【正文】 方向沿鉆床主軸方向，大小與進給切削力 相fF互抵消。fF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。T?aMP由于[ ]=35 ，顯然 ≤[ ]，所以，軸滿足強度要求。負載中工作阻力為鉆床的軸向切削力，系統(tǒng)摩擦阻力在機械效率中考慮，軸承傳動效率取 ，花鍵傳動效率取 ，液壓傳動效率取 ，所以計算出整下系統(tǒng)的機械效率 η 為：η==系統(tǒng)要克服的重力有鉆床主軸重力和液壓缸活塞桿重力，鉆床主軸重力可按下式計算：查《機械設計手冊》鋼材密度取 ，主軸體積 V 為：3??mt92104?ldV?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 15 頁 共 31 頁式中： V——主軸體積（m 3） d——主軸直徑 (mm) ，取 40mm l——主軸長度（ mm），取 550mm所以主軸重力 為：主 軸G主 軸= gV???式中： V——主軸體積（m 3） ρ——主軸材料密度（ ） g——重力加速度（ ），取 10 ——主軸重3??k 2?s2?ms主 軸G力（N） [13]計算出主軸重量 =，現(xiàn)取整主 軸G個系統(tǒng)要承受的重力 =200N。 [7]工進時，液壓缸要克服工作阻力（主軸軸向切削力）和系統(tǒng)摩擦力，此時系統(tǒng)重力起到動力作用。快退時，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。1PaM(二)確定液壓缸的類型及主要結構尺寸根據(jù)設計的要求和鉆床主軸的運動規(guī)律，選擇雙桿活塞缸，活塞桿為中空桿，以便主軸穿過；活塞桿兩端裝有軸承，以固定主軸。缸筒固定式雙桿活塞缸簡圖如下（圖 37）：圖 37 缸筒固定式雙桿活塞缸結構簡圖自動鉆床在完成工進后，為了防止在鉆通要加工的孔后主軸突然前沖，我們要在回油路上安裝背壓閥。2PaM表 34 液壓缸參考背壓系統(tǒng)類型 背壓 （ ）2PaM回油路上有節(jié)流閥的調速系統(tǒng) ～回油路上有調速閥的調速系統(tǒng) ～回油路上裝有背壓閥 ～帶補油泵的閉式回路 ～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 18 頁 共 31 頁由表 31 主軸零件選用表可知，活塞桿兩端要裝軸承。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 。圓整后取 =125 。即保證液壓缸的有效工作面積要大于或等于保證最小穩(wěn)定速度時的最小有效面積 。（三）液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率計算根據(jù)液壓缸的負載圖和速度圖以及上述液壓缸的計算數(shù)值，可以計算出液壓缸工作各階段的壓力、流量和功率。計算公式及計算結果列于表 35 中。因此計算液壓缸工作各階段的壓力、流量和功率如下表示（表 35）：表 35 液壓缸所需的實際流量、壓力和功率進油壓力 回油壓力 所需流量 輸入功率工作循環(huán) 計算公式 jP（ ）aMn（ ）aPq（ min/L）P（ ）kw主軸快進j= nAFq=VP= jP 主軸工進j= +nAFq=VP= jP 主軸快退j= +nAFq=VP= jP 注：表中 A 為液壓缸有效面積，V 為各階段穩(wěn)定速度?？爝M和工進時進給液壓缸上油缸進油下油缸出油，而快退時進給液壓缸下油缸進油上油缸出油，因此液壓控制時只需一次換向。 [10]由于快進快退和工進時的速度不一樣，所以系統(tǒng)要有調整裝置。自動鉆床液壓進給系統(tǒng)控制原理圖如圖 38 示。工進時，電磁鐵 1Y、3Y 和 4Y 得電，三位四通電磁閥 6 接入左位，二位二通換向閥 7 接入左位，二位三通電磁閥 6 位入左位，液壓泵 3 供油經調整閥 8進入液壓缸 9 上腔，回油經三位四通電磁閥 二位三通電磁閥 6 和溢流閥 4回油箱。停留時間由 PLC 定時控制。工作循環(huán)過程中電磁鐵動作表（表 36）：表 36 電磁鐵動作表工作階段 1Y 2Y 3Y 4Y快進 + 工進 + + +停留 + +快退 + （五）液壓元件的選擇液壓泵的選擇液壓泵的最高工作壓力可按下式計算： ????Pp1式中， ——液壓泵的最高工作壓力pP——液壓缸的最大工作壓力；查表 35 = 1PaM——進油管路總壓力損失；初算時簡單系統(tǒng)可?取 ～ ，復雜系統(tǒng)可取 ～。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。所以泵的額定壓力(?.6)pP為：= =液壓泵的最大流量 應滿足下面公式：pq)(maxqKLP??式中， ——液壓泵的最大流量p ——同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大maxq值。