幕墻多頭鉆床設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告題 目幕墻多頭鉆床設(shè)計(jì)系 部機(jī)械工程系專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化學(xué)生姓名劉金鵬學(xué)號33109408指導(dǎo)教師楊勇職稱畢設(shè)地點(diǎn)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院本課題的意義、國內(nèi)外研究概況、應(yīng)用前景等（列出主要參考文獻(xiàn)）一，本課題的意義近年來，隨著現(xiàn)代化城市建設(shè)進(jìn)程深入，許多城市都出現(xiàn)了一大批超高層象征性的建筑。這些建筑出于彰顯城市形象、體現(xiàn)建筑形態(tài)美感、減輕墻體重量等原因，紛紛采用了玻璃幕墻的美化設(shè)計(jì)，因玻璃可以構(gòu)建出醒目華麗的建筑外貌，彰顯一個(gè)城市的個(gè)性文化底蘊(yùn)和審美風(fēng)格。由于玻璃幕墻外觀華麗，且具有透光、視野開闊等特點(diǎn)，然而，玻璃卻有一個(gè)弱點(diǎn)，眾所周知，玻璃為脆性材料，難以承

2、受大的交變載荷，這一點(diǎn)決定了，玻璃不易安裝，需要借助其他支撐材料來架設(shè)玻璃幕墻。目前因?yàn)殇X合金外表亮麗，持久耐用，能抵抗雨水侵蝕，還有質(zhì)量輕且易于加工等優(yōu)點(diǎn)，行業(yè)內(nèi)主要是將鋼化玻璃架設(shè)在鋁合金架上，不過幕墻的支撐主骨干還是鋼架，為了便于鋁型材和鋼材支撐架的安裝，各個(gè)鋁型材和鋼材零件都需要加工大量的安裝通孔或盲孔，而普通的鉆床難于滿足大型鋁型材零件的鉆孔經(jīng)濟(jì)性要求，并且效率也很低，由于幕墻行業(yè)屬于邊緣型產(chǎn)業(yè)，在國內(nèi)更是才剛剛起點(diǎn)1，因此目前國內(nèi)對于鋁型材和鋼架的鉆床設(shè)計(jì)研究資料還比較匱乏，本設(shè)計(jì)課題能極大的提高幕墻鋁型材零件的孔加工效率，并帶動國內(nèi)整個(gè)幕墻加工行業(yè)發(fā)展。二，國內(nèi)外研究概況幕墻行業(yè)

3、內(nèi)對于幕墻多頭鉆床的設(shè)計(jì)研究主要有濟(jì)南欣瑞德偉業(yè)工貿(mào)有限公司研發(fā)的鋁合金幕墻多頭群鉆床，中山市滿格機(jī)械實(shí)業(yè)有限公司，濟(jì)南華之辰數(shù)控設(shè)備有限公司開發(fā)的鋁合金幕墻多頭組合鉆床，北京克瑞艾特貿(mào)易有限公司開發(fā)的幕墻設(shè)備鋁型材多頭組合鉆床，還有濟(jì)南新五岳機(jī)器有限公司開發(fā)的鋁合金門窗設(shè)備鋁型材多頭組合鉆床雖然是針對門窗鋁型材的鉆床，其原理卻和上面三家加工幕墻鋁型材及鋼材的鉆床原理類似，這四家多頭鉆床都能承擔(dān)鋁合金門窗、幕墻型材的鉆孔工作，特別適用于長料及大批量生產(chǎn)，在國外，大量的高端科技均已應(yīng)用到了幕墻多頭鉆床，國外很多企業(yè)已將高自由度的智能機(jī)械手，高靈敏度感應(yīng)器件等也應(yīng)用到新一代幕墻多頭鉆床上2，這使幕

