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石油管接头螺纹保护帽旋压加工专用装备设计【7张图纸】【Word+CAD图纸】【优秀】

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[X0096]石油管接头螺纹保护帽旋压加工专用装备设计.zip

石油管接头螺纹保护帽旋压加工专用装备设计

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关键词：: x0096 石油管接头螺纹罗纹保护维护帽旋压加工专用装备设备设计

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摘　　要

本次设计题目是石油管螺纹保护帽旋压专用设备设计，在设计过程中，老师要求我们运用机电液的知识完成，设计的内容主要包括，旋压机床总体设计、尾顶的设计、旋压机构设计、液压控制系统设计、主传动系统的设计、电气系统及PLC的设计。

在机械结构中主要是主轴箱的传动设计，根据以给定的条件主轴转速来设计主传动系统能够。同时要考虑到制动和变速机构。主传动系统的主要参数包括公比的选择、传动副、级比指数、齿数的确定等等。

旋压进给机构的设计，旋压进给机构主要通过查冷冲压工艺手册确定旋压力，设计相应机构，选择液压缸，同时也要考虑到与机床相关部位的空间位置关系及自身的强度。

尾顶机构是通过计算旋压加工时零件的厚度、加工的形式、以及加工的条件来确定尾顶所需要的力量，同时选择相应的液压缸、弹簧等。

床身及底座主要考虑各个部位之间的联系，机床加工方向选用45度角向上加工主要是为了加强道轨的支撑刚度。

液压控制系统设计设计内容主要为明确设计要求，制定基本方案，绘制液压系统图，并且确定液压系统的主要参数，液压系统的主要参数包括载荷的组成和计算，液压缸的主要结构及安装尺寸，对其它液压控制元件辅助元件的选择

电气系统的设计即利用传感器接收信号，PLC对采集的信号进行分析计算并输出控制信号。PLC控制系统用西门子S7-200编写。

关键词：主轴箱、旋压、尾顶、传感器、PLC。

Abstract

Design topic whether petroleum pipeline whorl protect cap-like cover fasten and press special-purpose device design this time, in the course of designing, the teacher requires us to use the knowledge of the electromechanical liquid to finish, the content designed mainly includes, is it keep lathe overall design , design that tail carry , is it keep design , main design , electric system and design of PLC of transmission , design of organization and control system of hydraulic pressure to fasten to fasten. Design transmission , main shaft of case mainly among mechanical structure, according to with give condition main shaft rotational speed definitely is it design mainly transmission can to come. . Tail carry organization through is it is it press thickness of part when processing to fasten to calculate , form that process , and terms that process is it confirm strength that tail's carrying need to come, choose corresponding hydraulic pressure jar , spring ,etc. at the same time . Lathe bed and base consider connection of each position mainly, machine tooling direction select for use 45 horn it processes to be for strengthen dishes of support rigidity of rail mainly upwards. Hydraulic pressure control system design content mainly for designing requirement of defining, draw the systematic picture of the hydraulic pressure , and confirm the main parameter of the hydraulic pressure system, main parameter including loaded composition and calculate , hydraulic pressure of system, main structure and size of installing , hydraulic pressure of jar, control to other hydraulic pressure component auxiliary choice electric design of system of component utilize the sensor to receive the signal promptly, PLC analyses that calculates and exports the control signal to the signal that is gathered . PLC control system is written with Siemens S7-200.

Keyword：Main shaft case、fastenning pressing 、end carrying 、sensor、PLC.

前言

此次毕业设计根据学校和老师的要求要运用机械、电子、及液压等多方面知识来完成，机电液一体化。机电液一体化是机械工业的发展方向，是机械与微电子以及液压技术的新型交叉科学。所谓一体化“一体化”并不是机械技术电子技术和液压技术的简单组合。二是互相取长补短、有机结合，以实现系统构成的最佳化。

随着，各项技术的发展，机械技术、电子技术、液压技术的互相渗透也来也多，也来越快。机电液有机的结合是实现机电业一体化的短小、轻、薄、和智能化。本设计的特点是，以机械为主、以液压为动力部分。

毕业设计是大学学习的最后一个教学环节，全国高教机械设计及制造专业教学指导委员会第三次会议记要指出，“毕业设计题目应该以产品（或工程）设计类题目为主，尤其要鼓励去工厂从高真实产品设计”。在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础，专业课全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作，提供全面的锻炼机会。

通过这次毕业设计，我在计算，制图，公差与技术测量，机械原理，机械设计，金属材料与热处理，机械制造工艺方面的知识都受到全面的综合训练，在机电液的结合方面使我受益匪浅。特别是许老师在工作中对我的耐心辅导，他对学生强烈的责任感和严谨的治学态度，无不给我以深刻的影响。

