機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-plc控制組合鉆床設(shè)計(jì)

1、 云南廣播電視大學(xué) 云南國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課 題 plc控制組合鉆床設(shè)計(jì) 教 研 室 機(jī)電一體化教研室 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級(jí) 08機(jī)電2班 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 導(dǎo)師姓名 職稱 助 講 2011年3月15日摘要制造業(yè)是一個(gè)國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平、生活水準(zhǔn)和國防實(shí)力。而制造業(yè)的生產(chǎn)能力主要取決于制造裝備機(jī)床的先進(jìn)程度。本文對(duì)減速器箱蓋連接孔的加工工藝進(jìn)行了詳細(xì)的分析，就其孔的加工提出了“一次裝夾，多工位加工，達(dá)到產(chǎn)品圖樣的精度要求”的思路。根據(jù)這一思路設(shè)計(jì)了組合鉆床。該組合鉆床由立柱、立柱底座、中間底座、Y

2、、Z軸液壓滑臺(tái)、液壓站、動(dòng)力頭、刀具、控制部分等組成。本文對(duì)各部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和論證，并提出了優(yōu)化工藝結(jié)構(gòu)的方法。采用的PLC控制穩(wěn)定可靠。它的研制成功對(duì)提高箱蓋孔加工的工作效率和質(zhì)量具有重要的意義。機(jī)床設(shè)計(jì)分析后，提高工效35倍，達(dá)到了國內(nèi)同行業(yè)的領(lǐng)先水平。關(guān)鍵詞：制造業(yè)；減速器；四軸頭多工位同步鉆床；組合機(jī)床；PLC控制 目錄摘要 第1章 緒論 11.1 機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡史 11.2 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、要求 21.2.1 設(shè)計(jì)的目的 21.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 21.2.3 設(shè)計(jì)要求 21.3 機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 21.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 3第2章 四軸頭多工位同步鉆床

3、總體設(shè)計(jì) 42.1 組合機(jī)床方案的制定 42.1.1 制定工藝方案 42.1.2確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 42.2 確定切削用量及選擇刀具 62.2.1 確定工序間余量 62.2.2 選擇切削用量 62.2.3 確定切削刀、切削扭矩、切削功率 62.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 72.3 四軸頭多工位同步鉆床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制 72.3.1 被加工零件工序圖 72.3.2 加工示意圖 92.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 132.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 15第3章 電氣控制 173.1 運(yùn)動(dòng)分析 173.2 控制要求及功能分配 173.2.1 控制要求 173.2.2 功能分配 183.3 PLC

4、的選擇及其I/O端子分配 183.3.1 PLC的選擇 183.3.2 I/O分配表 183.3.3 PLC接線圖 193.4應(yīng)用程序的編制 193.4.1 整體程序結(jié)構(gòu) 193.4.2 手動(dòng)操作模塊 213.4.3 自動(dòng)操作模塊 223.4.4 編制程序 26參考文獻(xiàn) 28致 謝 29III第1章 緒論1.1 機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡史現(xiàn)代社會(huì)中，人們?yōu)榱烁咝?、?jīng)濟(jì)地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種機(jī)器、儀器和工具等技術(shù)設(shè)備與裝備。為制造這些技術(shù)設(shè)備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設(shè)備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設(shè)備等。由于機(jī)械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，

5、目前主要靠切削加工的方法來達(dá)到，特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機(jī)床上經(jīng)過幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備。在一般機(jī)械制造廠中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量，約占機(jī)械制造總工作量的40%60%，機(jī)床的技術(shù)性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而決定著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平?？梢赃@樣說，如果沒有機(jī)床的發(fā)展，如果不具備今天這樣品種繁多、結(jié)構(gòu)完善和性能精良的各種機(jī)床，現(xiàn)代社會(huì)目前所達(dá)到的高度物質(zhì)文明將是不可想象的。上世紀(jì)初以來，由于高速鋼和硬質(zhì)合金等新型刀具材料相繼出現(xiàn)，刀具切削性能不斷提高，促使機(jī)床沿著提高主軸轉(zhuǎn)速、加大驅(qū)

