连续钻孔与铆接机械的结构设计
对板材钻孔与铆接是机械制造中常用的两种重要的加工手段，而用于钻孔和铆接的机械作为钻孔和铆接这两道工序的工作设备，决定着工作的方式和效率，也进而影响着企业的效益。因而，对于钻孔与铆接机械自动化的研究和改进对企业和行业的发展具有非常重要的意义。本设计主要是在现有的钻孔和铆接的设备基础上，设计一种新的机械结构，这种机械能够同时实现对某些特定规格的板材进行钻孔和铆接的功能，显著降低生产过程中对劳动力的依赖，实现半自动化、流水化生产的目标，提高工业生产的效率及利润。设计过程中主要运用SolidWorks三维设计软件绘制零件图和装配图并用CAD绘制液压系统原理图。关键词 钻孔，铆接，半自动化，流水化，机械机构
目 录
1 引言 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 本课题的设计要求 2
1.4 本课题的设计内容 3
2 钻孔与铆接机械结构设计的参数和方案 3
3 相关结构设计 4
3.1 整体机械结构的设计 4
3.2 底座的设计 4
3.3 液压缸的结构设计 5
3.3 支撑结构的设计 6
3.4 滑块动力结构设计 7
3.5 钻孔或铆接工作平台的设计 7
4 液压系统的设计和验算 8
4.1 液压系统性能与参数的初步确定 8
4.2 液压系统的计算和选择液压元件 14
4.3 液压阀的选择 18
4.4 确定管道尺寸 18
4.5 液压油箱容积的确定 19
5 液压系统的验算 19
5.1 压力损失的验算 19
5.2 系统温升的验算 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 引言
1.1 选题的目的和意义
随着现代制造业的快速发展，自动化工业生产的需求越来越高，要求也越来越明确。无论是从企业的生产管理还是从企业的利润，抑或是企业本身的产品精度及质量出发，自动化已经是企业生产的最主要发展 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
方向。然而，目前工业生产中，钻孔与铆接仍然普遍采用工序分开的加工方式，给工业生产带来诸多不便。对大批量的板材进行钻孔和铆接时，如果使用人力来完成这项工作，工作效率可能会非常低下，每块板材都需要进行定位，甚至在加工过程中对大块的钢料板材进行移动，这无疑是对工作人员体力的巨大考验，也增加了工作人员的安全风险。尽管如此，在耗费大量人力的情况下，生产出的板材还不一定符合质量要求，所以工业生产过程中迫切的需要一种机械结构代替人工来对板材进行钻孔和铆接。
本课题的目的就是设计出一种钻孔与铆接结合的机械结构，解决实际工业生产中钻孔与铆接的工序的缺陷，实现对板材加工的自动化、流水化。在加工过程中简化人力的操作，提高加工效率和加工精度。适应当今的生产和市场需求。
1.2 国内外发展现状
我国的现代机械行业本身就起步较晚，以前由于生产规模小，生产任务并不十分繁重，在劳动力成本较低，而人力也能够完成生产任务的时候，国内的企业一直采用的是人工。但是随着市场规模的扩大和劳动力成本逐年提高的情况下，对于自动化的钻孔和铆接机械的需求已经十分迫切。国内外很多的专家学者加大了对这种钻铆机械结构的研制。
一般情况下，构建联接时钻孔、铆接是分别在不同机械上实现的。现今的企业和工厂内常见的钻孔和铆接方式是以传统的手工铆接为主，需要由工人手持钻孔机械对工件进行加工，因此工作效率极其低下。国外虽然有少数的公司为此研制出了全自动的钻孔和铆接装置，但研究出的机械装置大多由体积较大，工作对象单一，使用条件较高，灵活性有限，价格十分昂贵的缺点，因此不能够在国内得到大规模的推广和使用。针对以上这些问题,中国科学院宁波材料技术与工程研究所所属的先进制造所复合材料智能制造与装备团队根据市场的需求,研制成功了一款集钻孔与铆接于一体的全自动化的机械装置。研发人员为了保证所研发的这种全自动钻铆装置工作过程中的高效、高精度与稳定性,对加工过程中选钉送钉出钉控制技术、铆钉枪体结构设计、铆接压机机构设计与控制、铆接工艺参数优化等关键技术难点进行了深入研究和改进,成功研制出了国内第一款全自动的钻铆装置。这种全自动的钻铆装置主要优点体现在以下几个方面:
(1)该装置集钻孔装置与铆接装置于一体,能够实现高效、环保全自动化钻铆操作。
该装置整体的尺寸较小、成本较低、操作也十分便捷,另外配备了智能化人机交互系统,能够实现一键自动钻孔、除尘、送料、上铆、拉铆抽芯、废铆芯收集等工作,其铆接速率也十分快速，高达24个/分钟,所以其性价比非常高,
(2)装置使用灵活,适用于形状不规则的工件以及不同的应用场合。
采用可移动式的操作平台设计,铆钉枪体不仅可以安装于装置上机器人的末端,也可以单独手持式使用,操作非常简单，使用门槛非常低。
(3)可实现对直径内的任意直径铆钉的铆接工作,可以满足不同产品的加工和性能需求。
在当前国外市场上的全自动铆接装置大多数只能够对最大直径只有的铆钉进行铆接加工的背景下，国内的浙江宁波材料所这次能够突破铆接枪机械结构设计的难点,实现对工件进行铆钉最大直径能够达到的自动化铆接操作，是一件令国内同行业的科学工作者非常自豪的事情。
(4)可实现高精度的、高强度的快速钻孔操作。
