【正文】 械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設計 ) III 目錄 摘要 …………………………………………………… ……………………………Ⅰ Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ 目錄 …………………………………………………………………………………Ⅲ 第 1 章 概述…… …… ………………………………………… ………… ………… 1 機床的發(fā)展簡史 ??????????????????????? 1 機械制造裝備在國民經(jīng)濟中的地位 ??????????????? 1 機床數(shù)控化改造的意義 ???????????????????? 1 機床數(shù)控化改造的必要性 ??????????????????? 2 第 2 章 數(shù)控機床的機械結構改造設計………………… ………………………… 4 機床 數(shù)控 化 改造方案的種類 ?????????????????? 4 數(shù)控系統(tǒng)結構的選擇 ????????????????? ???? 5 步進電動機拖動的開環(huán)系統(tǒng) ??? ??? ? ??? ????? 5 光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) ???? ???? ?????? 6 編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) ??? ???? ??????? 6 機床 數(shù)控 化 的性能和精度的選擇 ????? ???????? ??? 6 機床 數(shù)控 化 改造的特點 ???????????????????? 7 機床 數(shù)控 化 改造的主要步驟 ?????????????????? 8 改造方案的確定?????? ??????? ??????? 8 改造 前的技術準備??????? ?????? ?????? 8 改造的實施?????????? ??? ????????? 9 驗收及后期工作 ???????? ????? ??????? 10 機床 數(shù)控 化 主要機械部件的改造 ???????????????? 10 齒輪副 ??????????? ????? ???????? 11 進給軸的改造 ????????????????????? 11 主軸部分的改造 ???????????????????? 13 刀架部分的改造 ?????? ?????????????? 13 潤滑部分的改造 ???????????????????? 13 機床防護 ??????????????????????? 14 在機檢測系統(tǒng)對工件質(zhì)量的保證 ????????? 14 第 3 章 PLC 在車床的數(shù)控改造應用 …………… …………… …………………… 15 機床的 PLC 數(shù)控系統(tǒng)控制原理設計 ??????????????? 15 機床的操作要求???????????????????? 15 PLC 數(shù)控系統(tǒng)需解決的問題?????? ? ???? ???? 15 數(shù)控系統(tǒng)的控制原理?????????????????? 15 北京廣播電視大學 2020 秋級機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設計 ) IV PLC 輸入、輸出（ I/O）點數(shù)確定 ???????????????? 15 驅(qū)動程序（梯形圖）設計 ??????????????????? 17 總程序結構設計???????????????????? 17 手動程序梯形圖設計?????? ?????? ?????? 17 第 4 章 數(shù)控 機 床計算機控制系統(tǒng)改造軟件設計 ………………………………… 19 人機界面程序編料 ???????????? ?????????? 19 上下位機通信程序編制 ???????????????????? 19 PLC 程序的編制 ?????????? ?????? ??????? 20 步進電動機的轉向控制 ????????????????? 20 步進電動機速度控制 ?????????????????? 22 步進電動機加減速控制 ????????????????? 22 第 5 章 在機測量對工件質(zhì)量的提升 ……………………………………………… 23 溫度補償和刀具磨損補償 ??????? ?? ???? ?????? 23 機床加工參數(shù)的設定 ??????????? ?????? ???? 23 夾具找正 ??????????? ?????? ????????? 24 工件找正 ?????????????????????????????? 24 結束語 ???????? ?? ???????????????????????? 26 致 謝 ? ?? ???????????????? ?? ?????????? 