【正文】 由于設(shè)計中涉及到 PLC 控制的設(shè)計、液壓缸系統(tǒng)的設(shè)計和工程繪圖等，但是由于學(xué)的知識有限，不能正確的編寫 PLC 控制系統(tǒng)程序，對液壓系統(tǒng)設(shè)計還沒有進(jìn)行深入研究，并其沒能正確的掌握設(shè)計的流程和方法。 [13]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)。（5） 編程方法簡單。PLC 不僅充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實時控制要求，同時也照顧到操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，摒棄了微機常用的計算機的編程語言，獨具風(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)試和查錯容易，且編程方便易學(xué)。pqin/根據(jù)上面計算的壓力和流量，查《機械設(shè)計手冊》液壓泵產(chǎn)品樣本，選擇YB112 型，其額定壓力為 ，排量為 12 ,額定轉(zhuǎn)速為 960 ，aMPrmL/ min/r驅(qū)動功率為 2 。停留時間由 PLC 定時控制?？爝M(jìn)和工進(jìn)時進(jìn)給液壓缸上油缸進(jìn)油下油缸出油，而快退時進(jìn)給液壓缸下油缸進(jìn)油上油缸出油，因此液壓控制時只需一次換向。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)定速度時的最小有效面積 。缸筒固定式雙桿活塞缸簡圖如下（圖 37）：圖 37 缸筒固定式雙桿活塞缸結(jié)構(gòu)簡圖自動鉆床在完成工進(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。負(fù)載中工作阻力為鉆床的軸向切削力，系統(tǒng)摩擦阻力在機械效率中考慮，軸承傳動效率取 ，花鍵傳動效率取 ，液壓傳動效率取 ，所以計算出整下系統(tǒng)的機械效率 η 為：η==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算：查《機械設(shè)計手冊》鋼材密度取 ，主軸體積 V 為：3??mt92104?ldV?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 作者：田素坤 第 15 頁 共 31 頁式中： V——主軸體積（m 3） d——主軸直徑 (mm) ，取 40mm l——主軸長度（ mm），取 550mm所以主軸重力 為：主 軸G主 軸= gV???式中： V——主軸體積（m 3） ρ——主軸材料密度（ ） g——重力加速度（ ），取 10 ——主軸重3??k 2?s2?ms主 軸G力（N） [13]計算出主軸重量 =，現(xiàn)取整主 軸G個系統(tǒng)要承受的重力 =200N。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計由圖 32 進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖可知，鉆床主軸上主要安裝有一對深溝球軸承、一對推力球軸承、一個軸承擋環(huán)、套筒、鎖緊螺栓和軸端花鍵連接等。 [17]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》選擇加工時進(jìn)給量 f 為：f=；其對應(yīng)的切削速度 V=32m/min。 [18]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。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)來實現(xiàn)主軸的高速旋轉(zhuǎn)。 [16] 本章小結(jié)本章主要介紹了如何確定自動鉆床總體方案的問題。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是確定傳動方案的主要因素，只有通過對多種傳動方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作細(xì)致的綜合分析和對比，才能比較合理地選用機構(gòu)傳動的類型 [5]。 [4]執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計原則：1）．滿足各執(zhí)行機構(gòu)動作先后的順序性要求 2）．滿足各執(zhí)行機構(gòu)動作在時間上的同步性要求 3）．滿足各執(zhí)行機構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求 4）．滿足各執(zhí)行機構(gòu)操作上的協(xié)同性要求 執(zhí)行系統(tǒng)的方案評價方案評價原則包括： 客觀性 可比性 合理性 整體性○ 1 ○ 2 ○ 3 ○ 4 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計和原動機選擇 機械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計是機械系統(tǒng)方案設(shè)計中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。因此在進(jìn)行鉆床的功能原理設(shè)計時，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。 [1]（2）夾緊系統(tǒng) 傳統(tǒng)鉆床的夾緊主要是手工操作，由夾具夾緊工件。在生產(chǎn)過程中，手動的操作、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現(xiàn)鉆床加工的自動化、減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其它工藝流程相結(jié)合，同時也要考慮經(jīng)濟(jì)問題。