轉塔車床液壓系統(tǒng)設計與PLC控制設計【3張CAD圖紙】

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According to the design of the hydraulic system of the practical need of turret lathe, the lathe hydraulic system research, and the structure components in the hydraulic system and the structure of the hydraulic control system, the optimization design. Introduces a mounted on a three jaw chuck oscillating hydraulic cylinder and flat screw mechanism of institution of spiral swing hydraulic cylinder structure. As well as the determination of main design steps and parameters.Key words: capstan lathe; hydraulic cylinder; parameter optimal design目 錄第一章 概論11.1 液壓技術的歷史發(fā)展11.3研究的對象和研究的方法2第二章 液壓系統(tǒng)的組成32.1液壓系統(tǒng)組件的設計步驟32.2技術參數(shù)的確定32.3主傳動系統(tǒng)方案的確定62.4液壓系統(tǒng)結構設計72.5擬定液壓傳動系統(tǒng)圖8第三章 液壓缸的設計103.1液壓缸的分類103.1.1 液壓缸的設計和計算103.2 缸體113.3 工作狀況分析113.4 液壓缸的計算193.5 液壓泵的計算 203.6液壓閥參數(shù)的選擇 253.7輔助元件的選擇和計算25第四章 PLC控制274.1梯形圖程序設計274.2 電氣系統(tǒng)圖、程序及PLC外部接線圖274.2.1 控制線路分析274.2.2 主電路及接線圖分析294.3 程序分析及設計32第五章 結論33致 謝35沈陽化工大學科亞學院學士學位 附表第一章 概論1.1 液壓技術的歷史發(fā)展 液壓技術相對于機械傳動來說是一個比較新的技術，可是從1650年巴斯卡提出靜壓傳遞遠離，1795年英國的約瑟夫布拉默利用這一原理在英國制成了世界上第一臺水壓機，使液壓技術開始進入工程領域算起，已有兩三百年的歷史了。到了20世紀30年代才普遍地用于機械、機床及工程領域。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)的需要響應迅速、精度高、功率大的液壓傳動系統(tǒng)和伺服機構，用來裝備各種飛機、坦克、大炮和軍艦，從而提高它們的使用性能，所以各種高壓元件得到了進一步的發(fā)展，同時出現(xiàn)了伺服閥。這里意義重要的是美國馬塞諸塞州理工學院的布萊克本、李等人對于高壓場合的液壓問題以及伺服控制問題進行了深入的研究，最后在1958年布萊克本、李等人研制出了電液伺服閥。當前液壓技術在高速、高壓、大功率、高效率、低噪聲、經久耐用及高度集成化等各項要求方面都取得了重大進展，在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字控制等技術上也有了許多新成就。1.2 國內數(shù)控車床的現(xiàn)狀和發(fā)展前景5 沈陽化工大學科亞學院 本科畢業(yè)設計題 目： 轉塔車床液壓系統(tǒng)設計與PLC控制設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機制1204 學生姓名： 解磊壘 指導教師： 王志成 論文提交日期：2016年5月30日 論文答辯日期：2016年6月 6日畢業(yè)設計（論文）任務書機械設計制造及其自動化專業(yè)機制1204班學生：解磊壘畢業(yè)設計（論文）題目：轉塔車床液壓系統(tǒng)設計與PLC控制畢業(yè)設計（論文）內容：主要設計內容包括液壓原理圖設計，工況參數(shù)計算，液壓元件選擇，液壓缸機械結構設計，PLC選型，控制方案選擇，PLC硬件電路設計，PLC梯形圖設計與仿真等。主要技術參數(shù)：（1）前刀架：橫向最大行程100mm，縱向最大行程60mm?？焖龠M退速度4m/min，工進速度8180mm/min。（2）后刀架：橫向最大行程100mm，讓刀最大行程8mm，快速進退速度4m/min，切斷面速度8200mm/min。（3）轉塔刀架：縱向最大行程350mm，刀架微抬0.25mm，快速進退33.5m/min，工進速度8500mm/min。