畢業(yè)設(shè)計(jì)--數(shù)控立式單工位深孔鉆床設(shè)計(jì)（含外文翻譯）

1、<p>　　數(shù)控立式單工位深孔鉆床設(shè)計(jì)</p><p>　　作 者 姓 名： </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： 副教授</p><p>　　單 位 名 稱(chēng)： 機(jī)械工程與自動(dòng)化</p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化</p><p><b>　　2007年6

2、月</b></p><p>　　Design of single work space vertical CNC machine for deep hole driller</p><p>　　by Guo Zhenyu</p><p><b>　　任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　摘

3、要</b></p><p>　　在機(jī)械加工的生產(chǎn)活動(dòng)中，我們常常會(huì)遇到長(zhǎng)徑比(L/D)大于10的深孔加工。深孔加工主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 由于孔的深度與孔徑比例較大，鉆桿細(xì)長(zhǎng)，剛性差。故在鉆孔時(shí)容易偏斜，并產(chǎn)生振動(dòng),導(dǎo)致孔的表面粗糙度和尺寸精度不易保證。</p><p>　　(2) 鉆頭的工作環(huán)境惡劣，熱量不易排出，排屑困難使得

4、刀具磨損加劇。</p><p>　　本設(shè)計(jì)就是針對(duì)這些特點(diǎn)而進(jìn)行的，而且是基于組合機(jī)床的槍鉆鉆削系統(tǒng)，利用MQL技術(shù)對(duì)槍鉆冷卻，并設(shè)計(jì)了用PLC控制完成自動(dòng)加工過(guò)程，所以大大的提高了加工效率以及加工精度。</p><p>　　由于該鉆床的基礎(chǔ)是組合機(jī)床，所以在應(yīng)用上具有高的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化水平，性能上應(yīng)具有先進(jìn)性，在結(jié)構(gòu)上具有足夠的剛度和精度，另外還有使用方便、性能穩(wěn)定、工作可靠、制

5、造容易、維修簡(jiǎn)單和外形美觀等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本文介紹了組合機(jī)床通用部件的選取以及機(jī)床夾具部分的設(shè)計(jì)過(guò)程。為了更好的用PLC控制加工過(guò)程，本設(shè)計(jì)還對(duì)必要的部件加以改造，如動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)改裝成由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。</p><p>　　本文對(duì)PLC應(yīng)用于組合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想也作了介紹，對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)作了闡述。</p><p>　　關(guān)鍵詞：組合機(jī)床，槍

6、鉆，MQL，PLC</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the production machining activities，We often encounter such a deep hole machining――L/D>10.Deep processing has the following main cha

7、racteristics:</p><p>　　1. Due to the depth and hole diameter larger proportion，Slender drill pipe，poor Rigid。So when boring, the drill pipe can be skewed easily, and producing vibration. Result to the surfa

8、ce roughness and dimensional accuracy can not be guaranteed.</p><p>　　2. Drill‘s working environment is poor. Heat can not be emitted easily. Scrap iron-removing difficulties making tool wear dramatically.&

9、lt;/p><p>　　My design is meant to handle these problems. Based on the modular machine’s gun drilling system, MQL technology is used for guns drilling cooling. Using PLC completes automatic processing. So greatl

10、y improve the processing efficiency and accuracy of processing.</p><p>　　The drilling is based modular machine; therefore, the application has a high serialization and standardization, and general level. Per

11、formance should be advanced. The structure has sufficient stiffness and precision. Moreover, it is user-friendly, stable performance, reliable, easy to manufacture, maintenance simple and pleasing in appearance, and has

12、other advantages. This paper introduces the general units of modular machines, and the selection of them, and process of jig design. In order to b</p><p>　　Keywords: modular machine, gun drill, MQL, PLC</

13、p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　任務(wù)書(shū)i</b></p><p><b>　　摘 要iii</b></p><p>　　Abstractv</p><p><b>　　第一章 緒論1</b>&

14、lt;/p><p>　　1.1 本課題的目的和意義1</p><p>　　1.2 深孔加工現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 組合機(jī)床的背景與發(fā)展3</p><p>　　1.4 PLC簡(jiǎn)介5</p><p>　　第二章 機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.1 加工技術(shù)要求9<

15、;/p><p>　　2.2 刀具的選擇9</p><p>　　2.2.1 槍鉆簡(jiǎn)介9</p><p>　　2.2.2 槍鉆的訂做與使用11</p><p>　　2.2.3 槍鉆的排屑冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.3 組合機(jī)床通用部件的選擇15</p><p>　　2.3.1

16、動(dòng)力頭的選擇15</p><p>　　2.3.2 機(jī)械滑臺(tái)的選擇17</p><p>　　2.3.3 機(jī)床立柱的選擇18</p><p>　　2.3.4 機(jī)床底座的設(shè)計(jì)19</p><p>　　2.3.5 附加件的設(shè)計(jì)20</p><p>　　2.4 夾具的設(shè)計(jì)21</p><p>

17、　　2.4.1 夾具的機(jī)部分的設(shè)計(jì)21</p><p>　　2.4.2 夾具液壓部分的設(shè)計(jì)22</p><p>　　2.5 機(jī)床輔助部分的設(shè)計(jì)27</p><p>　　第三章 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.1 數(shù)控系統(tǒng)方案概述29</p><p>　　3.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇29</p&g

18、t;<p>　　3.3 編碼器的選擇33</p><p>　　3.4 西門(mén)子S7-200的CPU模塊和I/O模塊的選擇35</p><p>　　3.5人機(jī)界面的選擇37</p><p>　　3.6 S7-200 PLC的部分指令介紹39</p><p>　　3.6.1高速脈沖輸出指令（PLS）39</p>

19、<p>　　3.6.2高速計(jì)數(shù)功能（HSC）41</p><p>　　經(jīng)濟(jì)環(huán)保性分析45</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b></p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)49</b></p><p>　　附錄A 外文翻譯原文51</p><p>　　

20、附錄B 外文翻譯漢語(yǔ)63</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題的目的和意義</p><p>　　在機(jī)械加工的生產(chǎn)活動(dòng)中，我們常常會(huì)遇到長(zhǎng)徑比(L/D)大于10的深孔加工。深孔加工主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)由于孔的深度與孔徑比例較大，鉆桿細(xì)長(zhǎng)、剛性差。故在鉆孔時(shí)容易偏斜，產(chǎn)生振動(dòng)。導(dǎo)致孔的表面粗糙

