初稿-組合機床回轉工作臺結構與控制系統(tǒng)設計

1、需要圖紙聯(lián)系QQ：1834186366組合機床回轉工作臺結構與控制系統(tǒng)設計摘要進入二十一世紀以來，伴隨著世界經(jīng)濟的全球化趨勢，制造業(yè)面臨著市場競爭不斷加劇，市場變化不可預測等新特點，市場的不斷變化要求制造業(yè)整體加快轉型，加速發(fā)展以滿足快速變換的市場需求。所謂組合機床是指針對一些特定的復雜零部件、特定復雜的加工工序進行批量加工的組合機床專用設備，該類設備更加復雜，能顯著提升生產(chǎn)效率。近年來，機械制造業(yè)中組合機床的用途越來越廣泛，組合機床回轉工作臺是一種可以實現(xiàn)圓周進給和分度運動的工作臺，可提高加工效率，完成更多工藝，主要由原動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、工作臺等部分組成，并可進行消隙和蝸輪夾緊，本文介紹了組

2、合機床的原理和應用，并且設計了組合機床回轉工作臺，并利用PLC實現(xiàn)了對組合機床回轉工作臺的自動控制，無疑是今后發(fā)展的方向。目錄第一章 概述1.1組合機床概述在現(xiàn)代化機械制造工業(yè)中，為了達到保證產(chǎn)品質量、改善勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率及降低勞動成本的目的，在工藝過程中，除機床等設備外還大量使用著各種工藝裝備。它包括夾具、模具、刀具、輔助工具及其測量工具等。專用機床是為了完成某一特定的加工對象或加工工序設計和制造的輔助裝備，通常使用很多刀具同時進行切削加工，提高了生產(chǎn)效率，穩(wěn)定保證所加工零部件的質量和一致性，減輕了勞動強度。專用機床往往針對某一特定零部件或者特定工序設計制造，當產(chǎn)品更新或加工對象改變

3、后需要重新改裝，另行設計制造和安裝。組合機床是專用機床的改進型，由通用部件及少量專用部件組合起來的高效率的機床，靈活性更高。其通用部件包括動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件等。動力部件為組合機床提供主運動和進給運動，由動力箱、切削頭和動力滑臺，支承部件用以支承動力滑臺，切削頭等，包括側底座、中間底座、支架、可調支架、立柱和立柱底座等。輸送部件用以輸送工件或主軸箱至加工工位，包括分度回轉工作臺、環(huán)形分度會裝工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等?？刂撇考ㄒ簤赫尽㈦姎夤窈筒倏v臺等控制元件。輔助裝置包括潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。組合機床克服了一般專用機床的缺點。它將專用機床上若干

4、具有一定功能的零件獨立組成各個通用的功能部件，再組合成為整體的機床系統(tǒng)，因而具有很高的靈活性。組合機床技術是機床裝備中的前沿科技，組合機床正朝著高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、高可靠性發(fā)展。組合機床在工程機械工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等領域有著廣泛的應用。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，主要針對批量生產(chǎn)大中型箱體類和軸類零件，完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等復雜工序；新型柔性化組合機床運用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換等新技術，配以可編程序控制器(PLC

5、)、數(shù)字控制(NC)等控制新技術，能通過任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng)適應多個不同的零部件加工。另外，近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床等新型組合機床發(fā)展應用十分迅速。使用組合機床縮短了設計與制造周期，由于組合機床的通用化程度高，通用零部件和標準件數(shù)量多，在制造新機床時可以直接選用，這些通用零部件都是經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗多次反復修改定型的產(chǎn)品，使用性能穩(wěn)定，有利于保證加工質量穩(wěn)定，需要設計和制造的只是少量專用零部件。提高了生產(chǎn)效率，可靠性和工藝性，因而可以組織成批生產(chǎn)，提高制造精度，降低機床成本，加快了專用機床的制造速度，自動化程度高，便于維護，通用的易損件可以提前準備。當改變加工對象時，通用零

