毕业设计（论文）-X62W万能铣床的改造设计.doc

齐齐哈尔大学毕业设计 论文 I 摘 要 PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 它具有可 靠性高 抗干扰能力强 编程直观简单 适应性好 功能完善 接口功能强等一系列 优点并广泛的用于工业控制中 而传统的继电器控制 因其接触器触点受机械运动的 影响 触点寿命受到限制 故障率高 可靠性不及 PLC 控制 为此 提出用 PLC 对我 们工业加工应用中广泛应用的 X62W 万能铣床的控制系统进行改造 该设计详细地对以 上两种机床的控制线路进行分析 并系统的介绍了利用 PLC 对这种机床进行改造方法 和方案 其中重点讲述了 PLC 设计的方法和系统完成后的调试 对 PLC 的选型和 PLC 的特性及使用环境也做了简单的介绍 此次毕业设计中 我熟悉了机电一体化设计的基本过程 并把各门所学的知识融 会贯通形成一个有机的整体 为以后的设计工作打下了良好的基础 同时我也深深的 体会到了不足之处 我一定会在今后的工作中不断学习 不断实践 关键字 X62W 万能铣床 PLC 梯形图 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 II Abstract PLC is a digital computing operations electronic device which specialized in application of industrial environment it has a high reliability strong anti interference ability simple and intuitive programming adaptability and improve the function interface and a series of strong features and advantages for a wide range of industrial control The traditional relay control because their contacts is influent by mechanical motion contact life is limited the high failure rate less than the reliability of PLC control to that end the authors propose to use PLC in our industrial processing applications widely used the model of machine tools X62W universal milling machine the detailed design of the machine tool to control the line analysis system and introduced the use of PLC for the kind of machine tools and methods to carry out reform programs Which focus on the design of the PLC after the completion of the system and method of debugging the PLC and PLC selection and use of the characteristics of the environment have also done a brief introduction In this graduation design I acquainted with the machine electricity integral whole to turn the basic process of design and integrate the knowledge that each one learn to become an organic whole for later design work to lay a good foundation I also realized the place of the shortage deeply at the same time I will keep learning and practicing constantly in future Key words X62W universal milling machine PLC Ladder diagram 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 III 目 录 摘要 I Abstract II 第 1 章 数控铣床概论 1 1 1 数控机床的产生 2 1 2 数控系统的发展 2 1 3 国内数控机床的发展 3 第 2 章 X62W 铣床的总体方案设计 4 2 1 X62W 万能铣床主要结构 4 2 2 X62W 万能铣床结构分析 5 2 3 X62W 万能铣床运动分析 5 2 3 1 X62W 万能铣床的传动系统分析 5 2 3 2 X62W 万能铣床主运动传动链转速图 8 第 3 章 主传动设计 9 3 1 带传动设计 9 3 1 1 带传动工作原理 9 3 1 2 带传动的类型 10 3 1 3 带传动工作情况分析 10 3 2 齿轮传动设计 