變速箱體臥式鉆孔專用機(jī)床設(shè)計(jì)(江蘇)
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畢業(yè)設(shè)計(jì)讀書報(bào)告
班級:機(jī)械0303 學(xué)號:3030301075 姓名:王博
摘要:本文比較詳細(xì)地介紹了關(guān)于組合機(jī)床設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)并舉例介紹了部分元件的選擇。
關(guān)鍵詞: PLC控制 主軸箱 液壓傳動
組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式,生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn),在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,并可用以組成自動生產(chǎn)線。但傳統(tǒng)的組合機(jī)床采用繼電器一接觸器控制系統(tǒng)接線復(fù)雜,故障率高,調(diào)試和維護(hù)困難。以下就組合機(jī)床各個(gè)部件的設(shè)計(jì)分別介紹。
一、公用主軸箱的設(shè)計(jì)
主軸箱是組合機(jī)床關(guān)鍵的組成部分。它的設(shè)計(jì)也是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過程。以下以鉆孔、攻絲公用主軸箱的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行介紹。
該主軸箱的設(shè)計(jì)焦點(diǎn)在于“公用”。要想設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。只有同時(shí)具備鉆孔、攻絲主軸箱的功能結(jié)構(gòu)特點(diǎn),才能實(shí)現(xiàn)“公用”。
攻絲加工必須要求電動機(jī)有正反轉(zhuǎn)功能(攻絲時(shí)正轉(zhuǎn),后退時(shí)反轉(zhuǎn)),而鉆孔加工電動機(jī)只需正轉(zhuǎn)而不能反轉(zhuǎn)。為解決此問題,我們在該主軸箱上配備了2個(gè)B5型電動機(jī),分別控制鉆孔、攻絲加工。2個(gè)B5型電動機(jī)與主軸箱的聯(lián)結(jié)方法如下:不再使用標(biāo)準(zhǔn)動力箱和標(biāo)準(zhǔn)主軸箱后蓋,而另配1個(gè)異型主軸箱后蓋,2個(gè)B5型電動機(jī)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(biāo)準(zhǔn)主軸箱前蓋即可。為解決此問題,須設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)主軸箱前蓋結(jié)構(gòu)。這樣就解決了鉆孔、攻絲公用1個(gè)主軸箱的“公用”問題。其結(jié)構(gòu)簡圖見圖3。
本人所選課題只需鉆孔,因而只要一個(gè)發(fā)動機(jī)即可。
二、鉆孔組合機(jī)床液壓傳動
1 液壓系統(tǒng)工況分析和總體方案
該機(jī)床液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)為:工件夾緊一工作臺快進(jìn)一工進(jìn)一停留一快退一原位停止一工件松開。
技術(shù)要求如下:可在20—100 mm/min范圍內(nèi)無級調(diào)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(shí)間1 s;運(yùn)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(jī)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(jīng)減壓閥、單向閥6進(jìn)入夾緊缸的大腔,小腔回油至油箱,工件夾緊。當(dāng)夾緊到位后壓力繼電器動作,表示工件夾緊。
(2)工作臺快進(jìn) 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(jīng)行程閥進(jìn)入進(jìn)給缸大腔,小腔內(nèi)回油經(jīng)過單向閥4、行程閥再進(jìn)入進(jìn)給缸大腔,使工作臺向前快速移動。
(3)工作進(jìn)給 工作臺快速移動到接近加工位置時(shí),臺上擋鐵壓下行程閥,切斷壓力油通路,壓力油只能通過調(diào)速閥1進(jìn)入進(jìn)給缸大腔,進(jìn)油量的減少使得工作臺移動速度降低,工作臺轉(zhuǎn)為工作進(jìn)給。此時(shí)由于負(fù)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(jīng)過單向閥4流人進(jìn)給缸大腔,而是經(jīng)順序閥、溢流閥流回油箱。
(4)快速退回 工作臺工進(jìn)到終點(diǎn)時(shí),終點(diǎn)行程開關(guān)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(jìn)入進(jìn)給缸小腔,使工作臺快速退回。同時(shí)大腔內(nèi)的回油經(jīng)單向閥1、液控閥流回油箱。當(dāng)工作臺快速退回原位,原點(diǎn)行程開關(guān)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(dāng)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(jìn)入夾緊缸小腔,大腔內(nèi)的回油經(jīng)二位四通閥流回油箱,使工件松開,同時(shí)壓力繼電器復(fù)位。取下工件,一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。
2 液壓元件及輔助元件的選擇
單出桿活塞缸的兩個(gè)腔有效作用面積不相等,當(dāng)泵供油使活塞內(nèi)縮時(shí),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(xiàn)。復(fù)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(shí),其最小穩(wěn)定流量應(yīng)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(dá)最低工作轉(zhuǎn)速,r/s
