機電一體化畢業(yè)設(shè)計論文plc控制組合鉆床設(shè)計

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)院機械電子工程學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）課 題 plc控制組合鉆床設(shè)計 教 研 室 機電一體化教研室 專 業(yè) 機電一體化 班 級 08機電2班 學(xué)生姓名 學(xué)號 導(dǎo)師姓名 職稱 助 講 2011年3月15日摘要制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國家或地區(qū)的經(jīng)濟實力、科技水平、生活水準和國防實力。而制造業(yè)的生產(chǎn)能力主要取決于制造裝備機床的先進程度。本文對減速器箱蓋連接孔的加工工藝進行了詳細的分析，就其孔的加工提出了“一次裝夾，多工位加工，達到產(chǎn)品圖樣的精度要求”的思路。根據(jù)這一思路設(shè)計了組合鉆床。該組合鉆床由立柱、立柱底座、中間底座、y

2、、z軸液壓滑臺、液壓站、動力頭、刀具、控制部分等組成。本文對各部分的設(shè)計進行了詳細的計算和論證，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。它的研制成功對提高箱蓋孔加工的工作效率和質(zhì)量具有重要的意義。機床設(shè)計分析后，提高工效35倍，達到了國內(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；組合機床；plc控制 目錄摘要 第1章 緒論 11.1 機床在國民經(jīng)濟的地位及其發(fā)展簡史 11.2 機床設(shè)計的目的、內(nèi)容、要求 21.2.1 設(shè)計的目的 21.2.2 設(shè)計內(nèi)容 21.2.3 設(shè)計要求 21.3 機床的設(shè)計步驟 21.4 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 3第2章 四軸頭多工位同步鉆床

3、總體設(shè)計 42.1 組合機床方案的制定 42.1.1 制定工藝方案 42.1.2確定組合機床的配置形式和結(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“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 機床聯(lián)系尺寸圖 132.3.4 生產(chǎn)率計算卡 15第3章 電氣控制 173.1 運動分析 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 手動操作模塊 213.4.3 自動操作模塊 223.4.4 編制程序 26參考文獻 28致 謝 29第1章 緒論1.1 機床在國民經(jīng)濟的地位及其發(fā)展簡史現(xiàn)代社會中，人們?yōu)榱烁咝?、?jīng)濟地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種機器、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。由于機械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主

5、要靠切削加工的方法來達到，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，機床是現(xiàn)代機械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備。在一般機械制造廠中，機床所擔負的加工工作量，約占機械制造總工作量的40%60%，機床的技術(shù)性能直接影響機械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟性，進而決定著國民經(jīng)濟的發(fā)展水平?？梢赃@樣說，如果沒有機床的發(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床，現(xiàn)代社會目前所達到的高度物質(zhì)文明將是不可想象的。上世紀初以來，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，促使機床沿著提高主軸轉(zhuǎn)速、加大驅(qū)動功率

6、和增強結(jié)構(gòu)剛度的方向發(fā)展。與此同時，由于電動機、齒輪、軸承、電氣和液壓等技術(shù)有了很大的發(fā)展，使機床的轉(zhuǎn)動、結(jié)構(gòu)和控制等方面也得到相應(yīng)的改進，加工精度和生產(chǎn)率顯著提高。此外，為了滿足機械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求，機床品種的發(fā)展也與日俱增，例如，各種高效率自動化機床、重型機床、精密機床以及適應(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)、計算技術(shù)、自動控制和機床設(shè)計等各個領(lǐng)域最新成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)控機床，使機床自動化進入了一個嶄新的階段，與早期發(fā)展的僅適用于大批大量生產(chǎn)的純機械控制和繼電器接觸器控制的自動化相比，它具有很高柔性，即使在單件和小批

7、生產(chǎn)中也能得到經(jīng)濟的使用。我國機床行業(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，為了提高機床產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力，必須深入開展機床基礎(chǔ)理論研究，加強工藝試驗研究，大力開發(fā)精密、重型和數(shù)控機床，使我國的機床工業(yè)盡早躋身于世界先進行列。1.2 機床設(shè)計的目的、內(nèi)容、要求1.2.1 設(shè)計的目的機床設(shè)計畢業(yè)設(shè)計，其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使我們在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹

