CA6140车床刀架攻丝用组合机床及PLC控制系统设计
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CA6140
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设计
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本科毕业设计（论文）开题报告题目名称CA6140车床刀架攻丝用组合机床及PLC控制系统设计学生姓名专业班级学号一、 选题的目的和意义：攻丝组合机床是由通用部件及专用部件组成的，加工一种（或几种）零件的一道或（几道）工序的高效率的专用机床，它的通用部件和标准件约占 70-80，其余 20-30的专用部件是由被加工零件的形状、轮廓尺寸、工艺和工序决定，如夹具、主轴箱、刀具和工具等。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工，是一种工序集中的高效率机床，是一种自动化或半自动化的机床。 组合机床有大型和小型两种。此次设计的攻丝组合机床为大型组合机床。通过本次毕业设计，能使我把先修的基础课程和专业基础课程中所获得的理论知识在实际的设计工作中综合地加以应用，通过毕业设计能够熟练应用和查找有关参考资料、图表、手册；熟悉有关的国家标准和部颁标准，为以后成为合格的工程技术人员打下坚实的基础大型组合机床的配置形式主要有两种：具有固定式夹具机床；夹具移动的机床。其中固定式夹具的机床按加工所需的动力头数量及其安装方式可分为：卧式；立式；倾斜式；符合式。夹具移动的机床按夹具的运动方式及立柱形式可分为：往复移动式；回转式；鼓轮式；中央立柱式。本次设计的组合机床为具有固定工作台的卧式双面攻丝组合机床。1 产品用途和使用范围 攻丝组合机床是零件生产线上的专用加工设备，并且与零件输送线配套连接工作。本次设计的攻丝组合机床是专用于加工工件两侧面的螺纹孔。2 关于机床的主要加工功能和系统组成的建议 本次设计的攻丝组合机床要加工 M102.5-16 M61.5-8两种螺纹孔，所有螺纹孔在同一工位加工，故采用卧式双面攻丝组合机床来加工被加工工件两侧面的螺纹孔，工件的进给运动由液压传动实现，通过单片机来实现开，停控制。攻丝在主轴的旋转由步进电机和齿轮传动实现，同样是通过单片机控制来实现步进电机的起，停控制和电机的调速。 系统组成有：动力系统、执行系统、制动系统、传动系统、辅助系统和测控系统。 动力系统：为操作部件提供动力源，如丝锥攻丝，液压滑台的移动等，动力装置为步进电机和液压系统（液压泵和控制油路）。 执行系统：为完成攻丝这一功能所需的执行机构和部件，包括攻丝靠模装置，机床专用夹具，多轴箱等。 制动系统：攻丝主轴上的制动系统是在丝锥退回原始位置，即攻丝电动机线路被切断时起制动作用。它可消除主轴反转时的转动惯性，使丝锥能在攻丝电动机线路被切断的瞬间就很快准确地在原始位置停止。 传动系统：该系统是连接动力系统和执行系统所需的中心环节，主要有齿轮传动和液压传动等。 辅助系统：为完成攻丝这一功能的一系列必需的设备。包括冷却、润滑、排屑、夹紧、送料和下料等辅助设备。 测控系统：是控制机床按照所规定的动作顺序和要求的轨迹来完成攻丝功能的系统，主要有单片机和形成开关。3 关于总体布局的建议 为保证机床可靠的工作，应让装夹机构，进给机构，液压机构等配合丝锥攻丝，并使他们之间工作协调。在布置整个机构时，布局应当合理，并且减少占地空间，避免干涉。同时也要考虑工人操作的安全和劳动强度的降低。 本机床的布置方式为中间布置夹具。工作台的左右两侧（相对于操作者）放置上下料滑轨，前后两侧放置横向液压滑台，液压滑台上放置攻丝装置（电动机、多轴箱、攻丝靠模机构）。电动机，液压部分用外壳罩住，这样能保证工作人员的安全性。本机床分两部分安装，两部分安装好后，再连在一起。构成一个整体，从而提高安装效率和质量。4 主要技术指标和相关重要参数 生产技术节拍：2 分钟/件 位置精度要求：0.3 最大加工直径：M105 主要工作原理 机床动作顺序：当工件装夹完毕后，按下启动开关，前后攻丝装置沿滑台快速进给，接近工件时，慢进，然后碰到死挡块停止进给，启动攻丝机构，开始攻丝，待攻丝完毕后，丝锥反转退出，紧接着攻丝装置快速退回到原始位置，完成一个加工循环。