分度打孔机的设计及PLC控制系统

PAGEI摘要随着工业的迅速发展，孔的加工也越来越多。孔加工约占机械加工量的三分之一，是一种重要的加工方法。在这一类中，由于孔的形状和规格不同，加工精度和使用方法不同，所以在孔加工中使用的刀具种类繁多，其中钻头用量大，占孔加工量的40%左右。但是，当孔深(L)与孔径(D)之比大于5时，由于切屑去除、润滑、刀具振动等问题，孔加工工艺已不能满足要求，为了适应工业生产的需要，钻孔机这一设备解决了当今的燃眉之急。而不同用途的钻孔机也就向着不同的方向研究设计，随之有了钻孔机底盘专业化，目前国内外生产的自动化钻孔功牙机绝大多数应用的是专用底盘，只有少数应用的是挖掘机底盘或起重机底盘，这些底盘在设计上没有兼顾自动化钻孔功牙机施工特点，在稳定性方面存在着一定缺陷。在控制方面有了钻孔机控制技术的智能化，在起钻桅控制、自动垂直调平、回转倒土控制、发动机的监控、钻孔深度测量及显示、车身工作状态动画显示及虚拟仪表显示、故障检测、报警及信息显示等方面逐步实现智能化控制。关键词：孔加工；工业发展；智能化；稳定性

AbstractWiththerapiddevelopmentofindustry,theprocessingofholesisalsoincreasing.Holemachining,whichaccountsforaboutone-thirdofthemachiningvolume,isanimportantprocessingmethod.Inthiscategory,duetothedifferentshapesandspecificationsofholes,aswellasthedifferentprocessingaccuracyandmethodsofuse,thereareawidevarietyoftoolsusedinholeprocessing,withalargeamountofdrillbitsaccountingforabout40%oftheholeprocessingvolume.However,whentheratioofholedepth(L)toholediameter(D)isgreaterthan5,duetoproblemssuchaschipremoval,lubrication,andtoolvibration,theholeprocessingprocesscannolongermeettherequirements.Inordertomeettheneedsofindustrialproduction,thedrillingmachine,asadevice,hassolvedtheurgentneedoftoday.Theresearchanddesignofdrillingmachinesfordifferentpurposeshavealsobeencarriedoutindifferentdirections,resultinginthespecializationofthechassisofdrillingmachines.Currently,thevastmajorityofautomaticdrillingmachinesproducedathomeandabroadareusedasdedicatedchassis,whileonlyafewareusedasexcavatorchassisorcranechassis.Thesechassisdesignsdonottakeintoaccounttheconstructioncharacteristicsofautomaticdrillingmachines,andtherearecertaindefectsinstability.Intermsofcontrol,therehasbeentheintellectualizationofdrillingmachinecontroltechnology,andintelligentcontrolhasbeengraduallyrealizedinaspectssuchasdrillingmastcontrol,automaticverticalleveling,rotarysoildumpingcontrol,enginemonitoring,drillingdepthmeasurementanddisplay,animateddisplayofvehiclebodyworkingstatusandvirtualinstrumentdisplay,faultdetection,alarm,andinformationdisplay.Keywords:holeprocessing;Industrialdevelopment;Intelligence;stability