6、動(dòng)功率和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度的方向發(fā)展。與此同時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)、齒輪、軸承、電氣和液壓等技術(shù)有了很大的發(fā)展，使機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)和控制等方面也得到相應(yīng)的改進(jìn)，加工精度和生產(chǎn)率顯著提高。此外，為了滿足機(jī)械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求，機(jī)床品種的發(fā)展也與日俱增，例如，各種高效率自動(dòng)化機(jī)床、重型機(jī)床、精密機(jī)床以及適應(yīng)加工特殊形狀和特殊材料需要的特種加工機(jī)床相繼問世。50年代，在綜合應(yīng)用電子技術(shù)、檢測技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、自動(dòng)控制和機(jī)床設(shè)計(jì)等各個(gè)領(lǐng)域最新成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)控機(jī)床，使機(jī)床自動(dòng)化進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，與早期發(fā)展的僅適用于大批大量生產(chǎn)的純機(jī)械控制和繼電器接觸器控制的自動(dòng)化相比，它具有很高柔性，即使在單件

7、和小批生產(chǎn)中也能得到經(jīng)濟(jì)的使用。我國機(jī)床行業(yè)的發(fā)展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，與世界先進(jìn)水平相比，還有較大差距。為了適應(yīng)我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的需要，為了提高機(jī)床產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力，必須深入開展機(jī)床基礎(chǔ)理論研究，加強(qiáng)工藝試驗(yàn)研究，大力開發(fā)精密、重型和數(shù)控機(jī)床，使我國的機(jī)床工業(yè)盡早躋身于世界先進(jìn)行列。1.2 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、要求1.2.1 設(shè)計(jì)的目的機(jī)床設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)，其目的在于通過機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使我們?cè)跀M定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓(xùn)

8、練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。1.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的被加工零件，確定機(jī)床的切削用量，通過分析比較擬定傳動(dòng)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，確定傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)，并計(jì)算主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)誤差。2、動(dòng)力設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的工件，初算傳動(dòng)軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動(dòng)力箱；計(jì)算多軸箱尺寸及設(shè)計(jì)傳動(dòng)路線。完成裝配草圖后，要驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗(yàn)算主軸主件的靜剛度。3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)行主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。即繪制裝配圖和零件工作

9、圖。4、編寫設(shè)計(jì)說明書1.2.3 設(shè)計(jì)要求評(píng)價(jià)機(jī)床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來判定的。技術(shù)先進(jìn)合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價(jià)廉”才會(huì)受到用戶的歡迎，在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機(jī)床設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以從滿足性能要求、經(jīng)濟(jì)效益和人機(jī)關(guān)系等方面進(jìn)行分析。1.3 機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟a 調(diào)查研究b 擬定方案c工作圖設(shè)計(jì)1.4 國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 2011年3月15日畢業(yè)設(shè)計(jì)題目PLC 控制組合鉆床設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師張俠職稱助講專業(yè)名稱機(jī)電一體化班級(jí)08機(jī)電2班學(xué)生名稱王江文學(xué)號(hào)20081102245設(shè)計(jì)要求1、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的被加工零件，確定機(jī)床的切削用量，通過分析比較擬定傳動(dòng)方

10、案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，確定傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)，并計(jì)算主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)誤差。2、動(dòng)力設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的工件，初算傳動(dòng)軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動(dòng)力箱；計(jì)算多軸箱尺寸及設(shè)計(jì)傳動(dòng)路線。完成裝配草圖后，要驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗(yàn)算主軸主件的靜剛度。3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)行主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。即繪制裝配圖和零件工作圖。完成畢業(yè)課題的計(jì)劃安排序號(hào)內(nèi)容 時(shí)間安排1確定畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)資料收集2月1日2月19日2完成裝配圖設(shè)計(jì)2月20日2月28日3完成零件圖設(shè)計(jì)3月1日3月9日4畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3月10日3月15日5整理畢

11、業(yè)設(shè)計(jì)資料，完成答辯答辯提交資料畢業(yè)設(shè)計(jì)論文計(jì)劃答辯時(shí)間 國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)系 2011年3月15日第2章 四軸頭多工位同步鉆床總體設(shè)計(jì)2.1 組合機(jī)床方案的制定2.1.1 制定工藝方案根據(jù)被加工零件（減速箱箱蓋）的零件圖（圖2-1），加工八個(gè)螺栓孔的工藝過程。1加工孔的主要技術(shù)要求。加工8個(gè)10的孔。表面粗糙度Ra3.2um.孔的位置度公差為0.3mm工件材料為HT200，HB175255要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量6萬件，單班制生產(chǎn)2工藝分析加工該孔時(shí)，除粗糙度要求外（Ra3.2um），孔的位置度公差為0.3mm根據(jù)組合機(jī)床用的工藝方法及能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，可采用如下的

