幕墙多头钻床设计开题报告

幕墙多头钻床设计开题报告本文简介：本科生毕业论文（设计）开题报告题目幕墙多头钻床设计系部机械工程系专业机械设计制造及其自动化学生姓名刘金鹏学号33109408指导教师杨勇职称毕设地点南京农业大学工学院本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献）一，本课题的意义近年来，随着现代化城市建设进程深入，许多城市都出现了一大批

幕墙多头钻床设计开题报告本文内容：

本科生毕业论文（设计）

开题报告

题

目

幕墙多头钻床设计

系

部

机械工程系

专

业

机械设计制造及其自动化

学生姓名

刘金鹏

学号

33109408

指导教师

杨勇

职称

毕设地点

南京农业大学工学院

本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献）

一，本课题的意义

近年来，随着现代化城市建设进程深入，许多城市都出现了一大批超高层象征性的建筑。这些建筑出于彰显城市形象、体现建筑形态美感、减轻墙体重量等原因，纷纷采用了玻璃幕墙的美化设计，因玻璃可以构建出醒目华丽的建筑外貌，彰显一个城市的个性文化底蕴和审美风格。由于玻璃幕墙外观华丽，且具有透光、视野开阔等特点，然而，玻璃却有一个弱点，众所周知，玻璃为脆性材料，难以承受大的交变载荷，这一点决定了，玻璃不易安装，需要借助其他支撑材料来架设玻璃幕墙。

目前因为铝合金外表亮丽，持久耐用

，能抵抗雨水侵蚀，还有质量轻且易于加工等优点，行业内主要是将钢化玻璃架设在铝合金架上，不过幕墙的支撑主骨干还是钢架，为了便于铝型材和钢材支撑架的安装，各个铝型材和钢材零件都需要加工大量的安装通孔或盲孔，而普通的钻床难于满足大型铝型材零件的钻孔经济性要求，并且效率也很低，由于幕墙行业属于边缘型产业，在国内更是才刚刚起点[1]，因此目前国内对于铝型材和钢架的钻床设计研究资料还比较匮乏，本设计课题能极大的提高幕墙铝型材零件的孔加工效率，并带动国内整个幕墙加工行业发展。

二，国内外研究概况

幕墙行业内对于幕墙多头钻床的设计研究主要有济南欣瑞德伟业工贸有限公司研发的铝合金幕墙多头群钻床，中山市满格机械实业有限公司，济南华之辰数控设备有限公司开发的铝合金幕墙多头组合钻床，北京克瑞艾特贸易有限公司开发的幕墙设备铝型材多头组合钻床，还有济南新五岳机器有限公司开发的铝合金门窗设备铝型材多头组合钻床虽然是针对门窗铝型材的钻床，其原理却和上面三家加工幕墙铝型材及钢材的钻床原理类似，这四家多头钻床都能承担铝合金门窗、幕墙型材的钻孔工作，特别适用于长料及大批量生产，在国外，大量的高端科技均已应用到了幕墙多头钻床，国外很多企业已将高自由度的智能机械手，高灵敏度感应器件等也应用到新一代幕墙多头钻床上[2]，这使幕墙多头钻床加工效率更高，加工操作更加方便。幕墙多头钻床于普通钻床区别在于幕墙钻床主要针对铝型材钢材的比较大型工件精度要求不是很高的孔的加工。幕墙钻床需加工大量的安装孔，因此幕墙钻床需要有高效的加工工艺，这里的幕墙多头钻床就能极大的提高铝型材的加工效率，所以在业内已经得到广泛的应用，。

三，应用前景

目前国内各公司开发出来的幕墙多头钻床均套用普通钻床的设计思路，针对幕墙零件的特点稍作改进而设计研发出来的。虽然这已经能满足目前国内市场上的需求，但其可加工铝型材和加工效率均有提升的空间，本设计课题设计的多头钻床在加工自由度上，加工效率上均有一定改进，能极大的提升加工效率，对于国内即将开建大型建筑的幕墙工程有着深远的意义。高效，高自动化的多头钻床有着广泛的应用前景。

研究的目标、内容和拟解决的关键问题

一，幕墙多头钻床设计目标

1.1、采用多孔同时加工，多个动力头，一次可以加工一组孔，加工效率高。

1.2、能针对不同的材料选用不同的主轴转速对铝合金钻孔时选择2400r/min。对钢铁

材料钻孔时选用1400r/min.

