中北大学万能升降台铣床的设计Word文件下载.docx
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1绪论
铣床是一种用途广泛的机床,在铣床上可以加工平面(水平面、垂直面)、沟槽(键槽、T形槽、燕尾槽等)、分齿零件(齿轮、花键轴、链轮、螺旋形表面(螺纹、螺旋槽)及各种曲面。
此外,还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。
铣床在工作时,工件装在工作台上或分度头等附件上,铣刀旋转为主运动,辅以工作台或铣头的进给运动,工件即可获得所需的加工表面。
由于是多刀断续切削,因而铣床的生产率较高。
简单来说,铣床就是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。
在工业生产自动化领域,可编程控制器作为自动控制的三大技术支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一。
成为大多数自动化系统的设备基础。
由于综合了计算机和自动化技术,使它发展日新月异,大大超过其出现时的技术水平。
它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能,而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系,从而实现生产过程的自动控制。
而X62W型万能铣床,可用于平面,斜面和沟槽等的加工,安装分度头后,能铣切直齿轮,螺旋面,使用圆工作台可以铣切凸轮和弧形槽,是一种常见的通用机床。
但它的控制系统有体积大,可靠性低,排除故障困难,接线复杂,对生产工艺变化适应性差等缺点。
因此我们用PLC对其控制系统进行改造解决其控制中的问题,提高其自动化水平。
2了解国内外万能升降台铣床现状
2.1进口大幅度增加,出口日趋减少
随国民经济的持续发展,国内生产的各种铣床,尤其是数控铣床已经满足不了各界用户的需求,需要大量进口。
根据中国机床工具工业协会市场部提供的资料表明,1998年到2001年,各种铣床进口量由4622台增加到6471台,增幅达40%,其中数控铣床进口量由563台增加到2290台,增幅高达258%。
与进口的快速增长形成鲜明对照的是铣床的出口增长缓慢,特别是其中数控铣床出口,2001年比1998年在数量上下降了56%,在金额上下降了14%。
2.2技术低于世界水平
中国铣床发展起步晚,1949年中华人民共和国成立以后,中国的机械工业才逐步从修配性质发展成为一个门类比较齐全、具有一定规模、技术水平和成套水平不断提高的工业部门。
与西方上百年的发展有不小的差距。
尽管我国铣床发展迅速,一些产品产量居世界第一位,然而,我国的制造业在全球产业链中总体上处于下游和低端位置。
什么原因呢?
关键问题在于我们的核心零部件受到外国限制,具有自主知识产权的产品比重小,缺乏国际竞争力。
只有在核心零部件的技术创新研发方面加大马力,才能突破外国的封锁,提高技术。
业内认识认为,我国机械行业存在一个巨大的技术“黑洞”,最突出的表现是对外技术依存度高。
曾几何时,企业的进口机械成了宣传的噱头。
以至于不重视自己的自己的创新,然人潜移默化中接受:
只有外国进口的生产线和生产设备是可靠的,是产品的保证。
2.3数控化率低但增长快
由于数控机床的增长速度明显快于普通机床的,数控机床在金属加工机床总量中的比重逐年上升,我过机床的数控化逐年提高。
机床的产量数控化率从2001年的9.12%上升为2009年的30%左右。
虽然增长很快,但是基数大,数控化的普及率还是不高,与发达国家60%~70%的水平存在很大差距。
专业人士支出,在中国机床行业整体高速增长的背后,仍然隐忧。
从产品结构来看,国产铣床行业的增长主要依靠低端普通机床的带动,高中档铣床所占比例不断减少,重型铣床市场走势趋缓,因而目前行业的发展道路并不健康。
2.4国家扶持的支点偏离
业内人士普遍认为,技术黑洞的形成与国家的重视程度、投入密切相关。
国家在过失的二十多年来忽视了发展机械行业,在政策、资金等方面都出现了偏差。
产权激励制度是创新和研发产品的重要保障。