6、部件可以重新利用，改裝成新的專用機床，具有較為廣泛的適應性和靈活性1.2回轉工作臺概述在多工位組合機床中，分度回轉工作臺是一個重要的輸送部件，它將被加工工件從一個工位轉換到另一個工位。通常一個工位用作裝夾工件，其他幾個工位同時對工件進行加工，一臺組合機床可以看做是一條圓形自動機械加工線，占地面積小，機床的生產(chǎn)效率得以提高?；剞D工作臺的形式多種多樣，按傳動方式可分為：機械傳動，液壓傳動，氣壓傳動，氣、液聯(lián)合傳動和行星傳動的回轉工作臺。按被加工工件的定位方式可分為：圓柱銷或菱形銷定位，圓錐銷定位，反靠定位，齒盤定位和鋼球定位等幾種。近年來在發(fā)達國家得到應用的行星傳動分度回轉工作臺，可將被加工工件在

7、一個工位上裝夾后，工件可繞著工作臺軸線作圓周方向輸送，輸送到各工位后，根據(jù)工藝要求，在工作臺分度轉位的過程中，使工件繞夾具軸線回轉，被加工工件的各面可以依次朝外接受各工位上的動力部件加工。這樣的一臺多工位組合機床，除了可以從被加工工件的頂面和朝向動力部件面進行加工外，還可對多達五個面進行加工，擴大了組合機床的應用范圍。回轉工作臺的定位精度是評價回轉工作臺的主要性能指標，往往取決于回轉工作臺的定位方式。設計組合機床時，應根據(jù)被加工工件的精度要求合理選擇分度回轉工作臺的定位方式。分度定位精度高，定位剛性好，分度所需時間短，精度保持時間長，工作安全可靠是對回轉工作臺的要求。在各種定位方式中，鋼球定位

8、的回轉工作臺，具有分度精度高，定位剛度好等優(yōu)點，但目前在我國現(xiàn)在回轉工作臺通用部件中，以齒盤定位回轉工作臺技術性能最優(yōu)。1.3回轉工作臺方案設計由上所述，綜合考慮到所設計的任務和要求，結合被加工工件的精度要求，本次設計采用齒輪傳動方式。設計回轉工作臺首先應當考慮到回轉工作臺夾具?；剞D工作臺夾具是工件繞垂直軸作回轉運動的組合機床夾具。多用于中小工件的多面多工序加工，在每一個工位上可安裝一個或幾個工件。同時為提高機床生產(chǎn)效率，在夾具上還設置專門的裝卸工位?；剞D工作臺的分度和定位有液壓和機械兩種傳動方式，大型回轉工作臺的轉盤直徑有800、900、1000、1120、1250、1400毫米六種規(guī)格，工

9、位數(shù)為2、3、4、5、6、8、10、12八種，小型回轉工作臺的轉盤直徑有500、600、700、800毫米四種規(guī)格，工位數(shù)為3、4、5、6、8、9、10、12八種。根據(jù)設計任務書的要求，本次設計選擇回轉工作臺的轉盤直徑為600mm，工位數(shù)為4。設計時回轉工作臺時應合理布置小夾具，盡量選用較小直徑的轉盤。在轉盤上應加工用于小夾具定位的圓柱銷孔，為保證孔加工精度，應在坐標鏜床上加工。考慮小夾具與與工作臺定位機構的關系，盡量使精加工工位放在工作臺定位機構的附近，這樣有利于提高機床加工精度。為有利于切削和冷卻液的排除，相鄰小夾具間的距離必須足夠。 需要時小夾具的局部可超出工作臺面，但要保證與其它部件無

10、干涉。當小夾具的回轉中心與回轉工作臺的回轉中心不同時，更要注意回轉時的碰撞問題。對于臥室機床的回轉工作臺，為避免加工時產(chǎn)生振動，應盡量減少切向和不通過回轉工作臺中心的切削力。以上是對回轉工作臺夾具掌握的一些情況為了滿足上述要求，現(xiàn)對回轉工作臺作詳細的方案設計：結合加工工件的特點和所掌握的一些情況決定工作臺選用帶回轉式油缸分度機構的環(huán)形工作臺，為了實現(xiàn)精確的分度，本工作臺采用齒輪分度的方式，由于回轉工作臺有4個工位，因此回轉工作臺每次旋轉90度，而油缸每次旋轉450度，中間采用齒輪傳動的傳動方式，所以傳動比為根據(jù)所設計的特點和傳動比的大小，采用二級傳動的傳動方式，初設傳動比。第一級采用直齒輪傳動

