變速箱體臥式鉆孔專用機床設(shè)計（江蘇）

變速箱體臥式鉆孔專用機床設(shè)計（江蘇）,變速,箱體,臥式,鉆孔,專用,機床,設(shè)計,江蘇 軸號工序內(nèi)容加工直徑主軸直徑主軸外伸尺寸L=115VNf1.2.3.4.5鉆螺釘孔8.5 20D/d1=30/2013.55000.18906.7螺釘孔 13.925D/d1=38/2621.825000.1890I總=500/715=1/1.43一 前言組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。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,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額) ,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(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,有單面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機床等;隨著技術(shù)的不斷進步,一種新型的組合機床柔性組合機床越來越受到人們的青睞,它應(yīng)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,配以可編程序控制器( PLC) 、數(shù)字控制(NC) 等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。另外,近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線) 等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。由于組合機床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品,是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計的,它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機床組合機床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達國家要相對落后,國內(nèi)所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴大,并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此,市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝,研制新產(chǎn)品,由過去的“剛性”機床結(jié)構(gòu),向“柔性”化方向發(fā)展,滿足用戶需求,真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。隨著市場競爭的加劇和對產(chǎn)品需求的提高,高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機床行業(yè)企業(yè),因此組合機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術(shù)的成套性為主攻方向。一方面,加強數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用,提高組合機床產(chǎn)品數(shù)控化率;另一方面,進一步發(fā)展新型部件,尤其是多坐標部件,使其模塊化、柔性化,適應(yīng)可調(diào)可變、多品種加工的市場需求。從2002 年年底第21 屆日本國際機床博覽會上獲悉,在來自世界10 多個國家和地區(qū)的500 多家機床制造商和團體展示的最先進機床設(shè)備中,超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。據(jù)專家分析,機床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度。該屆博覽會上展出的加工中心,主軸轉(zhuǎn)速10 00020 000 r/ min ,最高進給速度可達2060 m/ min ;復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時,加工的形狀卻日益復(fù)雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外,產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調(diào)整和適應(yīng)新的變化,滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機床裝備中的應(yīng)用,信息通信技術(shù)的引進使得現(xiàn)代機床的自動化程度進一步提高,操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機對機床的程序進行遠程修改,對運轉(zhuǎn)狀況進行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù);通過網(wǎng)絡(luò)對遠程的設(shè)備進行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。在這些方面我國組合機床裝備還有相當(dāng)大的差距,因此我國組合機床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。二 組合機床總體設(shè)計1. 概述組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或若干種工件按預(yù)先確定的工序進行加工的機床。它一般采用多軸、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。在組合機床自動線上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序。隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，他能完成的工藝范圍日益擴大。組合機床同通用機床和其他專用機床比較，具有以下特點:1.機床上通用部件和標準零件約占全部機床零。部件的7080，因此設(shè)計和制造周期短，經(jīng)濟效益好。2.