1、I专科毕业论文（20 届）卧式镗床的数控改造设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期I诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日I毕业设计任务书设计题目：卧式镗床的数控改造设计1设计的主要任务及目标1根据课题要求进行调查研究，了解掌握卧式镗床的结构特点；2拟定并论证方案；3设计、绘制机床横向、纵向进给系统的传动系统图；4选择并校核主轴驱动和进给驱动；5设计、改造机床机械结构；6绘制零件图及结构装配图2设计的基本要求和内容1毕业设计说明书一份；2进给系统结构图；3
2、主要零件图；4机床控制PLC 程序 3主要参考文献1曾励.机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社，2004.2汪木兰.数控原理与系统.北京：机械工业出版社，2004.3杨有君.数控技术与数控机床.北京：机械工业出版社，2002.4于骏一.机械制造技术技巧.北京：机械工业出版社，2004.5姜培刚.机电一体化系统设计.北京：机械工业出版社，2003.6罗良玲.数控技术及应用.北京：清华大学出版社，2005.7张新义.经济型数控机床系统设计.北京：机械工业出版社，1994.8罗永顺.机床数控化改造技术.北京：机械工业出版社，2007.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 调查研究，查阅资料
3、，完成开题报告 2013.12.312014.03.112 拟定并论证总体方案 2014.3.112014.04.143 结构设计及计算 2014.04.142014.04.254 绘制零件图及结构装配图 2014.04.252014.06.015 整理论文，准备答辩 2014.06.012014.06.10I卧式镗床的数控改造设计摘要：根据课题要求进行调查研究，在全面了解 T6112 卧式镗床内外部结构、工作原理、控制方法的基础上，绘制机床横向、纵向进给系统的传动系统图，通过认真研究机床的传动系统图，分析卧式机床在结构方面存在的不足。为了适应市场对于大型卧式镗床这种设备加工工艺要求日益的精湛
4、，对机床的机械结构进行数控化的改造，将卧式镗床改造成技术先进、自动化明显、外观造型完美、高效率、高质量的数控机床，使机床的操作性能得到全方位的提升和改善。关键词：进给系统，机械结构，数控改造，操作性能CNC transformation of the horizontal boring machineAbstract：Investigation and research according to the requirements of project, based on T6112 horizontal boring machine internal structure, working pr
5、inciple, control method on a comprehensive understanding of the transmission system, graph drawing machine horizontal, vertical feed system, the transmission system graph study tool, analyzing the existing problems in the structure of the horizontal machine tool. In order to meet the market requirem
6、ents for large horizontal boring machine the equipment processing technology is exquisite, the mechanical structure of the machine tool rebuilding of NC horizontal boring machine, will be transformed into CNC machine tool technology advanced, automation, high efficiency, clear appearance perfect, hi
7、gh quality, make the operation performance of the machine tool has a full range of promotion and improvement.Keywords: CNC feed system, mechanical structure, numerical control transformation, operating performance.I目 录1.绪论 .11.1 课题研究的背景及意义 .11.2 国内外卧式镗床的结构特点及发展趋势 .11.3 研究设想 .32.卧式镗床数控化改造注意事项 .43.卧式镗
8、床数控化改造总体设计 .531 卧式镗床总体概况 .53.1.1 卧式镗床的工作原理 .53.1.2 主要技术参数 .63.1.3 卧式镗床的运动 .73.1.4 主轴部件机构 .83.2 改造主体部分 .93.3 数控系统的改造，选型 .93.4 机床电机和丝杠的选择以及间隙的消除 .113.5 伺服系统 的改造、选型 .113.6 电气系统的改造，PLC 的选型 .133.7 毕业设计总体要求 .133.8 伺服进给系统的确定 .144. 卧式镗床垂直传动 机械结 构的改造 .164.1 垂直（即 Y）方向机械结构的改造 .164.2 滚珠丝杆的选择计算 .174.2.1 滚珠丝杆的原理
9、.174.2.2 滚珠丝杆的特点 .184.2.3 滚珠丝杆副的工作负荷计算及丝杆型号的选择 .184.3 齿轮传动设计的有关计算 .204.4 步进电机型号的计算选择 .23II4.5 自锁机构的设计 .244.6 轴承型号的选择 .255.卧式镗床 横向传动机械结构的改造 .265.1 滚珠丝杆的选择计算 .265.2 滚珠丝杆的寿命计算 .265.3 最大动载荷计算 .275.4 传动效率计算 .285.5 刚度验算 .285.6 传动齿轮的选择及间隙调整 .285.7 轴承型号的选择 .295.8 伺服电机的选择及计算 .295.9 驱动装置的选择 .316. 利用 PLC 技术改造卧
