普通小型臺鉆的自動化改造設(shè)計【含SW三維圖】

喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的文件全都有，請放心下載，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 = 喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的文件全都有，請放心下載，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 = 塔里木大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書學(xué)院機(jī)械電氣化工程學(xué)院班級機(jī)械設(shè)計16 - 1學(xué)生姓名 李 猛學(xué)號8011212128課題名稱 普通小型臺鉆的自動化改造設(shè)計起止時間2015年10月15日2016年06月02日（共29周）指導(dǎo)教師楊丙輝職稱講師 課題設(shè)計隨著機(jī)械生產(chǎn)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對節(jié)約勞動力的生產(chǎn)方式需求不斷加大。為了把人們從繁重的生產(chǎn)機(jī)械操作中解放出來，各種新型自動化生產(chǎn)機(jī)械層出不窮，并且智能化程度不斷加深。 在各種生產(chǎn)機(jī)械中經(jīng)過篩選，針對普通小型臺鉆的工作方式，主軸轉(zhuǎn)動、鉆頭進(jìn)給、鉆孔，各種生產(chǎn)操作的自動化需求。特選擇設(shè)計普通小型臺鉆的自動化改造，可以節(jié)約工人的勞動量，也可以克服手工操作的些許弊端。 課題內(nèi)容1、 設(shè)計普通小型臺鉆的機(jī)械部分，確定裝置的傳動方式，初步明確的是主運(yùn)動采用塔型帶輪帶動，進(jìn)給運(yùn)動采用減速電機(jī)控制傳動。明確裝置的傳動效率，進(jìn)而確定機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件型號。2、 設(shè)計普通小型臺鉆的控制部分，實現(xiàn)智能化的要求，搜集關(guān)于本設(shè)計的影響因素的數(shù)據(jù)。選擇控制部件及控制方式，編寫控制程序，連接電路進(jìn)行校核仿真。3、 完成控制部分和機(jī)械部分的結(jié)合，應(yīng)該在加入影響因素后利用控制軟件控制機(jī)械部分運(yùn)作，實現(xiàn)整體自動化的功能。4、 選擇機(jī)械部分的關(guān)鍵零件，對所選零件的工藝設(shè)計過程進(jìn)行說明，達(dá)到設(shè)計生產(chǎn)要求。5、 完成三維圖的繪制。繪制裝置的關(guān)鍵零件的二維圖和裝置的裝配圖。 擬定工作進(jìn)度（以周為單位）第1-2周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)、期刊，熟悉設(shè)計內(nèi)容。第3-4周：撰寫開題報告，確定總體設(shè)計方案。第5-9周：設(shè)計普通小型臺鉆自動化改造的機(jī)械部分，選擇電動機(jī)型號和傳動方式。完成初步的裝置三維實體圖。第10-12周：對機(jī)械部分進(jìn)行校核，確定校核成功的標(biāo)準(zhǔn)件的型號和其他零件設(shè)計數(shù)據(jù)。對校核失敗的零件進(jìn)行修改，達(dá)到要求后修改裝置三維實體圖。第13-16周：設(shè)計裝置的自動控制部分實體部件。連接控制電路。第17-19周：進(jìn)行控制編程，調(diào)試。第20-22周：整理設(shè)計過程，撰寫產(chǎn)品設(shè)計說明書。第23-25周：根據(jù)定型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，繪制二維裝配圖和零件圖。第26-27周：撰寫答辯提綱，準(zhǔn)備答辯材料。第28-29周：畢業(yè)答辯。主要參考文獻(xiàn)1蘭希園.臺鉆改裝成自動往返攻絲機(jī)的研究與應(yīng)用J湖北：咸寧技術(shù)職業(yè)學(xué)院.20122熊順源、童幸生.臺式鉆床的自動化改造J.武漢： 江漢大學(xué) 機(jī)電與建工學(xué)院.20083呂英波.微機(jī)控制鉆攻兩用機(jī)床的研制及工藝參數(shù)的確定J福建農(nóng)林大學(xué) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程.20034內(nèi)螺紋錐銷自動鉆孔攻絲機(jī)J 沈陽第三機(jī)床廠七車間、工藝科.19765王衛(wèi)華.臺鉆的自動進(jìn)給裝置J 1983.6朱桂成.Z512臺鉆自動進(jìn)給裝置J 江蘇靖江機(jī)器廠7秦雄志.PLC在微型臺鉆自動化改造中的應(yīng)用J.廣東.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院.20048段明忠、王婷婷.臺式鉆床的數(shù)控化改造J.武漢. 武鋼工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院.2004任務(wù)下達(dá)人（簽字） 年 月 日任務(wù)接受人意見 此次設(shè)計能極大的鍛煉了自己理論與實踐相結(jié)合的能力，增強(qiáng)動手動力，我誠摯接受此項設(shè)計任務(wù)。任務(wù)接受人簽名 李 猛 2015年11月14日注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。2、此任務(wù)書須在學(xué)生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。3、此任務(wù)書一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。 塔里木大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告課題名稱 普通小型臺鉆的自動化改造設(shè)計 學(xué)生姓名 李 猛 學(xué) 號 8011212128 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級 機(jī)械設(shè)計16-1 指導(dǎo)教師 楊丙輝 起止時間 2015.10.15-2016.6.2 機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制填 表 說 明一、學(xué)生撰寫開題報告應(yīng)包含的內(nèi)容：1、本課題來源及研究的目的和意義；2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；3、對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析；4、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路；5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；6、完成本課題的工作方案及進(jìn)度計劃；7、主要參考文獻(xiàn)（不少于7篇）。二、本報告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。三、開題報告要求手寫體，字?jǐn)?shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。四、每個畢業(yè)論文（設(shè)計）課題須提交開題報告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)院存檔，備檢備查。