畢業(yè)設計（論文）專題部分：（1）轉塔車床的結構原理和工作要求分析。（2）工況分析，工藝參數(shù)確定。（3）液壓原理圖設計。（4）液元件選擇，性能驗算，動態(tài)性能仿真。（5）控制方案選擇，PLC選型，PLC硬件電路設計。（6）梯形圖設計與仿真，有條件時在液壓實驗臺上驗證。起止時間：2016.2.292016.6.17指導教師： 王志成 簽字 2015年12月4日摘 要 本論文針對目前市場上大部分類型轉塔車床的現(xiàn)狀、發(fā)展的動態(tài)以及發(fā)展的方向，和其在現(xiàn)代工業(yè)生產中的重要作用，運用到了液壓元件的基本理論，對其主要關鍵的結構液壓系統(tǒng)箱進行了原理分析和優(yōu)化。根據設計本轉塔車床液壓系統(tǒng)的實際需要，對車床液壓系統(tǒng)開展研究，并且對液壓系統(tǒng)中的結構元件和液壓控制系統(tǒng)的結構進行了優(yōu)化設計。介紹了一種在三爪卡盤上加裝擺動式液壓缸和平面螺旋機構的螺旋擺動式液壓缸增力機構的結構。以及主要的設計步驟和參數(shù)的確定。關鍵詞：轉塔車床；液壓缸 參數(shù)；優(yōu)化設計AbstractIn this paper according to the present most type on the market the present situation of the capstan lathe, the dynamic development and the direction of development, and its important role in the modern industrial production, using the basic theory of hydraulic components, hydraulic system about the structure of the main key box on the principle analysis and optimization. According to the design of the hydraulic system of the practical need of turret lathe, the lathe hydraulic system research, and the structure components in the hydraulic system and the structure of the hydraulic control system, the optimization design. Introduces a mounted on a three jaw chuck oscillating hydraulic cylinder and flat screw mechanism of institution of spiral swing hydraulic cylinder structure. As well as the determination of main design steps and parameters.Key words: capstan lathe; hydraulic cylinder; parameter optimal design目 錄第一章 概論11.1 液壓技術的歷史發(fā)展11.3研究的對象和研究的方法2第二章 液壓系統(tǒng)的組成32.1液壓系統(tǒng)組件的設計步驟32.2技術參數(shù)的確定32.3主傳動系統(tǒng)方案的確定62.4液壓系統(tǒng)結構設計72.5擬定液壓傳動系統(tǒng)圖8第三章 液壓缸的設計103.1液壓缸的分類103.1.1 液壓缸的設計和計算103.2 缸體113.3 工作狀況分析113.4 液壓缸的計算193.5 液壓泵的計算 203.6液壓閥參數(shù)的選擇 253.7輔助元件的選擇和計算25第四章 PLC控制274.1梯形圖程序設計274.2 電氣系統(tǒng)圖、程序及PLC外部接線圖274.2.1 控制線路分析274.2.2 主電路及接線圖分析294.3 程序分析及設計32第五章 結論33致 謝35沈陽化工大學科亞學院學士學位 第一章 概論第一章 概論1.1 液壓技術的歷史發(fā)展 液壓技術相對于機械傳動來說是一個比較新的技術，可是從1650年巴斯卡提出靜壓傳遞遠離，1795年英國的約瑟夫布拉默利用這一原理在英國制成了世界上第一臺水壓機，使液壓技術開始進入工程領域算起，已有兩三百年的歷史了。到了20世紀30年代才普遍地用于機械、機床及工程領域。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)的需要響應迅速、精度高、功率大的液壓傳動系統(tǒng)和伺服機構，用來裝備各種飛機、坦克、大炮和軍艦，從而提高它們的使用性能，所以各種高壓元件得到了進一步的發(fā)展，同時出現(xiàn)了伺服閥。