BD2510型数控龙门移动式三维钻床的研制

摘要

国产数控三维钻床的加工能力小，加工效率低，智能化水平与国外产品相比也有较大差距，不能满足高速发展的数控加工行业的需要。研制出具有良好动静态特性，加工范围大的数控三维钻床，与进口产品形成真正的竞争是目前的数控钢结构加工设备行业的迫切需求。本文根据山东省创新项目“数控龙门移动式大截面型钢高速钻孔设备的研究与开发”，针对当前我国大截面型钢加工设备的不足，设计开发了BD2510型数控龙门移动式三维钻床，并运用有限元分析软件ANSYS对床身底座进行了动静态分析和结构优化。主要内容如下：
　　 1.首先对整机结构进行了研究，根据机床的主要功能，对机床的机械系统和控制系统两部分进行整体方案设计，确定了机床的总体布局。
　　 2.设计了机床床身、龙门机架和动力头等主要机械部件，利用三维实体建模软件Pro/E对机床各部件进行了三维实体建模和装配，并进行了主传动、伺服传动和龙门齿轮齿条传动设计计算和选型。
　　 3.床身是数控龙门移动式三维钻床的基础部件，床身结构的好坏对整个机床性能起到至关重要的影响。为了保证该设备床身的结构合理和优化，对床身的主要组成部件床身底座进行了有限元分析，有限元分析软件采用的是目前比较通用的ANSYS。利用ANSYS对床身底座进行了静力分析和模态分析，预测机床工作过程中的受力和变形情况。在ANSYS中得到了床身底座的静态变形量以及前五阶的固有频率和振型，并且根据振型找出床身的薄弱环节。根据前面的分析结果提出了三种改进方案，对床身的结构进行了改进设计，并确定了较优的改进方案，为将来机床的改进或产品的系列化提供了参考依据。
　　 4.针对数控龙门移动式三维钻床的加工特点，设计了一种基于PLC的三维钻床控制系统。根据数控龙门移动式三维钻床控制系统的加工任务要求，分析了机床控制系统的主要原理，给出了控制系统的硬件结构和软件流程。建立了PLC与定位模块间的信息通讯模式，设计了定位模块与伺服系统之间的连接线路。给出了基于CPU、定位模块、I/O模块的伺服驱动系统的硬件设计，进行了龙门运动的同步检测，实现了机床龙门和动力头的运动控制。