




免费预览已结束,剩余47页可下载查看
下载本文档
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
*大学毕业设计(论文)内容提要气动传动作为一种易于推广普及的实现工业自动化的应用技术,其气源容易获得,环境污染小,工作速度快,动作频率高,工程容易实现,而PLC是一种功能强,编程简单、可靠性高的自动化控制产品,二者在工业生产上都得到了广泛的应用。正是基于以上考虑,为提高生产效率,提高自动化程度,现设计一台基于PLC的全自动气动钻床,该机床能对工件进行快速定位,夹紧及钻削加工。本文主要是通过应用机床设计的一般方法对传统机床的机构和控制系统进行设计及改进。设计的主要内容是普通台式钻床传动系统的改进、送料夹紧系统设计、进给系统的设计、PLC控制系统的设计和钻床的结构设计等方面,其中重点在于进给系统、进给系统气压缸的设计和PLC控制系统的设计。气压系统的设计主要是解决主轴高速旋转与轴向进给两个自由度的实现;PLC控制系统的设计主要是通过应用PLC控制程序来实现对气压回路的动作控制及钻床加工过程的动作设计。SummaryAs a popular industrial automation technology, the pneumatic drive is easy to spread with advantage easy access to the gas sourse,low environmental pollution,high working speed, high movement frequency and high engineering feasibility. Because PLC is a automation and control products with high function, simple programming and high reliability .Both of them have been widely used in industrial production. It is based on the above considerations,here I am to disign a fully automatic pneumatic drilling machine that based on PLC which can quickly locate,clamp and drill on the the workpiece in order to improve the production efficiency and the degree of automation.This paper is mainly to design and improve the institution of traditional machine tools and control systems through general application of machine tool designing. The main content of the design is ordinary desktop drill transmission system improvement, feeding clamping system design, the feed system design, PLC control system design and structural design of drilling machine, etc. Of which mainly lies in the feeding system, feed system of pneumatic cylinder design and PLC control system design. Pneumatic system is designed to solve the freedom realization of spindle high-speed and axial. The PLC controlling system is mainly designed to realize the action control of the pneumatic circuit and the action design of drilling process though the application of the PLC control program.48 *大学毕业设计(论文)目 录摘 要ABSTRACT1 绪论11.1 钻床的概述11.2 现代制造业的发展状况11.3 传统钻床的改进方法21.4 本课题设计的内容及目标32 全自动钻床的总体方案设计42.1 自动钻床加工的工件及设计要求42.2 自动钻床的工艺路线分析与确定52.3 执行系统的方案设计52.4 传动系统的方案设计62.5 