C6132 改裝成雙工位數(shù)控缸體孔 鉆床設計 The Design of C6132 refit for Double station NC Cylinder hole drill 院 系 專 業(yè) 班 級 學 號 學 生 姓 名 指 導 教 師 20 畢業(yè)設計 論文 指導教師審閱意見 題目 C6132 改裝成雙工位數(shù)控缸體孔鉆床設計 評語 指導教師 年 月 日 畢業(yè)設計 論文 評閱教師審閱意見 題目 C6132 改裝成雙工位數(shù)控缸體孔鉆床設計 評語 評閱教師 年 月 日 畢業(yè)設計 論文 答辯成績評定 畢業(yè)設計 論文 第 答辯委員會于 年 月 日審閱 了 班級 學生的畢業(yè)設計 論文 聽取了該生的報告 并進 行了答辯 設計 論文 題目 C6132 改裝成雙工位數(shù)控缸體孔鉆床設計 設計 論文 說明書共 38 頁 設計圖紙 3 張 畢業(yè)設計 論文 答辯委員會意見 經答辯委員會無記名投票表決 通過 同學本科畢業(yè)設計 論文 答辯 根據學校相關規(guī)定 經答辯委員會認定 該生的畢業(yè)設計 論 文 成績?yōu)?專業(yè)畢業(yè)設計 論文 答辯委員會 主任委員 年 月 日 畢業(yè)設計 論文 開題報告 設計 論文 題目 C6132 改裝成雙工位數(shù)控缸體孔鉆床 學 院 專業(yè)班級 學生姓名 指導教師 開題時間 年 月 日 1 課題的目的和意義 數(shù)控機床是綜合應用了微電子 計算機 自動控制 自動檢測以及精密機 械等技術的最新成果而發(fā)展起來的完全新型的機床 由于技術先進以及復雜性 使得研究制造數(shù)控機床的成本高價格貴 而我國的國情又決定了一次性購買或 制造數(shù)控機床機床是不合實際的 所以將原有的普通機床改裝成數(shù)控機床是一 種經濟明智的做法 它適用于加工單件 小批量以及形狀復雜的零件 加工精 度高 并且不在局限于只加工一種零件 它成本低 制造周期短等優(yōu)點已被許 多廠家所接受 近年來 汽車工業(yè)取得了突飛猛進的發(fā)展 其產量日益提高 越來越多的 消費者也對汽車的性能提出了更高的要求 然而 由于汽車制動缸體的加工屬 于深孔類加工難度較高 加工工作量較大 二傳統(tǒng)的麻花鉆又存在著刀具壽命 低 加工表面質量差 被加工孔與其它要素之間的位置精度難以保證等諸多不 利因素 制動缸體的生產已成為制約汽車產量的難題之一 目前興起的新型鉆 槍以其加工質量好 鉆屑效率高等優(yōu)點很好地解決了這個問題 然而由于深孔 鉆床的特殊性 其價格比較昂貴 對于非專業(yè)化廠家 成本過高 而采用普通 車床改裝成的深孔加工數(shù)控鉆床 本課題既擬采用 C6132 改裝成一臺雙工位數(shù)控缸體孔鉆床 2 國內 外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 組合機床是一種高效自動化的專用機床 它與一般的專用機床明顯的不同 是 組合機床是由大量通用部件 通用零件和少量專用部件所組合而成 12 因此 通用部件是組合機床發(fā)展的基礎 組合機床通用部件是指在組合機床及 其自動化設計 制造和使用中 有著統(tǒng)一聯(lián)系尺寸標準 可以相互更換使用的 一些專用部件 這些部件經過試制 試驗 鑒定而最后定型 因此它的結構可 靠 使用性能穩(wěn)定 3 因此 組合機床通用部件保證了組合機床的質量 降低 了成本 縮短了設計制造周期 促進了組合機床的發(fā)展 組合機床的通用化程度是衡量組合機床水平的重要標志 具有重要的經濟 意義 組合機床的通用化程度是指在組合機床的零件總數(shù)中 通用零件所占的 百分比 目前一般可達到 60 70 最高可達到 90 通用部件直接影響到組合 機床及其自動線的自動化水平 加工精度 加工效率以及機床加工工藝方案和 經濟效益 因此 通用部件應滿足下列要求 1 通用部件應具有高的系列化 標準化和通用化水平 增加互換性 擴大通 用部件的使用范圍 2 通用部件在性能上應具有先進性 在結構上應具有足夠的剛度和精度 以 滿足各方面加工的需要 3 通用部件在結構和性能上應滿足 使用方便 性能穩(wěn)定 工作可靠 制造 容易 維修簡單和外形美觀等 還要考慮經濟性 動力部件要求有適當?shù)淖兯?范圍和變速方法 4 必須提高通用部件的靈活性 以適應各種組合機床及其自動線的要求 5 必須增加通用部件的品種和規(guī)格 以滿足生產的發(fā)展 如發(fā)展適合中小批 生產和品種加工組合機床的通用部件 通用部件已經定制為國家標準 并等效于國際標準 8 設計時 應貫徹執(zhí) 行國家標準 我國有些企業(yè)有內部標準 但其主要技術參數(shù)及部件的聯(lián)系尺寸 必須同意執(zhí)行國家標準 以實現(xiàn)部件通用化目標 槍鉆一般是用來鉆削工件回轉中心上的孔 鉆削加工時 通常是工件旋轉 鉆頭作直線進給 槍鉆一般是內切削外排屑結構 由硬質合金鉆頭 鉆桿 傳 動套三部份組成 槍鉆鉆頭上開有油孔 以加強鉆頭冷卻潤滑和使切屑順利 排出 并選擇韌性和抗振性均較佳的硬質合金作為基體 表面可涂 TiC 或 TiN 以提高鉆頭的硬度和耐磨性 鉆桿一般選用 40Cr 無縫鋼管 熱處理硬度 35 45HRC 以提高強度 增加剛性 美國 ELDORADO 公司對槍鉆導向塊的布置形式作了大量有成效的試驗和研究 該公司認為 工具類型不同 其加工中扭矩特征亦隨之變化 當槍鉆的切削刃 幾何參數(shù)相同 進給量恒定時 其切削扭矩比較穩(wěn)定 但隨著導向塊的結構形 狀和布置位置不同 其擠壓扭矩也隨之發(fā)生變化 該公司研制的槍鉆 結構形 式很多 尤其是鉆頭導向塊布置形式與通常的標準型槍鉆不同 以五種形狀為 主 分別適用于鉆削鋼和不銹鋼 鉆削有色金屬和鑄鐵 用戶機床條件較差 用戶要求改善孔徑精度和表面粗糙度等場合 ELDORADO 公司的槍鉆加工深孔的直線度可達 0 025 300mm 孔徑偏差在 0 013 之內 孔表面粗糙度均方根值可達 0 1 m 14 其生產的槍鉆直徑為 1 4 38 1mm 11 2in 而德國 TBT 公司的槍鉆鉆孔時的徑向圓跳動當加工 件旋轉時可達到一米深的孔為 0 2 0 4mm 加工深孔的直線度可達 0 02 0 04 500mm 孔徑偏差根據不同材料而有所不同 一般在 IT6 IT11 之間 孔表面粗糙度 Ra 值也可達 0 1 m 13 他們生產的槍鉆直徑為 1 95 35mm 并有 6 種柄部結構形式 同時 TBT 公司還生產階梯槍鉆 瑞 典 Sandvik 公司生產的槍鉆直徑為 1 95 35mm 有 12 種柄部結構形式 孔 徑偏差為 IT9 孔表面粗糙度 Ra 值為 0 1 3 2 m 孔深大于 100D 加工深孔 的直線度與 TBT 公司相同 瑞典 Sandvik 公司還生產在一般工具磨床上重磨 1 95 30mm 槍鉆的專用裝置 德國 botek 公司生產的槍鉆直徑為 1 85 40mm 雙頭槍鉆和階梯槍鉆直徑為 4 32mm 也生產在一般工具磨 床上重磨 1 85 40mm 槍鉆的專用裝置 孔加工是金屬切削加工中最常用的加工工藝 據統(tǒng)計 孔加工的金屬切除 量約占切削加工總金屬切除量的 1 3 鉆頭的產量約占刀具總產量的 60 目前 用于加工微小孔的工藝方法雖然較多 但應用最廣泛 生產實用性最強的仍是 采用麻花鉆鉆削加工 6 隨著對孔加工質量和效率的要求不斷提高 傳統(tǒng)的鉆 削工藝已顯示出極大的局限性 而近年來迅速發(fā)展的振動鉆削工藝則日益顯示 出其獨特的優(yōu)勢及廣闊的應用前景 深孔加工技術已在國防工業(yè) 石油采掘 航空航天 機床 汽車等行業(yè)獲 得相當廣泛的應用 且由于其高效 高精度等優(yōu)越性 深孔加工技術也在某些 零件的淺孔加工中得到應用 4 近年來 深孔加工技術的發(fā)展很快 我國機械 制造加工業(yè)對深孔加工技術的研究也取得了長足的進步 如將深孔鉆削與低頻 振動切削結合起來形成的深孔振動鉆削技術 噴吸鉆系統(tǒng) 單管內排屑噴吸鉆 SED 系統(tǒng) 槍鉆系統(tǒng) BTA 鉆削系統(tǒng) 深孔套料鉆削系統(tǒng)等也都有相應的研究 和創(chuàng)新 3 課題的主要工作 3 1 主要設計內容 1 動力頭及電動機的選擇 2 滾珠絲杠副的設計 