12、加工方案。鉆 擴(kuò)或鉆 鉸3定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇加工此箱蓋的孔，以底面的三個(gè)支承點(diǎn)限制和、三個(gè)自由度，位于右邊上的兩個(gè)支承點(diǎn)限制了和自由度，位于前面上的一個(gè)支承點(diǎn)限制一個(gè)自由度。這樣工件的6個(gè)自由度被完全限制了。2.1.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案。1被加工零件的加工精度被加工零件需要在組合機(jī)床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度，是制造機(jī)床方案的主要依據(jù)。箱蓋加工孔的精度要求不高，可采用多工位組合鉆床，工圖21 被加工零件圖件各孔間的位置精度為0.3mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工時(shí)可以在下一個(gè)安裝工位上對(duì)所有孔進(jìn)行最終精加工。為了加工出表面粗糙度為Ra3.2um的孔。采取提高

13、機(jī)床原始制造精度和工件定位基準(zhǔn)精度并減少夾壓變形等措施就可以了。2.被加工零件的特點(diǎn)零件的加工特點(diǎn)是中心線與定位基準(zhǔn)平面是垂直的，并且定位基準(zhǔn)面是水平的?？椎姆植挤秶侵本€形狀，工件比較長，一次鉆完，多軸箱體積較大，采用兩工位以減小多軸箱的體積，使整個(gè)鉆床瘦身，因而適合選擇立式多工位鉆床。3.零件的生產(chǎn)批量零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位、自動(dòng)線或按中小批量生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要因素。4.機(jī)床使用條件使用組合機(jī)床對(duì)對(duì)車間布置情況、工序間的聯(lián)系、使用廠的技術(shù)能力和自然條件等一定的要求。綜合以上所述：通過對(duì)箱蓋零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求、定位、夾緊方式、工藝

14、方法，并定出影響機(jī)床的總體布局和技術(shù)性能等方面的考慮，最終決定設(shè)計(jì)四軸頭多工位同步鉆床。2.2 確定切削用量及選擇刀具2.2.1 確定工序間余量為使加工過程順利進(jìn)行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產(chǎn)中常用查表給出的組合機(jī)床對(duì)孔加工的工序余量，由于在本鉆床上鉆孔后重新安裝或在其他多工位機(jī)床上加工下道工序，應(yīng)適當(dāng)加大余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。10mm的孔在鉆孔后擴(kuò)孔，直徑上工序間余量1.52.0mm。2.2.2 選擇切削用量確定了在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計(jì)成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足不

15、同直徑的加需要，即：=式中： 各主軸轉(zhuǎn)速（r/min） 各主軸進(jìn)給量（mm/r） 動(dòng)力滑臺(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）由于箱蓋孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求都是相同的。按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：鉆頭直徑D=10mm,鑄鐵HB175255、進(jìn)給量f=0.1mm/r、切削速度v=15m/min.2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進(jìn)給量f）確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件（滑臺(tái)）及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動(dòng)件（齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電動(dòng)（一般指動(dòng)力箱）功率，通過查

16、表計(jì)算如下： 布氏硬度：HB =HBmin(HBmaxHBmin) 切削力：=26 =2610 =255(255175) =228.33 =1071.79 N切削扭矩：=10 切削功率：= =3274.4515/(97403.1410) =10 =0.164 kw =3274.45 Nmm式中：HB布氏硬度 F切削力（N） D鉆頭直徑（mm） f每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r） T切削扭矩(Nmm) V切削速度（m/min） P切削功率(kw)2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)箱蓋的布氏硬度在HB175255，孔徑D為10mm，刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨簡單，選擇標(biāo)

17、準(zhǔn)10的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)向套之間有3050mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調(diào)整量。2.3 四軸頭多工位同步鉆床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制前面對(duì)四軸頭多工位同步鉆床工藝方案及配置型式、結(jié)構(gòu)方案確定的有關(guān)問題，它是鉆床總體設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。下面就以鉆床加工箱蓋總體設(shè)計(jì)的另一個(gè)問題，既總體設(shè)計(jì)方案的圖紙表達(dá)形式“三圖一卡”設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖、編制生產(chǎn)率卡。2.3.1 被加工零件工序圖1、被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗(yàn)和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。箱蓋用四軸頭多