4、墻多頭鉆床加工效率更高，加工操作更加方便。幕墻多頭鉆床于普通鉆床區(qū)別在于幕墻鉆床主要針對鋁型材鋼材的比較大型工件精度要求不是很高的孔的加工。幕墻鉆床需加工大量的安裝孔，因此幕墻鉆床需要有高效的加工工藝，這里的幕墻多頭鉆床就能極大的提高鋁型材的加工效率，所以在業(yè)內(nèi)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，。三，應(yīng)用前景 目前國內(nèi)各公司開發(fā)出來的幕墻多頭鉆床均套用普通鉆床的設(shè)計(jì)思路，針對幕墻零件的特點(diǎn)稍作改進(jìn)而設(shè)計(jì)研發(fā)出來的。雖然這已經(jīng)能滿足目前國內(nèi)市場上的需求，但其可加工鋁型材和加工效率均有提升的空間，本設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)的多頭鉆床在加工自由度上，加工效率上均有一定改進(jìn)，能極大的提升加工效率，對于國內(nèi)即將開建大型建筑的幕墻

5、工程有著深遠(yuǎn)的意義。高效，高自動化的多頭鉆床有著廣泛的應(yīng)用前景。研究的目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題一，幕墻多頭鉆床設(shè)計(jì)目標(biāo)1.1、采用多孔同時(shí)加工，多個(gè)動力頭，一次可以加工一組孔，加工效率高。1.2、能針對不同的材料選用不同的主軸轉(zhuǎn)速對鋁合金鉆孔時(shí)選擇2400r/min。對鋼鐵材料鉆孔時(shí)選用1400r/min.1.3、采用電機(jī)氣缸直聯(lián)式輸出動力，達(dá)到鉆孔更平穩(wěn)，精度高的目標(biāo)。1.4、采用活動可調(diào)節(jié)器式的刀架結(jié)構(gòu)，以達(dá)到所加工的單孔孔距可以調(diào)節(jié)，單組孔最小距離15mm,每組孔之間的最小距離為245mm，多孔同時(shí)加工，鉆頭進(jìn)給最大行程為220mm，減少裝夾時(shí)間，提高加工效率等要求。二，幕墻多頭鉆床

6、的設(shè)計(jì)內(nèi)容21、設(shè)計(jì)多頭鉆床的工作臺（能提供足夠的支撐剛度前提下尺量降低質(zhì)量和成本）。22、設(shè)計(jì)多頭鉆床的夾具（能滿足比較大型的鋁型材零件的小形變量夾緊）。23、設(shè)計(jì)多頭鉆床的刀架（能裝夾多種孔徑的鉆頭以滿足不同尺寸孔的加工要求）。24、設(shè)計(jì)多頭鉆床的動力頭（根據(jù)切削力先用適合的電機(jī)和變速系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)，以在保證加工要求的前提下降低成本）。25、設(shè)計(jì)滾動絲杠驅(qū)動系統(tǒng)（保證所加工孔位置精度的前提下保證平穩(wěn)運(yùn)行）。26、設(shè)計(jì)四個(gè)動力頭的支撐系統(tǒng)及其相對位置調(diào)節(jié)控制器以保證四個(gè)動力頭之間相對位置的精確控制。三，擬解決的關(guān)鍵問題31、活動刀架的設(shè)計(jì)，四個(gè)動力頭相對距離可以調(diào)節(jié)器節(jié)，而且要保證刀架系統(tǒng)

7、的強(qiáng)度，以保證鉆頭切削力的需要。更要保證控制系統(tǒng)對動力頭縱向位置的控制力度，以防止鉆孔過程中動力頭在縱向上的位移變動，影響孔加工的圓柱度3。32、工作臺的支撐系統(tǒng)裝夾系統(tǒng)及滾動絲杠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工作臺要有足夠強(qiáng)度支撐四個(gè)動力頭及工件，鋁型材為延展性比較好的材料，所以鋁型材裝夾系統(tǒng)必需要保證鋁型材有足夠小的變型量，滾動絲杠不僅要有足夠的行程以保證能滿足鋁型材工件的加工長度。更要保證動力頭運(yùn)動的平穩(wěn)性和運(yùn)動控制精度。研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析一，主要的研究方法本設(shè)計(jì)方案結(jié)合軟件仿真法和案例研究法以及文獻(xiàn)法等研究方法，利用別人成功的設(shè)計(jì)方法技巧，結(jié)合眾多參考文獻(xiàn)完成幕墻多頭鉆床的工作臺，