11、的傳動方式，第二級采用漸開線蝸輪蝸桿的傳動方式，具體傳動方式如圖所示：圖3-1傳動圖本次設計回轉工作臺的主要技術參數(shù)如下：（1）回轉半徑：600mm（2）重復定位精度：0.005 mm（3）電液脈沖馬達功率0.75kw（4）電液脈沖馬達轉速3000 rpm（5）總傳動比：72.5（6）最大承載重量100第二章 回轉工作臺的結構設計3.1 確定傳動方案在組合機床上，回轉工作臺的作用是提供需要的轉動自由度。常規(guī)的回轉工作臺僅提供一個繞工件軸線轉動，但螺旋錐齒輪的加工過程中，需要調整多個參數(shù)，若采用這樣的轉臺，則每次調整參數(shù)都必須重新布置轉臺的位置，且這種布置精度受外界因素影響較大，不利于實現(xiàn)自動化

12、數(shù)控加工。另外這種轉臺功能單一，不適合復雜曲面的加工。因此為了很好的體現(xiàn)多功能組合機床的功用，本次設計了一種新型結構的回轉工作臺，它具有三個轉動自由度，不僅能提供工件主軸的回轉運動，而且能使工件回轉軸在上半球內任意定位，便于調整工件的加工位置。由于所設計的回轉工作臺是安放在改造后的組合機床的橫向移動滑臺上，其結構尺寸受到機床結構的限制，高度在500mm左右，直徑不能超過400mm。整個數(shù)控轉臺由轉臺、連接體、齒輪、軸承座等組成。步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉速取決于輸入

13、脈沖頻率。步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過

14、程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要回轉工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現(xiàn)分度運動。在本課題中，原動機采用電液脈沖馬達，工作臺為T形槽工作臺，傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。合理的傳動方案主要滿足以下要求：（1）機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉

15、速和運動形式的要求。（2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。（3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。（4）結構工藝性要求；如結構簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經(jīng)濟合理等?；剞D工作臺傳動方案為：電液脈沖馬達齒輪傳動蝸桿傳動工作該傳動方案分析如下：齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結構緊湊。蝸桿傳動有以下特點：1傳動比大在分度機構中可達1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機構尺寸小，因而結構緊湊。2傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。3可以自鎖 當蝸桿的導程角小

16、于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。4效率低、制造成本較高 蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。同時，對于回轉工作臺，結構簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉工作臺、閉環(huán)回轉工作臺。兩種型式各有特點：開環(huán)回轉工作臺 開環(huán)回轉工作臺和開環(huán)直線進給機構一樣，都可以用點液脈沖馬達、功率步進電機來驅動。閉環(huán)回轉工作臺 閉環(huán)回轉工作臺和

17、開環(huán)回轉工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉工作臺有轉動角度的測量元件（圓光柵）。所測量的結果經(jīng)反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉臺分度定位精度更高。3.2 齒輪傳動設計由于前述所選電機可知T=2.39N*m傳動比設定為i=3，效率=0.97工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。根據(jù)GB/T100851988的推薦，采用直齒圓柱輪傳動方式?？紤]到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為45-55HRC。先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳遞轉矩根據(jù)機械設計手冊表6-6選擇載荷系數(shù)K=1.2，表6-

18、7選擇齒寬系數(shù)d=1，根據(jù)選用的45#鋼，許用接觸壓力，傳動比將以上參數(shù)代入公式1）齒數(shù) 取，則。2）模數(shù)mm,取標準值m=1.5。3）中心距 標準中心距4）其他主要尺寸分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒寬：, 取,取。查閱機械設計手冊得復合齒形系數(shù)，則彎曲強度足夠。齒輪圓周速度由機械設計手冊確定第公差組為8級。第、公差組也定為8級，齒厚偏差選HK小齒輪 da1 =33mm采用實心式齒輪大齒輪 da2 =99mm采用腹板式齒輪3.3電液脈沖馬達的選擇在許多機械加工中廣泛采用電液脈沖馬達實現(xiàn)微量進給運動，這是因為電液脈沖馬達具直接采用數(shù)字量進行控制，轉動轉動慣量小，啟動、停止方便；成本低；無誤差積累

