畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 班級(jí)學(xué)生姓名課題名稱 普通小型臺(tái)鉆的自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)起止時(shí)間指導(dǎo)教師 職稱 講師課題設(shè)計(jì)隨著機(jī)械生產(chǎn)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)節(jié)約勞動(dòng)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(dòng)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(duì)普通小型臺(tái)鉆的工作方式，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)、鉆頭進(jìn)給、鉆孔，各種生產(chǎn)操作的自動(dòng)化需求。特選擇設(shè)計(jì)普通小型臺(tái)鉆的自動(dòng)化改造，可以節(jié)約工人的勞動(dòng)量，也可以克服手工操作的些許弊端。課題內(nèi)容1、設(shè)計(jì)普通小型臺(tái)鉆的機(jī)械部分，確定裝置的傳動(dòng)方式，初步明確的是主運(yùn)動(dòng)采用塔型帶輪帶動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用減速電機(jī)控制傳動(dòng)。明確裝置的傳動(dòng)效率，進(jìn)而確定機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)。2、設(shè)計(jì)普通小型臺(tái)鉆的控制部分，實(shí)現(xiàn)智能化的要求，搜集關(guān)于本設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)整體自動(dòng)化的功能。4、選擇機(jī)械部分的關(guān)鍵零件，對(duì)所選零件的工藝設(shè)計(jì)過程進(jìn)行說明，達(dá)到設(shè)計(jì)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(jì)內(nèi)容。第 3--4 周：撰寫開題報(bào)告，確定總體設(shè)計(jì)方案。第 5--9 周：設(shè)計(jì)普通小型臺(tái)鉆自動(dòng)化改造的機(jī)械部分，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)和傳動(dòng)方式。完成初步的裝置三維實(shí)體圖。第 10--12 周：對(duì)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(hào)和其他零件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。對(duì)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(shí)體圖。第 13--16 周：設(shè)計(jì)裝置的自動(dòng)控制部分實(shí)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(jì)過程，撰寫產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(tái)鉆改裝成自動(dòng)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.2012[2]熊順源、童幸生.臺(tái)式鉆床的自動(dòng)化改造[J].武漢： 江漢大學(xué) 機(jī)電與建工學(xué)院.2008[3]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.2003[4]內(nèi)螺紋錐銷自動(dòng)鉆孔攻絲機(jī)[J] 沈陽第三機(jī)床廠七車間、工藝科.1976[5]王衛(wèi)華.臺(tái)鉆的自動(dòng)進(jìn)給裝置[J] 1983.[6]朱桂成.Z512 臺(tái)鉆自動(dòng)進(jìn)給裝置[J] 江蘇靖江機(jī)器廠[7]秦雄志.PLC 在微型臺(tái)鉆自動(dòng)化改造中的應(yīng)用[J].廣東.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院.2004[8]段明忠、王婷婷.臺(tái)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(jì)能極大的鍛煉了自己理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，增強(qiáng)動(dòng)手動(dòng)力，我誠摯接受此項(xiàng)設(shè)計(jì)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(shí)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。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告課題名稱 普通小型臺(tái)鉆的自動(dòng)化改造設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)所屬學(xué)院專 業(yè)班 級(jí)指導(dǎo)教師起止時(shí)間機(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(bào)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(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)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(jì)劃；7、主要參考文獻(xiàn)（不少于 7 篇）。二、本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）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(bào)告要求手寫體，字?jǐn)?shù)在 3000 字以上，由學(xué)生在本報(bào)告冊(cè)內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加 A4 紙張。四、每個(gè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題須提交開題報(bào)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(bào)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(shí)代，通過提高設(shè)備的性能與節(jié)約工作時(shí)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(dòng)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(tái)式鉆床改裝成自動(dòng)化工作的鉆床，大大節(jié)約了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)讓機(jī)械制造業(yè)也緊跟時(shí)代的發(fā)展腳步。1.3 研究的意義在拿到設(shè)計(jì)題目之后，經(jīng)過查資料，資詢同學(xué)，詢問老師，了解臺(tái)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(tái)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(duì)臺(tái)式鉆床進(jìn)行改進(jìn)從而達(dá)到我們所要設(shè)計(jì)的目的，也讓臺(tái)鉆的自動(dòng)化加工生產(chǎn)方式在市場(chǎng)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(chǎng)的需求，盡快縮短與國際的差距。