T2120深孔镗床

前言

人类对深孔加工技术的需求至少可以上溯到14世纪欧洲滑膛枪的问世，远比第一次产业革命现代化机械技术革命来的要早。

至上世纪60年代深孔加工技术被用来应用于石油、煤炭采掘、水火力发电机组制造、船舶、航空航天、冶金化工、木材加工机械、饲料机械、等不同行业的装备制造。以深孔零件外特征的民品装备不断涌现出新的品种，成为20世纪下半页装备制造业中的一只新秀。

深孔钻是加工深孔的专用设备。钻深孔时为保证加工质量、提高工效，加工中钻头的冷却和定时排屑是需要解决的主要问题。

传统的控制方案是采用继电器－接触器控制与液压控制相结合的方法，由于进给次数多，且有快进、快退、工进等多种进给速度的变换，控制系统较复杂，大量的硬件系统接线使系统的可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率，影响了设备的加工质量。本次课程设计维持两周，在老师的辛勤布置和指导下，我们采用可编程控制器与液压相结合可以较好的解决这一问题，可大大的减少系统的硬件接线，提高了工作可靠性。而且在加工工艺改变时，只需要修改程序，就可适应新的加工要求，大大的提高了工作效率。

可编程控制器是应用最广泛的以计算机技术为核心的自动控制装置。我们这次课程设计采用西门子公司的S7-200系列小型PLC,S7-200的编程软件为PID 控制、网络通信、高速输入输出、位置控制、文本显示器等提供了大量的向导，只需要在向导的对话框中输入一些参数，就可以自动生成用户程序。

机床数控化改造的目的和实现方法

传统机床为什么要数控化改造

一、机床数控化改造的意义

一般说来，数控机床比传统机床有以下突出的优越性。

1. 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。

2. 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。

3. 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要工人“修配”。

4. 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。

5. 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。

6. 降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。

数控技术现已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

二、机床数控化改造的主要形式有以下几点：

其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；

其二是NC化，在普通机床上加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；

其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新

CNC进行更新；

其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和

档次的更新改造。

三、机床改造的优缺点

减少投资额、交货期短，同购置新机床相比，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。

机械性能稳定可靠，结构受限。所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。

用户熟悉了解设备、便于操作维修，购买新设备时，不了解新设备是否能满足其工艺要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。

可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。

可以采用最新的控制技术

可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。

四、改造方案的确定

改造的可行性分析通过以后，就可以针对某台或某几台机床的现况确定改造方案，一般包括：

1. 机械修理与电气改造相结合

一般来说，需进行数控改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因数控改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定数控改造与机械修理。机械性能的完好是数控改造成功的基础。

为配合数控改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零件制作等应先期完成。同时对停机后需拆、改、加工的部分等应事先规划完毕，提出明确要求，与整个改造工作衔接得当。

2. 新旧系统接口的转换设计

根据每台设备改造范围不同，需事先设计接口部分转换，若全部改造的，应设计机电转换接口、操作面板控制与配置、互联部分接点、参数测量点、维修位置等，要求操作与维修方便、合理，线路走向通顺、中小连接点少，强弱电干扰最小，备有适当裕量等。局部改造的，还需要考虑新旧系统的性能匹配、电压极性与大小变换、安装位置、数模转换等，必要时需自行制作转换接口。

合理的验收标准，也是技术准备工作的重要一环。改造工作涉及机械、液压、电气、控制、传感等，因为验收标准是对新系统的考核，制定时必须实事求是，过高或过低的标准都会对改造工作产生负面影响。标准一旦确定下来，不能轻易修改，因为它牵涉到整个改造工作的各个环节。

五、改造方案的实施

准备工作就绪后，即可进入改造的实施阶段。实施阶段内容按时间顺序分为：

1. 原机床的全面保养

机床经长期使用后，会不同程度地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在缺陷，所以首先要进行全面保养。其次，应对机床作一次改前的几何精度、尺寸精度测量，记录在案。这样既可对改造工作起指导参考作用，又可在改造结束时作对比分析用。

2. 原系统拆除

原系统的拆除必须对照原图纸，仔细进行，及时在图纸上作出标记，防止遗漏或过拆（局部改造情况下）。在拆的过程中也会发现一些新系统设计中的欠缺之处，应及时补充与修正，拆下的系统及零件应分门别类，妥善保管。还有一定使用价值的，可作其他机床备件用。

