普通小型台钻的自动化改造设计【含SW三维图】

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 塔里木大学 毕业论文（设计）任务书 学院 机械电气化工程学院 班级 机械设计16 - 1 学生姓名 李 猛 学号 8011212128 课题名称 普通小型台钻的自动化改造设计 起止时间 2015年10月15日——2016年06月02日（共29周） 指导教师 杨丙辉 职称 讲师 课题设计 随着机械生产的不断发展进步，人们对节约劳动力的生产方式需求不断加大。为了把人们从繁重的生产机械操作中解放出来，各种新型自动化生产机械层出不穷，并且智能化程度不断加深。 在各种生产机械中经过筛选，针对普通小型台钻的工作方式，主轴转动、钻头进给、钻孔，各种生产操作的自动化需求。特选择设计普通小型台钻的自动化改造，可以节约工人的劳动量，也可以克服手工操作的些许弊端。 课题内容 1、 设计普通小型台钻的机械部分，确定装置的传动方式，初步明确的是主运动采用塔型带轮带动，进给运动采用减速电机控制传动。明确装置的传动效率，进而确定机械标准件型号。 2、 设计普通小型台钻的控制部分，实现智能化的要求，搜集关于本设计的影响因素的数据。选择控制部件及控制方式，编写控制程序，连接电路进行校核仿真。 3、 完成控制部分和机械部分的结合，应该在加入影响因素后利用控制软件控制机械部分运作，实现整体自动化的功能。 4、 选择机械部分的关键零件，对所选零件的工艺设计过程进行说明，达到设计生产要求。 5、 完成三维图的绘制。绘制装置的关键零件的二维图和装置的装配图。 拟定工作进度（以周为单位） 第1--2周：查阅相关文献、期刊，熟悉设计内容。 第3--4周：撰写开题报告，确定总体设计方案。 第5--9周：设计普通小型台钻自动化改造的机械部分，选择电动机型号和传动方式。完成初步的装置三维实体图。 第10--12周：对机械部分进行校核，确定校核成功的标准件的型号和其他零件设计数据。对校核失败的零件进行修改，达到要求后修改装置三维实体图。 第13--16周：设计装置的自动控制部分实体部件。连接控制电路。 第17--19周：进行控制编程，调试。 第20--22周：整理设计过程，撰写产品设计说明书。 第23--25周：根据定型的产品结构，绘制二维装配图和零件图。 第26--27周：撰写答辩提纲，准备答辩材料。 第28--29周：毕业答辩。 主要参考文献 [1]兰希园.台钻改装成自动往返攻丝机的研究与应用[J]湖北：咸宁技术职业学院.2012 [2]熊顺源、童幸生.台式钻床的自动化改造[J].武汉： 江汉大学 机电与建工学院.2008 [3]吕英波.微机控制钻攻两用机床的研制及工艺参数的确定[J]福建农林大学 农业机械化工程.2003 [4]内螺纹锥销自动钻孔攻丝机[J] 沈阳第三机床厂七车间、工艺科.1976 [5]王卫华.台钻的自动进给装置[J] 1983. [6]朱桂成.Z512台钻自动进给装置[J] 江苏靖江机器厂 [7]秦雄志.PLC在微型台钻自动化改造中的应用[J].广东.佛山职业技术学院.2004 [8]段明忠、王婷婷.台式钻床的数控化改造[J].武汉. 武钢工程职业技术学院.2004 任务下达人（签字） 年 月 日 任务接受人意见 此次设计能极大的锻炼了自己理论与实践相结合的能力，增强 动手动力，我诚挚接受此项设计任务。 任务接受人签名 李 猛 2015年11月14日 注：1、此任务书由指导教师填写，任务下达人为指导教师。 2、此任务书须在学生毕业实践环节开始前一周下达给学生本人。 3、此任务书一式三份，一份留学院存档，一份学生本人留存，一份指导教师留存。 塔里木大学 毕业论文（设计）开题报告 课题名称 普通小型台钻的自动化改造设计 学生姓名 李 猛 学 号 8011212128 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械设计16-1 指导教师 杨丙辉 起止时间 2015.10.15-2016.6.2 机械电气化工程学院教务办制 填 表 说 明 一、学生撰写《开题报告》应包含的内容： 1、本课题来源及研究的目的和意义； 2、本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析； 3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析； 4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路； 5、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法； 6、完成本课题的工作方案及进度计划； 7、主要参考文献（不少于7篇）。 二、本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在接到“毕业论文（设计）任务书”的两周内独立撰写完成，并交指导教师审阅。 三、开题报告要求手写体，字数在3000字以上，由学生在本报告册内填写，页面不够可自行添加A4纸张。 