3 制動缸夾具的設計 4 控制電路的設計 5 回收箱及擋板的設計 3 2 擬解決的關鍵技術 1 動力頭與旋轉式夾持套筒間的配合問題 2 步進電機的單片機控制 3 滾珠絲杠螺母副的選擇 4 夾具的設計 4 完成課題所需的條件 設計室 電腦 Pro E 以及 AutoCAD 軟件 上網或到書店閱讀與課題有關 的書籍 到圖書館查詢有關的期刊資料 借鑒優(yōu)秀的博碩論文 向指導老師請 教 5 課題的實施計劃 假期 查找與翻譯資料 具體有 1 查找一些有關設計方向的書籍 以復習和更深一步的了解機械產品的設計過 程及結構設計中應注意的問題 為更好的完成畢業(yè)設計做好充分的準備 2 查找有關數(shù)控機床方面的資料 了解有關數(shù)控機床結構設計有關的書籍和 手冊 例如機床設計手冊 機械設計手冊 3 查找國內外數(shù)控技術的發(fā)展狀況及發(fā)展前景 以更加充分的了解數(shù)控技術 及時了解數(shù)控技術的發(fā)展趨勢 逐步明確畢業(yè)設計的方向 4 在沈陽工業(yè)大學圖書館電子資源數(shù)據庫中查找?guī)灼c設計課題有關的資料 5 找一篇與數(shù)控技術有關的英文資料進行翻譯 以備了解英文論文的寫作方式 為以后打下良好的基礎 6 設計進度安排如下表 1 1 表 1 1 設計進度安排表 序號 階段及內容 起止時間 1 確定設計題目 撰寫開題報告 3 月 2 日 3 月 22 日 2 總體方案設計 3 月 23 日 3 月 29 日 3 設計計算伺服系統(tǒng)機械部分 3 月 30 日 4 月 12 日 4 大體結構設計 即初步確定各個主要零件的位置 4 月 13 日 4 月 26 日 5 繪制裝配圖 零件圖 4 月 27 日 5 月 24 日 6 對二維圖紙進行標注 5 月 25 日 6 月 7 日 7 撰寫說明書 6 月 8 日 6 月 14 日 8 修改論文 準備答辯 6 月 15 日 6 月 21 日 9 論文答辯 6 月 22 日 6 月 28 日 6 主要參考文獻 1 深孔加工技術 王世清主編 M 西安 西北工業(yè)大學出版社 2003 9 2 吳宗澤 機械設計師手冊上冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2000 12 3 組合機床設計 大連組合機床研究所編 M 機械工業(yè)出版社 1975 6 4 機械設計 孫志禮等主編 M 沈陽 東北大學出版社 2000 9 5 榮西林 電工與電子技術 M 北京 冶金工業(yè)出版社 2001 6 機床設計圖冊 哈爾濱工業(yè)大學 天津大學 主編 M 上海科學技術出版社 1979 6 7 機電一體化設計 劉杰等編著 M 北京 冶金工業(yè)出版社 2003 1 8 組合機床通用部件圖冊 組合機械研究所 1960 8 9 組合機械設計 叢風延 遲建山主編 上?？萍即髮W出版社 1993 8 10 機械設計手冊 機械設計手冊編寫組 機械工業(yè)出版社 1986 11 李洪 機械加工工藝手冊 北京出版社 1990 12 從鳳延 遲建山 組合機床設計 上?？萍即髮W出版社 1994 13 Julie Z Zhang Joseph C CHENB E Daniel Kirby Surface roughness optimization in an end milling operation using the Taguchi design method Department of Industrial Technology University of Northern Iowa Iowa USA 2008 Journal of Materials Processing Technology 184 2007 233 239 1 M NALBANT H GOKKAYA G Sur 14 Ross PJ Taguchi techniques for quality engineering McGraw Hill International Editions Singapore 1996 15 Ghani JA Choudhory IA Hassan HH 2004 Application of Taguchi method in the optimization of end milling parameters J Mater Process Technol 145 84 92 指 導 教 師 評 閱 意 見 指導教師簽字 年 月 日 I 摘 要 本次設計課題是 C6132 改裝成雙工位數(shù)控缸體孔鉆床設計 課題的確定 是通過了解了機械制造行業(yè)中面臨的一些技術難題和困擾 通過上網查閱資料 本課 運用本專業(yè)所學的知識解決一部分實際難題 該設計是用一些常見的通 用零件根據設計要求 將一臺 C6132 車床改裝 解決汽車制造行業(yè)中的制動泵 缸體鉆削深孔的問題 有效的節(jié)約工廠的投資成本 提高機床的利用率 本設 計主要包括四個階段 一階段是根據機械設計要求進行對組合機床的總體方案設計 其中包括確 定加工方式 機床控制系統(tǒng)的選擇和機床主參數(shù)的選擇計算 二階段是根據總體設計方案設計組合機床中機械部分 包括機床動力源 側面底座 數(shù)控機械滑臺和中間底座的選擇和計算 夾具設計 計算及校核 并完成用于夾緊的液壓站系統(tǒng) 完成液壓站原理圖 三階段是選擇電機 并運用 PLC 控制電機的加工過程 實現(xiàn)機床的自動加 工 有效的提高加工效率并完成控制系統(tǒng)組合機床控制系統(tǒng)的設計 利用三菱 FXN PLC 對機床實現(xiàn)加工和控制 同時編制出加工過程的電氣控制圖 四階段是運用機械制圖的基本原則 通過 CAXA 電子圖板對組合機床和夾 具進行裝配設計 同時生成倆張二維裝配圖紙 關鍵詞 數(shù)控改造 C6132 深孔鉆削 液壓夾具 II Abstract The design is mainly to design the combined machine tool what machining the deep bore in the brake pump of automobile according the bases of design specification This design is the fact assignment in manufactory so the components mainly choose that standardized unit can be purchased in market in order to reduce production costs The design is mainly divided into four parts The first part is a content of total project design of the combined machine tool including confirming the working method and the main parameter The second part is design the mechanical part of the combined machine tool according the total project design including confirming the cutter head the side base and the middle base designing the hydraulic grip and the hydraulic system completing the rationale design of the hydraulic system The third part is to design the PLC control system for the combined machine tool make the woking control using the FX2N PLC Complete the rationale drawing of the hydraulic system The finally part is to design the assembling