钻床的自动化改造及进给系统设计

1、需说明书、图纸等完整设计请加叩叩2215891151PAGE 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩2215891151目 录TOC o 1-1 u1 引言 PAGEREF _Toc229981270 h 111.1 问题题分析及其对对策 PAGEREF _Toc229981271 h 11.2 本文文研究的内容容及目标 PAGEREF _Toc229981272 h 31.3 本章章小结 PAGEREF _Toc229981273 h 32 自动钻床床的总体方案案设计 PAGEREF _Toc229981274 h 42.1 自动动专用钻床已已知条件和设设计要求的概概述 PAGEREF _Toc2

2、29981275 h 42.2 自动动钻床的工艺艺路线分析与与确定 PAGEREF _Toc229981276 h 42.3 执行行系统的方案案设计 PAGEREF _Toc229981277 h 52.4 传动动系统方案设设计和原动机机选择 PAGEREF _Toc229981278 h 72.5 控制制方案设计 PAGEREF _Toc229981279 h 82.6 总体体布局设计 PAGEREF _Toc229981280 h 92.7 辅助助系统的设计计 PAGEREF _Toc229981281 h 92.8 本章章小结 PAGEREF _Toc229981282 h 93 专用钻

3、床床进给系统的的设计 PAGEREF _Toc229981283 h 103.1 进给给系统概述与与分析 PAGEREF _Toc229981284 h 103.2 进给给系统方案图图的确定 PAGEREF _Toc229981285 h 103.3 工况况分析 PAGEREF _Toc229981286 h 113.4 切削削力的计算 PAGEREF _Toc229981287 h 123.5 钻床床主轴设计 PAGEREF _Toc229981288 h 133.6 进给给液压系统设设计 PAGEREF _Toc229981289 h 163.7 本章章小结 PAGEREF _Toc229

4、981290 h 284 专用钻床床主轴传动系系统的设计 PAGEREF _Toc229981291 h 294.1 主轴轴传动系统的的分析 PAGEREF _Toc229981292 h 294.2 主轴轴花键的设计计 PAGEREF _Toc229981293 h 294.3 主轴轴电机选择 PAGEREF _Toc229981294 h 294.4 V带带传动设计 PAGEREF _Toc229981295 h 304.5 本章章小结 PAGEREF _Toc229981296 h 315 自动钻床床控制系统设设计 PAGEREF _Toc229981297 h 325.1 自动动钻床的

5、自动动化控制要求求 PAGEREF _Toc229981298 h 325.2 可编编程控制器PPLC的简述述 PAGEREF _Toc229981299 h 325.3 自动动钻床进给系系统控制流程程 PAGEREF _Toc229981300 h 335.4 自动动钻床进给系系统电气原理理图 PAGEREF _Toc229981301 h 355.5 自动动钻床进给系系统控制元件件的选择 PAGEREF _Toc229981302 h 355.6 控制制系统程序的的编写 PAGEREF _Toc229981303 h 385.7 本章章小结 PAGEREF _Toc229981304 h

6、38结束语 PAGEREF _Toc229981305 h 39致谢 PAGEREF _Toc229981306 h 40参考文献 PAGEREF _Toc229981307 h 411 本科毕业设计说明书（论文） 第60页 共 41 页1 引言亲，由由于某些原因因，没有上传传完整的毕业业设计（完整整的应包括毕毕业设计说明明书、相关图图纸CAD/PROE、中中英文文献及及翻译等），此此文档也稍微微删除了一部部分内容（目目录及某些关关键内容）如如需要的朋友友，请联系我我的叩扣:222158991151，数数万篇现成设设计及另有的的高端团队绝绝对可满足您您的需要1.1 问题题分析及其对对策1.1.

7、1 现代制造业业的发展状况况金属切削加工是是指利用刀具具切除被加工工零件多余材材料的方法，是是机械制造行行业中最基本本的加工方法法，金属切削削加工过程是是由金属切削削机床来实现现的1。金属切削削机床是用切切削的方法将将金属毛坯加加工成机器零零件的机器。在现代机械制造造行业中，随随着加工零件件方式多样化化及工艺合理理化的发展的的要求，加工工零件的方法法也呈现出多多样化，如：除切削加工工外，还有铸铸造、锻造、焊焊接、冲压、挤挤压和辊轧等等，在这其中中机床切削加加工的工作量量约占总制造造工作量的440%600%(其中钻钻床占11.2%),所所以在目前的的机械制造行行业中金属切切削机床是主主要的加工设

8、设备。而机床床的技术性能能又直接影响响机械制造行行业的产品质质量和劳动生生产率，所以以为了提高国国家的工业生生产能力和科科学技术水平平，必须对机机床的发展作作出新的要求求5。随着机械工业的的扩大和科学学技术的进步步，尤其是计计算机的出现现和数控技术术的发展，我我国的机械制制造行业正朝朝着自动化、精精密化、高效效率和多样化化的方向发展展。我国机床工业自自1949年年建立以来，虽虽然在短短的的时间内取得得了很大的成成就，但与世世界先进水平平相比还有较较大的差距。就现状看看，主要表现现在：我国机机床工业起步步晚、技术不不成熟；大部部分高精度和和超精度机床床的性能还不不能满足要求求，精度保持持度也差，

9、特特别是高效自自动化和数控控机床的产量量、技术水平平和质量等方方面都明显落落后8。据有关部部门统计我国国数控机床的的产量仅是全全部机床产量量的1.5%，产值数控控化仅为8.7%（至11990年底底）；我国数数控机床基本本上是中等规规格的车床、铣铣床和加工中中心等，而精精密、大型、重重型或小型数数控机床还远远远不能满足足要求；另外外我国机床在在技术水平和和性能方面的的差距也很明显，机机床理论和应应用技术的研研究也明显落落后。所以我我们要不断学学习和引进国国外先进科学学技术，大力力发展研究，推推动我国机床床工业的发展展4。1.1.2 问题的提出出由以上现状分析析我们可以看看出，在机床床加工中钻床床

