鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

《鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（27頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

畢業(yè)設(shè)計(jì)成果（產(chǎn)品、作品、方案） 設(shè)計(jì)題目: 鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 二級(jí)學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)老師 二Ο一六年一月一日 誠(chéng)信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。盡我所知，除設(shè)計(jì)中特別加以標(biāo)注的地方外，設(shè)計(jì)中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 年 月 日 - 0 - 目 錄 摘要 1 Abstract 2 1、緒論 1 1.1、課題的背景 1 1.2、組合機(jī)床概述 1 1.3、專用組合機(jī)床的介紹 3 1.4、 PLC簡(jiǎn)介 4 1.4.1 PLC的定義 5 1.4.2 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 6 1.4.3 PLC的用途 8 2、鉆鏜兩用組合機(jī)床控制概述 9 2.1、鉆鏜兩用組合機(jī)床主電路原理圖 10 2.2、鉆鏜兩用組合機(jī)床的工作流程圖 11 2.3、鉆鏜兩用組合機(jī)床的控制過(guò)程 11 2.3.1各電磁閥動(dòng)作狀態(tài) 12 2.3.2專用組合機(jī)床的總控制過(guò)程 12 3、鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 3.1、確定系統(tǒng)方案 13 3.2、擬定液壓系統(tǒng)圖 14 3.3、液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 3.3.1液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 15 3.3.2液壓缸的工作壓力 15 3.3.3計(jì)算液壓缸的尺寸 16 3.3.4液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計(jì)算 17 3.4、液壓缸工況圖 18 3.5、液壓缸推力的計(jì)算 19 3.6、液壓系統(tǒng)的壓力損失計(jì)算 19 4、專用鉆孔機(jī)床的PLC設(shè)計(jì) 19 4.1、輸入輸出點(diǎn)分配 21 4.2 、PLC的選擇 22 - 0 - 4.3、專用組合機(jī)床PLC控制系統(tǒng)接線圖 23 5、鉆鏜兩用組合機(jī)床PLC控制程序 24 結(jié)論 25 致謝 26 參考文獻(xiàn) 27 - 0 - 摘 要 鉆鏜兩用組合機(jī)床，屬于機(jī)械加工用機(jī)床。它由工作臺(tái)、安裝在工作臺(tái)兩端及一側(cè)的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌與工作臺(tái)的邊緣平行，鉆架通過(guò)吊鐵和鎖緊螺釘安裝在導(dǎo)軌上；導(dǎo)軌上設(shè)有燕尾，鉆架可在導(dǎo)軌上水平移動(dòng)；鉆架包括溜板、溜板上裝有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，溜板底面上設(shè)有與導(dǎo)軌上的燕尾相配合的燕尾槽，機(jī)械滑臺(tái)上裝有主支撐架，主支撐架上裝有縱向機(jī)械滑臺(tái)及控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)連接一控制活動(dòng)按鈕站，縱向機(jī)械滑臺(tái)上裝有附屬支撐架，附屬支撐架上通過(guò)機(jī)械滑臺(tái)裝有水平方向的鉆削動(dòng)力頭。它解決了現(xiàn)有的鉆床加工大型零部件特別是回轉(zhuǎn)體直徑較大時(shí)操作不方便、加工困難等技術(shù)問(wèn)題。 關(guān)鍵詞：組合鉆床；PLC；可編程控制器；問(wèn)題 - 0 - 1、緒論 1.1、課題的背景 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，產(chǎn)品精度的提高，機(jī)床加工的自動(dòng)化程度也越來(lái)越高。數(shù)控機(jī)床，加工中心已構(gòu)成現(xiàn)代加工方法之代表。但是根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行全部更新?lián)Q代，幾乎是不可能的。因此為提高機(jī)床的生產(chǎn)率， 改善工人的勞動(dòng)條件，提高一般機(jī)床切削加工的自動(dòng)化程度，提高控制系統(tǒng)的可靠性，對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行PC改造，仍然具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義，正是利用了PC 控制技術(shù)具有功能強(qiáng)，速度快，可靠性高，經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)，針對(duì)雙面組合鉆床的控制部分進(jìn)行了改造，并分析了系統(tǒng)的性能。 