自动钻孔机说明指导书.doc
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1、摘 要针对圆柱孔进行专用钻机设计与建模,通过电机高速旋转,带动钻头,实现旋转运动,将电机安装在安装座上,气缸推动安装座,这样就可以实现直线运动,由于是通孔,因而气缸行程只要满足不不大于孔最大深度即可,因而需要设计专用夹具进行夹持。本文设计运用气缸带动V型块对圆柱零件进行定位夹紧,构造简朴易操作,本文重点对电机、气缸以及夹具进行分别计算与设计,涉及电机功率与选型、气缸缸径与行程计算、夹具夹紧与定位等,然后对该钻孔机进行建模与装配,完毕专用钻孔机设计。核心词:专用钻机;高速电机;气缸;三维建模ABSTRACTDesign and modeling dedicated rig for cylindr
2、ical bore,high-speed rotary motor,drive the drill to achieve rotational movement,the motor is mounted on the mount,pushing the cylinder mount,so you can achieve linear motion,because it is a through hole,Therefore,as long as the cylinder stroke is greater than the maximum depth of the hole can be,an
3、d therefore need to design special jig holding. This design driven by an air cylinder V-block clamp is positioned on cylindrical parts,simple structure,easy to operate,this article focuses on the motor,cylinder and fixture calculate and design,including the calculation and selection of electrical po
4、wer,the cylinder bore and stroke etc.,clamping fixture and positioning,and the drilling machine modeling and assembly,to complete special drilling machine design.Keyword:Three-dimensional modeling;special rig;speed motor;cylinder目录第一章绪论11.1本课题背景11.2非标自动化设备发展11.3设计和研究办法21.4本次设计任务:2第二章 工艺及方案设计42.1 圆柱体
5、钻孔机工作分析42.2 整机方案拟定42.2.1直线进给方案拟定42.2.2 总体设计方案拟定5第三章 机械机构传动计算63.1电机功率计算63.2进给气缸设计73.3 导轨选取113.3.1 导轨分类113.3.2导轨材料和类型选取133.3.3导轨额定载荷预算143.3.4导轨参数选取143.3.5滑动导轨计算143.3.6导轨润滑15第四章 夹具设计164.1 钻孔夹具164.1.1 问题指出164.1.2 夹具设计163) 切削力及夹紧力计算174.2夹紧气缸计算17第五章 钻孔机三维建模215.1 PROE简介215.2重要零件建模三维图225.2.1支撑架设计225.2.2 气缸建