——液壓馬達(dá)排量,/s
2.1 根據(jù)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(jì)算和液壓缸參數(shù)的確定過程,其結(jié)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(jìn)給缸快進(jìn)時(shí)的進(jìn)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(jìn)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(shù)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(jù)以上計(jì)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(zhǔn),選擇元件如表2。
三、電氣控制回路設(shè)計(jì)
該鉆孔組合機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動、工件定位和夾緊裝置均由液壓系統(tǒng)驅(qū)動,機(jī)床工作臺用于進(jìn)給運(yùn)動。Ml為液壓泵電動機(jī),為整個(gè)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(jī)。拖動主軸箱的刀具主軸,提供切削主運(yùn)動。主軸電動機(jī)在工作臺進(jìn)給循環(huán)開始時(shí)啟動,工作臺退回原位后停機(jī)。M3為冷卻泵電動機(jī),在工件加工的過程中冷卻泵始終工作。根據(jù)該機(jī)床的特點(diǎn),選用三菱FX 一24MR可編程控制器實(shí)現(xiàn)順序控制和機(jī)床自動加工循環(huán)。該P(yáng)LC有l(wèi)4點(diǎn)數(shù)字量輸入和10點(diǎn)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(diǎn):
(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(shè)計(jì)了手動快退按鈕SB5,解決因特殊原因機(jī)床未停止在原點(diǎn),循環(huán)無法再啟動的問題;
(3)為節(jié)省I/O點(diǎn)數(shù)、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(jī)和主軸電動機(jī)的過載保護(hù);
(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(jī)控制用接觸器線圈均采用220 V交流供電。
(5)液壓泵電動機(jī)的啟動設(shè)計(jì)了延時(shí)環(huán)節(jié),待電動機(jī)工作正常后電磁閥才開始動作;
(6)對工件的夾緊與松開設(shè)計(jì)了延時(shí)保護(hù),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(yīng)XO01置1,輸出
YO04置l,液壓泵電動機(jī)M1啟動;時(shí)間繼電器,ID延時(shí)1.8s,待液壓泵電動機(jī)工作正常,液壓回路油壓到達(dá)設(shè)計(jì)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(shí)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(jìn)給,刀具主軸電動機(jī)M2啟動,冷卻泵電動機(jī)M3啟動;進(jìn)給過程中的快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)由液壓回路實(shí)現(xiàn),工作臺工進(jìn)到終點(diǎn)位置時(shí),終點(diǎn)行程開關(guān)SQ2被壓下,X007置l,Y000置0,Y001置l,進(jìn)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(diǎn)位置時(shí),原位行程開關(guān)SQ1被壓下,XO06置1,Y007置1,原點(diǎn)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(jī)M2停止,冷卻泵電動機(jī)M3停止;工件松開電磁閥YV3得電,松開時(shí)間O.8 s后斷開液壓泵電動機(jī)M1,整個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。如需立即快退到原位,可按下按鈕SB5使x004置l,此時(shí)Y000、Y005、Y006均置0,進(jìn)給電磁閥失電,主軸電動機(jī)停止,冷卻泵電動機(jī)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(shí)PLC所有輸出點(diǎn)均置0,各電動機(jī)和電磁閥均失電,機(jī)床停止工作。重新啟動時(shí)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(jié)束語
組合機(jī)床一般均為專用機(jī)床,因此在設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí),應(yīng)根據(jù)具體加工對象的具體工藝要求和本公司的具體實(shí)際情況合理地確定工序集中程度,選擇恰當(dāng)?shù)臋C(jī)床配置型式,合理地選擇組合機(jī)床的通用部件,設(shè)計(jì)高效的夾具、刀具及主軸箱等。采用先進(jìn)的加工工藝,制定最佳的設(shè)計(jì)方案,達(dá)到“精、快、省”的最終目的。
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上傳時(shí)間:2020-01-07
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江蘇
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