畢業(yè)設計--數(shù)控立式單工位深孔鉆床設計（含外文翻譯）

1、<p>　　數(shù)控立式單工位深孔鉆床設計</p><p>　　作 者 姓 名： </p><p>　　指 導 教 師： 副教授</p><p>　　單 位 名 稱： 機械工程與自動化</p><p>　　專 業(yè) 名 稱： 機械工程及自動化</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>　　任務書</b></p><p><b>　　摘

3、要</b></p><p>　　在機械加工的生產(chǎn)活動中，我們常常會遇到長徑比(L/D)大于10的深孔加工。深孔加工主要有以下幾個特點：</p><p>　　(1) 由于孔的深度與孔徑比例較大，鉆桿細長，剛性差。故在鉆孔時容易偏斜，并產(chǎn)生振動,導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>　　本設計就是針對這些特點而進行的，而且是基于組合機床的槍鉆鉆削系統(tǒng)，利用MQL技術對槍鉆冷卻，并設計了用PLC控制完成自動加工過程，所以大大的提高了加工效率以及加工精度。</p><p>　　由于該鉆床的基礎是組合機床，所以在應用上具有高的系列化、標準化和通用化水平，性能上應具有先進性，在結構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、維修簡單和外形美觀等優(yōu)點。</p><p>　　本文介紹了組合機床通用部件的選取以及機床夾具部分的設計過程。為了更好的用PLC控制加工過程，本設計還對必要的部件加以改造，如動力滑臺的進給運動改裝成由步進電機驅(qū)動的。</p><p>　　本文對PLC應用于組合機床電氣控制系統(tǒng)的設計思想也作了介紹，對系統(tǒng)的組態(tài)作了闡述。</p><p>　　關鍵詞：組合機床，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>　　任務書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 組合機床的背景與發(fā)展3</p><p>　　1.4 PLC簡介5</p><p>　　第二章 機械系統(tǒng)整體設計9</p><p>　　2.1 加工技術要求9<

15、;/p><p>　　2.2 刀具的選擇9</p><p>　　2.2.1 槍鉆簡介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)的設計12</p><p>　　2.3 組合機床通用部件的選擇15</p><p>　　2.3.1

16、動力頭的選擇15</p><p>　　2.3.2 機械滑臺的選擇17</p><p>　　2.3.3 機床立柱的選擇18</p><p>　　2.3.4 機床底座的設計19</p><p>　　2.3.5 附加件的設計20</p><p>　　2.4 夾具的設計21</p><p>

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

18、t;<p>　　3.3 編碼器的選擇33</p><p>　　3.4 西門子S7-200的CPU模塊和I/O模塊的選擇35</p><p>　　3.5人機界面的選擇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高速計數(shù)功能（HSC）41</p><p>　　經(jīng)濟環(huán)保性分析45</p><p><b>　　參考文獻47</b></p><p><b>　　結束語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>　　在機械加工的生產(chǎn)活動中，我們常常會遇到長徑比(L/D)大于10的深孔加工。深孔加工主要有以下幾個特點:(1)由于孔的深度與孔徑比例較大，鉆桿細長、剛性差。故在鉆孔時容易偏斜，產(chǎn)生振動。導致孔的表面粗糙

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構、深孔加工工藝設備成為人們關注的問題。</p><p>　　近幾年，汽車工業(yè)飛速發(fā)展，產(chǎn)量日益提高。提升汽車零部件的加工效率已成為必然，然而，汽車制動缸體的加工屬深孔類加工，加工難度高、工作量大。顯然，采用麻花鉆等一些傳統(tǒng)刀具為刀具的機床在加工精度上、效率上都不能滿足要求。為此，

22、我們設計一種加工汽車制動缸體的專用組合機床。</p><p>　　組合機床是以通用部件為基礎，配以按工件特定形狀和加工工藝設計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應用，

23、并可用以組成自動生產(chǎn)線。</p><p>　　我所設計的機床是數(shù)控立式單工位深孔鉆床，可對工件進行深空加工，我采用槍鉆作為加工刀具加工深孔。</p><p>　　該鉆床是一臺專門加工特定尺寸要求缸孔體的專用機床，它能夠?qū)Ρ患庸ち慵M行端面、鉆孔、擴孔、鉸孔等工序的加工,但因為其加工精度十分之高，所以我們只需要一次加工就可以達到所需的粗糙度要求。整個機床的機械部分是由數(shù)控滑臺、立柱、立柱底座

