苏ICP备112451047180号-6
沉孔加工及深度检测一体机设计
摘要 随着工业水平的快迅猛发展，自动化生产技术理念更是渗入到各行各业。如何实现全自动化是每个工业部门面临的最迫切的问题。对于带有沉孔的圆柱形工件，目前国内的机床对其加工的过程包括通过钻孔加工和孔深检测两个步骤，尤其在第二个步骤，工人在每次加工之后都要先把工件先取下来再用各种测量工具进行测量，不符合标准的话就要重新安装，定位，加工和测量，这种情况下的工作量就太大了，不仅浪费大量的人力资源，而其浪费了大量的时间。虽然保证了质量但工作效率极为低下。因此，设计研发带有半通孔的圆柱形工件加工和孔深检测一体机，这样不但省去了很多不必要的工序，而且最大化的节约了人力资源和时间，极大提高了工件加工效率。本课题从从零件开始设计，并对主要零件进行校核，保证系统的稳定运行，满足运载能力。然后使用UG绘制系统总装图和零件图。最后根据工作原理画出系统气压传动原理图并编写单片机控制程序。
关键词： 气压传动 传感器 减速器
Design of Sink hole Machining and Depth Inspection
Abstract With the great progress of industrial level, automated production technology concept is infiltrated into all walks of life. How to achieve full automation is the most pressing issue facing every industry sector. For cylindrical workpieces with counterbores, the current process of machining the machine includes two steps of drilling and hole detection, especially on the second aspect, where the worker has to work the workpiece after each process First to take down and then use a variety of measurement tools to measure, do not meet the standard, then we must re-install, locate, course and measurement, this situation is too large, not only a lot of waste of human resources, and its waste a lot time. Although the quality is guaranteed but the workpiece rate is quite low. Therefore, the design and development of a cylindrical workpiece with a half-hole machining and hole detection machine, which not only eliminates the need for a lot of unnecessary processes, and maximize the savings of human resources and time, greatly improving the workpiece processing efficiency The The subject from the beginning of the design, and the main parts of the check to ensure the stable operation of the system to meet the carrying capacity. Then use UG to draw the system assembly drawings and parts drawings. Finally, according to the working principle to draw the system air pressure schematic diagram and the preparation of single-chip control program.
Keywords Pneumatic transmission sensor reducer
本课题研究的主要内容及方法：
对于带有沉孔的圆柱形工件，其加工过程往往通过钻孔加工和孔深检测两个步骤，然而目前许多工厂在第二步的检测过程采用人工检测的方式，不但没有实现自动化，而且还浪费人力资源。因此，设计研发带有半通孔的圆柱形工件加工和孔深检测一体机，对提高该工件生产效率，减少人力资源浪费具有重要的意义。设计结果将对半通孔的加工检测一体机设计具有一定的指导意义。
研究方法
1 加工站系统总体设计
系统结构设计
加工站系统主要由单片机控制模块、 旋转工作台模块、 钻孔模块、 钻孔检测模块等部件组成
系统工作原理及功能
当设备接通电源，单片机运行，系统复位， 钻孔电机上升缩回到位， 检测头缩回到位， 夹紧头缩回到位， 旋转工作台旋转到位， 处于工作运行模式。当有工件被放到旋转工作台的输入工位时， 按启动按钮， 旋转工作台转动， 加工单元将工件传送到加工
工位进行钻孔加工， 然后等待输入工位接收新的工件。当输入工位接收到新的工件时， 旋转工作台就再转动一个工位， 将加工后的工件送到检测工位进行质量检测，最后通过输出工位由人工取走工件。
２ 加工站系统硬件设计
加工单元主要运用具有４个工位的加工旋转平台模拟钻孔加工和深度检测， 实现物流模拟。
本课题所需要解决的问题：
采用单片机的工作电压为 5V, MPS 系统中电磁铁的工作电压为 24V。而且考虑环境干扰等因素, 在单片机控制系统设计中需要考虑提高系统的抗干扰能力, 本文在硬件中采取了光电耦合器进行的光电隔离根据要求, 控制系统包括有输入信号电路、复位电路、时钟电路、输出信号电路和按键电路, 按键电路中包含有起动和急停按钮, 急停按钮接单片机的外中断 0。在控制系统的软件设计中, 根据加工单元的工艺流程, 采用条件分支结构程序进行设计, 首先查询输入口的状态, 然后根据输入口的状态不同, 控制系统给出不同的控制信号
预期结果及其意义：
本课题的创新点是: 采用单片机作为控制器很好地实现了加工单元中的沉孔加工和深度检测等一体化的工艺过程，此外采用单片机的控制器体积小, 运行可靠, 极大地降低了系统成本,减少了人力资源浪费，同时 这种控制器同样还可以应用到 MPS 自动化生产系统的其他一些工作站中, 并还可以很方便地与其他工作单元进行通讯。
参考文献
[1]王之栎，王大康.机械设计综合课程设计[M].北京：机械工业出版社，2007.8,第二版
[2]马履中.机械原理与设计上册[M].北京：机械工业出版社，2009.1，第一版
[3]马履中.机械原理与设计下册[M].北京：机械工业出版社，2009.2，第一版
[4]冯清秀.邓星钟.机电传动控制[M].武汉：华中科技大学出版社，2011.6，第五版
[5]王驿.理论力学[M] .北京：高等教育出版社，2009.7，第七版
[6]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2011.1，第五版
[7]戈晓岚，赵占西.工程材料及其成型基础[M].北京：高等教育出版社，2012.8
[8]叶湘滨，熊飞丽.传感器与测试技术[M].北京：国防工业出版社，2012.1
[9]宋昌才.UG NX 8.5 标准教程[M].北京：科学出版社，2014.11
[10]张世昌，李旦，张冠伟.机械制造技术基础[M].北京：高等教育出版社，2014.12，第三版
[11]姜继海，宋锦春，高常识.液压与气压传动[M].北京：高等教育出版社，2009.5，第二版
[12]汤楠，穆向阳，高伟欣.可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2012.2
[13] Alain Chevalier, Christian Winge Vigild, Elbert Hendricks,“Predicting the Port Air Mass Flow of SI Engines in Air/FuelRatio Control Applications”, 2000, SAE paper，[J].NO.2000-01-0260.
