自動鉆鉸孔裝置設計
自動鉆鉸孔裝置設計,自動鉆鉸孔裝置設計,自動,鉆鉸孔,裝置,設計
自動鉆鉸孔裝置設計答辯人：指導老師：自動鉆孔技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢自動鉆孔技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢在機械零件加工作業(yè)中，孔加工所占比例相當大，高效率孔加工對于促使零件生產合理化是不可或缺的重要工藝過程。近年來，零部件生產大都采用以自動化設備為中心的生產形態(tài)，進行孔加工時大都采用加工中心、CNC電加工機床等先進設備。機加工的效率、加工質量和加工性能等已成為評價機械加工性能的主要指標鉆鉸孔裝置簡介鉆鉸孔裝置簡介自動鉆鉸孔裝置由鉆孔裝置、鉸孔裝置、自動回轉工作臺及工作臺上的夾具和裝卸裝置部分組成。鉆孔、鉸孔裝置的設計主要是刀具的尺寸材料和切削用量的選擇。夾具部分的設計主要是定位夾緊方案和定位誤差分析的設計。鉆鉸孔裝置簡介鉆鉸孔裝置簡介回轉工作臺可基本分為普通回轉工作臺和數(shù)控回轉工作臺?？紤]到裝置沒有對刀元件的設計。因此鉆頭位置精度只能靠回轉工作臺來確定。因此工作臺的分度精度要達一定要求。該裝置的控制是典型的順序控制，非常適宜用可編程控制器進行控制，采用可編程控制器構成控制系統(tǒng)被加工工件的技術要求被加工工件的技術要求毛坯的選擇是制訂工藝規(guī)程中的一項重要內容，選擇不同的毛坯就會有不同的加工工藝，采用不同設備、工裝，從而影響零件加工的生產率和成本。毛坯零件材料選擇為45鋼確定毛坯尺寸公差：根據(jù)所需加工工件外圓直徑為30mm的圓鋼，高20mm。查得工件最大輪廓尺寸為30 mm。被加工工件的技術要求被加工工件的技術要求計算確定毛坯機加工余量：先計算出圓鋼的質量 鋼材密度，7.85g/cm3。得mn=111g，根據(jù)圓鋼質量查的尺寸為30mm時的單邊加工余量為1mm1.5mm。被加工件為圓柱形工件所以所設計的夾具需要時以外圓柱面定位方式定位，并進行誤差分析。鉆削用量與參數(shù)選擇鉆削用量與參數(shù)選擇切削速度、進給量、和背吃刀量是金屬切削過程中的三個重要參數(shù)，總稱為切削用量。鉆孔表面粗糙度為3.2 1.6，應屬于半精加工，ap取為0.5mm 2mm。鉸孔時背吃刀量ap取0.1mm。鉆削用量與參數(shù)選擇鉆削用量與參數(shù)選擇ap選定以后應盡可能選用較大的f，但增大進給量將增大表面粗糙度。因此進給量是精加工時抑制提高生產率的因素。半精加工和精加工時最大進給量主要受工件加工表面粗糙度的制約。根據(jù)裝置是鉆孔加鉸孔的工序查表得鉆頭直徑為14mm，材料為圓鋼時f為0.25 mm/r 0.3 mm/r，取0.3mm/r。鉆削用量與參數(shù)選擇鉆削用量與參數(shù)選擇鉸刀的進給速度應比鉆孔速度快,查機用鉸刀進給量表得鉸刀直徑為15，圓鋼作為零件材料時f為1.0 mm/r 2.0mm/r，取1.0mm/r。鉆孔ap和f確定以后，用查表法得切削速度為0.35m/s。鉸孔切削速度范圍為4 m/min 8 m/min，取6m/min。鉆鉸孔夾具設計鉆鉸孔夾具設計介紹介紹夾具在工藝裝備中占有十分重要的地位，它對保證工件的加工精度、提高生產效率、降低生產成本、擴大機床使用范圍等方面具有重要的作用。因此夾具設計是機械加工中一項重要的工藝裝備設計工作。本裝置夾具設計主要是定位裝置與夾緊裝置的設計。工件定位夾緊方案工件定位夾緊方案工件以外圓柱面定位是孔加工中最常用的定位方法，外圓柱面有三種基本形式：定心定位、支承定位、V型塊定位。V型塊定位是圓柱形工件采用最廣的一種定位方式。用V型塊定位時，主要起對中作用，即它能使工件的定位基準外圓柱面中心線。V型塊上兩斜面的夾角 ，其中90 應用的最多。V型塊定位方案V型塊基本尺寸有：DV型塊的標準心軸直徑，即工件定位用的外圓柱直徑;HV型塊高度；NV型塊開口尺寸；TV型塊標準定位高度；V型塊斜面夾角。V型塊定位方案V型塊方案回轉工作臺整體俯視圖定位誤差分析因為對一批工件而言，外圓的直徑肯定是存在制造誤差的，這將引起工件外圓柱中心線在V型塊對稱平面垂直方向上產生位置偏移，即基準位置誤差，但在水平方向沒有偏移。定位誤差分析如圖所示，兩個極限尺寸的工件放置在V型塊上，其中圓心的偏移OO1就是工件定位的基準位置誤差，其值為：定位誤差分析在鉆孔加工時，加工點在圓心所以工序基準選的是以外圓柱中心線為基準。因此工序基準與定位基準重合，故不存在基準不重合誤差即工件定位誤差就是基準位置誤差0.023mm。根據(jù)加工精度要求同軸度為 ，。因此滿足加工精度要求。夾緊力的計算V型塊方案受力情況如上圖，為了保證工件夾緊不失效必須保證夾緊力所產生的力矩大于等于工件受鉆削力時所產生的力矩但是，在實際生產過程中只要能保證夾緊件提供的力大于F就可以保證工件不發(fā)生打滑。所以只要估算出一個大概的夾緊力即可。夾緊力的計算鉆頭的切削速度為0.35 m/s。先確定鉆削主軸的最大轉矩為95Nm。因此必須滿足 ，其中摩擦系統(tǒng)f取0.3計算，K為安全系數(shù)取2計算。根據(jù)上述公式估算出夾緊力F至少因為14KN時才能滿足加工工件時不發(fā)生工件打滑現(xiàn)象?；剞D工作臺的方案確定回轉工作臺的方案確定常用的回轉工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉工作臺。為了保證加工精度，分度工作臺的定位精度(定心和分度)要求很高。實現(xiàn)工作臺轉位的機構很難達到分度精度的要求，所以要有專門定位元件來保證。按照采用的定位元件不同，有定位銷式分度工作臺和鼠齒盤式分度工作臺。由于結構上的原因，通常分度工作臺的分度運動只限于某些規(guī)定的角度;不能實現(xiàn)0 范圍內任意角度的分度。回轉工作臺的方案確定回轉工作臺的方案確定由于數(shù)控回轉工作臺的功能要求連續(xù)回轉進給并與其他坐標軸聯(lián)動，因此采用伺服驅動系統(tǒng)來實現(xiàn)回轉、分度和定位，其定位精度由控制系統(tǒng)決定。根據(jù)控制方式，有開環(huán)數(shù)控回轉工作臺和閉環(huán)數(shù)控回轉工作臺。本裝置選擇的回轉工作臺為閉環(huán)數(shù)控回轉工作臺?；剞D工作臺的方案確定回轉工作臺的方案確定通過PLC的程序控制伺服電機然后通過蝸輪蝸桿的傳動來達到工作臺的120 的分度回轉控制。其分度精度可達25，重復精度可達4。蝸桿的分度圓直徑選擇為28mm，渦輪的分度圓直徑為160mm。根據(jù)普通蝸桿傳動m和d得搭配值表查的渦輪模數(shù)m為2.5?；剞D工作臺的方案確定回轉工作臺的方案確定d=mz，所以渦輪齒數(shù)z為64。，其中z2為渦輪齒數(shù)，z1為蝸桿頭數(shù)。取蝸桿頭數(shù)為2。得i12=32。裝置要求為平均30秒加工完成一個零件。因此初步選定工作臺轉速為10r/min。因此直流伺服電機只需要達到320r/min 的轉速即可。 設計說明書
作 者:
學 號：
系：
專 業(yè):
題 目:
自動鉆鉸孔裝置設計
講師
指導者：
(姓 名) (專業(yè)技術職務)
評閱者：
(姓 名) (專業(yè)技術職務)
2010年 5月
中文摘要
隨著機械技術與微電子技術的相互滲透，機械自動化技術也得到了迅猛的發(fā)展。自動鉆鉸孔裝置能夠按設定的程序和要求對工件裝夾、鉆孔、鉸孔等工藝過程進行有序執(zhí)行的自動化裝置。鉆鉸孔是機械加工中最常用的工序，因此如果采用自動化生產能大大的提高生產效率、相對提高了加工精度；降低了操作人員的勞動強度，減少了能源與材料的損耗。裝置的設計分為：夾具部分的設計、自動回轉工作臺設計、鉆鉸孔工具設計以及裝置程序控制設計。對裝置的程序控制選擇了PLC可編程控制器。自動鉆鉸孔裝置在對零件進行鉆孔與鉸孔的工藝中解決了重復裝夾、加工工序過多、相對定位精度不高等問題。該裝置將在未來鉆鉸孔加工中得到廣泛應用。
關鍵詞 鉆鉸孔 夾具 自動回轉臺 自動化
外文摘要
Title The design of automatc drilling reaming device
Abstract
As the mutual penetration of mechanical technology and microelectronics technology,machinery automation technology has been rapid development. Reaming Drilling device can automatically be set to implement clamping drilling reaming orderly according to procedure requires.Drilling Reaming is the most commonly used machining processes of processing process,so automation can greatly increase production efficiency and precision; reduce the amount of labor intensity,the consumption of energy and material.Device’s design is divided into:the design of clamp parts,rotary table design,drilling reaming tool design and the process of device control design.Process control on the device chosen PLC programmable controller.Automatic Drilling Reaming device in the drilling and reaming process to solve the problems such as repeat clamp,processing process too much,positioning accuracy is not high.The device will be widely used in Drilling Reaming in the future.