国有企业对创新人才的产权激励基本上没有实行。
一方面创新成果的知识产权没有得到有效的保护,另一方面,创新着的贡献没有得到产权确认。
企业研发的技术和产品,要么被国家无偿拿走,要么被其他的企业无偿抄袭。
3了解国内外万能升降台铣床发展趋势
3.1高速化发展
主要包括主轴转速高速化、进给系统高速化和辅助动作高速化。
通过这些高速化发展,可以有效提高产量。
主轴高速化主要是为了进给高速化打下结实基础,为了实现高速化,除了考虑主轴结构形式和冷却方式以外,更主要的是选用轴承和其润滑方式。
进给系统的高速化是指高切削进给和快速进给速度。
切削进给速度一般提高不多,因为它主要决定于可能的切削规范要求,而切削规范又由刀具、被切材料、加工精度及表面粗糙度的要求等因素决定。
快速进给大幅度提高的原因主要是为了缩短非加工时间。
辅助动作主要是指换刀动作和托盘交换动作。
换刀动作的高速化主要是改变传统的一个动作由一个执行元件带动,各个动作按顺序进行,而采用一种凸轮控制的机械手,凸轮上的槽控制机械手运动,只要凸轮槽形状相互配合好,就可以使一些动作重叠在一起同时进行。
高速化的最终目的是高效化,应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间,从而实现加工制造的高质量和高效率。
3.2高精度化发展
通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、震动等动态误差补偿技术,从而提高机床加工的几何精度、运动精度,减少形位误差、表面粗糙度。
从精密加工发展的超精密加工,其精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级,更是世界各国各工业强国致力发展的方向。
精密化是为了适应高新技术发展的需要,也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性,减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。
随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高,机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。
3.3智能化发展
智能化就是由各种测量元件对切削前后和切削中各种参数进行监测,并通过CNC判断自动对异常现象加以补偿和调整,保证加工顺利进行和确保零件质量,减少停机时间,提高生产率。
数控机床智能化技术只要有:
1、自动抑制振动的功能。
在高速加工过程中,机床容易出现振动,刀具也易于磨损。
该机能自动抑制振动,大大提高了加工精度。
2、自动测量和自动补偿功能。
减少高速主轴、立柱、床身热变形的影响,试机床加工精度大大提高。
3、自动防止刀具和工件碰撞的功能。
大大减少突发事故,提高机床工作的可靠性。
4、自动补充润滑油和抑制噪音的功能。
大大改善工作条件。
5、数控系统具有特殊的人机对话功能。
在编程时能在监测画面上显示出刀具轨迹等,进一步提高了切削效率。
6、机床故障能进行远距离诊断。
智能化技术提升了数控机床的功能和品质,数控机床智能化的发展前景非常广阔。
它是世界制造技术进一步提高效率、自动化、智能化、网络化、集成化的努力目标。
也是在今天数字控制机床技术基础上向更高阶段发展的努力方向。
4详细论述万能升降台铣床的构成
4.1铣床的结构
1、床身:
用来固定和支承铣床各部件顶面上有供横梁移动用的水平导轨。
前壁有燕尾形的垂直导轨供升降台上下移动。
内部装有主电动机主轴变速机构、主轴、电器设备及润滑油泵等部件。
2横梁:
一端装有吊架用以支承刀杆以减少刀杆的弯曲与振动。
横梁可沿床身的水平导轨移动其伸出长度由刀杆长度来进行调整。
3主轴:
是用来安装刀杆并带动铣刀旋转的主轴是一空心轴前端有7:
24的精密锥孔其作用是安装铣刀刀杆锥柄。
4纵向工作台:
由纵向丝杠带动在转台的导轨上作纵向移动以带动台面上的工件作纵向进给台面上的T形槽用以安装夹具或工件。
5横向工作台:
位于升降台上面的水平导轨上可带动纵向工作台一起作横向进给。
