1 目錄 第 1 章 緒論 3 1 1 組合機(jī)床特點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r 3 1 2 槍鉆及深孔加工 4 1 2 1 深孔加工的特點(diǎn) 4 1 2 2 槍鉆的特點(diǎn) 5 1 3 C6132 的簡(jiǎn)介 6 1 4 本課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 7 1 5 本課題擬解決的關(guān)鍵技術(shù) 8 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 9 2 1 組合機(jī)床通用部件特點(diǎn)及分類(lèi) 9 2 2 加工產(chǎn)品技術(shù)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(jì)算 11 第 3 章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 3 1 組合機(jī)床通用部件選用 13 3 1 1 切削動(dòng)力頭選擇與安裝 13 3 1 2 數(shù)控機(jī)械滑臺(tái)選擇 15 3 1 3 側(cè)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(jié)構(gòu) 18 3 2 3 槍鉆的冷卻及其霧化 21 3 2 4 槍鉆刃磨設(shè)備 21 3 3 夾具設(shè)計(jì) 21 3 3 1 組合機(jī)床夾具機(jī)械部分設(shè)計(jì) 21 3 3 2 夾具液壓部分設(shè)計(jì) 23 3 4 步進(jìn)電機(jī)的選擇 25 2 3 4 1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理 25 3 4 2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 27 3 4 3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器 27 第 4 章 C6132 車(chē)床改造計(jì)算部分 28 4 1 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 28 28KN7 43216 7C3 4 3 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 29 4 4 進(jìn)給系統(tǒng)驗(yàn)算 32 第 5 章 PLC 組合機(jī)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(diǎn) 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(shí)器 T 38 5 2 4 應(yīng)用指令 MOV DRVA CMP 39 第 6 章 經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性分析 40 結(jié) 論 41 參考文獻(xiàn) 42 致謝 43 3 第 1 章 緒論 1 1 組合機(jī)床特點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r 組合機(jī)床是用通用部件作為基礎(chǔ) 再加上少量專(zhuān)用部件 按預(yù)定的工序?qū)?一種或多種工件進(jìn)行同時(shí)加工的機(jī)床 1 它能夠?qū)ぜM(jìn)行多刀 多軸和多工 位的同時(shí)加工 隨著組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展 其能夠加工的工藝范圍日益擴(kuò)大 組合機(jī)床與其他機(jī)床的比較 1 組合機(jī)床由 65 85 的優(yōu)勢(shì)在于在原機(jī)床基礎(chǔ)上 將機(jī)床的部分用通 用零部件改裝 在配用一部分專(zhuān)用零部件就可以使原有機(jī)床完成新的加工任務(wù) 這樣做可以有效的縮短設(shè)計(jì) 制造周期 并且維修方便 與此同時(shí)為制造商節(jié) 約很大的成本 而且機(jī)床是根據(jù)被加工工件進(jìn)行的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì) 在保證加工精度 的同時(shí) 縮短了加工時(shí)間 實(shí)現(xiàn) 了效率和和利潤(rùn)的雙贏(yíng) 2 機(jī)床能夠?qū)ぜ谝淮窝b夾下運(yùn)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(duì)工件工序之間的搬運(yùn) 能夠改善勞動(dòng)條件 減 少占地面積 3 組合機(jī)床的通用部件能夠完成專(zhuān)門(mén)的集中生產(chǎn) 有助于提高產(chǎn)品精 度和技術(shù)水平 降低制造成本 專(zhuān)用機(jī)床是隨著汽車(chē)工業(yè)的興起而不斷升級(jí) 逐漸趨于一般化 專(zhuān)用機(jī)床 中的一些零件在其他機(jī)床也經(jīng)常用到 為了方便制造和替換 這些零件逐步標(biāo) 準(zhǔn)化 這就產(chǎn)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(diǎn) 機(jī)械制造業(yè)中的很多場(chǎng)合需要用鉆頭在零件毛坯上加工孔 依據(jù)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(jī)械制造業(yè)的一大難題 產(chǎn) 品的精度不易保證 而且工作量大 已成為機(jī)械加工業(yè)的技術(shù)瓶頸 隨著制造 業(yè)的發(fā)展 技術(shù)的更新 產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代 新型材料的不斷涌現(xiàn)和應(yīng)用 深 孔加工技術(shù)嚴(yán)重制約著行業(yè)的發(fā)展 同時(shí)對(duì)加工設(shè)備和刀具也提出了更高的要 求 4 隨著生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)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(duì)深孔加工過(guò)程提出了新的技術(shù)要求 但零件的毛坯質(zhì)量有了較大的 提高 冶金技術(shù)的提高 改善了材料的各項(xiàng)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(shù)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(shù)的提高 待加工的毛坯經(jīng)過(guò)熱處理后 其工藝性能和使 用性能會(huì)大幅度改善 這些改變會(huì)更加有利于深孔加工 近些年 隨著孔的深加工技術(shù)日新月異的飛速發(fā)展 深孔加工面臨著極其 嚴(yán)峻的挑戰(zhàn) 由于機(jī)械工業(yè)產(chǎn)種類(lèi)的增加 小批量和單品種已難以滿(mǎn)足市場(chǎng)需 求 如何在原有基礎(chǔ)上在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率同時(shí)節(jié)約成本成為深孔加工技術(shù)發(fā)展 的核心任務(wù) 創(chuàng)立自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)是深孔加工提高生產(chǎn)率的同時(shí)獲得經(jīng)濟(jì)效益的 有力手段 深孔鉆削時(shí) 鉆桿細(xì)長(zhǎng) 很小的深孔鉆削時(shí)需要的的鉆桿更加細(xì)長(zhǎng) 以致 剛度很低 所以 設(shè)計(jì)加工小深孔的刀具時(shí) 盡量可能的提高刀具整體剛度 2 在過(guò)去的設(shè)計(jì)中 鉆桿內(nèi)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(qiáng)度和剛度 在加工過(guò)程中 被加工件的質(zhì)量也很難提高 不能滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)的需求 經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn) 在制造合金刀片時(shí)將其做出 T 型端面 將其粘結(jié)固定在鉆桿上相應(yīng)的 T 型槽內(nèi) 這 3 種方法經(jīng)多次 嘗試 其強(qiáng)度和剛度均優(yōu)于方牙螺紋聯(lián)接 這種情況下同時(shí)適當(dāng)增加小深孔鉆 削時(shí)的進(jìn)給量 生產(chǎn)效率也大大提高 麻花鉆在過(guò)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(jīng)不斷研究升級(jí) 