【正文】 液壓泵的選擇 液壓泵的最高工作壓力可按下式計(jì)算 [3]： ??? PPPp ?1 （ ） 式中， pP —— 液壓泵的最高工作壓力 1P —— 液壓缸的最大工作壓力；查表 1P = aMP P?? —— 進(jìn)油管路總壓力損失；初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取 aMP ～ aMP ，復(fù)雜系統(tǒng)可 取 aMP ～ aMP 。取 P?? = aMP 。 根據(jù)上式及數(shù)據(jù)值，可計(jì)算出 pP = aMP 。計(jì)算出的 pP 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，因?yàn)橄到y(tǒng)在各種工況的過度階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力 nP 應(yīng)滿足 (? ～ ) pP ，中低 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 25 頁(yè) 共 41 頁(yè) 壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。所以泵的額定壓力 nP 為： nP = pP = aMP （ ） 液壓泵的最大流量 pq 應(yīng)滿足下面公式： )q(Kq maxLP ?? （ ） 式中， pq —— 液壓泵的最大流量 ?maxq —— 同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正在進(jìn)行工作，需加上溢流閥的最小溢流量 2 min/L ～ 3 min/L ；查表 取?maxq = min/L ； LK —— 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 ? ～ ，式中取 ? ；所以計(jì)算出 pq ≥ min/L 。 根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [1]液壓泵產(chǎn)品樣本，選擇 YB112型，其額定壓力為 aMP ，排量 為 12 r/mL ,額定轉(zhuǎn)速為 960 min/r ，驅(qū)動(dòng)功率為2KW。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、壓力流量脈動(dòng)小、噪聲低和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 (a)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 2KW ，查電機(jī)樣本表可選液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)為： Y132S6。其額定功率為 3KW ，滿載轉(zhuǎn)速 為960 min/r 。 (b)液壓系統(tǒng)液壓閥的選擇 根據(jù)表 、壓力和設(shè)計(jì)中所選的背壓大小，所選液壓閥見液壓系統(tǒng)液元件明細(xì)表 。表中序號(hào)與 自動(dòng)鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)控制原理圖中序號(hào)一致。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 26 頁(yè) 共 41 頁(yè) 表 液壓系統(tǒng)液元件明細(xì)表 序號(hào) 元件名稱 最大通過流量（ min/L ） 型號(hào) 1 三位四通電磁換向閥 15 WE5E5/AW22050 2 二位二通電磁換向閥 15 3WE5E5/AW22050 3 調(diào)速閥 312FRM5/ min/L 5 二位三通電磁換向閥 15 4WE5E5/AW22050 6 溢流閥 100 BT03L32 7 溢流閥 100 BT03L32 8 溢流閥 100 BT03L32 9 定量葉片泵 YB112 10 過濾器 25 XU25 80J 備注：溢流閥 6 壓力調(diào)至 aMP ，溢流閥 7 壓力調(diào)至 aMP ，溢流閥 8 壓力調(diào)至 aMP (c)液壓系統(tǒng)油管的選擇 液壓傳動(dòng)中，常用的油管有鋼管、銅管、塑料管、尼龍管、橡膠軟管等 [3]。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和工作環(huán)境的不同選擇相應(yīng)的材料。本設(shè)計(jì)中，考慮到自動(dòng)鉆床的工作環(huán)境，油路管道選用鋼管。油管尺寸參照選用的液壓元件接口尺寸決定。 (d)液壓系統(tǒng)油箱的選擇 由以上計(jì)算可知，本液壓系統(tǒng)屬中低壓系統(tǒng)，所以在確定油箱容積時(shí)一般取液壓泵額定流量的 5～ 7倍。設(shè)計(jì)中取液壓泵額定流量的 7倍，故油箱容積為： V =7 = 查相關(guān)產(chǎn)品樣本油箱型號(hào)選擇： AB40330100N。其公稱容積為 100L 。 (e)液壓油的選擇 液壓系統(tǒng)中的工作油液具有雙重作用，一是作為傳遞能量的介質(zhì)，二是作為潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)零件的工作表面。要選擇液壓油時(shí)，一般要考慮的因素有：液壓油的粘度、液壓系統(tǒng)的工作壓力、環(huán)境溫度、運(yùn)動(dòng)速度和液壓泵的類型。綜合以上因素液壓油選擇普通液壓油，牌號(hào)為 46[3]。 活塞桿及活塞材料的選擇 活塞桿材料一般選用中碳鋼（如 45 號(hào)鋼），由于該設(shè)計(jì)為選用雙桿液壓缸，所以活塞桿材料選用 45 號(hào)鋼，需經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火處理，淬火深度為 。 