送料夹紧系统的方案设计72.6 控制系统的方案设计72.7 钻床总体布局设计83 自动钻床气动系统的设计93.1 采用气动自动化的经济效果93.2 钻床气动系统的动作分析及结构设计103.3 自动钻床进给系统的设计123.4 自动钻床传动系统的设计193.5 自动钻床送料夹紧系统的设计213.6 自动钻床控制元件的选择253.7 气源装置及气动辅助元件的选择263.8 钻床的气动回路设计294 钻床的PLC控制系统设计314.1 PLC概述314.2 PLC在顺序控制中的应用314.3 用PLC控制气动钻床的优点314.4 PLC的控制系统设计内容324.5 PLC的硬件系统设计324.6 PLC的软件系统设计354.7 PLC控制程序的调试42结 论45参考文献46致 谢471 绪论1.1 钻床的概述钻床是指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动,钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单,加工精度相对较低,可钻通孔、盲孔,更换特殊刀具,可扩、锪孔,铰孔或进行攻丝等加工。加工过程中工件不动,让刀具移动,将刀具中心对正孔中心,并使刀具转动(主运动)。根据其用途和结构主要分为以下几类:立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、深孔钻床等。1.2 现代制造业的发展状况金属切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法,是机械制造行业中最基本的加工方法,金属切削加工过程是由金属切削机床来实现的。金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器。在现代机械制造行业中,随着加工零件方式的多样性以及工艺合理化的发展的要求,加工零件的方法也呈现出多样化,在这其中机床切削加工的工作量约占总制造量的40%-60%(其中钻床约占11.2%),所以在目前的机械制造业中金属切削加工机床是主要的加工设备。而机床的技术性能又直接影响着机械制造业的产品质量和劳动生产率。我国机床工业自1949年建立以来,虽然在短短的时间内取得了很大的成就,但与世界先进水平相比还有较大的差距。就现状看,主要表现在:我国机床工业起步晚、制造技术不成熟;大部分高精度和超精度的机床性能不能满足需求,精度保持也差,特别是数控机床的产量、技术水平和质量等方面都明显落后。目前我国数控机床基本上是中等规格的车床、铣床和加工中心等,而精密、大型、重型或小型数控机床还远远不能满足要求。另外我国的机床在制造的技术水平和性能上与外国的差距也很明显,机床理论和应用技术的研究也明显落后。所以我们要不断学习和引进外国先进科学技术,大力发展研究,推动我国机床工业的发展。由以上现状分析我们可以看出,在机床加工中钻床的加工工作量在总制造工作量中占很大的比重。钻床为孔加工机床,长期以来我国的机械机械制造业中孔类加工多数由传统钻床来完成,但是传统的钻床在大批量生产时存在许多的不足之处:(1)自动化程度低;(2)工人劳动效率低,工作环境恶劣;(3)占用的人力较多,操作固定不变易出错;(4)精度低,工件装夹浪费时间;(5)加工的产品质量低。针对以上的传统钻床的不足之处以及生产中存在的问题,我们有必要对传统钻床进行自动化的改进。通过对传统钻床手动的进给系统、夹紧系统及人工送料系统的改进和设计,从而提高产品质量和生产效率,实现自动化,降低劳动强度及工作量。1.3 传统钻床的改进方法当前传统钻床问题的存在主要在于自动化程度、生产效率、工作环境及产品质量。在生产过程中,手动的操作、繁琐的装夹、大量生产力的投入和单一的生产流程导致了钻床加工的自动化程度低、生产效率低、工作环境恶劣和产品质量不高,因此,我们要解决的问题在于如何让实现钻床加工的自动化、减少生产力的投入和与其它工艺流程相结合,同时也要考虑经济问题。 为了解决问题和便于设计改造,我们将钻床分为传动系统、进给系统、夹紧系统、送料系统和控制系统五部分,下面分别对各部分的问题提出解决方案:(1)传动系统:为满足改进后的加工及工作要求,在作出相应的计算后对传动系统进行改进和调整。(2)进给系统:传统的钻床主轴进给系统主要由主轴、主轴套筒、主轴套筒镶套、齿轮齿条和轴承等组成。主轴在加工时即要作旋转运动,也要作轴向的进给运动。机床主轴被装置在主轴套筒内,套筒放置在主轴箱体孔的镶套内,主轴上侧由花键连接。机床加工时,旋转运动由花键传入,而进给运动则由齿轮通过齿条带动套筒在镶套内运动。为了实现自动化控制的要求,主轴进给机构改进主要有:主轴旋转依然由电动机传入,而进给由气压传动替代手动的齿条传动,通过气压控制系统来实现进给动作。(3)夹紧系统:传统钻床的夹紧主要是手工操作,由夹具夹紧工件。为了便于实现自动化控制,工件夹紧由夹具完成,动力源由夹紧气压缸导入,通过气压控制系统来实现夹紧动作的自动化。