合機床采用多刀加工，機床自動化程度高，比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。3.合機床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有專門廠家成批生產(chǎn)。它與一般專用機床比較，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用與維修方便。4.機床加工工件由于采用專用夾具、組合刀具和導(dǎo)向裝置等，產(chǎn)品加工質(zhì)量由工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)水平要求不高。5.機床被加工的產(chǎn)品更新時，專用機床的大部分部件都要報廢。組合機床的通用部件是根據(jù)國家標準設(shè)計的，因此通用部件可以重復(fù)使用，不必另行設(shè)計制造。6.機床易于聯(lián)成組合機床自動生產(chǎn)線，以適應(yīng)大規(guī)模和自動化生產(chǎn)需要。目前我國組合機床在許多大規(guī)模，大批量生產(chǎn)的企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。本課題是設(shè)計減速機箱體右端面鉆孔組合機床。零件圖如下：2.總體結(jié)構(gòu)及工作循環(huán)本機床采用多工位臥式組合機床,變速箱體裝在工作臺的夾具上,這樣便于上、下料。機床機械部分主要有:底座、側(cè)底座、多軸箱、刀具、夾具、冷卻系統(tǒng);控制部分為PLC 控制系統(tǒng)及液壓傳動系統(tǒng)。機床的工作循環(huán)為:人工裝上一工件,定位銷插銷定位夾緊油缸夾緊I 滑臺開始工作循環(huán):快進(冷卻供、主軸轉(zhuǎn)) 工進(死檔鐵停留) 快退至原位(主軸停) 滑臺開始工作循環(huán):快進(冷卻供、主軸轉(zhuǎn)) 工進(死檔鐵停留) 快退至原位(主軸停、冷卻停) ,定位銷拔出,夾緊油缸松開,防護門自動打開,油缸推出工件,工件到位后油缸退回.(快退緩?fù)? ,死檔鐵停留,工作循環(huán)結(jié)束3. 三圖一卡設(shè)計1. 被加工零件工序圖被加工零件為變速箱體，材料為HT250，工序為箱體兩端面鉆孔，左端面為5個10加工孔，右端面為5個10和2個14加工孔。采用一面兩孔定位，一面為箱體底面，兩孔為底面上的長邊上的兩孔。采用箱體頂面夾緊。2. 加工示意圖加工8.5的孔：錐柄長麻花鉆 硬質(zhì)合金 d=8.5mm L=190 mm l=109mm依據(jù)公式 M= ， 選剛性主軸，直徑為30/20mm 外伸長度為115 mm 切削用量 n=500 r/min v=13.35 m/min f=0.1 mm/r =50 mm/min加工13.9的孔：錐柄麻花鉆 高速鋼 d=13.9mm L=189 mm l=108mm依據(jù)公式 M= 選剛性主軸，直徑為38/26mm 外伸長度為115 mm 切削用量 n=500r/min v=21.8m/min f=0.13 mm/r =50 mm/min箱體右端面工進長度41 mm 快進75 mm 快退116 mm3. 機床聯(lián)系尺寸圖右端面：7根主軸多軸箱輪廓尺寸 H=180+103.5+100=383.5 mm B=120+2100=320 mm 厚度取325 mm長寬取400400 mm 最低孔位置19 mm 最低主軸高度103.5 mm軸向力=1697.3N轉(zhuǎn)矩 =6.9Nm功率 =0.8kw總=0.5+20.8=2.1kw總=3546+21697=6943 N根據(jù)以上計算所得 選取液壓動力滑臺1HY25-IA 動力箱1TD32（2.2kw） 電機 Y100L1-4側(cè)底座 1CC251中間底座L=（）=295+325+326-(100+40+105) =701 mm采用固定鉆摸板4. 機床生產(chǎn)效率計算卡1. 理想生產(chǎn)率 =23 件/h2. 實際生產(chǎn)率 =31件/h3. 機床負荷率 =0.75 三 組合機床多軸箱設(shè)計1.簡述組合機床多軸箱的設(shè)計計算是組合機床設(shè)計工程中的重要環(huán)節(jié)，是主軸箱零部件設(shè)計的理論基礎(chǔ)，計算稍有不慎，便會導(dǎo)致后期的設(shè)計制造前功盡棄。依據(jù)總體設(shè)計圖， 對主軸箱進行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。由于在本機床上需同時加工7個孔，不僅孔多、間距小，而且孔的排列分散，采用通常方案排箱無法實現(xiàn)12孔的工序集中。因此，本鉆床的主軸箱傳動系統(tǒng)在對被加工零件進行了深入、細致分析計算的基礎(chǔ)上，通過采用滾針軸承，將常規(guī)狀況下不能完成的排箱得以實現(xiàn)，而且所設(shè)計的主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊。依據(jù)組合鉆床總體設(shè)計繪制主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖其內(nèi)容為主軸箱設(shè)計的原始要求和已知條件：1. 主軸箱輪廓尺寸400mm400mm；2. 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸3. 工件與主軸箱相對位置尺寸。2.設(shè)計原則1) 從面對主軸的方位看去，所有主軸均采用逆時針方向旋轉(zhuǎn)。2) 在保證轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下，力求用最少的傳動軸和齒輪（數(shù)量和規(guī)格），以減少各類零件的品種。具體措施：采用一根傳動軸同時帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排位置上，當(dāng)齒輪嚙合中心距不符合標準時，采用了變位齒輪。3) 放棄了用主軸帶主軸的方案，這樣避免了增加主軸負荷，不會影響加工質(zhì)量。4) 因鉆削加工切削力大，為了減少主軸的扭曲變形，主軸上的齒輪盡量靠近前支承。3.