脱水机筒壁群孔加工组合机床设计含12张CAD图
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脱水机筒壁群孔加工组合机床设计摘 要本论文详细介绍了组合机床的设计步骤，组合机床是一种高效率的专用机床，本广泛应用于机械制造行业，根据任务书的要求，我们本次设计的题目是：脱水机筒壁群孔加工的组合机床设计，钻削12-5孔，总共432个，实行双工位加工。本次毕业设计从零件分析入手，确定加工时的切削用量，根据相关公式计算出切削力，选择相应的液压滑台；计算出切削功率，选择动力箱和电动机；计算出切削转矩，选择合适的主轴直径和刀具。根据加工零件要求，绘制出组合机床的“三图一卡”，即被加工零件的加工工序图，加工示意图，组合机床尺寸联系图以及生产率计算卡。根据工件上孔的分布，设计出传动系统图，为检查各个零件间是否发生了干涉，绘制坐标检查图，最后绘制多轴箱总图。为了 保证零件在加工过程中准确定位，应设计一套夹具。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，计算液压缸的主要结构尺寸，对其它液压元件的选择具体以及专用件也给予慎重考虑。根据脱水机筒壁群孔加工的工序的生产要求，批量，工艺特性，还需进行夹具的设计，由于工件简单，夹紧较方便，故采用手动装置，采用盖板螺旋压的夹紧方式，左右旋螺纹进行夹紧和松开，以便提高生产效率。 电气系统的设计就是运用机电传动的知识，即PLC系统进行控制，PLC控制系统有三菱，欧姆龙系统等。关键词：组合机床 三图一卡 多轴箱 螺旋压紧夹具 PLC CADAbstractThis article detailed introduction makes up the design measure of the lathe .It is a kind of high efficient special purpose lathe to make up the lathe ,is widely used in the mechanical manufacturing industry . According to the request of task book,to process a serious of holes , which is the tube of machine of dehydration and the diameter is 5. Originally design and stsrt with analysing the processing technology of the part ,determine the cutting quantity while processing ,calculate out the strength of cutting according to relevant formulace , calculate out the power of cutting as choosing the motive force case ,the basis of the electrical machinery ;calculate out and cut the torque,is elected the suitable diameter and cutter of main staft . Require according to processing of part , draw out and make up three pictures first calorie of lathe , Namely process into part process picture , processing sketch map ,lathe get in touch with size picture .and productivity calculate the card .According to the distribution of the hole on the work piece ,design the transmission picture .In order to interfere each other while checking every part ,express the outlines of various kinds of parts with different linear and colours .Draw out many axle case general drawing finally .For guarantee part accurate to confirm location clamp ,should design one retinue jig in processing .According to the actual conditions ,we design the spiral push mechanism of a set of drill .Draws the lathe and gets in touch with the size picture with finally .According to dehydrates the cylinder wall group hole processing working procedure production request, the batch, the craft characteristic, but also must carry on the jig the design, because the work piece is simple, clamps conveniently, therefore uses the hand gear, uses