10、的加工工作作量在总制造造工作量中占占有很大的比比重。钻床为为孔加工机床床，按其结构构形式不同可可以分为摇臂臂钻床、立式式钻床、卧式式钻床、深孔孔钻床、多轴轴钻床等11。主要用用来进行钻孔孔、扩孔、绞绞孔、攻丝等等。长期以来来我国的机械械制造工业中中孔类加工多多数由传统钻钻床来完成，但但是传统的钻钻床在大批量量生产时存在在许多的不足足之处：(1)自动化程程度不高，难难以进行大批批量的生产；(2)工作效率率低，且工人人的工作环境境恶劣；(3)占用人力力较多，操作作固定不易出出错；(4)精度不高高，工件装夹夹费时；(5)加工产品品质量不高；针对以上传统钻钻床的不足之之处及生产中中存在的问题题，我们有

11、必必要对传统钻钻床进行结构构改进。通过过对传统钻床床手动的进给给系统、夹紧紧系统及人工工送料系统的的改进和设计计，从而提高高产品质量和和生产效率，实实现自动化，降降低劳动强度度及工作量。1.1.3 问题的分析析以及解决方方案当前传统钻床问问题的存在主主要在于自动动化程度、生生产效率、工工作环境及产产品质量。在在生产过程中中，手动的操操作、繁锁的的装夹、大量量生产力的投投入和单一的的生产流程导导致了钻床加加工的自动化化程度低、生生产效率低、工工作环境恶劣劣和产品质量量不高，因此此，我们要解解决的问题在在于如何实现现钻床加工的的自动化、减减少生产力的的投入生产和和与其它工艺艺流程相结合合，同时也要

12、要考虑经济问问题4。经过分析，我们们可以从机构构设计和控制制系统两方面面去考虑。通通过对钻床机机构的改造来来实现自动化化控制的要求求，提高产品品的加工精度度及质量；通通过导入先进进的控制系统统来进行自动动操控，从而而实现自动化化，便于导入入到其它生产产流程中去。为为了解决问题题和便于设计计改造，我们们将钻床分为为传动系统、进进给系统、夹夹紧系统、送送料系统和控控制系统五个个部分，下面面分别对各部部分的问题提提出解决方案案：(1)传动系统统 为满足改改进后的加工工及工作要求求，在做出相应的计计算后对传动动系统进行改改进和调整。(2)进给系统统 传统的钻钻床主轴进给给系统主要由由主轴、主轴轴套筒、

13、主轴轴套筒镶套、齿齿轮齿条和轴轴承等组成。主主轴在加工时时即要作旋转转运动，也要要作轴向的进进给运动。机机床主轴被装装置在主轴套套筒内，套筒筒放置在主轴轴箱体孔的镶镶套内，主轴轴上侧由花键键连接。机床床加工时，旋旋转运动由花花键传入，而而进给运动则则由齿轮通过过齿条带动套套筒在镶套内内运动。为了了实现自动化化控制的要求，主主轴进给机构构改进主要有有：主轴旋转转运动依然由由电动机传入入，而进给则则由液压传动动替代手动的的齿条传动，通通过液压控制制系统来实现现进给动作。(3)夹紧系统统 传统钻床床的夹紧主要要是手工操作作，由夹具夹夹紧工件。为为了便于实现现自动化控制制，工件夹紧紧由夹具完成成，动力

14、源由由夹紧液压缸缸导入，通过过液压控制系系统来实现夹夹紧动作的自自动化。(4)送料系统统 在生产过过程中，钻床床的送料主要要由人工输入入，这使得投投入了大量的的生产力，消消耗了大量的的工时，使的的生产率不高高，为此我们们通过导入自自动送料系统统来减少生产产力的投入和和工时的消耗耗。自动送料料系统机构传传动要根据生生产的需求作作出相应的设设计需求，动动力源可由电电机或液压系系统传入，二二者均可实现现自动化控制制。(5)控制系统统 当前机床床控制系统主主要由计算机机数控、继电电器电气控制制和PLC控控制等，由于于继电器电气气控制系统，其其联动关系复复杂，维修困困难，故障率率高，经常影响正常常生产，

15、计算算机数控造价价高、系统复复杂，而PLLC控制系统统可靠性好、造造价低、抗干干扰能力强、柔柔性好、编程程简单、使用用方便、扩充充灵活、功能能完善，所以以我们利用PPLC控制技技术来实现对对进给系统、夹夹紧系统和送送料系统的液液压控制系统统的控制3。1.2 本文文研究的内容容及目标 本文主要是通过过应用机床设设计的一般方方法对传统钻钻床的机构和和控制系统进进行设计及改改进。研究的主要要内容是普通通台式钻床传传动系统的改改进、进给系系统的设计、进进给系统液压压缸的设计和和PLC控制制系统的设计计等四个方面面。其中重点点在于进给系系统、进给系系统液压缸和和PLC控制制系统的设计计。进给系统统设计主

16、要是是解决主轴高高速旋转与轴轴向进给两个个自由度的实实现；进给系系统液压缸设设计包括液压压缸的设计、液液压缸与主轴轴的配合和液液压缸油路控控制； PLLC控制系统统的设计主要要是通过应用用PLC控制制程序来实现现对液压油路路的动作控制制及钻床加工工过程的动作作控制3。我们通过过对传统台式式钻床的改进进及设计，要要达到的目标标在于通过改改进钻床能够够实现工作自自动化，最终终能满足以下下要求：(1)能实现自自动化连续生产，改改善产品加工工质量，提高高生产效率；(2)降低工作作人员劳动强强度和工作量量；(3)钻床系统统工作平稳，满满足工作要求求；(4)经济因素素合理3；1.3 本章章小结本章节主要对