Keywords Drilling Reaming clamping Automation
開題報告
學 生 姓 名：
學 號：
專 業(yè)：
設計(論文)題目：
自動鉆鉸孔裝置設計
指 導 教 師:
2010年 3 月 19 日
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）；
4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。
開 題 報 告
1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫
2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
一、 引言
機器或裝置在無人干預的情況下按規(guī)定的程序或指令自動進行操作或控制的過程，其目標是“穩(wěn)，準，快”。自動化技術廣泛用于工業(yè)、農業(yè)、軍事、科學研究、交通運輸?shù)确矫?。采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能極大地提高勞動生產效率。本文以鉆鉸孔裝置為研究方向，運用PLC編程對鉆孔鉸孔、夾具、回轉工作臺的控制進行自動化生產的研究和分析。
隨著機械制造向高速、高效、自動化方向發(fā)展，以及各種難加工材料的相繼出現(xiàn)和廣泛應用，機加工的效率、加工質量和加工性能等已成為評價機械加工性能的主要指標[1]。機械加工程序中，鉆孔、鉸孔是孔加工中最重要的連續(xù)加工內容。因此對自動鉆鉸孔裝置的研究與發(fā)展具有減少裝夾次數(shù)、降低工人勞動強度、提高生產率和加工精度以及節(jié)約了能源和材料的重要意義。
二、鉆鉸孔裝置簡介
鉆鉸孔裝置由：鉆鉸孔工具、夾具、控制系統(tǒng)以及回轉工作臺組成?？准庸ひ话惴譃殂@孔、鉸孔、擴孔以及鏜孔根據(jù)加工的不同要求鉆頭刀具的選擇也有不同要求。
1：鉆鉸孔工具介紹
鉆削的主運動是刀具旋轉，進給運動是刀具的軸向移動。鉆孔和孔口加工能達到的尺寸精度為 IT12~IT11,能達到表面粗糙度為 Ra 25~6.3μm。擴孔的尺寸精度為IT10~IT9，表面粗糙度為Ra 6.3~3.2μm。鉸孔的尺寸精度為IT8~IT6，表面粗糙度為 Ra 1.6~0.4μm [2~3]。 因此很容易看出鉆孔屬于粗加工，而鉸孔屬于精加工。
2：鉆頭的類型有以下幾種：
1）麻花鉆（twist drill），是應用最廣的孔加工工具，因其容屑槽成螺旋狀而形似麻花而得名鉆頭材料一般為高速工具鋼或硬質合金。
2）鉸刀（reamer bit）是孔的精加工工具，鉸孔時從工件孔壁上切除微量金屬層，以提高其尺寸精度和孔表面質量[4]。
3：孔加工的工藝特點 [5~8]
1）鉆孔
用鉆頭在工件實體部位加工孔稱為鉆孔。麻花鉆剛性較差，鉆孔時軸線容易歪斜。由于橫刃的影響導致定心不準。鉆削時產生軸向力很大。
2）擴孔
當所需加工的孔徑較大、孔的質量要求較高時、就需要擴孔。擴孔是對孔的半精加工。生產批量較大時，采用擴孔鉆。生產批量較小時，就用麻花鉆擴孔。
3）鉸孔[9]
鉸孔在較低的切削速度（νc=1.5m/min~5m/min）、較大的進給量（f=0.5mm/r~3mm/r）和很小的背吃刀量的條件下進行，這樣不會產生積積屑瘤，保證孔的質量較好。
三、 夾具
1：夾具的作用有：
1）工件易于正確定位，保證加工精度。
2）縮短安裝時間，提高勞動生產率。
3）鉆孔夾具還可以對工件起到夾緊作用，防止發(fā)生工件移位。
4）使用夾具可以保證工件的加工的質量一致，降低對操作人員技術的要求。
2：鉆孔夾具設計特點[11~13]：
在鉆床上鉆孔，重要的工藝要求是孔的位置精度?？椎奈恢镁扔闷渌椒ǘ疾荒鼙ＷC，在成批生產時常使用鉆床夾具，通過鉆床夾具上的鉆套引導刀具進行加工，既保證了位置精度，又可提高刀具的剛性，使加工質量和生產率都得到顯著的提高。
夾具由定位元件、定位裝置、夾緊裝置、對刀-導向元件、連接元件、夾具體及其他裝置組成[10]。
工件的定位：工件的定位并不是使工件固定，而是使工件占據(jù)固定的位置，這些都是通過定位元件完成的。工件定位原理為“六點定位原理”，利用“六點定位原理”定位時需要注意有完全定位、部分定位、欠定位和重復定位的問題。
典型定位方式：平面定位（第一、二、三定位基準）；圓柱孔定位（定位心軸、定位銷）；外圓柱面定位（定心定位、支承定位、V型塊定位）。
工件的夾緊：
①夾緊過程中，不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。
②夾緊力的大小適當，既要保證工件的整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變、無振動，又要使工件不產生過大的變形。
③工藝性好，在保證生產效率的前提下，其結構力求簡單、便于制造和維修。
④使用性好，夾緊裝置的操作應當安全、方便、省力。
四、 控制系統(tǒng)
該裝置的控制是典型的順序控制，非常適宜用可編程控制器進行控制，采用可編程控制器構成控制系統(tǒng)，可以減小電氣控制設備體積，使其工作更加可靠，同時其控制要求易于修改，日常工作中維護量小，其優(yōu)點是顯而易見的。
1：PLC簡介
可編程控制器（PLC）又稱邏輯控制器，是工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲器存儲用戶設計的存儲命令，用這些指令來實現(xiàn)邏輯運算、順序操作、定時、計數(shù)、算術運算，通過數(shù)字或模擬輸入/輸出來控制各種機電一體化系統(tǒng)[14]。
PLC具有程序可變、抗干擾能力強、可靠性高、功能強、體積小、耗電低等顯著優(yōu)點，特別是易于編程，使用操作維修方便，價格低廉。因此，PLC具有廣泛的應用前景。
2：PLC工作原理
PLC實質上是一臺面向用戶的專用數(shù)字控制計算機。通過輸入/輸出接口與被控制對象相連接，根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求，通過編程器預先把程序寫入存儲器中然后執(zhí)行此程序，完成控制任務。PLC主要利用邏輯運算以實現(xiàn)各種開關量的控制，根據(jù)邏輯梯形圖所表達的順序過程用PLC指令編寫程序。
3：PLC在鉆孔裝置中的應用
1）了解工序過程及控制要求
2）進行PLC的設計，利用PLC對鉆孔裝置的動作要求控制的設計步驟如下：a 確定輸入/輸出信號; b 按實際加工工藝要求繪制加工過程流程圖; c 根據(jù)上述流程圖，畫出邏輯控制圖；d 根據(jù)邏輯控制圖繪出PLC梯形圖；e 用PLC提供的有關指令，根據(jù)梯形圖編寫程序[15]。
通過對鉆鉸孔裝置、夾具設計和PLC編程控制器的初步了解，確定了裝置設計的方向和研究方法手段，為今后的工作奠定了基礎。
參考文獻
[1] 任兆應,張維紀.實用鉆孔技術[M].北京：金盾出版社,1997.