研發(fā)了 DF 法 應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)后得到了較為理想的 結(jié)果 目前這種方法得到了廣泛的運(yùn)用 5 圖 1 1 麻花鉆 1 2 2 槍鉆的特點(diǎn) 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(lái)的孔有高同軸度 位置精確 直線(xiàn)度的特點(diǎn) 同時(shí)獲得很高的表面光潔度和 重復(fù)性 可以方便的加工各式各樣的深孔 對(duì)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(yīng)用于專(zhuān)業(yè)的深孔鉆機(jī)外 也能應(yīng)運(yùn)在普通數(shù)控鉆 床機(jī)床上 將普通的車(chē)床配以部分通用零件進(jìn)行改裝就加工深孔 這樣就可以 無(wú)需購(gòu)進(jìn)新的設(shè)備情況下加工深孔 從而降低生產(chǎn)成本 增加效益 專(zhuān)業(yè)的鉆槍系統(tǒng)包括深孔鉆機(jī) 槍鉆及其冷卻系統(tǒng)組成 在使用時(shí) 鉆頭 由引導(dǎo)孔接近工件表面 鉆刃具有自導(dǎo)向功能 以此保證鉆削精度 切削過(guò)程中會(huì)放出大量的熱 如不及時(shí)冷卻 高溫會(huì)嚴(yán)重降低鉆頭壽命 這就需要再鉆削時(shí) 同時(shí)用冷卻液給鉆頭降溫 冷卻液在高壓下通過(guò)鉆頭中間 的通道注入 直達(dá)鉆頭進(jìn)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(jìn)行 目前興起的新型鉆槍以其加工質(zhì)量好 鉆屑效 率高等優(yōu)點(diǎn)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題 然而由于深孔鉆床的特殊性 其價(jià)格比較 昂貴 對(duì)于非專(zhuān)業(yè)化廠(chǎng)家 成本過(guò)高 1 3 C6132 的簡(jiǎn)介 本課題從生產(chǎn)實(shí)際的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性出發(fā) 擬將普通車(chē)床改裝成的深孔加 工數(shù)控鉆床 即采用 C6132 改裝成一臺(tái)雙工位數(shù)控缸體孔鉆床 6 C6132 車(chē)床 C6132 車(chē)床主要由車(chē)體床身 床頭箱 進(jìn)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(chē) che 床 類(lèi)代號(hào) 61 表示臥式車(chē)床 組 系代號(hào) 32 表示車(chē)床上加工最大回轉(zhuǎn)直徑的 1 10 主參數(shù) 最大回轉(zhuǎn) 320mm 圖 1 2 C6132 普通車(chē)床 7 1 4 本課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 動(dòng)力頭及電動(dòng)機(jī)的選擇 2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì) 3 制動(dòng)缸夾具的設(shè)計(jì) 4 控制電路的設(shè)計(jì) 5 回收箱及擋板的設(shè)計(jì) 1 5 本課題擬解決的關(guān)鍵技術(shù) 1 動(dòng)力頭與旋轉(zhuǎn)式夾持套筒間的配合問(wèn)題 2 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 3 夾具的設(shè)計(jì) 8 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 2 1 組合機(jī)床通用部件特點(diǎn)及分類(lèi) 組合機(jī)床生產(chǎn)效率高 便于自動(dòng)化 機(jī)床的組成部分大多為通用部件 在 轉(zhuǎn)配少許專(zhuān)用部件組合而成 因此 通用部件是組合機(jī)床發(fā)展的基礎(chǔ) 組合機(jī)床的通用部件是指在機(jī)床及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造以及使用中 有著統(tǒng) 一的尺寸標(biāo)準(zhǔn) 可以相互更換使用的一些專(zhuān)用部件 4 這些零件經(jīng)過(guò)反復(fù)試制 試驗(yàn) 鑒定而最后確定 因此它的結(jié)構(gòu)比較可靠 使用性能比較穩(wěn)定 因此 組合機(jī)床通用部件保證了組合機(jī)床的質(zhì)量 降低了成本 縮短了設(shè)計(jì)制造周期 促進(jìn)了組合機(jī)床的發(fā)展 衡量組合機(jī)床水平的重要標(biāo)志是組合機(jī)床的通用化程度 具有極其重要的 經(jīng)濟(jì)意義 組合機(jī)床的通用化程度是指在機(jī)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(dá)到 60 70 最高可達(dá)到 90 通用零部件可直接影響到組合機(jī)床的性能及其影響自動(dòng)線(xiàn)的自動(dòng)化水平 產(chǎn)品 精度 加工的效率以及機(jī)床加工工藝方案的確定和經(jīng)濟(jì)效益 因此 通用部件 應(yīng)滿(mǎn)足下列要求 1 通用零部件應(yīng)具有較高的系列化水平 標(biāo)準(zhǔn)化水平和通用化水平 擴(kuò)大互換性以及通用部件的使用范圍 2 通用零部件的結(jié)構(gòu)和性能應(yīng)滿(mǎn)足以下幾點(diǎn) 性能穩(wěn)定 制造容易 維修簡(jiǎn)單和外形美觀(guān)等 同時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)性 動(dòng)力部件要求有適當(dāng)?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(yīng)各種組合機(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)的要 求 4 必須增加通用零部件的種類(lèi)和規(guī)格 從而滿(mǎn)足生產(chǎn)發(fā)展 比如發(fā)展 適合中小批量生產(chǎn)和種類(lèi)的組合機(jī)床通用零部件 通用零部件已經(jīng)被定制為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 并于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等效 在設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)嚴(yán) 格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 如果企業(yè)有其內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn) 但其主要的技術(shù)參數(shù)和部件的聯(lián)系 尺寸必須按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 從而實(shí)現(xiàn)部件通用化目標(biāo) 組合機(jī)床的通用零部件根據(jù)通用零部件的用途和特點(diǎn)主要分四個(gè)大類(lèi) 1 動(dòng)力部件 9 動(dòng)力零部件用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng) 是機(jī)床及其自動(dòng)化線(xiàn)的主要通用零 部件 從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng) 如通過(guò)電機(jī)帶動(dòng) 經(jīng)變速箱的轉(zhuǎn)化 由此帶 動(dòng)其他主傳動(dòng)動(dòng)力部件實(shí)現(xiàn)刀具的旋轉(zhuǎn)進(jìn)給 完成對(duì)工件的加工 動(dòng)力部件主要有四種 1 主運(yùn)動(dòng)動(dòng)力零部件 用來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的切削運(yùn)動(dòng) 包括電動(dòng)機(jī) 變速箱 進(jìn)給箱 進(jìn)給動(dòng)力部件 實(shí)現(xiàn)刀具的移動(dòng) 包括液壓滑臺(tái) 機(jī)械滑臺(tái) 輸送工件動(dòng)力部件 將工件由一 個(gè)工位運(yùn)輸?shù)搅硪患庸すの坏牟考?6 包括回轉(zhuǎn)型工作臺(tái) 回轉(zhuǎn)型鼓輪 移動(dòng) 的工作臺(tái)和自動(dòng)線(xiàn)運(yùn)輸裝置等 2 支撐部件 支撐部件包括 