设计说明书-C6132车床改装成双工位数控缸体孔钻床设计

附赠有CAD图纸和说明书,领取加Q 197216396 或 11970985 目录第1章 绪论31.1 组合机床特点及发展状况31.2 枪钻及深孔加工41.2.1深孔加工的特点41.2.2 枪钻的特点51.3 C6132的简介61.4 本课题主要设计内容71.5 本课题拟解决的关键技术8第2章 总体方案设计92.1 组合机床通用部件特点及分类92.2 加工产品技术要求102.3 总体方案112.3.1 改装方案112.3.2 参数计算：11第3章机械系统设计133.1组合机床通用部件选用133.1.1 切削动力头选择与安装133.1.2 数控机械滑台选择153.1.3 侧底座的选择163.1.4 中间底座的选择173.2 刀具的选择173.2.1 枪钻工作原理173.2.2 枪钻的结构183.2.3 枪钻的冷却及其雾化213.2.4 枪钻刃磨设备213.3 夹具设计213.3.1 组合机床夹具机械部分设计213.3.2 夹具液压部分设计233.4 步进电机的选择253.4.1步进电动机工作原理253.4.2 步进电动机驱动器273.4.3 步进电动机控制器27第4章 C6132车床改造计算部分284.1 滚珠丝杠螺母副的计算和选型28284.3 步进电机的计算和选型294.4 进给系统验算32第5章 PLC组合机床控制系统3551 PLC控制系统355.1.1 可编程序控制器组成及特点355.1.2 PLC及脉冲模块的选取365.2 PLC编程365.2.1 输入继电器（X）375.2.2 输出继电器（Y）385.2.3 定时器（T）385.2.4 应用指令(MOV，DRVA，CMP)39第6章 经济性与环保性分析40结 论41参考文献42致谢43第1章 绪论1.1 组合机床特点及发展状况组合机床是用通用部件作为基础，再加上少量专用部件，按预定的工序对一种或多种工件进行同时加工的机床【1】。它能够对工件进行多刀、多轴和多工位的同时加工。随着组合机床技术的发展，其能够加工的工艺范围日益扩大。 组合机床与其他机床的比较：（1）组合机床由6585%的优势在于在原机床基础上，将机床的部分用通用零部件改装，在配用一部分专用零部件就可以使原有机床完成新的加工任务，这样做可以有效的缩短设计、制造周期，并且维修方便。与此同时为制造商节约很大的成本。而且机床是根据被加工工件进行的专门设计，在保证加工精度的同时，缩短了加工时间。实现了效率和和利润的双赢。（2）机床能够对工件在一次装夹下运用多轴完成多孔加工，这样可以保证各孔之间的精度要求，减少对工件工序之间的搬运，能够改善劳动条件；减少占地面积。（3）组合机床的通用部件能够完成专门的集中生产，有助于提高产品精度和技术水平，降低制造成本。专用机床是随着汽车工业的兴起而不断升级，逐渐趋于一般化。专用机床中的一些零件在其他机床也经常用到，为了方便制造和替换，这些零件逐步标准化，这就产生了通用零件。 1.2 枪钻及深孔加工1.2.1深孔加工的特点机械制造业中的很多场合需要用钻头在零件毛坯上加工孔，依据孔的L/H将孔的加工分为浅孔加工和深孔加工。深孔加工是机械制造业的一大难题，产品的精度不易保证，而且工作量大，已成为机械加工业的技术瓶颈。随着制造业的发展，技术的更新，产品不断更新换代，新型材料的不断涌现和应用，深孔加工技术严重制约着行业的发展，同时对加工设备和刀具也提出了更高的要求。随着生产与科学技术的发展，深孔零件的加工方面有了很多的发展。新材料的使用对深孔加工过程提出了新的技术要求，但零件的毛坯质量有了较大的提高。冶金技术的提高，改善了材料的各项性能，使得材料加工性能发生了较大的变化。锻造及压力加工技术的发展，使得毛坯材料的去除率有了很大的降低。此外，热处理技术的提高，待加工的毛坯经过热处理后，其工艺性能和使用性能会大幅度改善，这些改变会更加有利于深孔加工。近些年，随着孔的深加工技术日新月异的飞速发展，深孔加工面临着极其严峻的挑战。由于机械工业产种类的增加、小批量和单品种已难以满足市场需求，如何在原有基础上在提高劳动生产率同时节约成本成为深孔加工技术发展的核心任务。创立自动化生产线是深孔加工提高生产率的同时获得经济效益的有力手段。深孔钻削时，钻杆细长，很小的深孔钻削时需要的的钻杆更加细长，以致刚度很低，所以，设计加工小深孔的刀具时，尽量可能的提高刀具整体刚度【2】。在过去的设计中，钻杆内部加工有方牙螺纹，以此和钻头联接。这种连接方式大大的削弱了钻杆的强度和刚度。在加工过程中，被加工件的质量也很难提高，不能满足现代工业的需求。经过不断的改进，在制造合金刀片时将其做出“T”型端面，将其粘结固定在钻杆上相应的“T”型槽内。这3种方法经多次尝试，其强度和刚度均优于方牙螺纹联接，这种情况下同时适当增加小深孔钻削时的进给量，生产效率也大大提高。