1.2、組合機(jī)床概述 組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)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(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國(guó)傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件，完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來(lái)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(dòng)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(dòng)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(jī)床。 1.3、專用組合機(jī)床的介紹 專用組合鉆床是一種鉆削較厚工件的加工鉆床，加工要求雙面同時(shí)鉆削， 并同軸鉆孔，加工精度要求高，采用傳統(tǒng)的繼電器----接觸器控制， 要用大量的中間繼電器，時(shí)間繼電器，計(jì)數(shù)器，存在線路復(fù)雜，故障率高，控制柜體積大，成本高等特點(diǎn)，而采用可編程控制器S7-200，不僅可以提高控制系統(tǒng)的可靠性，降低運(yùn)行故障率，而且改變程序即可實(shí)現(xiàn)不同工件的加工鉆削工藝要求，充分發(fā)揮組合鉆床的多種加工功能。 1.4、PLC簡(jiǎn)介 1.4.1 PLC的定義 PLC即可編程控制器（ProgrammableLogicController），是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（InternationalElectricalCommittee頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義;PLC英文全稱ProgrammableLogicController，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是可編程邏輯控制電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語(yǔ)言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說(shuō)有半導(dǎo)體的地方就有PLC。 1.4.2 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。在傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLC最基本最廣泛的用于開關(guān)量的邏輯控制，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制，順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)，印刷機(jī)，訂書機(jī)，組合機(jī)床，磨床，包裝等。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵，石油，化工，電力，建材，機(jī)械制造，汽車，輕紡，交通運(yùn)輸，環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用廣泛。 1.4.3 PLC的用途 目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1、開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線，如注塑。 2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3、運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 4、過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 2、鉆鏜兩用組合機(jī)床控制概述 2.1鉆鏜兩用組合機(jī)床主電路原理圖 液壓系統(tǒng)在組合機(jī)床上主要是用于實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，如果動(dòng)力滑臺(tái)要實(shí)現(xiàn)二次進(jìn)給，則動(dòng)力滑臺(tái)要完成的動(dòng)作循環(huán)通常包括：原位停止-快進(jìn)I-工進(jìn)II-工進(jìn)-死擋鐵停留-快退-原位停止，其電氣控制原理圖如圖2所示。 圖1 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)工作循環(huán) 圖2 電氣控制原理圖 2.2鉆鏜兩用組合機(jī)床的工作流程圖 組合鉆床工作流程圖如圖3所示，鉆鏜兩用組合機(jī)床各電動(dòng)機(jī)控制要求：鉆鏜兩用組合機(jī)床各電動(dòng)機(jī)只有在液壓泵電動(dòng)機(jī)M1正常啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，滑臺(tái)液壓系統(tǒng)只有在液壓泵工作后，才能啟動(dòng)。刀具電動(dòng)機(jī)M2,M3應(yīng)在滑臺(tái)進(jìn)給循環(huán)開始時(shí)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，滑臺(tái)退回原位后停止運(yùn)轉(zhuǎn)。切削液壓泵電動(dòng)機(jī)M4可以在滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，在工進(jìn)結(jié)束后自動(dòng)停止，也可以用手動(dòng)方式控制啟動(dòng)和停止。 