基于plc的臺(tái)式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　學(xué) 士 學(xué) 位 論 文</p><p>　　基于PLC的臺(tái)式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹的是對(duì)臺(tái)式鉆床的改造與設(shè)計(jì)，通過導(dǎo)入液壓進(jìn)給系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)將其改造成為自動(dòng)鉆床。</p><p>　　設(shè)計(jì)的過程首先是按照機(jī)床

2、的一般設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行，然后再對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)已知的條件，來確定液壓工作方案、液壓泵、液壓缸結(jié)構(gòu)、控制油路的設(shè)計(jì)。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，其中包括PLC機(jī)型的選擇、I/O端口的分配、I/O硬件接線圖的繪制、PLC梯形圖程序的設(shè)計(jì)。最后，利用PLC可編程控制器對(duì)液壓回路等進(jìn)行控制。</p><p>

3、;　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)鉆床；液壓進(jìn)給系統(tǒng)；PLC</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The bench drill is the metal cutting tools in mechanical machining, this paper is transformation and design of the desktop ma

4、chine, mainly through the introduction of hydraulic system and PLC control system will be transformed into the automatic drilling machine.</p><p>　　The design process is first carried out in accordance with

5、the general machine design steps, and then the feed system and control system were designed in details. The design focuses on the design of feed system design and PLC control system. The design of hydraulic system is bas

6、ed on the known conditions, to determine the design of hydraulic project, hydraulic pump, hydraulic cylinder structure, control circuit. The design of PLC control system is mainly the design of electrical control system

7、o</p><p>　　Key words: Automatic drilling machine；Hydraulic feed system ； PLC</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1研究的目的意義1

8、</p><p>　　1.2問題的提出、分析以及解決方案1</p><p>　　第2章 自動(dòng)鉆床的總體設(shè)計(jì)方案3</p><p>　　2.1 自動(dòng)鉆床的改造方案的確定3</p><p>　　2.2 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2.1 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)4</p><p

9、>　　2.2.2 執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律4</p><p>　　2.2.3執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則5</p><p>　　2.2.4執(zhí)行系統(tǒng)的方案評(píng)價(jià)5</p><p>　　2.3傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)選擇5</p><p>　　2.4傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.5 控制方案設(shè)計(jì)6<

10、/p><p><b>　　2.6本章小結(jié)7</b></p><p>　　第3章 鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 進(jìn)給系統(tǒng)概述與分析8</p><p>　　3.2 進(jìn)給系統(tǒng)方案圖的確定9</p><p>　　3.3 工況分析9</p><p>　　3.

11、4 切削力的計(jì)算10</p><p>　　3.4.1 切削刀具及相關(guān)參數(shù)的選擇10</p><p>　　3.4.2 主軸轉(zhuǎn)速及鉆孔時(shí)間的計(jì)算10</p><p>　　3.4.3 切削力的計(jì)算11</p><p>　　3.5 鉆床主軸設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.5.1 主軸材料的選擇12</p&g

12、t;<p>　　3.5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.5.3 軸強(qiáng)度的校核13</p><p>　　3.6 進(jìn)給液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.6.1 負(fù)載分析14</p><p>　　3.6.2 液壓缸執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定16</p><p>　　3.7 本章小結(jié)

13、22</p><p>　　第4章 自動(dòng)鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1 自動(dòng)鉆床的自動(dòng)化控制要求23</p><p>　　4.2 可編程控制器PLC的簡(jiǎn)述23</p><p>　　4.3 自動(dòng)鉆床主軸進(jìn)給系統(tǒng)控制流程24</p><p>　　4.4鉆床進(jìn)給系統(tǒng)電氣原理圖26</p>

14、;<p>　　4.5 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)如下圖27</p><p>　　4.6本章小結(jié)28</p><p>　　第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)29</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　致謝31</b></p><p>&

15、lt;b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1研究的目的意義</p><p>　　當(dāng)今社會(huì)，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，存在自動(dòng)化程度不高，難以進(jìn)行大批量的生產(chǎn)；工作效率低，且工人的工作環(huán)境惡劣；占用人力較多，操作固定不變易出錯(cuò)；精度不高，工件裝夾費(fèi)時(shí)，加工產(chǎn)品質(zhì)量不高問題，因此，我們要在實(shí)現(xiàn)鉆床加工的自動(dòng)化、減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其它工藝流程相結(jié)合等問題上來解決這些

16、問題，同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)問題。 我們可以通過對(duì)鉆床機(jī)構(gòu)的改造來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的要求，提高產(chǎn)品的加工精度及質(zhì)量；通過導(dǎo)入先進(jìn)的控制系統(tǒng)來進(jìn)行自動(dòng)操控，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。所以，本文研究的是基于PLC的臺(tái)式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2問題的提出、分析以及解決方案</p><p>　　鉆床指主要是用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移

17、動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度相對(duì)較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴(kuò)、锪孔，鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。加工過程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，將刀具中心對(duì)正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)）。鉆床的特點(diǎn)是工件固定不動(dòng)，刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).</p><p>　　由現(xiàn)存的狀況分析我們可以看出，在機(jī)床加工中鉆床的加工工作量在總制造工作量中占有很大的比重。鉆床為孔加工機(jī)床，按其結(jié)構(gòu)形式不同可以分為搖臂鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、深

18、孔鉆床、多軸鉆床等。主要用來進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、攻絲等。長(zhǎng)期以來我國(guó)的機(jī)械機(jī)械制造工業(yè)中孔類加工多數(shù)由傳統(tǒng)鉆床來完成，但是傳統(tǒng)的鉆床在大批量生產(chǎn)時(shí)存在許多的不足之處：（1）自動(dòng)化程度不高.，難以進(jìn)行大批量的生產(chǎn)；（2）工作效率低，且工人的工作環(huán)境惡劣；（3）占用人力較多，操作固定不變易出錯(cuò)；（4）精度不高，工件裝夾費(fèi)時(shí)；（5）加工產(chǎn)品質(zhì)量不高； 針對(duì)以上傳統(tǒng)鉆床的不足之處及生產(chǎn)中存在的問題，我們有必要對(duì)傳統(tǒng)鉆床進(jìn)行結(jié)