四、每个毕业论文（设计）课题须提交开题报告一式三份，一份学生本人留存，一份指导教师存阅，一份学生所在学院存档，备检备查。 开题报告正文 一 来源及研究的目的和意义 1.1 课题的来源：自选题 1.2 研究的目的 钻床是进行钻孔、扩孔、攻丝等不可缺少的的设备，主要应用于机械制造业。在当今飞速发展的时代，通过提高设备的性能与节约工作时间，从而达到提高工作效率的目的已越来越受欢迎，近年来放眼望去有关的机电设备生产车间都在逐步被自动化管理所取代，在当今的经济建设中发挥了重要作用，此次把传统手工操作的台式钻床改装成自动化工作的钻床，大大节约了劳动力，提高了生产效率，同时让机械制造业也紧跟时代的发展脚步。 1.3 研究的意义 在拿到设计题目之后，经过查资料，资询同学，询问老师，了解台式钻床机械加工的发展，以及钻床加工设备的类型，得知设备的工作类型可分为以下几种：台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、铣钻床、深孔钻床、平端面中心孔钻床、卧式钻床等。 每种钻床都有各自的优缺点，也有各自不同的配置。本次我们所要研究的就是如何对台式钻床进行改进从而达到我们所要设计的目的，也让台钻的自动化加工生产方式在市场上及其他不可缺少的地方使企业的生产效率不断满足市场的需求，尽快缩短与国际的差距。当然这需要时间也需要我们大家共同的努力，通过我们以后不断的改进、实验、加强自身的探索，让自动化的台钻走向各个需要它的领域发挥其重要的作用，这是一条充满挑战的道路，前进的道路困难重重，坚持下去，就是我们设计的意义所在。 二 课题所涉及的问题在国内外现状及分析 2.1 国内研究的现状 目前我国机床工业自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很大的差距。就现状看，主要表现在：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，精度保持度也很差，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。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% 。我国数控机床基本上是中等规格的车床、铣床、钻床等，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。所以为了满足市场需求，我们要不断创新、改进，学习国外的先进技术加强自动化、数字化的控制，从而实现数控机床加工的升级换代，为机械加工产品商业化创造条件，推动机械产品商品化的进程，使我国的机械加工产品以及先进机械设备出现在世界先进的行列。 2.2 国外研究现状 在发达国家，对于这一块的发展远超过我国目前这样的现状。国外的发达国家已经普遍采用自动化台钻来加工产品，如德国IXION公司、TBT公司、英国MOLLART公司等，都采用自动化钻床技术，其独到之处是对长钻头的辅助支撑，在加工过程中能自动就位和撤回，并且使用用户化编程软件GE.FANUC数控系统，大大优化了加工过程。国外先进钻床技术效率高、自动化程度高、加工速度快、操作方便，可完成大规模的机械生产任务，远超过我国目前的现状。 三 课题需要重点研究的关键的问题及解决的思路 3.1 本课题需要研究的难点问题解决的思路 3.1.1出现的主要问题： 1、普通小型自动化台钻的设备很少，大部分都是独立的 2、进给系统、PLC控制系统在机械中的应用 3、工件定位装夹的实现 4、主运动与进给运动的自动控制及钻头寿命保证 5、国内台式钻床设备的精密性与国外有较大的差距 6、钻床类型与控制系统的分类，如何选择 7、如何引进自动化的机械加工系统 8、如何将送料机与台式钻床结合在一起 设计提出一种全新的研究方案，主要解决以下问题： 1、对比国内外的台式钻床类型，采用较为先进的一种 2、增添接线设备实现自动控制 3、对现有普通台式钻床系统加以改进，创新设计 4、加强主轴进给系统与PLC控制系统的结合度 5、工作过程中减小钻头磨损、提高工作效率 6、完善台式钻床的辅助设备、以及采用自动化机械控制系统 四 完成本课题需要的工作条件及解决的办法 （1）查阅有关资料选择相关参数及材料,设计自动化小型台钻机构。 （2）设计完各装置的应用选择后，进行连接组合，试验设计的可行性。 （3）运用Solid works软件和Auto CAD软件，绘制三维装配工程图。 （4）运用三维设计软件完成机构各零部件的三维建模并进行运动仿真 五 工作方案及进度计划 工作方案： 第一-二周：查阅相关资料、熟悉本次设计课题内容，了解普通小型台式钻床、现有的PLC控制系统的优缺点，以及如何配合在一起。 第三-四周：根据查阅相关的资料，拟定普通小型台钻自动化改造的总体方案，并撰写开题报告。 第五-九周：分析普通小型台钻自动化改造的设计要求，完成对自动化台钻的设计，并生成关键部件的工程图。 第十-十二周：改进设计的不足，修改不合理的地方，作出装置的三维实体图。 第十三-十九周：对设计好的装置进行编程调试。 第二十-二十二周：整理设计过程，撰写产品设计说明书。 第二十三-二十五周：根据定型的设备结构，绘制修改二维装配图和零件图。 