活塞材料選用高強(qiáng)度的鑄鐵，選擇 HT200。 活塞桿與活塞的連接方式及活塞密封裝置的選擇 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 27 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 活塞桿與活塞連接方式及活塞密封方式圖 活塞和活塞桿的連接結(jié)構(gòu)有以下幾種，整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接，我們采用 的是卡環(huán)連接，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便?；钊盎钊麠U處的密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍的不同而選擇不同類型的密封圈。我們選用 O 型密封圈密封。 O 型密封圈密封原理是依靠 O 型密封圈預(yù)壓縮，消除間隙而實(shí)現(xiàn)密封。 O 型密封能隨壓力的增加而自動(dòng)提高密封件與密封表面的接觸應(yīng)力，從而提高密封作用，并且 O型密封圈可在磨損后自動(dòng)補(bǔ)償 [3]。（見圖 ） 液壓缸蓋與液壓缸連接方式及密封方式的選擇 液壓缸蓋與液壓缸采用法蘭連接。法蘭連接結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易加工，易裝卸。液壓缸蓋密封采用 組合式密封，并且在缸蓋內(nèi)側(cè)加非金屬材料導(dǎo)向環(huán)。 具體結(jié)構(gòu)見圖 示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 28 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 缸蓋與缸連接方式及缸蓋密封方式 本章小結(jié) 在本章節(jié)自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要包括機(jī)床主軸的設(shè)計(jì)的進(jìn)給液壓缸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是整個(gè)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn)。其中機(jī)床主軸設(shè)計(jì)中有關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)，為下面章節(jié)中的設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)，提供了方便；進(jìn)給液壓缸的設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提。 導(dǎo)向環(huán) U 型密封 防塵圈 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 29 頁(yè) 共 41 頁(yè) 4 專用鉆床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的分析 由圖 可知，主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括帶輪傳動(dòng)、主軸花鍵傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)已在第三章中介紹并作出了設(shè)計(jì)，所以本章介紹帶輪傳動(dòng)和主軸花鍵傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。 主軸花鍵傳動(dòng)主要是滿足主軸在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還能夠作軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在主軸花鍵設(shè)計(jì)中，主要是根據(jù)主軸的軸徑大小來(lái)選擇花鍵的尺寸 [4]。 主軸系統(tǒng)帶輪傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，設(shè)計(jì)包括 V帶的選擇和帶輪尺寸的設(shè)計(jì)。 主軸花鍵的設(shè)計(jì) 花鍵聯(lián)接，由帶有多個(gè)鍵齒的軸和轂孔組成，齒側(cè)面為工作面，可用于靜聯(lián)接和動(dòng)聯(lián)接。與鍵 聯(lián)接相比，花鍵聯(lián)接有更高的承載能力，較好的定心性和導(dǎo)向性；可實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)聯(lián)接；對(duì)軸的削弱也較小。 設(shè)計(jì)中軸上花鍵主要傳遞轉(zhuǎn)矩，并起到軸端的導(dǎo)向定心作用。根據(jù)表 31 主軸零件的選用，選用花鍵規(guī)格為：（ BDdN ??? ） 8 32 36 6 GB/T 11441987（ BDdN ??? 為齒數(shù)內(nèi)徑外徑齒寬）。主軸的行程為 100mm，查表 可確花鍵的長(zhǎng)度為 l =160mm。 表 花鍵長(zhǎng)度系列表 （ mm） 10 12 15 18 22 25 28 30 32 36 38 42 45 8 50 56 60 63 71 75 80 85 90 95 100 110 120 130 140 160 180 200 由于主軸材料為 45 鋼，加工后要調(diào)質(zhì)處理，主軸端花鍵與轂孔為滑動(dòng)聯(lián)接，所以花鍵尺寸公差選擇分別為： d 取 f7， D 取 a11，鍵寬 B 取 d10。鍵寬位置度公差取1t =,鍵寬對(duì)稱度公差取 2t =。 主軸電機(jī)選擇 根據(jù) 章節(jié)的計(jì)算可知，主軸切削功率 mP =。