19、構(gòu)改進(jìn)。通過對(duì)傳統(tǒng)鉆床手動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及工作量。 當(dāng)前傳統(tǒng)鉆床問題的存在主要在于自動(dòng)化程度、生產(chǎn)效率、工作環(huán)境及產(chǎn)品質(zhì)量。在生產(chǎn)過程中，手動(dòng)的操作、繁鎖的裝夾、大量生產(chǎn)力的投入和單一的生產(chǎn)流程導(dǎo)致了鉆床加工的自動(dòng)化程度低、生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境惡劣和產(chǎn)品質(zhì)量不高，因此，我們要解決的問題在于如何實(shí)現(xiàn)鉆床加工的自動(dòng)化、</p><p>　

20、?。?）控制系統(tǒng) 當(dāng)前機(jī)床控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)數(shù)控、繼電器電氣控制和PLC控制等，由于繼電器電氣控制系統(tǒng)，其聯(lián)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，維修困難，故障率高，經(jīng)常影響正常生產(chǎn)，計(jì)算機(jī)數(shù)控造價(jià)高、系統(tǒng)復(fù)雜，而PLC控制系統(tǒng)可靠性好、造價(jià)低、抗干擾能力強(qiáng)、柔性好、編程簡(jiǎn)單、使用方便、擴(kuò)充靈活、功能完善，所以我們利用PLC控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)和夾緊系統(tǒng)的控制。[2]</p><p>　　第2章 自動(dòng)鉆床的總體設(shè)計(jì)方案</p&

21、gt;<p>　　2.1 自動(dòng)鉆床的改造方案的確定</p><p>　　與傳統(tǒng)臺(tái)式鉆床的制造相比較，改造后的自動(dòng)鉆床基本加工有很大的調(diào)整，這其中主要是導(dǎo)入了液壓進(jìn)給系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。根據(jù)生產(chǎn)要求，自動(dòng)鉆床的動(dòng)作流程如下：[19]</p><p>　　啟動(dòng)（電源及控制模塊）→放料→自動(dòng)夾緊→主軸快進(jìn)→主軸工進(jìn)→主</p><p>　　軸停留→主軸快退

22、→夾具松開→出料→電機(jī)停轉(zhuǎn)</p><p>　　鉆床主要部分的動(dòng)作流程圖如下（圖2-1）：</p><p><b>　　圖 2-1</b></p><p>　　2.2 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是機(jī)械總體方案設(shè)計(jì)的核心，也是整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)機(jī)械能否完成

23、預(yù)期的功能目標(biāo)，起著決定性的作用。</p><p>　　機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的過程主要包括七個(gè)步驟，分別是：1.功能原理設(shè)計(jì)；2.運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)；3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)；4.執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)；5.機(jī)構(gòu)尺度設(shè)計(jì)；6.運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析；7.方案評(píng)價(jià)。</p><p>　　2.2.1 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)</p><p>　　功能原理設(shè)計(jì)決定產(chǎn)品的技術(shù)水平、工作質(zhì)量、傳動(dòng)方案

24、、結(jié)構(gòu)型式、制造成本等。因此在進(jìn)行鉆床的功能原理設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)考慮鉆床功能的可行性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　普通臺(tái)式鉆床的改造主要是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能。改造后全自動(dòng)鉆床能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)率，符合了工廠的生產(chǎn)需求，適應(yīng)了現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展要求。[3]</p><p>　　2.2.2 執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于

25、鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)之進(jìn)給油缸設(shè)計(jì)，也就是用液壓缸驅(qū)動(dòng)來替代手動(dòng)進(jìn)給。根據(jù)設(shè)計(jì)，我們要分析的運(yùn)動(dòng)規(guī)律包括鉆頭切削運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給液壓缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　鉆頭加工運(yùn)動(dòng)包括旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)和鉆頭直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　鉆床執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下圖示（圖2-2）：</p><p>　　圖2-2 自動(dòng)鉆床運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)圖</p><p>

26、　　2.2.3執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則</p><p>　　當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定了機(jī)械的工作原理和各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、并確定了各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式及驅(qū)動(dòng)方式后，還必須將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)統(tǒng)一于一個(gè)整體，形成一個(gè)完整的執(zhí)行系統(tǒng)，使這些機(jī)構(gòu)以一定的次序協(xié)調(diào)工作，互相配合，以完成機(jī)械預(yù)定的功能和生產(chǎn)過程。這方面的工作稱為執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。[4]</p><p>　　執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則：</p&g

27、t;<p>　　1）．滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作先后的順序性要求 </p><p>　　2）．滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作在時(shí)間上的同步性要求 </p><p>　　3）．滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求 </p><p>　　4）．滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作上的協(xié)同性要求 </p><p>　　2.2.4執(zhí)行系統(tǒng)的方案評(píng)價(jià)</p&g

28、t;<p>　　方案評(píng)價(jià)原則包括：客觀性可比性合理性整體性</p><p>　　2.3傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)選擇 </p><p>　　機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的好壞，在很大程度上決定了所設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品是否先進(jìn)合理、質(zhì)高價(jià)廉及具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。[5]在完成了執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)的預(yù)選型后，即可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的運(yùn)