3. 改造的实施与调试

机床改造应按预先制定好的方案按先后顺序进行。

调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员应头脑冷静，随时记录，以便发现和解决问题。调试中首先试安全保护系统灵敏度，防止人身、设备事故发生。调试现场必须清理干净，无多余物品；各运动坐标拖板处于全行程中心位置；能空载试验的，先空载后加载；能模拟试验的，先模拟后实动；能手动的，先手动后自动。

可以参照国内外有关数控机床切削试件标准，在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削。试件切削可验收机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹、关联动作等，一般不宜采用产品零件作试件使用。

目录

第一章 T2120深孔镗床的简介 (1)

第一节T2120镗床的主要结构及功能 (1)

第二节控制要求……………………………………………错误！未定义书

签。

第三节 T2120的电气控制线路 (10)

第四节工作原理 (11)

第五节T2120镗床的优缺点 (11)

第二章 T2120镗床电气控制线路改造 (13)

第一节改造T2120镗床目的及意义……………………………错误！未定义书签。

第二节PLC对T2120深孔镗床的改造…………………………错误！未定义书签。

1.PLC对T2120改造的目的 (21)

2.PLC优点及选择…………………………………………错误！未定义书签。

3. PLC实物图 (22)

4、S7-200CPU224主要技术指标 (23)

5、改造部分 (25)

5、程序运行、监视与调试 (28)

6、结束语 (28)

7、致谢 (29)

8、参考文献 (30)

第一章

T2120深孔镗床的简介

一、T2120镗床的主要结构及功能

T2120深孔钻镗床是深孔钻镗床的一种，其中T代表镗床，21代表这种机床可以钻和镗，20代表这种深孔钻镗床的最大镗孔直径为200mm.

机床主要有床体部分、床头箱、卡盘体、托板进给系统、进给箱、受油器、冷却部分、排屑装置、工件中心架、液压系统、镗杆支架、马达装置、电气系统等组成。

机床的床身是由多节床体组合而成，床体是三面封闭且有斜置筋板的结构，刚性较好。床身导轨式矩形的，承受能力大，导向精度好，导轨经过了淬火处理，耐磨性较高。

床身导轨的凹槽中，安装着进给丝杠，丝杠是由多节组合而成，两端由支架支撑，中间由两个拖架铺助支撑，拖架可以沿凹槽底部的导轨移动，其行程与停留时靠拖板部分上的拉板和滚柱来控制。

床身的前壁有一T型槽，其上装有镗杆支架定程座和拖板定程座，以便控制拖板和镗杆支架的位置。床身前壁装有齿条，与手动装置的齿轮啮合，供移动中心架、托架、镗杆支架用

T2120型深孔镗床是加工圆柱形深孔零售的专用机床，它主要用于钻、镗削通孔、也可以进行光整滚压加工。在镗削方式上采用推镗；在排屑方

式上，钻削是采用内排屑方式，镗削是采用前排屑方式，在生产中适于大批生产，也适于单间小批生产。

该机床是专门加工圆柱形深孔工件的设备，机床可完成内孔的钻、镗、扩、滚压加工。

该机床钻孔时采用BTA内排屑的加工工艺，镗孔时采用向前（床头端）排切削液、排切屑的工艺方式。机床可用于加工机床的主轴孔，各种液压油缸、汽缸等圆柱形通孔、盲孔及阶梯孔。机床广泛用于煤炭、液压机械、石油、军工、电力、航空等行业。

机床床身采用优质铸铁制造，刚性强；导轨经淬火处理耐磨性高，精度保持性好。主轴转速范围广，进给系统由交流伺服电机驱动，能满足各种深孔加工工艺的需要。授油器紧固和工件顶紧装置采用液压系统，配备仪表显示，利于操作、安全可靠。