16 3 2 1 概述 16 3 2 2 齿轮参数确定 17 3 3 轴的设计 19 3 3 1 轴的用途及分类 19 3 3 2 轴的设计及校核 19 第 4 章 X62W 万能铣床的控制系统分析 28 4 1 X62W 的工艺特点与控制要求 28 4 2 X62W 电路控制分析 29 第 5 章 X62W 万能铣床的改造设计 35 5 1 可编程序逻辑控制器 PLC 概述 35 5 1 1 PLC 的产生与发展趋势 35 5 1 2 PLC 的分类 36 5 1 3 PLC 的应用领域 36 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 IV 5 1 4 PLC 的工作原理 37 5 2 X62W 电气控制 PLC 改造 38 5 3 PLC 改造指令表 41 第 6 章 调试说明 42 参考文献 44 致谢 45 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 1 第 1 章 数控铣床概论 科学技术的不断发展以及世界先进制造技术不断成熟 对数控加工技术提出了更 高的要求 计算机集成制造系统 Computer Integrated Manufacturing System 的不断成 熟 又将对数控机床的通信功能 人工智能和可靠性等技术提出更高的要求 超精密 加工 超高速切削等先进技术的应用 对数控机床的控制系统 主轴驱动 机床结构 伺服性能等提出了更高的性能指标 随着微电子和计算机技术的发展 数控系统的性 能日趋完善 数控技术的应用领域日益扩大 数控铣床是一种加工功能很强的数控机床 当今迅速发展起来的加工中心 柔性 加工单元都是在数控镗床 数控铣床的基础上产生的 并且二者均离不开铣削的加工 方式 由于数控铣削的工艺最为复杂 需要解决的技术问题也相对最多 因此目前人 们在研究和开发数控系统时 一直将铣削加工作为重点 随着社会生产和科学技术的迅速发展 机械产品日趋精密复杂 且需求频繁改型 特别是在宇航 造船 军事等领域所需的机械零件 精度要求高 形状复杂 批量小 加工这类产品需要经常改装或调整设备 普通机床或专用化程度高的自动化机床已不 能适应这些要求 为了解决上述为题 一种新型机床 数控机床应运而生 它综合了 伺服驱动 自动控制 精密测量 电子计算机和新型机械机构等多方面的科技成果 并且具有加工质量稳定 加工精度高 适应性强和生产效率高等特点 这种新型机床 是今后数控机床的发展方向 随着科学技术和市场经济的不断发展 对机械产品的质量 生产率和新产品开发 周期提出了越来越高的要求 虽然许多大型生产企业 如汽车 拖拉机 家用电器的 制造厂 已经采用了自动机床和专用自动生产线 可以提高生产效率 提高产品质量 降低生产成本 但是 由于市场竞争的日趋激烈 企业必须不断开发新产品 在频繁 地开发新产品的生产过程中 使用 刚性 的自动化设备 要改变其工艺过程是非常 复杂的 因此 刚性 自动化设备日益暴露其缺点 再则 在机械制造业中 并不是所有产品零件都具有很大的批量 据统计 单件 小批量生产约占加工总量的 75 80 对于单件 小批量 复杂零件的加工 用 刚 性 自动化设备加工 具有高成本 生产周期长等缺点 并且很难达到要求的精度 为了解决上述问题 满足新产品开发和多品种 小批量生产的自动化要求 使用 灵活的 通用的 万能的 能适应产品频繁变化的数控机床是非常必要的 1 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 2 1 1 数控机床的产生 世界上第一台成功研制的数控机床是一台三坐标的数控铣床 于 1952 年由美国帕 森斯公司 Parsons 和麻省理工学院 MIT 合作完成 早在 1984 年 美国在研制加 工直升机叶片轮廓检查用样板的加工机床任务时 就提出了用数控机床的初步设想 1949 年 在美国空军部门的支持下 正式委托帕森斯公司 并与麻省理工学院合作研 制控机床 经过三年时间的研究 于 1952 年世界上第一台实验性样机试制成功 这是 一台直线插补三坐标的连续控制铣床 这台铣床的控制装置由 2000 多个电子管构成 占了一个普通实验室那么大 这台数控铣床的诞生标志着机械制造的数字控制时代的 开始 1 2 数控系统的发展 数控机床的发展是随着控制技术的发展而发展的 数控系统的发展经历了电子管 分立式晶体管 小规模集成电路 大规模集成电路 小型计算机 超大规模集 成电路 微机式的数控系统等几个阶段 从 20 世纪 50 年代初到 60 年代末 这个时期是数控系统发展的第一阶段 1952 年 第一代数控机床的数控装置采用了电子管 继电器等原件构成模拟电路 1959 年 数 控装置中广泛采用晶体管和印制线路板 构成晶体管数字电路 缩小了数控系统的体 积 进入第二代 1965 年 出现了小规模集成电路构成的集成电路的数控装置 体积 更小 系统可靠性进一步提高 发展到第三代 这三代数控系统主要是由电路的硬件 和连线组成 所以称为硬件数控系统 它具有很多连接结点和硬件电路 电路复杂 可靠性不好的特点 20 世纪 60 年代末是数控系统的第二阶段 数控系统中的大部分功能可由软件实现 增加了系统的灵活性和可靠性 计算机控制技术从此问世 数控系统步入了第四代 1974 年数控系统开始使用微处理器 数控系统从性能到可靠性均得到了很大的提高 标志着数控系统迈入第五代 1986 年以后 32 位 CPU 在计算机数控系统中得到应用 计算机数控系统朝着高速 高精度 柔性制造系统和自动化工厂的方向发展 20 世纪 90 年代以来 数控系统朝着以通用微机为基础 