the lap spiral spinning to clamp the way, about turns on lathe the thread to carry on clamps with the pine opens, in order to enhancement production efficiency.The electrical system design is the utilization mechanical and electrical transmission knowledge, namely the PLC system carries on the control, the PLC control system has Mitsubishi, the ohm dragon system and so on. Keywords Combinated-lathe Three picture and one card Many axle cases The spiral push mechanism PLC CAD前 言毕业设计是学生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。我们这次毕业设计题目，是结合老师的具体研制项目设立的，我们在实习厂所参观的并以以往设备为参考，结合所学机械各方面知识，在老师指导下，查阅许多手册，经过不断的改进，最终设计出了此次冲底专用机构，从而避免了加工质量差，生产效率低，设备昂贵的问题。我此次毕业设计的任务是脱水机筒壁群孔加工组合机床钢设计，在许老师的辅导下，认真分析，仔细思考，准确计算，耗用五四张零号图纸量，符合工作量的要求。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第一 章 组合机床概述 .7第二章 组合机床总体设计.82.1工艺方案的拟订.82.1.1产品介绍.82.1.2零件的功用以及技术要求.82.1.3 毛坯材料与制造方法的选择. .82.1.4 拟订工艺卡片.82.2 机床夹具设计.92.2.1 机床夹具设计概述.92.2.2 夹具设计基本要求.92.2.3夹具设计的方案和步骤92.3 切削用量的确定112.3.1 组合机床却削用量的确定.112.3.2 确定切削力，切削转速.切削功率以及刀具耐用度 .112.4 组合机床“三图一卡”132.4.1被加工零件工序图.122.4.2 被加工零件加工示意图122.4.3 机床尺寸联系图 .132.4.4 生产率计算卡.15第三 章组合机床多轴箱设计.163.1.大型通用多轴箱的组成及其表达放法.163.2 多轴箱通用零件163.2.1 通用箱体类零件.163.2.2 通用主轴163.2.3 传动轴的选择163.3 通用多轴箱设计.163.3.1 绘制多轴箱设计图以及原始依据图.163.3.2 主轴齿轮的确定以及动力计算. 173.3.3 多轴箱传动系统. 173.3.4 多轴箱坐标计算，绘制坐标检查图. 18第四章 液压系统的设计计算214.1.液压缸设计计算步骤.214.2 液压缸性能参数计算.214.2.1 液压缸的输出力.214.2.2液压缸输出速度计算.224.2.3 液压缸的作用时间.224.3 液压缸的主要计算尺寸.234.3.1 液压缸的内径计算. 234.3.2 液压杆直径的计算. .234.3.3 液压缸行程的确定. .244.4 结构强度计算以及稳定性校核244.4.1.缸筒外径的确定.244.4.2 液压缸的稳定性以及活塞杆的强度计算.244.4.3 液压缸的结构设计.254.4.4 液压传动系统设计.264.4.5 明确设计要求264.4.6 制定液压系统方案.274.6 辅助装置的选择 .284.7 画出液压系统图 .28第五章 电气系统系统设计.295.1 电气设备概述.295.1.1 PLC的基本组合.295.1.2 电气控制变压系统部分设计.295.1.3电气控制的部分设计 .295.2OMRON,CPM2A系列PLC功能介绍.315.3 部分设备的概述.325.3.1 选用和确定I/O设备.325.3.2选用PLC的型号以及参数分析.325.4 控制程序设计.33结论.35谢辞.36参考文献与附录.37第一章 组合机床概述组合机床是根据工件加工需要，以大量的通用部件为基础，配以少量的专用部件组合而成的一种高效率的组合机床。其主要用于平面加工和孔加工两类工序。目前，在汽车，拖拉机，菜油机，电机，仪表，军工等等重，轻工业大批大量生产中获得了广泛应用。一些中小批量生产的企业，如机床，机车，工程机械等制造业中业已广泛应用。组合机床最适合加工各种大中型箱体零件，如汽缸盖，汽缸体，变速箱体，电动座机仪表等零件；也可以用来完成轴套类，轮盘类，叉架类以及盖板类零件的部分或者全部工序的加工。 组合机床主要由滑台，动力头，夹具，多轴箱，动力箱，底座以及控制部件和辅助部件等组成，组合机床上的钻头由电动机通过动力箱，多轴箱和驱动装置作旋转主运动而由各自的滑台带动作直线进给运动。第二章 组合机床总体设计 工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步，因为工艺方案在很大程度上决定了机床的结构配置和使用性能 ，因此，应根据工件的加工要求和加工特点，按一定的原则结合组合机床的常用工艺方法，充分考虑各种因素，并经过技术分析后拟订出先进合理经济可行可靠的工艺方案。2.1 工艺方案的拟订 2.1.1 产品介绍脱水机筒是工业用脱水机的关键组成部分，脱水机筒的质量优劣，直接关系到脱水机的性能优劣，因此，我们在设计前特地走访了沈阳皇姑区的一家工业脱水机的销售商，并认真听取了介绍。本产品采用不锈钢制，厚度为b=5，高H=400，外圆直径为 1200.2.1.2零件的功用以及技术要求本次设计主要是加工脱水机筒壁的432- 5孔，组合机床双向进给加工，每次钻削12- 5孔，工作台旋转转位分度，每次5，粗糙度保证6.3，工作台旋转误差不超过0.5，工件定位采取一面和短销定位，限制5个自由度。