這里意義重要的是美國馬塞諸塞州理工學院的布萊克本、李等人對于高壓場合的液壓問題以及伺服控制問題進行了深入的研究，最后在1958年布萊克本、李等人研制出了電液伺服閥。當前液壓技術在高速、高壓、大功率、高效率、低噪聲、經久耐用及高度集成化等各項要求方面都取得了重大進展，在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字控制等技術上也有了許多新成就。1.2 國內數(shù)控車床的現(xiàn)狀和發(fā)展前景最近幾年來，我國數(shù)控車床生產一直保持速度較快的增長。直到2002年產量居世界第四。但是我們與發(fā)達國家相比，我們國家的機械車床數(shù)控化率暫時還不是很高，現(xiàn)在而言生產產值數(shù)控化率不到30 ；消耗值數(shù)控化率還不到50 ，而發(fā)達國家大多在70 左右。國產數(shù)控車床到2000年可供品種為700多種，接近數(shù)控車床品種的50 ，其中占產量70 的是經濟型數(shù)控車床。最高轉速一般在2000rmin，個別轉速達8000rmin， 坐標定位精度一般在001mm，重復定位精度在0005mm，工作精度圓度在0010005mm 之間， 表面粗糙度Ra08161xm。長城車床廠CK7815C液壓系統(tǒng)最高轉速3 500rmin，快速行程X軸9mmin，z軸12mmin，定位精度X軸0016mm，z軸0025mm， 工作精度圓度0007mm，表面粗糙度Ra16 m。國產數(shù)控系統(tǒng)MTBF可靠性大都超過1萬小時，但國際上先進企業(yè)數(shù)控系統(tǒng)MTBF已達8萬小時。國產數(shù)控車床、加工中心MTBF有少數(shù)廠達500h，但國際先進水平已達800h。用戶對國產加工中心刀庫機械手、數(shù)控車床刀架仍不放心，其定位精度、特別是重復定位精度也有待提高。此外，外觀、漏油等老問題也與工業(yè)發(fā)達國家產品有差距。 目前， 我國的功能部件生產企業(yè)規(guī)模普遍較小，布局分散，有些還依附于主機廠或研究所。從整體上看，我國功能部件生產發(fā)展緩慢，品種少，產業(yè)化程度低，從精度指標和性能指標都還不過硬。滾珠絲杠、數(shù)控刀架、數(shù)控系統(tǒng)、電液壓系統(tǒng)等數(shù)控車床功能部件雖已形成一定的生產規(guī)模，但僅能滿足中低檔數(shù)控車床的配套需要。衡量數(shù)控車床水平的高級數(shù)控系統(tǒng)、高速精密電液壓系統(tǒng)、高速滾動功能部件和數(shù)控動力刀架等還依賴進口。理順功能部件生產企業(yè)的體制，做大做強一批功能部件生產企業(yè)已迫在眉睫。1.3研究的對象和研究的方法 本課題研究對象是數(shù)控車床，本著高效節(jié)能、機電一體化、計算機輔助設計及計算機控制、系統(tǒng)集成化與控制技術集結于一身的目的，著重研究液壓缸和液壓泵，對其進行受力分析和優(yōu)化設計，是設計一個高效、節(jié)能車床的前提。33沈陽化工大學科亞學院學士學位 第二章 液壓系統(tǒng)的組成第二章 液壓系統(tǒng)的組成2.1液壓系統(tǒng)組件的設計步驟 液壓系統(tǒng)包括主泵動力站、和安裝在主泵站上的控制件、附件等。因為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行裝置帶動工件或刀具直接參加工件表面形成運動，所以它的工件性能對加工質量和生產率產生直接的影響，是車床上最重要的部件之一。2.2技術參數(shù)的確定 轉塔車床為程序控制半自動組合式車床.他適合于加工各種盤類,套類零件.他工藝范圍廣,能進行外圓, 內孔, 外端面,內端面, 錐面, 倒角, 切槽, 切斷, 鉆孔, 擴孔, 鉸孔及成形表面等粗, 半精和精加工.它的加工精度為2級,車削光潔度6.要求機床運動平穩(wěn),能無級調速,自動化程度,效率高,系統(tǒng)發(fā)熱少.機床的主要參數(shù)如表14-8所示,他能完成表14-9中的所有工作循環(huán). 為了高效率自動地完成上述任務,機床采用機,電,液聯(lián)合控制.主軸運動采用雙速電機和液壓離合器,能變換四種轉速. 工件的加緊, 主軸制動, 前后刀架及轉塔均采取液壓傳動. 