自动上下装置的高精度微型钻床设计 毕业设计

毕业设计说明书（论文）中文摘要 本设计是一带自动上下料装置的高精度精密钻床。钻床是机械行业中最普通的一种机床，然而，此次设计特点是：高精度，同时，为了克服以往人工上下料的诸多缺点，设计采用自动上下料，这就增加了设计的难度。自动上下料装置是自动机床和自动线设计中复杂程度高而且难度较大的组成部分之一。自动上下料装置所完成的工作是将散乱无序的工作零件经过定向机构的定向排列，然后顺次把它们排在机床夹具上，并在加工完后从夹具上卸下成型工件。本设计的微型精密钻床，因采用了自动上下料装置，使成批生产中效率显著，同时降低了生产成本，他所加工的对象是微小零件如医疗手术针的钻削加工，针对工件的特点，涉及采用了相应设备和装置如气压上料，由于工件较小(0.34mm),所以加工精度提到设计要求中，钻削微小的偏差都能导致工件的报废，因此它也是此次设计的关键部分。此次设计中我采用了气压上料，弹性卡紧，推杆下料和精度差动微调等手段。关键词 高精度 微型 自动上下料 毕业设计说明书（论文）外文摘要Title: A High Accuracy That Takes Voluntarily About Material Installation Precise Drilling Machine Abstract:It is a high accuracy that takes voluntarily about material installation precise drilling machine. Drilling machine is a kind of most ordinary machine tool in mechanical profession, however, this design characteristic is: High accuracy at the same time adopts voluntarily about material for surmounting many shortcoming of former artificial about material and designing , this has increased the difficulty of design. On automatic, next material installation is one of complex composition parts with high level and greater difficulty in the bed of automatic machine and the design of transfer matic. On automatic taking off material installation the work completed passes scattered in disorder out of order working element directional organization is directional to put them on the clamping apparatus of machine tool in order in order , then, queue up , and unload type work-piece from clamping apparatus after processing is over.The mini precise drilling machine of this design makes the efficiency in batch production notable because of having adopted voluntarily about material installation , has at the same time reduced production cost, the object that he processes is small element as medical operation needle get into to cut processing , according to the characteristic of work-piece, have been concerned with to adopt corresponding equipment and installation expects on atmospheric pressure, since work-piece is less( 0.3 4 mm), so, processing precision to mention go to design requirement, get into to cut small deviation can cause work-piece scrap , therefore it is also the crucial part of this design.In this design, I have adopted atmospheric pressure on material, flexible card is expected tightly, under ejector pin and precision differential trimming etc. means.Keywords High accuracy Minisize Automatic 