2.1.3毛坯材料与制造方法的选择 根据实际生产情况和实际需要，本次设计脱水机筒壁的毛坯材料选择为不锈钢，采取模锻成型，后退火处理。 本次制造脱水机筒壁群孔加工采用组合机床双工位加工，可以提高生产率。2.1.4 拟订工艺过程卡 模锻，成型处理 退火处理 备料，钢板的厚度为5 用卷扳机将钢板卷成圆筒 焊接处理 组合机床钻孔一次12-5，工作台分度5 钳工去毛刺 2.2、机床夹具设计2.2.1、机床夹具概论1）机床夹具 在机械制造厂的生产过程中用来安装工件使之固定在正确位置上，完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作，所使用的工艺装备称为夹具。2）工件的安装 在机床上加工工件时，为了保证工件被加工表面的尺寸，几何形状及相互位置精度方面的要求，事先必须将工件正确地安装到机床加工位置上去。工件的安装一般包括定位和夹紧两个过程：即首先应使工件相对于机床及刀具占有一个正确的位置，这就是工件的定位，然后将工件固紧在这一既定位置上，使之不因受切削力、重力、离心力或惯性力作用而发生位置改变，这就是工件的夹紧。工件的安装一般有两种方式：（1）直接在机床工作台或通用夹具上安装；（2）采用专用夹具安装。3）机床夹具的功用（1）保证产品加工精度，稳定产品质量；（2）提高生产率，降低加工成本；（3）改善工人劳动条件；（4）扩大机床的工艺范围 。4）机床夹具的组成机床夹具因被加工工件的加工表面不同或使用机床种类的不同而有各种不同的结构形式，但就机床夹具具体结构而言，大致可分为以下几个部分：定位元件、夹紧装置、导向对刀元件、连接元件、其它装置和元件、夹具体。2.2.2、夹具设计的基本要求 1）稳定地保证工件的加工技术要求；2）提高机械加工的劳动生产率，降低工件的成本；3）结构简单，便于制造和维修；4）操作安全、方便。2.2.3、夹具设计方法和步骤1）研究原始资料，明确设计任务本次是对变速拨叉端部孔进行机加，根据任务说明书，采用立式加工的组合机床和四工位回转工作台对孔进行钻一次性加工。所以，夹具是安装在回转工作台上的。2）夹具结构方案的设计 （2）确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置计算螺旋夹紧工件所需要的夹紧力W0=QL/r11+ r2(a+2)（查工艺人员手册，其中k=1.1，f=0.15）取Q=100NW0=100X252/(28x0.123+17.025+0.184)=3831.7N3）夹具总图的绘制（1）夹具总图应遵循机械制图国家标准绘制，图形大小的比例尽量取1：1，为求使绘制的夹具总图有良好的直观性，如工件过大时选用1：2等缩小比例，过小时取2：1的比例；（2）在总图中应以最少数量视图清楚地表示出夹具的工作原理和结构，表示各种元件或装置之间的位置关系等；（3）绘制总图的顺序：先用点划线绘出工件的轮廓外形及定位基准，并用网状线显示出加工余量；把工件轮廓为视透明体，然后按着工件的形状及位置依次画出定位、导向、夹紧及其它元件或装置的具体结构；最后绘制夹具体，形成一个完整的夹具；（4）在夹具总图上标注出零件编号，按规定要求填写标题栏和明细表；（5）确定并标注有关尺寸和夹具技术要求。 2.3 切削用量的确定 在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工序的确定是十分重要的，切削用两的选择是否合适对组合机床的加工精度，生产率，刀具耐用度，机床的结构形式，可靠度等等诸多因素都有十分重要的影响。2.3.1 组合机床切削用量的确定 在组合机床上加工12- 5孔，工件材料为不锈钢，硬度为350HBS,故选用高速钢麻花钻，由于钻空直径为5，较小孔加工，故而可以直接选用直柄麻花钻。 因而有： 麻花钻直径： 5mm f=0.08 mm / r v=15 m / s d = 5mm故而转速n为: n = 1000 v / D所以有：n = 800 r/ min fm = n f =64 mm / s2.3.2 确定切削力，切削转速，切削功率以及刀具耐用度 根据选定的切削用量 f=0.08 mm / r v=15 m / s确定进给力F=260 f HB=1400N确定切削转矩： T=10D 0.4 160 =2KN.M确定功率： P=TV/(9740D)=1.89x18/30x5=0.25KW确定刀具耐用度： T=CtK/(Va f )=60min 2.4 组合机床“三图一卡”2.4.1 被加工零件工序图的内容与作用被加工零件工序图是在被加工零件土基础上，突出本机床的加工内容，并做出必要的说明而绘制的。被加工零件的工序图是根据指定的工艺方案，表示所设计的组合机床上的完成的工艺内容，加工部位的尺寸，精度，表面粗糙度，技术要求，加工用的定位基准，夹压部位以及被加工零件的材料 ，硬度以及在机床加工前的加工余量，毛坯或者半成品的图样。2.脱水机群孔加工工序图，如图2-1所示：2.4.2 被加工零件加工示意图被加工零件加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的 ，它使表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图，是设计刀具，夹具，多轴箱和液压，电气系统以及选择动力部件，绘制机床尺寸联系图的主要依据，是对机床总体布局和性能的原始要求，也是调整机床和刀具所必须的重要技术文件。1. 技工示意图内容：主要内容：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程；工件，刀具以及导向，拖架和多轴箱之间的相对位置以及其联系尺寸，主轴的结构类型，尺寸，以及外伸长度，刀具类型，数量和结构尺寸，接杆等的等的结构尺寸，刀具导向，套间的配合，刀具接杆和主轴之间的连接方式和配合尺寸。