開題報告正文一 來源及研究的目的和意義1.1 課題的來源：自選題1.2 研究的目的 鉆床是進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲等不可缺少的的設(shè)備，主要應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。在當(dāng)今飛速發(fā)展的時代，通過提高設(shè)備的性能與節(jié)約工作時間，從而達(dá)到提高工作效率的目的已越來越受歡迎，近年來放眼望去有關(guān)的機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)車間都在逐步被自動化管理所取代，在當(dāng)今的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，此次把傳統(tǒng)手工操作的臺式鉆床改裝成自動化工作的鉆床，大大節(jié)約了勞動力，提高了生產(chǎn)效率，同時讓機(jī)械制造業(yè)也緊跟時代的發(fā)展腳步。1.3 研究的意義 在拿到設(shè)計題目之后，經(jīng)過查資料，資詢同學(xué)，詢問老師，了解臺式鉆床機(jī)械加工的發(fā)展，以及鉆床加工設(shè)備的類型，得知設(shè)備的工作類型可分為以下幾種：臺式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床、銑鉆床、深孔鉆床、平端面中心孔鉆床、臥式鉆床等。 每種鉆床都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，也有各自不同的配置。本次我們所要研究的就是如何對臺式鉆床進(jìn)行改進(jìn)從而達(dá)到我們所要設(shè)計的目的，也讓臺鉆的自動化加工生產(chǎn)方式在市場上及其他不可缺少的地方使企業(yè)的生產(chǎn)效率不斷滿足市場的需求，盡快縮短與國際的差距。當(dāng)然這需要時間也需要我們大家共同的努力，通過我們以后不斷的改進(jìn)、實驗、加強(qiáng)自身的探索，讓自動化的臺鉆走向各個需要它的領(lǐng)域發(fā)揮其重要的作用，這是一條充滿挑戰(zhàn)的道路，前進(jìn)的道路困難重重，堅持下去，就是我們設(shè)計的意義所在。二 課題所涉及的問題在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析2.1 國內(nèi)研究的現(xiàn)狀 目前我國機(jī)床工業(yè)自1949年建立以來，雖然在短短的時間內(nèi)取得了很大的成就，但與世界先進(jìn)水平相比還有很大的差距。就現(xiàn)狀看，主要表現(xiàn)在：我國機(jī)床工業(yè)起步晚、技術(shù)不成熟；大部分高精度和超精度機(jī)床的性能還不能滿足要求，精度保持度也很差，特別是高效自動化和數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量、技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量僅是全部機(jī)床產(chǎn)量的1.5% 。我國數(shù)控機(jī)床基本上是中等規(guī)格的車床、銑床、鉆床等，而精密、大型、重型或小型數(shù)控機(jī)床還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求；另外我國機(jī)床在技術(shù)水平和性能方面的差距也很明顯，機(jī)床理論和應(yīng)用技術(shù)的研究也明顯落后。所以為了滿足市場需求，我們要不斷創(chuàng)新、改進(jìn)，學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)加強(qiáng)自動化、數(shù)字化的控制，從而實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工的升級換代，為機(jī)械加工產(chǎn)品商業(yè)化創(chuàng)造條件，推動機(jī)械產(chǎn)品商品化的進(jìn)程，使我國的機(jī)械加工產(chǎn)品以及先進(jìn)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)在世界先進(jìn)的行列。2.2 國外研究現(xiàn)狀 在發(fā)達(dá)國家，對于這一塊的發(fā)展遠(yuǎn)超過我國目前這樣的現(xiàn)狀。國外的發(fā)達(dá)國家已經(jīng)普遍采用自動化臺鉆來加工產(chǎn)品，如德國IXION公司、TBT公司、英國MOLLART公司等，都采用自動化鉆床技術(shù)，其獨(dú)到之處是對長鉆頭的輔助支撐，在加工過程中能自動就位和撤回，并且使用用戶化編程軟件GE.FANUC數(shù)控系統(tǒng)，大大優(yōu)化了加工過程。國外先進(jìn)鉆床技術(shù)效率高、自動化程度高、加工速度快、操作方便，可完成大規(guī)模的機(jī)械生產(chǎn)任務(wù)，遠(yuǎn)超過我國目前的現(xiàn)狀。 三 課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問題及解決的思路3.1 本課題需要研究的難點(diǎn)問題解決的思路3.1.1出現(xiàn)的主要問題： 1、普通小型自動化臺鉆的設(shè)備很少，大部分都是獨(dú)立的 2、進(jìn)給系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)在機(jī)械中的應(yīng)用 3、工件定位裝夾的實現(xiàn) 4、主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動的自動控制及鉆頭壽命保證 5、國內(nèi)臺式鉆床設(shè)備的精密性與國外有較大的差距 6、鉆床類型與控制系統(tǒng)的分類，如何選擇 7、如何引進(jìn)自動化的機(jī)械加工系統(tǒng) 8、如何將送料機(jī)與臺式鉆床結(jié)合在一起 設(shè)計提出一種全新的研究方案，主要解決以下問題： 1、對比國內(nèi)外的臺式鉆床類型，采用較為先進(jìn)的一種 2、增添接線設(shè)備實現(xiàn)自動控制 3、對現(xiàn)有普通臺式鉆床系統(tǒng)加以改進(jìn)，創(chuàng)新設(shè)計 4、加強(qiáng)主軸進(jìn)給系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的結(jié)合度 5、工作過程中減小鉆頭磨損、提高工作效率 6、完善臺式鉆床的輔助設(shè)備、以及采用自動化機(jī)械控制系統(tǒng)四 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法 （1）查閱有關(guān)資料選擇相關(guān)參數(shù)及材料,設(shè)計自動化小型臺鉆機(jī)構(gòu)。 （2）設(shè)計完各裝置的應(yīng)用選擇后，進(jìn)行連接組合，試驗設(shè)計的可行性。 （3）運(yùn)用Solid works軟件和Auto CAD軟件，繪制三維裝配工程圖。 （4）運(yùn)用三維設(shè)計軟件完成機(jī)構(gòu)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動仿真五 工作方案及進(jìn)度計劃 工作方案： 第一-二周：查閱相關(guān)資料、熟悉本次設(shè)計課題內(nèi)容，了解普通小型臺式鉆床、現(xiàn)有的PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，以及如何配合在一起。 第三-四周：根據(jù)查閱相關(guān)的資料，擬定普通小型臺鉆自動化改造的總體方案，并撰寫開題報告。 第五-九周：分析普通小型臺鉆自動化改造的設(shè)計要求，完成對自動化臺鉆的設(shè)計，并生成關(guān)鍵部件的工程圖。 