体系结构开放和智能化的方向发展 1944 年 基于 PC 的 CNC 控制器首次在美国出现并得到迅速发展 以上的三代数控系 统是由计算机硬件和软件组成 利用存储器里的软件控制系统工作 因此称为 CNC 系 统或软件控制系统 这种系统容易扩大功能 柔性好 可靠性高 2 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 3 1 3 国内数控机床的发展 我国从 1958 年开始研究数控技术 到 20 世纪 60 年代处于研制 开发阶段 1965 年进入晶体管数控装置的研制 60 年代末至 70 年代初研制成功了数控铣床 从 20 世纪 70 年代开始 在车 磨 铣 齿轮加工等领域已开始应用数控技术 但因为电子元件的制造工艺和生产水平不高 导致数控系统的稳定性和可靠性相对较 差 所以未能广泛应用 20 世纪 80 年代 中国先后从日本 美国等国家引进了部分数控装置和伺服单元 技术 并于 1981 年逐步大量生产数控系统 包括伺服单元和数控装置 与此同时 我国在引进 吸收的基础上 不断地关注国外先进技术的发展 研发 出一些比较高档的数控系统 如数字仿形系统 为柔性单元配套的数控系统等 为了 适应机械工业生产的需要 还开发出许多其它类型的数控系统 而且得到广泛的应用 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 4 第 2 章 X62W 铣床的总体方案设计 2 1 X62W 万能铣床主要结构 铣床是利用洗刀进行铣削加工的机床 适合于加工平面 沟槽 分齿零件 螺旋 形表面等 由于它的切削速度很高 又是多刃连续切削 所以铣削是一种高效率的加 工方式 铣床的种类很多 有立铣 卧铣 龙门铣和仿形铣 它们的加工性能和使用 范围各不相同 X62W 是卧式万能铣床 它可用于加工平面 斜面和沟槽等 是一种较 为精密的加工 设备 X62W 万能铣床的外形结构如图 2 1 所示 它由床身 主轴 刀杆 悬梁 工作台 回转盘 横溜板 升降台 底座 等部分组成 垂直导轨位于床身 之前 升降台沿着导轨做上下进 给运动 水平导轨在升降台的上 面并且在其上装有溜板 溜板可 在与主轴轴线平行的方向 前后 移动 溜板上装有回转盘 工作 台可在回转盘上的导轨上与主轴 轴线垂直的方向 左右 移动 工作台上的 T 形槽可用于固定和 装夹工件 因此 工件在工作台 上可以实现三坐标的六个方向上 的进给或位置调整 铣床主轴带 动铣刀的旋转运动是主运动 铣 床工作台的前后 横向 左右 纵向 和上下 垂直 6 个方 向的运动是进给运动 3 1 床身 立柱 2 主轴 3 刀杆 4 悬梁 5 支架 6 工作台 7 回转盘 8 横溜板 9 升降台 10 底座 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 5 图 2 1 X62W 万能铣床 2 2 X62W 万能铣床结构分析 床身 用来固定和支承 铣床各部件 顶面上有供横梁移动用的水平导轨 前壁 有燕尾形的垂直导轨 供升降台上下移动 内部装有主电动机 主轴变速机构 主 轴 电器设备及润滑油泵等部件 主轴是用来安装刀杆并带动 铣刀旋转的 主轴是一空心轴 前端有7 24 的精 密锥孔 其作用是安装铣刀刀杆锥柄 悬梁一端装有吊架 用以支承刀杆 以减少刀杆的弯曲与振动 横梁可沿床身 的水平导轨移动 其伸出长度由刀杆长度来进行调整 纵向工作台 纵向工作台由纵向丝杠带动在转台的导轨上作纵向移动 以带 动台面上的工件作纵向进给 台面上的 T 形槽用以安装夹具或 工件 横向工作台 横向工作台位于升降台上面的水平导轨上 可带动纵向工作台一 起作横向进给 圆形工作台可将纵向工作台在水平面内扳转一定的角度 正 反均为 0 45 以便铣削螺旋槽等 具有转台的卧式铣床称为 卧式万能铣床 升降台可以带动整个工作台沿床身的垂直 导轨上下移动 以调整工件与铣刀 的距离和垂直进给 底座 底座用以支承床身和升降台 内盛切削液 2 3 X62W 万能铣床运动分析 2 3 1 X62W 万能铣床的传动系统分析 X62W 型万能铣床在铣床中有典型代表意义 下面对 X62W 万能铣床的传动系统 进行分析 X62W 型万能铣床传动系统图如图 2 2 所示 机床的传动原理图仅仅给出了机床主 运动的基本原理 机床全部运动的传动关系要通过机床的传动系统图体现出来 机床 的传动系统图通常用简单的规定符号代表各种传动件 按照运动的先后顺序以展开图 的形式表现出来 并尽可能地反映出各部件的相对位置和机床外形 传动系统图只表 示传动关系 并不代表各元件的实际尺寸和空间位置 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 6 主运动的动源是电动机 执行件是主轴 运动由电动机经传动比为的带 285 140 i 传动传递至主轴箱中的轴 由于铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式 因此 在轴 上装有一个双向多片摩擦离合器 M 当离合器右半部分接合时主轴正转 左半部分 接合时主轴反转 左右都不接合时 轴 空转 主轴停止转动 1450r min 7 5kW z 55 z 22 z 36 z 18 t 10 t 6t 6 z 19z 22z 16z 39z 33 z 18z 36z 47 z 26 z 82 z 26z 38z 94z 37z 28 图 2 2 X62W 万能铣床传动系统图 轴 运动经 M 分为两条路线专递至轴 第一条路线是经的齿轮啮合传递至 36 19 轴 第二条路线是经或的齿轮啮合传递至轴 