陕西理工学院毕业设计
引 言
本毕业设计课题是数控平面钻床液压进给钻削动力头，目的是通过在数控平面钻床液压进给钻削动力头设计的基础上，学习机床主轴及其相关的轴承、传动等部件的设计计算，了解机电控制PLC等知识。以便更好的将机械专业所学知识运用到实际生产中，为以后的工作打下基础，巩固所学知识。
机械加工行业中，孔加工占重要的地位。钻床加工的自动化和生产效率要求越来越高，钻床的发展急需改进。本课题的目的在于以自控行程钻削动力头为研究目标，主要解决当前H钢的钻孔加工专用钻削动力头。 随着钢结构在工业与民用建筑中的广泛应用，H钢的钻孔加工已成为钢结构行业中的关键技术之一。因此对H钢的钻孔加工通过数控平面钻床液压进给钻削动力头实现是钻孔加工是较为理想的加工方式。数控平面钻床液压进给钻削动力头一种集动力头的主运动、进给运动和控制装置于一体，具有体积小、重量轻、结构紧凑，钻削过程简单，可使钻头快速接近工件，立即自动转换好的工进速度开始钻孔，钻完快速自动返回。它可用于H钢结构、汽车工业、摩托车制造业、燃气器具制造业、电梯制造业等行业的钻、扩、铰加工,具有广泛的应用前景。数控平面钻床自控行程的钻削动力头。这不仅有助于提高钻床加工的自动化，而且对于满足生产效率要求越来越高也具有重要意义。
在现代机械制造行业中，随着加工零件方式多样化及工艺合理化发展的要求，加工零件的方法也呈现出多样化，金属切削加工是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，除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压和辊轧等，在这其中机床切削加工的工作量约占总制造工作量的40%～60%(其中钻床占11.2%),所以在目前的机械制造行业中金属切削机床是主要的加工设备。而机床的技术性能又直接影响机械制造行业的产品质量和劳动生产率，所以为了提高国家的工业生产能力和科学技术水准，必须对机床的发展作出新的要求。
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、繁锁的装夹、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。
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1 . 数控平面钻床液压进给钻削动力头概况
1.1 研究现状
金属切削机床是用刀具或磨具对金属工件进行切削加工的机器，在制造业中，尤其是机械行业，机床有着非常广泛的应用。然而钻削加工仍然在零件加工中占有相当的比例，据统计在零件加工中钻孔加工占11.2%以上。钻床是切削加工的主要设备之一。尤其是作为传统的老产品摇臂钻床，有数百年的发展历史，其产品都在不断地更新，功能也越来越齐全、性能也不断地完善。
在机床加工中钻床的加工工作量在总制造工作量中占有很大的比重。钻床为孔加工机床，按其结构形式不同可以分为摇臂钻床、立式钻床、卧式钻床、深孔钻床、数控平面钻床等。而数控平面钻床的钻削动力头是数控平面钻床的核心部件，钻削动力头是将进给运动与主运动集于一体；目前钻削动力头大多数靠液压滑台实现进给，由于采用了滑台使动力头结构复杂。在 随着钢结构的不大发展应用，数控平面钻床的钻削动力头是加工钢结构联结孔的理想部件，必将得到大发展。
随着机械工业的扩大和科学技术的进步，尤其是计算机的出现和数控技术的发展，我国的机械制造行业正朝着高精度、高效率、高智能发展。
高精度 机床针对钢结构行业加工设计，采用微机控制。在钻孔加工时其最关键的孔位定位由微机控制进行自动、准确、快速定位。其高速、精确的定位是人工无法达到的，同时避免了因人工定位与钻孔的误差而造成工件反修或报废的可能。
高效率 数控平面钻床由微机控制，按程序进行自动定位、根据不同的孔径自动调整至最佳的钻孔进给量与旋转速度，人工只需上、下工件即可，减少了人工钻孔时划线定位、辅助钻孔的人员，其钻孔速度是人工的4倍以上；可连续地进行加工，而不需要在上下工件时使机器停止运行；100%的合格率又节省了人工钻孔可能发生的返工工时。
高智能 数控平面钻床在人机交流即传统的编程上作了更突出的设计，使用户操作非常简单、迅速，不具备电脑操作经验者也可在很短的时间内完成编程；程序简短，通常只需2-3条指令即可；对于机床的一些参数用户不需处理；同时具有自检，可以全自动地完成所有工作。
高性价比 因机床采用微机数值控制系统装置，有精度高、效率高等优越性。其低价格在于仅针对钢结构加工之特点与精度要求进行设计，相对其它数控机床（如数控铣