24、、動力頭以及冷卻裝置等附加部件組成。并利用PLC進行自動化控制，利用HMI進行人機對話。</p><p>　　經(jīng)本次的課題設計，我還可以掌握一些有關機械制圖和三維造型的軟件，如UG、CAXA等，并且對大型的裝備圖，工業(yè)流程圖有更深的體會。在控制方面，我們主要采用PLC技術，PLC是當今世界上控制領域較為完善的產(chǎn)品，穩(wěn)定性很好，相信在這方面我還會有相當大的收獲。</p><p>　　本次設計

25、我除了選用通用部件外還要設計機床的夾具，可以說本次設計不僅會培養(yǎng)我對組合機床通用件的認識，還可以給我一個動手設計的機會，里面有機械、電氣及少量液壓的部分，可以說是四年的一個精華的總結吧。</p><p>　　相信這次畢業(yè)設計會給我將來的工作道路做一個較為好的、也較為完善的鋪墊，我也相信自己會把它完成得很好。</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，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的孔稱為深孔。深孔加工難度高、加工工作量大，已成為機械加工中的關鍵性工序。隨著科學技術的進步，產(chǎn)品的更新?lián)Q代十分頻繁，新型高強度、高硬度的難加工零件不斷出現(xiàn)，無論是對深孔加工的質(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)與科技的進步，深孔零件在材質(zhì)及毛坯制造、刀具材料、深孔加

27、工機床、基礎理論研究、檢測等方面都有了較大的進展。深孔零件的材質(zhì)，過去多采用碳素結構鋼。低合金鋼和高強度合金鋼。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、復合材料等，開始在深孔零件上采用。新材料的逐步采用對深孔加工提出了新的技術難題。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?，F(xiàn)在深孔零件的毛坯除了采用一般的鑄、鍛、軋制毛坯外，對于機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，進行壓力加工。在管坯生產(chǎn)中，除了一般的熱軋、冷軋無縫管材外，現(xiàn)已采用精軋無縫管材。冶金技術的進步，提高了材料的機械性能，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的進步，使得毛坯材料的去除率大為降低。另外，由于熱處理技術的發(fā)展，深孔工件經(jīng)過熱處理后，在機械性能、結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>　　深孔加工機床現(xiàn)在多采用常規(guī)機床，有深孔鉆鏜床、深孔

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

30、提高傳統(tǒng)深孔加工方法的水平，開發(fā)新的制造技術與工藝方法。愈來愈高的精度要求，需要發(fā)展深孔精密加工技術，并相應地發(fā)展精密測量及精密機械設計。在實現(xiàn)深孔加工自動化生產(chǎn)中，需要解決加工中異常情況的監(jiān)控及自動檢測。目前，深孔加工中的這些問題，雖然落后于車削、銑削，但已有一些國家在開發(fā)研制，進行解決。</p><p>　　深孔鉆削的鉆桿細而長，小深孔鉆削的鉆桿更是細長，其剛度很低，因此，在設計小深孔刀具時，應當盡可能提高刀

31、具(包括鉆頭和鉆桿)整體的剛度。在傳統(tǒng)設計中，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，勢必更使細長鉆桿的強度和剛度下降。 </p><p>　　如鉆削5.7mm深孔，鉆桿外徑只能取4mm，在壁厚不足1mm上再挖去一個方牙螺紋的深度0.25mm，螺紋聯(lián)接處的強度和剛度大大下降，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>　　為解決這一問題，對于鉆削孔徑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，均比方牙螺紋聯(lián)接的強度和剛度要好，可適當加大小深孔鉆削時的進給量，生產(chǎn)效率也得到相應的提高。</p><p>　　根據(jù)上述的現(xiàn)狀分析，可以說我們的設計很有意義也很有必要。</p><p>　　1.3 組合機床的背景與發(fā)展</p><p>　　組合機床是以通用部件為基礎，配以按工件特定形狀和加工工藝設計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。<

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

35、刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、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。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。</p><p>　　二十世紀70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達0.05毫米／1000