29、動(dòng)和動(dòng)力條件及原動(dòng)機(jī)的類型和性能參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。</p><p>　　原動(dòng)機(jī)的選擇，主要根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的工作環(huán)境（溫度、濕度、粉塵、酸堿等）、工作特點(diǎn)（起動(dòng)頻繁程度、起動(dòng)載荷大小等），并考慮各種電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)及供應(yīng)情況等來確定。</p><p>　　由自動(dòng)鉆床執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律我們可以選擇原動(dòng)機(jī)。主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)機(jī)選擇電動(dòng)機(jī)，進(jìn)給液壓缸原動(dòng)力選擇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵 。</p

30、><p>　　2.4傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　(一) 確定傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比</p><p>　　全自動(dòng)鉆床的總傳動(dòng)比的確定要建立在計(jì)算切削力和傳動(dòng)效率的基礎(chǔ)上，當(dāng)確定自動(dòng)鉆床的工作功率后，查表選擇電動(dòng)機(jī)，對(duì)照鉆床的工作參數(shù)確定總傳動(dòng)比（主軸系統(tǒng)總傳動(dòng)比在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)計(jì)算后確定）。</p><p>　?。ǘ﹤鲃?dòng)類型的選擇</

31、p><p>　　機(jī)械傳動(dòng)類型的選擇關(guān)系到傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和工作性能參數(shù)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是確定傳動(dòng)方案的主要因素，只有通過對(duì)多種傳動(dòng)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作細(xì)致的綜合分析和對(duì)比，才能比較合理地選用機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的類型[5]。</p><p>　　（1）機(jī)械傳動(dòng)類型選擇的依據(jù)</p><p>　　1）執(zhí)行系統(tǒng)的性能參數(shù)和工況要求。</p><p>　　2）原動(dòng)

32、機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速性能。</p><p>　　3）對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能、尺寸、重量和安裝布置的要求。</p><p><b>　　4）工作環(huán)境</b></p><p>　　5）制造工藝性和經(jīng)濟(jì)性</p><p>　?。ㄈ├L制傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　根據(jù)以上分析，確定傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)

33、圖如下（圖2-3）：</p><p>　　2-3 傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　2.5 控制方案設(shè)計(jì)</p><p>　　可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱 PLC，是從早期的繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)。PLC 之所以有較強(qiáng)的生命力

34、，在于它更加適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)要求?？煽啃愿?，抗干擾能力強(qiáng)、編程方便、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)。與單片機(jī)相比，它的輸入/輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的中間部件，這樣可以大大的節(jié)省用戶的開發(fā)時(shí)間與生產(chǎn)成本。[16]</p><p><b>　　2.6本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了如何確定自動(dòng)鉆床總體方案的問題。章節(jié)中主要對(duì)自動(dòng)鉆床總體方案中的工藝路線、

35、執(zhí)行系統(tǒng)方案、傳動(dòng)系統(tǒng)方案和控制系統(tǒng)方案作了詳細(xì)介紹和分析。</p><p>　　第3章 鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 進(jìn)給系統(tǒng)概述與分析 </p><p>　　傳統(tǒng)的臺(tái)式鉆床主軸進(jìn)給系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條和軸承等組成。主軸在加工時(shí)即要作旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)，也要作軸向的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。機(jī)床主軸被裝置在主軸套筒內(nèi)，套筒放置在主軸箱體

36、孔的鑲套內(nèi)，主軸上側(cè)由花鍵連接。機(jī)床加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由花鍵傳入，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則由齒輪通過齒條帶動(dòng)套筒在鑲套內(nèi)運(yùn)動(dòng)。由總體方案可知，自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)入了液壓缸進(jìn)給系統(tǒng)，由液壓缸驅(qū)動(dòng)替代齒輪齒條的手動(dòng)進(jìn)給，來實(shí)現(xiàn)主軸的快進(jìn)、工進(jìn)、停留和快退動(dòng)作。[15]</p><p>　　鉆床在加工時(shí)，主軸要作高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)入液壓缸進(jìn)給系統(tǒng)后，因此，我們要結(jié)合合適的軸承和結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)主軸的高速旋轉(zhuǎn)。往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由液

37、壓缸來完成動(dòng)作。</p><p>　　圖3-1 普通臺(tái)式鉆床進(jìn)給系統(tǒng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　1、主軸套筒鑲套2、推力球軸承3、主軸套筒4、主軸5、深溝球軸承</p><p>　　6、齒輪齒條手動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)7、主軸箱</p><p>　　3.2 進(jìn)給系統(tǒng)方案圖的確定</p><p>　　全自動(dòng)鉆床是在原有臺(tái)式鉆床的結(jié)構(gòu)基

38、礎(chǔ)上進(jìn)行改造設(shè)計(jì)的，所以，我們首先要對(duì)普通臺(tái)式鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)仔細(xì)的研究。</p><p>　　臺(tái)式鉆床主軸進(jìn)給系統(tǒng)主要部件有主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條和軸承等。其結(jié)構(gòu)圖如圖3-1示：[20]</p><p>　　根據(jù)普通臺(tái)式鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，綜合考慮本文設(shè)計(jì)的要求、改造后自動(dòng)鉆床的工作條件和液壓缸工作特性，確定自動(dòng)鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)如圖3-2所示：</p>&l

39、t;p>　　圖3-2自動(dòng)鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　1、主軸2、深溝球軸承3、活塞桿4、液壓缸筒5、油路口</p><p>　　6、液壓缸蓋7、鎖緊螺釘8、推力球軸承9、密封圈</p><p><b>　　3.3 工況分析</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)可知，生產(chǎn)工件時(shí)，要求生產(chǎn)率為3把/分鐘

40、，即要求在20秒內(nèi)要完成一件工件的送料、夾緊、鉆削加工和出料。</p><p>　　已知件材料為Q235鋼，工件厚度大約為15mm，查《機(jī)械工程材料實(shí)用手冊(cè)》可知，Q235為碳素結(jié)構(gòu)鋼，其韌性良好，有一定的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，在一般機(jī)械制造中應(yīng)用廣泛，是一般機(jī)械制造中的主要材料，其切削加工性能較好。鉆削直徑為10mm的通孔，鉆削行程（孔的長(zhǎng)度）l≈15mm。由此可確定鉆床主軸行程為100mm，也就是液壓缸行程為100m