由于类似的大型课题第一次接触，经验能力方面的欠缺，错误之处一定存在，恳请各位老师给予批评指正。

目　　录

摘要 ……………………………………………………………………………………………………1

Abstract ………………………………………………………………………………………………2

前言 ……………………………………………………………………………………………………3

第1 章旋压机床的总体设计…………………………………………………………………………1

1.1被加工零件方案设计分析旋压设备概述………………………………………………………1

1.2 旋压设备概述…………………………………………………………………………………1

1.3旋压机床设计应满足的基本要求……………………………………………………………1

1.4 旋压机床设计步骤 …………………………………………………………………………2

1.5 旋压机床的总体布局 ………………………………………………………………………3

第2 章　轴的设计与计算 ……………………………………………………………………………4

2.1主轴参数的选择与计算………………………………………………………………4

2.2 选择轴的材料并确定许用应力………………………………………………………………5

2.2 主轴的校核……………………………………………………………………………………5

第3 章传动设计……………………………………………………………………………………7

3.1 主传动系设计………………………………………………………………………………7

3.1.1主轴转速的确定………………………………………………………………………7

3.1.2公比Φ，变速范围Rn和级数Z的确定………………………………………………7

3.1.3 选择结构式……………………………………………………………………………7

3.1.4确定是

否需要增加降速定比传动副……………………………………………………8

3.1.5分配各变速组的最小传动比，拟订转速图……………………………………………8

3.1.6齿轮齿数的确定………………………………………………………………………9

3.2 带传动设计…………………………………………………………………………………9

3.3 摩擦式电磁离合器布置……………………………………………………………………10

3.4 直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算……………………………………………………11