第二十六-二十七周：撰写答辩提纲，准备答辩材料。 第二十八-二十九周：毕业答辩。 六 参考文献 [1]机械制图 第六版 高等教育出版社 [2]王旭东，周岭.机械制图零部件测绘，暨南大学出版社2010.6 [3]杨柯桢.李机械设计基础 第五版 高等教育出版社 [4]高志，李威.机械设计课程设计手册，第四版，高等教育出版社 [5]机械工程材料 第二版 清华大学出版社 [6]熊顺源、童幸生.台式钻床的自动化改造. 江汉大学 机电与建工学院.2008 [7]王卫华.台钻的自动进给装置. 1983 [8]秦雄志.PLC在微型台钻自动化改造中的应用. 佛山职业技术学院.2004 [9]段明忠、王婷婷.台式钻床的数控化改造.武汉. 武钢工程职业技术学院.2004 学生签名 李 猛 2015 年 11 月 10 日 指导教师审阅意见 指导教师签名 年 月 日 设计：普通小型台钻的自动化改造学院：机械电气化工程学院学院：机械电气化工程学院专业：机械设计制造及其自动化专业：机械设计制造及其自动化班级：班级：16-1姓名：李猛姓名：李猛指导老师：杨丙辉指导老师：杨丙辉提纲研究的目的及意义课题研究的主要内容总体结构设计主要部件结构的设计总结研究的目的及意义研究的目的及意义钻床是进行钻孔、扩孔、攻丝等不可缺少的的设备，主要应用于机械制造业。近年来放眼望去有关的机电设备生产车间都在逐步被自动化管理所取代，此次把传统手工操作的台钻改装成自动化工作的台钻，大大节约了劳动力，提高了生产效率，同时让机械制造业也紧跟时代的发展脚步。课题研究的主要内容课题研究的主要内容经过反复的思考、研究和讨论，确定了改造后的台钻总体结构，包括主运动、进给运动、工作台往返运动、数控控制。（1）主运动：电动机、塔型带轮等。（2）进给运动：减速电机、直齿圆柱齿轮、深沟球轴承、主轴、主轴套筒等。（3）工作台的运动：十字滑台、步进电机、丝杠、法兰、联轴器、摇柄等。（4）数控控制：采用四轴控制器系统 改造后台钻三维结构图改造后台钻三维结构图主要原理主要原理 第一部分：电动机通过塔型带轮和皮带与主轴部分连接，电机转动时带动主轴转动.第二部分：主轴在减速电机和齿轮的带动下，可实现升降，主轴行程不超过80mm.第三部分：十字滑台一端通过法兰和联轴器安装步进电机，在步进电机的带动下，通过丝杠传动实现滑台的移动，加工更加全面。第四部分：采用驱动器与四轴控制器控制驱动器与四轴控制器接线图驱动器与四轴控制器接线图 台钻结构图台钻结构图 主视图主视图创新点和展望创新点和展望 此次设计中将传统手工台钻改造成自动化台钻，与以往相比节约了劳动力，提高了生产效率。展望：这个设计只是一个大概的构想，如果运用实践，可能还存在许多未知的问题，希望各位导师能给出宝贵的意见，对其进行改进，使这台机器早日能正真的投入实际使用。总结总结 这个设计是针对目前工作效率低，工作量大的问题而设计的。这台机器在使用过程中有不足之处，比如说设计整体体积较大，占用空间大，要经常润滑和更换轴承，结构不紧凑等。这些方面还要做出改进。望各位导师能慷慨地给予宝贵意见。谢谢大家 16 届毕业设计 普通小型台钻的自动化改造设计 学生姓名 李猛 学 号 8011212128 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 16-1 指导老师 杨丙辉 日 期 2016 .06 塔里木大学机械电气化工程学院制 前 言 本文主要介绍了对普通手动式小型台钻的数控改造和设计，通过加入数控进给系统、86步进电机、驱动器和控制器将手动的小型台钻改造为数控自动台钻，并可通过数控系统实现自动控制。 自动化技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已成为当今制造业的发展方向。我国是世界上机床产量最多的国家，但在数控机床的产品竞争力仍然处于较低的水平。因为开发一台新的数控机床的周期比较长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。为此我们应该在普通机床上考虑，不能一味的大量添置全新的数控机床，这样会造成资金投资量大，成本高，而且又会造成原有设备闲置浪费。把普通机床改造为数控机床不失为一条提高数控化率的有效途径。普通机床数控化改造，顾名思义就是在机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。这种机床改造花费少，改造针对性强，时间短，改造后的机床大多能克服原机床缺点和存在的问题生产效率高，尤其适合中国机床拥有量大、生产规模小的具体国情。 目前我国机床市场的需求结构已经发生了很大的变化，数控机床，特别是普及型数控机床将逐步成为市场需求的主体。国内的机床制造企业在努力开拓高档数控机床市场的同时，一定要加速普及数控机床产业化步伐。通过生产和进口数控机床并不能满足我国日益增长的制造业需求，所以，目前数控化改造是适应我国制造业迅猛发展、资金短缺、旧有机床所占比例大的国情所需。 针对此次改造中，由于对机床的认识有限，在改造过程中一定有很多问题，技术还不够成熟，以后在实际工作中能多学习把这方面的知识进一步扩充。 关键词：自动化改造；十字滑台；步进电机；法兰设计 目 录 1.