麻花钻在过去的钻削行业有这举足轻重的地位，但其钻头冷、废屑排出困难，后经不断研究升级，研发了DF法，应用于实际生产后得到了较为理想的结果，目前这种方法得到了广泛的运用。图1-1 麻花钻1.2.2 枪钻的特点枪钻是理想的深孔加工方案，采用枪钻能够获得精密的加工效果，加工出来的孔有高同轴度、位置精确、直线度的特点，同时获得很高的表面光洁度和重复性。可以方便的加工各式各样的深孔,对于交叉孔，盲孔及平底盲孔等特殊孔也能解决【3】。枪钻除了应用于专业的深孔钻机外，也能应运在普通数控钻床机床上，将普通的车床配以部分通用零件进行改装就加工深孔，这样就可以无需购进新的设备情况下加工深孔，从而降低生产成本，增加效益。 专业的钻枪系统包括深孔钻机、枪钻及其冷却系统组成，在使用时，钻头由引导孔接近工件表面，钻刃具有自导向功能，以此保证钻削精度。 切削过程中会放出大量的热，如不及时冷却，高温会严重降低钻头寿命。这就需要再钻削时，同时用冷却液给钻头降温，冷却液在高压下通过钻头中间的通道注入，直达钻头进行降温，然后切屑和冷却液顺着钻杆上的排屑槽排出，由此保证钻削加工的正常进行。目前兴起的新型钻枪以其加工质量好，钻屑效率高等优点很好地解决了这个问题。然而由于深孔钻床的特殊性，其价格比较昂贵，对于非专业化厂家，成本过高。1.3 C6132的简介 本课题从生产实际的经济性和实用性出发，拟将普通车床改装成的深孔加工数控钻床，即采用C6132改装成一台双工位数控缸体孔钻床。 C6132车床：C6132车床主要由车体床身、床头箱、进给箱、变速箱、溜板箱四大箱体和刀架、光杆、丝杆、床腿和尾架等辅助部分组成。C6132代表的含义： C表示车(che)床(类代号)； 61表示卧式车床(组、系代号)； 32表示车床上加工最大回转直径的1/10(主参数)，最大回转320mm。图1-2 C6132普通车床1.4 本课题主要设计内容 （1）动力头及电动机的选择； （2）滚珠丝杠副的设计； （3）制动缸夹具的设计； （4）控制电路的设计； （5）回收箱及挡板的设计。1.5 本课题拟解决的关键技术 （1）动力头与旋转式夹持套筒间的配合问题。 （2）步进电机的单片机控制。 （3）夹具的设计。第2章 总体方案设计2.1 组合机床通用部件特点及分类 组合机床生产效率高，便于自动化，机床的组成部分大多为通用部件，在转配少许专用部件组合而成。因此，通用部件是组合机床发展的基础。组合机床的通用部件是指在机床及其自动化设计制造以及使用中，有着统一的尺寸标准，可以相互更换使用的一些专用部件【4】。这些零件经过反复试制、试验、鉴定而最后确定，因此它的结构比较可靠，使用性能比较稳定。因此，组合机床通用部件保证了组合机床的质量，降低了成本，缩短了设计制造周期，促进了组合机床的发展。 衡量组合机床水平的重要标志是组合机床的通用化程度，具有极其重要的经济意义。组合机床的通用化程度是指在机床的零件总数中，通用零部件所占的百分比。目前一般可达到6070%，最高可达到90%。通用零部件可直接影响到组合机床的性能及其影响自动线的自动化水平、产品精度、加工的效率以及机床加工工艺方案的确定和经济效益。因此，通用部件应满足下列要求： （1）通用零部件应具有较高的系列化水平、标准化水平和通用化水平，扩大互换性以及通用部件的使用范围。 （2）通用零部件的结构和性能应满足以下几点：性能稳定、制造容易、维修简单和外形美观等，同时要考虑经济性。动力部件要求有适当的变速范围和变速方法。（3） 必须提高通用部件的灵活性，以适应各种组合机床及其自动线的要求。 （4）必须增加通用零部件的种类和规格，从而满足生产发展，比如发展适合中小批量生产和种类的组合机床通用零部件。 通用零部件已经被定制为国家标准，并于国际标准等效。在设计时，应严格按照国家标准，如果企业有其内部标准，但其主要的技术参数和部件的联系尺寸必须按照国家标准，从而实现部件通用化目标。 组合机床的通用零部件根据通用零部件的用途和特点主要分四个大类： 1、动力部件：动力零部件用来实现机床的切削运动，是机床及其自动化线的主要通用零部件，从而实现机床的切削运动，如通过电机带动，经变速箱的转化，由此带动其他主传动动力部件实现刀具的旋转进给，完成对工件的加工。 动力部件主要有四种： （1）主运动动力零部件：用来实现刀具的切削运动。包括电动机，变速箱，进给箱；进给动力部件：实现刀具的移动。包括液压滑台，机械滑台；输送工件动力部件：将工件由一个工位运输到另一加工工位的部件【6】。包括回转型工作台，回转型鼓轮，移动的工作台和自动线运输装置等。 （2）支撑部件：支撑部件包括：侧面底座、中间底座、立柱、立柱底座及其各种支架等。支撑部件作为机床及其自动线的基础部件，用以安装动力零部件和夹具等。（3）控制部件： 控制部件用来控制组合机床工作循环。例如液压挡铁、控制挡铁、分级进给机构、液压控制装置以及自动检测装置等。（4）辅助部件：辅助零件包括：冷却润滑、排出废屑以及自动化线的各类辅助装置等。