17、现现代机械制造造业作了简单单的总概括，并并对机床切削削加工做出分析。提出出当前金属切切削加工中存存在的一些问问题，以及针针对钻床加工工现存的缺点点做出剖析，提出出对传统钻床床改造的必要要性和可行性性，并对改造造的任务和目目标作出简述述。通过对改造任任务和目标简简述，为设计计方案的确定定了设计对象象。2 自动钻床床的总体方案案设计总体方案设计的的构思和方案案拟定关系到到产品的功能能是否齐全、性性能是否优良良、经济效益益是否显著，因因此，我们要要确定良好的的总体方案设设计思想，保保证产品的功功能、经济效效益和实用性性能。总体方案设计的的内容主要包包括以下几个个方面：(1)执行系统统的方案设计计；(

18、2)原动机类类型的选择和和传动系统的的方案设计；(3)控制系统统的方案设计计；(4)总体布局局设计；(5)辅助系统统的设计；为了完成普通台台式钻床的改改造及进给系系统的设计，我我们依循机床床设计的一般般步骤确定自自动钻床的总总体方案设计计。2.1 自动动专用钻床已已知条件和设设计要求的概概述本文对普通台式式钻床的自动动化改造及进进给系统设计计是以某五金金工具厂钢丝丝钳生产线的的自动化改造造为背景。已知：加工对象象为钢丝钳，加加工工序为在在钢丝钳上钻钻削直径为12mm（钻钻床最大钻削削直径）的通通孔，钢丝钳钳材料为Q2235。 改造后的全自动动钻床应满足足以下设计要要求：(1)满足自动动连续生产

19、，且且生产率为33把/分钟；(2)自动化改改造应是机械械、电气和液液压的有机结结合；(3)传动系统统设计应包含含切削力计算算、电动机选选择、传动装装置设计、床床身结构设计计等；(4)设计重点点为钻床液压压进给系统之之进给油缸设设计；(5)自动控制制系统应以PPLC与手动动相结合的方方式实现；2.2 自动动钻床的工艺艺路线分析与与确定与传统台式钻床床的加工工艺艺路线相比较较，改造后的的全自动钻床床基本动作有有很大的调整整，这其中主主要是导入了了自动化加工工动作。结合合设计及生产产要求，确定定工艺路线如如下：启动（电源及控控制模块）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

20、成自动化化加工，自动动钻床按照上上述工艺路线线进循环行动动作来完成成成批工件的加加工过程。根根据工艺流程程，可确定自自动钻床的动动作流程图如如图2.1所所示。图2.1 自自动钻床动作作流程图2.3 执行行系统的方案案设计执行系统是机械械系统中的重重要组成部分分，直接完成成机械系统预预期工作任务务。机械执行系统的的方案设计是是机械系统总总体方案设计计的核心，是是整个机械设设计工作的基基础。本文自动钻床的的执行系统主主要包括钻头头加工和进给给液压缸驱动动进给。2.3.1 执行系统的的功能原理设设计功能原理设计决决定产品的技技术水平、工工作质量、传传动方案、结结构型式、制制造成本等。因因此在进行钻钻

21、床的功能原原理设计时，我我们应当考虑虑钻床功能的的可行性、先先进性和经济济性。普通台式钻床的的改造主要是是实现自动化化功能。改造造后全自动钻钻床能实现自自动化连续生生产，提高了了生产率，符符合了工厂的的生产需求，适适应了现代机机械加工业的的发展要求。2.3.2 执行系统的的运动规律本文设计的重点点在于钻床液液压进给系统统之进给油缸缸设计，也就就是用液压缸缸驱动来替代代手动进给。根根据设计，我我们要分析的的运动规律包包括钻头切削削运动和进给给液压缸驱动动进给运动。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。 钻床执执行系统的运运动规律如图

22、图2.2所示示。主轴直线进给运动主轴直线进给运动主轴旋转切削运动主轴旋转切削运动 图2.22 自动钻床床运动规律简简图2.3.3 执行机构的的形式设计在进行执行机构构的形式设计计时，要遵循循以下原则：满足执行构构件的工艺动动作和运动要要求、尽量简简化和缩短运运动链、尽量量减小机构尺尺寸、选择合合适的运动副副形式、考虑虑动力源的形形式、使执行行系统具有良良好的传力和和动力特性、使使机械具有调调节某些运动动参数的能力力和保证机械的的安全运转5。考虑以上设计原原则，在实现现钻头的旋转转切削运动时时，动力源与与主轴之间的的执行机构我我们选择带轮轮传动；在实实现钻头的直直线进给运动动时，我们选选择能够往

23、复复运动的液压压缸。2.3.4 执行系统的的协调设计执行系统协调设设计原则：满足各执行行机构动作先先后的顺序性性要求、满足各执行行机构动作在在时间上的同同步性要求、满足各执行行机构在空间间布置上的协协调性要求、 满足各执执行机构在操操作上的协同同性要求、各执行机构构的动作安排排要有利于提提高劳动生产产率、 各执行机机构的的布置置要有利于系系统的能量协协调和效率的的提高5。自动钻床的主轴轴带轮传动减减少了传动链链，且可过载载保护；液压压缸驱动进给给不需要改变变运动形式，且且易于实现自自动化控制。2.3.5 执行系统方方案评价与决决策自动钻床执行系系统在功能上上能满足钻床床加工的工作作要求，主轴轴