第十-十二周：改進(jìn)設(shè)計的不足，修改不合理的地方，作出裝置的三維實體圖。 第十三-十九周：對設(shè)計好的裝置進(jìn)行編程調(diào)試。 第二十-二十二周：整理設(shè)計過程，撰寫產(chǎn)品設(shè)計說明書。 第二十三-二十五周：根據(jù)定型的設(shè)備結(jié)構(gòu)，繪制修改二維裝配圖和零件圖。 第二十六-二十七周：撰寫答辯提綱，準(zhǔn)備答辯材料。 第二十八-二十九周：畢業(yè)答辯。六 參考文獻(xiàn) 1機(jī)械制圖 第六版 高等教育出版社 2王旭東，周嶺.機(jī)械制圖零部件測繪，暨南大學(xué)出版社2010.6 3楊柯楨.李機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 第五版 高等教育出版社 4高志，李威.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊，第四版，高等教育出版社 5機(jī)械工程材料 第二版 清華大學(xué)出版社 6熊順源、童幸生.臺式鉆床的自動化改造. 江漢大學(xué) 機(jī)電與建工學(xué)院.2008 7王衛(wèi)華.臺鉆的自動進(jìn)給裝置. 1983 8秦雄志.PLC在微型臺鉆自動化改造中的應(yīng)用. 佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院.2004 9段明忠、王婷婷.臺式鉆床的數(shù)控化改造.武漢. 武鋼工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院.2004學(xué)生簽名 李 猛 2015 年 11 月 10 日指導(dǎo)教師審閱意見指導(dǎo)教師簽名 年 月 日設(shè)計：普通小型臺鉆的自動化改造學(xué)院：機(jī)械電氣化工程學(xué)院學(xué)院：機(jī)械電氣化工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班級：班級：16-1姓名：李猛姓名：李猛指導(dǎo)老師：楊丙輝指導(dǎo)老師：楊丙輝提綱研究的目的及意義課題研究的主要內(nèi)容總體結(jié)構(gòu)設(shè)計主要部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計總結(jié)研究的目的及意義研究的目的及意義鉆床是進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲等不可缺少的的設(shè)備，主要應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。近年來放眼望去有關(guān)的機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)車間都在逐步被自動化管理所取代，此次把傳統(tǒng)手工操作的臺鉆改裝成自動化工作的臺鉆，大大節(jié)約了勞動力，提高了生產(chǎn)效率，同時讓機(jī)械制造業(yè)也緊跟時代的發(fā)展腳步。課題研究的主要內(nèi)容課題研究的主要內(nèi)容經(jīng)過反復(fù)的思考、研究和討論，確定了改造后的臺鉆總體結(jié)構(gòu)，包括主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動、工作臺往返運(yùn)動、數(shù)控控制。（1）主運(yùn)動：電動機(jī)、塔型帶輪等。（2）進(jìn)給運(yùn)動：減速電機(jī)、直齒圓柱齒輪、深溝球軸承、主軸、主軸套筒等。（3）工作臺的運(yùn)動：十字滑臺、步進(jìn)電機(jī)、絲杠、法蘭、聯(lián)軸器、搖柄等。（4）數(shù)控控制：采用四軸控制器系統(tǒng) 改造后臺鉆三維結(jié)構(gòu)圖改造后臺鉆三維結(jié)構(gòu)圖主要原理主要原理 第一部分：電動機(jī)通過塔型帶輪和皮帶與主軸部分連接，電機(jī)轉(zhuǎn)動時帶動主軸轉(zhuǎn)動.第二部分：主軸在減速電機(jī)和齒輪的帶動下，可實現(xiàn)升降，主軸行程不超過80mm.第三部分：十字滑臺一端通過法蘭和聯(lián)軸器安裝步進(jìn)電機(jī)，在步進(jìn)電機(jī)的帶動下，通過絲杠傳動實現(xiàn)滑臺的移動，加工更加全面。第四部分：采用驅(qū)動器與四軸控制器控制驅(qū)動器與四軸控制器接線圖驅(qū)動器與四軸控制器接線圖 臺鉆結(jié)構(gòu)圖臺鉆結(jié)構(gòu)圖 主視圖主視圖創(chuàng)新點(diǎn)和展望創(chuàng)新點(diǎn)和展望 此次設(shè)計中將傳統(tǒng)手工臺鉆改造成自動化臺鉆，與以往相比節(jié)約了勞動力，提高了生產(chǎn)效率。展望：這個設(shè)計只是一個大概的構(gòu)想，如果運(yùn)用實踐，可能還存在許多未知的問題，希望各位導(dǎo)師能給出寶貴的意見，對其進(jìn)行改進(jìn)，使這臺機(jī)器早日能正真的投入實際使用?？偨Y(jié)總結(jié) 這個設(shè)計是針對目前工作效率低，工作量大的問題而設(shè)計的。這臺機(jī)器在使用過程中有不足之處，比如說設(shè)計整體體積較大，占用空間大，要經(jīng)常潤滑和更換軸承，結(jié)構(gòu)不緊湊等。這些方面還要做出改進(jìn)。望各位導(dǎo)師能慷慨地給予寶貴意見。謝謝大家16 屆畢業(yè)設(shè)計普通小型臺鉆的自動化改造設(shè)計學(xué)生姓名 李猛 學(xué) 號 8011212128 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級 16-1 指導(dǎo)老師 楊丙輝 日 期 2016 .06 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制 前 言本文主要介紹了對普通手動式小型臺鉆的數(shù)控改造和設(shè)計，通過加入數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)、86步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動器和控制器將手動的小型臺鉆改造為數(shù)控自動臺鉆，并可通過數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制。自動化技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，但在數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品競爭力仍然處于較低的水平。因為開發(fā)一臺新的數(shù)控機(jī)床的周期比較長，不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。為此我們應(yīng)該在普通機(jī)床上考慮，不能一味的大量添置全新的數(shù)控機(jī)床，這樣會造成資金投資量大，成本高，而且又會造成原有設(shè)備閑置浪費(fèi)。把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床不失為一條提高數(shù)控化率的有效途徑。普通機(jī)床數(shù)控化改造，顧名思義就是在機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。這種機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對性強(qiáng)，時間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床缺點(diǎn)和存在的問題生產(chǎn)效率高，尤其適合中國機(jī)床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。