绪论 1 1.1概述： 1 2.自动化技术的应用 1 2.1自动化的产生与发展 1 2.1.1产生 1 2.1.2发展趋势 2 2.2台钻进行自动化改造的必要性 4 2.2.1微观看改造的必要性 4 2.2.2宏观看改造的必要性 4 2.3台钻自动化改造的现状 5 2.3.1国外改造业的兴起 5 2.3.2我国改造业的现状 5 3.自动化改造主要步骤和总设计方案 6 3.1十字滑台的选用与安装 7 3.1.2十字滑台的选用 7 3.2动力部件的计算与选择 8 3.2.1步进电机的选用 8 3.2.2减速电机的选择 18 3.3法兰的设计与加工 19 3.4步进电机、丝杠、联轴器和法兰的安装 21 3.4.1步进电机与法兰的连接 21 3.4.2步进电机与丝杠的连接 22 3.4.3法兰与十字滑台的连接 22 总 结 24 致 谢 25 参考文献 26 工程概况 本文主要介绍了如何将普通的小型台式钻床改造为自动化的钻床的方法，其中包括了加入数控进给系统、86步进电机、驱动器和控制器将手动的小型台钻改造为数控自动台钻，并可通过数控系统实现自动控制。其中重点是传动系统和工作台的改造。在原来的手动进给改为减速电机控制的进给运动，原固定工作台改为有步进电机带动的丝杠传动工作台，可实现横向和纵向的移动，使加工更加全面。 通过本次论文的相关设计，提出新的设计理念，改进了普通台钻的缺点，推进了生产自动化进程。 塔里木大学毕业设计 1.绪论 1.1概述： 台钻多为普通手动式的，本文主要对台钻进行数控改造和设计，改造中主要用到一个十字滑台、两个步进电机、一个减速电机、两个法兰、电路连接系统，将两个步进电机分别通过两个法兰连接到X，Y，轴上，减速电机通过螺栓固定安装在Z轴上，然后通过对控制器和驱动电源等的连接，使其能够进行数控化自动移动进给。改造过程中要用到一些工具和方法，例如钳子，螺丝螺母，扳子，电焊等。设计过程中采用的软件是SolidWorks软件和CAD软件。 2.自动化技术的应用 2.1自动化的产生与发展 2.1.1产生 社会需求是推动生产力发展最有力的因素。二十世纪四十年代以来，由于航空航天技术的飞速发展，对于各种飞行器的加工提出了更高的要求，这些零件大多形状非常复杂，材料多为难加工的合金。用传统的机床和工艺方法进行加工，不能保证精度，也很难提高生产效率。为了解决零件复杂形状表面的加工问题，1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六个时代： （1）数控（NC）阶段（1952年～1970年） 早期的计算机运算速度低，不能适应机床实时控制的要求，人们只好用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，这就是硬件连接数控，简称数控（NC）。随着电子元器件的发展，这个阶段经历了三代，即1952年的第一代——电子管数控机床，1959年的第二代——晶体管数控机床，1965年的第三代——集成电路数控机床。 （2）计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在） 1970年，通用小型计算机已出现并投入成批生产，人们将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入计算机数控阶段。这个阶段也经历了三代，即1970年的第四代——小型计算机数控机床，1974年的第五代——微型计算机数控系统，1990年的第六代——基于PC的数控机床。 随着微电子技术和 计算机技术的不断发展，数控技术也随之不断更新，发展非常迅速，几乎每5年更新换代一次，其在制造领域的加工优势逐渐体现出来。 2.1.2发展趋势 数控机床的出现不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前世界上数控机床的发展呈现如下趋势：   （1）高速度高精度化 速度和精度是数控机床的两个重要技术指标，它直接关系到加工效率和产品质量。对于数控机床，高速度化首先是要求计算机数控系统在读入加工指令数据后，能高速度处理并计算出伺服电机的位移量，并要求伺服电机高速度地做出反应。此外，要实现生产系统的高速度化，还必须谋求主轴转速、进给率、刀具交换、托盘交换等各种关键部件也要实现高速度化。 提高数控机床的加工精度，一般是通过减少数控系统的误差和采用补偿技术来达到。在减少数控系统误差方面，一般采取三种方法：①提高数控系统的分辨率、以微小程序段实现连续进给；②提高位置检测精度；③位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制。在采用补偿技术方面，除采用间隙补偿、丝杠螺距补偿和刀具补偿等技术外，还采用了热变形补偿技术。   （2）多功能化 一机多能的数控机床，可以最大限度地提高设备的利用率。如数控加工中心（Machining Center——MC）配有机械手和刀具库，工件一经装夹，数控系统就能控制机床自动地更换刀具，连续对工件的各个加工面自动地完成铣削、镗削、铰孔、扩孔及攻螺纹等多工序加工，从而避免多次装夹所造成的定位误差。