鉆床結(jié)構(gòu)簡單，加工精度相對較低，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。液壓系統(tǒng)的設(shè)計主要是根據(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。PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計主要是電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計，其中包括 PLC 機型的選擇、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。加工過程中工件不動，讓刀具移動，將刀具中心對正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動（主運動）。 經(jīng)過分析，我們可以從機構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)兩方面去考慮。為了便于實現(xiàn)自動化控制，工件夾緊由夾具完成，動力源由夾緊液壓缸導(dǎo)入，通過液壓控制系統(tǒng)來實現(xiàn)夾緊動作的自動化。普通臺式鉆床的改造主要是實現(xiàn)自動化功能。傳動系統(tǒng)方案設(shè)計的好壞，在很大程度上決定了所設(shè)計機械產(chǎn)品是否先進(jìn)合理、質(zhì)高價廉及具有市場競爭力。（1）機械傳動類型選擇的依據(jù) 1）執(zhí)行系統(tǒng)的性能參數(shù)和工況要求。章節(jié)中主要對自動鉆床總體方案中的工藝路線、執(zhí)行系統(tǒng)方案、傳動系統(tǒng)方案和控制系統(tǒng)方案作了詳細(xì)介紹和分析。往復(fù)進(jìn)給運動由液壓缸來完成動作。所以，鉆床主軸為僅受轉(zhuǎn)矩作用的軸類。 主軸轉(zhuǎn)速及鉆孔時間的計算查《金屬切削手冊》，由切削速度計算公式可得出主軸在工藝長期穩(wěn)定時的固定轉(zhuǎn)速 n 的計算公式如下：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 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，計算得出 n=850r/min.查《金屬切削手冊》,鉆孔時間 T 的計算公式為：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，計算得出T=.由此，確定一件工件的加工工時為：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 17s，達(dá)到了加工效率的要求。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 滾動軸承 6208 GB/T 2761994推力球軸承 滾動軸承 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 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)矩簡圖考慮到傳動效率，鉆床主軸要傳遞的轉(zhuǎn)矩 M=Mk/（ ）=14 N慣性力 Fm 指運動部件在啟動或制動過程中的慣性力，查《液壓與氣壓傳動》得其計算公式為：式中， ——系統(tǒng)重力 ——重力加速度Gg —— 時間內(nèi)的速度變化量 t?——加速或減速時間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、減速時間一般取 Δt= ；所以可以計算出慣性力： ??mF=5N快進(jìn)時，在不考慮背壓的情況下，主軸會在重力的作用下自動下移，且加速度大約為 ，因此，液壓缸在快進(jìn)時受到的最大作用力2?msF=Gη =182N。查表 34 液壓缸參考背壓表，回油路背壓選擇= 。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 作者：田素坤 第 19 頁 共 31 頁由計算可得 A=2767 ≥ =294 ,因此，液壓系統(tǒng)基本尺寸滿足最2minA2m低速度的要求。考慮到系統(tǒng)工進(jìn)完后，需要定時停留，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?？焱藭r，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。KW液壓泵驅(qū)動電機的選擇根據(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)動功率2 ，查電機樣本表可選液壓泵驅(qū)動電機型號為： Y132S6。[11]目前的機床普遍采用傳統(tǒng)的繼電器－接觸器控制方式。（6） 維修工作量少，維修方便?；?PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)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(jìn)行程到達(dá)終點，工進(jìn)行程開關(guān) 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(fù)位，主軸停留對加工孔進(jìn)行修磨?；?PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計 作者：田素坤 第 30 頁 共 31 頁參考文獻(xiàn)[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 作者：田素坤 第 30 頁 共 31 頁第 5 章 設(shè)計總結(jié) 自動鉆床的設(shè)計是在原有傳統(tǒng)鉆床的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和設(shè)計的，本設(shè)計主要是導(dǎo)入液壓進(jìn)給系統(tǒng)和 PLC 控制系統(tǒng),主軸的進(jìn)給由液壓控制，并且還涉及到電氣控制部分，但