(4)送料系统:在生产过程中,钻床的送料主要由人工输入,这使得投入了大量的生产力,消耗了大量的工时,使的生产率不高,为此我们通过导入自动送料系统来减少生产力的投入和工时的消耗。自动送料系统机构传动要根据生产的需求作出相应的设计需求,动力源可由电机或气压系统传入,二者均可实现自动化控制。(5)控制系统:当前机床控制系统主要由计算机数控、继电器电气控制和PLC控制等,由于继电器电气控制系统,其联动关系复杂,维修困难,故障率高,经常影响正常生产,计算机数控造价高、系统复杂,而PLC控制系统可靠性好、造价低、抗干能力强、柔性好、编程简单、使用方便、扩充灵活、功能完善,所以我们利用PLC控制技术来实现对进给系统、夹紧系统、送料系统的气压系统的控制1.4 本课题设计的内容及目标本文主要是通过应用机床设计的一般方法对传统机床的机构和控制系统进行设计及改进。设计的主要内容是普通台式钻床传动系统的改进、送料夹紧系统设计、进给系统的设计、PLC控制系统的设计和钻床的结构设计等方面,其中重点在于进给系统、进给系统气压缸的设计和PLC控制系统的设计。气压系统的设计主要是解决主轴高速旋转与轴向进给两个自由度的实现;进给系统气压缸的设计、气压缸与主轴的配合和气压缸回路控制;PLC控制系统的设计主要是通过应用PLC控制程序来实现对气压回路的动作控制及钻床加工过程的动作设计。通过对传统钻床的改进与设计,要达到的目标在于通过改进钻床能够实现工作自动化,最终能满足以下要求:(1)能实现自动化连续生产,改善产品加工质量,提高生产效率;(2)降低工作人员劳动强度和工作量;(3)钻床系统能工作平稳,满足工作要求;(4)经济因素合理。2 全自动钻床的总体方案设计总体方案设计的构思和方案的拟定关系到产品的功能是否齐全、性能是否优良、经济效益是否显著,因此我们要确定良好的总体方案设计思想,保证产品的功能、经济效益和实用性能。2.1 自动钻床加工的工件及设计要求本文对普通台式钻床的自动化改造及设计是以加工一个14(钻床最大钻削直径)的偏心孔线的自动化改造为背景。如图1所示工件,大批量生产。本工序钻削工件上的一个14的偏心孔,工件材料为Q235,为了实现自动化加工、提高生产效率、降低劳动强度,现设计一台全自动专用钻床,只要将工件堆积在料斗里,一按开关就可重复自动完成从送料到加工结束的全过程。 图2.1 钻床加工的工件改造后的全自动钻床应满足以下设计要求:(1)满足自动连续生产,且生产率为3个/分钟;(2)自动化改造应是机械、电子和气压的有机结合;(3)传动系统设计应包括切削力计算、电动机的选择、传动装置设计、床身结构设计等;(4)设计重点为钻床气动进给系统之进给气缸设计;(5)自动控制系统应以PLC与手动相结合的方式实现。2.2 自动钻床的工艺路线分析与确定与传统的台式钻床的加工工艺路线相比较,改造后的全自动钻床基本动作有很大的调整,这其中主要是导入了自动化加工动作。结合设计及生产要求,确定工艺路线如下:启动(电源及控制模块)自动送料自动夹紧主轴快进主轴工进主轴停留主轴快退夹具松开出料2.3 执行系统的方案设计执行系统是机械系统中的重要组成部分,直接完成机械系统预期工作任务。因此执行系统的方案设计是机械系统设计总体方案设计的核心,是整个机械设计的基础。本文自动钻床的执行系统主要包括:钻头加工和进给气压缸驱动进给。2.3.1 执行系统的功能原理设计功能原理设计决定产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构型式、制造成本等。因此在进行钻床的功能设计时,应该考虑钻床功能的可行性、先进性和经济性。普通台式钻床的改造主要是实现自动化功能。改造后全自动钻床能实现自动化连续生产,提高了生产率,符合实际的生产要求,适应了现代机械加工工业的发展要求。2.3.2 执行系统的运动规律本文设计的重点在于钻床气压进给系统及进给气缸的设计,也就是用气压缸驱动来代替手动进给。根据设计,要分析的运动规律包括钻削运动和进给气压缸驱动进给运动。钻头加工运动包括旋转切削运动和钻头直线进给运动。进给气压缸驱动进给运动要完成驱动主轴进给,为直线运动。钻床执行系统的运动规律如下图示:图2.2 自动钻床运动规律简图2.3.3 执行系统的形式设计 在进行执行系统的形式设计时,应遵循以下原则:满足执行机构的工艺动作和运动要求、尽量简化和缩短运动链、尽量减少机构尺寸、选择合理的运动副形式、考虑动力源的形式、使执行系统具有良好的传力和动力特性、使机械具有调节某些运动参数的能力和保证机械的安全运转。 考虑以上设计原则,在实现钻头的旋转切削运动时,动力源与主轴之间的执行机构应该选择带轮传动;在实现钻头的直线进给运动时,应该选择能够往复运动的气压缸。 2.3.4 执行系统的协调设计 执行系统的协调原则:满足各执行机构动作先后的顺序性要求、满足各执行机构动作在时间上的同步性要求、满足各执行机构在空间布置上的协调要求、满足个执行机构在操作上的协调性要求、各执行机构的动作安排要有利于提高劳动生产率、各执行机构的布置要有利于系统的能量协调和效率的提高。