这样减少了设备台数、工夹具和操作人员，节省了占地面积和辅助时间。为了提高效率，新型数控机床在控制系统和机床结构上也有所改革。例如，采取多系统混合控制方式，用不同的切削方式（车、钻、铣、攻螺纹等）同时加工零件的不同部位等。现代数控系统控制轴数多达15轴，同时联动的轴数已达到6轴。   （3）智能化 数控机床应用高技术的重要目标是智能化。智能化技术主要体现在以下几个方面：    ①引进自适应控制技术 自适应控制技术（Adaptive Control——AC）的目的是要求在随机的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态、特性，按照给定的评价指标自动校正自身的工作参数，以达到或接近最佳工作状态。通常数控机床是按照预先编好的程序进行控制，但随机因素，如毛坯余量和硬度的不均匀、刀具的磨损等难以预测。为了确保质量，势必在编程时采用较保守的切削用量，从而降低了加工效率。AC系统可对机床主轴转矩、切削力、切削温度、刀具磨损等参数值进行自动测量，并由CPU进行比较运算后发出修改主轴转速和进给量大小的信号，确保AC处于最佳的切削用量状态，从而在保证质量条件下使加工成本最低或生产率最高。AC系统主要在宇航等工业部门用于特种材料的加工。    ②附加人机会话自动编程功能 建立切削用量专家系统和示教系统，从而达到提高编程效率和降低对编程人员技术水平的要求。    ③具有设备故障自诊断功能 数控系统出了故障，控制系统能够进行自诊断，并自动采取排除故障的措施，以适应长时间无人操作环境的要求。   （4）小型化 蓬勃发展的机电一体化设备，对数控系统提出了小型化的要求，体积小型化便于将机、电装置揉合为一体。日本新开发的FS16和FS18都采用了三维安装方法，使电子元器件得以高密度地安装，大大地缩小了系统的占有空间。此外，它们还采用了新型TFT彩色液晶薄型显示器，使数控系统进一步小型化，这样可更方便地将它们装到机械设备上。   （5）高可靠性 数控系统比较贵重，用户期望发挥投资效益，因此要求设备具有高可靠性。特别是对在长时间无人操作环境下运行的数控系统，可靠性成为人们最为关注的问题。提高可靠性，通常可采取如下一些措施：    ①提高线路集成度 采用大规模或超大规模的集成电路、专用芯片及混合式集成电路，以减少元器件的数量，精简外部连线和减低功耗。    ②建立由设计、试制到生产的一整套质量保证体系 例如，采取防电源干扰，输入/输出光电隔离；使数控系统模块化、通用化及标准化，以便于组织批量生产及维修；在安装制造时注意严格筛选元器件；对系统可靠性进行全面的检查考核等。通过这些手段，保证产品质量。    ③增强故障自诊断功能和保护功能 由于元器件失效、编程及人为操作错误等原因，数控机床完全可能出现故障。数控机床一般具有故障自诊断功能，能够对硬件和软件进行故障诊断，自动显示出故障的部位及类型，以便快速排除故障。新型数控机床还具有故障预报、自恢复功能、监控与保护功能。例如，有的系统设有刀具破损检测、行程范围保护和断电保护等功能，以避免损坏机床及报废工件。由于采取了各种有效的可靠性措施，现代数控机床的平均无故障时间（MTBF）可达到10000～36000h。 2.2台钻进行自动化改造的必要性 2.2.1微观看改造的必要性 微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。 由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。 以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 2.2.2宏观看改造的必要性 宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。 2.3台钻自动化改造的现状 2.3.1国外改造业的兴起 在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。 2.3.2我国改造业的现状 我国的数控系统以传统的封闭式体系结构为主。在传统的封闭式结构中，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个改造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，无法在现场环境下根据外部干扰和素基因数实时外部调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM 中的设定量，因而影响CNC的工作效率。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的控制过程，因此，变革势在必行。 0 塔里木大学毕业设计 3.自动化改造主要步骤和总设计方案 台钻数控改造主要分4个步骤进行，首先第一步，根据钻床的底座尺寸大小确定需要的十字滑台的大小，十字滑台可以自己订做；然后第二步由钻床的参数性能十字滑台的丝杠推算出所选的步进电机；第三步设计三个步进电机和丝杠钻床的连接，X，Y轴连接中要设计法兰通过联轴器使步进电机和丝杠连接，Z轴要使用合适的减速电机；第四步确定步进电机和控制器，驱动电源等的连接，中间要用到汇接板等器件。 