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

37、在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制造廠都有各自的通用部件標準。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結構未作規(guī)定。</p><p>　　通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運

38、動的部件。主要有動力箱、切削頭和動力滑臺。</p><p>　　支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進給機構的切削頭或夾具等的部件，有側底座、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、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等。</p><p>　　控制部件是用以控制機床的

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

40、構、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簡介</b></p><p>　　PLC的發(fā)展歷程。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控

41、制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Contr

42、oller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC?！　LC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成</p><

43、p>　　第二章 機械系統(tǒng)整體設計</p><p>　　2.1 加工技術要求 </p><p>　?。?）產(chǎn)品：汽車制動泵缸體；</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>　?。?）技術參數(shù)：</b></p><p>　　a. 直線度：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>　　我們對圖紙和加技術進行了分析，為了滿足粗糙度、配合精度、尺寸精度等技術要求，

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100，最大可至250，鉆孔精度為IT7～IT9，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，近幾年來，已用于精密淺孔和特殊孔加工。以 美 國 為 例，1963年槍鉆 加工的代表深度為250～300mm，1968年下降到100mm，進入20世紀70年代已降至25～37mm。槍鉆的使用范圍也在不斷擴大，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，加工出來的孔位置精確，直線度、同軸度高，并且有很高的表面光潔度和重復性。能夠方便的加工各種形式的深孔,對于特殊深孔，比如交叉孔，盲孔及平底盲孔等也能很好的解決。槍鉆除了應用專業(yè)的深孔鉆機外，也可用于CNC機床上，在普通機床上稍作改動也可以實現(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>　　專業(yè)的槍鉆系統(tǒng)由深孔鉆機、單刃或雙刃的槍鉆及高壓冷

49、卻系統(tǒng)組成，使用時，鉆頭通過導引孔或?qū)走M入工件表面，進入后，鉆刃的獨特結構起到自導向的作用，保證了切削精度?！　±鋮s液通過鉆頭中間的通道到達切削部位，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，被稱為深孔鉆削。由于長徑比較大，采用一般的麻花鉆來鉆削時，排屑、冷卻、潤滑和導向就成了難以解決的問題，孔的質(zhì)量要求也很難達到。</p><p><

50、;b>　　一、槍鉆的工作原理</b></p><p>　　槍鉆工作時，冷卻液被高壓泵通過循環(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，槍鉆可由機床主軸帶動旋轉(zhuǎn)加工，也可槍鉆固定而工件旋轉(zhuǎn)，工件旋轉(zhuǎn)時加工出的孔的形位公差更好。 </p><p><b>　　二、槍鉆的結構</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，它擔負著重要的鉆削工作，為了保證被加工孔的精度，在它的圓周部分設計有導向塊，其在導向孔的引導下一次進刀就可以加工出高精度的孔。鉆尖結構形式根據(jù)不同的加工條件有多種類型可供選取。鉆尖材料一般采

52、用高品質(zhì)DK460UF超細晶粒硬質(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”型結構設計，外徑略小于鉆尖，在保證鉆桿足夠的強度和剛度的前提下，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、潤滑和排屑

53、。</p><p><b>　　刀柄 </b></p><p>　　刀柄部分主要用來傳遞動力。</p><p>　　三、鉆尖部分的結構形式</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，很多公司結合二十多年制造槍鉆的成功經(jīng)驗，優(yōu)化了以下5種類型的鉆尖外圓型式，并結合多種鉆尖的不同角

54、度磨削型式供用戶選擇，確保針對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：標準型，適合加工難加工材料，如高合金鋼等。 </p><p>　　E型：專用型，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，長徑比可達80倍，槍鉆最長可達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，孔的直線性高,并且孔口無毛刺，精度的重復性好。廣泛適用于汽車制造業(yè)、飛機船舶制造業(yè)和機床制造等行業(yè)，主要加工對象為：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要求工件的直徑范圍為Φ15.87mm～Φ32mm，長度范圍為60～240mm，根據(jù)實際情況，廠家應提供槍鉆鉆頭的直徑為Φ15.87mm～Φ32m

