数控多工位钻床设计(颜杰)

湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文题目：数控多工位钻床设计专业：机电一体化系部：机械工程系姓名：颜杰班级：309-1湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书2摘要随着先进制造技术的发展和进步，数控加工已成为机加工过程中的一种主流技术。这一技术的运用提高了机加工过程中工作效率和加工精度。数控多工位钻床就是提高钻削加工精度和效率的一种很好的机加工工具。本文针对大尺寸，多孔零件及直径较大的深孔加工，提出了一种可调式大直径数控多工位专用钻床设计方案。对多工位专用钻床的上滑台，下滑台等机械结构进行设计，实现了加工不同中心距不同厚度的工件及一专多用的要求。基于西门子数控系统完成电气控制部分的设计，实现立柱钻头与回转工作台在数控系统的统一控制下，完成连续精确的高速钻孔。相比于传统钻床，该方案适合大直径的深孔加工，以及满足高加工节拍、高形位精度，不同尺寸加工自适应，高效率要求，并具有低成本的特点。关键词：数控钻削多工位钻床大直径湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书3目录摘要...........................................................2目录...........................................................31.前言........................................................52数控机床概述.................................................62.1数控机床简介............................................62.2数控机床的产生及其重要性.................................62.3数控机床应用范围及特点..................................72.4我国数控技术的发展......................................82.5数控机床的工作原理......................................82.6数控机床的组成...........................................92.7数控技术的发展现状与趋势................................92.7.1精度化.............................................102.7.2高速度化...........................................102.7.3高柔性化..........................................102.7.4高自动化..........................................112.7.5复合化............................................112.7.6智能化............................................112.7.7网络化............................................122.7.8高可靠性..........................................123机械结构选择................................................134一种多工位专用数控钻床的设计研究...........................144.1总体设计分析...........................................144.2可调式功能的实现.......................................15湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书44.3机械部分................................................154.4钻头的选型与计算.......................................174.5控制部分................................................18结语..........................................................20致谢........................................................21参考文献......................................................21湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书51.前言机床是制造装备的“工作母机”，数控系统是机床的“大脑”。数控机床的制造水平，已经成为衡量国家制造业水平、工业现代化程度和国家综合竞争力的重要标志。以钻床来说，目前，钻孔用的设备一般为台式钻床和摇臂钻床，但这两种设备只适合钻削小型零件上的孔，且孔的长径比一般不超过4。如果要加工大直径孔且孔数目较多，设计一种专用钻床就很有必要。针对大尺寸，多孔零件及直径较大的深孔加工，在此提出了一种可调式大直径数控多工位专用钻床设计方案。对多工位专用钻床的上滑台，下滑台等机械结构进行设计，实现了加工不同中心距不同厚度的工件及一专多用的要求。该设计满足高加工节拍、高形位精度、不同尺寸加工自适应、高效率要求，并具有低成本的特点。是一种新型的数控多工位钻床湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书62.数控机床概述2.1数控机床简介数控车床可分为卧式和立式两大类。卧式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。档次较高的数控卧车一般都采用倾斜导轨。按刀架数量分类，又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车，前者是两坐标控制，后者是4坐标控制。双刀架卧车多数采用倾斜导轨。数控车床与普通车床一样，也是用来加工零件旋转表面的。一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工，还能加工一些复杂的回转面，如双曲面等。车床和普通车床的工件安装方式基本相同，为了提高加工效率，数控车床多采用液压、气动和电动卡盘。数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。2.2数控机床的产生及其重要性随着科学技术的飞跃发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加。同时，随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。此外，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件高效和高质量的加工要求。数字控制机床，就是为了解决单件、小批量，特别是复杂型面零件加湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书7工的自动化并保证质量要求而生产的。数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动检测以及精密机械等技术的最新成果而发展起来的完全新型的机床，它标志着机床工业进入了一个新的阶段。从第一台数控机床问世到现在40多年中，数控技术的发展非常迅速，使制造技术发生了根本性的变化，几乎所有品种的机床都实现了数控化。数控机床的应用领域也从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造行业。此外，数控技术也会在绘图仪、坐标测量仪、激光加工与线切割机等机械设备中得到广泛的应用。努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业发展的方向。数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。应用数控加工可大大提高生产效率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少，节省人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程联为一体，使零件的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）和计算机辅助制造（CAM）的一体化成为现实，使机械加工的柔性化自动化水平不断提高。2.3数控机床应用范围及特点目前的数控加工主要应用于以下两方面：⑴常规零件加工，如二维车削、箱体类镗铣等。其目的在于：提高加工效率，避免认为误差，保证产品质量；以柔性加工方式取代高成本的工装设备，缩短产品制造周期，适应市场需求。这类零件一般形状较简单，湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书8实现上述目的的关键一方面在于提高机床的柔性自动化程度、高速精加工能力、加工过程的可靠性与设备的操作性能，另一方面在于合理的生产组织、计划调度和工艺过程安排。⑵复杂形状零件加工，如模具型腔、涡轮叶片等。该类零件在众多的制造行业中具有重要的地位，其加工质量直接影响以至决定着整机床品的质量。这类零件型面复杂，常规加工方法难以实现，它不仅促使了数控加工技术的产生，而且也一直是数控加工技术的主要研究及应用对象。由于零件型面复杂，在加工技术方面，除要求数控机床具有较强的运动控制能力（如多轴联动）外，更重要的是如何有效地获得高效优质的数控加工程序，并从加工过程整体上提高生产效率。数控机床在机械制造领域中得到日益广泛的应用，是因为它具有如下特点：高柔性、生产效率高、加工精度高、加工质量稳定可靠、自动化程度高、能完成复杂型面的加工、有利于生产管理的现代化。2.4我国数控技术的发展从20世纪50年代末期，我国就开始研究数控技术，开发数控产品。1958年，清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床。经过多年的不断努力，数控产业取得了长足的发展：国产数控系统基本上掌握了关键技术，可靠性已有很大提高；新开发的国产数控机床产品大部分达到国际20世纪80年代中期水平，部分达到国际20世纪90年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床；技术上也取得很大突破，如高速主轴制造技术、快速进给、快速换刀、柔性制造等技术，为国产数控机床的下一步发展奠定了基础。虽然在数控技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距，但这种差距正在迅速缩小。湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书92.5数控机床的工作原理数控机床是数字信息进行控制的机床。即凡是用代码化和数字信息将刀具移动轨迹信息记录在程序介质上，然后送入数控系统，经过译码和运算，控制机床刀具与工件的相对运动，加工出所需工件的一类机床即为数控机床。数控加工基本过程见图1所示：计算机数字控制装置（CNC装置）通信线路编程器CAD/CAM系统上位机输出装置输入装置程序清单信息载体机床速度控制单元位置检测器进给电动机可编程控制器（PLC）主轴控制单元主轴电动机图1计算机数字控制（CNC）系统框图数控机床加工零件时，首先编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。将数控程序输入到数控装置，再由数控装置机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如刀具选择交换，工件夹紧、松开和冷却、润滑的启、停等动作，使刀具与其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度等符合要求的零件。2.6数控机床的组成数控机床的种类繁多，但从组成一台完整的数控机床来讲，它由信息输入装置、数控装置、伺服系统、机床本体以及复杂装置组成。湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书102.7数控技术的发展现状与趋势近十几年来，数控机床借助于微电子、