【正文】 （5） 自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)以PLC與手動(dòng)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)； 自動(dòng)鉆床的工藝路線分析與確定與傳統(tǒng)臺(tái)式鉆床的加工工藝路線相比較，改造后的全自動(dòng)鉆床基本動(dòng)作有很大的調(diào)整，這其中主要是導(dǎo)入了自動(dòng)化加工動(dòng)作。 自動(dòng)專用鉆床已知條件和設(shè)計(jì)要求的概述本文對(duì)普通臺(tái)式鉆床的自動(dòng)化改造及進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以某五金工具廠鋼絲鉗生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造為背景。2 自動(dòng)鉆床的總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)的構(gòu)思和方案擬定關(guān)系到產(chǎn)品的功能是否齊全、性能是否優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)效益是否顯著，因此，我們要確定良好的總體方案設(shè)計(jì)思想，保證產(chǎn)品的功能、經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用性能。提出當(dāng)前金屬切削加工中存在的一些問題，以及針對(duì)鉆床加工現(xiàn)存的缺點(diǎn)作出剖析，提出對(duì)傳統(tǒng)鉆床改造的必要性和可行性，并對(duì)改造的任務(wù)和目標(biāo)作出簡(jiǎn)述。進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是解決主軸高速旋轉(zhuǎn)與軸向進(jìn)給兩個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)；進(jìn)給系統(tǒng)液壓缸設(shè)計(jì)包括液壓缸的設(shè)計(jì)、液壓缸與主軸的配合和液壓缸油路控制； PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是通過應(yīng)用PLC控制程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓油路的動(dòng)作控制及鉆床加工過程的動(dòng)作控制。研究的主要內(nèi)容是普通臺(tái)式鉆床傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、進(jìn)給系統(tǒng)液壓缸的設(shè)計(jì)和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等四個(gè)方面。（5）控制系統(tǒng) 當(dāng)前機(jī)床控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)數(shù)控、繼電器電氣控制和PLC控制等，由于繼電器電氣控制系統(tǒng)，其聯(lián)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，維修困難，故障率高，經(jīng)常影響正常生產(chǎn)，計(jì)算機(jī)數(shù)控造價(jià)高、系統(tǒng)復(fù)雜，而PLC控制系統(tǒng)可靠性好、造價(jià)低、抗干擾能力強(qiáng)、柔性好、編程簡(jiǎn)單、使用方便、擴(kuò)充靈活、功能完善，所以我們利用PLC控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)和送料系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)的控制。（4）送料系統(tǒng) 在生產(chǎn)過程中，鉆床的送料主要由人工輸入，這使得投入了大量的生產(chǎn)力，消耗了大量的工時(shí)，使的生產(chǎn)率不高，為此我們通過導(dǎo)入自動(dòng)送料系統(tǒng)來減少生產(chǎn)力的投入和工時(shí)的消耗。（3）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。機(jī)床加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由花鍵傳入，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則由齒輪通過齒條帶動(dòng)套筒在鑲套內(nèi)運(yùn)動(dòng)。主軸在加工時(shí)即要作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也要作軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為了解決問題和便于設(shè)計(jì)改造，我們將鉆床分為傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)、送料系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五個(gè)部分，下面分別對(duì)各部分的問題提出解決方案：（1）傳動(dòng)系統(tǒng) 為滿足改進(jìn)后的加工及工作要求，在作出相應(yīng)的計(jì)算后對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。經(jīng)過分析，我們可以從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)兩方面去考慮。 問題的分析以及解決方案當(dāng)前傳統(tǒng)鉆床問題的存在主要在于自動(dòng)化程度、生產(chǎn)效率、工作環(huán)境及產(chǎn)品質(zhì)量。長(zhǎng)期以來我國(guó)的機(jī)械機(jī)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(shí)存在許多的不足之處：（1）自動(dòng)化程度不高.，難以進(jìn)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(cuò)；（4）精度不高，工件裝夾費(fèi)時(shí)；（5）加工產(chǎn)品質(zhì)量不高；針對(duì)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(duì)傳統(tǒng)鉆床進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。鉆床為孔加工機(jī)床，按其結(jié)構(gòu)形式不同可以分為搖臂鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床、多軸鉆床等。所以我們要不斷學(xué)習(xí)和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，大力發(fā)展研究，推動(dòng)我國(guó)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。就現(xiàn)狀看，主要表現(xiàn)在：我國(guó)機(jī)床工業(yè)起步晚、技術(shù)不成熟；大部分高精度和超精度機(jī)床的性能還不能滿足要求，精度保持度也差，特別是高效自動(dòng)化和數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量、技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。隨著機(jī)械工業(yè)的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的機(jī)械制造行業(yè)正朝著自動(dòng)化、精密化、高效率和多樣化的方向發(fā)展。在現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)中，隨著加工零件方式多樣化及工藝合理化的發(fā)展的要求，加工零件的方法也呈現(xiàn)出多樣化，如：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓和輥軋等，在這其中機(jī)床切削加工的工作量約占總制造工作量的40%～60%(%),所以在目前的機(jī)械制造行業(yè)中金屬切削機(jī)床是主要的加工設(shè)備。