毕业设计（论文）
题目： 自动专用钻床设计（液压）
系部 机电工程系
专业 机电一体化技术（自动生产线维护方向）
姓名
学号
摘要
我们小组这次设计的目的是设计一个全自动专用双钻头钻床。做为一个专用钻床，首先是是要对需要加工的工件进行分析，这样才能满足我们的加工目的。在这次设计中，我们需要加工的工件是一个带有拐角的工件，在拐角后面的面板上钻两个孔，为了保证工件的精确度，两个孔必须同时加工才能保证精度达到要求。在我们的设计中，我们通过老师帮助和对资料的查询，在对比气压和液压的优缺点中选择液压双钻头钻床设计，整个双钻头钻床设计中，我们组的成员积极参与讨论，我们在钻床的夹紧、定位中做了很多大胆的假设，并对每一个假设都仔细的分析讨论，最后我们从中找出了最优的选择。我们这次的双钻头钻床设计，它能精确地加工出含有两个孔的工件，在结构上，精密而不失美观，不仅有较大钻削力度，而且精度同样符合要求。
目 录
1绪 论 ............................................................................................................................................................... 2
1.1全自动专用钻床介绍 ........................................................................................................ 2
1.2 全自动专用钻床的特点 ................................................................................................... 3 2总体方案设计 ............................................................................................................................................... 3
2.1设计目的 ............................................................................................................................ 3
2.2零件对比分析 .................................................................................................................... 4
2.3气动和液压对比 ................................................................................................................ 4
2.4夹紧装置 ............................................................................................................................ 5
2.5整体结构 ............................................................................................................................ 5
2.6 液压系统的设计要求 ....................................................................................................... 6 3液压系统的设计计算 ................................................................................................................................. 7
3.1 负载分析 ........................................................................................................................... 7
3.2 液压缸选择 ....................................................................................................................... 8
3.3 液压泵的选择 ................................................................................................................... 8
3.4 选择电动机参数 ............................................................................................................... 9
3.5 选择油箱 ........................................................................................................................... 9
3.6 选择阀 ............................................................................................................................... 9
3.7电器元件列表 .................................................................................................................. 11