18、工位組合機(jī)床的被加工零件工序圖如22所示。圖上主要內(nèi)容：（1）被加工零件的形狀（2）本工序所選定的定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向。（3）加工時(shí)如需要中間向?qū)?。?）被加工零件的名稱、編號(hào)、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。2、繪制被加工零件工序圖的注意事項(xiàng)（1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機(jī)床的加工內(nèi)容。如圖22中810加工用定位基準(zhǔn)，機(jī)械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號(hào)表示出來（2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起，為便于加工及檢查，尺寸應(yīng)采用直角坐標(biāo)系標(biāo)出，而不采用極坐標(biāo)，但有時(shí)因所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，則須對(duì)加工部位要求位置尺寸精度進(jìn)行分析換算。此外，應(yīng)

19、將零件圖的不對(duì)稱位置尺寸公差換算成對(duì)稱尺寸公差，如圖21中的尺寸應(yīng)換算為圖 22中的尺寸59.80.1，以便在進(jìn)行夾具和主軸箱設(shè)計(jì)時(shí)，確定導(dǎo)向孔與主軸孔的位置坐標(biāo)尺寸。圖22 被加工零件工序圖附注：1.被加工零件名稱及編號(hào)：箱蓋； 2.材料及硬度：灰鑄鐵HT200，HB175255； 3. 上尺寸為本工序保證尺寸； 。2.3.2 加工示意圖1、加工示意圖的作用和內(nèi)容加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，是整臺(tái)組合機(jī)床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要文件。圖23為箱蓋上8孔立式鉆床加工示意圖。在圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容：（1）機(jī)床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。（2）

20、工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。（3）主軸的結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導(dǎo)向置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應(yīng)按加工終了位置繪制。2、繪制加工示意圖之前的有關(guān)計(jì)算（1）刀具的選擇 （2）導(dǎo)向套的選擇 圖23鉆床加工示意圖1）選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑d=10mm和刀具導(dǎo)向的線速度v=15m/min，選擇固定式導(dǎo)向。2）導(dǎo)向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置，如圖24所示： 圖24 固定導(dǎo)向裝置固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表：表21 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺dDD1D2Ll1mRd1d2l0101826302

21、8381322M81616固定裝置的配合如下表：表22 固定裝置的配合導(dǎo)向類別工藝方法DDD1刀具導(dǎo)向部分外徑固定導(dǎo)向鉆孔G7（或F8）g6固定導(dǎo)向裝置的布置如圖25所示導(dǎo)向裝置的布置如表23所示：表23 導(dǎo)向裝置的參數(shù)(mm)尺寸項(xiàng)目l1l2l3與直徑d的關(guān)系(23)d加工鑄鐵dd/3+(38)計(jì)算值3d=301010/3+8=12圖25 固定導(dǎo)向裝置的布置（3）初定主軸類型、尺寸、外伸長度因?yàn)檩S的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性主軸取14（0）m,所以B取2.316，根據(jù)剛性條件計(jì)算主軸的直徑為：dB=2.316=17.52mm式中：d軸直徑（mm） T軸所承受的轉(zhuǎn)矩（

22、Nmm）B系數(shù)本設(shè)計(jì)中所有主軸直徑皆取d=20mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為32/20，內(nèi)孔長度為：l1 =77mm.（4）選擇刀具接桿 由以上可知，多軸箱各主軸的外伸長度為一定值，而刀具的長度也是一定值，因此，為保證多軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個(gè)可調(diào)節(jié)在組合機(jī)床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖26所示，圖26 可調(diào)連接桿連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內(nèi)孔D配合，因此，根據(jù)接桿直徑d選擇刀具接桿參數(shù)如表24所示：表24 可調(diào)接桿的尺寸d(h6)D1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度20Tr206莫氏1號(hào)12.061

23、17188464010012（5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸從保證加工終了時(shí)主軸箱端面到工件端面間距離最小來確定全部聯(lián)系尺寸，加工示意圖聯(lián)系尺寸的標(biāo)注如圖23所示。其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到多軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸333mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、主軸外伸長度與接桿伸出長度（可調(diào)）之和，再減去加工孔深度和切出值。（6）工作進(jìn)給長度的確定 如圖27工作進(jìn)給長度應(yīng)等于工件加工部位長度L與刀具切入長度和切出長度之和。切入長應(yīng)應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在510mm之間選擇，誤差大時(shí)取大值，因此取=7mm，切出長度=1/3d+(38)=+8 9mm,所以=10+7+9=26mm.（7）