2. 刀具的选择选择刀具应考虑工件的材质，加工精度，表面粗糙度，排屑以及生产率。本次组合机床加工孔的直径为5，表面粗糙度为保证6.3即可，因为加工条件的限制，选用直柄加长麻花钻，直径5.3. 确定主轴类型，尺寸，外伸长度主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴之间的连接结构进行确定，主轴轴径以及轴端尺寸主要取决于进给力以及主轴-刀具系统结构，根据前面计算出的转矩，查阅组合机床设计简明手册表3-44，确定主轴直径为d=20，查表3-6，确定主轴外伸部分尺寸为：D/d1=32/204. 选择接杆组合机床主轴和刀具之间常用接杆连接，根据主轴外伸部分的尺寸以及本次设计的要求，选用一般可调节杆，即GB3668.10.885. 标住联系尺寸标住联系尺寸，用以确定加工终了时候多轴箱前端面到工件端面的联系尺寸.6. 动力部件工作循环以及行程的确定动力部件的工作循环是指加工时动力 部件从原始位置开始运动到加工终了位置，又返回到原位的动作过程，一般包括快速引进，工作进给，快速退回等动作。（1） 工作进给长度L工的确定 工作进给长度L工 应等于加工部位长度L与刀具切入长度L1与切出长度L2之和，即有：L工 = L + L1+ L2切入长度L1取510，本次设计取20，L=5，L2取15，因而，工作进给长度为：L工=40（2） 快速引进长度的确定快速引进长度是指动力部件包刀具工作进给位置，其长度为200，动力部件总行程为快退与后备量之和。7. 绘制加工示意图，如图2-2所示： 2.4.3 机床联系尺寸总图1. 机床联系尺寸总图作用与内容机床联系尺寸总图，是以被加工零件工序图和加工示意图为依据按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的用来表示机床的配置形式，主要构成以及个部件的安装位置相互联系尺寸，运动关系和操作方位的总体布局图。2. 绘制机床尺寸联系图前应确定的主要内容（1） 选用动力部件动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台，动力滑台的选择主要根据切削力F，本次组合机床设计为6根主轴，每根主轴的进给力是1400N，故而，总的进给力为：F总 = 1400 x 6 = 8400 N因此，可选用1HY50型液压滑台，并且，确定机床为卧式双面单工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的多轴箱驱动多轴箱，钻孔主轴。动力箱的规格要与滑台相配套，其驱动功率主要根据多轴箱所需传递的切削功率来选用，在不需要精确计算多轴箱功率或多轴箱尚未被设计出来之前，可按下列简化公式进行估算：P多轴箱 = P 切削 / yP切削 =0.25x6=1.5KWy-为多轴箱的传动效率，这里取0.9P多轴箱=1.5/0.9=2KW由此可以得出，本次设计中的左右动力箱均可选用1TD50-I型动力头，电机为Y132M-4,功率为7.5KW,电动机转速为1440r/min，输出转速为720r/min(2) 确定机床装料高度 装料高度一般是指工件安装距地面之高度。首先，要考虑工人操作的方便，其次考虑加工时工件在高度方向上与主轴的对应关系，设计是在8501060之间选取，本次设计，滑台高度320，侧底座高为560（3）确定夹具轮廓尺寸工件的轮廓尺寸是确定夹具底座轮廓尺寸的基本依据，具体考虑不止工件的定位，限位，夹紧机构，刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和体积。本次设计去夹具底座长为 （4）确定中间底座尺寸中间底座的轮廓尺寸在长宽方向上应满足夹具的安装需要，在本次设计中，工件中心到多轴箱端面的距离在加工示意图中已经确定为1082.5，考虑到毛坯误差和装配偏移，中间底座，支承夹具底座的空白边缘尺寸，当机床不用冷却液时，不要小于1015，因而选用2100的中间底座。 （5）确定多轴箱尺寸标准通用钻，镗类多轴箱的厚度是一定的，卧式为325，因此，确定多轴箱尺寸，主要是确定多轴箱的宽度B，高度H和最低主轴高度，而多轴箱的宽度B，高度H的大小主要与被加工零件的孔的位置有关，本次设计中采用通用多轴箱与动力箱配套采用：BxH=500x5002.4.4 生产率计算卡 根据加工示意图所确定的工作循环以及切削用量等，就可以计算出机床生产率计算卡，生产率计算卡是反映机床生产节拍以及生产率和切削用量，动作时间，生产纲领以及负荷率等相关内容的技术文件。1. 理想生产率理想生产率Q是指完成年生产纲领A所要求的机床生产率，它与全年工时总额t有关，一般情况下，单班制t取2350h,两班制t取4600h, 则Q=A/t 2.实际生产率Q1 实际生产率Q1是指所设计的机床每小时可以生产的数量，Q1=60/T单 其中：T单= t + t =L1 / v f1+ L2 / vf2 + t停 + ( L快进+ L快退 ) / vfk + t移+t装 计算有：T单=1.864min3.机床负荷率组合机床负荷率一般伪0.750.90，本次设计主轴数为6，故而允许的最大负荷率为0.90，生产率计算卡如下表2-1所示： 第三章 组合机床多轴箱设计 多轴箱是组合机床的重要专用部件，它是根据加工示意图所确定的，工件加工孔的数量和位置，切削用量和主轴类型设计的。传递个主轴运动的动力部件，其动力来自通用的动力箱，与动力箱一起安装在进给滑台，可以完成钻，扩，铰，镗等加工工序。3. 1 大型通用多轴箱的组成以及表达方法 大型通用多轴箱由通用零件，如：箱体，主轴，传动轴，齿轮和附加机构等组成，其基本结构如图所示，箱体，前盖，后盖，上盖，侧盖等为箱体类零件；主轴，传动轴，手柄轴，传动齿轮，动力箱，电动机齿轮为传动类零件；叶片泵分油器，注油标，排油塞，油盖和防油套等为润滑及防油元件。 