8、立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，培養(yǎng)基本的設(shè)計方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。1.2.2 設(shè)計內(nèi)容1、運動設(shè)計 根據(jù)給定的被加工零件，確定機床的切削用量，通過分析比較擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計算主軸的實際轉(zhuǎn)速與標準的相對誤差。2、動力設(shè)計 根據(jù)給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動力箱；計算多軸箱尺寸及設(shè)計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗算主軸主件的靜剛度。3、結(jié)構(gòu)設(shè)計 進行主運動傳動軸系、變速機構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構(gòu)設(shè)計。即繪制裝配圖和零件工作圖。4

9、、編寫設(shè)計說明書1.2.3 設(shè)計要求評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟指標來判定的。技術(shù)先進合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機床設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟指標可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關(guān)系等方面進行分析。1.3 機床的設(shè)計步驟a 調(diào)查研究b 擬定方案c工作圖設(shè)計1.4 國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 2011年3月15日畢業(yè)設(shè)計題目plc 控制組合鉆床設(shè)計指導(dǎo)老師張俠職稱助講專業(yè)名稱機電一體化班級08機電2班學(xué)生名稱王江文學(xué)號20081102245設(shè)計要求1、運動設(shè)計 根據(jù)給定的被加工零件，確定機床的切削用量，通過分析比較擬定傳動方案和傳

10、動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計算主軸的實際轉(zhuǎn)速與標準的相對誤差。2、動力設(shè)計 根據(jù)給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動力箱；計算多軸箱尺寸及設(shè)計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗算主軸主件的靜剛度。3、結(jié)構(gòu)設(shè)計 進行主運動傳動軸系、變速機構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構(gòu)設(shè)計。即繪制裝配圖和零件工作圖。完成畢業(yè)課題的計劃安排序號內(nèi)容 時間安排1確定畢業(yè)設(shè)計題目，完成畢業(yè)設(shè)計資料收集2月1日2月19日2完成裝配圖設(shè)計2月20日2月28日3完成零件圖設(shè)計3月1日3月9日4畢業(yè)設(shè)計說明書3月10日3月15日5整理畢業(yè)設(shè)計

11、資料，完成答辯答辯提交資料畢業(yè)設(shè)計論文計劃答辯時間 國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電技術(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2.1 組合機床方案的制定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），加工八個螺栓孔的工藝過程。1加工孔的主要技術(shù)要求。加工8個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，除粗糙度要求外（ra3.2um），孔的位置度公差為0.3mm根據(jù)組合機床用的工藝方法及能達到的經(jīng)濟精度，可采用如下的加工方

12、案。鉆 擴或鉆 鉸3定位基準及夾緊點的選擇加工此箱蓋的孔，以底面的三個支承點限制和、三個自由度，位于右邊上的兩個支承點限制了和自由度，位于前面上的一個支承點限制一個自由度。這樣工件的6個自由度被完全限制了。2.1.2 確定組合機床的配置形式和結(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床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度，是制造機床方案的主要依據(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，安排加工時可以在下一個安裝工位上對所有孔進行最終精加工。為了加工出表面粗糙度為ra3.2um的孔。采取提高機床原

13、始制造精度和工件定位基準精度并減少夾壓變形等措施就可以了。2.被加工零件的特點零件的加工特點是中心線與定位基準平面是垂直的，并且定位基準面是水平的?？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、自動線或按中小批量生產(chǎn)特點設(shè)計組合機床的重要因素。4.機床使用條件使用組合機床對對車間布置情況、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：通過對箱蓋零件的結(jié)構(gòu)特點、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、工藝方法，

14、并定出影響機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床對孔加工的工序余量，由于在本鉆床上鉆孔后重新安裝或在其他多工位機床上加工下道工序，應(yīng)適當加大余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。10mm的孔在鉆孔后擴孔，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)計成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足不同直徑

15、的加需要，即：·=·=·=式中： 各主軸轉(zhuǎn)速（r/min） 各主軸進給量（mm/r） 動力滑臺每分鐘進給量（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及進給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設(shè)計的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳

16、動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下： 布氏硬度：hb =hbmin(hbmaxhbmin) 切削力：=26 =26×10×× =255(255175) =228.33 =1071.79 n切削扭矩：=10 切削功率：= =3274.45×15/(9740×3.14×10) =10××× =0.164 kw =3274.45 n·mm式中：hb布氏硬度 f切削力（n） d鉆頭直徑（mm） f每轉(zhuǎn)進給量（mm/r） t切削扭矩(n·mm) v切削速度（m/min） p切削功率(k

17、w)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，選擇標準10的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L度應(yīng)保證加工終了時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“三圖一卡”的編制前面對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)計的重要內(nèi)容。下面就以鉆床加工箱蓋總體設(shè)計的另一個問題，既總體設(shè)計方案的圖紙表達形式“三圖一卡”設(shè)計，其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系

18、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)容組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機床的重要技術(shù)文件。箱蓋用四軸頭多工位組合機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、夾緊部位及夾緊方向。（3）加工時如需要中間向?qū)?。?）被加工零件的名稱、編號、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（1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機床的加工內(nèi)容。如圖22中810加工用定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號表示出來（2）加工部位的位置尺寸應(yīng)

19、由定位基準注起，為便于加工及檢查，尺寸應(yīng)采用直角坐標系標出，而不采用極坐標，但有時因所選定位基準與設(shè)計基準不重合，則須對加工部位要求位置尺寸精度進行分析換算。此外，應(yīng)將零件圖的不對稱位置尺寸公差換算成對稱尺寸公差，如圖21中的尺寸應(yīng)換算為圖 22中的尺寸59.80.1，以便在進行夾具和主軸箱設(shè)計時，確定導(dǎo)向孔與主軸孔的位置坐標尺寸。圖22 被加工零件工序圖附注：1.被加工零件名稱及編號：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

20、映，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機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)標注的內(nèi)容：（1）機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。（2）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)

21、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)向裝置的標準尺寸如下表：表21 固定導(dǎo)向裝置的標準尺ddd1d2ll1mrd1d2l01018263028381322m81616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)尺寸項目l1l2l3與直徑d的關(guān)系(23)d加工鑄鐵dd/3+(38)計算值3×d=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

22、為軸的材料為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（n·mm）b系數(shù)本設(shè)計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到達加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個可調(diào)節(jié)在組合機床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖26

23、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20tr20×6莫氏1號12.06117188464010012（5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸從保證加工終了時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）工作進給長度的確定

24、如圖27工作進給長度應(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，誤差大時取大值，因此取=7mm，切出長度=1/3d+(38)=+8 9mm,所以=10+7+9=26mm.（7）快進長度的確定 考慮實際加工情況，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與工作工進之和，因此快進長度15626=130mm. 圖27 工作進給長度2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容一般來說，組合機床是由標準的通

25、用部件動力箱、動力滑臺、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床各組成部件的相互裝配和運動關(guān)系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足要求，通用部件的選擇是否合適，并為進一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。如圖28所示，機床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機床的布局形式，通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運動尺寸和所用電動機的主要參數(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 機床聯(lián)系尺寸圖2、選用動力部件選用動力部件主要選擇

26、型號、規(guī)格合適的動力滑臺、動力箱。（1）滑臺的選用 通常，根據(jù)滑臺的驅(qū)動方式、所需進給力、進給速度、最大行程長度和加工精度等因素來選用合適的滑臺。1）驅(qū)動形式的確定 根據(jù)對液壓滑臺和機械滑臺的性能特點比較，并結(jié)合具體的加工要求，使用條件選擇hy系列液壓滑臺。2）確定軸向進給力 滑臺所需的進給力=4×1071.79=4287.16n 式中：各主軸加工時所產(chǎn)生的軸向力由于滑臺工作時，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應(yīng)大于4.29kn。3）確定進給速度 液壓滑臺的工作進給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無級調(diào)速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進

27、給速度應(yīng)大于滑臺最小工作進給速度的0.51倍;液壓進給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時，實際進給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進給速度=n·f=47.8mm/min。所以選擇hy25ia液壓滑臺，工作進給速度范圍32800mm/min，快速速度12m/min。4）確定滑臺行程 滑臺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，確定液壓動力滑臺型號hy25ia。（2）由下式估動力箱的選用 動力箱主要依據(jù)多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設(shè)計之前，可算4×0.1640.80.82kw式中：多軸箱傳動效率，加工

