自動上下裝置的高精度微型鑽床設計

1. KZDB、XD-DB型交流變頻電驅動頂驅式岩心鑽機

KZ30DB、XD-35DB型交流變頻電驅動頂驅式岩心鑽機,由中國地質裝備總公司和汶川科學鑽探工程中心、核工業地質局等單位合作研製,是一種具有我國自主知識產權的新型電動頂驅式岩心鑽機。鑽探施工能力N口徑分別為5000m、3500m。該鑽機由工業電網提供動力源,採用模塊化交流變頻電驅動單元作為提升、回轉、送鑽、打撈等執行系統,採用全轉矩控制、全機械化作業、全數字化操作的工作模式,融合機、電、液、氣、電子及信息化技術為一體,服務於孔深3500m的礦產勘探及能源鑽采深部鑽探作業。

(一)鑽機系統設計

1)採用重載K型鑽塔,承載1350kN,導軌行程25m,實現18m立根鑽進。

2)頂部驅動鑽井系統直接在井架上部驅動鑽柱,並沿井架內導軌上下移動,通過交流變頻絞車實現減壓鑽進功能,完成回轉鑽進、鑽井液循環、接立根/單根、上卸扣、倒劃眼等操作。

3)採用以AC-VFD-AC交流變頻方式驅動鑽機主要執行部件(絞車、頂驅、繩索卷揚、轉盤)的電機。實現頂驅、絞車等部件全程無級調速,取消機械換擋,傳動簡單、可靠。

4)採用全數字化交流變頻控制技術,通過電傳系統PLC、觸摸屏和氣、電、液及儀表參數一體化設計,實現頂驅、絞車、繩索卷揚、轉盤等部件的智能化控制,並可實現遠程鑽進參數的監控。

(二)鑽機主要結構

鑽機主要結構部件包括K135鑽塔、2.0鑽井平台、電驅頂驅系統、電驅主絞車(含盤剎)、電驅繩索絞車(含盤剎)、電控系統、司鑽房、井口自動化裝置、泥漿泵及固控裝置等。

1.鑽塔、平台

採用K型鑽塔,鑽塔凈空高度31m,最大鉤載1350kN(5×6游車繩系),平台高度2.0m,立根盒容量4000m。鑽塔結構如圖2-14所示。

圖2-14 K型鑽塔結構示意圖

2.頂驅系統

直驅電驅動高速頂驅作為核心部件(圖2-15),具備回轉、泥漿循環、加接單根、起下立根、擰卸絲扣等功能。該頂驅獲國家發明專利,專利號:ZL201310367876.4。機械部分包括以下3部分:

圖2-15 頂驅結構

1)托架-滑車總成,由托架與多組滾子組成。確保頂驅沿著導軌高速運動或者慢速給進的運動限制及抗扭功能。

2)電機-水龍頭總成,由變頻電機組件與水龍頭組件組成。

3)自動擺管裝置,由提吊側擺機構與背鉗擰卸機構組成。側擺機構負責從平台拾取鑽桿單根,或從二層台抓取立根;背鉗擰卸機構負責單根鑽桿或鑽桿立根與頂驅主軸之間的絲扣擰卸。

3.主絞車

主絞車採用300kW交流變頻電機,通過減速機、捲筒離合器輸出扭矩與速度到捲筒,再通過天車、游車實現對頂驅的提升與下放;主捲筒通過電機編碼器、制動單元實現能耗制動及零速懸停,通過液壓盤剎實現安全制動;通過捲筒編碼器可以精確測定頂驅系統在鑽塔凈空內的運行位置;通過過卷防碰、井架防碰實現對捲筒的安全制動。主絞車結構如圖2-16所示。

圖2-16 主絞車結構示意圖

送鑽裝置包含:送鑽變頻電機通過大速比送鑽減速機、送鑽離合器、減速機、捲筒離合器輸出扭矩與轉速給主絞車捲筒。

主絞車具有以下特點:

1)傳動方式:交流變頻電驅動,氣胎離合。

2)控制方式:閉環控制,可實現零位懸停。

3)安全模式:過卷防碰,井架鋼絲繩防碰,電子防碰。

4)剎車模式:主剎車為液壓盤剎,輔助剎車能耗制動。

5)制動形式:駐車制動、工作制動、緊急制動(失電)。

6)送鑽控制:小功率變頻電機實現自動送鑽,可實現3000N調壓精度。

7)控制顯示:氣源、潤滑油壓力、游車位置與游車速度的顯示與報警。

8)互鎖功能:主電機與送鑽電機啟動互鎖。

4.繩索取心絞車

繩索取心絞車(圖2-17)最大拉力:25000N;最高繩速:200m/min;鋼絲繩直徑:8mm;容繩量:4000m。該型絞車獲國家發明專利,專利號:ZL201310368723.2,其設計特點及功能優勢如下。