表14-8 機床主要參數(shù)項 目主要技術參數(shù) 加工最大棒料直徑40mm直達加工直徑200mm前 刀 架(水平)橫向最大行程縱向最大行程快速進退速度橫向工進速度 縱向100mm60mm4m/min8180mm/min12180mm/min后刀架( 傾斜30)橫向最大行程讓刀最大行程快速進退速度切斷面速度100mm8mm4m/min8200mm/min轉塔刀架縱向最大行程刀架微抬快速進退工進速度350mm0.25mm33.5m/min8500mm/min主運動主軸轉速范圍主電動機功率401100r/min(12級)56.5Kw n=400r/minn=800r/min 表14-9 機床的工作循環(huán)切外圓 工 進 讓刀 快 退 縱 工 進 縱快進橫 橫 快 快 退 縱 快 退 進 鉆擴餃孔 工 進 快進 快 退 鏜孔 快 退讓刀 工 進 快 進 縱 快 退 橫 橫 快 快退 縱工進 縱快進 退 切斷面 縱橫快退橫工進橫快進 縱快進 切內端面 橫 縱 快 進 工 橫 進 橫 快 合成快退 快 進 退加工成形表面 縱向快退 退 進刀 刀仿形進給切槽 橫 橫工進 快 橫快進 進 橫 橫 快 工 退 縱 快 退 進 縱 快 進 切內溝造 縱 快 進橫 橫 工 橫 縱 快 退 快 進 快 快 退 退 圖14-2 前刀架液壓原理圖 2.3主傳動系統(tǒng)方案的確定主傳動變速方式可分為無極變級和有級變速兩種，本車床采用無極變速的變速方式。 無級變速是指在一定速度（或轉速）范圍內能連續(xù)、任意地變速?？蛇x用最合適的切削速度，沒有速度損失，生產率高；一般可在運轉中變速，減少輔助時間；操縱方便；傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。這次設計采用了交流調速電動機，交流調速電動機通常采用變頻調速方式進行調速。調速效率高，性能好，調速范圍較寬，恒功率調速范圍可達5甚至更大。額定轉速為1000r/min或1500r/min等。2.4液壓系統(tǒng)結構設計液壓系統(tǒng)組件的主要功能是夾持工件或刀具（包括砂輪）轉動進行切削加工、傳遞運動、動力及承受切削力等，并保證刀具或工件具有準確定的運動軌跡。液壓系統(tǒng)組件是車床的執(zhí)行件，他它帶動工件或刀具直接參與表面成形運動，其工作性能對車床的加工質量及生產率有直接影響，它是車床的一個重要組件。根據車床主參數(shù)、尺寸參數(shù)、運動參數(shù)、動力參數(shù)，并且遵循旋轉精度；剛度；抗振性；熱穩(wěn)定性；耐磨性等基本要求的原則確定液壓系統(tǒng)總體結構。2.5擬定液壓傳動系統(tǒng)圖圖2-1 液壓傳動系統(tǒng)框圖機床的液壓系統(tǒng)的采用限壓式變量葉片泵供油，工作壓力調到4MPa,壓力由壓力表15顯示。泵輸出的壓力油經過單向閥進入個子系統(tǒng)支路，其工作原理如下。(1) 卡盤的夾緊與松開 在要求卡盤處于正卡（卡爪向內夾緊工件外圓）且在高壓大夾緊力狀態(tài)下時，3YA失電，閥4左位工作，選擇減壓閥8工作。夾緊力的大小由減壓閥8來調整，夾緊壓力由壓力表14來顯示。在要求卡盤處于正卡且在低壓小夾緊力狀態(tài)下時，3YA通電，閥4右位工作，選擇減壓閥9工作。夾緊力的大小由減壓閥9來調整，加緊壓力也由壓力表14來顯示，閥9調整壓力值小于閥8.換向閥3的工作情況與高壓大夾緊力時相同。卡盤處于反卡（卡爪向外夾緊工件內孔）時，動作與正卡相反，即反卡的夾緊是正卡的松開；反卡的松開是正卡的夾緊。(2) 回轉刀架的換刀 回轉刀架換刀時，首先是將刀架抬升松開，然后刀架轉位到指定的位置，最后刀架下拉復位夾緊。當4YA通電時，換向閥6右位工作，刀架抬升松開；8YA通電，液壓馬達正轉帶動刀架換刀，轉速由單向調速閥11控制（若7YA通電，則液壓馬達帶動刀架反轉，轉速由單向調速閥12控制），到位后4YA斷電，閥6左位工作，液壓缸使刀架夾緊。正轉換刀還是反轉換刀由數(shù)控系統(tǒng)按路徑最短原則判斷。(3) 尾座套筒的伸縮運動 當6YA通電時，換向閥7左位工作，壓力油經減壓閥10、換向閥7左位流向尾座套筒液壓缸的左腔；液壓缸右腔油液經單向調速閥13和閥7流向油箱，液壓缸筒帶動尾座套筒伸出，頂緊工作。頂緊力的大小通過減壓閥10調整，調整壓力值由壓力表16顯示。沈陽化工大學科亞學院學士學位 第三章 液壓缸的設計第三章 液壓缸的設計3.1液壓缸的分類 液壓缸有多種分類形式。按結構特點它可分為活塞式、柱塞式和擺動式3大類；按照作用方式又可分為單作用式和雙作用式兩種。單作用式液壓缸只能使活塞（或柱塞）做單方向運動，即壓力油只通向液壓缸的一腔，而反方向運動則必須依靠外力來實現(xiàn)；雙作用式液壓缸，在兩個方向上的運動都由壓力油推動來實現(xiàn)。所以此次選用雙作用式液壓缸。3.1.1 液壓缸的設計和計算 缸筒是液壓缸的主要零件，缸筒與端蓋、缸底、油口等零件構成密封的容腔，用以容納壓力油，同時它還是活塞的運動軌道。設計液壓缸缸筒時，應該正確確定各部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力、運動速度和有效行程，同時還必須有一定的強度，能足以承受液壓力、負載力和干擾等沖擊力。另外，缸筒的內表面應該具有合適的配合精度、表面粗糙度和幾何精度，已足以保證液壓缸的密封性、運動平穩(wěn)性和耐用性。