自动钻铰孔装置设计

说明书第Ⅰ页目次1绪论................................................................11．1自动钻孔技术的现状及发展趋势.....................................11.2钻铰孔装置简介....................................................12被加工工件的结构特点及技术要求......................................32.1技术要求..........................................................32.2装置结构特点......................................................33切削刀具分析........................................................43.1麻花钻............................................................43.2铰刀的选择........................................................53.3钻削用量与参数选择................................................54钻铰孔夹具设计......................................................84.1钻铰孔夹具的特点..................................................84.2工件定位夹紧方案..................................................94.3夹紧机构.........................................................145回转工作台的方案确定...............................................175.1分度式工作台.....................................................175.2开环数控回转工作台...............................................215.3闭环数控回转工作台...............................................235.4双导程蜗杆传动...................................................255.5回转工作台参数计算...............................................266装置控制系统设计...................................................276.1PLC装置介绍......................................................276.2系统控制要求.....................................................30结论................................................................32致谢................................................................33参考文献...........................................................341绪论1．1自动钻孔技术的现状及发展趋势在机械零件加工作业中，孔加工所占比例相当大，因此与高速铣削相类似的高速、高精度钻削加工已提上议事日程，高效率孔加工对于促使零件生产合理化是不可或缺说明书第Ⅰ页的重要工艺过程。近年来，零部件生产大都采用以自动化设备为中心的生产形态，进行孔加工时大都采用加工中心、CNC电加工机床等先进设备。机加工的效率、加工质量和加工性能等已成为评价机械加工性能的主要指标[1]。在孔加工作业中，目前仍大量使用高速钢麻花钻，但各企业之间在孔加工精度和加工效率方面已逐渐拉开了差距。高速钻头切削是一种高速大进给量的发展趋势，类似球头立铣刀切削条件的发展趋势。切削实践表明，提高切削速度有利于切屑形态的合理化和改善加工表面的粗糙度，预计今后仍将沿着高速切削的方向发展；提高进给量对断屑排屑和延长刀具寿命非常有利，因此，今后也仍将沿着大进给的方向不断发展。随着IT相关产业的发展，近年来，光学和电子工业所用装置的零部件产品的需求急速增长，这种增长刺激了微细形状及高精度加工技术的迅速发展。其中，微细孔加工技术的开发应用尤其引人注目。微细孔加工早已在印刷电路板等加工中加以应用，包括钢材在内的多种被加工材料，均可用钻头进行小直径加工，微孔加工是未来趋势所需[2]。近年来，随着高速铣削的出现，以铣削刀具为中心的切削加工正在进入高速高精度化的加工时期。目前，孔加工的高速化明显滞后于其他切削加工。零件的快捷生产是制造业赖以生存的重要条件，因而孔加工技术不能成为机械加工的瓶颈工艺，它必须沿着切削高速化的方向快速跟进，尽快步入高速高精度化的加工行列。1.2钻铰孔装置简介该自动钻铰孔装置由钻孔装置、铰孔装置、自动回转工作台及工作台上的夹具和装卸装置部分组成。钻削的主运动是刀具旋转，进给运动是刀具的轴向移动。钻孔和孔口加工能达到的尺寸精度为IT12~IT11,能达到表面粗糙度为Ra25错误!未找到引用源。~6.3错误!未找到引用源。。扩孔的尺寸精度为IT10~IT9，表面粗糙度为Ra6.3错误!未找到引用源。~3.2错误!未找到引用源。。铰孔的尺寸精度为IT8~IT6，表面粗糙度为Ra1.6错误!