2.2 加工产品技术要求 （1） 产品名称：汽车制动泵缸体；图2-1 产品结构图 加工对象：汽车制动泵缸体孔；材料：铸铁HT240；r范围：8.9mm16mm； 长度范围：60240mm；盲孔、平底（底角最大10）。2.3 总体方案2.3.1 改装方案 采用枪钻数控组合钻床对汽车制动泵缸体孔进行加工，考虑到加工效率，采用对置双工位设计，将车床原来的床头箱卸掉，将两台镗削动力头固定在床身上。拆除原有丝杠并安装滚珠丝杠副。用PLC控制的步进电机实现工件的进给。2.3.2 参数计算： 由于目前还没有适用于枪钻加工的设计公式，其加工时切削参数和麻花钻相似，所以采用麻花钻计算公式对枪钻切削参数进行计算。由机械设计手册查得：表2-1 组合机床设计中推荐的切削力、扭矩、及功率计算公式刀具材料工件材料切削力切削扭矩切削功率硬质合金灰铸铁 注：a.表中、均为轴向力，为圆周力。b.表中未注明符号：切削速度(m/min);每分钟进给量 (mm/min);加工（铣刀或钻刀）直径(mm);HB=190HRC。 根据以上表中公式计算如下：切削力： 总切削力：切削扭矩：T=40第3章机械系统设计3.1组合机床通用部件选用3.1.1 切削动力头选择与安装 根据被加工件所需的切削力和切削扭矩。此次设计选择镗削头作为机床的切削动力头。3-1 镗削头 根据被加工件所需的切削功率P=1.0305kw，查阅相关资料选取1TA20型号镗削动力头，技术参数如下表：型号功率(kW)主轴端号主轴前轴承轴颈（mm）传动装置主轴转速(r/min)1TA201.5460顶置1NGb12低速80400高速201000胶带1NG208003200尾置1NG202001000 表3-1 1TA20镗削头的技术性能 根据要求转表3-1 1TA20镗削头的技术性能速8001000r/min,可以选取顶置1NGb2传动装置，该传动装置为齿轮传动，可应用于各式材料零件的粗精镗孔。型号尺寸（mm）1TA20BB1B2LL1L2L320017022632012515540L4L5HH1H2H3Cd2854510023643821310014表3-2 1TA20镗削头联系尺寸表3-3 镗削头的主轴端部尺寸型号尺寸(mm) 莫式锥度号41TA20DD1D2D3d1d2d3BLL111031.563.582.514M10M62012.55 由于是对置双工位设计，所以选择两台1TA20镗削动力头对工件进行加工。将车床原来的床头箱卸掉，将两台镗削动力头固定在床身上。3.1.2 数控机械滑台选择交流伺服机械滑台除具拥有一般类型的机械滑台的功能外，同时还使得机床及其自动化线的进给系统拥有易调并且快速调节的特点，通过改装步进电机，可以实现滑台位控准确及人机对话等【7】。考虑到要通过PLC系统实现对组合钻床的控制，原有的交流伺服电机带动的机械滑台，现采用步进电机代替该滑台的交流伺服电机，再用PLC系统控制步进电机来控制加工过程，其中滑台的快进、工进、定位由步进电机来控制。考虑到枪钻换刀空间、侧底座装配尺寸、工件尺寸范围以及夹具尺寸，应该选取足够行程的数控滑台，经过计算选用最大行程为400的NC-1HJ25型交流伺服数控机械滑台。主要联系尺寸表如下：表3-4 NC-1HJ25型交流伺服数控机械滑台联系尺寸型号BB1B4LL1L2L3NC-1HJ2525025079.540050094095L4Hb1Cnd403250220554M12 由于是对置双工位设计，所以选择两台NC-1HJ25型交流伺服数控机械滑台，查得该数控机械滑台中的滚珠丝杠直径为25mm，导程为10mm,长度为900mm。 根据滚珠丝杠以及最大切削力计算步进电机的扭矩，通过扭矩选择步进电机，查得有关资料如下： M=Ftan(+)d2/2 （3-1） 其中F为最大切削力，为导程，d2为中径； 计算得：M=5.6 N/m 由于永磁式的步进电机的转矩比较小，根据所求扭矩应选择两相混合式步进电机PH261O（M为6M）。3.1.3 侧底座的选择侧底座也称为卧式床身，其用途是在卧式机床中在侧底座上安装动力滑台。其长度的决定是通过其上所安装的动力滑台的长度，动力滑台的行程有几种，侧底座的长度就几种规格，最新的标准系列规定侧底座的高度为560或630mm，但当机床所需要的高度较低时，它的高度可以按450mm设计【8】。但由于加工时要求一定的装料高度，对于加工不同零件的机床，可以在侧底座与滑移座间增加调整垫。 本系列滑台侧底座的长度按滑台行程长度分型并与其配套。滑移座安装在侧底座上，侧底座与中间底座用螺钉及销联结成一体5。滑台侧底座之间装有6mm后的调整垫铁，采用调整垫铁使得机床的制造与维修方便。根据数控机械滑台NC-1HJ25行程选择两台配套的滑台侧底座1CC251,滑台行程400mm，侧底座高度为560mm。