3.8 液压回路的设计 ............................................................................................................. 12 4液压传动系统的电气控制设计 ............................................................................................................. 13
4.1 电气控制回路设计 ......................................................................................................... 13
4.2 液压系统的动作顺序 ..................................................................................................... 13
4.3 控制电路图 ..................................................................................................................... 14 5工作流程 ...................................................................................................................................................... 15
5.1夹紧缸运动 ...................................................................................................................... 15
5.2 送料缸的伸出 ................................................................................................................. 15
5.3 钻削缸的运动 ................................................................................................................. 15
5.4 钻削缸运动到c1时的运动状态 ................................................................................... 16
5.5 钻削缸到c2时的运动状态 ........................................................................................... 16
5.6钻削缸到c0时的运动状态 ............................................................................................ 16
5.7 液压系统的卸荷 ............................................................................................................. 16 结 论 ................................................................................................................................................................ 17 感想 ................................................................................................................................................................... 17 参考文献 ......................................................................................................................................................... 18
1绪论
1.1全自动专用钻床介绍
20世纪70年代初，钻床在世界上还是采用普通继电器控制的。如70年代-80年代进入中国的美国的ELDORADO公司的MEGA50，德国TBT公司的T30-3-250，NAGEL公司的B4-H30-C/L，日本神崎高级精工制作所的DEG型等钻床都是采用继电器控制的。
80年代后期由于数控技术的出现才逐渐开始在深孔钻床上得到应用，特别是90年以后这种先进技术才得到推广。如TBT公司90年代初上市的ML系列深孔钻床除进给系统由机械无级变速器改为采用交流伺服电机驱动滚珠丝杠副，进给用滑台导轨采用滚动直线导轨以外，钻杆箱传动为了保证高速旋转、精度平稳，由交换皮带轮及皮带，和双速电机驱动的有级传动变为无级调速的变频电机到电主轴驱动，为钻削小孔深孔钻床和提高深孔钻床的水平质量创造了有利条件。
为了加工某些零件上的相互交叉或任意角度、或与加工零件中心线成一定角度的斜孔，垂直孔或平行孔等需要，各个国家而专门开发研制多种专用深孔、多轴等钻床。
一个完整的全自动专用钻床由底座、工作台、主轴箱、变速箱、冷却泵、摇臂、钻头、等构成。全自动专用钻床可以一次性完成送料、夹紧到钻削的全过程，而且可以进行批量生产。本机由一个人站立操作，整个过程是：将工件放于工作台钻床自动运行，整个钻削完成后再将工件搬下。这样既可以提高工作效率，也可以大大的提高钻削的质量，同时也不致使工人搬运零件次数过多而成生疲劳感。与普通 钻床相比，全自动专用钻床可以实现加工自动化，应为液压具有夹紧力大的特点，所以整个加工过程稳定、安全、高效。
1.2全自动专用钻床的特点
全自动专用钻床的加工特点：加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并是刀具转动。全自动专用钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动，并沿主轴方向进给，操作可以是手动，也可以是机动。并且可以大量加工，全自动专用钻床是具有广泛用途的机床，对零件进行钻孔、扩孔、绞孔、攻螺纹的加工。在钻床上配有工艺装备时，还可以进行镗孔，在全自动专用钻床上配有万能工作台还能进行分割钻孔、扩孔、铰孔。因为它解决了现有普通钻床加工的零部件操作不方便、加工困难、危险系数大、加工过程复杂等技术问题。主要分为：立式、专用、深孔、台式、摇臂、多孔等钻床。