當(dāng)然這需要時(shí)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(shí)驗(yàn)、加強(qiáng)自身的探索，讓自動(dòng)化的臺(tái)鉆走向各個(gè)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(jiān)持下去，就是我們?cè)O(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)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(jì)，我國數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量?jī)H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(chǎng)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(dòng)化、數(shù)字化的控制，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工的升級(jí)換代，為機(jī)械加工產(chǎn)品商業(yè)化創(chuàng)造條件，推動(dòng)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(duì)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(dòng)化臺(tái)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(dòng)化鉆床技術(shù)，其獨(dú)到之處是對(duì)長(zhǎng)鉆頭的輔助支撐，在加工過程中能自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化臺(tái)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(shí)現(xiàn)4、主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制及鉆頭壽命保證5、國內(nèi)臺(tái)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(dòng)化的機(jī)械加工系統(tǒng)8、如何將送料機(jī)與臺(tái)式鉆床結(jié)合在一起設(shè)計(jì)提出一種全新的研究方案，主要解決以下問題：1、對(duì)比國內(nèi)外的臺(tái)式鉆床類型，采用較為先進(jìn)的一種2、增添接線設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制3、對(duì)現(xiàn)有普通臺(tái)式鉆床系統(tǒng)加以改進(jìn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(tái)式鉆床的輔助設(shè)備、以及采用自動(dòng)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(jì)自動(dòng)化小型臺(tái)鉆機(jī)構(gòu)。（2）設(shè)計(jì)完各裝置的應(yīng)用選擇后，進(jìn)行連接組合，試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)軟件完成機(jī)構(gòu)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真五 工作方案及進(jìn)度計(jì)劃工作方案：第一-二周：查閱相關(guān)資料、熟悉本次設(shè)計(jì)課題內(nèi)容，了解普通小型臺(tái)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(tái)鉆自動(dòng)化改造的總體方案，并撰寫開題報(bào)告。第五-九周：分析普通小型臺(tái)鉆自動(dòng)化改造的設(shè)計(jì)要求，完成對(duì)自動(dòng)化臺(tái)鉆的設(shè)計(jì)，并生成關(guān)鍵部件的工程圖。第十-十二周：改進(jìn)設(shè)計(jì)的不足，修改不合理的地方，作出裝置的三維實(shí)體圖。第十三-十九周：對(duì)設(shè)計(jì)好的裝置進(jìn)行編程調(diào)試。第二十-二十二周：整理設(shè)計(jì)過程，撰寫產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(cè)繪，暨南大學(xué)出版社 2010.6[3]楊柯楨.李機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第五版 高等教育出版社[4]高志，李威.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)，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(tái)式鉆床的自動(dòng)化改造. 江漢大學(xué) 機(jī)電與建工學(xué)院.2008[7]王衛(wèi)華.臺(tái)鉆的自動(dòng)進(jìn)給裝置. 1983[8]秦雄志.PLC 在微型臺(tái)鉆自動(dòng)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(tái)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 日普通小型臺(tái)鉆的自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)所屬學(xué)院專 業(yè)班 級(jí)指導(dǎo)老師日 期機(jī)械電氣化工程學(xué)院制16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)前 言本文主要介紹了對(duì)普通手動(dòng)式小型臺(tái)鉆的數(shù)控改造和設(shè)計(jì)，通過加入數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)、86 步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和控制器將手動(dòng)的小型臺(tái)鉆改造為數(shù)控自動(dòng)臺(tái)鉆，并可通過數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。自動(dòng)化技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實(shí)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(jìng)爭(zhēng)力仍然處于較低的水平。因?yàn)殚_發(fā)一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床的周期比較長(zhǎng)，不能及時(shí)針對(duì)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(huì)造成資金投資量大，成本高，而且又會(huì)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(dòng)化能力，以實(shí)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(duì)性強(qiáng)，時(shí)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的同時(shí)，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(zhǎng)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(duì)此次改造中，由于對(duì)機(jī)床的認(rèn)識(shí)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(shí)際工作中能多學(xué)習(xí)把這方面的知識(shí)進(jìn)一步擴(kuò)充。關(guān)鍵詞：自動(dòng)化改造；十字滑臺(tái)；步進(jìn)電機(jī)；法蘭設(shè)計(jì) 目 錄 1.緒論 .11.1 概述： 12.自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用 12.1 自動(dòng)化的產(chǎn)生與發(fā)展 .12.1.1 產(chǎn)生 .12.1.2 發(fā)展趨勢(shì) .22.2 臺(tái)鉆進(jìn)行自動(dòng)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(tái)鉆自動(dòng)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(dòng)化改造主要步驟和總設(shè)計(jì)方案 63.1 十字滑臺(tái)的選用與安裝 .73.1.2 十字滑臺(tái)的選用 .73.2 動(dòng)力部件的計(jì)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(jì)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(tái)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(tái)式鉆床改造為自動(dòng)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(dòng)器和控制器將手動(dòng)的小型臺(tái)鉆改造為數(shù)控自動(dòng)臺(tái)鉆，并可通過數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。其中重點(diǎn)是傳動(dòng)系統(tǒng)和工作臺(tái)的改造。