南京工程学院毕业设计说明书（论文）目 录前 言1第一章 总体设计方案31.1微调精密钻床的总体结构31.1.1带自动上下料装置的微型精密钻床的加工原理31.2对工件进行钻孔加工过程41.3各部分加工方案的确定41.3.1主轴部件的设计41.3.2夹紧机构51.3.3卸料装置91.3.4进给机构91.3.5自动上下料装置101.3.5进给机构201.3.6钻床导轨机构选择201.3.7微调机构的设计261.3.8上料与下料机构的传动关系的设计281.3.9微型电机的选择28第二章 设计计算302.1 自动上下料装置各部分的计算302.1.1 装料容器的设计302.1.2 滚道的设计312.1.3 弹簧夹头的计算342.1.4 钻削力与主轴的校核372.1.5燕尾形导轨尺寸的确定382.1.6电动机的选取392.1.7主传动变速机构的计算及设计392.1.8钻床微量调节机构的精度分析40第三章 设计说明423.1润滑与密封423.2关键零部件的加工与安装423.3使用、维修和保养42第四章 设计评价43第五章 技术经济分析44第六章 结束语45参考文献46致 谢47附 录4845前 言机械制造也是制造业的核心，是制造各种机械产品的基地，同时，机械制造业的发展水平，也反映出一个国家及地区的经济现代化程度，所以，作为一个理工类机械制造业的毕业生，更应该代表和具有本行业的技术素养和职业素养。在即将毕业阶段，设计是检验这种水平和素养的重要一环，也是一次最好的自我检验和锻炼的机会。 本设计是一带自动上下料装置的高精度精密钻床。钻床是机械行业中最普通的一种机床，然而，此次设计特点是：高精度，同时，为了克服以往人工上下料的诸多缺点，设计采用自动上下料，这就增加了设计的难度。自动上下料装置是自动机床和自动线设计中复杂程度高而且难度较大的组成部分之一。自动上下料装置所完成的工作是将散乱无序的工作零件经过定向机构的定向排列，然后顺次把他们排在机床夹具上，并在加工完后从夹具上卸下成型工件。 采用自动化机床，具有其显著的特点，通过它可大大缩减在生产过程中的辅助时间，这样，就大大提高生产效率，譬如，生产中一般零件的装卸就占据所加工的40%,而采用自动化生产线时，其装卸都是有规律地自动装卸，所需时间较短，同时，自动生产线还避免了人的主观和客观上的误差，大大提高了加工精度，当然，采用自动线，势必增加机床的复杂程度，对工人的素质需要也相应的提高。 针对所设计的课题，在老师的指导下，我们开始了广泛的调研工作，在调研过程中，使我对所设计的课题有了进一步的理解，同时，对我国及世界的机械行业有了更深的认识。在我国由于工业起步较晚，所以相对于美英等国的制造业仍有一段差距，特别是在高精密的仪器制造方法，差距较大。在我国，许多制造业的工件下料仍由人工手工完成，加工辅助时间占用了加工时间的绝大部分。对于医疗手术针这类微小工件，加工它只是在期末端钻削一个微孔，只需几秒钟的时间。但人工装卸的辅助时间约一分钟左右，占去生产过程的大部分时间。对于批量生产这种工件来说，更是人力和资料的浪费，面对此种现状，各个厂家都在采用技术革新，来缩短加工时间和降低废品率。以提高生产效率，达到提高市场竞争能力。本设计的微型精密钻床，因采用了自动上下料装置，使成批生产中效率显著，同时降低了生产成本，他所加工的对象是微小零件如医疗手术真的钻削加工，针对工件的特点，涉及采用了相应设备和装置如气压上料，由于工件较小(0.34mm),所以加工精度提到设计要求中，钻削微小的偏差都能导致工件的报废，因此它也是此次设计的关键部分。此次设计中我采用了气压上料，弹性卡紧，推干下料和精度差动微调等手段。由于时间紧迫、经验不足和认识的局限，该设备的实际可靠性还有待于实践过程逐步完善和检验。经过此次设计我相信，在实践动手过程中有一定提高，对知识有一定系统型的认识，同时有许多的不足之处希望老师们批评纠正。第一章 总体设计方案1.1微调精密钻床的总体结构此设计的钻床加工对象是0.34mm的细小工件，其功能是在其上进行钻削加工，实现其成批生产的自动化。本设计的组成部分大致包括上料机构、卡紧机构、下料机构、微调机构、及钻床布局结构。它的外形如下图11所示：1、卡紧及下料装置 2、机床的结构 3、自动上料机构 4、微调机构图1-1上料机构是将工件送至机床指定的加工位置，并使工件送出，进入夹具（弹簧卡头）中。卡紧及下料机构是将定位好的工件卡紧限位，同时当加工完成使自动下料。此下料装置是利用卡紧装置的反向运动，松开弹簧卡头，靠推杆将工件从卡头中顶出，以便周期性的加工下一个零件。微调机构是用来保证机床加工工件时的绝对精度，此设计是利用差动丝杆调节钻床和工件的对心位置，从而提高其加工精度，钻床的具体结构是指钻床的总体部局。布局是否合理，直接影响着钻床能够正常工作和再加工过程中的方便程度。1.1.1带自动上下料装置的微型精密钻床的加工原理由上料装置将工件自动的送入自动定心的弹簧夹头中，同时弹簧夹头自动卡紧，电动机带带轮使主轴钻头转动，利用工件和钻头的相对运动进行微孔钻削。加工完毕电机停止转动，由下料装置顶出工件。在重复上述动作加工下一个零件。1.2对工件进行钻孔加工过程调整微调机构使工件和钻头处于同一中心线上，由上料装置送出工件，弹簧夹头自动夹紧工件（卡紧机构工作），电动机带动钻头进行钻削加工，下料机构卸下工件。1.3各部分加工方案的确定根据加工目的，可设计出多种加工方案。每种方法都有其优点，同时又其不足，经过对比分析，选择合适的加工方案，也就是优化设计，现针对各个部分设计的不同方案做出对比分析。1.3.1主轴部件的设计机床主轴是机床在加工是直接带动刀具或工件进行切削和表面形成运动的旋转轴，主轴部件包括主轴及与其直接有关的轴承，传动件和密封件等。