[14] Bastian etc, “Modeling fuel injection control maps using fuzzy logic”, IEEE International conference on Fuzzy Systemsv2, [M].1994.
[15] Paul M. Gartner, “Development of a Low-Cost FuelInjection System for use on Small Engines”, SAE paper,[M]. NO.1999 -01-3292.
[16] Fujiwara, “Calculation of Ignition Noise Level Caused by Plug Gap Break down”, IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility,[J]. 1982, 24(2).
[17] ABS/TCS Lee, Jae-Cheon, “Hardware-in-the-loop simulator”, IEEE Conference on Control Application, [M].1999(1)
摘要 随着工业水平的快迅猛发展，自动化生产技术理念更是渗入到各行各业。如何实现全自动化是每个工业部门面临的最迫切的问题。对于带有沉孔的圆柱形工件，目前国内的机床对其加工的过程包括通过钻孔加工和孔深检测两个步骤，尤其在第二个步骤，工人在每次加工之后都要先把工件先取下来再用各种测量工具进行测量，不符合标准的话就要重新安装，定位，加工和测量，这种情况下的工作量就太大了，不仅浪费大量的人力资源，而其浪费了大量的时间。虽然保证了质量但工作效率极为低下。因此，设计研发带有半通孔的圆柱形工件加工和孔深检测一体机，这样不但省去了很多不必要的工序，而且最大化的节约了人力资源和时间，极大提高了工件加工效率。本课题从从零件开始设计，并对主要零件进行校核，保证系统的稳定运行，满足运载能力。然后使用UG绘制系统总装图和零件图。最后根据工作原理画出系统气压传动原理图并编写单片机控制程序。
关键词： 气压传动 传感器 减速器
Design of Sink hole Machining and Depth Inspection
Abstract With the great progress of industrial level, automated production technology concept is infiltrated into all walks of life. How to achieve full automation is the most pressing issue facing every industry sector. For cylindrical workpieces with counterbores, the current process of machining the machine includes two steps of drilling and hole detection, especially on the second aspect, where the worker has to work the workpiece after each process First to take down and then use a variety of measurement tools to measure, do not meet the standard, then we must re-install, locate, course and measurement, this situation is too large, not only a lot of waste of human resources, and its waste a lot time. Although the quality is guaranteed but the workpiece rate is quite low. Therefore, the design and development of a cylindrical workpiece with a half-hole machining and hole detection machine, which not only eliminates the need for a lot of unnecessary processes, and maximize the savings of human resources and time, greatly improving the workpiece processing efficiency The The subject from the beginning of the design, and the main parts of the check to ensure the stable operation of the system to meet the carrying capacity. Then use UG to draw the system assembly drawings and parts drawings. Finally, according to the working principle to draw the system air pressure schematic diagram and the preparation of single-chip control program.