24、带轮传动能能起到过载保保护作用。液液压缸执行系系统能实现钻钻床切削加工工的进给运动动，易于控制制，是实现自自动化控制的的首选机构3。2.4 传动动系统方案设设计和原动机机选择 2.4.1 原动机选择择由自动钻床执行行部件的运动动规律我们可可以选择原动动机。主轴旋旋转运动的原原动机选择电电动机，进给给液压缸原动动力选择电动动机驱动液压压泵 （具体体型号在下面面章节中计算算后选择）。 2.4.2 传动系统方方案设计(1)确定传动动系统总传动动比全自动钻床的总总传动比的确确定要建立在在计算切削力力和传动效率率的基础上，当当确定自动钻钻床的工作功功率后，查表表选择电动机机，对照钻床床的工作参数数确定总

25、传动动比（主轴系系统总传动比比在传动系统统设计中经计计算后确定）4。(2)选择传动动类型依据传统台式钻钻床的结构特特点，主轴旋旋转运动选择择带轮V带传传动，此传动动类型可实现现过载保护；钻头直线进给运运动选择液压压传动，此类类型传动有以以下优点：(a)在输出功功率相同的条条件下，体积积小、重量轻轻；(b)运动平稳稳，吸振能力力强；(c)易于实现现快速启动、制制动、频繁换换向以及无级级调速；(d)布局安装装比较灵活，液压元件易易于实现系列列化、标准化化、通用化；(e)与机构相相结合易实现现自动化控制制；(3)绘制传动动系统运动简简图根据以上分析，确确定传动系统统的运动简图图如2.3所所示。花键传

26、动V带传动花键传动V带传动液压缸进给传动液压缸进给传动 图2.3 传动系统运运动简图2.5 控制制方案设计综合考虑全自动动钻床的改造造要求、功能能要求、控制制要求及经济济因素，控制制系统采用PPLC与手动动相结合的方方法进行控制制。PLC即可编程程控制器，其其英文全称为为 Proggrammaable Contrrollerr。PLC举举起于20世世纪70年代代，是微机技技术与继电器器常规控制技技术相结合的的产物。经过过30多年的的发展，可编编程控制器已已经成为最重重要、最可靠靠、应用场合合最广泛的工工业控制微型型计算机。PPLC不仅充充分利用微处处理器的优点点来满足各种种工业领域的的实时控制

27、要要求，同时也也照顾到操作作维护人员的的技能和习惯惯，摒弃了微微机常用的计计算机的编程程语言，独具具风格地使用用以继电器梯梯型图为基础础的形象编程程语言和模块块化的软件结结构，使用户户编制的程序序清晰直观、调调试和查错容容易，且编程程方便易学3。PLC的主要功功能有：顺序序控制、数据处理、逻辑控制、运行状态监监控、记数控制、通讯与联网网、定时控制。在在自动钻床的的控制系统中中，我们主要要应用PLCC的顺序控制制和定时控制制。 另外PLC作为为现代最重要要、最可靠、应应用场合最广广泛的工业控控制微型计算算机，其具有有以下特点：(1)可靠性高高；(2)编程容易易，易于使用用；(3)控制功能能极强；

28、(4)扩展及与与外部连接极极为方便；(5)通用性好好、体积小、使使用灵活；(6)设计施工工和调试的周周期短；结合以上PLCC的特点，我我们在控制系系统方案设计计时选择PLLC作为主要要的控制方式式，另外根据据实际的工作作要求，配合合适当的手动动控制元件3。2.6 总体体布局设计机床总布局的设设计任务是解解决机床各部部件间的相对对运动和相对对位置的关系系，并使机床具有一一个协调完美美的造型。工工艺分析和工工件的形状、尺寸及重量量，在很大程程度上左右着着机床的布局局形式。普通台式钻床的的自动化改造造及进给系统统设计，是在在原有机构的的基础上导入入了液压进给给驱动系统：主轴箱要做做变动。同时时还导入

29、了液液压夹紧系统统：考虑到台台式钻床固定定不动，可变变动工作台的的结构以实现现总体布局的的协调7。2.7 辅助助系统的设计计辅助系统的设计计主要包括润润滑系统设计计、冷却系统设设计、故障检测系系统设计、安全保障系系统设计和照照明系统设计计6。设计过程中可根根据设计的要要求和实际的的钻床工作需需求进行辅助助系统的设计计。2.8 本章章小结本章主要介绍了了通过对已知知设计条件的的分析如何确确定自动钻床床总体方案的的问题。章节节中主要对自自动钻床总体体方案中的工工艺路线、执执行系统方案案、传动系统统方案和控制制系统方案作作了详细介绍绍和分析。通过本章节的叙叙述和图文表表达，我对自自动钻床的总总体设计

30、有了了一个清晰的的概念，确定定了下面章节节中设计的步步骤和设计重重点。3 专用钻床床进给系统的的设计3.1 进给给系统概述与与分析 传统的台式钻床床主轴进给系系统主要由主主轴、主轴套套筒、主轴套套筒镶套、齿齿轮齿条和轴轴承等组成。主主轴在加工时时即要作旋转转运动，也要要作轴向的进进给运动。机机床主轴被装装置在主轴套套筒内，套筒筒放置在主轴轴箱体孔的镶镶套内，主轴轴上侧由花键键连接4。机床加工工时，旋转运运动由花键传传入，而进给给运动则由齿齿轮通过齿条条带动套筒在在镶套内运动动。由总体方方案可知，自自动钻床进给给系统设计导导入了液压缸缸进给系统，由由液压缸驱动动替代齿轮齿齿条的手动进进给，来实现

31、现主轴的快进进、工进和快快退动作。钻床在加工时，主主轴要作高速速的旋转运动动和直线的进进给运动。导导入液压缸进进给系统后，由由于液压缸结结构和性能的的限制，液压压缸活塞杆不不宜作高速的的旋转运动，因因此，我们要要结合合适的的轴承和结构构来实现主轴轴的高速旋转转。往复进给给运动由液压压缸来完成动动作。如图33.1所示。55443366727211图3.1 普普通台式钻床床进给系统简简图1、主轴套筒镶镶套2、推力力球轴承3、主主轴套筒4、主主轴5、深沟沟球轴承6、齿轮齿条手手动进给系统统7、主轴箱箱3.2 进给给系统方案图图的确定全自动钻床是在在原有台式钻钻床的结构基基础上进行改改造设计的，所所以