该装置不仅可用于普通金属的铆接,而且特别适合钻铆要求较高的碳纤维复合材料这类特殊材料的产品的联接。在对这种特殊材料进行钻孔过程中,能够有效地防止复合材料部件局部裂纹及脱层的产生,因此可把这种装置推广应用于碳纤维复合材料新能源汽车总成装配等行业中,对于促进我国碳纤维复合材料新能源汽车的产业化和研究的自主化具有非常重要的意义和应用价值，创造出巨大的利润。
1.3 本课题的设计要求
根据本次课题的设计任务书，本课题需要达到以下几个基本的要求：
目 录
1 引言 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 本课题的设计要求 2
1.4 本课题的设计内容 3
2 钻孔与铆接机械结构设计的参数和方案 3
3 相关结构设计 4
3.1 整体机械结构的设计 4
3.2 底座的设计 4
3.3 液压缸的结构设计 5
3.3 支撑结构的设计 6
3.4 滑块动力结构设计 7
3.5 钻孔或铆接工作平台的设计 7
4 液压系统的设计和验算 8
4.1 液压系统性能与参数的初步确定 8
4.2 液压系统的计算和选择液压元件 14
4.3 液压阀的选择 18
4.4 确定管道尺寸 18
4.5 液压油箱容积的确定 19
5 液压系统的验算 19
5.1 压力损失的验算 19
5.2 系统温升的验算 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 引言
1.1 选题的目的和意义
随着现代制造业的快速发展，自动化工业生产的需求越来越高，要求也越来越明确。无论是从企业的生产管理还是从企业的利润，抑或是企业本身的产品精度及质量出发，自动化已经是企业生产的最主要发展 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
方向。然而，目前工业生产中，钻孔与铆接仍然普遍采用工序分开的加工方式，给工业生产带来诸多不便。对大批量的板材进行钻孔和铆接时，如果使用人力来完成这项工作，工作效率可能会非常低下，每块板材都需要进行定位，甚至在加工过程中对大块的钢料板材进行移动，这无疑是对工作人员体力的巨大考验，也增加了工作人员的安全风险。尽管如此，在耗费大量人力的情况下，生产出的板材还不一定符合质量要求，所以工业生产过程中迫切的需要一种机械结构代替人工来对板材进行钻孔和铆接。
本课题的目的就是设计出一种钻孔与铆接结合的机械结构，解决实际工业生产中钻孔与铆接的工序的缺陷，实现对板材加工的自动化、流水化。在加工过程中简化人力的操作，提高加工效率和加工精度。适应当今的生产和市场需求。
1.2 国内外发展现状
我国的现代机械行业本身就起步较晚，以前由于生产规模小，生产任务并不十分繁重，在劳动力成本较低，而人力也能够完成生产任务的时候，国内的企业一直采用的是人工。但是随着市场规模的扩大和劳动力成本逐年提高的情况下，对于自动化的钻孔和铆接机械的需求已经十分迫切。国内外很多的专家学者加大了对这种钻铆机械结构的研制。
一般情况下，构建联接时钻孔、铆接是分别在不同机械上实现的。现今的企业和工厂内常见的钻孔和铆接方式是以传统的手工铆接为主，需要由工人手持钻孔机械对工件进行加工，因此工作效率极其低下。国外虽然有少数的公司为此研制出了全自动的钻孔和铆接装置，但研究出的机械装置大多由体积较大，工作对象单一，使用条件较高，灵活性有限，价格十分昂贵的缺点，因此不能够在国内得到大规模的推广和使用。针对以上这些问题,中国科学院宁波材料技术与工程研究所所属的先进制造所复合材料智能制造与装备团队根据市场的需求,研制成功了一款集钻孔与铆接于一体的全自动化的机械装置。研发人员为了保证所研发的这种全自动钻铆装置工作过程中的高效、高精度与稳定性,对加工过程中选钉送钉出钉控制技术、铆钉枪体结构设计、铆接压机机构设计与控制、铆接工艺参数优化等关键技术难点进行了深入研究和改进,成功研制出了国内第一款全自动的钻铆装置。这种全自动的钻铆装置主要优点体现在以下几个方面:
(1)该装置集钻孔装置与铆接装置于一体,能够实现高效、环保全自动化钻铆操作。
该装置整体的尺寸较小、成本较低、操作也十分便捷,另外配备了智能化人机交互系统,能够实现一键自动钻孔、除尘、送料、上铆、拉铆抽芯、废铆芯收集等工作,其铆接速率也十分快速，高达24个/分钟,所以其性价比非常高,
(2)装置使用灵活,适用于形状不规则的工件以及不同的应用场合。
采用可移动式的操作平台设计,铆钉枪体不仅可以安装于装置上机器人的末端,也可以单独手持式使用,操作非常简单，使用门槛非常低。
(3)可实现对直径内的任意直径铆钉的铆接工作,可以满足不同产品的加工和性能需求。
在当前国外市场上的全自动铆接装置大多数只能够对最大直径只有的铆钉进行铆接加工的背景下，国内的浙江宁波材料所这次能够突破铆接枪机械结构设计的难点,实现对工件进行铆钉最大直径能够达到的自动化铆接操作，是一件令国内同行业的科学工作者非常自豪的事情。
(4)可实现高精度的、高强度的快速钻孔操作。
该装置不仅可用于普通金属的铆接,而且特别适合钻铆要求较高的碳纤维复合材料这类特殊材料的产品的联接。在对这种特殊材料进行钻孔过程中,能够有效地防止复合材料部件局部裂纹及脱层的产生,因此可把这种装置推广应用于碳纤维复合材料新能源汽车总成装配等行业中,对于促进我国碳纤维复合材料新能源汽车的产业化和研究的自主化具有非常重要的意义和应用价值，创造出巨大的利润。
1.3 本课题的设计要求
根据本次课题的设计任务书，本课题需要达到以下几个基本的要求：
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