6、模225.3 三维装配图23结 论25参照文献26致 谢27第一章绪论1.1本课题背景随着社会发展,科学进步,社会从原始时代,通过半自动时代,然后辗转到了,全自动时代。在这个科技迅速发展时代中,自动化普及化也迅速展开。当今工业生产中,用普通钻床钻孔已经是相称惯用办法了。在家电、手机、电脑、塑胶等古老劳动力居多公司中,普通钻床钻孔做占用时间占到至少八成【5】,当被钻孔材料为硬度高产品时所用掉是时间更多,况且,如今产品设计都很复杂,钻孔工位也是非常多,因而普通钻床钻孔在如今这样市场竞争环境中,在提高效率与利润上明显占尽劣势。因而从生产效率与自动化生产水平减轻劳动强度等方面来看设计与生产是时代与工业
7、发展必然产物。1.2非标自动化设备发展非标设备是没有原则可依,依照公司生产现状量身订制设备。A公司设备往往只能合用于A公司,不能批量生产复制到B公司。普通一台三十万人民币左右设备从客户提供需求、非标设备厂提供方案设计、双方讨论拟定方案、订立合同、出设计图、零部件加工、到设备组装验收需要两三个月时间。由于投入产出比太低,大型公司面对如此琐碎长周期小订单是不削一顾。但是这样项目,对于只有10几种人小公司,却有相称吸引力。一种销售和几种机械工程师、几种软件工程师小规模公司疯狂成长。国内非标公司很少有新创造、新创造、新应用。国内公司风行去国内外看展、参展一种重要目是发现新应用、新工艺、新技术。这种做法
8、从诸多方面来看是具备非常正面意义。她缩短了国内与发达国家设备差距水平,提高了工业当代化、农业当代化限度,从而减少了广大人们群众劳动强度。然而毋庸置疑是这种打着借鉴旗号抄袭严重减少了公司开发新技术、新应用热情;久而久之影响了国内自动化设备行业技术能力,使得核心永远掌握在欧美公司手中,落得咱们靠污染环境、出卖体力、拆房建房来发展经济,这是非常可悲一种事情。为了长远发展,咱们必要高度注重知识产权保护,让公司从研发当中得到长期稳定利益,非标设备行业特别需要保护知识产权。非标自动化市场将迅速增长,自动化产品运用深度持续增长。在这个领域,与发达国家相比国内整体水平上有10差距。新型非标自动化设备往往是机电
9、一体化设备,充分运用信息技术最新成果。中华人民共和国某些公司设计人员却对电子产品不熟悉,不敢或不会选用,大大限制了水平提高。但近来,非标自动化在江浙沪、珠三角、京津地区获得了很大应用,国内公司正在迎头赶上。尽管非标设备行业整体呈现一种显而易见上升趋势,即非标设备市场空间辽阔,甚至某些老式产业将也许成为潜力最大市场。但国内非标公司数量较多,规模较小,技术落后、竞争同质化也是明显缺陷,并且在这个领域与发达国家至少有10-差距。新型非标自动化设备往往是机电一体化设备,充分运用信息技术最新成果。中华人民共和国某些公司设计人员却对电子产品不熟悉,不敢或不会选用,大大限制了水平提高,而许多核心技术上也并没
10、有真正独立,依托设备进口其成本显然难如下降。当前,高品位产品依然重要由国外进口。按市场逻辑来看,增长市场空间可以提高公司技术研发水平和壮大公司规模,给公司提供良好发展机遇。但客观状况却与之相反,国内非标设备公司并没有走出低质低价恶性循环,仍旧在简朴模仿,并没有研发出自己特色产品、专利产品,没有积累更多资金用于公司发展。当前十几种人小作坊生产仍旧是非标设备业界主流形态,因而非标自动化依然有很大发展空间,非标设计依然有很大市场。1.3设计和研究办法(1) 本设计自动钻孔机构造设计框架本钻孔机分为三大模块,第一,旋转运动模组,运用电机高速旋转带动钻头,实现切削;第二,直线运动模组,运用气缸直线运动带
11、动钻头实现进给运动;第三,专用夹具设计,通过夹具定位和夹紧可以实现圆柱体定位。(2) 三维建模设计 通过PROE5.0三维软件对整个构造进行设计建模,并检查有无干涉状况发生。1.4本次设计任务:本设计以圆柱体锻件直孔为研究对象,设计一种自动化钻孔机,需要满足条件是在给定毛坯件直径为40mm,高为20mm圆柱体上钻10mm通孔,需要1分钟内完毕数量为50个,孔精度不高,并且是通孔。1、熟悉普通钻床工作原理,并设计出自动钻孔装置。2、熟悉气缸工作原理,对本课题伸缩气缸以及压紧气缸进行选型计算。3、对高速电机转速和功率计算,并计算切削力。4、完毕自动钻孔夹具设计。5、完毕自动化钻孔机三维建模设计以及