41、m。[18]</p><p>　　在鉆床的切削加工過程中，鉆床主軸主要受到切削扭矩和軸向進(jìn)給力的作用。所以，鉆床主軸為僅受轉(zhuǎn)矩作用的軸類。</p><p>　　主軸進(jìn)給液壓缸在工作中受到作用力可以分為三個(gè)階段分析。在主軸快進(jìn)工序中，液壓缸受到鉆床主軸組件重力和液壓缸系統(tǒng)的摩擦力的作用；在主軸工進(jìn)工序中，液壓缸受到鉆床主軸組件的重力、軸向切削力和液壓缸系統(tǒng)的摩擦力作用；在主軸快退的工序中，液

42、壓缸受到主軸組件的重力、退刀~阻力和液壓缸系統(tǒng)摩擦力。因此，在進(jìn)給液壓缸設(shè)計(jì)時(shí)，我們要以最大受力作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　3.4 切削力的計(jì)算</p><p>　　3.4.1 切削刀具及相關(guān)參數(shù)的選擇</p><p>　　目前在鉆孔加工中，由于高速鋼麻花鉆在采用物理沉積法TiN涂層處理后，其耐用度和鉆孔精度有了較大提高，所以該鉆頭應(yīng)用極廣。所以，在本文的鉆

43、削加工過程中，選擇高速鋼麻花鉆頭。查《金屬切削手冊(cè)》選擇標(biāo)準(zhǔn)圓柱錐柄麻花鉆中等長(zhǎng)度第一系列，刀具直徑為10mm,鉆頭與主軸用莫氏錐孔連接。[17]</p><p>　　由于被加工材料為Q235鋼，其切削性能較好，所以查《金屬切削手冊(cè)》選擇加工時(shí)進(jìn)給量f為：f=0.2mm/r；其對(duì)應(yīng)的切削速度V=32m/min。</p><p>　　3.4.2 主軸轉(zhuǎn)速及鉆孔時(shí)間的計(jì)算</p>

44、<p>　　查《金屬切削手冊(cè)》，由切削速度計(jì)算公式可得出主軸在工藝長(zhǎng)期穩(wěn)定時(shí)的固定轉(zhuǎn)速n的計(jì)算公式如下：</p><p>　　式中，——選定的切削速度（m/min）</p><p>　　——刀具或工件的直徑（mm）</p><p>　　將V=32m/min，d=12mm代入公式中，計(jì)算得出n=850r/min.</p><p>　

45、　查《金屬切削手冊(cè)》,鉆孔時(shí)間T的計(jì)算公式為：</p><p>　　式中，l——被鉆孔厚度（mm） f——切削進(jìn)給量（mm/r） ——刀具或工件的直徑（mm） n——主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min）</p><p>　　將l =15mm，f =0.2mm/r, d=12mm,n=850r/min代入公式中，計(jì)算得出T=6.6s.</p><p>　　由此

46、，確定一件工件的加工工時(shí)為：送料1s，工件夾緊2s，快進(jìn)2s，工進(jìn)7s，主軸停留2s，快退2s，出料1s，加工一件工件用時(shí)17s，達(dá)到了加工效率的要求。</p><p>　　3.4.3 切削力的計(jì)算</p><p>　　鉆床切削力的計(jì)算包括鉆床主軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算和主軸軸向切削力的計(jì)算。由于加工材料為Q235鋼，其屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，鉆頭為高速鋼麻花鉆，加工方式為鉆孔，所以查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：&

47、lt;/p><p>　　鉆床轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下： </p><p>　　式中，—— 切削力矩（N·M） —— 鉆頭直徑（mm）—— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm） —— 修正系數(shù)</p><p>　　軸向切削力的計(jì)算公式如下：</p><p>　　式中，—— 軸向切削力（N） —— 鉆頭直徑（mm） —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm)

48、 —— 修正系數(shù)</p><p>　　已知被加工材料為Q235結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼取=736MPa，D=12mm，=0.2mm，所以可分別計(jì)算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削為：</p><p><b>　　=13.5 N·M</b></p><p><b>　　=2595 N</b></p><p&

49、gt;　　3.5 鉆床主軸設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1 主軸材料的選擇</p><p>　　軸的材料種類很多，選用時(shí)主要根據(jù)對(duì)軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性等要求，以及為實(shí)現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時(shí)考慮制造工藝問題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。</p><p>　　根據(jù)工作條件要求，軸都要整體熱處理，一般是調(diào)質(zhì)，對(duì)不重要的軸采用正火處理。對(duì)要求高或要求耐磨的軸或軸

50、段要進(jìn)行表面處理，以及表面強(qiáng)化處理(如噴丸、輻壓等)和化學(xué)處理(如滲碳、滲氮、氮化等)，以提高其強(qiáng)度（尤其疲勞強(qiáng)度）和耐磨、耐腐蝕等性能。</p><p>　　3.5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　由圖3-2進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可知，鉆床主軸上主要安裝有一對(duì)深溝球軸承、一對(duì)推力球軸承、一個(gè)軸承擋環(huán)、套筒、鎖緊螺栓和軸端花鍵連接等。根據(jù)鉆床軸徑選用軸承及花鍵尺寸如下（表3-1）表示：&l

51、t;/p><p>　　根據(jù)主軸的行程，可確定鉆床主軸的基本長(zhǎng)度尺寸如下圖示（圖3-3）：</p><p>　　表3-1 主軸零件選用表</p><p>　　圖3-3 鉆床主軸基本尺寸簡(jiǎn)圖</p><p>　　3.5.3 軸強(qiáng)度的校核</p><p>　　由工況分析可知，鉆床主軸的受力圖如下（圖3-4）：</p>

