自动钻孔机说明指导书.doc

摘 要
针对圆柱孔进行专用钻机设计与建模，通过电机高速旋转，带动钻头，实现旋转运动，将电机安装在安装座上，气缸推动安装座，这样就可以实现直线运动，由于是通孔，因而气缸行程只要满足不不大于孔最大深度即可，因而需要设计专用夹具进行夹持。本文设计运用气缸带动V型块对圆柱零件进行定位夹紧，构造简朴易操作，本文重点对电机、气缸以及夹具进行分别计算与设计，涉及电机功率与选型、气缸缸径与行程计算、夹具夹紧与定位等，然后对该钻孔机进行建模与装配，完毕专用钻孔机设计。
核心词：专用钻机；高速电机；气缸；三维建模

ABSTRACT
Design and modeling dedicated rig for cylindrical bore，high-speed rotary motor，drive the drill to achieve rotational movement，the motor is mounted on the mount，pushing the cylinder mount，so you can achieve linear motion，because it is a through hole，Therefore，as long as the cylinder stroke is greater than the maximum depth of the hole can be，and therefore need to design special jig holding. This design driven by an air cylinder V-block clamp is positioned on cylindrical parts，simple structure，easy to operate，this article focuses on the motor，cylinder and fixture calculate and design，including the calculation and selection of electrical power，the cylinder bore and stroke etc.，clamping fixture and positioning，and the drilling machine modeling and assembly，to complete special drilling machine design.
Keyword：Three-dimensional modeling；special rig；speed motor；cylinder

目录
第一章绪论 1
1.1本课题背景 1
1.2非标自动化设备发展 1
1.3设计和研究办法 2
1.4本次设计任务： 2
第二章 工艺及方案设计 4
2.1 圆柱体钻孔机工作分析 4
2.2 整机方案拟定 4
2.2.1直线进给方案拟定 4
2.2.2 总体设计方案拟定 5
第三章 机械机构传动计算 6
3.1电机功率计算 6
3.2进给气缸设计 7
3.3 导轨选取 11
3.3.1 导轨分类 11
3.3.2导轨材料和类型选取 13
3.3.3导轨额定载荷预算 14
3.3.4导轨参数选取 14
3.3.5滑动导轨计算 14
3.3.6导轨润滑 15
第四章 夹具设计 16
4.1 钻孔夹具 16
4.1.1 问题指出 16
4.1.2 夹具设计 16
3) 切削力及夹紧力计算 17
4.2夹紧气缸计算 17
第五章 钻孔机三维建模 21
5.1 PROE简介 21
5.2重要零件建模三维图 22
5.2.1支撑架设计 22
5.2.2 气缸建模 22
5.3 三维装配图 23
结 论 25
参照文献 26
致 谢 27