1.3、采用电机—气缸直联式输出动力，达到钻孔更平稳，精度高的目标。

1.4、采用活动可调节器式的刀架结构，以达到所加工的单孔孔距可以调节，单组孔最

小距离15mm,每组孔之间的最小距离为245mm，多孔同时加工，钻头进给最大行程

为220mm，减少装夹时间，提高加工效率等要求。

二，幕墙多头钻床的设计内容

2．1、设计多头钻床的工作台（能提供足够的支撑刚度前提下尺量降低质量和成本）。

2．2、设计多头钻床的夹具（能满足比较大型的铝型材零件的小形变量夹紧）。

2．3、设计多头钻床的刀架（能装夹多种孔径的钻头以满足不同尺寸孔的加工要求）。

2．4、设计多头钻床的动力头（根据切削力先用适合的电机和变速系统及其控制系统，

以在保证加工要求的前提下降低成本）。

2．5、设计滚动丝杠驱动系统（保证所加工孔位置精度的前提下保证平稳运行）。

2．6、设计四个动力头的支撑系统及其相对位置调节控制器以保证四个动力头之间相对

位置的精确控制。

三，拟解决的关键问题

3．1、活动刀架的设计，四个动力头相对距离可以调节器节，而且要保证刀架系统的强

度，以保证钻头切削力的需要。更要保证控制系统对动力头纵向位置的控制力度，以防止钻孔过程中动力头在纵向上的位移变动，影响孔加工的圆柱度[3]。

3．2、工作台的支撑系统装夹系统及滚动丝杠系统的设计，工作台要有足够强度支撑四

个动力头及工件，铝型材为延展性比较好的材料，所以铝型材装夹系统必需要保证铝型材有足够小的变型量，滚动丝杠不仅要有足够的行程以保证能满足铝型材工件的加工长度。更要保证动力头运动的平稳性和运动控制精度。

研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

一，主要的研究方法

本设计方案结合软件仿真法和案例研究法以及文献法等研究方法，利用别人成功的设计方法技巧，结合众多参考文献完成幕墙多头钻床的工作台，动力头，刀架，夹具，动力驱动等部份的设计工作，最后再利用软件仿真的方法进行系统的各项设计参数的验证与优化。

二，技术路线：

分析学校已有的普通钻床外形结构，根据各种专业资料及铝型材零件尺寸确定相关参数

设计多头钻床工作台结构和参数

设计动力头支撑系统保证能精确控制四个动力头位置

设计工作台丝杠驱动系统结构及相应的液压系统的性能参数

设计刀架结构和刀具夹持系统

设计四个动力头和相应的电机驱动和控制系统

设计工件液压夹具

设计出整套幕墙多头钻床的结构，根据相关工艺要求设计其装配图，对实验结果进行分析并进一步改进完善相关参数

建三维模型，并用软件进行仿真，测试系统的可行性。

三，实验方案

3．1、利用别人设计出的多头钻床资料，在其基础上加以模仿，利用基优点，改进其缺

点，为迎合幕墙钻孔工艺要求，设计一套新的加工系统，根据幕墙所需要加工的零件尺寸对钻床的尺寸做适当改变。可以组合别人钻床的设计案例优点，吸收众多设计资料的先进设计方法。