21、度和尺寸精度不易保證。(2)鉆頭的工作環(huán)境惡劣，熱量不易排出，排屑困難使得刀具磨損加劇。因此，研究深孔加工的新工藝、深孔加工刀具的新結(jié)構(gòu)、深孔加工工藝設(shè)備成為人們關(guān)注的問(wèn)題。</p><p>　　近幾年，汽車(chē)工業(yè)飛速發(fā)展，產(chǎn)量日益提高。提升汽車(chē)零部件的加工效率已成為必然，然而，汽車(chē)制動(dòng)缸體的加工屬深孔類(lèi)加工，加工難度高、工作量大。顯然，采用麻花鉆等一些傳統(tǒng)刀具為刀具的機(jī)床在加工精度上、效率上都不能滿(mǎn)足要求。為此，

22、我們?cè)O(shè)計(jì)一種加工汽車(chē)制動(dòng)缸體的專(zhuān)用組合機(jī)床。</p><p>　　組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計(jì)的專(zhuān)用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專(zhuān)用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，

23、并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。</p><p>　　我所設(shè)計(jì)的機(jī)床是數(shù)控立式單工位深孔鉆床，可對(duì)工件進(jìn)行深空加工，我采用槍鉆作為加工刀具加工深孔。</p><p>　　該鉆床是一臺(tái)專(zhuān)門(mén)加工特定尺寸要求缸孔體的專(zhuān)用機(jī)床，它能夠?qū)Ρ患庸ち慵M(jìn)行端面、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等工序的加工,但因?yàn)槠浼庸ぞ仁种撸晕覀冎恍枰淮渭庸ぞ涂梢赃_(dá)到所需的粗糙度要求。整個(gè)機(jī)床的機(jī)械部分是由數(shù)控滑臺(tái)、立柱、立柱底座

24、、動(dòng)力頭以及冷卻裝置等附加部件組成。并利用PLC進(jìn)行自動(dòng)化控制，利用HMI進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)。</p><p>　　經(jīng)本次的課題設(shè)計(jì)，我還可以掌握一些有關(guān)機(jī)械制圖和三維造型的軟件，如UG、CAXA等，并且對(duì)大型的裝備圖，工業(yè)流程圖有更深的體會(huì)。在控制方面，我們主要采用PLC技術(shù)，PLC是當(dāng)今世界上控制領(lǐng)域較為完善的產(chǎn)品，穩(wěn)定性很好，相信在這方面我還會(huì)有相當(dāng)大的收獲。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)

25、我除了選用通用部件外還要設(shè)計(jì)機(jī)床的夾具，可以說(shuō)本次設(shè)計(jì)不僅會(huì)培養(yǎng)我對(duì)組合機(jī)床通用件的認(rèn)識(shí)，還可以給我一個(gè)動(dòng)手設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，里面有機(jī)械、電氣及少量液壓的部分，可以說(shuō)是四年的一個(gè)精華的總結(jié)吧。</p><p>　　相信這次畢業(yè)設(shè)計(jì)會(huì)給我將來(lái)的工作道路做一個(gè)較為好的、也較為完善的鋪墊，我也相信自己會(huì)把它完成得很好。</p><p>　　1.2 深孔加工現(xiàn)狀</p><p>

26、　　孔加工分為淺孔加工和深孔加工兩類(lèi)，也包括介于兩者之間的中深孔加工。一般規(guī)定孔深L與孔徑d之比大于5的孔稱(chēng)為深孔。深孔加工難度高、加工工作量大，已成為機(jī)械加工中的關(guān)鍵性工序。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品的更新?lián)Q代十分頻繁，新型高強(qiáng)度、高硬度的難加工零件不斷出現(xiàn)，無(wú)論是對(duì)深孔加工的質(zhì)量、加工效率、還是刀具的耐用度都提出了更高的要求。</p><p>　　隨著生產(chǎn)與科技的進(jìn)步，深孔零件在材質(zhì)及毛坯制造、刀具材料、深孔加

27、工機(jī)床、基礎(chǔ)理論研究、檢測(cè)等方面都有了較大的進(jìn)展。深孔零件的材質(zhì)，過(guò)去多采用碳素結(jié)構(gòu)鋼。低合金鋼和高強(qiáng)度合金鋼。新型工程材料，如鈦合金、不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、陶瓷、塑料、碳素纖維塑料、復(fù)合材料等，開(kāi)始在深孔零件上采用。新材料的逐步采用對(duì)深孔加工提出了新的技術(shù)難題。除了深孔零件的材質(zhì)外，零件的毛坯質(zhì)量也有了很大的改觀。現(xiàn)在深孔零件的毛坯除了采用一般的鑄、鍛、軋制毛坯外，對(duì)于機(jī)械性能要求高的深孔零件，采用真空冶煉、電渣重熔等方法獲得高質(zhì)量

28、的鑄錠后，進(jìn)行壓力加工。在管坯生產(chǎn)中，除了一般的熱軋、冷軋無(wú)縫管材外，現(xiàn)已采用精軋無(wú)縫管材。冶金技術(shù)的進(jìn)步，提高了材料的機(jī)械性能，使材料的加工性能發(fā)生了顯著的變化。鍛造及壓力加工技術(shù)的進(jìn)步，使得毛坯材料的去除率大為降低。另外，由于熱處理技術(shù)的發(fā)展，深孔工件經(jīng)過(guò)熱處理后，在機(jī)械性能、結(jié)晶與顯微組織上都有了較大的改善，這直接影響著材料的再加工性。</p><p>　　深孔加工機(jī)床現(xiàn)在多采用常規(guī)機(jī)床，有深孔鉆鏜床、深孔

29、磨床、研磨機(jī)及通用車(chē)床改造成的深孔鉆鏜床。近年來(lái)，已出現(xiàn)數(shù)控深孔鉆鏜床（CNC）。現(xiàn)代深孔加工技術(shù)的發(fā)展，面臨著多品種、小批量、新型工程材料及愈來(lái)愈高的精度要求的挑戰(zhàn)。由于機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品多品種、小批量的比重日益增加，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本成為深孔加工技術(shù)的中心課題。發(fā)展成組技術(shù)和開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)輔助制造(CAD/CAM)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)是提高深孔加工勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益的根本途徑。新型工程材料對(duì)深孔加工技術(shù)的挑戰(zhàn)，在于要求

30、提高傳統(tǒng)深孔加工方法的水平，開(kāi)發(fā)新的制造技術(shù)與工藝方法。愈來(lái)愈高的精度要求，需要發(fā)展深孔精密加工技術(shù)，并相應(yīng)地發(fā)展精密測(cè)量及精密機(jī)械設(shè)計(jì)。在實(shí)現(xiàn)深孔加工自動(dòng)化生產(chǎn)中，需要解決加工中異常情況的監(jiān)控及自動(dòng)檢測(cè)。目前，深孔加工中的這些問(wèn)題，雖然落后于車(chē)削、銑削，但已有一些國(guó)家在開(kāi)發(fā)研制，進(jìn)行解決。</p><p>　　深孔鉆削的鉆桿細(xì)而長(zhǎng)，小深孔鉆削的鉆桿更是細(xì)長(zhǎng)，其剛度很低，因此，在設(shè)計(jì)小深孔刀具時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能提高刀

