畢業(yè)設計--三分孔半自動加工機設計

1、<p>　　題 目：三分孔半自動加工機設計</p><p>　　專 業(yè)：機械設計制造及其自動化</p><p>　　學 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師：xx </p><

2、;p><b>　　學習中心： </b></p><p>　　2012年 06月 07日</p><p>　　題目 三分孔半自動加工機設計 </p><p><b>　　指導教師</b></p><p>　　評 語

3、 </p><p>　　是否同意答辯 過程分(滿分20) </p><p>　　指導教師 (簽章)</p><p><b>　　評 閱 人</b></p>&

4、lt;p>　　評 語 </p><p>　　評 閱 人 (簽章)</p><p>　　成 績 </p><p>　　答辯委員會主任

5、 (簽章)</p><p>　　年 月 日 </p><p>　　畢 業(yè) 設 計 任 務 書</p><p>　　題 目 三分孔半自動加工機設計 </p><p>　　題目

6、類型：工程設計 √ 技術專題研究 理論研究 軟硬件產(chǎn)品開發(fā)</p><p><b>　　設計任務及要求</b></p><p>　　1．針對燃氣減壓閥鋅合金基體設計一款三分孔半自動加工機。 </p><p>　　2．成本低。

7、 </p><p>　　3．工人勞動強度低。 </p><p>　　4．調機、換刀、檢修方便，減少因調機而造成的停機時間。 &l

8、t;/p><p>　　5．排屑順暢，防止切屑對運動部位造成卡滯，保證加工尺寸穩(wěn)定。 </p><p>　　6．效率高，每小時加工產(chǎn)品不小于300件。 </p><p>　　7．結構簡單，使用可靠，使用成本低。

9、 </p><p>　　8．同時兼容六分孔加工。 </p><p>　　應完成的硬件或軟件實驗</p><p>　　1．進給力試驗，氣缸選擇時的依據(jù)。

10、 </p><p>　　2．驅動電機功率試驗，電機選擇時的依據(jù)。 </p><p>　　3．裝機、調試、試機驗證。 </p><

11、;p>　　應交出的設計文件及實物（包括設計論文、程序清單或磁盤、實驗裝置或產(chǎn)品等）</p><p>　　三分孔半自動加工機設計說明書及部分圖紙。 </p><p>　　指導教師提供的設計資料</p><p>　　1．

12、 </p><p>　　2． </p><p>　　3．

13、 </p><p>　　要求學生搜集的技術資料（指出搜集資料的技術領域）</p><p>　　1．機械設計手冊 </p><p>　　2．機械設計師手冊

14、 </p><p>　　3．電氣工程師手冊 </p><p>　　4．MISUMI FA工廠自動化用零件

15、 </p><p>　　5．微型電機資料、氣動技術資料、控制技術資料 </p><p><b>　　設計進度安排</b></p><p>　　第一部分 方案設計、先期試驗，確定設計方案和關鍵外購件 （ 2

16、周）</p><p>　　第二部分 繪制3D裝配圖，確定主要零部件并安排外購件采購。 （ 2 周）</p><p>　　第三部分 完成全部零部件及相關工程圖，并外發(fā)加工。 （ 2 周）</p><p>　　第四部分 裝機、調試、試機驗證。 （ 1 周）</p>

17、<p>　　第五部分 技術文件完善、整理、移交，完成畢業(yè)設計。 （ 1 周）</p><p>　　評閱或答辯 （ 周）</p><p>　　指導教師： 年 月 日</p><p><b>

18、　　學院審查意見：</b></p><p>　　審 批 人： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　第1章 前 言1</p><p&g

19、t;　　1.1 燃氣高壓氣路的快速聯(lián)接接口1</p><p>　　1.2 零件的加工要求2</p><p>　　1.3 設計調研:企業(yè)三分孔加工現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4 SolidWorks設計軟件簡介3</p><p>　　1.5 MISUMI FA工廠自動化用零件介紹4</p><p>

20、;　　第2章 方案設計5</p><p>　　2.1 動力軸頭方案5</p><p>　　2.2 三爪卡盤方案5</p><p>　　2.3 直線導軌氣驅動方案5</p><p>　　2.4 直線導軌電驅動方案6</p><p>　　2.5 方案優(yōu)選6</p><p>　

21、　第3章 主要結構設計7</p><p>　　3.1 電機的選擇7</p><p>　　3.2 刀架組件與鉆孔參數(shù)8</p><p>　　3.3 直線導軌的選擇9</p><p>　　3.4 單軸組件與鉆孔試驗11</p><p>　　3.5 微動進給部分與進給力試驗13</p>

22、<p>　　3.6 機架床身部分19</p><p>　　3.7 定位夾緊部分22</p><p>　　3.8 切屑防護部分25</p><p>　　3.9 整機結構與物料清單26</p><p>　　第4章 控制部分29</p><p>　　4.1 控制流程29</p>

23、<p>　　4.2 控制電路29</p><p>　　4.3 控制氣路30</p><p><b>　　結 束 語32</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p><b>　　參考文獻35</b></p>

24、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　燃氣減壓閥基體沿圓周方向均布三個臺階孔(簡稱為三分孔)，用于容納鋼珠，與彈簧和卡圈組成高壓氣路快速卡口聯(lián)接結構。 本文設計加工三分孔的半自動化專用機器。</p><p>　　企業(yè)一臺舊的三分孔加工機，采用三爪卡盤改造而成，存在較多問題，主要是工人勞動強度大，調機換刀不方便，切屑時常進入卡盤軌道