目录目录第1章绪论 11.1研究钢管分度打孔机的意义： 11.2研究现状与发展趋势 32.设计方案的拟定 52.1机械系统设计 52.1.1机械部分： 52.1.2转轴部分 52.1.3上下移动部分 62.1.4水平运动部分 62.2控制系统设计 72.2.1控制方案图： 72.2.2工作流程图： 83.总体方案的设计 93.1.动力系统的设计 93.1.1打孔动力系统设计 93.1.2水平控制系统的设计 114.总体方案的设计 124.1普通钻孔电机的选择： 124.2滚珠丝杆的选择： 154.3步进电机的选择： 214.3.1步进电机步距角计算 224.3.2步进电机负载转矩计算 244.3.3步进电机固有频率估算值 254.4主轴的受力分析与步进电机选择计算： 264.5气缸的选型与计算： 294.6其他材料介绍 305.控制系统设计 35总结 39参考文献 41致谢 43PAGE43绪论1.1研究钢管分度打孔机的意义：分度钻孔的含义：指在分度平面内通过一个轴心线的方向，沿着直径或者半径的直线方向，或垂直于轴的直线方向。分度盘类似于千分尺，分度头主轴为空心轴，前端有锥孔，用于安装夹紧工具或工件，主轴可随回转体在基座环槽内转动，转角范围：-10°~+110°。不论设计专用的还是通用转台，其回转分度装置一般由以下四部分组成：固定部分，转动部分，分度对定机构，抬起与锁紧机构。固定部分是分度装置的基体，为了稳定精度，一般用灰口铸铁制造，机加工前进行时效处理。转动部分是分度装置的运动部件通过它达到转位的目的。分度对定机构是分度装置的关键部分，由分度盘和对定销构成，分度盘与转动部分联接，而对定销与固定部分联接。其相互位置关系一般分为两种：径向分度定位和轴向分度定位，可根据实际情况而定。抬起和锁紧的机构的功能是：转位分度之前减少摩擦需抬起转盘，分度对定后将转盘锁紧在固定部分上以增加系统的刚度和稳定性。钻孔机是指用钻头在实体材料上加工出孔的专用机床。钻削的特点钻削的特点是钻头转速高；摩擦严重、散热困难、热量多、切削温度高；切削量大、排屑困难、易产生振动。钻头的刚性和精度都较差，故钻削加工精度低，一般尺寸精度为IT11～IT10，粗糙度为Ra100～25，钻孔设备常用的有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、手电钻等。实际应用有机械加工钻孔机：在制造行业中，施行钻孔工艺的机器和设备。五金钻孔机、木工钻孔机、塑料钻孔机等。精密五金钻孔机：五金钻孔机，也称作机械钻孔机，通过金属钻头对金属产品进行加工，主要为表带，首饰等行业。全自动钻孔机：表带全自动钻孔机，又叫做表带钻孔机，是解决表带、首饰类细长孔钻孔加工的产品。钻布料的钻孔机：布料钻孔机也叫打眼机.是由电动机带动一根针旋转，工作时使机针钻透成叠衣料，在布料上留下一个个小孔痕迹，作为缝纫的定位记号，有些机器带有对机针的点加热装置，对于较疏松的衣料加热后的机针钻如衣料退回机针后，在布料上留下的痕迹更为清晰。随着计算机在机械领域的广泛应用以及我国经济的快速发展，采用分度钻孔的机械结构越来越多，并且在整个设备中起着举足轻重的作用，因此，能够快速化、自动化的进行分度钻孔越来越重要，对于非标设备也会缩短组装周期，实现快速交付。分度钻孔机结构负载，工作环境恶劣，负荷会随着产品不同、环境不同而产生变化，因此在设计中需要保证强度计算、安全顺畅的连续性工作能力，还需要运用力学分析，以保证钻孔机的可靠性和性能的最优化。目前，随着我国经济的快速发展，标准设备和非标设备使用的越来越多，在各行各业和各种设备中起到的作用越来越明显，但我国目前多采用人工单个产品进行钻孔，无法满足设备的快速交期，因此对棒料进行分度钻孔进行设计是非常有意义和适应我国机械行业发展需求的。在正确地分析负荷和合理地建立模型的基础上，对其进行模拟分析，从而提高设计质量，减少实验环节等，这对我国棒料分度钻孔的机械设计是有一定的理论指导和实际参考价值。1.2研究现状与发展趋势分度打孔机的设计是非常重要的，钢管打孔对于生产型企业的重要性，不言而喻。打孔设备在企业中扮演的角色越来越重要。打孔设备是一家规模的企业在生产环节，制造环节最基本的物质基础，也是现代化的标志性工具。它标志着国家的现代化和科技水平。重要的是确保公司增加产量，确保产品质量，开发品种，改进产品，降低成本。打孔设备是工人为国家创造物质财富的重要工作手段。它也是国家的宝贵财富，也是现代化生产企业，能够顺利完成生产的保证与可靠性工具。因此，打孔设备是非常的存在的必要性与重要性。对企业来说，打孔设备不单单能够保证产品进行批量生产，安全生产所客观性，而且对提高生产线的生产能力，生产技术水平和产品优秀与劣质、减少消费、保护社会环境问题、确保可靠地的必要的生产、提高经济水平与收益、促进国家经济健康的，一致性的，协调发展也很重要。打孔设备的主要目标是采用技术先进、经济合理的设备，采取有效措施确保高效、长期、安全、经济运行，确保企业获得最佳经济效益。打孔设备在企业生产活动中有着重要的地位，无可替代，在企业的实际活动过程，采用好的设备，购买新的先进的设备，稳定的设备，才能将产品做好、质量好、效率高、功耗低、人员成本花费低，防止各种事故，提高劳动者工作效率，确保人员的安全活动。这有利于公司取得非常高的的效益，实现盈利。现代企业需要不断的技术创新和新旧设备的现代化，设备的合理更新和行业的加速现代化。总之，随着科技现代化，企业越来越大，越来越智能时代，机械设备的机构和科技的技术变得越来越复杂了，分度打孔设备也越来越重要。许多发达国家已经完全了解和认知了这么一个道理。根据1976年《前西德工业公报》的信息，我们能看出来一些事情，够买新的打孔设备的财政支出，通常为固定资产初始价值的7%至11%，或者创造的价值的12%。如果考虑不同的工装，治具之类的物品消耗，耗材等其他资金，费用应达到了公司所有支支出的1/5。根据1978年的数据，前苏联每年在设备维护上花费超过100亿卢布。不难看出发达国家重视打孔设备自动化，打孔实现设备自动化是现代企业发展的基石和未来。