31、具(包括鉆頭和鉆桿)整體的剛度。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，鉆桿與鉆頭采用了方牙螺紋聯(lián)接方式。這要在管壁很薄的鉆桿上切出方牙螺紋，勢(shì)必更使細(xì)長(zhǎng)鉆桿的強(qiáng)度和剛度下降。 </p><p>　　如鉆削5.7mm深孔，鉆桿外徑只能取4mm，在壁厚不足1mm上再挖去一個(gè)方牙螺紋的深度0.25mm，螺紋聯(lián)接處的強(qiáng)度和剛度大大下降，在鉆削中，鉆桿常在螺紋聯(lián)接處扭斷。即使用小進(jìn)給量以降低鉆削扭矩，也不能防止扭斷事故。</p>&

32、lt;p>　　為解決這一問(wèn)題，對(duì)于鉆削孔徑12mm以下孔的鉆桿和鉆頭的聯(lián)接，可采用三種方法：</p><p>　　可以將鉆頭和鉆桿做成90°的鈄口，用低溫銀焊(有時(shí)也用銅焊)或粘接將鉆頭和鉆桿聯(lián)接。第二種是將鉆頭的鉆柄直徑車(chē)小，鉆桿聯(lián)接處的孔徑鏜大與鉆柄裝配成一體，再在接縫處用低溫焊接或用粘接固定。還可以將硬質(zhì)合金刀片做成 “T”型端面，而在鉆桿上相應(yīng)銑出“T”型溝槽，將刀片插入粘接固定。這3種方

33、法經(jīng)多次試驗(yàn)，均比方牙螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度和剛度要好，可適當(dāng)加大小深孔鉆削時(shí)的進(jìn)給量，生產(chǎn)效率也得到相應(yīng)的提高。</p><p>　　根據(jù)上述的現(xiàn)狀分析，可以說(shuō)我們的設(shè)計(jì)很有意義也很有必要。</p><p>　　1.3 組合機(jī)床的背景與發(fā)展</p><p>　　組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計(jì)的專(zhuān)用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專(zhuān)用機(jī)床。<

34、;/p><p>　　組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。</p><p>　　組合機(jī)床一般用于加工箱體類(lèi)或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和

35、刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車(chē)削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件(如飛輪、汽車(chē)后橋半軸等)的外圓和端面加工。</p><p>　　二十世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米／1000

36、毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.5～0.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT7～6級(jí)，孔距精度可達(dá)0.03～0.02微米。</p><p><b>　　圖1.1組合機(jī)床</b></p><p>　　專(zhuān)用機(jī)床是隨著汽車(chē)工業(yè)的興起而發(fā)展起來(lái)的。在專(zhuān)用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。</p><p>　　最早的組合機(jī)床是1911年

37、在美國(guó)制成的，用于加工汽車(chē)零件。初期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶(hù)使用和維修，1953年美國(guó)福特汽車(chē)公司和通用汽車(chē)公司與美國(guó)機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。</p><p>　　通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類(lèi)。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)

38、動(dòng)的部件。主要有動(dòng)力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。</p><p>　　支承部件是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。</p><p>　　輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等。</p><p>　　控制部件是用以控制機(jī)床的

39、自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等。輔助部件有潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。</p><p>　　為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。這類(lèi)機(jī)床常見(jiàn)的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。</p><p>　　組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化結(jié)

40、構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等[1]。</p><p><b>　　1.4 PLC簡(jiǎn)介</b></p><p>　　PLC的發(fā)展歷程。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控

41、制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM（通用汽車(chē)）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱(chēng)Programmable Controller（PC）。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Contr

42、oller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡(jiǎn)稱(chēng)PC。　　PLC的定義有許多種。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成</p><

43、p>　　第二章 機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 加工技術(shù)要求 </p><p>　?。?）產(chǎn)品：汽車(chē)制動(dòng)泵缸體；</p><p><b>　?。?）加工范圍：</b></p><p>　　a. 材質(zhì)：鑄鐵HT250或鑄鋁ZL107；</p><p>　　b. 直徑范圍：Φ15.

44、87mm～Φ32mm；</p><p>　　c. 長(zhǎng)度范圍：60～240；</p><p>　　d. 盲孔，平底（底角最大角度10度）。</p><p><b>　?。?）技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　a. 直線(xiàn)度：Φ0.01；</p><p>　　b. 錐度：0.01</p>

45、;<p>　　c. 圓柱度：0.015；</p><p>　　d. 粗糙度：鑄鐵件0.8，鑄鋁件0.2；</p><p>　　e. 主孔深度公差：0.1。</p><p><b>　　2.2 刀具的選擇</b></p><p>　　我們對(duì)圖紙和加技術(shù)進(jìn)行了分析，為了滿(mǎn)足粗糙度、配合精度、尺寸精度等技術(shù)要求，

46、而且要保證深孔底部平整而且角度很小，我們選用槍鉆作為加工刀具。</p><p>　　2.2.1 槍鉆簡(jiǎn)介</p><p>　　槍鉆是一種比較古老的深孔加工刀具，最初用于加工槍管，故名為槍鉆。槍鉆是外排屑深孔鉆的代表，也是小直徑（Φ10mm以下）深孔加工的常用方法。目前，硬質(zhì)合金槍鉆的最小直徑為Φ1mm，鉆孔深度與直徑之比超過(guò)100，最大可至250，鉆孔精度為IT7～I(xiàn)T9，鉆孔表面粗糙度為

47、2.3～2.4μm ，槍鉆具有一次鉆削就獲得良好精度和表面粗糙度低的特點(diǎn)，近幾年來(lái)，已用于精密淺孔和特殊孔加工。以 美 國(guó) 為 例，1963年槍鉆 加工的代表深度為250～300mm，1968年下降到100mm，進(jìn)入20世紀(jì)70年代已降至25～37mm。槍鉆的使用范圍也在不斷擴(kuò)大，不僅用于加工通孔，還可以加工盲孔、階梯孔、斜孔、半圓孔、斷續(xù)孔和疊層板孔等。</p><p>　　槍鉆是理想的深孔加工解決方案，采用槍

48、鉆可以獲得精密的加工效果，加工出來(lái)的孔位置精確，直線(xiàn)度、同軸度高，并且有很高的表面光潔度和重復(fù)性。能夠方便的加工各種形式的深孔,對(duì)于特殊深孔，比如交叉孔，盲孔及平底盲孔等也能很好的解決。槍鉆除了應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的深孔鉆機(jī)外，也可用于CNC機(jī)床上，在普通機(jī)床上稍作改動(dòng)也可以實(shí)現(xiàn)深孔加工功能，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解決方案。</p><p>　　專(zhuān)業(yè)的槍鉆系統(tǒng)由深孔鉆機(jī)、單刃或雙刃的槍鉆及高壓冷