25、，造成進刀不暢或者進刀不到位從而孔深度尺寸不良，圓皮帶時常斷帶，換帶換刀不夠方便， 由于故障多所以效率低。</p><p>　　為解決舊機的這些問題，新設計采用直線導軌替代三爪卡盤進行導向。采用氣動進刀以降低工人勞動強度，同時便于實現(xiàn)自動化。三個微型電機分別直接驅動三刀軸，取消傳動皮帶解決斷帶頻發(fā)故障。設計微調機構以方便精確調機。增加排屑與防護以解決切屑卡滯?？刂粕辖o出啟動信號后上部的夾緊氣缸先行動作，到位后進刀

26、氣缸開始動作，到位后稍加延時再快速退刀，人工取放料。 </p><p>　　本文對其中方案設計、主要結構設計、電氣控制系統(tǒng)設計進行研究探討。 該機經(jīng)過一年多的使用驗證，結構合理，簡單實用，可靠性好，調試方便，實現(xiàn)了預期的設計目標。</p><p>　　關鍵詞：三孔，自動，加工機，設計</p><p><b>　　Abstract</b><

27、/p><p>　　L.P.G. Regulator body has three stepped hole along circle direction, for holds balls, and add a spring and a retainer forms Quick coupling connection structure. This thesis mainly illustrates a dedicat

28、ed machine for drilling the three holes.</p><p>　　A factory has a old three holes processing machine, used 3-jaw self-centering chuck transformation structure, here are more problems, mainly workers in labor

29、-intensive, machine-tool change is not convenient, chips often enter the orbit of the chuck, caused into tool does not go smooth or into tool does not in a precise place to hole depth size bad, and round belt often broke

30、n belt, belt change and tool change is not convenient enough, due to fault more so efficiency low. </p><p>　　For solution these problem of old machine，new design has used pneumatic feed to reduced workers la

31、bor intensity and easy implementation automation, three micro motors respectively directly drive three tool axes, cancel drive belt solution broken with frequency made fault. Design fine-tuning institutions to easy accur

32、ate adjustable machine, increased chip removal and protection to resolve the stop caused by cut chip. Control system gives the start signal, the upper clamping cylinder first action,</p><p>　　This article is

33、 the design of these plans, the main structure and 3D assembly drawing, electrical control system design study. After more than a year validation, the machine has reasonable structure, simple and practical, good reliabil

34、ity, convenient adjustment and maintain, and achieving the desired design goals.</p><p>　　Key words: three hole, automatic, drilling machine, design</p><p><b>　　第1章 前 言</b></p&g

35、t;<p>　　1.1 燃氣高壓氣路的快速聯(lián)接接口</p><p>　　圖1-1是低壓氣路（通常低于0.8MPa）常用的一種直接嵌入聯(lián)接調速接頭，標準外徑的軟管插入接頭后由7彈性體襯套密封，8鎖定卡爪形成倒扣防脫，9釋放環(huán)壓下后可以釋放倒扣，用于拆分。但氣壓超過0.8MPa后防脫結構就不可靠了。</p><p>　　圖1-1 調速接頭</p><p&g

36、t;　　圖1-2是北歐市場常見的一種L.P.G.燃氣減壓閥與鋼瓶的直接嵌入聯(lián)接結構。采用三粒鋼珠周向均布的結構在2 MPa下足夠安全。采用六粒鋼珠周向均布的結構我們在3 MPa氣壓下水中試驗未見漏氣等異常。</p><p>　　圖1-2 L.P.G.燃氣減壓閥與鋼瓶的快速聯(lián)接結構</p><p>　　聯(lián)接安裝時用手克服復位彈簧的力將接合卡圈拉起來，鋼珠被釋放，減壓閥基體就可以相對于鋼瓶閥

37、做軸向移動，進而完成裝入聯(lián)接或分離取下的動作。裝入時需用力下按減壓閥基體，克服密封圈的彈力，當鋼珠嵌入鋼珠環(huán)槽后再松開接合卡圈，在復位彈簧的作用下接合卡圈收緊鋼珠卡住鋼瓶閥，由于密封圈受到壓縮從而產(chǎn)生有效密封。</p><p>　　本文將對減壓閥基體周向三均布孔（簡稱三分孔）加工專機（兼容六分孔）進行設計。</p><p>　　1.2 零件的加工要求</p><p&g

38、t;　　圖1-3 為燃氣減壓閥基體三分孔加工工序圖 (為保證可靠性、安全性、有些產(chǎn)品采用周向六孔均布)。</p><p>　　圖1-3 燃氣減壓閥基體三分孔加工工序圖</p><p>　　由圖1-3可知4個加工尺寸均為品質控制重要尺寸。這些尺寸超差可能會導致聯(lián)接松弛，高氣壓條件下甚至漏氣。或者導致密封圈的壓縮量太大，手感太重壓不下去，無法完成聯(lián)接。</p><p>

39、　　圖1-3中給出的公差范圍均比較寬松，易于實現(xiàn)。但是作為一臺專用設備，需要長期穩(wěn)定可靠地保持加工精度。進給運動的精度、回轉運動的精度、床身與定位的鋼度、進給方向的微調機構是保證尺寸精度的關鍵。</p><p>　　1.3 設計調研:企業(yè)三分孔加工現(xiàn)狀</p><p>　　某大型臺資企業(yè)，采用專機加工三分孔：結構上采用三套液壓動力軸頭，單獨另配一臺小型液壓站。三臺獨立的交流電機500W，

40、380V，1370rpm。電機體型較大，位于動力軸上，V帶傳動。為便于下部排容屑，床身較高，工人站立操作。產(chǎn)能約250PCS/H。此機工作穩(wěn)定，可靠。此機的前身曾為氣動進刀，但進刀深度控制不好，后來作了改進。此機成本較高，源自臺灣專業(yè)的設備廠制造。</p><p>　　某成長型小私企，也是采用專機加工三分孔: 專機用三爪卡盤改造而成?？ūP水平安放在工作臺板上，在三個卡爪上分別安裝三套刀架， 卡盤的鑰匙孔通過鏈傳動

