一臺兩缸順序動作專用組合機床的液壓系統(tǒng)設計

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********學院 畢業(yè)設計（論文） 設計課題題目：設計一臺兩缸順序動作專用 組合機床的液壓系統(tǒng) 專 業(yè) 系： 機 械 制 造 工 程 系 專 業(yè)： 機電一體化 班 級： 機電***班 姓 名： *** 學 號： 13 號 指 導 老 師： *** 空軍航空維修技術學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 一、設計課題題目：（05） 設計一臺兩缸順序動作專用組合機床的液壓系統(tǒng)，要求液壓系統(tǒng)： 1、工作循環(huán)： A缸水平向左快進---A缸水平向左工進---A缸死擋鐵停留---B缸垂直向上快進---B缸垂直向上工進---B缸垂直向下快退---B缸原位停止---A缸水平向右快退---A缸原位停止 2、A、B缸快進速度為4m/min、快退速度為5m/min,工進速度20—100mm/min; 3、A、B缸進給最大行程為400mm，其中工進行程200mm; 4、A、B缸最大切削力為12000N,運動部件自重均為8000N； 5、啟動換向時間0.05s; 6、導軌為平導軌，靜摩擦系數為0.2，動摩擦系數為0.1。 二、設計內容及要求： 1、液壓系統(tǒng)： （1）設計液壓系統(tǒng)圖（含：工作循環(huán)圖、電磁鐵及其他元件動作表、液壓系統(tǒng) 原理圖、液壓元件目錄表，用一張2號圖紙打?。? （2）設計液壓缸（B缸）并繪制液壓缸組件裝配圖（用一張1號圖紙打?。? 2、設計液壓系統(tǒng)的電氣控制原理圖（含：工作循環(huán)圖、電磁動作表電氣控制系統(tǒng)原理圖、電氣元件目錄表，用一張2號圖紙打?。?； 3、PC編程（指令表、梯形圖、功能圖、PLC外部接線圖），以實現自動控制；（功能圖和接線圖畫在一張3號圖紙上\梯形土圖用一張3號圖紙）; 4、設計說明書一份(不少于30頁),應有:封面、目錄、封底、任務書、畢業(yè)小結、參考文獻及書目、致謝等內容。 5、要求： （1）圖紙為計算機繪圖并打印，同時提交電子文檔。 （2）設計說明書為打印稿，同時提交電子文檔 （3）時間安排； 請于4月10日之前，將畢業(yè)設計的電子文檔發(fā)給老師，由指導老師于5月15日之前將畢業(yè)設計中存在的主要問題提交給學生。 請于5月30日之前，將修改后的畢業(yè)設計寄回系里。遲交的按學校規(guī)定進行一定的處理。如發(fā)現畢業(yè)設計及論文雷同，雙方均按不及格處理。 目錄 第一章 緒論……………………………………4 第二章 液壓系統(tǒng)設計…………………………5 第一節(jié) 明確液壓系統(tǒng)設計要求………………………………5 第二節(jié) 分析液壓系統(tǒng)工況……………………………………5 第三節(jié) 確定液壓缸的主要參數………………………………6 第四節(jié) 初選液壓缸的工作壓力、流量和功率………………7 第五節(jié) 液壓系統(tǒng)原理圖的擬訂………………………………10 第六節(jié) 選擇液壓元件…………………………………………14 第三章 機床電器原理圖的設計………………16 第一節(jié) 設計概述和設計要求 …………………………………16 第二節(jié) 電器元件的選擇 …………………………………17 第四章 PLC編程設計 ……………………………20 第一節(jié) PLC設計的概述及要求………………………………20 第二節(jié) PLC功能圖I/O接線圖和梯形圖的設計 …………20 第五章 致謝………………………………………25 第六章 參考文獻…………………………………26 第一章 緒論 主要介紹了一臺兩缸順序動作專用組合機床的液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓缸的設計和計算過程，以液壓系統(tǒng)設計指導進行電氣控制線路等設計。在設計液壓系統(tǒng)的過程中還對進給缸進行了設計，同時，還對液壓缸進出油口工序的設計以及流量、流速的控制與設計。 第二章 液壓系統(tǒng)設計 第一節(jié) 明確液壓系統(tǒng)設計要求 1、工作循環(huán)： A缸水平向左快進---A缸水平向左工進---A缸死擋鐵停留---B缸垂直向上快進---B缸垂直向上工進---B缸垂直向下快退---B缸原位停止---A缸水平向右快退---A缸原位停止 2、A、B缸快進速度為4m/min、快退速度為5m/min,工進速度20—100mm/min; 3、A、B缸進給最大行程為400mm，其中工進行程200mm; 4、A、B缸最大切削力為12000N,運動部件自重均為8000N； 5、啟動換向時間0.05s; 6、導軌為平導軌，靜摩擦系數為0.2，動摩擦系數為0.1。 第二節(jié) 分析液壓系統(tǒng)工況 1、A液壓缸在工作過程各階段的負載為： 啟動加速階段： 快進階段： 工進階段： 快退階段 2、B液壓缸在工作過程各階段的負載為： 啟動加速階段： 快進階段： 工進階段： 快退階段： 將液壓缸在各階段的速度和負載值列于表1中： 表1 工作階段 速度v/(m·s-1)） 負載F/N A快進階段 0．067 888．9 A工進階段 0．0003-0.00167 14222.2 A快退階段 0.083 14598.6 B缸啟動加速階段 10104.3 B快進階段 0．067 8888．9 B工進階段 0．0003~0.00167 22222.2 B快退階段 0.083 0 第三節(jié) 確定液壓缸的主要參數 一、初選液壓缸的工作壓力 由負載值大小查表9-3，參考同類形組合機床，取液壓缸工作壓力為2MP。 二 、確定液壓缸的主要結構參數 1、A 進給缸 ﹙1﹚液壓缸內徑和活塞桿直徑設計 由表1得最大負載為快退階段的負載F=14598.6N則 查設計手冊按液壓缸內徑系列列表將以上計算值圓整為標準直徑，取D1=100mm.因工作壓力p＜5Mpa,所以d1=0.5D=50mm, 由于快進速度與快退速度不相等,故采用一般連接：由D1=100mm，d1=50mm,算出進給缸無桿腔有效作用面積AI1=78.5cm2, 有桿腔作用面積AI2=58.9cm2 工進若采用調速閥,查產品樣本,調速閥最小流量 故能滿足最低穩(wěn)定性要求. ﹙2﹚活塞組件 活塞組件由活塞桿和連接件等組成.隨工作壓力、安裝方式和工作條件的不同。但由于本系統(tǒng)是輕載，所以才用螺紋連接?；钊苡蛪旱淖饔迷诟變茸鐾鶑瓦\動，則其外圓表面應當耐磨并有防銹能力，故活塞桿外圓表面有時需鍍鉻。 密封裝置 ﹙3﹚密封裝置主要是用來防止液壓油的泄漏，液壓缸因為是依靠密閉油液容積的變化來傳遞動力和速度，故密封裝置的優(yōu)勢，將直接影響液壓缸的工作性能。而活塞是往復運動的時候活塞兩端壓力高，而Y型密封圈一般適用于工作壓力小于20Mpa、工作溫度為-30~+100C。、速度小于0.5m/s的場合，因此選用Y型密封圈。 緩沖裝置 ﹙4﹚當液壓缸拖動質量較大的部件作往復運動時，運動部件具有很大的動能，這樣，當活塞運動到液壓缸的終端時，會與端蓋發(fā)生碰撞，產生很大的沖擊和噪聲，會引起液壓缸的損壞，故還要有緩沖裝置。當緩沖柱塞進入到缸蓋內孔時，回油路被柱塞堵住，只能通過節(jié)流閥回油，調節(jié)節(jié)流的開度，可以控制回油量，從而控制活塞的緩沖速度。當活塞反向運動時，壓力油通過單向閥很快進入液壓缸內，并作用在活塞的整個有效面積上，故活塞不會因為推力不足而產生啟動緩沖現象。這一緩沖裝置可以根據負載情況調整節(jié)流閥的開度大小，改變緩沖壓力的大小，故選用可調節(jié)流孔式緩沖裝置。 2、B垂直缸 ﹙1﹚垂直缸內徑和活塞桿直徑的設計 垂直缸的工作壓力由表1得，最大負載為工進階段負載F=22222.2N則查表9-3，參考同類形組合機床，取液壓缸工作壓力為3MP。 查設計手冊按液壓缸內徑系列表將以上計算值圓整為標準直徑：取D2=100mm,同樣取d2=50mm; 由D2=78.5cm2,有桿腔面積A22=58.9cm2 ﹙2﹚液壓缸缸筒長度L 液壓缸缸筒長度L由液壓缸最大行程、活塞寬度、活塞導向長度、活塞桿密封長度和特殊要求的其他長度確定。 缸筒的最大行程 活塞寬度 導向長度（加工在端蓋上） 活塞桿密封長度 擋圈厚度 （兩片） 鎖緊螺母厚度 (2×M20) 后端蓋（有緩沖裝置）厚度 B4取40mm 則缸筒長度 ﹙3﹚液壓缸校核 因液壓缸工作為輕載運行，可選用無縫鋼管壁厚§≤0.08D=8mm,取§=6mm,活塞桿直徑為d=60mm,無需校核，強度足夠。 ﹙4﹚活塞組件 活塞組件由活塞桿和連接件等組成。隨工作壓力、安裝方式和工作條件的不同。但由于本系統(tǒng)是輕載，所以才用螺紋連接?；钊苡蛪旱淖饔迷诟淄矁茸魍鶑瓦\動，因此活塞具備一定的強度和良好的耐磨性。則活塞由鋼材料鑄造而成。同時活塞桿在導向套內往復運動，則其外圓表面應當耐磨并有防銹能力，故活塞桿外圓表面有時需鍍鉻。 ﹙5﹚密封裝置 密封裝置主要是用來防止液壓油的泄漏，液壓缸因為是依靠密閉油液容積的變化來傳遞動力和速度，故密封裝置的優(yōu)勢，將直接影響液壓缸的工作性能。而活塞是往復運動的時候活塞兩端壓力高，而Y型密封圈一般適用于工作壓力小于20Mpa、工作溫度為-30~+100C。、速度小于0.5m/s的場合，因此選用Y型密封圈。 ﹙6﹚緩沖裝置 當液壓缸拖動質量較大的部件作往復運動時，運動部件具有很大的動能，這樣，當活塞運動到液壓缸的終端時，會與端蓋發(fā)生碰撞，產生很大的沖擊和噪聲，會引起液壓缸的損壞，故還要有緩沖裝置。當緩沖柱塞進入到缸蓋內孔時，回油路被柱塞堵住，只能通過節(jié)流閥回油，調節(jié)節(jié)流的開度，可以控制回油量，從而控制活塞的緩沖速度。當活塞反向運動時，壓力油通過單向閥很快進入液壓缸內，并作用在活塞的整個有效面積上，故活塞不會因為推力不足而產生啟動緩沖現象。這一緩沖裝置可以根據負載情況調整節(jié)流閥的開度大小，改變緩沖壓力的大小，故選用可調節(jié)流孔式緩沖裝置。則B缸裝配圖如圖B缸裝配圖。 第四節(jié) 算液壓缸的工作壓力、流量和功率 1、復算工作壓力 根據表9-5,本系統(tǒng)的背壓估計只值可在0.5~0.8Mpa范圍選取,故暫定: 工進時:Pb=0.8Mpa; 快進時:Pa=0.5Mpa液壓缸在工作循環(huán)各階段的工作壓力P11后又用公式(9-10)、（9-11）或（9-12）等公式計算。 A缸快進階段 A工進階段 A快退階段 B缸快進階段 B工進階段 B快退階段 2、計算各缸的輸入流量 因為快進速度0.067m/s,快退速度0.083m/s,最大工進速度0.0017m/s,則液壓缸各階段的輸入流量為: A缸快進階段 工進階段 Qv1=A11XV3=78.5X10-4X0.0017m3/s=0.013x10-3m3/s=0.8L/min 快退階段 3、計算各缸的輸入功率 A缸快進階段 工進階段 快退階段 B缸快進階段 工進階段 快退階段 將以上進給缸的壓力\流量和功率值整理列入下表: 工作階段 工作壓力p11/MPa 輸入流量qv1(L/min) 輸入功率P11/kw A缸快近階段 2 7.9 0.260 工進階段 2.41 0.8 0.031 快退階段 3.15 29.3 1.544 B缸快進階段 6.04 7.9 0.785 工進階段 3.43 0.8 0.045 快退階段 0.67 29.3 0.328 第五節(jié) 液壓系統(tǒng)原理圖的擬訂 根據組合機床的設計任務和工況的分析,該機床對調速范圍、低速定性有一定要求，因此速度控制是該機床要解決的主要問題，速度調節(jié)、換接和穩(wěn)定性是該機床液壓系統(tǒng)設計的核心。 1、速度控制回路的選擇 本機床的進給運動要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度負載特性，故采用調速閥調速。這樣有三樣方案供選擇，進油節(jié)流調速、回油節(jié)流調速、限壓式變量泵加調速閥的容積節(jié)流調速。本系統(tǒng)的小功率系統(tǒng)、效率和發(fā)熱問題并不突出；鉆鏜屬于連續(xù)切削加工，切削力變化不大，而是正負載，在其他條件相同的情況下，進油節(jié)流調速比回油接流調速能獲得更低的穩(wěn)定調速。故本機床液壓系統(tǒng)采用調速閥的進油節(jié)流調速，為防止孔鉆通過時發(fā)生前沖，應在回路上加背壓閥。 由表1.2得知，液壓系統(tǒng)的供油主要為低壓大流量和高壓小流量兩個階段，若采用單個定量泵，顯然功率損失大，功率低。為了提高系統(tǒng)效率和節(jié)約能源，所以采用雙泵供油回路。 由于選定了節(jié)流調速方案，所以油路采用開式循環(huán)油路。 此外，根據本機床的運動和要求，選用單桿活塞式液壓缸；為了使快進和快退速度不相同，故使用一般連接增速回路。 2、 換向回路和順序動作回路的選擇 本系統(tǒng)對換向平穩(wěn)性的要求不是很高，所以選用價格較低的電磁換向閥控制的換向回路。為了便于一般連接，選用二位三通、二位五通電磁換向閥。由于此回路用于使兩缸按預定的順序動作，所以選擇順序動作回路，用壓力續(xù)電器進行控制。 3、壓力控制回路的選擇 由于采用雙泵供油回路，故用外空順序閥實現低壓大量泵卸荷，用溢流閥調整高壓小流量泵的供油壓力。為了觀察調整壓力，在液壓泵的出口處、背壓閥和液壓缸無桿腔進口處設測壓點。 將上述所選定的液壓回路進行歸并，并根據需要作必須的修改調整，最后畫出液壓系統(tǒng)原理如圖液壓系統(tǒng)原理圖。 第六節(jié) 選擇液壓元件 1、選擇液壓泵 由表1.2可知工進階段液壓缸的工作壓力最大，若取進油路總壓力損失∑ΔP1=0.5Mpa,則液壓泵最高工作壓可按公式(9-13)算出: 因此,泵是額定壓力可取 將表1-2的流量值帶入式(9-14),可分別求出快速以及工進階段泵的供油流量. 快進、快退時泵的流量為： 工進時泵的流量為： 考慮到節(jié)流閥系統(tǒng)中溢流閥的性能特點，須加上溢流閥穩(wěn)定工作的最小溢流，一般取3L/min, 所以小流泵的流量為： 查產品樣本，選用小泵排量v=6mL/r的YB1型雙聯葉片泵，額定轉速n=960r/min.則小泵的額定流量為： 因此，大流量泵的流量為： 查產品樣本，選用大泵排量mL/r的YB1型雙聯葉片泵，額定轉速n=1450r/min.則大泵的額定流量為： 由于qvN2接近QVp2基本可以滿足要求。故本系統(tǒng)選用一臺YB1-16/6型雙聯葉片泵。由表1-2和表1-3得，快退時的功率最大，故按快退時估算電動機的功率，若取快退時進油路是壓力損失∑Δp1=0.2Mpa.液壓泵的總效率：ηp=0.7.則電動機的功率為: 查電動機產品樣本，選用Y112M-4型異步電動機。P=4kw.n=1440r/min. 2、選用液壓閥 根據所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖。計算分析通過各液壓閥的最高壓力和最大流量，選擇各液壓閥的型號規(guī)格，列于下表 元件表如下 序號 元件名稱 通過流量去qv/(L/min) 型號規(guī)格 1 雙聯葉片泵 44.33 YB1-16/6 2 溢流閥 5.18 YF3-10B 3 調速閥 <1 L-25B 4 溢流閥 5.18 YF3-10B 5 二位二通電磁換向閥 21 23D1-25B 6 三位五通電磁換向器 44.33 35EF3Y-E10B 7 壓力繼電器 DP1-63B 8 單向閥 5.18 AF3-Ea10B 9 過濾器 44.33 XU-J40X80 10 單向閥 39.5 AF3-Ea10B 11 行程閥 12 順序控制閥 26.95 XF3-10B 13 壓力計 Y-100T 14 壓力計開關 KF3-E3B 15 三位四通電磁換向器 44.33 35EF3Y-E10B 3、選擇輔助元件 油管內徑一般可參照所接元件的型號尺寸確定，也可按管路元件允許流速進行計算，本系統(tǒng)油管選10x1無縫鋼管，油箱容量： 第四章 機床電器原理圖的設計 第一節(jié) 設計概述和設計要求 一臺兩缸順序動作專用組合機床是性能優(yōu)良應用廣泛的普通機床，進給的最大行程為400mm，其中工進行程200mm. 1、電動機的選擇 根據設計要求需要一臺電動機來驅動液壓泵，設該電機為M，則電動機的型號選擇為：液壓泵的電機M選為Y112M-4（4KW、8.8A、1440r/min） 2、主電路設計 液壓泵電機M，由于電動機的功率較大，額定電流為8.8A，但該電動機在工作時是常時間工作，則控制電動機的接觸器為KM。由于工作時間較長，則還要有短路保護和過載保護。 3、控制電源設計 考慮到安全可靠和滿足照明及指示燈的要求，采用控制變壓TC供電。其一次則為交流380V，二次則為交流127V、36V、和6. 3v。其中127V提供接觸器和中間繼電器的線圈。36V交流安全電壓提供給局部照明電路，6.3V提供給電路。 4、控制電路設計 主電機M的控制，該電機由驅動按鈕SB1和停止按鈕SB4進行操縱，可得到M的控制電路如圖 5、局部照明與信號指示燈電路設計 設置照明燈EL和燈開關SA和照明回路熔斷器FU3，可設三相電源接通指示燈HL2（綠色），在電源開關QS接通以后立即發(fā)光顯示，表示機床電氣線路已處于供電狀態(tài)。另設指示燈HL1（紅色）表示液壓泵電動機是否運行。此兩指示燈HL1和HL2可分別由接觸器KM的常開和長閉觸點進行切換通電顯示 綜合如下圖 第二節(jié) 電器元件的選擇 1、電源開關的選擇 電源開關QS1的選擇主要考慮電動機M的額定電流和起動電流，而在控制變壓器TC二次側的接觸器及繼電器線圈，照明燈和顯示燈在TC一次產生的電流相對來說較小，因而可不作考慮，已知M額定電流為8.8A，由于電動機的功率較大，則額定電流放大1.5倍，為13.2倍A。因電源開關的額定電流就選15A左右，具體選擇QS為：三極轉換開關（組合開關）為：HZ10-25/3型，額定電流為25A。 2、熱繼電器的選擇 據電動機M的額定電流選擇如下，FR1應該選用JR16-20/3D，熱元件額定電流為16A,額定電流調節(jié)范圍為10~~16A，工作使調整電流為13.8A。 