2.设计方案的拟定2.1机械系统设计2.1.1机械部分：（1）依据分度钻孔机的机械传动系统设计的基本原则，确定总体设计方案，分度钻孔机机构简图如图3-1所示：所用到的元件有步进电机，联轴器，滚珠丝杆，皮带，皮带轮，气缸，或者液氧缸，三爪卡盘分度钻孔机机构简图2.1.2转轴部分转轴部分简图如图3-2所示。此部分由1电机带动6小带轮转动，6小带轮通过5皮带传动带动4大带轮运动，大带轮上安装传动轴，传动轴通过轴承固定在箱体上，从而实现电机带动钻头旋转。转轴部分简图1电机2传动轴3钻头4大带轮5皮带6小带轮2.1.3上下移动部分上下移动部分简图如图3-3所示。6步进电机通过5联轴器与2滚珠丝杆连接，带动2滚珠丝杆的旋转，2滚珠丝杆旋转过程带动1丝杆螺母左右移动，实现将旋转运动转换成直线运动，4导轨滑块起到支撑负载作用，3导轨起到固定直线运动防止跑偏，限位作用。2.1.4水平运动部分水平运动部分简图如图3-4所示。1步进电机通过3联轴器与4主轴连接，传递动力。5三抓卡盘与主轴连接，三爪卡盘上固定6被加工件，随着步进电机的多角度旋转，可以实现分度，2液压缸可以带动步进电机前后移动，进出上下料。上下移动部分简图1丝杆螺母2滚珠丝杆3导轨4导轨滑块5联轴器6步进电机图3-4水平运动部分简图1步进电机2液压缸3联轴器4主轴5三爪卡盘6被加工件2.2控制系统设计2.2.1控制方案图：采用PLC控制，其抗干扰能力强，不容易出现故障，接线方便快捷，响应速度快可靠性高，控制器选择S7-200系列PLC。分度钻孔机的控制系统框图如图3-5所示：分度钻孔机的控制系统框图分度钻孔机的动作流程图如图3-6所示：2.2.2工作流程图：3.总体方案的设计3.1.动力系统的设计3.1.1打孔动力系统设计动力方案如图所示，电机通过联轴器与滚珠丝杆相连，滚珠丝杆联轴器中间增加轴承固定，轴承固定在轴承支架上，轴承通过螺丝锁附在电机座支架上，避免轴承晃动，电机固定在电机座上，避免电机滑动，电机座通过螺丝锁附在设备框架上，当电机旋转，带动联轴器旋转，联轴器带动滚珠丝杆转动，滚珠丝杆在轴承的作用下将滑动摩擦转换成滚动摩擦旋转，轴承还能起到固定滚珠丝杆的作用，避免单独靠联轴器固定滚珠丝杆，容易产生跑偏问题电机采用步进电机进行精确步进，步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。我国的步进电机在二十世纪七十年代初开始起步，七十年代中期至八十年代中期为成品发展阶段，新品种和高性能电机不断开发，目前，随着科学技术的发展，特别是永磁材料、半导体技术、计算机技术的发展，使步进电机在众多领域得到了广泛应用。联轴器，联轴器起到同心和传递扭矩作用，将电机轴与绞龙轴连接，传递扭矩，同时校正旋转过程，偏心问题，用的梅花联轴器1、梅花式联轴器梅花联轴器是由两个刚性体，中间加一弹性的物体，组装成十字梅花造型进行连接的联轴器，中间的弹性体选择工程塑料等，耐久，强度高，使用寿命一般会有十年左右，梅花联轴器弹性体也能有自动调心的作用，经久耐用2、弹性柱联轴器弹性柱联轴器类似梅花联轴器，它是将弹性的柱子，或者塑料柱子塞到两个刚性联轴器的安装孔内，外部在用金属片加以固定，可以起到调心作用，它的安装较为简单，拆卸方便，但是不可以承受大的扭矩3、弹簧式联轴器弹簧联轴器就是在两个刚性体之间安装模具弹簧，通过弹簧进行连接与固定，弹簧收到扭矩的作用，会带动刚性体旋转，它的结果简单，适合小型精密设备的运用4、万向节联轴器万向联轴器可以实现不同心转动，传递扭矩也可以不同心，是两个刚形体与一个刚性体通过角度的补偿连接在一起，它的传动效率不高，一般多用在汽车的万向节上5、刚性联轴器刚性联轴器主要是两个刚性体通过刚性部件进行连接，同心度好，基本不存在运动角度偏移，安装要求高，一般不用再电机传动上，因为电机传动很难同轴心，安装困难，电机与轴偏移就会导致刚性部件运动过程中收到局部载荷加剧，所有电机传动一般是柔性联轴器6、膜式联轴器利用不锈钢金属片作为中间补充，金属片的弹性形变对于联轴器偏心补偿的一种，因为金属的弹性形变应力较大，顾可以用在大的传动上，相对于塑料的梅花联轴器传动，金属的传递扭矩更大，膜片联轴器主要用在重负载传递扭矩打孔电机的选择，选择市面比较常见的三相异步电机即可，不需要进行精确定位，只是控制钻头转动，选择市面常见的就可以。三相交流电机机构简单，转子为闭合线圈，比如鼠笼式。转子线圈将切割旋转磁场，产生感应电动势，进而产生感应电流，最后产生旋转磁场，这样转子就变成了一个电磁铁，将跟随定子磁场旋转，所以转子的转速必然＜定子的旋转磁场，这样才能切割磁感线。即转子的异步转速＜同步转速，转子与定子磁场存在转速差，所以称之为异步电机。步电机空载时转速高，有负载时转速下降。皮带传送介绍，我们经过调研选择皮带传动作为钻头的使用技巧，皮带传动的有点很多，比如两个轮子之间的距离很远，皮带做长一点可以实现轮子之间的远距离的传输，皮带也也可在张紧轮的作用下进行张紧，但是皮带有一个缺点，容易打滑，皮带也容易磨损与断裂，它的使用寿命不是很好，后来有取代皮带的钢带，效果好，但缺很贵，皮带容易老化，开边，耐久效果不是很好，但售价便宜，在多数情况下，是比其他的传动较为便宜，皮带传动是很好的选择，但是皮带不适合高速运动，高速的运动，皮带打滑现象会增加，低速运送适合皮带传送。一般是低速使用皮带传送。3.1.2水平控制系统的设计水平动力系统采用步进电机与联轴器进行连接，联轴器上安装旋转轴（主轴），主轴通过轴承座，轴承固定在设备上，主轴末端与三角卡盘连接，夹紧钢管。主轴指从发动机或电动机接受动力并将它传给其它机件的轴。