按上述設(shè)計原則設(shè)計傳動系統(tǒng)按所設(shè)計的傳動系統(tǒng)圖合理分配各級傳動比、初定傳動軸位置和確定齒輪齒數(shù)主軸r/min驅(qū)動軸=715 r/min總傳動比 i=各軸傳動比分配：=1/1.43=1/1.43=1/1.43=1/1.43=1=1確定中間軸8以及中間軸8與1.2軸聯(lián)接的=43 m=2 確定中間軸18以及中間軸18與3.4軸聯(lián)接的=43 m=2 確定中間軸14以及中間軸14與5軸聯(lián)接的=43 m=2 =18=25確定中間軸13以及中間軸13與36軸聯(lián)接的=43 m=2 確定中間軸9以及中間軸9與7軸聯(lián)接的=50 m=2 確定中間軸17以及中間軸17與15.16軸聯(lián)接并配相關(guān)的齒輪取 =21 =21 m=3 =6317-15，16 =36 m=2 =18 =28 驗算轉(zhuǎn)速 ：=514 r/min轉(zhuǎn)速相對損失在5%以內(nèi)，符合設(shè)計要求。采用R12-L型葉片泵有中間傳動軸19經(jīng)一對齒輪=30/24=536 r/min 在400-800 r/min范圍內(nèi)滿足要求。在擬定主軸箱傳動系統(tǒng)時，傳動軸位置已做了初步確定。為了保證齒輪副的正常嚙合和加工主軸箱上傳動軸支承孔的孔距精度，需要精確計算各傳動軸的坐標尺寸（計算結(jié)果精確到小數(shù)點后3位數(shù)）。4 驗算驗算根據(jù)坐標計算確定的兩軸坐標中心距A 是否符合兩軸間嚙合齒輪要求的中心距R ， R 與A 的差值為 ，即 = R A驗算標準為 0.001 0.009mm經(jīng)驗算均符合。5 主軸及通用傳動軸結(jié)構(gòu)型式的選擇方案主軸結(jié)構(gòu)型式由零件的加工工藝決定，并考慮主軸的工作條件和受力情況，采用長主軸。由于采用鉆削加工主軸，需承受較大的單向軸向力，所以優(yōu)選向心球軸承和推力球軸承組合的支承結(jié)構(gòu)，且推力球軸承配置在主軸前端。傳動軸的轉(zhuǎn)速較低，但載荷較大，因此用圓錐滾子軸承。按上述方案配置的主軸和傳動軸，按所選的軸承類型繪制軸承孔檢查圖，發(fā)現(xiàn)有些部位采用此配置因孔間距較小，箱體上的軸承座孔太大，導(dǎo)致箱體強度不夠。因此，這些部位都將原方案改為推力球軸承與滾針軸承組合的支承結(jié)構(gòu)，以減小徑向尺寸，滿足強度要求，實現(xiàn)合理排箱。 按以上原則設(shè)計的傳動系統(tǒng)，保證了主軸箱的質(zhì)量，提高了主軸箱的通用化程度，使得設(shè)計和制造工作量及成本都大大降低。為實現(xiàn)本機床“體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高、質(zhì)量好”的設(shè)計目標奠定了基礎(chǔ)。 四 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計是為加工某些幾何形狀相似、工藝過程和定位夾緊相似的零件而設(shè)計的。設(shè)計時需要選擇合理的定位基準、定位元件；選擇合適的夾緊夾緊元件；設(shè)計好合理的基體件。1.定位基準與定位元件的選擇制定設(shè)計方案時需選擇合理的定位基準、定位元件。該零件采用一面兩孔定位，定位基準為零件底面，定位元件為定位銷。2.夾緊元件與夾緊力的選擇夾緊力的選擇，除夾緊力方向和作用點外，還要使工件產(chǎn)生盡可能小的夾緊變形，這是選擇夾緊元件和夾緊力的主要因素。本設(shè)計采用壓板液壓壓緊， ，夾緊牢靠，工件保持正確位置，既防止了薄壁零件裝夾變形，又滿足了加工的要求。3.夾具基體的設(shè)計夾具基體是夾具的基礎(chǔ)，在設(shè)計夾具基體時，除應(yīng)保證結(jié)構(gòu)合理外，還應(yīng)保證夾具基體有足夠的剛度，而且在可能的范圍內(nèi)，力求能加工零件組的全部。對其基體件還應(yīng)根據(jù)相似件形狀、尺寸、精度、毛坯種類及其工藝方法來確定基體件形狀、尺寸，以滿足加工所有相似件的要求。該基體件與其它夾具元件組成的夾具結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，更換元件容易，可以加工不同產(chǎn)品的相似件. 具體設(shè)計見附圖。 五 PLC控制設(shè)計1 工作原理及電氣控制要求鉆孔組合機床是在工件表面上進行鉆孔的一種高效自動化專用加工設(shè)備,基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。動力滑臺安裝在標 圖1 鉆孔組合機床結(jié)構(gòu)簡圖準側(cè)底座上,刀具電動機M2 ,固定在左動力滑臺上,中間底座上裝有工件定位夾緊裝置。 該機床采用電動機和液壓系統(tǒng)(未畫出) 相結(jié)合的驅(qū)動方式,其中電動機M2帶動主軸箱的刀具主軸提供切削主運動,而動力滑臺和工件定位夾緊裝置則由液壓系統(tǒng)驅(qū)動,M1 為液壓泵的驅(qū)動電動機,M4 為冷卻泵電動機。機床的電氣控制要求為M1 先啟動,只有系統(tǒng)正常供油后,其它控制電路才能通電工作; M2在滑臺進給循環(huán)開始時啟動,滑臺退回原位后停機;M4 可手動控制啟停,也可在滑臺工作進給時自動提供油液。其控制過程是典型的順序控制,當(dāng)把工件裝入夾具后,按下啟動按鈕SB3 ,機床便開始自動循環(huán)的工作過程,見圖2 圖2 鉆孔組合機床工作循環(huán)圖2 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計鉆孔組合機床的電氣控制屬單機控制, 輸入輸出均為開關(guān)量。根據(jù)實際控制要求,并考慮系統(tǒng)改造成本,在準確計算I/ O 總點數(shù)的基礎(chǔ)上,采用抗干擾強、穩(wěn)定性和可靠性較高的三菱公司生產(chǎn)的FX1N260MR 可編程控制器。該控制系統(tǒng)中所有輸入觸發(fā)信號采用常開觸點接法,所需的24 V 直流電源由PLC 內(nèi)部提供;輸出負載中的所有直流電磁換向閥同樣采用由PLC 內(nèi)部提供的24 V 直流電源,輸出負載中的4 個交流接觸器線圈則需外接220 V 交流電源.由于鉆孔組合機床中轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕及行開關(guān)較多,為了減少輸入點數(shù),降低費用,對輸入信號作了適當(dāng)處理,如3 臺電動機的過載保護不作為輸入信號,而直接接入輸出線圈回路中。另外,電磁閥為感性負載并且通斷頻繁,為了保護PLC 的輸出觸點,在每個電磁閥兩端各并上1 個續(xù)流二極管,來吸收反向過電壓。3.電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計由鉆孔組合機床的控制要求可知,該控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)3 個控制功能: 動力滑臺的點動、復(fù)位控制; 動力滑臺的單機自動循環(huán)控制; 整機全自動工作循環(huán)控制。