drawing for the combined machine tool and the hydraulic grip useing CAXA software according to the rationale of theory of machines and get two dimensional assembling drawings Key word numerical control reform C6132 gun drilling hydraulically operated fixture III 目錄 第 1 章 緒論 3 1 1 組合機床特點及發(fā)展狀況 3 1 2 槍鉆及深孔加工 4 1 2 1 深孔加工的特點 4 1 2 2 槍鉆的特點 5 1 3 C6132 的簡介 6 1 4 本課題主要設計內容 7 1 5 本課題擬解決的關鍵技術 8 第 2 章 總體方案設計 9 2 1 組合機床通用部件特點及分類 9 2 2 加工產品技術要求 10 2 3 總體方案 11 2 3 1 改裝方案 11 2 3 2 參數(shù)計算 11 第 3 章機械系統(tǒng)設計 13 3 1 組合機床通用部件選用 13 3 1 1 切削動力頭選擇與安裝 13 3 1 2 數(shù)控機械滑臺選擇 15 3 1 3 側底座的選擇 16 3 1 4 中間底座的選擇 17 3 2 刀具的選擇 17 3 2 1 槍鉆工作原理 17 3 2 2 槍鉆的結構 18 3 2 3 槍鉆的冷卻及其霧化 21 3 2 4 槍鉆刃磨設備 21 3 3 夾具設計 21 3 3 1 組合機床夾具機械部分設計 21 3 3 2 夾具液壓部分設計 23 3 4 步進電機的選擇 25 IV 3 4 1 步進電動機工作原理 25 3 4 2 步進電動機驅動器 27 3 4 3 步進電動機控制器 27 第 4 章 C6132 車床改造計算部分 28 4 1 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 28 28KN7 43216 7C3 4 3 步進電機的計算和選型 29 4 4 進給系統(tǒng)驗算 32 第 5 章 PLC 組合機床控制系統(tǒng) 35 5 1 PLC 控制系統(tǒng) 35 5 1 1 可編程序控制器組成及特點 35 5 1 2 PLC 及脈沖模塊的選取 36 5 2 PLC 編程 36 5 2 1 輸入繼電器 X 37 5 2 2 輸出繼電器 Y 38 5 2 3 定時器 T 38 5 2 4 應用指令 MOV DRVA CMP 39 第 6 章 經濟性與環(huán)保性分析 40 結 論 41 參考文獻 42 致謝 43 1 目錄 第 1 章 緒論 3 1 1 組合機床特點及發(fā)展狀況 3 1 2 槍鉆及深孔加工 4 1 2 1 深孔加工的特點 4 1 2 2 槍鉆的特點 5 1 3 C6132 的簡介 6 1 4 本課題主要設計內容 7 1 5 本課題擬解決的關鍵技術 8 第 2 章 總體方案設計 9 2 1 組合機床通用部件特點及分類 9 2 2 加工產品技術要求 10 2 3 總體方案 11 2 3 1 改裝方案 11 2 3 2 參數(shù)計算 11 第 3 章機械系統(tǒng)設計 13 3 1 組合機床通用部件選用 13 3 1 1 切削動力頭選擇與安裝 13 3 1 2 數(shù)控機械滑臺選擇 15 3 1 3 側底座的選擇 16 3 1 4 中間底座的選擇 17 3 2 刀具的選擇 17 3 2 1 槍鉆工作原理 17 3 2 2 槍鉆的結構 18 3 2 3 槍鉆的冷卻及其霧化 21 3 2 4 槍鉆刃磨設備 21 3 3 夾具設計 21 3 3 1 組合機床夾具機械部分設計 21 3 3 2 夾具液壓部分設計 23 3 4 步進電機的選擇 25 2 3 4 1 步進電動機工作原理 25 3 4 2 步進電動機驅動器 27 3 4 3 步進電動機控制器 27 第 4 章 C6132 車床改造計算部分 28 4 1 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 28 28KN7 43216 7C3 4 3 步進電機的計算和選型 29 4 4 進給系統(tǒng)驗算 32 第 5 章 PLC 組合機床控制系統(tǒng) 35 5 1 PLC 控制系統(tǒng) 35 5 1 1 可編程序控制器組成及特點 35 5 1 2 PLC 及脈沖模塊的選取 36 5 2 PLC 編程 36 5 2 1 輸入繼電器 X 37 5 2 2 輸出繼電器 Y 38 5 2 3 定時器 T 38 5 2 4 應用指令 MOV DRVA CMP 39 第 6 章 經濟性與環(huán)保性分析 40 結 論 41 參考文獻 42 致謝 43 3 第 1 章 緒論 1 1 組合機床特點及發(fā)展狀況 組合機床是用通用部件作為基礎 再加上少量專用部件 按預定的工序對 一種或多種工件進行同時加工的機床 1 它能夠對工件進行多刀 多軸和多工 位的同時加工 隨著組合機床技術的發(fā)展 其能夠加工的工藝范圍日益擴大 組合機床與其他機床的比較 1 組合機床由 65 85 的優(yōu)勢在于在原機床基礎上 將機床的部分用通 用零部件改裝 在配用一部分專用零部件就可以使原有機床完成新的加工任務 這樣做可以有效的縮短設計 制造周期 并且維修方便 與此同時為制造商節(jié) 約很大的成本 而且機床是根據被加工工件進行的專門設計 在保證加工精度 的同時 縮短了加工時間 實現(xiàn) 了效率和和利潤的雙贏 2 機床能夠對工件在一次裝夾下運用多軸完成多孔加工 這樣可以保 證各孔之間的精度要求 減少對工件工序之間的搬運 能夠改善勞動條件 減 少占地面積 3 組合機床的通用部件能夠完成專門的集中生產 有助于提高產品精 度和技術水平 降低制造成本 專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而不斷升級 逐漸趨于一般化 專用機床 中的一些零件在其他機床也經常用到 為了方便制造和替換 這些零件逐步標 準化 這就產生了通用零件 1 2 槍鉆及深孔加工 1 2 1 深孔加工的特點 機械制造業(yè)中的很多場合需要用鉆頭在零件毛坯上加工孔 依據孔的 L H 將孔的加工分為淺孔加工和深孔加工 深孔加工是機械制造業(yè)的一大難題 產 品的精度不易保證 而且工作量大 已成為機械加工業(yè)的技術瓶頸 隨著制造 業(yè)的發(fā)展 技術的更新 產品不斷更新?lián)Q代 新型材料的不斷涌現(xiàn)和應用 深 孔加工技術嚴重制約著行業(yè)的發(fā)展 同時對加工設備和刀具也提出了更高的要 求 4 隨著生產與科學技術的發(fā)展 深孔零件的加工方面有了很多的發(fā)展 新材 料的使用對深孔加工過程提出了新的技術要求 但零件的毛坯質量有了較大的 提高 冶金技術的提高 改善了材料的各項性能 使得材料加工性能發(fā)生了較 大的變化 鍛造及壓力加工技術的發(fā)展 使得毛坯材料的去除率有了很大的降 低 此外 熱處理技術的提高 待加工的毛坯經過熱處理后 其工藝性能和使 用性能會大幅度改善 這些改變會更加有利于深孔加工 近些年 隨著孔的深加工技術日新月異的飛速發(fā)展 深孔加工面臨著極其 嚴峻的挑戰(zhàn) 由于機械工業(yè)產種類的增加 小批量和單品種已難以滿足市場需 求 如何在原有基礎上在提高勞動生產率同時節(jié)約成本成為深孔加工技術發(fā)展 的核心任務 創(chuàng)立自動化生產線是深孔加工提高生產率的同時獲得經濟效益的 有力手段 深孔鉆削時 鉆桿細長 很小的深孔鉆削時需要的的鉆桿更加細長 以致 剛度很低 所以 設計加工小深孔的刀具時 盡量可能的提高刀具整體剛度 2 在過去的設計中 鉆桿內部加工有方牙螺紋 以此和鉆頭聯(lián)接 這種連接方式 大大的削弱了鉆桿的強度和剛度 在加工過程中 被加工件的質量也很難提高 不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求 經過不斷的改進 在制造合金刀片時將其做出 T 型端面 將其粘結固定在鉆桿上相應的 T 型槽內 這 3 種方法經多次 嘗試 其強度和剛度均優(yōu)于方牙螺紋聯(lián)接 這種情況下同時適當增加小深孔鉆 