第一章绪论
1.1本课题背景
随着社会发展，科学进步，社会从原始时代，通过半自动时代，然后辗转到了，全自动时代。在这个科技迅速发展时代中，自动化普及化也迅速展开。当今工业生产中，用普通钻床钻孔已经是相称惯用办法了。在家电、手机、电脑、塑胶等古老劳动力居多公司中，普通钻床钻孔做占用时间占到至少八成【5】，当被钻孔材料为硬度高产品时所用掉是时间更多，况且，如今产品设计都很复杂，钻孔工位也是非常多，因而普通钻床钻孔在如今这样市场竞争环境中，在提高效率与利润上明显占尽劣势。因而从生产效率与自动化生产水平减轻劳动强度等方面来看设计与生产是时代与工业发展必然产物。
1.2非标自动化设备发展
非标设备是没有原则可依，依照公司生产现状量身订制设备。A公司设备往往只能合用于A公司，不能批量生产复制到B公司。普通一台三十万人民币左右设备从客户提供需求、非标设备厂提供方案设计、双方讨论拟定方案、订立合同、出设计图、零部件加工、到设备组装验收需要两三个月时间。由于投入产出比太低，大型公司面对如此琐碎长周期小订单是不削一顾。但是这样项目，对于只有10几种人小公司，却有相称吸引力。一种销售和几种机械工程师、几种软件工程师小规模公司疯狂成长。
国内非标公司很少有新创造、新创造、新应用。国内公司风行去国内外看展、参展一种重要目是发现新应用、新工艺、新技术。这种做法从诸多方面来看是具备非常正面意义。她缩短了国内与发达国家设备差距水平，提高了工业当代化、农业当代化限度，从而减少了广大人们群众劳动强度。然而毋庸置疑是这种打着借鉴旗号抄袭严重减少了公司开发新技术、新应用热情；久而久之影响了国内自动化设备行业技术能力，使得核心永远掌握在欧美公司手中，落得咱们靠污染环境、出卖体力、拆房建房来发展经济，这是非常可悲一种事情。为了长远发展，咱们必要高度注重知识产权保护，让公司从研发当中得到长期稳定利益，非标设备行业特别需要保护知识产权。
非标自动化市场将迅速增长，自动化产品运用深度持续增长。在这个领域，与发达国家相比国内整体水平上有10—差距。新型非标自动化设备往往是机电一体化设备，充分运用信息技术最新成果。中华人民共和国某些公司设计人员却对电子产品不熟悉，不敢或不会选用，大大限制了水平提高。但近来，非标自动化在江浙沪、珠三角、京津地区获得了很大应用，国内公司正在迎头赶上。
尽管非标设备行业整体呈现一种显而易见上升趋势，即非标设备市场空间辽阔，甚至某些老式产业将也许成为潜力最大市场。但国内非标公司数量较多，规模较小，技术落后、竞争同质化也是明显缺陷，并且在这个领域与发达国家至少有10-差距。新型非标自动化设备往往是机电一体化设备，充分运用信息技术最新成果。中华人民共和国某些公司设计人员却对电子产品不熟悉，不敢或不会选用，大大限制了水平提高，而许多核心技术上也并没有真正独立，依托设备进口其成本显然难如下降。当前，高品位产品依然重要由国外进口。
按市场逻辑来看，增长市场空间可以提高公司技术研发水平和壮大公司规模，给公司提供良好发展机遇。但客观状况却与之相反，国内非标设备公司并没有走出低质低价恶性循环，仍旧在简朴模仿，并没有研发出自己特色产品、专利产品，没有积累更多资金用于公司发展。当前十几种人小作坊生产仍旧是非标设备业界主流形态，因而非标自动化依然有很大发展空间，非标设计依然有很大市场。
1.3设计和研究办法
（1） 本设计自动钻孔机构造设计框架
本钻孔机分为三大模块，第一，旋转运动模组，运用电机高速旋转带动钻头，实现切削；
第二，直线运动模组，运用气缸直线运动带动钻头实现进给运动；第三，专用夹具设计，通过夹具定位和夹紧可以实现圆柱体定位。
（2） 三维建模设计
通过PROE5.0三维软件对整个构造进行设计建模，并检查有无干涉状况发生。
1.4本次设计任务：
本设计以圆柱体锻件直孔为研究对象，设计一种自动化钻孔机，需要满足条件是在给定毛坯件直径为40mm，高为20mm圆柱体上钻Φ10mm通孔，需要1分钟内完毕数量为50个，孔精度不高，并且是通孔。。
1、熟悉普通钻床工作原理，并设计出自动钻孔装置。
2、熟悉气缸工作原理，对本课题伸缩气缸以及压紧气缸进行选型计算。
3、对高速电机转速和功率计算，并计算切削力。
4、完毕自动钻孔夹具设计。
5、完毕自动化钻孔机三维建模设计以及设计阐明书。