2.4 传动系统的方案设计2.4.1 原动机的选择 由自动钻床执行部件的运动规律可以确定原动机。主轴旋转运动的原动机选电动机,进给气压缸原动力选择电动机驱动空气压缩机。2.4.2 传动系统方案设计 全自动钻床的总传动比的确定要建立在计算切削力和传动效率的基础上,当确定自动钻床的工作效率后,查表选择电动机,对照钻床的工作参数确定总的系统传动比。 根据以上分析,确定传动系统的运动简图如下:图2.3 传动系统运动简图2.5 送料夹紧系统的方案设计为了实现自动化,提高生产率,工件的移动与夹紧必须各自设计单独系统来完成。在生产过程中,钻床的送料主要由人工输入,这使得投入了大量的生产力,消耗了大量的工时,生产率不高,为此应该通过导入自动送料系统来减少生产力的投入和工时的消耗。自动送料系统机构传动要根据生产的需求作出相应的设计需求,动力源可由气压系统传入。工件在料仓靠重力落下,送料缸的活塞杆伸出,推动工件向右运动实现工件的定位。而为了保证钻床加工孔的尺寸精度和位置要求,在批量生产中一般都采用钻床夹具装夹工件,动力源可由夹紧气压缸导入,通过气压控制系统来实现夹紧动的自动化。2.6 控制系统的方案设计综合考虑全自动钻床的改造要求、功能要求、控制要求及经济因素,控制系统采用PLC与手动相结合的方法进行控制。PLC即可编程控制器,它是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物,进过30多年的发展,可编程控制器已成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。PLC不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求,同时也照顾到操作维修人员的技能和习惯,摒弃了微机常用的计算机编程语言,独具风格地使用以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构,使用户编制的程序清晰直观、调试和查错容易,且编程方便易学。结合PLC的特点可以得出在控制系统方案设计时选择PLC作为主要的控制方式,另外根据实际的工作要求,配合适当的手动控制元件。 图2.4 钻床自动化改造检测及控制功能框图2.7 钻床总体布局设计机床总布局的设计任务是解决机床各部件间的相对运动和位置关系,并使机床具有一个协调完美的造型。工件的形状、尺寸及重量,很大程度上左右着机床的布局形式。全自动气动钻床在普通钻床的原有机构的基础上导入了气压装置,主轴箱要做动。3 自动钻床气动系统的设计3.1 采用气动自动化的经济效果用气动自动化控制技术实现生产过程自动化,是工业自动化的一种重要技术手段,是一种低成本的自动化技术。所谓低成本自动化技术是指将人工操作改为自动化操作后,对于单位产品的投资较低,即降低生产成本。一种情况是,在已有的人工操作基础上,投入少量资金,用标准 规格的气动元件或装置,将其改装为自动或半自动机械。另一种情况是,采用各种标准规格的气动元件或装置构成自动化系统后,虽然前期的设备投资较大,但因生产效率提高,因而每个产品的成本亦大为降低。无论何种情况,气动自动化的快速、安全、可靠、低成本等特点已为现代化生产所认识,并被广泛应用。因此采用气动自动化可以获得如下的经济效果:1) 提高生产效率,增加产量,提高产品附加值;2) 减少产品的废品率,降低产品成本,改进产品品质;3) 提高管理的正确性;4) 提高生产设备的利用率,提高材料的使用率,减少损耗;5) 减轻熟练技工的需求,减少员工的培训时间,节省费用;为了更好地发挥气动自动化的作用,表3.1给出了各种控制方式的比较。表3.1 气压传动与其它传动的性能比较类型操作力动作快慢环境要求构造负载变化影响操作距离无极调速工作寿命维护价格气压传动中等较快适应性号简单较大中距离较好长一般便宜液压传动最大较慢不怕振动复杂有一些短距离良好一般要求高稍贵电子传动中等快要求高稍复杂几乎没有远距离良好较短要求较高稍贵电气传动最小最快要求特高最复杂没有远距离良好短要求更高最贵机械传动较大一般一般一般没有短距离较困难一般简单一般(资料来源:陈利群:液压传动与气动技术,中国劳动社会保障出版社,2006)13.2 钻床气动系统的动作分析及结构设计本文课题中的气动钻床气压传动系统,是利用气压传动来实现进给运动和送料、夹紧等辅助动作。根据该钻床的设计要求,送料、夹紧以及钻削分别由三个不同的气缸来控制。它的结构主要是工作台、原料架、送料缸、夹紧缸、钻削缸等部分组成,如图3.1所示。图3.1 自动钻床加结构原理图图中这三个气缸的动作有严格的顺序关系,其动作顺序如下:起动按钮送料缸进送料缸初始退钻削缸快进送料缸全退同时夹紧缸进延时停留钻削缸工进夹紧缸退其实该气压传动系统就是一个多气缸顺序动作控制的回路。它的工作原理:工件在料仓靠重力落下,送料缸的活塞杆伸出,推动工件向右运动实现工件的定位,工件定位好后,夹紧缸的活塞杆伸出,夹紧工件,随后钻削缸的活塞杆带动非刀具向下进给,进行钻削加工。