两端面铰孔机床总体设计及电气控制部分设计毕业设计说明书.docx

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两端面铰孔机床总体设计及电气控制部分设计毕业设计说明书

两端面铰孔机床总体设计及电气控制部分设计

1前言………………………………………………………………………………1

2组合机床总体设计………………………………………………………………3

2.1总体方案论证…………………………………………………………………3

2.1.1被加工零件的特点…………………………………………………………3

2.1.2工艺路线的确定……………………………………………………………3

2.1.3机床配置型式的选择………………………………………………………3

2.1.4机体的定位与夹紧…………………………………………………………4

2.2确定切削用量…………………………………………………………………4

2.2.1切削用量选择………………………………………………………………5

2.2.2切削力、切削扭矩及切削功率的计算……………………………………5

2.3组合机床总体设计……………………………………………………………5

2.3.1被加工零件工序图…………………………………………………………5

2.3.2加工示意图…………………………………………………………………6

2.3.3机床联系尺寸图……………………………………………………………8

3机床电气控制部分的设计………………………………………………………12

3.1机床控制方案的确定…………………………………………………………12

3.2滑台电机………………………………………………………………………13

3.3机床操作面板的设计…………………………………………………………14

3.4机床主电路的设计……………………………………………………………16

3.5PLC控制部分硬件设计………………………………………………………16

3.5.1PLC的种类…………………………………………………………………16

3.5.2PLC各部分作用……………………………………………………………16

3.5.3PLC型号的选择……………………………………………………………17

3.5.4分配输入/输出点…………………………………………………………18

3.6PLC控制部分软件设计………………………………………………………20

4结论………………………………………………………………………………21

参考文献……………………………………………………………………………22

致谢……………………………………………………………………………23

附录……………………………………………………………………………24

1前言

组合机床是根据工件的加工要求，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。

目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。

平面加工包括铣平面、锪平面、车端面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。

随着综合自动化的发展，其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削及抛光冲压等工序。

此外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切削工作。

组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工及缝纫机、自行车等轻工行业大批大量生产中已获得广泛的应用；一些中小批量生产的企业，如机床、机车、工程机械等制造行业中也已推广应用。

组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如汽缸盖、汽缸体、变速箱体、电机座及仪表壳等零件；也可用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工。

随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业，因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。

一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。

从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。

据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。

该届博览会上展出的加工中心，主轴转速10000～20000r/min，最高进给速度可达20～60m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。

在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。

多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。

另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。

然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。

在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。

本次毕业设计的课题是两端面铰孔机床的总体设计及电气控制部分设计。

根据被加工零件需要铰孔的位置、加工精度等主要的设计原始数据，设计出技术上先进，经济上合理和工作上可靠的双面铰孔的组合机床。

而多轴箱是组合机床的重要组成部件，它是选用通用部件，按专用要求进行设计的。

多轴箱的用途是根据被加工零件的加工要求用于布置机床主轴及其传动零件和相应的附加机构，通过按一定速比排布传动齿轮，把动力和运动从动力箱传给各工作主轴，使之得到所要求的转速和转向。

课题来源于高精机电装备有限公司。

为了扩大生产规模，提高效率，并进一步提高加工精度，该厂需要设计出两端面铰孔的组合机床来弥补原有机床的不足。

本设计的基本思路是，首先对被加工零件的结构进行工艺性分析,确定整体的设计方案，提出一种可行性比较高的设计方案；再进行组合机床方案图样文件设计：

被加工零件加工工序图，加工示意图，机床联系尺寸图。

电气部分的控制设计是一个非常关键的部分。

首先在完成对组合机床的总体设计基础上，绘制了电路图；编制电气控制部分的PLC程序；绘制了PLC输入/输出端子接线图；接着在PLC仿真器上进行仿真，本次设计的组合机床能同时加工两个端面，大大提高了生产效率，降低了劳动强度，从而降低了零件的加工成本，使产品的合格率上升，增加产量，适应市场竞争的需要，提高经济效益。