12、设计阐明书。第二章 工艺及方案设计2.1 圆柱体钻孔机工作分析圆柱体自动化钻孔机与普通钻床有所不同,由于圆柱孔精度较低,并且需要自动钻孔,不需要手动下压手柄,为了提高效率不需要通过减速就可以实现钻削,因而电机直接带动钻头就可以实现:(1)进给运动是钻头在钻削过程中实现垂直方向钻削,钻头一边旋转一边旋入孔内。(2)定位夹紧机构是将工件固定并定位,这样可以使得钻孔精确和迅速。(3)旋转钻孔机构是通过电机高速旋转带动钻头一起高速旋转。2.2 整机方案拟定2.2.1直线进给方案拟定可以上述运动直线运动有诸各种,重要有三种形式:(1)滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副具备传动无间隙,传动精度高且平稳长处。在非
13、标行业中采用较多,但是在Z向进给运动中有不能自锁缺陷3。(2)静压丝杠螺母副静压丝杠螺母副是通过油压在丝杠和螺母接触面之间,产生一层保持一定厚度,且具备一定刚度压力油膜,使丝杠和螺母由边界摩擦变为液体摩擦。静压丝杠螺母长处是:摩擦系数很小,其起动力矩很小,传动敏捷,避免了爬行。油膜可以吸振,提高了运动平稳性。机床加工精度和光洁度高。缺陷是:静压丝杠螺母副应有一套供油系统,并且对油清洁度规定高,如果在运动中供油突然中断,将导致不良后果。(3)齿轮齿条副 重载荷不适当采用丝杠传动,由于制造长丝杠成本较大,并且容易下垂弯曲,影响传动精度;同步也减少了扭转刚度与轴向刚度。 齿轮齿条副传动用于行程较长设
14、备上,可以得到较大传动比,进行高速直线运动,刚度及机械效率也高。但其传动不够平稳,传动精度不高,并且还不能自锁。采用齿轮齿条副传动时,必要采用办法消除齿侧间隙,当传动负载小时,也可采用双片薄齿轮调节法,分别与齿条齿槽左、右两侧贴紧,从而消除齿侧间隙。当传动负载大时,可采用双厚齿轮传动构造。齿轮齿条长处是承载大,中档移动速度,但也有对安装规定,需要为齿条预留间隙,定位精度不高,需要弥补磨损,而滚珠丝杆传动长处是承载小,移动速度快,安装构造,定位精度高,速度快,但磨损需要进行调节,且Z向不能自锁,由于是针对小零件钻削,切削力规定小并且容许进给速度大,因而为了简化设计,可以选取气缸作为进给执行机构。
15、 2.2.2 总体设计方案拟定1-进给气缸 2-导轨 3-高速旋转电机 4-动V型块 5-压紧气缸 6-底板7-静V型块 图2-1 整体方案图如图2-1所示,先将零件放到夹具机构V型块7槽中,然后气缸5推动动V型块移动,将零件压紧,在伸缩气缸1推动下,安装在垫板上电机在导轨作用下被推动到钻孔位置,同步电机3高速旋转,通过钻头旋入可以不断钻削,由于是通孔,因而可以防止铁屑堵住孔。当孔钻穿后气缸1回程,导轨座在气缸作用下上升,因而电机也跟着回程。,气缸5回程, V型块松掉,取下已加工好零件然后放入待加工圆柱零件。第三章 机械机构传动计算本设计重要动力为高速旋转电机,电机轴需要承受切削时所产生负载力
16、矩以及提供转速,下面对电机功率与转速进行计算。3.1电机功率计算钻床切削力计算涉及钻床主轴转矩计算和主轴轴向切削力计算。由于加工材料为锻件,钻头为高速钢麻花钻,加工方式为钻孔,因此查机床夹具设计手册得:钻床转矩计算公式如下: (3-1)式中, 切削力矩(NM) 钻头直径(mm) 每转进给量(mm) 修正系数 轴向切削力计算公式如下:(3-2)式中, 轴向切削力(N) 钻头直径(mm) 每转进给量(mm) 修正系数已知被加工材料为锻件,取=980MPa,D=10mm,=0.5mm,因此可分别计算出切削转矩和轴向切削为:=2.4N.m=765 N轴惯用材料有碳钢和合金钢。普通来说碳钢比合金钢价格低
