【正文】 共 31 頁列出主軸系統各運動階段的液壓負載計算公式及大小如下表（表 32）：表 32 液壓缸各運動階段負載表運動階段 計算公式 負載大?。∟）主軸快進 F=Gη 182主軸工進 F=（ G）/ηfF2742主軸快退 F=G/η 225根據液壓缸各運動階段負載計算結果和已知各階段的運動速度，我們可以畫出負載圖（F ）和速度圖(V )如下（圖 36）：ll圖 36 液壓系統負載及速度簡圖 液壓缸執(zhí)行元件主要參數的確定(一)初選液壓缸的工作壓力表 33 液壓設備常用的工作壓力表機床設備類型 磨床 組合機 床龍門刨床拉床農業(yè)機械或中型工程機械液壓機、重型機械起重運輸機械工作壓力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改造及其進給系統設計 作者：田素坤 第 17 頁 共 31 頁液壓缸的工作壓力主要根據液壓設備的類型來確定，根據鉆床的工作條件和加工要求，參考液壓設備常用的工作壓力表（表 33）和同類機床的液壓工作壓力，初選液壓缸的工作壓力 =3 。扭轉強度約束條件： ][TTWM????式中：τ T—— 軸的扭轉應力（MPa）M——軸的傳遞轉矩()WT——軸的抗扭截面模量（mm 3） [τ T]——軸的許用扭轉應力（ ）aMP查《機械設計》得花鍵的抗扭截面模量 WT的計算公式為：DdbzdT16)(141?????式中：d 1——花鍵內徑（mm） b——花鍵齒寬(mm) z——花鍵的齒數 D——花鍵的外徑（mm）將選用花鍵的基本參數代入公式中可計算出 WT=5739 ，所以可以計算3m出鉆床主軸的扭轉應力 = 。MkM=2595 NfF 鉆床主軸設計 主軸材料的選擇軸的材料種類很多，選用時主要根據對軸的強度、剛度、耐磨性等要求，以及為實現這些要求而采用的熱處理方式，同時考慮制造工藝問題加以選用，力求經濟合理。 切削力的計算 切削刀具及相關參數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，所以該鉆頭應用極廣。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改造及其進給系統設計 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《機械工程材料實用手冊》可知，Q235 為碳素結構鋼，其韌性良好，有一定的強度和伸長率，在一般機械制造中應用廣泛，是一般機械制造中的主要材料，其切削加工性能較好。機床加工時，旋轉運動由花鍵傳入，而進給運動則由齒輪通過齒條帶動套筒在鑲套內運動。PLC 之所以有較強的生命力，液壓缸進給傳動V 帶傳動花鍵傳動基于 PLC 的臺式鉆床控制系統改造及其進給系統設計 作者：田素坤 第 7 頁 共 31 頁在于它更加適應工業(yè)現場和市場要求。主軸旋轉運動的原動機選擇電動機，進給液壓缸原動力選擇電動機驅動液壓泵 。鉆頭加工運動包括旋轉切削運動和鉆頭直線進給運動。執(zhí)行系統方案設計的好壞，對機械能否完成預期的功能目標，起著決定性的作用。機床主軸被裝置在主軸套筒內，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內，主軸上側由花鍵連接。長期以來我國的機械機械制造工業(yè)中孔類加工多數由傳統鉆床來完成，但是傳統的鉆床在大批量生產時存在許多的不足之處：（1）自動化程度不高.，難以進行大批量的生產；（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；（4）精度不高，工件裝夾費時；（5）加工產品質量不高； 針對以上傳統鉆床的不足之處及生產中存在的問題，我們有必要對傳統鉆床進行結構改進。所以，本文研究的是基于 PLC 的臺式鉆床控制系統改造及其進給系統設計。 學 士 學 位 論 文基于 PLC 的臺式鉆床控制系統改造及其進給系統設計姓 名：學 號：指 導 教 師 ：院 系 (部 所 )： 機電工程學院專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化完 成 日 期 ： 2022 年 5 月 31 日學校代碼：10904 學 士 學 位 論 文基于 PLC 的臺式鉆床控制系統改造及其進給系統設計姓 名：學 號：指 導 教 師 ：院 系 (部 所 )： 機電工程學院專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化完 成 日 期 ： 2022 年 5 月 31 日摘 要本文介紹的是對臺式鉆床的改造與設計，通過導入液壓進給系統和 PLC 控制系統將其改造成為自動鉆床。 我們可以通過對鉆床機構的改造來實現自動化控制的要求，提高產品的加工精度及質量；通過導入先進的控制系統來進行自動操控，從而實現自動化控制。主要用來進行鉆孔、擴孔、絞孔、攻絲等。