57、m一系列槍鉆，槍鉆的長度根據(jù)不同的夾具來制定，由于我們采用的是PLC控制步進電機驅(qū)動滑臺運動，當槍鉆長度方向有誤差或有磨損是，可調(diào)節(jié)PLC中的程序來實現(xiàn)。</p><p><b>　　圖2.1 槍鉆加工</b></p><p>　　在使用時，必須先選擇尺寸適合的導套，導套與槍鉆頭部的間隙保持在0.003mm～0.008mm之內(nèi)，使用槍鉆的機床主軸必須有較高的軸向和徑向

58、剛性，導套和主軸要有較高的同軸度。在鉆孔過程中，被加工材料（特別是鑄件）鉆孔位置應沒有斷裂、氣孔及其他雜質(zhì)，否則會造成崩刃，甚至掉頭。使用時應正確選取切削用量。</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。一般要選擇專用的

59、槍鉆油。一般槍鉆用切削液應有極壓添加劑,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,直徑越小,粘度越低。送往槍鉆切削區(qū)的切削油和一般機械加工相比具有壓力大、流量大、過濾精度高的特點。流量應隨孔深的增大而增大,以保證切削油有更大的流速,達到通暢排屑的目的。</p><p>　　槍鉆磨損后，需及時正確的刃磨，刃磨時必須在萬能刃具磨床或?qū)Ｓ萌心C床上將槍鉆裝在專用夾具上進行刃磨，可選用粒度120左

60、右的樹脂金剛石砂輪進行刃磨，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出不利的時候換，因為那樣需要磨掉很長一段硬質(zhì)合金，造成浪費。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)的設計</p><p>　　

61、用槍鉆作為刀具的機床絕大部分都是臥式，所以對于我們的設計來說，可以將臥式機床的排屑冷卻系統(tǒng)加以改造，以滿足需要。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>　　我們對市場上的諸多槍鉆的排屑冷卻系統(tǒng)的方案作了簡單的研究。從冷卻方案上來看，主要分為高壓油冷卻和脈沖氣霧冷卻等。例如德國的TBT、BOTEK等知名企業(yè)都用高壓油來冷卻、排屑；英

62、國的哈鏝公司、美國的鉆科等公司使用氣霧冷卻。但近幾年來發(fā)展的MQL技術，也適用于槍鉆，如BOTEK等許多公司采用了這種技術。</p><p>　　MQL技術是將壓縮氣體與級微量潤滑液混合汽化后，噴射到加工區(qū)，對刀具和工件之間的加工部位進行有效的潤滑。在德國，由于人們對它是否同時具有冷卻功能還存在意見上的分歧，而分別稱之為微量潤滑和微量潤滑冷卻。</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，使用的潤滑液很少而效果卻十分顯著，既提高了工效，又不會對環(huán)境造成污染。 </p><p>　　MQL法所使用的潤滑液用量非常少，一般為0.03～0.2L/h，而一臺典型的加工中心在進行濕切削時，切削液用量高達20～100L/min。而且MQL技術只要

64、使用得當，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)過壓縮還可以回收使用，完全不污染環(huán)境，故又稱之為準干式切削。</p><p>　　目前，MQL技術的加工對象主要是鑄鐵、鋼和鋁合金上進行鉆孔、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>　　美國的Tbyssen公司將潤滑系統(tǒng)集成在主軸中，其流量由CNC程序控制，該單元在6.5s時間內(nèi)

65、可鉆削10個直徑8mm、中心距為20mm的孔，每小時使用一杯潤滑油，且大部分被蒸發(fā)，切屑中切削液含量大大減少，因此處理費用大幅降低。</p><p>　　在德國，MQL裝置近幾年來每年有15000套的市場，而且還將進一步增加。MQL與新型刀具的結合使用也方興未艾?？梢灶A測，在未來兩三年內(nèi)，德國制造的加工中心中將有5%用MQL與潤滑性涂層刀具相結合來取代澆注式冷卻。</p><p>　　在許

66、多金屬加工中，油類的潤滑劑被激烈攪動后在車間空氣中形成污染的油氣霧， 潤滑劑中的添加劑、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；另外油霧還會在廠房上部形成一層粘附物，給日常保養(yǎng)帶來麻煩。因此，對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Cicinati大學和Te