削時的進給量 生產效率也大大提高 麻花鉆在過去的鉆削行業(yè)有這舉足輕重的地位 但其鉆頭冷 廢屑排出困 難 后經不斷研究升級 研發(fā)了 DF 法 應用于實際生產后得到了較為理想的 結果 目前這種方法得到了廣泛的運用 5 圖 1 1 麻花鉆 1 2 2 槍鉆的特點 槍鉆是理想的深孔加工方案 采用槍鉆能夠獲得精密的加工效果 加工出 來的孔有高同軸度 位置精確 直線度的特點 同時獲得很高的表面光潔度和 重復性 可以方便的加工各式各樣的深孔 對于交叉孔 盲孔及平底盲孔等特 殊孔也能解決 3 槍鉆除了應用于專業(yè)的深孔鉆機外 也能應運在普通數(shù)控鉆 床機床上 將普通的車床配以部分通用零件進行改裝就加工深孔 這樣就可以 無需購進新的設備情況下加工深孔 從而降低生產成本 增加效益 專業(yè)的鉆槍系統(tǒng)包括深孔鉆機 槍鉆及其冷卻系統(tǒng)組成 在使用時 鉆頭 由引導孔接近工件表面 鉆刃具有自導向功能 以此保證鉆削精度 切削過程中會放出大量的熱 如不及時冷卻 高溫會嚴重降低鉆頭壽命 這就需要再鉆削時 同時用冷卻液給鉆頭降溫 冷卻液在高壓下通過鉆頭中間 的通道注入 直達鉆頭進行降溫 然后切屑和冷卻液順著鉆桿上的排屑槽排出 由此保證鉆削加工的正常進行 目前興起的新型鉆槍以其加工質量好 鉆屑效 率高等優(yōu)點很好地解決了這個問題 然而由于深孔鉆床的特殊性 其價格比較 昂貴 對于非專業(yè)化廠家 成本過高 1 3 C6132 的簡介 本課題從生產實際的經濟性和實用性出發(fā) 擬將普通車床改裝成的深孔加 工數(shù)控鉆床 即采用 C6132 改裝成一臺雙工位數(shù)控缸體孔鉆床 6 C6132 車床 C6132 車床主要由車體床身 床頭箱 進給箱 變速箱 溜 板箱四大箱體和刀架 光桿 絲桿 床腿和尾架等輔助部分組成 C6132 代表 的含義 C 表示車 che 床 類代號 61 表示臥式車床 組 系代號 32 表示車床上加工最大回轉直徑的 1 10 主參數(shù) 最大回轉 320mm 圖 1 2 C6132 普通車床 7 1 4 本課題主要設計內容 1 動力頭及電動機的選擇 2 滾珠絲杠副的設計 3 制動缸夾具的設計 4 控制電路的設計 5 回收箱及擋板的設計 1 5 本課題擬解決的關鍵技術 1 動力頭與旋轉式夾持套筒間的配合問題 2 步進電機的單片機控制 3 夾具的設計 8 第 2 章 總體方案設計 2 1 組合機床通用部件特點及分類 組合機床生產效率高 便于自動化 機床的組成部分大多為通用部件 在 轉配少許專用部件組合而成 因此 通用部件是組合機床發(fā)展的基礎 組合機床的通用部件是指在機床及其自動化設計制造以及使用中 有著統(tǒng) 一的尺寸標準 可以相互更換使用的一些專用部件 4 這些零件經過反復試制 試驗 鑒定而最后確定 因此它的結構比較可靠 使用性能比較穩(wěn)定 因此 組合機床通用部件保證了組合機床的質量 降低了成本 縮短了設計制造周期 促進了組合機床的發(fā)展 衡量組合機床水平的重要標志是組合機床的通用化程度 具有極其重要的 經濟意義 組合機床的通用化程度是指在機床的零件總數(shù)中 通用零部件所占 的百分比 目前一般可達到 60 70 最高可達到 90 通用零部件可直接影響到組合機床的性能及其影響自動線的自動化水平 產品 精度 加工的效率以及機床加工工藝方案的確定和經濟效益 因此 通用部件 應滿足下列要求 1 通用零部件應具有較高的系列化水平 標準化水平和通用化水平 擴大互換性以及通用部件的使用范圍 2 通用零部件的結構和性能應滿足以下幾點 性能穩(wěn)定 制造容易 維修簡單和外形美觀等 同時要考慮經濟性 動力部件要求有適當?shù)淖兯俜秶?和變速方法 3 必須提高通用部件的靈活性 以適應各種組合機床及其自動線的要 求 4 必須增加通用零部件的種類和規(guī)格 從而滿足生產發(fā)展 比如發(fā)展 適合中小批量生產和種類的組合機床通用零部件 通用零部件已經被定制為國家標準 并于國際標準等效 在設計時 應嚴 格按照國家標準 如果企業(yè)有其內部標準 但其主要的技術參數(shù)和部件的聯(lián)系 尺寸必須按照國家標準 從而實現(xiàn)部件通用化目標 組合機床的通用零部件根據通用零部件的用途和特點主要分四個大類 1 動力部件 9 動力零部件用來實現(xiàn)機床的切削運動 是機床及其自動化線的主要通用零 部件 從而實現(xiàn)機床的切削運動 如通過電機帶動 經變速箱的轉化 由此帶 動其他主傳動動力部件實現(xiàn)刀具的旋轉進給 完成對工件的加工 動力部件主要有四種 1 主運動動力零部件 用來實現(xiàn)刀具的切削運動 包括電動機 變速箱 進給箱 進給動力部件 實現(xiàn)刀具的移動 包括液壓滑臺 機械滑臺 輸送工件動力部件 將工件由一 個工位運輸?shù)搅硪患庸すの坏牟考?6 包括回轉型工作臺 回轉型鼓輪 移動 的工作臺和自動線運輸裝置等 2 支撐部件 支撐部件包括 側面底座 中間底座 立柱 立柱底座及其各種支架等 支撐部件作為機床及其自動線的基礎部件 用以安裝動力零部件和夾具等 3 控制部件 控制部件用來控制組合機床工作循環(huán) 例如液壓擋鐵 控制擋鐵 分級進 給機構 液壓控制裝置以及自動檢測裝置等 4 輔助部件 輔助零件包括 冷卻潤滑 排出廢屑以及自動化線的各類輔助裝置等 2 2 加工產品技術要求 1 產品名稱 汽車制動泵缸體 圖 2 1 產品結構圖 10 加工對象 汽車制動泵缸體孔 材料 鑄鐵HT240 r范圍 8 9mm 16mm 長度范圍 60 240mm 盲孔 平底 底角最大10 2 3 總體方案 2 3 1 改裝方案 采用槍鉆數(shù)控組合鉆床對汽車制動泵缸體孔進行加工 考慮到加工效率 采用對置雙工位設計 將車床原來的床頭箱卸掉 將兩臺鏜削動力頭固定在床 身上 拆除原有絲杠并安裝滾珠絲杠副 用PLC控制的步進電機實現(xiàn)工件的進 給 2 3 2 參數(shù)計算 由于目前還沒有適用于槍鉆加工的設計公式 其加工時切削參數(shù)和麻花鉆 相似 所以采用麻花鉆計算公式對槍鉆切削參數(shù)進行計算 由機械設計手冊查 得 表 2 1 組合機床設計中推薦的切削力 扭矩 及功率計算公式 刀具材料 工件材料 切削力 切削扭矩 切削功率 硬質合金 灰鑄鐵 注 a 表中 xF均為軸向力 zF為圓周力 b 表中未注明符號 v 切削速度 m min fv 每分鐘進給量 mm min D 加工 銑刀或鉆刀 直徑 mm HB 190HRC 根據以上表中公式計算如下 切削力 43 16905 3271 8 7 0 F 總切削力 NZ3246 切削扭矩 T m 5 6 9740TVPD 2 40 63TDfHB 0 75 80 61fHB 11 第 3 章機械系統(tǒng)設計 3 1 組合機床通用部件選用 3 1 1 切削動力頭選擇與安裝 根據被加工件所需的切削力和切削扭矩 此次設計選擇鏜削頭作為機床的 切削動力頭 3 1 鏜削頭 根據被加工件所需的切削功率P 1 0305kw 查閱相關資料選取1TA20型號 鏜削動力頭 技術參數(shù)如下表 12 表3 1 1TA20鏜削頭的技術性能 根據要求轉表 3 1 1TA20 鏜削頭的技術性能速 800 1000r min 可以選取 頂置 1NGb2 傳動裝置 該傳動裝置為齒輪傳動 可應用于各式材料零件的粗精 鏜孔 表 3 2 1TA20 鏜削頭聯(lián)系尺寸 表 3 3 鏜削頭的主軸端部尺寸 型號 尺寸 mm 莫式錐度號4 D D1 D2 D3 d1 d2 d3 B L L11TA20 110 31 5 63 5 82 5 14 M10 M6 20 12 5 5 型號 功率 kW 主軸端 號 主軸前軸 承軸頸 mm 傳動裝置 主軸轉速 r min 1TA20 1 5 4 60 頂置 1NGb12 低速 80 400 高速 20 1000 膠帶 1NG20 800 3200 尾置 1NG20 200 1000 型號 尺寸 mm B B1 B2 L L1 L2 L3 200 170 226 320 125 155 40 L4 L5 H H1 H2 H3 C d 1TA20 285 45 100 236 438 213 100 14 13 由于是對置雙工位設計 所以選擇兩臺1TA20鏜削動力頭對工件進行加工 將車床原來的床頭箱卸掉 將兩臺鏜削動力頭固定在床身上 3 