改造前的台钻如图3-1和图3-2所示： 图3-1 图3-2 改造后的台钻如图3-3所示： 图3-3 3.1十字滑台的选用与安装 3.1.2十字滑台的选用 图3-4 由图3-4可以看到十字滑台大概是由上中下三大块两个轴动丝杠相组成的一个十字型的可以相互滑动的一个部件，同时它也带有一定的刻度，它四个顶端分别有四个刻度手摇柄。根据对普通小型台钻底座的测量我们可以大致确定出需要的十字滑台的大小。 通过SolidWorks软件画出十字滑台的三维模型图，效果如图3-5： 图3-5 通过在台钻底座打孔使用紧固件和电焊使十字滑台与台钻的底座连接。要想这样的十字滑台可以自动化还必须要加步进电机，然后与数控系统连接才能形成一个自动化的十字滑台，如图3-6： 图3-6 步进电机如何通过法兰和联轴器与十字滑台连接，下面的章节中会有详细的讲解及效果图。 3.2动力部件的计算与选择 3.2.1步进电机的选用 1. 确定脉冲当量，计算切屑力 一、确定系统的脉冲当量 脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量，它是衡量数控机床加工精度的一个重要参数，因此。脉冲当量应根据机床精度的要求来确定。对经济型数控机床来说，常采用脉冲当量为0.01mm/脉冲——0.005mm/脉冲。一般小型台钻的主要技术参数中要求横向、纵向脉冲当量为0.01mm。 二、切削力计算 在进行进给系统的传动计算,选用步进电机时,都要用到切削力(机床的主要负载)，我所设计的是数控钻床，因此我们在设计中要分析和计算铣削和钻削。 （一）钻削的载荷的计算 普通的麻花钻每一切削刃都会产生切向方向的切削抗力，径向切削抗力与轴向方向的轴向抗力，当左右切削刃对称时，径向的抗力就会向平衡。切向的抗力形成钻削力矩，他消耗了切削功率，所用切削刃上轴向抗力之和就形成了钻头上的轴向应力。 钻头切削力的计算包括钻头主轴转矩计算和主轴轴向切削力的计算。由于加工材料为Q235钢，其属于碳素结构钢，钻头为高速钢麻花钻，加工方式为钻孔，所以查《机床夹具设计手册》得： 1.钻削转矩计算公式如下： 式中，：切削力矩（） ：钻头直径（20mm） ：每转进给量（0.1mm） ：修正系数： 2.轴向切削力的计算公式如下： 式中，：轴向切削力（N） 已知被加工材料为Q235结构钢，结构钢和铸钢取=736MPa，D=20mm，=0.1mm，所以可分别计算出切削转矩和轴向切削为： =21.6 =2661.7 N （二）铣削抗刀分析 铣削运动的特征是主运动为铣刀绕自身轴线高速回转，进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给（键槽铣刀可沿轴线进给）。铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端面铣刀为基本形线。圆柱铣和端面铣刀的切削部分都可看做车刀刀头的演变，铣刀的每一个齿相当于一把车刀，它的切削基本规律与车削相似。 1.削抗力的合力为： 将沿铣刀轴线径向和切向进给分解，则分别为轴向铣削力和径向铣削力。切向铣削力是沿铣刀主运动方向的分力，它消耗的铣床主电机功率最多。因此，切向铣削力可以按切削功率（KW）或主电机功率（ KW）计算，也可以按切削用量进行计算。 式中：V：主轴传递全部功率时的最低切削速度，100m/s； ：机床主传动系统的效率。 这里按电机功率进行计算。 图3-7：铣削力及工作台上的载荷 2.进给工作台工作载荷的计算 作用在进给工作台上的合力´与铣刀刀齿的铣削抗力的余力大小相同方向相反，如图2-6所示，合力´就是设计和校核工作台进给系统的时要考虑的工作载荷，它可以沿着铣床工作台运动方向分解为三个力：工作台的纵向进给方向载荷Fx 工作台横向进给方向载荷Fy 和工作台垂直进给方向载荷Fz 。工作台工作载荷Fx、Fy和Fz与铣刀的切向铣削力Fz之间有一定的经验比值（可查《机电综合指导》表2-1），因此，求出后，即可计算出工作台工作载荷、和。即 ： , 则： = 207.36N, = 207.36 N, = 172.8 N. 2. 减速电机传动比的计算 1）为满足脉冲当量的设计要求和增大转矩，同时也为了是传动系统负载惯量尽可能小，传动链中采用蜗轮蜗杆传动。 根据小型钻床的基本参数，主轴行程L=125mm。 由 则 由 则 由 则 预选的减速电机的扭矩为0.4~1.8 则 则圆弧圆柱蜗轮蜗杆减速器的最小传动比为30，最大传动比为67，这里我们初选圆弧圆柱蜗轮蜗杆减速器的传动比. 2）传动比的校验 以主轴钻孔时最大转速为,主轴进给速度为，则有： 则要求减速电机的最大输出转速大于，很显然降速后的DS-12SSN204.515500-298K减速电机满足此要求。 通过以上的预算，这里我们选用减速电机的传动比为50。 3. 步进电机选择 （1）计算进给牵引力Fm（N） 可根据《机床设计手册》进给牵引力的实验公式计算纵向导轨： K：颠覆力矩影响的实验系数K=1.15； ：滑动导轨摩擦因素=0.15~0.18，取=0.16:； G：溜板及刀架重力，G=800N。 