目前我國機(jī)床市場的需求結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，數(shù)控機(jī)床，特別是普及型數(shù)控機(jī)床將逐步成為市場需求的主體。國內(nèi)的機(jī)床制造企業(yè)在努力開拓高檔數(shù)控機(jī)床市場的同時，一定要加速普及數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化步伐。通過生產(chǎn)和進(jìn)口數(shù)控機(jī)床并不能滿足我國日益增長的制造業(yè)需求，所以，目前數(shù)控化改造是適應(yīng)我國制造業(yè)迅猛發(fā)展、資金短缺、舊有機(jī)床所占比例大的國情所需。針對此次改造中，由于對機(jī)床的認(rèn)識有限，在改造過程中一定有很多問題，技術(shù)還不夠成熟，以后在實際工作中能多學(xué)習(xí)把這方面的知識進(jìn)一步擴(kuò)充。關(guān)鍵詞：自動化改造；十字滑臺；步進(jìn)電機(jī)；法蘭設(shè)計 目 錄 1.緒論11.1概述：12.自動化技術(shù)的應(yīng)用12.1自動化的產(chǎn)生與發(fā)展12.1.1產(chǎn)生12.1.2發(fā)展趨勢22.2臺鉆進(jìn)行自動化改造的必要性42.2.1微觀看改造的必要性42.2.2宏觀看改造的必要性42.3臺鉆自動化改造的現(xiàn)狀52.3.1國外改造業(yè)的興起52.3.2我國改造業(yè)的現(xiàn)狀53.自動化改造主要步驟和總設(shè)計方案63.1十字滑臺的選用與安裝73.1.2十字滑臺的選用73.2動力部件的計算與選擇83.2.1步進(jìn)電機(jī)的選用83.2.2減速電機(jī)的選擇183.3法蘭的設(shè)計與加工193.4步進(jìn)電機(jī)、絲杠、聯(lián)軸器和法蘭的安裝213.4.1步進(jìn)電機(jī)與法蘭的連接213.4.2步進(jìn)電機(jī)與絲杠的連接223.4.3法蘭與十字滑臺的連接22總 結(jié)24致 謝25參考文獻(xiàn)26工程概況本文主要介紹了如何將普通的小型臺式鉆床改造為自動化的鉆床的方法，其中包括了加入數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)、86步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動器和控制器將手動的小型臺鉆改造為數(shù)控自動臺鉆，并可通過數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制。其中重點(diǎn)是傳動系統(tǒng)和工作臺的改造。在原來的手動進(jìn)給改為減速電機(jī)控制的進(jìn)給運(yùn)動，原固定工作臺改為有步進(jìn)電機(jī)帶動的絲杠傳動工作臺，可實現(xiàn)橫向和縱向的移動，使加工更加全面。通過本次論文的相關(guān)設(shè)計，提出新的設(shè)計理念，改進(jìn)了普通臺鉆的缺點(diǎn)，推進(jìn)了生產(chǎn)自動化進(jìn)程。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計1.緒論1.1概述：臺鉆多為普通手動式的，本文主要對臺鉆進(jìn)行數(shù)控改造和設(shè)計，改造中主要用到一個十字滑臺、兩個步進(jìn)電機(jī)、一個減速電機(jī)、兩個法蘭、電路連接系統(tǒng)，將兩個步進(jìn)電機(jī)分別通過兩個法蘭連接到X，Y，軸上，減速電機(jī)通過螺栓固定安裝在Z軸上，然后通過對控制器和驅(qū)動電源等的連接，使其能夠進(jìn)行數(shù)控化自動移動進(jìn)給。改造過程中要用到一些工具和方法，例如鉗子，螺絲螺母，扳子，電焊等。設(shè)計過程中采用的軟件是SolidWorks軟件和CAD軟件。2.自動化技術(shù)的應(yīng)用2.1自動化的產(chǎn)生與發(fā)展2.1.1產(chǎn)生 社會需求是推動生產(chǎn)力發(fā)展最有力的因素。二十世紀(jì)四十年代以來，由于航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，對于各種飛行器的加工提出了更高的要求，這些零件大多形狀非常復(fù)雜，材料多為難加工的合金。用傳統(tǒng)的機(jī)床和工藝方法進(jìn)行加工，不能保證精度，也很難提高生產(chǎn)效率。為了解決零件復(fù)雜形狀表面的加工問題，1952年，美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)院研制成功了世界上第一臺數(shù)控機(jī)床。半個世紀(jì)以來，數(shù)控技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段和六個時代：（1）數(shù)控（NC）階段（1952年1970年） 早期的計算機(jī)運(yùn)算速度低，不能適應(yīng)機(jī)床實時控制的要求，人們只好用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機(jī)床專用計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，這就是硬件連接數(shù)控，簡稱數(shù)控（NC）。隨著電子元器件的發(fā)展，這個階段經(jīng)歷了三代，即1952年的第一代電子管數(shù)控機(jī)床，1959年的第二代晶體管數(shù)控機(jī)床，1965年的第三代集成電路數(shù)控機(jī)床。（2）計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年現(xiàn)在） 1970年，通用小型計算機(jī)已出現(xiàn)并投入成批生產(chǎn)，人們將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入計算機(jī)數(shù)控階段。這個階段也經(jīng)歷了三代，即1970年的第四代小型計算機(jī)數(shù)控機(jī)床，1974年的第五代微型計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，1990年的第六代基于PC的數(shù)控機(jī)床。 隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)也隨之不斷更新，發(fā)展非常迅速，幾乎每5年更新?lián)Q代一次，其在制造領(lǐng)域的加工優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)出來。2.1.2發(fā)展趨勢 數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。當(dāng)前世界上數(shù)控機(jī)床的發(fā)展呈現(xiàn)如下趨勢： （1）高速度高精度化 速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個重要技術(shù)指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。對于數(shù)控機(jī)床，高速度化首先是要求計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)在讀入加工指令數(shù)據(jù)后，能高速度處理并計算出伺服電機(jī)的位移量，并要求伺服電機(jī)高速度地做出反應(yīng)。此外，要實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的高速度化，還必須謀求主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率、刀具交換、托盤交換等各種關(guān)鍵部件也要實現(xiàn)高速度化。 