關(guān)鍵詞 自動(dòng)鉆床；液壓進(jìn)給系統(tǒng)；PLCI緒論 問題分析及其對(duì)策 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r金屬切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法，是機(jī)械制造行業(yè)中最基本的加工方法，金屬切削加工過程是由金屬切削機(jī)床來實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)給液壓缸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制油路的設(shè)計(jì)；PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)工作要求和控制需要，選擇電氣元件和編寫控制程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)鉆床的控制。設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于通過導(dǎo)入液壓進(jìn)給系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)，改造后的鉆床能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)、改善產(chǎn)品的加工質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率；降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量；鉆床系統(tǒng)能夠工作平穩(wěn)，滿足工作要求；經(jīng)濟(jì)因素合理。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書鉆床的自動(dòng)化改造及進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本文主要介紹了臺(tái)式鉆床的改造和設(shè)計(jì)，通過導(dǎo)入液壓進(jìn)給系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)將臺(tái)式鉆床改造為自動(dòng)鉆床，并可通過PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。設(shè)計(jì)過程按照機(jī)床的一般設(shè)計(jì)步驟先進(jìn)行總體方案的確定，然后再分別對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于進(jìn)給系統(tǒng)液壓缸的設(shè)計(jì)和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。改造后的鉆床，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器。而機(jī)床的技術(shù)性能又直接影響機(jī)械制造行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，所以為了提高國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平，必須對(duì)機(jī)床的發(fā)展作出新的要求。我國(guó)機(jī)床工業(yè)自1949年建立以來，雖然在短短的時(shí)間內(nèi)取得了很大的成就，但與世界先進(jìn)水平相比還有較大的差矩。%，%（至1990年底）；我國(guó)數(shù)控機(jī)床基本上是中等規(guī)格的車床、銑床和加工中心等，而精密、大型、重型或小型數(shù)控機(jī)床還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求；另外我國(guó)機(jī)床在技術(shù)水平和性能方面的差矩也很明顯，機(jī)床理論和應(yīng)用技術(shù)的研究也明顯落后。 問題的提出由以上現(xiàn)狀分析我們可以看出，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。主要用來進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、攻絲等。通過對(duì)傳統(tǒng)鉆床手動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)及人工送料系統(tǒng)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及工作量。在生產(chǎn)過程中，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)問題。通過對(duì)鉆床機(jī)構(gòu)的改造來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的要求，提高產(chǎn)品的加工精度及質(zhì)量；通過導(dǎo)入先進(jìn)的控制系統(tǒng)來進(jìn)行自動(dòng)操控，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，便于導(dǎo)入到其它生產(chǎn)流程中去。（2）進(jìn)給系統(tǒng) 傳統(tǒng)的鉆床主軸進(jìn)給系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條和軸承等組成。機(jī)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。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的要求，主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改進(jìn)主要有：主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)依然由電動(dòng)機(jī)傳入，而進(jìn)給則由液壓傳動(dòng)替代手動(dòng)的齒條傳動(dòng)，通過液壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給動(dòng)作。為了便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，工件夾緊由夾具完成，動(dòng)力源由夾緊液壓缸導(dǎo)入，通過液壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作的自動(dòng)化。自動(dòng)送料系統(tǒng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)要根據(jù)生產(chǎn)的需求作出相應(yīng)的設(shè)計(jì)需求，動(dòng)力源可由電機(jī)或液壓系統(tǒng)傳入，二者均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 本文研究的內(nèi)容及目標(biāo) 本文主要是通過應(yīng)用機(jī)床設(shè)計(jì)的一般方法對(duì)傳統(tǒng)鉆床的機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及改進(jìn)。其中重點(diǎn)在于進(jìn)給系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)液壓缸和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。我們通過對(duì)傳統(tǒng)臺(tái)式鉆床的改進(jìn)及設(shè)計(jì)，要達(dá)到的目標(biāo)在于通過改進(jìn)鉆床能夠?qū)崿F(xiàn)工作自動(dòng)化，最終能滿足以下要求：（1）能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，改善產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率；（2）降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量；（3）鉆床系統(tǒng)工作平穩(wěn)，滿足工作要求；（4）經(jīng)濟(jì)因素合理； 本章小結(jié)本章節(jié)主要對(duì)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)作了簡(jiǎn)單的總概括，并對(duì)機(jī)床切削加工作出分析。通過對(duì)改造任務(wù)和目標(biāo)簡(jiǎn)述，為設(shè)計(jì)方案的確定了設(shè)計(jì)對(duì)象。　