主轴亦称“光轴”，是“主光轴”的简称：在光具组中具有对称性的直径。如球镜的主轴是通过镜面中心与镜面垂直的直线。透镜或光轴光具组的主轴是各透镜面中心的连线。4.总体方案的设计4.1普通钻孔电机的选择：已知条件：①工件直径：

φ20mm；长度：200mm；②加工孔径φ5mm*4；③切削速度5mm/s；空载最快移动速度：600mm/min：4.1.1切削力的计算Ff-轴向切削力（N）D-钻头直径（mm）f-每转进给量（mm）Kp-修正系数，一般取值0.75根据题目要求选择5mm钻头，计算转速，已知切削速度v=5mm/s钻头的行程为1mm，及转一圈进给1mm那么1s旋转5圈，主轴转速为5r，换算成分钟n1=5*60=300rpm换算成进给量，f=5mm/300=0.017mm/r电机转速度，已设定传动比为2:1电机转速n2=i*n1=2*300=600rpm带入公式：切削力：Ff=309*5*0.017^0.8*0.75=44.5N4.1.2切削力矩的计算：根据计算公式M=0.21D2fD钻头直径5mmM力矩（N*m）f每转进给量0.017mm/rKp修正系数0.75M=0.21*5^2*0.017^0.8*0.75=0.15N*M由上述计算，可以得出，电机转速为N=600rpmM=0.15N*M根据电机功率公式4.1.3.电机功率计算：T=9550P/n，p是功率，单位kW，n是转速，单位r/min，T扭矩单位为Nm，已知功率P=T*n/9550=0.15*600/9550=0.0094KW可以选择电机型号为：明川四福（苏州）智能科技有限公司的电机，型号IMB14H63-112参数为：功率：0.12KW转速：1360rpm磁极对数：4基座号：63额定电流：0.44A4.2滚珠丝杆的选择：4.2.1已知条件：滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。已知条件：①工件直径：

φ20mm；长度：200mm；②加工孔径φ5mm*4；③切削速度5mm/s；空载最快移动速度：600mm/min：推力我们上一节已经计算得出，为44.5N选择丝杆步骤：1.求出计算载荷FcFc=KFKHKAFm2.根据寿命计算出额定动载荷Ca3.查滚珠丝杠副系列中的额定动载荷，使，初选几个规格（或型号），列出其主要参数4.验算传动效率、刚度、稳定性等KF—载荷系数，按表1选取载荷性质无冲击平稳运转一般运转有冲击和振动运转KF1~1.21.2~1.51.5~2.5KH—硬度系数，按表2选取：滚道实际硬度HRC≥5855504540KH1.01.111.562.43.85KA—精度系数，按表3选取：精度系数1、23、4510KA1.01.11.251.434.2.2计算选型1.计算载荷FcFc=KFKHKAFm选择KF=1.1平稳运行KH=1.11，滚道硬度1.11KA=1.1精度等级3.4级别，级别高精度工作载荷F=45N，但我们本次考虑是上下进行动作，要考虑普通电机的重量，滑台的负载，等，设这些因素为10KG总体受力为：Fm=F+mgFm=45N+10*10=145N将公式带入Fc=KFKHKAFm=1.1*1.11*1.1*145N=194N滚珠丝杆的最大受力为194N2.根据寿命条件计算额定动载荷Ca根据公式：Fc=194Nnm当量转速，一般根据实际情况设定，我们已经知道空载最快转速为600rpm那么我们就设置当量转速为1000rpm满足空载最大转速大于600rpm需要Lh使用寿命，一般根据实际需要进行选择，我们假定可以使用10000H将上述带入公式：Ca=194*（1000*10000/1.67/10^4）^0.333N=1631N按照选型必须满足Ca大于计算值查询滚珠丝杆的手册，滚珠丝杆直径20mm，导成6mm，其动载荷基本大于1811KN，大于计算Ca的值1631，那么，图中丝杆的计算是符合标准的暂定选择型号SFS02006-4.8，轴径20mm，导成6mm4.2.3强度校核：1.稳定性验算：由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能发生失稳,所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于[S]，丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷FcrE—丝杠的弹性模量一般地讲，对弹性体施加一个外界作用力，弹性体会发生形状的改变（称为“形变”），“弹性模量”的一般定义是：单向应力状态下应力除以该方向的应变。对钢E=206GpaIa—丝杠危险截面的轴惯性矩惯性矩(momentofinertiaofanarea)是一个几何量，通常被用作描述截面抵抗弯曲的性质。对于圆柱，公式为始终d1=20mm，将公示带入：计算得出：Ia=3.14*（20）^4/64=7850mm4=7850*10-12m4u长度系数，查询机械设计手册，双推-简支时，u=2/3我们已经知道的并且采用一边固定，一边支撑l滚珠丝杆的长度，这个根据设计决定，我们计划，长度为l=400mm=0.4m完全可以满足进给量，可以根据实际选择不同长度，我们就设计为400mm支承方式有关系数双推—自由F—O双推—简支F—S双推—双推F—F[S]3~42.5~3.3—u22/3—fc1.8753.9274.730计算的结果要满足安全系数在范围内Fcr=3.14^2*206*10^9*7850*10^-12/(2/3*0.4)^2=224211N=2.2*105N安全系数：我们上边已经计算最大负载为194NFm=194N将公式带入：S=2.2*105/194N=1134>[S]=2.5~3.3丝杠是安全的，不会失稳2.