1 2 數(shù)控機械滑臺選擇 交流伺服機械滑臺除具擁有一般類型的機械滑臺的功能外 同時還使得機 床及其自動化線的進給系統(tǒng)擁有易調并且快速調節(jié)的特點 通過改裝步進電機 可以實現(xiàn)滑臺位控準確及人機對話等 7 考慮到要通過 PLC 系統(tǒng)實現(xiàn)對組合鉆 床的控制 原有的交流伺服電機帶動的機械滑臺 現(xiàn)采用步進電機代替該滑臺 的交流伺服電機 再用 PLC 系統(tǒng)控制步進電機來控制加工過程 其中滑臺的快 進 工進 定位由步進電機來控制 考慮到槍鉆換刀空間 側底座裝配尺寸 工件尺寸范圍以及夾具尺寸 應該選取足夠行程的數(shù)控滑臺 經過計算選用最 大行程為 400 的 NC 1HJ25 型交流伺服數(shù)控機械滑臺 主要聯(lián)系尺寸表如下 表3 4 NC 1HJ25 型交流伺服數(shù)控機械滑臺聯(lián)系尺寸 型號 B B1 B4 L L1 L2 L3 250 250 79 5 400 500 940 95 L4 H b1 C n dNC 1HJ25 403 250 220 55 4 M12 由于是對置雙工位設計 所以選擇兩臺 NC 1HJ25 型交流伺服數(shù)控機械滑 臺 查得該數(shù)控機械滑臺中的滾珠絲杠直徑為 25mm 導程為 10mm 長度為 900mm 根據滾珠絲杠以及最大切削力計算步進電機的扭矩 通過扭矩選擇步進電 機 查得有關資料如下 M Ftan d 2 2 3 1 其中 F 為最大切削力 為導程 d2 為中徑 計算得 M 5 6 N m 由于永磁式的步進電機的轉矩比較小 根據所求扭矩應選擇兩相混合式步 14 進電機 PH261O M 為 6M 3 1 3 側底座的選擇 側底座也稱為臥式床身 其用途是在臥式機床中在側底座上安裝動力滑臺 其長度的決定是通過其上所安裝的動力滑臺的長度 動力滑臺的行程有幾種 側底座的長度就幾種規(guī)格 最新的標準系列規(guī)定側底座的高度為 560 或 630mm 但當機床所需要的高度較低時 它的高度可以按 450mm 設計 8 但由 于加工時要求一定的裝料高度 對于加工不同零件的機床 可以在側底座與滑 移座間增加調整墊 本系列滑臺側底座的長度按滑臺行程長度分型并與其配套 滑移座安裝在 側底座上 側底座與中間底座用螺釘及銷聯(lián)結成一體 5 滑臺側底座之間裝 有 6mm 后的調整墊鐵 采用調整墊鐵使得機床的制造與維修方便 根據數(shù)控機械滑臺 NC 1HJ25 行程選擇兩臺配套的滑臺側底座 1CC251 滑臺 行程 400mm 側底座高度為 560mm 其聯(lián)系尺寸為 表 3 51CC251 型滑臺側底座聯(lián)系尺寸 mm 型號 名義 尺寸 b 滑臺 行 程 L1 L2 B B1 H 1CC251 250 270 400 1050 650 450 395 560 側底座與中間底座之間用 M20 的緊固螺栓連結 定位方式為錐銷 20 定位 機床精度調整好之后 打錐銷定位 機床在運到用戶前機床制造廠拆開 運送到用戶單位 要進行重新調整精度并重新打錐銷定位 應用此種定位方式 時 側底座和滑移臺之間在緊固螺栓與定位銷處可以采用一個 5mm 厚的調整墊 采用調整墊鐵后 方便了對機床的維修 滑臺導軌一旦磨損后 只需要取下滑 移座 并且將導軌面重新修整 同時更換調整墊鐵 使其恢復到原有的高度即 可 但是在出廠時 這些調整墊應保持等高 3 1 4 中間底座的選擇 中間底座的作用是安裝輸送部件以及夾具的支撐部件 它不僅可以與側底 15 座相聯(lián)結 并且支架和立柱等相聯(lián)結 中間底座的配制在機床使用時往往不能 用一種系列同時滿足不同使用要求 因此 中間底座無標準化系列 尚需根據 情況設計專用的中間底座 側底座 支架等支撐部件可以安裝在中間底座的側面 中間底座的上面可 安裝工件夾具或者回轉工作臺 中間底座的上平面一般開有較大的孔 刀頭排 除鐵屑能夠通過該孔回落入機床中部的儲腔中 機床如果在需要冷卻時 冷卻 泵可以裝在中間底座的后側面 底腔可以儲存冷卻液 選擇雙面中間底座 在中間底座兩側安裝兩側底座 由于側底座高為 540mm 所以選擇 540mm 作為中間底座的高度 寬度可根據國家標準選用 710mm 中間底座的長度由工件夾具尺寸及其安裝位置所決定 實際長度為 1800 表 3 6 中間底座選擇尺寸 mm 中間底座長 中間底座寬 800 500 540 630 710 800 900 1000 630 710 800 900 1000 1250 710 800 900 1000 1250 710 800 900 1000 3 2 刀具的選擇 3 2 1 槍鉆工作原理 深孔槍管鉆最早是用于軍工單位 制造槍管 由此得名槍鉆 隨著科技的 進步和相關工企業(yè)的科研團隊的不斷研發(fā) 深孔加工技術已經成為一種便捷 效率高的加工方法 并在機械制造業(yè)中得到廣泛的應用 槍鉆是理想的深孔加工方案 槍鉆加工深孔可獲得較好的效果 可加工出 位置精準 直線度高 同軸度高的孔 同時可以獲得較高的表面質量和重復性 能夠高效的加工各類形零件的深孔 對于比較特殊深孔也能很好的解決 槍 鉆除了在專業(yè)深孔鉆機的應用 同樣可用于數(shù)控機床上 深孔加工功能也可在 16 經過稍加改裝的普通機床上也可以實現(xiàn) 這樣不必增加太多的成本就可以獲得 一套理想的深孔加工的方案 圖 3 2 槍鉆工作原理 3 2 2 槍鉆的結構 標準的槍鉆是由超硬鎢鋼材料或航天鋼材經熱處理從而制成的刀身及鋼制 驅動柄經過非常高精度的銀焊或銅焊組合而成的 各組成部分有如下特點 1 鉆刃槍鉆最核心的部分就是鉆刃 其獨特的科學設計 不僅能保證 在完成切削工作 在此同時還起到自導向作用 鉆出一個高精度的深孔只需一 次貫穿就可得到 鉆刃有兩個基本度 最恰當?shù)慕M合需要我們根據被加工的工 件的材料以及它的形式來選擇 這樣有利于更好的保持切削平衡以及斷屑 同 時將切削力延軸向傳遞給凸肩 從而保證鉆孔和鉆槍的同軸度 鉆刃具有較小 的倒錐度并且鉆刃直徑較刀身直徑略大 這樣設計的原因是保證鉆身在加工過 程中自由旋轉并且不會和已加工表面發(fā)生摩擦 根據不同的加工要求 刃部的 形狀有單圓孔 雙圓孔的通道 這些通道用于連接油路 冷卻液可以經此通道 17 到達刀頭進行冷卻 并將鉆孔產生的廢屑帶出來 3 3 鉆刃 刀身一般采用合金鋼經過熱處理制成 刀身有 110 120 度的 V 型槽 冷卻 液由油孔到達切削部位 然后順著 V 型槽排出 同時切削產生的廢屑也由此通 道排出 為保證所加工孔的直線度和同軸度 刀桿的強度和韌度必須足夠大 在切削過程中 工作阻力才能不使刀桿發(fā)生形變 從而保證零件的加工精度 3 4 槍鉆 2 驅動柄 驅動柄的制造必須完全尊照工業(yè)標準加工法的規(guī)定 為了避免應力集中從 而產生破壞在驅動柄與刀身相接的頸部應有用來消除應力的弧狀凹槽 驅動柄 18 一般為圓柱形 在驅動柄的內側面一般加工兩個平面 其用來供夾持套筒固定 住整個鉆頭 5 在工作中 槍鉆高速旋轉 冷卻液的注入壓力較高 如圖 圖 中1處用來連接鉆槍 2所指的接口用來注入冷卻液 3與鏜削動力頭連接 所 以驅動柄的設計至關重要 盡可能的增加驅動柄的長度這樣可以增加槍鉆本生 的剛度和同軸度 其可以根據自己的需要在廠家訂做 3 5 驅動柄 3 2 3 槍鉆的冷卻及其霧化 在深孔鉆削過程中 注入冷卻液冷卻液及冷卻液的霧化 在精密的深孔切 削加工過程中是必不可少的環(huán)節(jié) 根據所加工的孔的尺寸的大小 按一定比例 通過調節(jié)油液輸送壓力從而控制冷卻液的輸送壓力 在油壓的強制作用下 冷 卻液被通過磚頭中部的輸送通道強制性的運送到刀頭部位 從而達到冷卻效果 并且能同時潤滑刀肩 在冷卻的同時把鉆削產生的廢屑從鉆孔中帶出 冷卻液 的霧化系統(tǒng)是隨槍鉆 夾持套筒一起在廠家訂做的 節(jié)省了設計時間 3 2 4 槍鉆刃磨設備 槍鉆使用過程中的一個關鍵環(huán)節(jié)就是刃磨 槍鉆一旦被磨損 刃磨時必須 將槍鉆裝夾在專用的夾具上進行刃磨 刃磨可在萬能刃具磨機床或在專用刃磨 機床上都可完成 每次刃磨只修磨內外角的后刃面 必須保證正確的幾何角度 和刃尖位置 19 3 3 夾具設計 3 3 1 組合機床夾具機械部分設計 組合機床的夾具部分的重新設計也是機床改裝的一個重要部分 夾具將被 加工件實行固定和加緊 