27 參考文獻…… ?? ………………………………………………………………… 28 北京廣播電視大學 2020 秋級機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設計 ) 1 第 1 章 概述 機床的發(fā)展簡史 機床制造工業(yè)可劃分為三個發(fā)展階段：手工業(yè)生產(chǎn)、機械化生產(chǎn)、自動化生產(chǎn)?，F(xiàn)代 化 的數(shù)控技術，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結構， 在其 整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成 了 數(shù)控機床的獨特機械結構。金屬切削機床是對金屬坯料或工件進行加工，使之獲得所要求的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的零件。而機床工業(yè)又是機械制造工業(yè)的 基礎。對于機械制造企業(yè)，單純靠購買新的數(shù)控機床，所需投資大，周期長，常使許多中小企業(yè)望而卻步。 我國的機床改造業(yè)，也 是 從老的行業(yè)進 入 到以數(shù)控技術為主 的 新行業(yè)，具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值： （ 1）節(jié)省資金。機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高 3～ 5 倍。目前我國企業(yè)機械制造整體水平與發(fā)達國家相比還有很大的差距。 因此在本文中選用第二種改造方案。 （ 4） 機 床本體是由 普通 機 床改造而來，拆除原來的絲杠，溜板箱，變速箱等，保留原來的三爪卡盤等。 圖 22 機床 數(shù)控 化 的改造方案組成框圖 數(shù)控 化 系統(tǒng)結構的選擇 數(shù)控 化 系統(tǒng)主要有三種結構類型，改造時，應根據(jù)具體需求情況進行選擇。設計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。 數(shù)控 化 改造必須首先對機床機械主體部分進行再設計再制造，使其達到數(shù)控化的要求。主要有北京廣播電視大學 2020 秋級機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設計 ) 7 下述性能和精度的選擇需要在改裝前確定。 （ 7） 刀架是否需要配置自動轉位刀架，若配置需要確定工位數(shù)。 （ 1）大溜板相對于床身中軸線的不平行度，中溜板相對于床身中軸線的不垂直度，在改造前如不進行精度恢復，則無法在改造后用其他方法消除其引發(fā)的誤差。機械性能的完好是電氣改造成功的基礎。 （ 4）落實參與改造人員和責任。停機改造的周期，根據(jù)各企業(yè)的實際情況確定，考慮因素有生產(chǎn)緊張程度、人員技術水平、準備工作充分程度、新系統(tǒng)大小與復雜程度，甚至還包括天氣情況等。 （ 3）新舊系統(tǒng)接口的轉換設計。 （ 5）調(diào)試步驟與驗收標準的確定。機床經(jīng)長期使用后，會不同程度地在機械、液壓、潤滑、清潔等方面存在缺陷，所以首先要進行全面保養(yǎng)。原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙，仔細進行，及時在圖紙上作出標記，防止遺漏或過拆（局部改造情況下）。調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進行。 （ 2）電氣控制功能和控制精度驗收。 （ 4）圖紙、資料驗收。 齒輪副 一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠 ，但應檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。但應注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉運動轉換為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉換為旋轉運動，因此絲杠立式和傾斜使用時，應增加制動裝置或平衡裝置。 2. 機床導軌 對數(shù)控 機 床來說，導軌除應具有普通 機 床導向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、耐磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。普通 機 床由主電動機經(jīng)皮帶傳動，經(jīng)主軸變速箱帶動主軸旋轉，主軸箱經(jīng)手動或自動變速獲得 9～ 24 級轉速，通過電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉，而數(shù)控車床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機械主軸單元加變頻電動機和變頻器組成。 刀架部分的改造 目前數(shù)控機床刀架基本為電動刀架，其特點是定位更準確、迅速。 