[2] 方子良,宋彪.機械制造技術基礎[M].南京:南京理工大學出版社,2003.
[3] 孟慶東.如何保證鉆孔精度[J].職業(yè)技術培訓,2000(4).
[4] 孫立新.鉸孔加工的質量分析與影響因素[Z].中國高新技術企業(yè)技術論壇
[5] 張青,陳祖權,任建新.多軸傳動鉆孔裝置設計[J].柴油機設計與制造,2007，15（1）：49-52.
[6] 李曙生.氣動盤式自動鉆孔機的設計[J].機床與液壓.2006(4):146-148.
[7] 武春華,李昌樂.普通車床半自動鉆孔裝置[J].現(xiàn)代制造工程.2002(8):40-41.
[8] 黃庚榮.改變麻花鉆的刃面形狀提高斜面鉆孔精度[J].機械工人（冷加工），1999（9）：11
[9] 張書輝.浮動鉸孔裝置的設計及應用[J].岳陽師范學院學報（自然科學版），2002，15（4）：72-74.
[10] 丁同梅,周正武.鉆孔夾具設計[J].機械研究與應用, 2008, 21(5):67-69.
[11] 黃安慶.一種實現(xiàn)經(jīng)濟型數(shù)控車床自動鉆孔的夾具[J].科技成果管理與研究,2008(8):39-41.
[12] 李煒,張曉霞.鉆孔定位夾具設計[J].模具制造,2007(11):56-57.
[13] 呂云海.一種圓周分度鉆孔夾具[J].新技術新工藝·實用技術與工藝裝備,2005（11）：27-28.
[14] 宮淑貞,徐世許.可編程控制器原理及應用[M].第2版,北京：人民郵電出版社,2008.
[15] 蔡衛(wèi)東,王紅巖,王文明.PLC在自動鉆孔機床中的應用[J].山東機械,2002(2):38-40.
開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題主要研究自動化鉆鉸孔裝置的設計問題，利用PLC對裝置系統(tǒng)完成控制要求，具體措施如下：
1） 根據(jù)所提供的零件加工的要求進行詳細的分析；
2）根據(jù)分析的結果，參考相關資料對鉆頭、鉸刀、夾具、裝卸裝置等進行選擇 與設計以滿足加工要求；
3） 根據(jù)生產過程工序，編輯PLC程序控制指令；
4） 對所設計完成的裝置進行工藝性能進行分析及優(yōu)化；
5）對裝置設計進行總結，完成設計并撰寫說明書。
開 題 報 告
指導教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：
指導教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日
第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁
目 次
1 緒論 1
1．1 自動鉆孔技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
1.2 鉆鉸孔裝置簡介 1
2 被加工工件的結構特點及技術要求 3
2.1 技術要求 3
2.2 裝置結構特點 3
3 切削刀具分析 4
3.1 麻花鉆 4
3.2 鉸刀的選擇 5
3.3 鉆削用量與參數(shù)選擇 5
4 鉆鉸孔夾具設計 8
4.1 鉆鉸孔夾具的特點 8
4.2 工件定位夾緊方案 9
4.3 夾緊機構 14
5 回轉工作臺的方案確定 17
5.1 分度式工作臺 17
5.2 開環(huán)數(shù)控回轉工作臺 21
5.3 閉環(huán)數(shù)控回轉工作臺 23
5.4 雙導程蝸桿傳動 25
5.5 回轉工作臺參數(shù)計算 26
6 裝置控制系統(tǒng)設計 27
6.1 PLC裝置介紹 27
6.2 系統(tǒng)控制要求 30
結 論 32
致 謝 33
參 考 文 獻 34
第 34 頁 共 34 頁
1 緒論
1．1 自動鉆孔技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
在機械零件加工作業(yè)中，孔加工所占比例相當大，因此與高速銑削相類似的高速、高精度鉆削加工已提上議事日程，高效率孔加工對于促使零件生產合理化是不可或缺的重要工藝過程。近年來，零部件生產大都采用以自動化設備為中心的生產形態(tài)，進行孔加工時大都采用加工中心、CNC電加工機床等先進設備。機加工的效率、加工質量和加工性能等已成為評價機械加工性能的主要指標[1]。
在孔加工作業(yè)中，目前仍大量使用高速鋼麻花鉆，但各企業(yè)之間在孔加工精度和加工效率方面已逐漸拉開了差距。高速鉆頭切削是一種高速大進給量的發(fā)展趨勢，類似球頭立銑刀切削條件的發(fā)展趨勢。切削實踐表明，提高切削速度有利于切屑形態(tài)的合理化和改善加工表面的粗糙度，預計今后仍將沿著高速切削的方向發(fā)展；提高進給量對斷屑排屑和延長刀具壽命非常有利，因此，今后也仍將沿著大進給的方向不斷發(fā)展。隨著IT相關產業(yè)的發(fā)展，近年來，光學和電子工業(yè)所用裝置的零部件產品的需求急速增長，這種增長刺激了微細形狀及高精度加工技術的迅速發(fā)展。其中，微細孔加工技術的開發(fā)應用尤其引人注目。微細孔加工早已在印刷電路板等加工中加以應用，包括鋼材在內的多種被加工材料，均可用鉆頭進行小直徑加工，微孔加工是未來趨勢所需[2]。
近年來，隨著高速銑削的出現(xiàn)，以銑削刀具為中心的切削加工正在進入高速高精度化的加工時期。目前，孔加工的高速化明顯滯后于其他切削加工。零件的快捷生產是制造業(yè)賴以生存的重要條件，因而孔加工技術不能成為機械加工的瓶頸工藝，它必須沿著切削高速化的方向快速跟進，盡快步入高速高精度化的加工行列。
1.2 鉆鉸孔裝置簡介
該自動鉆鉸孔裝置由鉆孔裝置、鉸孔裝置、自動回轉工作臺及工作臺上的夾具和裝卸裝置部分組成。
鉆削的主運動是刀具旋轉，進給運動是刀具的軸向移動。鉆孔和孔口加工能達到的尺寸精度為 IT12~IT11,能達到表面粗糙度為 Ra 25 ~6.3。擴孔的尺寸精度為IT10~IT9，表面粗糙度為Ra 6.3 ~3.2。鉸孔的尺寸精度為IT8~IT6，表面粗糙度為Ra 1.6 ~0.4 [3-4]。因此很容易看出鉆孔屬于粗加工，而鉸孔屬于精加工。
孔加工的工藝特點有：用鉆頭在工件實體部位加工孔鉆孔時麻花鉆剛性較差，鉆孔時軸線容易歪斜。由于橫刃的影響導致定心不準。鉆削時產生軸向力很大[5-8]。 鉸孔在較低的切削速度（νc=1.5m/min~5m/min）、較大的進給量（f=0.5mm/r~3mm/r）和很小的背吃刀量的條件下進行，這樣不會產生積積屑瘤，保證孔的質量較好[9]。
夾具部分由定位元件、定位裝置、夾緊裝置、對刀-導向元件、連接元件、夾具體及其他裝置組成[10]。在鉆床上鉆孔，重要的工藝要求是孔的位置精度?？椎奈恢镁扔闷渌椒ǘ疾荒鼙ＷC，在成批生產時常使用鉆床夾具，通過鉆床夾具上的鉆套引導刀具進行加工，既保證了位置精度，又可提高刀具的剛性，使加工質量和生產率都得到顯著的提高[11-13]。工件的定位：工件的定位并不是使工件固定，而是使工件占據(jù)固定的位置，這些都是通過定位元件完成的。工件定位原理為“六點定位原理”，利用“六點定位原理”定位時需要注意有完全定位、部分定位、欠定位和重復定位的問題。典型定位方式：平面定位（第一、二、三定位基準）；圓柱孔定位（定位心軸、定位銷）；外圓柱面定位（定心定位、支承定位、V型塊定位）。
回轉工作臺可基本分為普通回轉工作臺和數(shù)控回轉工作臺。其中普通回轉工作臺是需要分度裝置的控制來完成圓周分度，由不同的分度精度實現(xiàn)各角度的回轉。而數(shù)控回轉工作臺則通常是通過直流伺服電機驅動來實現(xiàn)各角度的回轉，一般分度精度為，重復精度為 [14]。