17、廉,相应力集中敏感性低,可通过热解决改进其综合性能,加工工艺性好,应用广泛。而合金钢虽然机械性能和淬火性能优于碳钢,但其价格较贵,普通用于强度和耐磨性规定高场合。 综合以上设计规定及因素,钻床主轴材料选用45号钢,经调质解决后HB要达到240左右。其机械性能参数如下:b=650MPa;s=360MPa;-1=300MPa;-1=155MPa;-1b=60MPa;T=35MPa。由金属切削原理可知,主轴切削功率计算公式为:N 式中:n主轴固定转速(r/min),暂取n=1440r/min。 切削力矩(NM)将以上数值代入公式中可计算出功率=3.66KW考虑到螺纹连接传动效率(查得为0.95),因
18、此可计算出钻床主轴要传递功率P为:P=/0.95=3KW选取电机功率为4KW,转速为1400r/min电机。3.2进给气缸设计为了提高加工效率,需要对钻头位置和工件初始位置做一种设定,假定初始位置钻头与工件垂直距离l=40mm。估算要驱动负载大小为20KG(涉及电机重力以及钻孔时反向轴向力之差),考虑到气缸未加载时实际所能输出力,受气缸活塞和缸筒之间摩擦、活塞杆与前气缸之间摩擦力影响。在研究气缸性能和拟定气缸缸径时,惯用到负载率: (3-3)由液压与气压传动技术可得下表3-1:表3-1 气缸运动状态与负载率阻性负载(静负载)惯性负载运动速度v已知电机转速n=1r/min,每转进给量f=0.5m
19、m,可以计算出运动速度v=100mm/s,因而取=0.5,因此实际气缸缸负载大小为: (3-4)(1) 气缸内径拟定:(2) 表3-2为气缸内径拟定公式。表3-2 气缸内径计算公式项目计算公式缸径双作用气缸推力单作用气缸拉力计算D=38.89mm式中:F为气缸输出拉力;P 为气缸工作压力。按照GB/T2348-1993原则进行圆整,取D=40mm(2)活塞杆直径拟定,由d=0.3D 估取活塞杆直径 d=12mm。表3.3为活塞杆直径系列表。表3.3活塞杆直径系列 (mm)45681012141618202225283236404550566370809010011012514016018020
20、0220250280320360400(3)缸筒长度拟定:缸筒长度S=L+B+30,L为活塞行程,B为活塞厚度:B=(0.6-1.0)D=32mm (3-5)由于气缸行程L=50mm ,因此有:S=L+B+30=112mm (3-6)导向套滑动面长度A:滑动面长度A,在D80mm时, 可取A=(0.6-1.0)d。因此A=32mm。最小导向长度H:依照经验,当气缸最大行程为L,缸筒直径为D,最小导向长度为:代入数据 即最小导向长度H为20 mm活塞杆长度:l=L+B+A+H=50+32+32+20=134mm (3-7) (4)气缸筒壁厚拟定由液压气动技术手册可查得气缸筒壁厚能依照薄避筒计算公
21、式进行计算:式中:缸筒壁厚(m)D缸筒内径(m)P缸筒承受最大工作压力(MPa)缸筒材料许用应力(MPa)。实际缸筒壁厚取值:对于普通用途气缸约取计算值7倍;重型气缸约取计算值20倍,再圆整到原则管材尺码。参照液压与气压传动缸筒壁厚强度计算及校核,咱们缸体材料选取45钢, n为安全系数 普通取 n=5; 为缸筒材料抗拉强度(Pa) P缸筒承受最大工作压力。(当工作压力时,P=1.5p;当工作压力时,P=1.25p。由此可知工作压力为0.4 不大于16 ,P=1.5p=1.50.4=0.6参照下表3.4,选用气缸筒壁厚圆整取3 mm。表3.4 气缸筒壁厚 (mm)(5)活塞杆校核由于所选活塞杆长
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