使轴 获得三种转速 其中 33 22 39 16 每种转速的轴 经 或的齿轮啮合传递至轴 使轴 获得种转速 37 28 47 18 26 39 933 轴 的 9 种转速经或传递至轴 最终使主轴获得级转速 转速范围 38 82 94 26 1829 30 1500 r min 当左半部分接入时 轴 转速由传递至轴 使主轴中速运动 当右半部分接 36 19 入时 轴 转速分别由和传递至轴 使主轴或得高 低速运动 33 22 39 16 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 7 主运动传动路线表达如下 主轴 右 左 电动机 94 26 38 82 26 39 47 18 37 28 39 16 33 22 M 36 19 M 285 140 r min 6020 98 38 82 37 28 36 19 285 140 1450n1 r min 3050 98 38 82 47 18 36 19 285 140 1450n2 r min 192 10 98 38 82 26 39 36 19 285 140 1450n3 r min 770 98 94 26 37 28 36 19 285 140 1450n4 r min 930 98 94 26 47 18 36 19 285 140 1450n5 r min 1560 98 94 26 26 39 36 19 285 140 1450n6 r min 7570 98 38 82 37 28 33 22 285 140 1450n7 r min 8530 98 38 82 47 18 33 22 285 140 1450n8 r min 500 10 98 38 82 26 39 33 22 285 140 1450n9 r min 890 98 94 26 37 28 33 22 285 140 1450n10 r min 940 98 94 26 47 18 33 22 285 140 1450n11 r min 1930 98 94 26 26 39 33 22 285 140 1450n12 r min 4680 98 38 82 37 28 39 16 285 140 1450n13 r min 2370 98 38 82 47 18 39 16 285 140 1450n14 r min 9270 98 38 82 26 39 39 16 285 140 1450n15 r min 600 98 94 26 37 28 39 16 285 140 1450n16 r min 300 98 94 26 47 18 39 16 285 140 1450n17 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 8 r min 1190 98 94 26 29 39 39 16 285 140 1450n18 主轴各级转速 单位 r min 1 5001 192927775602468 385305237193156119 987760493930 主轴最高转速 r min 1500n 主轴最低转速 r min 30n 2 3 2 X62W 万能铣床主运动传动链转速图 为了分析机床的传动系统和机床传动系统设计 常采用图解分析法 即用转速图 表示机床各轴的转速和传动比的方法 根据以上计算绘制机床主运动传动链转速图 如图 2 3 所示 图 2 3 X62W 万能铣床主运动传动链转速图 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 9 第 3 章 主传动设计 机床的执行机构 主轴 一般都要靠原动机 电动机 供给一定形式的能量才能 工作 但是 把原动机和执行机构直接连接起来的情况是很少的 往往需在二者之间 加入传递动力或改变运动状态的传动装置 最常见传动例如带传动 齿轮传动 链传 动等 X62W 机床主轴的运动是由电动机的运转经传动比为的带传动传递至 285 140 i 主轴箱中的轴 再经过主轴箱内各级齿轮的变速传递至主轴 使主轴完成相应的铣 削任务 3 1 带传动设计 3 1 1 带传动工作原理 带传动是一种挠性传动 带传动的基本组成零件为带轮 主动带轮和从动带轮 和传动带 因带有弹性 能缓冲 吸振 从而使传动平稳 噪声小 当传动过载时 带在带轮上打滑 可以防止其它零件的破坏 结构简单 拆装方便 可用于中心距较 大的传动 因此 带传动在近代机械中应用广泛 紧边 松边 2fF 带 fF 轮 1fF 2 1fF 从动轮2 主动轮1 轮 带 w w 2 1 图 3 1 带传动的工作原理 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 10 带传动的工作原理如图 3 1 所示 它是靠带与轮之间的摩擦进行转动 主动轮 1 在电动机的驱动下顺时针旋转 带要阻碍主动轮的运动 作用于主动轮的摩擦力逆时 针方向 即图中的力 Ff1 而主动轮给带的摩擦力与带给主动轮的摩擦力为互为作 用力与反作用力 大小相等 方向相反 为顺时针方向 即图中的力 带 Ff1 因此 带在摩擦力作用下顺时针旋转 当带运动至进入从动轮 2 时 从动轮要阻碍带的运动 作用于带上的摩擦力方向为逆时针 同理 带给从动轮 2 的摩擦力为顺时针 则从动 轮 2 在摩擦力的驱动下顺时针旋转 3 1 2 带传动的类型 带传动是一种常用的传动形式 按照传动原理的不同 带传动可分为摩擦带传动 和啮合带传动 摩擦型带传动根据传动带横截面形状的不同可分为平带 圆带 V 带 和多楔带等 平带传动结构简单 