（1）液壓缸內徑的計算 根據液壓缸的荷載力和系統(tǒng)工作壓力計算 D=3.57*0.01*F/P =3.57*0.01*42.4/4 =11.78（mm） 缸筒壁厚計算 t=p*D/2 =3*11.78/(2*4) =4.41(mm)根據GB/T2348-1993得，選用12mm內徑的液壓缸。3.2 缸體 （1） 缸體的材料 液壓缸缸體的常用材料是20、35和45號無縫鋼管。因20號鋼的力學性能較低，且不能調質，應用較少，一般情況下選用45號鋼，并調質到241-285HB。缸體的毛坯也可以采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼一般采用ZG25、ZG35和ZG45等。鑄鐵可采用HT200-HT350之間的幾個牌號或球墨鑄鐵QT500-05、QT600-02等。本設計采用鑄鋼ZG35。（2）主要表面粗糙度當活塞采用橡膠密封圈禰密封時，液壓缸內表面粗糙度Ra為0.10.4um,當活塞采用活塞密封圈時，液壓缸內表面粗糙度Ra為0.20.4.（3）技術要求 內徑用H8H9的配合。 缸體內徑D的圓度公差值可按9，10或11級精度選取，圓柱度公差值可按8級精度選取。 缸體端面T的垂直公差度公差值可按7級精度選取。3.3 工作狀況分析 （1）前后刀架及轉塔刀架最大切削力的計算 表1410列出了前后刀架及轉塔刀架的切削要素和有關參數(shù)，并且計算出它們的最大切削力F。前后刀架的最大切削力為切向切削力FZ，根據轉塔車床多刀加工和刀具形狀復雜的特點，他們的軸向切削力FX和經向切削力FY分別取 PX=0.5PZ=2940N PY=0.5PZ=2940N 表1410 切削要素刀架刀具V（m/min）S (mm/min)t (mm)P (N)工件材料前 （后）T5700.48FZ=5880鋼 件b= 7.35MPa轉塔45麻花鉆W18Cr4V0.2Fqr=9800鋼 件b= 7.35 MPa （2）前刀架在矩形V形導軌上滑動，縱向液壓缸力的計算 結果如表1411所示。圖143是根據計算結果繪制的負載速度行程圖 。 表1411 前刀架縱缸力的計算名 稱項 目計 算 公 式已 知 數(shù) 據結果（N）導軌摩擦力啟動時Fmq =3/5Gf+2/5Gf/sin/2f=0.15; G=980N; =90171.4快速時Fmk=3/5Gf+2/5Gf/sin/2f=0.0780工進時Fmh=F. ff=0.1; F=8330N833慣性力啟動與停止慣性力Fgq =Fgz=G./g . V/t啟動 04m/min制動 40 m/mint=0.15S44.7背壓力快進時Fbk= Pbk . /4(D2-d2)液壓缸直徑D=70mm活塞桿直徑 d=25mm快速時背壓pbk=0.5 MPa工進時背壓pbk=0.4 MPa1677.9快退時Fbk= Pbk . /4D21923.3工進時Fbh=Pbh . /4(D2-d2)1342.4密封力Fmi =0.1F液壓缸外負載F= Fx+Fm=2940+833377.3液壓缸牽引力加速時Fj= Fgq+ Fmq+Fmi+ Fbk2271.3快進時Fk= Fmk+ Fmi+Fbk2135.2工進時Fh=Fx+ Fmh+ Fmi+ Fbh5492.7反向啟動Fq= Fgq+ Fmq+ Fmi+Fbk2516.7反向快退Fk= Fmk+ Fmi+ Fbk2830.6制動時Fq=Fq2516.7 （3） 前刀架橫向液壓缸力的計算 前刀架橫向液壓缸除了刀架重量比縱向液壓缸重量輕，而且采用燕尾形導軌外，其他參數(shù)如導軌摩擦系數(shù)，起動，制動時間，背壓等均與縱向液壓缸相同。它的力的計算結果如表1412所示。圖144是根據計算結果繪制的負載速度行程圖。 圖143 縱向液壓缸負載 圖144 橫向液壓缸負載速度 表1412 前刀架橫缸力的計算名 稱項 目計 算 公 式已 知 數(shù) 據結果（N）導軌摩擦力啟動時Fmg=G fG=294N; f=0.1544.1快速時Fmk= G ff=0.0720.6工進時作用在導軌上除有FZ ，F(xiàn)X ，F(xiàn)Y ，F(xiàn)外，尚有FZ ，F(xiàn)X ，F(xiàn)Y引起的附加扭矩，這些力在導軌上產生的支反力，將其合成可得：Fmh=F.fF=13230N; f=0.11323慣性力啟動與停止Fgq =Fgz=G./g . V/tV=4m/mint=0.15s13.5背壓力快進時Fbk= Pbk . /4D2液壓缸直徑D=70mm活塞桿直徑 d=30mm快速時背壓Pbk=0.5 MPa工進時背壓Pbk=0.4 MPa1923.3快退時Fbk= Pbk . /4(D2-d2)1570工進時Fbh=Pbh . /4D2-1538.6密封力Fmi =0.1FF= Fx+Fm=2940+1323426.3液壓缸牽引力加速時Fj= Fgq+ Fmq+ Fmi+ Fbk2407.2快進時Fk= Fmk+ Fmi+ Fbk2370.2工進時Fh=Fx +Fmh+ Fmi+ Fbh6227.9反向啟動Fq= Fgq+ Fmq+ Fmi+ Fbk2053.9反向快退Fk= Fmk+ Fmi+ Fbk2016.9制動時Fq=Fq2053.9 （4） 后刀架力的計算與前刀架相同 （5） 轉塔車床液壓系統(tǒng)中刀架力的計算 ： 轉塔刀架包括進給液壓缸，轉位液壓缸，抬起液壓缸。