如果料仓内无工件,则系统必须停止在起始位置,并互锁以防止再启动;当操作中出现紧急情况,按下复位按钮后,所有气缸无论在什么位置,均立即回到起始位置;按下停止按钮,则在当前位置停止工作,再按一下,则继续当前的动作。3.3 自动钻床进给系统的设计3.3.1 钻床进给系统结构设计传统的台式钻床主轴进给系统主要由主轴、主轴套筒、主轴套筒镶套、齿轮齿条和轴承等组成。主轴在加工时即要作旋转运动,也要作轴向的进给运动。机床主轴被装置在主轴套筒内,套筒放置在主轴箱体孔的镶套内,主轴上侧由花键连接。机床加工时,旋转运动由花键传入,而进给运动则由齿轮通过齿条带动套筒在镶套内运动。如图3.2所示。1-主轴套筒镶套 2-推力球轴承 3-主轴套筒 4-主轴5-深沟球轴承 6-齿轮齿条手动进给系统 7-主轴箱图3.2 普通台式钻床进给系统简图全自动钻床是在原有台式钻床的结构基础上进行改造设计的,所以根据普通台式钻床的进给系统的特点,综合考虑本文设计要求,改造后自动钻床的工作条件和气压缸工作特性,确定自动钻床的进给系统如图3.3所示。由于气缸的活塞杆不宜作高速的旋转运动,因此主轴采用套装结构:主轴由轴承支承在活塞杆内作旋转运动,活塞和活塞杆由气压驱动完成进给运动。1-锁紧螺母 2-垫圈 3-气压缸盖 4-深沟球轴承 5-垫圈 6-推力球轴承 7-主轴 8-活塞杆 9-气压缸筒 图3.3 自动钻床的进给系统结构简图3.3.2 工况的分析根据设计要求可知,生产工件时,要求生产率为3个/分钟,即要求在20S内完成一个工件的送料、夹紧、钻削加工和出料。已知工件的材料为Q235,工件厚度大约为10mm,查机械工程材料实用手册可知,Q235为碳素结构钢,其韧性好,有一定的强度和伸长率,在一般机械制造中应用广泛,是一般机械制造中的主要材料,其切削加工性能较好2。钻削直径为14mm的孔,钻削行程(孔的深度)L=10mm,由此可确定钻床主轴行程为100 mm,也就是气压缸的行程为100mm。在钻床的切削加工过程中,钻床主轴主要受到切削扭矩和轴向进给力的作用。所以钻床主轴为仅受扭矩作用的轴类。主轴进给气压缸在工件中受到的作用力分为三个阶段分析。在主轴快进工序中,气缸受到钻床主轴组件重力和气压缸系统的摩擦力作用;在主轴工进工序中,气缸受到钻床主轴组件的重力、轴向切削力和气压缸系统的摩擦力作用;在主轴快退阶段,气压缸受到主轴组件的重力、退刀阻力和气压缸系统摩擦力。因此,在进给气压缸的设计时,要以最大受力为设计标准。3.3.3 切削力的计算(1) 切削刀具及相关参数的选择 目前在钻孔加工中,由于高速钢麻花钻采用物理沉积法TiN涂层处理后,其耐用度和钻孔精度有了较大提高,所以该钻头应用广泛。所以,在本文的钻削加工中选择高速麻花钻头。查金属切削手册选择标准圆柱锥柄麻花钻中等长度第一系列,刀具直径为14mm,钻孔与主轴用莫氏锥孔连接,莫氏锥孔为1号莫氏锥孔3。由于被加工的材料为Q235,其切削性能较好,所以查金属切削手册选择加工时的进给量f=0.2mm/r和对应的切削速度V=32m/min3(2) 主轴转速及钻孔时间的计算 根据工件材料查金属切削手册由切削速度计算公式可得主轴在工艺长期稳定时的固定转速n的计算公式如下: (3.1)式中,v-选定的切削速度(m/min) d-刀具或工件的直径(mm)3将V=32m/min,d=14mm代入公式中,计算得出n=728r/min查金属切削手册,钻孔时间T的计算公式为: (3.2)式中,l-被钻孔的厚度(mm) f-切削进给量(mm/r) d-刀具或工件的直径(mm) n-主轴固定转速(r/min) 将l=10mm,f=0.2mm/r,d=14mm,n=728r/min代入公式中,计算得出T=6.3s由此,确定一个工件的加工工时为:送料1s,工件夹紧2s,快进2s,工进7s,主轴停留2s,快退2s,出料1s,加工一个工件用时17s,达到了加工效率的要求。(3) 切削力的计算 钻床切削力的计算包括钻床主轴转矩计算和主轴轴向切削力的计算。由于加工材料为Q235钢,抗拉强度,其属于结构碳素钢,钻头为高速钢麻花钻,加工方式为钻孔,所以查机械加工工艺手册得钻床转矩、轴向切削力计算公式如下: (3.3) (3.4)查机械加工工艺手册表1.6-8可知:; 4将这些代入式中可得: , 3.3.4 主轴的设计(1) 轴径的计算综合考虑,钻床主轴材料选用45号钢,经调质处理后HB达到240左右,由金属切削原理可知,主轴切削功率的计算公式为: (3.5)将代入,可得。考虑到轴承传动功率(查的为0.99)和花键传动效率(查的为0.98),所以可计算出钻床主轴要传递的功率为: (3.6)由上可知钻床主轴为仅受转矩作用的轴类。查机械设计得钻床最小直径的计算公式如下: (3.7)查机械设计表15-3,取A=1405,于是。由计算结果可知,钻床主轴的最小直径为16mm,根据主轴结构要求,现选自动钻床前轴颈直径为40mm,后轴颈的直径为35mm。