側(cè)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(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)的基礎(chǔ)部件 用以安裝動(dòng)力零部件和夾具等 3 控制部件 控制部件用來(lái)控制組合機(jī)床工作循環(huán) 例如液壓擋鐵 控制擋鐵 分級(jí)進(jìn) 給機(jī)構(gòu) 液壓控制裝置以及自動(dòng)檢測(cè)裝置等 4 輔助部件 輔助零件包括 冷卻潤(rùn)滑 排出廢屑以及自動(dòng)化線(xiàn)的各類(lèi)輔助裝置等 2 2 加工產(chǎn)品技術(shù)要求 1 產(chǎn)品名稱(chēng) 汽車(chē)制動(dòng)泵缸體 圖 2 1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖 10 加工對(duì)象 汽車(chē)制動(dòng)泵缸體孔 材料 鑄鐵HT240 r范圍 8 9mm 16mm 長(zhǎng)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(duì)汽車(chē)制動(dòng)泵缸體孔進(jìn)行加工 考慮到加工效率 采用對(duì)置雙工位設(shè)計(jì) 將車(chē)床原來(lái)的床頭箱卸掉 將兩臺(tái)鏜削動(dòng)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(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)工件的進(jìn) 給 2 3 2 參數(shù)計(jì)算 由于目前還沒(méi)有適用于槍鉆加工的設(shè)計(jì)公式 其加工時(shí)切削參數(shù)和麻花鉆 相似 所以采用麻花鉆計(jì)算公式對(duì)槍鉆切削參數(shù)進(jìn)行計(jì)算 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查 得 表 2 1 組合機(jī)床設(shè)計(jì)中推薦的切削力 扭矩 及功率計(jì)算公式 刀具材料 工件材料 切削力 切削扭矩 切削功率 硬質(zhì)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(hào) v 切削速度 m min fv 每分鐘進(jìn)給量 mm min D 加工 銑刀或鉆刀 直徑 mm HB 190HRC 根據(jù)以上表中公式計(jì)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(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 1 組合機(jī)床通用部件選用 3 1 1 切削動(dòng)力頭選擇與安裝 根據(jù)被加工件所需的切削力和切削扭矩 此次設(shè)計(jì)選擇鏜削頭作為機(jī)床的 切削動(dòng)力頭 3 1 鏜削頭 根據(jù)被加工件所需的切削功率P 1 0305kw 查閱相關(guān)資料選取1TA20型號(hào) 鏜削動(dòng)力頭 技術(shù)參數(shù)如下表 12 表3 1 1TA20鏜削頭的技術(shù)性能 根據(jù)要求轉(zhuǎn)表 3 1 1TA20 鏜削頭的技術(shù)性能速 800 1000r min 可以選取 頂置 1NGb2 傳動(dòng)裝置 該傳動(dòng)裝置為齒輪傳動(dòng) 可應(yīng)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(hào) 尺寸 mm 莫式錐度號(hào)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(hào) 功率 kW 主軸端 號(hào) 主軸前軸 承軸頸 mm 傳動(dòng)裝置 主軸轉(zhuǎn)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(hào) 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(duì)置雙工位設(shè)計(jì) 所以選擇兩臺(tái)1TA20鏜削動(dòng)力頭對(duì)工件進(jìn)行加工 將車(chē)床原來(lái)的床頭箱卸掉 將兩臺(tái)鏜削動(dòng)力頭固定在床身上 3 1 2 數(shù)控機(jī)械滑臺(tái)選擇 交流伺服機(jī)械滑臺(tái)除具擁有一般類(lèi)型的機(jī)械滑臺(tái)的功能外 同時(shí)還使得機(jī) 床及其自動(dòng)化線(xiàn)的進(jìn)給系統(tǒng)擁有易調(diào)并且快速調(diào)節(jié)的特點(diǎn) 通過(guò)改裝步進(jìn)電機(jī) 可以實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)位控準(zhǔn)確及人機(jī)對(duì)話(huà)等 7 考慮到要通過(guò) PLC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)組合鉆 床的控制 原有的交流伺服電機(jī)帶動(dòng)的機(jī)械滑臺(tái) 現(xiàn)采用步進(jìn)電機(jī)代替該滑臺(tái) 的交流伺服電機(jī) 再用 PLC 系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制加工過(guò)程 其中滑臺(tái)的快 進(jìn) 工進(jìn) 定位由步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制 考慮到槍鉆換刀空間 側(cè)底座裝配尺寸 工件尺寸范圍以及夾具尺寸 應(yīng)該選取足夠行程的數(shù)控滑臺(tái) 經(jīng)過(guò)計(jì)算選用最 大行程為 400 的 NC 1HJ25 型交流伺服數(shù)控機(jī)械滑臺(tái) 主要聯(lián)系尺寸表如下 表3 4 NC 1HJ25 型交流伺服數(shù)控機(jī)械滑臺(tái)聯(lián)系尺寸 型號(hào) 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(duì)置雙工位設(shè)計(jì) 所以選擇兩臺(tái) NC 1HJ25 型交流伺服數(shù)控機(jī)械滑 臺(tái) 查得該數(shù)控機(jī)械滑臺(tái)中的滾珠絲杠直徑為 25mm 導(dǎo)程為 10mm 長(zhǎng)度為 900mm 根據(jù)滾珠絲杠以及最大切削力計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的扭矩 通過(guò)扭矩選擇步進(jìn)電 機(jī) 查得有關(guān)資料如下 M Ftan d 2 2 3 1 其中 F 為最大切削力 為導(dǎo)程 d2 為中徑 計(jì)算得 M 5 6 N m 由于永磁式的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩比較小 根據(jù)所求扭矩應(yīng)選擇兩相混合式步 14 進(jìn)電機(jī) PH261O M 為 6M 3 1 3 側(cè)底座的選擇 側(cè)底座也稱(chēng)為臥式床身 其用途是在臥式機(jī)床中在側(cè)底座上安裝動(dòng)力滑臺(tái) 其長(zhǎng)度的決定是通過(guò)其上所安裝的動(dòng)力滑臺(tái)的長(zhǎng)度 動(dòng)力滑臺(tái)的行程有幾種 側(cè)底座的長(zhǎng)度就幾種規(guī)格 最新的標(biāo)準(zhǔn)系列規(guī)定側(cè)底座的高度為 560 或 630mm 但當(dāng)機(jī)床所需要的高度較低時(shí) 它的高度可以按 450mm 設(shè)計(jì) 8 但由 于加工時(shí)要求一定的裝料高度 對(duì)于加工不同零件的機(jī)床 可以在側(cè)底座與滑 移座間增加調(diào)整墊 本系列滑臺(tái)側(cè)底座的長(zhǎng)度按滑臺(tái)行程長(zhǎng)度分型并與其配套 滑移座安裝在 側(cè)底座上 側(cè)底座與中間底座用螺釘及銷(xiāo)聯(lián)結(jié)成一體 5 滑臺(tái)側(cè)底座之間裝 有 6mm 后的調(diào)整墊鐵 采用調(diào)整墊鐵使得機(jī)床的制造與維修方便 根據(jù)數(shù)控機(jī)械滑臺(tái) NC 1HJ25 行程選擇兩臺(tái)配套的滑臺(tái)側(cè)底座 1CC251 滑臺(tái) 行程 400mm 側(cè)底座高度為 560mm 其聯(lián)系尺寸為 表 3 51CC251 型滑臺(tái)側(cè)底座聯(lián)系尺寸 mm 型號(hào) 名義 尺寸 b 滑臺(tái) 行 程 L1 L2 B B1 H 1CC251 250 270 400 1050 650 450 395 560 側(cè)底座與中間底座之間用 M20 的緊固螺栓連結(jié) 定位方式為錐銷(xiāo) 20 定位 