具體T型圖見附圖4.PLC 與PC 的通信系統(tǒng)工作時,PC 與生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC 之間處于實時的交互通狀態(tài)。如果生產(chǎn)規(guī)模大,可采用1 : n 上位鏈接通信方式,用一臺計算機管理多臺機床。上位計算機與PLC 之間有一個RS - 232C/ RS - 485 轉(zhuǎn)換器,用于鏈接計算機的RS - 232C 串行口和PLC 的RS - 485 通信適配器,可增大通信距離。操作人員根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的需要,在不中斷生產(chǎn)的情況下,可在上位機上實時地對現(xiàn)場參數(shù)進行調(diào)整,使控制系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。還可在上位機上編程、監(jiān)測設(shè)備運行情況、顯示故障等,對系統(tǒng)進行管理和調(diào)度,使設(shè)備潛力得到充分發(fā)揮。本程序經(jīng)模擬調(diào)試,完全符合鉆孔組合機床的電氣控制要求,使用效果良好。在使用過程中,還可根據(jù)不同的控制要求,在不改動接線或改動很少的情況下,通過改變程序來實現(xiàn)不同要求,大大節(jié)省了安裝調(diào)試時間,提高了效率。5 結(jié)語本系統(tǒng)經(jīng)過PLC 融入后,運行良好,故障率低。而且組合機床控制系統(tǒng)具有很好的柔性,能適應(yīng)產(chǎn)品的變化,當(dāng)工藝程序變更時,只需修改程序,就可滿足新的加工要求?？梢妭鹘y(tǒng)的機械設(shè)備融入PLC技術(shù) 后,既能使之成為機電一體化的新產(chǎn)品,適用生產(chǎn)過程的自動控制,又能發(fā)揮原組合機床的效能,而且投資較小,可見,靈活應(yīng)用PLC 是實現(xiàn)組合機床電氣自動化的有效途徑。 六 結(jié)束語本組合機床較好地解決了大批量變速箱端面孔的問題。不但保正加工質(zhì)量,而且大為提高了工效,具有良好的經(jīng)濟效益和應(yīng)用價值。七 參考資料1、組合機床設(shè)計沈陽工業(yè)大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、大連鐵道學(xué)院主編上海出版社出版1985年9月2、組合機床設(shè)計大連組合機研究所編機械工業(yè)出版社1975年6月3、金屬切削加工工藝人員手冊上海科學(xué)技術(shù)出版社4、金屬切削機床設(shè)計參考圖冊機械工業(yè)出版社5、金屬切削機床設(shè)計大連工學(xué)院戴曙主編機械工業(yè)出版1985年12月6、組合機床液壓滑臺圖冊機械工業(yè)出版社7、機械設(shè)計手冊遼寧科學(xué)技術(shù)出版社8、機床設(shè)計手冊機械工業(yè)出版社1978年12月9、組合機床設(shè)計參考圖冊大連組合機床研究所編機械工業(yè)出版社八 畢業(yè)設(shè)計總結(jié)通過畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)了我們綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的能力以及創(chuàng)造型地分析和解決實際問題的能力，使我們對工程設(shè)計、技術(shù)應(yīng)用等有較全面的、深刻的認識，這是是我們專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分，并作為一個獨立的項目列入專業(yè)教學(xué)計劃中的。其目的在于通過實習(xí)使學(xué)生獲得基本生產(chǎn)的感性知識，理論聯(lián)系實際，擴大知識面；同時又是鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生業(yè)務(wù)能力及素質(zhì)的重要渠道，培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生具有吃苦耐勞的精神，也是學(xué)生接觸社會、了解產(chǎn)業(yè)狀況、了解國情的一個重要途徑，逐步實現(xiàn)由學(xué)生到社會的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)我們初步擔(dān)任技術(shù)工作的能力、初步了解企業(yè)管理的基本方法和技能；體驗企業(yè)工作的內(nèi)容和方法。這些實際知識，對我們學(xué)習(xí)后面的課程乃至以后的工作，都是十分必要的基礎(chǔ)。培養(yǎng)我們綜合素質(zhì)和綜合工程實踐能力，從而進一步增強我們畢業(yè)后走上工作崗位的適應(yīng)性。九 致謝本文能夠順利完成首先要衷心地感謝郭娟老師給予的精心指導(dǎo)。在設(shè)計的整個過程中，郭老師親自動手參與指導(dǎo)，細心地傳授理論知識。在我寫此論文期間，郭老師在學(xué)習(xí)、科研、生活中給予了多方面的關(guān)心和幫助。在一起做畢業(yè)設(shè)計的日子里，郭老師嚴以律已、寬以待人的人格和對科學(xué)研究的獨到見解、忘我的工作精神以及嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度給我留下了深刻的印象，促使我更加嚴格地要求自己，全身心地投入到學(xué)習(xí)和工作中。此外，對設(shè)計期間關(guān)心過、幫助過我的所有老師和同學(xué)，致意誠摯的謝意。18 分類號 密級： UDC 編號： 學(xué) 位 論 文變速箱體臥式鉆孔專用機床設(shè)計作者姓名： 王博 指導(dǎo)教師 郭娟 申請學(xué)位級別 學(xué) 士 專業(yè)名稱 機械制造及其自動化論文提交日期 2007年6月論文答辯日期 2007年6月20日 學(xué)位授予單位和日期 答辯委員會主席 _評閱人 _2007年6月20日目錄一、 前言 1二、 組合機床總體設(shè)計1、 概述 42、總體結(jié)構(gòu)及工作循環(huán) 53、三圖一卡設(shè)計 6三 組合機床多軸箱設(shè)計 81.簡述 82.設(shè)計原則 83.傳動系統(tǒng)設(shè)計 94 驗算 115 主軸及通用傳動軸結(jié)構(gòu)型式的選擇方案 11四 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計 121.定位基準與定位元件的選擇 122、夾緊元件與夾緊力的擇 12 3.