8、動力頭，刀架，夾具，動力驅(qū)動等部份的設(shè)計(jì)工作，最后再利用軟件仿真的方法進(jìn)行系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的驗(yàn)證與優(yōu)化。二，技術(shù)路線：分析學(xué)校已有的普通鉆床外形結(jié)構(gòu)，根據(jù)各種專業(yè)資料及鋁型材零件尺寸確定相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)多頭鉆床工作臺結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)動力頭支撐系統(tǒng)保證能精確控制四個(gè)動力頭位置設(shè)計(jì)工作臺絲杠驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的液壓系統(tǒng)的性能參數(shù)設(shè)計(jì)刀架結(jié)構(gòu)和刀具夾持系統(tǒng)設(shè)計(jì)四個(gè)動力頭和相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工件液壓夾具設(shè)計(jì)出整套幕墻多頭鉆床的結(jié)構(gòu)，根據(jù)相關(guān)工藝要求設(shè)計(jì)其裝配圖，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析并進(jìn)一步改進(jìn)完善相關(guān)參數(shù)建三維模型，并用軟件進(jìn)行仿真，測試系統(tǒng)的可行性。三，實(shí)驗(yàn)方案31、利用別人設(shè)計(jì)出的多頭鉆床資料

9、，在其基礎(chǔ)上加以模仿，利用基優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)其缺點(diǎn)，為迎合幕墻鉆孔工藝要求，設(shè)計(jì)一套新的加工系統(tǒng)，根據(jù)幕墻所需要加工的零件尺寸對鉆床的尺寸做適當(dāng)改變?？梢越M合別人鉆床的設(shè)計(jì)案例優(yōu)點(diǎn)，吸收眾多設(shè)計(jì)資料的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法。32、設(shè)計(jì)出多頭鉆床的總體模型參數(shù)，建立其三維模型。33、利用軟件模擬幕墻多頭鉆床進(jìn)行虛擬加工，以獲得各項(xiàng)優(yōu)化參數(shù)。34、總結(jié)分析別人成功設(shè)計(jì)出的鉆床參數(shù)并與自己的樣機(jī)進(jìn)行對比分析。四，可行性分析41、Pro-e,Ansys等行業(yè)設(shè)計(jì)軟件均為國際權(quán)威的模擬仿真軟件，通過這樣的軟件設(shè)計(jì)出來的東西的參數(shù)與實(shí)際是非常接近的4，5，值得信任的，其設(shè)計(jì)方案也是可行的。42、設(shè)計(jì)中所使用的各項(xiàng)參數(shù)都來

10、源于別人設(shè)計(jì)成功的案例，已經(jīng)被別人在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證，各個(gè)設(shè)計(jì)方法均是吸收他人權(quán)威的設(shè)計(jì)資料，經(jīng)過無數(shù)人驗(yàn)證過是可行的。本課題的特色創(chuàng)新之處1、刀架可活動，多頭鉆床同時(shí)加工多個(gè)孔可以調(diào)節(jié)孔間距（在保證刀架強(qiáng)度的前提下）。2、設(shè)計(jì)四自由度刀架支撐系統(tǒng)，能滿足復(fù)雜型面的鉆孔要求。3、利用液壓控制夾具可以減少鋁型材的變型。研究計(jì)劃及預(yù)期進(jìn)展一，研究計(jì)劃前期：第一階段（3月上旬）收集相關(guān)文獻(xiàn)資料，學(xué)習(xí)了解國內(nèi)外最新成果，撰寫開題報(bào)告，文獻(xiàn)綜述同時(shí)完成一份外文翻譯。第二階段（3月下旬）分析整理別人研發(fā)多頭鉆床的研究成果理清幕墻多頭鉆床的設(shè)計(jì)思路，查閱機(jī)床設(shè)計(jì)手冊，機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊等相關(guān)專業(yè)資料6，根據(jù)幕