3、接觸器的選擇 因為液壓泵電動額定電流為8 .8A，控制回路電源127V，需要主觸電三對，輔助常開觸電兩對，輔助常閉觸電一對。所以接觸器KM應選用CJ10-20型接觸器，主觸電額定電流20A，線圈電壓127V。 4、中間繼電器的選擇 中間繼電器KA1、KA2、KA3和KA4，由于在本系統(tǒng)中電動機的額定電流較大，所以這些中間繼電器可以選普通的JZ7-44型交流中間繼電器代替接觸器進行控制，每個中間繼電器常開閉觸點各四對，額定電流為5A，線圈電壓127V。 5、熔斷器的選擇 熔斷器FU1對M進行短路保護，額定電流為8.8 A，則可選RL1-15型熔斷器，配用10A的熔體；熔斷器FU2和FU3的選擇將同控制變壓器的選擇結合進行。 6、按鈕的選擇 兩個起動按鈕SB1和SB2，可選擇LA-18型按鈕，黑色，兩個停止按鈕KT3的常閉觸點和SB4選擇LA-18型按鈕，紅色 7、照明燈及開關的選擇 照明燈EL和燈開關SA成套購置，EL可選用JC2型，交流360V、40W。 8、指示燈選擇 指示燈HL1和HL2，都可選ZSD-0型，6.3v 、0.25A分別為紅色和綠色 9、壓力繼電器的選擇 壓力繼電器是在一定壓力下工作的，則應選在工進時壓力大一點的壓力，才能實現停留這一階段，所以選用交流板式DP-10B型。3A、360A 。 10、行程開關的選擇 行程開關是機床在工作運行時改變?yōu)楣ぷ鞯臓顩r，為了能使工作繼續(xù)運行，行程開關有自動復位，則五個常開自動復位行程開關SQ1、SQ2、SQ3、SQ4和SQ5，均可選LX12-2型，300V、4A。 11、控制變壓器的選擇 控制變壓器可實現高低壓電路隔離，使得控制電路中的電器元件，如按鈕，行程開關和接觸器及中間繼電器線圈等同電網電壓不直接相接，提高了安全性，另外各種照明燈，指示燈和電磁閥等執(zhí)行元件的提供電壓有多種，有時也需要控制變壓器降壓提供，常用的控制變壓器有BK-50、100、150、200、300、400、和1000等型號，其中的數字為額定功率（VA）一次側電壓一般為380V和220V二次側電壓一般為交流6.3V,12V,24V,36V和27V。控制變壓器具體選用時要考慮所需要電壓的種類和進行容量計算。 控制變壓器的容量P可以根據由它提供的最大工作負載所需要的功率來計算，并留有一定的余量。這樣可得經驗公式： 式中Pi為電磁元件的吸持功率和燈負載等其他負載消耗的功率；K為變壓器的容量儲備系數，一般取1.1~1.5,雖然電磁線圈在起動吸合時消耗功率較大，但變壓器有短時過載能力。故式子中，對電磁器件僅考慮吸持功率。 對本設計而言，接觸器KM的吸持功率為12W，中間繼電器KA1、KA2、KA3和KA4的吸持功率為12W，而照明電路EL的功率為40W，指示燈HL1和HL2的功率都為1.15W，易算出總功率為89.15W。若取K為1.15。則算得 p約等于102.5W，因此控制變壓器TC可選用BK-100A，380V，220V/127，36，6.3V易算得KM、KA1、KA2、KA3、KA4線圈電流及HL1和HL2電流之和小于4A，EL的電流也小于2A ，故熔斷器FU2和FU3可選用RL1-15型，熔體4A。 這樣就可以在電氣原理圖上作出電氣元件目錄表 電氣元件目錄表 序號 符號 名稱 型號 規(guī)格 數量 1 M 液壓泵電機 Y112M-4 4KW，8.8A 1440r/min 1 2 QS1 三極轉換開關 HZ10-25/3 三極，500V， 25A 1 3 KM 交流接觸器 CJ10-20 20A，線圈 電壓127V 1 4 KA1-KA4 交流中間繼電器 JZ7-44 5A，線圈 電壓127V 7 5 FR1 熱繼電器 JR16-20/3D 熱元件額定電流 16A，整定電流 13。8A 1 6 FU1 熔斷器 RL1-15 500V熔體 10A 1 7 FU2，FU3 熔斷器 RL1-15 500V 熔體2A 2 8 TC 控制變壓器 BK-100 100VA,380V/127 ,36,6.3V 1 9 SB1，SB2 控制按鈕 LA-18 5A，黑色 2 10 SB3，SB4 控制按鈕 LA-18 5A紅色 2 11 SQ1~SQ5 行程開關 LX12-2 500V,4A 5 12 HL1，HL2 指示燈 ZSD-0 6.3V綠色 紅色 2 13 EL，SA 照明燈及開關 JC2 36V,40W 各1 14 KP1 壓力繼電器 DP-10B 3A,360V 1 第四章 PLC編程設計 第一節(jié) PLC設計的概述及要求 根據加工要求，該系統(tǒng)的工作循環(huán)由進給缸和夾緊缸共同完成，而進行PLC在設計時主要考慮系統(tǒng)在工作進給，則工作循環(huán)如下：A缸快進—A缸工進—A缸缸停留—B缸快進---B缸工進---B缸快退—B缸停止—A缸快退—A缸停止 第二節(jié) PLC功能圖I/O接線圖和梯形圖的設計 一、控制要求，根據系統(tǒng)原理圖1-2中電磁動作表所示。在電氣原理圖中用壓力繼電 器來控制死擋鐵停留，功能圖 二、PLC采用FX1N系列，其選擇元件如下 1、中央處理單元為CPU 2、存儲器選用RAM 3、輸入/輸出（I/O）單元 輸入選用交流220V輸入，輸出選用繼電器輸出 4、電源 選用單相交流電源，額定電壓為AC220V，額定頻率為50Hz,電壓允許范圍為 85-264V，瞬間停電時間10ms以下。 5、編程器 主要選用鍵盤，顯示器和通用接口等組成， 主要任務是輸入程序，調試程序和監(jiān)控程序執(zhí)行。 6、輔助繼電器選用M8002 7、定時器T選用10ms時鐘脈沖計數器 8、智能接口模板 選用高速計數模板 三、設計過程 電動機已啟動，按下SB2，A缸向左快進，觸碰SQ2A缸左工進，死擋鐵A缸停留，0.05s后B缸垂直向上快進，觸碰SQ3，B缸垂直向上工進，觸碰SQ4，B缸垂直向下快退，觸碰SQ5，B缸原位停止0.05s后A缸向右快退，觸碰SQ1，A缸原位停止。 所對應接口如下： 1、I/O接線圖 2、功能圖如下 3、 根據梯形圖以及電氣原理圖來實行控制電路工作過程，梯形圖 如下 四、根據梯形圖寫出以下控制指令表 0 LD M8002 1 LD 2 OR 3 ANB 4 OR 5 ANI 6 ANI 7 OUT 8 LD 9 AND 10 OR 11 ANI 12 ANI 13 OUT 14 LD 15 OR 16 ANI 17 ANI 18 OUT 19 LD 20 OUT SP 23 LD 24 OR 25 OUT 26 OUT 27 OUT 28 LD 29 OR 30 ANI 31 ANI 32 OUT 33 LD 34 OR 35 ANI 36 OUT 37 LD 38 OR 39 ANI 40 OUT 41 LD 42 OUT SP 45 LD 46 OUT 47 END 第五章 致謝 大學三年的學習以及畢業(yè)論文畫了一個句號。感謝長沙航空職業(yè)技術學院，給了我生活學習的空間，感謝機械系及各位老師對我的殷勤教誨,很榮幸在大學里被吸收成為中共黨組織中的一員，感謝黨，我會把黨的工作宗旨放到第一位，投身到工作學習中去。感謝同學們對我工作和學習的支持，三年的學習生活，無論是工作或學習以及做人，使我收益非淺，我因航院而感到自豪。 此次設計，我的指導老師是張云湘老師，在他的指導與幫助，給我提出很多建議，使我很快就進入設計狀態(tài)，在此我只有向他表示感謝！祝他事業(yè)不斷晉升，心想事成！ 時光伴隨我走過每一個日日夜夜，使我得到了很好的磨練，在此我特別感謝母親和姐姐及姐夫對我經濟和精神的大力支持，同時也感謝關心我的親戚、朋友們，他們的支持是無私的，我深深感激他們。 三年的大學生活對我來說是充實的，大學里我無法對老師及家人和朋友作任何補償，因此，我學習比較刻苦，以表達他們對我的關懷。無論怎樣，將來我都會努力工作，刻苦學習，把社會的事業(yè)當成自己的事業(yè)，回報于社會，為創(chuàng)建和諧社會貢獻一分力量。 