其联系尺寸为：表 3-51CC251型滑台侧底座联系尺寸（mm）型号名义尺寸b滑台行 程L1L2BB1H1CC2512502704001050650450395560 侧底座与中间底座之间用M20的紧固螺栓连结，定位方式为锥销（20）定位，机床精度调整好之后，打锥销定位。机床在运到用户前机床制造厂拆开，运送到用户单位，要进行重新调整精度并重新打锥销定位。应用此种定位方式时，侧底座和滑移台之间在紧固螺栓与定位销处可以采用一个5mm厚的调整垫。采用调整垫铁后，方便了对机床的维修。滑台导轨一旦磨损后，只需要取下滑移座，并且将导轨面重新修整，同时更换调整垫铁，使其恢复到原有的高度即可。但是在出厂时，这些调整垫应保持等高。3.1.4 中间底座的选择 中间底座的作用是安装输送部件以及夹具的支撑部件。它不仅可以与侧底座相联结，并且支架和立柱等相联结。中间底座的配制在机床使用时往往不能用一种系列同时满足不同使用要求，因此，中间底座无标准化系列，尚需根据情况设计专用的中间底座。 侧底座、支架等支撑部件可以安装在中间底座的侧面，中间底座的上面可安装工件夹具或者回转工作台。中间底座的上平面一般开有较大的孔，刀头排除铁屑能够通过该孔回落入机床中部的储腔中。机床如果在需要冷却时，冷却泵可以装在中间底座的后侧面，底腔可以储存冷却液。 选择双面中间底座，在中间底座两侧安装两侧底座，由于侧底座高为540mm，所以选择540mm作为中间底座的高度，宽度可根据国家标准选用710mm，中间底座的长度由工件夹具尺寸及其安装位置所决定，实际长度为1800。表3-6 中间底座选择尺寸（mm）中间底座长中间底座宽8005005406307108009001000630710800900100012507108009001000125071080090010003.2 刀具的选择3.2.1 枪钻工作原理 深孔枪管钻最早是用于军工单位，制造枪管，由此得名枪钻,随着科技的进步和相关工企业的科研团队的不断研发,深孔加工技术已经成为一种便捷、效率高的加工方法。并在机械制造业中得到广泛的应用。 枪钻是理想的深孔加工方案，枪钻加工深孔可获得较好的效果，可加工出位置精准，直线度高、同轴度高的孔，同时可以获得较高的表面质量和重复性。 能够高效的加工各类形零件的深孔,对于比较特殊深孔也能很好的解决。枪钻除了在专业深孔钻机的应用，同样可用于数控机床上，深孔加工功能也可在经过稍加改装的普通机床上也可以实现，这样不必增加太多的成本就可以获得一套理想的深孔加工的方案。图3-2 枪钻工作原理3.2.2 枪钻的结构标准的枪钻是由超硬钨钢材料或航天钢材经热处理从而制成的刀身及钢制驱动柄经过非常高精度的银焊或铜焊组合而成的，各组成部分有如下特点：（1）钻刃枪钻最核心的部分就是钻刃，其独特的科学设计，不仅能保证在完成切削工作，在此同时还起到自导向作用，钻出一个高精度的深孔只需一次贯穿就可得到，钻刃有两个基本度，最恰当的组合需要我们根据被加工的工件的材料以及它的形式来选择，这样有利于更好的保持切削平衡以及断屑，同时将切削力延轴向传递给凸肩，从而保证钻孔和钻枪的同轴度。钻刃具有较小的倒锥度并且钻刃直径较刀身直径略大，这样设计的原因是保证钻身在加工过程中自由旋转并且不会和已加工表面发生摩擦，根据不同的加工要求，刃部的形状有单圆孔、双圆孔的通道，这些通道用于连接油路，冷却液可以经此通道到达刀头进行冷却，并将钻孔产生的废屑带出来。 3-3 钻刃 刀身一般采用合金钢经过热处理制成，刀身有110-120度的V型槽，冷却液由油孔到达切削部位，然后顺着V型槽排出，同时切削产生的废屑也由此通道排出，为保证所加工孔的直线度和同轴度，刀杆的强度和韧度必须足够大，在切削过程中，工作阻力才能不使刀杆发生形变，从而保证零件的加工精度。3-4 枪钻 （2）驱动柄驱动柄的制造必须完全尊照工业标准加工法的规定。为了避免应力集中从而产生破坏在驱动柄与刀身相接的颈部应有用来消除应力的弧状凹槽，驱动柄一般为圆柱形，在驱动柄的内侧面一般加工两个平面，其用来供夹持套筒固定住整个钻头5。在工作中，枪钻高速旋转，冷却液的注入压力较高。如图，图中1处用来连接钻枪，2所指的接口用来注入冷却液，3与镗削动力头连接。所以驱动柄的设计至关重要，尽可能的增加驱动柄的长度这样可以增加枪钻本生的刚度和同轴度，其可以根据自己的需要在厂家订做。3-5 驱动柄3.2.3 枪钻的冷却及其雾化在深孔钻削过程中，注入冷却液冷却液及冷却液的雾化，在精密的深孔切削加工过程中是必不可少的环节；根据所加工的孔的尺寸的大小，按一定比例通过调节油液输送压力从而控制冷却液的输送压力，在油压的强制作用下，冷却液被通过砖头中部的输送通道强制性的运送到刀头部位，从而达到冷却效果，并且能同时润滑刀肩，在冷却的同时把钻削产生的废屑从钻孔中带出。冷却液的雾化系统是随枪钻、夹持套筒一起在厂家订做的，节省了设计时间。3.2.4 枪钻刃磨设备 枪钻使用过程中的一个关键环节就是刃磨，枪钻一旦被磨损，刃磨时必须将枪钻装夹在专用的夹具上进行刃磨，刃磨可在万能刃具磨机床或在专用刃磨机床上都可完成,每次刃磨只修磨内外角的后刃面。