【正文】 對(duì)于加工，該鉆削動(dòng)力頭可加工 的孔，工作形成是 200mm。 主軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度由于主軸的最小直徑（花鍵部分）是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來(lái)計(jì)算的，所以主軸滿(mǎn)足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。根據(jù)主軸的工作受力情況，選用合金鋼 20CrMnTi 作為主軸的材料。變頻三相異步電機(jī)可以提供不同轉(zhuǎn)速的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力，然后由同步帶輪和花鍵把轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力傳遞給主軸。37 / 53根據(jù)梯形圖寫(xiě)出指令程序，其指令語(yǔ)句表附錄 A 所示。設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)，圖 所示，1ST2ST 為限位開(kāi)關(guān)，SB 為啟動(dòng)按鈕，1YA3YA 為電磁閥，KT 為延時(shí)繼電器。要實(shí)現(xiàn)鉆削動(dòng)力頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制，必須設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的機(jī)械不僅和液壓回路系統(tǒng)的 PLC 控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中油液流動(dòng)情況為：變量液壓泵 8——單向閥 7——換向閥 6（左位）——液壓缸 1，2——調(diào)速閥 4——換向閥 6（左位）——油箱。如圖 所示。????得 2mini/?滿(mǎn)足低速要求。通過(guò)分析進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，把發(fā)送進(jìn)給動(dòng)作的信號(hào)裝置安裝在彈簧緩沖裝置內(nèi)，因?yàn)閺椈煽梢宰冃危?dāng)緩沖彈簧受到不同的軸向力時(shí)，彈簧的壓縮變形程度也不一樣，信號(hào)裝置可通過(guò)彈簧受到不同的力時(shí)的壓縮量不同而發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，控制系統(tǒng)受到信號(hào)，控制液壓缸的工作。已知大帶輪外徑為 。預(yù)緊力過(guò)大，會(huì)使同步到繃得太緊，軸所受到的壓軸力也會(huì)增大，軸承和同步帶的壽命都會(huì)降低。得 ==?（2） 帶型節(jié)距 b根據(jù) 和 周節(jié)制，查圖，取標(biāo)準(zhǔn)值 =，H 型同步帶。圖 日立牌 YVF 0OL8 變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī) 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方式帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)。本論文在鉆削動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)中，選用變頻調(diào)速三相異步電機(jī)作為主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。主?要加工 H 鋼，一般為 和 20 號(hào)鋼，硬度 HB230， =650MPa。第三種方案采用內(nèi)外結(jié)合的方式，即液壓缸置于主軸座外部，推動(dòng)內(nèi)部的主軸套筒帶動(dòng)主軸作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸座和箱體不動(dòng)。（1） 主運(yùn)動(dòng)方案選擇主運(yùn)動(dòng)，即旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)力源使用電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)比較廣泛。此外，也可以減少由零件的制造誤差形成的運(yùn)動(dòng)鏈的累計(jì)誤差。其3 / 53低價(jià)格在于僅針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)加工之特點(diǎn)與精度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，相對(duì)其它數(shù)控機(jī)床（如數(shù)控銑床、車(chē)床、鉆床）的設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，加工精度要求較低。在生產(chǎn)過(guò)程中，手動(dòng)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(dòng)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(wèn)題在于如何實(shí)現(xiàn)鉆床加工的自動(dòng)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(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。