41、裝置延伸到進給手輪?？ūP中央嵌入工件定位柱，定位柱上面通過龍門框安裝有手壓鉗，以便對產(chǎn)品進行夾緊。一臺0.75KW、900rpm、380V的交流電機通過V帶將動力傳給后側刀軸，再通過圓皮帶和惰輪將動力分配到另外兩個刀軸 。此機存在較多問題，主要是工人需要不停地快速轉動操作手輪完成進退刀，勞動強度較大；調機換刀不方便;受制于不大的卡盤中孔，加之無防護，切屑時常進入卡盤軌道，造成進刀不暢或者進刀不到位從而孔深度尺寸不良，且圓皮帶時常斷皮帶,

42、換刀換皮帶也較多不便， 由于故障多導致效率低。品質也不夠穩(wěn)定。每工作一段時間需要停機手動排除集屑。隨著生產(chǎn)任務的增加，此工序已經(jīng)成為屏頸，急需改善。本文原為解決這些問題而設計。</p><p>　　1.4 SolidWorks設計軟件簡介</p><p>　　SolidWorks是美國SolidWorks公司開發(fā)的基于Windows操作系統(tǒng)為平臺的設計軟件。</p><

43、;p>　　SolidWorks易學易用，具有高效的、簡單的實體建模功能。 可以象Windows操作那樣拖放、點擊、剪切、粘帖。</p><p>　　零件設計、裝配設計和工程圖之間的是全相關的，隨時可以方便地查看各種尺寸，并對設計尺寸進行修改，三維模型會自動更新。</p><p>　　SolidWorks集成強大的輔助功能，使我們在產(chǎn)品設計過程中可以方便地進行三維瀏覽、運動模擬、受力分

44、析。</p><p>　　用戶可以直接調用標準件，并將標準件裝配到產(chǎn)品中去，通過生成型腔特征可以輕松地得到相關的安裝孔，通過干涉檢查可以提早發(fā)現(xiàn)比如螺釘頭與零件存在干涉的地方并提早改善。不論是零件圖、裝配圖還是工程圖，即點即現(xiàn)各相關尺寸。這些極大地提高了設計效率和設計的準確性。</p><p>　　SolidWorks高效的工程圖功能，可以直接導出為DWG格式、PDF格式或JPG圖片。&l

45、t;/p><p>　　在SolidWorks軟件條件下，設計和繪圖已經(jīng)是兩個截然不同的概念。</p><p>　　本文的設計工作主要基于SolidWorks軟件完成。</p><p>　　1.5 MISUMI FA工廠自動化用零件介紹</p><p>　　總公司株式會社MISUMI， 1963年于日本成立。MISUMI自2003年10月在中國成

46、立了三住精密機械有限公司，后于2007年9月更名為米思米(中國)精密機械貿(mào)易有限公司 ，總部設立在上海。開始沖壓模具標準件的業(yè)務、FA標準件、塑料模具標準件、機械加工工具、電氣配線的業(yè)務。</p><p>　　MISUMI的商品品質保證率達到99.97%。同時以極具競爭力的價格提供世界一流的品質。目錄上所標記的交貨期是與客戶的約定。交貨期嚴守率達到99.98%。</p><p>　　一本M

47、ISUMI FA工廠自動化用零件，涵蓋自動化產(chǎn)品機械零件的絕大部分。包括導向軸、直線軸承與聯(lián)接件，直線導軌與滑軌，滾珠絲杠，聯(lián)軸器，輸送機，同步帶與皮帶輪，定位件與夾鉗，精密滑臺，標準件與小五金，彈簧與緩沖器，塑膠板，鋁型材，機器腳輪與操作手柄，配管與接頭，氣缸與附件。 MISUMI已經(jīng)將機械零件形成了事實上的規(guī)格標準。很多公司都在仿照MISUMI FA的標準規(guī)格生產(chǎn)各種機械零件并在五金機械市場售賣。</p><p&

48、gt;　　通過直接選擇MISUMI FA工廠自動化用零件，可以直接下載其三維零件完成裝配設計。并且在給定的交期內收到零件并進行組裝調試，不用擔心零件加工不出來、不用花時間尋找加工代理商、不用擔心零件品質或因返修而延誤項目開發(fā)進度、不用擔心零件無法實現(xiàn)。而修改設計。</p><p>　　MISUMI FA工廠自動化用零件，不但有商品化的零件，更有零件的選用指導，適用條件。</p><p>　

49、　因為MISUMI的目錄手冊是贈送的，所以得以較好的推廣。而我們國內還沒有類似齊全的產(chǎn)品標準手冊。</p><p>　　MISUMI FA工廠自動化用零件唯一的不足:價格稍貴。價位通常是五金機械市場中檔產(chǎn)品價位的2倍。但是對于單件生產(chǎn)的設計開發(fā)工作來講，縮短了開發(fā)時間就意味著節(jié)約了開發(fā)經(jīng)費。</p><p>　　本文中未指明的選用件均為MISUMI FA工廠自動化用零件。</p>

50、;<p><b>　　第2章 方案設計</b></p><p>　　2.1 動力軸頭方案</p><p>　　此方案借鑒臺資企業(yè)的成熟結構: 采用三套液壓驅動的動力軸頭，實現(xiàn)刀具進給與退刀運動。單獨另配小型液壓站。三臺獨立的交流電機500W，380V，1370rpm。電機體型較大，位于動力軸上部，通過V帶傳動實現(xiàn)鉆孔動作。床身主體為800mm的筒狀結