临界转速验证ncr高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠最高转速临界转速可按公式计算：fc=3.972（由上述表格查询得知）d1=20mm=0.02mu=2/3l=400mm=0.4m带入公式：Ncr=9910*（3.9727）^2*0.02/(2/3*0.4)^2=43988rpm>丝杆最大转速1000rpm3.刚度验算：滚珠丝杠在工作负载F（N）和转矩T（N.m）共同作用下引起每个导程的变形量△L0（m）为式中：A—丝杠的截面积A=3.14/4*(0.02)^2=3.14*10^-4Jc-丝杠的极惯性矩：Jc=3.14/32*0.02^4=1.57*10^-8G—丝杠切变模量，对于钢，G=83.3GPa=83.3*10^9pa剪切模量（modulusofrigidity），材料常数，是剪切应力与应变的比值。又称切变模量或刚性模量。材料的力学性能指标之一E=206Gpa=206*10^9paP丝杆导程6mm=0.06mT—转矩（N.m）(1-11)Fm=194ND0公称直径，D0=20mm=0.02mλ为螺旋角，根据丝杆手册查询，λ=1°99，ρ一般为摩擦角，一般选择摩擦角为p=10’带入计算公式T=149*0.02*tan（1°99，+10’）=0.104N.M将上述数值带入公式：L0=0.06*194/3.14/10^-4/206/10^9+0.06^2*0.104/2/3.14/83.3/10^9/1.57/10^-8=2.26*10^-7m=2.27*10^-1um=0.27um丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为L=400mmP=6mm带入公式△L=400/6*0.27um=18um通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度的1/2，我们本次如果精度为0.1mm△L<0.5*0.1mm=0.05mm=50um那么是满足要求，当然我们计算的结果，与厂家推荐的刚度属性47um基本差异不大。8.效率验算：滚珠丝杠副的传动效率为螺旋角：λ=1°99′摩擦角，一般取10’(1-14)带入公式，计算得出η=0.933要求在90%~95%之间，所以该丝杠副能满足使用要求。上述计算验证，丝杆各项性能指标均符合题目要求，可选用4.3步进电机的选择：我们知道本次设计采用了步进电机，需要根据实际的大小，重量，等因素来影响我们对于步进电机的选型。我们由一些公式来检验我们所需的步进电机，我们既不要盲目选择价格便宜身材小巧的，也不要选择，扭矩过大，功率过大或过小的步进电机，我们要选择合适的最优的电机。4.3.1步进电机步距角计算我们所选择的电机，需要根据负载的大小，以及与丝杆的配合、功率的要求等因素相结合。步进电机步距角θb计算：我们接触到的步进电机有两相、三相、五相电机，相数指的是定子相数。他们的区别在于步距角的不同θb;通过相关公式我们可以求的步距角θb;通过查阅资料我们知道两相、三相、五相步进电机的转子齿数分别为50、40、48。步距角其中m代表定子相数z代表转子齿数c代表通电方式(C1=1表达单相轮流通电、两相轮流通电方式,C2=2则表示单、双相的轮流的通电流方式)通过公式我们可求得两相、三相、五相由公式我们也可以看出，转子内部齿数越多，步距角度就会越小，定子数如果越多，步距角度越小，通电方式的节拍越多，步距角度的越小；步进电机转速计算：通过公式我们求得步距角θb则我们设通电得频率为1000Hz则两相、三相、五相步进电机的转速由公式分别为（其中f代表通电频率）我们可以通过滚珠丝杆得转动惯量以及转矩来确定步进电机型号。是滚珠丝杆的铁的密度滚珠丝杆的惯性惯量Jx通过相关书籍的查找我们知道力矩得公式为（这里的F代表力大小，L代表力臂的长度）(这里的J代表转动惯量、β代表角加速度)查阅手册知道不同的物体，它的惯性的惯量计算巩式是有不同的，在这里的查到的公式中我们选择的的是圆柱体的惯性的惯量计算公式来计算由公式我们可分别算出、、滚珠丝杆的转动惯量20直径滚珠丝杆的转动惯量：Jx=3.14/32*7.9*10^3*(20*10^-3)^4=1.98*10^-11=1.24*10^-4kg*m2工作台与工作台负载惯性量、平动惯性惯量J（3-6）(其中P为导程,m为工作台的总重量)滚珠丝杆的导程分别为6mm；m=100N=10kg由公式工作台与工作台负载惯性量、平动惯性惯量J：J=10*(6*10^-3/2/3.14)^2=9.13*10^-6kg*m2有以上公式计算后可得到总滚动丝杆惯量（3-7）则滚珠丝杆的总转动惯量为J总=9.13*10^-6+1.24*10^-4kg*m2=1.3*10^-4kg*m2由上边的计算结构的出，我们的滚珠丝杆的转动惯量还有工作台的转动惯量，总的转动惯量，需要与电机的转动惯量匹配，一般选择电机的转动惯量为总转动惯量的3