2总体方案的设计
2.1设计目的：
在一根细长轴上钻两个半径为5中心距为15深度为15的孔如图所示
2.2对零件的分析
由图得出，零件的厚度为 15mm 总长为490mm 但另一头有一个45度左右的偏角，在偏角上有两个孔，我们目的就是钻这两个孔，因为此工件有一个拐角，因此对于一般的夹紧就比较困难，因为2孔之间的距离较近，需要精确地定位，因此我们设计了一个专用的夹紧工作台来夹紧此工件。此工作台的夹紧空间就和工件模样一致，有一侧面可以移动。放工件时，从一边的侧面放入，这样便把工件夹紧，使其精确定位。为了实现其一体化功能，必须让机床同时钻两个孔，这才能让这两个孔的位置及距离得到良好的保证，因此必须要做出一个同时能加工两个孔的钻头才能实现此目的。
2.3气动和液压的对比
从工程的角度讲：气体是可压缩流体，液体是不可压缩流体，气体容易泄露不易密封；气体可以被压缩而产生高温；气体可被压缩导致其很难用于产生伺服动作；气体的高压缩比是同样的压力下提供同样的动作量需要的气体很多，平时不易储存。气压传动更适宜与远距离传动,因为气压传动可以直接从空气中获得气体进行加压。传动精度不够准确不平稳。
而液压传动要靠液体,而一般机械他自身携带的液体数量是相当有限的如千斤顶,只适合短距离的传动,但是稳定性更好,传受较大的力效果更好 。只要控制油液的压力、流量和流动方向，便可控制液压设备动作所要求的推力（转矩）、速度（转速）和方向， 液压缸的工作压力取决于负载。在输出同等功率的条件下体积和重量可减小很多，布局安装有很大的灵活性，能构成用其它方法难以组成的复杂系统。 传递运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的换向，可以在运行中实现大范围的无级变速。 操作控制方便、省力，易于实现自动控制、过载保护。液压元件易于实现系列化、标准化、通用化。
从环境的角度讲：气动环保无污染，而液动比较脏但是噪声小。
所以采用液压系统全自动控制双轴钻削，首先,将工件放上工作台夹紧缸夹紧，然
后,送料缸工输送到主轴下方停止，主轴进给缸进给钻削，最后,钻削完成主轴进给缸快退，送料缸回缩，夹紧缸松开。如此循环自动完成钻削全过程。
加工流程图
2.4夹紧装置
因为工件的本身有一个拐角，因此工件的夹紧和定位就比较困难，经小组讨论研究，
我们设计了一个专用的工作台，如图所示：
工件槽内有定位槽，夹紧缸连接工台的一边，而这工作台的一部分可以自由移动，这样便于对工件放入和取出。
2.5整体结构
立式钻床、液压站、φ10双轴钻头 、工作台
2.6液压系统的设计要求
在开始设计液压系统时，首先要对机械设备主机的工作情况进行详细的分析，明确主机对液压系统提出的要求，具体包括以下几个方面。
（1）主机的用途、主要结构、总体布局；主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制；
（2）主机的工作循环，液压执行选件的运动方式(移动、转动或摆动)及其工作范围；
（3）液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围；
（4）主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求；
（5）对液压系统工作性能（如工作平稳性、转换精度等）、工作效率。自动化程度等方面的要求；
（6）液压系统工作的工作环境和工作条件，如周围介质。环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等；
（7）其他方面的要求，如液压装置在重量、外形尺寸、经济性等方面的规定或限 制。
3 液压系统的设计计算
如图所示的工件，需要大量生产，本工序钻削工件上有两个φ10的孔，为此设计一全自动专用钻床，只要将工件放在工作台，就可以重复自动的完成夹紧、送料、加工到结束这一全部过程，设计该钻床的液压系统以及电气控制回路，设计的该专用钻床的加工工位结构简图如上述图所示。
3.1 负载分析
根据工件材料查阅机械加工工艺手册，得出钻孔的较合适的表面切削速度为：
V=21~30 m/min
从而计算出主轴的钻速为：
n=v/πd=446~637 r/min
由加工直径查阅工艺手册，得出加工每转进给量为：
f=0.18~0.38 mm/min
从而计算出钻削缸的轴向进给速度为：
v1=80~242 mm/min
根据切削原理得出钻削力计算公式为：
扭矩：M=Cm·dxm·fym·km·10-3 N·m
轴向力：F=CF·dXF·fYF·KF N
查阅机械设计手册得
CM=210;KM=0.8;CF=427;KF=1;YF=0.8
KM= KF=(220/190)0.6=1.09
故计算出在本工艺条件下的最大钻削扭矩及最大钻削轴向力为：
M=23.69 N·m
F=2946 N
（1）计算钻削缸受力
钻削缸所受轴向力减去动力头的重量，应该小于2946N。
（2）计算夹紧缸受力
根据夹具结构画出受力简图，由理论力学分析进行计算得夹紧力为：
故计算出夹紧力：
W＝ 1219 N
查阅液压传动设计手册，安全系数2.5～3，取其为3。所以夹紧缸应承受负载为：
W缸＝1219×3＝3657 N
3.2 液压缸选择
本例工艺要求送料缸送料速度大于50mm/s, 钻削缸快进速度大于50mm/s。 查液压传动产品手册：
选内径×活塞杆径＝40×20mm的液压缸作为夹紧缸，则当液压缸内油的压力达到P = W缸/A =4×3657/3.14/402 =2.91 Mpa 时就可夹紧工件；选该液压缸行程不小于40mm，
如图所示。
液压缸
3.3 液压泵的选择
根据液压缸的最大工作压力和最大流量，再考虑相关的损耗，计算泵的额定流量和额定压力。
液压泵的额定流量：
Q泵 ≥K漏Q缸＝1.1×2.41 =2.65 L/min
泵的额定压力：
P泵 ≥K压P缸 = 1.3×2.91=3.78 Mpa
查阅液压产品目录：
选泵型号：YB1-2.5 额定压力为6.3 Mpa，排量为2.5m /r ,转速为1450r/min的定量叶片泵。
该泵的输出流量为 Q = 2.5×1450 =3.6 L/min
3.4 选择电动机参数
PM=PQ/60η=3.78×3.6/60×0.7=0.324 KW
因为液压泵的转速为1450r/min，所以选电机的转速为1450r/min，功率大于0.324KW。选择1.5KW的电动机。