51、構，下部排容屑，床身較高，工人站立操作。產(chǎn)能約250PCS/H。該方案工作穩(wěn)定，可靠。此機成本較高，員工站立操作，不夠方便，勞動強度稍大。</p><p>　　2.2 三爪卡盤方案</p><p>　　此方案在三爪卡盤改造結構機上做改進?？ūP水平安放在工作臺板上，在三個卡爪上分別安裝三套刀架， 卡盤的鑰匙孔通過鏈傳動裝置延伸到進給微型減速電機?？ūP中央嵌入工件定位柱，定位柱上面通過龍門框

52、安裝壓緊氣缸，以便對產(chǎn)品進行夾緊。 三臺交流電機布置于刀軸上部，通過同步帶將動力傳給刀軸。沿卡盤孔安置錐狀集屑筒，對電機導軌部分進行切屑防護 。</p><p>　　此方案改善了一些問題，最主要的是工人勞動強度減小了。</p><p>　　該方案仍然存在一些問題:調機換刀不方便；受制于不大的卡盤孔，切屑排出不方便，仍需要停機排屑。因為刀軸和電機疊置，單軸系統(tǒng)較高。防護罩較高，外觀不夠協(xié)調美

53、觀，員工取放工件也不夠方便，會影響工作效率。</p><p>　　而且三爪卡盤上面安裝刀軸后再裝電機會形成頭重腳輕的結構，風險大，不可靠。</p><p>　　2.3 直線導軌氣驅動方案</p><p>　　此方案選用直線導軌為三刀軸導向，采用氣缸驅動刀軸進給，采用微動機構控制鉆孔深度，采用氣缸調速達到穩(wěn)定動作。刀軸借用成熟結構。方管焊接機架，下部空出用于放置集屑

54、膠框。機架上置工作臺板，作為相關零部件的安裝基礎。臺板正中開約300mm的孔，用于排屑。底板過孔置橫梁，用于安裝定位塊，上部置龍門框，用于安放夾緊氣缸。刀架上安裝防護罩以防止切屑任意甩出并保護各運動部位。另置電控箱用于安裝電氣控制元件。</p><p>　　該方案基于工廠已有方便的氣源。否則需另配小型氣站。</p><p>　　2.4 直線導軌電驅動方案</p><p

55、>　　在上述2.3方案的基礎上不用氣動系統(tǒng)，采用步進電機加滾珠絲杠配合直線導軌實現(xiàn)進退刀。電氣系統(tǒng)需配步進電機控制器、甚至需要用于調試維護的軟件系統(tǒng)和指示系統(tǒng)。</p><p><b>　　2.5 方案優(yōu)選</b></p><p>　　將上述各方案列表，預估各部件成本，得到方案選擇表：</p><p>　　表2-1 方案選擇表</

56、p><p>　　方案1和方案4需請外援，將大幅增加開發(fā)費用以及后期的使用維護費用，出于成本的考慮，結合表2-1綜合評估，方案3將是最優(yōu)方案。</p><p>　　接下來，將對方案3進行結構方案的細化。</p><p>　　第3章 主要結構設計</p><p>　　3.1 電機的選擇</p><p>　　選擇方法：根據(jù)方

57、案調研資料進行對比初選，通過實驗驗證進行確認。</p><p>　　前述調研資料有講到三爪卡盤改造機采用一臺0.75KW、900rpm、380V的交流電機通過V帶將動力傳給后側刀軸，再通過圓皮帶和惰輪將動力分配到另外兩個刀軸，按第一級V帶傳動效率為95%，第二級圓皮帶松傳動(聚安脂簡易熱粘合) 按效率為80%估算單軸功率：</p><p>　　P=0.75x0.95x1/3x80%=0.1

58、9KW</p><p>　　190KW只表明馬達功率足夠，并不表示最佳。</p><p>　　如果電機功率不足，將會降低整機效率，表現(xiàn)在出力不足可能卡刀，必須調慢進給速度，效率可能達不到設計要求。減小電機功率有助于節(jié)能，降低生產(chǎn)成本。解決問題的方法只能靠實驗。</p><p>　　查閱雨田電機(http://www.ytmdw.com/cpxx/78.html)選型

59、資料，發(fā)現(xiàn)微型電機超過120W以后，體積增加了很多，但出力增加卻很少：</p><p>　　200W基體尺寸:104x104x187，最大轉矩(起動轉矩):3.8N.m</p><p>　　120W基體尺寸:90x90x141(前者的56%)，最大轉矩(起動轉矩):3.2N.m(前者的84%)</p><p>　　5IK120A-UF交流電機轉矩大，電流小，用作初選

60、，技術參數(shù)見圖3-1：</p><p><b>　　圖3-1 馬達特性</b></p><p>　　3.2 刀架組件與鉆孔參數(shù)</p><p><b>　　圖3-2 刀架組件</b></p><p><b>　　圖3-3 刀具圖</b></p><p>

61、;　　刀架組件（圖3-2）直接借鑒舊機三爪卡盤方案中采用的成熟結構。軸承的預緊采用預壓O環(huán)產(chǎn)生一定的彈性來解決，以應對溫度變化產(chǎn)生的問題,簡單有效。</p><p>　　松開4個M6螺釘，整個刀架組件及聯(lián)軸器一部就可取下來，這對于換刀維護相當便利，而舊機是在刀桿下方設置聯(lián)接螺釘?shù)模仨毑鹣庐a(chǎn)品定位才能換刀調節(jié)進刀深度，極為不便。</p><p>　　預設鉆孔加工為5秒，空行程與退刀各約1秒