因为主轴部件直接影响到加工工件的质量，是工件误差的主要来源，因此，在设计主轴是应针对所加工工件的特点综合考虑其主轴部件及结构。对主轴部件既有一般要求，也有其自身的特点，对一般主轴而言，转速、回转精度、静刚度、承载能力、抗震性、热稳定性、寿命及可靠性都是应考虑在内的，本次设计结合加工工件较小的特点，同时加工精度较高，我采用气浮轴承从而使主轴悬浮，这样就可以避免主轴与轴承直接接触，减小了主轴的磨损，增加了主轴的寿命，减小生热，降低了主轴的变形。同时气压均匀，提高了主轴的回转精度。当然采用气浮，也带来了不少问题，譬如，气体密封的气密性，同时增加了结构的复杂性。气体静压轴承的主要优点是：摩擦阻力小，轴承温升低；压力气膜有平均误差作用，回转精度高；空气介质不受高、低温和放射性的影响，可在特殊环境下工作；正常工作时几乎无磨损，维护方便。气体静压轴承的主要缺点是：承载能力和支承刚度较低；气体中有腐蚀性物质，工作表面易锈蚀。图1-2 气体静压轴承1.3.2夹紧机构机械加工过程中，无论是在安装、加工、运送等环节中，如何保证工件迅速得到正确紧固的位置，是一个非常重要的问题。尤其是在自动化的加工、装配等过程中，紧固过夹持问题更加重要。随着机械加工自动化的向前发展，各式各样的机械手、机器人不断涌现，昔日用人工在三爪夹头中或在夹具中以压板压紧工件的方式，已经远远满足不了要求，而需要探寻新的自动化夹紧方式。为了研讨的方便，我们把在夹具中的自动夹紧装置，一切机械手、机器人所用的夹持器，以及工件运送、装配过程中的自动紧固装置等，凡不需要人力而对工件起紧固作用的装置，统称之为自动夹紧装置或自动夹紧机构。夹紧机构必须在工位上夹紧工件，使其在工作循环过程中，完成整个给予的运动，而不至于改变其相对于紧固基准的位置。在自动夹紧机构中，它的动作应完全自动化，而无须外加的干预。自动夹紧一般由两个主要部分所组成：1）对一定结构的工件完成夹紧任务的适宜机构；2） 使夹紧机构产生所需动作的传动机构，常用的传动方式有机械的、气动的、真空的、液动的以及电动的。1、自动化弹簧夹头在机床上对棒料进行自动夹紧时，最常用典型的自动化机构，是自动化弹簧夹头。弹簧夹头的主要类型以及相应的自动化夹紧方法，有如示意图所示的三大类。1） 是具有正圆锥面的夹头，夹紧棒料时必须具有推压工件的移动。图1-3 具有正圆锥面的夹头2） 是具有反圆锥面的夹头，夹紧棒料时必须具有拉动工件的移动。图1-4 具有反圆锥面的夹头3） 是具有反圆锥面的夹头，但与2）不同点在于，与机床相卡部分为非圆锥形，而是在爪的前面部分作为相应的形状，以便于被挡住而夹紧工件。图1-5 具有反圆锥面的另一种夹头夹紧机构由夹紧传送连接器2，使它移动的凸轮1、杠杆3，夹紧筒4，以及夹头5所组成，夹紧与松开棒料，是靠夹紧传送连接器2的运动，作用在杠杆3上，使之转动，传送到夹筒4上，从而产生必要的夹紧。类型1）、2）夹紧时因有移动，故不能保证棒料的精确进给。类型3）可以消除上述两种类型的主要缺点，但在直径方向上的尺寸较大。2、电磁无心自动夹紧电磁无心自动夹紧广泛地用在圆形回转体工件的加工过程中，现在已由磨削加工扩大应用在车削加工中。电磁无心自动夹紧，是在工件加工过程中，由切削力、工件旋转产生的离心力，作用在支承点上产生的摩擦力所形成的诸俩的动态平衡而使工件得到夹紧的。3、工业机器人中用的自动夹紧装置使用工业机器人，通常都是用机械手或夹持器夹持工件或是工具（喷漆头、焊枪等）按着规定的动作程序来完成工作的。夹持工件或工具的夹紧动作都是自动完成的。当今工业机器人工作多数是用于汽车的点焊、喷漆和弧焊等领域。在所有这些工作中，工具可被握持器所夹持，或是直接地装在机器人的手腕上。但是，对于工件的握持，上料或装配，必须根据所要完成的工作的技术要求用机械手来完成。今年来，机器人用于装配线上的数量在增加，这是因为装配中的手工操作的比重很大。据美国1983年的资料统计，手工操作的工作量占装配工作总量的85%，其中较多的工作量是把分散的零部件集中起来，用螺钉或其他组装方式连接并紧固在一起的简单动作。这种需求就增大了机器人的市场，出现了装配机器人。在机械手（夹持器）的研究和开发领域中有三个方面：夹持器、传感能力和标准化，在当今商业化机器人中夹持器是不成熟的技术。按动力方式分类，机械手可分为电动的、气动的和液压的等等。按通用程度来分，机械手可分为通用的和专用的。通用机械手这种通用机械手是由执行机构和夹持爪（手指）组成。它是以通用的执行机构为基础，对应于工件的形状更换夹持爪。手指安装在执行机构上的连接部分是通用可互换的。其他还包括可变换方向的机械手、三爪夹持手、大张开度夹持手、相应于工件重量而变化握持力的机械手、真空吸着手、利用弹性薄膜的弹力夹持物体的机械手、利用箱形空气薄膜爪的机械手、用磁性粉末吸着工件成型面的机械手、利用形状记忆合金的机械手。当上料装置将工件送至机床指定位置时，此时应使弹簧夹头卡紧，工件进行卡紧定位，如何才能实现卡紧定位？当然方案很多，在这里，我采用如下图1-6所示的结构:1、 电机 2、齿轮 3、丝杆 4、套筒 5、卡头图 1-6利用套筒外螺纹与弹簧卡头相连，同时利用内螺纹与拉杆丝杠相连。当电机转动时，通过利用齿轮带动杠杆转动，利用螺纹咬合，使套筒带动弹簧卡头沿直线移动。因弹簧卡头中的弹簧套筒是带锥面地卡紧元件，其锥面沿着触壁运动进行收缩卡紧。工件所需夹紧力的大小可通过继电器电流的大小来控制，这种情况是把拉杆的旋转运动变成弹簧夹头的有限运动。1.3.3卸料装置卸料装置是把加工完毕的工件从机床卸下，专门下料机构常用下述场合：1）使用机械手对形状复杂的工件上料，卸料也采用下料机械手；2）使用弹簧夹紧工件时，采用卸料杆卸料，常用的卸料杆有弹性卸料杆和刚性卸料杆。