第二章 工艺及方案设计
2.1 圆柱体钻孔机工作分析
圆柱体自动化钻孔机与普通钻床有所不同，由于圆柱孔精度较低，并且需要自动钻孔，不需要手动下压手柄，为了提高效率不需要通过减速就可以实现钻削，因而电机直接带动钻头就可以实现：
（1）进给运动是钻头在钻削过程中实现垂直方向钻削，钻头一边旋转一边旋入孔内。
（2）定位夹紧机构是将工件固定并定位，这样可以使得钻孔精确和迅速。
（3）旋转钻孔机构是通过电机高速旋转带动钻头一起高速旋转。
2.2 整机方案拟定
2.2.1直线进给方案拟定
可以上述运动直线运动有诸各种，重要有三种形式：
（1）滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杠螺母副具备传动无间隙，传动精度高且平稳长处。在非标行业中采用较多，但是在Z向进给运动中有不能自锁缺陷[3]。
（2）静压丝杠螺母副
静压丝杠螺母副是通过油压在丝杠和螺母接触面之间，产生一层保持一定厚度，且具备一定刚度压力油膜，使丝杠和螺母由边界摩擦变为液体摩擦。静压丝杠螺母长处是：摩擦系数很小，其起动力矩很小，传动敏捷，避免了爬行。油膜可以吸振，提高了运动平稳性。机床加工精度和光洁度高。缺陷是：静压丝杠螺母副应有一套供油系统，并且对油清洁度规定高，如果在运动中供油突然中断，将导致不良后果。
（3）齿轮齿条副
重载荷不适当采用丝杠传动，由于制造长丝杠成本较大，并且容易下垂弯曲，影响传动精度；同步也减少了扭转刚度与轴向刚度。 齿轮齿条副传动用于行程较长设备上，可以得到较大传动比，进行高速直线运动，刚度及机械效率也高。但其传动不够平稳，传动精度不高，并且还不能自锁。采用齿轮齿条副传动时，必要采用办法消除齿侧间隙，当传动负载小时，也可采用双片薄齿轮调节法，分别与齿条齿槽左、右两侧贴紧，从而消除齿侧间隙。当传动负载大时，可采用双厚齿轮传动构造。
齿轮齿条长处是承载大，中档移动速度，但也有对安装规定，需要为齿条预留间隙，定位精度不高，需要弥补磨损，而滚珠丝杆传动长处是承载小，移动速度快，安装构造，定位精度高，速度快，但磨损需要进行调节，且Z向不能自锁，由于是针对小零件钻削，切削力规定小并且容许进给速度大，因而为了简化设计，可以选取气缸作为进给执行机构。

2.2.2 总体设计方案拟定

1-进给气缸 2-导轨 3-高速旋转电机 4-动V型块 5-压紧气缸 6-底板7-静V型块
图2-1 整体方案图
如图2-1所示，先将零件放到夹具机构V型块7槽中，然后气缸5推动动V型块移动，将零件压紧，在伸缩气缸1推动下，安装在垫板上电机在导轨作用下被推动到钻孔位置，同步电机3高速旋转，通过钻头旋入可以不断钻削，由于是通孔，因而可以防止铁屑堵住孔。当孔钻穿后气缸1回程，导轨座在气缸作用下上升，因而电机也跟着回程。，气缸5回程， V型块松掉，取下已加工好零件然后放入待加工圆柱零件。
第三章 机械机构传动计算
本设计重要动力为高速旋转电机，电机轴需要承受切削时所产生负载力矩以及提供转速，下面对电机功率与转速进行计算。
3.1电机功率计算
钻床切削力计算涉及钻床主轴转矩计算和主轴轴向切削力计算。由于加工材料为锻件，钻头为高速钢麻花钻，加工方式为钻孔，因此查《机床夹具设计手册》得：
钻床转矩计算公式如下：
（3-1）

式中，—— 切削力矩（N·M）
—— 钻头直径（mm）
—— 每转进给量（mm）
—— 修正系数

轴向切削力计算公式如下：
（3-2）
式中，—— 轴向切削力（N）
—— 钻头直径（mm）
—— 每转进给量(mm)
—— 修正系数
已知被加工材料为锻件，取=980MPa，D=10mm，=0.5mm，因此可分别计算出切削转矩和轴向切削为：
=2.4N.m
=765 N
轴惯用材料有碳钢和合金钢。普通来说碳钢比合金钢价格低廉，相应力集中敏感性低，可通过热解决改进其综合性能，加工工艺性好，应用广泛。而合金钢虽然机械性能和淬火性能优于碳钢，但其价格较贵，普通用于强度和耐磨性规定高场合。
综合以上设计规定及因素，钻床主轴材料选用45号钢，经调质解决后HB要达到240左右。其机械性能参数如下：δb=650MPa；δs=360MPa；δ-1=300MPa；τ-1=155MPa；[δ-1]b=60MPa；[τT]=35MPa。

由金属切削原理可知，主轴切削功率计算公式为：
N

式中：n——主轴固定转速（r/min）,暂取n=1440r/min。
—— 切削力矩（N·M）
将以上数值代入公式中可计算出功率=3.66KW
考虑到螺纹连接传动效率（查得为0.95），因此可计算出钻床主轴要传递功率P为：
P=/0.95=3KW
选取电机功率为4KW，转速为1400r/min电机。
3.2进给气缸设计
为了提高加工效率，需要对钻头位置和工件初始位置做一种设定，假定初始位置钻头与工件垂直距离l=40mm。估算要驱动负载大小为20KG（涉及电机重力以及钻孔时反向轴向力之差），考虑到气缸未加载时实际所能输出力，受气缸活塞和缸筒之间摩擦、活塞杆与前气缸之间摩擦力影响。在研究气缸性能和拟定气缸缸径时，惯用到负载率：
（3-3）
由《液压与气压传动技术》可得下表3-1：
表3-1 气缸运动状态与负载率
阻性负载（静负载）
惯性负载运动速度v