第六章 參考文獻 《液壓設計手冊》 第三冊 趙菊初、周玉 等編 國防工業(yè)出 版社出版，1999.10 《液壓傳動》 第二版 丁樹摸 北京 機械工業(yè)出版社出版，1999.12 《機床電氣控制》 第三版 王炳實 主編 北京機械工業(yè)出版社，2004.5 《可編程控制器應用技術》,2004年5月第一版 陳琳主編 化學工業(yè)出版社出版, 2008﹒1 26 附錄： 外文資料與中文翻譯 外文資料： The Development Of Machine Tool Technology and automatic line Machine Tool and Machine Tool Automatic Line is a dedicated and efficient automation technology and equipment, at present, it is still a high-volume machinery to achieve efficient, high quality and economical production of key equipment, which is widely used in automobiles, tractors, diesel and compressed machines and many other industrial production. In particular, the automotive industry, is a combination of machine tools and automatic lines largest user. Such as the German Volkswagen plant in Salzgitter engine plant, used in the early 90's metal-cutting machine tool is automatic line (60%), machines (20%) and processing center (20%). Clearly, the mass production of the machinery industry, a lot of used equipment is a combination of machine and automatic line. Therefore, combination machine tool and its automatic line level of technical performance and integrated automation, the large extent determines these industries, a product of the production efficiency, product quality and business organization of production Jiegou, Yezai determine a company's products competitiveness. 現代組合機床和自動線作為機電一體化產品，它是控制、驅動、測量、監(jiān)控、刀具和機械組件等技術的綜合?反映。 Combination of machine tools and automatic lines of modern mechatronic product as it is to control, drive, measure, monitor, tool and machinery components such as a comprehensive reflection of technology. 近20年來，這些技術有長足進步，同時作為組合機床主要用戶的汽車和內燃機等行業(yè)也有很大的變化，其?產品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質量不斷提高。 The past 20 years, these technologies have made considerable progress, as well as a combination of machine tool user industries such as automobile and internal combustion engines, there are big changes in the market life of their products continue to shorten, increasing variety and quality improved. 這些因素有力地推動和激勵了組合機床和自動線技術的?不斷發(fā)展。 These factors effectively promote and encourage the combination of machine and automatic line technology continues to evolve. 1 A combination of varieties of key development tools 在組合機床這類專用機床中，回轉式多工位組合機床(圖2)和自動線占有很重要的地位。 In the combination of these special purpose machine tools, the rotary multi-station machines (Figure 2) and automatic line plays an important role. 因為這?兩類機床可以把工件的許多加工工序分配到多個加工工位上，并同時能從多個方向對工件的幾個面進行加工，此?外，還可以通過轉位夾具(在回轉工作臺機床上)或通過轉位、翻轉裝置(在自動線上)實現工件的五面加工或全部?加工，因而具有很高的自動化程度和生產效率，被汽車、摩托車和壓縮機等工業(yè)部門所采用。 Because these two types of machine parts can be assigned to many manufacturing processes on multiple processing station, and also from several different directions on the workpiece surface processing, In addition, you can also switch to digital clamp (work in rotation machine tool) or by translocation, flip device (in the automatic line) to achieve a five-face machining parts or all of processing, so they have a high degree of automation and production efficiency, a car, motorcycle and compressors and other industrial sectors used. 根據有關統(tǒng)計資料，德國在1990～1992年期間，回轉式多工位組合機床和自動線的產量約各占組合機床總數?的50%左右。According to statistics, Germany in 1990 and 1992, combined multistation rotary machine and automatic production lines around each combination of machine tool about 50% of the total. 應指出，回轉式多工位組合機床實際上是一種特殊型式的小型自動線，適合于加工輪廓尺寸≤250mm的中小?件。 Be noted that multi-station rotary machine is actually a combination of special types of small automatic lines for processing outline size of ≤ 250mm of small pieces. Compared with the automatic line, in the processing of the same parts of the case, the combination of multi-station rotary machine tool operations share is about a small area than the automated line 2 / 3. 2、 beat time to further reduce the automatic line 目前，以大批量生產為特征的轎車和輕型載貨車，其發(fā)動機的年產量通常為60萬臺左右，實現這樣大的批量?生產，回轉式多工位組合機床和自動線在三班運行的情況下，其節(jié)拍時間一般為20～30秒，當零件生產批量更大?時，機床的節(jié)拍時間還要更短些(表1)。 At present, characterized by mass production of cars and light trucks, the engine's output is usually around 60 million units, to achieve such a large volume production, multi-position rotary combination of machine tools and automatic lines in the case of three-shift operation , the tact time is generally 20 to 30 seconds, when the greater part of production volume, the machine cycle times should be shorter (Table 1). In the 70's, automatic line to achieve such a short beat, often used side by side duplex or set the two-lane approach, that is, determining the automatic line of the beat, the longest processing operation processes through the same process in parallel two station, if more restrictive process, then the same through the use of two automatic lines to balance the automatic line system processing rhythm. 