3.2 多轴箱通用零件3.2.1 通用箱体类零件多轴箱体的标准厚度为180，用于卧式的多轴箱前盖厚度喂5，后盖为90，本次设计去多轴箱的厚度为3253.2.2 通用主轴主轴主要承受轴向方向的力，故前支承为推力球轴承和向心球轴承，后只承为向心球轴承。根据前面的计算结果，主轴的直径为20，根据此选择与主轴配套的主件！3.2.3 传动轴的选择传动轴的直径根据所传递的扭矩，初步确定为203.3 通用多轴箱设计3.3.1 绘制多轴箱原始依据图 多轴箱原始依据图是根据“三图一卡”绘制而成的. （1）所有主轴的尺寸位置 （2）要求的主轴转速及转向（3）各主轴的工艺内容，切削用量和主轴的外伸尺寸等（4）多轴箱的外形尺寸以及与其他部件有关的联系尺寸，由于本次设计的多轴箱比较简单，故可以不画原始依据图。3.3.2 主轴，齿轮的确定以及动力计算1.主轴的型式和直径，齿轮的模数的确定 本机床所进行的工作是钻削，因此采用滚珠轴承主轴。主轴的直径已经在加工示意图中表明为20，传动轴的直径初步确定为20.齿轮模数的确定可以用公式估算：m （30-32）其中，P-齿轮所传递的功率，单位为kw,这里，P=0.25kwX6=1.5kw Z-一对啮合齿轮中最小齿轮齿数 n-小齿轮的转速，单位为r/min,n=800r/min经由计算，m（30-32） =（30-32）=1.5461.649因而，这里我们设计取m=22.多轴箱所需动力计算 多轴箱的动力计算包括多轴箱所需的功率和进给两项，多轴箱所需的功率按下列公式计算：P多轴箱= P切削 + P空转 + P损失 P切削=0.25kw,n=6P空转=0.046kw, P损失= P切削x1%=0.015kw经过计算：P多轴箱=2kw多轴箱所需动力的计算：=6x1400=8400N3.3.3 多轴箱的传动路线1.拟订传动路线如图所示的树形图3-1：2.依据图，计算出驱动轴，主轴的坐标尺寸，如表3-1所示：销驱动轴主轴1主轴2主轴3主轴4主轴5主轴6X0.000250.000135.340135.340135.340135.340135.340135.340Y0.000129.500363.320313.320263.320213.320163.32113.3203.确定传动轴的位置及齿轮齿数 传动轴7.8.9的位置分别在1.2.3.4.5.6.之间的中垂线上，10.11又在7.8.9.的中垂线上，12又在10.11.两轴的中垂线上，如此传动。可以通过作图法表示主轴的转速为800r/min. 下面确定主轴和传动轴上的齿轮齿数，为了保证齿轮齿根的强度，应有齿根到孔壁或是键槽的壁厚a2m首先，我们已经确定了，m=2，中心距为A=84传动比u=1.26,由此，我们可以计算出，Z1/Z7=1/1.26选定最小齿为30，因此有：Z1=30，Z7=38d = m /2 ( Z1 + Z 7 )=2X(30+38)=68，满足中心距要求。同理，确定了2.3.4.5.6.8.9轴上齿轮齿数如下： Z2=30，Z7=38； Z3=30，Z8=38 ； Z4=30，Z8=38 ； Z5=30，Z9=38 ； Z6=30，Z9=38 ； n1.2.3.4.5.6. =800r/min, n7.8.9=635r/min根据通用多轴箱尺寸结构，驱动轴的坐标值已经确定。4.手柄轴，油泵轴位置的确定及其上齿轮齿数的确定为了方便工人操作，手柄轴安置在工人操作一侧，转数取635，齿轮安放在第III排上，齿数取38油泵轴上的齿轮放在第IV排上。3.3.4 多轴箱坐标的计算,绘制坐标检查图坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系,精确计算各个中间传动轴的坐标,其目的是为多轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸,并用于绘制坐标检测图,以此来检查齿轮排列和结构是否合理.1.选择加工基准坐标系XOY,计算主轴,驱动轴坐标(1) 加工基准坐标系的选择为了便于加工多轴箱箱体,设计时必须选择基准坐标系.通常采用直角坐标系XOY.根据多轴箱安置及加工条件,坐标原点选在定位销孔上. (2) 计算主轴及其驱动轴的坐标根据多轴箱设计原始依据图,按选定的基准坐标系,计算或者标出各个主轴及其驱动轴的坐标,本多轴箱各个主轴,驱动轴坐标值见表3-1所示. 2. 演算中心距误差 多轴箱箱体上的孔系是按照计算的坐标加工的,而装配要求两轴间齿轮能正常啮合. 3. 传动零件的校核传动系统拟订后,应对总体设计和传动设计中选定的传动轴径和齿轮模数进行验算，校核是否满足要求。（1）验算轴径，按下列公式计算传动轴所承受的总转矩 T总=T1u1+T2u2+TnunTn-代表作用在地n个主轴之间的传动比，单位为NmT1= T2=. =Tn=14.018Nm传动轴7.8.9的位置分别在1.2.3.4.5.6.之间的中垂线上，10.11又在7.8.9.的中垂线上，12又在10.11.两轴的中垂线上，如此传动。可以通过作图法表示主轴的转速为800r/min. 下面确定主轴和传动轴上的齿轮齿数，为了保证齿轮齿根的强度，应有齿根到孔壁或是键槽的壁厚a2m首先，我们已经确定了，m=2，中心距为A=84传动比u=1.26,由此，我们可以计算出，Z1/Z7=1/1.26选定最小齿为30，因此有：Z1=30，Z7=38d = m /2 ( Z1 + Z 7 )=2X(30+38)=68，满足中心距要求。同理，确定了2.3.4.5.6.8.9轴上齿轮齿数如下： Z2=30，Z7=38； Z3=30，Z8=38 ； Z4=30，Z8=38 ； Z5=30，Z9=38 ； Z6=30，Z9=38 ； n1.2.3.4.5.6. =800r/min, n7.8.9=635r/min n0=395r/min根据通用多轴箱尺寸结构，驱动轴的坐标值已经确定。