已知电机转速n=1r/min,每转进给量f=0.5mm,可以计算出运动速度v=100mm/s，因而取=0.5，因此实际气缸缸负载大小为：
（3-4）
（1） 气缸内径拟定：
（2） 表3-2为气缸内径拟定公式。

表3-2 气缸内径计算公式
项目
计算公式
缸径
双作用气缸
推力

单作用气缸
拉力

计算D=38.89mm
式中：F为气缸输出拉力；
P 为气缸工作压力。
按照GB/T2348-1993原则进行圆整，取D=40mm
（2）活塞杆直径拟定，由d=0.3D 估取活塞杆直径 d=12mm。表3.3为活塞杆直径系列表。
表3.3活塞杆直径系列 （mm）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400

（3）缸筒长度拟定：
缸筒长度S=L+B+30，L为活塞行程，B为活塞厚度：
B=(0.6-1.0)D=32mm （3-5）
由于气缸行程L=50mm ，因此有：
S=L+B+30=112mm （3-6）
导向套滑动面长度A:
滑动面长度A，在D<80mm时，可取A=(0.6-1.0)D；在D>80mm时， 可取A=(0.6-1.0)d。
因此A=32mm。
最小导向长度H：
依照经验，当气缸最大行程为L，缸筒直径为D，最小导向长度为：
代入数据 即最小导向长度H为20 mm
活塞杆长度：
l=L+B+A+H=50+32+32+20=134mm （3-7）
（4）气缸筒壁厚拟定
由《液压气动技术手册》可查得气缸筒壁厚能依照薄避筒计算公式进行计算：

式中：
——缸筒壁厚（m）
D——缸筒内径（m）
P——缸筒承受最大工作压力（MPa）
——缸筒材料许用应力（MPa）。
实际缸筒壁厚取值：对于普通用途气缸约取计算值7倍；重型气缸约取计算值20倍，再圆整到原则管材尺码。
参照《液压与气压传动》缸筒壁厚强度计算及校核，

咱们缸体材料选取45钢，
n为安全系数 普通取 n=5；
为缸筒材料抗拉强度(Pa)
P—缸筒承受最大工作压力。（当工作压力时，P=1.5p；当工作压力时，P=1.25p。
由此可知工作压力为0.4 不大于16 ，
P=1.5p=1.5×0.4=0.6

参照下表3.4，选用气缸筒壁厚圆整取3 mm。
表3.4 气缸筒壁厚 （mm）

（5）活塞杆校核
由于所选活塞杆长度L为10d，因此不但要校核强度校核，还要进行稳定性校核。综合考虑活塞杆材料选取45钢。
参照《机械设计手册单行本》 ，由《液压气动技术手册》式中

— 活塞杆承受最大轴向压力（N）；
=400N；
— 纵向弯曲极限力（N）；
— 稳定性安全系数，普通取1.54。综合考虑选用2；计算得出
由于细长杆比

K—活塞杆横截面回转半径，对于实心杆K=d/4；
代入数据 K =16/4=4mm；
m-末端系数，选取一端固定一端自由，取m=1/4
E— 材料弹性模量，钢材；
J— 活塞杆横截面惯性矩（），；
d— 活塞杆直径（m）；
L— 气缸安装长度为活塞杆长度为134mm；
代入数据得
由于 = 400N因此活塞杆稳定性满足条件；
强度校核：
由公式
由公式 为安全系数，普通取 n=5；
45钢抗拉强度为，则，因此强度满足规定。
综上所述：活塞杆稳定性和强度满足规定。