67、chsolve.Inc.公司的聯(lián)合研究項目進行了MQL和澆注切削下產(chǎn)生的空氣油霧微粒濃度對比實驗，在Tongil TNV-80CNC立式加工中心上分別以11ml/min 和6.5l/min的用量對AISI/SAE 4340鋼件進行了鉆削和銑削。結果表明，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)在鉆削時是傳統(tǒng)澆注法的340～3300倍；而在銑削時則是其100～140倍。在較高速度及金屬切除率下

68、，這個比值會更大。 </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遠高于水溶性切削液，甚至使得車間空氣油霧濃度超過當前美國OSHA(Occupational Safety and Health Administration)和NIOSH(National Institute for Occupational Safety and Health)規(guī)定的標準。

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(包括切削液的購買費用、儲存費用及廢液處理費用等)，而且在某些條件下能獲得相等甚至更好的加工性能。它標志著人們在擺脫傳統(tǒng)澆注切削加工的道路上邁出了關鍵性的一步。</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度為400mm左右，這種技術很適合我們的設計。這也符合

70、“綠色切削”的理念。在機床旁增加一MQL渣裝置，它將壓縮空氣和極微量的潤滑液混合氣化后打入槍鉆的回轉(zhuǎn)單元。MQL系統(tǒng)設計可以外包。</p><p>　　圖2.4 MQL裝置</p><p>　　機床在工作時，鐵屑會由于自重下落，為了保護下方的動力頭，動力頭外要加一防護罩，操作人員必須定期對之清理。清理時，可將鐵屑打掃入底座的凹槽內(nèi)。動力頭防護罩外還設有幾根噴管，工作時，從噴管噴出高壓空氣，

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

72、鋼及有色金屬工件進行粗精鏜孔，鏜孔精度可以達到IT7級，加工表面粗糙度可達1.6μm。</p><p>　　鏜削動力頭有三種傳動形式，頂置式齒輪傳動其轉(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，裝在立式機床上，對各種零件進行粗精鏜孔。</p&

73、gt;<p>　　為了選擇合適的動力頭，我們先要計算切削參數(shù)：</p><p>　　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[2]。查得：</p><p>　　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</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，表中公式應做相應的修

75、正（修正系數(shù)），可參考《組合機床設計》及有關切削用量手冊[2]。</p><p>　　根據(jù)以上表中公式計算如下：</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)式計算出的,查閱有關資料選取1TA20型號鏜削動力頭[2]，其技術參數(shù)如下：</p><p>　　表2.2 1TA20鏜削頭的技術性能</p><p>　　根據(jù)要求轉(zhuǎn)速800～1000r/min,可以選用頂置1NGb12傳動裝置，該傳動裝置為齒輪式傳動，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 機械滑臺的選擇</p><p>　　交流伺

78、服機械滑臺除了具有一般機械滑臺的用途外，它還有使組合機床及其自動線的進給系統(tǒng)具有易調(diào)、快速調(diào)節(jié)的優(yōu)點[1]，通過改裝步進電機，可以實現(xiàn)滑臺準確位控及人機對話等。</p><p>　　考慮到要應用PLC系統(tǒng)對組合鉆床進行控制，選用交流伺服數(shù)控機械滑臺，并將該滑臺交流伺服電機改裝為步進電機，用PLC控制步進電機來完成加工控制，其中滑臺的快進、工進、定位由步進電機來控制。</p><p>　　由

79、于滾珠絲杠無自鎖，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，應該選取足夠行程的數(shù)控滑臺，經(jīng)過計算選用最大行程為400的NC-1HJ25Ⅱ型交流伺服數(shù)控機械滑臺。主要聯(lián)系尺寸表、圖如下：</p><p>　　圖2.7 數(shù)控滑臺聯(lián)系尺寸圖</p><p>　　表2.5 NC-1HJ25Ⅱ型交流伺服數(shù)控機械滑臺聯(lián)系

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

81、組合機床的床身，是由中間底座與側底座裝配而成；而立式組合機床的床身則是由立柱底座裝配而成。此種裝配結構，優(yōu)點是加工和裝配工藝性好。調(diào)整和運輸比較方便。但是，組合是結構削弱了床身的整體剛性，這一缺點通常用加強部件之間的連接剛度來補償[2]。</p><p>　　為了滿足要求，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底座相連接，用于安裝垂直布置的動力部件，形成垂直進給運動的支承部件。</p><p>　　由于動力部件作垂直運動，為了平衡其自身重量，立式機床必須設有配重裝置。通常液壓滑臺采用鋼絲繩滑輪組，機械滑臺多用鏈條鏈輪組，其他結構二者一致。在選用機床配重時，重錘的重量約等于運動部件重量的85～95%，未平衡的5～15%，由于滑輪