19、；定位準確；低頻率特性比較好；調速范圍較寬等優(yōu)點。采用電液脈沖馬達為驅動單元，其機構也比較簡單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。在組合機床中為了保證加工精度，廣泛采用電液脈沖馬達的細分驅動技術。1）電液脈沖馬達電機的選擇按照工作要求和條件選Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機。2）選擇電液脈沖馬達的額定功率馬達的額定功率應等于或稍大于工作要求的功率。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使馬達長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達價格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費。工作所需功率為：Pw=FwVw/1000w KW Pw=Tnw/9

20、950w KW 式中T=150N.M, nw=36r/min,電機工作效率w=0.97，代入上式得Pw=15036/（99500.97）=0.56 KW電機所需的輸出功率為：P0= Pw/式中：為電機至工作臺主動軸之間的總效率。由表2.4查得：齒輪傳動的效率為w=0.97；一對滾動軸承的效率為w=0.99；蝸桿傳動的效率為w=0.8。因此，=1233=0.970.9930.8=0.75P0= Pw/=0.56/0.75=0.747 KW一般電機的額定功率Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 KW則由表2.1取電機額定功率為：Pm=0.75 KW。確定電機轉速

21、按表2.5推薦的各種機構傳動范圍為，?。糊X輪傳動比：3-5，蝸桿傳動比：15-32，則總的傳動范圍為：i=i1i2=315-532=45-160電機轉速的范圍為N= inw=(45-160)36=1620-5760 r/min為降低電機的重量和價格，由表2.1中選取常用的同步轉速為3000r/min的Y系列電機，型號為Y801-2，其滿載轉速nm=3000r/min,此外，電機的安裝和外形尺寸可查機械設計手冊3.4蝸輪蝸桿設計由上所述，選擇電機T=2.93N.M傳動比設定為i=3，效率=0.8工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。根據(jù)GB/T100851988的推薦，采用漸開線蝸桿蝸輪傳

22、動方式?？紤]到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10p1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距：確定作用在蝸輪上的轉距T2按Z1=2，估取效率=0.8，則T2=T*i=153.4N.M確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.15；由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則 選用

23、的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配。先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a=0.30，從而可確定接觸系數(shù)Z=3.12。根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應力H=268MPa。因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為KHN=0.92，則 H= KHNH=0.92268=246.56247MPa 取中心距a=50mm，m=1.25mm，蝸桿分度圓直徑d1=22.4mm，這時=0.448，從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因為Z，因此以上計算結果可用。下面分別計算蝸桿與蝸輪的主要幾何尺寸參數(shù)：蝸桿直徑

24、系數(shù)q=17.92；分度圓直徑d1=22.4mm蝸桿頭數(shù)Z1=1；分度圓導程角=31138蝸桿軸向齒距：PA=3.94mm；蝸桿齒頂圓直徑：蝸桿軸向齒厚：=1.97mm蝸輪齒數(shù)：Z2 =62變位系數(shù)=0驗算傳動比：i=/=62/1=62傳動比誤差為：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%蝸輪分度圓直徑：d2=mz2=蝸輪喉圓直徑：da2=d2+2ha2=93.5蝸輪喉母圓直徑rg2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25校核齒根彎曲疲勞強度當量齒數(shù)根據(jù)2=0，ZV2=62，可查得齒形系數(shù),螺旋角系數(shù)Y=1-/140=0.9773許用彎曲應力彎曲強度是滿足要求的。3.