3.5 选择油箱
油箱容量通常取泵的额定流量的2～4倍，故设计油箱的容量为7～14L。 因为钻削缸要支撑动力头，又双向受力，选直径大一点的液压缸，另外由于有差动联接要使得快进和退回的速度较接近而选活塞杆直径较粗的液压缸，综上应选内径×活塞杆径＝50×32mm的液压缸作为钻削缸，则当液压缸内油的压力大于P = F/A =4×2946/3.14/502 =1.55 Mpa 时就可钻削工件；由于钻削快进采用差动联接，所以当输
入流量达到：
Q＝v×3.14×d2/4=50×60×3.14×322/4 = 2.41 L/min
就能满足钻削缸快速进给要求，选该液压缸的行程不小于40mm。 选内径×活塞杆径＝32×16mm的液压缸作为送料缸，当输入流量达到：
Q＝v×A=50×60×3.14×322/4 =2.35 L/min
就能满足送料速度要求，液压缸的行程根据具体结构确定。
3.6 选择阀
送料缸换向选用两位四通电磁阀如图3-5（a）能满足送料要求，夹紧缸换向选用两位四通电磁阀在夹紧工件时，能一直保持一定的压力；钻削缸换向选用三位四通电磁阀。如图3-5（b）。
由于钻削缸的压力小于夹紧缸的压力，故在钻削支路上接一个减压阀，以保证夹紧力在切削过程中不下降。
由于钻削缸垂直安装，为使得运动平稳，采用液压缸出口节流调速回路。 以泵的额定压力6.3 Mpa、流量3.6L /min 为基准，选择各种电磁换向阀、溢流阀、减压阀、调速阀等元件，元件的性能参数可参考液压传动设计手册有关资料。
为节约能源，钻削缸快进采用差动回路。液压元件如表
3-1
（a） （b）
图3-5 换向阀
液压系统中各个元器件列表
3.7电器元件列表
3.8 液压回路的设计（说明）
根据以上计算参数，结合液压传动的基本回路，设计本系统的液压回路如图3-6所示。
4 液压传动系统的电气控制设计
4.1 电气控制回路设计
控制回路具体设计步骤如下：
（1）绘制各液压缸位移顺序图，其中A为送料缸，B为夹紧缸，C为钻削缸； （2）绘制线圈(电磁铁、继电器)通断电图，注意在I级和II级交界处增加一个继电器通电，以便进行分级的转换，在II级结束时继电器断电；
（3）根据绘制电气控制回路图，图中继电器K5为分级转换继电器K。工作时按一下带自锁的按钮SB1使YA通电，即可连续的重复本例所要求的工作循环过程，如要短暂停机，则按SB1使断电，再按SB2液压泵卸荷。
4.2 液压系统的动作顺序
4.3控制电路图
5 工作流程
5.1 夹紧缸运动
当工件放到工作台时压住行程开关A1时按下SB1按钮YA得电夹紧缸运动。 夹紧缸进油油路：油箱→液压泵→（YB电磁阀得电，换向阀换向）→夹紧缸左腔夹紧缸回油油路：夹紧缸右腔→换向阀→油箱
5.2 送料缸的伸出
当夹紧缸活塞杆夹紧到位时压住行程开关A2时YB得电送料缸开始运动。
进油油路：油箱→液压泵→（YA电磁阀得电，换向阀换向）→进送料缸左腔 回油油路：进送料右腔→换向阀→油箱
5.3 钻削缸的运动
当送料缸活塞杆压住行程开关B1时，钻削缸开始伸出，此时钻削缸为差动连接，运动速度快。
钻削缸进油油路：油箱→液压泵→（YC1电磁阀得电，换向阀换向）→溢流阀→钻削缸左腔
钻削缸回油油路：钻削缸右腔→钻削缸左腔(此时形成差动连接) 而此时送料缸和夹紧缸的运动方式不发生变化。
5.4 钻削缸运动到c1时的运动状态
当钻削缸的活塞杆运动到行程开关c1时，YC2得电，活塞杆运动速度变慢。 钻削缸进油油路：油箱→液压泵→（YC1电磁阀得电，换向阀换向）→溢流阀→钻削缸左腔
钻削缸回油油路：钻削缸右腔→（YC2电磁阀得电，换向阀换向）→调速阀→油箱 而此时送料缸和夹紧缸的运动方式不发生变化。
5.5 钻削缸到c2时的运动状态
当钻削缸的活塞杆运动到行程开关c2时，电磁铁YC1失电，电磁铁YC0得电，电磁铁YC2得电，钻削缸开始缩回。
钻削缸进油油路：油箱→液压泵→（YC0电磁阀得电，换向阀换向）→节流调速阀→（YC2电磁阀得电，换向阀换向）→钻削缸右腔
钻削缸回油油路：钻削缸左腔→溢流阀→三位四通电磁阀→油箱
5.6 钻削缸到c0时的运动状态
当钻削缸的活塞杆运动到行程开关c2时，电磁铁YC2失电，电磁铁YC0失电，YB失电送料缸活塞杆缩回运动到行程开关B0时，YA失电夹紧缸缩回运动到行程开关A1时取下工件。
5.6 液压系统的卸荷
按下SB2时，系统就会卸荷。
结 论
因为此工件与其它工件不同，末端有一个倾斜角，而且还需要在指定位置钻两个孔，这样的零件对于我们加工来说确实有一些难度，因此，我们组积极的进行了思考，在思考中，我们组的一些成员有的表示用磨头来加工两个孔，经查阅资料和咨询老师，知道了磨头确实对进行这两个孔加工有着良好的定位作用，为了保持工件的精确度，因此我们的设计采用了磨头这个工具。在工件夹紧这块方面，我们也做了很多假设，因工件的外形确实对加工有一定的难度，有的小组成员提出使用常规的方法安置工件，但这一说法当即被否决，经过我们长时间的思考和查阅资料得出了独立设计出了一个夹紧工件的工作台。这个工作台，这样对零件的加工精度的保证。在我们这个设计，自动化程度的效率还是比较搞得，如果运用到生产上，每30秒就能生产处一个含有双孔的而且精度非常高的工件，这样的效率，是非常可观的。
这次的设计，我们的每个组员都很积极活跃的参加设计，并且都提出了很多很好的意见和建议，虽然一开始，我们都遇到了许多的问题，但在老师的帮助与指导下，我们的认真且努力的去思考，并且动手去做，我们终于把这个设计给完成了，在这个设计中，我们学到了许多知识，我们也体会到了团队的合作精神，很高兴的与团队融合一起。并且最终把设计完成。
感想
毕业设计结束是我们在校学习的最后阶段，也是对知识和能力深化和升华的过程。通过设计，可以对所学知识结构进行重新整合，将所学知识与工程实践问题相结合，熟悉了国家有关标准和规范。培养了分析问题和解决问题的能力。强化了创新意识，为将来激烈的竞争打下了基础。同时也培养了严肃认真的科学态度，优良的思维模式，和严谨求实的工作作风。树立了正确的设计思想，并掌握了现代设计方法。此次设计用到了我以前学过的机械、电子等多方面知识，是对我们大学所学知识的大综合，对这些知识进行了加强巩固，有了更深的认识。
此次设计还有许多不足之处，再加上本人的设计能力所限、实践经验的缺乏，虽经过缜密思考、周密计算、广泛实践，还是会有不尽与人意的地方。希望老师给予建议、指导，本人将虚心接受。
参考文献
[1] 金属切削机床夹具设计手册.机械工业出版社，1995
[2] 华南理工大学.甘肃工业大学.金属切削原理与刀具设计.上海科技出版社，1980 [3] 陆鑫盛.周洪主编.气动自动化系统的优化设计.上海科技文献出版社，2000 [4] 阳彦雄.李亚利主编.液压与气动技术. 北京：北京理工大学出版社，2008.5