带轮也容易制造 广泛应用于中心距较大的场合 常用的平 带有帆布芯平带 橡胶布带 编制平带 皮革平带 锦纶片复合平带等数种 圆带 结构简单 其材料常为皮革 棉 麻 锦纶 聚氨脂等 多用于小功率传动 V 带的 横截面呈等腰梯形 带轮上也作出相应的轮槽 传动时 V 带的两个侧面和轮槽接触 槽面摩擦可以提供更大的摩擦力 另外 V 带传动允许的传动比大 结构紧凑 大多 数 V 带已标准化 V 带传动的上述特点使它获得了广泛的应用 多楔带兼有平带的柔 和性好和 V 带摩擦力大的优点 并解决了多根 V 带长短不一而使各带受力不均的问题 多楔带主要用于传递功率较大同时要求结构紧凑的场合 啮合型带传动一般也称同步带传动 它通过传动带内表面上等距分布的横向齿和 带轮上的相应齿槽的啮合来传递运动 与摩擦型带传动比较 同步带传动的带轮和传 动带之间没有相对滑动 能保证严格传动比 但同步带传动对中心距及其尺寸稳定性 要求较高 4 3 1 3 带传动工作情况分析 带传动的受力分析 带传动工作前 传动带以一定的初拉力 F0 图 3 2a 张紧在带轮上 带传动工作时 因带和带轮之间的静摩擦力作用使带一边拉紧 一边放松 紧边 拉力为 F1 松边拉力为 F2 图 3 2b 如果近似认为带的总长度保持不变 并且假设 带为弹性体 则有下式成立 2001FFFF 或者 3 0212FFF 1 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 11 a 不工作时 b 工作时 图 3 2 带传动工作原理 如果取与带轮接触的传动带为分离体 图 3 3 那么根据传动带上各力对带轮中 心的力矩平衡条件可得 3 21FFFf 2 式中 为传动带工作面上的总摩擦力的大小 fF 2nn1 Ff 2 2 F F 1F 1F 2 1 图 3 3 带与带轮的受力分析 传动带的有效拉力为 3 21FFFFef 3 有效拉力与带传动所传递功率的关系为FeP 3 1000 vFe P 4 式中 功率的单位为 kW 有效拉力的单位为 N 传动带的速度 的单位为 m s PFev 带传动的设计计算 1 确定计算功率 Pca 查表 3 1 得工作情况系数 故1 1 AK 2n1n 2 2 F F 1 1 F 2 F 1 1 2 F0 F0 F0 F 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 12 3 kW25 8 5 71 1 PKPAca 5 表 3 1 工作情况系数 2 选择 V 带的带型 根据 由图 3 4 选用 A 型caP1n KA 空 轻载启动重载启动 每天工作小时数 工况 1616 载荷变 动微小 液体搅拌机 离心式水泵 鼓风机和通风机 7 5kW 旋转式 水泵 发电机 机床 剪床 印刷机 旋转筛锯木机和木工 机械 1 11 21 31 21 31 4 载荷 变 动较 大 制砖机 斗式提升机 往 复式水泵和压缩机 起重机 磨粉机 冲剪机床 橡胶机械 振动筛 纺织机械 1 21 31 41 41 51 6 载荷 变 动 很大 破碎机 旋转式 颚式等 磨碎机 球磨 棒磨 管磨 1 31 41 51 51 61 8 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 13 kW计算功率 1 p r min n小带轮转速 dd1 dd1 dd1 dd1 dd1 dd1 dd1 dd1 dd1 图 3 4 普通 V 带选型图 3 确定带轮基准直径 dd1并验算带速 1 取小带轮直径mm1401 dd 大带轮直径mm280140212 dddid 取mm2852 dd 2 验算带速v 3 6 s m63 10 100060 1450140 100060 nd1d1 v 因为 5 m s 6 10 10 18 18 30 30 50 50 80 80 120 120 180 C 或 R0 50 60 81 01 21 62 02 53 0 未注圆角R2 245 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 23 图 3 6 轴的工作图 4 求轴上载荷 载荷水平面 H垂直面 V 支反力 F1675NF 3327NFNH2NH1 30NF 1869NFNV2NV1 弯矩mmN236217 HMmmN132699 VM 总弯矩 MmmN270938 132699236217 22 M 扭矩 TmmN21328334 T VHMM M 22 图 3 7 轴的载荷分析图 5 按弯扭合成应力校核轴的强度 校核时 只需校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度 根据表中数据以及扭转 应力为脉动循环变应力 取 轴的计算应力6 0 3 80 1 0 21328336 0 270938 3 2 2 4 2 2 W T M ca FNV1 Ft Fr Ft Fr FNH1 FNV2 FNH2 FNH1 FNV1 FNH2 FNV2 MH MV M 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 24 25 MPa 5 25 表 3 9 轴的常用材料及力学性能 抗拉强 度极限 B 屈服强 度极限 S 弯曲疲 劳极限 1 剪切疲 劳强度 1 许用弯 曲应力 1 材料牌 号 热处理 毛坯直径 mm 硬度 HBs MPa 100170 217590295255140 正火 回火 100 300162 217570285245135 55 45 调质 