6 国内外的现状和发展趋势 我国加入WTO 以后制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业适时调整战略采取了积极的应对策略出现了产、销两旺的良好势头截至2002 年9 份组合机床行业企业仅组合机床产品一项据不完全统计产量已达800 余台产值达3 个亿以上较2001 年同比增长了10 以上 另外组合机床行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交货值等经济指标均有不同程度的增长新产品、新技术较去年均有大幅度提高可见行业企业运营状况良好。6.1 行业企业产品结构的变化 组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备随着我国加入WTO 后与世界机床行业进一步接轨组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年的企业生产情况看数控机床与加工中心的市场需求量在上升而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表的统计数据显示仅从几个全国大型重点企业生产情况看2000年生产数控机床590 台产值10 731 万元生产加工中心118 台产值4 601 万元 2001 年生产数控机床685台产值17 969 万元生产加工中心129 台产值5 760万元而2002 年截至9 月份数控机床、加工中心产量、产值已接近2001年全年水平故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。6.2 组合机床技术装备现状与发展趋势 组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额 完成钻孔、扩孔、铰孔加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台在孔内镗各种形状槽以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多有大型组合机床和小型组合机床有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式还有多工位回转台式组合机床等随着技术的不断进步一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换配以可编程序控制器 PLC 、数字控制NC 等能任意改变工作循环控制和驱动系统并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线 等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品是根据用户特殊要求而设计的它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大并使产品生产成本提高。因此市场要求我们不断开发新技术、新工艺研制新产品由过去的“刚性”机床结构向“柔性”化方向发展满足用户需求真正成为刚柔兼备的自动化装备。 攻丝组合机床可以用来加工紧固螺纹，锥螺纹，外螺纹以及大直径螺纹等。在我国机械工业部门，用组合机床完成的全部加工工序中，加工螺纹的工序占有相当大的比重。据统计，包括有攻丝工序的组合机床约占组合机床总数的22，全部工序为攻丝的组合机床约占总数的10。7 国内外同类产品对比 与国外同类产品相比较而言，本机床在生产效率和经济效益方面有一定的差距。例如，原 Cross 公司的加工直列式 4 缸体自动线，生产节拍为 27s，年产量可达到 76 万件。美国 Ingersoll铣床公司的直列式 4 缸体自动线，生产节拍为 40s，实际年产量30 万件。国外已采用柔性组合机床，该机床采用柔性通用部件和普通通用部件，实现可调可换。例如德国三坐标加工模块，主轴箱库及更换装置，刀库及换刀装置以及配套用的支承部件，控制装置等组成的即可换箱，用能更换单轴主轴箱刀具的组合机床。