夾具基體的設(shè)計 12五 PLC控制設(shè)計 13 六 結(jié)束語 16七 參考資料 16八 畢業(yè)設(shè)計總結(jié) 17九 致謝 17 可重構(gòu)制造系統(tǒng)的可分級生產(chǎn)功能安排的研究摘要：在今天的全球化經(jīng)濟中對所有制造系統(tǒng)而言在節(jié)省成本上對高速變化的市場作出快速反應(yīng)成為一個關(guān)鍵的成功因素。可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMSs）是指為能適應(yīng)市場的需求變化，按系統(tǒng)規(guī)劃的要求，對制造系統(tǒng)進行模塊化和可分級的設(shè)計，即在機器組件分級水平上的設(shè)計對激烈競爭的市場迅速和有效地起反應(yīng)。 本文研究RMSs是如何以低成本的方式系統(tǒng)地處理它們的性能和可測量性。提議 能力塑造的一種方法是，不同于更早的方法，不簡單的假設(shè)可測量性功能是功能模塊的特定的增加的功能。 基于模型，一種利用基因算法的優(yōu)化技術(shù)的計算機工具正在發(fā)展。這種工具在幫助系統(tǒng)設(shè)計師在決定何時為了增減性能而重新構(gòu)造系統(tǒng)，并且用一個低成本的方式通過增減程度來滿足市場要求.成果顯示，根據(jù)成本,在RMS中的理想可測量性功能對彈性生產(chǎn)系統(tǒng)(FMSs)采取的無論確切的理想需求功能的可測量性方法還是供應(yīng)方法都需要的計劃初期所有必需的性能都要優(yōu)良.成果還顯示一個RMS通過減少這些新系統(tǒng)的重新配置的費用實現(xiàn)低成本運行. 關(guān)鍵詞：可重構(gòu)制造系統(tǒng) 可測量性 再生點和基因算法引言 更短的生產(chǎn)周期、變化莫測的需求和定制化的產(chǎn)品強迫制造系統(tǒng)更加高效率地運行以適應(yīng)改變的要求。 全球性競爭導(dǎo)致了更加對用戶滿意注意，其中快速反應(yīng)和定制服務(wù)是關(guān)鍵。 傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)象專業(yè)化的生產(chǎn)線(DMLs)或蜂窩制造系統(tǒng)(CMSs)不可能應(yīng)付這些新市場特征。 柔性制造系統(tǒng)(FMSs)不可能以有效的方式應(yīng)付這些新的要求。 要接受這些現(xiàn)代挑戰(zhàn)，可重構(gòu)制造系統(tǒng)(RMSs)是個選擇。 RMSs瞄準以結(jié)合DML的高生產(chǎn)量與FMS的靈活性，維護能力為目標，以有效的方式應(yīng)付各種各樣的產(chǎn)品和功能。當(dāng)它需要時，通過在它的結(jié)構(gòu)上的迅速變化，即它的硬件和軟件元件的變化，以快速適應(yīng)確切的可分級性和功能的調(diào)整.Shabaka和ElMaraghy 2通過分類重組過程解釋制造系統(tǒng)的重組的維度介紹它的物理配置和邏輯配置。 物理配置的例子包括布局配置，增加或去除機器，增加或者去除機器的工具或組件和原材料處理系統(tǒng)的重組。邏輯配置的例子包括重編程序機器、再計劃，重新編排，改線和增長的或者減少的轉(zhuǎn)移或者工作者的數(shù)量。 RMSs的關(guān)鍵特征是模塊化，完整性，可變換性、定制和判斷力 3。早期特征使RMSs有不固定的生產(chǎn)能力,功能，以及，系統(tǒng)元件的模塊結(jié)構(gòu)負責(zé)對物理可測量性因而，他們假設(shè)是可升級的系統(tǒng)。 而現(xiàn)代開放式體系結(jié)構(gòu)控制A. M. Deif。 W. ElMaraghy智能的制造系統(tǒng)(IMS)研究中心，工業(yè)&制造系統(tǒng)， Windsor大學(xué)， Windsor，加拿大大學(xué)的部門技術(shù)是為邏輯或軟件可測量性的主要工具。 本文焦點在RMS的塑造能力的可測量性。制造系統(tǒng)中的可測量性生產(chǎn)能力問題 可測量性生產(chǎn)能力僅僅是適應(yīng)變化的需求的能力。 一個典型制造系統(tǒng)的可測量性生產(chǎn)能力包括處理，何時，何地以及測量多少可測量性生產(chǎn)能力的問題。 在RMSs之前，范圍的這個問題限制了到生產(chǎn)能力的擴展。關(guān)于RMSs，從另一方面講，可測量性生產(chǎn)能力除生產(chǎn)能力的減少以外還處理它的擴展。 兩個趨向之間的另一個主要區(qū)別是使RMS通過它的模件和開放控制結(jié)構(gòu)不僅在系統(tǒng)級,而且能在機器水平測量生產(chǎn)能力。生產(chǎn)能力擴展的費用傳統(tǒng)上由增加的生產(chǎn)能力的經(jīng)濟效益證明。 在RMS中，它假設(shè)可測量性生產(chǎn)能力通過減少短缺費用來證明，因為當(dāng)有需要時就提供生產(chǎn)能力并且減少未充分利用的生產(chǎn)能力的費用,即具體的生產(chǎn)能力能在需要的地方使用。 后者給RMS的好處勝過FMSs。 可測量性生產(chǎn)能力的成本效益，與功能可測量性一起，在RMS中通過范圍經(jīng)濟的概念實現(xiàn)。早期可測量性生產(chǎn)能力塑造方法回顧大量的關(guān)于古典生產(chǎn)能力擴展問題的文獻調(diào)查在Manne 4， Freidenfelds 5和Luss 6被找到。 在FMSs中塑造生產(chǎn)能力的有些方法的例子由Leachman和Carnon 7， Roundy 8和Liberopoulos 9 等提出。關(guān)于RMSs，son和他的同事 10 建議相同的位置在一個時期內(nèi)以輸送管制造系統(tǒng)作為一種可能的稱生產(chǎn)能力方法，他提到作為一條同類的并行流線(HPFL)。 Asl和Ulsoy 11 根據(jù)對反饋控制理論的用途對塑造在RMS中的可測量性生產(chǎn)能力處理可測量性生產(chǎn)能力問題提出了一種方法。 根據(jù)他們的方法，他們假設(shè)，在RMS上的生產(chǎn)能力變化是使量子化的相等的能力單元。 根據(jù)這個假設(shè)，他們以極少的費用在RMS中開發(fā)了一個確定連續(xù)的時間可測量性生產(chǎn)能力模型產(chǎn)生生產(chǎn)能力方式。Asl和Ulsoy根據(jù)隨機的市場需求也提出 了RMS中生產(chǎn)能力管理的另一種方法 12，為根據(jù)Markov決策理論的可測量性生產(chǎn)能力管理提出了一個最佳方案。 他們也考慮了在生產(chǎn)能力被定購和它被提供的時間之間的延遲。