機床防護 機床改造后整個防護分局部防護、半防護和全防護三種。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護罩。要求其動作一般是 X、 Z 向快進，工進、快退。選用晶體管輸出型的 PLC。根據(jù)圖 31 得，輸出需 9 點。 圖 33 總程序框圖 手動程序梯形圖設計 手動程序、自動程序需根據(jù)具體零件設計，這里僅以 Z 向快進、工進、快退的動作為例加以說明。同時，我國現(xiàn)有大量可用的普通 機 床，對這些 機 床進行數(shù)控化改造是用少的投資來提高生產(chǎn)效率、提高效益的有效途徑。動態(tài)鏈接庫 PComm32提供函數(shù)同底層的虛擬設備驅(qū)動程序進行數(shù)據(jù)交換，然后由虛擬設備驅(qū)動程序直接和PMAC 交換數(shù)據(jù)。在線幫助界面為用戶提供該人機界面的使用幫助說明。 PLC 程序的語法采用 IF~ELSE 結構的類 C 語言，開發(fā)者很容易就能寫出所需的 PLC 程序，然后可利用 PMAC 自帶的軟件開發(fā)平臺進行編輯、編譯，最后下載到 PMAC 卡中運行。 圖 43 步進電動機的轉向控制程序流程圖 中斷子程序 保護現(xiàn)場 電動機正轉 取出正轉控制碼 輸出控制碼至 8255 的 A 口、 B 口 調(diào)延時子程序 返 回 取出反轉控制碼 北京廣播電視大學 2020 秋級機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設計 ) 22 步進電動機速度控制 控制步進電動機的速度，實際上就是控制系統(tǒng)發(fā)出時鐘脈沖的頻率或換相的周期。程序流程圖如圖 44 所示。 溫度補償和刀具磨損補償 經(jīng)過對可能引起的原因較全面的剖析，確認是環(huán)境溫度變化造成的，顯然，若不采取補償措施就難以消除由此引起的誤差。 機床加工參數(shù)的設定 鋁質(zhì)缸體需鋃嵌缸套，缸套是外購件，這臺加工中心的一道工序即是加工該缸套安裝平面。但定位裝置的原理和結構決定了、也確保了微量偏移只可能是平移，而不可能是歪斜。從左至右顯示了這些孔，其中第 4個，也是最右側一個正所處在待測（ 相當于 “加工 ”）位置。經(jīng)改裝后的軸類零件專用機床能夠正常運轉，機床研制成功。 北京廣播電視大學 2020 秋級機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設計 ) 27 致 謝 時光荏苒，不知不覺 兩年半的學習生活即將結束 ， 從學校畢業(yè)參加工作，再到返回校園繼續(xù)求學， 使我更加珍視這份求學經(jīng)歷。 在 項目施工、 編程 、 調(diào)試過程及論文寫作過程中受到了指導教師 姚行洲 老師的傾心指導，并 得 到了 同事 的大力幫助，畢業(yè)設計才得以完成 ， 在此表示感謝。靜下心來，回頭看看自己的求學歷程，心中充滿著感激之言?；具_到了機床改裝前所提出的技術要求，為工廠帶來了直接經(jīng)濟效益。 但四個孔呈輻射、散布狀，孔徑和中心高又相差很大。具體的實施方法是在工作臺上夾具的上部設一基準塊，當上作臺置于機床的加工工位時，在對工件實施切削加工前，動力頭先調(diào)出測頭，打在基準塊的小平面上，通過與預先的設定值相比較來判斷夾具的 狀態(tài)，當出現(xiàn)超出允許范圍的偏差時，即通知操作人員或機修人員進行處理。 這道工序需控制的 h 值是由缸體的底平面到上平面的高度 Hi 和缸套的高度決定的，即： h=Hi－ L 由于缸體底平面固定于機床夾具的支承面，后者是加工的基準面，而 L 是定值，北京廣播電視大學 2020 秋級機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設計 ) 24 因此為了確保得到一致的 h 值，就必須通過在線檢測獲取每個工件的片 Hi 值后，再來確定對應的切削量 m： m= Hi－ （ h+L） 具體做法觸發(fā)式測頭順序在缸體的上平面測量 4 個點，并按得到的數(shù)據(jù)取平均值，然后由之前的已設定值來求出相對應的切削量，作為 下 道工序加工缸套安裝面時的依據(jù)。方法是：在刀庫中配一觸發(fā)式測頭，根據(jù)預先設定的頻次（如1 次 /10 件），如同一把刀具般地取出，打在安裝工件的夾具上的某一固定位置。尤其是用于發(fā)動機中的缸體、缸蓋，變速箱中的殼體等復雜零件的加工過程中，如何利用機床內(nèi)隨機量儀的在機測量功能，通過對刀具、工件、夾具等的檢測和補償，有效地提升了工件的制造質(zhì)量和工序質(zhì)量。 步進 電動機加減速控制 在 數(shù)控系統(tǒng)中，為保證機床在起動或停止時不產(chǎn)生沖擊、失步、超程及振蕩，必須對送到進給電動機的進給頻率或電壓進行加減速控制。 機床控制系統(tǒng)的控制對象是機床的移動部件（如工作臺、刀架等）控制量為移動部件的位移（或角度）和速度，控制信號來自數(shù)控裝置的進給脈沖，控制作用就是驅(qū)動控制對象快速、準確、高效地跟隨進給脈沖移動。 上下位機通信程序編制 為了便于 PMAC 與上層 Windows 進行通信，美國 Delta Tau公司提供 的 PComm32動態(tài)鏈