【正文】 共 31 頁列出主軸系統(tǒng)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(jù)液壓缸各運動階段負載計算結(jié)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(tǒng)負載及速度簡圖 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(nóng)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(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)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(jù)液壓設備的類型來確定，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(zhuǎn)強度約束條件： ][TTWM????式中：τ T—— 軸的扭轉(zhuǎn)應力（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(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)代入公式中可計算出 WT=5739 ，所以可以計算3m出鉆床主軸的扭轉(zhuǎn)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(jù)對軸的強度、剛度、耐磨性等要求，以及為實現(xiàn)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(jīng)濟合理。 切削力的計算 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(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(nèi)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(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 7 頁 共 31 頁在于它更加適應工業(yè)現(xiàn)場和市場要求。主軸旋轉(zhuǎn)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(qū)動液壓泵 。鉆頭加工運動包括旋轉(zhuǎn)切削運動和鉆頭直線進給運動。執(zhí)行系統(tǒng)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(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。長期以來我國的機械機械制造工業(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(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；（4）精度不高，工件裝夾費時；（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)鉆床進行結(jié)構(gòu)改進。所以，本文研究的是基于 PLC 的臺式鉆床控制系統(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計。 學 士 學 位 論 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(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)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(tǒng)和 PLC 控制系統(tǒng)將其改造成為自動鉆床。 我們可以通過對鉆床機構(gòu)的改造來實現(xiàn)自動化控制的要求，提高產(chǎn)品的加工精度及質(zhì)量；通過導入先進的控制系統(tǒng)來進行自動操控，從而實現(xiàn)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(zhuǎn)運動，也要作軸向的進給運動。根據(jù)生產(chǎn)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(zhuǎn)鉆床主要部分的動作流程圖如下（圖 21）： 圖 21 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計機械執(zhí)行系統(tǒng)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(jù)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(qū)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(jīng)濟性（三）繪制傳動系統(tǒng)運動簡圖根據(jù)以上分析，確定傳動系統(tǒng)的運動簡圖如下（圖 23）：23 傳動系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微型計算機控制技術(shù)，使之功能不斷增強，逐漸適合復雜的電氣控制系統(tǒng)。機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。其結(jié)構(gòu)圖如圖 31 示： [20]根據(jù)普通臺式鉆床的進給系統(tǒng)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(tǒng)如圖 32所示：圖 32 自動鉆床的進給系統(tǒng)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(jù)設計任務可知，生產(chǎn)工件時，要求生產(chǎn)率為 3 把/分鐘，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。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(zhuǎn)進給量（ mm） —— 修正系數(shù)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(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)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(zhuǎn)進給量 (mm) —— 修正系數(shù)f pk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， =，所以可分別計算出切削轉(zhuǎn)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(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)設計 作者：田素坤 第 14 頁 共 31 頁根據(jù)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?？焱藭r，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(tǒng)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(nèi)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(nèi)徑 =117 。計算公式及計算結(jié)果列于表 35 中。自動鉆床液壓進給系統(tǒng)控制原理圖如圖 38 示。計算出的 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，pPaMpP因為系統(tǒng)在各種工況的過度階段出現(xiàn)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(guān)數(shù)據(jù)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(tǒng)設計的前提。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 24 頁 共 31 頁而采用 PLC 進行控制可以提高機器的運轉(zhuǎn)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(tǒng)控制流程自動鉆床進給系統(tǒng)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(tǒng)改造及其進給系統(tǒng)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(tǒng)的手動操作包括 PLC 電源的啟動和總電路刀開關(guān) 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