3．2、设计出多头钻床的总体模型参数，建立其三维模型。

3．3、利用软件模拟幕墙多头钻床进行虚拟加工，以获得各项优化参数。

3．4、总结分析别人成功设计出的钻床参数并与自己的样机进行对比分析。

四，可行性分析

4．1、Pro-e,Ansys等行业设计软件均为国际权威的模拟仿真软件，通过这样的软件设计

出来的东西的参数与实际是非常接近的[4，5]，值得信任的，其设计方案也是可行的。

4．2、设计中所使用的各项参数都来源于别人设计成功的案例，已经被别人在实验中进

行了实际验证，各个设计方法均是吸收他人权威的设计资料，经过无数人验证过是可行的。

本课题的特色创新之处

1、刀架可活动，多头钻床同时加工多个孔可以调节孔间距（在保证刀架强度的前提下）。

2、设计四自由度刀架支撑系统，能满足复杂型面的钻孔要求。

3、利用液压控制夹具可以减少铝型材的变型。

研究计划及预期进展

一，研究计划

前期：第一阶段（3月上旬）收集相关文献资料，学习了解国内外最新成果，撰写开题报告，文献综述同时完成一份外文翻译。

第二阶段（3月下旬）分析整理别人研发多头钻床的研究成果理清幕墙多头钻床的设计思路，查阅机床设计手册，机床设计图册等相关专业资料[6]，根据幕墙多头钻床所要加工的铝型材或钢材零件的尺寸要求和工艺性要求大致确定多头钻床的各个部件的设计参数。

中期：第一阶段（四月）设计幕墙多头钻床的工作台，夹具，刀架，动力头，动力头支撑架，工作台丝杠驱动系统等等初轮设计工作，设计出相应的pro-e三维设计模型，并用ansys软件较验各部份强度和刚度。画出各部份的零件CAD图纸和总体装配图。

第二阶段（五月上旬）进行实验验证各项设计参数，并用相应的软件仿真，统计分析各项参数以得出优化方案。根据所得出的优化方案，对设计图纸和设计参数做相应的调整和改进。

后期：

（五月中下旬）完成毕业论文的撰写工作并准备进行答辩。

二，预期进展

2．1、网上查阅相关的资料，统计分析整理相关资料并制定开题报告，查找搜集相关文

献等准备工作需要两周时间。

2．2、实际观察学校普通钻床工作过程，实际上机操作以了解幕墙钻床设计可行性与经

济性实用性要求，拆开机床以深入了解其内部构造原理，测量各部件的尺寸等等工作需要一周时间。

2．3、记录普通钻床的各部份参数，绘制普通钻床各部件的图纸及装配图，分析对比普

通钻床与幕墙多头钻床的区别与相似点，基本了解自己需要设计的幕墙钻床的传动系统和加工系统的基本结构组成需要一周的时间（包括动力头数量，钻头前后移动最大距离，动力头上下移动最大距离，单组孔最小距离

台湾产动力头，钻头进给速度，最大钻削孔径，加工铝型材最大长度，电动机功率，电动机转速[7]）。

2．4、在对于普通钻床的工作台的外形尺寸有深入了解的基础上根据别人设计幕墙多头

钻床的工作台的基本资料参数来确定出幕墙多头钻床工作台的基本外形尺寸，根据工作台所要承爱的载荷确定工作台驱动系统的功率，工作台尺寸，液压缸尺寸，滚动丝杠型号，并绘出图纸，这一工作需要四天左右的时间。