該裝置的控制是典型的順序控制，非常適宜用可編程控制器進行控制，采用可編程控制器構成控制系統(tǒng)，可以減小電氣控制設備體積，使其工作更加可靠，同時其控制要求易于修改，日常工作中維護量小，其優(yōu)點是顯而易見的[15]。
2 被加工工件的結構特點及技術要求
2.1 技術要求
毛坯的選擇是制訂工藝規(guī)程中的一項重要內容，選擇不同的毛坯就會有不同的加工工藝，采用不同設備、工裝，從而影響零件加工的生產率和成本。毛坯選擇包括選擇毛坯類型和確定毛坯制造方法兩方面，應全面考慮機械加工成本和毛坯制造成本，以降低零件制造總成本。毛坯的種類有：鑄件、鍛件、沖壓件、型材、工程塑料、組合件等。毛坯零件材料選擇為45鋼。
毛坯尺寸公差與機械加工余量的確定
確定毛坯尺寸公差：根據(jù)所需加工工件外圓直徑為30mm的圓鋼，高20mm。查 得工件最大輪廓尺寸為mm。
計算確定毛坯機加工余量：先計算出圓鋼的質量mn=d2h,——鋼才密度，7.85g/cm3。得mn=111g，根據(jù)圓鋼質量查的尺寸為30mm時的單邊加工余量為1mm~1.5mm。
2.2 裝置結構特點
被加工件為圓柱形工件所以所設計的夾具需要時以外圓柱面定位方式定位。工件所需加工一個中心孔，所以在回轉工作臺上還需考慮設計一個槽孔以方便進行鉆削。自動鉆鉆鉸孔裝置是利用了回轉工作臺將鉆孔與鉸孔兩道工序高效率的合并成到了一起。同時它也減少了鉆孔與鉸孔之前的裝夾，避免了二次裝夾帶來的定位誤差，因此也相對提高了鉆孔鉸孔時的加工精度。減少裝夾次數(shù)也使加工連續(xù)性得以保持，提高了加工的速率與效率。裝置采用了PLC可編程控制器以此達到了自動化控制。
3 切削刀具分析
刀具的正確選擇對對切削效率的高低和加工質量的好壞有很大的影響。在選擇刀具時，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工性質（粗、精加工）等。制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強度、沖擊韌性化學惰性，良好的工藝性（切削加工、鍛造和熱處理等），并且刀具不易變形。
通常當材料硬度高時，耐磨性也高；抗彎強度高時，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應用最廣的刀具材料，其次是硬質合金。
3.1 麻花鉆
鉆頭是用以在實體材料上鉆削出通孔或盲孔，并能對已有的孔擴孔的刀具。常用的鉆頭主要有麻花鉆、扁鉆、中心鉆、深孔鉆和套料鉆。
麻花鉆是應用最廣的孔加工工具。通常直徑范圍為0.25mm~80mm。它主要由工作部分、頸部和柄部構成。工作部分有兩條螺旋形的溝槽，形似麻花因而得名。為了減小鉆孔時導向部分與孔壁間的摩擦，麻花鉆自鉆尖向柄部方向逐漸減小直徑呈倒錐狀。
麻花鉆的材料選擇，工作部分采用高速鋼。柄部采用價廉的優(yōu)質碳素鋼。工作部分與頸部采用焊連接。隨著現(xiàn)在的科學技術的進步與發(fā)展，鉆頭切削部分采用硬質合金及涂層的結構日益增多。
從經(jīng)濟角度將鉆鉸孔精度定為IT9，表面粗糙度為3.2~1.6。又因為所需加工的孔的直徑為15mm，所以選擇鉆頭時因比給它留有一定的孔加工余量。因此，查表選取麻花鉆直徑為14mm。然后通過鉸孔達到15H9的尺寸精度。14h8的麻花鉆刀身長為160mm,切削部分長為108mm。
圖3-1 麻花鉆
3.2 鉸刀的選擇
鉸刀是用于鉸削工件上已鉆削加工后的孔，主要是為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。用來加工圓柱形孔的鉸刀比較常用。用來加工錐形孔的鉸刀是錐形鉸刀，比較少用。按使用情況來分有手用鉸刀和機用鉸刀。就鉸刀材料而言，又有高速鋼和硬質合金之分。
鉸孔的尺寸精度為IT8~IT6，表面粗糙度為Ra1.6 um ~0.4um。機鉸刀一般有 6個~12個刀齒。機用鉸刀使用時應注意鉸削速度和走刀量，因為如果鉸刀速度過快會導致鉸刀出現(xiàn)搖擺和抖動這樣會使孔的邊緣受到摩擦影響加工的精度。
鉸孔在較低的切削速度（ν=1.5 m/min ~5m/min） 較大的進給量 （f=0.5 mm/r ~3mm/r）和很小的被吃刀量的條件下進行，這樣不會產生積屑瘤，保證孔的質量較好。對IT8的孔，一般只鉸一次，直徑上的鉸削余量為0.1 mm ~0.3mm。對IT6的孔，在兩次機鉸以后，還要手鉸一次。
鉸孔時，鉸刀是以工件上原有的孔導向的，不能糾正原有孔的位置誤差，所以原有孔應有合理的加工精度。鉸孔時鉸刀不能倒轉，否則切削刃會磨鈍。所以鉸完孔后鉸刀要順著退出，退出孔后再停車。若停車后再退出鉸刀的話，孔壁會留有痕跡。
鉸刀是定尺寸刀具，一把鉸刀只能加工一種直徑、一種公差公置的孔。淺孔、盲孔、階梯孔的大孔均不適合于鉸削。
3.3 鉆削用量與參數(shù)選擇
切削速度、進給量、和背吃刀量是金屬切削過程中的三個重要參數(shù)，總稱為切削用量。切削用量的大小不僅關系到刀具的耐用度，而且直接影響到加工質量和生產率，所以，在生產中應正確的選用。
切削速度ν，指鉆頭主運動的線速度，即單位時間內工件和刀具沿主運動方向相對移動的距離。（見圖3-2） ν= (m/min),
式中da——鉆頭直徑（mm）;n——鉆頭或工件轉速（r/min）。
進給量f，鉆頭每轉一轉，沿進給方向移動的距離稱進給量f（mm/r）。鉆頭有2個主切削刃，所以每個主切削刃的進給量af = (mm/r)。
被吃刀量ap,待加工表面和已加工表面之間的垂直距離，即為背吃刀量，用ap表示，單位為mm.。鉆孔的ap為鉆頭直徑的一半。
圖3-2 鉆削用量
裝置加工要求：直徑為15mm的孔,每分鐘要求加工20個孔。
鉆頭切削用量確定：
① 鉆孔表面粗糙度為3.2 ~1.6，應屬于半精加工，ap取為0.5mm ~2mm。
② ap選定以后應盡可能選用較大的f，但增大進給量將增大表面粗糙度。因此進給量是精加工時抑制提高生產率的因素。半精加工和精加工時最大進給量主要受工件加工表面粗糙度的制約。根據(jù)裝置是鉆孔加鉸孔的工序查表得鉆頭直徑為14mm，材料為HT200時f為0.25 mm/r ~0.3 mm/r，取0.3mm/r。
③ ap和f確定以后，用查表法得切削速度為0.35m/s。
鉸刀切削用量確定：
① 背吃刀量ap取0.1mm
② 鉸刀的進給速度應比鉆孔速度快查機用鉸刀進給量表得鉸刀直徑為15，HT200作為零件材料時f為1.0 mm/r ~2.0mm/r，取1.0mm/r。
③ 切削速度范圍為4 m/min ~8 m/min，取6m/min。
4 鉆鉸孔夾具設計
在金屬切削加工工件時，為了保證加工表面的尺寸、幾何形狀和相互位置精度，應使工件相對于刀具和裝置切削成形運動占有正確的位置，然后將工件夾緊固定以完成安裝過程。在機床上用于安裝工件的工藝裝備稱為機床夾具。夾具在工藝裝備中占有十分重要的地位，它對保證工件的加工精度、提高生產效率、降低生產成本、擴大機床使用范圍等方面具有重要的作用。因此夾具設計是機械加工中一項重要的工藝裝備設計工作。
4.1 鉆鉸孔夾具的特點
機床夾具種類繁多，結構各異，但他們的工作原理基本相同。在具體研究夾具設計問題時，對各類夾具都可以按照組成件的作用將其劃分成既相對獨立而又彼此聯(lián)系的組成部分。
1）定位元件及定位裝置
定位元件及定位裝置（由零件構成的裝置）的作用是確定工件在夾具中的位置。通過工件定位基準（或定位基面）與其保持接觸，使工件加工時相對于刀具和切削成形運動具有正確的位置。
2）夾緊裝置
夾緊裝置的作用是保持工件在夾具中的既定位置，使其在加工過程中不因外力而產生位移和振動。
3）對刀-導向元件
在采用調整法加工時，為了預先調整夾具相對于刀具的位置，在夾具上設有確定刀具（銑刀、刨刀等）位置或導引刀具（孔加工用刀具）運動方向的對刀-導向元件。
4）連接元件
為了確定夾具在機床上的位置，一般夾具設有供夾具本身在機床上定位和夾緊用的連接元件，如銑床夾具的定向鍵。