機(jī)床精度調(diào)整好之后 打錐銷(xiāo)定位 機(jī)床在運(yùn)到用戶(hù)前機(jī)床制造廠(chǎng)拆開(kāi) 運(yùn)送到用戶(hù)單位 要進(jìn)行重新調(diào)整精度并重新打錐銷(xiāo)定位 應(yīng)用此種定位方式 時(shí) 側(cè)底座和滑移臺(tái)之間在緊固螺栓與定位銷(xiāo)處可以采用一個(gè) 5mm 厚的調(diào)整墊 采用調(diào)整墊鐵后 方便了對(duì)機(jī)床的維修 滑臺(tái)導(dǎo)軌一旦磨損后 只需要取下滑 移座 并且將導(dǎo)軌面重新修整 同時(shí)更換調(diào)整墊鐵 使其恢復(fù)到原有的高度即 可 但是在出廠(chǎng)時(shí) 這些調(diào)整墊應(yīng)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(cè)底 15 座相聯(lián)結(jié) 并且支架和立柱等相聯(lián)結(jié) 中間底座的配制在機(jī)床使用時(shí)往往不能 用一種系列同時(shí)滿(mǎn)足不同使用要求 因此 中間底座無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化系列 尚需根據(jù) 情況設(shè)計(jì)專(zhuān)用的中間底座 側(cè)底座 支架等支撐部件可以安裝在中間底座的側(cè)面 中間底座的上面可 安裝工件夾具或者回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 中間底座的上平面一般開(kāi)有較大的孔 刀頭排 除鐵屑能夠通過(guò)該孔回落入機(jī)床中部的儲(chǔ)腔中 機(jī)床如果在需要冷卻時(shí) 冷卻 泵可以裝在中間底座的后側(cè)面 底腔可以?xún)?chǔ)存冷卻液 選擇雙面中間底座 在中間底座兩側(cè)安裝兩側(cè)底座 由于側(cè)底座高為 540mm 所以選擇 540mm 作為中間底座的高度 寬度可根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用 710mm 中間底座的長(zhǎng)度由工件夾具尺寸及其安裝位置所決定 實(shí)際長(zhǎng)度為 1800 表 3 6 中間底座選擇尺寸 mm 中間底座長(zhǎng) 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(jìn)步和相關(guān)工企業(yè)的科研團(tuán)隊(duì)的不斷研發(fā) 深孔加工技術(shù)已經(jīng)成為一種便捷 效率高的加工方法 并在機(jī)械制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)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(zhǔn) 直線(xiàn)度高 同軸度高的孔 同時(shí)可以獲得較高的表面質(zhì)量和重復(fù)性 能夠高效的加工各類(lèi)形零件的深孔 對(duì)于比較特殊深孔也能很好的解決 槍 鉆除了在專(zhuān)業(yè)深孔鉆機(jī)的應(yīng)用 同樣可用于數(shù)控機(jī)床上 深孔加工功能也可在 16 經(jīng)過(guò)稍加改裝的普通機(jī)床上也可以實(shí)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(jié)構(gòu) 標(biāo)準(zhǔn)的槍鉆是由超硬鎢鋼材料或航天鋼材經(jīng)熱處理從而制成的刀身及鋼制 驅(qū)動(dòng)柄經(jīng)過(guò)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(diǎn) 1 鉆刃槍鉆最核心的部分就是鉆刃 其獨(dú)特的科學(xué)設(shè)計(jì) 不僅能保證 在完成切削工作 在此同時(shí)還起到自導(dǎo)向作用 鉆出一個(gè)高精度的深孔只需一 次貫穿就可得到 鉆刃有兩個(gè)基本度 最恰當(dāng)?shù)慕M合需要我們根據(jù)被加工的工 件的材料以及它的形式來(lái)選擇 這樣有利于更好的保持切削平衡以及斷屑 同 時(shí)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(shè)計(jì)的原因是保證鉆身在加工過(guò) 程中自由旋轉(zhuǎn)并且不會(huì)和已加工表面發(fā)生摩擦 根據(jù)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(jīng)此通道 17 到達(dá)刀頭進(jìn)行冷卻 并將鉆孔產(chǎn)生的廢屑帶出來(lái) 3 3 鉆刃 刀身一般采用合金鋼經(jīng)過(guò)熱處理制成 刀身有 110 120 度的 V 型槽 冷卻 液由油孔到達(dá)切削部位 然后順著 V 型槽排出 同時(shí)切削產(chǎn)生的廢屑也由此通 道排出 為保證所加工孔的直線(xiàn)度和同軸度 刀桿的強(qiáng)度和韌度必須足夠大 在切削過(guò)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(qū)動(dòng)柄 驅(qū)動(dòng)柄的制造必須完全尊照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)加工法的規(guī)定 為了避免應(yīng)力集中從 而產(chǎn)生破壞在驅(qū)動(dòng)柄與刀身相接的頸部應(yīng)有用來(lái)消除應(yīng)力的弧狀凹槽 驅(qū)動(dòng)柄 18 一般為圓柱形 在驅(qū)動(dòng)柄的內(nèi)側(cè)面一般加工兩個(gè)平面 其用來(lái)供夾持套筒固定 住整個(gè)鉆頭 5 在工作中 槍鉆高速旋轉(zhuǎn) 冷卻液的注入壓力較高 如圖 圖 中1處用來(lái)連接鉆槍 2所指的接口用來(lái)注入冷卻液 3與鏜削動(dòng)力頭連接 所 以驅(qū)動(dòng)柄的設(shè)計(jì)至關(guān)重要 盡可能的增加驅(qū)動(dòng)柄的長(zhǎng)度這樣可以增加槍鉆本生 的剛度和同軸度 其可以根據(jù)自己的需要在廠(chǎng)家訂做 3 5 驅(qū)動(dòng)柄 3 2 3 槍鉆的冷卻及其霧化 在深孔鉆削過(guò)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(guò)程中是必不可少的環(huán)節(jié) 根據(jù)所加工的孔的尺寸的大小 按一定比例 通過(guò)調(diào)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(qiáng)制作用下 冷 卻液被通過(guò)磚頭中部的輸送通道強(qiáng)制性的運(yùn)送到刀頭部位 從而達(dá)到冷卻效果 并且能同時(shí)潤(rùn)滑刀肩 在冷卻的同時(shí)把鉆削產(chǎn)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(chǎng)家訂做的 節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間 3 2 4 槍鉆刃磨設(shè)備 槍鉆使用過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是刃磨 槍鉆一旦被磨損 刃磨時(shí)必須 將槍鉆裝夾在專(zhuān)用的夾具上進(jìn)行刃磨 刃磨可在萬(wàn)能刃具磨機(jī)床或在專(zhuān)用刃磨 機(jī)床上都可完成 每次刃磨只修磨內(nèi)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(shè)計(jì) 3 3 1 組合機(jī)床夾具機(jī)械部分設(shè)計(jì) 組合機(jī)床的夾具部分的重新設(shè)計(jì)也是機(jī)床改裝的一個(gè)重要部分 夾具將被 加工件實(shí)行固定和加緊 輔助完成加工任務(wù) 組合機(jī)床夾具直接能夠保證加工 產(chǎn)品的精度 所以它與一般機(jī)床得夾具有所區(qū)別 一般機(jī)床的夾具只是其中的 輔助部件 此外 不要混淆組合機(jī)床的夾具和一般的組合夾具 在萬(wàn)能機(jī)床上 組合夾具是用于為完成某一道工序加工 用一些標(biāo)準(zhǔn)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(jī)床夾具是為某種零件的特定工序而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的 它是由標(biāo)準(zhǔn)件 通用件以 及專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的元件構(gòu)成的專(zhuān)用構(gòu)件 是組合機(jī)床的一個(gè)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(jié)構(gòu)和加工 要求 夾具有固定的 