必须保证正确的几何角度和刃尖位置。3.3 夹具设计3.3.1 组合机床夹具机械部分设计 组合机床的夹具部分的重新设计也是机床改装的一个重要部分，夹具将被加工件实行固定和加紧，辅助完成加工任务。组合机床夹具直接能够保证加工产品的精度，所以它与一般机床得夹具有所区别。一般机床的夹具只是其中的辅助部件。此外，不要混淆组合机床的夹具和一般的组合夹具。在万能机床上组合夹具是用于为完成某一道工序加工，用一些标准化和通用化的元件组装成的定位夹紧装置。用完后，卸下这些元件可以重新组装成新的加压装置。而组合机床夹具是为某种零件的特定工序而专门设计的，它是由标准件，通用件以及专门设计的元件构成的专用构件，是组合机床的一个重要组成部分。 按照被加工零件的要求，夹具具有多种形式，按照被加工工件结构和加工要求，夹具有固定的，带滚道或浮动辊道的，带水盆和小车等形式。因为组合机床能够实现对工件进行多个面、多把刀、多道工序的同时加工，在所需的切削力很大，所以夹具要有足够大的刚性和夹紧力。一般在夹具上都设有引导刀具的导向装置，以保证工件的加工精度。有的夹具要求具有自动定位机构和夹压机构，实现定位和夹压的自动化，并设有动作完成的检查讯号，以减轻工人的劳动强度和提高生产率。在所有的夹具上都要有足够的空间，以便排除切屑，以便与维修和更换易损零件等。机床夹具是根据被加工零件专门设计的，所以形式各不相同，下图是被加工的零件图：3-6 工件图 由于工件定位端是圆柱面和立平面组成，所以在前端设计套筒定位、后端用夹紧液压缸带动顶尖夹紧，通过摩擦力限制工件转动。3-7 夹具图 工件夹具由底座、回收箱、导套、前定位支撑板、顶尖及顶尖套筒、液压系统组成，其中底座采用钢板压制而成，起支撑作用；回收箱用来回收冷却液和铁屑，并由下部方孔流入中间底座的回收箱内；导套采用通用导套，对刀具起到支撑和导向的作用，刀具加工完工件后并不推出回收箱，而是停留在导套内，等到工件换完后继续加工；前定位支撑板用于工件定位，要求控制定位精度；夹紧装置使用夹紧液压缸带动顶尖夹紧工件。由于工件直径较小，且钻削时力和力矩均较小，夹具各部件及支撑刚度和强度较大，根据经验强度、刚度符合要求，不必再校核了。3.3.2 夹具液压部分设计 （1）液压缸的选择：组合机床的夹紧液压缸已形成了通用化系列，根据资料选用T50系列加紧液压缸，这种液压缸的缸体是用无缝钢管制成，两端盖是嵌入式的，缸体两端的内壁开有环形槽，把端盖装入后旋转90度，端盖的边缘卡入缸体两端的环槽，这样端盖即可承受轴向压力【9】。液压缸和夹具的连接方式是通过两个半圆键用法兰盘连接，可以向前固定，也可以向后固定。采用角铁形式的连接件后，可以变地脚式的固定。 计算夹紧力时，应考虑到切削余量有可能超过计算值以及材质的不均匀性。因此，加紧力的实际值应相对于计算值有1.52的安全系数由上面计算得到的轴向切削力 F=1743.803N，所以实际夹紧力： F1743.8032=3487.604N 根据实际夹紧力和夹紧行程选择T5033型夹紧液压缸表3-7 夹紧液压缸的技术参数型号液压直径(mm)活塞杆直径行程(mm)大腔工作面积小腔工作面积 油的工作压力活塞杆 活塞杆 推力 压力 5MPa 5 MPaT50333216638cm26cm24kN3kN （2）液压站其它部件选择 在工件加工过程中可以采用三位四通的电磁阀进行控制，形成卸荷回路。所谓卸荷，是指液压泵在很低的压力下运转。此时泵的输出功率接近于零。 需要使回路卸荷,以节省动力消耗,可以选取M型电磁换向阀,原理图如下图: 3-8 液压图当换向阀置于中间时，液压油不经过液压缸直接回到油缸，此时油的压力接近于零，所以可以保证液压泵输出功率接近于零。因为液压系统是指使用来夹紧工件，速度根据经验选取一个合适的数值，选取为20mm/s，如果取进油路总的压力损失为，则液压泵最高工作压力可用以下公式计算： PfP+p1=5.5MPa （3-1）因此，液压泵的流量可以取为：5.5+5.50.25（MPa）=6.875MPa泵的流量为： 计算分析通过各液压阀油液的压力和流量的上限，选择个各液压阀的型号。油管的直径可根据所选元件的油口尺寸来决定，也可以按照油路的额定流速进行选择计算，油箱容量下式确定： （3-2） 按照习惯和经验合理的安排各液压元件的位置和技术参数。也根据液压原理图可以由厂家订做液压站。3.4 步进电机的选择3.4.1步进电动机工作原理步进电机分为俩种：永磁式和反应式。前者通常为两相电，输出转矩和外观体积都较小，一个脉冲信号驱动转子转过7.5角；后者一般为三相电，输出转矩较大，一个脉冲信号驱动转子转过为1.5，但其工作时噪声和振动都较大【10】。混合式步进电机是将俩者的优点结合在一起，输出转矩大，噪声小，工作性能稳定。