【正文】 基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 2 頁 共 31 頁 當前傳統(tǒng)鉆床問題的存在主要在于自動化程度、生產(chǎn)效率、工作環(huán)境及產(chǎn)品質(zhì)量。為了解決問題和便于設計改造，我們將鉆床分為進給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分，下面分別對它們的問題提出解決方案：（1）進給系統(tǒng) 傳統(tǒng)的鉆床主軸進給系統(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。為了實現(xiàn)自動化控制的要求，主軸進給機構(gòu)改進主要有：主軸旋轉(zhuǎn)運動依然由電動機傳入，而進給則由液壓傳動替代手動的齒條傳動，通過液壓控制系統(tǒng)來實現(xiàn)進給動作。 [2]基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 3 頁 共 31 頁第 2 章 自動鉆床的總體設計方案 自動鉆床的改造方案的確定與傳統(tǒng)臺式鉆床的制造相比較，改造后的自動鉆床基本加工有很大的調(diào)整，這其中主要是導入了液壓進給系統(tǒng)和 PLC 控制系統(tǒng)?；?PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 4 頁 共 31 頁 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設計功能原理設計決定產(chǎn)品的技術水平、工作質(zhì)量、傳動方案、結(jié)構(gòu)型式、制造成本等。 [3] 執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律 本文設計的重點在于鉆床液壓進給系統(tǒng)之進給油缸設計，也就是用液壓缸驅(qū)動來替代手動進給。這方面的工作稱為執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設計。原動機的選擇，主要根據(jù)機械系統(tǒng)的工作環(huán)境（溫度、濕度、粉塵、酸堿等）、工作特點（起動頻繁程度、起動載荷大小等），并考慮各種電動機的特點及供應情況等來確定。（二）傳動類型的選擇機械傳動類型的選擇關系到傳動系統(tǒng)的方案設計和工作性能參數(shù)。 3）對機械傳動系統(tǒng)的性能、尺寸、重量和安裝布置的要求。與單片機相比，它的輸入/輸出端更接近現(xiàn)場設備，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)時間與生產(chǎn)成本。主軸在加工時即要作旋轉(zhuǎn)切削運動，也要作軸向的直線進給運動。 [15]鉆床在加工時，主軸要作高速的旋轉(zhuǎn)運動和進給運動。臺式鉆床主軸進給系統(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。由此可確定鉆床主軸行程為 100mm，也就是液壓缸行程為 100mm。在主軸快進工序中，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。查《金屬切削手冊》選擇標準圓柱錐柄麻花鉆中等長度第一系列，刀具直徑為 10mm,鉆頭與主軸用莫氏錐孔連接。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《機床夾具設計手冊》得：鉆床轉(zhuǎn)矩計算公式如下： pkkfDM08234.?式中， —— 切削力矩（N對要求高或要求耐磨的軸或軸段要進行表面處理，以及表面強化處理(如噴丸、輻壓等)和化學處理(如滲碳、滲氮、氮化等)，以提高其強度（尤其疲勞強度）和耐磨、耐腐蝕等性能。所以，繪制主軸所受扭矩圖如圖 35。T?aT? 進給液壓系統(tǒng)設計 負載分析負載分析中，暫且不考慮回油腔的背時壓力，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。所以 F=（ G）/η，為了設計的可行性，使得液壓fF缸有足夠的液壓作用力，計算中我們?nèi)∠到y(tǒng)重力的一半代入到式中，F(xiàn)=2742N。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。深溝球軸承選用滾動軸承 6208 GB/T 2761994，其外徑為 80mm，查表 35 活塞桿直徑系列表，活塞桿直徑選用 =100mm。m表 34 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB234880）(mm)8 10 12 16 20 25 3240 50 63 80 （90） 100 （110）125 （140） 160 （180） 200 220 250320 400 500 630液壓缸基本尺寸確定后，要按最低工進速度驗算液壓缸的尺寸。在計算時工進時背壓按 = 代入，bPaM快退快進時背壓按 = 代入計算。（四）液壓系統(tǒng)原理圖基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 20 頁 共 31 頁自動鉆床要完成快進、工進和快退的工作循環(huán)。