圖3 工作流程圖 2.3、鉆鏜兩用組合機(jī)床的控制過(guò)程 2.3.1各電磁閥動(dòng)作的控制 機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)、工件定位、加緊裝置控制要求：機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)、工件定位、加緊裝置由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。電磁閥YV1和YV2控制定位銷液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向；YV3、YV4控制夾緊液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)方向；YV5、YV6及YV7為左機(jī)滑臺(tái)油路的換向電磁閥；YV8、YV9、YV10為右機(jī)滑臺(tái)油路中的換向電磁閥。如表1-1所示： 從表1-1中可以看出，電磁閥YV1線圈通電時(shí)，機(jī)床工件定位裝置將工件定位；當(dāng)電磁閥YV3通電時(shí)，機(jī)床工件夾緊裝置將工件夾緊；當(dāng)電磁閥YV3、YV5通電時(shí)，左機(jī)滑臺(tái)快速移動(dòng)；當(dāng)電磁閥YV3、YV8通電時(shí)，右機(jī)滑臺(tái)快速移動(dòng)；當(dāng)電磁閥YV3、YV7或YV3、YV10通電時(shí)，左機(jī)滑臺(tái)或右機(jī)滑臺(tái)工進(jìn)；當(dāng)電磁閥YV3、YV6或V3、YV9通電時(shí)，左機(jī)滑臺(tái)或右機(jī)滑臺(tái)快速后退；當(dāng)電磁閥YV4通電時(shí)，松開定位銷；當(dāng)電磁閥YV2通電時(shí)，機(jī)床撥開定位銷；定位銷松開后，撞擊行程開關(guān)ST1，機(jī)床停止運(yùn)行。 2.3.2鉆鏜兩用組合機(jī)床的總控制過(guò)程 當(dāng)需要機(jī)床工作時(shí)，將工件裝入定位夾緊裝置，按下液壓系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕SB4，機(jī)床按如下步驟工作: 按下液壓系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕SB4→原位停止-快進(jìn)I-工進(jìn)II-工進(jìn)-死擋鐵停留-快退-原位停止。在左、右兩面動(dòng)力滑臺(tái)快速進(jìn)給的同時(shí)，左機(jī)刀具電動(dòng)機(jī)M2、右機(jī)刀具電動(dòng)機(jī)M3啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)工作，提供切削動(dòng)力；在左、右兩面動(dòng)力滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，切削液電動(dòng)機(jī)M4自動(dòng)啟動(dòng)，在工進(jìn)結(jié)束時(shí)切削液泵電動(dòng)機(jī)自動(dòng)停止。在滑臺(tái)退回原位后，左、右機(jī)刀具電動(dòng)機(jī)M2、M3停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 3、鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1確定系統(tǒng)方案 a) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá)，前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，后者完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)選擇雙作用單活塞桿液壓缸。 b) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制回路 液壓執(zhí)行元件確定后，其運(yùn)動(dòng)方向和速度的控制是擬定液壓回路的核心問(wèn)題。由于本系統(tǒng)工作在小流量場(chǎng)合，因此采用適合此流量的方向控制回路，即通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。速度控制的相應(yīng)調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來(lái)調(diào)節(jié)速度，這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于功率不大的場(chǎng)合，本系統(tǒng)就是采用這種方式。缺點(diǎn)是效率低，發(fā)熱量交大，但是對(duì)于不是頻繁工作的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只要按發(fā)熱功率計(jì)算出合適的油箱即可解決。正是因?yàn)槠浒l(fā)熱量大，所以節(jié)流調(diào)速一般用開式循環(huán)。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱性好，但就是油箱體積大。 c) 其它回路 因?yàn)闉榱吮ＷC整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性，所以必須設(shè)置安全鎖止機(jī)構(gòu)。這需要鎖緊即保壓回路。鎖緊回路的主要功用是使液壓缸能在任意位置上停留，且不因外力作用而移動(dòng)位置，本系統(tǒng)采用液控單向閥的鎖緊回路。