25、5軸的設計軸是組成機器的主要零件之一。一切作回轉運動的傳動零件，都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞，因此軸的主要功能是支撐回轉零件及傳遞運動和動力。按照承受載荷的不同，軸可分為轉軸、心軸和傳動軸3類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸稱為轉軸。這類軸在各種機器中最為常見。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸。心軸又分為轉動心軸和固定心軸兩種。只承受扭矩而不承受而不承受彎矩的軸稱為傳動軸。軸還可按照軸線形狀的不同，分為曲軸和直軸兩大類，曲軸通過連桿可以將旋轉運動轉變?yōu)橥鶑椭本€運動，或作相反的運動變換。直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸兩種。光軸形狀簡單，加工容易，應力集中源少，但軸上的零件不

26、易裝配及定位；階梯軸則正好與光軸相反。因此光軸主要用于心軸和傳動軸，階梯軸則常用于轉軸。（1）軸1的設計對此回轉工作臺未提出特殊要求，功率不大，因此，選擇常用的材料45鋼，正火處理由機械設計（北京理工大出版社）表121查得，。由機械設計（北京理工大出版社）表122按45鋼查得C=110， 安裝齒輪處的軸頭直徑 在這里取d=10mm.為了裝拆軸承齒輪方便，將軸設計成階梯狀。對于同一個軸上的兩個軸承，通常選用同一型號，現(xiàn)暫取圓錐滾子軸承7302E內經(jīng)為15mm，寬度是14.25mm,與軸承相配合的軸徑取15mm,由機械設計手冊中查得該軸承定位端面的軸肩直徑應取為21mm。在這里齒輪與軸采用間隙配合

27、，而軸承與齒輪之間應采用過盈配合的方式，齒輪與軸均采用平鍵連接的方式，其軸向固定采用軸肩，軸環(huán)，套筒及軸端擋圈。根據(jù)以上所述，現(xiàn)畫出軸的結構草圖：下面按疲勞強度的安全系數(shù)校核軸，首先作出軸的受力簡圖：（2）求作用在軸上的力軸傳遞的轉矩T=5082N/mm齒輪上的圓周力： 齒輪上的徑向力： （3）求軸承支反力 在zy平面內 由圖可知 以B點為基點作受力分析 得 在zx面內由圖可知 以B為基點作扭矩分析 將數(shù)代入得（4）畫彎矩圖，和及合成彎矩圖（5）畫出扭矩圖截面所受的彎矩M=7798.5確定危險截面，并計算其應力由圖可知第二個截面所受的彎矩和轉矩較大 ，因此應校核這個平面。彎曲應力 扭轉剪應力軸

28、的材料為45鋼，調質處理。由機械設計第七版表151查得，以上所述均小于查表所得值，均符合設計要求。（2）軸2的設計對此回轉工作臺未提出特殊要求，功率不大，因此，選擇常用的材料45鋼，正火處理由機械設計（北京理工大出版社）表121查得，。由機械設計（北京理工大出版社）表122按45鋼查得C=110，初步估算出安裝齒輪處的軸頭直徑 在這里取d=10mm.為了裝拆軸承齒輪方便，將軸設計成階梯狀。對于同一個軸上的兩個軸承，通常選用同一型號，現(xiàn)暫取圓錐滾子軸承7302E內經(jīng)為15mm，寬度是14.25mm,與軸承相配合的軸徑取15mm,由機械設計手冊中查得該軸承定位端面的軸肩直徑應取為21mm。在這里齒

29、輪與軸采用間隙配合，而軸承與齒輪之間應采用過盈配合的方式，齒輪與軸均采用平鍵連接的方式，其軸向固定采用軸肩，軸環(huán)，套筒及軸端擋圈。軸的結構設計及校核與軸1類同，本文從略。第三章 PLC控制系統(tǒng)設計3.1PLC概述隨著科學技術的不斷進步，現(xiàn)代控制設備不斷發(fā)展，更加通用、靈活、易變、經(jīng)濟、可靠。PLC可編程控制器是新一代的工業(yè)控制裝置，具有開發(fā)柔性好、接線簡單、安裝方便、抗干擾性強等優(yōu)點，廣泛應用于多工位組合機床的控制系統(tǒng)?？删幊绦蜻壿嬁刂破鱌LC是計算機的發(fā)展與工業(yè)應用結合的產(chǎn)物，它通過采用計算機可編程序中的各種運用對工業(yè)生產(chǎn)中繼電器進行邏輯控制。在PLC的使用過程中它不但采用了中央處理器CPU