帶滾道或浮動(dòng)輥道的 帶水盆和小車(chē)等形式 因?yàn)榻M合 機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行多個(gè)面 多把刀 多道工序的同時(shí)加工 在所需的切 削力很大 所以?shī)A具要有足夠大的剛性和夾緊力 一般在夾具上都設(shè)有引導(dǎo)刀 具的導(dǎo)向裝置 以保證工件的加工精度 有的夾具要求具有自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)和夾 壓機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)定位和夾壓的自動(dòng)化 并設(shè)有動(dòng)作完成的檢查訊號(hào) 以減輕工人 的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高生產(chǎn)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(jī)床夾具是根據(jù)被加工零件專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)套筒定位 后端 用夾緊液壓缸帶動(dòng)頂尖夾緊 通過(guò)摩擦力限制工件轉(zhuǎn)動(dòng) 20 3 7 夾具圖 工件夾具由底座 回收箱 導(dǎo)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(lái)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(nèi) 導(dǎo)套采用通用導(dǎo)套 對(duì)刀具 起到支撐和導(dǎo)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(dǎo)套 內(nèi) 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(dòng)頂尖夾緊工件 由于工件直徑較小 且鉆削 時(shí)力和力矩均較小 夾具各部件及支撐剛度和強(qiáng)度較大 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度 剛度 符合要求 不必再校核了 3 3 2 夾具液壓部分設(shè)計(jì) 1 液壓缸的選擇 組合機(jī)床的夾緊液壓缸已形成了通用化系列 根據(jù)資料選用 T50 系列 加緊液壓缸 這種液壓缸的缸體是用無(wú)縫鋼管制成 兩端蓋是嵌入式的 缸體 兩端的內(nèi)壁開(kāi)有環(huán)形槽 把端蓋裝入后旋轉(zhuǎn) 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(guò)兩個(gè) 半圓鍵用法蘭盤(pán)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(jì)算夾緊力時(shí) 應(yīng)考慮到切削余量有可能超過(guò)計(jì)算值以及材質(zhì)的不均勻性 因此 加緊力的實(shí)際值應(yīng)相對(duì)于計(jì)算值有 1 5 2 的安全系數(shù)由上面計(jì)算得到 的軸向切削力 F 1743 803N 所以實(shí)際夾緊力 F 1743 803 2 3487 604N 根據(jù)實(shí)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(shù)參數(shù) 型號(hào) 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(guò)程中可以采用三位四通的電磁閥進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn) 此時(shí)泵的輸出功率接近于零 需要使回路卸荷 以節(jié)省動(dòng)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(dāng)換向閥置于中間時(shí) 液壓油不經(jīng)過(guò)液壓缸直接回到油缸 此時(shí)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?yàn)橐簤合到y(tǒng)是指使用來(lái)夾緊工件 速度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取一個(gè)合適的數(shù)值 選取為 20mm s 如果取進(jìn)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(jì)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(jì)算分析通過(guò)各液壓閥油液的壓力和流量的上限 選擇個(gè)各液壓閥的型號(hào) 油管的直徑可根據(jù)所選元件的油口尺寸來(lái)決定 也可以按照油路的額定流 速進(jìn)行選擇計(jì)算 油箱容量下式確定 3 2 57 210vVmqL 按照習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)合理的安排各液壓元件的位置和技術(shù)參數(shù) 也根據(jù)液壓原 理圖可以由廠(chǎng)家訂做液壓站 3 4 步進(jìn)電機(jī)的選擇 3 4 1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理 步進(jìn)電機(jī)分為倆種 永磁式和反應(yīng)式 前者通常為兩相電 輸出轉(zhuǎn)矩和外 觀(guān)體積都較小 一個(gè)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 7 5 角 后者一般為三相電 輸 出轉(zhuǎn)矩較大 一個(gè)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)為 1 5 但其工作時(shí)噪聲和振動(dòng)都較 大 10 混合式步進(jìn)電機(jī)是將倆者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起 輸出轉(zhuǎn)矩大 噪聲小 工 作性能穩(wěn)定 24 3 9 步進(jìn)電機(jī) 1 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ) a 步距角精度 電機(jī)運(yùn)行時(shí) 每一個(gè)步距角步進(jìn)實(shí)際與理論的誤差 不同運(yùn)行拍數(shù)所產(chǎn)生 的誤差是不一樣的 拍數(shù)的增加 導(dǎo)致誤差也隨之上升 b 失步 電機(jī)工作時(shí)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)和理論上計(jì)算的步數(shù)不相等 稱(chēng)之為失步 c 失調(diào)角 轉(zhuǎn)子齒軸線(xiàn)偏移定子齒軸線(xiàn)的角度 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角 由失調(diào)角產(chǎn) 生的誤差 采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的 d 最大空載起動(dòng)頻率 電機(jī)在不加負(fù)載的情況下 通以正常的電壓和電流 能夠啟動(dòng)的最低的脈 沖信號(hào)頻率 e 最大空載的運(yùn)行頻率 電機(jī)在在不加負(fù)載的條件下 通以正常的電壓和電流 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速頻率 電機(jī)帶有負(fù)載的情況下 啟動(dòng)頻率降低 在此的情況下 為使電機(jī)到達(dá)足 夠的轉(zhuǎn)速 脈沖信號(hào)的頻率和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比 即便啟動(dòng)頻率較低 電機(jī)可逐 步達(dá)到較高頻率 滿(mǎn)足工作需求 3 4 2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的使用有其特點(diǎn) 必須采用專(zhuān)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制器 它 一般由脈沖發(fā)生分配控制單元 功率驅(qū)動(dòng)單元 保護(hù)單元等組成 符合要求的 脈沖信號(hào)通過(guò)控制器分配給各相圈 功率經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)器內(nèi) 部帶環(huán)形脈沖分配器 若使電機(jī)運(yùn)行只需輸入單相脈沖 然后由環(huán)形分配器按 一定的順序?qū)⒚}沖加到控制電機(jī)繞組各端的開(kāi)關(guān)管的控制極上 3 4 3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器 