24、快進(jìn)長度的確定 考慮實(shí)際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退至夾具導(dǎo)套內(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為156mm，快退長度等于快速引進(jìn)與工作工進(jìn)之和，因此快進(jìn)長度15626=130mm. 圖27 工作進(jìn)給長度2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容一般來說，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件動(dòng)力箱、動(dòng)力滑臺(tái)、立柱、立柱底座加上專用部件多軸箱、刀、輔具系統(tǒng)、夾具、液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機(jī)床各組成部件的相互裝配和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以檢驗(yàn)機(jī)床各部件的相對(duì)位置及尺寸聯(lián)系是否滿足要求，通用部件的選擇是否

25、合適，并為進(jìn)一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機(jī)床總圖，它表示機(jī)床的配置型式及總體布局。如圖28所示，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機(jī)床的布局形式，通用部件的型號(hào)、規(guī)格、動(dòng)力部件的運(yùn)動(dòng)尺寸和所用電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)、工件與各部件間的主要聯(lián)系尺寸，專用部件的輪廓尺寸等。圖28 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖2、選用動(dòng)力部件選用動(dòng)力部件主要選擇型號(hào)、規(guī)格合適的動(dòng)力滑臺(tái)、動(dòng)力箱。（1）滑臺(tái)的選用 通常，根據(jù)滑臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式、所需進(jìn)給力、進(jìn)給速度、最大行程長度和加工精度等因素來選用合適的滑臺(tái)。1）驅(qū)動(dòng)形式的確定 根據(jù)對(duì)液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的性能特點(diǎn)比較，并結(jié)合具體的加工要求，使用條件選

26、擇HY系列液壓滑臺(tái)。2）確定軸向進(jìn)給力 滑臺(tái)所需的進(jìn)給力=41071.79=4287.16N 式中：各主軸加工時(shí)所產(chǎn)生的軸向力由于滑臺(tái)工作時(shí)，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺(tái)移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺(tái)的最大進(jìn)給力應(yīng)大于4.29KN。3）確定進(jìn)給速度 液壓滑臺(tái)的工作進(jìn)給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速，對(duì)液壓滑臺(tái)確定切削用量時(shí)所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺(tái)最小工作進(jìn)給速度的0.51倍;液壓進(jìn)給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時(shí)，實(shí)際進(jìn)給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進(jìn)給速度=nf=47.8mm/min。所以選擇HY25IA液壓滑臺(tái)，工作進(jìn)給速度范圍32800mm/min，快速速度12m/min。4）確定

27、滑臺(tái)行程 滑臺(tái)的行程除保證足夠的工作行程外，還應(yīng)留有前備量和后備量。即：行程L156+20+40=236mm，取L250mm。綜合上述條件，確定液壓動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)HY25IA。（2）由下式估動(dòng)力箱的選用 動(dòng)力箱主要依據(jù)多軸所需的電動(dòng)機(jī)功率來選用，在多軸箱沒有設(shè)計(jì)之前，可算40.1640.80.82KW式中：多軸箱傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí)0.80.9；有色金屬時(shí)0.70.8，本系統(tǒng)加工HT200，取0.8動(dòng)力箱的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大于計(jì)算功率，并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y100L6B5的1TD25IA型動(dòng)力箱，電動(dòng)機(jī)功率1.5KW，驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為520r/min,動(dòng)力箱輸出軸至箱

28、底面高度為125mm。（3）Y軸液壓滑臺(tái)的選用工件質(zhì)量計(jì)算 V=42024010(21602340)1030 m = v=7.01031.30810-3 =9.156kg 磨擦系數(shù)：f=0.070.12取f=0.1F=fN=0.1mg=0.19.15610=9.156N由于工作臺(tái)和夾具還未設(shè)計(jì)，初選滑臺(tái)時(shí)進(jìn)給力大于9.156N，由于工件長寬為420240mm,選擇液壓滑臺(tái)HY32IA型2、配套支承部件的選用立柱1CL25型，立柱底座1CD253、確定裝料高度裝料高度指工件安裝基面至機(jī)床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí)，裝料高度可視具體情況在H5801060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為

