1、 eeee毕 业 论 文 设 计 说 明 书题 目 Z3040 摇臂钻床进给箱三维设计 学生姓名 ee 学号 ee 所 在 院 (系 ) 机 械 工 程 学 院 专业班级 ee 指导教师 ee 2011 年 6 月 13 日 eeZ3040 摇臂钻床进给箱三维设计ee（ee）指导老师：ee【摘要】：本设计的主要任务是对 Z3040 摇臂钻床进给箱三维设计。 Z3040 摇臂钻床主要用于加工中小型零件。可以进行钻孔、扩孔、绞孔及攻螺纹等工作。设计重点在于了解 Z3040 钻床并掌握 Z3040 型摇臂钻床进给箱的工作原理及其结构特点；对各主要零件进行设计计算，从而掌握一种设计的方法；对整个进给系
2、统进行三维建模及导出工程图。同时此次设计，使我了解实际产品设计过程，将大学四年所学的各项专业知识进行汇总和展示，学会将理论知识运用于实际情况中。加深、巩固和扩大所学基本理论、基本知识和基本技能。【关键词】：摇臂钻床 钻孔 进给传动系统 建模eeZ3040 Radial drilling feed box three-dimensional designEe(ee)Tutor: ee【Abstract】: The design of the main task is to feed drilling machine Z3040 rocker box three-dimensional desig
3、n. Z3040 Radial drilling machine mainly used for processing small parts. Drilling, reaming, reaming and tapping. The design focus is to understand the Z3040 drilling and master Z3040 radial drilling machine working principle and structural characteristics of the feed box; major parts designed so as
4、to equip a design approach; built the entire feed system for three-dimensional mold and export drawings. The design, so I understand the actual product design process, the expertise learned in four years of college are summarized and presented, learn to apply theoretical knowledge to actual situatio
5、n. Deepen, consolidate and expand the basic theory, basic knowledge and basic skills.【Key words】: radial drilling machine drilling feed drive system modelingeeI目 录1.概述 .11.1 本论文研究的目的及意义 .11.1.1 研究的目的 .11.1.2 研究的意义 .11.2 摇臂钻床的国内发展动态及应用领域 .21.2.1 研究现状及发展趋势 .21.2.2 应用领域 .31.3 将要解决的主要问题及解决问题思路 .41.4 拟定技
6、术路线及设计方案 .51.5 Z3040 摇臂钻床的简介 .71.5.1 钻床及特点 .71.5.2 Z3040 摇臂钻床的主要结构和运动形式 .81.5.3 摇臂钻床的主要参数及设计要求 .102 机械传动设计方案和传动系统图的拟定与比较 .122.1 主运动的设计 .122.1.1 原动机的选择 .122.1.2 运动参数的确定 .152.1.3 绘制主轴进给箱转速图 .172.2 传动过程 .17eeII2.3 传动设计方案评价的目的 .182.4 机械传动设计方案评价的原则 .182.5 系统设计方案的比较与确定 .193 主要零件设计 .213.1 齿轮材料的选择 .213.1.1
7、齿轮材料的基本要求 .213.2 齿式离合器的设计 .233.3 齿轮模数初步计算 .233.4 传动轴及其组件结构设计 .253.4.1 传动轴直径的估算及轴间中心距的确定 .253.4.2 齿轮强度验算 .273.5 过渡轴的设计 .293.5.1 轴的失效形式 .293.5.2 轴的材料 .293.5.3 过渡轴的强度校核 .304 轴承的选择与校核 .344.1 轴承的分类 .344.2 滚动轴承及类型 .344.3 滚动轴承的失效形式 .354.4 轴承的选择计算 .365.润滑与密封 .37eeIII5.1 润滑及冷却系统 .375.2 润滑系统的要求 .385.3 润滑剂的选择