圖4-1 夾具各組成部分與機床、工件、刀具的相互關系
4.2 工件定位夾緊方案
工件以外圓柱面定位是孔加工中最常用的定位方法，外圓柱面有三種基本形式：定心定位、支承定位、V型塊定位。其中支承定位與V型塊定位多用于零件橫臥的加工之中。因此自動鉆孔裝置選擇定心定位更為合理。
定心定位是以外圓柱面的中心線為定位基準，而夾具定位元件仍與外圓柱面保持接觸，將其中心線確定在要求的位置上。常見的定心定位裝置有各種形式的自動定心三爪卡盤、彈簧夾頭等自動定心裝置。
V型塊定位是圓柱形工件采用最廣的一種定位方式。用V型塊定位時，主要起對中作用，即它能使工件的定位基準———外圓柱面中心線，對中在V型塊兩斜面的對稱平面上。V型塊上兩斜面的夾角，一般選用60、90和120，其中90應用的最多。V型塊的典型結構和尺寸均已標準化。
4.2.1 三爪卡盤方案
裝置采用自動定心的三爪卡盤,三爪卡盤三個卡爪要保證同時作夾緊運動這樣就能達到自動定心的目的的，所以他可以定位于夾緊同時進行。
圖4-2 三爪卡盤的剖視圖
其中，先將卡爪與滑塊用螺釘連接固定在一起，滑塊兩側有兩條導軌槽，將其插入卡盤臺上以方便滑動，并能起到卡爪軸向定位的作用。連桿式用來推動卡爪作夾緊運動的連接件，在每個卡爪下面都有一個連桿。裝置使滑動軸上下運動，通過連桿傳遞力使得卡爪能在徑向進行夾緊運動。
同時卡盤中心有一個和加工毛坯零件尺寸相近的凹槽，它起到初步給毛坯零件定位的作用。滑動軸的頂面是零件加工的接觸面，應此加工滑動軸的頂面時應保持一定的水平精度。
圖4-3 三爪卡盤俯視圖
4.2.2 V型塊方案
圖4-4 V型塊結構尺寸
V型塊基本尺寸有：
D——V型塊的標準心軸直徑，即工件定位用的外圓柱直徑;
H——V型塊高度；
N——V型塊開口尺寸；
T——V型塊標準定位高度；
a——V型塊斜面夾角。
圖中對稱的兩片是加工時起到壓緊作用的壓板。
圖4-5 V型塊方案回轉工作臺整體俯視圖
利用V形塊進行定位，然后再利用夾緊元件對工件進行徑向夾緊。
V型塊相對于三爪卡盤來講，它的定位精度更高，如果對定位精度有一定要求的孔加工采取V型塊定位更為合理
4.2.2 定位誤差分析
定位誤差產生的原因是：工件用夾具定位，采用調整法加工，由于工件定位所造成的加工面相對其工序基準的位置誤差稱為定位誤差，以DW表示。在加工一批工件時，夾具相對刀具及切削成型運動的位置調整好后，假若不考慮加工過程中的其他誤差因素，則加工面對其工序基準的位置誤差必然是工序基準的位置變動所引起的。所以定位誤差是一批工件定位時，工序基準在加工要求方向上的最大位置變動量。定位誤差由兩部分組成：基準位置誤差和基準不重合誤差。
V型塊定位精度高而且結構簡單因此裝置優(yōu)先考慮V型塊方案，所以先分析下V型塊的定位誤差。因為對一批工件而言，外圓的直徑肯定是存在制造誤差的，這將引起工件外圓柱中心線在V型塊對稱平面垂直方向上產生位置偏移，即基準位置誤差，但在水平方向沒有偏移。
圖4-6 V型塊定位誤差分析
如圖所示，兩個極限尺寸的工件放置在V型塊上，其中圓心的偏移OO1就是工件定位的基準位置誤差，其值為：
= =
= =
=
= = 0.023mm
從上式可以看出當工件外圓直徑的公差Td一定時，基準位置誤差 隨V型塊夾角a增大而減小。
在鉆孔加工時，加工點在圓心所以工序基準選的是以外圓柱中心線為基準。因此工序基準與定位基準重合，故不存在基準不重合誤差即工件定位誤差就是基準位置誤差：= = 0.023mm。
根據(jù)加工精度要求同軸度需達到0.08mm，0.023<。因此滿足工件的加工精度要求，定位方案可行。
4.3 夾緊機構
V型塊方案中，V型塊與卡爪組成了自動定心夾緊機構。這樣可以避免了因定位基面的尺寸誤差所引起的基準位移誤差，如圖4-5所示的夾緊裝置。夾緊元件由氣壓控制在工件進行夾緊的時候提供一定的徑向力進行夾緊。
4.3.1 夾緊元件的選擇
在V型塊和三爪卡盤方案中都選用了小型卡爪作為夾緊元件，因為其結構原理簡單，便于控制，且夾緊效果能滿足加工要求。其外形前面的零件圖中已經(jīng)畫出，它在零件結構工藝性方面的要求有一個，就是在它的前端與工件接觸的地方設計為帶紋路的表面要能提供足夠的摩擦力，防止加工時發(fā)生工件滑動現(xiàn)象。
4.3.2 夾緊元件動力部件的確定
三爪卡盤采用的是機械力夾緊，動力部件即為滑動軸與連桿組成的機構。
V型塊的動力部件可以采用氣動部件，可將其安裝在鉆頭裝置的支承桿上，這樣可以在控制鉆頭進給動作的同時也兼顧到夾緊元件的一個徑向加力夾緊動作。所以鉆頭的軸向進給控制和夾緊元件的徑向夾緊控制可以一起設計完成。
4.3.3 夾緊力的計算
在加工過程中，工件受到切削力、慣性力及重力的作用，夾緊力要克服上述力的作用，保證工件的工作位置不變。如果工件在這些力的作用下產生瞬間的少量位移，即為夾緊失效。因此，要以對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)來估算所需的夾緊力。同時，對于受力狀態(tài)復雜的工件，通常只考慮主要因素的影響，略去次要因素，再考慮安全系數(shù)，以使計算過程簡化。
圖4-7 工件夾緊受力分析
V型塊方案受力情況如上圖，為了保證工件夾緊不失效必須保證夾緊力所產生的力矩大于等于工件受鉆削力時所產生的力矩。即有，
在生產過程中我們還應考慮到，安全系數(shù)K，因此
式中，f0——夾緊元件與工件間的摩擦系數(shù)；
K——安全系數(shù)； （查表可得）
F0——鉆削力；
R——毛坯半徑；
r——所需加工孔的半徑；
F——夾緊力；
f——摩擦力。
但是，在實際生產過程中只要能保證夾緊件提供的力大于F就可以保證工件不發(fā)生打滑。所以只要估算出一個大概的夾緊力即可。鉆頭的切削速度為0.35 m/s。先確定鉆削主軸的最大轉矩為95N·m。
因此必須滿足F ，
K——安全系數(shù)；
M——主軸最大轉矩；
f——摩擦系數(shù)；
R——加工孔半徑。
其中摩擦系統(tǒng)f取0.3計算，K為安全系數(shù)取2計算。根據(jù)上述公式估算出夾緊力F至少因為14KN時才能滿足加工工件時不發(fā)生工件打滑現(xiàn)象。
5 回轉工作臺的方案確定
回轉工作臺是數(shù)控銑床，數(shù)控鉆床，加工中心等數(shù)控機床不可缺少的重要部件。它的作用是按照控制裝置的信號或指令作回轉分度或連續(xù)回轉進給運動，以使數(shù)控機床能完成指定的加工工序。常用的回轉工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉工作臺。
5.1 分度式工作臺
分度式工作臺的功能是完成回轉分度運動，即在需要分度時，將工作臺及其工件回轉一定角度。其作用是加工中自動完成工件的轉位換面等。實現(xiàn)工件一次加工完成不同的幾個面加工或實現(xiàn)多種加工。由于結構上的原因，通常分度工作臺的分度運動只限于某些規(guī)定的角度;不能實現(xiàn)0范圍內任意角度的分度。
為了保證加工精度，分度工作臺的定位精度 ( 定心和分度 ) 要求很高。實現(xiàn)工作臺轉位的機構很難達到分度精度的要求，所以要有專門定位元件來保證。按照采用的定位元件不同，有定位銷式分度工作臺和鼠齒盤式分度工作臺。
5.1.1 定位銷式分度工作臺
定位銷式分度工作臺采用定位銷和定位孔作為定位元件，定位精度取決于定位銷和定位孔的精度 ( 位置精度、配合間隙等 ) ，最高可達 ±5" 。因此，定位銷和定位孔襯套的制造和裝配精度要求都很高，硬度的要求也很高，而且耐磨性要好。
如圖5-1是自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的定位銷式分度工作臺。該分度工作臺置于長方形工作臺中間，在不單獨使用分度工作臺時，兩者可以作為一個整體使用。
