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1、本科毕业论文专业 数控技术专业姓名 准考证号 论文题目 钻床的自动化改造2019年03月22日郑州大学本科毕业设计论文评语：论文建议成绩：评审教师签名：年月日论文综合成绩：答辩组长签名：院系盖章：年月日郑州大学本科毕业设计 学校自考办意见：目录摘要IAbstractII绪论III1.1 机械加工技术概况III1.1.1 现代机械加工技术发展状况III1.1.2 问题的提出III1.1.3 问题的分析以及解决方案IV1.2 本文研究的内容及目标V1.3 本章小结VI二、自动钻床的总体方案设计12.1 自动专用钻床已知条件和设计要求的概述12.2 自动钻床的工艺路线分析与确定22.3 执行系统的方
2、案设计22.3.1 执行系统的功能原理设计32.3.2 执行系统的运动规律32.3.3 执行机构的形式设计42.3.4 执行系统的协调设计42.3.5 执行系统方案评价与决策42.4 传动系统方案设计和原动机选择42.4.1 原动机选择42.4.2 传动系统方案设计52.5 控制方案设计62.6 总体布局设计62.7 辅助系统的设计72.8 本章小结7三专用钻床进给系统的设计83.1 进给系统概述与分析83.2 进给系统方案图的确定93.3 工况分析103.4 切削力的计算103.4.1 切削刀具及相关参数的选择103.4.2 主轴转速及钻孔时间的计算113.4.3 切削力的计算113.5 钻
3、床主轴设计123.5.1 主轴材料的选择123.5.2 轴径的计算133.5.3 轴的结构设计133.5.4 轴强度的校核143.6 进给液压系统设计153.6.1 负载分析153.6.2 液压缸执行元件主要参数的确183.6.3 活塞杆及活塞材料的选择273.6.4 活塞杆与活塞的连接方式及活塞密封装置的选择273.6.5 液压缸盖与液压缸连接方式及密封方式的选择273.7 本章小结28四专用钻床主轴传动系统的设计294.1 主轴传动系统的分析294.2 主轴花键的设计294.3 主轴电机选择304.4 V 带传动设计304.4.1 设计功率Pc 的计算304.4.2 选择带型304.4.3
4、 选取带轮基准直径dd1 和dd 2304.4.4 验算带速V314.4.5 确定中心距a 和带的基准长度 Ld314.4.6 验算小带轮包角a1324.5 本章小结32五自动钻床控制系统设计335.1 自动钻床的自动化控制要求335.2 可编程控制器 PLC 的简述335.3 自动钻床进给系统控制流程345.4 自动钻床进给系统电气原理图365.5 自动钻床进给系统控制元件的选择375.5.1 可编程控制器 PLC 的选择375.5.2 刀开关的选择375.5.3 熔断器的选择375.5.4 交流接触器的选择385.5.5 行程开关与接近开关的选择385.5.6 继电器的选择395.5.7
5、控制元件选择明细表395.6 控制系统程序的编写405.6.1 输入与输出的分配405.6.2 PLC 程序清单405.7 本章小结40总结41致谢42参 考 文 献43附录144附录246郑州大学自考本科毕业设计摘要数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的35 倍，要充分发挥数控机床的这一特点，就要对传统的机加工设备进行自动化升级改造。机床加工中钻床的加工工作量在总制造工作量中占有很大的比重。钻床为孔加工机床，按其结构形式不同可以分为摇臂钻床、立式钻床、卧式钻床、深孔钻床、多轴钻床等。主要用来进行钻孔、扩孔、绞孔、攻丝等。长期以来我国的机械制造工业中孔类加工多数由传统钻床来完
6、成。本论文就针对传统钻床效率低，加工质量不稳定等不足做出了对传统钻床进行自动化升级改造的设计。关键词： 数控机床、钻床、自动化。IIAbstractNc machine is a kind of efficient automation equipment, it is more efficient than the conventional machine tools of 3 5 times, to give full play to the characteristics of CNC programming, to upgrade traditional machining equip
7、ment automation. Drilling machine for hole processing, according to its structure can be divided into different radial drilling machine, vertical drilling machine,horizontaldrilling,deepholedrillingmachine, multi-axis drilling machine, etc. Mainly used for drilling, reaming, reaming, tapping and so
8、on. For a long time in the mechanicalmanufacturingindustryofourcountryofhole processing most are done by conventional drilling machine. For a long time in the mechanical manufacturing industry of our country of hole processing most are done by conventional drilling machine. This thesis is aimed at t
9、raditional drilling efficiency is low, the processing quality is not stable, to make the design of the traditional drilling machine automation upgraded.Key words:CNC machine, drilling machine, automation.郑州大学自考本科毕业设计绪论1.1 机械加工技术概况随着机械工业的扩大和科学技术的进步，尤其是计算机的出现和数控技术的发展，机械制造行业正朝着自动化、精密化、高效率和多样化的方向发展。1.1.