電機(jī)的運(yùn)行由控制器控制 控制器按照的作用是依照設(shè)計(jì)者的要求控制并 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)依照設(shè)定程序進(jìn)行運(yùn)行 邏輯電路可控制比較簡(jiǎn)單的控制過(guò)程 25 但其線(xiàn)路較復(fù)雜 成本較高 自從微處理器問(wèn)世以來(lái) 給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器設(shè) 計(jì)開(kāi)辟了新的途徑 各種 PCL 的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用 為設(shè)計(jì)功能很強(qiáng)而且價(jià) 格低廉的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器打開(kāi)了廣闊的市場(chǎng)空間 通過(guò) PLC 可以實(shí)現(xiàn)用較少 的成本完成很復(fù)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(jiǎn)單的事 修改時(shí)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(chē)床改造計(jì)算部分 4 1 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 1 計(jì)算進(jìn)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(tái)及夾具重 F 切削力 2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C 4 2 m3FL 4 3 60 1nT 4 4 0 sVL 式中 絲杠單導(dǎo)程0L 進(jìn)給速度sV T 使用壽命 L 壽命 n 轉(zhuǎn)速 2 710 58606 L n 1000 minr4 KN 327C3 3 傳動(dòng)效率計(jì)算 27 4 5 tan 95 6t3 65 t 0 167 其中 螺旋升角 摩擦角 5 剛度驗(yàn)算 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 4 6 EFLm1 式中 工作負(fù)載mF L 絲杠導(dǎo)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(yù)緊 其拉壓剛度為原來(lái)的 4 倍 其實(shí)際變形量為 1 3 4 0 0116 0 015 滿(mǎn)足精度要求 1 4 3 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 查找 機(jī)械通用零部件優(yōu)選手冊(cè) 選用混合式步進(jìn)電機(jī) PH261O M 為 6M 0 72 9 8 d 11 23 0 64 b mJ2ckg 1L1J2cmkg 1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 計(jì)算電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 4 7 MLJiJPr 2021 28 式中 折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量rJ 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量11Z 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量22 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量PJ M 工作臺(tái)質(zhì)量 絲杠螺距 0L i 傳動(dòng)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(mǎn)足慣量匹配要求 2 電機(jī)力矩的計(jì)算 快速空載啟動(dòng)力矩 4 8 0maxTTf 最大切削負(fù)載力矩 4 9 tfatdTT 0 N 加速進(jìn)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(dòng)時(shí)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(shí)加速力矩 mNat 45 025 6983 切削力矩 30 mNTt 43 10 8254316 快速空載時(shí)啟動(dòng)力矩 3 22 9 m 最大切削負(fù)載所需力矩 0 045 0 090 0 33 1 43 1 90dTmN 加速進(jìn)給力矩 0 090 0 33 0 42j 電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 6 3 22 滿(mǎn)足 mN 4 4 進(jìn)給系統(tǒng)驗(yàn)算 加速能力驗(yàn)算 P705 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 13 45rJ2cmkg 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 9 8m 慣量匹配符合要求 0 5 8 045 13 9 定位精度驗(yàn)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(shí)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(duì)于角接觸球軸承 其軸向剛度 31 4 17 3102sin6 3aBaFDZK 式中 Z 滾動(dòng)體個(gè)數(shù) 接觸角 滾動(dòng)體直徑 bD 其中 4 18 0DdZ Z 21 431675 2 取整 Z 21 滾珠絲杠公稱(chēng)直徑0d 31312 67 420 sin 23 BaK 210 15 mN 所以 切削時(shí) 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(jī)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(diǎn) 可編程控制器 programmable controller 簡(jiǎn)稱(chēng) PC 為了同個(gè)人計(jì)算機(jī) 的 PC 相區(qū)別 所以用 PLC 表示 13 在原有的基礎(chǔ)上 PLC 技術(shù)有了革命性的進(jìn)步 融入了現(xiàn)代化的元素 如 計(jì)算機(jī)技術(shù) 自動(dòng)控制等 廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)化工業(yè) 已經(jīng)批量生產(chǎn) 形成多 種系列 通過(guò)數(shù)字編程和一些其它鋪助原件實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制 廣泛應(yīng)用于各 類(lèi)機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制 用戶(hù)根據(jù)需要可以選用現(xiàn)成產(chǎn)品 也可以自己設(shè)計(jì)編程 實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)化 PLC 程序具有很強(qiáng)的可靠性 PLC 的核心部分是 CPU 信息經(jīng)其轉(zhuǎn)化處理 按設(shè) 定程序驅(qū)動(dòng)其他部分動(dòng)作 5 1 機(jī)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(jī)床設(shè)計(jì)中 需要 PLC 控制的部分是滑臺(tái)的進(jìn)給部分 這部分需要控 制步進(jìn)電機(jī)的速度 進(jìn)給量等 12 個(gè)開(kāi)入點(diǎn)和 6 個(gè)開(kāi)出點(diǎn) 所以選擇了 FX2N 16MR 001 型號(hào)的 PLC 控制器 該控制器的性能及特點(diǎn)如下表所示 表 5 1 FX2N 16MR 001 的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn) 型號(hào) 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(méi)有高速脈沖口 如果要控制步進(jìn)電機(jī)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(hù)手冊(cè)選擇 FX2N 1PG 脈沖發(fā) 生單元 5 2 PLC 編程 FX 系列產(chǎn)品 它內(nèi)部的編程元件 也就是支持該機(jī)型編程語(yǔ)言的軟元件 