62、，取放零件預定約3秒，完成一個零件加工周期約10秒,則整機效率為:</p><p>　　η=3600/10=360PCS/H ≥ 300 PCS/H</p><p>　　根據(jù)零件圖2-3零件加工孔深尺寸，以及圖3-3刀具刃口尺寸，有效鉆孔行程≥4.1mm，取實際鉆孔行程為4.4mm ,進刀速度為：</p><p>　　V刀=4.4÷5=0.88mm/s&

63、lt;/p><p>　　按空行程為1秒,則總進刀行程為5.28mm。</p><p>　　電機轉速為1300rpm,每轉進給量為:</p><p>　　SF= V刀÷（1300÷60）=0.88÷21.67=0.04mm</p><p>　　極限情況,刀具斜刃3.3mm和直刃0.7mm同時參與切削， 切削刃口最大長度

64、:</p><p>　　L=（3.3+0.7）x2=8mm</p><p><b>　　切削斷面尺寸:</b></p><p>　　A= SF x L=0.04x8=0.32mm2</p><p>　　按3#壓鑄鋅合金材料抗壓強度為415MPa計算，作用在刀刃上的平均阻力為：</p><p>　　

65、F=415x0.32=133N</p><p><b>　　最大阻扭矩為：</b></p><p>　　M=133x3.25=432N.mm=0.43 N.m</p><p>　　此轉矩遠小于120W電機的額定轉矩（0.87N.m），遠小于起動轉矩（3.2N.m），且由于每10秒中只有5秒鐘鉆孔，相當于間歇工作，不會因為功率不足而異常發(fā)熱，所以

66、理論上120W的電機是合適的。</p><p>　　3.3 直線導軌的選擇</p><p>　　導向裝置為刀具進給提供直線運動導向，其上將安裝刀架與電機，主要承受鉆孔反作用扭矩。</p><p>　　經(jīng)過結構設計和分析, 使用直線導軌比直線軸承結構更緊湊、簡單、可靠。 所以選用直線導軌作導向。</p><p>　　直線導軌的行程≥總進刀行程

67、5.28mm</p><p>　　由導向裝置直接影響鉆孔精度，并作為刀架電機的安裝基礎，所以選型宜往大選，以確保結構的可靠性。初選微型直線導軌：SE2BWMZ16-230，滑軌加寬型，滑塊加寬微預壓，可互換，參數(shù)見圖3-4。</p><p>　　圖3-4 直線導軌</p><p>　　直線導軌受其上安裝零件的重力： Co=72N﹤﹤8.5KN</p>

68、<p>　　刀軸垂直平面的鉆孔反作用扭矩：MC=0.43N.m﹤﹤148N.m</p><p>　　刀尖和進刀推力作用點可能不同軸產(chǎn)生的附加力矩：設進刀推力作用點作用于在電機邊緣，此時偏心量最大，為45mm，進刀力由3.4節(jié)進給力試驗得到為250N,產(chǎn)生的力矩：</p><p>　　MA=250x45=11250N.mm=11.25N.m﹤40.2N.m</p>

69、<p>　　設計結構上沿刀軸方向對稱布局，從而保證：</p><p>　　MB=Fx0=0 N.m﹤43.6N.m</p><p>　　以上需要進行單軸鉆孔試驗進行綜合驗證。另外減小進刀推力作用點和刀軸間的偏心量，有助于降低MA,從而提高整機可靠性。</p><p>　　3.4 單軸組件與鉆孔試驗</p><p><b>

70、;　　圖3-5 聯(lián)軸器</b></p><p>　　根據(jù)刀軸尾部結構尺寸和電機軸端尺寸，選定柔性聯(lián)軸器為MCO34-12-14。</p><p>　　把基板安裝到直線導軌上，再將電機和刀架組安裝到基板上，就得到了單軸組件,如圖3-6。</p><p><b>　　圖3-6 單軸組件</b></p><p>&

71、lt;b>　　圖3-7 基板重量</b></p><p>　　完成了單軸組件的設計，指定零件材料后就可以通過SolidWorks軟件很輕松地得到導軌上安裝的主要零部件的總重量7.2kg。圖3-7顯示了基板重量2kg。</p><p>　　對于效率參數(shù)，電機功率， 需要先進行試驗驗證，以確保整機的品質。完成了單軸組件，就可以進行單軸鉆孔試驗，以確認電機功率、直線導軌以及其它

72、設計是可靠的。</p><p>　　試驗1，單軸組件可靠性試驗：將單軸組件安裝在基板上，推動單軸組件進刀，模擬鉆孔加工，試驗發(fā)現(xiàn)，鉆孔過程很好，精度良好，效率較高，加工中未見其它異常，從而驗證了對其它部件的選擇是合適的。存在的主要問題是僅憑人手10kgf推力，不能保證在5秒內完成加工，最長到8秒左右完成，前3秒進刀稍慢，后來則稍快，主要是人手不能控制進給速度。所以，控制進給速度，保證足夠的進給力和平穩(wěn)進刀將是后面

73、設計要解決的關鍵問題。</p><p>　　3.5 微動進給部分與進給力試驗</p><p>　　進給力太小，直接影響每轉進給量，進而會導致效率降低，達不到設計要求。為確保設計可靠，需先進行試驗測定。</p><p>　　試驗2，進給力試驗：在臺鉆上進行，將用過的舊刀具裝在鉆夾頭上，手動進刀， 模擬鉆孔加工，并要求在5秒內完成鉆孔加工， 經(jīng)估測，作用在鉆床手柄上的

74、力為5.5kgf， 克服臺鉆手柄復位彈簧的作用力為0.5 kgf，臺鉆手柄的增力比為300mm/60mm，于是求得刀軸上的進給力不小于：</p><p>　　Fmin=5x300/60=25 kgf≈250N</p><p>　　控制進刀速度，保證平穩(wěn)鉆孔，一方面通過節(jié)流調速接頭(見圖2-1)實現(xiàn)，另方面，通過微動機構實現(xiàn)。</p><p>　　微動機構可以采用杠桿