壓力油經(jīng)左邊液控單向閥進(jìn)入液壓缸左腔，同時(shí)通過(guò)控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸右腔的回路可經(jīng)右邊液控單向閥及換向閥流回油箱，活塞向上運(yùn)動(dòng)。反之，活塞則向下運(yùn)動(dòng)。到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位，因閥的中位為H型機(jī)能，所以兩個(gè)液控單向閥均關(guān)閉，使活塞雙向鎖緊?；芈分杏捎谝嚎貑蜗蜷y的密封性好，泄漏極少，鎖緊的精度主要取決于液壓缸的泄漏。為加強(qiáng)安全系數(shù)，還用到了平衡回路，功用是機(jī)構(gòu)不工作時(shí)，不致因受負(fù)載重力作用而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)自行下落。本系統(tǒng)采用液控單向閥串連單向節(jié)流閥的平衡回路，這種回路鎖定性好，工作可靠。卸荷回路采用M型中位機(jī)能，切換時(shí)液壓沖擊小。 3.2、擬定液壓系統(tǒng)圖 液壓執(zhí)行元件及各基本回路確定之后，把它們有機(jī)地組合在一起，去掉重復(fù)多余的元件即可。具體的液壓系統(tǒng)圖如下圖4所示： 圖4液壓系統(tǒng)圖 本液壓系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力滑臺(tái)的上升、下降等幾個(gè)動(dòng)作，它的液壓油流向不一樣。要實(shí)現(xiàn)液壓缸的上升動(dòng)作，首先要把三位四通換向閥打到左位液壓油從油箱通過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾被液壓泵吸收。經(jīng)過(guò)換向閥左位運(yùn)行到節(jié)流閥和單向閥的交接處，因?yàn)閱蜗蜷y只允許液壓油從上往下流動(dòng)，所以液壓油經(jīng)過(guò)節(jié)流閥，同時(shí)節(jié)流閥可以通過(guò)調(diào)節(jié)流量來(lái)調(diào)節(jié)舉升機(jī)舉升的速度。液壓油流到雙控液壓閥左邊液控單向閥經(jīng)過(guò)單向閥進(jìn)入液壓缸左腔，同時(shí)通過(guò)控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸右腔的回路可經(jīng)右邊液控單向閥及換向閥流回油箱，活塞向右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)舉升機(jī)舉升的動(dòng)作。要實(shí)現(xiàn)液壓缸的下降動(dòng)作，則要把三位四通換向閥打到右位液壓油從油箱通過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾被液壓泵吸收。經(jīng)過(guò)換向閥右位流到雙控液壓閥右邊液控單向閥進(jìn)入液壓缸右，同時(shí)通過(guò)控制口打開右邊液控單向閥，使液壓缸左腔的回路經(jīng)過(guò)節(jié)流閥，液控單向閥，單向閥及換向閥流回油箱，活塞向左運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)舉升機(jī)下降的動(dòng)作。液壓缸和液控單向閥之間的節(jié)流閥可以改變舉升機(jī)下降的速度。要實(shí)現(xiàn)鎖止的動(dòng)作，舉升機(jī)動(dòng)作時(shí)到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位，因閥的中位為H型機(jī)能，所以兩個(gè)液控單向閥均關(guān)閉，使活塞雙向鎖緊?；芈分杏捎谝嚎貑蜗蜷y的密封性好，泄漏極少，鎖緊的精度主要取決于液壓缸的泄漏。 對(duì)于此液壓系統(tǒng)一般都是把換向閥至于中位，打開液壓泵，由于換向閥中位卸荷能力，所以液壓泵打開之后液壓油也會(huì)流到油箱。而如果先開液壓泵，換向閥沒(méi)有調(diào)整，則可能會(huì)引起事故，如果換向閥左位舉升機(jī)就會(huì)舉升，如果在右位舉升機(jī)就會(huì)下降。所以液壓泵的開啟要等換向閥調(diào)到中位才可以。 3.3、液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.3.1 液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)形式 液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動(dòng)式四大類。 其中，單作用液壓缸分為：?jiǎn)位钊麠U液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動(dòng)液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動(dòng)式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復(fù)位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動(dòng)液壓缸又分為：?jiǎn)稳~片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說(shuō)明液壓缸的基本組成。 空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒，活塞，活塞桿，缸蓋，密封圈，導(dǎo)向套，壓板等主要零件成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動(dòng)工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊缅F銷與空心活塞桿連接，并用堵頭堵死活塞桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲環(huán)，用于阻止壓板向外移動(dòng)，從而通過(guò)螺栓將缸蓋與壓板相連（圖中沒(méi)有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結(jié)合面安放了密封圈和紙墊?？