52、;<p>　　圖3-4鉆床主軸受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　圖3-5鉆床主軸轉(zhuǎn)矩簡(jiǎn)圖</p><p>　　考慮到傳動(dòng)效率，鉆床主軸要傳遞的轉(zhuǎn)矩M=Mk/（0.99×0.99×0.98）=14 N·M,液壓力為對(duì)稱受為，合力方向沿鉆床主軸方向，大小與進(jìn)給切削力相互抵消。所以，繪制主軸所受扭矩圖如圖3-5。</p><p>　

53、　根據(jù)軸上零件的布置，軸的危險(xiǎn)截面為受力最大處，所以應(yīng)對(duì)該處進(jìn)行軸的強(qiáng)度效核。</p><p><b>　　扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件：</b></p><p>　　式中：τT—— 軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa）M——軸的傳遞轉(zhuǎn)矩(N.mm)</p><p>　　WT——軸的抗扭截面模量（mm3） [τT]——軸的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（）</p><

54、p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得花鍵的抗扭截面模量WT的計(jì)算公式為：</p><p>　　式中：d1——花鍵內(nèi)徑（mm） b——花鍵齒寬(mm) z——花鍵的齒數(shù) D——花鍵的外徑（mm）</p><p>　　將選用花鍵的基本參數(shù)代入公式中可計(jì)算出WT=5739，所以可以計(jì)算出鉆床主軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力=2.44。</p><p>　　由于[]=35，顯然≤[]

55、，所以，軸滿足強(qiáng)度要求。</p><p>　　3.6 進(jìn)給液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.6.1 負(fù)載分析</p><p>　　負(fù)載分析中，暫且不考慮回油腔的背時(shí)壓力，所以需要考慮的力有：工作阻力、系統(tǒng)摩擦阻力、重力和慣性力。</p><p>　　負(fù)載中工作阻力為鉆床的軸向切削力，系統(tǒng)摩擦阻力在機(jī)械效率中考慮，軸承傳動(dòng)效率取0.99，花

56、鍵傳動(dòng)效率取0.98，液壓傳動(dòng)效率取0.95，所以計(jì)算出整下系統(tǒng)的機(jī)械效率η為：</p><p>　　η=0.99×0.99×0.98×0.95=0.91</p><p>　　系統(tǒng)要克服的重力有鉆床主軸重力和液壓缸活塞桿重力，鉆床主軸重力可按下式計(jì)算：</p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》鋼材密度取7.85 ，主軸體積V為：</

57、p><p>　　式中： V——主軸體積（m3） d——主軸直徑 (mm)，取40mm ——主軸長(zhǎng)度（mm），取550mm</p><p><b>　　所以主軸重力為：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中： V——主軸體積（m3） ρ——主軸材料密度（）

58、g——重力加速度（），取10 ——主軸重力（N）[13]</p><p>　　計(jì)算出主軸重量=55N.考慮到軸上零件和液壓缸活塞桿重力，現(xiàn)取整個(gè)系統(tǒng)要承受的重力=200N。</p><p>　　慣性力Fm指運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)或制動(dòng)過程中的慣性力，查《液壓與氣壓傳動(dòng)》得其計(jì)算公式為：</p><p>　　式中，——系統(tǒng)重力 ——重力加速度</p>

59、<p>　　——時(shí)間內(nèi)的速度變化量 ——加速或減速時(shí)間</p><p>　　已知主軸系統(tǒng)重力G=200N；快進(jìn)行程70mm；工進(jìn)行程為20mm；根據(jù)工時(shí)安排可確定主軸快進(jìn)快退速度為3m/min；工進(jìn)速度為0.17m/min；加速、減速時(shí)間一般取Δt=0.2s；所以可以計(jì)算出慣性力：</p><p><b>　　=5N</b></p&g

60、t;<p>　　快進(jìn)時(shí)，在不考慮背壓的情況下，主軸會(huì)在重力的作用下自動(dòng)下移，且加速度大約為9.8，因此，液壓缸在快進(jìn)時(shí)受到的最大作用力F=G×η=182N。[7]</p><p>　　工進(jìn)時(shí)，液壓缸要克服工作阻力（主軸軸向切削力）和系統(tǒng)摩擦力，此時(shí)系統(tǒng)重力起到動(dòng)力作用。所以F=（-G）/η，為了設(shè)計(jì)的可行性，使得液壓缸有足夠的液壓作用力，計(jì)算中我們?nèi)∠到y(tǒng)重力的一半代入到式中，F(xiàn)=2742N

61、。</p><p>　　快退時(shí)，液壓缸要克服重力和系統(tǒng)摩擦力，所以F=G/η考慮到鉆頭退出工件時(shí)的摩擦力，η在計(jì)算時(shí)取0.89，所以計(jì)算出此時(shí)F=225N。</p><p>　　列出主軸系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)階段的液壓負(fù)載計(jì)算公式及大小如下表（表3-2）：</p><p>　　表3-2 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表</p><p>　　根據(jù)液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載

62、計(jì)算結(jié)果和已知各階段的運(yùn)動(dòng)速度，我們可以畫出負(fù)載圖（F-）和速度圖(V-)如下（圖3-6）：</p><p>　　圖3-6 液壓系統(tǒng)負(fù)載及速度簡(jiǎn)圖</p><p>　　3.6.2 液壓缸執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定</p><p>　　(一)初選液壓缸的工作壓力</p><p>　　表3-3液壓設(shè)備常用的工作壓力表</p><p

63、>　　液壓缸的工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，根據(jù)鉆床的工作條件和加工要求，參考液壓設(shè)備常用的工作壓力表（表3-3）和同類機(jī)床的液壓工作壓力，初選液壓缸的工作壓力=3。</p><p>　　(二)確定液壓缸的類型及主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和鉆床主軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇雙桿活塞缸，活塞桿為中空桿，以便主軸穿過；活塞桿兩端裝有軸承，以固定主軸。</p>