~5倍，电机转动惯量1.3*10^4kg*m2*3=6.5kg*cm2步进电机负载转矩计算负载转矩TLTL=F负载力，已经计算知道负载力F=194NPb，丝杆导成，已经知道Pb=6mm=0.06mη效率，一般效率为0.9带入计算：TL=194*0.06/2/3.14/0.9=2.05N*m加速转矩TsTs=N转速，丝杆转速最大我们已经知道是1000rpmm质量工作台质量m1=10kg丝杆质量m2=p*l*1/4*πD2*l=1/4*7.9*10^3*3.14*(0.02)^2*0.4=2.48kg总质量m=10+2.48=12.48kg联轴器的质量m=0.1kg总质量m=10+2.48+0.1=12.58kgT1加速时间，一般是电机的固有特点，一般为0.3s带入计算得出Ts=2*3.14*1000*12.58*1.3*10^-4/60/0.3=0.5N*M总的扭矩为：T=Tl+Ts=0.5+2.05=2.55N*m步进电机固有频率估算值根据上述内容与计算，我们得到步进电机的基本参数为T=2.55N*m转速1000rpm转动惯量6.5kg*cm2选则台州鸿牛机电有限公司生产的步进电机130BYG2501满足条件4.4主轴的受力分析与步进电机选择计算：4.4.1主轴受力分析与校核主轴的计算与受力情况，设转速为500rpm，这个转速为带动钢管进行旋转的转速，假定为500rpm扭矩，带动刚转转动的力矩，基本也不需要多大扭矩，假设这个扭矩为0.32N*m带入公式n=500rpm，T=9550P/n，p=0.32/9550*500=0.016Kw选择材料为Q235钢：A由表格查出为135轴的材料Q235、20Q275、35451Cr18Ni9Ti40Cr、35SiMn、42SiMn40MnB、38SiMnMo、3Cr13[rr]/MPa15~2520~3525~4515~2535~55A149~126135~112126~103148~125112~97带入公式得出：D>135*(0.016/500)^0.333=4.3mmD>4.3mm，主轴的轴径一般要大于4.3mm才能够满足条件。我们的主轴用了40mm，是满足条件的2.强度校核我们根据产品的装配与图纸，设计了轴的尺寸，轴承的安装位置，链轮的安装位置轴收到外部载荷的作用，受到扭转载荷作用，需要进行校核根据弯扭组合计算公式，这里使用第三强度理论进行校核式中。ga——轴的计算应力，MPa;M、T——轴所受的弯矩和转矩，N·mm;W、Wr——轴的抗弯和抗扭截面系数，mm³,计[o-1]——对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，a——扭转切应力特性当量系数，当扭转切应力为静应力时，取a≈0.3,当扭转切应力为脉动循环变应力时，取a≈0.6,若扭转切应力亦为对称循环变应力时，则取a=1。我们的钢管长度为200mm，受力刚才我们已经计算收到的切削力为49N那么弯矩为:M=F*L=49*0.2N*m=10N*m=10*10^3N*mmT=0.32Nm=0.32*10^3NmmW=3.14*40^3/32=6280扭转当量系数取1代入公式：a=sqrt(10*10^6+1*0.32*10^6)/6280=40.5Mpa<55MPa（Q235的疲劳强度为55mpa）符合条件4.4.2步进电机的选择：步进电机的选择与滚珠丝杆章节的选择基本一致，不过这里要进行主轴的计算转动惯量主轴的惯性惯量Jx查到的公式中我们选择的的是圆柱体的惯性的惯量计算公式来计算由公式我们可分别算出主轴的转动惯量20直径滚珠丝杆的转动惯量：Jx=3.14/32*7.9*10^3*(40*10^-3)^4=1.98*10^-3由上边的计算结构的出，我们的滚珠丝杆的转动惯量还有工作台的转动惯量，总的转动惯量，需要与电机的转动惯量匹配，一般选择电机的转动惯量为总转动惯量的3~5倍，电机转动惯量1.98*10^-3kg*m2*3=59.5kg*cm2步进电机负载转矩计算加速转矩TsTs=N转速，丝杆转速最大我们已经知道是500rpm，主轴长度200mm主轴质量m1=p*l*1/4*πD2*L=1/4*7.9*10^3*3.14*(0.04)^2*0.2=1.98kg总质量m=1.98kg联轴器质量M=0.5kg总质量：m=1.98+0.5=2.5kgT1加速时间，一般是电机的固有特点，一般为0.3s带入计算得出Ts=2*3.14*500*2.5*1.3*10^-4/60/0.3=0.05N*M步进电机固有频率估算值根据上述内容与计算，我们得到步进电机的基本参数为T=0.05N*m转速500rpm转动惯量59.5kg*cm2这种一般需要配备减速机使用，例如配1:10的减速机，T=0.05*10=0.5N*mN=500/10=50rpmJ=59.5/100=0.59kg*cm24.5气缸的选型与计算：气缸是一种将气压转换成动力的执行元件，一般通过空气压缩机得到的气压值，气压范围为0.4~0.6Mpa，对于气缸缸径选择，应当保证气缸出力大于4所受的负载的计算。