6转台:
可将纵向工作台在水平面内扳转一定的角度,以便铣削螺旋槽等。
7升降台:
可以带动整个工作台沿床身的垂直导轨上下移动以调整工件与铣刀的距离和垂直进给。
8底座:
用以支承床身和升降台内盛切削液。
4.2运动形式
铣床的运动可大体分为两种:
主运动和进给运动。
1).主运动—由主轴电动机带动实现主轴的顺铣、逆铣、换刀制动、停止制动、主轴变速冲动等操作。
2).进给运动—由进给电动机带动实现水平工作台纵向、横向、垂直进给运动,水平工作台快速移动,圆工作台旋转运动,水平工作台的变速冲动等操作。
4.3铣床的组成部分
一、主传动部分:
主传动部分由主传动变速箱及主轴部件组成。
通过Ⅰ轴、Ⅲ轴的两个三联滑移齿轮及Ⅲ轴上的一个双联滑移齿轮,使主轴得到18种转速。
二、机床进给变速部分:
由进给变速箱与变速操纵机构组成,由独立的电动机驱动。
运动由电动机轴输出,工作进给时,经过变速箱逐级变速可得18种进给速度,通过钢球保险离合器实现过载保护,快速进给时,通过电磁离合器直接传动实现快进。
变速操纵机构采用孔盘集中操作,孔盘的移动由一套螺纹差动机构实现。
三、升降台部分:
升降台与床身以矩形导轨、压板的结构相互联接,提高了导轨的刚性,便于维修。
在升降台内部,装有完成升降台上下移动、滑鞍横向进给及工作台纵向进给的传动机构,各方向的进给运动由一套鼓轮机构及台面操纵机构集中操纵。
四、工作台及滑鞍:
X6132A万能升降台铣床在工作台与滑鞍之间增加了一个回转盘。
工作台进给丝杠的轴向定位依靠右边轴架上的一对推力轴承,另一端是可以自由伸缩的。
工作台的横向进给螺母座固定在滑鞍的中部,与中央锥齿轮装于同一托架上便于维修、调整。
工作台进给丝杆的螺母分左右两半,中间留有空行程,左右两螺母的间隙可分别调整。
5详细论述万能升降台铣床的工作原理、工作方式
以下了解的万能升降台铣床的工作原理包括主轴控制电路的控制原理,工作台进给工作原理,PLC改造设计的原理。
5.1主轴控制电路工作原理:
(1)起动:
在起动前先按照顺铣或逆铣的工艺要求,用倒顺开关SA3选择M1的转向。
按下SB1或SB2→KM1线圈通电并自锁→主触头闭合、接通三相电源、M1起动运行,同时KM1-2动合辅助触点(7-9)闭合,为进给接触器KM3、KM4线圈支路接通做好准备。
(2)停车与制动:
停转时,应按住SB5或SB6直至主轴停转才能松开,一般主轴的制动时间不超过0.5s。
图5.1停车与制动过程
制动电磁离合器YCl装在主轴传动系统与M1转轴相连的第一根传动轴上,当YCl通电吸合时,将摩擦片压紧,对主轴进行制动。
5.2进给移动控制工作原理
为了保证安全,防止事故,机床有顺序的动作,采用了进给上下、左右、前后六方向联锁。
是X62铣床控制电路的主要特点和检修难点。
其中掌握圆工作台开关SA2的结构和工作状态极其重要。
表5.1圆工作台开关
档位
SA2-1
SA2-2
SA2-3
进给移动
闭合
断开
圆工作台回转
(1)工作台的垂直与横向进给移动:
工作台垂直与横向进给由一个十字形手柄操纵,十字形手柄有上、下、前、后和中间五个位置,将手柄扳至向“下”或“向上”位置时,分别压动行程开关SQ3或SQ4,控制M2正转或反转,并通过机械传动机构使工作台分别向下和向上运动;
而当手柄扳至“向前”或“向后”位置时,不会同样压动行程开关SQ3和SQ4,此时机械传动机构则使工作台分别向前和向后运动。
当手柄在中间位置时,SQ3和SQ4均不动作。
图5.2工作台垂直与横向移动
十字形手柄扳至“向后或者上”位置,常闭触点SQ4-2(13-15)先断开,常开触点SQ4-1(17-22)后闭合,KM4线圈经9→SA3-1→19→SQ5-2→21→SQ6-2→15→SA3-3→17→SQ4-1常开点闭合→22→KM3互锁点→20→KM4线圈→12通电,主触头接通M2三相电源,反转,工作台向后或者上移动。
(2)工作台的纵向进给移动:
纵向进给操作手柄扳向左侧,压动行程开关SQ5,常闭触点SQ5-2(19-21)先断开,常开触点SQ5-1(17-18)后闭合,KM3线圈接触器吸合,主触头接通M2正转,实现工作台向左移动。
图5.3纵向进给移动