8、.385.4 润滑方式 .396.基于 PRO/E 的三维设计建模 .416.1 零件三维建模 .416.1.1 轴承的三维建模 .416.1.2 双联滑移齿轮三维建模 .426.2 三维装配 .49结论 .52致谢 .53参考文献 .54eeI1.概述1.1 本论文研究的目的及意义1.1.1 研究的目的本课题的主要任务是对 Z3040 钻床进给箱设计。首先，我要了解 Z3040 钻床，Z3040， 大 写 字 母 Z 是 钻 床 的 简 称 ， 30 为 摇 臂 、 后 面 40 为 钻 孔 直 径 ， Z3040 摇 臂钻 床 适 用 于 在 中 、 大 型 零 件 的 钻 孔 、 扩 孔
9、 、 铰 孔 、 平 面 及 攻 螺 纹 等 工 作 ， 在 具 有 工艺 装 备 的 条 件 下 可 以 进 行 镗 孔 。 Z3040 摇臂钻床是一种立式钻床，在各类钻床中，它具有性能完善、适用范围广、操作方便、灵活等优点，它适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用高的机床。让我了解并掌握 Z3040型摇臂钻床进给箱的工作原理及其结构特点。其次，通过这次的设计对我来说在各个方面的收获。根据这年来在学校的专业课程知识的学习与掌握情况，选择这个课题就是为了掌握一种设计的方法，从而提高自身对以前所学知识的一个系统的运用能力，如巩固和强化了我对 CAD，PRO/E 软
10、件实际运用能力，同时也充分加深了我的设计能力和对以后我的机械生涯做好了准备。通过该课题的设计，能够掌握里面的一些设计环节，充分理解里面的工程实际问题，如钻床夹具设计及机床的数控 plc 控制等，从而有助于深刻认识设计该课题的思路，锻炼自己的工程实践能力。该课题是一个涉及知识面比较全面的设计，精密车床设计里面具有复杂的传动系统，不但要求设计者能够对传统的机床设备要很好的掌握理解，还要能够对新型机床设备能够理解，所以该课程的设计具有一定的难度。1.1.2 研究的意义通过对此号摇臂钻床的研究开发，随着科学技术水平和人类生活水平的提高，对机械产品的质量要求越来越高，产品品种越来越多，中大批量的产品需求
11、越来越少，而单件小批量生产模式迅速增加，作为实现单件小批量加工自动化的数控摇臂钻床，由于其突出的优点而得到广泛应用：(1)可以加工出传统摇臂钻床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。这是由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴应该运动的运动量，这就可以加工复杂的曲线和曲面。(2)可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，效率可比以往摇臂钻床提高 3 到eeII7 倍。(3)加工的零件精度高，尺寸分散度小，装配容易，不再需要”修配” 。这是由于加工过程自动化，不受人的情绪和疲劳影响的结果。计算机还可以自动进行刀具寿命管理，不会因刀具磨损而影响工件精度和其一致性。最近，数控系统中增加
12、了摇臂钻床误差、加工误差修正补偿的功能，使加工精度得到进一步提高。(4)可实现多工序的集中，减少零件在摇臂钻床间的频繁搬运。这是自动化带来的效果(可以自动更换刀具)，如加工中心，在工件装夹好后，可实现钻、铣、攻丝、扩孔等多工序的加工。这些多工序是在同一基面、同一次装夹下实现的，提高了相关的加工精度。现已出现其他工序集中的摇臂钻床，如车削中心、车铣中心、磨削中心等。1.2 摇臂钻床的国内发展动态及应用领域1.2.1 研究现状及发展趋势随着经济的飞速发展和工业现代化的需要，各种自动化生产设备应用而生，钻床广泛地在我国纺织机械、石油机械、印刷机械、包装机械、医疗器械、航空航天、汽车拖拉机、橡塑模具以
13、及发电机制造、机床制造等行业有关零件的钻孔加工得到应用。目前国内摇臂钻床生产厂家有许多家，但是在这个行业做的较好的厂家不是很多。其中沈阳机床股份有限公司中捷摇臂钻床厂的产品国内市场占有率高达 70，出口产品遍及中东、北美、西欧等 86 个国家和地区。进入市场经济后，国内机床行业竞争日趋激烈，与中捷摇臂钻厂生产相同型号产品的企业有 40 多家，中捷摇臂钻厂产品领先优势受到挑战。为了应对挑战，中捷摇臂钻厂在产品卖得正火的时候，提出了进行跨越产品结构调整。第一，用先进技术改造传统产品。如普通摇臂钻床实现了五轴联动，价格由几万元上升到几十万元，达到中国摇臂钻床最高水平。第二，向国际先进水平靠拢，不断扩