提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，一般是通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用補(bǔ)償技術(shù)來達(dá)到。在減少數(shù)控系統(tǒng)誤差方面，一般采取三種方法：提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率、以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給；提高位置檢測精度；位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制。在采用補(bǔ)償技術(shù)方面，除采用間隙補(bǔ)償、絲杠螺距補(bǔ)償和刀具補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)外，還采用了熱變形補(bǔ)償技術(shù)。 （2）多功能化 一機(jī)多能的數(shù)控機(jī)床，可以最大限度地提高設(shè)備的利用率。如數(shù)控加工中心（Machining CenterMC）配有機(jī)械手和刀具庫，工件一經(jīng)裝夾，數(shù)控系統(tǒng)就能控制機(jī)床自動地更換刀具，連續(xù)對工件的各個加工面自動地完成銑削、鏜削、鉸孔、擴(kuò)孔及攻螺紋等多工序加工，從而避免多次裝夾所造成的定位誤差。這樣減少了設(shè)備臺數(shù)、工夾具和操作人員，節(jié)省了占地面積和輔助時間。為了提高效率，新型數(shù)控機(jī)床在控制系統(tǒng)和機(jī)床結(jié)構(gòu)上也有所改革。例如，采取多系統(tǒng)混合控制方式，用不同的切削方式（車、鉆、銑、攻螺紋等）同時加工零件的不同部位等?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)控制軸數(shù)多達(dá)15軸，同時聯(lián)動的軸數(shù)已達(dá)到6軸。 （3）智能化 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用高技術(shù)的重要目標(biāo)是智能化。智能化技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù) 自適應(yīng)控制技術(shù)（Adaptive ControlAC）的目的是要求在隨機(jī)的加工過程中，通過自動調(diào)節(jié)加工過程中所測得的工作狀態(tài)、特性，按照給定的評價指標(biāo)自動校正自身的工作參數(shù)，以達(dá)到或接近最佳工作狀態(tài)。通常數(shù)控機(jī)床是按照預(yù)先編好的程序進(jìn)行控制，但隨機(jī)因素，如毛坯余量和硬度的不均勻、刀具的磨損等難以預(yù)測。為了確保質(zhì)量，勢必在編程時采用較保守的切削用量，從而降低了加工效率。AC系統(tǒng)可對機(jī)床主軸轉(zhuǎn)矩、切削力、切削溫度、刀具磨損等參數(shù)值進(jìn)行自動測量，并由CPU進(jìn)行比較運(yùn)算后發(fā)出修改主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量大小的信號，確保AC處于最佳的切削用量狀態(tài)，從而在保證質(zhì)量條件下使加工成本最低或生產(chǎn)率最高。AC系統(tǒng)主要在宇航等工業(yè)部門用于特種材料的加工。 附加人機(jī)會話自動編程功能 建立切削用量專家系統(tǒng)和示教系統(tǒng)，從而達(dá)到提高編程效率和降低對編程人員技術(shù)水平的要求。 具有設(shè)備故障自診斷功能 數(shù)控系統(tǒng)出了故障，控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行自診斷，并自動采取排除故障的措施，以適應(yīng)長時間無人操作環(huán)境的要求。 （4）小型化 蓬勃發(fā)展的機(jī)電一體化設(shè)備，對數(shù)控系統(tǒng)提出了小型化的要求，體積小型化便于將機(jī)、電裝置揉合為一體。日本新開發(fā)的FS16和FS18都采用了三維安裝方法，使電子元器件得以高密度地安裝，大大地縮小了系統(tǒng)的占有空間。此外，它們還采用了新型TFT彩色液晶薄型顯示器，使數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)一步小型化，這樣可更方便地將它們裝到機(jī)械設(shè)備上。 （5）高可靠性 數(shù)控系統(tǒng)比較貴重，用戶期望發(fā)揮投資效益，因此要求設(shè)備具有高可靠性。特別是對在長時間無人操作環(huán)境下運(yùn)行的數(shù)控系統(tǒng)，可靠性成為人們最為關(guān)注的問題。提高可靠性，通?？刹扇∪缦乱恍┐胧?提高線路集成度 采用大規(guī)?；虺笠?guī)模的集成電路、專用芯片及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，精簡外部連線和減低功耗。 建立由設(shè)計、試制到生產(chǎn)的一整套質(zhì)量保證體系 例如，采取防電源干擾，輸入/輸出光電隔離；使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化，以便于組織批量生產(chǎn)及維修；在安裝制造時注意嚴(yán)格篩選元器件；對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行全面的檢查考核等。通過這些手段，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 增強(qiáng)故障自診斷功能和保護(hù)功能 由于元器件失效、編程及人為操作錯誤等原因，數(shù)控機(jī)床完全可能出現(xiàn)故障。數(shù)控機(jī)床一般具有故障自診斷功能，能夠?qū)τ布蛙浖M(jìn)行故障診斷，自動顯示出故障的部位及類型，以便快速排除故障。新型數(shù)控機(jī)床還具有故障預(yù)報、自恢復(fù)功能、監(jiān)控與保護(hù)功能。例如，有的系統(tǒng)設(shè)有刀具破損檢測、行程范圍保護(hù)和斷電保護(hù)等功能，以避免損壞機(jī)床及報廢工件。由于采取了各種有效的可靠性措施，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的平均無故障時間（MTBF）可達(dá)到1000036000h。2.2臺鉆進(jìn)行自動化改造的必要性 2.2.1微觀看改造的必要性 微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機(jī)的威力。 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 由于計算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運(yùn)動的運(yùn)動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍。 由于計算機(jī)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。 以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 2.2.2宏觀看改造的必要性 宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已達(dá)20.8，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。 