(2) 轴的结构设计由图3-3进给系统结构简图可知,钻床主轴上主要安装一对深沟球轴承、一对推力球轴承、一个轴承挡环、一个锁紧螺栓和轴端的花键连接。根据钻床轴径选用轴承及花键的尺寸如下:表3.2 主轴零件的选用表主轴零件型号深沟球轴承滚动轴承6208推力球轴承滚动轴承51308花键(资料来源:罗圣国:机械设计课程设计手册第三版,高等教育出版社,2006)6根据主轴的行程,可确定钻床主轴的基本长度尺寸如图: 图3.4 钻床主轴基本尺寸简图限于篇幅,轴强度的校核在这里不再叙述。3.3.5 进给气缸的设计(1) 负载的分析一般情况下,做往复运动的气缸的负载由六部分组成,即工作阻力、摩擦力、惯性力、重力、密封阻力和背压力。负载分析中,暂不考虑回气腔的背压力,所以需要考虑:工作阻力(钻床轴向切削力)、系统摩擦阻力(在机械效率中考虑)、重力和惯性力。负载阻力即轴向切削力。系统摩擦阻力在机械效率中考虑,轴承传动效率0.99,花键传动效率0.98,气压传动效率取0.9。所以计算出整个系统的机械效率为:系统要克服的重力有钻床主轴重力和气缸活塞杆的重力。查机械设计手册钢材密度取7,主轴体积为: (3.8)所以主轴重力:(3.9)把d=40mm,=550mm,代入得.考虑到轴上零件和气缸活塞杆重力,现取整个系统要承受的重力G=200N.惯性力指运动部件在启动或制动过程中的惯性力,查液压气压速查手册得其计算公式为:8 (3.10)已知主轴系统的重力G=200N,根据工作要求,快进行程为70mm,工进行程为15mm,主轴快进快退速度为2.2m/min;工进速度为0.13m/min;加速、减速时间一般取t=0.2s,所以可得惯性力为:快进时,在不考虑背压情况下,主轴会在重力的作用下自动下移,且加速度大约为9.8m/s,因此气缸在快进时受到的最大作用力.工进时,气缸要克服工作阻力(主轴轴向切削力)和摩擦力,此时系统重力起动力作用。所以,为了设计的可行性,使得气压缸有足够的气压作用力,计算中取系统重力的一半代入式中得F=2258N.快退时,气缸要克服重力和摩擦力,所以,所以计算出此时F=233N.列出主轴系统各运动阶段的气压负载计算公式及大小如下表(由于惯性很小未列入加减速阶段的负载):表3.3 气缸各运动阶段负载表运动阶段计算公式负载大小(N)工件快进172工件工进2258工件快退233(资料来源:张利平:液压气动技术速查手册,化学工业出版社,2006.)8(2) 进给气缸的选择气压缸的工作压力较低(通常不超过1MPa),根据钻床的工作条件和加工要求,初选气压缸的工作压力为0.7Mpa。根据设计的要求和钻床主轴的运动规律,选择双活塞杆气缸,活塞杆为中空杆,便于主轴穿过。活塞杆两端装有轴承,以固定主轴。双杆活塞缸的活塞杆两侧都可伸出,根据工件需要,选用活塞缸采用缸筒固定式。缸筒固定式双杆活塞缸缸筒如下:图3.5 缸筒固定式双杆活塞缸缸筒由于气缸的往复频率较高,为了防止气缸活塞在行程终端撞击缸盖,应选择缓冲气缸。同时为了控制气缸到达行程终点时发出相应的信号来完成预定的动作,气缸可采用磁性开关来检测控制气缸的工作行程。它是一种有源传感器,工作原理是基于材料的压磁效应。由表3-2主轴零件选用表可知,活塞杆两端要装轴承。深沟球轴承选用滚动轴承6208,其外径为80mm,查机械设计手册.气压传动与控制表24.2-5活塞杆直系列表,活塞杆直径选用d=100mm。由表3.2选择气缸的负载F=2258N,查液压气动速查手册选用气缸负载率8由液压气动速查手册表12-2中的公式:8 (3.11)可得F=135mm。根据表机械设计手册.气压传动与控制表24.2-4选用缸径D=140mm,行程为100mm的气缸。又缸筒材料选择为20钢管,由液压气动速查手册表12-2查壁厚计算公式为: (3.12)把D=140mm,代入式中,得1.2mm。考虑到机械加工,缸筒两端要安装缸盖等需要,并参考气压传动与控制表24.2.7,取气缸的壁厚为9。3.4 自动钻床传动系统的设计3.4.1 主轴传动系统的分析由上可知,主轴传动系统的设计主要包括带轮传动、主轴花键传动和气压传动系统设计。气压传动系统设计已详细介绍了,这里主要是带轮传动和主轴花键传动的设计。主轴花键传动主要是满足主轴在高速旋转的同时还能够做轴向的进给运动,在主轴的花键设计中主要是根据主轴的轴径大小来选择花键的尺寸。主轴系统带轮传动可实现过载保护,设计包括V带的选择和带轮尺寸的设计3.4.2 主轴花键的设计花键联接,由带有多个键齿的轴和毂孔组成,齿侧面为工作面,可用于静联接和动联接。与键联接相比,花键联接有更高的承载能力,较好的定心性和导向性,可实现滑动联接,对轴的削弱也较小。设计中轴上花键主要传递转矩,并起到轴端的导向定心作用。由表3-2主轴零件的选取,可知选用的花键规格为:()()。由主轴的行程为100mm,选用花键的长度为140mm。