10、1 现代机械加工技术发展状况在现代机械制造行业中，随着加工零件方式多样化及工艺合理化的发展的要求， 加工零件的方法也呈现出多样化，如：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压和辊轧等，在这其中机床切削加工的工作量约占总制造工作量的 40%60%(其中钻床占 11.2%),所以在目前的机械制造行业中金属切削机床是主要的加工设备。而机床的技术性能又直接影响机械制造行业的产品质量和劳动生产率，所以为了提高国家的工业生产能力和科学技术水平，必须对机床的发展作出新的要求。我国机床工业自 1949 年建立以来，虽然在短短的时间内取得了很大的成就，但与世界先进水平相比还有较大的差距。就现状看，主要表现
11、在：我国机床工业起步晚、技术不成熟；大部分高精度和超精度机床的性能还不能满足要求，精度保持度也差， 特别是高效自动化和数控机床的产量、技术水平和质量等方面都明显落后8。据有关部门统计我国数控机床的产量仅是全部机床产量的 1.5%，产值数控化仅为 8.7%（至1990 年底）；我国数控机床基本上是中等规格的车床、铣床和加工中心等，而精密、大型、重型或小型数控机床还远远不能满足要求；另外我国机床在技术水平和性能方面的差距也很明显，机床理论和应用技术的研究也明显落后。所以我们要不断学习和引进国外先进科学技术，大力发展研究，推动我国机床工业的发展。1.1.2 问题的提出由以上现状分析我们可以看出，在机
12、床加工中钻床的加工工作量在总制造工作量中占有很大的比重。钻床为孔加工机床，按其结构形式不同可以分为摇臂钻床、立式VI钻床、卧式钻床、深孔钻床、多轴钻床等1。主要用来进行钻孔、扩孔、绞孔、攻丝等。长期以来我国的机械制造工业中孔类加工多数由传统钻床来完成，但是传统的钻床在大批量生产时存在许多的不足之处：(1)自动化程度不高，难以进行大批量的生产；(2)工作效率低，且工人的工作环境恶劣；(3)占用人力较多，操作固定不易出错； (4)精度不高，工件装夹费时；(5)加工产品质量不高；针对以上传统钻床的不足之处及生产中存在的问题，我们有必要对传统钻床进行结构改进。通过对传统钻床手动的进给系统、夹紧系统及人
13、工送料系统的改进和设计， 从而提高产品质量和生产效率，实现自动化，降低劳动强度及工作量。1.1.3 问题的分析以及解决方案当前传统钻床问题的存在主要在于自动化程度、生产效率、工作环境及产品质量。在生产过程中，手动的操作、繁锁的装夹、大量生产力的投入和单一的生产流程导致了钻床加工的自动化程度低、生产效率低、工作环境恶劣和产品质量不高，因此，我们要解决的问题在于如何实现钻床加工的自动化、减少生产力的投入生产和与其它工艺流程相结合，同时也要考虑经济问题。经过分析，我们可以从机构设计和控制系统两方面去考虑。通过对钻床机构的改造来实现自动化控制的要求，提高产品的加工精度及质量；通过导入先进的控制系统来进
14、行自动操控，从而实现自动化，便于导入到其它生产流程中去。为了解决问题和便于设计改造，我们将钻床分为传动系统、进给系统、夹紧系统、送料系统和控制系统五个部分，下面分别对各部分的问题提出解决方案：(1)传动系统 为满足改进后的加工及工作要求，在做出相应的计算后对传动系统进行改进和调整。(2)进给系统 传统的钻床主轴进给系统主要由主轴、主轴套筒、主轴套筒镶套、齿轮齿条和轴承等组成。主轴在加工时即要作旋转运动，也要作轴向的进给运动。机床主轴被装置在主轴套筒内，套筒放置在主轴箱体孔的镶套内，主轴上侧由花键连接。机床加工时，旋转运动由花键传入，而进给运动则由齿轮通过齿条带动套筒在镶套内运动。为了实现自动化控制的要求，主轴进给机构改进主要有：主轴旋转运动依然由电动机传入，而进给则由液压传动替代手动的齿条传动，通过液压控制系统来实现进给动作。(3)夹紧系统 传统钻床的夹紧主要是手工操作，由夹具夹紧工件。为了便于实现自动化控制，工件夹紧由夹具完成，动力源由夹紧液压缸导入，通过液压控制系统来实现夹紧动作的自动化。(4)送料系统 在生产过程中，钻床的送料主要由人工输入，这使得投入了大量的生产力，消耗了大量的工时，