根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)可知，液壓系統(tǒng)運動速度不是太大，負載也不大，因此，調(diào)整系統(tǒng)選擇進口節(jié)流調(diào)整，該調(diào)整系統(tǒng)具有較好的低速穩(wěn)定性和速度負載特性；液壓泵選用單向定量液壓泵。主軸停留，三位四通電磁閥 5 處于中位，液壓泵 3 供油在達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)。取 =1??0.基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 22 頁 共 31 頁根據(jù)上式及數(shù)據(jù)值，可計算出 = 。如果這時溢流閥正在進行工作，需加上溢流閥的最小溢流量 ～ ；查表 3523/minL取 = ；?maxqi/ ——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 ～ ，?；?所以計算出 ≥ 。Kmin/r基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 23 頁 共 31 頁 本章小結(jié)在本章節(jié)自動鉆床進給系統(tǒng)設計中，主要包括機床主軸的設計的進給液壓缸系統(tǒng)的設計，是整個設計中的一個重點。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、應用場合最廣泛的工業(yè)控制微型計算機。另一方面，一些復雜的控制如：時間，計數(shù)控制，用繼電器－接觸器控制方式不方便實現(xiàn)，甚至無法實現(xiàn)。（4） 系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少。除此之外，PLC 豐富的編程資源，可以在使用 PLC 控制的同時，擴充機床的功能，使它更方便的適合于機械工廠的需要。主軸快進控制：當工件檢測器檢測到工件后，工件檢測開關 SB1 閉合，進行工件的夾緊計時，定時器 T37 計時 2S 完成后，三位四通電磁閥電磁鐵 1Y 得電，液壓控制系統(tǒng)接入快進油路，主軸快速進給。主軸快退停止：主軸快退至行程開關 SQ2 處時，行程開關 SQ2 閉合，三位四通電磁閥電磁鐵 2Y 失電復位，主軸停止快退。 基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 30 頁 共 31 頁第 5 章 設計總結(jié) 自動鉆床的設計是在原有傳統(tǒng)鉆床的基礎上進行改造和設計的，本設計主要是導入液壓進給系統(tǒng)和 PLC 控制系統(tǒng),主軸的進給由液壓控制，并且還涉及到電氣控制部分，但是還有許多需要改進的地方，比如沒有能實現(xiàn)自動送料來減少生產(chǎn)力的投入和工時的消耗。首先對徐偉、蔡田芳老師致以最崇高的敬意和誠摯的感謝！是他們引導、鼓勵我在一個嶄新的領域里進行了有意的探索，并幫助我克服了種種困難！徐老師嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度、平易近人的作風、強烈的創(chuàng)新意識、敏銳的洞察力、淵博的知識、開闊的眼界，一絲不茍的敬業(yè)精神都一直是我學習的榜樣，從蔡老師那里我學到了許多有益的思想方法和寶貴的經(jīng)驗，并將終生影響我對學習、工作和生活的態(tài)度?；?PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 30 頁 共 31 頁參考文獻[1] 鉆床進給系統(tǒng)電氣原理圖圖 42 鉆床進給系統(tǒng)電氣原理圖基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 27 頁 共 31 頁圖 42 鉆床 PLC 硬件接線圖建立資源分配表對 PLC 資源進行分配表表 41輸入/I 輸出/Q SB0 KM1 SB1 KM2 SB2 KM3 SB3 KM4 SB4 KM5 KT2 1Y KT3 2Y SQ0 3Y SQ1 4Y SQ2 HL1 HL2基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 28 頁 共 31 頁 PLC 控制系統(tǒng)程序設計如下圖基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 29 頁 共 31 頁 本章小結(jié)生產(chǎn)完成自動化控制是設計的目的所在，本章主要介紹了如何應用控制元件來實現(xiàn)對執(zhí)行元件的自動化控制?；?PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 25 頁 共 31 頁主軸停留：鉆頭完成對工件的加工后，主軸工進行程到達終點，工進行程開關 SQ1 閉合，計時器 T38 開始 5S 計時，三位四通電磁閥電磁鐵 1Y 失電復位，主軸停留對加工孔進行修磨。主軸電機和液壓泵電機的啟動控制：主軸電機和液壓泵電機的啟動控制可分別通過主軸電機和液壓泵電機電路上的交流接觸器 KM1 和 KM2 控制。（6） 維修工作量少，維修方便。（2） 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強。[11]目前