[5] 煤炭工业部煤炭科学研究院上海研究所编.液压传动设计手册.上海：上海科学技术出版社，1981 [6] 许翏.许王淑英编著.电气控制回路设计.北京：机械工业出版社，2007.1 [7] 左健民编著.液压与气压传动.北京：机械工业出版社，2005.8 [8] 液压设备故障诊断与监测实用技术.北京：机械工业出版社，2006
毕业设计（论文）
题目： 自动专用钻床设计（液压）
系部 机电工程系
专业 机电一体化技术（自动生产线维护方向）
姓名
学号
摘要
我们小组这次设计的目的是设计一个全自动专用双钻头钻床。做为一个专用钻床，首先是是要对需要加工的工件进行分析，这样才能满足我们的加工目的。在这次设计中，我们需要加工的工件是一个带有拐角的工件，在拐角后面的面板上钻两个孔，为了保证工件的精确度，两个孔必须同时加工才能保证精度达到要求。在我们的设计中，我们通过老师帮助和对资料的查询，在对比气压和液压的优缺点中选择液压双钻头钻床设计，整个双钻头钻床设计中，我们组的成员积极参与讨论，我们在钻床的夹紧、定位中做了很多大胆的假设，并对每一个假设都仔细的分析讨论，最后我们从中找出了最优的选择。我们这次的双钻头钻床设计，它能精确地加工出含有两个孔的工件，在结构上，精密而不失美观，不仅有较大钻削力度，而且精度同样符合要求。
目 录
1绪 论 ............................................................................................................................................................... 2
1.1全自动专用钻床介绍 ........................................................................................................ 2
1.2 全自动专用钻床的特点 ................................................................................................... 3 2总体方案设计 ............................................................................................................................................... 3
2.1设计目的 ............................................................................................................................ 3
2.2零件对比分析 .................................................................................................................... 4
2.3气动和液压对比 ................................................................................................................ 4
2.4夹紧装置 ............................................................................................................................ 5
2.5整体结构 ............................................................................................................................ 5
2.6 液压系统的设计要求 ....................................................................................................... 6 3液压系统的设计计算 ................................................................................................................................. 7
3.1 负载分析 ........................................................................................................................... 7
3.2 液压缸选择 ....................................................................................................................... 8
3.3 液压泵的选择 ................................................................................................................... 8
3.4 选择电动机参数 ............................................................................................................... 9
3.5 选择油箱 ........................................................................................................................... 9
3.6 选择阀 ............................................................................................................................... 9
3.7电器元件列表 .................................................................................................................. 11