10、式镗床控制系统 .326.1 T6112 卧式镗床控制要求 .326.2 T6112 卧式镗床电气原理图 .326.3 T6112 卧式镗床 PLC 程序设计 .336.31 I/O 分配表 .336.32 PLC 外部接线图 .346.33 PLC 程序梯形图 .35总结 .37参考文献 .38致谢 .3911绪论1.1 课题研究的背景及意义镗床类机床的主要工作是用镗刀进行镗孔，所以叫镗床。镗床主要分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床等。因为卧式镗床除镗孔外，还可钻孔，扩孔，铰孔。尤其适合大型，复杂的箱体类零件的孔加工。一般情况下，零件可以在一次安装中完成大部分甚至全部的加工工序，所以卧式镗床特
11、别适合于加工形状、位置要求严格的孔系和加工尺寸较大、形状复杂且具有孔系的箱体、机架床身等零件。因此，卧式镗床也是我国重点开发设计的主要机床产品之一。为了响应市场发展对机械产品效率，质量要求的不断提高，对卧式镗床进行数控改造是必要的。卧式镗床进行数控改造后具有原机床所不具备的一些特点：可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面；可以实现加工的自动化，效率可比传统机床提高 37 倍。因为计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按规定的程序去执行，从而实现自动化。数控
12、机床只要更换一个程序，就可实现另一工件的自动化，从而使单件和小批量生产得以自动化； 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工；可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床） ，减少了工装，缩短了新产品的试制周期和生产周期，可对市场需求做出快速反应；同购置新机床相比，将原有设备进行改造费用低，一般可以节省 6080的费用。1.2 国内外卧式镗床的结构特点及发展趋势卧式镗床的主要关键部件是主轴箱，安装在立柱侧面，也有少数厂家采用双立柱的热对称结构,讲主轴箱置于立柱中间，这种结构最大特点是刚性、平衡性、散热性能好，为主轴箱高速运行提供了可靠保证。但是
13、，双立柱结构不便于维护保养，是当今采用的厂家不多的原因。主轴箱移动多通过电机驱动滚珠丝杆进行传动，是主轴驱动核心传动装置，多采用静压轴承支承，由伺服电机驱动滚珠丝杆进行驱动。2由于主轴转速轴转速越来越高，主轴升温快，现在，已有很多厂家将采用油雾冷却以替代油冷却，更有效地控制主轴升温，使其精度得到有效保证。 主轴系统主要有两种结构型式，一种是传统的镗杆伸缩式结构，具有镗深孔及大功率切削的特点;另一种是现代高速电主轴结构，具有转速高，运行速度快，高效、高精的优点。 高速电主轴在卧式镗铣床上的应用越来越多，除了主轴速度和精度大幅提高外，还简化了主轴箱内部结构，缩短了制造周期，尤其是能进行高速切削，电
14、主轴转速最高可大 10000r/min 以上。不足之处在于功率受到限制，其制造成本较高，尤其是不能进行深孔加工。而镗杆伸缩式结构其速度有限，精度虽不如电主轴结构，但可进行深孔加工，且功率大，可进行满负荷加工，效率高，是电主轴无法比拟的。因此，两种结构并存，工艺性能各异，却给用户提供了更多的选择。 现在，又开发了一种可更换式主轴系统，具有一机两用的功效，用户根据不同的加工对象选择使用，即电主轴和镗杆可相互更换使用。这种结构兼顾了两种结构的不足，还大大降低了成本。是当今卧式镗铣床的一大创举。电主轴的优点在于高速切削和快速进给，大大提高了机床的精度和效率。 卧式镗铣床运行速度越来越高，快速移动速度达
15、到 2530m/min，镗杆最高转速6000r/min。而卧式加工中心的速度更高，快速移动高达 50m/min，加速度 5m/s2，位置精度 0.0080.01mm，重复定位精度 0.0040.005mm。近几年来，国内外卧式镗床的技术发展非常快,其特点是产品结构不断更新，新技术应用层出不穷，工艺性能复合化，速度、效率不断提高，突出精细化制造。其主要发展现状和趋势归纳如下：(1)镗床数控技术得到迅速发展。(2)卧式镗床设计结构和工艺的发展。(3)向柔性化、无人化、超精密化的开拓性研究。国外数控镗床及卧式加工中心产品大多以普通卧镗为基型，发展成不同水平的产品。如在普通卧镗上配上不同水平的数控系统
16、后成为不同的数控卧镗。在数控卧镗的基础上，再加上刀库和机械手，成为自动换刀型的产品。最终都将会演变成不同布局和不同精度水平的卧式加工中心产品。在国外已普及用 CAD 对机床的基础大件如床身、立柱、滑座等进行优化设计。这样不仅可以大量节约原材料，同时还可缩短设计周期，提高机床的动态特性。更为突出的是，在机床设计中普遍采用模块化设计方法，可较快地开发新品种，满足3不同用户的需求。当新技术、新结构、新材料在机床上大量应用时，使机床技术水平有明显的提高，促使加工零件高精度化，高效化和高速化。1.3 研究设想本文根据课题进行调查研究，仔细分析了卧式镗床的组成结构及传动原理，主要针对机床进给系统进行了全面
17、细致的研究设计，改造机床的机械结构，使卧式镗床的应用更为广泛，功能更多，加工的零件精度更高。42卧式镗床数控化改造注意事项在改造机床前，要先做好充分的技术准备，做好技术规划，电气原理图及各种转换接口的设计等。原机床的全面保养。机床长期使用后，会不同程度地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在缺陷，全面保养后机床的精度、实时性等性能会有所提高。其次，应对机床作一次改造前的几何精度、尺寸精度的测量，并记录在案。这样既可起到改造工作参考作用，又可在改造结束时对比分析用。保留的电气部分进行最佳化调整。若对电气系统作局部改造，则应对保留电气部分进行保养和最佳化调整。如强电部分的零件更换、电动机的保养、变压器
18、的烘干绝缘、污染的清洁、通风冷却装置的清洗、伺服驱动装置的最佳化调整、老化电线电缆的更新、连接件的紧固等。只有对保留的电气部分做好详细的最佳化调整工作，才能保证改造后的机床有较低的故障率。拆除原系统。原系统的拆除必须对照原图样仔细进行，及时在图样上作出标记，防止遗漏或过拆。在拆的过程中也会发现一些新系统设计中缺欠之处，应及时补充与修正，拆下的系统及零件应分门别类，妥善保管，以备万一改造不成功或局部失败时恢复使用。合理安排新系统位置及布线。根据新系统设计图样，合理进行新系统配置，包括箱体固定、面板安放、线路走向、固定和调整元件位置、密封及必要装饰等。连线工作必须分工明确，有人复查检验，以确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。在准备工作做好后，就可以开展改造工作。