49、卻系統(tǒng)組成，使用時(shí)，鉆頭通過(guò)導(dǎo)引孔或?qū)走M(jìn)入工件表面，進(jìn)入后，鉆刃的獨(dú)特結(jié)構(gòu)起到自導(dǎo)向的作用，保證了切削精度?！　±鋮s液通過(guò)鉆頭中間的通道到達(dá)切削部位，并將切屑從排屑槽帶出工件表面，</p><p>　　一般鉆削孔深與孔徑之比大于10的孔，被稱(chēng)為深孔鉆削。由于長(zhǎng)徑比較大，采用一般的麻花鉆來(lái)鉆削時(shí)，排屑、冷卻、潤(rùn)滑和導(dǎo)向就成了難以解決的問(wèn)題，孔的質(zhì)量要求也很難達(dá)到。</p><p><

50、;b>　　一、槍鉆的工作原理</b></p><p>　　槍鉆工作時(shí)，冷卻液被高壓泵通過(guò)循環(huán)冷卻系統(tǒng)經(jīng)鉆桿內(nèi)部送入切削部分，以冷卻和潤(rùn)滑刀具，并依靠冷卻液的壓力再將切屑從孔的內(nèi)壁與鉆桿上的“V”型槽排出。工作時(shí)，槍鉆可由機(jī)床主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)加工，也可槍鉆固定而工件旋轉(zhuǎn)，工件旋轉(zhuǎn)時(shí)加工出的孔的形位公差更好。 </p><p><b>　　二、槍鉆的結(jié)構(gòu)</b&g

51、t;</p><p>　　槍鉆由鉆尖、鉆桿和刀柄三部分組成。 </p><p><b>　　鉆尖 </b></p><p>　　鉆尖部分是槍鉆的最重要部分，它擔(dān)負(fù)著重要的鉆削工作，為了保證被加工孔的精度，在它的圓周部分設(shè)計(jì)有導(dǎo)向塊，其在導(dǎo)向孔的引導(dǎo)下一次進(jìn)刀就可以加工出高精度的孔。鉆尖結(jié)構(gòu)形式根據(jù)不同的加工條件有多種類(lèi)型可供選取。鉆尖材料一般采

52、用高品質(zhì)DK460UF超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，并涂以TiN、FIRE或MolyGlide涂層，具有非常高的硬度和韌性，極大地提高了槍鉆的鉆削性能和使用壽命。 </p><p><b>　　鉆桿 </b></p><p>　　鉆桿通常呈“V”型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，外徑略小于鉆尖，在保證鉆桿足夠的強(qiáng)度和剛度的前提下，鉆桿的冷卻液孔和排屑空間盡可能做到最大，以利于鉆尖部分的冷卻、潤(rùn)滑和排屑

53、。</p><p><b>　　刀柄 </b></p><p>　　刀柄部分主要用來(lái)傳遞動(dòng)力。</p><p>　　三、鉆尖部分的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　鉆尖部分的幾何形狀，直接影響到槍鉆的切削加工性能及被加工孔的精度，很多公司結(jié)合二十多年制造槍鉆的成功經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化了以下5種類(lèi)型的鉆尖外圓型式，并結(jié)合多種鉆尖的不同角

54、度磨削型式供用戶(hù)選擇，確保針對(duì)不同的工件材料及要求。 </p><p>　　G型：通用型，適合加工各種材料，尤其適合加工孔公差范圍較小的孔。 </p><p>　　C型：標(biāo)準(zhǔn)型，適合加工難加工材料，如高合金鋼等。 </p><p>　　E型：專(zhuān)用型，適合加工各種材料，尤其適合加工孔公差范圍較大的孔。 </p><p>　　A型：專(zhuān)用型，適合在

55、難以正確定位的狀況下加工各種材料。 </p><p>　　D型：專(zhuān)用型，特別適合加工灰鑄鐵。</p><p><b>　　四、槍鉆的用途</b></p><p>　　槍鉆往往做成單刃刀頭形式，它一般適用于加工Φ2～Φ20mm直徑的小徑深孔，長(zhǎng)徑比可達(dá)80倍，槍鉆最長(zhǎng)可達(dá)3000mm，被加工工件的表面粗糙度為Ra0.4～1.6，孔徑精度為IT7～

56、9級(jí)，孔的直線(xiàn)性高,并且孔口無(wú)毛刺，精度的重復(fù)性好。廣泛適用于汽車(chē)制造業(yè)、飛機(jī)船舶制造業(yè)和機(jī)床制造等行業(yè)，主要加工對(duì)象為：缸體、缸蓋、曲軸和各種引擎零件等。</p><p>　　2.2.2 槍鉆的訂做與使用</p><p>　　由于我們被提供的技術(shù)要求工件的直徑范圍為Φ15.87mm～Φ32mm，長(zhǎng)度范圍為60～240mm，根據(jù)實(shí)際情況，廠家應(yīng)提供槍鉆鉆頭的直徑為Φ15.87mm～Φ32m

57、m一系列槍鉆，槍鉆的長(zhǎng)度根據(jù)不同的夾具來(lái)制定，由于我們采用的是PLC控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)槍鉆長(zhǎng)度方向有誤差或有磨損是，可調(diào)節(jié)PLC中的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　圖2.1 槍鉆加工</b></p><p>　　在使用時(shí)，必須先選擇尺寸適合的導(dǎo)套，導(dǎo)套與槍鉆頭部的間隙保持在0.003mm～0.008mm之內(nèi)，使用槍鉆的機(jī)床主軸必須有較高的軸向和徑向

58、剛性，導(dǎo)套和主軸要有較高的同軸度。在鉆孔過(guò)程中，被加工材料（特別是鑄件）鉆孔位置應(yīng)沒(méi)有斷裂、氣孔及其他雜質(zhì)，否則會(huì)造成崩刃，甚至掉頭。使用時(shí)應(yīng)正確選取切削用量。</p><p>　　一般情況下，切削速度：V=1.1～1.65 米/秒，進(jìn)給量：s=0.015～0.03 毫米/轉(zhuǎn)，油壓：P=2.5～6.0Mpa，流量：Q=0.2～0.65 升/秒。槍鉆使用的切削液比較講究,它直接影響到被加工孔的精度。一般要選擇專(zhuān)用的

59、槍鉆油。一般槍鉆用切削液應(yīng)有極壓添加劑,以保證在高壓下形成油膜,防止產(chǎn)生干磨。切削液的粘度與鉆孔直徑有關(guān),直徑越小,粘度越低。送往槍鉆切削區(qū)的切削油和一般機(jī)械加工相比具有壓力大、流量大、過(guò)濾精度高的特點(diǎn)。流量應(yīng)隨孔深的增大而增大,以保證切削油有更大的流速,達(dá)到通暢排屑的目的。</p><p>　　槍鉆磨損后，需及時(shí)正確的刃磨，刃磨時(shí)必須在萬(wàn)能刃具磨床或?qū)Ｓ萌心C(jī)床上將槍鉆裝在專(zhuān)用夾具上進(jìn)行刃磨，可選用粒度120左