14、大产品领先优势。ZK 系列、桥式和动桥系列产品，十几项技术居国内领先地位。高速高精度 PCB 数控钻床伺服进给系统的控制研究。专用钻床结构设计中的若干关键技术研究。精密微小孔加工技术的现状、应用和发展方向,并列举了多种加工方法,包括传统机械加工、特种加工和复合加工。基于 PLC 技术的 Z3040 摇臂钻床控制系统设计，针对 Z3040 摇臂钻床的工作特点,设计了摇臂钻床的 PLC 新式控制系统,给出了钻eeIII床控制改造方案和控制程序。本文详细论述了系统的设计方案,各部分硬件的构成,完成了软硬件及外围电路的设计开发,并结合实际运行情况对系统做了进一步的改进和扩展,减少了系统布线,投资少,控
15、制稳定,具有较好的推广价值。该控制方法简单易行、动态响应快、系统控制效果好。实际应用表明,该系统具有加工精度高、抗干扰性好、自动化程度高、实用性强的特点。 基于 Pro/E4.0 的钻床夹具的三维仿真设计等。摇臂钻床和大多数机床一样，将向数控自动化、机电一体化和智能化方向发展。摇臂钻床未来的发展趋势是：应用电子计算机技术，简化机械结构，提高和扩大自动化工作的功能，使机床适应于纳入柔性制造系统工作；提高功率主运动和进给运动的速度，相应提高结构的动、静刚度以适应采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并发展超精密加工机床，以适应电子机械、航天等新兴工业的需要。1.2.2 应用领域Z3040
16、摇臂钻床利用旋转的钻头对工件进行加工，在机械行业中得到了广泛应用。可广泛应用于机械加工中的钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及锪平面等。钻削加工时，通过夹紧装置，主轴箱紧固在摇臂上，可以沿摇臂径向运动，摇臂紧固在外立柱上，外立柱紧固在内立柱上。摇臂借助于丝杠，可以作升降运动，也可以与外立柱固定在一起，沿内立柱旋转。机械加工机床的加工运动往往是机械与电气配合实现的。Z3040 摇臂钻床设有 4 台电动机，即主轴电动机、冷却泵电动机、摇臂升降电动机及液压泵电动机。主轴电动机提供主轴转动的动力，是钻床加工主运动的动力源，但主轴电动机只有正转工作模式，反转由机械方法实现。冷却泵电动机用于提供冷却液，只需正转。摇
17、臂升降电动机提供摇臂升降的动力，需正反转。液压泵电动机提供液压油，用于摇臂、立柱和主轴箱的夹紧和松开，也需要正反转。 Z3040 摇臂钻床的操作主要通过手轮及按钮实现，手轮用于主轴箱在摇臂上的移动，这是手动的。按钮用于主轴的启动停止、摇臂的上升下降、立柱主轴箱的放松及夹紧等操作，再配合限位开关完成机床调节的各种动作。1.3 将要解决的主要问题及解决问题思路（1）传动系统 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）进给系统 传统的钻床主轴进给系统主要由主轴、主轴套筒、主轴套筒镶套、齿轮齿条和轴承等组成。主轴在加工时即要作旋转运动，也要作轴向的进给运动。机ee
18、IV床主轴被装置在主轴套筒内，套筒放置在主轴箱体孔的镶套内，主轴上侧由花键连接。机床加工时，旋转运动由花键传入，而进给运动则由齿轮通过齿条带动套筒在镶套内运动。为了实现自动化控制的要求，主轴进给机构改进主要有：主轴旋转运动依然由电动机传入，而进给则由液压传动替代手动的齿条传动，通过液压控制系统来实现进给动作。（3）夹紧系统 传统钻床的夹紧主要是手工操作，由夹具夹紧工件。为了便于实现自动化控制，工件夹紧由夹具完成，动力源由夹紧液压缸导入，通过液压控制系统来实现夹紧动作的自动化。（4）送料系统 在生产过程中，钻床的送料主要由人工输入，这使得投入了大量的生产力，消耗了大量的工时，使的生产率不高，为此
19、我们通过导入自动送料系统来减少生产力的投入和工时的消耗。自动送料系统机构传动要根据生产的需求作出相应的设计需求，动力源可由电机或液压系统传入，二者均可实现自动化控制。（5）控制系统 当前机床控制系统主要由计算机数控、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控制技术来实现对进给系统、夹紧系统和送料系统的液压控制系统的控制。（6）三维建模本次设计最终是要通过各种三维软件如 Pro/e 进行三维建模然后装配最后再导成二维工程图。在工程实际中也是一样，设计人员要正确的建立三维模型导出二维图，然后工人们才能加工出合格的工件。所以要求我们在三维建模方面，要熟练掌握三维软件的实际运用能力，另外还有读图能力看图能力，最后就是画图能力。1.4 拟定技术路线及设计方案1、参数拟定：根据机床类型、规格和其他特点，了解典型工艺的切削用量，结合实际条件和情况，并与同类型机床对比分析后确定：极限转速和公比(或级数)，主传动电机功率。钻床的选型 钻床选择 Z3040 型摇臂钻床1）、 钻床的设计2）、Z3040 型摇臂钻床结构与运动形式