200217 25564035527515560 前已选定轴的材料为 45 钢 调质处理 查表 3 9 可知 因此 MPa601 故安全 1 ca 6 校核轴的疲劳强度 1 判断危险截面 由图 3 7 可知齿轮轴段弯矩最大 易分析可知截面 为危险截面 虽然键槽 轴 肩及过渡配合引起的应力集中均会削弱轴的疲劳强度 但由于轴的最小直径是按扭转 强度较为宽裕而确定的 所以其它截面无需校核 2 截面 左侧 抗弯截面系数 3 mm 1 35791 71 1 01 0 333 d W 26 抗弯截面系数 3 mm 2 71582 71 2 02 0 333 d WT 27 截面 左侧弯矩为 3 mmN161098 148 60148 270938 M 28 截面 上的转矩 3 mmN21328334 TT 29 截面 处弯曲应力 3 MPa50 4 1 35791 161098 W M b 30 截面 处切应力 3 MPa80 29 2 71582 2132833 T b W T 31 已选定轴为 45 钢 调质处理 由表 3 9 查得 r d D 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 25 MPa640 B MPa2751 MPa1551 由于轴肩的存在而导致截面上形成有效应力集中系数及 按表 3 10 查取 因 经插值后得 028 0 71 0 2 d r 13 1 71 80 d D 23 1 08 1 表 3 10 轴肩圆角处的有效应力集中系数 应力公称应力公式 拉伸 弯曲 或 扭转剪切 d D d r 6 03 02 01 501 201 101 051 031 021 01 0 042 592 402 332 212 092 001 881 801 721 61 0 101 881 801 731 681 621 591 531 491 441 36 0 151 641 591 551 521 481 461 421 381 341 26 0 201 491 461 441 421 391 381 341 311 271 20 0 251 391 371 351 341 331 311 291 271 221 17 弯曲 d M b 3 32 0 301 321 311 301 291 271 261 251 231 201 14 d D d r 2 01 331 201 09 0 041 841 791 661 32 0 101 461 411 331 17 0 151 341 291 231 11 0 201 261 231 171 11 0 251 211 181 141 09 扭转 剪切 d T T 3 16 0 301 181 161 121 09 由图 3 8 查得轴材料的敏性系数为 85 0 82 0 qq qq 几何不连续处的圆角半径r mm 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 26 曲线上的数字为材料的强度极限 查 q 时用不带括号的数字 查 q 时用括号内的数字 图 3 8 钢材的敏性系数 固有应力集中系数 3 19 1 123 1 82 0 1 1 1 qk 32 3 07 1 108 1 85 0 1 1 1 qk 33 由图 3 9 选出 0 60 由图 3 10 选出 0 79 轴为磨削加工 由图 3 11 可查质量系数 92 0 轴未经强化处理 即1 q h h h h mm D mm d D d D d D 图 3 9 钢材尺寸及截面形状系数 图 3 10 圆截面钢材的扭转剪切尺寸系数 抛光 磨削 精车 未加工 粗车 MPaB 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 27 图 3 11 钢材表面质量系数 则综合系数为 3 07 2 1 92 0 1 60 0 19 1 1 1 k K 34 3 44 1 1 92 0 1 79 0 07 1 1 1 k K 35 钢的特性系数 取2 0 1 0 1 0 取1 0 05 0 05 0 因此 3 5 29 01 050 407 2 2751 maK S 36 3 98 6 2 80 29 05 0 2 80 29 44 1 1551 maK S 37 3 5 18 6 98 6 5 29 98 6 5 29 2222 S SS SS Sca 38 故可知其安全 3 截面 右侧 抗弯截面系数 3 mm 51200 80 1 01 0 333 d W 39 抗弯截面系数 3 mm 102400 80 2 02 0 333 d WT 40 截面 右侧弯矩为 3 mmN161098 148 60148 270938 M 41 截面 上的转矩 3 mmN21328334 TT 42 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 28 截面 处弯曲应力 3 MPa15 3 51200 161098 W M b 43 截面 处切应力 3 MPa 8 20 102400 2132833 T b W T 44 并取 取03 3 k 42 2 03 3 8 08 0 kk 92 0 则 3 12 31 92 0 1 03 31 1 k K 45 3 51 2 1 92 0 1 42 2 1 1 k K 46 截面 右侧安全系数为 3 98 27 01 015 3 12 3 2751 maK S 47 3 82 5 2 8 20 05 0 2 8 20 51 2 1551 maK S 48 3 5 17 