在原來的手動(dòng)進(jìn)給改為減速電機(jī)控制的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，原固定工作臺(tái)改為有步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的絲杠傳動(dòng)工作臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)橫向和縱向的移動(dòng)，使加工更加全面。通過本次論文的相關(guān)設(shè)計(jì)，提出新的設(shè)計(jì)理念，改進(jìn)了普通臺(tái)鉆的缺點(diǎn)，推進(jìn)了生產(chǎn)自動(dòng)化進(jìn)程。01.緒論1.1 概述：臺(tái)鉆多為普通手動(dòng)式的，本文主要對(duì)臺(tái)鉆進(jìn)行數(shù)控改造和設(shè)計(jì)，改造中主要用到一個(gè)十字滑臺(tái)、兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)、一個(gè)減速電機(jī)、兩個(gè)法蘭、電路連接系統(tǒng)，將兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別通過兩個(gè)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(duì)控制器和驅(qū)動(dòng)電源等的連接，使其能夠進(jìn)行數(shù)控化自動(dòng)移動(dòng)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(jì)過程中采用的軟件是 SolidWorks軟件和 CAD 軟件。2.自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用2.1 自動(dòng)化的產(chǎn)生與發(fā)展2.1.1 產(chǎn)生 社會(huì)需求是推動(dòng)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(duì)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(tái)數(shù)控機(jī)床。半個(gè)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(gè)階段和六個(gè)時(shí)代：（1）數(shù)控（NC）階段（1952 年～1970 年） 早期的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求，人們只好用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，這就是硬件連接數(shù)控，簡(jiǎn)稱數(shù)控（NC）。隨著電子元器件的發(fā)展，這個(gè)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(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970 年～現(xiàn)在） 1970 年，通用小型計(jì)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(jì)算機(jī)數(shù)控階段。這個(gè)階段也經(jīng)歷了三代，即 1970 年的第四代——小型計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，1974 年的第1五代——微型計(jì)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(jì)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(shì)逐漸體現(xiàn)出來。2.1.2 發(fā)展趨勢(shì) 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(duì)國計(jì)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?yàn)檫@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(shì)。當(dāng)前世界上數(shù)控機(jī)床的發(fā)展呈現(xiàn)如下趨勢(shì)：（1）高速度高精度化 速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)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(duì)于數(shù)控機(jī)床，高速度化首先是要求計(jì)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(jì)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(shí)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(shí)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：①提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率、以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給；②提高位置檢測(cè)精度；③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 Center——MC）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(dòng)地更換刀具，連續(xù)對(duì)工件的各個(gè)加工面自動(dòng)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(tái)數(shù)、工夾具和操作人員，節(jié)省了占地面積和輔助時(shí)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(shí)加工零件的不同部位等。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)控制軸數(shù)多達(dá) 15 軸，同時(shí)聯(lián)動(dòng)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(gè)方面：2①引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù) 自適應(yīng)控制技術(shù)（Adaptive Control——AC）的目的是要求在隨機(jī)的加工過程中，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)加工過程中所測(cè)得的工作狀態(tài)、特性，按照給定的評(píng)價(jià)指標(biāo)自動(dòng)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(cè)。為了確保質(zhì)量，勢(shì)必在編程時(shí)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(duì)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(dòng)測(cè)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(hào)，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。②附加人機(jī)會(huì)話自動(dòng)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(duì)編程人員技術(shù)水平的要求。③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(dòng)采取排除故障的措施，以適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)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(duì)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(duì)在長(zhǎng)時(shí)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┐胧孩偬岣呔€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(jiǎn)外部連線和減低功耗。②建立由設(shè)計(jì)、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(shí)注意嚴(yán)格篩選元器件；對(duì)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。