顯然，這樣就要增加設備投資和作業(yè)面積。 Apparently, this would increase the investment in equipment and operating area. 縮短基本時間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以通過提高切削速度和進給速度來縮短基本時間。 The main way to shorten the basic time is the introduction of new materials and novel tool tool to enhance the cutting speed and feed through to shorten the basic time rate. ?例如，德國大眾汽車廠在加工鋁合金缸蓋燃燒室側面時，采用PCD銑刀，銑削速度高達3075m/min，進給速度達?3600mm/min；又如，在鏜削灰鑄鐵缸體的缸孔時，采用裝有三個可轉位CBN刀片的新穎鏜刀頭，切削速度達?800m/min，進給速度為1500mm/min，加工深度為146mm的缸孔，其實際加工時間僅為5.8s，比傳統(tǒng)加工工藝可縮?短2/3的加工時間。 For example, the German Volkswagen plant in the processing of aluminum alloy cylinder head combustion chamber side, the use of PCD milling cutters, milling speeds of up to 3075m/min, feed speed 3600mm/min; another example, in boring gray cast iron cylinder block of the cylinder bore When used with three indexable boring head new CBN inserts, cutting speed up to 800m/min, feed rate 1500mm/min, processing depth of 146mm the cylinder bore, the actual processing time of only 5.8s, compared traditional processing process can be shortened 2 / 3 of the processing time. 縮短輔助時間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進以及加工模塊由快進轉換為工進后至刀具切入工件?所花的時間。 Reduce the auxiliary time is shortened, including parts delivery, processing and rapid introduction of the module and processing module is converted to work by the fast-forward to the tool after the cut into the workpiece into the time spent. To shorten this part of the air travel time, generally used to improve workpiece (workpiece direct transmission) or the accompanying fixtures and processing module transmission speed fast speed. 目前，隨行夾具的輸送速度可達60m/min或更高些，加工模塊快速移動速度達40m/min。 At present, the accompanying transmission speeds up to 60m/min fixture or later some, fast-moving speed of processing modules 40m/min. At present, the accompanying high-speed conveyor fixture common control with electro-hydraulic proportional valve or cyclonical driven conveyer. The late 70s, Honsberg body in its processing of automatic transmission line on the use of electro-hydraulic proportional valve controlled delivery device. Movement of the conveyor curves. As the electro-hydraulic proportional valve control system has a good start and braking performance, and the system structure is simple, so far, this conveyor being used by many automated line. 3、the rapid progress of flexible combination machine 十多年來，作為組合機床重要用戶的汽車工業(yè)，為迎合人們個性化需求，汽車變型品種日益增多(圖5)，以多?品種展開競爭已成為汽車市場競爭的特點之一，這使組合機床制造業(yè)面臨著變型多品種生產的挑戰(zhàn)。 10 years, as the combination of machine tools important to the user's automobile industry, to meet the individual needs of people, cars become growing varieties (Figure 5), a multi-species competition has become one of the characteristics of market competition car, making Machine Tool Manufacturing industry faces many varieties of variant production challenges. 為適應多品?種生產，傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性組合機床和自動線必須提高其柔性。 To meet the multi-species production and processing of a single species of conventional machine tools and automatic lines rigid composite to improve its flexibility. In the 70's, numerical control system reliability has been greatly improved, it is to late 70s and early 80s, as Alfing, Hüller-Hille and Ex-cell-o and other companies have developed a flexible machining modules, and automatic line ( FTL), from CNC machine tools and flexible combination of automatic line has increased every year. 1988 to 1992, Japan Machine Tool and automatic line (including some other form of special machine tools) production NC rate has reached 32% ~ 39%, output NC rate of 35% to 51%; the German Machine Tool and automatic line production The NC