3.8 液压回路的设计 ............................................................................................................. 12 4液压传动系统的电气控制设计 ............................................................................................................. 13
4.1 电气控制回路设计 ......................................................................................................... 13
4.2 液压系统的动作顺序 ..................................................................................................... 13
4.3 控制电路图 ..................................................................................................................... 14 5工作流程 ...................................................................................................................................................... 15
5.1夹紧缸运动 ...................................................................................................................... 15
5.2 送料缸的伸出 ................................................................................................................. 15
5.3 钻削缸的运动 ................................................................................................................. 15
5.4 钻削缸运动到c1时的运动状态 ................................................................................... 16
5.5 钻削缸到c2时的运动状态 ........................................................................................... 16
5.6钻削缸到c0时的运动状态 ............................................................................................ 16
5.7 液压系统的卸荷 ............................................................................................................. 16 结 论 ................................................................................................................................................................ 17 感想 ................................................................................................................................................................... 17 参考文献 ......................................................................................................................................................... 18
1绪论
1.1全自动专用钻床介绍
20世纪70年代初，钻床在世界上还是采用普通继电器控制的。如70年代-80年代进入中国的美国的ELDORADO公司的MEGA50，德国TBT公司的T30-3-250，NAGEL公司的B4-H30-C/L，日本神崎高级精工制作所的DEG型等钻床都是采用继电器控制的。
80年代后期由于数控技术的出现才逐渐开始在深孔钻床上得到应用，特别是90年以后这种先进技术才得到推广。如TBT公司90年代初上市的ML系列深孔钻床除进给系统由机械无级变速器改为采用交流伺服电机驱动滚珠丝杠副，进给用滑台导轨采用滚动直线导轨以外，钻杆箱传动为了保证高速旋转、精度平稳，由交换皮带轮及皮带，和双速电机驱动的有级传动变为无级调速的变频电机到电主轴驱动，为钻削小孔深孔钻床和提高深孔钻床的水平质量创造了有利条件。
为了加工某些零件上的相互交叉或任意角度、或与加工零件中心线成一定角度的斜孔，垂直孔或平行孔等需要，各个国家而专门开发研制多种专用深孔、多轴等钻床。
一个完整的全自动专用钻床由底座、工作台、主轴箱、变速箱、冷却泵、摇臂、钻头、等构成。全自动专用钻床可以一次性完成送料、夹紧到钻削的全过程，而且可以进行批量生产。本机由一个人站立操作，整个过程是：将工件放于工作台钻床自动运行，整个钻削完成后再将工件搬下。这样既可以提高工作效率，也可以大大的提高钻削的质量，同时也不致使工人搬运零件次数过多而成生疲劳感。与普通 钻床相比，全自动专用钻床可以实现加工自动化，应为液压具有夹紧力大的特点，所以整个加工过程稳定、安全、高效。
1.2全自动专用钻床的特点