it is the hydraulic return circuit and PLC control system design that pose the control system。采用模 塊化的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)一種數(shù)控平面 鉆床自控行程鉆削動(dòng)力頭 ，要求運(yùn) 動(dòng)行程可控，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，合理；制造成本低、鉆削過(guò)程簡(jiǎn)單 ，可使 鉆頭快速接近工件，鉆完快速自動(dòng)返回。本課題的目的在于以自控行程鉆削動(dòng)力頭為研究目標(biāo)，主要解決當(dāng)前 H 鋼的鉆孔加工專(zhuān)用鉆削動(dòng)力頭。在機(jī)床加工中鉆床的加工工作量在總制造工作量中占有很大的比重。地下工程的鋼樁及支護(hù)結(jié)構(gòu)。目前，電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)使用最廣泛，但是應(yīng)結(jié)合具體情況靈活選擇。（2） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案選擇6 / 53 外置液壓缸鉆削動(dòng)力頭數(shù)控平面鉆床液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的方案設(shè)計(jì)，主要在于確定動(dòng)力頭的液壓進(jìn)給方式。PLC 控制系統(tǒng)的可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等特點(diǎn)。184WCrV設(shè)計(jì)參數(shù)主要是由規(guī)定的工件最大孔徑鉆削參數(shù)來(lái)確定的。如圖 所示。同步帶（又稱(chēng)為同步齒形帶），以鋼絲繩為抗拉層，外面包覆聚氨醋或氯丁橡膠而組成。（8） 大帶輪節(jié)圓直徑 2d ????查標(biāo)準(zhǔn)表取 = mm2（9） 初定中心距 0a由公式： ()()dad???得： 為使結(jié)構(gòu)緊湊，減小體積，盡量縮小中心距。張緊效果如圖 所示。深溝球軸承可同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨(dú)承受軸向載荷，能在高速下正常工作。 液壓缸的選用根據(jù)動(dòng)力頭的進(jìn)給情況，選擇單杠活塞式液壓缸作為軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。因?yàn)樵诠ぷ鬟^(guò)程中彈簧受有沖擊、振動(dòng)，所以選用 II 類(lèi)彈簧。其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓進(jìn)給系統(tǒng)部分，包括液壓缸、主軸活塞、液壓缸以及彈簧緩沖裝置。（4）.快退延時(shí)開(kāi)關(guān)停頓一定時(shí)間后合閉，使 2YA 啟動(dòng)，換向閥處于右位，開(kāi)始作快退動(dòng)作。2KA2A圖 鉆削動(dòng)力頭電氣原理圖（3）暫停經(jīng)過(guò)端子板進(jìn)行位置檢測(cè)，當(dāng)鉆頭進(jìn)給到一定深度或鉆頭工件時(shí)， 開(kāi)關(guān)接通，2SQ繼電器 KT 得電使開(kāi)關(guān) KT 斷開(kāi)導(dǎo)致各支路斷開(kāi)，各開(kāi)關(guān)復(fù)位，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)停止。鉆削動(dòng)力頭的動(dòng)作順序如表 所示。主軸的設(shè)計(jì)也和其他零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算量方面的內(nèi)容。安裝在主軸與活塞套之間的軸承，不但受到軸向力，還受到徑向力。由公式 ??式中：d——軸的直徑，mm；T——軸所傳遞的扭矩，在此處 T=M= ；Nm?——許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，查表得 ，取 ；p? 35~pMPa??40pPa??40 / 53得 ???取主軸最小徑為 d=32mm。Nm?Nm?——載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取 =；? ?Z——花鍵的齒數(shù)，z=8；——花鍵齒的工作長(zhǎng)度，mm；根據(jù)工作行程，取 =200mm；l lh——花鍵齒側(cè)面的工作高度，矩形花鍵 ，?????其中 C 為花鍵倒角，C=；——花鍵的平均直徑，矩形花鍵 。對(duì)于維修，該鉆削動(dòng)力頭的各零部件的哦經(jīng)過(guò)校核，符合所需要的壽命與受力條件。綜合上述，主軸選用 7008AC 型角接觸球軸承，采用反裝的方式安裝。前端頭部尺寸為標(biāo)準(zhǔn)化，尺寸較大；尾部為花鍵部分，把最小軸徑部分設(shè)計(jì)在花鍵部分，查表準(zhǔn)選擇 的花鍵；8326??根據(jù)主軸的結(jié)構(gòu)及工作條件，主軸尺寸前端大到后端逐漸減小的原則，設(shè)計(jì)為階梯軸。螺母擋圈的作用是在主軸活塞退回時(shí)，擋圈擋住后端軸承，把主軸拉回來(lái)，可承受最小工作軸向力。根據(jù)鉆削動(dòng)力頭的總體方案設(shè)計(jì)，主軸上零件的裝配，如圖 所示。按下啟動(dòng)按鈕 SB，403 閉合，輸出繼電器 431 得電，驅(qū)動(dòng)電磁閥 1YA，使動(dòng)力頭快進(jìn)，同時(shí)，輸出繼電器 431 的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，自鎖。