29、976mm。4、中間底座輪廓尺寸中間底座的輪廓尺寸要滿足Y軸滑臺(tái)在其上面聯(lián)接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側(cè)底座1CC32。5、確定多軸箱輪廓尺寸本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為301mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計(jì)算時(shí)，多軸箱的寬度B和高度H可按下式確定：B=b+2b1=190+2100=390mm H=h+h1+b1=100+100+100=300mm式中：b工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔的距離 b1最邊緣主軸中心距箱外壁的距離，一般取b170100mm h工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離 h1最低主軸高度h185140mm。取h1=100mm根據(jù)上述計(jì)算值，按主軸箱

30、輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸BH=400320mm。2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)機(jī)床的工作循環(huán)過程、動(dòng)作時(shí)間、切削用量、生產(chǎn)率、負(fù)荷率等技術(shù)文件，通過生產(chǎn)率計(jì)算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對(duì)生產(chǎn)率及負(fù)荷率的要求。計(jì)算如下：切削時(shí)間： T切= L/vf+t停 = 226/47.8215/478=1.151 min式中：T切機(jī)加工時(shí)間（min） L工進(jìn)行程長度（mm） vf 刀具進(jìn)給量（mm/min） t停死擋鐵停留時(shí)間。一般為在動(dòng)力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)515 r所需要時(shí)間。這里取15r 輔助時(shí)間 T輔 = +t移+t裝 = （150176）2/120

31、00+0.1+1.5= 1.654min 式中：L3、L4 分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退長度（mm） vfk 快速移動(dòng)速度（mm/min） t移 工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)間（min）,一般為0.050.13min,取0.1 min t裝 裝卸工件時(shí)間（min）一般為0.51.5min,取1.5min機(jī)床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單= 60/（T切+T輔）=60/（1.151+1.654）=21.39 件/h機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算 = Q1/Q100%= Q1tk/A100% =21.391950/60000100%=70% 式中：Q機(jī)床的理想生產(chǎn)率（件/h） A年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） tk年工作時(shí)間，單班制工作時(shí)間t

32、k =1950h表25 生產(chǎn)率計(jì)算卡被加工零件圖號(hào)毛坯種類鑄件名稱減速器箱蓋毛坯重量材料HT200硬度17255HB工序名稱鉆箱蓋連接孔工序號(hào)工時(shí)/min序號(hào)工步名稱工作行程/mm切速/（mmin-1）進(jìn)給量/（mmr-1）進(jìn)給量/（mmmin-1）工進(jìn)時(shí)間輔助時(shí)間1按裝工件0.52工件定位夾緊0.253Z軸快下150120000.0134Z軸工進(jìn)26150.147.80.5445Z軸暫停0.036Z軸快上176120000.0157Y軸前進(jìn)100100000. 018Y軸暫停0.099Z軸快下150120000.01310Z軸工進(jìn)2647.80.54411Z軸暫停0.0312快退176120

33、000.01513工件松開0.2514卸下工件0.5備注1、主軸轉(zhuǎn)速47.8r/min2、一次安裝加工完一個(gè)工件累計(jì)1.0881.716單件總工時(shí)2.804機(jī)床生產(chǎn)率21.39 件/h理論生產(chǎn)率30.77件/h負(fù)荷率70%3章 電氣控制3.1 運(yùn)動(dòng)分析加工箱蓋連接螺栓孔，先由工人把工件定位在工作臺(tái)上并夾緊。從原位開始，順序完成八個(gè)步驟。第一步是Z軸快下，壓下行程開關(guān)ST2，第一步結(jié)束。第二步是Z軸工進(jìn)，加工螺栓孔，壓下行程開關(guān)ST3，并開始計(jì)時(shí)，2s后發(fā)出快上信號(hào)，第二步結(jié)束。第三步是Z軸快上，壓下行程開關(guān)ST1，第三步結(jié)束。第四步是工作臺(tái)液壓滑臺(tái)前進(jìn)，壓下行程開關(guān)ST4,壓力繼電器發(fā)出信號(hào)，