pqin/根據(jù)上面計算的壓力和流量，查《機械設計手冊》液壓泵產品樣本，選擇YB112 型，其額定壓力為 ，排量為 12 ,額定轉速為 960 ，aMPrmL/ min/r驅動功率為 2 。其額定功率為 3，滿載轉速為 960 。其中機床主軸設計中有關數(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。PLC 舉起于 20 世紀 70 年代，是微機技術與繼電器常規(guī)控制技術相結合的產物。PLC 不僅充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領域的實時控制要求，同時也照顧到操作維護人員的技能和習慣，摒棄了微機常用的計算機的編程語言，獨具風格地使用以繼電器梯型圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結構，使用戶編制的程序清晰直觀、調試和查錯容易，且編程方便易學。由于它采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器的聯(lián)鎖觸點構成順序控制，該觸點的壽命與接觸不良常常使得機器的故障率提高，發(fā)生故障時又很難找到故障?；?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。（3） 可靠性高，抗干擾能力強。（5） 編程方法簡單。（7） 體積小，能耗低。 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。 [8]為了使 PLC 在寫入控制程序后進入穩(wěn)定狀態(tài)后執(zhí)行和便于操作人員進行初態(tài)監(jiān)控，在寫入控制程序 5S 后，主軸電機和液壓泵電機電路上的交流接觸器 KM1 和 KM2閉合，主軸電機和液壓泵電機啟動。 [13]主軸工進控制：主軸快進完成后，快進行程開關 SQ0 閉合，三位四通電磁閥電磁鐵 1Y、二位二通電磁閥電磁鐵 3Y 和二位三通電磁閥 4Y 得電，液壓控制系統(tǒng)接入工進油路，主軸工進。 [16]主軸快退：計時器 T38 完成 5S 計時后，三位四通電磁閥電磁鐵 2Y 得電，二位二通電磁閥電磁鐵 3Y 和二位三通電磁閥 4Y 失電復位，液壓控制系統(tǒng)接入快退油路，主軸快退。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 QK 的接通。章節(jié)中包括控制設備的選取、控制過程的分析、控制原理的說明、控制元件的選擇和控制程序的編寫等。由于設計中涉及到 PLC 控制的設計、液壓缸系統(tǒng)的設計和工程繪圖等，但是由于學的知識有限，不能正確的編寫 PLC 控制系統(tǒng)程序，對液壓系統(tǒng)設計還沒有進行深入研究，并其沒能正確的掌握設計的流程和方法。液壓傳動[M].北京：化學工業(yè)出版社，2022. 281742[2] [M].電工技術（第五版）.北京：高等教育出版式社，1999. 336391[3] 許福玲，[M].北京：機械工業(yè)出版社，2022. 6193[4] [M].北京：機械工業(yè)出版社，1993. 111—337[5] 席偉光，楊光，[M].北京：高等教育出版社，2022. 163210[6] 鐘毅芳，吳昌林，[M].：華中科技大學出版社， [7] [M].廣洲：華南理工大學出版社，1998. 645[8] 鄧則名，鄺穗芳，[M].北京：機械工業(yè)出版社，[9] 鄧則名，鄺穗芳. 電器與可編程控制器應用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，[10] [M].上海:上海科學技術出版社，[11]王巍，[M].北京：機械工業(yè)出版社，2022. 2255[12][M].：機械工業(yè)出版社，2022. 5880[13][M].：機械工業(yè)出版社，2022. 2652[14][M].重慶：重慶大學出版社，1994. 5241[15][M].北京：機械工業(yè)出版社，1026[16][M].遼寧：遼寧科學技術出版社，[17][M].北京：機械工業(yè)出版社，2022. 138782[18][M].北京：機械工業(yè)出版社，1996. 1446[19] PLC 應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2022. 38182[20][M].上海：上?？茖W技術出版社，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 31 頁 共 31 頁致謝本文論文的主要內容寫作始終都是在導師徐偉、蔡田芳老師的悉心指導下完成的。飲水思源，師恩難忘，再次衷心感謝教育、指導我的老師們