圖5-1 定位銷式分度工作臺結構
1—擋塊；2—工作臺；3—錐套；4—螺釘；5—支座；6—油缸；7—定位襯套；8—定位銷； 9—鎖緊油缸；10—大齒輪；11—長方形工作臺；12 —上底座；
13—止推軸承；14—滾針軸承；15—進油管道；16—中央油缸；17—活塞；
18 —螺栓；19—雙列圓柱滾子軸承；20—下底座；21—彈簧；22—活塞拉桿
工作臺2的底部均勻分布著八個( 削邊圓柱 )定位銷8，在工作臺下底座12上有一個定位襯套7以及環(huán)形槽。定位時只有一個定位銷插入定位襯套的孔中，其余七個則進人環(huán)形槽中，因為定位銷之間的分布角度為45 °，故只能實現(xiàn)45 °等分的分度運動。
定位銷式分度工作臺作分度運動時，其工作過程分為三個步驟：
(1) 松開鎖緊機構并拔出定位銷
當數(shù)控裝置發(fā)出指令時，下底座 20上的六個均布鎖緊油缸 9( 圖中只示出 一個 ) 卸荷?；钊瓧U22在彈簧21的作用下上升15mm，使工作臺2處于松開狀態(tài)。同時，間隙消除油缸6也卸荷，中央油缸16從管道15進壓力油，使活塞17上升，并通過螺栓18、支 5把止推軸承13向上抬起，頂在上底座12上，再通過螺釘4、錐套3使工作臺2抬起15mm，圓柱銷從定位襯套 7中拔出。
(2) 工作臺回轉分度
當工作臺抬起之后發(fā)出信號使油馬達驅動減速齒輪( 圖中未示出 )，帶動與工作臺 2 底部聯(lián)接的大齒輪10回轉，進行分度運動。在大齒輪 10 上以 45 °的間隔均布八個擋塊1，分度時，工作臺先快速回轉。當定位銷即將進入規(guī)定位置時， 擋塊碰撞第一個限位開關，發(fā)出信號使工作臺降速， 當擋塊碰撞第二個限位開關時，工作臺2停止回轉，此時相應的定位銷 8 正好對準定位襯套 7 。
(3) 工作臺下降并鎖緊
分度完畢后，發(fā)出信號使中央油缸16卸荷，工作臺2靠自重下降，定位銷8插入定位襯套7中，在鎖緊工作臺之前，消除間隙的油缸6通壓力油，活塞頂向工作臺 2 ，消除徑向間隙。然后使鎖緊油缸9的上腔通壓力油，活塞拉桿22下降，通過拉桿將工作臺鎖緊。
工作臺的回轉軸支承在加長型雙列圓柱滾子軸承 19 和滾針軸承 14 中，軸承 19 的內孔帶有 1：12 的錐度，用來調整徑向間隙。另外，它的內環(huán)可以帶著滾柱在加長的外環(huán)內作 15mm 的軸向移動。當工作臺抬起時，支座 5 的一部分 推力由止推 軸承 13 承受，這將有效地減小分度工作臺的回轉摩擦阻力矩，使工作臺 2 轉動靈活。
5.1.2 鼠齒盤式分度工作臺
鼠齒盤式分度工作臺采用 鼠齒盤作為 定位元件。這種工作臺有以下特點：
(1) 定位精度高，分度精度可達 ±2" ，最高可達 ±0.4" 。
(2) 由于采用多齒重復定位，因而重復定位精度穩(wěn)定。
(3) 因為多齒嚙合，一般齒面嚙合長度不少于 60%，齒數(shù)嚙合率不少于 90%，所以定位剛度好，能承受很大外載。
(4) 最小分度為 360 ° / Z(Z 為 鼠齒盤的 齒數(shù) ) ，因而分度數(shù)目多，適用于多工位分度。
(5) 磨損小，且因為齒盤嚙合、脫開相當于兩齒盤對研過程，所以，隨著使用時間的延續(xù)，其定位精度不斷提高，使用壽命長。
(6) 鼠齒盤的制造比較困難。
圖5-2 鼠齒盤及其齒形結構
圖5-3 鼠齒盤式分度工作結構
1-彈簧； 2-止推軸承； 3-蝸桿； 4-蝸輪； 5，6-齒輪； 7-支承套；
8-活塞； 9-工作臺； 10，11-止推軸承； 12-升夾油缸； 13，14-上，下齒盤；
圖5-3 為鼠齒盤式分度工作臺的結構，主要由一對分度 鼠齒盤13、14 ，升夾油缸12,活塞 8，液壓馬達，蝸輪副 3、4 ，減速齒輪副 5、6 等組成。其工作過程如下：
(1) 工作臺抬起，齒盤脫離嚙合
當需要分度時，控制系統(tǒng)發(fā)出分度指令，壓力油進入分度工作臺 9 中央 的升夾油缸12的下腔，活塞 8向上移動，通過止推軸承10和11帶動工作臺9向上抬起，使上、下齒盤13、14脫離嚙合，完成分度的準備工作。
(2) 回轉分度
當工作臺9抬起后，通過推動桿和微動開關發(fā)出信號，啟動液壓馬達旋轉，通過蝸輪4和齒輪副5、6帶動工作臺9進行分度回轉運動。工作臺分度回轉角度由指令給出，共有八個等分，即為 45 ° 的整倍數(shù)。當工作臺的回轉角度接近所要分度的角度時，減速擋塊使微動開關動作，發(fā)出減速信號使液壓馬達低速回轉，為齒盤準確定位創(chuàng)造條件；當達到要求的角度時，準停擋塊壓合微動開關發(fā)出信號，使液壓馬達停止轉動，工作臺便完成回轉分度工作。
(3) 工作臺下降，完成定位夾緊
液壓馬達停止轉動的同時，壓力油進入升夾油缸12的上腔，推動活塞8帶動工作臺下降，數(shù)控機床的結構與傳動種圓弧或與直線坐標軸聯(lián)動加工曲面，又能作為分度頭完成工件的轉位換面。
由于數(shù)控回轉工作臺的功能要求連續(xù)回轉進給并與其他坐標軸聯(lián)動，因此采用伺服驅動系統(tǒng)來實現(xiàn)回轉、分度和定位，其定位精度由控制系統(tǒng)決定。根據(jù)控制方式，有開環(huán)數(shù)控回轉工作臺和閉環(huán)數(shù)控回轉工作臺。
5.2 開環(huán)數(shù)控回轉工作臺
開環(huán)數(shù)控回轉工作臺采用電液脈沖馬達或功率步進電機驅動，圖5-4開環(huán)數(shù)控回轉工作臺的結構。
圖5-4 開環(huán)數(shù)控回轉工作臺結構
1 —偏心環(huán)； 2 、 6 —齒輪； 3 —步進電機； 4 —蝸桿； 5 —橡膠套； 7 —調整環(huán) ；
8 、 10 —微動開頭； 9 、 11 —擋塊 ； 12 —雙列短圓柱滾子軸承； 13 —滾珠軸承；
14 —油缸； 15 —蝸輪； 16 —柱塞； 17 —鋼球； 18 、 19 —夾緊瓦； 20 —彈簧；
21 —底座； 22 —圓錐滾子軸承； 23 —調整套； 24 —支座
工作臺由功率步進電機3驅動，經(jīng)齒輪副2 、6，蝸輪副4、15，帶動其作回轉進給或分度運動。由于是按控制系統(tǒng)所指定的脈沖數(shù)來決定轉位角度，因此，對開環(huán)數(shù)控回轉工作臺的傳動精度要求高，傳動間隙應盡量小。為此，在傳動結構上采用了消除間隙的措施。步進電機3 由偏心環(huán) 1 與底座連接，通過調整 偏心環(huán) 消除齒輪 2 和齒輪 6 的嚙合間隙。蝸桿 4 為雙導程 ( 變齒厚 ) 蝸桿，可以用軸向移動蝸桿的方法來消除蝸桿 4 和蝸輪15的嚙合間隙。調整時，只要將調整環(huán) 7 的厚度改變，便可使蝸桿 4沿軸向移動。
為了消除累積誤差，數(shù)控回轉工作臺設有零點。當它作返零控制時，先 由擋塊 11 壓合微動開關 10 ，發(fā)出從快速回轉變?yōu)槁倩剞D信號，工作臺慢速回轉，再 由擋塊 9 壓合微動開關 8 進行第二欠減速，然后由無觸點行程開關發(fā)出從慢速回轉變?yōu)辄c動步進信號，最后由步進電機停在某一固定通電相位上，從而使工作臺準確地停在零點位置上。
當數(shù)控回轉工作臺用于分度時，分度回轉結束后，要把工作臺夾緊。在蝸輪 15 下部的內、外兩面裝有夾緊瓦 18 和 19，底座 21 上固定的支座 24 內均布有 6 個油缸 14 。油缸 14 上腔進壓力油 ，柱塞 16 下移，并通過鋼球 17 推動夾緊瓦 18 和 19 ，將蝸輪夾緊，從而將工作臺夾緊。不需要夾緊時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使油缸 14 上腔油液流回油箱，在彈簧 20 的作用下把鋼球 17 抬起，于是夾緊瓦 18 和 19 松開蝸輪15，這時啟動步進電機，驅動工作臺回轉進給或分度。