83、（連輪）、軸承和導軌等的摩 擦阻力來補償。若平衡錘重量太小，動力部件會自動下滑，對操作工人和設備很不安全，這是不允許的。平衡錘重量太小，則增加進給系統(tǒng)的負荷，消耗功率，加速機構磨損[1]。</p><p>　　根據(jù)我們設計的機床的實際情況，需要在訂做立柱時，根據(jù)具體情況，適當加高立柱。</p><p>　　立柱與滑臺之間裝有5mm厚的調(diào)整墊，采用調(diào)整墊對機床的制造和維護都很方便。因為，當滑

84、坐導軌磨損后，或重新組裝機床時，只須取下滑座將導軌面重新修刮或修磨，再重新更換調(diào)整墊厚度，可使機床達到應有精度。</p><p>　　2.3.4 機床底座的設計</p><p>　　在配置復合式組合機床時，尚需根據(jù)具體情況設計專用的底座。我們設計的機床就是一例。底座二維簡圖見下：</p><p><b>　　圖2.9 底座簡圖</b></

85、p><p>　　我們設計的底座有兩個用途：固定立柱。將立柱用法蘭螺釘裝配在底座上，使整個床身穩(wěn)定，也方便操作人員上下工件；運屑。機床在工作時，鐵屑、和一些潤滑油會下落，我們在底座上設計了接油槽，接油槽四周布置了鴨嘴形噴管。工作時，水從噴管噴出，會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，而且不會對工作環(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>　　機床的底座和立柱用高強度螺栓連接定位靠鍵或銷子。讓螺栓有充足的剛度。并且由防松措施。避免切削的時候承受交變載荷引起松動。</p><p>　　2.3.5 附加件的設計</p><p>　　為了能使槍鉆的中心線和工件中心線重合，要在立柱動力頭之間增加一附

87、加件。簡圖如下：</p><p>　　圖2.11 附加件立體圖</p><p>　　設計時應注意：等壁厚、便于倒沙、要有鑄造圓角。參見UG圖。</p><p>　　動力頭和附加件的連接要保證動力頭下端有底座300mm的距離，以便維修動力頭。附加件與立柱之間增加5mm厚的調(diào)整墊塊。</p><p><b>　　2.4 夾具的設計<

88、;/b></p><p>　　2.4.1 夾具的機部分的設計</p><p>　　組合機床夾具是組合機床的重要組成部分，用于實現(xiàn)對被加工零件的準確定位、加壓、對刀具的導向以及裝卸工件時的限位等。組合機床的加工精度基本上是由夾具來保證的，因此它與一般機床夾局部同。一般機床夾具只是機床的輔助部件。此外，不要把組合機床夾具和一般的組合夾具混淆起來。組合夾具用于萬能機床上為完成某一道工序加工

89、，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。</p><p>　　組合機床夾具按結構特點，可以分為單工位夾具和多工位夾具兩大類。單工位夾具是指在一個工位上完成加工工序的機床夾具。按被加工零件結構和要求，單工位夾具有固定的，帶滾道

90、或浮動輥道的，帶水盆和小車等形式。多工位組合機床夾具是指工件需要在幾個工位上順序或平行－順序加工的機床夾具。按移位方法它又可分為：固定式多位夾具、回轉(zhuǎn)夾具、移動工作臺夾具和回轉(zhuǎn)鼓輪夾具等。此外按操縱方式又可分為：手動定位夾緊的組合機床夾具和自動定位夾緊的組合機床夾具。由于組合機床是多面、多刀、多工序同時加工，在加工過程中產(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。一般在夾具上都設有引導刀具的導向裝置，以保證工件的加工精度。有的

91、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(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），機械部分要包括：夾持件，頂針支撐件及諸多導套組成。</p>

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

93、時，首先要選擇一款液壓缸。由于頂針要雙向運動，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，每個工件加工完畢后重