5 82 5 98 27 82 5 98 27 2222 S SS SS Sca 49 故截面 右侧强度也是足够的 综上所述 该轴的强度足够 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 29 第 4 章 X62W 万能铣床的控制系统分析 4 1 X62W 的工艺特点与控制要求 铣削是一种高效率的加工方式 X62W 是卧式万能铣床 卧式万能铣削可以用于 加工平面 斜面和沟槽等 装上分度头后还可以铣削直齿齿轮和螺旋面 装上圆工作 台还可以铣切凸轮和弧形槽等 是一种常用的通用机床 一般中小型卧式铣床都采用三相异步电动机拖动 铣床主轴的旋转运动和进给运 动都是都是分别由单独的电动机拖动 铣床的主轴旋转运动是主运动 它有顺铣和逆 铣两种方式 所以要求主轴有两个旋转方向 为了对刀和提高生产效率 要求主轴能 够迅速停止 所以电气线路要有制动措施 铣床的进给运动有六个方向 即工作台前 后 横向 运动 左右 纵向 运动和上下 垂直 运动 六个方向还能实现空行程 的快速移动 根据加工工艺 卧式铣床应具有如下电气控制要求 1 机床要求有三台电动机 分别称为主轴电动机 进给电动机和冷却泵电动机 2 由于加工时有顺铣和逆铣两种 所以要求主轴电动机能正 反转及在变速时能 瞬时点动 以利于齿轮的良好啮合 并要求还能制动停车和实现两地控制 3 工作台的三种运动形式 六个方向的移动是依靠机械的方法来达到的 对进给 电动机要求能正反转 且要求纵向 横向 垂直三种运动形式相互间应有联锁 以确 保操作安全 同时要求工作台进给变速时 电动机也能瞬时点动 快速进给及两地控 制等要求 4 冷却泵电动机只要求正转 5 为防止刀具和机床的损坏 要求只有主轴旋转后才有进给和进给方向的快速移 动 6 为降低工件表面粗糙度值 只有进给停止后主轴才能停止或同时停止 X62W 机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式 但是由于主轴运动的惯性很大 因 此只能是先保证进给运动停止 后保证主轴运动停止 7 当主电动机或冷却泵电动机过载时 进给运动必须立刻停止 以免损坏刀具和 机床 8 为了保证主运动和进给运动能够正常工作 并且变速齿轮能够良好啮合 所以 这两种运动必须具有变速后瞬时点动的功能 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 30 9 从安全和操作方便考虑 换刀时主轴必须处于制动状态 7 4 2 X62W 电路控制分析 X62W 的电气控制原理图如图 4 1 所示 电气元件见表 4 1 表 4 1 X62W 电气元件表 电气元件名称及用途电气元件名称及用途 M1主电动机YC2进给电磁离合器 M2进给电动机YC1快速电磁离合器 M3冷却泵电动机SQ6 进给变速瞬时电动开 关 KM1主电动机启动接触器SQ7 主轴变速瞬时电动开 关 KM2 KM3 进给电动机控制接触 器 SA 1圆形工作台转换开关 KM4快速移动接触器SA 2主轴换刀制动开关 SQ1 SQ2 工作台左 右进给行 程开关 SQ3 SQ4 工作台前后 上下进 给行程开关 SB1 SB2主轴停止按钮SA 4照明灯转换开关 SB3 SB4主轴启动按钮SA 5主轴换向转换开关 SB5 SB6工作台快速按钮TC控制变压器 FR1 FR3热继电器VC整流器 FU1 FU6熔断器YB主轴电磁制动器 SA3冷却泵转换开关 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 31 图 4 1 X62W 的电气控制原理图 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 32 1 X62W 卧式万能升降台铣床主电路分析 主电路共有三台电动机 M1 为主电动机 其正反转通过转换开关 SA 5 手动切换 交流接触器 KM1 的主触点只控制电源的接入和切除 由于 SA 5 在切换时 KM1 主触 点没有闭合 所以不会直接切断和切除 由于一批工件在大多数情况下只用一种铣削 方式 并不需要经常改变电动机转向 即本批次时选择顺铣还是逆铣 开始工作前就 已选定 在加工过程中是不变的 因此用电源顺序转换开关实现主电动机的正 反转 控制 简化了控制电路 M2 为进给电动机 由于它在工作过程中需要频繁变换转动方向 因而仍然用正 反转接触器 KM2 KM3 主触点构成正 反转接线电路 M3 为冷却泵电动机 铣削加工时 根据不同的工件材料 也为了延长刀具的使用 寿命和提高加工质量 需要用切削液对工件和刀具进行冷却润滑 因此主电路中采用 转换开关 SA 3 直接控制冷却泵电动机的启动和停止 同样 为了保护主电路的正常运行 分别由熔断器 FU1 FU2 FU3 对电动机 M1 M2 M3 实现短路保护 由热继电器 FR1 FR2 FR3 对 M1 M2 M3 进行过载 保护 8 2 主电动机的控制线路分析 1 主电动机的启动控制 主电动机启动前 应首先选择好主轴转速 需要根据所选择的铣削方式 由转换 开关 SA5 选定电动机转向 并将控制电路中的转换开关 SA 2 扳倒主电动机正常工作 的位置 非制动状态 按下启动按钮 SB3 或按钮 SB4 多点启动 接触器 KM1 得 电吸合 KM1 的主触点闭合 接通了电动机的定子绕组 主电动机启动 2 主电动机的制动 为了使主轴能够准确停车 减少电能的损耗 主轴制动采用电磁离合器的制动方 式 电磁离合器的直流电由 VC 整流器整流获得 当主轴制动停车时 按下 SB1 或 SB2 这时接触器 KM1 线圈断电 离合器 