③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(cuò)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(dòng)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3有故障預(yù)報(bào)、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(cè)、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(bào)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(shí)間（MTBF）可達(dá)到 10000～36000h。2.2 臺(tái)鉆進(jìn)行自動(dòng)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(jì)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(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3～7 倍。 由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)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(shí)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(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)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(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)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(duì)市場(chǎng)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(gè)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(jì)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(dòng)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(duì)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(duì)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4的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(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(tái)鉆自動(dòng)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(zhǎng)行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)“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(chǎng)，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(dòng)控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過 CAD/CAM 及自動(dòng)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(gè)改造過程中 CNC 只是一個(gè)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(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和素基因數(shù)實(shí)時(shí)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(shì)在必行。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)03.自動(dòng)化改造主要步驟和總設(shè)計(jì)方案臺(tái)鉆數(shù)控改造主要分 4 個(gè)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(tái)的大小，十字滑臺(tái)可以自己訂做；然后第二步由鉆床的參數(shù)性能十字滑臺(tái)的絲杠推算出所選的步進(jìn)電機(jī)；第三步設(shè)計(jì)三個(gè)步進(jìn)電機(jī)和絲杠鉆床的連接，X，Y 軸連接中要設(shè)計(jì)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(dòng)電源等的連接，中間要用到匯接板等器件。改造前的臺(tái)鉆如圖 3-1 和圖 3-2 所示：圖 3-1 圖 3-2改造后的臺(tái)鉆如圖 3-3 所示：塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)1圖 3-33.1 十字滑臺(tái)的選用與安裝3.1.2 十字滑臺(tái)的選用圖 3-4由圖 3-4 可以看到十字滑臺(tái)大概是由上中下三大塊兩個(gè)軸動(dòng)絲杠相組成的一個(gè)十字型的可以相互滑動(dòng)的一個(gè)部件，同時(shí)它也帶有一定的刻度，它四個(gè)頂端分別有四個(gè)刻度手搖柄。根據(jù)對(duì)普通小型臺(tái)鉆底座的測(cè)量我們可以大致確定出需要的十字滑臺(tái)的大小。通過 SolidWorks 軟件畫出十字滑臺(tái)的三維模型圖，效果如圖 3-5：圖 3-5通過在臺(tái)鉆底座打孔使用緊固件和電焊使十字滑臺(tái)與臺(tái)鉆的底座連接。要想這樣的十字滑臺(tái)可以自動(dòng)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(gè)自動(dòng)化的十字滑臺(tái)，如圖 3-6：塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)2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(tái)連接，下面的章節(jié)中會(huì)有詳細(xì)的講解及效果圖。3.2 動(dòng)力部件的計(jì)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(jì)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(gè)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(gè)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(duì)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(tái)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(jì)算在進(jìn)行進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)計(jì)算,選用步進(jìn)電機(jī)時(shí),都要用到切削力(機(jī)床的主要負(fù)載) ，我所設(shè)計(jì)的是數(shù)控鉆床，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)中要分析和計(jì)算銑削和鉆削。（一）鉆削的載荷的計(jì)算普通的麻花鉆每一切削刃都會(huì)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(duì)稱時(shí)，徑向的抗力就會(huì)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(jì)算包括鉆頭主軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算和主軸軸向切削力的計(jì)算。由于加工材料為塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)3Q235 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(jì)手冊(cè)》得：1.鉆削轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下： 20.8.34kpTDfk?式中， ：切削力矩（ ）mN?：鉆頭直徑（ 20mm）：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（0.1mm）f：修正系數(shù)： pk2.