75、式，將氣缸的大行程(38mm)轉化成刀軸的短行程(5.28mm)。由于布局結構上的原因，杠桿式結構復雜，零件多，銷軸受力狀況不好。所以采用了斜楔機構，同樣達成上述目的，結構大為簡化， 有助于提高整機可靠性。楔塊(見圖3-8)楔角:</p><p>　　a=arctg(5.28÷38)=7.9°≈8°</p><p>　　楔槽中安置凸輪軸承隨動器(見圖3-9)，

76、有助于降低運動阻力，減小磨損， 提高整機可靠性和壽命。</p><p><b>　　圖3-8 楔塊</b></p><p>　　圖3-9 凸輪軸承隨動器型號參數(shù)</p><p>　　圖3-10 凸輪軸承隨動器負荷參數(shù)</p><p>　　采用斜楔機構后所需的氣缸推力：</p><p>　　F≥25

77、0x tg(8)=35N</p><p><b>　　氣缸速度：</b></p><p>　　V缸=V刀 ÷tg(8)=0.88÷tg(8)=6.26mm/s</p><p>　　表3-1 氣缸出力表(單位：kgf)</p><p>　　據(jù)上選定缸徑為16mm(10kgf，有較大裕量，有助于提高可靠

78、性，可以通過調整氣缸氣壓達到一個理想的出力)，標準行程為45mm，帶磁性開關，帶調速接頭的SMC低速氣缸CJ2XB16-45-A72S-A，配調速氣口2 個AS1201F-M5-06-5-X250，配1個磁性開關A72。氣缸尺寸見圖3-11。</p><p>　　沿楔塊進給方向設置M6限位螺釘，用于調節(jié)氣缸進刀位置。由于斜楔機構的作用，螺釘每調節(jié)90°轉角，相當于調節(jié)氣缸行程0.25mm，對應調節(jié)進刀量

79、：</p><p>　　△=0.25x tg(8)=0.035mm</p><p>　　從而實現(xiàn)對孔深的精確調整。即使存在M6螺紋配合間隙，調整鎖緊后孔深尺寸也能保持穩(wěn)定。</p><p>　　氣缸與楔塊的聯(lián)接采用浮動接頭（圖3-12）過渡，以消除二者運動軸線不重合對氣缸產(chǎn)生的附加載荷，可以減小氣缸的異常磨損，延長氣缸的使用壽命，提高整機可靠性。</p>

80、;<p>　　圖3-11 進給氣缸尺寸</p><p>　　圖3-12 浮動接頭</p><p>　　氣缸安裝板（見圖3-13）受到100N氣缸推力后強度剛度校核，最大應力28Mpa（見圖3-14），最大變形0.04mm（見圖3-15）， 有足夠的安全裕量。</p><p>　　配斜楔機構后的單軸組件見圖3-16。</p><p&g

81、t;　　圖3-13 氣缸安裝板</p><p>　　圖3-14 氣缸安裝板強度校核</p><p>　　圖3-15 氣缸安裝板剛度校核</p><p>　　圖3-16 單軸組件(配斜楔機構)</p><p>　　3.6 機架床身部分</p><p>　　完成了單軸組件結構就可以設計機架床身結構。</p>

82、<p>　　床身工作臺板是其它零部件的安裝基礎，其上主要是一些安裝孔和過線孔。其主要承受其上安裝零件的重力35kg及自重30kg。</p><p>　　圖3-17 工作臺板</p><p>　　根據(jù)布局初選臺板尺寸并作強度剛度校核(未考慮自重,機架校核時再加上)。 經(jīng)校核發(fā)現(xiàn)：強度足夠（見圖3-18），但剛度不足（見圖3-19），用于安裝導軌的綠色區(qū)域變形量達到0.12mm，后

83、側紅色區(qū)變形達0.2mm。為此底板下面的機架要增加支撐，位置盡可能靠近紅色區(qū)，以改善工作臺板剛度。</p><p>　　機架（見圖3-20）主要考慮下部放置集屑塑膠框的空間，高度尺寸考慮員工坐姿操作取放產(chǎn)品的舒適性，參考人機工程學相關資料及操作使用實際情況。</p><p>　　圖3-21中包含了300N的工作臺板自重，可以看到機架最大變形為0.01683mm，較好地改善了工作臺板剛度不足

84、的問題。</p><p>　　將工作臺板裝在機架上，再將單軸組件裝在工作臺板上，得到整機的初步效果（見圖3-22）。</p><p>　　圖3-18 工作臺板強度校核</p><p>　　圖3-19 工作臺板剛度校核</p><p><b>　　圖3-20 機架</b></p><p>　　圖3-

85、21 機架剛度校核</p><p>　　圖3-22 整機(初步)</p><p>　　3.7 定位夾緊部分</p><p>　　定位部分直接影響到加工精度，影響到工作效率。</p><p>　　定位基準和設計基準取一致。面臨同時實現(xiàn)周向定位和軸向定位的問題。周向定位間隙減小，有利于提高加工精度，但取放料卻大為不便，解決的辦法是將定位塊周向加

86、工出避讓環(huán)槽，并減小周向的定位接觸面，當產(chǎn)品沿軸向抬起較小尺寸(2mm)，周向定位即可獲得較大間隙，以方便取放產(chǎn)品。另外產(chǎn)品上有0.18°的壓鑄脫模斜度，設計定位尺寸時也應考慮。</p><p><b>　　圖3-23 定位</b></p><p>　　鉆孔后產(chǎn)品上有擠出毛刺，定位塊（見圖3-23，圖3-24）上也應有避讓槽。 避讓還應考慮刀尖穿過產(chǎn)品孔的避