3.4.1 名义载荷……………………………………………………………………………11

3.4.2 计算载荷……………………………………………………………………………11

3.4.3 直齿圆柱齿轮受力分析……………………………………………………………12

3.4.4 直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算……………………………………………12

第4 章进给机构设计………………………………………………………………………………14

4.1 旋轮座………………………………………………………………………………………14

4.2旋压力的计算 ………………………………………………………………………………14

4.3旋压头 ………………………………………………………………………………………15

第5章尾顶的设计…………………………………………………………………………………16

5.1 尾座的要求…………………………………………………………………………………16

5.2 尾顶力的计算………………………………………………………………………………16

5.3 尾顶的结构设计……………………………………………………………………………17

第6章支撑部件导轨的设计………………………………………………………………………18

6.1 设计原则…………………………………………………………………………………18

6.2 床身的设计………………………………………………………………………………18

6.3 导轨的结构设计…………………………………………………………………………19

6.4 导轨材料与热处理………………………………………………………………………19

6.5导轨的技术要求 …………………………………………………………………………19

第7章液压系统的设计计算 ………………………………………………………………………21

7.1液压力的计算 ……………………………………………………………………………21

7.2确定液压元件主要参数 …………………………………………………………………24

7.3确定液压系统方案及拟订液压系统原理图………………………………………………26

7.4将液压回路综合成液压系统………………………………………………………………27

7.5液压辅助元件 ……………………………………………………………………………27

7.6 验算液压系统性能 ………………………………………………………………………28

第8章机床电路设计 ………………………………………………………………………………30

8.1电气控制部件介绍 ………………………………………………………………………30

8.2控制过程分析和设备的选用……………………………………………………32

8.3 PLC编程…………………………………………………………………………………34

结论……………………………………………………………………………………………………35

致　　谢………………………………………………………………………………………………36

参考文献 …………………………………………………………………………………………37

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A1液压系统图.jpg

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内容简介：: 沈阳理工大学毕业设计说明书石油管接头螺纹保护帽旋压加工专用装备设计邹宏远 03121123 指导教师：许坚题目来源：指导教师专业名称：机械设计制造及自动化设计时间：2005-4 班级： 031211 答辩时间： 2005-6-22 沈阳理工大学毕业设计说明书石油管接头螺纹保护帽旋压加工专用装备设计指导教师：题目来源：专业名称：设计时间：班级：答辩时间：沈阳理工大学机械制造系摘要本次设计题目是石油管螺纹保护帽旋压专用设备设计，在设计过程中，老师要求我们运用机电液的知识完成，设计的内容主要包括，旋压机床总体设计、尾顶的设计、旋压机构设计、液压控制系统设计、主传动系统的设计、电气系统及PLC的设计。在机械结构中主要是主轴箱的传动设计，根据以给定的条件主轴转速来设计主传动系统能够。同时要考虑到制动和变速机构。主传动系统的主要参数包括公比的选择、传动副、级比指数、齿数的确定等等。旋压进给机构的设计，旋压进给机构主要通过查冷冲压工艺手册确定旋压力，设计相应机构，选择液压缸，同时也要考虑到与机床相关部位的空间位置关系及自身的强度。尾顶机构是通过计算旋压加工时零件的厚度、加工的形式、以及加工的条件来确定尾顶所需要的力量，同时选择相应的液压缸、弹簧等。床身及底座主要考虑各个部位之间的联系，机床加工方向选用45度角向上加工主要是为了加强道轨的支撑刚度。液压控制系统设计设计内容主要为明确设计要求，制定基本方案，绘制液压系统图，并且确定液压系统的主要参数，液压系统的主要参数包括载荷的组成和计算，液压缸的主要结构及安装尺寸，对其它液压控制元件辅助元件的选择电气系统的设计即利用传感器接收信号，PLC对采集的信号进行分析计算并输出控制信号。PLC控制系统用西门子S7-200编写。关键词：主轴箱、旋压、尾顶、传感器、PLC。AbstractDesign topic whether petroleum pipeline whorl protect cap-like cover fasten and press special-purpose device design this time, in the course of designing, the teacher requires us to use the knowledge of the electromechanical liquid to finish, the content designed mainly includes, is it keep lathe overall design , design that tail carry , is it keep design , main design , electric system and design of PLC of transmission , design of organization and control system of hydraulic pressure to fasten to fasten. Design transmission , main shaft of case mainly among mechanical structure, according to with give condition main shaft rotational speed