招幕钊麠U和其上的油口a、c提供了液壓缸的進(jìn)、出油口。當(dāng)缸筒移動(dòng)到左、右終端時(shí)，油口a、c的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件起到制動(dòng)緩沖作用。在缸蓋上設(shè)有與排氣閥（圖中沒(méi)有畫出）相連的排氣孔，可以排出液壓缸中的空氣，使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。 表2-1液壓缸的類型和特點(diǎn) 類型 速度 作用力 特點(diǎn) 單 作 用 液 壓 缸 雙活塞桿液壓缸 U=q/A3 F=p1A1 活塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活塞一側(cè)供給壓力油，由外力使活塞反向運(yùn)動(dòng) 單活塞桿液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 活塞僅單向運(yùn)動(dòng)，返回行程利用自重或負(fù)荷將活塞推回 柱塞式液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 柱塞僅單向運(yùn)動(dòng)，由外力使柱塞反向運(yùn)動(dòng) 差動(dòng)液壓缸 U3=q/A3 F3=p1A1 可使速度加快，但作用力相應(yīng)減小 伸縮液壓缸 --- --- 以短缸獲得長(zhǎng)行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回 雙 作用液壓缸 雙活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 雙邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，雙向推力和速度均相等 單活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 單邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，u1〈V U2，F(xiàn)1〉F2 伸縮液壓缸 --- --- 雙向液壓驅(qū)動(dòng)，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回 組 合 液 壓 缸 彈簧復(fù)位液壓缸 --- --- 單向由液壓驅(qū)動(dòng)，回程彈簧復(fù)位 串聯(lián)液壓缸 U1=q/（A1+A2） U2=q2A2 F1=p1（A1-A2）-2qA2 F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2） 用于缸的直徑受限制，而長(zhǎng)度不受限制處，可獲得在的推力 增 壓 缸 --- --- 由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入A腔，B腔輸出高壓油 齒條液壓缸 --- --- 活塞的移動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變成齒輪的往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 擺動(dòng)液壓缸 單葉片液壓缸 W =8q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/8 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)角 < 300度 雙葉片液壓缸 W =4q/（b（D2-d2） T=p（D^2-d^2）b/4 把液壓能變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)角 < 150度 注：b—葉片寬度；D—葉片的底端 、頂端直徑；w—葉片軸的角速度；T-- 理論轉(zhuǎn)矩 3.3.2 液壓缸的工作壓力 根據(jù)負(fù)載并查表，初選工作壓力P1=3MPa。 3.3.3 計(jì)算液壓缸的尺寸 鑒于磨頭要求快進(jìn)、快退速度相等，可選用單桿式輕負(fù)載型油缸。無(wú)桿腔工作面積A1，有桿腔工作面積A2，且A1=2A2，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d=0.707D的關(guān)系。 回油路上背壓P2取0.8MPa； 油路壓力損失△P取0.5MPa； A1=F/(P1-P2/2)=418210-6/(3-0.8/2)m2=0.0016m2 D==45.13mm d=0.707D=31.91mm 按GB/T2348-2001將直徑元整成就進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)值 D=50mm d=35mm; 油缸兩腔的實(shí)際有效面積為： A1=πD2/4=19.6310-4m2 A2=π(D2-d2)/4=10.0110-4m2 根據(jù)上述D與d的值，可估算油缸在各個(gè)工作階段中的壓力。 3.3.4 液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計(jì)算 工況 推力 F/N 回油腔壓力P2/MPa 進(jìn)油腔壓力P1/MPa 輸入流量 輸入功率 計(jì)算公式 快進(jìn) 啟動(dòng) 1289 0 1.86 — - 加速 1193 △P=0.5 1.76 — - 恒速 645 1.29 4.81 0.10 工進(jìn) 4182 0.8 2.54 1.57～0.098 0.07 快退 啟動(dòng) 1289 0 1.29 — - 加速 1193 0.5 2.17 — - 恒速 645 1.62 5.01 0.135 3.4、液壓缸工況圖 3.5、液壓缸推力的計(jì)算 根據(jù)系統(tǒng)工況，可知油壓范圍介于14MPa之間，故根據(jù)油缸推力計(jì)算公式可知：F=PXS=14X3.14X20X20=1758.4N。 