rate of 18% and 62%, 45% of the value NC ~ 66% (Table 2). These figures show that over the past decade, the development of NC machine tool combination is very rapid. Should be noted that since the 90's into the car even more intense market competition, product market and further reduce the life of the new models and shorter development cycle (now usually 35 months), car varieties growing, so automotive industry to flexible automation increasing demand for technical equipment. Such as Toyota Motor Corporation, in the end of this century's goal is to subordinate the factory the company flexible manufacturing system's coverage reached 100%.很顯然，組合機床及其自動線在保持其高生產效率的條件下，進一步提高其柔性?就愈來愈具有重要意義。 Obviously, combination machine tool and its production line while maintaining its high productivity conditions, further enhancing its flexibility on the more important. 組合機床的柔性化主要是通過采用數控技術來實現的。Flexible modular machine tool is mainly through the use of numerical control technology to achieve. Development of flexible modular machine tool and an important prerequisite for flexible automatic line is the development of CNC machining module, which has a long history of development of processing technology for the development of CNC machining center modules to provide a mature experience. NC modules formed by the flexible modular machine tool and flexible automatic lines, can be changed through the application and the automatic tool changer CNC program to automatically replace the multi-axle box and change the processing itinerary of the working cycle, cutting parameters and processing location, in order to adapt to change type variety of processing. ?柔性組合機床和柔性自動線用的數控加工模塊，按其數控坐標(軸)數，主要有單坐標(Z)、雙坐標(XZ、YZ、?ZU和ZB等)和三坐標(XYZ)加工模塊；按其主軸數，有單軸和多軸加工模塊，也有單軸和多軸復合加工模塊。 Single-axis machining module by the NC slide and spindle assembly (or axle box, including for multi-axle box) form. Two-axis machining module by the cross slide and spindle CNC Components, such as two-coordinate CNC milling module. Column moving type CNC coordinate processing module (Figure 6), the tool can be realized in the three coordinate movement, according to workpiece varieties and processing tasks with Tool, tool change and the required mechanical hand tools, high Flexible. This processing module is flexible automatic line processing of multi species one of the most important modules. 立柱移動式CNC三坐標加工模塊可利用X軸和Y軸的聯動來實現周邊銑削工藝，特別是在銑削象變速箱體這類剛?性較差的工件時，可采用較小直徑的銑刀，實現高速(切削速度達2500m/min)周邊銑削，由此減小加工時的切削?力和工件的變形。 Mobile column CNC machining module can make use of X coordinate axis and Y axis of the linkage to achieve the peripheral milling process, particularly in the milling body such as the transmission of less rigid workpiece, we can use smaller diameter cutter, high-speed (cutting speed up to 2500m/min) milling around, thus reducing processing time of cutting force and workpiece deformation. This is more than double coordinate milling module for milling cutters with large diameter to be superior. Multi-axis machining module is another important module, mainly for processing box and disc type work flexible combination of machine tools and flexible automatic lines.這類模塊有多?種不同的結構形式，但基本上可分為自動換箱式多軸加工模塊(圖7)、轉塔式多軸加工模塊(圖8)和回轉工作臺式?多軸加工模塊(圖9)。 How such module structure of different forms, but basically can be divided into automatic processing module for box-type multi-axis (Figure 7), turret multi-axis machining module (Figure 8) and multi-axis machining module Rotary Table (Figure 9). As for box-type module automatically be set in a special multi-axle box to store more and more libraries axle box, it can be used to process more parts of different species. 而轉塔式和回轉工作臺式多軸加工模塊，由于在轉塔頭和回轉工作臺上允許裝的多軸箱數量有限?(一般為4～6個)，所以這種加工模塊只能實現有限品種的加工。 The turret and multi-axis machining module Rotary Table, due to the turret head and turn the table to allow installation of a limited number of multi-axle box (usually 4 to 6 months), so this processing module can only achieve limited variety of processing. 