中北大学万能升降台铣床的设计

毕业设计说明书万能升降台铣床的设计班 级： 学 号：姓 名： 学 院： 软件学院 专 业： 软件工程 指导教师： 王庆明 郑智贞 2014 年 6 月万能升降台铣床的设计摘 要万能升降台铣床是一种应用广泛的普通机床，通过对其控制电路进行分析，指出了继电器- 接触器控制存在的不足之处，并在不改变原设计控制要求的基础上实现 PLC 的改造及其监控系统的设计。具体详细地说明了 PLC 改造的过程及实现PLC 控制的方法与步骤，用 MCGS 组态软件设计实现其远程控制的实施过程。 另外，介绍了万能升降台铣床的进给箱的传动原理的分析。1950 年以后，铣床在控制系统方面发展很快，尤其是 70 年代以后，自动换到系统再洗穿上得到了应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。关键词：万能升降式铣床，进给箱，加工范围，结构分析，继电器接触器控制，PLC 控制Design of universal lifting platform milling machineAbstractUniversal lifting platform milling machine is a kind of machines in using widely.Through analyzing its circuitry,we point out the shortage of relay-contact control,and realize the alteration of PLC,the design of monitor system on the basic of original control demand.The paper illuminates the process of the alteration of PLC,the method and steps of realizing PLC control,and the process of putting its remote control in practice in detail.Analysis of transmission principle of X6132 universal horizontal lifting platformmilling machine feed box.After 1950,the milling machine is developing very fast in control systems,especially after 70 time,automatically switch to thesystem and then wash and wear has been applied,to expand the scope of the processing machine,improve the machining accuracy and efficiency.Keywords:Universal lifting platform milling machine,Relay-contact control,PLC control,Feed box,Processing range,Structure analysis目 录1 绪论 .1中北大学 2014 届毕业设计说明书2 了解国内外万能升降台铣床现状 .22.1 进口大幅度增加，出口日趋减少 .22.2 技术低于世界水平 .22.3 数控化率低但增长快 .22.4 国家扶持的支点偏离 .33 了解国内外万能升降台铣床发展趋势 .43.1 高速化发展 .43.2 高精度化发展 .43.3 智能化发展 .44 详细论述万能升降台铣床的构成 .64.1 铣床的结构 .64.2 运动形式 .64.3 铣床的组成部分 .65 详细论述万能升降台铣床的工作原理、工作方式 .85.1 主轴控制电路工作原理： .85.2 进给移动控制工作原理 .85.3 辅助控制工作原理 .145.3.1 主轴的变速冲动 .145.3.2 进给变速冲动 .155.3.3 主轴换刀控制 .165.3.4 工作台快速进给的操作 .165.4 铣床的传动系统分析 .165.4.1 进给运动 .165.4.2 孔盘变速机构的工作原理 .165.4.3 工作台进给操纵机构 .175.4.4 横向及垂直进给操纵机构 .185.5 电力拖动和控制要求 .195.6 继电器 接触器控制 .20中北大学 2014 届毕业设计说明书5.7 主轴控制分析 .205.7.1 起动控制 .205.7.2 换刀制动控制 .205.7.3 主轴变速冲动 .205.8 工作台进给控制分析 .215.8.1 快速移动控制 .215.8.2 水平工作台纵向进给运动控制 .215.8.3 水平工作台的横向和升降进给运动控制 .225.8.4 圆工作台运动控制 .225.8.5 水平工作台变速时的瞬时点动控制 .235.9 改造方案的确定 .235.9.1 改造要求 .235.9.2 改造原则 .235.9.3 改造步骤 .245.10 PLC 控制设计 .245.11 PLC 选型 .255.11.1 选型时注意的问题 .255.11.2 选型分析 .265.11.3 选择型号 .265.12 PLC 输入、输出接线 .265.13 PLC 程序设计 .275.13.1 编程软件选择 .275.13.2 主轴控制设计 .275.13.3 工作台进给控制设计 .295.13.4 X62W 铣床的控制程序 .31中北大学 2014 届毕业设计说明书第 III 页 共 III 页5.14 远程控制设计 .335.14.1 设计步骤 .335.14.2 远程控制界面 .345.14.3 显示表示 .345.14.4 动作表示 .345.14.5 远程控制接线 .35参考文献 .36致 谢 .37中北大学 2014 届毕业设计说明书第 1 页 共 37 页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。中北大学 2014 届毕业设计说明书第 2 页 共 37 页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 品中北大学 2014 届毕业设计说明书第 3 页 共 37 页结 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 。中北大学 2014 届毕业设计说明书第 4 页 共 37 页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