definitely is it design mainly transmission can to come. . Tail carry organization through is it is it press thickness of part when processing to fasten to calculate , form that process , and terms that process is it confirm strength that tails carrying need to come, choose corresponding hydraulic pressure jar , spring ,etc. at the same time . Lathe bed and base consider connection of each position mainly, machine tooling direction select for use 45 horn it processes to be for strengthen dishes of support rigidity of rail mainly upwards. Hydraulic pressure control system design content mainly for designing requirement of defining, draw the systematic picture of the hydraulic pressure , and confirm the main parameter of the hydraulic pressure system, main parameter including loaded composition and calculate , hydraulic pressure of system, main structure and size of installing , hydraulic pressure of jar, control to other hydraulic pressure component auxiliary choice electric design of system of component utilize the sensor to receive the signal promptly, PLC analyses that calculates and exports the control signal to the signal that is gathered . PLC control system is written with Siemens S7-200. Keyword：Main shaft case、fastenning pressing 、end carrying 、sensor、PLC.前言此次毕业设计根据学校和老师的要求要运用机械、电子、及液压等多方面知识来完成，机电液一体化。机电液一体化是机械工业的发展方向，是机械与微电子以及液压技术的新型交叉科学。所谓一体化“一体化”并不是机械技术电子技术和液压技术的简单组合。二是互相取长补短、有机结合，以实现系统构成的最佳化。随着，各项技术的发展，机械技术、电子技术、液压技术的互相渗透也来也多，也来越快。机电液有机的结合是实现机电业一体化的短小、轻、薄、和智能化。本设计的特点是，以机械为主、以液压为动力部分。毕业设计是大学学习的最后一个教学环节，全国高教机械设计及制造专业教学指导委员会第三次会议记要指出，“毕业设计题目应该以产品（或工程）设计类题目为主，尤其要鼓励去工厂从高真实产品设计”。在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础，专业课全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作，提供全面的锻炼机会。通过这次毕业设计，我在计算，制图，公差与技术测量，机械原理，机械设计，金属材料与热处理，机械制造工艺方面的知识都受到全面的综合训练，在机电液的结合方面使我受益匪浅。特别是许老师在工作中对我的耐心辅导，他对学生强烈的责任感和严谨的治学态度，无不给我以深刻的影响。由于类似的大型课题第一次接触，经验能力方面的欠缺，错误之处一定存在，恳请各位老师给予批评指正。目录摘要 1Abstract 2前言 3第1 章旋压机床的总体设计11.1被加工零件方案设计分析旋压设备概述11.2 旋压设备概述11.3旋压机床设计应满足的基本要求11.4 旋压机床设计步骤 21.5 旋压机床的总体布局 3第2 章轴的设计与计算 42.1主轴参数的选择与计算42.2 选择轴的材料并确定许用应力52.2 主轴的校核5第3 章传动设计73.1 主传动系设计73.1.1主轴转速的确定73.1.2公比，变速范围Rn和级数Z的确定73.1.3 选择结构式73.1.4确定是否需要增加降速定比传动副83.1.5分配各变速组的最小传动比，拟订转速图83.1.6齿轮齿数的确定93.2 带传动设计93.3 摩擦式电磁离合器布置103.4 直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算113.4.1 名义载荷113.4.2 计算载荷113.4.3 直齿圆柱齿轮受力分析123.4.4 直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算12第4 章进给机构设计144.1 旋轮座144.2旋压力的计算 144.3旋压头 15第5章尾顶的设计165.1 尾座的要求165.2 尾顶力的计算165.3 尾顶的结构设计17第6章支撑部件导轨的设计186.1 设计原则186.2 床身的设计186.3 导轨的结构设计196.4 导轨材料与热处理196.5导轨的技术要求 19第7章液压系统的设计计算 217.1液压力的计算 217.2确定液压元件主要参数 247.3确定液压系统方案及拟订液压系统原理图267.4将液压回路综合成液压系统277.5液压辅助元件 277.6 验算液压系统性能 28第8章机床电路设计 308.1电气控制部件介绍 308.2控制过程分析和设备的选用328.3 PLC编程34结论35致谢36参考文献 37- 4 -沈阳理工大学机械制造系第一章旋压机床的总体设计1.1被加工零件方案设计分析本次毕业设计我的课题是石油管接头螺纹保护帽旋压加工专用设备设计，指定的被加工零件为石油管接头螺纹保护帽，零件图见图。工件的材料为钢，被加工的部位是管件中部，要求加工成向内凹进一段，年生产率为50万件。由于其表面粗糙度要求不高，因此旋压机床的控制精度不高。1. 2旋压设备概述金属旋压中普通旋压是我国一项发明，并是具有悠久历史的工艺技术，而强力旋压确是本世纪五十年代以后国外在此基础上迅速发展起来的。