立式多轴钻钻床设计-多轴钻孔自动升降机工件架机械设计及钻模头开题报告

1.1.2 问题的提出 由上述现状分析可以看到，机床加工中钻床的加工工作量在制造过程中的占比很大。钻床为孔加工机床设备，主要用来进行钻孔，扩孔，铰孔，攻丝等。以往我国的机械加工过程中孔类加工多以传统钻床来完成。但传统钻床在大批量生产中存在诸多不足之处：（1） 自动化程度低，难以满足大批量生产的要求；（2） 劳动强度大，工作效率较低，工作环境恶劣，；（3） 人力资源占用过高，操作固定不变，容易出错、（4） 加工精度不高，工件装夹费时费力；（5） 产品的加工质量无法令人满意；针对以上传统钻床的不足之处及生产中存在的问题，我们有必要对传统钻床进行结构改进。通过对传统钻床手动的进给系统、夹紧系统的改进和设计，从而提高产品质量和生产效率，实现自动化，降低劳动强度及工作量。1.1.3 问题的分析及解决方案 当前普通钻床问题的存在主要在于自动化程度、生产效率、工作环境及产品质量。在生产过程中，手动的操作、繁锁的装夹、大量生产力的投入和单一的生产流程导致了打孔加工的钻孔同心度不佳，自动化程度低、生产效率低、工作环境恶劣和产品质量不高，因此，我们要解决的问题在于如何实现钻床加工的自动化、减少生产力的投入生产和与其它工艺流程相结合，同时也要考虑经济问题。为了解决问题和便于设计改进，我们将工件架的机械设计和钻模头设计两个部分分别阐述。下面分别对各部分的问题提出解决方案：1. 工件架机械设计（1）传动系统 工件架的机械传动系统由气缸、U型架、传动臂、传动轴以及四杆机构组成。为满足改进后的加工及工作要求，在做出相应的计算后对传动系统进行改进和调整。（2）夹紧系统 传统钻床的夹紧主要是手工操作，由压板压紧工件，由此造成钻孔的垂直度超差，无法保证加工精度。采用新的设计，夹紧系统由钻模板、凸轮以及背紧螺母和背紧螺栓组成，并在气缸、传动机构组成的传动系统作用下对加工工件实现夹紧。动力源由气压缸导入，通过气压控制系统来实现夹紧动作的自动化。为了实现工件的夹紧，偏心轮做圆周旋转运动，旋转相应的角度以顶起工件。背紧螺栓、背紧螺母（在垂直方向上可移动、调节）紧固情况下，偏心轮的支撑作用使钻模板与工件处于夹紧状态。此外，在借助背紧螺母的水平校准调节的条件下，偏心轮还能起到使工件能处于水平的作用，确保在加工打孔时钻孔的垂直度。2. 钻模头设计（1）传动系统 钻模头由外部的定位套、内部芯轴及其两侧的轴承组成，钻套芯轴的动力头由12根外向节连接杆和钻头连接。不同于市场上常见的钻模头长槽设计，带有定位套的设计能更好的保证钻孔的同心度。 （2）控制系统 除了升降台的上升、下降和钻孔加工切削的动作控制外，由于钻孔加工过程中，钻头温度的升高导致钻头磨损和打孔失效情况发生，我们将采用温度传感器来探测钻头的工作状态。当前机床控制系统通常主要由计算机数控、继电器电气控制和PLC控制等，由于继电器电气控制系统，其联动关系复杂，维修困难，故障率高，经常影响正常生产，计算机数控造价高、系统复杂，而PLC控制系统可靠性好、造价低、抗干扰能力强、柔性好、编程简单、使用方便、扩充灵活、功能完善，所以我们利用PLC控制技术来实现钻孔加工的控制。此外，还借此技术手段实现对多轴钻床的进给系统的气压控制系统的控制。1.2设计内容本文主要是通过应用机床设计的一般方法对立式多轴钻的机构和控制系统进行设计及改进。研究的重点内容是工件架传动系统的改进和夹紧系统的设计。此外，立式多轴钻的钻模头设计以及温度传感器的应用和PLC控制是设计内容的另一重要组成部分。我们通过对多轴钻的改进及设计，要达到的目标在于通过改进钻床能够实现工作自动化，最终能满足以下要求：（1）能实现自动化连续生产，改善产品加工质量，提高生产效率；（2）降低工作人员劳动强度和工作量；（3）钻床系统工作平稳，满足工作要求；（4）经济因素合理；多轴钻孔升降机由工件架、多轴钻钻床两大部分构成。工件架的设计内容由传动系统和夹紧系统控制系统组成。如下图所示，工件架主要由钻模板、凸轮、气缸以及四杆机构等组件组成。 钻孔升降机的多轴钻钻床部分由机头、钻模头，升降台及气缸等组件组成。如下图所示。 立式多轴钻自动升降机的整体机械运动描述如下：（1）当设备接通电源后，工件架的气缸机械运动并输出动力，通过四杆机构传递至凸轮，使之旋转，并作用于加工工件左右两侧的边缘位置，将工件升起。经过水平校准确保工件处于水平，再手动调节上面四个背紧螺母并紧固，然后将下放的四个背紧螺母紧固，最终实现对加工工件的夹紧。（2）工件的定位和夹紧完成后，将启动多轴钻底座上的气缸，推动升降台由初始位置向上垂直运动。与此同时，机头部分的电机工作，带动皮带，齿轮带动钻头转动。当升降台继续升高，升至预设高度，即钻头将工件钻孔完成时，限位开关即刻产生一个信号，通过PLC使升降台开始下降。下移至初始位置时，限位开关产生信号使移动托板停止移动。工件的打孔工作完成。