總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：（1） 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ；（2） 原動(dòng)機(jī)類型的選擇和傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)；（3） 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)；（4） 總體布局設(shè)計(jì)；（5） 輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；為了完成普通臺(tái)式鉆床的改造及進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們依循機(jī)床設(shè)計(jì)的一般步驟確定自動(dòng)鉆床的總體方案設(shè)計(jì)。已知：加工對(duì)象為鋼絲鉗，加工工序?yàn)樵阡摻z鉗上鉆削直徑為φ12mm（鉆床最大鉆削直徑）的通孔，鋼絲鉗材料為Q235。結(jié)合設(shè)計(jì)及生產(chǎn)要求，確定工藝路線如下：?jiǎn)?dòng)（電源及控制模塊）→自動(dòng)送料→自動(dòng)夾緊→主軸快進(jìn)→主軸工進(jìn)→主軸停留→主軸快退→夾具松開→出料→為了完成自動(dòng)化加工，自動(dòng)鉆床按照上述工藝路線進(jìn)循環(huán)行動(dòng)作來完成成批工件的加工過程。機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的核心，是整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。 執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)功能原理設(shè)計(jì)決定產(chǎn)品的技術(shù)水平、工作質(zhì)量、傳動(dòng)方案、結(jié)構(gòu)型式、制造成本等。普通臺(tái)式鉆床的改造主要是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能。 執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)之進(jìn)給油缸設(shè)計(jì)，也就是用液壓缸驅(qū)動(dòng)來替代手動(dòng)進(jìn)給。鉆頭加工運(yùn)動(dòng)包括旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)和鉆頭直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下圖示（圖22）：主軸直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)圖22 自動(dòng)鉆床運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式設(shè)計(jì)在進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循以下原則：滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)要求、盡量簡(jiǎn)化和縮短運(yùn)動(dòng)鏈、盡量減小機(jī)構(gòu)尺寸、選擇合適的運(yùn)動(dòng)副形式、考慮動(dòng)力源的形式、使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力和動(dòng)力特性、使機(jī)械具有調(diào)節(jié)某些運(yùn)動(dòng)參數(shù)的能力和保證機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。 執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則：滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作先后的順序性要求、滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作在時(shí)間上的同步性要求、滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求、 滿足各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在操作上的協(xié)同性要求、各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作安排要有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的的布置要有利于系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)和效率的提高。 執(zhí)行系統(tǒng)方案評(píng)價(jià)與決策自動(dòng)鉆床執(zhí)行系統(tǒng)在功能上能滿足鉆床加工的工作要求，主軸帶輪傳動(dòng)能起到過載保護(hù)作用。 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)選擇 原動(dòng)機(jī)選擇由自動(dòng)鉆床執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律我們可以選擇原動(dòng)機(jī)。 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)(一) 確定傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比全自動(dòng)鉆床的總傳動(dòng)比的確定要建立在計(jì)算切削力和傳動(dòng)效率的基礎(chǔ)上，當(dāng)確定自動(dòng)鉆床的工作功率后，查表選擇電動(dòng)機(jī)，對(duì)照鉆床的工作參數(shù)確定總傳動(dòng)比（主軸系統(tǒng)總傳動(dòng)比在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)計(jì)算后確定）。PLC即可編程控制器，其英文全稱為 Programmable Controller。經(jīng)過30多年的發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)成為最重要、最可靠、應(yīng)用場(chǎng)合最廣泛的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。PLC的主要功能有：順序控制、數(shù)據(jù)處理、邏輯控制、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、記數(shù)控制、通訊與聯(lián)網(wǎng)、定時(shí)控制。 另外PLC作為現(xiàn)代最重要、最可靠、應(yīng)用場(chǎng)合最廣泛的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，其具有以下特點(diǎn)： （1）可靠性高 ；（2）編程容易，易于使用；（3）控制功能極強(qiáng)；（4）擴(kuò)展及與外部連接極為方便；（5）通用性好、體積小、使用靈活；（6）設(shè)計(jì)施工和調(diào)試的周期短；結(jié)合以上PLC的特點(diǎn)，我們?cè)诳刂葡到y(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)選擇PLC作為主要的控制方式，另外根據(jù)實(shí)際的工作要求，配合適當(dāng)?shù)氖謩?dòng)控制元件。工藝分析和工件的形狀、尺寸及重量，在很大程度上左右著機(jī)床的布局形式。同時(shí)還導(dǎo)入了液壓夾緊系統(tǒng)：考慮到臺(tái)式鉆床固定不動(dòng)，可變動(dòng)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)總體布局的協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)過程中可根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和實(shí)際的鉆床工作需求進(jìn)行輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。章節(jié)中主要對(duì)自動(dòng)鉆床總體方案中的工藝路線、執(zhí)行系統(tǒng)方案、傳動(dòng)系統(tǒng)方案和