30、更是繼承了可編程序控制器的原有功能，形成了一個順序控制，算術運算和通信等各種功能的結合體，在使用的過程中指令系統(tǒng)豐富，程序結構靈活，不但可以完成開關量及順序控制，而且可以用來實現(xiàn)模擬量等復雜的控制。PLC技術發(fā)展非常迅速，是目前工業(yè)自動化應用最廣的控制設備。PLC可編程序控制器具有可靠性高、應用簡便、通用性強等特點，PLC是專門為工業(yè)環(huán)境而設計，不僅功能強大，其相關產(chǎn)品幾乎可以實現(xiàn)所有的工業(yè)自動化控制任務，同時具有很高的可靠性。使用PLC產(chǎn)品時一般直接接線，不需要用戶再進行電路板的設計；所有PLC廠商都支持梯形圖，編程簡單直觀；PLC相關模塊和擴展模塊更加簡化了控制系統(tǒng)；利用PLC程序開發(fā)周期

31、短、容易調試和修改，大大簡化了系統(tǒng)設計任務。PLC包含的“與”、“或”、“非”等邏輯指令可實現(xiàn)組合邏輯控制、定時控制和順序邏輯控制等，通過觸點和電路的串并聯(lián)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器進行工作?？刂葡到y(tǒng)的可靠性是工業(yè)生產(chǎn)中最關鍵的指標。PLC中包含專門的運動控制模塊，通過與其它PLC單軸或多軸等位置控制模塊、高速計數(shù)模塊等來控制步進電機和伺服電機使運動部件能以適當?shù)乃俣然蚣铀俣葘崿F(xiàn)平滑的直線運動或圓周運動。PLC通過與A/D、D/A轉換模塊及智能PID模塊實現(xiàn)生產(chǎn)過程中周圍環(huán)境中各種模擬量的控制，如溫度、壓力等，使這些物理參數(shù)穩(wěn)定保持在設定值。在使用PLC的大型控制系統(tǒng)中，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的運算、傳送、轉換、排

32、序和查表、位操作等功能。隨著計算機控制技術的發(fā)展，現(xiàn)代PLC可以更加方便快捷的提供工廠自動化中的通信服務。PLC的通信包括主機與遠程I/O之間的通信、多臺PLC之間的通信、PLC與其它智能設備的通信。PLC與其他智能控制設備可以組成“集中管理、分散控制”的分布式系統(tǒng)。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(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點。組合機床對PLC控制系統(tǒng)的要求如下：傳送：用來傳送未加工的零件，以待上料推桿上料，傳送已加工的零件；夾具：夾具裝置能緊緊

33、的夾住送來的未加工的零件，加工完后松開零件；上料：上料推桿將未加工的零件推到夾具處；并且其來回的運動有其一定的行程；進料：進料裝置對放在夾具處的零件進油；便于加工.滑動：四個滑臺可以向夾具處滑動，并且在快挨近夾具的時候停止，退回到一 定的程度時也能停止；加工：四個加工工位對零件從四個方向加工。在對控制系統(tǒng)選型和設計應最大限度的滿足被控設備或生產(chǎn)過程的控制要求；在滿足控制要求的前提下，力求系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、操作方便；采用先進、可靠、成熟的控制技術以提高系統(tǒng)可靠性；采用模塊化設計，提高通用性及設備效率，易于維護；適應今后的技術發(fā)展、要求，系統(tǒng)有較高的可擴展性；對于現(xiàn)代控制系統(tǒng)，控制方案根據(jù)控制器的種

34、類而異，常用的有三種類型：繼電器順序控制、微機控制和可編程序控制器控制。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)內部觸點多、接線多。因此可靠性不高。當要改變控制系統(tǒng)內部參數(shù)時往往要通過接線或更改控制元件才能實現(xiàn)，難于在實際應用，一般只適合用于控制過程和參數(shù)固定不變的簡單場合。微機控制系統(tǒng)是利用計算機軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。通過更改程序即可實現(xiàn)對控制系統(tǒng)內部參數(shù)的修改，但是微機控制系統(tǒng)與機械系統(tǒng)交互需要采用專I/O接口電路，使控制系統(tǒng)變得復雜，只有專業(yè)技術人員才能掌握，使用也不方便。PLC采用微處理器作為控制系統(tǒng)的核心，可看作是一臺通用的標準的工業(yè)控制計算機。PLC 的輸入、輸出模塊與主模塊組裝在一起，可以直接與行