3.6、液壓系統(tǒng)的壓力損失計(jì)算 1）快進(jìn) 滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，油缸差動(dòng)連接，進(jìn)油路上通過(guò)單向閥3的流量是6L/min，通過(guò)電液換向閥4，油缸有桿腔的回油與進(jìn)油路匯合，以12.24L/min通過(guò)行程閥5并進(jìn)入無(wú)桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為 ∑△pv=[0.2(6/63)2+0.5(6/80)2+0.3(12.24/63)2] =(0.019+0.038+0.058)MPa=0.115MPa。 壓力閥不會(huì)被打開，油泵的流量全部進(jìn)入油缸?；赜吐飞?，油缸有桿腔中的油液通過(guò)電液換向閥4和單向閥9的流量都是6.24L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥5流入無(wú)桿腔。由此可算出快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力p2與無(wú)桿腔壓力p1之差 △p=p2-p1=[0.5(6.24/80)2+0.2(6.24/63)2+0.3(12.24/63)2] =(0.039+0.020+0.058)MPa =0.117MPa此值小于原估計(jì)值0.5MPa，所以是安全的。 2）工進(jìn) 工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過(guò)電液換向閥4的流量為0.5L/min,在調(diào)速閥7處得壓力損失為0.5MPa，油液在回油路上通過(guò)換向閥4的流量是0.25L/min，在背壓閥10處得壓力損失為0.5MPa，通過(guò)順序閥11的流量為（6+0.24）=6.24L/min，因此這時(shí)油缸回油腔的壓力p2為p2=[0.5(0.24/80)2+0.5+0.3(6.24/63)2] =(0.002+0.5+0.030)MPa =0.532MPa 此值小于原估計(jì)值0.8MPa。 重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)油缸進(jìn)油腔壓力p1 p1=(F`+p2A2)/A1 =(4182+0.53210610.0110-4)/19.6310610-4 =2.40MPa，此數(shù)值與2.54MPa接近。 3）快退 快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過(guò)換向閥4的流量為6L/min；油液在回油路上通過(guò)單向閥7、換向閥4和單向閥13的流量都是11.76L/min，因此進(jìn)油路上總壓降為 ∑△pv1=[0.2(6/63)2+0.5(6/80)2]=(0.019+0.038)MPa=0.057 MPa 此值較小，所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的?；赜吐飞峡倝航禐? ∑△pv2=[0.2(11.76/63)2+0.5(11.76/80)2+0.2（11.76/63）2] =(0.037+0.074+0.037)MPa=0.148MPa。 此值與0.135MPa接近，不必重算。所以快退時(shí)液壓泵的最大工作壓力pp應(yīng)為pp=p1+∑△pv1=(2.17+0.057)MPa=2.227MPa； 因此液壓泵卸荷的順序閥11的調(diào)壓應(yīng)大于2.227MPa。 4、鉆鏜兩用組合機(jī)床的PLC設(shè)計(jì) 4.1、輸入輸出點(diǎn)分配 列出鉆鏜兩用組合機(jī)床PLC的輸入\輸出點(diǎn)分配表，見(jiàn)表2-2. 4.2、PLC的選擇 由表3.1可知，24個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，根據(jù)電壓的不同選用輸入有4個(gè)點(diǎn)的輸入模塊，分別為M1、M2、M3、M4、M5、M6;S輸出有4個(gè)點(diǎn)的模塊分別為L(zhǎng)1、L2、L3、L4。 4.3組合鉆孔組合機(jī)床PLC控制接線圖 根據(jù)表3.1和如上所述，畫出鉆鏜兩用組合機(jī)床PLC控制接線圖如圖5所示: 圖5 PLC控制接線圖 5、鉆鏜兩用組合機(jī)床PLC控制程序 5.1、設(shè)計(jì)鉆鏜兩用組合機(jī)床自動(dòng)控制圖 根據(jù)鉆鏜兩用組合機(jī)床的控制要求，設(shè)計(jì)鉆鏜兩用組合機(jī)床PLC自動(dòng)控制圖，如圖6、7所示： 圖6 圖7 結(jié) 論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，直到今天，畢業(yè)設(shè)計(jì)總算接近尾聲了，通過(guò)這次對(duì)于鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)初期的方案的制定，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門學(xué)問(wèn)不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過(guò)。 