按通俗叫法分別稱(chēng)為繼電器 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器等 但它們與真實(shí)元件有很差別 一般稱(chēng)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(wú)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(zhuān)用輔助繼電器 T 代 表定時(shí)器 C 代表計(jì)數(shù)器 S 代表狀態(tài)繼電器 D 代表數(shù)據(jù)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(kāi)關(guān)接受信號(hào)的窗口 PLC 內(nèi)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(hào)與接線(xiàn)端子編號(hào)一致 按八進(jìn)制輸入 線(xiàn)圈的吸合或釋放只取決于 PLC 外部觸點(diǎn)的狀態(tài) 內(nèi)部有 常開(kāi) 常閉兩種觸點(diǎn)供編程時(shí)隨時(shí)使用 且使用次數(shù)不限 輸入電路的時(shí)間常 數(shù)一般小于 10ms 各基本單元都是八進(jìn)制輸入的地址 輸入為 X000 X007 X010 X017 X020 X027 它們一般位于機(jī)器的上端 輸 入 元件名稱(chēng) 功能 地址 SB1 電機(jī) 1 快進(jìn)開(kāi)關(guān) X000 SB2 電機(jī) 1 快退開(kāi)關(guān) X001 SB3 電機(jī) 1 工進(jìn)開(kāi)關(guān) X002 SB4 前工位限位開(kāi)關(guān) 1 X003 SB5 后工位限位開(kāi)關(guān) 1 X004 SB6 電機(jī) 1 緊急停止 X005 SB7 電機(jī) 2 快進(jìn)開(kāi)關(guān) X007 SB8 電機(jī) 2 快退開(kāi)關(guān) X010 SB9 前工位限位開(kāi)關(guān) 2 X011 SB10 后工位限位開(kāi)關(guān) 2 X012 SB11 電機(jī) 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(dòng)力頭及切削液接觸器 Y002 KM4 步進(jìn)電機(jī) 2 方向控制 Y003 KM5 步進(jìn)電機(jī) 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(fù)載輸出信號(hào)的窗口 輸出繼電器的線(xiàn)圈由程序 控制 輸出繼電器的外部輸出主觸點(diǎn)接到 PLC 的輸出端子上供外部負(fù)載使用 其余常開(kāi) 常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部程序使用 15 輸出繼電器的電子常開(kāi) 常閉觸點(diǎn)使用 次數(shù)不限 輸出電路的時(shí)間常數(shù)是固定的 各基本單元都是八進(jìn)制輸出 輸 出為 Y000 Y007 Y010 Y017 Y020 Y027 它們一般位于機(jī)器的下端 5 2 3 定時(shí)器 T 在 PLC 內(nèi)的定時(shí)器是根據(jù)時(shí)鐘脈沖的累積形式 當(dāng)所計(jì)時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí) 其輸出觸點(diǎn)動(dòng)作 時(shí)鐘脈沖有 1ms 10ms 100ms 定時(shí)器可以用用戶(hù)程序存儲(chǔ) 器內(nèi)的常數(shù) K 作為設(shè)定值 也可以用數(shù)據(jù)寄存器 D 的內(nèi)容作為設(shè)定值 在 后一種情況下 一般使用有掉電保護(hù)功能的數(shù)據(jù)寄存器 在此種功能下 如果 備用電池電壓下降 定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器通常會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作 定時(shí)器通道范圍如下 100 ms 定時(shí)器 T0 T199 共 200 點(diǎn) 設(shè)定值 0 1 3276 7 秒 10 ms 定時(shí)器 T200 TT245 共 46 點(diǎn) 設(shè)定值 0 01 327 67 秒 1 ms 積算定時(shí)器 T245 T249 共 4 點(diǎn) 設(shè)定值 0 001 32 767 秒 100 ms 積算定時(shí)器 T250 T255 共 6 點(diǎn) 設(shè)定值 0 1 3276 7 秒 當(dāng)定時(shí)器線(xiàn)圈 T200 的驅(qū)動(dòng)輸 入 X000 接通時(shí) T200 的當(dāng)前值計(jì)數(shù)器對(duì) 10 ms 的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù) 當(dāng) 前值與設(shè)定值 K123 相等時(shí) 定時(shí)器的輸出接點(diǎn)動(dòng)作 即輸出觸點(diǎn)是在驅(qū)動(dòng)線(xiàn) 圈后的 1 23 秒 10 123ms 1 23s 時(shí)才動(dòng)作 當(dāng) T200 觸點(diǎn)吸合后 Y000 就有輸出 當(dāng)驅(qū)動(dòng)輸入 X000 斷開(kāi)或發(fā)生停電時(shí) 定時(shí)器就復(fù)位 輸出觸點(diǎn)也 復(fù)位 每個(gè)定時(shí)器只有一個(gè)輸入 它與常規(guī)定時(shí)器一樣 線(xiàn)圈通電時(shí) 開(kāi)始計(jì)時(shí) 斷電時(shí) 自動(dòng)復(fù)位 不保存中間數(shù)值 定時(shí)器由兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器組成 其功能 分別設(shè)定為值寄存器和現(xiàn)時(shí)值寄存器 編程時(shí) 用戶(hù)可以自己設(shè)定累積值 5 2 4 應(yīng)用指令 MOV DRVA CMP 1 傳送指令 MOV 將 S 中的內(nèi)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(duì)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(yè)計(jì)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(zhuǎn)方向信號(hào)輸出起始地址 根據(jù) S1 和當(dāng)前位置的差值 按照以下方式進(jìn)行動(dòng)作 正 ON 負(fù) OFF 向 Y000 輸出時(shí) D8141 高位 D8140 低位 向 Y001 輸出時(shí) D8143 高位 D8142 低位 反轉(zhuǎn)時(shí) 當(dāng)前值寄存器的數(shù)值減小 所謂絕對(duì)驅(qū)動(dòng)方式 是指指定由原點(diǎn)開(kāi)始距離的方絕對(duì)位置 控制運(yùn)行的 設(shè)定項(xiàng)目和運(yùn)行速度 3 比較指令 CPM 比較源 S1 和源 S2 的內(nèi)容 其大小一致時(shí) 則 D 動(dòng)作 大小比較是按代數(shù) 形式進(jìn)行的 所有原數(shù)據(jù)都被看成二進(jìn)制值處理 作為目標(biāo)地址加入指定 M0 如圖記一樣 M0 M1 M2 被自動(dòng)占有 37 第 6 章 經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性分析 經(jīng)濟(jì)性分析 現(xiàn)在多數(shù)企業(yè)的機(jī)械設(shè)備比較陳舊 或使用多年 或者還保持最低端的設(shè) 備 企業(yè)設(shè)備不更新 生產(chǎn)率低 工人工作強(qiáng)度大 利潤(rùn)率不高就會(huì)出現(xiàn)員工 離開(kāi)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(chǎng)經(jīng)濟(jì) 過(guò)程中 為更新設(shè)備 一般企業(yè)都從國(guó)外引進(jìn)高端的數(shù)控機(jī)床設(shè)備 包括許多 技術(shù)含量較高的的配套產(chǎn)品 其利益都被國(guó)外的企業(yè)獲得 而且過(guò)大的資金投 入還會(huì)是企業(yè)無(wú)法進(jìn)行技術(shù)升級(jí)或調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 作為新興產(chǎn)業(yè)的機(jī)床改造業(yè) 很大程度上的利用了原有的設(shè)備 并避免購(gòu)買(mǎi)新設(shè)備 