28、黑色金屬時0.80.9；有色金屬時0.70.8，本系統(tǒng)加工ht200，取0.8動力箱的電動機功率應(yīng)大于計算功率，并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動機型號為y100l6b5的1td25ia型動力箱，電動機功率1.5kw，驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速為520r/min,動力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。（3）y軸液壓滑臺的選用工件質(zhì)量計算 v=420×240×10(2×1602×340)×10×30 m = v=7.0×103×1.308×10-3 =9.156kg 磨擦系數(shù)：f=0.070.12取f=0.1f=

29、f·n=0.1mg=0.1×9.156×10=9.156n由于工作臺和夾具還未設(shè)計，初選滑臺時進給力大于9.156n，由于工件長×寬為420×240mm,選擇液壓滑臺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床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計組合機床時，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

30、多軸箱輪廓尺寸本機床配置的多軸箱總厚度為301mm，寬度和高度按標準尺寸中選取。計算時，多軸箱的寬度b和高度h可按下式確定：b=b+2b1=190+2×100=390mm h=h+h1+b1=100+100+100=300mm式中：b工件在寬度方向相距最遠的兩孔的距離 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的兩孔距離 h1最低主軸高度h1>85140mm。取h1=100mm根據(jù)上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸b×h=400×320mm。2.3.4 生產(chǎn)率計算卡生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機

31、床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負荷率等技術(shù)文件，通過生產(chǎn)率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負荷率的要求。計算如下：切削時間： t切= l/vf+t停 = 2×26/47.82×15/478=1.151 min式中：t切機加工時間（min） l工進行程長度（mm） vf 刀具進給量（mm/min） t停死擋鐵停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)515 r所需要時間。這里取15r 輔助時間 t輔 = +t移+t裝 = （150176）×2/12000+0.1+1.5= 1.654min 式中：l3、l4 分別為動力部件快進

32、、快退長度（mm） vfk 快速移動速度（mm/min） t移 工作臺移動時間（min）,一般為0.050.13min,取0.1 min t裝 裝卸工件時間（min）一般為0.51.5min,取1.5min機床生產(chǎn)率 q1 = 60/t單= 60/（t切+t輔）=60/（1.151+1.654）=21.39 件/h機床負荷率按下式計算 = q1/q×100%= q1tk/a×100% =21.39×1950/60000×100%=70% 式中：q機床的理想生產(chǎn)率（件/h） a年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） tk年工作時間，單班制工作時間tk =1950h表25 生產(chǎn)率

33、計算卡被加工零件圖號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工時/min序號工步名稱工作行程/mm切速/（m·min-1）進給量/（mm·r-1）進給量/（mm·min-1）工進時間輔助時間1按裝工件0.52工件定位夾緊0.253z軸快下150120000.0134z軸工進26150.147.80.5445z軸暫停0.036z軸快上176120000.0157y軸前進100100000. 018y軸暫停0.099z軸快下150120000.01310z軸工進2647.80.54411z軸暫停0.0312快退176

34、120000.01513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工件累計1.0881.716單件總工時2.804機床生產(chǎn)率21.39 件/h理論生產(chǎn)率30.77件/h負荷率70%3章 電氣控制3.1 運動分析加工箱蓋連接螺栓孔，先由工人把工件定位在工作臺上并夾緊。從原位開始，順序完成八個步驟。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，加工螺栓孔，壓下行程開關(guān)st3，并開始計時，2s后發(fā)出快上信號，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。第四步是工作臺液壓滑臺前進，壓下行程開關(guān)st4,壓力繼電器發(fā)出

35、信號，第四步結(jié)束。第五步是z軸液壓滑臺快下，壓下行程開關(guān)st2，第五步結(jié)束。第六步是軸工進，加工另外四個螺栓孔，壓下行程限位開關(guān)st3，并開始計時，2s后出發(fā)出快上信號，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后退，壓下行程開關(guān)st5，卸下工件，加工一個工件完成。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：手動和自動。（1）手動操作 工作方式選擇了手動擋，在液壓泵驅(qū)動電機打開后，就可用手動的完成主軸電機起停、z軸快下快退和y軸前進后退操作動作，來完成加工工件。（2）自動操作 工作方式選擇了自動檔，在液壓泵驅(qū)動電機打開后，按下啟動按