圖2-17 繩索取心絞車

(1)設計特點

1)傳動方式:交流變頻電驅動,電磁離合器;

2)控制方式:閉環控制,可實現零位懸停;

3)剎車模式:主剎為液壓盤剎,輔剎為能耗制動;

4)排列方式:自動排繩、自動換向;

5)控制顯示:可檢測繩長、繩速、張力。

(2)功能優勢

1)具有電磁離合,可實現無動力自由下放;

2)具有液壓盤剎,可實現安全制動;

3)具有排繩、張力、繩長等裝置,提高打撈成功率。

5.電控系統(AC-VF-AC)

電控系統由動力部分、變頻驅動部分以及各執行單元三部分組成。動力裝置為網電變壓器或柴油發電機組;變頻驅動裝置為VFD房(Variable-frequency Drive),包含頂驅電機、絞車電機、送鑽電機、繩索絞車電機、轉盤電機的變頻器以及綜合控制裝置(包含可編程邏輯控制器PLC);執行單元包含各部件的變頻電機、感測器、編碼器、動力電纜及控制電纜。控制系統布局圖如圖2-18所示。

6.鑽機操作間

鑽機操作間是整個鑽井現場的「司令部」,如圖2-19所示。主要組成部分為電氣控制部分和數字化操控界面。除此之外,包含現場多點視頻監控、獨立檢測系統、現場通信裝置等。

操作間實現了集中、智能、舒適、安全操控的功能。電氣控制部分(元件面板)完成回轉、升降轉速、扭矩設定,加桿、擰卸、剎車等啟停及作業流程;數字化界麵包括觸摸屏、顯示屏等,其功能是在各個人機界面中顯示工藝參數及設備運行參數並可進行設定。

7.工作室

除操作間的人機操作界面外,還配有遠程監控工作室,設置了鑽進參數工控機,可實時監視鑽機各個部件的運行狀態及主要的鑽進工藝參數,包括鑽進界面、網路布局、裝置布局、趨勢圖、操作記錄、數據記錄等,不僅可以實時記錄設備運行參數、工藝參數、操作記錄等,而且可以存儲備份並遠程傳輸。

圖2-18 電控系統布局圖

圖2-19 鑽機操作間

8.輔助裝置

為配合頂驅取心鑽進工藝和單吊卡作業的完整流程,配備了液壓吊卡、動力鉗、氣動卡盤三個機械化井口作業專用輔助裝置,以提高作業效率、降低人工勞動強度。

1)液壓吊卡(圖2-20):用於提吊大直徑繩索取心鑽桿加接單根、立根,協助起下鑽作業,可實現自動開合、自動插銷、自動鎖緊。該吊卡獲國家發明專利,專利號:ZL201310367854.9;

2)動力鉗:用於大直徑大扭矩繩索鑽桿自動擰卸的動力裝置;

3)氣動卡盤:用於孔口自動夾持大噸位大直徑繩索鑽桿的裝置(圖2-21)。

圖2-20 液壓吊卡

圖2-21 氣動卡盤

(三)鑽機主要技術參數

KZ30DB、XD-35DB型電動頂驅鑽機主要技術參數見表2-8。

表2-8 KZ30DB、XD-35DB型電動頂驅鑽機主要技術參數

續表

(四)鑽機應用實例

XD35DB型鑽機,於2012年8月～2013年5月,在江西崇仁相山大型鈾礦田為「中國鈾礦地質第一科學深鑽」提供裝備支撐,實現全孔連續取心2818.88m,終孔口徑Ф122mm;創造了國內S114大口徑繩索取心鑽深紀錄。