87、讓位置。由于要兼容加工六分孔，所以有六條避讓槽。 先加工三個孔，然后將產(chǎn)品轉過60°度的整數(shù)倍，再加工另外三個孔，實現(xiàn)六分孔加工。在轉動產(chǎn)品時也應操作方便，注意避讓已鉆孔的毛刺。過去受限于舊的加工設備，六分孔加工工序是先加工三分孔，然后去加工毛刺，完了再加工另外三個孔，再去毛刺，相當于每個產(chǎn)品進行兩次加工。新機工序做了優(yōu)化，大幅提高了生產(chǎn)率。</p><p><b>　　圖3-24 定位塊&l

88、t;/b></p><p>　　圖3-25 夾緊氣缸尺寸參數(shù)</p><p>　　夾緊產(chǎn)品后， 單軸鉆孔（補孔、返工情況）時產(chǎn)品不應有傾翻效應，根據(jù)圖2-3產(chǎn)品相關尺寸，得到最小夾緊力:</p><p>　　F夾=F刀x20.625÷(35.17÷2)=250x20.625÷17.6=293N</p><p&g

89、t;　　根據(jù)表3-1氣缸出力表，確定缸徑為32mm（0.5Mpa氣壓,40.2kgf），標準氣缸行程100mm（以便85mm減壓閥成品也能夠放入，這種情況在返修個別不良成品時可能用到），考慮氣缸伸出狀態(tài)時應有較好的抗橫向載荷能力。所以選擇SMC氣缸：C95SDB32-100-A54-，帶磁性開關A54兩個，220V，開關支架BT-03，帶調速接頭。</p><p>　　定位塊安裝支架應有足夠的剛度，以確保定位穩(wěn)定

90、可靠，圖3-26顯示剛度足夠。</p><p>　　圖3-26 定位塊安裝支架剛度校核</p><p>　　定位夾緊部分的效果：</p><p>　　圖3-27 定位夾緊部分</p><p>　　3.8 切屑防護部分</p><p>　　在單軸組件前面設計單軸擋板，在單軸組件上面覆蓋易拆單軸罩板，這樣的設計也便于向上

91、取下切屑防護罩和單軸罩，便于對單軸組件檢修。 電機周圍還應有保證電機充分散熱的孔系。</p><p>　　圖3-28 單軸組件(帶防護)</p><p>　　在定位上部設計切屑防護板，從而保證切屑只能向下排入集屑膠框，而不能任意甩出。同樣便于向上取下切屑防護板，以便對單軸組件檢修。圖3-29中切屑防護板安裝有吹氣管：</p><p>　　圖3-29 切屑防護板(帶吹

92、氣管)</p><p>　　由于鋅合金材料在380°即開始熔化，在試機調試中我們發(fā)現(xiàn)，由于刀具在加工中會發(fā)熱，嚴重時刃口已發(fā)熱變色，尤其在比如2秒完成鉆孔加工的高效試機中。刀具發(fā)熱會形成刀瘤，使刀具不再具有鋒刃，從而大幅增加了進刀阻力，加大定位支架的變形，影響加工精度穩(wěn)定。</p><p>　　為此引入氣冷卻措施：將氣缸電磁閥排氣口集中引入到各刃口處，這樣每加工一次，電磁閥排氣一

93、次，對刃口冷卻一次，較好地解決了刀具發(fā)熱的問題。這樣做也是對廢氣的再利用。另外，這些廢氣還有助于將廢屑從刀頭吹掉，加強了排屑效果。類似的吹氣結構，在自動化排料振動盤上用的相當廣泛。</p><p>　　3.9 整機結構與物料清單</p><p>　　在機架后部裝上電氣控制箱后就得到了整機最后的效果，電控箱也可以根據(jù)車間場地的限制安裝在側面，重要的是要便于使用、檢修：</p>

94、<p>　　圖3-30 整機（最終）</p><p><b>　　整機物料清單:</b></p><p>　　圖3-31 整機物料清單</p><p>　　圖3-32 單軸組件部分物料清單</p><p>　　圖3-33 刀架組件部分物料清單</p><p><b>　　第4

95、章 控制部分</b></p><p><b>　　4.1 控制流程</b></p><p>　　圖4-1 半自動控制流程圖</p><p>　　腳踏開關是一個安全開關，也是開始流程的的信號開關。一旦有異?？梢运砷_腳踏開關終止工作流程，電磁閥失電，氣缸復位。</p><p>　　整個流程預設為10秒，可

96、以根據(jù)實際情況稍作調整?？刂齐娐窞?20V，控制電路簡單，直接采用繼電器控制。</p><p><b>　　4.2 控制電路</b></p><p>　　由于電機是三相380V交流電機， 接入電源應配三相自動空氣開關保護。</p><p>　　整機設開機電源按扭，按下開機按扭SB1，系統(tǒng)得電，電機旋轉,控制系統(tǒng)待令。異常時可以方便關機檢修。&

97、lt;/p><p>　　圖4-2 半自動控制電路原理圖</p><p>　　工作時腳踏開關S閉合，夾緊電磁閥KP1得電，夾緊氣缸伸出。</p><p>　　夾緊氣缸到達夾緊位置時，磁性開關QS1閉合，三個進刀電磁閥KP2、KP3、KP4同時得電，三個進刀氣缸同時伸出。</p><p>　　進刀氣缸中最慢的一個到達結束鉆孔位置時，磁性開關QS2