35、程開關、傳感器及驅動執(zhí)行機構的電磁線圈等連接在一起，與機械系統(tǒng)的交互變得簡單。PLC采用梯形圖作為程序設計語言，簡單而實用，技術人員能輕易掌握，同時性能價格低，功率價格適中。4.2設計條件如前所述，可分為三個流程分析組合機床的控制系統(tǒng)：1、組合機床的啟動控制回轉臺抬起回轉抬回轉回轉臺反靠回轉臺夾緊動力頭快進動力頭工進延時停留動力頭快退。2、液壓回轉工作臺的控制主要通過電氣線路控制液壓系統(tǒng)使油路實現(xiàn)回轉工作臺的轉位動作。回轉臺的轉臺動作：自鎖銷脫開及回轉臺抬起回轉臺回轉及緩沖回轉工作臺反靠回轉工作臺夾緊。3、液壓動力頭的控制動力頭完成進給運動實現(xiàn)刀具切削的動力部件。其動作順序是：動力頭快進力頭工

36、進延時停留快速退回原位。本文所涉及的組合機床具有鉆孔、擴孔、鉸孔工作三個動力頭，鉆孔、擴孔、鉸孔的工藝可分別是根據(jù)距離的不同由機械來保證。設計中需要實現(xiàn)在回轉工作臺夾緊動力頭后才移動、實現(xiàn)動力頭的點動控制、在任意時刻實現(xiàn)快退控制。機床的主電路由三臺三相交流異步電動機、及其附屬電氣元件組成，可采用直接起動控制。機床主電機M1、液壓泵電機M2、冷卻泵電機M3都只需要單方向啟動，并需要有短路及過載保護。M1和M2可以同時起停，也可單獨起停。要求在動力頭工作時，M3才接通，但也可以隨時調整。主電路供電電壓為380V；控制電路電壓為220V；由橋式全波整流電路直流控制電路電壓24V，指示燈電路為6.3V

37、。整個控制系統(tǒng)中各指示燈顯示各個工作狀態(tài)，電路中設置必須的各項保護，實現(xiàn)互鎖。4.3設計原理及步驟本次設計詳細介紹回轉工作臺控制系統(tǒng)的控制過程，液壓回轉臺是通過電氣線路控制油路來實現(xiàn)工作臺轉位工作。本次設計的回轉工作臺加工工位有四個，即裝卸工件、鉆孔、擴孔和鉸孔。回轉臺動作順序是：自鎖銷脫開回轉臺升起回轉臺回轉及緩沖回轉臺反靠回轉工作臺夾緊向動力頭發(fā)出工作信號。另外只有回轉臺夾緊動力時才能實現(xiàn)轉位動作。為實現(xiàn)電磁閥對油路動作的控制，使用中間繼電器控制電磁閥，并對現(xiàn)場各種信號的進行傳遞轉換及放大。于是選擇： KA4回轉臺升起 KA5回轉臺回轉 KA6回轉臺反靠 KA7回轉臺夾緊 KA8動力頭退回

38、原位 SA1回轉臺手動、自動工作選擇開關 SA2回轉臺回轉按鈕 SA8回轉臺回轉按鈕設計回轉工作臺電氣控制電路圖如下： 回轉工作臺由轉換開關SA1可實現(xiàn)自動循環(huán)與調整，調整時，SA1打在M檔，按下調整按鈕SB8，將SA1打在A檔，當動力頭復位后，則回轉工作臺可自動回轉。動力頭在初始位置時，行程開關SQ1被壓下，回轉工作臺在原位，SQ9被壓合，KA8得電，使YV5得電，自鎖銷脫開，回轉工作臺升起，壓下SQ5， KA5失電，電磁閥YV7得電，YV10失電，于是離合器合著而回轉，回轉了一定角度壓下SQ6，SQ6常開閉合，KA4得電并自瑣，由于KA7、KA6、SQ8均處于常態(tài)，YV9得電，回轉臺實現(xiàn)反