3-9 步进电机 （1）步进电机动态指标及术语： a、步距角精度： 电机运行时，每一个步距角步进实际与理论的误差。不同运行拍数所产生的误差是不一样的。拍数的增加，导致误差也随之上升。 b、失步： 电机工作时实际运转的步数和理论上计算的步数不相等。称之为失步。 c、失调角： 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。 d、最大空载起动频率： 电机在不加负载的情况下，通以正常的电压和电流，能够启动的最低的脉冲信号频率。 e、最大空载的运行频率： 电机在在不加负载的条件下，通以正常的电压和电流，电机最高转速频率。 电机带有负载的情况下，启动频率降低。在此的情况下，为使电机到达足够的转速，脉冲信号的频率和转子转速成正比，即便启动频率较低，电机可逐步达到较高频率，满足工作需求。3.4.2 步进电动机驱动器 步进电动机的使用有其特点，必须采用专用步进电动机的驱动控制器，它一般由脉冲发生分配控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成，符合要求的脉冲信号通过控制器分配给各相圈，功率经放大后驱动步进电动机。驱动器内部带环形脉冲分配器，若使电机运行只需输入单相脉冲，然后由环形分配器按一定的顺序将脉冲加到控制电机绕组各端的开关管的控制极上。3.4.3 步进电动机控制器 电机的运行由控制器控制。控制器按照的作用是依照设计者的要求控制并驱动步进电机依照设定程序进行运行。逻辑电路可控制比较简单的控制过程，但其线路较复杂，成本较高。自从微处理器问世以来，给步进电动机控制器设计开辟了新的途径。各种PCL的迅速发展和广泛应用，为设计功能很强而且价格低廉的步进电动机控制器打开了广阔的市场空间。通过PLC可以实现用较少的成本完成很复杂的控制方案，而且PLC的编程非常灵活性、控制方案的修改成为非常简单的事，修改时只需重新编制程序或者修改局部参数即可。第4章 C6132车床改造计算部分4.1 滚珠丝杠螺母副的计算和选型（1）计算进给牵引力： F=KF+G （4-1）F=1.152932.6+0.48500=3612.4N 其中：K颠覆力矩影响系数 摩擦系数 G滑台及夹具重 F切削力（2）计算最大动负载C （4-2） （4-3） （4-4） 式中：丝杠单导程 进给速度 T使用寿命 L寿命 n转速n=1000 （3）传动效率计算 （4-5）= =95.6 其中：螺旋升角 摩擦角（5）刚度验算 丝杠的拉伸或压缩变形量： （4-6） 式中：工作负载 L丝杠导程 E材料弹性模量 F丝杠截面=0.0115（） 由于角接触球轴承和丝杠的预紧，其拉压刚度为原来的4倍。其实际变形量为： =3/4=0.0116（）0.015 满足精度要求。4.3 步进电机的计算和选型 查找机械通用零部件优选手册选用混合式步进电机PH261O（M为6M），0.72，=9.8，d=11，=23，=0.64。（1）转动惯量的计算 计算电机轴上的转动惯量： （4-7） 式中：折算到电机轴上的转动惯量 ：齿轮的转动惯量 ：齿轮的转动惯量 ：丝杠的转动惯量 M：工作台质量 ：丝杠螺距 i：传动比，i=0.6 其中：= =3.01 =3.01 =13.45 =9.8/13.45=0.73 满足惯量匹配要求。 （2）电机力矩的计算 快速空载启动力矩： （4-8） 最大切削负载力矩 （4-9） 加速进给力矩 （4-11） 加速力矩 （4-12） 摩擦力矩 （4-13） 切削力矩 （4-14） 附加摩擦 （4-15） 空载启动时的加速力矩： 摩擦力矩： 附加摩擦力矩： 切削时加速力矩： 切削力矩 ： 快速空载时启动力矩：=3.22 最大切削负载所需力矩：=0.045+0.090+0.33+1.43=1.90 加速进给力矩：=0.090+0.33=0.42 电机最大转矩63.22,满足。4.4 进给系统验算.加速能力验算（P705）总的转动惯量 =13.45步进电机的转动惯量 =9.8惯量匹配符合要求 0.5定位精度验算丝杠在拉压载荷下的最大弹性位移： （） （4-16）= =3.88 切削时滚珠丝杠与螺母间的接触变形 =1742.67N/860N（）=2.03 式中：滚珠丝杠副的接触刚度轴承的接触变形对于角接触球轴承,其轴向刚度： （4-17） 式中: Z滚动体个数 接触角 滚动体直径 其中： （4-18） Z= =21.4取整Z=21 滚珠丝杠公称直径 =210.15 所以，切削时=1742.67/210.15=8.29 丝杠的总位移： （4-19） =3.88+2.03+8.29=14.2第5章 PLC组合机床控制系统51 PLC控制系统5.1.1 可编程序控制器组成及特点可编程控制器（programmable controller，简称PC）。为了同个人计算机的PC相区别，所以用PLC表示【13】。 