收到了，则继续工作，若机床触发行程开关，但接收

27、器没有接收到激光信号，则中断机器工作，刀架退回安全位置，操作工需要检查行程开关，液压滑台的准确是否。山东科技大学学士学位论文- 19 -2.72.7 PLCPLC 原理图原理图由于设计组合机床目的是为了量产成品工件，生产批量的工件尺寸也较数控机床的精度低，若由电脑控制 PLC，对整个生产过程进行检测和控制，很大部分时间用于检测，检验，补偿，这样既消耗工时，也影响工件的产量，所以对组合机床而言，生产精度不如数控机床，但是效率绝对要高于数控机床，这也是组合机床存在的合理性。组合机床激光检测系统连接 PLC，同时 PLC 与控制面板进行连接，对应控制面板上的警示灯，这样操作工可以快速反映出工件的加工过程中出现的问题，从而进行检查，排除故障，回复生产。山东科技大学学士学位论文- 20 -山东科技大学学士学位论文- 21 -参考文献参考文献1 组合机床编写小组主编 组合机床讲义 北京：国防工业出版社1972.42 张建中主编 机械设计基础 徐州：中国矿业大学出版社2001.33 谢家瀛主编 组合机床设计简明手册 北京: 机械工业出版社1992.104 东北重型机械学院等主编