弹性卸料杆结构较简单，但可靠性比刚性卸料杆低。本设计我采用的卸装置是一带内螺纹的刚性推杆，当工件加工完毕，电机反转带动推杆丝杆与卡紧时相反方向转动，使刚性推杆沿它向前运动，顶出工件。但这样下料的缺点是工件推出后长面易受损伤，并可能失去定向。因此，在严格要求保持定向输送的情况下（如在自动线中）不宜采用。1.3.4进给机构微调机构有其基本要求：1）灵敏度高。能实现所需的最小进给量Smin，为了保证灵敏度高位两进给结构应具有高刚度；2）精度高、多数微调机构微量进给执行部分的定位精度直接决定工件的加工精度，因此，应按所需加工精度确定进给精度和重复定位精度；3）结构简单、调整方便，操纵轻便灵活。微调进给机构有以下几种类型：A 双爪棘轮丝杠螺母传动这种微量进给方式适用于实现自动或手动间歇进给，其主要适用于进给程偏大。点动微量补偿进给。其缺点是摩擦、间隙等因素影响重复定位精度，结构体积大，它使用于进给量不低于1m,进给精度要求不是很高的机床；B 差动丝杠螺母传动利用丝杠的不同螺距实现差动或螺母丝杠同向转动转速差来使螺母移动，它适用于进给行程小的场合，如磨床的手动模进给、手动补偿，微量高速等，其缺点是结构较复杂。C 电致伸缩传动利用压电材料的电致伸缩效应，实现步进式微量进给，可应用于小进程的微量进给，其缺点是压电材料偏贵，而且难找到，实现起来较困难。综合以上情况，在根据所设计的加工实际情况，可知对于微型精密钻床来说，微量进给机构的结构应尽量小巧，调整和操作灵活方便，并且一定要保证精度要求。针对以上3种方案，方案1不容易保证定位精度，且结构体积大，方案3价格较贵，经济上不合理。因此，本设计采用了差动丝杠螺母传动。常用差动丝杠传动有两种形式：一种是利用丝杠的不同部位的不同螺距（螺旋方向）实现差动的，如图1-7a，其螺母固定，丝杠转动且移动，螺母2连同进给执行部件移动，丝杠转动进给量为：Sr=t2-t1；另一种如图1-7b所示，丝杠、螺母同向转动，依靠转速差使螺母连同进给执行部件移动，丝杠每转的进给量为Sr=t（n1-n2）/n1。图1-7在这里，我选择1-7a形式传动。因为这种差动丝杠传动结构紧凑，选择较小的螺距可实现精确的微量进给，且其行程长度不大，适用于小型机床的进给机构，也可作为微量调整机构。本次设计的微型钻床，所以上述条件正好适合。1.3.5自动上下料装置自动上下料装置，是自动机床和自动线设计中复杂程度高而且难度较大重要组成部分之一。自动上下料装置所完成的工作，是将散乱的工件经过定向机构，实现定向排列，然后顺次地把它安装到机床夹具上，并在加工完成后从夹具中卸下工件。自动上下料装置还可用于将工件定向整理后送至装配位置。自动上下料装置中，自动上料装置发展很快，已成为一个独立的部分，通常又称为自动供料器。自动上料装置的结构形式在很大程度上取决于工件的毛坯形式及其原材料。毛坯有卷料、板料，棒料和件料等多种形式，故自动上料装置也是多种多样的。在自动上料装置中，用于卷料、板料及棒料的装置往往是属于机床的专用部件。件料自动上料装置大致可以分为料仓式和料斗式两大类。料仓式上料装置是将已经整理好的工件放在贮料器中进行上料的装置。这种上料装置虽然需用人工来完成工件的定向整理，但其结构简单，且工作可靠性较高。它适用于批量较大且因重量、尺寸及几何形状特殊等原因而难于进行自动定向整理的工件，或者使用于单件工序时间较长，人工定向整理一批工件可供机床加工很长时间的场合。料斗式上料装置一般可以自动的到实现杂乱工件的定向整理，并将之送至工作的地点，因此能进一步减轻工人的劳动强度，便于多机床管理。这种上料装置多用于工件形状简单，体积和重量不大，而且工序时间短、要求频繁上料的情况。对上料机构而言，决定装置的设计方案主要考虑以下几方面：1) 生产规模及自动化程度。一般生产规模越大，自动化程度越高，上下料等装置的自动化程度也越高，相应的组成部件也越多。2) 工件特点。工件形状尺寸重量及加工时间对自动下料装置的选择及设计有很大的影响，此外还应考虑到工件表面质量要求。3） 机床的加工节拍。由于自动上料装置的供料率一般要比生产率略大15%25%，因此料道应有一定长度，如果纳入自动线时，应设置必要的贮存工件的中间部件（中间料仓），本设计中，由于上料进给的特殊性，长长的料道可充当中间料仓。4） 工件成批调整的可能性。在多品种成批生产时，自动上下料装置的某些部件（如料道）,应能调整。5） 经济合理性。一般情况下，自动上下料装置有以下几部分组成:1) 料仓 料仓的作用是贮存已整理好的工件，它的结构形式随着工件的形状特征、贮存量及上料机构的不同而异。料仓可分为多层装载型、单层装载型、单列装载型和分离装载型四中类型:多层装载型料仓多层装载型料仓是一种应用很广的摆槽式料仓上料装置，它的贮存量较大，适用于细长圆柱形的柱、轴、管、套等类工件的上料，特别适用于外形平滑的诸如针杆类的细长工件。工件在这种料仓中多层整齐排列时，经常会出现由于互相拥挤而卡住的所谓拱形堵塞现象，使料仓中的工件不能落至输料槽中去，影响上料工作的正常进行。为防止工件形成拱形堵塞，常在这种料仓中设置拱形消除器。单层装载型料仓单层装载型料仓适用于扁平的片、环、盖类工件。单列装载型料仓槽式料仓是常用的一种单列装载型料仓，它可以作为输料槽并兼作贮料之用。槽式料仓的形状，根据工件的形状特征和上料装置在机床上的配置情况以及贮存量的大小，可以做成直槽、弯槽和曲折形槽等等。螺旋槽式料仓适用于贮存带锥形的回转体工件。管式料仓可用于球、柱、轴、盖、片等类工件的上料，料管可用弹簧钢丝绕成柔性的，也可用钢管制成刚性的。杆式料仓实际上是管式料仓的一种变形，较多地用于片状工件的上料，当要求贮料尺寸可调时，可将杆的安装设计成可调节的固定方式。