在原有的基础上，PLC技术有了革命性的进步，融入了现代化的元素，如计算机技术，自动控制等，广泛的应用于自动化工业，已经批量生产，形成多种系列。通过数字编程和一些其它铺助原件实现对电机的控制，广泛应用于各类机械生产过程，实现了自动化控制。 用户根据需要可以选用现成产品，也可以自己设计编程，实现信息的转化，PLC程序具有很强的可靠性。PLC的核心部分是CPU，信息经其转化处理，按设定程序驱动其他部分动作。5-1机床数控系统硬件框图5.1.2 PLC及脉冲模块的选取 在该机床设计中，需要PLC控制的部分是滑台的进给部分，这部分需要控制步进电机的速度，进给量等12个开入点和6个开出点，所以选择了FX2N16MR001型号的PLC控制器，该控制器的性能及特点如下表所示：表5-1 FX2N16MR001的结构性能特点型号I/O总数输入输出FX2N16MR001168（漏型）8（晶体管） 由于FX2N系列PLC没有高速脉冲口，如果要控制步进电机工作则必须有脉冲发生器单元，查三菱FX系列特殊功能模块用户手册选择FX2N-1PG脉冲发生单元。5.2 PLC编程FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很差别，一般称它们为“软继电器”【14】。它在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。通常情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。表5-2 I/O地输入元件名称功能地址 SB1电机1快进开关X000 SB2电机1快退开关X001 SB3电机1工进开关X002 SB4前工位限位开关1X003 SB5后工位限位开关1X004 SB6电机1紧急停止X005 SB7电机2快进开关X007SB8电机2快退开关X010SB9前工位限位开关2X011 SB10后工位限位开关2X012 SB11电机2紧急停止X013输出KM1高速脉冲输出1Y000KM2高速脉冲输出2Y001KM3动力头及切削液接触器Y002KM4步进电机2方向控制Y003KM5步进电机1方向控制Y0045.2.1 输入继电器（X） PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口，PLC 内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入），线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000 X007，X010 X017，X020 X027 。它们一般位于机器的上端。5.2.2 输出继电器（Y） PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用【15】。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的 。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000 Y007，Y010Y017，Y020Y027 。它们一般位于机器的下端。5.2.3 定时器（T） 在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。在此种功能下，如果备用电池电压下降，定时器或者计数器通常会发生误动作。 定时器通道范围如下： 100 ms定时器T0T199， 共200点，设定值：0.1 3276.7秒； 10 ms定时器T200TT245，共46点，设定值：0.01327.67秒；1 ms积算定时器 T245T249，共4点，设定值：0.00132.767秒；100 ms积算定时器T250T255，共6点，设定值：0.13276.7秒；当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时，T200的当前值计数器对10 ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值K123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的1.23秒（10 * 123ms = 1.23s）时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。 每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器由两个数据寄存器组成，其功能分别设定为值寄存器和现时值寄存器，编程时，用户可以自己设定累积值。