32、，我们首首先要对普通通台式钻床的的进给系统做做出详细的研究究。台式钻床主轴进进给系统主要要部件有主轴轴、主轴套筒筒、主轴套筒筒镶套、齿轮轮齿条和轴承承等4。其结构图图如图3.1示：根据普通台式钻钻床的进给系系统设计特点点，综合考虑虑本文设计的的要求、改造造后自动钻床床的工作条件件和液压缸工工作特性，确确定自动钻床床的进给系统统如图3.22所示：767655884433929211图3.2 自自动钻床的进进给系统简图图1、主轴2、深深沟球轴承33、活塞杆44、液压缸筒筒5、油路口口6、液压缸盖77、锁紧螺钉钉8、推力球球轴承9、密密封圈3.3 工况况分析根据设计任务可可知，生产工工件时，要求求生

33、产率为33把/分钟，即即要求在200秒内要完成成一件工件的的送料、夹紧紧、钻削加工工和出料。已知件材料为QQ235钢，工工件厚度大约约为15mmm，查机械械工程材料实实用手册可可知，Q2335为碳素结结构钢，其韧韧性良好，有有一定的强度度和伸长率，在在一般机械制制造中应用广广泛，是一般般机械制造中中的主要材料料，其切削加加工性能较好好。钻削直径径为12mmm的通孔，钻钻削行程（孔孔的长度）ll15mm。由由此可确定钻钻床主轴行程程为100mmm，也就是是液压缸行程程为100mmm。在钻床的切削加加工过程中，钻钻床主轴主要要受到切削扭扭矩和轴向进进给力的作用用。轴向进给给力是沿主轴轴轴向的，在在

34、主轴保持其其与工作台的的垂直度的情情况下，轴向向力作用产生生的弯矩基本本为零，可忽忽略不计。所所以，钻床主主轴为仅受转转矩作用的轴轴类6。主轴进给液压缸缸在工作中受受到作用力可可以分为三个个阶段分析。在在主轴快进工工序中，液压压缸受到钻床床主轴组件重重力和液压缸缸系统的摩擦擦力的作用；在主轴工进进工序中，液液压缸受到钻钻床主轴组件件的重力、轴轴向切削力和和液压缸系统统的摩擦力作作用；在主轴轴快退的工序序中，液压缸缸受到主轴组组件的重力、退退刀阻力和液液压缸系统摩摩擦力。因此此，在进给液液压缸设计时时，我们要以以最大受力作作为设计标准准。3.4 切削削力的计算3.4.1 切削刀具及及相关参数的的

35、选择目前在钻孔加工工中，麻花钻钻主要有高速速钢麻花钻和和硬质合金麻麻花钻两类。由由于高速钢麻麻花钻在采用用物理沉积法法TiN涂层层处理后，其其耐用度和钻钻孔精度有了了较大提高，所所以该钻头应应用极广113。所以以，在本文的的钻削加工过过程中，选择择高速钢麻花花钻头。查金金属切削手册册17选择标准圆圆柱锥柄麻花花钻中等长度度第一系列，刀刀具直径为112mm,钻钻头与主轴用用莫氏锥孔连连接，莫氏锥锥孔为1号莫莫氏锥孔。由于被加工材料料为Q2355钢，其切削削性能较好，所所以查金属属切削手册17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 主轴转速及及钻孔

36、时间的的计算查金属切削手手册177，由切削削速度计算公公式可得出主主轴在工艺长长期稳定时的的固定转速nn的计算公式式如下： （33.1）式中，选定定的切削速度度（m/miin）刀具或工件件的直径（mmm）将V=32m/min，dd=12mmm代入公式中中，计算得出出n=8500r/minn.查金属切削手手册177,钻孔时时间T的计算算公式为： （33.2）式中，l被被钻孔厚度（mmm）f切削进给给量（mm/r）刀具或工件件的直径（mmm）n主轴固定定转速（r/min）将l =15mmm，f =0.2mmm/r，d=12mm，n=850rr/min代代入公式中，计计算得出T=6.6ss。由此，确

37、定一件件工件的加工工工时为：送送料1s，工工件夹紧2ss，快进2ss，工进7ss，主轴停留留2s，快退退2s，出料料1s，加工工一件工件用用时17s，达达到了加工效效率的要求。3.4.3 切削力的计计算钻床切削力的计计算包括钻床床主轴转矩计计算和主轴轴轴向切削力的的计算。由于于加工材料为为Q235钢钢，其属于碳碳素结构钢，钻钻头为高速钢钢麻花钻，加加工方式为钻钻孔，所以查查机床夹具具设计手册16得：钻床转矩计算公公式如下： （3.3）式中， 切切削力矩（NNM） 钻头直径径（mm） 每转进给给量（mm） 修正系数数 （33.4）轴向切削力的计计算公式如下下： （3.5）式中， 轴轴向切削力（N

38、N） 钻头直径径（mm） 每转进给给量(mm) 修正系数数已知被加工材料料为Q2355结构钢，结结构钢和铸钢钢取=7366MPa，=12mm，=0.2mmm，所以可分分别计算出切切削转矩和轴轴向切削为：=13.5 NNM =25995 N3.5 钻床床主轴设计3.5.1 主轴材料的的选择在轴的设计过程程中，轴类的的材料选择要要考虑如下因因素：(1)轴的强度度、刚度和耐耐磨性要求；(2)轴的热处处理方式和机机加工工艺性性要求；(3)轴的材料料来源和经济济性；轴的常用材料有有碳钢和合金金钢。一般来来说碳钢比合合金钢价格低低廉，对应力力集中的敏感感性低，可通通过热处理改改善其综合性性能，加工工工艺性