60、右的樹(shù)脂金剛石砂輪進(jìn)行刃磨，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。</p><p>　　槍鉆使用是非常有技巧的，必須定期更換，不要等它讓工人感覺(jué)出不利的時(shí)候換，因?yàn)槟菢有枰サ艉荛L(zhǎng)一段硬質(zhì)合金，造成浪費(fèi)。一般可重磨15-20次，這樣才能有效的降低成本，提高效率！</p><p>　　2.2.3 槍鉆的排屑冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　

61、用槍鉆作為刀具的機(jī)床絕大部分都是臥式，所以對(duì)于我們的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，可以將臥式機(jī)床的排屑冷卻系統(tǒng)加以改造，以滿(mǎn)足需要。臥式排屑冷卻系統(tǒng)參考圖如下：</p><p>　　圖2.2 槍鉆排屑冷卻系統(tǒng)參考圖</p><p>　　我們對(duì)市場(chǎng)上的諸多槍鉆的排屑冷卻系統(tǒng)的方案作了簡(jiǎn)單的研究。從冷卻方案上來(lái)看，主要分為高壓油冷卻和脈沖氣霧冷卻等。例如德國(guó)的TBT、BOTEK等知名企業(yè)都用高壓油來(lái)冷卻、排屑；英

62、國(guó)的哈鏝公司、美國(guó)的鉆科等公司使用氣霧冷卻。但近幾年來(lái)發(fā)展的MQL技術(shù)，也適用于槍鉆，如BOTEK等許多公司采用了這種技術(shù)。</p><p>　　MQL技術(shù)是將壓縮氣體與級(jí)微量潤(rùn)滑液混合汽化后，噴射到加工區(qū)，對(duì)刀具和工件之間的加工部位進(jìn)行有效的潤(rùn)滑。在德國(guó)，由于人們對(duì)它是否同時(shí)具有冷卻功能還存在意見(jiàn)上的分歧，而分別稱(chēng)之為微量潤(rùn)滑和微量潤(rùn)滑冷卻。</p><p>　　圖2.3 MQL原理圖&

63、lt;/p><p>　　MQL可以大大減少“刀具-工件”和“刀具-切屑”之間的摩擦，起到抑制溫升、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件加工質(zhì)量的作用，使用的潤(rùn)滑液很少而效果卻十分顯著，既提高了工效，又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。 </p><p>　　MQL法所使用的潤(rùn)滑液用量非常少，一般為0.03～0.2L/h，而一臺(tái)典型的加工中心在進(jìn)行濕切削時(shí)，切削液用量高達(dá)20～100L/min。而且MQL技術(shù)只要

64、使用得當(dāng)，加工后的刀具、工件和切屑都是干燥的，避免了后期的處理，清潔和干凈的切屑經(jīng)過(guò)壓縮還可以回收使用，完全不污染環(huán)境，故又稱(chēng)之為準(zhǔn)干式切削。</p><p>　　目前，MQL技術(shù)的加工對(duì)象主要是鑄鐵、鋼和鋁合金上進(jìn)行鉆孔、鉸孔和攻絲加工，以及深孔鉆削和鋁合金的端面銑削等。 </p><p>　　美國(guó)的Tbyssen公司將潤(rùn)滑系統(tǒng)集成在主軸中，其流量由CNC程序控制，該單元在6.5s時(shí)間內(nèi)

65、可鉆削10個(gè)直徑8mm、中心距為20mm的孔，每小時(shí)使用一杯潤(rùn)滑油，且大部分被蒸發(fā)，切屑中切削液含量大大減少，因此處理費(fèi)用大幅降低。</p><p>　　在德國(guó)，MQL裝置近幾年來(lái)每年有15000套的市場(chǎng)，而且還將進(jìn)一步增加。MQL與新型刀具的結(jié)合使用也方興未艾?？梢灶A(yù)測(cè)，在未來(lái)兩三年內(nèi)，德國(guó)制造的加工中心中將有5%用MQL與潤(rùn)滑性涂層刀具相結(jié)合來(lái)取代澆注式冷卻。</p><p>　　在許

66、多金屬加工中，油類(lèi)的潤(rùn)滑劑被激烈攪動(dòng)后在車(chē)間空氣中形成污染的油氣霧， 潤(rùn)滑劑中的添加劑、微生物和其他成分霧化后也同樣可能被操作者吸入體內(nèi)，對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)造成危害，甚至可能致癌；另外油霧還會(huì)在廠房上部形成一層粘附物，給日常保養(yǎng)帶來(lái)麻煩。因此，對(duì)不同加工方法造成的空氣油霧微粒濃度的研究是十分必要的。 </p><p>　　傳統(tǒng)澆注法與MQL所造成的空氣中油霧微粒濃度是不同的。美國(guó)Cicinati大學(xué)和Te

67、chsolve.Inc.公司的聯(lián)合研究項(xiàng)目進(jìn)行了MQL和澆注切削下產(chǎn)生的空氣油霧微粒濃度對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在Tongil TNV-80CNC立式加工中心上分別以11ml/min 和6.5l/min的用量對(duì)AISI/SAE 4340鋼件進(jìn)行了鉆削和銑削。結(jié)果表明，在較低的切削速度和金屬切除率下MQL法造成的空氣中油霧微粒生成率(每分鐘產(chǎn)生的微粒量)在鉆削時(shí)是傳統(tǒng)澆注法的340～3300倍；而在銑削時(shí)則是其100～140倍。在較高速度及金屬切除率下

68、，這個(gè)比值會(huì)更大。 </p><p>　　另外，不同切削液的油霧微粒生成率也是不同的。同等條件下，純合成液的油霧微粒生成率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水溶性切削液，甚至使得車(chē)間空氣油霧濃度超過(guò)當(dāng)前美國(guó)OSHA(Occupational Safety and Health Administration)和NIOSH(National Institute for Occupational Safety and Health)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

69、 </p><p>　　MQL相比傳統(tǒng)澆注切削方式能夠大大減少切削液的用量， 避免了廢液的處理， 降低了加工成本(包括切削液的購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用、儲(chǔ)存費(fèi)用及廢液處理費(fèi)用等)，而且在某些條件下能獲得相等甚至更好的加工性能。它標(biāo)志著人們?cè)跀[脫傳統(tǒng)澆注切削加工的道路上邁出了關(guān)鍵性的一步。</p><p>　　根據(jù)以上的論述，再根據(jù)我們訂做的單刃槍鉆的長(zhǎng)度為400mm左右，這種技術(shù)很適合我們的設(shè)計(jì)。這也符合