3.4.3 主轴电机的选择由上知切削功率为, 由于花键要与带轮固定在机架上,取轴承传动效率为0.99,花键的传动效率为0.98和V带的传动效率为0.96,所以可计算出电动机要传动的最小功率P为: (3.13)可得P=1.19KW。查机械设计课程设计手册选择电机型号为:Y90L-4。其额定功率为1.5KW,满载转速为1400r/min。3.4.4 V带传动设计(1) 确定计算功率V带传动的计算功率为: (3.14) 式中:-工况系数,自动钻床一般为空载启动取为1.2 P-所需传动的额定功率,这里取电动机的额定功率为1.5KW。(2) 选择V带的带型计算出。同时根据n=1400r/min由机械设计图8-11选取普通V带的带型为Z型。(3) 确定带轮的基准直径并验算带速由表8-8取小带轮的基准直径为:。按机械设计式8-13带速 (3.15)代入得V=5.86m/s.因为5m/sV30m/s,故带速合适。带传动传动比取i=2,则大带轮的基准基准 :(4) 确定V轮的中心距和基准长度由,初定中心距为。由式 (3.16) 由表8-2选用。实际中心距 =300+(1000-977)/2 (3.17) =312mm(5) 验算小带轮上的包角 (3.18),在要求的范围内,包角合适。(6) 计算带的根数由5。根据n=1400r/min,i=2和Z型带,查机械设计表8-4b的5。查机械设计表8-5得5,于是 (3.19) =(0.34+0.03)*0.96*1.14=0.4kw计算V带的根数3.5 自动钻床送料夹紧系统的设计3.5.1 夹紧系统的设计(1) 气动夹紧机构的设计由于手动夹紧动作慢,劳动强度大,为克服其不足,根据要求设计一种结构简单,组装方便,制造简单,夹紧速度快,劳动强度低的适合盘类零件夹紧的气动夹紧装置。该气动夹紧装置,包括夹具体、支承座、气缸、活塞杆、垫板等,如下图所示。该气缸通过一连接座安装在夹具体上,活塞杆的端部连接一V型块,在气缸的往复运动作用下,活塞杆推动V型块压紧零件。图3.9 气动夹紧机构原理图(2) 负载的计算工件的夹紧装置采用V型块,根据夹具结构画出受力简图,如图所示,图3.6 受力简图根据理论力学分析进行计算,得出夹紧力: (3.20)其中f-摩擦系数,取0.2;-V型块夹角,本结构为;D-被夹工件直径,本工件直径为80mm。故计算出夹紧力:W=638N。考虑安全系数2.53,取为3。所以夹紧缸所承受负载:。(3) 夹紧缸的选择由于气缸的往复频率较高,为了防止气缸活塞在行程终端撞击缸盖,同时由于气缸双向运动,夹紧缸应选用双作用缓冲气缸。图3.7 双作用缓冲气缸的职能符号根据液压传动与气动技术公式9-3缸径: 1 (3.21)由,P=0.7Mpa。所以D=39mm。根据表9-8圆整,取D=50mm。因为d/D=0.20.3,所以活塞杆直径为d=1015mm。根据表9-9圆整取d=20mm。最后查液压气动速查手册选择广东肇庆方大气动有限公司生产的Dd=50mm20mm10A-5R系列气缸,行程为125mm,带有磁性开关,用于检测气缸行程位置。1-动作指示灯 2-保护电路 3-开关外壳 4-导线5-活塞 6-磁环(永久磁铁) 7-缸筒 8-舌簧开关图3.8 带磁性开关气缸的工作原理图3.5.2 送料系统的设计(1) 送料缸的受力计算送料缸在推进工件时,工件受料斗上面所堆积重量的压力而在所推进工件的上下两面产生磨擦阻力,每个工件的重量约为6N,最多堆积20个,故摩擦阻力为:故送料缸所受轴向力为摩擦阻力,由于力很小,所以将送料缸的运动近似认为空载运动。(2) 送料缸的选择由于气缸的往复频率较高,为了防止气缸活塞在行程终端撞击缸盖,同时由于气缸双向运动,夹紧缸应选用双作用缓冲气缸。我们选择。选择Dd=32mm10mm的10A-5R系列气缸,行程为125mm,也带有磁性开关,用于检测气缸行程位置。(3) 自动送料机构的设计该自动送料机构,应具有由动力源驱动而往复运动的推料器,该推料器位于料仓的底部,在顺序堆放工件的料仓底部的一端为出料口,另一端为进出口。该机构能够高效地向工位输送工件。在本文所设计的全自动钻床中,动力源为气缸,推料器为V型块,它与活塞杆相连接。而且,在料仓底部的推料器进出口外,设有推料器引导区。本机构的优点在于:结构简单但实用、高效并具有良好的可靠性;相对人工作业而言,更为安全。图3.9 自动送料机构的整体结构工作过程:在料仓底部的推料器进出口外,设有推料器引导区。工作时,经动力源(气缸)驱动,推料器(V型块)在料仓底部的出料口与推料器的进出口之间往复运动,从而将料仓底部最下面的一个工件推到工位。随着工件的推出,料仓内的工件顺序落下。3.6 自动钻床控制元件的选择根据钻床的工作行程过程,主控阀采用二位五通双电控先导式电磁阀(带手控),也可避免在动作过程中因突然断电造成的机械部件冲击损伤。电磁阀能够利用电信号对气流方向进行控制,使得气压传动系统实现电气控制。查机械设计手册气压传动与控制选用广东肇庆方大有限公司生产的型号规格为Q25D2C-15的换向阀。图3.10 二位五通双电控先导式电磁阀(带手动复位)的职能符号对于气缸的速度可通过设置单向节流阀来调节。