致 謝 在此論文完成之際，我的心里感到特別高興和激動(dòng)，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因?yàn)橛辛死蠋煹恼佌伣虒?dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識(shí)和做人的道理，由衷地感謝我親愛(ài)的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對(duì)我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無(wú)微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識(shí)，同時(shí)我的生活中的也有了一個(gè)明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過(guò)去的那個(gè)愛(ài)玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認(rèn)真負(fù)責(zé)，無(wú)私奉獻(xiàn)，寬容豁達(dá)的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過(guò)近半年的設(shè)計(jì)計(jì)算，查找各類鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因?yàn)槲沂窃趺聪氲?，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識(shí)和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來(lái)自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識(shí)，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。 另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計(jì)感覺(jué)受挫，枯燥與迷茫時(shí)，是他們?cè)谙ば牡臑槲裔尫艍毫?，鼓?lì)我不要?dú)怵H，勇敢面對(duì)。每周一次和父母的通話，與朋友和同學(xué)的長(zhǎng)談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn) [1] 張福學(xué)編著.鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J].北京：電子工業(yè)出版社，2000. [2] 何發(fā)昌著，邵遠(yuǎn)編著.智能 液壓控制系統(tǒng)的原理及應(yīng)用[J].北京：高等教育出版社，1996. [3]張利平著. 液壓技術(shù)速查手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011 (07):42-71． [4]李寶仁著. 液壓技術(shù)—低成本綜合自動(dòng)化[D]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.9. [5]宋學(xué)義著.鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)速查手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010 (09):11-30． [6]陳奎生著. 液壓與氣壓傳動(dòng)[M]. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2012 (07):20-45． [7]SMC（中國(guó)）有限公司. 專用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)[J]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2006 (04):22-27． [8]徐文燦著. 專用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995. [9]曾孔庚.液壓控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用論壇，2011. [10]高微,楊中平,趙榮飛等.鉆鏜兩用組合機(jī)床的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造2006.1. [11]孫兵,趙斌,施永輝.鉆鏜兩用組合機(jī)床的設(shè)計(jì)與研制[D]. 中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)，2012. [12]馬光,申桂英.工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[M],化學(xué)工業(yè)出版社，2010：42-55-68-120，40-65． [13]李如松.液壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[D]. 中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)1994年第4期. [14]李明.鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的工作原理[J].制造技術(shù)與機(jī)床2005年第7期. [15]李杜莉，武洪恩，劉志海.液壓控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J]. 煤礦機(jī)械2007年2月. [16]Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space.Vo1.9.No.1.1993. - 21 -