70、“綠色切削”的理念。在機(jī)床旁增加一MQL渣裝置，它將壓縮空氣和極微量的潤(rùn)滑液混合氣化后打入槍鉆的回轉(zhuǎn)單元。MQL系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以外包。</p><p>　　圖2.4 MQL裝置</p><p>　　機(jī)床在工作時(shí)，鐵屑會(huì)由于自重下落，為了保護(hù)下方的動(dòng)力頭，動(dòng)力頭外要加一防護(hù)罩，操作人員必須定期對(duì)之清理。清理時(shí)，可將鐵屑打掃入底座的凹槽內(nèi)。動(dòng)力頭防護(hù)罩外還設(shè)有幾根噴管，工作時(shí)，從噴管?chē)姵龈邏嚎諝猓?/p>

71、可將鐵屑噴離動(dòng)力頭。</p><p>　　2.3 組合機(jī)床通用部件的選擇</p><p>　　2.3.1 動(dòng)力頭的選擇</p><p>　　動(dòng)力頭分為銑削頭、鏜削頭、鉆削頭和鏜孔車(chē)端面動(dòng)力頭。根據(jù)槍鉆的切削特性，選擇鏜削頭作為機(jī)床的切削動(dòng)力頭。</p><p>　　鏜削動(dòng)力頭由鏜削頭主軸部件與同規(guī)格的傳動(dòng)裝置及滑臺(tái)配套組成鏜削動(dòng)力頭，對(duì)鑄鐵、

72、鋼及有色金屬工件進(jìn)行粗精鏜孔，鏜孔精度可以達(dá)到IT7級(jí)，加工表面粗糙度可達(dá)1.6μm。</p><p>　　鏜削動(dòng)力頭有三種傳動(dòng)形式，頂置式齒輪傳動(dòng)其轉(zhuǎn)速范圍屬于中低速，適用于各種材料零件的粗精鏜孔。皮帶傳動(dòng)裝置其轉(zhuǎn)速范圍為屬于高速，適用于各種零件材料的半精鏜孔和精鏜孔。它只要用于頂置式鏜削頭。尾置式齒輪傳動(dòng)裝置其轉(zhuǎn)速范圍屬于中速，主要用于配置于尾置式鏜削頭，裝在立式機(jī)床上，對(duì)各種零件進(jìn)行粗精鏜孔。</p&

73、gt;<p>　　為了選擇合適的動(dòng)力頭，我們先要計(jì)算切削參數(shù)：</p><p>　　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[2]。查得：</p><p>　　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</p><p><b>　　表中：</b&g

74、t;</p><p><b>　　——切削力（N）</b></p><p>　　——切削速度(m/min);</p><p>　　——加工（銑刀或鉆刀）直徑(mm);</p><p>　　HB=190HRC。</p><p>　　若需考慮工件材質(zhì)、切削速度、刀具角度變化影響時(shí)，表中公式應(yīng)做相應(yīng)的修

75、正（修正系數(shù)），可參考《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》及有關(guān)切削用量手冊(cè)[2]。</p><p>　　根據(jù)以上表中公式計(jì)算如下：</p><p><b>　　切削力： </b></p><p><b>　　切削扭矩：</b></p><p><b>　　切削功率：</b></p>

76、<p>　　根據(jù)(2.3)式計(jì)算出的,查閱有關(guān)資料選取1TA20型號(hào)鏜削動(dòng)力頭[2]，其技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　表2.2 1TA20鏜削頭的技術(shù)性能</p><p>　　根據(jù)要求轉(zhuǎn)速800～1000r/min,可以選用頂置1NGb12傳動(dòng)裝置，該傳動(dòng)裝置為齒輪式傳動(dòng)，適用于各種材料零件的粗精鏜孔。</p><p>　　1TA20鏜削頭聯(lián)系尺

77、寸如下：</p><p>　　圖2.5 鏜削頭聯(lián)系尺寸圖</p><p>　　圖2.6 鏜削頭主軸端部聯(lián)系尺寸圖</p><p>　　表2.3 1TA20鏜削頭聯(lián)系尺寸</p><p>　　表2.4 鏜削頭的主軸端部尺寸</p><p>　　2.3.2 機(jī)械滑臺(tái)的選擇</p><p>　　交流伺

78、服機(jī)械滑臺(tái)除了具有一般機(jī)械滑臺(tái)的用途外，它還有使組合機(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)的進(jìn)給系統(tǒng)具有易調(diào)、快速調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)[1]，通過(guò)改裝步進(jìn)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)準(zhǔn)確位控及人機(jī)對(duì)話(huà)等。</p><p>　　考慮到要應(yīng)用PLC系統(tǒng)對(duì)組合鉆床進(jìn)行控制，選用交流伺服數(shù)控機(jī)械滑臺(tái)，并將該滑臺(tái)交流伺服電機(jī)改裝為步進(jìn)電機(jī)，用PLC控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)完成加工控制，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。</p><p>　　由

79、于滾珠絲杠無(wú)自鎖，所以要加自鎖單元。</p><p>　　考慮到槍鉆換刀空間、立柱裝配尺寸、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-1HJ25Ⅱ型交流伺服數(shù)控機(jī)械滑臺(tái)。主要聯(lián)系尺寸表、圖如下：</p><p>　　圖2.7 數(shù)控滑臺(tái)聯(lián)系尺寸圖</p><p>　　表2.5 NC-1HJ25Ⅱ型交流伺服數(shù)控機(jī)械滑臺(tái)聯(lián)系

80、尺寸</p><p>　　2.3.3 機(jī)床立柱的選擇</p><p>　　立柱屬于組合機(jī)床的支撐部分，組合機(jī)床支撐件還包括中間底座、側(cè)底座、立柱底座、支架及墊塊等。支撐部件主要用來(lái)安裝動(dòng)力部件，使組合機(jī)床的基礎(chǔ)部件。支撐部件應(yīng)有足夠的剛度，以保證各部件之間相對(duì)位置精度長(zhǎng)期正確，從而保證組合機(jī)床的加工精度。</p><p>　　組合機(jī)床的支撐部件采用組合式，例如：臥式

81、組合機(jī)床的床身，是由中間底座與側(cè)底座裝配而成；而立式組合機(jī)床的床身則是由立柱底座裝配而成。此種裝配結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好。調(diào)整和運(yùn)輸比較方便。但是，組合是結(jié)構(gòu)削弱了床身的整體剛性，這一缺點(diǎn)通常用加強(qiáng)部件之間的連接剛度來(lái)補(bǔ)償[2]。</p><p>　　為了滿(mǎn)足要求，我們選擇CL系列立柱</p><p>　　圖2.8 1CLb系列立柱</p><p>　　表2