YB 线圈通电 主轴制动停车 3 主轴变速时的瞬时点动控制 铣床主轴的变速由机械系统来完成 在变速过程中 当选定啮合的齿轮正常啮合 时 要求电动机能够点动至合适的位置 变速时 首先将变速手柄拉出 啮合好的齿 轮脱离 然后转动变速手轮 当选好合适的转速后 将变速手柄复位 使改变传动比 的齿轮重新啮合 由于两啮合齿轮的齿与齿之间的位置没有错开 因而常常造成啮合 困难 当齿轮没有进入正常啮合的状态时 则需要主轴有瞬时点动的功能 以调整两 个齿轮之间的位置 使齿轮进入正常啮合 实现瞬时点动的由复位手柄和行程开关 SQ7 共同控制的 手柄在复位过程中压动行程开关 SQ7 接触器 KM1 线圈瞬时接通 主电动机做瞬时点动 以达到齿轮的良好啮合 当手柄复位后 SQ7 恢复到常态 断 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 33 开了主轴瞬时点动线路 在手柄复位时要迅速 连续 以免电动机的转速升得很高 在齿轮没有啮合好时有可能使齿轮打牙 当瞬时点动没有实现良好啮合时 可以重复 进行瞬时点动动作 4 主轴换刀制动控制 为了提高工作效率 要求主电动机停车时须有制动控制 该控制电路采用电磁制 动器 YB 对主轴进行停车制动 在停车时 按下按钮 SB1 或 SB2 其常闭触点断开 使得接触器 KM1 线圈断电 KM1 触点断开 切断电动机电源 同时 SB1 或 SB2 的常 开触点闭合 接通电磁制动器 YB 的线圈电路 使制动器中的闸瓦迅速抱住闸轮 主 轴电动机立即停止运转 主轴停车后 才可以松开 SB1 或 SB2 在主轴上刀或换刀时 主轴的意外转动都将造成人身事故 因此在上刀或换刀时 应使主轴处于制动状态 此时 可以旋转开关 SA2 由工作外置扳倒制动位置 切断了接触器 KM1 线圈电路 使主电动机不能启动 同时 SA2 切断了电磁制动器 YB 的线圈电路 使得主轴处于 制动状态不能转动 保证换刀工作的顺利进行 当上 换刀结束后 浆 SA2 扳倒闭合 位置 为主轴启动做好准备 9 3 进给运动的控制分析 1 顺序控制 为防止刀具和机床的损坏 机床开机要求只有主轴电动机旋转后 才允许有进给 运动 通过在进给接触器回路中串入接触器 KM1 的常开触点 保证启动后方可启动进 给电动机 2 工作台运动控制 工作台的左 右 上 下 前 后运动是通过操纵手柄和机械联动机构控制相应 的行程开关使进给电动机正转或反转来实现的 行程开关 SQ1 和 SQ2 控制工作台的向 右和向左运动 SQ3 和 SQ4 控制工作台的向前 向下和向后 向上运动 一般卧式万 能铣床上有两个操作手柄 一个为纵向 左右 操作手柄 有左 中 右三个位置 扳动时分别压动 SQ1 和 SQ2 另一个为横向 前后 和垂直 上下 十字负荷操作手 柄 该手柄有五个位置 即上 下 前 后和中间位置 扳倒相应位置时分别压动行 程开关 SQ3 和 SQ4 工作台的左 右 纵向 运动 工作台的左 右运动由纵向手柄操纵 当手柄 扳向右侧时 手柄通过联动机构接通了纵向离合器 同时压下了行程开关 SQ1 的动合 触点 使进给电动机的正转接触器 KM2 线圈得电 进给电动机正转 带动工作台向右 运动 当纵向进给手柄扳向左侧时 行程开关 SQ2 被压下 行程开关 SQ1 复位 进给 电动机反转接触器 KM3 线圈得电 进给电动机反转 带动工作台向左运动 SA1 为圆 形工作台转换开关 这时的 SA1 处于断开位置 工作台的上 下 垂直 和前 后 横向 运动 工作台的上 下和前 后运 齐齐哈尔大学毕业设计 论文 34 动由垂直和横向进给手柄操纵 该手柄向上或向下时 接通了垂直进给离合器 当手 柄向前或向后时 接通了横向进给离合器 手柄在中间位置时 横向和垂直进给离合 器均不接通 在手柄扳倒向下或向前位置时 手柄通过机械联动机构使 SQ3 被压下 SQ3 的动 合触点接通 动断触点断开 这时进给电动机正转接触器 KM2 线圈接通得电 电动机 正转 带动工作台向下或向前运动 当手柄扳倒向上或向后的位置时 SQ4 被压下 SQ3 复位 SQ4 的常开触点接通 进给电动机反转接触器 KM3 线圈接通得电 电动机反转带动工作台向上或向后 手柄 扳倒向下或向前时压动行程开关 SQ3 与扳到向上或向后时压动行程开关 SQ4 均是通过 机械联动机构实现的 3 进给变速时的瞬时点动控制 进给变速必须在进给操纵手柄放在零位时进行 和主轴变速一样 进给变速时 为了使齿轮进入良好的啮合状态 必须做变速后的瞬时点动 再进给变速时 首先将 进给变速的手柄拉出 当选好合适的进给速度后 手柄继续拉出 行程开关 SQ6 被压 动 SQ6 的常开触点接通 常闭触点断开 进给电动机正转接触器 KM2 线圈得电 进 给电动机瞬时正转 在手柄推回原位时 SQ6 复位 进给电动机停止转动 一次瞬时点 动齿轮仍未进入良好啮合状态 可以再重复进行一次 直到进入良好的啮合状态为止 4 进给方向的快速移动 为了缩短辅助时间 提高生产效率 要求水平工作台不做铣削时应能快速移动 水平工作台在进给方向选定后 是快速移动还是进给运动 取决于电磁离合器 YC1 YC2 的得电和断电 六个方向的进给快速移动是通过相应的手柄和快速按钮配 合实现的 当在某一方向有进给运动后 按下快速移动按钮 SB5 或 SB6 快速移动接 触器 KM4 动作 接触器 KM4 的动合触点闭合 接通快速离合器 YC1 工作台在原方 向上作快速移动 松开按钮后快速移动停止 水平工作台以原来的方向继续工作进给 工作台在进给方向上的运动必须是既有可靠的极限位置保护 否则将可能造成设 备或人身事故 X62W 型万能铣床的极限位置保护采