这种成型技术具有变形条件好、制品性能高、尺寸公差小、材料利用率高、制品范围广、可制成整体无缝空心回转体零件等优点。他已经在各先进工业国家的工业部门中显示出其先进性、实用性和经济性。值得指出的是，旋压技术和设备成功的应用，不仅促进了航空、火箭、导弹、和人造卫星等尖端技术的发展，而且在常规兵器、化工、冶金、机械制造、电子以及轻工民用等工业部门中，一种量大面广的技术装备和产品。也就是说，他已作为一项新技术与传统工艺方法并行地发展着，并且已形成近代金属压力加工的新领域。1.3旋压机床设计应满足的基本要求旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧和滚压等工艺特点的先进工艺。这种工艺分为普通旋压和强力旋压（或变薄旋压），统称为“旋压”旋压加工用的机械设备，称为“旋压机”或“旋压机床”将其画如金属压力加工设备中。评价评加旋压机床性能的优劣，主要是根据下述的技术-经济指标来判断的，这些指标也就是设计机床是要达到的具体要求。一工艺的可能性机床的工艺可能性是指机床适应不同生产要求的能力。大致包括下列内容：（1）在机床上可以完成的工序种类；（2）加工零件的类型、材料和尺寸范围；（3）毛坯的种类等。本次设计的机床主要是通过热旋压来加工管类零件零件的材料用A3钢因为此种钢材它的韧性大容易挤压成型，被加工零件的直径在150mm以内。二加工精度和表面光洁度机床的加工精度是指被加工零件在尺寸、形状和相互位置等方面所能达到的准确程度。影响机床加工精度的因素有很多，如机床的几何精度、传动精度、运动精度和刚度等。每种机床的加工精度和表面光洁度都必须符合所加工零件的要求。但是也不能脱离实际需要盲目的提高机床的加工精度和光洁度，否则会提高机床的成本。因为本道工序所要求加工零件的精度及表面光洁不很低所以在机床精度控制上就不需要精度很高的传感器。三生产率机床的生产率通常是指在单位时间内机床所能加工的工件数量。要提高机床的生产率必须缩短加工一个工件的平均时间，其中包括缩短切削加工时间，辅助时间以及分摊到每个工件上的准备和结束时间。对于此热旋加工机床时间上分自动加工时间、上下工件时间。上下料时间是人为地不能改变，只能通过人的经验以及操作的熟练程度来提高，而自动加工时间主要是通过传感器来采集信号PLC来控制，可以通过同时运行两个步骤或提高流速来缩短时间。四自动化程度为了提高劳动生产率、减轻工人的劳动强度和更好的保证加工精度和精度的稳定性，机床应尽量提高自动化程度。本机床因为毛坯料是加热件自动上下料很难实现所以只能实现半自动化。五结构、制造与维修在满足使用要求的前提下，机床的结构应尽量简单，工艺性要好，容易制造和装配，维修方便等。本机床主要是参照CA6140设计的，其结构工艺性、制造与维修都很方便。1.4 旋压机床设计步骤1. 调查研究在管接头螺纹保护帽中通过旋压加工出来的零件其结构的刚度与强度都会比金属切削机床加工出来的零件高，而且来料浪费小，制造工艺简单等优点。对于此设计师有先例的，此种工艺结构已通过了科学的实验，取得了足够的数据，有很多数据以应用到此设计中2. 方案的拟定在调查和科学实验的基础上，拟定了此方案，工艺的分析可行，主要技术参数通过演算，中布局合理，传动系统通过齿轮传动，液压系统及电气系统的设计3工作图设计首先绘制机床总图和各部件装配图。为了是各部件能够同时而且较为协调的设计，一般应画出机床的总体尺寸关系图，在图中确定各部件的轮廓尺寸和各部件的联系的相关尺寸，以保证各部件在空间不发生干涉并能配合工作。同时画出机床的传动系统图、液压系统图和电气系统图，并进行必要的计算。1.5 旋压机床的总体布局机床总体布局的目的，是按照简单、合理、经济的原则，制定一种实现加工要求的方案。他基本上是由工艺方法，运动分配，工件尺寸、重量、精度、表面光洁度以及生产效率等因素所决定。专用机床上加工工件的工艺方法是多种多样的。在总体布局时，往往由于工艺方法的改变，导致机床的运动、传动、部件配置以及结构等产生一系列变化。故在确定专用机床的总体布局方案时，应首先分析和选择合理的工艺方法。对于旋压机床来说主轴旋转用电机带动，进给力由液压提供，尾顶力也由液压提供，各个方向运动控制由PLC控制。第2章轴的设计与计算2.1主轴参数的选择与计算(1)由金属切削机床设计表5-5选取主轴材料牌号为45钢，调质热处理，硬度为HB220250,许用弯曲应力=55Mpa(2)由表5-12选取主轴前径直径=120mm则主轴后轴径为=（0.70.8）=0.75100=75mm主轴的平均直径为=85mm取主轴的孔径为d=50mm校核壁厚 =0.6在0.60.65在范围内，所以主轴壁厚合格。（3）主轴前端悬伸量a的确定主轴悬伸量a指的是主轴前端面到前轴承径向反力作用(中点或前径向支承中点)的距离。它主要取决于主轴端部的结构、前支承配置和密封装置的形式和尺寸，由结构设计确定。由于前端悬伸量对主轴部件的刚度、抗振性的影响很大，因此在满足结构要求的前提下，设计时应尽量缩短该悬伸量。由表5-14选取类型，即=1，则悬伸量a=120mm（4）主轴主要支承间跨距L的确定合理确定主轴主要支承见间的跨距L，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一。支承跨距越小，主轴的弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前轴端的位移量增大；反之，支承跨距过大，支承变形引起主轴前轴端的位移量尽管减小了，但主轴的弯曲变形增大，也会引起主轴前端较大的位移。因此存在一个最佳跨距，在该跨距时，因主轴弯曲变形和支承变形引起主轴前端的总位移量为最小。一般取=(23.5）。但是在实际结构设计时，由于结构上的原因，以及支承刚度因磨损会不断降低，主轴主要支承间的实际跨距L往往大于上述最佳跨距。（5）主轴传动件位置的合理布局1传动件在主轴上轴向位置的合理布局合理布置传动件在主轴上的轴向位置，可以改善主轴的受力情况，减小主轴变形，提高主轴的抗振性。合理布置的原则是传动力引起的主轴弯曲变形要小；引起主轴前轴端在影响加工精度敏感方向上的位移要小。因此主轴上传动件轴向布置时，应尽量靠近前支承，有多个传动件时，其中最大传动件应靠近前支承。2驱动主轴的传动轴位置的合理布局主轴受到的驱动力相对于切削力的方向取决于驱动主轴的传动轴位置。应尽可能将该驱动轴布置在合适的位置，使驱动力引起的主轴变形可抵消一部分因切削力引起的主轴轴端精度敏感方向的位移。主轴合理跨距的选择2.3主轴部件的验计算主轴结构尺寸不要包括平均直径D 2.2 选择轴的材料并确定许用应力根据轴的工作要求，并考虑工艺性和经济性，选择45钢正火处理。由表10-1查得强度极限 b=600Mpa，由表10-3查得其许用弯曲应力【-1b】=55Mpa。