變速箱體臥式鉆孔專用機床設計（江蘇）

變速箱體臥式鉆孔專用機床設計（江蘇）,變速,箱體,臥式,鉆孔,專用,機床,設計,江蘇 畢業(yè)設計讀書報告 班級：機械0303 學號：3030301075 姓名：王博 摘要：本文比較詳細地介紹了關于組合機床設計過程中主軸箱、PLC電氣控制系統(tǒng)及液壓傳動系統(tǒng)的原理和設計并舉例介紹了部分元件的選擇。 關鍵詞： PLC控制 主軸箱 液壓傳動 組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產線。但傳統(tǒng)的組合機床采用繼電器一接觸器控制系統(tǒng)接線復雜，故障率高，調試和維護困難。以下就組合機床各個部件的設計分別介紹。 一、公用主軸箱的設計 主軸箱是組合機床關鍵的組成部分。它的設計也是組合機床設計的關鍵過程。以下以鉆孔、攻絲公用主軸箱的設計為例進行介紹。 該主軸箱的設計焦點在于“公用”。要想設計鉆孔、攻絲公用的主軸箱，首先必須了解鉆孔、攻絲主軸箱各自的功能結構特點和工作原理。只有同時具備鉆孔、攻絲主軸箱的功能結構特點，才能實現“公用”。 攻絲加工必須要求電動機有正反轉功能(攻絲時正轉，后退時反轉)，而鉆孔加工電動機只需正轉而不能反轉。為解決此問題，我們在該主軸箱上配備了2個B5型電動機，分別控制鉆孔、攻絲加工。2個B5型電動機與主軸箱的聯結方法如下：不再使用標準動力箱和標準主軸箱后蓋，而另配1個異型主軸箱后蓋，2個B5型電動機通過止口定位直接安裝在異型主軸箱后蓋上，通過齒輪完成動力的傳遞。另外，攻絲加工必須有攻絲靠模裝置，因而攻絲主軸箱均有攻絲模板而無前蓋；而鉆孔主軸箱只需有標準主軸箱前蓋即可。為解決此問題，須設計一異型攻絲模板，使其兩攻絲主軸的位置為攻絲模板，兩鉆孔主軸的位置為標準主軸箱前蓋結構。這樣就解決了鉆孔、攻絲公用1個主軸箱的“公用”問題。其結構簡圖見圖3。 本人所選課題只需鉆孔，因而只要一個發(fā)動機即可。 二、鉆孔組合機床液壓傳動 1 液壓系統(tǒng)工況分析和總體方案 該機床液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)為：工件夾緊一工作臺快進一工進一停留一快退一原位停止一工件松開。 技術要求如下：可在20—100 mm／min范圍內無級調速；夾緊力最小不低于3．3 kN，最大不得超過6kN；夾緊缸行程40mm，夾緊時間1 s；運動部件總重量為18000 kg。液壓系統(tǒng)原理如圖1所示。 (1)工件夾緊 液壓泵電動機起動后，電氣控制系統(tǒng)發(fā)出工件夾緊信號，電磁閥YV4得電，二位四通閥右位工作，壓力油經減壓閥、單向閥6進入夾緊缸的大腔，小腔回油至油箱，工件夾緊。當夾緊到位后壓力繼電器動作，表示工件夾緊。 (2)工作臺快進 壓力繼電器動作后，電氣控制系統(tǒng)發(fā)出快速移動信號，電磁閥YV1得電，三位五通閥左位工作，使液控閥左位工作，接通工作油路，壓力油經行程閥進入進給缸大腔，小腔內回油經過單向閥4、行程閥再進入進給缸大腔，使工作臺向前快速移動。 (3)工作進給 工作臺快速移動到接近加工位置時，臺上擋鐵壓下行程閥，切斷壓力油通路，壓力油只能通過調速閥1進入進給缸大腔，進油量的減少使得工作臺移動速度降低，工作臺轉為工作進給。此時由于負載增加，工作油路油壓升高，順序閥打開，液壓缸小腔回油不再經過單向閥4流人進給缸大腔，而是經順序閥、溢流閥流回油箱。 (4)快速退回 工作臺工進到終點時，終點行程開關被壓下，使電磁閥YV1斷電，而電磁閥YV2得電，三位五通閥右位工作，使液控閥右位工作，接通工作油路，壓力油直接進入進給缸小腔，使工作臺快速退回。同時大腔內的回油經單向閥1、液控閥流回油箱。當工作臺快速退回原位，原點行程開關被壓下，電磁閥YV2失電，液控閥回中間位置，切斷工作油路，工作臺停止于原位。 (5)工件松開 當工作臺回原位停止后，電氣控制系統(tǒng)發(fā)出工件松開信號，使電磁閥YV3得電，二位四通閥左位工作，改變油路的方向，壓力油進入夾緊缸小腔，大腔內的回油經二位四通閥流回油箱，使工件松開，同時壓力繼電器復位。取下工件，一個工作循環(huán)結束。 2 液壓元件及輔助元件的選擇 單出桿活塞缸的兩個腔有效作用面積不相等，當泵供油使活塞內縮時，活塞腔的排油流量比泵的供油流量大得多，通過閥的最大流量往往是在這種情況下出現。復合增速缸和其他等效組合方案也有相同情況。選擇流量控制閥時，其最小穩(wěn)定流量應能滿足執(zhí)行元件最低工作速度的要求，即： ≤ A (1) 或： ≤ (2) 式中: ——流量控制閥的最小穩(wěn)定流量，／s — — 液壓缸最低工作速度，／s A——液壓缸有效工作面積， ——液壓馬達最低工作轉速，r／s ——液壓馬達排量，／s 2．