2.3臺鉆自動化改造的現(xiàn)狀 2.3.1國外改造業(yè)的興起 在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個永恒的課題。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。2.3.2我國改造業(yè)的現(xiàn)狀我國的數(shù)控系統(tǒng)以傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)為主。在傳統(tǒng)的封閉式結(jié)構(gòu)中，CNC只能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個改造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和素基因數(shù)實時外部調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM 中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的控制過程，因此，變革勢在必行。0塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計3.自動化改造主要步驟和總設(shè)計方案臺鉆數(shù)控改造主要分4個步驟進(jìn)行，首先第一步，根據(jù)鉆床的底座尺寸大小確定需要的十字滑臺的大小，十字滑臺可以自己訂做；然后第二步由鉆床的參數(shù)性能十字滑臺的絲杠推算出所選的步進(jìn)電機(jī)；第三步設(shè)計三個步進(jìn)電機(jī)和絲杠鉆床的連接，X，Y軸連接中要設(shè)計法蘭通過聯(lián)軸器使步進(jìn)電機(jī)和絲杠連接，Z軸要使用合適的減速電機(jī)；第四步確定步進(jìn)電機(jī)和控制器，驅(qū)動電源等的連接，中間要用到匯接板等器件。改造前的臺鉆如圖3-1和圖3-2所示： 圖3-1 圖3-2改造后的臺鉆如圖3-3所示：圖3-33.1十字滑臺的選用與安裝3.1.2十字滑臺的選用圖3-4由圖3-4可以看到十字滑臺大概是由上中下三大塊兩個軸動絲杠相組成的一個十字型的可以相互滑動的一個部件，同時它也帶有一定的刻度，它四個頂端分別有四個刻度手搖柄。根據(jù)對普通小型臺鉆底座的測量我們可以大致確定出需要的十字滑臺的大小。通過SolidWorks軟件畫出十字滑臺的三維模型圖，效果如圖3-5：圖3-5通過在臺鉆底座打孔使用緊固件和電焊使十字滑臺與臺鉆的底座連接。要想這樣的十字滑臺可以自動化還必須要加步進(jìn)電機(jī)，然后與數(shù)控系統(tǒng)連接才能形成一個自動化的十字滑臺，如圖3-6：圖3-6步進(jìn)電機(jī)如何通過法蘭和聯(lián)軸器與十字滑臺連接，下面的章節(jié)中會有詳細(xì)的講解及效果圖。3.2動力部件的計算與選擇3.2.1步進(jìn)電機(jī)的選用 1. 確定脈沖當(dāng)量，計算切屑力一、確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量，它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個重要參數(shù)，因此。脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定。對經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說，常采用脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖0.005mm/脈沖。一般小型臺鉆的主要技術(shù)參數(shù)中要求橫向、縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm。二、切削力計算在進(jìn)行進(jìn)給系統(tǒng)的傳動計算,選用步進(jìn)電機(jī)時,都要用到切削力(機(jī)床的主要負(fù)載)，我所設(shè)計的是數(shù)控鉆床，因此我們在設(shè)計中要分析和計算銑削和鉆削。 （一）鉆削的載荷的計算普通的麻花鉆每一切削刃都會產(chǎn)生切向方向的切削抗力，徑向切削抗力與軸向方向的軸向抗力，當(dāng)左右切削刃對稱時，徑向的抗力就會向平衡。切向的抗力形成鉆削力矩，他消耗了切削功率，所用切削刃上軸向抗力之和就形成了鉆頭上的軸向應(yīng)力。鉆頭切削力的計算包括鉆頭主軸轉(zhuǎn)矩計算和主軸軸向切削力的計算。由于加工材料為Q235鋼，其屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，鉆頭為高速鋼麻花鉆，加工方式為鉆孔，所以查機(jī)床夾具設(shè)計手冊得：1.鉆削轉(zhuǎn)矩計算公式如下：式中，：切削力矩（）：鉆頭直徑（20mm）：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（0.1mm）：修正系數(shù)： 2.軸向切削力的計算公式如下：式中，：軸向切削力（N）已知被加工材料為Q235結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼取=736MPa，D=20mm，=0.1mm，所以可分別計算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削為：=21.6 =2661.7 N（二）銑削抗刀分析銑削運(yùn)動的特征是主運(yùn)動為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動為工作臺帶動工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進(jìn)給（鍵槽銑刀可沿軸線進(jìn)給）。銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端面銑刀為基本形線。圓柱銑和端面銑刀的切削部分都可看做車刀刀頭的演變，銑刀的每一個齒相當(dāng)于一把車刀，它的切削基本規(guī)律與車削相似。1.削抗力的合力為：將沿銑刀軸線徑向和切向進(jìn)給分解，則分別為軸向銑削力和徑向銑削力。切向銑削力是沿銑刀主運(yùn)動方向的分力，它消耗的銑床主電機(jī)功率最多。因此，切向銑削力可以按切削功率（KW）或主電機(jī)功率（ KW）計算，也可以按切削用量進(jìn)行計算。 式中：V：主軸傳遞全部功率時的最低切削速度，100m/s； ：機(jī)床主傳動系統(tǒng)的效率。這里按電機(jī)功率進(jìn)行計算。圖3-7：銑削力及工作臺上的載荷2.進(jìn)給工作臺工作載荷的計算作用在進(jìn)給工作臺上的合力與銑刀刀齒的銑削抗力的余力大小相同方向相反，如圖2-6所示，合力就是設(shè)計和校核工作臺進(jìn)給系統(tǒng)的時要考慮的工作載荷，它可以沿著銑床工作臺運(yùn)動方向分解為三個力：工作臺的縱向進(jìn)給方向載荷Fx 工作臺橫向進(jìn)給方向載荷Fy 和工作臺垂直進(jìn)給方向載荷Fz 。工作臺工作載荷Fx、Fy和Fz與銑刀的切向銑削力Fz之間有一定的經(jīng)驗比值（可查機(jī)電綜合指導(dǎo)表2-1），因此，求出后，即可計算出工作臺工作載荷、和。即 ：, 則： = 207.36N, = 207.36 N, = 172.8 N.2. 減速電機(jī)傳動比的計算1）為滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時也為了是傳動系統(tǒng)負(fù)載慣量盡可能小，傳動鏈中采用蝸輪蝸桿傳動。根據(jù)小型鉆床的基本參數(shù)，主軸行程L=125mm。