图3-2 SMC双活塞杆气缸
气缸选型参照（ISO6432原则），结合以上计算选用缸径为40mm，行程为50mmSMC双活塞杆气缸气缸，代号为CDA WFN 40-50。
3.3 导轨选取
此处导轨作用重要用于支持和引导运动部件沿垂直方向滑行。机床上两个相对移动部件配合面，构成一对相对运动副，当中没有运动配合面称为固定导轨，配合面运动副被称为运动导轨。运动部件(如工作台面)和固定组件(如车床床身)之间只有一种自由度，因而，导游是必要限制五自由度移动部件。
当前，导轨大小参数趋势是减少运动副中心距，增大宽度。减少运动副中心距，使机器尺寸减少，节约原材料，使平、v型导轨负载逐渐趋于统一。由于缩小中心距等可以实现以便操作员装卸零件，并且导轨面宽度增长，可以减少导轨表面压力，减少磨损，提高使用寿命。
3.3.1 导轨分类
1.导轨依照受力分为：
（1）开式导轨
通过外载荷和自重是导轨面贴合导轨被称为开式导轨。
（2）闭式导轨
若导轨自重部件较小，并且有作用在部件上颠覆力矩时，必要增长辅助导轨面进行贴合，此类为闭式导轨。
2. 导轨按运动轨迹分：
（1）直线运动导轨
导轨副为直线相对运动，实际应用如车床床鞍、床身相对运动所用导轨。
（2）圆周运动导轨
导轨副做圆周相对运动，实际应用如立式车床工作台、底座间工作时所用导轨。
3. 导轨按摩擦性质可分为：
（1）滑动导轨
滑动摩擦是这种滑动导轨两导轨工作面之间作用性质，该类导轨重要有普通滑动、液体动压、液体静压导轨等几类。
①液体动压导轨特点：
流体动压导轨是导轨面之间在相对运动时在两个运动副之间形成压力油楔而使运动部件浮起，因而两个运动副通过液体隔开形成液体摩擦，提高导轨耐磨性。压力油楔形成条件是:相对速度要够，某种限度上油腔隙沿运动方向减少，速度越高，油楔承载能力越大，因此动态压力导轨合用于主运动类型导轨。但是，由于运动部件进油困难，由于移动部件，因此从一种固定导轨油，油腔也可以用于固定导轨，可用于直线运动指引和圆周运动指南。
②液体静压导轨特点：
静压导轨是有一定压力油、通过节油器等装置到达运动副表面，表面承载油膜形成，分离互相接触表面，实现液体摩擦。导轨摩擦系数小，机械效率高，导轨表面有一层油膜，保证导轨不互相接触，不磨损，不但可以保持长导轨导向精度和良好振动吸取，也不容易导致低速下导轨爬行，并且可以减少对导轨材料特殊规定。因此，静压导轨机床上得到越来越广泛应用，导轨特点是构造复杂，需要配备一种油液输送系统。
（2）滚动导轨
两个导面之间为滚动摩擦，它是由导轨表面球、滚子、滚针等滚动部件来实现相对滚动，被广泛应用在进给运动导轨。
滚动导轨特点：
①高敏捷度：移动滚动导轨摩擦系数为0.0025 ~ 0.005，远低于滑动导轨，静态和动态摩擦对于滚动导轨来讲差别很小，因此滚动导轨可以有效避免爬行现象发生。
②定位精度高：普通滚动导轨重复定位精度在0.2um左右，而普通滑动导轨定位精度则要到10-20um之间了，当使用滚动直线导轨，导游作为一种不会有爬行现象，可以达到很高定位精度。
③磨损小，能保持很长一段时间精确运营。
④适应高速运动和减少驱动功率，由于直线导轨，摩擦很小，只有一种小功率可以让机器运营，特别是在工作台频繁往复运营时，更可以明显减少能源挥霍。由于摩擦产生热量较小，可以应用于高速运营。
⑤可以加载来自各种方向载荷，重要得益于其特殊滚动导轨构造设计，同步可承受左、右上下等方向负荷。
⑥容易组装和可互换性能较好，依照需要，在组装过程中只要铣或研磨机床导轨装配图，依照建议环节将导轨、滑块分别在一种在特定扭力作用下固定在机床上，就可以恢复高精密机械加工。滚动导轨是可以互换，只要替代滚动直线导轨、滑块等，高精度机床可以恢复。
⑦润滑系统很简朴，易于维护。
⑧滚动导抗振性较差，防护规定较高，由于缺少导轨之间油膜，和导辊点接触、线接触，此类接触应力很大，因此普通床身和滚动导轨必要使用硬化钢。此外，滚动元件在直径上不一致或导辊表面不均匀，会带来某些如变化轧制某些倾斜或高度等不同，最后影响制导精度，因而，滚动体精度和导轨平面需求很高，相比普通滑动导轨，滚动导轨构造复杂，制造困难，成本高。
依照以上分析，本文选取工作台导轨为滑动导轨，滑动导轨构造简朴、容易制造、接触刚度大长处。
3.3.2导轨材料和类型选取
导轨类型重要有滑动和滚动，依照以上分析选用滑动矩形导轨。
导轨尺寸如表3-5所示，
表3-5矩形导轨尺寸表