他們的工作提出了作為代表優(yōu)選的生產(chǎn)能力擴展和減少水平的優(yōu)選的界限的最優(yōu)策略。費用和理想界限時間的延遲的變化的影響在生產(chǎn)能力管理上顯現(xiàn)出來。 他們的工作被認為是Rocklin和Kashper的方法的拓展13，因為他們集成了它他們的早先動態(tài)模型可測量性生產(chǎn)能力的地方.早先的方法是被考慮作為可適用對RMSs中生產(chǎn)能力可測量性塑造的主要方法。 早期模型的主要的缺點在是假設(shè)生產(chǎn)能力可測量性是確定能力單元的的增加的功能。 在實用的可重構(gòu)制造環(huán)境中，這不是實際情形，因為系統(tǒng)水平上有不同的生產(chǎn)能力模塊，在機器水平上也一樣，可以用于測量生產(chǎn)能力。 并且，當(dāng)具體地測量生產(chǎn)能力時其中一些方法沒有運行，并且這是RMSs的其中一個主要特征。模型體現(xiàn)了這些缺點. 因此。本文描寫一種新的塑造RMS的生產(chǎn)能力可測量性方法。 焦點在系統(tǒng)的具體可測量性的生產(chǎn)能力而不是考慮他們的生產(chǎn)能力邏輯結(jié)構(gòu)。 塑造的宗旨是根據(jù)市場需求變化包括何時測量系統(tǒng)生產(chǎn)能力和測量多少生產(chǎn)能力開發(fā)優(yōu)選的生產(chǎn)能力計劃，。 這些計劃是由一個根據(jù)基因算法優(yōu)化技術(shù)的計算機工具產(chǎn)生的。生產(chǎn)能力可測量性模型的提出推薦模型是根據(jù)需求方法的任意增長的時間路徑的優(yōu)選的設(shè)備規(guī)模，如Manne和Veinott提出的模型14，修改模型以適應(yīng)論及在RMSs中生產(chǎn)能力可測量性的問題。 模型的一個基本的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是其中一凹面或凹面設(shè)置特征情況：如果C (。) 是一個在閉合的一定凹面集合V有有限地許多極值點的凹函數(shù)，然后C (。)達到它的極小值在增值范圍的一個極值點V。41模型的假定條件下面是模型假定的條件:時間(或生產(chǎn)能力規(guī)劃范圍)被理想化為不連續(xù)的階段1， 2， T。需求在階段t (要求之間的區(qū)別在期間t和t1)被認作為Dt， Dt0且： (1)生產(chǎn)能力可測量性決定是一套可變物Vt， t=1,2 T。Zt表示超額能力的期間的結(jié)尾。 在RMSs中， Zt傾向于零: (t=1,2T) (2)一個可行的生產(chǎn)能力可測量性計劃或計劃是在這里： (3)且 (4)讓V表示集合RMS的可行的生產(chǎn)能力計劃。 從Eqs。 2， 3和4，因為集合對線性平等和不平等一個有限系統(tǒng)的解答是一個凸面集合并且有有限地許多極值點，它可能說V是封閉的，一定凹面集合4.2費用系統(tǒng)作用C (v)代表生產(chǎn)能力第v.級的費用。 它隨時間變化并且根據(jù)費用的當(dāng)前價值如時間1表達。 這種價值函數(shù)由二個組分組成，一個反映系統(tǒng)計算的物理功能單位的費用，而第二個代表與系統(tǒng)的這些物理結(jié)構(gòu)聯(lián)系或系統(tǒng)重組的相關(guān)費用。 因此，毎個階段t的費用主要是有可以被測量（上升或下降)的生產(chǎn)能力第v級期間的費用。 例如，這結(jié)構(gòu)可以做到增加或去除一臺機器的另一個紡錘，增加或者去除機器，甚至增加達到去除一個小組機器。 因此，價值函數(shù)的第一個期限是這個能力單位數(shù)的物理費用的表示。另一方面，期間CR代表同這些結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起重組的其他費用且基本上包括其他相關(guān)費用參量，例如停工期的費用重新調(diào)節(jié)系統(tǒng)或?qū)ο咸菪碌呐渲靡孕碌纳a(chǎn)能力、人工成本介入的和為那重組或結(jié)構(gòu)需要的嘗試。要重點注意到的是，期間CR的變化基于重組水平的要求。 在本文，簡而言之，這個期限表達為在生產(chǎn)能力水平上的一個可靠的線性函數(shù)。本文第6頁將在學(xué)術(shù)上討論這個假定。 價值函數(shù)可以被寫如下： (5)那里n是生產(chǎn)能力可測量性的數(shù)字指向且nT.這種價值函數(shù)假設(shè)是凹面。 Manne支持這個假定4，他表示，不同的研究性產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)能力加法的價值函數(shù)被表達為一個功率函數(shù)或作為功率函數(shù)拼合為一個線性函數(shù)(僅在這種情況下)，而這兩個都是凹函數(shù)。 同樣， Luss 6闡明，大多生產(chǎn)能力擴展(可測量性)是凹面函數(shù)，代表擴展大小的經(jīng)濟尺度。RMS中生產(chǎn)能力可測量性價值函數(shù)的所有復(fù)雜的參量確切的演算(以它的二個期限)還是一個需要做很多改進的研究性區(qū)域; 然而，這些演算超出本文的范圍之外，且不會影響模型的有效性.4.3再生點(可測量性點)生產(chǎn)能力可測量性計劃或計劃v的再生點在期間t發(fā)生，如果Zt (期間超額能力的結(jié)尾) =0。 在RMS中，生產(chǎn)能力規(guī)劃是一系列的再生點或可測量性點。 這個事實使我們使用再生點定理說明:“有優(yōu)選的生產(chǎn)能力計劃存在再生點.” 14定理前提是設(shè)置的生產(chǎn)能力計劃是閉合的，有限的凹面的集合，價值函數(shù)是一個凹函數(shù)且處理事先確定的特征。 根據(jù)再生點定理，生產(chǎn)能力計劃的費用的極值點是可測量性點或者是那些系統(tǒng)生產(chǎn)能力計劃者向上或向下測量生產(chǎn)能力的點，是極小值的點。 這樣使用基因算法(GA)方法將發(fā)現(xiàn)最佳的計劃。優(yōu)選的容量可測量性的預(yù)定公式化工具讓一可測量性點發(fā)生在期間i，并且下個可測量性點發(fā)生在期間k (令i k)。 然后，必要的，有整數(shù)i+1k，這樣 (6)應(yīng)當(dāng)注意點t=0和t=T通常是再生點。5.1預(yù)定的容量可測量性的基因算法技術(shù)于在RMS中的應(yīng)用基因算法(GA)是在解決方案空間使用選擇且再結(jié)合算符引起新的樣品點的一個基于整體的模型。一個GA通過染色體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)把一種可能的即決方案譯碼成一個具體的問題，并且通過某種方式處理基因算符到這些結(jié)構(gòu)使信息保持流暢。 