輔助完成加工任務 組合機床夾具直接能夠保證加工 產品的精度 所以它與一般機床得夾具有所區(qū)別 一般機床的夾具只是其中的 輔助部件 此外 不要混淆組合機床的夾具和一般的組合夾具 在萬能機床上 組合夾具是用于為完成某一道工序加工 用一些標準化和通用化的元件組裝成 的定位夾緊裝置 用完后 卸下這些元件可以重新組裝成新的加壓裝置 而組 合機床夾具是為某種零件的特定工序而專門設計的 它是由標準件 通用件以 及專門設計的元件構成的專用構件 是組合機床的一個重要組成部分 按照被加工零件的要求 夾具具有多種形式 按照被加工工件結構和加工 要求 夾具有固定的 帶滾道或浮動輥道的 帶水盆和小車等形式 因為組合 機床能夠實現(xiàn)對工件進行多個面 多把刀 多道工序的同時加工 在所需的切 削力很大 所以夾具要有足夠大的剛性和夾緊力 一般在夾具上都設有引導刀 具的導向裝置 以保證工件的加工精度 有的夾具要求具有自動定位機構和夾 壓機構 實現(xiàn)定位和夾壓的自動化 并設有動作完成的檢查訊號 以減輕工人 的勞動強度和提高生產率 在所有的夾具上都要有足夠的空間 以便排除切屑 以便與維修和更換易損零件等 機床夾具是根據被加工零件專門設計的 所以形式各不相同 下圖是被加 工的零件圖 3 6 工件圖 由于工件定位端是圓柱面和立平面組成 所以在前端設計套筒定位 后端 用夾緊液壓缸帶動頂尖夾緊 通過摩擦力限制工件轉動 20 3 7 夾具圖 工件夾具由底座 回收箱 導套 前定位支撐板 頂尖及頂尖套筒 液壓 系統(tǒng)組成 其中底座采用鋼板壓制而成 起支撐作用 回收箱用來回收冷卻液 和鐵屑 并由下部方孔流入中間底座的回收箱內 導套采用通用導套 對刀具 起到支撐和導向的作用 刀具加工完工件后并不推出回收箱 而是停留在導套 內 等到工件換完后繼續(xù)加工 前定位支撐板用于工件定位 要求控制定位精 度 夾緊裝置使用夾緊液壓缸帶動頂尖夾緊工件 由于工件直徑較小 且鉆削 時力和力矩均較小 夾具各部件及支撐剛度和強度較大 根據經驗強度 剛度 符合要求 不必再校核了 3 3 2 夾具液壓部分設計 1 液壓缸的選擇 組合機床的夾緊液壓缸已形成了通用化系列 根據資料選用 T50 系列 加緊液壓缸 這種液壓缸的缸體是用無縫鋼管制成 兩端蓋是嵌入式的 缸體 兩端的內壁開有環(huán)形槽 把端蓋裝入后旋轉 90 度 端蓋的邊緣卡入缸體兩端 的環(huán)槽 這樣端蓋即可承受軸向壓力 9 液壓缸和夾具的連接方式是通過兩個 半圓鍵用法蘭盤連接 可以向前固定 也可以向后固定 采用角鐵形式的連接 件后 可以變地腳式的固定 21 計算夾緊力時 應考慮到切削余量有可能超過計算值以及材質的不均勻性 因此 加緊力的實際值應相對于計算值有 1 5 2 的安全系數(shù)由上面計算得到 的軸向切削力 F 1743 803N 所以實際夾緊力 F 1743 803 2 3487 604N 根據實際夾緊力和夾緊行程選擇 T5033 型夾緊液壓缸 表3 7 夾緊液壓缸的技術參數(shù) 型號 液壓 直徑 mm 活塞 桿直 徑 行程 mm 大腔 工作 面積 小腔 工作 面積 油的工作壓力 活塞桿 活塞桿 推力 壓力 5MPa 5 MPa T5033 32 16 63 8cm2 6cm2 4kN 3kN 2 液壓站其它部件選擇 在工件加工過程中可以采用三位四通的電磁閥進行控制 形成卸荷回路 所謂卸荷 是指液壓泵在很低的壓力下運轉 此時泵的輸出功率接近于零 需要使回路卸荷 以節(jié)省動力消耗 可以選取 M 型電磁換向閥 原理圖如下 圖 22 3 8 液壓圖 當換向閥置于中間時 液壓油不經過液壓缸直接回到油缸 此時油的壓力 接近于零 所以可以保證液壓泵輸出功率接近于零 因為液壓系統(tǒng)是指使用來夾緊工件 速度根據經驗選取一個合適的數(shù)值 選取為 20mm s 如果取進油路總的壓力損失為 則液壓泵最高10 5pMPa 工作壓力可用以下公式計算 Pf P p 1 5 5MPa 3 1 因此 液壓泵的流量可以取為 5 5 5 5 0 25 MPa 6 875MPa 泵的流量為 1 251 pqkAvLmin 23 計算分析通過各液壓閥油液的壓力和流量的上限 選擇個各液壓閥的型號 油管的直徑可根據所選元件的油口尺寸來決定 也可以按照油路的額定流 速進行選擇計算 油箱容量下式確定 3 2 57 210vVmqL 按照習慣和經驗合理的安排各液壓元件的位置和技術參數(shù) 也根據液壓原 理圖可以由廠家訂做液壓站 3 4 步進電機的選擇 3 4 1 步進電動機工作原理 步進電機分為倆種 永磁式和反應式 前者通常為兩相電 輸出轉矩和外 觀體積都較小 一個脈沖信號驅動轉子轉過 7 5 角 后者一般為三相電 輸 出轉矩較大 一個脈沖信號驅動轉子轉過為 1 5 但其工作時噪聲和振動都較 大 10 混合式步進電機是將倆者的優(yōu)點結合在一起 輸出轉矩大 噪聲小 工 作性能穩(wěn)定 24 3 9 步進電機 1 步進電機動態(tài)指標及術語 a 步距角精度 電機運行時 每一個步距角步進實際與理論的誤差 不同運行拍數(shù)所產生 的誤差是不一樣的 拍數(shù)的增加 導致誤差也隨之上升 b 失步 電機工作時實際運轉的步數(shù)和理論上計算的步數(shù)不相等 稱之為失步 c 失調角 轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度 電機運轉必存在失調角 由失調角產 生的誤差 采用細分驅動是不能解決的 d 最大空載起動頻率 電機在不加負載的情況下 通以正常的電壓和電流 能夠啟動的最低的脈 沖信號頻率 e 最大空載的運行頻率 電機在在不加負載的條件下 通以正常的電壓和電流 電機最高轉速頻率 電機帶有負載的情況下 啟動頻率降低 在此的情況下 為使電機到達足 夠的轉速 脈沖信號的頻率和轉子轉速成正比 即便啟動頻率較低 電機可逐 步達到較高頻率 滿足工作需求 3 4 2 步進電動機驅動器 步進電動機的使用有其特點 必須采用專用步進電動機的驅動控制器 它 一般由脈沖發(fā)生分配控制單元 功率驅動單元 保護單元等組成 符合要求的 脈沖信號通過控制器分配給各相圈 功率經放大后驅動步進電動機 驅動器內 部帶環(huán)形脈沖分配器 若使電機運行只需輸入單相脈沖 然后由環(huán)形分配器按 一定的順序將脈沖加到控制電機繞組各端的開關管的控制極上 3 4 3 步進電動機控制器 電機的運行由控制器控制 控制器按照的作用是依照設計者的要求控制并 驅動步進電機依照設定程序進行運行 邏輯電路可控制比較簡單的控制過程 25 但其線路較復雜 成本較高 自從微處理器問世以來 給步進電動機控制器設 計開辟了新的途徑 各種 PCL 的迅速發(fā)展和廣泛應用 為設計功能很強而且價 格低廉的步進電動機控制器打開了廣闊的市場空間 通過 PLC 可以實現(xiàn)用較少 的成本完成很復雜的控制方案 而且 PLC 的編程非常靈活性 控制方案的修改 成為非常簡單的事 修改時只需重新編制程序或者修改局部參數(shù)即可 26 第 4 章 C6132 車床改造計算部分 4 1 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 1 計算進給牽引力 F KF G 4 1 m f F 1 15 2932 6 0 48 500 3612 4Nm 其中 K 顛覆力矩影響系數(shù) 摩擦系數(shù) f G 滑臺及夾具重 F 切削力 2 計算最大動負載 C 4 2 m3FL 4 3 60 1nT 4 4 0 sVL 式中 絲杠單導程0L 進給速度sV T 使用壽命 L 壽命 n 轉速 2 710 58606 L n 1000 minr4 KN 327C3 3 傳動效率計算 27 4 5 tan 95 6t3 65 t 0 167 其中 螺旋升角 摩擦角 5 剛度驗算 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 4 6 EFLm1 式中 工作負載mF L 絲杠導程 E 材料彈性模量 F 絲杠截面 0 0115 2415106 29 3 由于角接觸球軸承和絲杠的預緊 其拉壓剛度為原來的 4 倍 其實際變形量為 1 3 4 0 0116 0 015 滿足精度要求 1 4 3 步進電機的計算和選型 查找 機械通用零部件優(yōu)選手冊 選用混合式步進電機 PH261O