該數(shù)控回轉工作臺的圓形導軌采用大型滾珠軸承 13 ，使回轉運動靈活，雙列短圓柱滾子軸承 12 及圓錐滾子軸承 22 保證回轉精度和定心精度。調整軸承12的預緊力，可以消除回轉軸的徑向間隙，調整軸承22的調整套23的厚度，可以使大型滾珠軸承有適當?shù)念A緊力，保證導軌有一定的接觸剛度。
5.3 閉環(huán)數(shù)控回轉工作臺
閉環(huán)數(shù)控回轉工作臺的結構與開環(huán)數(shù)控回轉工作臺基本相同，區(qū)別在于閉環(huán)數(shù)控回轉工作臺采用直流或交流伺服電機驅動，有轉動角度測量元件 ( 圓光柵、圓感應同步器、脈沖編碼器等 ) 。測量的結果反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)控制原理進行工作，使工作臺定位精度更高。
圖5-5 為閉環(huán)數(shù)控回轉工作臺結構，該工作臺采用直流伺服電機驅動，經(jīng)兩對齒輪副和一對 蝸輪副傳動工作臺。采用雙片齒22消除齒輪嚙合間隙，蝸桿為雙導程蝸桿，伺服電機帶有每轉1000 個脈沖信號的編碼器作為角度測量反饋元件。分度精度 25'' ，重復精度 4''。
工作臺導軌為環(huán)形平面導軌，工作臺與導軌面間粘貼有聚四氟乙烯導軌板 5 ，具有較好的摩擦特性。
夾緊工作臺時，按控制信號要求，壓縮空氣從氣通管接頭 20 通過氣液轉換裝置 11 內的電磁換向閥進入氣缸右腔，使氣缸里的活塞桿 13 向左移動，油腔14內的壓力 油逐漸增壓。這時，油缸活塞1壓縮彈簧3并帶動拉桿4向下移動，將工作臺壓緊在底座上，同時又移動觸頭10，壓合剎緊信號 開關8，發(fā)出夾緊信號。松開工作臺時，壓縮空氣進入氣缸左腔，使活塞桿 13 向右移動，油腔 14 內的壓力油減壓，直至工作臺松開，同時觸頭10壓合松開信號開關 12 ，發(fā)出信號，伺服電機 17 可開始驅動工作臺回轉進給或分度。
圖5-5 閉環(huán)數(shù)控回轉工作臺結構
1 —油缸活塞； 2 —儲油腔； 3 —彈簧； 4 —拉桿； 5 —氟化乙烯導軌板； 6 —工作臺； 7 —主軸；8 —剎緊 信號開關； 9 —手搖脈沖發(fā)生器； 10 —剎緊 、松開觸頭； 11 —氣液 轉換裝置； 12 —松開信號開關； 13 —氣缸活塞桿； 14 —油腔； 15 —氣缸法蘭盤； 16 — 儲油管 油腔； 17 —伺服電機； 18 —伺服電機法蘭盤； 19 —齒輪； 20 —氣通 管接頭； 21 —緊固螺釘； 22 —雙片齒輪； 23 —雙導程蝸桿； 24 —定位鍵； 25 —螺紋套； 26 —調整螺母
5.4 雙導程蝸桿傳動
雙導程蝸桿傳動具有改變嚙合側隙的特點，能夠始終保持正確的嚙合關系；并且結構緊湊，調整方便，因而在要求連續(xù)精確分度的結構中被采用，以便調整嚙合側隙到最小程度。
雙導程蝸桿副嚙合原理與一般的蝸桿副嚙合原理相同，蝸桿的軸向截面仍相當于基本齒條，蝸輪則相當于同它嚙合的齒輪。雙導程蝸桿齒的左、右兩側面具有不同的齒距 ( 導程 ) 或者說齒的左、右兩側面具有不同的模數(shù) m(m=t ／ π ) ，但同一側齒距則是相等的，因此，該蝸桿的齒厚從一端到另一端均勻地逐漸增厚或減薄，故又稱變齒厚蝸桿，可用軸向移動蝸桿的方法來消除或調整嚙合間隙。因為同一側面齒距相同，沒有破壞嚙合條件，所以當軸向移動蝸桿后，也能保證良好的嚙合。
雙導程蝸桿的齒形如圖 5-6 所示，圖中，t左 、t右分別為蝸桿左、右側面軸向齒距；t 中為公稱軸向齒矩； 左、右 分別為蝸桿左、右側面齒形角；S為齒厚； C 為齒槽寬。
圖5-6 雙導程蝸桿齒形
雙導程蝸桿的優(yōu)點是：嚙合間隙可調整得很小，根據(jù)實際經(jīng)驗，側隙調整可以小至 0.01mm～0.015mm ，而普通蝸輪副一般只能達 0.03mm ～ 0.08mm ，因此，雙導程蝸桿副能在較小的側隙下工作，這對提高數(shù)控回轉工作臺的分度精度非常有利。由于普通蝸桿是用蝸桿沿蝸輪徑向移動來調整嚙合側隙，因而改變了傳動副的中心距 ( 中心距的改變會引起齒面接觸情況變差，甚至加劇磨損，不利于保持蝸輪副的精度 ) ；而雙導程蝸桿是用蝸桿軸向移動來調整嚙合側隙，不會改變傳動副的中心距，可避免上述缺點。雙導程蝸桿是用修磨調整環(huán)來控制調整量，調整準確，方便可靠；而普通蝸輪副的徑向調整量較難掌握，調整時也容易產生蝸桿軸線歪斜。
雙導程蝸桿的缺點是：蝸桿加工比較麻煩，在車削和磨削蝸桿左、右齒面時，螺紋傳動鏈要選配不同的兩套掛輪，而這兩種蝸距往往是煩瑣的小數(shù)，對于精確配算掛輪很費時；同樣，在制造加工蝸輪的滾刀時，應根據(jù)雙導程蝸桿的參數(shù)設計制造，通用性差。
5.5 回轉工作臺參數(shù)計算
裝置總體控制系統(tǒng)方案是用PLC控制器控制的，因此回轉工作臺也可以選擇數(shù)控回轉工作臺來進行控制?？梢酝ㄟ^PLC的程序控制伺服電機然后通過蝸輪蝸桿的傳動來達到工作臺的120的分度回轉控制。其分度精度可達25''，重復精度可達4''。
蝸桿的分度圓直徑選擇為28mm，蝸輪的分度圓直徑為160mm。根據(jù)普通蝸桿傳動m和d得搭配值表查的渦輪模數(shù)m為2.5。
d=mz，所以蝸輪齒數(shù)z為64。
i12= ，其中z2為蝸輪齒數(shù)，z1為蝸桿頭數(shù)。取蝸桿頭數(shù)為2。得i12=32。
裝置要求為平均30秒加工完成一個零件。因此初步選定工作臺轉速為10r/min。
因此直流伺服電機只需要達到320r/min 的轉速即可。
6 裝置控制系統(tǒng)設計
自動控制系統(tǒng)是在無人直接參與下可使生產過程或其他過程按期望規(guī)律或預定程序進行的控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化的主要手段。
自動控制系統(tǒng)按控制原理的不同，自動控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。
開環(huán)控制系統(tǒng)
在開環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開環(huán)控制系統(tǒng)中，基于按時序進行邏輯控制的稱為順序控制系統(tǒng)；由順序控制裝置、檢測元件、執(zhí)行機構和被控工業(yè)對象所組成。主要應用于機械、化工、物料裝卸運輸?shù)冗^程的控制以及機械手和生產自動線。
閉環(huán)控制系統(tǒng)
閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎之上的，利用輸出量同期望值的偏差對系統(tǒng)進行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)。
6.1 PLC裝置介紹
可編程控制器（PLC）是集計算機技術、自動控制技術、通信網(wǎng)絡技術于一體的新型自動控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域?，F(xiàn)在，PLC已成為工業(yè)自動化的三大支柱技術（PLC技術、工業(yè)機器人技術、CAD/CAM技術）之一，PLC應用已經(jīng)成為控制領域的一個潮流，隨著我國科技水平的不斷發(fā)展和提高，PLC技術將在我國得到更加全面的推廣和應用。
由于控制對象的復雜性、運行環(huán)境的特殊性和運行工作的連續(xù)、長期性，使得PLC在設計、結構上具有許多其他控制器所無法相比的特點：
1．可靠性高、抗干擾能力強
2．靈活性和通用性強
3．編程語言簡單易學
4．PLC與外部設備的連接簡單、使用方便