主要技术规格及性能参数：

外形尺寸及重量

二、控制要求：

1、为适应各种工件的加工工艺，主轴应有较大的调速范围。采用交流双速电动机驱动的滑移齿轮有级变速系统。由于镗削加工是恒功率负载，接法为三角形-双星形。

2、由于采用滑移齿轮变速，为防止顶齿现象，要求主轴系统变速时作低速断续冲动。

3、加工过程中可以调速，要求主轴正反转点动调速，通过主轴电动机低速正反转实现。

4、主轴电机低速时可以直接启动，在高速时控制电路要保证先接通低速经延时再接通高速以减少启动电流。

5、进给部件多，快速进给用另一台电机拖动。

三、电气控制方式的T2120镗床的控制线路图：

四、电气控制的T2120镗床的工作原理：

五、T2120深孔镗床的优缺点：

通过上述T2120深孔镗床的简介，我们对T2120有了一定的了解。深孔钻镗床虽是专门加工圆柱形深孔工件的设备，具有机床牢固、刚性强，但也有很多不足之处：在加工效率方面，人为制动较为滞后，效率不高；在加工精度方面，不具有精确的深度显示和深度控制功能，不能很好地显示和控制精度要求，特别是在加工盲孔、阶梯孔等有深度要求的工件时，该性能就显得不突出了。

那么怎样提高机床加工精度及工艺？答案很简单，那就是在保持原有机床优点的基础上，对机床进行改造，改掉其不足之处，从而整体上提高机床的性能。

第二章

T2120镗床电气控制线路的改造

一、改造T2120镗床的目的及意义：

在原有机床机床床身采用优质铸铁制造，刚性强；导轨经淬火处理耐磨性高，精度保持性好的基础上，为了提高机床的加工效率和精度要求及控制，实现快速、高效、准确、安全的功能，就要对机床进行部分改造了。改造后的机床，可以更好地提高工作效率，更好进行精度控制，从而提高加工精度。

二、PLC对T2120深孔镗床的改造：

我们对T2120镗床的改造方向，就是由原来的电气控制方式转变为PLC控制，因而就要用到PLC进行控制。

1、PLC对T2120镗床改造的目的：

我们使用的传统T68镗床由于继电器、接触器控制的电路复杂，动作速度慢、可靠性差、故障诊断与排除困难等缺点，给企业生产带来很大的不便，生产效率低下。而在集成电路、计算机技术基础上发展起来一种新型工业控制设备，可编程控制器。它具有可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，易于掌握；组合灵活，使用方便；功能强，通用性好；开发周期短，成功率高；体积小，重量轻，功耗低等优点。随着PLC的发展，其应用范围越来越广。针对这一现象，我们可以利

用可编程控制器来取代传统镗床中的继电器、接触器控制的电路部分。

2、PLC的优点及选择：

可编程序控制器，简称PLC。它是20世纪70年代以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。它具有可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，易于掌握；组合灵活，使用方便；功能强，通用性好；开发周期

短，成功率高；体积小，重量轻，功耗低等优点。随着PLC的发展，其应用范围越来越广。

我们所运用的传统T2120镗床输入端一共有12个，输出端有6个。所以我们选用型号为西门子S7-200CPU224的可编程序控制器。

3、西门子PLC S7-200实物图：

4、西门子S7-200系列CPU224主要技术指标：

技术规范CPU 224 CPU 224XP

集成的数字量输入/ 输出14 入/10 出14 入/10 出可连接的扩展模块数量(最大) 7 个7 个

最大可扩展的数字量输入/ 输出范围168 点168点最大可扩展的模拟量输入/ 输出范围35 点38 点

用户程序区8 KB 12KB

数据存储区8 KB 10KB

数据后备时间(电容) 100 小时100小时后备电池(选件) 200 天200天

编程软件Step 7-Micro/WIN Step7-Micro/WIN 布尔量运算执行时间0.22 μs 0.22 μs 标志寄存器/ 计数器/ 定时器256/256/256 256/256/256 高速计数器 6 个30 KHz 6 个100 KHz 高速脉冲输出 2 个20 KHz 2 个100 KHz 通讯接口 1 个RS-485 2 RS-485 外部硬件中断 4 4 支持的通讯协议PPI, MPI, 自由口PPI,MPI ,自由口

Profibus DP Profibus DP 模拟电位器 2 个8 位分辨率 2 个8 位分辨率实时时钟内置时钟内置时钟外形尺寸(长X 宽X 高, mm) 120.5 x 80 x 62 90 x 80 x 62

5、改造方案：

我们保留控制部分所有的按扭和位置开关,作为可编程控制器的信号输入部分.利用可编程控制器—即西门子S7-200取代所有接触器继电器.按照正常使用镗床操作流程,通过可编程控制器编程,输出相应的输出信号,控制直流伺服电机及调速器实现高低速,正反转.