轉塔進給液壓缸力的計算如表1413所示。圖145是根據計算結果繪制的負載速度行程圖。 表1413 轉塔刀架力的計算名 稱項 目計 算 公 式已 知 數(shù) 據結果（N）導軌摩擦力啟動時Fmq=G fG=2646N; f=0.15; =90462.7快速時Fmk= G ff=0.07215.9工進時作用在導軌上除有FZ ，F(xiàn)X ，F(xiàn)Y ，G外，尚有FZ ，F(xiàn)X ，F(xiàn)Y引起的附加扭矩，這些力在導軌上產生的支反力，將其合成可得：Fmh=F.ff=0.1; F=8330N833慣性力啟動與停止Fgq =Fgz=G./g . V/t快速進退速度2.53m/mint=0.25s54背壓力快進時Fbk= Pbk . /4D2液壓缸直徑D=100mm活塞桿直徑 d=35mm快速時背壓Pbk=0.3 MPa工進時背壓Pbk=0.4 MPa2355快退時Fbk= Pbk . /4(D2-d2)2066.5工進時Fbh= Pbk . /4D2-3140密封力Fmi =0.1FF=Fqr+Fm=9800+8331063.3液壓缸牽引力加速時Fj= Fgq+ Fmq+ Fmi+ Fbk式中Fqr為切削力3935快進時Fk=Fmk+ Fmi+ Fbk3634.2工進時Fh= Fqr + Fmh+ Fmi+ Fbh14051.3反向啟動Fq= Fgq+ Fmq+ Fmi+Fbk3646.5反向快退Fk= Fmk+ Fmi+ Fbk3345.7制動時Fq=Fq3646.5 圖145 轉塔刀架負載速度行程循環(huán)圖轉塔刀架的輔助運動力和速度的情況如圖1414所示。為了保證鏜孔和精車外圓退刀時刀尖不劃傷已加工的表面，用三根壓簧使刀臺產生0.25mm 為抬量，彈 簧所產生的微抬量力為8134N，為保證加工過程不使刀臺轉動，估計需壓緊力為24500N，因此刀臺需總壓下力為32634N。轉塔抬起部分重量為980N，抬起量為3.0mm，估計抬起量力為4214N。 （6）工件夾緊液壓缸，離合器液壓缸和制動液壓缸力的計算比較簡單（此處從略）。3.4 液壓缸的計算 從以上工作情況分析中我們已經計算出各液壓缸的最大出力如果液壓泵預選工作壓力為196102Mpa，并且取D2d（D為液壓缸直徑，d為活塞杠直徑），就可以分別計算液壓缸的尺寸，然后圓為整數(shù)，按標準系類尺寸取值，可以得到表1415所列得數(shù)值。 前刀架縱向液壓缸工進時由活塞肝腔排油，這個時候回油流量最小，所以為了保證工作運動穩(wěn)定，就必須校驗調速閥到最小穩(wěn)定流量。如表148所示，縱向進給的最底工作速度為12 mm/min，那么，它的最小流量Qmin為 Qmin=1.2 /4 (D2-d2) = 1.233.6= 40.3 cm2/min 如果取最小穩(wěn)定流量為40 cm2/min的調速閥即可滿足系統(tǒng)要求。 根據已定的液壓缸尺寸D，d，工作出力P和給定的運動速度V，計算出所需要的夜壓力P和流量Q，然后根據表1416中的計算結果，繪出壓力，流量行程圖（圖146）。3.5 液壓泵的計算 根據表1416中計算結果和圖146壓力流量行程圖可以看出：Qmax=20.7L/min，Pmax=1.74MPa，若取該系統(tǒng)的壓力損失P為0.098 Mpa則 Pb Pmax + P = 1.74+0.098 = 1.84 MPa 圓整后取2MPa 如果考慮泄露和溢流系數(shù)K植取1.25，那么，液壓泵的流量可取 Qb K 。Qmax= 1.2520.7= 25.9 L/min 由于葉片泵比齒輪泵工作平穩(wěn)，根據計算結果，可以選擇公稱壓力為0.4 MPa，流量為40L/min的葉片泵YB40，工作時調整壓力為2 Mpa。 因為此系統(tǒng)消耗功率不太大，所以沒有繪制功率循環(huán)圖，在計算液壓泵電機的工率時，采用最大壓力和流量計算，即 表1414 轉塔刀架輔助液壓缸力的選定狀 態(tài)項目壓 下抬起轉位力（N）3263442144214速度（m/min）0.30.152.0時間（s）0.40.82.0表1415 液壓缸尺寸刀架液壓缸牽引力（KN）D（mm）d (mm)/4D2（cm2）/4(D2-d2) (cm2)前橫向6.3703038.531.4縱向5.5702538.533.6后橫向6.3703038.531.4讓刀552523.7轉塔進給14.11003578.568.9刀臺抬起32.6（壓下）/4.2(抬起)18055(夾桿)/160(抬桿)254.3230.6（壓）/53.4（抬）刀臺轉位4.2（轉位）/0.3（復位）552523.723.7/19工作卡緊16075201主軸制動30157.1 