64、;<p>　　雙桿活塞缸的活塞桿兩側(cè)都可伸出，根據(jù)工作需要，選用活塞缸采用缸筒固定式。</p><p>　　缸筒固定式雙桿活塞缸簡(jiǎn)圖如下（圖3-7）：</p><p>　　圖3-7 缸筒固定式雙桿活塞缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　自動(dòng)鉆床在完成工進(jìn)后，為了防止在鉆通要加工的孔后主軸突然前沖，我們要在回油路上安裝背壓閥。查表3-4液壓缸參考背壓表，回油

65、路背壓選擇=0.8。</p><p>　　表3-4液壓缸參考背壓</p><p>　　由表3-1 主軸零件選用表可知，活塞桿兩端要裝軸承。深溝球軸承選用滾動(dòng)軸承 6208 GB/T 276-1994，其外徑為80mm，查表3-5活塞桿直徑系列表，活塞桿直徑選用=100mm。</p><p>　　表3-5 活塞桿直徑系列（GB2348-80）（mm）</p&g

66、t;<p>　　由表3-2可知，當(dāng)主軸工進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)的負(fù)載最大F=2742N，由此可計(jì)算出液壓缸的有效面積A為：</p><p>　　式中：——液壓缸內(nèi)徑（） ——液壓缸活塞桿直徑（）, =100mm ——液壓缸負(fù)載（）, F=2742 ——液壓缸工作壓力（）, =3 ——回油路背壓力（）, ==0.8</p><p>　　所以可計(jì)算也液壓缸內(nèi)徑=117。為了便于采用

67、標(biāo)準(zhǔn)的密封式元件，查表3-6對(duì)液壓缸內(nèi)徑進(jìn)行圓整。圓整后取=125。</p><p>　　表3-4液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80）(mm)</p><p>　　液壓缸基本尺寸確定后，要按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的尺寸。即保證液壓缸的有效工作面積要大于或等于保證最小穩(wěn)定速度時(shí)的最小有效面積。</p><p>　　即： ≥</p>

68、<p>　　式中，——流量閥的最小穩(wěn)定流量，=0.05</p><p>　　——液壓缸的最低速度, =0.17</p><p>　　由計(jì)算可得A=2767≥=294,因此，液壓系統(tǒng)基本尺寸滿足最低速度的要求。</p><p>　?。ㄈ┮簤焊赘鞴ぷ麟A段的工作壓力、流量和功率計(jì)算</p><p>　　根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及

69、上述液壓缸的計(jì)算數(shù)值，可以計(jì)算出液壓缸工作各階段的壓力、流量和功率。在計(jì)算時(shí)工進(jìn)時(shí)背壓按=0.8代入，快退快進(jìn)時(shí)背壓按=0.5代入計(jì)算。計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果列于表3-5中。</p><p>　　自動(dòng)鉆床快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)，液壓缸上油缸進(jìn)油下油缸回油；快退時(shí)液壓缸下油缸進(jìn)油上油缸回油。</p><p>　　因此計(jì)算液壓缸工作各階段的壓力、流量和功率如下表示（表3-5）：</p><

70、;p>　　表3-5 液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率</p><p>　　注：表中A為液壓缸有效面積，V為各階段穩(wěn)定速度。</p><p>　?。ㄋ模┮簤合到y(tǒng)原理圖</p><p>　　自動(dòng)鉆床要完成快進(jìn)、工進(jìn)和快退的工作循環(huán)?？爝M(jìn)和工進(jìn)時(shí)進(jìn)給液壓缸上油缸進(jìn)油下油缸出油，而快退時(shí)進(jìn)給液壓缸下油缸進(jìn)油上油缸出油，因此液壓控制時(shí)只需一次換向?？紤]到系統(tǒng)工進(jìn)完后，需

71、要定時(shí)停留，因此，換向閥選擇具有中位封閉功能的三位四通電磁換向閥。[10]由于快進(jìn)快退和工進(jìn)時(shí)的速度不一樣，所以系統(tǒng)要有調(diào)整裝置。根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)可知，液壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度不是太大，負(fù)載也不大，因此，調(diào)整系統(tǒng)選擇進(jìn)口節(jié)流調(diào)整，該調(diào)整系統(tǒng)具有較好的低速穩(wěn)定性和速度負(fù)載特性；液壓泵選用單向定量液壓泵。</p><p>　　自動(dòng)鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)控制原理圖如圖3-8示。</p><p>　　圖3-8 自動(dòng)

72、鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)控制原理圖</p><p>　　1、油箱 2、過濾器 3、變量液壓泵 4、溢流閥 5、三位四通電磁閥 6、二位三通電磁閥 7、二位二通電磁閥 8、調(diào)速閥 9、液壓缸</p><p>　　快進(jìn)時(shí)，液壓系統(tǒng)在PLC自動(dòng)控制下啟動(dòng)，電磁鐵1Y得電，三位四通電磁閥1接入左位，液壓泵3供油經(jīng)二位二通電磁閥7進(jìn)入液壓缸9上腔，回油經(jīng)三位四通電磁閥5、二位三通電磁閥6、溢流閥4回油箱。

73、</p><p>　　工進(jìn)時(shí)，電磁鐵1Y、3Y和4Y得電，三位四通電磁閥6接入左位，二位二通換向閥7接入左位，二位三通電磁閥6位入左位，液壓泵3供油經(jīng)調(diào)整閥8進(jìn)入液壓缸9上腔，回油經(jīng)三位四通電磁閥5、二位三通電磁閥6和溢流閥4回油箱。</p><p>　　主軸停留，三位四通電磁閥5處于中位，液壓泵3供油在達(dá)到一定壓力的條件下回油箱，液壓系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。停留時(shí)間由PLC定時(shí)控制。<