（单位mm）
H
B
B1
A
h
h1
镶条b
16
25-40
10；12
100-320
10
H-0.5
5
20
32-80
12；16
140-400
12
6
25
40-100
16；20
180-500
16
8
（30）；32
50-125
20；25
220-630
20
10
40；（45）
60-160
25；32
280-800
25
H-1
10;12
50；（55）
80-200
32；40
360-1000
32
2;15
60；（65）
100-250
40；50
150-1250
40
15;19
（70）；80
125-320
50；65
560-1600
50
20;25
100
160-400
60；80
710-
60

材料： 导轨材料要兼具耐磨性、摩擦因数小，良好加工和热解决性质等各方面长处。本文导轨用HT200材料，这种灰铸铁耐磨性好，灰铸铁ρ=7.0g/cm3。此灰铸铁导轨硬度普通为180~200HBW。为提高表面硬度，热解决用表白淬火，表面硬度55HRC，使导轨在耐磨性能、硬度等方面提高到本来1~3倍。
3.3.3导轨额定载荷预算
由前面可知需要推动负载所需力大小F=200N。
3.3.4导轨参数选取
由表3-5可选用 H=16，h=10，h1=9.5， b=5，B=40mm。
导轨长度 L′=180mm
3.3.5滑动导轨计算
依照实际设计需要，拟定导轨初步大小和形状，和应力分布，以及导轨表面压力分布，然后计算平均压力和最大压力表面导轨，使用经验值低于推荐许用比压值。
为了使导轨有较高寿命和提高磨损均匀性，使导轨压力尽量平均，应当尽量从表中选用，使导轨容许最大压力是导轨许用平均压力2倍，因此在实际设计实验，普通只计算平均压力。
P′=[（P2+G）/BL]≤[P′](公斤/厘米2)
式中：P′——计算平均比压(公斤/厘米2)；
P2——垂直载荷（公斤）；
G——导轨面上最大总质量，工件、工作台重量包括在内（公斤）；
B——导轨水平投影宽度（厘米）；
L——与工作台配合导轨面总长（cm），对圆周运动形式导轨，L=πD′，D′为导轨平均直径（cm）；
[p]——许用平均比压(公斤/厘米2)，
P′=20/(4╳18)=0.278(公斤/厘米2)
如下表3-6所示：
表3-6铸铁导轨许用比压 (kg/cm2)
导轨种类
直线运动导轨
圆周运动导轨直径D