軸向切削力的計(jì)算公式如下： pfKDfF7.06?式中， ：軸向切削力（ N）f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(jì)算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削為：b?f=21.6 kTmN?=2661.7 NfF（二）銑削抗刀分析銑削運(yùn)動(dòng)的特征是主運(yùn)動(dòng)為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)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(gè)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 ：ZF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Z XFyF向銑削力 是沿銑刀主運(yùn)動(dòng)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z75.0)3(bp?塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)4力可以按切削功率 （KW）或主電機(jī)功率 （ KW）計(jì)算，也可以按切削用量進(jìn)行計(jì)mPEP算。331010()EZZmFNVV?????或式中：V：主軸傳遞全部功率時(shí)的最低切削速度，100m/s；：機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。m?這里按電機(jī)功率進(jìn)行計(jì)算。 ??3 310(.7508.96)/1045.6EZPF NV?????圖 3-7：銑削力及工作臺(tái)上的載荷2.進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷的計(jì)算作用在進(jìn)給工作臺(tái)上的合力 F′與銑刀刀齒的銑削抗力的余力 F大小相同方向相反，如圖 2-6 所示，合力 ′就是設(shè)計(jì)和校核工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的時(shí)要考慮的工作載荷，它可以沿著銑床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向分解為三個(gè)力：工作臺(tái)的縱向進(jìn)給方向載荷 Fx 工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷 Fy 和工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷 Fz 。 工作臺(tái)工作載荷 Fx、F y 和 Fz 與銑刀的切向銑削力 Fz 之間有一定的經(jīng)驗(yàn)比值（可查《機(jī)電綜合指導(dǎo)》表 2-1） ，因此，求出 Z后，即可計(jì)算出工作臺(tái)工作載荷 x、 y和 z。即 ：, 6.0?x.Fy 5.0?z則： = 207.36N,xF塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5= 207.36 N,yF= 172.8 N.z2. 減速電機(jī)傳動(dòng)比的計(jì)算1）為滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了是傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載慣量盡可能小，傳動(dòng)鏈中采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)。根據(jù)小型鉆床的基本參數(shù)，主軸行程 L=125mm。由 Ld??則 12539.8m?r0由 ??dz?其 中 設(shè) 為則 2?由 TFr?則 mNf ????23.507.261預(yù)選的減速電機(jī)的扭矩為 0.4~1.8 ?則 98.135min?5602max?則圓弧圓柱蝸輪蝸桿減速器的最小傳動(dòng)比為 30，最大傳動(dòng)比為 67，這里我們初選圓弧圓柱蝸輪蝸桿減速器的傳動(dòng)比 .i2）傳動(dòng)比的校驗(yàn)以主軸鉆孔時(shí)最大轉(zhuǎn)速為 ,主軸進(jìn)給速度為 ，則有：80/minr0.1/mr80.1/i??/min25.64/i??.649./inrr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-9./inr塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)612SSN204.515500-298K 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(dòng)比為 50。3. 步進(jìn)電機(jī)選擇（1）計(jì)算進(jìn)給牽引力 Fm（N）可根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算縱向?qū)к墸?)2(GFfKFyzxm??K：顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) K=1.15；：滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦因素 =0.15~0.18，取 =0.16:；fffG：溜板及刀架重力，G=800N。 其中 分別是上面計(jì)算的數(shù)據(jù)， xFyz因此上面的公式可以化為： ??(2)1.507.361.8207.3684myzxKfFGN?????（2）系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種慣性負(fù)載，在電機(jī)的選用的時(shí)候必須加以考慮。由于傳動(dòng)系統(tǒng)的各傳動(dòng)不見并不是與點(diǎn)饑軸同軸線，還存在各傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量向電機(jī)軸折算的問題。最后，要計(jì)算整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上面的總傳動(dòng)慣量，即是傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。1) 對(duì)于工作臺(tái)溜板的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)主軸上的計(jì)算公式： 222180()bGJkgcmi?????：為脈沖當(dāng)量， 0.01mm;：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角， ；b ??8.1b?：蝸輪蝸桿減速電機(jī)的傳動(dòng)比， =50；i i：重力加速度， =10。gg工作臺(tái)的質(zhì)量的折算工作臺(tái)是移動(dòng)不見，其移動(dòng)質(zhì)量折算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 可以按下面的公式進(jìn)GJ塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)7行計(jì)算： 2o222 01.81058180 cmkgcmkgiGbJ ??????????????????????2) 對(duì)于軸，軸承，齒輪，聯(lián)軸器，絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式為對(duì)于鋼材，材料密度為 代入就有3108.7??430.JDL?其中：D 為圓柱體的直徑；L 為圓柱體的長(zhǎng)度。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算到電機(jī)軸上為： 4 217.8012.5Jkgcm?????3) 動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)床，是采用的是減速電機(jī)帶動(dòng)的減速傳動(dòng)，因此我們可以根據(jù)下面的公式，進(jìn)行計(jì)算： ??2132180()bGJiJig??????其中 : 為傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ;根據(jù)查資料和計(jì)算我們可以得到 ??223215.0180cmkggiGJiJbZ??????????????（3）初選步進(jìn)電機(jī)1) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mT02miFPT???式中： ：進(jìn)給牽引力（N） ；m塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)8：絲杠的傳動(dòng)效率，為齒輪、軸承、絲杠效率之積；0?：齒輪副的傳動(dòng)效率， 是齒輪副的傳動(dòng)比；i i：十字型導(dǎo)軌副的傳動(dòng)效率。1因?yàn)椋?