39、靠，反靠后壓合行程開關SQ7，因為KA4一直得電，回轉臺自動落下夾緊。當回轉臺夾緊壓力足夠時，合上壓力繼電器KP，KA7得電，KA7常開閉合，YV10得電，離合器脫開，KA7常閉斷開，YV9失電，離合器脫開后壓下SQ8，電磁閥YV8得電，液壓缸返回初始位置，同時KA7常開觸點發(fā)出信號，使動力頭準備工作。若SA1打在M檔，按下SB8實現(xiàn)手動調整，控制回轉工作臺的工作，松開SB8，回轉臺則停止工作。4.4PLC控制的設計根據(jù)上面所設計的電路圖，設計PLC控制系統(tǒng)梯形圖的步驟是：首先分析控制系統(tǒng)內各個元器件的邏輯狀態(tài)表根據(jù)狀態(tài)表繪制梯形圖根據(jù)梯形圖編程。寫入PLC機程序進行調試。繪制現(xiàn)場接線圖。設計

40、中最關鍵重要的步驟即第一步，列出各個元器件的邏輯狀態(tài)表，首先，根據(jù)設備電氣控制電路中的I/O點數(shù)確定PLC機型，由前所述，輸入信號有22點，總共有48點，因此選擇中國無錫、美國EG公司及日本株社合資生產(chǎn)的PLC，型號為SR-20系列即可。SR-20系列PLC最大點數(shù)可控64點，還有冗余，但是，由于需要采用三種不同的電壓（220V、24V、6.3V）控制輸出點，分別采用不同的模塊控制，因此需要選用八槽模塊的PLC機供本次組合機床使用。具體分配和定義如下：輸入信號：（2塊8點模塊,1塊16點模塊）2塊8點：0000171塊16點：020027120127輸出信號：（4塊8點模塊） 接觸器：3037

41、，1塊電磁閥：4057，2塊指示燈：6067，1塊輸入狀態(tài)表確認如下：標準PLC標準PLC標準PLCSB00SA411SQ521SB101SA512SQ622SB202SA613SQ723SB403SA714SQ824SB505SQ116FR126SA106SQ217FR227SA207SQ320FR3120SA310輸出信號分別由4個模塊控制。其中采用8點模塊控制電磁閥，每塊只控制4個電磁閥，點數(shù)尚有冗余，電磁閥工作電流較大，為了保護輸出模塊，減輕輸出模塊負載，使輸出模塊不因超載而損壞。為了保護PLC機，用一中間繼電器（放大器）在輸出端進行放大與隔離控制，當負載出現(xiàn)故障時，PLC不會受到影響

42、，由中間繼電器間接控制動作。另外，采用單獨變壓器為PLC供電，分別起隔離、保護作用，使工作運行更加平穩(wěn)。輸出狀態(tài)表確認如下：標準PLC標準PLC標準PLCKM130YV751H1462KM231YV852HL563KM332YV953HL664YV140YV1054HL765YV241EL33HL866YV342HL137HL967YV543HL260YV650HL361中間元件狀態(tài)表包括中間繼電器、時間繼電器等PLC內部元件的編號。在繼電器-控制電路中，時間繼電器KT既有延時觸點，又有瞬動觸點。我們采用內部線圈的對應觸點作為定時器的瞬動觸點使用。 中間元件的定義號為：160377，定時器的定義號為：600677下面作出中間元件狀態(tài)表，見表2-12。中間元件狀態(tài)表如下：標準PLC標準PLCKA1160KA6165KA2161KA7166KA3162KA8167KA4163KA5164KTTMR600總結本文對組合機床回轉工作臺結構與PLC控制系統(tǒng)進行了設計，設計的過程綜合了大學里所學的知識，是理論與實際相結合的一個成果。制定了一套切實可行的一套工藝流程和設計了一套較為合理的結構。致謝寫到這里，即我的學位論文將要付梓的時候，我想向曾經(jīng)給我?guī)椭椭С值娜藗儽硎局孕牡母兄x。四年來的寒窗苦讀，更是我人生最