36、扭，自動的完成一個工件的加工。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個輸入點數(shù)，9個輸出點數(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展性，輸入輸出都有預(yù)留點數(shù)。因此可選用松下公司的c40系列afp12416型plc，該plc的輸入點數(shù)為24，輸出點數(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主軸電機啟動按鈕sb1y0主軸電機km1

37、x1主軸電機停止按鈕sb2y1液壓泵驅(qū)動電機km2x2液壓泵電機啟動按鈕sb3y21ya電磁閥x3液壓泵電機停止按鈕sb4y32ya電磁閥x4z軸正向啟動按鈕sb5y43ya電磁閥x5z軸負向啟動按鈕sb6y54ya電磁閥x6y軸負向啟動按鈕sb7y65ya電磁閥x7y軸正向啟動按鈕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軸工進行程開關(guān)st2xbz軸終點行程開關(guān)st3xcy軸原點行程開關(guān)st5xdy軸終點行程開關(guān)st4xey軸終點壓力繼電器spx10手動/自動選擇開關(guān)sa3.3.3 plc接線圖本系統(tǒng)plc接線圖如圖32所示3.4

38、 應(yīng)用程序的編制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)當系統(tǒng)處于原位時，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)動電機啟動按鈕x2，y1得電并保持，液壓泵驅(qū)動電機處于工作狀態(tài)，當按下液壓泵驅(qū)動電機停止按鈕x3時，y1復(fù)位，液壓泵驅(qū)動電機停止工作。在開關(guān)打“手動”操作時，x10接通，執(zhí)行mc 到mce 中的手動程序模塊，而不執(zhí)行mc 到mce 中的自動程序模塊。同樣，當開關(guān)打到“自動”操作時，也就是x10取非，就不執(zhí)行mc 到mce 中的手動程序模塊，而執(zhí)行mc 到mce 中的自動程序模塊。3.4

39、.2 手動操作模塊實現(xiàn)手動操作的控制程序如34所示。當選擋開關(guān)選擇“手動”時，x10接通，就執(zhí)行手動?？斐绦?。y、z軸液壓滑臺運動采用點動，并且復(fù)位設(shè)在手動擋中完成。圖34 手動操作程序按下x0，主軸電機y0得電；按下x1，主軸電機y0斷電。再按下x8，使通用寄存器r0通電，產(chǎn)生自鎖，z軸液壓滑臺回原位后，y軸再回原位。接著按下x5，z軸工進，壓下xb停止運動；按下x4，z軸快上，壓下x9停止運動；按下x6，y軸前進，壓下xd停止運動；按下x7，y軸后退，壓下xc停止運動。這里同軸正負方向有互鎖功能，y、z軸可以同時運動。3.4.3 自動操作模塊自動操作程序控制的主要特點是z軸有兩次相同工作方

40、式，此類程序可以調(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常開接點接通，故y、z軸原位指示燈亮。在液壓泵驅(qū)動電機打開后，方式選擇開關(guān)打到自動檔操作位時，按一下主軸電機啟動按鈕x0，主軸電機y0起動，并開始計時5s。當t1計滿后，調(diào)用子程序，并使通用寄存器r1通電。執(zhí)行子程序時，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，當壓下y軸終點行程開關(guān)xd時，y6斷電，y軸停止前進。當y軸液壓缸壓力達到y(tǒng)軸終點壓力繼電器xe的設(shè)定值時，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

41、子程序時，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y0復(fù)位，停止轉(zhuǎn)動了，當壓下y軸終點行程開關(guān)xc時，y8斷電，y軸停止后退。整個鉆床處于原位，卸下工件，完成了一個工件的加工。子程序控制功能：當r1通電時，1ya電磁閥y2和3ya電磁閥y4通電，z軸開始快下，當壓下z軸工進行程開關(guān)xa時，y4斷電，z軸工進，開始鉆孔，當壓下z軸終點開關(guān)xb時，y2斷電，z軸暫停，并開始計時。當計時器計滿2s后，2ya電磁閥y3通電，z軸快上，當壓下z軸原位開關(guān)x9時，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 自動操作的梯形圖3.4.4 編制程序st 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