表1416 P,Q值刀架液壓缸項目F（N）A（cm2）P (MPa)V(cm/min)Q (L/min)前刀架橫向加速2407.231.40.77快進2135.231.40.6840012.5工進5492.731.41.74180.57反向啟動2053.938.50.53反向快退2016.938.50.5240015.4制動2053.938.50.53縱向加速2271.338.50.6快進2135.238.50.5540015.4工進5492.738.51.42180.69反向啟動2516.733.60.75反向快退2830.633.60.8440013.4制動2516.733.60.75刀架液壓缸項目P（N）A（cm2）p (Mpa)V(cm/min)Q (L/min)轉塔刀架進給加速393578.50.5快進3634.278.50.4625020工進14051.378.51.73504反向啟動3646.568.90.53反向快退3345.768.90.4830020.7制動3646.568.90.53刀臺壓緊32634230.61.43306.9抬起421453.40.79150.8轉位轉位421423.71.782004.7復位294190.152003.8 圖14-6 壓力,流量-行程圖 取 = 0.75 則 取N為1.02 Kw，轉速960r/min3.6液壓閥參數(shù)的選擇 液壓閥可按計算結果選擇流量和壓力，由于機床結構等原因所致，絕大部分選用20.7L/min的液壓閥，這樣液壓缸快速進退時會有少量的增加一些壓力損失。所有液壓閥均采用板式聯(lián)接。3.7輔助元件的選擇和計算 （1） 油管尺寸的計算 假設取油管內允許流速為V= 3m/s，則前刀架管路通徑為 取管徑為1021.5的內油膠管。轉塔刀架進給液壓缸管徑按下式計算 取管徑為1518的標準管。其它油管計算方法與此相同。 （2） 油箱容量的選擇 根據采用定量泵，效率較底，能量損失比較嚴重，溫度升高較快 Q = 6Qb = 625.9= 155.4 L/min式中： Q 油箱容量 Qb 液壓泵的流量 第四章 PLC控制4.1梯形圖程序設計 梯形圖程序根據液壓系統(tǒng)工藝分配情況進行設計，所得梯形圖如圖6-1所示。此液壓系統(tǒng)選用西門子S7-200系統(tǒng)梯形圖設計說明： 車床加工過程為順序控制，其工作循環(huán)從模具閉合開始一步一步依次進行，每一工序都執(zhí)行部分命令，使相應的電磁鐵運作，并由行程或工藝過程時問來判斷該工序是否完成，同時，只有上一步工序完成后才能進入下一步工序。 各工序對應的輔助繼電器控制支路一般包括下列觸點：手動起動按鈕、手動停止按鈕、該工序原位行程開關、該工序終端行程開關、上一工序輔助繼電器常閉觸點、相應工序的互鎖觸點。4.2 電氣系統(tǒng)圖、程序及PLC外部接線圖4.2.1 控制線路分析圖4-2 電氣控制原理圖 圖4-2為電氣控制線路原理圖，圖中KM為接觸器，控制線路中相對應的常開常閉觸點，電動觸頭SB1為停機，常開觸頭SB2為開機，F(xiàn)R1、FR2、FR3為熱繼電器，當系統(tǒng)過熱時三個常閉觸點會斷開，按下點動SB2，繼電器KA1得電，KA1常開觸點閉合、常閉觸點斷開線路自鎖，此時SD1指示燈亮起，表示該線路就緒。按下SB4點動，接觸器KM2得電，同時KM2常開觸點閉合，線路自鎖，此時與KM2線路并聯(lián)的KM1及時間繼電器KT1同時得電，在主電路中電機M1啟動；根據預先設定的時間值KT1常開觸點延時閉合，常閉觸點延時斷開，（此過程中有KM1與KM3的互鎖，防止二者同時帶電）；之后KM1繼電器斷電同時KM3繼電器得電，完成M1電機的星角啟動，如圖6-3 主電路圖。 KT線路中的KM3常開觸點閉合后，KT時間繼電器線圈得電，KT常開觸點延時閉合，KM5接觸器線圈得電，KM5常開觸點閉合形成KM5接觸器線路的自鎖，同時接通KM4接觸器其常開觸點閉合，同理與KM6形成互鎖線路，此線路與M1電機啟動方式相同，為星角啟動，目的是為了防止啟動電流過大燒毀線路。4.2.2 主電路及接線圖分析 圖4-3為主電路圖，有三相交流電線路，個分別由兩個星角啟動的分線路組成，這種方式的特點是在啟動時能夠防止啟動電流過大燒毀電路，在其中有兩個熱繼電器，在線路過熱時斷開，能過有效地保護線路，同時電流表也可以實時監(jiān)控線路中的電流異常情況。圖4-3 主電路圖轉塔車床的液壓系統(tǒng)的控制是順序控制，轉塔車床液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)從閉模開始一步一步有順序地進行，每個工序步都執(zhí)行一些指令使電磁鐵動作，用行程開關或工藝過程時間來判斷每一步是否已完成?？刂浦兄挥星耙徊襟E完成后，才能進入下一步工序，就是表示下一步接通的條件取決于上一步的邏輯結果以及附加在這一步上的條件。