摩擦式料仓也是一种常用的上料装置，它可适用于多种形状的工件。分离装载型料仓分离装载型料仓作间隙或连续运动，适用于较大工件的上料。常用于圆盘、环、盖类工件，也可为轴类及较复杂的工件上料所用的料仓。按照毛坯在料仓中的送进方法有可将料仓分为两类，即靠毛坯的自重送进和强制送进。靠毛坯自重送进的料仓直线型料仓的结构最简单。料仓系用薄钢板制成。料仓的导向槽表面要经过热处理使硬度达到4550HRC，并具有较高的表面粗糙度。通常料仓的两壁做成开式，以便观看毛坯运动及装料情况。料仓的侧壁往往做成可调节的，以适应不同长度的工件。料仓的位置可以是垂直的或是倾斜的。在曲线式料仓中，曲线的形状和倾斜角度的选择要考虑到装料的方便、最大的容量以及保证毛坯在料仓的槽中可靠而平稳的运动。螺旋式料仓多半用来送进圆锥体和具有轴肩的圆柱体。料仓由薄铜板制成，很少用铸件来做，螺旋式料仓的形状和大小决定于毛坯的尺寸和锥度。如果毛坯的锥度不大，而长度相当大时，则料仓可做成单圈螺旋，如果送进短的圆锥体，螺旋式料仓可做成多圈螺旋。管式料仓用来送进圆盘料。制造这种料仓可用内表面经过加工的钢管。为了便于观察和便于装填毛坯，在管上做出两道纵向槽。管式料仓可以垂直或倾斜地装在机床上。料斗式料仓的特点是能容纳大量的毛坯。由于料斗的容积较大，每次人工装料可以间隔较长的时间。这类料仓的落料口处常有毛坯搅动机构，防止在落料口的上面，毛坯堆成拱形而堵塞出口。料斗式料仓侧壁的位置可以调节，以适应不同长度的毛坯。料斗/料箱式料仓的特点是采用料箱进行装料，以加快装料的速度。事先将毛坯在料箱中按一定的方位装好，当料斗需要装料时，把装满的料箱放在料斗上，揭开料箱的活动底板，毛坯就从料箱落于料斗内。为了使毛坯有足够的储备量，以便长时间连续工作，一个料仓常配备几个料箱。强制送进的料仓当毛坯的质量较轻不能保证靠自重可靠地落到上料器中，或毛坯的形状较复杂不便靠自重送进时，采用强制送进的料仓。2) 输料槽 输料槽的作用是把工件从料仓（或料斗）输送到上料机构中，有时也兼作贮料器。在自动线中，输料槽是把各台机床联成一整体、在各工位之间传送被加工工件的重要辅助装置。输料槽的结构形式与工件的形状尺寸以及上料装置在机床上的设置情况等因素有关，可分为滚道式和滑道式两大类。滚道式输料槽（通常称之为滚道）适用于能以滚动方式输送的旋转体工件。开式滚道是最简单的一种。当工件滚动速度较高时，为防止工件在输送过程中因碰撞而跳出槽外，可采用闭式滚道。为扩大料槽的通用性，适用工件尺寸变更的需要，还可将输料槽作成可调式。为防止杂物的积聚，可用适用于阶梯状工件的组合式滚道，这种滚道的底部按工件的形状设计并用钢板组装而成。对于一些容易相互啮合在一起的工件，如齿轮，可采用隔离式滚道，当前一个齿轮压下隔离块小端时，隔离块大端便翘起将后一个齿轮挡住，从而可防止齿轮见啮合卡死。有时，为使工件在滚道中得到减速和缓冲，可采用曲折式滚道。工件以滑动方式输送的几种输料槽，也称之为滑道。V型滑道用来输送圆柱形工件。管道滑道，用于输送圆柱、圆锥类工件；柔性管形滑道用于在相对运动部件间传送工件；对于较大的工件则可采用半管道式滑道。导轨形滑道主要用于带肩和带沟的工件，阶梯形工件也常采用箱形滑道。为减少输送时摩擦阻力而采用的辊式输料槽。这种输料槽可用于轴向输送柱、轴、套类工件，也可用于输送板、块、箱体类工件。若利用轴承代替辊轮，则可进一步减少摩擦力，适用于输送较精密的板、块、箱体类工件。由于一些特殊要求，有时需要工件在输送过程改变姿势，这一工作可以利用输料槽来完成。3) 搅拌器（消除堵塞机构） 清除工件堵塞或搅拌工件的装置，使棒料不宜堵塞下料道。4) 隔料器 隔料器的作用是限制从输料器（或料仓）一次进入上料机构的工件数量。在很多情况下，上料机构中的取料器同时兼有隔料器的作用。当工件较重时，为避免输料槽中的全部工件作用于取料器上的压力过大，应专门设置隔料器。隔料器还常用于需要改变工件的位置或方向的场合。最常用的隔料器有以下几种形式：由上料器兼做隔料器这类隔料器的构造最简单，当上料器送毛坯到加工位置的过程中，隔料器的上表面将料仓的通道隔断，完成隔料功能。这类隔料方法的缺点是：隔料时，料槽内所有毛坯的质量都作用在上料器的上表面，使上料器运动阻力大，且易于磨损。杆式隔料器杆式隔料器，隔料器作往复直线运动或往复摆动。隔料器每作一次往复运动，从料槽中分离出一个毛坯，由上料器将其送走。采用杆式隔料器，毛坯的质量不再压在上料器上。这类隔料器大多应用在中等生产率的情况下，即5070件/min。当生产率更高时，隔料器每次往复的时间很短，工件因其惯性有可能进不了隔料位置，工作可靠性下降。鼓轮式隔料器由带有成形槽的圆盘或鼓轮做成。毛坯从送料槽落入圆盘的成形槽内，靠圆盘的转动将其送至上料器。圆盘或鼓轮的外圆面用来隔离送料槽中的毛坯。圆盘上的成形槽可多个，圆盘每转一周能送出多个毛坯。因此这种隔料器能在低速下保证平稳地工作，并能保证高的生产率和避免毛坯因受冲击而损坏。由带有成形槽的圆盘或鼓轮做成。毛坯从送料槽落入圆盘的成形槽内，靠圆盘的转动将其送至上料器。圆盘或鼓轮的外圆面用来隔离送料槽中的毛坯。圆盘上的成形槽可多个，圆盘每转一周能送出多个毛坯。因此这种隔料器能在低速下保证平稳地工作，并能保证高的生产率和避免毛坯因受冲击而损坏。从简化上料装置的结构和经济性角度出发，隔料器的隔料件应尽量利用送料机构的运动来传动。在某些情况下，若隔料器不便由送料机构传动，则可考虑采用专用的动力源，如气缸、电磁铁等等，也可利用单独的机械方式来驱动。