其中 分别是上面计算的数据， 因此上面的公式可以化为： （2）系统等效转动惯量的计算 传动系统的转动惯量是一种惯性负载，在电机的选用的时候必须加以考虑。由于传动系统的各传动不见并不是与点饥轴同轴线，还存在各传动部件转动惯量向电机轴折算的问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上面的总传动惯量，即是传动系统等效转动惯量。 1) 对于工作台溜板的转动惯量折算到电动机主轴上的计算公式： ：为脉冲当量，0.01mm; ：步进电动机的步距角，； ：蜗轮蜗杆减速电机的传动比，=50； ：重力加速度，=10。 工作台的质量的折算 工作台是移动不见，其移动质量折算到丝杠轴上的转动惯量可以按下面的公式进行计算： 2) 对于轴，轴承，齿轮，联轴器，丝杠等圆柱体的转动惯量计算公式为 对于钢材，材料密度为代入就有 其中：D为圆柱体的直径；L为圆柱体的长度。 丝杠转动惯量的折算到电机轴上为： 3) 动系统等效转动惯量计算 我们设计的机床，是采用的是减速电机带动的减速传动，因此我们可以根据下面的公式，进行计算： 其中 :为传动系统等效转动惯量; 根据查资料和计算我们可以得到 （3）初选步进电机 1) 计算步进电机的负载转矩 式中： ：进给牵引力（N）； ：丝杠的传动效率，为齿轮、轴承、丝杠效率之积； ：齿轮副的传动效率，是齿轮副的传动比； ：十字型导轨副的传动效率。 因为：，则 2) 估算步进电机的起动转矩 式中：0.3为安全系数。 3) 计算最大静转矩 查表取三相六拍，则 4) 计算步进电机运行频率和最高起动频率 试中：：最大快移速度（m/min），这里为2m/min； ：最大切削进给速度（m/min）;这里为0.1 m/min； ：脉冲当量，取0.01mm/step。 5） 初选步进电机型号 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏低，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用开环控制，任务书初选的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有1500mm/min,故本设计不必采用高档次的伺服电机，因此可以选用混合式步进电机，以降低成本，提高性价比。 根据估算出的最大静转距查得86HS15060A4最大静转距为12 >，可以满足要求，考虑到此经济型数控铣床有可能使用较大的切削用量，应选稍大转距的步进电机，以便留有一定的余量，另一方面，与国内同类型机床类比，决定采用86HS15060A4步进电机，查得86HS15060A4步进电机最高空载起动频率和运行频率满足要求。 86步进电机的基本信息，见表3-8 表3-8 86步进电机的基本信息 参数说明，见表3-9 表3-9 86步进电机的参数说明 尺寸说明，如图3-10 图3-10 （4）步进电机的校验 　机床在不同的工作情况下，其所需要的转矩不同，下面分别按各阶段计算。 1) 快速空载起动转距 　　　在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算公式如下： 　　　　　 式中：　　　：快速空载起动转矩； 　　　　　　：空载起动时折算到电机轴上的加速转矩； 　　　　　　：折算到电机轴上的摩擦转矩； 　　　　　 ：由于丝杠预紧时折算到电机轴上附加摩擦转矩。 摩擦转矩 式中：　　：运动部件的总重量（N）； 　　　　　：导轨摩擦系数　，取； 　　　 ：蜗轮蜗杆减速电机的传动比，i=50。 空载起动时折算到电机轴上的加速转矩： 式中：　　　：折算到电机轴上的总等效转动惯量； 　　　　　　：电机最大角加速度，（）； 　　　　　　：电机最大转速，（）； 　　　　　　：运动部件最大快进速度，（）； 　　　　　　：运动部件从停止起动到加速到最大快进速度所需要的时间，（0.025s）。 上面三项合计为： 　　　 　　　　　 2) 快速移动时所需的转矩： 　　　　 3) 最大切削负载时所需转矩： 　　　　 　　 　从上面的计算可以看出，，和三种工作情况下，以快速空载起动转矩最大，即以此项作为较核步进电机转矩的依据。 查表知，当步进电机为三相六拍时，则最大静转矩为： 　　　 　而86HS15060A4型步进电机最大转矩为12，大于所需要的最大静转矩，可以满足此项要求。 3.2.2减速电机的选择 减速电机顾名思义本质就是用于降低转速用的，它的工作原理一般是通过封闭式传动减速装置来降低转速和增大转矩，以满足机械设备工作的需要，这样对加工方面能够更好的控制精度，电机的启动和正反转通过改变电机的输入电压实现的，从而达到更好的效果，台钻数控化改造中，在Z轴用到减速电机可以方便精度的控制，由上计算结果减速电机传动比为50，可选型号DS-12SSN204.515500-298K，下面将展示减速电机的参数如图3-11 图3-11 3.3法兰的设计与加工 法兰（Flange），又叫法兰盘或凸缘盘。法兰是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。