2.3主轴的校核 1绘制轴受力简图(图a)2绘制垂直面弯矩图(图b)轴承支承反力=175.3N=+=982+175.3=1157.3N计算弯矩截面c右侧弯矩 =1157.3=85.06N.m截面c左侧弯矩 =175.3=12.88N.m3绘制水平弯矩图(图c)轴支承反力=1309N截面c处弯矩=1309=96.2N.m4绘制合成弯矩图(图d)=128.4N.m=97.06N.m5绘制转矩图(图e)T=9.55=9.55=260N.m6绘制当量弯矩图(图f)转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化，取=0.6,截面c处的当量弯矩为=202N.m7校核危险截面的强度=2.77Mpa55Mpa第三章传动设计31主传动系设计大体来说，住传动系统设计包括运动设计、结构设计和动力计算（即验算）。主传动系设计大致分如下步骤：1.拟定转速系统。2.进行传动件的初步计算。3.进行结构设计及传动件验算。3.1.1主轴转速的确定根据公式n=1000V2/D2V-选定的切削转速 d-工件直径专用机床用于完成特定的工艺，因此主轴不需太多的转速，主轴共有六级转速，即：n=240，n=316，n=340，n=380，n=450，n=540。为了使转速范围内的转速相对均匀，设某一工序所要求的合理转速为n，而在机床上没有n这级转速，所以产生转速损失，其相对损失为：A=（n-nj）/n=1-nj/nj+1=1-200/254=20.6%所以，损失是均匀的。3.1.2公比，变速范围Rn和级数Z的确定对于大批量生产的专门化机床由于他的生产率高，转速损失影响很大，又不经常变速，所以选用公比=1.12。变速范围Rn=nmax/nmin=540/240=2.25转速级数Z=1+lgRn/lg=3.1.3 选择结构式一确定变速组的数目和变速组中传动副的数目通常采用传动副P=2或3。因此6=2X3共需两个变速组二确定不同传动副的变速组的排列次序根据“前多后少”的原则；选择：6=3X2的方案三确定变速组的扩大顺序根据“前密后疏”的原则；选择6=31X23的结构式。四验算变速组的变速范围最后扩大组的变速范围R=（PJ-1）XJ=1.123=1.4=30。3. 从表2-1中找出U3=1/1.33的倒数1.33这一行中找到Zmin=30时,查到最小齿数和Sz=70。4. 确定合理的齿数和Sz,并根据它决定各齿轮的齿数由U1=0.8,的一行中找出Z1=38;则Z11=Sz-Z1=70-38=32.由U2=1,的一行中找出Z2=35;则Z22=Sz-Z2=70-35=35.由U3=I.33,的一行中找出Z3=30;则Z33=Sz-Z3=70-30=40. 同上,在-变速组中1. 传动比U1=1,U2=1/1.44.最小传动比出现在U2=1/1.44。2. 取Zmin=40.3. 从表2-1中找出U2=1/1.44的倒数1.44这一行中找到Zmin=33时,查到最小齿数和Sz=80。4. 确定合理的齿数和Sz,并根据它决定各齿轮的齿数由U1=1,的一行中找出Z1=40;则Z11=Sz-Z1=80-40=40.由U2=1.44,的一行中找出Z2=33;则Z22=Sz-Z2=80-33=47. 计算三联滑动齿轮块的齿数后,还需要检查三联齿轮块相邻的齿数关系,以保证左右滑移时能顺利通过,不会发生碰撞.所以,要求三联滑移齿轮的最大齿轮与相邻的次大齿轮之间的齿数应大于4.上面所设计的三联滑移齿轮正好满足此要求。3. 2带轮的设计一选择普通V带截型由表5-9查得KA=1.3；由式（5-11）Pc=KA P=1.3x5.5=7.15由图5-10，选用B型V带。二确定带轮的基准直径，并验算带速由图5-10知，推荐的小带轮的基准直径为125140；则取dd1=140mmddmin=128mm。故有：dd2=（n1/n2）dd1=750X128/600=160由表5-4，取dd2=160mm实际从动转速：n2=n1 dd1 /dd2=750X128/160=600r/min转速误差：(n2-n2)/n2=(600-750)/600=-0.25Fr F（图表资料选自冷冲压工艺手册）其中 t0=6mm，0=100Mpa，=0，D/2=50mm，f=0.5625mm/r，Rr=2mm，w=320r/min，可分别查得c=3.2，2 =15.2，b2=445，e=29，k5=1.9，k6=20，k7=0.01，k8=0.01从而求得则外负载为 Fg=Fz=79800N2.惯性负载横向工作部件的总质量 m=50KgFm=m x v/t=50 x 5.5/60x0.2N=22.9取23N3.阻力负载法向力 Fn=mg=23x10N=210N静摩擦力 Ffs=fs x Fn=0.2 x 230=45N动摩擦力 Ffd=fd x Fn=0.1 x 230=23N由此得出纵向缸在各个阶段的负载启动：F= fs x Fn=45N加速：F=fd x Fn+mxv/t=75N快进：F=fd x Fn=23N工进：F=fd x Fn+Fg=8190N快退：F= fd x Fn=23N轴向液压缸因为轴向液压缸不参与进给加工，所以计算轴向液压缸时只计算其运动时的摩擦力就可以。惯性负载横向工作部件的总质量 m=100KgFm=m x v/t=100 x 5.5/60x0.2N=46阻力负载法向力 Fn=mg=46x10N=460N静摩擦力 Ffs=fs x Fn=0.2 x 460=92N动摩擦力 Ffd=fd x Fn=0.1 x 460=46N由此得出轴向缸在各个阶段的负载启动：F= fs x Fn=92N加速：F=fd x Fn+mxv/t=138N快进：F=fd x Fn=46N尾顶液压缸外负载根据筒形变薄旋压的两向旋压分力及主功率由能量法算式近似计算Fz= Fr= Fr= P= f=0.579800.1=400N上式： f尾顶夹紧力；其余符号同上。惯性负载横向工作部件的总质量 m=50KgFm=m x v/t=50 x 5.5/60x0.2N=22.9取23N阻力负载法向力 Fn=mg=23x10N=210N静摩擦力 Ffs=fs x Fn=0.2 x 230=45N动摩擦力 Ffd=fdx Fn=0.1 x 230=41N由此得出纵向缸在各个阶段的负载启动：F= fs x Fn=54N加速：F=fd x Fn+mxv/t+f=468N快进：F=fd x Fn=23N工进：F=fd x Fn+f=610N快退：F= fd x Fn=41N7.2 确定液压元件主要参数1 .