全自动专用钻床的加工特点：加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并是刀具转动。全自动专用钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动，并沿主轴方向进给，操作可以是手动，也可以是机动。并且可以大量加工，全自动专用钻床是具有广泛用途的机床，对零件进行钻孔、扩孔、绞孔、攻螺纹的加工。在钻床上配有工艺装备时，还可以进行镗孔，在全自动专用钻床上配有万能工作台还能进行分割钻孔、扩孔、铰孔。因为它解决了现有普通钻床加工的零部件操作不方便、加工困难、危险系数大、加工过程复杂等技术问题。主要分为：立式、专用、深孔、台式、摇臂、多孔等钻床。
2总体方案的设计
2.1设计目的：
在一根细长轴上钻两个半径为5中心距为15深度为15的孔如图所示
2.2对零件的分析
由图得出，零件的厚度为 15mm 总长为490mm 但另一头有一个45度左右的偏角，在偏角上有两个孔，我们目的就是钻这两个孔，因为此工件有一个拐角，因此对于一般的夹紧就比较困难，因为2孔之间的距离较近，需要精确地定位，因此我们设计了一个专用的夹紧工作台来夹紧此工件。此工作台的夹紧空间就和工件模样一致，有一侧面可以移动。放工件时，从一边的侧面放入，这样便把工件夹紧，使其精确定位。为了实现其一体化功能，必须让机床同时钻两个孔，这才能让这两个孔的位置及距离得到良好的保证，因此必须要做出一个同时能加工两个孔的钻头才能实现此目的。
2.3气动和液压的对比
从工程的角度讲：气体是可压缩流体，液体是不可压缩流体，气体容易泄露不易密封；气体可以被压缩而产生高温；气体可被压缩导致其很难用于产生伺服动作；气体的高压缩比是同样的压力下提供同样的动作量需要的气体很多，平时不易储存。气压传动更适宜与远距离传动,因为气压传动可以直接从空气中获得气体进行加压。传动精度不够准确不平稳。
而液压传动要靠液体,而一般机械他自身携带的液体数量是相当有限的如千斤顶,只适合短距离的传动,但是稳定性更好,传受较大的力效果更好 。只要控制油液的压力、流量和流动方向，便可控制液压设备动作所要求的推力（转矩）、速度（转速）和方向， 液压缸的工作压力取决于负载。在输出同等功率的条件下体积和重量可减小很多，布局安装有很大的灵活性，能构成用其它方法难以组成的复杂系统。 传递运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的换向，可以在运行中实现大范围的无级变速。 操作控制方便、省力，易于实现自动控制、过载保护。液压元件易于实现系列化、标准化、通用化。
从环境的角度讲：气动环保无污染，而液动比较脏但是噪声小。
所以采用液压系统全自动控制双轴钻削，首先,将工件放上工作台夹紧缸夹紧，然
后,送料缸工输送到主轴下方停止，主轴进给缸进给钻削，最后,钻削完成主轴进给缸快退，送料缸回缩，夹紧缸松开。如此循环自动完成钻削全过程。
加工流程图
2.4夹紧装置
因为工件的本身有一个拐角，因此工件的夹紧和定位就比较困难，经小组讨论研究，
我们设计了一个专用的工作台，如图所示：
工件槽内有定位槽，夹紧缸连接工台的一边，而这工作台的一部分可以自由移动，这样便于对工件放入和取出。
2.5整体结构
立式钻床、液压站、φ10双轴钻头 、工作台
2.6液压系统的设计要求
在开始设计液压系统时，首先要对机械设备主机的工作情况进行详细的分析，明确主机对液压系统提出的要求，具体包括以下几个方面。
（1）主机的用途、主要结构、总体布局；主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制；
（2）主机的工作循环，液压执行选件的运动方式(移动、转动或摆动)及其工作范围；
（3）液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围；
（4）主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求；
（5）对液压系统工作性能（如工作平稳性、转换精度等）、工作效率。自动化程度等方面的要求；
（6）液压系统工作的工作环境和工作条件，如周围介质。环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等；
（7）其他方面的要求，如液压装置在重量、外形尺寸、经济性等方面的规定或限 制。
3 液压系统的设计计算
如图所示的工件，需要大量生产，本工序钻削工件上有两个φ10的孔，为此设计一全自动专用钻床，只要将工件放在工作台，就可以重复自动的完成夹紧、送料、加工到结束这一全部过程，设计该钻床的液压系统以及电气控制回路，设计的该专用钻床的加工工位结构简图如上述图所示。
3.1 负载分析
根据工件材料查阅机械加工工艺手册，得出钻孔的较合适的表面切削速度为：
V=21~30 m/min
从而计算出主轴的钻速为：
n=v/πd=446~637 r/min
由加工直径查阅工艺手册，得出加工每转进给量为：
f=0.18~0.38 mm/min
从而计算出钻削缸的轴向进给速度为：
v1=80~242 mm/min
根据切削原理得出钻削力计算公式为：
扭矩：M=Cm·dxm·fym·km·10-3 N·m
轴向力：F=CF·dXF·fYF·KF N
查阅机械设计手册得
CM=210;KM=0.8;CF=427;KF=1;YF=0.8
KM= KF=(220/190)0.6=1.09
故计算出在本工艺条件下的最大钻削扭矩及最大钻削轴向力为：
M=23.69 N·m
F=2946 N
（1）计算钻削缸受力
钻削缸所受轴向力减去动力头的重量，应该小于2946N。
（2）计算夹紧缸受力
根据夹具结构画出受力简图，由理论力学分析进行计算得夹紧力为：
故计算出夹紧力：
W＝ 1219 N
查阅液压传动设计手册，安全系数2.5～3，取其为3。所以夹紧缸应承受负载为：
W缸＝1219×3＝3657 N
3.2 液压缸选择
本例工艺要求送料缸送料速度大于50mm/s, 钻削缸快进速度大于50mm/s。 查液压传动产品手册：
选内径×活塞杆径＝40×20mm的液压缸作为夹紧缸，则当液压缸内油的压力达到P = W缸/A =4×3657/3.14/402 =2.91 Mpa 时就可夹紧工件；选该液压缸行程不小于40mm，
如图所示。
液压缸
3.3 液压泵的选择
根据液压缸的最大工作压力和最大流量，再考虑相关的损耗，计算泵的额定流量和额定压力。
液压泵的额定流量：
Q泵 ≥K漏Q缸＝1.1×2.41 =2.65 L/min
泵的额定压力：
P泵 ≥K压P缸 = 1.3×2.91=3.78 Mpa
查阅液压产品目录：
选泵型号：YB1-2.5 额定压力为6.3 Mpa，排量为2.5m /r ,转速为1450r/min的定量叶片泵。