中档机床
重型机床
磨床
D<300
D>300
环状工作台

单导轨
双导轨

主运动导轨
平均比压
4~5
2~3

4
3
2
1.5

最大比压
8
4

进给运动导轨
平均比压
12~15
5
0.25~0.40

最大比压
25~30
10
0.50~0.80

注：
i. 对于固定切削专用机床，比压减小25%；
ii. 设计钢和铸铁可以参照本表中容许值，钢和钢则要在表中容许比压基本上增长20~30%；
iii. 聚四氯乙烯（P.T.F.E）这一类材料在使用时平均比压不大于3.5kg/cm2；再间断使用条件下其容许达17.5kg/cm2；如果是短暂使用状况下，则其最大平均比压要达到35kg/cm2；
iv. 锌合金ZnAl10-5这种材料导轨平均比压可达2kg/cm2。
查表得[P′]=2~3
p′≤[p′]
则导轨尺寸设计合理
3.3.6导轨润滑
为导轨保证有良好润滑，是减少导轨摩擦磨损另一有效办法。为了达到较好润滑效果，重要是为了乳化油分子能依附在导轨接触表面，次年工程厚度0.005 ~ 0.005毫米另一层很薄油膜，防止导轨之间直接接触产生较大磨损。
选取导轨润滑油重要原则是负荷、速度越低，原油粘度越大，并且应当更大。垂直导轨润滑油粘度，应当不不大于横向导轨润滑油粘度。当工作温度时，润滑油粘度变化要小。润滑油应具备良好润滑性能和足够油膜强度，不侵蚀轨道机理，并且油杂质应尽量少。
在导轨应用于精密机械时，应依照使用条件和选取润滑油性能特性，惯用润滑油重要有精密机床液压导轨油、变压器油、机油等。尚有某些精密导轨，选取润滑脂作为润滑材料进行润滑。
机床导轨润滑办法：
表3-7润滑方式
通过以上表格中分析，本次设计导轨采用精密机床导轨油润滑。
第四章 夹具设计
4.1 钻孔夹具
由零件工作图可知，零件材料为锻件，成批生产。依照本钻孔机设计规定，需设计一套钻孔夹具对圆柱体夹紧定位。为了提高劳动生产率，保证加工质量，减少劳动强度，需要设计专用夹具。
4.1.1 问题指出
本夹具重要用来钻直通孔，由于本工序孔精度不高，在加工本道工序时，重要应考虑如何提高劳动生产率，减少劳动强度。
4.1.2 夹具设计
1) 定位基准选取
为了使定位误差为零，运用一对V型块进行定位，其中一种V型块固定不动，此外一种V型块是活动，运用运用作用将V型块压紧，可以实现完全定位。由于生产批量大，为了提高加工效率，缩短辅助时间，准备采用气缸自动压紧和松开，装卸工件以便、迅速。
2) 夹紧方案
由于所加工零件比较小，夹具夹紧力与加工零件时轴向力方向相似，为了装卸工件以便，采用钻孔种类较多，为了提高钻孔效率可以采用气缸推动压臂进行压紧或者松开。
3) 切削力及夹紧力计算
由于本钻孔机重要是钻通孔，因此只对夹具定位稳定性进行计算，及夹紧力和钻削力计算。
钻孔时轴向切削力由前面计算可以得出

理论夹紧力计算：

在计算切削力时，必要考虑安全系数。
安全系数
式中：—基本安全系数；取1.2
—加工性质系数；取1.1
—刀具钝化系数；取1.1
—断续切削系数；取1.1
则

N
4.2夹紧气缸计算

运用CAD软件得出气缸最大位移A=80mm，由上节求出需要理论夹紧力F=1110N。下面对压紧气缸进行计算。
在研究气缸性能和拟定气缸缸径时，惯用到负载率：
（4-1）
由《液压与气压传动技术》可得下表4-1：
表4-1 气缸运动状态与负载率
阻性负载（静负载）
惯性负载运动速度v

假设气缸活塞运动速度v=50mm/s，因而取=0.8，因此实际气缸缸负载大小为：
（4-2）
（3） 气缸内径拟定：
（4） 表4-2为气缸内径拟定公式。

表4-2 气缸内径计算公式
项目
计算公式
缸径
双作用气缸
推力

单作用气缸
拉力

计算D=74.78mm
式中：F为气缸输出拉力；
P 为气缸工作压力。
按照GB/T2348-1993原则进行圆整，取D=80mm
（2）活塞杆直径拟定，由d=0.3D 估取活塞杆直径 d=25mm。表4.3为活塞杆直径系列表。
表4.3活塞杆直径系列 （mm）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400

（3）缸筒长度拟定：
缸筒长度S=L+B+30，L为活塞行程，B为活塞厚度：
B=(0.6-1.0)D=50mm （4-4）
由于气缸行程L=80mm ，因此有：
S=L+B+30=160mm （4-5）
导向套滑动面长度A:
滑动面长度A，在D<80mm时，可取A=(0.6-1.0)D；在D>80mm时， 可取A=(0.6-1.0)d。
因此A=50mm。
最小导向长度H：
依照经验，当气缸最大行程为L，缸筒直径为D，最小导向长度为：
代入数据 即最小导向长度H为40mm
活塞杆长度：
l=L+B+A+H=80+50+50+40=220mm （4-6）
（4）气缸筒壁厚拟定
由《液压气动技术手册》可查得气缸筒壁厚能依照薄避筒计算公式进行计算：

式中：
——缸筒壁厚（m）
D——缸筒内径（m）
P——缸筒承受最大工作压力（MPa）
——缸筒材料许用应力（MPa）。
实际缸筒壁厚取值：对于普通用途气缸约取计算值7倍；重型气缸约取计算值20倍，再圆整到原则管材尺码。
参照《液压与气压传动》缸筒壁厚强度计算及校核，