5) 驱动机构 驱动抓取定向机构或其他机构运动根据设计要求：由于微机钻床体积较小、要求上料装置简便、灵活、且体积不易过大、而料式自动上下料结构复杂、体积较大、且由于工件很小很细、很难由抓取定向机构实现工件的自动定向排列和自动送出、所以本设计采用料仓式半自动上料装置并定其大致的结构如图1-8所示:1、装料装置 2、料道 3、上料机构（兼隔料机构） 4、圆盘 5、电磁振荡器（搅拌器）图1-8现对上料装置的具体部件；确定其设计方案：1) 装料容器。装料容器的主要形式有三种：简单式、复合式和可动式。a、简单式、只有一个容器、结构简单、但容器不大；b、复合式、有两个容器；其中一个容器、用来作辅助容器、贮存大量工件、一个容器为主要容器，满足机床节拍需要的工件、它的优点是抓取定向机构消耗功率较小。工件受搅动小。但结构较复杂，主要用于数量很大、形状复杂、容易互相咬合的工件上料和多机床管理场合。C、可动式、装料容器作往复振动、使工件容易落入定向隙缝中、提高抓取或然率系数。但结构复杂化、工件受搅动大。比较这三种装料容器。第二、三种的结构都较复杂、且工件受搅动大。出于对工艺上易实现的考虑、本设备采用第一种装料容器、即简单式装料容器。装料容器应有利于消除工件堵塞，所以装料容器出口处装上电磁振动器增加料仓的振动。使工件不易堵塞、同时其抓取定向机构为直线往复运动机构、加工为钢板焊接。2） 料道根据工件输送的方式（靠自重或强制输送）和料道结构来分有以下几种常用的典型结构a、管式料道（料管）。料管有刚性和挠性两种形式。挠性料管由刚丝绕成或橡皮软管制成、其优点是安装方便、不受上料位置影响。但由于料管内壁不平滑、工件易堵塞、不适用于重量轻或外行复杂、具有尖角的工件上料。它的设计原则是：（1）只允许工件逐个地通过；（2）工件在料管中不得发生偏转；失去定向而卡住；（3）应能观察工件运动情况。b、槽式料道（滚道、滑道）它是料道中应用最广泛的一种，它有直线型和曲线型两种。此外，根据截面形状来分，有开式、闭式之分。它主要适用于重量较轻、轴类或圆盘料的工件上料。根据本次设计内容及工件的特点、用管式料道很难实现其输送、故采用槽式料道中的滚动式料道。因工件为棒料，直径为0、34mm不等、所以其截面尺设计成可调的料道，其结构示意图如图1-9所示其滚道一侧壁及盖板可调。它适用于成批多规格生产轴盘类零件，在料道中，利用工件的自重及电磁震动，使工件顺利沿着料道滚滑进上料机构中。图 1-9 料道3) 上料机构上料机构的功用是将从料仓、料道和隔料器送来的工件输送到机床加工位置，它包括工件的夹持部分（夹持器）和输送部分。夹持器是上料机构的一个组成部分，用于夹持工件。常用夹持器有:a、 槽式夹持器。 工件尺寸不同时，夹持器部分可调，它适用于速度不高，中小型轴类零件。b、 卡钳式夹持器。 利用卡钳在工件上通过，实现加紧与松开，但这易伤工件。夹持力不大。C、 气吸式夹持器。利用夹持器中抽成真空造成的负压吸取工件。可用于夹持板状或用其他方法难以夹持的工件，不损伤工件表面。图 1-10 气吸式夹持器由于所加工的工件的工件细小结构。采用第三种较为理想。其大致形状如图1-10所示其使用于上料速度较高。微小型轴类零件。它兼起隔料机构的作用。当上料机构把棒料送至弹簧卡头适当位置。怎样实现将工件从夹持器中送入卡头中呢？在这里受到气吸式夹持器的原理的启发。由于加工的工件较小，重量较轻，所以气压不是太大就可以吸动工件。所以这里我打算用负压输送工件的方式进行上料。其结构为在夹持器周围设置许多气路，当工件输送到卡头附近时，由气压发生装置（气压泵）通过气路向卡头处喷出一定压力的气体使工件处造成局部真空在大气压的作用下随着气体进入卡头从而实现工件的自动上料旁一端固定一喷雾嘴喷出压缩气体。从而利用气体带出来工件自动送入弹簧夹头。当然在送入之时。应准确的调整好夹持器与卡头的位置关系。4） 搅拌机构搅拌机构通常是为了消除漏斗式料仓出口处工件的堵塞而设计的。通常有下列搅拌机构:a 用摆动杠杆或旋转轮搅拌。b 采用电磁震动器。它适用重量较轻的工件。由于所加工的工件重量很轻，并且采用电磁震动器有诸多优点如：上料平稳，震动有规律。且结构简单、可靠、震动幅度可调。所以我采用如图1-11所示的电磁震动器。图 1-11 电磁振荡装置通电时电磁铁与衔铁相吸。压缩四根弹簧杆使料斗向下移动一段距离。当切断电源时。电磁铁与衔铁分开。在四根弹簧杆的回复力的作用又返回。这种周期性通电就使料仓产生有规律的震动。从而消除了漏斗下料时的堵塞。5) 驱动机构驱动机构是用来使夹持器向卡头处运动，以便于上料操作驱动有多种方式。在此我设计成由曲柄驱动夹持器作直线运动的简单方式，由电机通过带轮带动圆盘转动，同时带动连在其上的曲柄作往复运动与推动夹持器作直线运动。在此，采用圆盘的大小来控制夹持器的极限行程。6) 负压式喷气结构当夹持器夹持工件运动到弹簧卡头附近的指定位置，则由机构把工件送入卡头，实现这一步也可有多种方式，由于工件较小的特点，可采用气送或负压等方式。气送是通过喷气使工件在气体推力下进入，但这种方法由于气体的特点不十分可靠，故在此我采用喷气负压即在卡头处向里通气，使附近造成局部压降，在大气压的作用下，由大气压压入卡头，从而实现上料。在这里存在一个问题即工件驱动与气体排放的关系。如何才能保证只有当工件达到极限位置时气体才排放，其它时间一直关闭，在此我采用了一个单向电磁阀来控制。在气压泵与喷气嘴之间装上一个电磁阀，但夹持器输送工件到指定位置时，由传感器发出信号，启动电磁阀的控制开关，使电磁阀开启，从而允许气流通过，否则气路一直断开。1.3.5进给机构不同类型的机床，由于加工对象、成型运动、进给精度和平稳性以及生产率等要求的不同，实现进给运动的传动方案类型很多，如有机械传动、液压传动、伺服进给传动等，虽然形式多样，但对所有的进给运动都有共同的要求：u 保证实现规定的进给量（进给范围）；u 能传递要求的扭矩（恒牛扭矩传动）；u 有足够的静刚度和动刚度；u 保证要求的进给传动精度；u 底速、微量进给系统要保证运动的平稳性和灵敏度；结构紧凑，便于操作，容易维修，加工及装备工艺性好。