M 為 6M 0 72 9 8 d 11 23 0 64 b mJ2ckg 1L1J2cmkg 1 轉動慣量的計算 計算電機軸上的轉動慣量 4 7 MLJiJPr 2021 28 式中 折算到電機軸上的轉動慣量rJ 齒輪 的轉動慣量11Z 齒輪 的轉動慣量22 絲杠的轉動慣量PJ M 工作臺質量 絲杠螺距 0L i 傳動比 i 0 6 其中 3 0112407 DJp 124057 40 2 kgm 3 01 cmkg 13 458 9 36 42 r 2c 9 8 13 45 0 73rmJ 滿足慣量匹配要求 2 電機力矩的計算 快速空載啟動力矩 4 8 0maxTTf 最大切削負載力矩 4 9 tfatdTT 0 N 加速進給力矩 4 11 0Tfj m 加速力矩 29 4 12 tnJTra6 9 mN 摩擦力矩 4 13 3012 iLFTf mN 切削力矩 4 14 3012 iLFTtt 附加摩擦 4 15 320max01 iLFT mN 空載啟動時的加速力矩 Ta 80 2105 694134mx 摩擦力矩 mNf 9 8 2 3 附加摩擦力矩 T3 01 0 5671420 切削時加速力矩 mNat 45 025 6983 切削力矩 30 mNTt 43 10 8254316 快速空載時啟動力矩 3 22 9 m 最大切削負載所需力矩 0 045 0 090 0 33 1 43 1 90dTmN 加速進給力矩 0 090 0 33 0 42j 電機最大轉矩 6 3 22 滿足 mN 4 4 進給系統(tǒng)驗算 加速能力驗算 P705 總的轉動慣量 13 45rJ2cmkg 步進電機的轉動慣量 9 8m 慣量匹配符合要求 0 5 8 045 13 9 定位精度驗算 絲杠在拉壓載荷下的最大彈性位移 4 16 6max104 AEFLs m 3 88sFmax 616230 105497 m 切削時滾珠絲杠與螺母間的接觸變形 c 1742 67N 860N 2 03ccK m 式中 滾珠絲杠副的接觸剛度 軸承的接觸變形 B 對于角接觸球軸承 其軸向剛度 31 4 17 3102sin6 3aBaFDZK 式中 Z 滾動體個數(shù) 接觸角 滾動體直徑 bD 其中 4 18 0DdZ Z 21 431675 2 取整 Z 21 滾珠絲杠公稱直徑0d 31312 67 420 sin 23 BaK 210 15 mN 所以 切削時 1742 67 210 15 8 29B 絲杠的總位移 4 19 BcsF max 3 88 2 03 8 29 14 2 m 32 第 5 章 PLC 組合機床控制系統(tǒng) 5 1 PLC 控制系統(tǒng) 5 1 1 可編程序控制器組成及特點 可編程控制器 programmable controller 簡稱 PC 為了同個人計算機 的 PC 相區(qū)別 所以用 PLC 表示 13 在原有的基礎上 PLC 技術有了革命性的進步 融入了現(xiàn)代化的元素 如 計算機技術 自動控制等 廣泛的應用于自動化工業(yè) 已經批量生產 形成多 種系列 通過數(shù)字編程和一些其它鋪助原件實現(xiàn)對電機的控制 廣泛應用于各 類機械生產過程 實現(xiàn)了自動化控制 用戶根據需要可以選用現(xiàn)成產品 也可以自己設計編程 實現(xiàn)信息的轉化 PLC 程序具有很強的可靠性 PLC 的核心部分是 CPU 信息經其轉化處理 按設 定程序驅動其他部分動作 5 1 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖 33 5 1 2 PLC 及脈沖模塊的選取 在該機床設計中 需要 PLC 控制的部分是滑臺的進給部分 這部分需要控 制步進電機的速度 進給量等 12 個開入點和 6 個開出點 所以選擇了 FX2N 16MR 001 型號的 PLC 控制器 該控制器的性能及特點如下表所示 表 5 1 FX2N 16MR 001 的結構性能特點 型號 I O 總數(shù) 輸入 輸出 FX2N 16MR 001 16 8 漏型 8 晶體管 由于 FX2N 系列 PLC 沒有高速脈沖口 如果要控制步進電機工作則必須有 脈沖發(fā)生器單元 查三菱 FX 系列特殊功能模塊用戶手冊選擇 FX2N 1PG 脈沖發(fā) 生單元 5 2 PLC 編程 FX 系列產品 它內部的編程元件 也就是支持該機型編程語言的軟元件 按通俗叫法分別稱為繼電器 定時器 計數(shù)器等 但它們與真實元件有很差別 一般稱它們?yōu)?軟繼電器 14 它在不同的指令操作下 其工作狀態(tài)可以無記 憶 也可以有記憶 還可以作脈沖數(shù)字元件使用 通常情況下 X 代表輸入繼 電器 Y 代表輸出繼電器 M 代表輔助繼電器 SPM 代表專用輔助繼電器 T 代 表定時器 C 代表計數(shù)器 S 代表狀態(tài)繼電器 D 代表數(shù)據寄存器 MOV 代表傳 輸?shù)?34 表 5 2 I O 地 5 2 1 輸入繼電器 X PLC 的輸入端子是從外部開關接受信號的窗口 PLC 內部與輸入端子連接 的輸入繼電器 X 是用光電隔離的電子繼電器 它們的編號與接線端子編號一致 按八進制輸入 線圈的吸合或釋放只取決于 PLC 外部觸點的狀態(tài) 內部有 常開 常閉兩種觸點供編程時隨時使用 且使用次數(shù)不限 輸入電路的時間常 數(shù)一般小于 10ms 各基本單元都是八進制輸入的地址 輸入為 X000 X007 X010 X017 X020 X027 它們一般位于機器的上端 輸 入 元件名稱 功能 地址 SB1 電機 1 快進開關 X000 SB2 電機 1 快退開關 X001 SB3 電機 1 工進開關 X002 SB4 前工位限位開關 1 X003 SB5 后工位限位開關 1 X004 SB6 電機 1 緊急停止 X005 SB7 電機 2 快進開關 X007 SB8 電機 2 快退開關 X010 SB9 前工位限位開關 2 X011 SB10 后工位限位開關 2 X012 SB11 電機 2 緊急停止 X013 輸 出 KM1 高速脈沖輸出 1 Y000 KM2 高速脈沖輸出 2 Y001 KM3 動力頭及切削液接觸器 Y002 KM4 步進電機 2 方向控制 Y003 KM5 步進電機 1 方向控制 Y004 35 5 2 2 輸出繼電器 Y PLC 的輸出端子是向外部負載輸出信號的窗口 輸出繼電器的線圈由程序 控制 輸出繼電器的外部輸出主觸點接到 PLC 的輸出端子上供外部負載使用 其余常開 常閉觸點供內部程序使用 15 輸出繼電器的電子常開 常閉觸點使用 次數(shù)不限 輸出電路的時間常數(shù)是固定的 各基本單元都是八進制輸出 輸 出為 Y000 Y007 Y010 Y017 Y020 Y027 它們一般位于機器的下端 5 2 3 定時器 T 在 PLC 內的定時器是根據時鐘脈沖的累積形式 當所計時間達到設定值時 其輸出觸點動作 時鐘脈沖有 1ms 10ms 100ms 定時器可以用用戶程序存儲 器內的常數(shù) K 作為設定值 也可以用數(shù)據寄存器 D 的內容作為設定值 在 后一種情況下 一般使用有掉電保護功能的數(shù)據寄存器 在此種功能下 如果 備用電池電壓下降 定時器或者計數(shù)器通常會發(fā)生誤動作 定時器通道范圍如下 100 ms 定時器 T0 T199 共 200 點 設定值 0 1 3276 7 秒 10 ms 定時器 T200 TT245 共 46 點 設定值 0 01 327 67 秒 1 ms 積算定時器 T245 T249 共 4 點 設定值 0 001 32 767 秒 100 ms 積算定時器 T250 T255 共 6 點 設定值 0 1 3276 7 秒 當定時器線圈 T200 的驅動輸 入 X000 接通時 T200 的當前值計數(shù)器對 10 ms 的時鐘脈沖進行累積計數(shù) 當 前值與設定值 K123 相等時 定時器的輸出接點動作 即輸出觸點是在驅動線 圈后的 1 23 秒 10 123ms 1 23s 時才動作 當 T200 觸點吸合后 Y000 就有輸出 當驅動輸入 X000 斷開或發(fā)生停電時 定時器就復位 輸出觸點也 復位 每個定時器只有一個輸入 它與常規(guī)定時器一樣 線圈通電時 開始計時 斷電時 自動復位 