39、好。而而合金钢虽然然机械性能和和淬火性能优优于碳钢，但但其价格较贵贵，一般用于于强度和耐磨磨性要求高的的场合199。 综合以上设计要要求及因素，钻钻床主轴材料料选用45号号钢，经调质质处理后HBB要达到2440左右。其其机械性能参参数如下：b=650MMPa；s=360MMPa；-1=3000MPa；-1=1555MPa；-1b=60MPPa；T=35MMPa。3.5.2 轴径的计算算由金属切削原理理14可知知，主轴切削削功率的计算算公式为： （33.6） 式中： 轴向切削削力（N） 每转进给给量(mm)n主轴固定定转速（r/min） 切削力矩矩（NM）将以上数值代入入公式中可计计算出功率=1

40、.2KWW考虑到轴承传动动效率（查得得为0.999）和花键传传动效率55（查得为为0.98），所所以可计算出出钻床主轴要要传递的功率率P为： P=/(0.9990.990.98)=1.255KW （3.7）由工况分析可知知，在钻床的的切削加工过过程中，钻床床主轴主要受受到切削扭矩矩和轴向进给给力的作用。轴轴向进给力是是沿主轴轴向向的，在主轴轴保持其与工工作台的垂直直度的情况下下，轴向力作作用产生的弯弯矩基本为零零，可忽略不不计。所以，钻钻床主轴为仅仅受转矩作用用的轴类。查查机械设计计6得钻床床最小直径的的计算公式如如下： （3.8）选C=110，计计算出dmin=13mm由计算结果可知知，在满

41、足加加工条件的情情况下，钻床床主轴最小直直径不能小于于13mm，根根据普通台式式钻床的主轴轴结构，现选选自动钻床直直径为40mmm。3.5.3 轴的结构设设计由图3.2进给给系统结构简简图可知，钻钻床主轴上主主要安装有一一对深沟球轴轴承、一对推推力球轴承、一一个轴承挡环环、一个锁紧紧螺栓和轴端端的花键连接接。根据钻床床轴径选用轴轴承及花键尺尺寸如表3.1所示。根据主轴的的行行程，可确定定钻床主轴的的基本长度尺尺寸如图3.3所示。表3.1 主主轴零件选用用表主轴零件型号深沟球轴承滚动轴承 62208 GBB/T 2776-19994推力球轴承滚动轴承 511308 GGB/T 3301-1999

42、5花键8323666 GB/T 11444-19887图3.3 钻钻床主轴基本本尺寸简图3.5.4 轴强度的的校核由工况分析可知知，钻床主轴轴的受力图如如图3.4所所示。MkMMkM图3.4 钻床床主轴受力简简图图3.5 钻钻床主轴转矩矩简图考虑到传动效率率，钻床主轴轴要传递的转转矩M=Mk/（0.9990.990.98）=14 NM,液压力力为对称受为为，合力方向向沿钻床主轴轴方向，大小小与进给切削削力相互抵消消。所以，绘绘制主轴所受受转矩图如图图3.5。根据轴上零件的的布置，轴的的危险截面为为轴端花键处处，所以应对对该处进行轴轴的强度校验验。扭转强度约束条条件： （33.9）式中：T 轴的

43、扭转转应力（MPPa）M轴的传递递转矩(Nmm)WT轴的抗抗扭截面模量量（mm3）T轴轴的许用扭转转应力（）查机械设计6得花键的抗扭截面模量WT的计算公式为： （33.10）式中：d1花键内径（mmm）b花键齿宽宽(mm)z花键的齿齿数D花键的外外径（mm）将选用花键的基基本参数代入入公式中可计计算出WT=57399，所以可以以计算出钻床床主轴的扭转转应力=2.44。由于=355，显然，所以，轴轴满足强度要要求。3.6 进给给液压系统设设计3.6.1 负载分析一般情况下，作作往复直线运运动的液压缸缸的负载由六六部分组成，即即工作阻力、摩摩擦阻力、惯惯性力、重力力、密封阻力力和背压力。负载分析中

44、，我我们暂不考虑虑回油腔的背背时压力，液液压缸的密封封装置产生的的摩擦阻力在在机械效率中中加以考虑。因因改造后的自自动钻床和普普通台式钻床床一样竖直放放置，所以需需要考虑的力力有：工作阻阻力（钻床轴轴向切削力）、系系统摩擦阻力力（在机械效效率中考虑）、重重力和惯性力力。负载中工作阻力力为钻床的轴轴向切削力，其其大小=25595 N。系统摩擦阻力在在机械效率中中考虑，轴承承传动效率取取0.99，花花键传动效率率取0.988，液压传动动效率取0.95，所以以计算出整下下系统的机械械效率为6： =0.9990.990.980.95=0.91 （3.111）系统要克服的重重力有钻床主主轴重力和液液压缸

45、活塞杆杆重力，钻床床主轴重力可可按下式计算算：查机械设计手手册1钢材密度取取7.85 ，主轴体积积V为： （3.12）式中： V主轴体积（mm3）d主轴直径径 (mm)，取40mmm主轴长度（mmm），取5550mm所以主轴重力为为：= （3.113）式中： V主轴体积（mm3）主轴材料料密度（）g重力加速速度（），取取10主轴重力（NN）计算出主轴重量量=55N.考虑到轴上上零件和液压压缸活塞杆重重力，现取整整个系统要承承受的重力=200N。惯性力Fm指运运动部件在启启动或制动过过程中的惯性性力，查液液压与气压传传动3得其计算公公式为： （3.144）式中，系统统重力重力加速度度 时间内内的