液压缸的输出速度计算(1) 单杆活塞式液压缸活塞外伸时的速度V1=60Q/A1式中 V1-活塞的外伸速度m/minQ-进入液压缸的流量m3/sA1-活塞的作用面积m2A1=11.3110-3 m2Q=q.n/60式中 q -泵的排量m3/r；2.5210ml/rn-泵的转速r/min；14502970r/minQ=q.n/60=4010-62970/60=0.002m3/sV1=60Q/A1=600.002 / (11.3110-3)=10.61m/min(2) 单杆活塞式液压缸活塞缩入时的速度V2=60Q/A2式中 V2-活塞的缩入速度m/min；Q-进入液压缸的流量m3/s；A2-液压缸有杆腔作用面积m2A2=3.14 (0.12-0.072)/4=0.0006m2V2=60Q/A2=60*0.005/0.004=50m/min2.1.3 液压缸的作用时间液压缸的作用时间t为： t=V/Q=AS/Q 式中 t-液压缸的作用时间s； V-液压缸的容积m3； A-液压缸的作用面积m2活塞杆伸出时 A=0.00131.1 m2活塞杆缩入时 A=0.000737 m2 S-液压缸的行程m；Q-进入或流出液压缸的流量m3/rS=630mm Q=0.005m3/rt1=0.007850,63/0.005=1st2=0.004 0.63/0.005=0.5 s根据径向液压缸的最大负载为8190N，轴向液压缸的最大负载为138N、尾顶液压缸最大负载为468N。由液压元件产品样本查得，型号速比1:46最大行程缸径活塞杆直径推力拉力径向液压缸HSG01-90/dE9050101797036300轴向液压缸HSG01-50/dE502831401856300尾顶液压缸HSG01-80/dE8040804254983502. 液压泵液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为1.0Mpa，如取进油路的压力损失为0.2Mpa，为使压力继电器能可靠的工作，取其调整压力高出系统最大压力0.2Mpa，则液压泵的工作压力为Pp=（1+0.2+0.2）Mpa=1.4Mpa。液压泵应向液压缸提供的最大流量为27L/min，因系统比较简单，取泄露系数KL=1.05，则液压泵的实际流量为qp=1.05x27=28.35/min。由于溢流阀的最小稳定流量为3L/min，而工进时输入液压缸的流量为0.5L/min，所以液压泵的流量规格最少应为3.5L/min。根据以上压力和流量数值查阅产品样本，最后确定选取叶片液压泵，其排量为，当液压泵的转速np=940r/min时该液压的理论流量为30.08L/min，若取液压泵的容积效率v=0.9，则液压泵的实际输出流量为qp=（26x940x0.9/1000）L/min=2.1996L/min由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为2Mpa，流量为21.996L/min，取液压泵的总效率为v=0.75，则液压泵驱动电机所须的功率为P=Ppxqp/p=2x21.996/60x0.75KW=0.98KW根据此数值查阅电动机产品样本选取Y100L-6型电动机，其额定功率为Pn=1.5KW，额定转速为Nn=940r/min。7.3 确定液压系统方案及拟订液压系统原理图 1. 确定液压系统方案由于该机床是固定式机械，且不存在外负载对系统做功的工况，这台机床的液压系统效率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，次液压系统采用节流调速方式和开式循环。现采用回油节流调速回路，为解决加工完毕工作台前冲问题，回油路上加背压阀。在这个液压系统的工作循环内，液压缸要求油源交替的提供低压大流量和高压小流量的油液。最大流量约为最小流量的55倍，而快进和快退所需的时间分别为t1=l1/v1+l3/v3=（60x70/5.5x1000+60x90/5.5x10000）s = 0.76+2.07=4.3 st2=l2/v2=60x18/0.053x1000s = 2.25s即t2/t1=6.55，因此，从提高系统效率，节省能源的角度考虑，采用单个的定量泵作为油源显然是不合理的，可采用两个定量泵并联或采用一个变量泵，本次设计采用一个变量泵。2. 选择基本回路由于不存在负载对系统作功的工况，也不存在负载制动过程，故不需设置平衡及制动回路，但必须有调速回路、液压锁、增压油路、卸荷回路等。1. 选择快速运动和换向回路后，采用单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动，本系统采用下图连接形式：2.在控制轴向系统回路是用到了液压锁是为了在调整好旋压头的轴向位置后，防止在进给加工中旋压头的轴向位置发生变化，因而影响加工精度。3.选择调压和卸荷回路油源中有溢流阀调定压力，因此调压问题已在油源中解决，无须另外再设置回路，而且，系统采用进油节流调速，故溢流阀常开，即使滑台被卡住，系统压力也不会超过溢流阀的调定值，所以，又起安全作用。3. 阀类元件及辅助元件根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些液压元件的型号和规格，如下表：序号元件名称型号1三位五通电磁换向阀5WE5E30/W220-502调速阀2FRM10-20/253单向阀DIF-L 20 H 14节流阀LA-H 20 L5增压缸6二位二通阀2WE5E20/W220-507溢流阀YF-L20 H8流量计VC400/0.01-0.39三位五通液控换向阀7.4 将液压回路综合成液压系统把上面选出的各种液压回路组合画在一起，就可以得到一张图，如下：7.5 液压辅助元件1.油管在液压传动润滑系统的管道常用的管子有钢管、胶管、尼龙管和塑料管等。钢管的通径、外径及推荐流量由表34-1查得，选自机电液设计手册。按YB231-70选用内径20mm，外径28mm的20号冷拔无缝钢管。管接头连接螺纹M27x2，管子壁厚4mm2.油箱油箱容积按公式V=qP计算式中qp-液压泵的额定流量，单位为L/min；-与液压有关的经验数据，按低压选取=2-4则V=qP=3x28.35L=80.05L按GB2876-81规定，取最靠近的标准值V=90L。7.6 验算液压系统性能1.验算系统压力损失由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能先按公式p=p1+（p2xA2/A1）估算式中p1-系统进油路的总压力损失 p1=p1+p1+p1vp1-进油路的沿途损失p1-进油路总的局部损失p1v-进油路上阀的损失待设计好管路布局后，加上管路的沿程损失和局部损失即可压力损失的验算按一个工作循环中不同阶段分别进行。经验算，合乎要求。（验算过程略）2.验算油液温升工进在整个工作循环过程中所占的时间比例达95%。所以系统发热和油液温升可按工进时的工况来计算。为简便起见。本次设计采用“系统的发热功率计算方法之二”来进行计算。工进时液压缸的有效功率为Pe=FV2=3302X0.053/103x60kw=0.0029kw液压泵通过顺序阀的流量为q2=22L/MIN 查手册得得该阀在流量为qn=63L/min时的压力损失为n=0.3mpa故此阀在工进时的压力损失为P=PnX(q2/qn)2则输入功率Pp=Pq/p=（0.037x106x22/60x10-3）/0.75X103=0.018KW根据公式 P= Pp-Pe=0.018-0.0029=0.015KW 根据公式A=6.53V2 可算出油箱的散热面积为A=6.53902=6.5x20.08M2=1.31M2查表可知油箱的散热系数K=9W/（M2.C）则根据公式t=p/KAx103=0.037/9x1.31x103=3C第八章机床电气控制设计8.1 电气控制部件介绍本次设计的机床由底座、床身、床头箱、导轨、尾顶机构、旋压进给机构、液压站、电器柜等几部分组成。