负载的质量计算比较复杂，一般需要每个零件的质量相加得出，真确的计算不太可能，我们这里进行估计计算，假设总质量为20kg（便于计算）缸径计算，以负载200N，工作压力p=0.4Mpa进行计算，气缸效率为β=65%（实际气缸在使用中存在漏气等问题，暂定选择气缸的效率为β=65%）那么气缸的稳定出力为P=F/β=200/0.65=307N，带入公式计算得出P1=π/4×D2×pD=31mm，则选择气缸在31mm以上的可以满足实际负载需求，可以选择大于31mm气缸，我们选择缸径为40mm的气缸行程选择，根据数模图纸，工件之间预留的位置，通过数模三维模拟，综上所述，查询气缸手册，选择亚德客的气缸型号为：SAIF40X200-06AI4.6其他材料介绍轴承：轴承就是制成轴运动的部件，简单说就是将轴的滑动变成滚动摩擦的一种方式，最终是为了降低摩擦力，滚动摩擦的摩擦系数小于滑动摩擦系数，使用轴承能大大降低能量损耗，有调心的轴承，有定位的轴承，有受到轴向力的轴承，有受到径向力的轴承。主要还是摩擦系数小，例如转动，旋转极限高，，是非常好的传递扭矩的零件，大大降低了应力集中现象，当然，不同的轴承有不同的用途，我们要知道轴承的使用情况，选择合适的轴承，轴承种类繁多，选错轴承，会导致重大异常的产生，所以我们必须学会轴承的使用情况，使用环境，避免造成危险事故发生，当只接受径向充电时，接触角为零。或者基本不受力，我们根据轴承的应用，因此深沟球轴承的选择适合于选择条件。深沟球轴承：深沟球轴承是一种广泛用在工业，制造业的一种轴承，它是将利用滚珠进行的滚动摩擦，大大降低了摩擦系数，使得传动更加平稳，速度快。可用于同时接受径向充电或径向及轴方向的复合充电的部件。也可用于小电力电机、自动车和拖拉机的变速机、机床的变速机、通用机床、工具等受到轴向负荷的部件。深沟球轴承是最常见的滚动轴承类型。轴承的寿命，轴承载荷间的关系，可表示为下列公式：式中：──基本额定寿命（106转）；──基本额定寿命（小时h）；C──基本额定动载荷，由轴承类型、尺寸查表获得；P──当量动载荷（N），根据所受径向力、轴向力合成计算；──温度系数，由表1查得；n──轴承工作转速（r/min）；──寿命指数（球轴承，滚子轴承温度系数：当滚动轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时，当量载荷的基本计算公式为式中：P——当量动载荷，N；——径向载荷，N；——轴向载荷，N；X——径向动载荷系数；Y——轴向动载荷系数；——负荷系数当轴承承受有冲击载荷时，当量动载荷计算时，引入载荷系数动载荷系数X、Y通过上述公式与计算方式，我们计算深沟球轴承的寿命ft=1(小于120°的情况下选择系数)C──基本额定动载荷：P──当量动载荷fp=1.0~1.2(查表得)查表得滚子轴承，系数为3.333查表得出系数，我们只是径向力，轴向基本不受力e取X=1，Y=0，即深沟球轴承只收到径向力，不受到轴向力计算P的值P=1.0*（1*149N+0*0）=149NC基本额定动载荷，由上边的轴承表查出，C=5100N计算结果：L10=（1*5100/149）3.33=3.4x108（106转）联轴器：联轴器起到同心和传递扭矩作用，将电机轴与绞龙轴连接，传递扭矩，同时校正旋转过程，偏心问题，用的梅花联轴器1、梅花式联轴器梅花联轴器是由两个刚性体，中间加一弹性的物体，组装成十字梅花造型进行连接的联轴器，中间的弹性体选择工程塑料等，耐久，强度高，使用寿命一般会有十年左右，梅花联轴器弹性体也能有自动调心的作用，经久耐用2、弹性柱联轴器弹性柱联轴器类似梅花联轴器，它是将弹性的柱子，或者塑料柱子塞到两个刚性联轴器的安装孔内，外部在用金属片加以固定，可以起到调心作用，它的安装较为简单，拆卸方便，但是不可以承受大的扭矩3、弹簧式联轴器弹簧联轴器就是在两个刚性体之间安装模具弹簧，通过弹簧进行连接与固定，弹簧收到扭矩的作用，会带动刚性体旋转，它的结果简单，适合小型精密设备的运用4、万向节联轴器万向联轴器可以实现不同心转动，传递扭矩也可以不同心，是两个刚形体与一个刚性体通过角度的补偿连接在一起，它的传动效率不高，一般多用在汽车的万向节上5、刚性联轴器刚性联轴器主要是两个刚性体通过刚性部件进行连接，同心度好，基本不存在运动角度偏移，安装要求高，一般不用再电机传动上，因为电机传动很难同轴心，安装困难，电机与轴偏移就会导致刚性部件运动过程中收到局部载荷加剧，所有电机传动一般是柔性联轴器6、膜式联轴器利用不锈钢金属片作为中间补充，金属片的弹性形变对于联轴器偏心补偿的一种，因为金属的弹性形变应力较大，顾可以用在大的传动上，相对于塑料的梅花联轴器传动，金属的传递扭矩更大，膜片联轴器主要用在重负载传递扭矩45号钢：5号钢的材质是一种优质碳素结构钢，属于优质产品。45号钢材的碳含量在0.42%~0.5%之间，还有镁元素、镍元素、磷元素、硫元素、硅元素等都在一定的范围，因此才能够形成各自的性能特点。如耐腐蚀性能、强度等都会大不一样。如含碳量比较低，韧性虽然提高，但是强度就会不足。后期也可通过淬火、回火的方式，从而能够改变它的性能。45钢是GB中的叫法，也叫“油钢”。市场现货热轧居多；1.0~4.0mm（毫米）之间。该钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性。正火可改善硬度小于160HBS毛坯的切削性能。该钢经调质处理后，其综合力学性能要优化于其他中碳结构钢，但该钢淬透性较低，水中临界淬透直径为12~17mm，水淬时有开裂倾向。当直径大于80mm时，经调质或正火后，其力学性能相近，对中、小型模具零件进行调质处理后可获得较高的强度和韧性，而大型零件，则以正火处理为宜，所以，此钢通常在调质或正火状态下使用。5.控制系统设计1.