82、.6 1CLb系列立柱聯(lián)系尺寸</p><p>　　立柱與中間底座或側(cè)底座相連接，用于安裝垂直布置的動(dòng)力部件，形成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的支承部件。</p><p>　　由于動(dòng)力部件作垂直運(yùn)動(dòng)，為了平衡其自身重量，立式機(jī)床必須設(shè)有配重裝置。通常液壓滑臺(tái)采用鋼絲繩滑輪組，機(jī)械滑臺(tái)多用鏈條鏈輪組，其他結(jié)構(gòu)二者一致。在選用機(jī)床配重時(shí)，重錘的重量約等于運(yùn)動(dòng)部件重量的85～95%，未平衡的5～15%，由于滑輪

83、（連輪）、軸承和導(dǎo)軌等的摩 擦阻力來(lái)補(bǔ)償。若平衡錘重量太小，動(dòng)力部件會(huì)自動(dòng)下滑，對(duì)操作工人和設(shè)備很不安全，這是不允許的。平衡錘重量太小，則增加進(jìn)給系統(tǒng)的負(fù)荷，消耗功率，加速機(jī)構(gòu)磨損[1]。</p><p>　　根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)床的實(shí)際情況，需要在訂做立柱時(shí)，根據(jù)具體情況，適當(dāng)加高立柱。</p><p>　　立柱與滑臺(tái)之間裝有5mm厚的調(diào)整墊，采用調(diào)整墊對(duì)機(jī)床的制造和維護(hù)都很方便。因?yàn)?，?dāng)滑

84、坐導(dǎo)軌磨損后，或重新組裝機(jī)床時(shí)，只須取下滑座將導(dǎo)軌面重新修刮或修磨，再重新更換調(diào)整墊厚度，可使機(jī)床達(dá)到應(yīng)有精度。</p><p>　　2.3.4 機(jī)床底座的設(shè)計(jì)</p><p>　　在配置復(fù)合式組合機(jī)床時(shí)，尚需根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)專(zhuān)用的底座。我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)床就是一例。底座二維簡(jiǎn)圖見(jiàn)下：</p><p><b>　　圖2.9 底座簡(jiǎn)圖</b></

85、p><p>　　我們?cè)O(shè)計(jì)的底座有兩個(gè)用途：固定立柱。將立柱用法蘭螺釘裝配在底座上，使整個(gè)床身穩(wěn)定，也方便操作人員上下工件；運(yùn)屑。機(jī)床在工作時(shí)，鐵屑、和一些潤(rùn)滑油會(huì)下落，我們?cè)诘鬃显O(shè)計(jì)了接油槽，接油槽四周布置了鴨嘴形噴管。工作時(shí)，水從噴管?chē)姵?，?huì)把鐵屑和流下的油完全送入底座內(nèi)。底座旁安置排屑器。這樣不僅能保證油的回收，而且不會(huì)對(duì)工作環(huán)境造成污染。符合“綠色制造”的理念。立柱與底座之間可增加5mm厚的調(diào)整墊塊。<

86、/p><p><b>　　圖2.10 排屑器</b></p><p>　　機(jī)床的底座和立柱用高強(qiáng)度螺栓連接定位靠鍵或銷(xiāo)子。讓螺栓有充足的剛度。并且由防松措施。避免切削的時(shí)候承受交變載荷引起松動(dòng)。</p><p>　　2.3.5 附加件的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了能使槍鉆的中心線(xiàn)和工件中心線(xiàn)重合，要在立柱動(dòng)力頭之間增加一附

87、加件。簡(jiǎn)圖如下：</p><p>　　圖2.11 附加件立體圖</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：等壁厚、便于倒沙、要有鑄造圓角。參見(jiàn)UG圖。</p><p>　　動(dòng)力頭和附加件的連接要保證動(dòng)力頭下端有底座300mm的距離，以便維修動(dòng)力頭。附加件與立柱之間增加5mm厚的調(diào)整墊塊。</p><p><b>　　2.4 夾具的設(shè)計(jì)<

88、;/b></p><p>　　2.4.1 夾具的機(jī)部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　組合機(jī)床夾具是組合機(jī)床的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)被加工零件的準(zhǔn)確定位、加壓、對(duì)刀具的導(dǎo)向以及裝卸工件時(shí)的限位等。組合機(jī)床的加工精度基本上是由夾具來(lái)保證的，因此它與一般機(jī)床夾局部同。一般機(jī)床夾具只是機(jī)床的輔助部件。此外，不要把組合機(jī)床夾具和一般的組合夾具混淆起來(lái)。組合夾具用于萬(wàn)能機(jī)床上為完成某一道工序加工

89、，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。</p><p>　　組合機(jī)床夾具按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為單工位夾具和多工位夾具兩大類(lèi)。單工位夾具是指在一個(gè)工位上完成加工工序的機(jī)床夾具。按被加工零件結(jié)構(gòu)和要求，單工位夾具有固定的，帶滾道

90、或浮動(dòng)輥道的，帶水盆和小車(chē)等形式。多工位組合機(jī)床夾具是指工件需要在幾個(gè)工位上順序或平行－順序加工的機(jī)床夾具。按移位方法它又可分為：固定式多位夾具、回轉(zhuǎn)夾具、移動(dòng)工作臺(tái)夾具和回轉(zhuǎn)鼓輪夾具等。此外按操縱方式又可分為：手動(dòng)定位夾緊的組合機(jī)床夾具和自動(dòng)定位夾緊的組合機(jī)床夾具。由于組合機(jī)床是多面、多刀、多工序同時(shí)加工，在加工過(guò)程中產(chǎn)生很大的切削力，所以要求夾具要有足夠的剛性和夾壓力。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

91、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。</p><p><b>　　圖2.12 工件圖</b></p><p>　　根據(jù)加工工件的示意圖（如上），機(jī)械部分要包括：夾持件，頂針支撐件及諸多導(dǎo)套組成。</p>

92、;<p><b>　　圖2.3 夾具圖</b></p><p>　　安放工件時(shí)，將工件放入工件支撐件中，再打開(kāi)液壓泵通過(guò)液壓系統(tǒng)使頂針夾緊工件，這樣加工之前的準(zhǔn)備工作就做好了。設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意：鉆套的材料必須是硬質(zhì)合金。夾具的具體的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖紙。</p><p>　　2.4.2 夾具液壓部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)

93、時(shí)，首先要選擇一款液壓缸。由于頂針要雙向運(yùn)動(dòng)，所以選用單活塞雙作用液壓缸</p><p>　　頂尖所受的力：（F-mg）</p><p><b>　　F——切削力</b></p><p><b>　　m——工件重量</b></p><p>　　切削力已求出，為1743.803N，每個(gè)工件加工完畢后重

94、約1kg，所以頂尖受力為1734.003N。</p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》估算活塞直徑：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　取 =1.4MPa ；=0.2MPa； F=1734.003N；=0.5</p><p>　　求得：D=42.04mm</p><p&