不浪費(fèi)資源 又能夠節(jié) 約成本 如果能夠完善機(jī)床改造的機(jī)制 能夠盡可能的避免資金的外流 拉動(dòng) 國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展 并帶動(dòng)機(jī)械技術(shù)進(jìn)步 是機(jī)械產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展道路之一 環(huán)保型分析 機(jī)械 電力 鋼鐵 礦業(yè)等特大型工業(yè)企業(yè)的發(fā)展對(duì)煤和石油的依賴(lài)性越 來(lái)越強(qiáng) 機(jī)械工業(yè)對(duì)環(huán)境的傷害越來(lái)越嚴(yán)重 作為產(chǎn)品的第一道工序 無(wú)論是 生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)都要保持綠色健康的發(fā)展態(tài)勢(shì) 舊車(chē)床的改裝正是符合這一理念 把 閑置的機(jī)床利用起來(lái) 不用重新購(gòu)置新的機(jī)床 不僅節(jié)約了成本 也避免了資 源的浪費(fèi) 機(jī)床的改裝是將普通機(jī)床改裝為專(zhuān)用機(jī)床 這樣就提高了原料的利 用率 在有限的資源上生產(chǎn)更多的產(chǎn)品 在滿(mǎn)足社會(huì)需求的情況下 節(jié)約了資 源 從而保護(hù)了環(huán)境 38 結(jié) 論 大學(xué)畢業(yè)前的最后一個(gè)大作業(yè) 一次難得的體驗(yàn)和機(jī)會(huì) 我此次畢業(yè)設(shè)計(jì) 的課題是 C6132 改裝為雙工位數(shù)控缸體鉆床設(shè)計(jì) 剛接到設(shè)計(jì)題目時(shí)感覺(jué)無(wú) 從下手 經(jīng)過(guò)老師一番指點(diǎn) 才明白了我此次的設(shè)計(jì)目的 意義和方法 雖然本次課題是一個(gè)老話(huà)題 但是對(duì)于我們這些即將畢業(yè)的本科生 在沒(méi) 有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 只有理論知識(shí)的背景下 也是一個(gè)很適合的課題 通過(guò)網(wǎng)上查詢(xún) 相關(guān)信息 了解到機(jī)床的改裝和組合機(jī)床對(duì)我國(guó)機(jī)械行業(yè)發(fā)展的重要性 我國(guó) 是一個(gè)大國(guó) 從一窮二白起步發(fā)展至今 機(jī)械行業(yè)也隨之興起 如今自動(dòng)化的 生產(chǎn)盛行 不可避免的要淘汰一部分廢舊的機(jī)床 而大多數(shù)的小企業(yè)又沒(méi)有多 余資金 產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型困難 而市場(chǎng)和客戶(hù)對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量和精度要求愈來(lái)愈高 在此情況下 機(jī)床改裝應(yīng)用而生 在設(shè)計(jì)之初 首先確定的是 車(chē)床改裝的整體方案 根據(jù)被加工件的特點(diǎn) 把一臺(tái)廢舊的普通車(chē)床改裝為專(zhuān)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(jìn)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(kāi)一系列的改裝 動(dòng)力頭的 選擇 專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì) 進(jìn)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(shè)計(jì)都需要參考許多其他文獻(xiàn)和資料 并對(duì)每一部分進(jìn)行驗(yàn)算 在有了 這些的基礎(chǔ)上 開(kāi)始繪制圖紙 從零件圖到最后的裝配圖 這是一個(gè)細(xì)心漫長(zhǎng) 的過(guò)程 通過(guò)這次設(shè)計(jì)可以得到以下結(jié)論 1 車(chē)床的改裝在我國(guó)有這很大的發(fā)展空間和經(jīng)濟(jì)價(jià)值 不僅促進(jìn)了工業(yè) 的發(fā)展 也給企業(yè)增加了效益 這樣的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用 2 設(shè)計(jì)中學(xué)會(huì)了運(yùn)用所學(xué)知識(shí) 對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)有了更多的了解 為以后 的工作打下良好的基礎(chǔ) 但畢竟是純理論的設(shè)計(jì) 在實(shí)際的改裝過(guò)程中 難免 會(huì)有很多不合適的地方 在實(shí)際改裝中 不符合的地方 根據(jù)實(shí)際條件作出局 部調(diào)整 3 本設(shè)計(jì)較大的缺陷是 設(shè)計(jì)理論比較不成熟 主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì) 但從生產(chǎn)技術(shù)的提高角度看 我們要進(jìn)一步加強(qiáng)理論方面的研究 使我們的設(shè) 計(jì)越來(lái)越科學(xué)越來(lái)越先進(jìn) 39 參考文獻(xiàn) 1 于英華著 組合機(jī)床設(shè)計(jì) M 清華大學(xué)出版社 2012 年 09 月 2 2 王健石著 機(jī)械通用零部件優(yōu)選手冊(cè) M 中國(guó)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(guān)鍵技術(shù) M 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出 版 社 2014 10 1 4 日 坂本正文著 王自強(qiáng)譯 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù) M 科學(xué)出版社 2010 5 1 5 張勇 朱朝寬著 車(chē)床數(shù)控化改造實(shí)例 M 機(jī)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(duì)策 J 湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 2012 22 2 16 19 7 朱耀祥 浦林祥著 現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) M 機(jī)械工業(yè)出版社 2010 2 1 8 Stephen J Chapman 著 滿(mǎn)永奎 譯 電機(jī)原理及驅(qū)動(dòng) 電機(jī)學(xué)基礎(chǔ) 第 5 版 M 清華大學(xué)出版社 2013 年 6 月 1 日 9 王益群 高殿榮著 液壓工程師技術(shù)手冊(cè) M 化學(xué)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(yīng)用 M 機(jī)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(yīng)用 J 藝術(shù)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(qiáng)譯 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù) M 科學(xué)出版社 2010 5 1 16 陳立德著 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 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(xué)習(xí)和工作 首先最應(yīng)感謝的是我的 指導(dǎo)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(dǎo)老師在這次課題設(shè)計(jì)中給了我很多的幫助 并且 提出較多的修改意見(jiàn) 使得這次設(shè)計(jì)變的非常完美 我無(wú)論在學(xué)習(xí)上得到了雷老師細(xì)心地關(guān)懷與幫助 導(dǎo)師高尚的品德 嚴(yán)謹(jǐn) 的治學(xué)態(tài)度 淵博的知識(shí) 溫和質(zhì)樸的學(xué)者風(fēng)范和積極樂(lè)觀(guān)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(duì)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(xué)和朋友給予的各種幫助 與合作 在此向他們表示誠(chéng)摯的謝意