自2012年7月起,KZ30DB型鑽機用於設計孔深3350m的四川綿陽汶川科學鑽探四號孔(WFSD-4)施工,採用電驅動轉盤鑽進工藝。

2. 像鑽床主軸能升降的裝置，簡易的，最好能做成十字形的

最簡單的螺旋傳動不就可以滿足你的要求了嗎，圖中紅色部分圈起來的就是一個螺旋傳動

3. 常用的鑽床有哪幾種在使用上有何特點

1、立式

工作台和主軸箱可以在立柱上垂直移動。

特點：用於加工中小型工件。

2、台式

簡稱台鑽。一種小型立式鑽床，最大鑽孔直徑為12～15毫米，安裝在鉗工台上使用。

特點：多為手動進鑽，常用來加工小型工件的小孔等。

3、搖臂式

主軸箱能在搖臂上移動，搖臂能回轉和升降，工件固定不動。

特點：適用於加工大而重和多孔的工件，廣泛應用於機械製造中。

4、深孔鑽床

用深孔鑽鑽削深度比直徑大得多的孔（如槍管、炮筒和機床主軸等零件的深孔）的專門化機床。

特點：為便於除切屑及避免機床過於高大，一般為卧式布局，常備有冷卻液。

5、立式鑽床

特點：輸送裝置（由刀具內部輸入冷卻液至切削部位）及周期退刀排屑裝置等。

6、中心孔鑽床

特點：用於加工軸類零件兩端的中心孔。

7、銑鑽床

特點：工作台可縱橫向移動，鑽軸垂直布置，能進行銑削的鑽床。

8、卧式鑽床

主軸水平布置，主軸箱可垂直移動的鑽床。

特點：一般比立式鑽床加工效率高，可多面同時加工。

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鑽床的工作原理

通常鑽頭旋轉為主運動，鑽頭軸向移動為進給運動。加工過程中工件不動，讓刀具移動，將刀具中心對正孔中心，並使刀具轉動(主運動)。鑽床的特點是工件固定不動，刀具做旋轉運動。鑽床的工作方法主要有兩步：

1、對工件需要鑽孔的地方進行准確定位，定位方式主要分為兩種一種是刀具定位，一種是專用工具定位。

刀具定位：刀具定位是用道具的和機床的回轉中心來進行定位，刀具在旋轉過程中與機床由一個回轉中心，用其定位。

專用工具定位：專用工具使用如頂尖之類的定位專用工具來進行定位的。

2、對定位點進行鑽孔，對已經進行過精確定位的點進行鑽孔。

參考資料來源：網路-鑽床

4. 機床夾具設計的機工版教材3

書 名: 機床夾具設計（第3版 ）作者：薛源順
出版社： 機械工業出版社
出版時間：2011-08-16
ISBN: 9787111351580
開本： 16開
定價: 34.00元
本書高職層次、配有電子課件 前言
第一章機床夾具概論1
第一節機床夾具簡介1
第二節機床夾具的功能和在機械加工中的作用4
第三節機床夾具的組成6
第四節機床夾具保證加工精度的原理7
第五節機床夾具的分類及設計要求9
復習題12
第二章工件的定位13
第一節工件定位的基本原理13
第二節定位元件設計27
第三節定位誤差49
第四節多個定位基準的定位54
第五節定位設計64
復習題68
第三章工件的夾緊73
第一節夾緊裝置的設計73
第二節基本夾緊機構79
第三節定心夾緊機構97
第四節聯動夾緊機構99
第五節夾具動力裝置102
復習題116
第四章分度裝置118
第一節分度裝置的結構及主要類型118
第二節分度裝置的設計121
第三節分度裝置的應用126
復習題131
第五章各類機床夾具132
第一節車床夾具132
第二節銑床夾具141
第三節鑽床夾具152
第四節鏜床夾具166
復習題172
第六章專用夾具的設計方法174
第一節夾具設計的要求、方法和設計步驟174
第二節夾具體的設計180
第三節夾具的精度及夾具總圖尺寸、公差配合與技術要求的標注187
第四節夾具的製造及工藝性196
第五節機床夾具的計算機輔助設計203
復習題210
第七章現代機床夾具216
第一節現代機床夾具的發展216
第二節成組夾具218
第三節通用可調夾具229
第四節組合夾具233
第五節拼裝夾具244
第六節隨行夾具249
第七節數控機床夾具251
復習題271
附錄273
附表1定位夾緊符號273
附表2固定式定位銷273
附表3錐度心軸274
附表4機床聯系尺寸277
附表5麻花鑽的直徑公差279
附表6擴孔鑽的直徑公差279
附表7鉸刀的直徑公差280
附表8快換鑽套280
附表9定位鍵281
附表10常用夾具元件的材料及熱處理282
附表11常用夾具元件的公差配合283
附表12以齒形定位時定位滾柱直徑的計算283
附表13定位滾柱外公切圓直徑的計算284
附表14中型系列組合夾具元件284
附表15定位誤差計算示例286
參考文獻288

5. 數控機床自動上下料機械手設計選題的目的以及意義

提高效率，節省成本。
數控機床自動肆悉上下料機械手的設計目的是減少人工操作，提高生產效率。
意義是能夠靈活地完成重復性的物料搬運任務，節省成本，提高工作效率，有純山利於提升企業競爭做雹中力。