5.2.4 应用指令(MOV，DRVA，CMP) 1、传送指令（MOV） 将S中的内容照原样传送到D 16位指令：-32,768+32,768 32位指令：-999,999+999,999 2、绝对位置控制指令（DRVA） 16位指令：-32,768+32,768 32位指令：-999,999+999,999 S2：输出脉冲频率 16位指令：10+32,767（Hz） 32位指令：10100,000（Hz） 但是不能小于下页计算公式所示频率 D1：脉冲输出起始地址 仅能指定Y000或Y001 可编程控制器输出必须采用晶体管输出方式。 D2：旋转方向信号输出起始地址 根据S1和当前位置的差值，按照以下方式进行动作。 +(正) ON -(负)OFF 向Y000输出时D8141（高位），D8140（低位） 向Y001输出时D8143（高位），D8142（低位） 反转时，当前值寄存器的数值减小。 所谓绝对驱动方式，是指指定由原点开始距离的方绝对位置 控制运行的设定项目和运行速度 3、比较指令（CPM） 比较源S1和源S2的内容，其大小一致时，则D动作。大小比较是按代数形式进行的。 所有原数据都被看成二进制值处理 作为目标地址加入指定M0，如图记一样M0、M1、M2被自动占有。第6章 经济性与环保性分析 经济性分析： 现在多数企业的机械设备比较陈旧，或使用多年，或者还保持最低端的设备。企业设备不更新，生产率低，工人工作强度大，利润率不高就会出现员工离开工作岗位，企业人才流失，效益继续下降下降，恶性循环。而在市场经济过程中，为更新设备，一般企业都从国外引进高端的数控机床设备，包括许多技术含量较高的的配套产品，其利益都被国外的企业获得。而且过大的资金投入还会是企业无法进行技术升级或调整产品结构。作为新兴产业的机床改造业，很大程度上的利用了原有的设备，并避免购买新设备，不浪费资源，又能够节约成本。如果能够完善机床改造的机制，能够尽可能的避免资金的外流，拉动国内的经济发展，并带动机械技术进步，是机械产业的主要发展道路之一。 环保型分析： 机械，电力，钢铁，矿业等特大型工业企业的发展对煤和石油的依赖性越来越强，机械工业对环境的伤害越来越严重，作为产品的第一道工序，无论是生产经营都要保持绿色健康的发展态势。旧车床的改装正是符合这一理念，把闲置的机床利用起来，不用重新购置新的机床，不仅节约了成本，也避免了资源的浪费。机床的改装是将普通机床改装为专用机床，这样就提高了原料的利用率，在有限的资源上生产更多的产品，在满足社会需求的情况下，节约了资源，从而保护了环境。结 论 大学毕业前的最后一个大作业，一次难得的体验和机会。我此次毕业设计的课题是：C6132改装为双工位数控缸体钻床设计。刚接到设计题目时感觉无从下手，经过老师一番指点，才明白了我此次的设计目的、意义和方法。 虽然本次课题是一个老话题，但是对于我们这些即将毕业的本科生，在没有实践经验，只有理论知识的背景下，也是一个很适合的课题。通过网上查询相关信息，了解到机床的改装和组合机床对我国机械行业发展的重要性。我国是一个大国，从一穷二白起步发展至今，机械行业也随之兴起。如今自动化的生产盛行。不可避免的要淘汰一部分废旧的机床。而大多数的小企业又没有多余资金，产业转型困难。而市场和客户对于产品的质量和精度要求愈来愈高，在此情况下，机床改装应用而生。 在设计之初，首先确定的是，车床改装的整体方案，根据被加工件的特点，把一台废旧的普通车床改装为专用钻床。被加工件需要钻削深孔，查阅了量资料，选择了枪钻。这是考虑到加工效率和精度，一次进给，完成加工。并且采用双工位，使得加工效率翻倍。围绕被加工件，展开一系列的改装。动力头的选择、专用夹具的设计、进给系统的改装，最后是这些部分的相互配合。在每一步的设计都需要参考许多其他文献和资料，并对每一部分进行验算。在有了这些的基础上，开始绘制图纸，从零件图到最后的装配图，这是一个细心漫长的过程。 通过这次设计可以得到以下结论： 1、车床的改装在我国有这很大的发展空间和经济价值。不仅促进了工业的发展，也给企业增加了效益。这样的设计经济实用。 2、设计中学会了运用所学知识，对实际的生产有了更多的了解，为以后的工作打下良好的基础。但毕竟是纯理论的设计，在实际的改装过程中，难免会有很多不合适的地方，在实际改装中，不符合的地方，根据实际条件作出局部调整。 3.本设计较大的缺陷是，设计理论比较不成熟，主要是根据经验来设计，但从生产技术的提高角度看，我们要进一步加强理论方面的研究，使我们的设计越来越科学越来越先进。参考文献1 于英华著.组合机床设计M.清华大学出版社2012年09月。2.2 王健石著.机械通用零部件优选手册M. 中国电力出版社，2008-9-1。3 吴伏家，刘玉福，王佑君著.深孔加工中若干关键技术M.中国科学技术出 版社，2014-10-1。4 (日)坂本正文著，王自强译.步进电机应用技术M.科学出版社，2010-5-1。5 张勇，朱朝宽著.车床数控化改造实例M.机械工业出版社，2012-5-1。6 胡凤兰1 何铮2著.枪钻加工的排屑故障及处理对策J