但在惡劣的工作環(huán)境下，電氣控制系統(tǒng)的元器件和線(xiàn)路容易老化，老化后更換也不方便。它把計(jì)算機(jī)的功能完備，靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器接觸器控制系統(tǒng)的操作方便、價(jià)格低、簡(jiǎn)單易懂等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，成為一種適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并獨(dú)具一格地采用以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語(yǔ)言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使變成方法和程序輸入更加簡(jiǎn)便，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握其使用技術(shù)。圖 液壓進(jìn)給系統(tǒng)工作循環(huán)圖 液壓進(jìn)給系統(tǒng)工作原理根據(jù)快進(jìn)——工進(jìn)——暫?！焱恕纪Ｖ沟膭?dòng)作，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)回路，如圖 所示。 1npPh??3501/2Nm?計(jì)算有效圈數(shù)=39。??將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式，得 6280/???由于液壓缸的工作壓力 P= 5MPa，查表 52 得 ，那么???（d——活塞桿直徑，D——液壓缸直徑）。如圖 所示。所以選用圓錐滾子軸承比較適合；圓錐滾子軸承可同時(shí)承受載荷及軸向載荷。帶輪的各參數(shù)，如表 所示,表 同步帶輪的各尺寸參數(shù)項(xiàng)目 大帶輪 小帶輪齒輪 z 60 20節(jié)徑 mm外徑 0 mm mm齒高 .5rh? mm mm齒頂厚 mm mm節(jié)距 .3bP? mm mm齒半角 齒頂圓角半徑 mm mm齒根圓角半徑 20.? mm mm兩倍節(jié)跟距 ? mm mm帶輪寬度 mm mm注：表中各尺寸詳見(jiàn)附圖 5.18 / 53 同步帶輪的張緊和帶輪的安裝 (1) 同步帶輪的張緊同步帶傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間以后，會(huì)因?yàn)閹У乃苄宰冃魏湍p而松弛。齒形帶傳動(dòng)，帶速可達(dá) 50m/s，傳動(dòng)比可達(dá) 10，傳遞功率可達(dá) 200kw。由傳動(dòng)效率公式 MP 1234=????式中： 總傳動(dòng)效率；?主軸軸承的傳動(dòng)效率， =；1 1? 主軸花鍵的傳動(dòng)效率， =；2 2帶傳動(dòng)效率， =；3?3帶輪軸承的傳動(dòng)效率， =。 由切削功率公式 32106MnP????式中： 鉆削過(guò)程中所需要的功率，KW；M n鉆頭的轉(zhuǎn)速，n=230r/min； M鉆削扭矩，M= 。主軸進(jìn)給的工進(jìn)行程由安裝在主軸尾部的端子板行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制，由端子板行程開(kāi)關(guān)從主軸工進(jìn)開(kāi)始時(shí)通過(guò)判定主軸的工進(jìn)距離，當(dāng)鉆頭鉆透或者鉆到一定距離的時(shí)候，主軸暫停預(yù)定時(shí)間后快速退回。內(nèi)置 是指為鉆削動(dòng)力頭提供軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的液壓缸置于動(dòng)力頭內(nèi)部，與主軸套筒合為一個(gè)整體。該鉆削動(dòng)力頭采用雙液壓對(duì)稱(chēng)布置在主軸兩側(cè)，為主軸提供對(duì)稱(chēng)的軸向力，避免了主軸受到側(cè)向顛覆力。采用數(shù)控平面鉆床鉆削動(dòng)力頭實(shí)現(xiàn) H 鋼的孔加工是較為理想的加工方式之一。在鉆孔加工時(shí)其最關(guān)鍵的孔位定位由微機(jī)控制進(jìn)行自動(dòng)、準(zhǔn)確、快速定位。這不僅有助于提高鉆床加工的自動(dòng)化，而且對(duì)于滿(mǎn)足生產(chǎn)效率要求越來(lái)越高也具有重要意義。通 過(guò)以上各模塊的設(shè)計(jì)，使主 軸在自控行程進(jìn)給時(shí)能達(dá)到“ 快 進(jìn)工進(jìn) 停留快退停止” 的功能。主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng) 系統(tǒng)主要是選擇主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng) 方式和進(jìn)行與主運(yùn)動(dòng)相關(guān)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算；進(jìn)給系統(tǒng)主要對(duì)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與軸向進(jìn)給的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)主要是液壓控油回路與 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行整體零部件的布置和主軸及相關(guān)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算。數(shù)控平面鉆床自控行程的鉆削動(dòng)力頭。