由 則 由 則 由則預(yù)選的減速電機(jī)的扭矩為0.41.8 則 則圓弧圓柱蝸輪蝸桿減速器的最小傳動比為30，最大傳動比為67，這里我們初選圓弧圓柱蝸輪蝸桿減速器的傳動比.2）傳動比的校驗以主軸鉆孔時最大轉(zhuǎn)速為,主軸進(jìn)給速度為，則有： 則要求減速電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)速大于，很顯然降速后的DS-12SSN204.515500-298K減速電機(jī)滿足此要求。通過以上的預(yù)算，這里我們選用減速電機(jī)的傳動比為50。3. 步進(jìn)電機(jī)選擇（1）計算進(jìn)給牽引力Fm（N）可根據(jù)機(jī)床設(shè)計手冊進(jìn)給牽引力的實驗公式計算縱向?qū)к墸篕：顛覆力矩影響的實驗系數(shù)K=1.15；：滑動導(dǎo)軌摩擦因素=0.150.18，取=0.16:； G：溜板及刀架重力，G=800N。 其中 分別是上面計算的數(shù)據(jù)， 因此上面的公式可以化為：（2）系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量是一種慣性負(fù)載，在電機(jī)的選用的時候必須加以考慮。由于傳動系統(tǒng)的各傳動不見并不是與點(diǎn)饑軸同軸線，還存在各傳動部件轉(zhuǎn)動慣量向電機(jī)軸折算的問題。最后，要計算整個傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上面的總傳動慣量，即是傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量。1) 對于工作臺溜板的轉(zhuǎn)動慣量折算到電動機(jī)主軸上的計算公式：為脈沖當(dāng)量，0.01mm;：步進(jìn)電動機(jī)的步距角，；：蝸輪蝸桿減速電機(jī)的傳動比，=50；：重力加速度，=10。工作臺的質(zhì)量的折算 工作臺是移動不見，其移動質(zhì)量折算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量可以按下面的公式進(jìn)行計算：2) 對于軸，軸承，齒輪，聯(lián)軸器，絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量計算公式為對于鋼材，材料密度為代入就有其中：D為圓柱體的直徑；L為圓柱體的長度。絲杠轉(zhuǎn)動慣量的折算到電機(jī)軸上為：3) 動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算我們設(shè)計的機(jī)床，是采用的是減速電機(jī)帶動的減速傳動，因此我們可以根據(jù)下面的公式，進(jìn)行計算：其中 :為傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量;根據(jù)查資料和計算我們可以得到（3）初選步進(jìn)電機(jī)1) 計算步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩式中： ：進(jìn)給牽引力（N）； ：絲杠的傳動效率，為齒輪、軸承、絲杠效率之積； ：齒輪副的傳動效率，是齒輪副的傳動比； ：十字型導(dǎo)軌副的傳動效率。因為：，則2) 估算步進(jìn)電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩式中：0.3為安全系數(shù)。3) 計算最大靜轉(zhuǎn)矩查表取三相六拍，則4) 計算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率和最高起動頻率試中：最大快移速度（m/min），這里為2m/min； ：最大切削進(jìn)給速度（m/min）;這里為0.1 m/min； ：脈沖當(dāng)量，取0.01mm/step。5） 初選步進(jìn)電機(jī)型號選用步進(jìn)電動機(jī)作為伺服電動機(jī)后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對于步進(jìn)電動機(jī)來說還是偏低，為了確保電動機(jī)在運(yùn)動過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開環(huán)控制，任務(wù)書初選的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級，空載最快移動速度也只有1500mm/min,故本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電機(jī)，以降低成本，提高性價比。根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)距查得86HS15060A4最大靜轉(zhuǎn)距為12 ，可以滿足要求，考慮到此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)選稍大轉(zhuǎn)距的步進(jìn)電機(jī)，以便留有一定的余量，另一方面，與國內(nèi)同類型機(jī)床類比，決定采用86HS15060A4步進(jìn)電機(jī)，查得86HS15060A4步進(jìn)電機(jī)最高空載起動頻率和運(yùn)行頻率滿足要求。86步進(jìn)電機(jī)的基本信息，見表3-8表3-8 86步進(jìn)電機(jī)的基本信息參數(shù)說明，見表3-9表3-9 86步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)說明尺寸說明，如圖3-10圖3-10（4）步進(jìn)電機(jī)的校驗機(jī)床在不同的工作情況下，其所需要的轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算。1) 快速空載起動轉(zhuǎn)距在快速空載起動階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計算公式如下：式中：快速空載起動轉(zhuǎn)矩；：空載起動時折算到電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩；：折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩； ：由于絲杠預(yù)緊時折算到電機(jī)軸上附加摩擦轉(zhuǎn)矩。摩擦轉(zhuǎn)矩式中：運(yùn)動部件的總重量（N）；：導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，?。?：蝸輪蝸桿減速電機(jī)的傳動比，i=50。 空載起動時折算到電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩：式中：折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量；：電機(jī)最大角加速度，（）；：電機(jī)最大轉(zhuǎn)速，（）；：運(yùn)動部件最大快進(jìn)速度，（）；：運(yùn)動部件從停止起動到加速到最大快進(jìn)速度所需要的時間，（0.025s）。上面三項合計為： 2) 快速移動時所需的轉(zhuǎn)矩： 3) 最大切削負(fù)載時所需轉(zhuǎn)矩： 從上面的計算可以看出，和三種工作情況下，以快速空載起動轉(zhuǎn)矩最大，即以此項作為較核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。查表知，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時，則最大靜轉(zhuǎn)矩為： 而86HS15060A4型步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為12，大于所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足此項要求。