Keywords Pneumatic transmission sensor reducer
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 国内外研究现状 1
1.2 课题研究意义 1
第二章 一体机方案设计 2
2.1 总体方案设计 2
2.2气动回路分析 3
2.3气缸型号选择 4
第三章 电机和钻刀材料的选取 5
3.1 电动机的选择 5
3.2底座电动机的选取 6
3.3刀具材料的选取 7
3.4几种常见的刀具材料和它们的特点 8
第五章 减速器的设计 9
5.1 传动比分配 9
5.2减速器的相关计算 9
第六章 轴的设计及校核 12
6.1 轴的设计 12
6.2 轴的校核 12
第七章 轴承的选取和校核 14
7.1 轴承的选取 14
7.2 轴承的校核 14
7.3 钻头轴轴承的校核 16
第八章 传感器的选择 17
8.1 传感器的定义及其组成 17
8.2 传感器的应用 17
第九章 总结与展望 18
致 谢 19
参考文献 20
本课题研究的主要内容及方法：
对于带有沉孔的圆柱形工件，其加工过程往往通过钻孔加工和孔深检测两个步骤，然而目前许多工厂在第二步的检测过程采用人工检测的方式，不但没有实现自动化，而且还浪费人力资源。因此，设计研发带有半通孔的圆柱形工件加工和孔深检测一体机，对提高该工件生产效率，减少人力资源浪费具有重要的意义。设计结果将对半通孔的加工检测一体机设计具有一定的指导意义。
研究方法
1 加工站系统总体设计
系统结构设计
加工站系统主要由单片机控制模块、 旋转工作台模块、 钻孔模块、 钻孔检测模块等部件组成
系统工作原理及功能
当设备接通电源，单片机运行，系统复位， 钻孔电机上升缩回到位， 检测头缩回到位， 夹紧头缩回到位， 旋转工作台旋转到位， 处于工作运行模式。当有工件被放到旋转工作台的输入工位时， 按启动按钮， 旋转工作台转动， 加工单元将工件传送到加工
工位进行钻孔加工， 然后等待输入工位接收新的工件。当输入工位接收到新的工件时， 旋转工作台就再转动一个工位， 将加工后的工件送到检测工位进行质量检测，最后通过输出工位由人工取走工件。
２ 加工站系统硬件设计
加工单元主要运用具有４个工位的加工旋转平台模拟钻孔加工和深度检测， 实现物流模拟。
本课题所需要解决的问题：
采用单片机的工作电压为 5V, MPS 系统中电磁铁的工作电压为 24V。而且考虑环境干扰等因素, 在单片机控制系统设计中需要考虑提高系统的抗干扰能力, 本文在硬件中采取了光电耦合器进行的光电隔离根据要求, 控制系统包括有输入信号电路、复位电路、时钟电路、输出信号电路和按键电路, 按键电路中包含有起动和急停按钮, 急停按钮接单片机的外中断 0。在控制系统的软件设计中, 根据加工单元的工艺流程, 采用条件分支结构程序进行设计, 首先查询输入口的状态, 然后根据输入口的状态不同, 控制系统给出不同的控制信号
预期结果及其意义：
本课题的创新点是: 采用单片机作为控制器很好地实现了加工单元中的沉孔加工和深度检测等一体化的工艺过程，此外采用单片机的控制器体积小, 运行可靠, 极大地降低了系统成本,减少了人力资源浪费，同时 这种控制器同样还可以应用到 MPS 自动化生产系统的其他一些工作站中, 并还可以很方便地与其他工作单元进行通讯。
参考文献
[1]王之栎，王大康.机械设计综合课程设计[M].北京：机械工业出版社，2007.8,第二版
[2]马履中.机械原理与设计上册[M].北京：机械工业出版社，2009.1，第一版
[3]马履中.机械原理与设计下册[M].北京：机械工业出版社，2009.2，第一版
[4]冯清秀.邓星钟.机电传动控制[M].武汉：华中科技大学出版社，2011.6，第五版
[5]王驿.理论力学[M] .北京：高等教育出版社，2009.7，第七版
[6]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2011.1，第五版
[7]戈晓岚，赵占西.工程材料及其成型基础[M].北京：高等教育出版社，2012.8
[8]叶湘滨，熊飞丽.传感器与测试技术[M].北京：国防工业出版社，2012.1
[9]宋昌才.UG NX 8.5 标准教程[M].北京：科学出版社，2014.11
[10]张世昌，李旦，张冠伟.机械制造技术基础[M].北京：高等教育出版社，2014.12，第三版
[11]姜继海，宋锦春，高常识.液压与气压传动[M].北京：高等教育出版社，2009.5，第二版
[12]汤楠，穆向阳，高伟欣.可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2012.2
[13] Alain Chevalier, Christian Winge Vigild, Elbert Hendricks,“Predicting the Port Air Mass Flow of SI Engines in Air/FuelRatio Control Applications”, 2000, SAE paper，[J].NO.2000-01-0260.
[14] Bastian etc, “Modeling fuel injection control maps using fuzzy logic”, IEEE International conference on Fuzzy Systemsv2, [M].1994.
[15] Paul M. Gartner, “Development of a Low-Cost FuelInjection System for use on Small Engines”, SAE paper,[M]. NO.1999 -01-3292.
[16] Fujiwara, “Calculation of Ignition Noise Level Caused by Plug Gap Break down”, IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility,[J]. 1982, 24(2).
[17] ABS/TCS Lee, Jae-Cheon, “Hardware-in-the-loop simulator”, IEEE Conference on Control Application, [M].1999(1)