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床、车床、钻床）的设备结构较为简单，加工精度要求较低。因此优越性能与低价格便使该机床具有很高的性能价格比。
1.2 应用领域
H钢结构在工业与民用建筑中的应用广泛。主要用于建筑钢结构中的梁、柱构件。工业构筑物的钢结构承重支架。地下工程的钢桩及支护结构。石油化工及电力等工业设备结构。大跨度钢桥构件。船舶、机械制造框架结构。火车、汽车、拖拉机大梁支架。由于H型钢的大量使用，H钢的钻孔加工已成为钢结构行业中的关键技术之一。采用数控平面钻床钻削动力头实现H钢的孔加工是较为理想的加工方式之一。
数控平面钻床液压进给钻削动力头除了用于H钢结构孔加工，它还可以用于机床零件加工、汽车工业、摩托车制造业、电梯制造业等行业的钻、扩、铰加工具有广泛的应用前景。数控平面钻床自控行程的钻削动力头可以像组合机床那样实现多动力头在一台机床上使用，大大的提供加工效率。这不仅有助于提高钻床加工的自动化，而且对于满足生产效率要求越来越高也具有重要意义。
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2 . 数控平面钻床液压进给钻削动力头总体方案设计
2.1 钻削动力头系统运动方案要求
由于设计的多解性和复杂性，满足某种功能要求的机械系统运动方案可能会有多种，因此，在考虑机械系统运动方案时，除满足基本的功能要求外，还应遵循以下原则：
① 机械系统尽可能简单
机构运动链尽量简短 在保证实现功能要求的前提下，应尽量采用构建数和运动副数少的机构，这样可以简化机器的构造，从而减轻重量，降低成本。此外，也可以减少由零件的制造误差形成的运动链的累计误差。
选择运动副 高副机构可减少构建数的运动副数，设计简单。但低副机构的运动副元素加工方便，容易保证配合精度以及有较高的承载能力，究竟选用何种机构，应根据具体设计要求全面衡量得失，尽可能做到扬长避短。在一般情况下，应优先考虑低副机构，而且尽量少用移动副。
选择原动机 机械系统的运动与原动机的形式密切相关。目前，电动机、内燃机使用最广泛，但是应结合具体情况灵活选择。
② 尽量缩小装备的尺寸
机械的尺寸和重量随所选择的机构类型不同而有很大差别。该设计中选用变频三相电动机提供主运动动力，省去了齿轮传动部分，使钻削动力头尺寸减小，制造成本也降低。
③ 机构应具有较好的动力特性
机构在机械系统中不仅传递动力，同时还要传动动力，因此要选择有较好动力学特性的机构。
采用对称布置的机构。对于高速运转的机构，其往复运动和平面一般运动的构建以及偏心的回转构建的惯性力和惯性力矩较大，在选择机构时，应尽可能考虑机构的对称性，以减少运转过程中的动载荷和振动。
该钻削动力头采用双液压对称布置在主轴两侧，为主轴提供对称的轴向力，避免了主轴受到侧向颠覆力。
④ 机械系统应具有良好的人机性能
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任何机械系统都是由人类设计，并用来为人类服务的，而且大多数机械系统都要由人来操作和使用，因此在进行机械设计时，必须考虑人的人理特点，以求得人与机械系统的和谐统一。
该钻削动力头采用了PLC控制系统，控制相应的液压回路系统，能使动力头工作时进给行程可控，并能自控形成，很大程度上降低了工人的劳动强度。
2.2 总体方案的确定
2.2.1方案的选择
本论文的数控平面液压进给钻削动力头，采用模块化的设计思路，把钻削动力头分为三个主要部分：主运动传动系统部分，进给系统部分，控制系统部分。然后再把这三个部分集为一体。
（1） 主运动方案选择
主运动，即旋转运动，其动力源使用电动机和内燃机比较广泛。传统的钻床一般都用电动机作为主运动的动力源，然后再通过齿轮传动，把电动机的运动与动力传递给主轴。
本论文的数控平面钻床液压进给钻削动力头的主运动采用电动机作为动力源，但不是经过齿轮把运动与动力传递给主轴，而是使用变频器作为电动机的电源，通过变频调速来改变提供给主轴的运动转速。然后经过带轮把变频电机的运动与动力传递给主轴，由于没有齿轮的传动，为了避免带轮打滑而影响运动传递，在此采用同步带轮传动。这样就使动力头的体积减小，加工简单，成本降低。
（2） 进给运动方案选择
图2.1 外置液压缸钻削动力头
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