3.2.2減速電機(jī)的選擇減速電機(jī)顧名思義本質(zhì)就是用于降低轉(zhuǎn)速用的，它的工作原理一般是通過封閉式傳動減速裝置來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足機(jī)械設(shè)備工作的需要，這樣對加工方面能夠更好的控制精度，電機(jī)的啟動和正反轉(zhuǎn)通過改變電機(jī)的輸入電壓實現(xiàn)的，從而達(dá)到更好的效果，臺鉆數(shù)控化改造中，在Z軸用到減速電機(jī)可以方便精度的控制，由上計算結(jié)果減速電機(jī)傳動比為50，可選型號DS-12SSN204.515500-298K，下面將展示減速電機(jī)的參數(shù)如圖3-11 圖3-113.3法蘭的設(shè)計與加工法蘭（Flange），又叫法蘭盤或凸緣盤。法蘭是使管子與管子相互連接的零件，連接于管端；也有用在設(shè)備進(jìn)出口上的法蘭，用于兩個設(shè)備之間的連接，如減速機(jī)法蘭。法蘭連接或法蘭接頭，是指由法蘭、墊片及螺栓三者相互連接作為一組組合密封結(jié)構(gòu)的可拆連接，管道法蘭系指管道裝置中配管用的法蘭，用在設(shè)備上系指設(shè)備的進(jìn)出口法蘭。法蘭上有孔眼，螺栓使兩法蘭緊連。法蘭間用襯墊密封。法蘭分螺紋連接（絲扣連接）法蘭和焊接法蘭和卡夾法蘭,在連接方面法蘭連接（flange joint）由一對法蘭、一個墊片及若干個螺栓螺母組成，墊片放在兩法蘭密封面之間，擰緊螺母后，墊片表面上的比壓達(dá)到一定數(shù)值后產(chǎn)生變形，并填滿密封面上凹凸不平處，使連接嚴(yán)密不漏。法蘭連接是一種可拆連接。根據(jù)十字滑臺上下塊兩端的尺寸大小及絲杠和步進(jìn)電機(jī)的尺寸，設(shè)計出X，Y軸上需要使用的法蘭的形狀與大小。X軸上的法蘭（1），三維效果圖及CAD二維效果圖如圖3-12，圖3-13和圖3-14： 圖3-12 圖3-13圖3-14Y軸上的法蘭（2），三維效果圖及CAD二維效果圖如圖3-15，圖3-16和圖3-17 圖3-15 圖3-16圖3-17這里要用到蓋在兩個法蘭上的外殼，外殼的作用是防止灰塵和鐵屑等雜物的進(jìn)入影響到絲杠的滾動，它起到保護(hù)絲杠的作用。外殼的形狀尺寸大小是根據(jù)法蘭的形狀大小來設(shè)計的，外殼的效果圖如圖3-18和圖3-19： 圖3-18 圖3-193.4步進(jìn)電機(jī)、絲杠、聯(lián)軸器和法蘭的安裝3.4.1步進(jìn)電機(jī)與法蘭的連接步進(jìn)電機(jī)與法蘭連接需要螺絲進(jìn)行緊固，效果圖如圖3-20：圖3-203.4.2步進(jìn)電機(jī)與絲杠的連接步進(jìn)電機(jī)與絲杠的連接中要用到聯(lián)軸器，聯(lián)軸器是根據(jù)絲杠和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行選擇的。在聯(lián)軸器上用螺絲使絲杠與步進(jìn)電機(jī)連接在一起，效果圖如圖3-21和圖3-22： 圖3-21 圖3-223.4.3法蘭與十字滑臺的連接在法蘭上面需要蓋一外殼，通過螺絲使外殼與法蘭連接，法蘭與十字滑臺連接。效果圖如圖3-23和圖3-24所示： 圖3-23 圖3-24最后的組裝整體效果圖如圖3-25和圖3-26所示： 圖3-25 圖3-26 改造后的臺鉆效果圖如圖3-27和圖3-28 圖3-27 圖3-28總 結(jié)這次畢業(yè)設(shè)計對我來說是很有意義的，它綜合運(yùn)用到了我在學(xué)校里學(xué)到的很多理論知識，鍛煉了我的動手實踐能力，在設(shè)計當(dāng)中有很多不懂的地方請教老師，老師給我們講解，帶我們到車間看臺鉆實體，了解它的工作原理及實際運(yùn)作情況并進(jìn)行測量和推算，對此加深了我對小型臺鉆的了解。我感覺在這次設(shè)計中學(xué)到了很多，明白了理論與實際動手結(jié)合的重要性，也只有自己動手，才能從理論中走到實際，再從實際走到團(tuán)體，團(tuán)體協(xié)作的探討，一步一步，慢慢走來，讓我受益良多。通過這次比較完整的小型臺鉆自動化改造的設(shè)計，擺脫了我單純的理論知識的學(xué)習(xí)狀態(tài)，實際設(shè)計讓我學(xué)會了綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，提高了我解決實際工作中遇到問題的能力，同時也提高我查閱設(shè)計手冊、文獻(xiàn)資料、設(shè)計規(guī)范以及CADSolidWorks制圖的專業(yè)能力水平，通過對整體的把握，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的進(jìn)一步規(guī)劃，都使我的能力得到了很大的提高，意志力得到了加強(qiáng)，經(jīng)驗得到了豐富，我想，這也是老師讓我們自己動手做著畢業(yè)設(shè)計的目的，讓每個人都得到了不同的提升，對我來說收益匪淺。在這次設(shè)計中，我發(fā)現(xiàn)自己有很多的不足，我需要學(xué)習(xí)和行動來彌補(bǔ)自己的不足。只有學(xué)習(xí)，思考和行動才能促使自己不斷的提高，不管做什么事，我都要相信自己可以做到，并努力去做，中間也許會遇到很多困難，但不要放棄要堅持下去，勝利總會到來。同時我得根據(jù)自己的實際情況，端正自己的態(tài)度，所以在這次設(shè)計當(dāng)中，讓我學(xué)到了很多。在以后的工作當(dāng)中，我會多學(xué)習(xí)，多動頭腦，多行動，盡量把事情做到更好。致 謝隨著我設(shè)計的不斷深入，與老師和同學(xué)不斷的交流，對我的設(shè)計啟發(fā)很大，因此，感謝我的指導(dǎo)老師楊丙輝老師和我親愛的同學(xué)們。隨著畢業(yè)設(shè)計由點(diǎn)滴的不足到逐步完成，我感到自信了，有努力付出就會有回報。由于我的知識和能力缺陷，畢業(yè)設(shè)計論文多少會有些不足，望老師體諒。最后依然要再次感謝我的指導(dǎo)老師和最親愛的同學(xué)們，謝謝你們。未來的日子里，讓我們共同進(jìn)步。0參考文獻(xiàn)1 羅永順，機(jī)床數(shù)控化改造實例M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20102 蘭建設(shè)，機(jī)械制造工藝與夾具M(jìn) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20043 王信義，計志孝，等。機(jī)械制造工藝學(xué)M 北京：北京理工大學(xué)出版社，19904 傅水根，機(jī)械制造基礎(chǔ)M 北京清華大學(xué)出版社，19985 吳 拓，勛建國。機(jī)械制造工程M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20056 張潤福，等。機(jī)械制造設(shè)計基礎(chǔ)M 武漢：華中理工大學(xué)出版社，19997 唐宗軍，機(jī)械制造基礎(chǔ)M 北京：機(jī)械工業(yè)出版，19978 金問楷，機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)M 北京，清華大學(xué)出版社，19909 孫學(xué)強(qiáng)，等。機(jī)械加工技術(shù)M 北京，機(jī)械工業(yè)出版社，199910 王紹俊，機(jī)械制造工藝學(xué)設(shè)計手冊M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，198711 王伯平，互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200312 陳福恒，孔凡杰，等。機(jī)械制造工藝學(xué)基礎(chǔ)M 濟(jì)南：山東大學(xué)出版社，2004，