法兰连接或法兰接头，是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接，管道法兰系指管道装置中配管用的法兰，用在设备上系指设备的进出口法兰。法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。法兰分螺纹连接（丝扣连接）法兰和焊接法兰和卡夹法兰,在连接方面　法兰连接（flange joint）由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母组成，垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使连接严密不漏。法兰连接是一种可拆连接。 根据十字滑台上下块两端的尺寸大小及丝杠和步进电机的尺寸，设计出X，Y轴上需要使用的法兰的形状与大小。 X轴上的法兰（1），三维效果图及CAD二维效果图如图3-12，图3-13和图3-14： 图3-12 图3-13 图3-14 Y轴上的法兰（2），三维效果图及CAD二维效果图如图3-15，图3-16和图3-17 图3-15 图3-16 图3-17 这里要用到盖在两个法兰上的外壳，外壳的作用是防止灰尘和铁屑等杂物的进入影响到丝杠的滚动，它起到保护丝杠的作用。外壳的形状尺寸大小是根据法兰的形状大小来设计的，外壳的效果图如图3-18和图3-19： 图3-18 图3-19 3.4步进电机、丝杠、联轴器和法兰的安装 3.4.1步进电机与法兰的连接 步进电机与法兰连接需要螺丝进行紧固，效果图如图3-20： 图3-20 3.4.2步进电机与丝杠的连接 步进电机与丝杠的连接中要用到联轴器，联轴器是根据丝杠和步进电机进行选择的。在联轴器上用螺丝使丝杠与步进电机连接在一起，效果图如图3-21和图3-22： 图3-21 图3-22 3.4.3法兰与十字滑台的连接 在法兰上面需要盖一外壳，通过螺丝使外壳与法兰连接，法兰与十字滑台连接。效果图如图3-23和图3-24所示： 图3-23 图3-24 最后的组装整体效果图如图3-25和图3-26所示： 图3-25 图3-26 改造后的台钻效果图如图3-27和图3-28 图3-27 图3-28 总 结 这次毕业设计对我来说是很有意义的，它综合运用到了我在学校里学到的很多理论知识，锻炼了我的动手实践能力，在设计当中有很多不懂的地方请教老师，老师给我们讲解，带我们到车间看台钻实体，了解它的工作原理及实际运作情况并进行测量和推算，对此加深了我对小型台钻的了解。我感觉在这次设计中学到了很多，明白了理论与实际动手结合的重要性，也只有自己动手，才能从理论中走到实际，再从实际走到团体，团体协作的探讨，一步一步，慢慢走来，让我受益良多。通过这次比较完整的小型台钻自动化改造的设计，摆脱了我单纯的理论知识的学习状态，实际设计让我学会了综合运用所学的专业基础知识，提高了我解决实际工作中遇到问题的能力，同时也提高我查阅设计手册、文献资料、设计规范以及CAD\SolidWorks制图的专业能力水平，通过对整体的把握，对局部的取舍，以及对细节的进一步规划，都使我的能力得到了很大的提高，意志力得到了加强，经验得到了丰富，我想，这也是老师让我们自己动手做着毕业设计的目的，让每个人都得到了不同的提升，对我来说收益匪浅。 在这次设计中，我发现自己有很多的不足，我需要学习和行动来弥补自己的不足。只有学习，思考和行动才能促使自己不断的提高，不管做什么事，我都要相信自己可以做到，并努力去做，中间也许会遇到很多困难，但不要放弃要坚持下去，胜利总会到来。同时我得根据自己的实际情况，端正自己的态度，所以在这次设计当中，让我学到了很多。在以后的工作当中，我会多学习，多动头脑，多行动，尽量把事情做到更好。 致 谢 随着我设计的不断深入，与老师和同学不断的交流，对我的设计启发很大，因此，感谢我的指导老师杨丙辉老师和我亲爱的同学们。 随着毕业设计由点滴的不足到逐步完成，我感到自信了，有努力付出就会有回报。由于我的知识和能力缺陷，毕业设计论文多少会有些不足，望老师体谅。最后依然要再次感谢我的指导老师和最亲爱的同学们，谢谢你们。未来的日子里，让我们共同进步。 0 参考文献 [1] 罗永顺，机床数控化改造实例[M] 北京：机械工业出版社， 2010 [2] 兰建设，机械制造工艺与夹具[M] 北京：机械工业出版社，2004 [3] 王信义，计志孝，等。机械制造工艺学[M] 北京：北京理工大学出版社，1990 [4] 傅水根，机械制造基础[M] 北京清华大学出版社，1998 [5] 吴 拓，勋建国。机械制造工程[M] 北京：机械工业出版社，2005 [6] 张润福，等。机械制造设计基础[M] 武汉：华中理工大学出版社，1999 [7] 唐宗军，机械制造基础[M] 北京：机械工业出版，1997 [8] 金问楷，机械加工工艺基础[M] 北京，清华大学出版社，1990 [9] 孙学强，等。机械加工技术[M] 北京，机械工业出版社，1999 [10] 王绍俊，机械制造工艺学设计手册[M] 北京：机械工业出版社，1987 [11] 王伯平，互换性与测量技术基础[M] 北京：机械工业出版社，2003 [12] 陈福恒，孔凡杰，等。机械制造工艺学基础[M] 济南：山东大学出版社，2004，