该泵的输出流量为 Q = 2.5×1450 =3.6 L/min
3.4 选择电动机参数
PM=PQ/60η=3.78×3.6/60×0.7=0.324 KW
因为液压泵的转速为1450r/min，所以选电机的转速为1450r/min，功率大于0.324KW。选择1.5KW的电动机。
3.5 选择油箱
油箱容量通常取泵的额定流量的2～4倍，故设计油箱的容量为7～14L。 因为钻削缸要支撑动力头，又双向受力，选直径大一点的液压缸，另外由于有差动联接要使得快进和退回的速度较接近而选活塞杆直径较粗的液压缸，综上应选内径×活塞杆径＝50×32mm的液压缸作为钻削缸，则当液压缸内油的压力大于P = F/A =4×2946/3.14/502 =1.55 Mpa 时就可钻削工件；由于钻削快进采用差动联接，所以当输
入流量达到：
Q＝v×3.14×d2/4=50×60×3.14×322/4 = 2.41 L/min
就能满足钻削缸快速进给要求，选该液压缸的行程不小于40mm。 选内径×活塞杆径＝32×16mm的液压缸作为送料缸，当输入流量达到：
Q＝v×A=50×60×3.14×322/4 =2.35 L/min
就能满足送料速度要求，液压缸的行程根据具体结构确定。
3.6 选择阀
送料缸换向选用两位四通电磁阀如图3-5（a）能满足送料要求，夹紧缸换向选用两位四通电磁阀在夹紧工件时，能一直保持一定的压力；钻削缸换向选用三位四通电磁阀。如图3-5（b）。
由于钻削缸的压力小于夹紧缸的压力，故在钻削支路上接一个减压阀，以保证夹紧力在切削过程中不下降。
由于钻削缸垂直安装，为使得运动平稳，采用液压缸出口节流调速回路。 以泵的额定压力6.3 Mpa、流量3.6L /min 为基准，选择各种电磁换向阀、溢流阀、减压阀、调速阀等元件，元件的性能参数可参考液压传动设计手册有关资料。
为节约能源，钻削缸快进采用差动回路。液压元件如表
3-1
（a） （b）
图3-5 换向阀
液压系统中各个元器件列表
3.7电器元件列表
3.8 液压回路的设计（说明）
根据以上计算参数，结合液压传动的基本回路，设计本系统的液压回路如图3-6所示。
4 液压传动系统的电气控制设计
4.1 电气控制回路设计
控制回路具体设计步骤如下：
（1）绘制各液压缸位移顺序图，其中A为送料缸，B为夹紧缸，C为钻削缸； （2）绘制线圈(电磁铁、继电器)通断电图，注意在I级和II级交界处增加一个继电器通电，以便进行分级的转换，在II级结束时继电器断电；
（3）根据绘制电气控制回路图，图中继电器K5为分级转换继电器K。工作时按一下带自锁的按钮SB1使YA通电，即可连续的重复本例所要求的工作循环过程，如要短暂停机，则按SB1使断电，再按SB2液压泵卸荷。
4.2 液压系统的动作顺序
4.3控制电路图
5 工作流程
5.1 夹紧缸运动
当工件放到工作台时压住行程开关A1时按下SB1按钮YA得电夹紧缸运动。 夹紧缸进油油路：油箱→液压泵→（YB电磁阀得电，换向阀换向）→夹紧缸左腔夹紧缸回油油路：夹紧缸右腔→换向阀→油箱
5.2 送料缸的伸出
当夹紧缸活塞杆夹紧到位时压住行程开关A2时YB得电送料缸开始运动。
进油油路：油箱→液压泵→（YA电磁阀得电，换向阀换向）→进送料缸左腔 回油油路：进送料右腔→换向阀→油箱
5.3 钻削缸的运动
当送料缸活塞杆压住行程开关B1时，钻削缸开始伸出，此时钻削缸为差动连接，运动速度快。
钻削缸进油油路：油箱→液压泵→（YC1电磁阀得电，换向阀换向）→溢流阀→钻削缸左腔
钻削缸回油油路：钻削缸右腔→钻削缸左腔(此时形成差动连接) 而此时送料缸和夹紧缸的运动方式不发生变化。
5.4 钻削缸运动到c1时的运动状态
当钻削缸的活塞杆运动到行程开关c1时，YC2得电，活塞杆运动速度变慢。 钻削缸进油油路：油箱→液压泵→（YC1电磁阀得电，换向阀换向）→溢流阀→钻削缸左腔
钻削缸回油油路：钻削缸右腔→（YC2电磁阀得电，换向阀换向）→调速阀→油箱 而此时送料缸和夹紧缸的运动方式不发生变化。
5.5 钻削缸到c2时的运动状态
当钻削缸的活塞杆运动到行程开关c2时，电磁铁YC1失电，电磁铁YC0得电，电磁铁YC2得电，钻削缸开始缩回。
钻削缸进油油路：油箱→液压泵→（YC0电磁阀得电，换向阀换向）→节流调速阀→（YC2电磁阀得电，换向阀换向）→钻削缸右腔
钻削缸回油油路：钻削缸左腔→溢流阀→三位四通电磁阀→油箱
5.6 钻削缸到c0时的运动状态
当钻削缸的活塞杆运动到行程开关c2时，电磁铁YC2失电，电磁铁YC0失电，YB失电送料缸活塞杆缩回运动到行程开关B0时，YA失电夹紧缸缩回运动到行程开关A1时取下工件。
5.6 液压系统的卸荷
按下SB2时，系统就会卸荷。
结 论
因为此工件与其它工件不同，末端有一个倾斜角，而且还需要在指定位置钻两个孔，这样的零件对于我们加工来说确实有一些难度，因此，我们组积极的进行了思考，在思考中，我们组的一些成员有的表示用磨头来加工两个孔，经查阅资料和咨询老师，知道了磨头确实对进行这两个孔加工有着良好的定位作用，为了保持工件的精确度，因此我们的设计采用了磨头这个工具。在工件夹紧这块方面，我们也做了很多假设，因工件的外形确实对加工有一定的难度，有的小组成员提出使用常规的方法安置工件，但这一说法当即被否决，经过我们长时间的思考和查阅资料得出了独立设计出了一个夹紧工件的工作台。这个工作台，这样对零件的加工精度的保证。在我们这个设计，自动化程度的效率还是比较搞得，如果运用到生产上，每30秒就能生产处一个含有双孔的而且精度非常高的工件，这样的效率，是非常可观的。
这次的设计，我们的每个组员都很积极活跃的参加设计，并且都提出了很多很好的意见和建议，虽然一开始，我们都遇到了许多的问题，但在老师的帮助与指导下，我们的认真且努力的去思考，并且动手去做，我们终于把这个设计给完成了，在这个设计中，我们学到了许多知识，我们也体会到了团队的合作精神，很高兴的与团队融合一起。并且最终把设计完成。
感想
毕业设计结束是我们在校学习的最后阶段，也是对知识和能力深化和升华的过程。通过设计，可以对所学知识结构进行重新整合，将所学知识与工程实践问题相结合，熟悉了国家有关标准和规范。培养了分析问题和解决问题的能力。强化了创新意识，为将来激烈的竞争打下了基础。同时也培养了严肃认真的科学态度，优良的思维模式，和严谨求实的工作作风。树立了正确的设计思想，并掌握了现代设计方法。此次设计用到了我以前学过的机械、电子等多方面知识，是对我们大学所学知识的大综合，对这些知识进行了加强巩固，有了更深的认识。
此次设计还有许多不足之处，再加上本人的设计能力所限、实践经验的缺乏，虽经过缜密思考、周密计算、广泛实践，还是会有不尽与人意的地方。希望老师给予建议、指导，本人将虚心接受。
参考文献
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