，則fmF? mNPTim ??????7.014.052761310??2) 估算步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 qTmNTmq ???3.2073.式中：0.3 為安全系數(shù)。3) 計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩 maxj查表取三相六拍 ，則0.7??mNTqf ?32max4) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率 和最高起動(dòng)頻率fmaxfmaxax10023.6.1Vf Hz????67.f試中： ：最大快移速度（m/min） ，這里為 2m/min；max：最大切削進(jìn)給速度（m/min）; 這里為 0.1 m/min； V：脈沖當(dāng)量，取 0.01mm/step。?5） 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)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(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說還是偏低，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)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(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有 1500mm/min,故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)9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(jià)比。根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)距 maxjT查得 86HS15060A4 最大靜轉(zhuǎn)距為 12 maxjT，可N?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(dòng)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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)10圖 3-10（4）步進(jìn)電機(jī)的校驗(yàn)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(jì)算。1) 快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)距 T在快速空載起動(dòng)階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：ofa??mx式中： ：快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ；T??cmN?：空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩 ；max ??cmN?：折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 ；f ?：由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上附加摩擦轉(zhuǎn)矩 。0T ?摩擦轉(zhuǎn)矩 mNiGfPf??????02.4.054168310??式中： ：運(yùn)動(dòng)部件的總重量（N） ；G：導(dǎo)軌摩擦系數(shù) ，取 ；f 16.0?f：蝸輪蝸桿減速電機(jī)的傳動(dòng)比， i=50。i塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)11mNiPFT??????14.04.0521387300??0687.33fF空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩： mNJtnTZFa??????4.5106.20333maxmx??式中： ：折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ；axT??mN?：電機(jī)最大角加速度， （ ） ；?2/rads：電機(jī)最大轉(zhuǎn)速， （ ） ；maxnin：運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度， （ ） ；v/im：運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)到加速到最大快進(jìn)速度所需要的時(shí)間， （0.025s） 。t上面三項(xiàng)合計(jì)為：mNTTfa ????56.0mx2) 快速移動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩：f?10快3) 最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩：mNifPFTzf?????? ?194.0 4.054.02168132 300切 ??塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)12/0.5138zfF?從上面的計(jì)算可以看出， T， 切 和 快 三種工作情況下，以快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大，即以此項(xiàng)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(shí)， 則最大靜轉(zhuǎn)矩為：qmaxT0.7j??NTj???94.70max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(xiàng)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(dòng)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(duì)加工方面能夠更好的控制精度，電機(jī)的啟動(dòng)和正反轉(zhuǎn)通過改變電機(jī)的輸入電壓實(shí)現(xiàn)的，從而達(dá)到更好的效果，臺(tái)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(jì)算結(jié)果減速電機(jī)傳動(dòng)比為 50，可選型號(hào) DS-12SSN204.515500-298K，下面將展示減速電機(jī)的參數(shù)如圖 3-11塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)13圖 3-113.3 法蘭的設(shè)計(jì)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(gè) 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(duì) 法 蘭 、 一 個(gè) 墊 片 及 若 干 個(gè) 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(tái) 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(jì) 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：塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)15圖 3-15 圖 3-16圖 3-17這里要用到蓋在兩個(gè)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(dòng)，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(jì)的，外殼的效果圖如圖 3-18 和圖 3-19：塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)16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：塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)17圖 3-21 圖 3-223.4.3 法蘭與十字滑臺(tái)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(tái)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：塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)18圖 3-25 圖 3-26改造后的臺(tái)鉆效果圖如圖 3-27 和圖 3-28 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)19圖 3-27 圖 3-28