1 根據流量和系統(tǒng)工作壓力選擇液壓泵因篇幅所限，略去液壓執(zhí)行元件載荷力的計算和液壓缸參數的確定過程，其結果如表1所示。 液壓泵工作壓力為 ≥ + (3) 式中：為液壓執(zhí)行元件的最高工作壓力。本系統(tǒng)中最高壓力是進給缸快進時的進口壓力=3.85 MPa；為系列執(zhí)行元件間總的管路損失。由原理圖可 知，從泵到進給缸之間串接有液控閥、行程閥。取 =0.5 MPa，則液壓泵工作壓力=3.85+0.5=4.35 MPa。 液壓泵流量為 ≥K(∑) (4) 最大流量發(fā)生在快速夾緊工況，∑ =7.85 x 10／s；泄露系數K取1.2，則液壓泵總流量=1.2 x7.85 x ／s =9.42 x x 60 x L／min =5.7 L／min. 依據以上計算，選用YB—A9B變量葉片泵。 2.2 液壓元件的選擇 以泵的額定壓力4．35 MPa、流量5．7 L／min為基準，選擇元件如表2。 三、電氣控制回路設計 該鉆孔組合機床的進給運動、工件定位和夾緊裝置均由液壓系統(tǒng)驅動，機床工作臺用于進給運動。Ml為液壓泵電動機，為整個液壓系統(tǒng)提供能量源，為保證安全，只有系統(tǒng)正常供油后，其它控制電路才能通電工作。M2為主軸電動機。拖動主軸箱的刀具主軸，提供切削主運動。主軸電動機在工作臺進給循環(huán)開始時啟動，工作臺退回原位后停機。M3為冷卻泵電動機，在工件加工的過程中冷卻泵始終工作。根據該機床的特點，選用三菱FX 一24MR可編程控制器實現順序控制和機床自動加工循環(huán)。該PLC有l(wèi)4點數字量輸入和10點繼電器輸出。系統(tǒng)的I／O分配及外部接線如圖1所示。電氣控制線路有如下特點： (1)簡化手動操作步驟，按下按鈕SB2即可完成單次循環(huán)； (2)設計了手動快退按鈕SB5，解決因特殊原因機床未停止在原點，循環(huán)無法再啟動的問題； (3)為節(jié)省I／O點數、簡化PLC程序，將熱繼電器觸頭FR1和FR2直接串接在接觸器線圈控制線路中，用于液壓泵電動機和主軸電動機的過載保護； (4)為防止電氣干擾，液壓系統(tǒng)中的電磁閥均采用24 V直流供電，電動機控制用接觸器線圈均采用220 V交流供電。 (5)液壓泵電動機的啟動設計了延時環(huán)節(jié)，待電動機工作正常后電磁閥才開始動作； (6)對工件的夾緊與松開設計了延時保護，防止對工件和夾具造成破壞。 圖1.I／O分配及PLC外部接線圖 控制程序基于三菱SWOPC—FXGP／WIN—C軟件，采用梯形圖方式編程，如圖2所示。程序描述如下：按下循環(huán)啟動按鈕SB2，對應XO01置1，輸出 YO04置l，液壓泵電動機M1啟動；時間繼電器，ID延時1．8s，待液壓泵電動機工作正常，液壓回路油壓到達設計值后，，ID使Y003置l，工件夾緊電磁閥YV4開始工作，工件夾緊；夾緊時間約1 s，壓力繼電器BP動作，其觸頭閉合，X005置l，Y010置1，夾緊指示燈亮；M0置1，使得Y000、Y005、Y006均置l，工作臺開始進給，刀具主軸電動機M2啟動，冷卻泵電動機M3啟動；進給過程中的快進轉工進由液壓回路實現，工作臺工進到終點位置時，終點行程開關SQ2被壓下，X007置l，Y000置0，Y001置l，進給電磁閥YV1失電，快退電磁閥YV2得電，工作臺后退；后退到原點位置時，原位行程開關SQ1被壓下，XO06置1，Y007置1，原點指示燈亮；M1置l，使得Y001、Y005、Y006均置0，快退電磁閥失電，主軸電動機M2停止，冷卻泵電動機M3停止;工件松開電磁閥YV3得電，松開時間O．8 s后斷開液壓泵電動機M1，整個工作循環(huán)結束。如需立即快退到原位，可按下按鈕SB5使x004置l，此時Y000、Y005、Y006均置0，進給電磁閥失電，主軸電動機停止，冷卻泵電動機停止，Y001置l，工作臺立即后退到原位。工作過程中如因特殊原因需緊急停車，可按下按 鈕SB1使XO00置l，此時PLC所有輸出點均置0，各電動機和電磁閥均失電，機床停止工作。重新啟動時先手動快退到原位，裝夾工件后按下SB2即可開始自動循環(huán)。 圖2.PLC梯形圖 四、結束語 組合機床一般均為專用機床，因此在設計組合機床時，應根據具體加工對象的具體工藝要求和本公司的具體實際情況合理地確定工序集中程度，選擇恰當的機床配置型式，合理地選擇組合機床的通用部件，設計高效的夾具、刀具及主軸箱等。采用先進的加工工藝，制定最佳的設計方案，達到“精、快、省”的最終目的。