74、;/p><p>　　快退時(shí)，電磁鐵2Y，三位四通電磁閥5接入右位，液壓泵3供油到液壓缸9下腔，回油經(jīng)二位二通電磁閥7、三位四通電磁閥5、二位三通電磁閥6和溢流閥4回油箱。</p><p>　　工作循環(huán)過程中電磁鐵動(dòng)作表（表3-6）：</p><p>　　表3-6 電磁鐵動(dòng)作表</p><p>　　（五）液壓元件的選擇</p><

75、;p><b>　　1、液壓泵的選擇</b></p><p>　　液壓泵的最高工作壓力可按下式計(jì)算：</p><p>　　式中，——液壓泵的最高工作壓力</p><p>　　——液壓缸的最大工作壓力；查表3-5 =1.8</p><p>　　——進(jìn)油管路總壓力損失；初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取～，復(fù)雜系統(tǒng)可取～。取=</

76、p><p>　　根據(jù)上式及數(shù)據(jù)值，可計(jì)算出=2.3。計(jì)算出的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，因?yàn)橄到y(tǒng)在各種工況的過度階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足～，中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。所以泵的額定壓力為：</p><p><b>　　=1.25=2.9</b></p><p>　　液壓泵的

77、最大流量應(yīng)滿足下面公式：</p><p>　　式中，——液壓泵的最大流量</p><p>　　——同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如</p><p>　　果這時(shí)溢流閥正在進(jìn)行工作，需加上溢流閥的最小溢流量～；查表3-5取=8.3；</p><p>　　——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取～，式中?。?lt;/p><p>　　

78、所以計(jì)算出≥9.96。</p><p>　　根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》液壓泵產(chǎn)品樣本，選擇YB1-12型，其額定壓力為6.3，排量為12,額定轉(zhuǎn)速為960，驅(qū)動(dòng)功率為2。</p><p>　　2、液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇</p><p>　　根據(jù)已選擇的液壓泵的規(guī)格，我們可知已選液壓泵需要的驅(qū)動(dòng)功率2，查電機(jī)樣本表可選液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)為：Y132S-

79、6。其額定功率為3，滿載轉(zhuǎn)速為960。</p><p><b>　　3.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　在本章節(jié)自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要包括機(jī)床主軸的設(shè)計(jì)的進(jìn)給液壓缸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是整個(gè)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn)。其中機(jī)床主軸設(shè)計(jì)中有關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)，為下面章節(jié)中的設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)，提供了方便；進(jìn)給液壓缸的設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提。</p>&l

80、t;p>　　第4章 自動(dòng)鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 自動(dòng)鉆床的自動(dòng)化控制要求</p><p>　　根據(jù)課題設(shè)計(jì)任務(wù)，可總結(jié)自動(dòng)鉆床的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求如下：</p><p>　　PLC控制與手動(dòng)控制相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　對(duì)控制元件的合理選擇；</p><p>　　完成PLC控制編

81、程；</p><p>　　4.2 可編程控制器PLC的簡(jiǎn)述</p><p>　　PLC即可編程控制器，其英文全稱為 Programmable Controller。PLC舉起于20世紀(jì)70年代，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。經(jīng)過30多年的發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)成為重要、可靠、應(yīng)用場(chǎng)合最廣泛的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。PLC不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，

82、同時(shí)也照顧到操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，摒棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)的編程語言，獨(dú)具風(fēng)格地使用以繼電器梯型圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶編制的程序清晰直觀、調(diào)試和查錯(cuò)容易，且編程方便易學(xué)。[11]</p><p>　　目前的機(jī)床普遍采用傳統(tǒng)的繼電器－接觸器控制方式。由于它采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器的聯(lián)鎖觸點(diǎn)構(gòu)成順序控制，該觸點(diǎn)的壽命與接觸不良常常使得機(jī)器的故障率提高，發(fā)生故障時(shí)又很難找到故障。另一方面，一

83、些復(fù)雜的控制如：時(shí)間，計(jì)數(shù)控制，用繼電器－接觸器控制方式不方便實(shí)現(xiàn)，甚至無法實(shí)現(xiàn)。而采用PLC進(jìn)行控制可以提高機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，與繼電器相比PLC它有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：</p><p><b>　　功能強(qiáng)，性價(jià)比高。</b></p><p>　　硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)。</p><p>　?。?） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。</p&

84、gt;<p>　?。?） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。</p><p>　?。?） 編程方法簡(jiǎn)單。</p><p>　?。?） 維修工作量少，維修方便。</p><p>　?。?） 體積小，能耗低。</p><p>　　除此之外，PLC豐富的編程資源，可以在使用PLC控制的同時(shí)，擴(kuò)充機(jī)床的功能，使它更方便的適合于機(jī)械工廠的需

85、要。 </p><p>　　4.3 自動(dòng)鉆床主軸進(jìn)給系統(tǒng)控制流程</p><p>　　自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的控制流程包括主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)的啟動(dòng)控制、主軸快進(jìn)控制、主軸工進(jìn)控制、主軸停留控制、主軸快退控制、主軸快退停止控制和主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)的停止控制。</p><p>　　主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)的啟動(dòng)控制：主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)的啟動(dòng)控制可分別通過主軸電機(jī)和液壓泵電

86、機(jī)電路上的交流接觸器KM1和KM2控制。[8]為了使PLC在寫入控制程序后進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后執(zhí)行和便于操作人員進(jìn)行初態(tài)監(jiān)控，在寫入控制程序5S后，主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)電路上的交流接觸器KM1和KM2閉合，主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)啟動(dòng)。</p><p>　　主軸快進(jìn)控制：當(dāng)工件檢測(cè)器檢測(cè)到工件后，工件檢測(cè)開關(guān)SB1閉合，進(jìn)行工件的夾緊計(jì)時(shí)，定時(shí)器T37計(jì)時(shí)2S完成后，三位四通電磁閥電磁鐵1Y得電，液壓控制系統(tǒng)接入快進(jìn)油路，