2组合机床总体设计

组合机床的总体设计要注重工件及其加工的工艺分析，制订出合理的工艺方案，才能设计出合理的专用机床。

根据指定的加工要求，提出若干个工艺方案，选择最优的。

工艺方案的确定决定了专用机床的结构、性能、运动、传动、布局等一系列问题。

所以，工艺方案设计是专用机床的重要环节。

2.1总体方案论证

2.1.1被加工零件的特点

本次设计的组合机床的加工对象为机体，材料是HT250,硬度为HB168～251。

2.1.2工艺路线的确定

a．主轴快进。

b．主轴工进，两端面同时铰双孔（φ12）。

c．主轴快退。

d．最终检验。

具体加工内容及加工精度是：

A.左侧面上铰2个孔，直径为

mm，深为

mm。

B.右侧面上铰2个孔，直径为

mm，深为

mm。

2.1.3机床配置型式的选择

机床的配置型式有立式和卧式两种，如图2-1、2-2所示。

立式机床的优点是占地面积小，自由度大，操作方便，其缺点是机床重心高，振动大。

卧式机床的优点是加工和装配工艺性好，振动小，运动平稳，机床重心较低，精度高，安装方便，其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。

机床的配置型式在很大程度上取决于被加工零件的大小、形状及加工部位等因素。

图2-1立式组合机床结构

图2-2卧式组合机床结构

卧式机床多用于加工孔中心线与定位基准面平行的情况，而立式机床则适用于加工定位基面是水平的，而加工的孔与基面相垂直的工件。

考虑到机体的结构为卧式长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。

通过以上的比较，考虑到卧式机床振动小，装夹方便等因素，选用卧式组合机床。

2.1.4机体的定位与夹紧

A.定位基准的选择

箱体类零件可有两种定位方法：

“一面双孔”定位法和“三平面”定位法。

这里采用后者。

这两种方法一般都采用箱体设计基准，即箱体在机器中的主要安装面----底面，还有另外两面右侧面和后面。

本机床加工时采用的定位方式是“三平面”定位，以底面为定位基准面，用两块条形支承板限制三个自由度，即不能上、下移动，不能绕x、y轴转动；左面用一块条形支承板限制两个自由度，即不能左、右移动，不能饶z轴转动；后面用一个支承钉限制剩下的一个自由度，即不能前、后移动。

B.确定夹紧位置

为减少和避免机体在夹压力的作用下的变形，影响加工精度，这里不单从上面压紧箱体，而采用上面压紧与底座加紧相结合的办法以减少机体变形。

2.2确定切屑用量

在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度，生产率，刀具耐用度，机床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响。

组合机床切削用量的选择需要以下几个方面:

A.在大多情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时切削，因此，切削用量比一般万能机床单刀加工低30%左右。

B.组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给，由于多轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不同，其切削用量也各有特点。

因此，一般先按各刀具选择较合理的切削速度v（m/min）和每转进给量f（mm/r），再根据其中工作时间最长，负荷最重，刃磨较困难的刀具来确定并调整每转进给量和转速，通常用试凑法来满足每分钟进给量相同的要求。

参照文献[1]

即

（2-1）

C.在选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具一定的耐用度。

D.选择切削用量时，还须考虑可选动力滑台的性能。

2.2.1切削用量选择

对于4个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献[1]的第131页表6-14中选取。

A．左侧面上2个孔的切削用量的选择

孔1～孔22个直径12mm孔，L=15mm

由d在11～15之间，硬度168～251HBS，选择v=2～6m/min,f=0.5～1mm/r,初选v=4m/min,f=0.8mm/r,又d=11.8mm，则由公式

（2-2）

得：

n=108r/min

B．右侧面上2个孔的切削用量的选择

孔3～孔42个直径12mm孔，L=15mm

由d在11～15之间，硬度168～251HBS，选择v=2～6m/min,f=0.5～1mm/r,初选v=4m/min,f=0.8mm/r,又d=11.8mm，则由公式（2-2）得：

n=106.10r/min。

2.2.2切削力、切削扭矩及切削功率的计算

根据文献[1]第134页表6-20中的公式计算：

（2-3）

（2-4）

（2-5）

式中，F表示切削力（N），T表示切削转矩（N·㎜），P表示切削功率（kW），

v表示切削速度（m/min）,f表示进给量（mm/r）,

表示背吃刀量，取

=0.1mm，D表示加工（或钻头）直径（mm），HB表示布氏硬度，取HB=233。

由公式（2-3）、（2-4）、（2-5）可得：

F=13.99N，T=4490.84N·㎜，P=0.049kW。

2.3组合机床总体设计

2.3.1被加工零件工序图

被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成