而PLC內部有多組輔助繼電器，這些繼電器可記系統(tǒng)工作狀態(tài)；可編程控制器內部定時器可以完成定時控制 。下圖是根據轉塔車床液壓系統(tǒng)工藝流程對控制系統(tǒng)的要求，相應的并對照VO端子分配表。 在線路中利用接觸器控制相應觸點的閉合，接觸器的特點是能夠在大功率、大電流的電路中使用，由于這個特點再加上電路中的其他保護元件，能夠使主電路正常工作。圖4-4 系統(tǒng)接線總圖功能實現(xiàn)方式： 利用行程開關、輔助繼電器順序完成各道工序。在“原點” 工步時，行程開關 閉合，按啟動按鈕SB1時，相應輔助繼電器打開，使輸出繼電器得電，電磁鐵YA2、YA3、YA15通電，進人“模具閉合”工步。當行程開關SA5閉合時，相應的繼電器得電，電磁鐵YA2、YA15斷電，YA3、YA9通電，“模具閉合”工步結束，進入“送錠到位 工步 這樣依次完成其它工步。 表6-1SA1手動自動轉換開關SQ6擠進轉擠壓SA2噸位選擇SQ7快進限位/料架返回SA3排氣動作SQ8擠退停止SB5動作停止SQ9剪切到位SB6半自動啟動SQ10剪切返回到位SB13擠壓筒閉合SQ11模架內限SB14擠壓筒開放SQ12模架外限SB15擠壓桿前進SQ13料架上限SB16擠壓桿后退SQ14料架下限SB17料架上SQ15定位返回到位SB18料架下SQ16擠壓速度1SB19剪切向下SQ17擠壓速度2SB20剪切退上SQ18擠壓速度3SB21模架向內KT11定位時間SB22模架向外KT12打開時間SQ1閉合到位KT13擠退時間SQ2連動壓力繼電器1邊缸壓力SQ3擠壓筒開停壓力繼電器2高壓保護SQ4擠壓到位點動泵4選擇SQ5允許剪切4.3 程序分析及設計 梯形圖程序根據車床液壓系統(tǒng)工藝流程圖和PLC的IO地址分配情況進行設計。梯形圖設計說明： 車床液壓系統(tǒng)加工過程為順序控制，其工作循環(huán)從模具閉合開始一步一步依次進行，每一工序都執(zhí)行部分命令，使相應的電磁鐵運作，并由行程或工藝過程時問來判斷該工序是否完成，同時，只有上一步工序完成后才能進入下一步工序。 各工序對應的輔助繼電器控制支路一般包括下列觸點：手動起動按鈕、手動停止按鈕、該工序原位行程開關、該工序終端行程開關、上一工序輔助繼電器常閉觸點、相應工序的互鎖觸點。沈陽化工大學科亞學院學士學位 參考文獻第五章 結論 本論文經過對轉塔車床液壓系統(tǒng)的液壓元件的選型、工作條件、計算，先從理論上找出液壓系統(tǒng)的各個特點，分析各種特點的實現(xiàn)方式，找出相應的解決問題的方法，提出相應的理論論證，再從實際著手，根據所提出的理論依據對液壓系統(tǒng)進行實際的特點、性能分析，將理論的分析結果體現(xiàn)在具體的液壓各部分結構的選型上，通過對理論和實際結合的論證，總結出適合轉塔車床工作的液壓系統(tǒng)綜合結構，在控制系統(tǒng)上，針對控制器的特點分析各種方式控制的優(yōu)缺點，結合擠壓特點，找出適合車床液壓系統(tǒng)控制特點的程序控制方式，通過程序的理論計算、試運行，調試等方法，在車床真正實現(xiàn)對車床液壓系統(tǒng)的有效的最優(yōu)控制方式。沈陽化工大學科亞學院學士學位 參考文獻參考文獻1張勤 徐鋼濤主編.液壓與氣壓傳動技術M.北京：高等教育出版社.20092李立斌主編.工程力學M.北京.機械工業(yè)出版社：20083徐鋼濤主編.機械設計基礎M.北京.高等教育出版社：20074吳宗澤 羅圣國主編.機械設計課程設計手冊M.北京：高教出版社.20065周文森主編. 簡明電工手冊M.北京：機械工業(yè)出版社.19946徐灝 邱宣懷 蔡春源主編.機械設計手冊.第一二三四卷M.北京：機械設計工業(yè)出版社.19917 Zhang Qin Xu Gang editor. 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Beijing: the mechanical design industry press. 1991致 謝 經過這最近兩個月的學習與努力，最終完成了本次的畢業(yè)設計任務。 通過這次的學習，收獲甚是豐富。一方面培養(yǎng)了我對設計工程的設計能力，另一方面還為以后的工作打下基礎，不斷積累經驗和提高自身的技能。懂得了只有把從課本中學到的理論知識和中和設計資料的綜合利用，才可以在設計過程中少犯錯誤。 畢業(yè)設計綜合的考核了學生的專業(yè)知識、搜集信息及整合的能力。自己的論文雖不是最佳的，但自己還是滿意的，應該給自己以肯定的態(tài)度。畢業(yè)設計，可視為一次任務，也可看成是對自身的檢測。畢業(yè)設計總避免不了一些不足，還請閱批這多給予批評和建議。 最后，真誠的感謝王老師對我的指導和幫助。因存在著這樣或那樣的問題，設計書中難免會有疏漏和欠缺的地方，懇請王老師批評指正，以便在今后的工作和學習中不犯同樣或類似的錯誤。沈陽化工大學科亞學院學士學位 附表附表 附圖1 液壓系統(tǒng)的原理圖