95、gt;　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》?。篋=40mm；速比為1.33；選擇行程為100mm；活塞桿直徑20mm。</p><p>　　我們選用力豐液壓公司生產(chǎn)的MOBRF-40x80FA+A型液壓缸，即缸徑為40mm,行程為100mm，由于液壓缸重量較大，所以安裝形式選為FA型（前法蘭式），特性資料如圖所示：</p><p>　　圖2.14 液壓缸特性</p><p>　　

96、圖2.15 液壓缸外型尺寸</p><p>　　圖2.16 液壓缸尺寸數(shù)據(jù)</p><p><b>　　接下來(lái)我們來(lái)選泵：</b></p><p>　　因?yàn)橐簤翰糠值淖饔檬琼斁o工件，所以速度可以選取一個(gè)合適的數(shù)值，選取為20mm/sec，如果取進(jìn)油路總的壓力損失為，則液壓泵最高工作壓力為：</p><p><b&g

97、t;　?。?-5）</b></p><p>　　因此，系統(tǒng)壓力為（1.9×1.25）=</p><p>　　泵的流量為： （2-6）</p><p><b>　　泵的排量為： </b></p><p>　　參考機(jī)械手冊(cè)，可以選擇葉片泵。</p><p>　　由于

98、本機(jī)床是立式，夾具在上面的滑臺(tái)上，為了保證操作人員的安全和設(shè)備不被損壞，必須保證工件完全夾緊，所以要利用壓力繼電器：加工前，調(diào)定壓力。液壓缸的活塞桿伸出頂緊工件，直至達(dá)到調(diào)定壓力，之后，壓力開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，活塞桿保持此時(shí)的狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)這種功能，要利用液控單向閥。圖示如下：</p><p>　　圖2.17 液控單向閥的應(yīng)用</p><p>　　如圖，活塞桿推進(jìn)時(shí)，若油壓沒(méi)有達(dá)到調(diào)定壓力，壓力開(kāi)關(guān)

99、無(wú)法斷開(kāi)，活塞桿只能繼續(xù)加緊。活塞桿退回時(shí)，單向閥是打開(kāi)的。根據(jù)上述的流程，換向閥我們選擇Y型電磁換向閥。</p><p>　　圖2.18 換向閥的選用</p><p>　　換向閥閥芯右置時(shí)，單向閥打開(kāi)，活塞桿推進(jìn)；閥芯左置時(shí)，單向閥打開(kāi)，活塞桿退回。為了把活塞桿推進(jìn)速度限制為20mm/s，要利用可調(diào)單向節(jié)流閥，如圖：</p><p>　　圖2.19 可調(diào)單向閥的應(yīng)

100、用</p><p>　　再加上溢流閥、壓力顯示表，就組成了總的液壓站。為了防止液壓系統(tǒng)的波動(dòng)，可以使用蓄能器。泵的出口可以用一濾油器，除去進(jìn)入閥的渣質(zhì)。</p><p>　　油管內(nèi)徑一般可參照所選元件油口尺寸決定，也可以按管路允許的流速進(jìn)行計(jì)算，油箱容量的確定如下：</p><p><b>　　（2-7）</b></p><

101、p><b>　　總系統(tǒng)如下：</b></p><p>　　圖2.20 液壓系統(tǒng)總圖</p><p>　　表2.7 液壓系統(tǒng)元件說(shuō)明</p><p>　　2.5 機(jī)床輔助部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)床的輔助部分主要是機(jī)床外部的防護(hù)罩，由于在機(jī)床工作時(shí)，會(huì)有一些鐵屑崩出；一些潤(rùn)滑油也會(huì)流出，為了保護(hù)操作

102、人員和維護(hù)工作環(huán)境，必須要用防護(hù)罩。這符合“綠色制造”的理念。防護(hù)罩可以外包設(shè)計(jì)、訂做。</p><p>　　第三章 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 數(shù)控系統(tǒng)方案概述</p><p>　　我們將數(shù)控滑臺(tái)的伺服電機(jī)換成步進(jìn)電機(jī)，用PLC控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)精確進(jìn)給。</p><p>　　在設(shè)備的控制系統(tǒng)中，有關(guān)運(yùn)動(dòng)控制是很重要的，本設(shè)

103、計(jì)就是一例：用西門(mén)子S7-200控制步進(jìn)電機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)控制步進(jìn)電機(jī)的控制可以應(yīng)用EM253位控模塊（6ES7 253-1AA22-0XA0）。將位控模塊擴(kuò)展到PLC的CPU模塊上，然后將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接到位空模塊上，再將步進(jìn)電機(jī)連接到其驅(qū)動(dòng)器上[8]，但考慮到這種NC單元價(jià)格較貴，所以我們決定不采用此方案，而是直接將PLC的CPU模塊連接到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上，再將步進(jìn)電機(jī)連接到其驅(qū)動(dòng)器上。簡(jiǎn)圖如下：</p><p&

104、gt;　　圖3.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案</p><p>　　為了對(duì)鉆頭位置進(jìn)行檢測(cè)，反映加工情況，我們?cè)诓竭M(jìn)電機(jī)的另一端加一編碼器，然后用TD 200顯示計(jì)數(shù)值。</p><p>　　綜上，在數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要任務(wù)有：選擇合適的步進(jìn)電機(jī)和編碼器、對(duì)PLC進(jìn)行組態(tài)。</p><p>　　3.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)作

105、為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線(xiàn)性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周

106、期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。</p><p>　　現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 </p><p>　　永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但

107、噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種多相或單相同步電動(dòng)機(jī)。單相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由多相方波脈沖驅(qū)動(dòng)，用途很廣。使用多相

108、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，單路電脈沖信號(hào)可先通過(guò)脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號(hào)，再經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組，每輸入一個(gè)脈沖到脈沖分配器，電機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（稱(chēng)為步距角）。正常情況下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比，連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算如下：</

109、p><p>　　查得該數(shù)控機(jī)械滑臺(tái)的滾珠絲杠：</p><p>　　直徑為40mm；導(dǎo)程為10mm；長(zhǎng)度為900mm；最大行程400mm</p><p>　　取定位精度：0.01mm</p><p>　　選擇脈沖當(dāng)量：0.01 mm/脈沖</p><p>　　初步選擇五相步進(jìn)電機(jī)的步距角為，五相十拍控制時(shí)步距角為。<

110、/p><p>　　計(jì)算齒輪的減速比： </p><p>　　根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計(jì)算如下： （3-1）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——步進(jìn)電機(jī)的步距角(度/脈沖) </p><p>　　——

111、絲桿螺距(mm) </p><p>　　——脈沖當(dāng)量(mm/脈沖) 求得：</p><p><b>　　滾珠絲杠的慣量：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　計(jì)算工作臺(tái)，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量:</p><p><b&