主軸在加工時即要作旋轉運動，也要作軸向的進給運動。根據生產要求，自動鉆床的動作流程如下： [19]啟動（電源及控制模塊）→放料→自動夾緊→主軸快進→主軸工進→主軸停留→主軸快退→夾具松開→出料→電機停轉鉆床主要部分的動作流程圖如下（圖 21）： 圖 21 執(zhí)行系統的方案設計機械執(zhí)行系統的方案設計是機械總體方案設計的核心，也是整個機械設計工作的基礎。根據設計，我們要分析的運動規(guī)律包括鉆頭切削運動和進給液壓缸驅動進給運動。由自動鉆床執(zhí)行部件的運動規(guī)律我們可以選擇原動機。 4）工作環(huán)境 5）制造工藝性和經濟性（三）繪制傳動系統運動簡圖根據以上分析，確定傳動系統的運動簡圖如下（圖 23）：23 傳動系統運動簡圖 控制方案設計可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱 PLC，是從早期的繼電器邏輯電氣控制系統發(fā)展而來，它不斷吸收微型計算機控制技術，使之功能不斷增強，逐漸適合復雜的電氣控制系統。機床主軸被裝置在主軸套筒內，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內，主軸上側由花鍵連接。其結構圖如圖 31 示： [20]根據普通臺式鉆床的進給系統設計特點，綜合考慮本文設計的要求、改造后自動鉆床的工作條件和液壓缸工作特性，確定自動鉆床的進給系統如圖 32所示：圖 32 自動鉆床的進給系統簡圖主軸 深溝球軸承 活塞桿 液壓缸筒 油路口液壓缸蓋 鎖緊螺釘 推力球軸承 密封圈 工況分析根據設計任務可知，生產工件時，要求生產率為 3 把/分鐘，即要求在 20秒內要完成一件工件的送料、夾緊、鉆削加工和出料。因此，在進給液壓缸設計時，我們要以最大受力作為設計標準。M） —— 鉆頭直徑（mm）k—— 每轉進給量（ mm） —— 修正系數f p軸向切削力的計算公式如下： ???)3(bpk?基于 PLC 的臺式鉆床控制系統改造及其進給系統設計 作者：田素坤 第 12 頁 共 31 頁式中， —— 軸向切削力（N） —— 鉆頭直徑（mm） fFD—— 每轉進給量 (mm) —— 修正系數f pk已知被加工材料為 Q235 結構鋼，結構鋼和鑄鋼取=736MPa，D=12mm， =，所以可分別計算出切削轉矩和軸向切削為：b?f= NfF液 壓 力FMMk基于 PLC 的臺式鉆床控制系統改造及其進給系統設計 作者：田素坤 第 14 頁 共 31 頁根據軸上零件的布置，軸的危險截面為受力最大處，所以應對該處進行軸的強度效核。快退時，液壓缸要克服重力和系統摩擦力，所以 F=G/η 考慮到鉆頭退出工件時的摩擦力，η 在計算時取 ，所以計算出此時 F=225N。d表 35 活塞桿直徑系列（GB234880）（mm）4 5 6 8 10 12 14 16 1820 22 25 28 32 36 40 45 5056 63 70 80 90 100 110 125 140160 180 200 220 250 280 320 360 400由表 32 可知，當主軸工進時液壓系統的負載最大 F=2742N，由此可計算出液壓缸的有效面積 A 為： bPFdD???124)(?式中： ——液壓缸內徑（ ） ——液壓缸活塞桿直徑（m）, =100mm F——液壓缸負載（ ）, F=2742 1——液壓缸工作mdN壓力（ ） , =3 bP——回油路背壓力（ ）, = = aMb2aMP所以可計算也液壓缸內徑 =117 。計算公式及計算結果列于表 35 中。自動鉆床液壓進給系統控制原理圖如圖 38 示。計算出的 是系統的靜態(tài)壓力，pPaMpP因為系統在各種工況的過度階段出現的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。其中機床主軸設計中有關數據的計算貫穿整個設計，為下面章節(jié)中的設計打下了基礎，提供了方便；進給液壓缸的設計是控制系統設計的前提?；?PLC 的臺式鉆床控制系統改造及其進給系統設計 作者：田素坤 第 24 頁 共 31 頁而采用 PLC 進行控制可以提高機器的運轉效率，與繼電器相比 PLC 它有以下幾個優(yōu)勢：（1） 功能強，性價比高。 自動鉆床主軸進給系統控制流程自動鉆床進給系統的控制流程包括主軸電機和液壓泵電機的啟動控制、主軸快進控制、主軸工進控制、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和液壓泵電機的停止控制。自動鉆床主要部分的動作流程圖如下（圖 21）基于 PLC 的臺式鉆床控制系統改造及其進給系統設計 作者：田素坤 第 26 頁 共 31 頁圖 21 自動鉆床動作流程圖鉆床控制系統的手動操作包括 PLC 電源的啟動和總電路刀開關 QK 的接通。飲水思源，師恩難忘，再次衷心感謝教育、指導我的老師們