5．PLC的功能強大
6．PLC控制系統(tǒng)的設計和調試周期短
7．PLC體積小、重量輕，易于實現(xiàn)機電一體化
目前，在工業(yè)控制領域里常見的有下列幾種控制方法：傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制、單片機控制、可編程序控制器（PLC）控制、計算機控制（PC）、計算機-單片機控制以及計算機-可編程序控制器控制等，它們各有優(yōu)缺點，具有各自的適用場合和要求。
表6-1 常見控制方法對比
PLC是一種特殊的計算機，它的組成與計算機相似。整體式結構的PLC組成如圖16所示。其主要組成部分有：
1．中央處理單元（CPU）
CPU是PLC的核心部件，它類似人的大腦，能指揮PLC按照預先編好的系統(tǒng)程序完成各種任務。
2．存儲器
存儲器一般包括以下三部分：系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器、工作數(shù)據(jù)存儲器。
3．輸入/輸出單元
輸入/輸出單元是PLC與外部設備相互聯(lián)系的窗口。輸入單元接收現(xiàn)場設備向PLC提供的信號；輸出單元將經(jīng)過CPU處理的弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理，轉換成外部設備所需要的強電信號，以驅動各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、調速裝置等。
4．電源部分
PLC的電源包括兩種電源：一種是外部電源，另一種是內部電源。外部電源一般配有開關式穩(wěn)壓電源為內部電路供電。內部電源是供用戶存儲器工作的保護電源，保證用戶程序在外部電源斷開時不致丟失。
5．I/O擴展端口
當主機上的I/O點數(shù)或類型不能滿足用戶需要時，主機可以通過I/O擴展端口連接I/O擴展單元來增加I/O點。另外，通過I/O擴展口還可以連接各種智能單元，擴展PLC的功能。
6．外設端口
每臺PLC都有外設端口。通過外設端口，PLC可與外部設備相連接。
7．編程工具
編程工具是開發(fā)應用和檢查維護PLC以及監(jiān)控系統(tǒng)運行不可缺少的外部設備。包括專用編程器和計算機輔助編程。
圖6-1 PLC組成示意圖
PLC上電后首先進行初始化，然后進入循環(huán)掃描工作過程。一次循環(huán)掃描過程可歸納為五個工作階段：自診階段、輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段以及通信處理階段，如圖6-2。
圖6-2 PLC工作過程
6.2 系統(tǒng)控制要求
本裝置要求達到的控制標準為裝置先完成工件的裝夾然后通過回轉工作臺的轉動將工件帶到第一加工工位，控制信號再控制夾緊裝置以及壓板裝置進行夾緊定位。接下來是鉆孔裝置進行對刀然后進行進給鉆削運動。于此同時在裝載工件處又需要將第二個待加工件裝上工作臺等待進入第一工位加工。第一工位加工完成后夾緊定位裝置松開控制回轉工作臺轉動到下一個工位，進行鉸孔加工。同樣的進行鉸孔加工時也需要對工件進行定位與夾緊控制以及鉸孔加工的進給鉸削運動的控制。最后在鉆孔與鉸孔加工都完成后通過回轉工作臺讓被加工件回到裝夾位置卸載。
根據(jù)對裝置的控制要求選擇使用閉環(huán)控制系統(tǒng)，并確定了總體的加工工藝流程，具體流程如圖6-3。
圖6-3 裝置自動控制流程圖
結 論
畢業(yè)論文是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次比較完整的自動鉆鉸孔裝置設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際裝置設計問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。
雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種零件設備的選用標準，切削用量的確定，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。和老師的溝通交流更使我對設計有了新的認識也對自己提出了新的要求，舉個簡單的例子：本來我在設計這個裝置的夾具的時候只考慮到了定位與夾緊，卻沒有考慮到在退刀時工件也需要一個壓緊力，不然工件就會在退刀時被帶動。所以設計時需要在零件上面加個壓板保證工件被完全定位。這種問題的出現(xiàn)讓我更了解到了做機械設計人員時需要的細心謹慎考慮問題要周全。我相信在我以后的工作中一定會注意到這些問題的。
提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。從不知道畢業(yè)論文怎么寫，到順利如期的完成本次畢業(yè)設計，這給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。
致 謝
畢業(yè)設計是對我們知識運用能力的一次全面的考核，也是對我們進行設計研究基本功的訓練，培養(yǎng)我們綜合運用所學知識獨立的分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學術論文和工作打下良好的基礎。
本次設計能順利完成，首先我要感謝我的母?！暇├砉ご髮W紫金學院，是她為我們提供了學習知識的土壤，使我們在這里茁壯成長：其次我要感謝機械系的老師們，他們不僅教會我們專業(yè)方面的知識，而且教會我們做人做事的道理；尤其要感謝在本次設計中給予我大力支持和幫助的江琴老師，每有問題，老師總是耐心的解答，使我能夠充滿熱情的投入到畢業(yè)設計中去；還要感謝我的同學們，他們熱心的幫助，使我感到了來自兄弟姐妹的情誼；最后還要感謝相關資料的編著者，感謝你們提供的材料，使本次設計圓滿完成。
參 考 文 獻
[1] 任兆應,張維紀.實用鉆孔技術[M].北京：金盾出版社,1997.
[2] 中華機械網(wǎng). 孔加工技術發(fā)展動向[Z].
[3] 方子良,宋彪.機械制造技術基礎[M].南京:南京理工大學出版社,2003.
[4] 孟慶東.如何保證鉆孔精度[J].職業(yè)技術培訓,2000(4):14-17.
[5] 張青,陳祖權,任建新.多軸傳動鉆孔裝置設計[J].柴油機設計與制造,2007，15（1）：49-52.
[6] 李曙生.氣動盤式自動鉆孔機的設計[J].機床與液壓.2006(4):146-148.
[7] 武春華,李昌樂.普通車床半自動鉆孔裝置[J].現(xiàn)代制造工程.2002(8):40-41.
[8] 黃庚榮.改變麻花鉆的刃面形狀提高斜面鉆孔精度[J].機械工人（冷加工），1999（9）：11-12
[9] 張書輝.浮動鉸孔裝置的設計及應用[J].岳陽師范學院學報（自然科學版），2002，15（4）：72-74.
[10] 丁同梅,周正武.鉆孔夾具設計[J].機械研究與應用, 2008, 21(5):67-69.
[11] 黃安慶.一種實現(xiàn)經(jīng)濟型數(shù)控車床自動鉆孔的夾具[J].科技成果管理與研究,2008(8):39-41.
[12] 李煒,張曉霞.鉆孔定位夾具設計[J].模具制造,2007(11):56-57.
[13] 呂云海.一種圓周分度鉆孔夾具[J].新技術新工藝·實用技術與工藝裝備,2005（11）：27-28.
[14] 王凡.實用機械制造工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.
[15] 宮淑貞,徐世許.可編程控制器原理及應用[M].第2版,北京：人民郵電出版社,2008.
收藏