87、主軸快速進(jìn)給。[13]</p><p>　　主軸工進(jìn)控制：主軸快進(jìn)完成后，快進(jìn)行程開關(guān)SQ0閉合，三位四通電磁閥電磁鐵1Y、二位二通電磁閥電磁鐵3Y和二位三通電磁閥4Y得電，液壓控制系統(tǒng)接入工進(jìn)油路，主軸工進(jìn)。</p><p>　　主軸停留：鉆頭完成對(duì)工件的加工后，主軸工進(jìn)行程到達(dá)終點(diǎn)，工進(jìn)行程開關(guān)SQ1閉合，計(jì)時(shí)器T38開始5S計(jì)時(shí)，三位四通電磁閥電磁鐵1Y失電復(fù)位，主軸停留對(duì)加工孔進(jìn)行

88、修磨。[16]</p><p>　　主軸快退：計(jì)時(shí)器T38完成5S計(jì)時(shí)后，三位四通電磁閥電磁鐵2Y得電，二位二通電磁閥電磁鐵3Y和二位三通電磁閥4Y失電復(fù)位，液壓控制系統(tǒng)接入快退油路，主軸快退。</p><p>　　主軸快退停止：主軸快退至行程開關(guān)SQ2處時(shí)，行程開關(guān)SQ2閉合，三位四通電磁閥電磁鐵2Y失電復(fù)位，主軸停止快退。</p><p>　　自動(dòng)鉆床主要部分的

89、動(dòng)作流程圖如下（圖2-1）</p><p>　　圖2-1自動(dòng)鉆床動(dòng)作流程圖</p><p>　　鉆床控制系統(tǒng)的手動(dòng)操作包括PLC電源的啟動(dòng)和總電路刀開關(guān)QK的接通。</p><p>　　4.4鉆床進(jìn)給系統(tǒng)電氣原理圖</p><p>　　圖4-2鉆床進(jìn)給系統(tǒng)電氣原理圖</p><p>　　圖4-2鉆床PLC硬件接線圖&l

90、t;/p><p>　　建立資源分配表對(duì)PLC資源進(jìn)行分配表</p><p><b>　　表4-1</b></p><p>　　4.5 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)如下圖</p><p><b>　　4.6本章小結(jié)</b></p><p>　　生產(chǎn)完成自動(dòng)化控制是設(shè)計(jì)的目的所在，本章主要

91、介紹了如何應(yīng)用控制元件來實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的自動(dòng)化控制。章節(jié)中包括控制設(shè)備的選取、控制過程的分析、控制原理的說明、控制元件的選擇和控制程序的編寫等。 </p><p><b>　　第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　自動(dòng)鉆床的設(shè)計(jì)是在原有傳統(tǒng)鉆床的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)的，本設(shè)計(jì)主要是導(dǎo)入液壓進(jìn)給系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng),主軸的

92、進(jìn)給由液壓控制，并且還涉及到電氣控制部分，但是還有許多需要改進(jìn)的地方，比如沒有能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料來減少生產(chǎn)力的投入和工時(shí)的消耗。由于設(shè)計(jì)中涉及到PLC控制的設(shè)計(jì)、液壓缸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工程繪圖等，但是由于學(xué)的知識(shí)有限，不能正確的編寫PLC控制系統(tǒng)程序，對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)還沒有進(jìn)行深入研究，并其沒能正確的掌握設(shè)計(jì)的流程和方法。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p

93、>　　[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·液壓傳動(dòng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004. 281--742</p><p>　　[2] 秦曾煌.電工學(xué)[M].電工技術(shù)（第五版）.北京：高等教育出版式社，1999. 336--391</p><p>　　[3] 許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. 6--193</p><p&

94、gt;　　[4] 戴曙.金屬切削機(jī)床[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993. 111—337</p><p>　　[5] 席偉光，楊光，李波.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2003. 163--210</p><p>　　[6] 鐘毅芳，吳昌林，唐增寶.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第二版.武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2001.94--157</p><p>　　

95、[7] 陳紹華.機(jī)械設(shè)備電器控制[M].廣洲：華南理工大學(xué)出版社，1998. 6--45</p><p>　　[8] 鄧則名，鄺穗芳，程良倫.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.1--218</p><p>　　[9] 鄧則名，鄺穗芳. 電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.1--38</p><p>　　[

96、10] 甘永立.幾何量公差與檢測(cè)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2001.30--297</p><p>　　[11]王巍，錢可強(qiáng).機(jī)械工程圖學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000. 2--255</p><p>　　[12]陳日曜.金屬切削原理[M].第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002. 58--80</p><p>　　[13]樂兌謙.金屬切削刀具[M]

97、.第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001. 26--52</p><p>　　[14]吳道全.金屬切削原理及刀具[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1994. 5--241</p><p>　　[15]浦林祥.金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.16--1026</p><p>　　[16]徐鴻本.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版

98、社，1991.27--967</p><p>　　[17]陳宏鈞.實(shí)用金屬切削手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. 138--782</p><p>　　[18]趙明.工廠電氣控制設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996. 14--46</p><p>　　[19]余雷聲.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002. 38--182<

99、/p><p>　　[20]史全富.金屬切削手冊(cè)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003.25--282</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文論文的主要內(nèi)容寫作始終都是在導(dǎo)師xx老師的悉心指導(dǎo)下完成的。首先對(duì)xx老師致以最崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝！是他們引導(dǎo)、鼓勵(lì)我在一個(gè)嶄新的領(lǐng)域里進(jìn)行了有意的探索，并幫助我克服了種種困