94、約1kg，所以頂尖受力為1734.003N。</p><p>　　查《機械設計手冊》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《機械設計手冊》?。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>　　接下來我們來選泵：</b></p><p>　　因為液壓部分的作用是頂緊工件，所以速度可以選取一個合適的數(shù)值，選取為20mm/sec，如果取進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;　　（2-5）</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>　　參考機械手冊，可以選擇葉片泵。</p><p>　　由于

98、本機床是立式，夾具在上面的滑臺上，為了保證操作人員的安全和設備不被損壞，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，直至達到調(diào)定壓力，之后，壓力開關斷開，活塞桿保持此時的狀態(tài)。為了實現(xiàn)這種功能，要利用液控單向閥。圖示如下：</p><p>　　圖2.17 液控單向閥的應用</p><p>　　如圖，活塞桿推進時，若油壓沒有達到調(diào)定壓力，壓力開關

99、無法斷開，活塞桿只能繼續(xù)加緊?；钊麠U退回時，單向閥是打開的。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，單向閥打開，活塞桿推進；閥芯左置時，單向閥打開，活塞桿退回。為了把活塞桿推進速度限制為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

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，可以使用蓄能器。泵的出口可以用一濾油器，除去進入閥的渣質(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行計算，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)元件說明</p><p>　　2.5 機床輔助部分的設計</p><p>　　我們設計的機床的輔助部分主要是機床外部的防護罩，由于在機床工作時，會有一些鐵屑崩出；一些潤滑油也會流出，為了保護操作

102、人員和維護工作環(huán)境，必須要用防護罩。這符合“綠色制造”的理念。防護罩可以外包設計、訂做。</p><p>　　第三章 數(shù)控系統(tǒng)的設計</p><p>　　3.1 數(shù)控系統(tǒng)方案概述</p><p>　　我們將數(shù)控滑臺的伺服電機換成步進電機，用PLC控制步進電機，實現(xiàn)精確進給。</p><p>　　在設備的控制系統(tǒng)中，有關運動控制是很重要的，本設

103、計就是一例：用西門子S7-200控制步進電機。為了實現(xiàn)對控制步進電機的控制可以應用EM253位控模塊（6ES7 253-1AA22-0XA0）。將位控模塊擴展到PLC的CPU模塊上，然后將步進電機驅(qū)動器連接到位空模塊上，再將步進電機連接到其驅(qū)動器上[8]，但考慮到這種NC單元價格較貴，所以我們決定不采用此方案，而是直接將PLC的CPU模塊連接到步進電機驅(qū)動器上，再將步進電機連接到其驅(qū)動器上。簡圖如下：</p><p&

104、gt;　　圖3.1 步進電機驅(qū)動方案</p><p>　　為了對鉆頭位置進行檢測，反映加工情況，我們在步進電機的另一端加一編碼器，然后用TD 200顯示計數(shù)值。</p><p>　　綜上，在數(shù)控系統(tǒng)進行設計時，主要任務有：選擇合適的步進電機和編碼器、對PLC進行組態(tài)。</p><p>　　3.2 步進電機的選擇</p><p>　　步進電機作

105、為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領域都有應用。</p><p>　　步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周

106、期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。</p><p>　　現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。 </p><p>　　永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但

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

108、步進電動機時，單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號，再經(jīng)功率放大后分別送入步進電動機各相繞組，每輸入一個脈沖到脈沖分配器，電機各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度（稱為步距角）。正常情況下，步進電動機轉(zhuǎn)過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，電機的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應關系，不受電壓波動和負載變化的影響。</p><p>　　步進電機的選擇計算如下：</

109、p><p>　　查得該數(shù)控機械滑臺的滾珠絲杠：</p><p>　　直徑為40mm；導程為10mm；長度為900mm；最大行程400mm</p><p>　　取定位精度：0.01mm</p><p>　　選擇脈沖當量：0.01 mm/脈沖</p><p>　　初步選擇五相步進電機的步距角為，五相十拍控制時步距角為。<

110、/p><p>　　計算齒輪的減速比： </p><p>　　根據(jù)所要求脈沖當量，齒輪減速比i計算如下： （3-1）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——步進電機的步距角(度/脈沖) </p><p>　　——

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