咱们缸体材料选取45钢，
n为安全系数 普通取 n=5；
为缸筒材料抗拉强度(Pa)
P—缸筒承受最大工作压力。（当工作压力时，P=1.5p；当工作压力时，P=1.25p。
由此可知工作压力为0.4 不大于16 ，
P=1.5p=1.5×0.4=0.6

参照下表3.4，选用气缸筒壁厚圆整取4 mm。
表4.4 气缸筒壁厚 （mm）

（5）活塞杆校核
由于所选活塞杆长度L为10d，因此不但要校核强度校核，还要进行稳定性校核。综合考虑活塞杆材料选取45钢。
参照《机械设计手册单行本》 ，由《液压气动技术手册》式中

— 活塞杆承受最大轴向压力（N）；
=540N；
— 纵向弯曲极限力（N）；
— 稳定性安全系数，普通取1.54。综合考虑选用2；计算得出
由于细长杆比

K—活塞杆横截面回转半径，对于实心杆K=d/4；
m-末端系数，选取一端固定一端自由，取m=1/4
E— 材料弹性模量，钢材；
J— 活塞杆横截面惯性矩（），；
d— 活塞杆直径（m）；
L— 气缸安装长度为活塞杆长度为110mm；
代入数据得
由于 = 540N因此活塞杆稳定性满足条件；
强度校核：
由公式
由公式 为安全系数，普通取 n=5；
45钢抗拉强度为，则，因此强度满足规定。
综上所述：活塞杆稳定性和强度满足规定。
气缸选型参照（ISO6432原则），结合以上计算选用缸径为80mm，行程为80mmSMC原则气缸。

第五章 钻孔机三维建模
5.1 PROE简介
1985年美国PTC公司开始建模软件研究，1988年V1.0Pro/ENGINEER诞生，随后美国通用汽车公司将该技术应用于各种类型减速器设计与制造中。当前在基于Pro/E减速器模型设计、数据分析与生产制造方面美国、德国和日本处在领先地位，美国Alan-Newton公司研制X-Y式精密减速器和日本住友重工研制FA型减速器都是当前先进高精密型齿轮减速器。
Pro/ENGINEER技术可以以便快捷实现建立基于零件或子装配体三维模型设计和装配，并且提供了丰富约束条件完毕可以满足工程实践规定。建立三维模型在装配体环境下可以较好对零件进行编辑和修改，在生产实际中便捷把立体图转换为工程图，在生产应用中充分运用Pro/E软件进行几何造型设计，进一步运用数控加工设备进行技术加工，可以明显提高减速器设计制造精密、设计制造质量、设计制造效率，从而缩短产品更新换代生产整个周期。而国内在Pro/E减速器三维模型设计方面还相对比较薄弱，因而，随着经济全球化发展，在此技术上国内需要不断突破创新，逐渐提高“中华人民共和国创造” 在国际市场竞争力。本设计运用PROE5.0对整个检测仪构造进行了设计。

5.2重要零件建模三维图
5.2.1支撑架设计
支撑架是安装进给气缸和电机主体，通过拉伸切除命令完毕支撑架建模。如图5-1所示。

图5-1 支撑架三维建模
5.2.2 气缸建模
气缸是进给运动重要动力，通过气缸推动作用将固定在滑块上电机实现升降。通过拉伸、切除、剪切命令生成气缸三维模型。

图5-2 双活塞杆气缸

5.3 三维装配图
对各个零件依照约束组装在一起，并对其干涉检查，然后再修改，完毕三维装配图如图5-4所示：

图5-4三维装配

结 论
本文以圆柱体孔专用钻机制造设备设计为研究目的，从其孔特性入手，对其传动机构进行设计，涉及旋转机构、直线进给机构、定位夹紧机构，对所选用气缸、电机、导轨等进行了设计计算。
通过本次设计得出如下结论：
（1）选用高速旋转电机为动力，对圆柱体进行钻孔设计。
（2）完毕对气缸选取、导轨设计计算。
（3）完毕了夹具设计涉及夹紧力以及夹紧气缸设计。
（3）运用PROE软件对整个钻孔机进行建模设计。
通过对钻孔机机械构造设计，让我熟悉了整个构造设计流程，让我理解了简易钻孔机各个机械构成某些和工作原理。

参照文献
[1]秦勇坚. 当代化机械装配自动化应用与发展[J]. 科技信息,,05:137.
[2]宋涛,闫献国,贾育秦. 组合夹具装配自动化系统研究[J]. 山西机械,,03:27-29.
[3]倪