由于花鍵轂要與帶輪固定在機(jī)架上，取軸承傳動(dòng)效率為 、花鍵傳動(dòng)效率為 和 V帶傳動(dòng)效率為 ，所以可計(jì)算出電機(jī)要傳遞的最小功率 P 為 [7]： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 30 頁(yè) 共 41 頁(yè) 960980990 3 ... PP m ??? （ ） 所以可計(jì)算出 P = 。查電機(jī)樣品選取電機(jī)型號(hào)為： Y90L4。其額定功率為 ，滿載轉(zhuǎn)速為 1400 r/min。 V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)功率 cP 的計(jì)算 PKP Ac ? （ ） 式中： AK —— 工況系數(shù)；自動(dòng)鉆床一般為空載啟動(dòng)取 AK = P —— 傳遞功率；取電動(dòng)機(jī)額定功率 P = 計(jì)算出 cP = 。 選擇帶型 根據(jù) cP = ， 1n =1400 r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [6]選用 Z型 V 帶。 選取帶輪基準(zhǔn)直徑 1d 和 2d 由 章節(jié)中計(jì)算可知，主軸轉(zhuǎn)速 2n =850 r/min?？紤]到電機(jī)主軸直徑 D=24mm及 Z型 V帶的 mind =50mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [6]取 1d =80mm。 )(dnnd dd ??? 11212 （ ） 式中： 2d —— 鉆床主軸帶輪直徑； 1n —— 主軸電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速； 1n =1400 r/min 2n —— 鉆床主軸轉(zhuǎn)速 ； 2n =850 r/min 1d —— 鉆床主軸帶輪直徑； 1d =80mm ? —— 滑動(dòng)率；取 ? = 所以可計(jì)算出 2d =，圓整取標(biāo)準(zhǔn)值后取 2d =132mm。 驗(yàn)算帶速 V 帶速 V 的計(jì)算公式為： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 31 頁(yè) 共 41 頁(yè) 100060 11?? ndV d? （ ） 由以上確定的數(shù)值，代入可計(jì)算出帶速 V = s/m 。在 5～ 20 s/m 范圍之間，帶速合適。 確定 中心距 a 和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 dL 由帶輪直徑和自動(dòng)鉆床的機(jī)構(gòu)尺寸，初選中心距 0a =300mm。經(jīng)計(jì)算可知其符合 [6]： ( 1d + 2d )=＜ 0a ＜ 2( 1d + 2d )=424 （ ） 由帶長(zhǎng)計(jì)算公式可計(jì)算出 0dL ： 02122100 4 )()(22 addddaL ddddd ????? ?= （ ） 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [6]對(duì) Z 型帶選用基準(zhǔn)長(zhǎng)度 dL =1080mm，可由下式計(jì)算出實(shí)際的中心距 a 為： 791 8 684 21 .)dd(LA ddd ???? ? mm （ ） 3 3 88 212 ??? )dd(B dd mm （ ） 737 22 .BAAa ???? mm （ ） 驗(yàn)算小帶輪包角 1? ???????? 172357180 121 .a dd dd? （ ） 所以 1? ＞ 120176。，在要求的范圍之內(nèi)，包角合適。 本章小結(jié) 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括帶輪傳動(dòng)、 主軸花鍵傳動(dòng) 和液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) ，由于液壓傳動(dòng)已在第 3章中設(shè)計(jì)過，因此，本章節(jié)主要介紹了帶輪傳動(dòng)和 花鍵傳動(dòng) 的設(shè)計(jì)。這兩部分是鉆床主軸傳動(dòng)的主要部件。完成對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)鉆床設(shè)計(jì)已基本成形，剩下的任務(wù)就是對(duì)自動(dòng)鉆床進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，所以，下面章節(jié)將對(duì)鉆床控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 32 頁(yè) 共 41 頁(yè) 5 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） 自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)以 PLC 控制 與手動(dòng) 控制 相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn) ； （ 2） 從功能和經(jīng)濟(jì)角度對(duì)控制元件進(jìn)行選擇； （ 3）根據(jù)鉆床工作要求完成 PLC 控制編程； 可編程控制器 PLC 的簡(jiǎn)述 可編程控制器基本上由 中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出器件、電源及編程設(shè)備幾大部分組成 。 中央處理器是 PLC 的“大腦” ，它控制所有其它部件的操作，一般由控制電路、運(yùn)算器寄存器等組成。通過