当气流沿一个方向流动时,经过节流阀节流;反方向流动时,单向阀打开,不节流,单向节流阀常用于气缸的调速和延时回路。查机械设计手册气压传动与控制选用广东肇庆方大有限公司生产的型号规格为KLAL10的单向节流阀。 图3.11 单向节流阀的职能符号为了使气缸快速排气,加快气缸的运动速度可通过设置快速排气阀。快速排气阀常装在换向阀和气缸之间,并尽量靠近排气装置。它使气缸的排气不用通过换向阀而快速排气,从而加速了气缸往复运动速度,缩短了工作周期。查机械设计手册气压传动与控制选用广东肇庆方大有限公司生产的型号规格为KP-L10的快速排气阀7。 图3.12 快速排气阀的职能符号为了实现钻削缸快进和工进的换接,且保持换接平稳,在回路中设置二位二通行程阀。3.7 气源装置及气动辅助元件的选择3.7.1 辅助元件的选择(1) 消音器的选择在气压系统中,气缸等元件工作时,排气速度较高,气体体积急剧膨胀,会产生刺耳的噪声。为了降低噪声可以在排气口装消音器。在该系统中,选择山东威海气动元件厂生产的QXS-L6型吸音型消音器,它主要依靠吸音材料消音。其原理:当有压力气体通过消音罩时,气体受到阻力,声能量被部分吸收而转化为热能,从而降低噪音强度。查现代实用气动技术选用SMC中国有限公司生产的型号规格为AN00的消音器9。图3.13 AN00型消音器图形符号及实物图(2) 管件的选择管件是气动系统的动脉,用于连接各气动元件并通过它向各气动装置和控制点输送压缩空气。考虑到自动钻床的工作环境,管道选用无缝钢管。按各管径与气动元件通径相一致的原则,管道尺寸参照选用的气压元件接口尺寸决定。3.7.2 空气压缩机的选择查液压气动速查手册可知空气压缩机的输出压力可按下式计算: (3.22)式中:P-气动执行器的最高使用压力,为1.0Mpa;-气动系统总压力损失,取为0.2Mpa。气动系统的最大耗气量为: (3.23) 式中 表3.3 耗气量的计算 项 目计算结果参数值钻削缸压缩空气消耗量自由空气消耗量夹紧缸压缩空气消耗量自由空气消耗量送料缸压缩空气消耗量自由空气消耗量(资料:陈利群:液压传动与气动技术,中国劳动社会保障出版社,2006)1则可知:所以按供气压力,查机械设计手册气压传动与控制可选择长春空气压缩机厂生产的2V-0.225/14容积型的往复活塞式空气压缩机,其额定排气量为,额定排气压力1.4Mpa,驱动功率为2.2KW7。空压机的安置位置应尽量放在粉尘少、空气清洁、湿度小的地方且安装地基应坚固并有防振设施,一般要安装在专业的机房里。根据所选择的空气压缩机的规格,可已知空气压缩机需要的驱动功率2.2KW,查机械设计课程设计手册选用空气压缩机的驱动电机型号为:Y100L2-4。其额定功率为3KW,满载转速为1430r/min6。3.7.3 气源调节装置的选择考虑到从空气压缩站输出的压缩空气并不能满足气动元件对气源质量的要求,为使气源质量满足气动元件的要求,在气动系统前面安装气源调节装置。由于气动系统的空气直接排入大气中,含有一定油量的空气对人体有害,因此不需
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2025贵州织金翔盛工业发展有限公司招聘考前自测高频考点模拟试题及答案详解(名校卷)
- 浙江国企招聘2025杭州市临安区城市发展投资集团有限公司下属众诚咨询公司公开招聘工作人员4人笔试历年参考题库附带答案详解
- 2025黑龙江双鸭山集贤县公安局交通警察大队招聘勤务辅助人员30人笔试历年参考题库附带答案详解
- 2025陕西神延煤炭有限责任公司招聘(17人)笔试历年参考题库附带答案详解
- 2025陕西帛顶茂生物科技有限公司招聘10人笔试历年参考题库附带答案详解
- 2025贵州黔东南州黔凯城镇建设投资(集团)有限责任公司招聘8人笔试历年参考题库附带答案详解
- 2025贵州省铜仁凤凰机场有限责任公司会计员招聘1人笔试历年参考题库附带答案详解
- 2025福建漳州市芗江人力资源服务有限公司招聘劳务派遣人员补录笔试历年参考题库附带答案详解
- 2025航天六院内蒙古航天红峡化工有限公司招聘30人考前自测高频考点模拟试题及一套完整答案详解
- 2025浙江舟山市嵊泗县兴盛公路养护工程有限公司笔试历年参考题库附带答案详解
- 2025年合肥市轨道交通集团有限公司第二批次社会招聘12人考试历年参考题附答案详解
- 甘肃电网考试题目及答案
- 2025年专升本医学影像检查技术试题(含参考答案)解析
- 《互联网应用新特征》课件+2025-2026学年人教版(2024)初中信息技术七年级全一册
- 过节前安全培训课件
- 高二生物上学期第一次月考(安徽专用)(全解全析)
- 模具安全操作注意培训课件
- 3.2《参与民主生活 》- 课件 2025-2026学年度道德与法治九年级上册 统编版
- 农产品电子商务运营 教学大纲、教案
- 2025年秋新北师大版数学2年级上册全册同步教学设计
- 抖音短视频签约合同范本
评论
0/150
提交评论