未找到引用源。~0.4错误!未找到引用源。[3-4]。因此很容易看出钻孔属于粗加工，而铰孔属于精加工。孔加工的工艺特点有：用钻头在工件实体部位加工孔钻孔时麻花钻刚性较差，钻孔时轴线容易歪斜。由于横刃的影响导致定心不准。钻削时产生轴向力很大[5-8]。铰孔在较低的切削速度（νc=1.5m/min~5m/min）、较大的进给量（f=0.5mm/r~3mm/r）和很小的背吃刀量的条件下进行，这样不会产生积积屑瘤，保证孔的质量较好[9]。说明书第Ⅰ页夹具部分由定位元件、定位装置、夹紧装置、对刀-导向元件、连接元件、夹具体及其他装置组成[10]。在钻床上钻孔，重要的工艺要求是孔的位置精度。孔的位置精度用其他方法都不能保证，在成批生产时常使用钻床夹具，通过钻床夹具上的钻套引导刀具进行加工，既保证了位置精度，又可提高刀具的刚性，使加工质量和生产率都得到显著的提高[11-13]。工件的定位：工件的定位并不是使工件固定，而是使工件占据固定的位置，这些都是通过定位元件完成的。工件定位原理为“六点定位原理”，利用“六点定位原理”定位时需要注意有完全定位、部分定位、欠定位和重复定位的问题。典型定位方式：平面定位（第一、二、三定位基准）；圆柱孔定位（定位心轴、定位销）；外圆柱面定位（定心定位、支承定位、V型块定位）。回转工作台可基本分为普通回转工作台和数控回转工作台。其中普通回转工作台是需要分度装置的控制来完成圆周分度，由不同的分度精度实现各角度的回转。而数控回转工作台则通常是通过直流伺服电机驱动来实现各角度的回转，一般分度精度为错误!未找到引用源。，重复精度为错误!未找到引用源。[14]。该装置的控制是典型的顺序控制，非常适宜用可编程控制器进行控制，采用可编程控制器构成控制系统，可以减小电气控制设备体积，使其工作更加可靠，同时其控制要求易于修改，日常工作中维护量小，其优点是显而易见的[15]。说明书第Ⅰ页2被加工工件的结构特点及技术要求2.1技术要求毛坯的选择是制订工艺规程中的一项重要内容，选择不同的毛坯就会有不同的加工工艺，采用不同设备、工装，从而影响零件加工的生产率和成本。毛坯选择包括选择毛坯类型和确定毛坯制造方法两方面，应全面考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以降低零件制造总成本。毛坯的种类有：铸件、锻件、冲压件、型材、工程塑料、组合件等。毛坯零件材料选择为45钢。毛坯尺寸公差与机械加工余量的确定确定毛坯尺寸公差：根据所需加工工件外圆直径为30mm的圆钢，高20mm。查得工件最大轮廓尺寸为0033.030mm。计算确定毛坯机加工余量：先计算出圆钢的质量mn=错误!未找到引用源。d2h错误!未找到引用源。,错误!未找到引用源。——钢才密度，7.85g/cm3。得mn=111g，根据圆钢质量查的尺寸为30mm时的单边加工余量为1mm~1.5mm。2.2装置结构特点被加工件为圆柱形工件所以所设计的夹具需要时以外圆柱面定位方式定位。工件所需加工一个中心孔，所以在回转工作台上还需考虑设计一个槽孔以方便进行钻削。自动钻钻铰孔装置是利用了回转工作台将钻孔与铰孔两道工序高效率的合并成到了一起。同时它也减少了钻孔与铰孔之前的装夹，避免了二次装夹带来的定位误差，因此也相对提高了钻孔铰孔时的加工精度。减少装夹次数也使加工连续性得以保持，提高了加工的速率与效率。装置采用了PLC可编程控制器以此达到了自动化控制。说明书第Ⅰ页3切削刀具分析刀具的正确选择对对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大的影响。在选择刀具时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质（粗、精加工）等。制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性化学惰性，良好的工艺性（切削加工、锻造和热处理等），并且刀具不易变形。通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。3.1麻花钻钻头是用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔，并能对已有的孔扩孔的刀具。常用的钻头主要有麻花钻、扁钻、中心钻、深孔钻和套料钻。麻花钻是应用最广的孔加工工具。通常直径范围为0.25mm~80mm。它主要由工作部分、颈部和柄部构成。工作部分有两条螺旋形的沟槽，形似麻花因而得名。为了减小钻孔时导向部分与孔壁间的摩擦，麻花钻自钻尖向柄部方向逐渐减小直径呈倒锥状。麻花钻的材料选择，工作部分采用高速钢。柄部采用价廉的优质碳素钢。工作部分与颈部采用焊连接。随着现在的科学技术的进步与发展，钻头切削部分采用硬质合金及涂层的结构日益增多。从经济角度将钻铰孔精度定为IT9，表面粗糙度为3.2~1.6。又因为所需加工的孔的直径为15mm，所以选择钻头时因比给它留有一定的孔加工余量。因此，查表选取麻花钻直径为14mm。然后通过铰孔达到15H9的尺寸精度。14h8的麻花钻刀身长为160mm,切削部分长为108mm。图3-1麻花钻说明书第Ⅰ页3.2铰刀的选择铰刀是用于铰削工件上已钻削加工后的孔，主要是为了提高孔的加工精度，降低其表面的粗糙度，是用于孔的精加工和半精加工的刀具，加工余量一般很小。用来加工圆柱形孔的铰刀比较常用。用来加工锥形孔的铰刀是锥形铰刀，比较少用。按使用情况来分有手用铰刀和机用铰刀。就铰刀材料而言，又有高速钢和硬质合金之分。铰孔的尺寸精度为IT8~IT6，表面粗糙度为Ra1.6um~0.4um。机铰刀一般有6个~12个刀齿。机用铰刀使用时应注意铰削速度和走刀量，因为如果铰刀速度过快会导致铰刀出现摇摆和抖动这样会使孔的边缘受到摩擦影响加工的精度。铰孔在较低的切削速度（ν=1.5m/min~5m/min）较大的进给量（f=0.5mm/r~3mm/r）和很小的被吃刀量的条件下进行，这样不会产生积屑瘤，保证孔的质量较好。对IT8的孔