34、第四步結(jié)束。第五步是Z軸液壓滑臺(tái)快下，壓下行程開關(guān)ST2，第五步結(jié)束。第六步是軸工進(jìn)，加工另外四個(gè)螺栓孔，壓下行程限位開關(guān)ST3，并開始計(jì)時(shí)，2s后出發(fā)出快上信號(hào)，第六步結(jié)束。第七步是軸快上，壓下行程開關(guān)ST4，第七步結(jié)束。第八步是軸注壓滑臺(tái)后退，壓下行程開關(guān)ST5，卸下工件，加工一個(gè)工件完成。3.2 控制要求及功能分配3.2.1 控制要求工藝要求有兩種控制方式：手動(dòng)和自動(dòng)。（1）手動(dòng)操作 工作方式選擇了手動(dòng)擋，在液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)打開后，就可用手動(dòng)的完成主軸電機(jī)起停、Z軸快下快退和Y軸前進(jìn)后退操作動(dòng)作，來完成加工工件。（2）自動(dòng)操作 工作方式選擇了自動(dòng)檔，在液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)打開后，按下啟動(dòng)按扭，自

35、動(dòng)的完成一個(gè)工件的加工。3.2.2 功能分配為了區(qū)分上述各種操作，可設(shè)置相應(yīng)的開關(guān)，設(shè)計(jì)的面板如圖3-1所示3.3 PLC的選擇及其I/O端子分配3.3.1 PLC的選擇本控制系統(tǒng)中有16個(gè)輸入點(diǎn)數(shù)，9個(gè)輸出點(diǎn)數(shù)，所需內(nèi)存不很多，且只要求開關(guān)量控制，考慮到以后有一定的擴(kuò)展性，輸入輸出都有預(yù)留點(diǎn)數(shù)。因此可選用松下公司的C40系列AFP12416型PLC，該P(yáng)LC的輸入點(diǎn)數(shù)為24，輸出點(diǎn)數(shù)為16，完全可以滿足要求。圖31 面板布置圖3.3.2 I/O分配表根據(jù)圖210和圖31所示，本系統(tǒng)的輸入輸出端子分配表如表21所示。表21 I/O分配表輸入輸出X0主軸電機(jī)啟動(dòng)按鈕SB1Y0主軸電機(jī)KM1X1主

36、軸電機(jī)停止按鈕SB2Y1液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)KM2X2液壓泵電機(jī)啟動(dòng)按鈕SB3Y21YA電磁閥X3液壓泵電機(jī)停止按鈕SB4Y32YA電磁閥X4Z軸正向啟動(dòng)按鈕SB5Y43YA電磁閥X5Z軸負(fù)向啟動(dòng)按鈕SB6Y54YA電磁閥X6Y軸負(fù)向啟動(dòng)按鈕SB7Y65YA電磁閥X7Y軸正向啟動(dòng)按鈕SB8Y7Y軸原位指示燈HL1X8復(fù)位按鈕SB9Y8Z軸原位指示燈HL2X9Z軸原位行程開關(guān)ST1XAZ軸工進(jìn)行程開關(guān)ST2XBZ軸終點(diǎn)行程開關(guān)ST3XCY軸原點(diǎn)行程開關(guān)ST5XDY軸終點(diǎn)行程開關(guān)ST4XEY軸終點(diǎn)壓力繼電器SPX10手動(dòng)/自動(dòng)選擇開關(guān)SA3.3.3 PLC接線圖本系統(tǒng)PLC接線圖如圖32所示3.4 應(yīng)用

37、程序的編制3.4.1 整體程序結(jié)構(gòu)采用模塊式程序結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)如圖33所示。圖3-2 PLC接線圖圖3-3 整體程序結(jié)構(gòu)當(dāng)系統(tǒng)處于原位時(shí)，XC和X9得電，Y、Z軸原位指示燈Y7和Y8亮，否則滅。按下液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)按鈕X2，Y1得電并保持，液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于工作狀態(tài)，當(dāng)按下液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止按鈕X3時(shí)，Y1復(fù)位，液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止工作。在開關(guān)打“手動(dòng)”操作時(shí)，X10接通，執(zhí)行MC 到MCE 中的手動(dòng)程序模塊，而不執(zhí)行MC 到MCE 中的自動(dòng)程序模塊。同樣，當(dāng)開關(guān)打到“自動(dòng)”操作時(shí)，也就是X10取非，就不執(zhí)行MC 到MCE 中的手動(dòng)程序模塊，而執(zhí)行MC 到MCE 中的自動(dòng)程序模塊。3.4.2