本设计中，由于是微量型的机床，其进给范围不是很大，又由于要有足够的进给精度，所以，我采用了自动快速进给和微量手动进给相结合的方式。机床导轨作成上下两层，下层与自动进给丝杠相连，上层与螺杆相连。当需要快速进给时，开启电机，带动丝杠转动，则下层导轨沿着丝杠移动来实现进给；当进行微量进给时，则手工转动刻度盘，使具有不同的螺距的导轨和螺杆产生相对运动，从而实现微量进给。螺距的不同设计可实现不同精度的进给。具体结构参见装备图。1.3.6钻床导轨机构选择导轨的作用是使运动部件能沿着一定轨迹运动（导向），并承受运动部件及工件的重量和切削力（承载）。导轨应满足下列要求：精度高；寿命长；刚度及承载能力大；磨擦阻力小，运动平稳；结构简单，便于加工、装备、调整、维修；成本低。在设计导轨的过程中，主要的任务是：选择导轨的结构类型（如滑动、滚动、或静压等）、导轨的截面形状、导轨的尺寸、磨损后的补偿和间隙调整装置、以及确定导轨的精度和技术要求。由于本次设计的导轨是用来直线移动，所以，选择滑动形式的导轨。1. 导轨的基本形式a) 三角形导轨它又有对称与不对称之分。三角形导轨靠三角形两个侧面导向，当侧面有了磨损，工作台会自行下沉，不会出现间隙，可保持原有的导向精度，应而能自动补偿磨损，它的水平力大于垂直力，两侧压力分布不均时采用不对称导轨。但其水平和垂直两个方向上的误差互相影响，会给制造、检验及修理带来较大困难。b) 矩形导轨从制造、检验和修理方面看，以矩形及圆形导轨最为方便。矩形导轨两个方向各有自己的导轨面，两个方向上的误差不会相互影响，同时两个方向的导轨面可各按载荷的性质及大小设计，它的承载能力大，制造方便，但制造时必须留有侧面间隙，磨损后不能自动补偿，需用镶条调整，这将降低导向精度。一般用于载荷大、刚度高的地方。c) 燕尾型导轨这种导轨结构紧凑，适合于高度小，层次多的部件，用一根镶条可以同时调整各面间隙，调整及夹紧简便，特别适用于多层运动件的地方回要求高度小而速度低的地方，例如车床的刀架、镗床的工作台等。但其刚度不及矩形导轨，不适于承受大的颠覆力矩和向上的力。磨擦阻力大，加工、测量比较麻烦。d) 原柱形导轨这种导轨制造简单，主要用于受轴向负荷的导轨（抗弯刚度小），它同时适用于作直线运动和转动的场合。2. 导轨的组合形式从限制自由度的角度来看，采用一条导轨（把限制运动件五个自由度的工作面都做在一条导轨上）就可导向。但实际上运动件比导轨尺寸宽大，从移动件受力情况分析，只采用一条导轨，运动件在垂直于导轨的平面内会形成很大的颠覆力矩，而一条导轨抵抗颠覆力矩的能力又很差，运动件就很容易翻转，并且运动件与导轨也很容易变形。因此在一般的机床上，多使用两条导轨承受载荷及进行导向；在大型机床上，根据结构于载荷的情况，可用三条、四条甚至更多条导轨组合起来，承受载荷与进行导向。运动部件所受作用力最好近似地垂直于导轨面，这样可使在导轨面上引起的压力最小。要合理地布置切削力、运动部件的牵引力和导轨面间的位置，使作用在运动部件上的颠覆力矩尽可能小，使导轨全长上的压力分布比较均匀。例如，车床刀架滑板的齿条小齿轮应尽量靠近导轨面；摇臂钻床主轴应尽可能贴近摇臂上的导轨；高精度螺丝车床的丝杆，应放在床身两条导轨之间等。要合理地布置切削力、运动部件的牵引力和导轨面间的位置，使作用在运动部件上的颠覆力矩尽可能小，使导轨全长上的压力分布比较均匀。例如，车床刀架滑板的齿条小齿轮应尽量靠近导轨面；摇臂钻床主轴应尽可能贴近摇臂上的导轨；高精度螺丝车床的丝杆，应放在床身两条导轨之间等。根据设计的需要，机床导轨我设计成上下两层，一层用来调节钻头部件的整体位移，一层用来对钻头的进给运动实行微调限位。以下是具体的设计过程。下层导轨主要用来导向，根据各种导轨的特征，我选择导向精度较高、不会产生间隙的经过改造的T形导轨由于本次设计的机床为微型机床，颠覆力不大，又由于燕尾形导轨结构紧凑便于调整间隙，所以我选择上层导轨为燕尾形。导轨的磨损形式机床滑动导轨磨损的基本形式是磨粒磨损和接触剥损。这两种损坏一般都同时进行，两者相互联系又相互影响。但由于影响磨损程度的因素的变化，有时其中一种可能是主要的，而另一种则是伴随的。磨粒磨损形式：对于滑动速度较小（进给运动速度）的中型机床的外露导轨，由于不能保证液体摩擦的润滑条件，再加上外露导轨不能完全防止铁屑和灰尘落到导轨工作表面上，所以这时导轨磨损的基本形式是磨粒磨损，而接触剥损是伴随的。对于滑动速度大（切削速度）且运动需换向的中型导轨，虽然在工作时可以形成液压摩擦的润滑条件，但在反方向时这种条件就不能保持，因而它的导轨的磨粒磨损也较大。接触剥伤的磨损形式：对于重型机床，如重型车床、镗床、铣床、刨床等，由于他们的床身和工作台等零件（铸件）较大，采用一般的热处理方法来提高其工作表面的硬度比较困难，并且工作时被加工零件的重量也较大等，所以在工作表面的个别接触点出会产生过大的压力，这时，接触剥损是它们的主要的磨损形式，而磨粒磨损则是伴随的。对于导轨主要是磨粒磨损的机床，应以导轨的防护为主；对于导轨主要是接触剥损的机床，应以保证形成液体摩擦的润滑条件为主。3. 提高导轨耐磨性的措施正确选取导轨材料和热处理方法选择导轨材料主要应从保证它的耐磨性来考虑。导轨常用材料有以下几种：1、铸铁：铸铁导轨硬度通常是HB180240。铸铁导轨硬度高，耐磨性也高，但耐磨性并不与导轨硬度成比例增加。如两偶合导轨的硬度相同，则磨损最激烈。因此通常宜使床身的硬度较高，因为它直接影响工作部件的精度，同时它的修理也比较复杂困难。