发布时间 : 星期六 文章基于PLC的全自动气动钻床毕业设计更新完毕开始阅读
1 绪论
1.1 钻床的概述
钻床是指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。根据其用途和结构主要分为以下几类：立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、深孔钻床等。
1.2 现代制造业的发展状况
金属切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法，是机械制造行业中最基本的加工方法，金属切削加工过程是由金属切削机床来实现的。金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器。
在现代机械制造行业中，随着加工零件方式的多样性以及工艺合理化的发展的要求，加工零件的方法也呈现出多样化，在这其中机床切削加工的工作量约占总制造量的40%-60%（其中钻床约占11.2%），所以在目前的机械制造业中金属切削加工机床是主要的加工设备。而机床的技术性能又直接影响着机械制造业的产品质量和劳动生产率。
我国机床工业自1949年建立以来，虽然在短短的时间内取得了很大的成就，但与世界先进水平相比还有较大的差距。就现状看，主要表现在：我国机床工业起步晚、制造技术不成熟；大部分高精度和超精度的机床性能不能满足需求，精度保持也差，特别是数控机床的产量、技术水平和质量等方面都明显落后。目前我国数控机床基本上是中等规格的车床、铣床和加工中心等，而精密、大型、重型或小型数控机床还远远不能满足要求。另外我国的机床在制造的技术水平和性能上与外国的差距也很明显，机床理论和应用技术的研究也明显落后。所以我们要不断学习和引进外国先进科学技术，大力发展研究，推动我国机床工业的发展。
由以上现状分析我们可以看出，在机床加工中钻床的加工工作量在总制造工作量中占很大的比重。钻床为孔加工机床，长期以来我国的机械机械制造业中孔类加工多数由传统钻床来完成，但是传统的钻床在大批量生产时存在许多的不足之处：
（1）自动化程度低；
（2）工人劳动效率低，工作环境恶劣； （3）占用的人力较多，操作固定不变易出错； （4）精度低，工件装夹浪费时间；
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（5）加工的产品质量低。
针对以上的传统钻床的不足之处以及生产中存在的问题，我们有必要对传统钻床进行自动化的改进。通过对传统钻床手动的进给系统、夹紧系统及人工送料系统的改进和设计，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。
1.3 传统钻床的改进方法
当前传统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、繁琐的装夹、大量生产力的投入和单一的生产流程导致了钻床加工的自动化程度低、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让实现钻床加工的自动化、减少生产力的投入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造，我们将钻床分为传动系统、进给系统、夹紧系统、送料系统和控制系统五部分，下面分别对各部分的问题提出解决方案：
（1）传动系统：为满足改进后的加工及工作要求，在作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：主轴旋转依然由电动机传入，而进给由气压传动替代手动的齿条传动，通过气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，动力源由夹紧气压缸导入，通过气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，动力源可由电机或气压系统传入，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、送料系统的气压系统的控制
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1.4 本课题设计的内容及目标
本文主要是通过应用机床设计的一般方法对传统机床的机构和控制系统进行设计及改进。设计的主要内容是普通台式钻床传动系统的改进、送料夹紧系统设计、进给系统的设计、PLC控制系统的设计和钻床的结构设计等方面，其中重点在于进给系统、进给系统气压缸的设计和PLC控制系统的设计。气压系统的设计主要是解决主轴高速旋转与轴向进给两个自由度的实现；进给系统气压缸的设计、气压缸与主轴的配合和气压缸回路控制；PLC控制系统的设计主要是通过应用PLC控制程序来实现对气压回路的动作控制及钻床加工过程的动作设计。
通过对传统钻床的改进与设计，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）钻床系统能工作平稳，满足工作要求； （4）经济因素合理。
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2 全自动钻床的总体方案设计
总体方案设计的构思和方案的拟定关系到产品的功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著，因此我们要确定良好的总体方案设计思想，保证产品的功能、经济效益和实用性能。
2.1 自动钻床加工的工件及设计要求
本文对普通台式钻床的自动化改造及设计是以加工一个?14（钻床最大钻削直径）的偏心孔线的自动化改造为背景。
如图1所示工件，大批量生产。本工序钻削工件上的一个?14的偏心孔，工件材料为Q235，为了实现自动化加工、提高生产效率、降低劳动强度，现设计一台全自动专用钻床，只要将工件堆积在料斗里，一按开关就可重复自动完成从送料到加工结束的全过程。
图2.1 钻床加工的工件
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