纵向进给操作手柄扳向右侧,压动行程开关SQ6,常闭触点SQ6-2(15-21)先断开,常开触点SQ5-1(17-22)后闭合,KM4线圈接触器吸合,主触头接通M2反转,实现工作台向右移动。
(3)圆工作台的回转控制:
SA2为圆工作台控制开关,此时应处于“断开”位置,其三组触点状态为:
SA2—1、SA2—3接通,SA2—2断开。
图5.4圆工作台回转控制
SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6行程开关的常闭触电对圆盘回转,起到互锁作用。
当发生误操作,压着上下前后、左右任意手柄,KM3或KM4断电释放,电动机M2停止运转,以确保安全。
5.3辅助控制工作原理
5.3.1主轴的变速冲动
主轴的变速是通过改变齿轮的传动比实现的。
在需要变速时,将变速手柄拉出,转动变速盘至所需的转速,然后再将变速手柄复位。
在手柄复位的过程中,在瞬间压动了行程开关SQl,手柄复位后,SQl也随之复位。
在SQl动作的瞬间,SQl的常开触点(5—7)先断开其他支路,然后常闭触点(1—10)闭合,接触器KMl接通M1产生瞬间的冲动,利于齿轮的啮合;
如果点动一次齿轮还不能啮合,可重复进行上述动作。
5.3.2进给变速冲动
只有在进给操作手柄均处于零位(即SQ3一SQ6均不动作)时,才能进行进给变速冲动。
进给变速冲动由行程开关SQ2控制,在操纵进给变速手柄和变速盘时,瞬间压动了行程开关SQ2,在SQ2通电的瞬间,其常闭触点SQ2-2(9-11)先断开,常开触点SQ2-1(11—18)后闭合,使KM3线圈通电,M2正向点动。
使齿轮易于啮合。
图5.5进给变速冲动
5.3.3主轴换刀控制
在上刀或换刀时,主轴应处于制动状态,以避免发生事故。
只要将换刀制动开关SAl拨至“接通”位置,其常闭触点SAl—2(2—4)断开控制电路,保证在换刀时机床没有任何动作;
其动合触点SAl—1(V21—24)接通YCl,使主轴处于制动状态。
换刀结束后,SAl扳回“断开”位置。
5.3.4工作台快速进给的操作
要使工作台在六个方向上快速进给,在按常速进给的操作方法操纵进给控制手柄的同时,还要按下快速进给按钮开关SB3或SB4(两地控制),使KM2线圈通电,其常闭触点(V21-26)先切断变速进给电磁铁YC2线圈支路,常开触点(V21-28)后接通快速进给电磁铁YC3线圈支路,使机械传动机构改变传动比,实现快速进给。
由于与KMl的常开触点(7-9)并联了KM2的一个动合触点,所以在M1不起动的情况下,也可以进行快速进给。
5.4铣床的传动系统分析
5.4.1进给运动
该机床的工作台可以作纵向、横向和垂直三个方向的进给运动以及快速移动。
由于轴Ⅶ-Ⅸ间的两组三联滑移齿轮变速组的3×
3=9种传动比中,有三种是相等的。
所以,轴Ⅶ—Ⅸ间的两个变速组只有7种不同的传动比,因而轴X上的z=49滑移齿轮只有7×
3=21种实际转速。
由此可知,X6132型铣床的纵、横、垂直三个方向的进给量均为21级,其中纵向及横向的进给量范围为10~1000mm/min,垂直进给量范围3.3~333mm/min。
5.4.2孔盘变速机构的工作原理
如图5.6所示,通过孔盘5的变速操纵,在轴Ⅱ上的三联滑移齿轮有三个工作位置,可分别与轴1上的三个固定齿轮相啮合,以变换主轴转速。
图5.6孔盘变速机构的工作原理
5.4.3工作台进给操纵机构
纵向进给操纵机构,工作原理可通过图5.7加以说明
图5.7工作台纵向进给操纵机构
1-摆块2-凸块3-纵进丝杠轴4-牙嵌离合器M5左半块5-拨叉6-拨叉轴7-弹簧8-调节螺母9、13-叉子10、12-销子11-摆动轴14-垂直轴15-微动开关(SQ1)16-压块17-微动开关(SQ2)18-手柄
5.4.4横向及垂直进给操纵机构
工作原理可通过图5.8加以说明。
图5.8横向及垂直进给操纵机构
1-手柄2-平键3、4、5、6-顶销7-鼓轮8-轴9-毂体
5.5电力拖动和控制要求
机床的主轴运动和工作台的进给运动分别由单独的电动机拖动,并有不同的控制要求。
1).主轴电动机M1(功率KW),空载时直接起动,为满足顺铣和逆铣工作方式的要求,能够正转和反转。