如导轨和床身铸在一起，则导轨与床身的材料应相同。提高铸铁导轨的耐磨性，可采用表面淬火，如高频淬火、火焰淬火以及电接触自冷淬火。高频淬火：用高频或中频感应加热器加热导轨表面，进行淬火。淬硬深度约为3毫米，硬度可达HRC4550以上，质量良好。但此法需用较贵的感应加热器，投资较大。火焰淬火：用煤气、乙炔等火焰，加热导轨表面，进行淬火。淬硬深度为1.54毫米，硬度为HRC4553。但此法加热不易控制，易使表面温度不匀，淬火后变形较大，故不宜用于精密机床或要求变形较小的导轨。电接触自冷淬火：这是一种新的导轨淬火方法。其优点是设备简单，投资少，成本低，变形小，操作容易，淬火后耐磨性可提高13倍。其工作原理为：来自电源的电流，经过大功率降压器而变为1.56伏的低压电流，电流强度为4501500安培，其一极为以铜或是石墨制成的滚轮，另一极以床身形成回路。在滚轮与导轨接触处，接触电阻较大，当大电流通过该处时，产生大量的热量，这些热量将金属表面加热到相变的温度。当滚轮以0.23.5米/分左右的速度移开后，由于铸件本身的导热与空气的冷却，受热部分迅速冷却，将表面淬硬。淬硬深度为0.20.4毫米。硬度为HRC5560。采用此法淬火，导轨表面略有微量变形（每米内凹13毫米），对导轨精度影响不大；淬硬深度同电流大小、滚轮移动速度、滚轮数目有关，电流越大，速度越慢，滚轮数目越少，淬硬深度就越大。2、钢：在耐磨性要求更高的机床上，导轨可用淬硬的钢制成。淬火钢的耐磨性比普通铸铁高510倍，因此目前机床上钢导轨的应用逐渐广泛。钢导轨的材料，可用45号钢淬硬到HRC50左右，或用硅锰合金机构钢（35SiMn）淬硬到HRC5258。如采用15号钢或是20Cr钢渗碳淬硬到HRC为5662，则其变形较小，适于制造长导轨。钢导轨热处理变形较大，尤其是45号钢，制造困难，成本也高。为便于热处理和减少变形，可将导轨分段作成500700毫米长，然后钉接或焊接到所属部件上去。3、塑料：近年来，在龙门刨床和其他重型机床上有的采用塑料（如夹布胶木、尼龙等）做工作台及滑板的导轨。采用塑料为导轨材料可减少和它偶合的铸铁床身导轨的磨损，另外还可避免导轨的剥损。但塑料导轨容易吸油膨胀，当温度超过120130时则变脆而失去抗磨能力，其承载能力和导热性能也较差。另外，塑料对磨粒磨损的适应较差，采用塑料导轨还必须有较好的防护装置，以免落入灰尘和铁屑。4. 提高导轨的加工精度两偶合导轨的精加工方法如何，也影响其耐磨性。当导轨刮研加工时，对于精密机床要求其在25*25平方毫米面积内不少于16个色点，对一般宽度B小于250毫米的主要滑动导轨和B小于100毫米的换位导轨要求其不少于10个色点；对宽度B大于250毫米的主要滑动导轨和B大于100毫米的换位导轨，则要求其不少于6个色点。机床用途不同，导轨的直线性允许偏差也不同。对于一般机床，滑动导轨的直线性允差每米不可超过0.010.05毫米，滚动导轨的直线性偏差在接触全长上不可超过0.0080.01毫米；对于高精度机床，滑动导轨的直线性允差每米不可超过0.002毫米，滚动导轨直线性偏差在接触全长上不可超过0.0050.006毫米。对于导轨之间的不平行性偏差，滑动导轨每米不可超过0.05毫米，滚动导轨在接触全长上不可超过0.0050.007毫米。对于导轨工作表面的光洁度，一般机床约为78级精度，高精度机床为12级精度。5. 合理设计调节间隙的装置为了保证在导轨上移动部件的运动精度，消除存在于导轨结合面之间的间隙，防止在运动时发生颤动和偏倾，必须在机床上采用间隙调节装置。这样，不但可放宽导轨的制造公差，使部件装配容易，同时，更可补偿在长期使用过程中偶合导轨之间产生的间隙，保持导轨上移动部件的运动精度。调节偶合导轨之间间隙的装置即是在偶合导轨之间加入一个可以在横向或纵向移动的间隙调节板。间隙调节板可是长方形或是菱形的板条，也可是斜度为1/401/100的楔铁。采用长方形或菱形的间隙调节板，不易控制各调节点的压力，调节较困难，并因镶条的一侧只有和螺钉接触的几点受力，其刚度较低，不易用在受力较大的地方。采用楔铁的间隙调节板，其调节办法简单，只要使楔铁前后或上下移动即可，但是制造较为复杂。有四边形调板，楔铁调节板。后者可在一端调节，也可在两端调节。间隙调节板设计时要考虑其在机床上的安放位置。因其接触表面数越少，则刚度越高，因此，应将其置于不直接受力的一边。导轨截面有凸形与凹形之分：凸形有利于排屑，但不易保存润滑油，只宜用于低速运动，而凹形导轨正好相反，容易保存润滑油，但须注意导轨的防护。燕尾型导轨两种安装方法：第一种是固定部件下部为导轨，形状为凸形（称外燕尾），凸导轨顶面（燕尾宽端）接触，这种上下导轨加工方便，有利于增加固定部件的刚度，同时移动部件装配方便（可采用扣装）。另一种是固定部件（下导轨）为凹形。这种导轨底面接触容易存油，上下导轨调整方便，有利于增加移动部件的刚度。综合各种因素，我选择了第二种方案。6. 采用可靠的润滑保证导轨工作表面可靠的润滑，对保持导轨的工作精度也很重要。导轨工作表面之间形成的油膜厚度最好能保证导轨的液体摩擦润滑。导轨的润滑有手动或自动的。用在水平导轨上较简单的供油方式是采用油池和滚子进行润滑，滚子在油池内靠弹簧的支持略高于导轨面，在导轨经过时压下滚子并靠摩擦阻力迫使其转动，结果把润滑油带给移动部件。这种润滑装置的结构简单，但不能调节给油量。当导轨速度高时效果较好，但不适用于倾斜导轨。为了保证润滑的可靠性，目前在精密和重型机床上多采用强制润滑，用油泵经管路在导轨间供应压力油。强制润滑的缺点是要有专门的供油系统，结构较复杂，成本也高。1.3.7微调机构的设计微动微调机构的用途与要求