46、速度变化化量 加速或减减速时间已知主轴系统重重力G=200NN；快进行程程70mm；工工进行程为220mm；根根据工时安排排可确定主轴轴快进快退速速度为3m/minn；工进速度度为0.177m/minn；加速、减减速时间一般般取t=0.22s；所以可可以计算出惯惯性力： =5N （33.15）快进时，在不考考虑背压的情情况下，主轴轴会在重力的的作用下自动动下移，且加加速度大约为为9.8，因因此，液压缸缸在快进时受受到的最大作作用力F=G=182NN。工进时，液压缸缸要克服工作作阻力（主轴轴轴向切削力力）和系统摩摩擦力，此时时系统重力起起到动力作用用。所以F=（-G）/，为了设计计的可行性，使使

47、得液压缸有有足够的液压压作用力，计计算中我们取取系统重力的的一半代入到到式中，F=27422N。快退时，液压缸缸要克服重力力和系统摩擦擦力，所以FF=G/考虑到钻头头退出工件时时的摩擦力，在计算时取0.89，所以计算出此时F=225N。列出主轴系统各各运动阶段的的液压负载计计算公式及大大小如表3.2所示。表3.2 液液压缸各运动动阶段负载表表运动阶段计算公式负载大小（N）主轴快进F=G182主轴工进F=（-G）/2742主轴快退F=G/225根据液压缸各运运动阶段负载载计算结果和和已知各阶段段的运动速度度，我们可以以画出负载图图（F-）和和速度图(VV-)如图33.6所示。V（m/min）0.

48、173-37270727027422251820F（N）V（m/min）0.173-37270727027422251820F（N）图3.6 液液压系统负载载及速度简图图3.6.2 液压缸执行行元件主要参参数的确(1)初选液压压缸的工作压压力表3.3 液液压设备常用用的工作压力力表设备类型机床农业机械或中型型工程机械液压机、重型机机械起重运输输机械磨床组合机 床龙门刨床拉床工作压力P1/（MPa）0.82.00352881010162032液压缸的工作压压力主要根据据液压设备的的类型来确定定，对不同的的液压设备，由由于工作条件件的不同，通通常采用的压压力范围也不不同。根据钻钻床的工作条条件和加

49、工要要求，参考液液压设备常用用的工作压力力表3.3和和同类机床的的液压工作压压力，初选液液压缸的工作作压力=3。(2)确定液压压缸的类型及及主要结构尺尺寸根据设计的要求求和钻床主轴轴的运动规律律，选择双杆杆活塞缸，活活塞杆为中空空杆，以便主主轴穿过；活活塞杆两端装装有轴承，以以固定主轴。双杆活塞缸的活塞杆两侧都可伸出，根据工作需要，选用活塞缸采用缸筒固定式。缸筒固定式双杆活塞缸简图如图3.7所示。图3.7 缸筒固定式式双杆活塞缸缸结构简图自动钻床在完成成工进后，为为了防止在钻钻通要加工的的孔后主轴突突然前冲，我我们要在回油油路上安装背背压阀。查表表3.4液压压缸参考背压压表，回油路路背压选择=

50、0.8。表3.4 液液压缸参考背背压系统类型背压（）回油路上有节流流阀的调速系系统0.20.55回油路上有调速速阀的调速系系统0.50.88回油路上装有背背压阀0.51.55带补油泵的闭式式回路0.81.55由表3.1 主主轴零件选用用表可知，活活塞杆两端要要装轴承。深深沟球轴承选选用滚动轴承承 62088 GB/TT 276-1994，其其外径为800mm，查表表3.5活塞塞杆直径系列列表，活塞杆杆直径选用=100mmm。表3.5 活活塞杆直径系系列（GB22348-880）（mmm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140

51、160 180200220250280320360400由表3.2可知知，当主轴工工进时液压系系统的负载最最大F=27742N，由由此可计算出出液压缸的有有效面积A为： （33.16）式中：液压压缸内径（）液压缸活塞塞杆直径（）, =100mmm液压缸负载载（）, FF=27422液压缸工作作压力（）, =3回油路背压压力（）, =0.8所以可计算也液液压缸内径=117。为为了便于采用用标准的密封封式元件，查查表3.6对对液压缸内径径进行圆整。圆圆整后取=1125。表3.6 液液压缸内径尺尺寸系列（GGB23488-80）(mm)810121620253240506380（90）100（110

52、）125（140）160（180）200220250320400500630液压缸基本尺寸寸确定后，要要按最低工进进速度验算液液压缸的尺寸寸。即保证液液压缸的有效效工作面积要要大于或等于于保证最小稳稳定速度时的最小有效效面积。即： （33.17）式中，流量量阀的最小稳稳定流量，=0.05液压缸的最最低速度, =0.177由计算可得A=2767=294,因因此，液压系系统基本尺寸寸满足最低速速度的要求。(3)液压缸材材料的选择液压缸材料的选选择主要受以以下几个因素素的制约：（a）液压缸要要有足够的强强度；（b）液压缸要要有足够的刚刚度；（c）液压缸要要有很好的耐耐磨性能；因此，基于以上上因素及国

53、内内现有的液压压缸材料，液液压缸材料选选择45号无无缝钢管33。(4)液压缸各各工作阶段的的工作压力、流流量和功率计计算根据液压缸的负负载图和速度度图以及上述述液压缸的计计算数值，可可以计算出液液压缸工作各各阶段的压力力、流量和功功率。在计算算时工进时背背压按=0.8代入，快快退快进时背背压按=0.5代入计算算。计算公式式及计算结果果列于表3-5中。自动钻床快进和和工进时，液液压缸上油缸缸进油下油缸缸回油；快退退时液压缸下下油缸进油上上油缸回油。因此计算液压缸缸工作各阶段段的压力、流流量和功率如如表3.7所示。表3.7 液液压缸所需的的实际流量、压压力和功率工作循环计算公式进油压力回油压力所需