再生產(chǎn)機會是這樣產(chǎn)生的，那些染色體結(jié)構(gòu)聲稱對于目標問題的更好的解決方案是給再生產(chǎn)更多的機會而不是給那些擁有糟糕方案的染色體結(jié)構(gòu).。從巨大的研究空間來講，GA是有潛力的探索式的最快地找出最佳的解答的方法，例如計劃的問題。 為了關(guān)于GAs的一次完全討論，讀者提到了Gen和Cheng15.一般， GA由二個從屬的主要成份組成: 內(nèi)碼問題和求值函數(shù)。 內(nèi)碼問題負責(zé)生成把可能的解決方案表現(xiàn)為最理想的問題內(nèi)碼表。 在本文，候選方案(即，染色體)被輸入代表所有需求在容量可測量性計劃展望期T的合法的日程表。 求值函數(shù)測量一種特殊方案的質(zhì)量。 每個染色體同合理價值聯(lián)系在一起，在這種情況下，是被測量的染色體代表對應(yīng)的日程表的費用。 根據(jù)這研究，最低值的合理性代表獲得的最佳的解答。 這里的“合理日程表”是根據(jù)物理費用(Ct (vt) 能力單位數(shù)和重組(CRi)的伴生的費用被計算過的候選方案。 圖1使用GAs概述容量可測量性日程表世代5.2預(yù)定容量可測量性工具的發(fā)展早先分析用于發(fā)展采取以下輸入的計算機工具:-唯一期間需求，在Dt (t=1， 2， T)時候， T是有限容量規(guī)劃的地方。 簡而言之它被假設(shè)是確定的。-容量可測量性價值函數(shù)C (v)。輸出信號是RMS優(yōu)選的容量可測量性日程表。 圖2提出的工具是IDEF0表示法為確認工具，工具引起的結(jié)果與Manne和Veinott提出的專題研究比較的優(yōu)選的結(jié)果14。 數(shù)據(jù)是如下： 在期間T=6， D1=0.5、D2=1.0、D3=1.5、D4=1.5、D5=1和D6=0.5和價值函數(shù)是： (7)為了能比較結(jié)果，代表重組(CR)的費用期限在工具的價值函數(shù)被省去。 工具引起的結(jié)果在表1顯示。 結(jié)果確實是同Manne和Veinott給的優(yōu)選的結(jié)果相同.6預(yù)定的RMS的容量可測量性的調(diào)查在制造系統(tǒng)的容量計劃中，有三種方法。 第一種方法是在計劃期間(t1)初修建與所有整個計劃期間的被期望的需求相等的容量(即，固定的容量)。 這是FMSs中的實際情形。 第二種方法是，如果我們有極高的重組能力，在每點經(jīng)過計劃期間，你提供與當(dāng)時時需求是相等的容量(即，在有要求時容量)。 第三種方法以極小的費用平衡以上二種方法滿足市場需求，是提出的模型的實際情形的優(yōu)選的容量日程表(合理的容量)。已開發(fā)的預(yù)定的容量可測量性工具通過計算與實施三項預(yù)定的方法每一項費用說明這種方法的優(yōu)點。這通過比較不同的隨機的需求情況每種預(yù)定的方法的費用實現(xiàn)。 表2顯示一年引起的不同的確定需求價值.關(guān)于價值函數(shù)， Eq。 7被采取代表物理建筑費(Ct (vt) 而重組(CR)的費用應(yīng)該由在每個可測量性點之間容量可測量性變動乘以根據(jù)實際變化的常數(shù)的一個線性函數(shù)代表(在本例中，常數(shù)合計2)。 容量可測量性水平之間的區(qū)別可能反映被執(zhí)行的系統(tǒng)的物理重組適應(yīng)需要的程度，因而，它用于以某一常數(shù)表達期限CR。 例如，如果優(yōu)選的容量可測量性日程表應(yīng)該由少量測量容量給權(quán)，一個另外的紡錘到機器可能滿的費用足這需要，如果結(jié)構(gòu)需要的相當(dāng)數(shù)量很大，則可以增加一個另外的機器。 增加紡錘的費用低于增加機器到系統(tǒng)。 然而，表達CR的價值能由其他形式代表，并且應(yīng)該由根據(jù)工業(yè)應(yīng)用的容量算符表示。 價值函數(shù)是如下： (8)這里 |Ct| 是可測量性點T的容量可測量性變動。圖3顯示預(yù)定的每需求情況每種容量方法的費用已開發(fā)的工具引起的優(yōu)選的容量可測量性日程表根據(jù)需求情況費用比其他容量預(yù)定的方法顯示了更好的表現(xiàn)?？梢灶A(yù)期，類似FMS的第一種方法總是最昂貴的方法和這是提出新的RMSs其中一個的原因.表3顯示不同的需求情況的可測量性工具引起的產(chǎn)出率可測量性日程表。 你可能認為在這些日程表中容量的大小在每個可測量性點是非常接近的。 這是因為重組的費用在每個可測量性點被作為容量水平之間的區(qū)別功能表達。 并且，可測量性點的數(shù)量由用于重組的作用的費用的常數(shù)決定。 這個結(jié)果表示， RMSs有效的容量可測量性日程表費用的節(jié)約可能通過減少這些制造系統(tǒng)的重組的費用實現(xiàn)。7概略和結(jié)論本文介紹一種新的方法塑造可重構(gòu)制造系統(tǒng)(RMSs)的預(yù)定容量可測量性。 模型使用了包括物理單位的費用和重組的費用與系統(tǒng)重組相關(guān)的費用一種價值函數(shù)。 根據(jù)模型，發(fā)展了處理引起的基因算法的計算機工具(GA)技術(shù)優(yōu)選的容量可測量性日程表。 以極小的費用產(chǎn)生的容量可測量性日程表及其必需的規(guī)模隨著時間的過去表明了問題。已開發(fā)的工具用于根據(jù)需求情況用的探索三種不同的容量可測量性方法。 結(jié)果顯示已開發(fā)工具在計劃初期根據(jù)費用產(chǎn)生的優(yōu)選的預(yù)定的容量可測量性方法瞬間容量變動方法和提供所有必需的容量方法的優(yōu)勢在于考慮了所有需求情況。 引起的容量可測量性日程表突出了現(xiàn)實能力的水平測試和RMSs容量可測量性日程表的費用與系統(tǒng)的重組有關(guān)的費用。 因此， RMS高度有效的實施取決于減少這些系統(tǒng)的重組的費用。這工作引伸可能包括隨機需求樣式和邏輯容量可測量性選擇的調(diào)查。 另外，為了證明RMSs成本效益。RMS在其他古典系統(tǒng)的塑造重組的費用是必須解決的一個潛在的題目。畢業(yè)設(shè)計讀書報告班級：機械0303學(xué)號：3030301075姓名：王博摘要：本文比較詳細地介紹了關(guān)于組合機床設(shè)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(shè)計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。組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，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)試和維護困難。