高精度 機(jī)床針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)加工設(shè)計(jì)，采用微機(jī)控制。由于 H 型鋼的大量使用，H 鋼的鉆孔加工已成為鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)和平面一般運(yùn)動(dòng)的構(gòu)建以及偏心的回轉(zhuǎn)構(gòu)建的慣性力和慣性力矩較大，在選擇機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡可能考慮機(jī)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，以減少運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的動(dòng)載荷和振動(dòng)。，為液壓缸外置鉆削動(dòng)力頭。數(shù)控平面鉆削液壓進(jìn)給鉆削動(dòng)力頭的進(jìn)給行程采用 PLC 控制，液壓缸進(jìn)給的時(shí)候通過(guò)彈簧緩沖裝置內(nèi)的感應(yīng)信號(hào)器判斷彈簧受力壓縮的范圍來(lái)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)給 PLC系統(tǒng)，PLC 系統(tǒng)收到信號(hào)后可控制液壓回路系統(tǒng)，使主軸座工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。MKMK得鉆削動(dòng)力頭的鉆削扭矩為 3010MXYCdf??????? 切削功率計(jì)算切削功率指的是動(dòng)力頭在鉆削工作時(shí)所需要的功率。根據(jù)鉆削動(dòng)力頭切削功率的計(jì)算已知 = 。從整體上看，該傳動(dòng)方案滿(mǎn)足本論文所設(shè)計(jì)的鉆削動(dòng)力頭。sb（16）作用在軸上的力 pF帶上的圓周力 ???壓軸力?綜合上述，選擇同步帶型號(hào)為 H根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)，分析大帶輪工作狀況，可知大帶輪既受徑向力又受軸向力；徑向力主要是同步帶的預(yù)緊力，軸向力主要是花鍵的摩擦力。按傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)分析，液壓缸的活塞桿可以直接與主軸活塞鏈接，直接推動(dòng)主軸活塞運(yùn)動(dòng)的了；但是從工作受力條件來(lái)看，由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是可實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速進(jìn)給的，且液壓缸驅(qū)動(dòng)力很大，所以在液壓活塞桿與主軸活塞套筒之間連接一個(gè)緩沖裝置，可以減小液壓缸受到較大的沖擊。 主要尺寸的確定根據(jù)主要參數(shù)計(jì)算的切削力，確定液壓缸提供的最大推力為 ，那么每160FN?個(gè)液壓缸的最大推力為 ，由此來(lái)計(jì)算液壓缸的有效面積，由液壓缸輸出max80FN?推力公式 2()4PDd????化簡(jiǎn) /??23 / 53 /FPA??得 max式中： A——液壓缸有效面積， ；2 ——液壓缸最大推力，N；maxF P——液壓缸的工作壓力，查表 ，取 P=； ——液壓缸總效率， =。dP??初步計(jì)算彈簧剛度：=39。液壓進(jìn)給系統(tǒng)的進(jìn)給動(dòng)作順序?yàn)椋嚎爝M(jìn)——工進(jìn)——暫停——快退——原始停止。32 / 536. PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)分析PLC（Programmable logic Controller 可編程控制器），是一種用軟件手段來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制功能、以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器。在一般的情況下，大多采用電氣控制。動(dòng)力頭在原位時(shí)，碰著1ST，輸入繼電器常開(kāi)觸點(diǎn) 400 閉合，輔助繼電器 100 得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。所謂裝配方案，就是預(yù)定出主軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。螺母擋圈適用于零件的軸向固定，可以承受較大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應(yīng)力集中，所以設(shè)計(jì)主軸尺寸時(shí)應(yīng)盡量減低螺紋部分的盈利集中。依據(jù)軸上不同部位，設(shè)計(jì)主軸的尺寸。在進(jìn)給時(shí)由前端的軸承把力傳遞給主軸，在后退時(shí)由后端的軸承把力傳遞給主軸，除了主軸的頭部，主軸的其余部分在進(jìn)給或后退時(shí)所受的軸向力均為拉力。只需 2 年一小修，8 年一大修，平時(shí)合理使用潤(rùn)滑油，注意保養(yǎng)即可。md 4md?得 3210mTPzhld????15[]MPaPa??? 主軸軸承 主軸軸承的選用由前面的主軸零件裝配方案與主軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，已知主軸需要用內(nèi)徑為 40mm 的角接觸球軸承。根據(jù)軸上擬裝的零件，分析主軸工作受力情況，確認(rèn)主軸最小徑為花鍵軸段部分。為了滿(mǎn)足受力條件，選用角接觸球軸承。鉆削動(dòng)力頭主軸的