54、流量输入功率（）（）（）P（）主轴快进=-=P=0.430.58.30.06主轴工进=+=P=1.80.80.470.02主轴快退=+=P=0.60.58.30.08注：表中A为液液压缸有效面面积，V为各各阶段稳定速速度。(5)液压缸壁壁厚和最小导导向长度的计计算液压缸的壁厚由由液压缸的强强度条件来计计算。液压缸的壁厚一一般是指缸筒筒结构中最薄薄处的厚度。因因壁厚不同可可分为薄壁圆圆筒和厚壁圆圆筒。液压缸的内径DD与其壁厚的比值圆筒称称为薄壁圆筒筒。工程机械械的液压缸大大多属于薄壁壁圆筒结构，其其壁厚按薄壁壁圆筒公式计计算： （3.118）式中液压缸缸壁厚（m）； D液压缸缸的内径（mm）；

55、试验压力力，一般取最最大工作压力力的（1.2251.550）倍；缸筒材材料的许用应应力。其值：锻钢：=1100120；铸铸钢：=1000110；无无缝钢管：= 1001110；高强度度铸铁：=60；灰灰铸铁：=25。根据表3-5中中计算的结果果，代入计算算公式中，可可计算出液压压缸壁厚=4mm。考虑虑到与缸盖的的联接，所以以设计中取液液压缸的壁厚厚=8mm。最小导向长度是是指当活塞杆杆全部外伸时时，从活塞支支撑面中点到到缸盖滑动支支撑面中点的的距离H称为为对一般的液液压缸，最小小导向长度应应满足以下要要求3 （3.19） 式中 液压缸的最最大行程； 液压缸的内内径。本设计中液压缸缸的最大行程程

56、为100mm，液压缸缸的内径为1125mm，代入上上式可计算得得出H67.5mmm,设计中中取H=700mm。(6)液压系统统原理图自动钻床要完成成快进、工进进和快退的工工作循环。快快进和工进时时进给液压缸缸上油缸进油油下油缸出油油，而快退时时进给液压缸缸下油缸进油油上油缸出油油，因此液压压控制时只需需一次换向。考考虑到系统工工进完后，需需要定时停留留，因此，换换向阀选择具具有中位封闭闭功能的三位位四通电磁换换向阀。由于于快进快退和和工进时的速速度不一样，所所以系统要有有调整装置。根根据系统参数数可知，液压压系统运动速速度不是太大大，负载也不不大，因此，调调整系统选择择进口节流调调整，该调整整

57、系统具有较较好的低速稳稳定性和速度度负载特性；液压泵选用用单向定量液液压泵3。自动钻床液压进进给系统控制制原理图如图图3.8所示示。图3.8 自自动钻床液压压进给系统控控制原理图1、三位四通电电磁换向阀22、二位二通通电磁换向阀阀3、调速阀阀4、液压缸缸5、二位三通电电磁换向阀66、7、8、溢溢流阀（6、77作背压阀用用）9、液压压泵10、过过滤器快进时，液压系系统在PLCC自动控制下下启动，电磁磁铁1Y得电电，三位四通通电磁换向阀阀1接入左位位，液压泵99供油经二位位二通电磁换换向阀2进入入液压缸4上上腔，回油经经三位四通电电磁换向阀11、二位三通通电磁换向阀阀5、溢流阀阀6回油箱。工进时，

58、电磁铁铁1Y、3YY和4Y得电电，三位四通通电磁换向阀阀1接入左位位，二位二通通电磁换向阀阀2接入左位位，二位三通通电磁换向阀阀5位入左位位，液压泵99供油经调整整阀3进入液液压缸4上腔腔，回油经三三位四通电磁磁换向阀1、二二位三通电磁磁换向阀5和和溢流阀7回回油箱。主轴停留，三位位四通电磁换换向阀1处于于中位，液压压泵9供油在在达到一定压压力的条件下下回油箱，液液压系统处于于稳定平衡状状态。停留时时间由PLCC定时控制。快退时，电磁铁铁2Y，三位位四通电磁换换向阀1接入入右位，液压压泵9供油到到液压缸4下下腔，回油经经二位二通电电磁换向阀22、三位四通通电磁换向阀阀1、二位三三通电磁换向向阀

59、5和溢流流阀6回油箱箱。工作循环过程中中电磁铁动作作表3.8所所示。表3.8 电电磁铁动作表表工作阶段1Y2Y3Y4Y快进+工进+-+停留-+快退-+-(7)液压元件件的选择(a)液压泵的的选择液压泵的最高工工作压力可按按下式计算3： （3.20） 式中，液压泵的的最高工作压压力 液液压缸的最大大工作压力；查表3.5 =1.88 进进油管路总压压力损失；初初算时简单系系统可取0.5，复杂杂系统可取1.5。取=0.5。根据上式及数据据值，可计算算出=2.33。计算出的的是系统的静静态压力，因因为系统在各各种工况的过过度阶段出现现的动态压力力往往超过静静态压力。另另外考虑到一一定的压力储储备量，并

60、确确保泵的寿命命，因此选泵泵的额定压力力应满足，中低压系系统取小值，高高压系统取大大值。所以泵泵的额定压力力为： =1.225=2.99 （33.21）液压泵的最大流流量应满足下下面公式： （3.222） 式中，液压泵的的最大流量同时动作的的各执行元件件所需流量之之和的最大值值。如果这时时溢流阀正在在进行工作，需需加上溢流阀阀的最小溢流流量3；查表3.5取=8.33；系统泄漏漏系数，一般般取，式中取；所所以计算出9.96。 根据上上面计算的压压力和流量，查查机械设计计手册11液压泵产产品样本，选选择YB1-12型，其其额定压力为为6.3，排排量为12,额定转速为为960，驱驱动功率为22。其具