以下就組合機床各個部件的設(shè)計分別介紹。一、公用主軸箱的設(shè)計主軸箱是組合機床關(guān)鍵的組成部分。它的設(shè)計也是組合機床設(shè)計的關(guān)鍵過程。以下以鉆孔、攻絲公用主軸箱的設(shè)計為例進行介紹。該主軸箱的設(shè)計焦點在于“公用”。要想設(shè)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(jié)構(gòu)特點和工作原理。只有同時具備鉆孔、攻絲主軸箱的功能結(jié)構(gòu)特點，才能實現(xiàn)“公用”。攻絲加工必須要求電動機有正反轉(zhuǎn)功能(攻絲時正轉(zhuǎn)，后退時反轉(zhuǎn))，而鉆孔加工電動機只需正轉(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(lián)結(jié)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(shè)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(jié)構(gòu)。這樣就解決了鉆孔、攻絲公用1個主軸箱的“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(shù)要求如下：可在20100 mmmin范圍內(nèi)無級調(diào)速；夾緊力最小不低于33 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(jīng)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(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 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)行程閥進入進給缸大腔，小腔內(nèi)回油經(jīng)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(diào)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(zhuǎn)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(jīng)過單向閥4流人進給缸大腔，而是經(jīng)順序閥、溢流閥流回油箱。(4)快速退回 工作臺工進到終點時，終點行程開關(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，壓力油直接進入進給缸小腔，使工作臺快速退回。同時大腔內(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，同時壓力繼電器復(fù)位。取下工件，一個工作循環(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腔有效作用面積不相等，當(dāng)泵供油使活塞內(nèi)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(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，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，sA液壓缸有效工作面積， 液壓馬達最低工作轉(zhuǎn)速，rs液壓馬達排量，s21 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 10s；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 Lmin =5.7 Lmin.依據(jù)以上計算，選用YBA9B變量葉片泵。2.2 液壓元件的選擇以泵的額定壓力435 MPa、流量57 Lmin為基準，選擇元件如表2。三、電氣控制回路設(shè)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(qū)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(jù)該機床的特點，選用三菱FX 一24MR可編程控制器實現(xiàn)順序控制和機床自動加工循環(huán)。該PLC有l(wèi)4點數(shù)字量輸入和10點繼電器輸出。系統(tǒng)的IO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(shè)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IO點數(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(shè)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(shè)計了延時保護，防止對工件和夾具造成破壞。 圖1.IO分配及PLC外部接線圖控制程序基于三菱SWOPCFXGPWINC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M1啟動；時間繼電器，ID延時18s，待液壓泵電動機工作正常，液壓回路油壓到達設(shè)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(zhuǎn)工進由液壓回路實現(xiàn)，工作臺工進到終點位置時，終點行程開關(guān)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(guān)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O8 s后斷開液壓泵電動機M1，整個工作循環(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(jié)束語組合機床一般均為專用機床，因此在設(shè)計組合機床時，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際情況合理地確定工序集中程度，選擇恰當(dāng)?shù)臋C床配置型式，合理地選擇組合機床的通用部件，設(shè)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(shè)計方案，達到“精、快、省”的最終目的。