11、墻多頭鉆床所要加工的鋁型材或鋼材零件的尺寸要求和工藝性要求大致確定多頭鉆床的各個(gè)部件的設(shè)計(jì)參數(shù)。中期：第一階段（四月）設(shè)計(jì)幕墻多頭鉆床的工作臺，夾具，刀架，動力頭，動力頭支撐架，工作臺絲杠驅(qū)動系統(tǒng)等等初輪設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的pro-e三維設(shè)計(jì)模型，并用ansys軟件較驗(yàn)各部份強(qiáng)度和剛度。畫出各部份的零件CAD圖紙和總體裝配圖。第二階段（五月上旬）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，并用相應(yīng)的軟件仿真，統(tǒng)計(jì)分析各項(xiàng)參數(shù)以得出優(yōu)化方案。根據(jù)所得出的優(yōu)化方案，對設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)參數(shù)做相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)。后期：（五月中下旬）完成畢業(yè)論文的撰寫工作并準(zhǔn)備進(jìn)行答辯。二，預(yù)期進(jìn)展21、網(wǎng)上查閱相關(guān)的資料，統(tǒng)計(jì)分析整理相

12、關(guān)資料并制定開題報(bào)告，查找搜集相關(guān)文獻(xiàn)等準(zhǔn)備工作需要兩周時(shí)間。22、實(shí)際觀察學(xué)校普通鉆床工作過程，實(shí)際上機(jī)操作以了解幕墻鉆床設(shè)計(jì)可行性與經(jīng)濟(jì)性實(shí)用性要求，拆開機(jī)床以深入了解其內(nèi)部構(gòu)造原理，測量各部件的尺寸等等工作需要一周時(shí)間。23、記錄普通鉆床的各部份參數(shù)，繪制普通鉆床各部件的圖紙及裝配圖，分析對比普通鉆床與幕墻多頭鉆床的區(qū)別與相似點(diǎn)，基本了解自己需要設(shè)計(jì)的幕墻鉆床的傳動系統(tǒng)和加工系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成需要一周的時(shí)間（包括動力頭數(shù)量，鉆頭前后移動最大距離，動力頭上下移動最大距離，單組孔最小距離 臺灣產(chǎn)動力頭，鉆頭進(jìn)給速度，最大鉆削孔徑，加工鋁型材最大長度，電動機(jī)功率，電動機(jī)轉(zhuǎn)速7）。24、在對于普

13、通鉆床的工作臺的外形尺寸有深入了解的基礎(chǔ)上根據(jù)別人設(shè)計(jì)幕墻多頭鉆床的工作臺的基本資料參數(shù)來確定出幕墻多頭鉆床工作臺的基本外形尺寸，根據(jù)工作臺所要承愛的載荷確定工作臺驅(qū)動系統(tǒng)的功率，工作臺尺寸，液壓缸尺寸，滾動絲杠型號，并繪出圖紙，這一工作需要四天左右的時(shí)間。25、在了解了普通鉆床的工件裝夾系統(tǒng)后，結(jié)合幕墻多頭鉆床工件的大尺寸特點(diǎn)，再參考別人設(shè)計(jì)的幕墻鉆床工件裝夾系統(tǒng)的參數(shù)，綜合各方面設(shè)計(jì)成果的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出幕墻多頭鉆床的裝夾系統(tǒng)，并繪出工件裝夾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙。這一過程需要四天左右26、查閱各方面的先進(jìn)設(shè)計(jì)資料，設(shè)計(jì)出幕墻多頭鉆床上各個(gè)動力頭的刀架系統(tǒng)要保證最大鉆削孔徑達(dá)到15mm（單孔）最小鉆削