在自動線上采用CNC三坐標加工模塊和轉塔式多軸加工模塊，不僅可實現不同品種工件的加工，而且在自動線?節(jié)拍時間內(如果節(jié)拍時間允許的話)，這類加工模塊還可以在同一個加工工位上通過其自動換刀或換箱，依次實?現多道加工工序(粗鏜、半精鏜和精鏜；鉆孔、擴孔和攻絲)，從而減少自動線的加工工位數，縮短自動線的長度?。 CNC Coordinate with automatic online processing modules and turret multi-axis machining modules, not only enables workpieces of different varieties, but also in the automatic line beat of time (if time permits, then the beat), this type of processing module can also be in the same processing station on the exchange through its automatic tool changing or box, and then click to realize multi-channel processing operation (rough boring, semi-fine boring and precision boring; drilling, reaming and tapping), thereby reducing the processing work automatically line the median, Automatic line to shorten the length. ?單軸和多軸復合加工模塊是一種三坐標數控加工模塊，可通過自動換刀或自動更換多軸箱而實現單軸加工或多軸加工。 Single and multi-axis coordinate complex processing module is a CNC machining modules, can be automatically replaced by ATC, or multi-axle box and the realization of single-axis machining or multi-axis machining.值得提及的是，在80年代中期德國Honsberg公司推出的CNCMACH模塊化系統(tǒng)(圖10)是很有特色的一種模塊化系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分應用模塊化結構原理，在作為系統(tǒng)基礎模塊的?CNC三坐標模塊上，通過增減各種不同的功能模塊，拼裝成各種不同坐標或不用工藝用途的加工模塊。 It is worth mentioning that in the mid 80s the company introduced CNCMACH Germany Honsberg modular system are characteristic of a modular system, modular structure of the full application of the principle as a basic module of the CNC system CMM module, through changes in various functional modules, assembled into a variety of different processes do not use coordinates or processing modules. Specifically, from the coordinates, except coordinate, it can also form two-coordinate and single-axis machining module; view from the Tool can be installed in libraries and multi-axle box tool libraries, can be realized individually or axle box of tools automatic replacement can also be followed to achieve the replacement tool and multi-axle box. CNC?MACH系統(tǒng)，不僅在機械結構方面，而且在控制和軟件等方面也是模塊化的。 CNC MACH system, not only in the mechanical structure, but also in control and software is modular and so on. Therefore, the use of the system modules can be easily assembled into flexible transfer lines (FTL), flexible manufacturing cell (FMC) or flexible manufacturing system (FMS). In addition to the various CNC machining modules, the robot and servo-driven machine tools and jigs is also flexible combination of a key component of flexible automatic lines. Particularly in the flexible nature of automatic online, now more common use of air-frame gantry robot automatic loading and unloading workpieces, for workpiece transfer position or flipped. For the handling of different workpieces can be set in the automatic line next to the gripper base in order to achieve the automatic gripper change. Fixture equipped with servo drives, to adapt to different job families in the automatic clamping work pieces. 該線采用的數控加工模塊有四個雙坐標數控銑削模?塊、六個數控轉塔式多軸加工模塊和六個數控三坐標加工模塊。 The line used in CNC machining module has four double-axis NC milling module, six CNC turret CNC multi-axis machining module and six coordinate processing module. Secondary station and the cleaning station operations by the robot workstation installation folder. As the composition of automatic wire processing module is NC, when the transformation process from a workpiece to another workpiece processing, simply by changing the NC program on the line, without the need for machinery, adjustment and modification. 4、 the increasing degree of integrated automation 近十年來，為進一步提高工件的加工精度和減少工件在生產過程中的中間儲存、搬運以及縮短生產流程時間，將工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序間的清洗、測量、裝配和試漏等)集成到自動線或自動線組成的生產系統(tǒng)中(圖15)，以實現工件加工、表面處理、測量和裝配等工序的綜合自動Over the past decade, in order to further improve the machining accuracy of workpiece and the workpiece during the production process to reduce intermediate storage, handling and production processes to shorten the time the workpiece machining process in some non-cutting operations (such as inter-process cleaning, measurement, assembly and leak testing, etc.) integrated into the automated line or automatic line production system consisting of (Figure 15), in order to achieve workpiece machining, surface treatment, measurement and assembly processes of integrated automation. 