多轴数控钻床程序说明程序段1：系统复位初始化，当设备刚上电的时候SM0.1初始化脉冲会接通，按下急停按钮的时候I0.2会接通，就会把自动步序VB0寄存器给清零从头开始，达到初始化的目的。程序段2：系统启动，当设备按下I0.0启动按钮的时候VB0自动步序寄存器传送10到自动步序里。程序段3：自动步序到第10步的时候，线圈Q0.4输出液压伸缩缸伸出，T40时间继电器记时延时到设定时间，自动步序传送20到VB0自动步序里。程序段4：自动步序到第20步的时候，线圈Q0.2输出普通带轮旋转电机动作，T41时间继电器记时到设定时间，自动步序传送30到VB0自动步序里。程序段5：自动步序进入第30步的时候，步进电机正转开始进行绝对定位，VD200是设定的位置，VD202是设定的速度，I0.2是急停按钮按下的时候步进电机会停止，M1.0是定位完成信号，当定位完成的时候，步进电机进行T42时间继电器延时，到达设定时间自动步序传送40到VB0自动步序里。程序段6：自动步序进入到40步的时候，步进电机反转开始进行绝对定位，VD204是设定的位置，VD206是设定的速度，I0.2是急停按钮按下的时候步进电机会停止，M1.1是定位完成信号，当定位完成的时候，步进电机进行T43时间继电器延时，到达设定时间自动步序传送50到VB0自动步序里。程序段7：自动步序进入到50步的时候，步进电机启动开始进行绝对定位，VD208是设定的位置，VD210是设定的速度，I0.2是急停按钮按下的时候步进电机会停止，M1.2是定位完成信号，当定位完成的时候，步进电机进行T44时间继电器延时，到达设定时间自动步序传送60到VB0自动步序里。程序段8：自动步序进入到60步的时候，Q0.5线圈输出，液压伸缩气缸缩回，T45时间继电器延时，到达设定时间自动步序传送70到VB0自动步序里。程序段9：自动步序进入到70步的时候，所有动作都已完成，传送10到VB0自动步序里，等待下一次启动信号，从而实现不断循环动作。特别说明，所有自动步序都有停止按钮，当按下停止设备将停止动作，松开停止按钮会继续动作。总结通过这次毕业设计，总结调研结果，当前我国许多企业仍处于工业2.0、工业3.0阶段，我们目前需要对生产设备、进行全面更新或者改造升级，对工人进行新技能培训，需要大量的资源投入，但资金等要素短缺严重限制了企业的人本化改造。工业仿真设计软件基本被国外垄断，高档数控机床、智能传感器等对进口的依赖程度较大，很大一部分新材料处于实验室研究阶段无法开展应用转化等等。国家标准体系仍不健全。长期以来，我国处于全球产业价值链的低端位置，在国际制造标准领域中的话语权和影响力较弱，在国内智能制造标准与国外标准体系对接与互认方面仍然有待加强。通过这次设计，我们更能理解设计高端机床的困难，以后更加好好努力，争取完成设计，高端机床。中国的制造业，基本遵循零部件-整机-集成应用模式，更多的是一种搭积木的方式，就是终端客户结合系统方案从不同国际上优秀的供应商那里采购来一个个的设备产品，很多设备要进行定制化的开发。而设备供应商根据终端需求，自制和采购自动化零部件进行设备装配。随着中国制造产业的发展，独立自主开发高性能设备，并进行标准化、集成化，打破外国垄断的情况，我们需要长期不懈的努力，并为之奋斗，还有很长的路要走。练习本次设计，能够很好的知道设计的问题，更加努力为国家建设好的产品。在这里非常非常感谢老师。是你的帮助使我成功地完成了论文感谢所有一起走过四年的学生。他们是一起工作的小伙伴。他们使我艰苦乏味的学生生活变得多姿多彩。感谢你们对和我一起做实验和上课的学生的无私帮助和鼓励，这让我在一年多的学习中收获了很多。我的同学和朋友。因为你，我的学生生活充满了快乐和喜悦。非常感谢。感谢同学们对我生活和学习的帮助，感谢你们的陪伴和支持。温暖的友谊将永远留在我的心中！特别感谢我的朋友们，感谢你们的帮助，帮助和帮助我完成我的工作。由于有同学和朋友的陪伴，学习的方式特别美妙，令人难忘。感谢我的父母，是你日复一日地为我担心，拖着衰老的身体，让我摆脱身后的烦恼，顺利完成学业。谢谢你的支持，这给了我继续下去的动力。谢谢你们给我的一切。我衷心感谢你的大力培养，希望我的未来会更好，我要感谢学院所有相关领导和老师在项目开幕、起草和预答辩期间提出的宝贵建议，感谢他们在项目研究期间的帮助和指导，感谢学院的培训！

参考文献安全高效型电缆沟钻孔机的设计与应用_李正[J].山东.山东工业技术2022年第2期61－63.法兰盘钻孔专机的设计及应用_徐春梅[J].山东.山东工业技术2016年第1期51－54.非标轴承端盖钻孔机改进设计_卢孔宝[J].江苏.轴承.2016年6期19-21.高效率高质量钻孔的直线导轨钻孔机设计_唐兵仿[J].北京.机械加工2018年第8期46-49.基于PLC的药条自动打孔数控钻床的研发_赵继宏[J].北京.机械工程与自动化2015年第1期98-102.分度钻孔装置的设计与应用_吴兆英2020年[J].北京.机械制造58卷第5期.木块自动钻孔机的设计邓维克2016年3月[J].湖南.邵阳学院学报第13卷第1期63-67.特大型转盘轴承分度钻孔机_刘静2018年[J].江苏.轴承2017年7期23-25.一种高精密全自动轴承外圈分度钻孔机_陈光明2017年[J].江苏.轴承2017年2期19-21.一种具有扩展兼分度功能的快速定位钻孔装置_熊莉2018年[J].北京.机械制造50卷第569期67-69.一种全自动外球面轴承外圈分度钻孔机王伟光2014年[J].江苏.轴承201４年８期2