为提高生产率,采用电磁制动器进行制动,同时从安全和操作方便考虑,换刀时主轴也处于停车制动状态。
2).工作台进给电动机M2,直接起动,为满足纵向、横向、垂直方向的往返运动,要求电动机能正反转,为提高生产率,要求空行程时可快速成移动。
从设备使用安全考虑,各进给运动之间必须联锁,并由手柄操作机械离合器选择进给运动的方向。
3).电动机M3拖动冷却泵,在铣削加工时提供切削液。
4).主轴与工作台的变速由机械变速系统完成。
变速过程中,当选定啮合的齿轮没能进入啮合时,要求电动机能点动至合适位置,保证齿轮能正常啮合。
加工零件时,为保证设备安全,要求主轴电动机起动后,工作台电动机方能起动工作。
5.6继电器—接触器控制
根控制部分可分为主轴控制和工作台进控制两部分。
5.7主轴控制分析
5.7.1起动控制
SB1、SB2实现电动机停止的两地操作;
SB3、SB4实现电动机起动的两地操作;
交流接触器常开触点KM1与SB3、SB4构成自锁实现起动的长动控制;
不足之处:
KM1动合触点接触不良使电动机运转不连续。
5.7.2换刀制动控制
SA2-1断开时切断电路使KM1线圈失电,它的主触点断开,切断M1主轴电动机的电源。
12区的辅助常闭触点KM1闭合。
同时在SA2-1断开时,SA2-2接通,主轴电磁制动器YB得电使主轴处于制动状态,实现保证上刀换刀工作的顺利进行;
通过转换开关SA2和交流接触器的动断触点KM1构成互锁实现电动机M1正常工作与制动换刀操作的顺利进行。
当接触器的动断触点闭合不完全时,103到107段线路不通,电磁制动线圈YB不能得电就不能完成换刀制动操作。
5.7.3主轴变速冲动
主轴变速冲动是由变速手柄与行程开关SQ7组合构成点动控制电路实现。
a.变速时瞬时点动的原因
变速时,变速手柄被拉出,然后转动变速手轮选择转速,转速选定后将变速手柄复位,因为变速是通过机械变速机构实现的,变速手轮选定进入啮合的齿轮后,齿轮啮合到位即可输出选定转速。
但是当齿轮没有进入正常啮合状态时,就无法输出选定的转速,因而则需要主轴有瞬时点动的功能,以调整齿轮位置,使齿轮进入正常啮合。
b.实现瞬时点动的方法
实现瞬时点动功能是靠变速手柄在复位的过程中压动瞬时点动行程开头SQ7,SQ7的动合触点闭合,使接触器KM1的线圈得电,主轴电动机M1转动,SQ7的动断触点切断KM1线圈电路的自锁,使电路随时可被切断。
变速手柄复位后,松开行程开关SQ7,电动机M1停转,完成一次瞬时点动。
交流接触器动合触点KM1反应不灵敏时,在SQ7动断触点断开时KM1线圈失电,但KM1常开触点不能断开使9至17段电路不能断开,导致M1不能停转,不能实现瞬时点动功能。
5.8工作台进给控制分析
工作台的进给控制由顺序控制和工作台各进给运动之间的联锁控制组成的。
顺序控制:
是用交流接触器KM1的辅助常开触点来实现。
当即主轴电动机起动后,其控制起动接触器的KM1辅助动合触点闭合,进给电动机控制接触器KM2与KM3的线圈电路方能通电工作。
联锁控制:
进给运动之间的联锁控制有水平工作台各运动之间的联锁、水平工作台与圆工作台之间的联锁、变速时的瞬时点动与水平工作台各运动之间的联锁。
下面通过介绍各运动控制操作的实现过程分析继电器控制实现的方法并指出其控制中的不足之处。
5.8.1快速移动控制
用快速接触器的辅助常开触点控制快速传动链的电磁离合器YC1,常闭触点
控制进给传动链的电磁离合器YC2。
要用一个接触器间接控制。
5.8.2水平工作台纵向进给运动控制
(1).分析过程
由操作手柄和行程开关SQ1、SQ2组合控制。
其操作手柄有左、右两个工作位和一个中间不工作位。
纵向手柄扳在右位
压下SQ1(SQ1-2断开,SO1-1闭合)—KM2线圈得电—电动机M2正转,工作台右移
压下SQ2(SQ2-2断开,SO2-1闭合)—KM3线圈得电—电动机M2反转,工作台左移
右移:
工作电流经SQ6-2—SQ4-2—SQ3-2—SA1-1—SQ1-1—KM3—KM2线圈;
左移:
工作电流经SQ6-2—SQ4-2—SQ3-2—SA1-1—SQ2-1—KM2—KM3线圈。
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