38、手動(dòng)操作模塊實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作的控制程序如34所示。當(dāng)選擋開關(guān)選擇“手動(dòng)”時(shí)，X10接通，就執(zhí)行手動(dòng)?？斐绦颉、Z軸液壓滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)采用點(diǎn)動(dòng)，并且復(fù)位設(shè)在手動(dòng)擋中完成。圖34 手動(dòng)操作程序按下X0，主軸電機(jī)Y0得電；按下X1，主軸電機(jī)Y0斷電。再按下X8，使通用寄存器R0通電，產(chǎn)生自鎖，Z軸液壓滑臺(tái)回原位后，Y軸再回原位。接著按下X5，Z軸工進(jìn)，壓下XB停止運(yùn)動(dòng)；按下X4，Z軸快上，壓下X9停止運(yùn)動(dòng)；按下X6，Y軸前進(jìn)，壓下XD停止運(yùn)動(dòng)；按下X7，Y軸后退，壓下XC停止運(yùn)動(dòng)。這里同軸正負(fù)方向有互鎖功能，Y、Z軸可以同時(shí)運(yùn)動(dòng)。3.4.3 自動(dòng)操作模塊自動(dòng)操作程序控制的主要特點(diǎn)是Z軸有兩次相同工作方式，此

39、類程序可以調(diào)用子程序。工作狀態(tài)如圖35所示，梯形圖如圖36所示。主程序控制功能：正常情況下，機(jī)床是停在原位的，Y、Z軸原位行程開關(guān)被壓下，X9和XC常開接點(diǎn)接通，故Y、Z軸原位指示燈亮。在液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)打開后，方式選擇開關(guān)打到自動(dòng)檔操作位時(shí)，按一下主軸電機(jī)啟動(dòng)按鈕X0，主軸電機(jī)Y0起動(dòng)，并開始計(jì)時(shí)5s。當(dāng)T1計(jì)滿后，調(diào)用子程序，并使通用寄存器R1通電。執(zhí)行子程序時(shí)，壓下Z軸原位行程開關(guān)X9，5YA電磁閥Y6通電，Y軸開始前進(jìn)，當(dāng)壓下Y軸終點(diǎn)行程開關(guān)XD時(shí)，Y6斷電，Y軸停止前進(jìn)。當(dāng)Y軸液壓缸壓力達(dá)到Y(jié)軸終點(diǎn)壓力繼電器XE的設(shè)定值時(shí)，XE接通，第二次調(diào)用子程序，通用寄存器R1再次通電。執(zhí)行子程序

40、時(shí)，壓下Z軸原位行程開關(guān)X9，4YA電磁閥Y5通電，Y軸開始后退，并且主軸電機(jī)Y0復(fù)位，停止轉(zhuǎn)動(dòng)了，當(dāng)壓下Y軸終點(diǎn)行程開關(guān)XC時(shí)，Y8斷電，Y軸停止后退。整個(gè)鉆床處于原位，卸下工件，完成了一個(gè)工件的加工。子程序控制功能：當(dāng)R1通電時(shí)，1YA電磁閥Y2和3YA電磁閥Y4通電，Z軸開始快下，當(dāng)壓下Z軸工進(jìn)行程開關(guān)XA時(shí)，Y4斷電，Z軸工進(jìn)，開始鉆孔，當(dāng)壓下Z軸終點(diǎn)開關(guān)XB時(shí)，Y2斷電，Z軸暫停，并開始計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)滿2s后，2YA電磁閥Y3通電，Z軸快上，當(dāng)壓下Z軸原位開關(guān)X9時(shí)，X9通電，Z軸停止，子程序結(jié)束，返回主程序。a)主程序工作狀態(tài)圖b）子程序工作狀態(tài)圖圖3-5 四軸頭多工位同步鉆床的工作狀態(tài)圖圖3-6 自動(dòng)操作的梯形圖3.4.4 編制程序30ST X COT Y 7ST X 9OT Y 8ST X 2ST X 3KP Y 1ST X 10MC 1ST X 0OR Y 0AN/ X 1OT Y 0ST X 8OR R 0PSHSOT R 0RDSAN/ X 9OT Y 3POPSAN X 9AN/ X COT Y 5ST X 5AN/ X BAN/ Y 3OT Y 2ST X 4AN/ X 9AN/ Y 2OT Y 3ST X 6AN/ X DAN/ Y 5OT Y 6ST X 7AN/ X CAN/ Y 6OT