8 跟题目有关的专利情况 申请号 99237728 公开号 0000000 公告号 2369803 申请日 1999 年 5 月 17 日 授权公告日 2000 年 3 月 22 日 公告日 2000 年 3 月 22 日 国家/省市 41 页数 2 附图数 2 权项数 6 代理机构 41109 郑州中原专利事务所 代理人 张绍琳 邮编 450052 IPC 分类 B23B 19/00 地址 河南省郑州市合作路 1 号 申请人 郑州金牛集团股份有限公司 发明人 李运保 郭动针 冯云峰 发明名称 钻孔、攻丝组合机床主轴箱 摘要 一种钻孔、攻丝组合机床主轴箱，在箱体内装有油管、 动力输入轴、钻孔轴、各种中间轴、手柄轴和装在轴上的动 力传动部件，还装有攻丝轴和装在轴上的齿轮；钻孔轴装在 动力输入轴的一侧，攻丝轴装在另一侧，动力输入轴与钻孔 轴及动力输入轴与攻丝轴之间分别为中间轴和攻丝中间轴， 这种主轴箱与通用的动力箱，滑台和床身等组装在一起成为 一台能同时完成钻孔和攻丝的组合机床，这种机床不仅可以 节约能源，还可提高工效。 权项 一种钻孔、攻丝组合机床主轴箱，包括箱体、置于箱 体不同位置的前盖、后盖、上盖、侧盖、箱体内有后壁，箱 体内还装有油管、动力输入轴、钻孔轴、各种中间轴、手柄 轴和装在每根轴上的动力传动部件，其特征在于：箱体内还 装有攻丝轴和装在轴上的齿轮；且钻孔轴装在动力输入轴的 一侧，攻丝轴装在动力输入轴的另一侧，动力输入轴与钻孔 轴及动力输入轴与攻丝轴之间分别为中间轴和攻丝中间轴。9 关键技术建议 本次设计的关键是机床控制系统的设计，而控制系统设计的重点是液压滑台的行程控制和电机主轴的调速。液压滑台采用行程开关，反馈控制，电机主轴的调速有电器开关控制。10 关于采用新技术、新结构、新材料、新工艺的建议 1采用单片机对机床的进给和加工过程进行控制。 2采用液压系统准确地控制进给。液压驱动的优点有：位控精度高，有较好的速度和加速度值，转换方便，占地面积小，短节拍工作也十分可靠。11 拟采用的技术路线 先查找相关资料，在进行总体设计，再查找具体资料，解决设计中遇到的各种技术难点。12 预期达到的成果 1. 设计出一台适用于加工某一特定工件的双面卧式攻丝组 合机床。 2. 提供完成的设计说明书。 3. 提供 5000 字左右的相关外文资料的译文。13 工作安排及进度3.144.14 完成实习、搜集整理相关信息资料；4.155.14 完成部件设计；5.156.14 撰写设计说明书；6.156.20 准备答辩14 参考文献1 孟少农主编.机械加工工艺手册.机械工业出版社 1991.32 徐灏主编.机械设计手册.机械工业出版社 19913 杨黎明主编.机械夹具设计手册.国际工业出版社 19964 饶凯.小型机械动力头攻丝乱扣与攻深控制问题.组合机床与自动加工技术.1982.105 佟伟.攻丝组合机床及包括有攻丝工序的组合机床的设计.组合机床与自动加工技术.1973.056 曹维乾.组合机床多轴攻丝主轴箱的设计. 组合机床与自动加工技术.1960.047 李如松.组合机床与自动线的技术发展.组合机床与自动化技术.1999.018 李秀敏.组合机床行业现状与发展思考.航空制造技术.2003.049 丁国琴.组合机床主轴箱的计算机辅助设计.机械工程师.2002.0610 胡雪飞.组合攻丝机床的电气与液压控制系统研究.江苏电器.2005.02二、 国内外研究综述：组合机床代表了目前我国组合机床装备较高的技术水平，但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。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件 ，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床 柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器(PLC)、数字控制(NC)等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线)等在组合机床行业中所占份额也越大。三、 毕业设计（论文）所用的主要技术与方法：1. 在工厂的实践毕业实习。2. 在学校图书馆查阅相关资料。3. 通过老师和工程师的指导。4. 通过浏览因特网上的相关资料。5 通过对相关资料和数据的理论计算和分析四、主要参考文献与资料获得情况（1） 大连组合机床研究所编，组合机床设计（第一册 机械部分）机械工业出版社（2） 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编， 陈作模主编，机械原理（第六版）高等教育出版社。（3） 林文焕，陈本通编著，机床夹具设计国防工业出版社（4） 大连组合机床研究所自动化装备分所。赵骊风 王平 孙
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