不保存中間數(shù)值 定時器由兩個數(shù)據寄存器組成 其功能 分別設定為值寄存器和現(xiàn)時值寄存器 編程時 用戶可以自己設定累積值 5 2 4 應用指令 MOV DRVA CMP 1 傳送指令 MOV 將 S 中的內容照原樣傳送到 D 16 位指令 32 768 32 768 36 32 位指令 999 999 999 999 2 絕對位置控制指令 DRVA 16 位指令 32 768 32 768 32 位指令 999 999 999 999 S2 輸出脈沖頻率 16 位指令 10 32 767 Hz 32 位指令 10 100 000 Hz 但是不能小于下頁計算公式所示頻率 D1 脈沖輸出起始地址 僅能指定 Y000 或 Y001 可編程控制器輸出必須采用晶體管輸出方式 D2 旋轉方向信號輸出起始地址 根據 S1 和當前位置的差值 按照以下方式進行動作 正 ON 負 OFF 向 Y000 輸出時 D8141 高位 D8140 低位 向 Y001 輸出時 D8143 高位 D8142 低位 反轉時 當前值寄存器的數(shù)值減小 所謂絕對驅動方式 是指指定由原點開始距離的方絕對位置 控制運行的 設定項目和運行速度 3 比較指令 CPM 比較源 S1 和源 S2 的內容 其大小一致時 則 D 動作 大小比較是按代數(shù) 形式進行的 所有原數(shù)據都被看成二進制值處理 作為目標地址加入指定 M0 如圖記一樣 M0 M1 M2 被自動占有 37 第 6 章 經濟性與環(huán)保性分析 經濟性分析 現(xiàn)在多數(shù)企業(yè)的機械設備比較陳舊 或使用多年 或者還保持最低端的設 備 企業(yè)設備不更新 生產率低 工人工作強度大 利潤率不高就會出現(xiàn)員工 離開工作崗位 企業(yè)人才流失 效益繼續(xù)下降下降 惡性循環(huán) 而在市場經濟 過程中 為更新設備 一般企業(yè)都從國外引進高端的數(shù)控機床設備 包括許多 技術含量較高的的配套產品 其利益都被國外的企業(yè)獲得 而且過大的資金投 入還會是企業(yè)無法進行技術升級或調整產品結構 作為新興產業(yè)的機床改造業(yè) 很大程度上的利用了原有的設備 并避免購買新設備 不浪費資源 又能夠節(jié) 約成本 如果能夠完善機床改造的機制 能夠盡可能的避免資金的外流 拉動 國內的經濟發(fā)展 并帶動機械技術進步 是機械產業(yè)的主要發(fā)展道路之一 環(huán)保型分析 機械 電力 鋼鐵 礦業(yè)等特大型工業(yè)企業(yè)的發(fā)展對煤和石油的依賴性越 來越強 機械工業(yè)對環(huán)境的傷害越來越嚴重 作為產品的第一道工序 無論是 生產經營都要保持綠色健康的發(fā)展態(tài)勢 舊車床的改裝正是符合這一理念 把 閑置的機床利用起來 不用重新購置新的機床 不僅節(jié)約了成本 也避免了資 源的浪費 機床的改裝是將普通機床改裝為專用機床 這樣就提高了原料的利 用率 在有限的資源上生產更多的產品 在滿足社會需求的情況下 節(jié)約了資 源 從而保護了環(huán)境 38 結 論 大學畢業(yè)前的最后一個大作業(yè) 一次難得的體驗和機會 我此次畢業(yè)設計 的課題是 C6132 改裝為雙工位數(shù)控缸體鉆床設計 剛接到設計題目時感覺無 從下手 經過老師一番指點 才明白了我此次的設計目的 意義和方法 雖然本次課題是一個老話題 但是對于我們這些即將畢業(yè)的本科生 在沒 有實踐經驗 只有理論知識的背景下 也是一個很適合的課題 通過網上查詢 相關信息 了解到機床的改裝和組合機床對我國機械行業(yè)發(fā)展的重要性 我國 是一個大國 從一窮二白起步發(fā)展至今 機械行業(yè)也隨之興起 如今自動化的 生產盛行 不可避免的要淘汰一部分廢舊的機床 而大多數(shù)的小企業(yè)又沒有多 余資金 產業(yè)轉型困難 而市場和客戶對于產品的質量和精度要求愈來愈高 在此情況下 機床改裝應用而生 在設計之初 首先確定的是 車床改裝的整體方案 根據被加工件的特點 把一臺廢舊的普通車床改裝為專用鉆床 被加工件需要鉆削深孔 查閱了量資 料 選擇了槍鉆 這是考慮到加工效率和精度 一次進給 完成加工 并且采 用雙工位 使得加工效率翻倍 圍繞被加工件 展開一系列的改裝 動力頭的 選擇 專用夾具的設計 進給系統(tǒng)的改裝 最后是這些部分的相互配合 在每 一步的設計都需要參考許多其他文獻和資料 并對每一部分進行驗算 在有了 這些的基礎上 開始繪制圖紙 從零件圖到最后的裝配圖 這是一個細心漫長 的過程 通過這次設計可以得到以下結論 1 車床的改裝在我國有這很大的發(fā)展空間和經濟價值 不僅促進了工業(yè) 的發(fā)展 也給企業(yè)增加了效益 這樣的設計經濟實用 2 設計中學會了運用所學知識 對實際的生產有了更多的了解 為以后 的工作打下良好的基礎 但畢竟是純理論的設計 在實際的改裝過程中 難免 會有很多不合適的地方 在實際改裝中 不符合的地方 根據實際條件作出局 部調整 3 本設計較大的缺陷是 設計理論比較不成熟 主要是根據經驗來設計 但從生產技術的提高角度看 我們要進一步加強理論方面的研究 使我們的設 計越來越科學越來越先進 39 參考文獻 1 于英華著 組合機床設計 M 清華大學出版社 2012 年 09 月 2 2 王健石著 機械通用零部件優(yōu)選手冊 M 中國電力出版社 2008 9 1 3 吳伏家 劉玉福 王佑君著 深孔加工中若干關鍵技術 M 中國科學技術出 版 社 2014 10 1 4 日 坂本正文著 王自強譯 步進電機應用技術 M 科學出版社 2010 5 1 5 張勇 朱朝寬著 車床數(shù)控化改造實例 M 機械工業(yè)出版社 2012 5 1 6 胡鳳蘭 1 何錚 2 著 槍鉆加工的排屑故障及處理對策 J 湖南工程學院學報 自然科學版 2012 22 2 16 19 7 朱耀祥 浦林祥著 現(xiàn)代夾具設計手冊 M 機械工業(yè)出版社 2010 2 1 8 Stephen J Chapman 著 滿永奎 譯 電機原理及驅動 電機學基礎 第 5 版 M 清華大學出版社 2013 年 6 月 1 日 9 王益群 高殿榮著 液壓工程師技術手冊 M 化學工業(yè)出版社 2010 3 1 10 Wong PK Chuen CW Leung TP Cad of hydraulic manifold blocksusing an object oriented approach M ASME Fluid Power System andTechnology 1997 11 Chambon R Tollenaere M Automated AI based mechanical design of hydraulic manifold blocks M Computer Aided Design 1991 12 廖常初著 PLC 編程及應用 M 機械工業(yè)出版社 2014 1 1 13 彭潔 淺談 PLC 在工業(yè)控制中的應用 J 藝術科技 2012 2 130 131 14 J Srinivasan and D Angirasa Numerical Study Of Double Diffusive Free Convection from a Vertical Surface Int J Heat Mass Transfer Vol 31 Pp 2033 2038 1998 15 日 坂本正文著 王自強譯 步進電機應用技術 M 科學出版社 2010 5 1 16 陳立德著 機械制造裝備設計 M 高等教育出版社 2006 04 10 40 致謝 在本文即將完成之際 回顧這半年的學習和工作 首先最應感謝的是我的 指導老師雷旭霞老師 從論文的選題到最后的完成 雷老師都付出了辛勤的勞 作 傾注了大量的精力 指導老師在這次課題設計中給了我很多的幫助 并且 提出較多的修改意見 使得這次設計變的非常完美 我無論在學習上得到了雷老師細心地關懷與幫助 導師高尚的品德 嚴謹 的治學態(tài)度 淵博的知識 溫和質樸的學者風范和積極樂觀的生活與工作態(tài)度 都給我留下深刻的印象 令我終身難忘 終身受益 在此表示對雷老師由衷的 感謝 在論文的工作期間 還得到了其他許許多多的同學和朋友給予的各種幫助 與合作 在此向他們表示誠摯的謝意