同样的道理，我们可以得出Z10 =38 Z11= 38 Z12 =38 Z13 =38 Z14 =38 Z0 =614 绘制坐标检查图在坐标计算完成后，要绘制坐标及传动关系检查图，用以检查传动系统的正确性（1），坐标检查图的主要内容1，通过齿轮啮合检查坐标位置是否正确，检查主轴转速及其转向；2，进一步检查各个零件之间是否有无干涉现象；3，检查液压泵，分油器等附加机构位置是否合适；（2），坐标检查土绘制的顺序及其要求1，绘制多轴箱轮廓尺寸和坐标系XOY2，按计算出的坐标值绘制各主轴，传动轴的轴心位置以及主轴外伸部分直径，并注名轴号和主轴，驱动轴以及液压泵周的转速和转向等3，用点划线绘制出各个齿轮的分度圆，注名各个齿轮齿数，模数，所处排数以及变位齿轮的变位量；4，为了醒目和易于检查，可以用不同的颜色，粗细的线条划出轴承，隔套，主轴防油套的外径，附加机构的外廓以及相邻轴的螺母外径。如图所示： 第四章 液压设计计算液压传动具有许多优点，如结构紧凑，体积小，重量轻，反应快，承载能力大；较易实现无级调速，调速比大；运动平稳；易于实现自动化；特别是采用电液联合传动时，能实现较复杂的自动化工作循环；具有自润滑能力；磨损小，寿命长；液压元件易于实现通用化、标准化，便于大批量生产。液压传动有如此多的优点，因此，本次所设计的机械手的驱动方式就采用液压驱动，并由PLC来控制。4. 1 液压缸设计计算步骤（1）根据主机的运动要求，选择液压缸的类型，根据机构的结构要求，选择液压缸的安装方式。(2) 根据主机的动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。(3) 根据选定的工作压力和材料进行液压缸的结构设计，如缸体壁厚，缸盖结构，密封形式，排气与缓冲等。4.2 液压缸性能参数的计算4.2.1 液压缸的输出力单杆活塞式液压缸的推力F1 F1=P1A1103式中 F1-液压缸推力KN P1-工作压力MPa A1-活塞杆的作用面积mA1=2AL/4AL-活塞直径mP1=10MPa AL=0.32mA1=2AL/4=0.08mF1=100.081000=800KN速度比 V2/V1=D2/(D2-d2) =0.322/(0.322-0.162)=1.33查阅机械设计手册第5卷知：单杆活塞式液压缸的输出推力为804.25KN，输出拉力为603.19KN。4.2.2 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=0.08m2Q=q.n/60式中 q -泵的排量m3/r；2.5210ml/rn-泵的转速r/min；14504000r/minQ=q.n/60=15010-62000/60=0.005m3/sV1=60Q/A1=600.005/0.08=3.75m/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 (0.322-0.162)/4=0.06m2V2=60Q/A2=60X0.005/0.06=5m/min4.2.3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=0.08 m2活塞杆缩入时 A=0.06 m2 S-液压缸的行程m；Q-进入或流出液压缸的流量m3/rS=400mm Q=0.005m3/rt1=0.080,4/0.005=6.4st2=0.06 0.4/0.005=4.8s液压缸的储油量液压缸的储油量 V=ASV=0.080,4=0.032 m3液压缸的输出功率 液压缸的输出功率：N=Fv 式中 N-液压缸的输出功率KW；F-液压缸的输出力KN； v-液压缸的输出速度m/sF=800KN v=5m/sN=Fv=8005/60=66.7KW4.3 液压缸主要尺寸的计算4.3.1 液压缸内径的计算根据载荷的大小和选定的系统压力来计算液压缸的内径ALAL3.57 0.01式中 F-液压缸的推力KN； P-选定的工作压力MPaF=800KN P=10 MPaAL=3.57 0.01=0.32m=320mm4.3.2活塞杆直径的计算根据速度比的要求来计算活塞杆的直径MMMM=AL=0.32=0.16m=160mm4.3.3液压缸行程S的确定液压缸行程S主要依据机构的运动要求确定，采用标准系列值取为S400mm液压缸的筒壁厚的计算缸筒壁厚式中Py实验压力Py1.5P1.51015MPa钢管使用应力170MPamm取壁筒厚度为20mm4.4结构强度计算及稳定性校核4.4.1缸筒外径的确定缸体内径确定后，由强度条件计算壁厚，求出缸筒外径D1D1D+2D=320mm20mmD1=D+2320220360mm4.4.2液压缸的稳定性和活塞杆的强度验算按速度比要求初步确定活塞杆直径后，还必须满足液压缸的稳定性及其强度（1）液压缸的稳定性验算根据材料力学的理论，一根受压的直杆，在其轴线负载超过稳定临界力时，即失去原有的直线状态下的平衡，或称为失稳。对于液压缸其稳定条件为Fr当1/d大于10时，要进行稳定性验算此缸L/d540/160=3.375L-活塞杆计算长度所以不要进行稳定性计算（2）活塞杆的强度计算当L/d小于10时式中 -空心活塞杆内径，对实心活塞杆内径取0-活塞杆材料的许用应力材料的屈服极限n安全系数 n1.42FR=804.25KN=4804.251000/（3.141602）=40.02 Mpa =170Mpa=170Mpa所以强度足够4.4.3 液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后,就进行各部分的结构设计。主要包括:缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、缓冲装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同,结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。