2．5、在了解了普通钻床的工件装夹系统后，结合幕墙多头钻床工件的大尺寸特点，再

参考别人设计的幕墙钻床工件装夹系统的参数，综合各方面设计成果的优点，设计出幕墙多头钻床的装夹系统，并绘出工件装夹系统的设计图纸。这一过程需要四天左右

2．6、查阅各方面的先进设计资料，设计出幕墙多头钻床上各个动力头的刀架系统要保

证最大钻削孔径达到ф15mm（单孔）最小钻削孔径ф3mm，其旨在刀架上刀具拆装方便简捷可靠。这一过程需要五天左右。

2．7、设计动力头及其支撑系统，该幕墙多头钻床有4个动力头，4个动力头分布在动

力头去支撑系统上，相互两个动图头之间的位置可以调节，一排钻头内单组孔最小距离为15mm。动力头上下移动最大距离150mm,这一点影响该钻床能加工的孔的深度，根据铝型材和钢铁加工时的切削力以及幕墙多头钻床加工时的工况设计每个动力头配备的电机相应参数。设计出动力头支撑系统的驱动系统力求保证钻头前后移动最大距离为60mm。参照别人的设计经验设计出相应的排屑系统。绘制出刀架系统动力头系统，动力头支撑系统，电机动力驱动系统保证钻头转速（动力头）2800r/min（钻铝）1400r/min（钻铁）[8，9]，液压动力驱动系统保证钻头进给速度达到0.1~0.2mm/r，排屑系统的CAD设计图纸。这一过程需要一个星期左右。

2．8、整理这各个模块的设计成果，绘制出幕墙多头钻床的装配图。这一过程需要四天

左右。

2．9、写设计论文。

已具备的条件、尚缺少的条件和拟解决的途径（包括利用教学实验中心、科研实验室、实习基地、校外其它企事业单位等条件的计划与落实情况）

一，已具备的条件

1．1、利用学校的数控车床铣床可以加工出符合要求的机床零部件，必要时可以拆开研

究其内部结构和构成原理，测量其各个部件的相关尺寸，以给设计尺寸提供参照。

1．2、利用CAD画钻床动力头的结构图纸。

1．3、得用pro-e设计钻床床身的三维结构和效果图，并且可能利用其进行幕墙多头钻床

的动力学仿真。

1．4、学校图书馆能提供电量的参考书目，设计参考资料。一些专业性的知识还可以请

教富有设计经验的老师。

1．5、利用有ANSYS软件进行有限元分析机各部件所需要的静刚度和动态刚度，以指

导后面设计的进行。

二，缺少的条件

2．1、对于幕墙多头钻床的各个大部件如工作台部分需要浇铸锻压[10]等复杂工艺难以在

学校完成加工，因此对于钻床上部分零件难于得到，这样也就难以制造出实际的成器幕墙多头钻床。难于做实际的工艺实验。

2．2、在确定机床各部份零部件参数时需要实际的铝型材或钢材加工件，然而这些零件

也难于得到。

2．3、由于此次设计的只是钻床的工作台部份，没有主要控制部份，因此难于进行实际

操作台获得实际参数。

三，拟解快的途径

利用pro-e,ansys等软件建立虚拟模型利用虚拟加工技术来模拟钻床加工过程以代替开发出实际的幕墙多头钻床，获得所需要的实验参数。

八：指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计（论文）结果的预测）：

指导教师签字：*年*月*日

上级审查意见：

负责人签字：*年*月*日

九：参考文献

[1]

陈礼平

.KT系列可调多头钻床[J]；《中小型电机分》1994，21(2)

[2]

北京中经先略投资咨询中心.

《铝门窗多头组合钻床行业现状分析及投资机会研究报告》[M].

北京:

北京中经先略投资咨询中心,2011年3月：129

[3]

姚浩源.

多孔两用钻床设计概述[J].

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2001年第3期:

42页到54页

[4]

罗迎社，余敏，李倩妹，等．钛合金叶片盘近净热流变成形的数值模拟及其应用［Ｊ］．塑性工程学报，２００９，１６（４）：７３－７８．

[5]

ＦＵ

Ｘ

Ｌ，ＡＩ

Ｘ，ＷＡＮ

Ｙ，ｅｔ

ａｌ．Ｆｌｏｗ

Ｓｔｒｅｓｓ

ＭｏｄｅｌｉｎｇＦｏｒ

Ａｅｏｎａｕｔｉｃａｌ

Ａｌｕｍｉｎｕｍ

Ａｌｌｏｙ

７０５０－Ｔ７４５１

ＩｎＨｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ

Ｃｕｔｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ

ｏｆ

Ｎａｎｊｉｎｇ

Ｕｎｉ－ｖｅｒｓｉｔｙ

ｏｆ

Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ

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Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，２００７，２４（２）：１３９－１４４．

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