其中，动力头需要完成旋转运动，动力滑台完成进给运动。动力头部分是由电动机带动变速器完成旋转运动的。而动力滑台则是由电动机带动泵，将液压油的压力能转化为滑台的机械能，完成进给运动。一电气设备概述本机床的程序控制采用西门子S7-200可编程序控制器，即PLC，程序的选择可在电气操作的转换由要安装在机床上的行程开关进行控制。其中进给加工位移由流量阀来检测。1）电气控制的主电路部分设计本系统的主电路部分由三台电机组成，所有电机均采用直接启动，主轴电机由作为机床电源引入开关的三极空气断路气作为短路保护和长期过载保护，油泵电机及冷却电机也由各自的三极自动开关作短路保护及长期过载保护。机床的电源为三相50赫兹380伏交流电，通过自动空气短路器与车间电网相连接。2)电气控制的变压系统部分设计根据PLC输出端的特点，本系统共需以下四种电压：（1）作为PLC电源的交流220伏（2）线圈所需电源交流100伏（3）电磁铁所需电源直流24伏（4）原点指示灯所需电源交流6.3伏变压系统的左右两端均采用空气断路器作为短路保护及长期过载保护，其中直流24伏需要安装整流器。3)电气控制的部分设计（1）PLC应用概述可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC，早期也称为PLC(Programmaboe Logic Controller)，区别于个人计算机的“PC”（Personal Computer）。PLC是从60年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它将传统的控制技术和计算机控制技术、通信技术融为一体，以其显著的优点正被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。传统的继电器接触器控制虽具有其自身的特点，但其控制装置体积大，动作速度较慢，耗电较大，功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线和控制盘就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。（2）PLC的特点1可靠性高，抗干扰能力强。如日本三菱公司的F1、F2系列PLC的平均无故障时间长达30万小时，这是一般微机所不能比拟的。与继电器相比，采用PLC控制后，大量的开关动作由无触点的电子线路来完成，用软件程序代替了继电器见间的繁杂连线，既方便灵活，可靠性也大大提高了。2控制系统构成简单，通用性强PLC是一种存储程序的控制器，其输入和输出设备可直接连接在PLC的I/O端。即其输入端可接无源触点开关，其输出可直接驱动接触器和电磁阀等执行元件。当需要改变其控制系统的功能时，只需改变相应的软件程序，而不必改变PLC的硬件设备。3编程简单、使用、维护方便目前，大多数的PLC均采用与实际电路接线图非常接近的梯形图编程，这种编程语言形象直观，易于掌握。而且PLC具有故障检测、自诊断等功能，能及时地查出自身的故障并报警显示，使操作人员能迅速地检查、判断、排除故障，具有较强的在线编程能力，维护十分方便。4组合方便、功能强、应用范围广现代的PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、步进的功能，而且还能完成A/D、D/A转换、数学运算和数据处理以及通信联网、生产过程控制等。5体积小、重量轻、功耗低PLC的空载功耗约为1.2W，一台收录机大小的具有相当于三个1.8m高的继电器的功能。（3）PLC的分类PLC的产品很多，型号规格也不统一，通常可按以下三种情况分类：1按PLC的结构形成分类可分为大、中、小三个等级。2按PLC的I/O点数分类可分为整体式和模块式a.小型PLC I/O点数在256点以下为小型PLCb.中型PLC I/O点数在256点以上，2048点以下为中型PLCc.大型PLC I/O点数在2048点以上为大型PLC此外，有时将I/O点数在64点以下的称为微型超小型PLC。3按的功能分类按的功能不同，又可分为高、中、低档三种。（4）系统的组成是一为核心的电子系统，实际上就是一种工业控制用的专用计算机，它由硬件系统和软件系统两大部分组成的，一般小型的基本单元主要由、存储器、输入和输出模块、电源模块、扩展接口、外设接口以及编程器等部分组成，的软件系统也包括系统程序和用户程序。二系列简介系列的基本单于油种：扩展单元右种中的各种编程元件（软继电器）的功能是相互独立的，它们菌用字母来表示，如表示输入继电器；表示输出继电器；表示定时器；表示计数器；表示输出继电器；表示状态器等。每一个编程元件则由上述字母合位8进制数字编码表示，其取值范围由具体的机型不同而异。82控制过程分析和设备的选用一对控制对象分析本次设计主要是通过加工的自动化来代替人机械式的劳动。控制方式分手动和自动两种，下面描述一下自动控制的全过程1. 首先开启机床总电源；2. 按启动按钮启动机床主轴电机及液压泵和冷却液泵；3. 按循环开始按钮，电磁电器YA6得电，尾顶快速前进；4. 当走到光电传感器SQ1的位置时继电器YA5得电尾顶工进；5. 在进油路压力达到一定值后压力继电器YJ1得电尾顶停止进给，同时电磁离合器2断开，电磁离合器1得电，主轴开始转动，径向液压缸也开始动作，旋压头正向进给。6. 当径向液压缸进油路达到一定压力时压力继电器YJ2得电，计数器开始计数。7. 当记到10后PLC发出信号旋压头开始退回，同时计时器T10计时，三秒后旋压进给头停止退回，同时电磁离合器1断开，电磁离合器2闭合，定时器T11开始计时。8. T11计到一秒钟后尾顶开始快速后退，当移动铁进入光电传感器SQ2时尾顶停止后退工作循环指示灯亮，一次加工循环完成。二选用和确定设备根据上述对控制对象的分析，本机床所选择的设备为西门子的PLC型号为S7200这个型号是西门子PLC中最基础的一种，5.4.3选择的型号及点数的分析机型选择的基本原则是，在功能满足的前提下，保证可靠、维护使用方便，以获得最佳的性能价格比。的型号种类很多，在选用时还需考虑以下问题。（1）选用规模适当的输入、输出点数是衡量规模大小的重要指标。因此，在选用是，首先要确保有足够的点数，并留有一定的余地，一般考虑10%15%的备用量。另外，如果只是为了实现单机自动化或机电一体化产品，可选用小型；若控制系统较大，点数较多，被控制设备较分散，则可选用大、中型。（2）的容量要满足用户要求用户程序所需内存容量一般与开关量输入输出点数、

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