98、閉合，延時繼電器線圈得電，延時1秒后常閉觸點N斷開，三個進刀電磁閥同時失電，進刀氣缸復位退回。延時的目的在于一方面磁性開關定位不夠精確，需要等待機械限位完全接觸。另一方面刀具在終止位置需要轉過一個整圈，以保證孔深精度。</p><p>　　進刀氣缸復位縮回后，松開腳踏開關，夾緊電磁閥KP1失電，夾緊氣缸復位退回。等待手工取放料和下一個控制循環(huán)。</p><p><b>　　4.3

99、 控制氣路</b></p><p>　　控制氣源經(jīng)調壓、過濾、晰水，潔凈空氣利于保證氣路可靠運行。</p><p>　　圖4-3中對三個進刀氣缸分別配置了一個減壓閥，其作用在于配合排氣調速接頭調速。以便于調機，利于機器穩(wěn)定可靠運行。</p><p>　　電磁閥排出的廢氣被引至刀刃處，對刀具進行吹氣冷卻并吹氣排屑，以預防刀瘤產(chǎn)生，利于機器穩(wěn)定可靠運行。&

100、lt;/p><p>　　圖4-3 控制氣路原理圖</p><p><b>　　結 束 語</b></p><p>　　通過這次畢業(yè)設計，作者對設備的設計重新做了一次認真細致的梳理，掌握了設備設計的基本思路和實施步驟，并對一些問題有了更清晰和深刻的認識：</p><p>　　項目設計的早期階段很重要。在這期間需收集盡可能多

101、的相關資料，并深入分析研究。明確設計的目標，要解決的問題。要善于利用因特網(wǎng)資源?？赡艿脑挘{研一下相關的成熟設計，忌誨閉門造車，這樣后面的工作才有針對性，并一路展開，最終達成設計目標。</p><p>　　創(chuàng)新是技術發(fā)展的精華，收集資料只是為技術創(chuàng)新進行鋪墊。在科技迅猛發(fā)展的今天，憑一人之力，憑單一的專業(yè)知識，很難有全新的創(chuàng)造性產(chǎn)品。而隨著時過境遷，很多不合時宜的歷史設計需要改進，這方面難度就小許多。而大的創(chuàng)新正

102、是這些小的改進的總和。</p><p>　　產(chǎn)品的安裝使用環(huán)境條件，也是早期工作的重要內容。以防止因為無法安裝使用而造成設計失敗。</p><p>　　方案設計階段，要考慮到盡可能多的方案。迢迢大路通羅馬，解決問題的方法通常不是唯一的。只有考慮到盡可能多的方案,才可以得到最佳的方案。選定了最佳方案，就可以排除設計過程中的各種干擾，并最終實現(xiàn)設計目標。</p><p>

103、;　　在結構設計中，需要注意到每一個細節(jié)，要把問題想的盡可能多一點。只有想到的問題，在設計中才會被一一解決，并且通常不復存在。設備在調試使用階段出現(xiàn)的問題絕大多數(shù)是設計過程中沒能考慮到的問題，通常處理起來也比較被動比較棘手。一些重大問題，除非有十足的把握，否則一定要先做試驗以做驗證。實驗中通常會發(fā)現(xiàn)一些意想不到的問題。</p><p>　　該機一次組裝調試成功，已投入使用一年多，而且目前仍在正常使用中。經(jīng)過一年多

104、的使用驗證，可以認為該機結構合理，簡單實用，可靠性好，維修調試方便，實現(xiàn)了預期的設計目標。</p><p>　　針對樣機使用中表現(xiàn)出來的瑕疵，本次設計重新作了校核與糾正，主要是：進給氣缸按規(guī)范做了選型，大幅減小了缸徑，這有利于實現(xiàn)氣缸的低速穩(wěn)定運行；刀具刃口部分做了改善，防止刀具鉆孔中產(chǎn)生的阻力突變，利于平穩(wěn)鉆孔工作。工作臺下支架加了橫梁支撐，有利于提高工作臺板剛度；夾緊氣缸按規(guī)范做了選型，加大了缸徑和伸出端剛性

105、，利于鉆孔中產(chǎn)品的穩(wěn)定。</p><p>　　本機的設計也可以應用到類似的多孔位加工中。 </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在設計和論文寫作的整個過程中，指導教師xx教授都不厭其繁，給予了充分的指導和幫助。導師求實、嚴謹?shù)闹螌W風范時刻熏陶著我；導師誨人不倦的授業(yè)精神給學生留下了深刻的印象，這將使我受益終身。

106、</p><p>　　在校期間，得到網(wǎng)絡教育學院及學習中心各級領導和輔導老師的親切關懷和無私的培養(yǎng)，使作者在學習的過程中學到了許多做人的道理。在此作者向他們道聲：您們辛苦了！</p><p>　　感謝xx大學提供了機械設計專業(yè)網(wǎng)絡學習的機會，感謝學校老師多年來在學習上給予的熱情關懷、指導與幫助。</p><p>　　另外，一些同事和朋友也給我完成設計提出了很多寶貴的

107、意見和指導幫助。這對于我以后的學習和工作都有很大的幫助，在此對他們表示由衷的感謝。</p><p>　　特別感謝我的妻子對我的默默奉獻，在學習上的理解和大力支持使我能夠抽出大量的時間從事學習！感謝家人多年來的在生活和學習上的鼓勵和支持！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　關慧貞，馮辛安.《機械制造裝備設計》， 北

108、京:機械工業(yè)出版社，2009.11</p><p>　　吳拓.《現(xiàn)代機床夾具設計》，北京:化學工業(yè)出版社，2009.3</p><p>　　許福玲，陳堯明.《液壓與氣壓傳動》，北京:機械工業(yè)出版社，2004.6</p><p>　　朱家誠，王存賢.《機械設計基礎》，合肥:合肥工業(yè)大字出版社，2003.2</p><p>　　王少懷.《機械設計

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