清洗 Clean：In the automatic line and automatic line consisting of production systems, cleaning equipment, parts of the process is mainly used for cleaning and parts between the final cleaning. 工件的工序間清洗主要是為下一道工序創(chuàng)造必要的工作條件。 Between the cleaning processes the workpiece is mainly for the next process to create the necessary conditions of work. For example, the workpiece blank in the painting before, after processing the workpiece datum, deburring, the measurements carried out before and a variety of cleaning before assembly. 當今，鑒于我們人類賴以生存的環(huán)境日益受到工業(yè)污染的破壞，環(huán)境保護已引起人們的普遍重視。 Today, in view of the survival of our human environment is increasingly damaged by industrial pollution; environmental protection has attracted much attention. 近年來，國內外越來越關注工業(yè)清洗對環(huán)境的污染。 In recent years, more and more concerned with industrial cleaning at home and abroad on the environment. 這就促使許多工業(yè)部門的零件清洗轉向應用水劑清洗(采用酸性、中性或堿性清洗液，清洗液中主要含有磷酸鹽、活性劑和絡合劑等)，這種水劑清洗主要根據工件清洗質量要求而采用噴淋(分散清洗)和浸漬(集中清洗)兩種工藝。 This has prompted many industries move on aqueous parts cleaning washing (using acidic, neutral or alkaline cleaning liquid, cleaning liquid containing mainly phosphate, active agents and complexing agents, etc.), primarily on the basis of such aqueous cleaning workpiece quality requirements and use of cleaning spray (distributed cleaning) and immersion (concentrated cleaning) are two processes. 基于環(huán)境保護、現場操作工人的保健和清洗工藝的合理化等要求，目前，清洗機已普遍采用封閉式布局，整個清洗過程是自動進行的，設備控制采用可編程控制器，并自動監(jiān)控所有機械動作和工藝技術參數。 Based on environmental protection, health care workers, field operations and cleaning process of rationalization and other requirements, now, cleaning machine has been widely used closed-end layout, Zheng Ge cleaning process is automatic and programmable controller equipment control, and automatic monitoring of all mechanical action and technical parameters. In such washing machines integrated evaporation, filtration, material recovery and processing devices, as shown in Figure 16 is a German Benz steering shell cleaning process. The washing machine is closed layout, the cleaning process is conducted in a closed system, through a cleaning fluid purification support system to achieve the recycling of cleaning fluid. In this system, as a purification unit is a core component of purification and recycling modules cleaning. The module consists of ultra-fine filters and evaporator joint composition, use of the integrated purification equipment and cleaning fluid produced by distilled water, re-used for parts cleaning and rinsing. 5、Automatic measurement 在自動線上采用自動測量旨在對工件的加工質量進行監(jiān)控。 Automatic line automatic measurement of the workpiece to the processing quality control. In recent years, due to the increasingly automated line to shorten cycle times, the accuracy of the workpiece and the measurement and also become increasingly demanding production conditions, therefore the automatic measurement system must not only work with high speed and high work precision, and to have strong anti-environmental interference (such as chips, dust, steam coolant, oil, vibration and temperature, etc.) capability or some interference with the measurement system can automatically compensate the amount of performance. 在自動線上，自動測量可分為加工前測量和加工后測量。 The automatic line, automatic measurement can be divided into pre-processing measurement and processed measurements. 加工前測量是在工件加工前通過測量以確定工件的特征，并利用測量結果來調整刀具相對于工件待加工部位的位置，然后進行相應的加工。 Processing before the measurement is in the workpiece before the workpiece by measuring to determine the characteristics and use measurements to adjust the tool position relative to the location of