(1) 缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关.在结构简单、容易加工、便于装拆的前提下,采用内六角圆柱螺钉进行连接。(2)活塞杆与活塞的连接结构为了使结构简单,采用整体式结构。(3)活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构,包括活塞杆与端盖导向套的结构,以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向,也可以做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换,所以应用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧,也可以装在外侧。活塞杆处的密封形式有O形、V形、Y形等。为了结构简单,夹紧液压缸的活塞杆导向部分的结构是把导向套和下端盖以及缸体做成一体,活塞杆与导向部分采用O形密封圈进行密封即可。(4)活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处的密封圈的选用,应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。活塞及活塞杆与密封腔体处的密封均采用O形密封圈进行密封即可。(6)液压缸的安装连接结构液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸进出油口的连接等。液压缸的安装形式根据安装位置和工作要求不同，有长螺栓安装、脚架安装、法兰安装、轴销和耳环安装等形式，冲压液压缸采用直立的形式支撑在空心轴上，其重心作用于导轨上。液压缸进、出油口形式及大小的确定4.4.4 液压传动系统设计液压传动具有许多优点，如结构紧凑，体积小，重量轻，反应快，承载能力大；较易实现无级调速，调速比大；运动平稳；易于实现自动化；特别是采用电液联合传动时，能实现较复杂的自动化工作循环；具有自润滑能力；磨损小，寿命长；液压元件易于实现通用化、标准化，便于大批量生产。液压系统的设计大致按以下几个步骤：1 提出设计参数；2 草拟液压系统图；3 确定液压系统的工作压力和流量；4 拟定液压系统图；5 设计或选择液压元件和辅助液压装置；6 从安全、可靠，使用、维护，经济效果等方面检查整个设计。4.4.5 明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进行进一步液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与设计内容有关的其它方面的情况了解清楚。（1） 主机的概况：用途，性能，工艺流程，作业环境，总体布局等；（2） 液压系统要完成那些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；（3） 液压缸驱动机构的运动形式，运动速度；（4） 各动作机构的载荷大小及其性质；（5） 对调速范围，运动平稳性，转换精度等性能方面的要求；（6） 自动化程度，操作控制方式的要求；（7） 对防尘，防燥，噪音，安全可靠性的要求。4.4.6 制定液压系统基本方案4.4.6.1 设计要求1 夹紧后在工作中如果突然停电时，要保证安全可靠，当主油路压力瞬时下降 时夹紧缸保持夹紧力。2 快进转工进时要平稳可靠。3 钻孔时速度平稳，不受外界干扰。4.4.6.2 确定液压执行元件的形式 液压执行元件为单活塞杆液压缸，其特点是有效工作面积大，双向不对称。4.4.6.3 拟定液压执行元件运动控制回路液压执行元件确定后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀来控制。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量来控制，调速方式为节流调速。节流调速一般是采用定量泵供油，用流量控制阀来改变输入和输出液压执行元件来调节速度，此种调节方式结构方式简单。节流调速方式一般采用开式循环方式，在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。4.4.7 液压源系统液压系统的工作介质完全由液压源来控制，液压源的核心元件是液压泵，用安全阀限定系统的最高压力。液压系。统供油过程中采用单泵供油。油液的净化装置是液压源中不可缺少的，泵的入口装有精滤油器。根据液压设备所处环境及油温的要求，还要考虑冷却装置。4.4.8 绘制液压系统图整机的液压系统图由各自拟定好的控制回路及液压源组合而成，各回路组合要去掉多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的连锁关系，避免误操作发生。要尽量减少能量损失环节，提高系统的工作效率。为避免液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的监测元件，如压力表。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。系统图中应注明各液压元件的名称和动作，注明液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁的动作顺序表。4.6 辅助装置的选择液压系统中有一些辅助装置,如油管、管接头、滤油器、蓄能器、油箱和冷却装置等。虽然在液压系统中辅助装置居于次要的位置，但是当这些辅助装置 中任何一个细小的部分，如果没有给予足够的重视和适当的安排，往往会破坏液压系统的正常工作或降低了系统的工作效率和寿命等。因此，在安排液压系统的结构，或选择这些辅助元件时，都要做细致的工作。