14、孔徑3mm，其旨在刀架上刀具拆裝方便簡捷可靠。這一過程需要五天左右。27、設(shè)計(jì)動力頭及其支撐系統(tǒng)，該幕墻多頭鉆床有4個(gè)動力頭，4個(gè)動力頭分布在動力頭去支撐系統(tǒng)上，相互兩個(gè)動圖頭之間的位置可以調(diào)節(jié)，一排鉆頭內(nèi)單組孔最小距離為15mm。動力頭上下移動最大距離150mm,這一點(diǎn)影響該鉆床能加工的孔的深度，根據(jù)鋁型材和鋼鐵加工時(shí)的切削力以及幕墻多頭鉆床加工時(shí)的工況設(shè)計(jì)每個(gè)動力頭配備的電機(jī)相應(yīng)參數(shù)。設(shè)計(jì)出動力頭支撐系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)力求保證鉆頭前后移動最大距離為60mm。參照別人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的排屑系統(tǒng)。繪制出刀架系統(tǒng)動力頭系統(tǒng)，動力頭支撐系統(tǒng)，電機(jī)動力驅(qū)動系統(tǒng)保證鉆頭轉(zhuǎn)速（動力頭）2800r/min

15、（鉆鋁）1400r/min（鉆鐵）8，9，液壓動力驅(qū)動系統(tǒng)保證鉆頭進(jìn)給速度達(dá)到0.10.2mm/r，排屑系統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)圖紙。這一過程需要一個(gè)星期左右。28、整理這各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)成果，繪制出幕墻多頭鉆床的裝配圖。這一過程需要四天左右。29、寫設(shè)計(jì)論文。已具備的條件、尚缺少的條件和擬解決的途徑（包括利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心、科研實(shí)驗(yàn)室、實(shí)習(xí)基地、校外其它企事業(yè)單位等條件的計(jì)劃與落實(shí)情況）一，已具備的條件11、利用學(xué)校的數(shù)控車床銑床可以加工出符合要求的機(jī)床零部件，必要時(shí)可以拆開研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)成原理，測量其各個(gè)部件的相關(guān)尺寸，以給設(shè)計(jì)尺寸提供參照。12、利用CAD畫鉆床動力頭的結(jié)構(gòu)圖紙。13、得用pro

16、-e設(shè)計(jì)鉆床床身的三維結(jié)構(gòu)和效果圖，并且可能利用其進(jìn)行幕墻多頭鉆床的動力學(xué)仿真。14、學(xué)校圖書館能提供電量的參考書目，設(shè)計(jì)參考資料。一些專業(yè)性的知識還可以請教富有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的老師。15、利用有ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析機(jī)各部件所需要的靜剛度和動態(tài)剛度，以指導(dǎo)后面設(shè)計(jì)的進(jìn)行。二，缺少的條件21、對于幕墻多頭鉆床的各個(gè)大部件如工作臺部分需要澆鑄鍛壓10等復(fù)雜工藝難以在學(xué)校完成加工，因此對于鉆床上部分零件難于得到，這樣也就難以制造出實(shí)際的成器幕墻多頭鉆床。難于做實(shí)際的工藝實(shí)驗(yàn)。22、在確定機(jī)床各部份零部件參數(shù)時(shí)需要實(shí)際的鋁型材或鋼材加工件，然而這些零件也難于得到。23、由于此次設(shè)計(jì)的只是鉆床的工作臺部份，沒有主要控制部份，因此難于進(jìn)行實(shí)際操作臺獲得實(shí)際參數(shù)。三，擬解快的途徑利用pro-e,ansys等軟件建立虛擬模型利用虛擬加工技術(shù)來模擬鉆床加工過程以代替開發(fā)出實(shí)際的幕墻多頭鉆床，獲得所需要的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。八：指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見和對畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測）：指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日上級審查意見：負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日九：參考文獻(xiàn)1 陳禮平 .KT系列可調(diào)多頭鉆床J；中小型電機(jī)分1994，21(2)2北京中經(jīng)先略投資咨詢中心. 鋁門窗多頭組合鉆床行業(yè)現(xiàn)狀分析及投資機(jī)會研究報(bào)告M. 北京: 北京中經(jīng)先略投資咨詢中心, 2011年3月：1293 姚浩