【正文】 的機(jī)床普遍采用傳統(tǒng)的繼電器－接觸器控制方式。第 4 章 自動(dòng)鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 自動(dòng)鉆床的自動(dòng)化控制要求根據(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：（1） PLC 控制與手動(dòng)控制相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)；（2） 對控制元件的合理選擇；（3） 完成 PLC 控制編程； 可編程控制器 PLC 的簡述PLC 即可編程控制器，其英文全稱為 Programmable Controller。KW液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇根據(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)型號為： Y132S6。另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力 應(yīng)滿足n～ ，中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。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 三位四通電磁閥 二位三通電磁閥 6 和溢流閥 4 回油箱。圖 38 自動(dòng)鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)控制原理圖油箱 過濾器 變量液壓泵 溢流閥 三位四通電磁閥 二位三通電磁閥 二位二通電磁閥 調(diào)速閥 液壓缸基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 21 頁 共 31 頁快進(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 二位三通電磁閥 溢流閥 4 回油箱?？紤]到系統(tǒng)工進(jìn)完后，需要定時(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。bPaM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。minA即： ≥4)(2dDA???miniVqA?式中， ——流量閥的最小穩(wěn)定流量， =——液壓缸的最低速度, =基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 19 頁 共 31 頁由計(jì)算可得 A=2767 ≥ =294 ,因此，液壓系統(tǒng)基本尺寸滿足最2minA2m低速度的要求。為了便于采用標(biāo)準(zhǔn)的密封式元件，D查表 36 對液壓缸內(nèi)徑進(jìn)行圓整。查表 34 液壓缸參考背壓表，回油路背壓選擇= 。tvFm?基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 16 頁 共 31 頁列出主軸系統(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 32）：表 32 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階段 計(jì)算公式 負(fù)載大?。∟）主軸快進(jìn) F=Gη 182主軸工進(jìn) F=（ G）/ηfF2742主軸快退 F=G/η 225根據(jù)液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載計(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 36）：ll圖 36 液壓系統(tǒng)負(fù)載及速度簡圖 液壓缸執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定(一)初選液壓缸的工作壓力表 33 液壓設(shè)備常用的工作壓力表機(jī)床設(shè)備類型 磨床 組合機(jī) 床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力P1/（MPa）～2.03～5 2～8 8～1010～16 20～32F（N）0182225274270 72 )(mlV（m/min） )(ml70 7233基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 17 頁 共 31 頁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 33）和同類機(jī)床的液壓工作壓力，初選液壓缸的工作壓力 =3 。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：式中， ——系統(tǒng)重力 ——重力加速度Gg —— 時(shí)間內(nèi)的速度變化量 t?——加速或減速時(shí)間v?t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 ；加速、減速時(shí)間一般取 Δt= ；所以可以計(jì)算出慣性力： ??mF=5N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 ，因此，液壓缸在快進(jìn)時(shí)受到的最大作用力2?msF=Gη =182N。扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件： ][TTWM????式中：τ T—— 軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa）M——軸的傳遞轉(zhuǎn)矩()WT——軸的抗扭截面模量（mm 3） [τ T]——軸的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（ ）aMP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：DdbzdT16)(141?????式中：d 1——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）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3m出鉆床主軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 = 。根據(jù)鉆床軸徑選用軸承及花鍵尺寸如下（表 31）表示：根據(jù)主軸的行程，可確定鉆床主軸的基本長度尺寸如下圖示（圖 33）：表 31 主軸零件選用表主軸零件 型號深溝球軸承 滾動(dòng)軸承 6208 GB/T 2761994推力球軸承 滾動(dòng)軸承 51308 GB/T 3011995基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 13 頁 共 31 頁矩形花鍵 832366 GB/T 11441987圖 33 鉆床主軸基本尺寸簡圖 軸強(qiáng)度的校核由工況分析可知，鉆床主軸的受力圖如下（圖 34）：圖 34 鉆床主軸受力簡圖圖 35 鉆床主軸轉(zhuǎn)矩簡圖考慮到傳動(dòng)效率，鉆床主軸要傳遞的轉(zhuǎn)矩 M=Mk/（ ）=14 NMkM=2595 NfF 鉆床主軸設(shè)計(jì) 主軸材料的選擇軸的材料種類很多，選用時(shí)主要根據(jù)對軸的強(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。 主軸轉(zhuǎn)速及鉆孔時(shí)間的計(jì)算查《金屬切削手冊》，由切削速度計(jì)算公式可得出主軸在工藝長期穩(wěn)定時(shí)的固定轉(zhuǎn)速 n 的計(jì)算公式如下：式中， ——選定的切削速度（m/min）vmin/10rdvn??基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 11 頁 共 31 頁 ——刀具或工件的直徑（mm）d將 V=32m/min，d=12mm 代入公式中，計(jì)算得出 n=850r/min.查《金屬切削手冊》,鉆孔時(shí)間 T 的計(jì)算公式為：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）d將 l =15mm，f =, d=12mm,n=850r/min 代入公式中，計(jì)算得出T=.由此，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。 切削力的計(jì)算 切削刀具及相關(guān)參數(shù)的選擇目前在鉆孔加工中，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，鉆床主軸為僅受轉(zhuǎn)矩作用的軸類。1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 10 頁 共 31 頁已知件材料為 Q235 鋼，工件厚度大約為 15mm，查《機(jī)械工程材料實(shí)用手冊》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。往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由液壓缸來完成動(dòng)作。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)。章節(jié)中主要對自動(dòng)鉆床總體方案中的工藝路線、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。PLC 之所以有較強(qiáng)的生命力，液壓缸進(jìn)給傳動(dòng)V 帶傳動(dòng)花鍵傳動(dòng)基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：田素坤 第 7 頁 共 31 頁在于它更加適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場和市場要求。（1）機(jī)械傳動(dòng)類型選擇的依據(jù) 1）執(zhí)行系統(tǒng)的性能參數(shù)和工況要求。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 。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)廉及具有市場競爭力。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)。普通臺式鉆床的改造主要是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能。執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的好壞，對機(jī)械能否完成預(yù)期的功能目標(biāo)，起著決定性的作用。為了便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，工件夾緊由夾具完成，動(dòng)力源由夾緊液壓缸導(dǎo)入，通過液壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作的自動(dòng)化。機(jī)床主軸被裝置在主軸套筒內(nèi)，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內(nèi)，主軸上側(cè)由花鍵連接。 經(jīng)過分析，我們可以從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)兩方面去考慮。長期以來我國的機(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，我們有必要對傳統(tǒng)鉆床進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。加工過程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，將刀具中心對正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)）。所以，本文研究的是基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)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