4.7画液压系统图如图纸所示. 第五章 电气系统设计本次设计的程序控制采用可编程序控制器，即(Porogramable Logic Controller) PLC，是一种微处理为核心，综合了微电子技术，自动化技术，网络通讯技术等为一体的通用控制装置。具有体积小，功能强，设计简单等优点，因而得到了广泛应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一！5.1电气设备概述5.1.1PLC的基本组合通俗的讲，PLC实际上就是一台工业控制计算机，其硬件结构基上与微机相同，但也有其特殊地方。一般分为：输入信号，输入模块，输出信号和执行元件等。5.1.2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。5.1.3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。PLC的应用领域非常广，并正在迅速扩大。对早期的PLC，凡是有继电器的地方，都可采用。而对当今的PLC，几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不断增强，所以，目前PLC在国内外已被广泛应用于冶金、机械、石油、化工、轻工、电力、建筑、交通运输等各行各业。一般来说，小型PLC主要用于单机自动化，而大、中型PLC则是自动生产线上不可缺少的控制部件。PLC主要有以下几种控制类型：逻辑控制、模拟控制、机械加工中心的数字控制、工业机器人控制、多层分布式控制系统等。（2）PLC的特点1 可靠性高，抗干扰能力强。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点以下的称为微超小型PLC。3按PLC的功能分类按PLC的功能不同，又可分为高、中、低档三种。（4）PLC系统的组成PLC是以CPU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PLC的基本单元主要由CPU、存储器、输入和输出模块、电源模块、I/O扩展接口、外设I/O接口以及编程器等部分组成，PLC的软件系统也包括系统程序和用户程序。（5）PLC的工作方式PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式。PLC运行工作时，CPU对用户程序作周期循环扫描，在无跳转指令的情况下CPU从第一条指令开始顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束，然后又返回第一条指令，开始新的一轮扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作。PLC就是这样周而重复的扫描循环。5. 2 OMRON,CPM2A系列PLC功能（1） CPM2A的通道用3数字表示成为通道信号，一个通道有16位，在指明一个位时用5 位数字称为继电器号三位为该在的通道号，后2位为该位在通道中的序号，一个通道中16个位的序号伪00-15，因此位号中后2位为00-15（2） 输入继电器区：有10个通道000-009，其中000，001通道用于CPU单元输入通道，002-009用于CPU单元连接的扩展单元的输入通道；（3） 输出继电器：有10个通道010-019，其中，010，011用于CPU单元连接的扩展单元（4） 特殊辅助继电器特殊辅助继电器共有24个通道，232-255，SR区和IR区实际上是PLC的同意数据区，SR区的通道在IR区之后的顺序编号，SR区和IR区的区别在于前者供用户使用，而后者由系统使用。25505：标志（比较结果大于0N时）25506：=标志（比较结果等于0N时）25507：标志（比较结果小于0N时）（5） 计数器计数器指令：CNT,可以进行预置4位的BCD码的减法计算，每当计数输入信号CP从OFF变为ON时，计数器的当前值减一。计数器的设定值范围为：0000-9999，必须用BCD码设定。计数器的计数方式为递减计数。（6） 数据移位指令数据移位指令为：SFT(10), SFT(10)为移位指令器，移位寄存有三个端子，数据输入端IN,移位脉冲输入端SP和复位端R。当复位端R为OFF时，在移位脉冲SP端由OFF-ON的上升沿时，所定义的开始通道ST到结束通道E 中的所有位移次左移一位，E 通道的最高位溢出丢失，ST 通道的最低位（ 即 第一位）则移移进数据的输入端IN 的数据，开始通道号ST 必须小于或等于结束通道号 E，并且ST 和OE 必须在同一个区域。5.3 电气设备的概述5.3.1 选用和确定I/O设备根据上述对控制对象的分析，本机床所需的I/O设备及点数见大图：5.33 选择PLC的型号及I/O点数的分析PLC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。PLC的型号种类很多，在选用PLC时还需考虑以下问题：（1）选用规模适当的PLC输入、输出点数是衡量PLC规模大小的重要指标。因此，在选用PLC时，首先要确保有足够的I/O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PLC；若控制系统较大，I/O点数较多，被控制设备较分散，则可选用大、中型PLC。（2）PLC的容量要满足用户要求PLC用户程序所需内存容量一般与开关量输入输出点数、模拟量输入输出点数以及用户程序的编写质量等有关。对PLC用户程序存储器容量的估算，有以下经验公式：存储器总字数=（开关量I/O点数10）+（模拟量点数150）本系统中无模拟量，所以该公式变为：存储器总字数=(开关量I/O点数10)=2610=260按经验公式所算得的存储器
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