摇臂钻床自动送料装置设计【半自动钻床】

摇臂钻床自动送料装置设计【半自动钻床】,半自动钻床,摇臂钻床自动送料装置设计【半自动钻床】,摇臂,钻床,自动,装置,设计,半自动 任务书题目 摇臂钻床的自动送料机构设计 （任务起止日期2010年 月 日2011年 月 日）专业 班 学生姓名 学 号 指导教师 系主任 院 长 课题内容：1、分析摇臂钻床的工作原理和操作流程，论证进行自动送料的意义；提出一种合适的自动送料方案。 2、进行自动送料机构的设计。课题任务要求：1、针对课题内容撰写一篇文献综述；2、完成一篇与设计相关的英文文献翻译；3、自动送料机构设计：送料机构工作原理图、控制电路图、装配图及零件图。4、在完成上述工作基础上，撰写设计说明书；5、毕业答辩准备。主要参考文献（由指导教师选定）：1. 数控技术2. 维普中文科技期刊全文数据库（参考关键词：摇臂钻床）3. cnki中文学术期刊全文数据库同组设计者 注：1、此任务书应由指导教师填写。2、此任务书最迟必须在毕业设计开始前一周下达给学生。工作进度计划表序号毕业设计（论文）工作任务工作进度日程安排周次12345678910111213141516171819201资料收集，完成开题报告等2正式设计3撰写毕业论文和准备答辩4毕业答辩56789注：1、此表由指导教师填写；2、此表每个学生一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3、进度安排请用“”在相应位置画出。工作情况检查表时间第一阶段（13周）第二阶段（414周）第三阶段（1517周）内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况检查情况教师签字签字 日期签字 日期签字 日期注：1、此表应由教师认真填写；2、“组织”纪律一栏根据学生具体执行情况如实填写；3、“完成任务情况”一栏按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写；4、对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出警告或不能参加答辩的建议。 半自动钻床2.1设计题目设计加工图1所示工件12mm孔的半自动钻床。进刀机构负责动力头的升降，送料机构将被加工工件推入加工位置，并由定位机构使被加工工件可靠固定。图1 加工工件半自动钻床设计数据参看表3。表3 半自动钻床凸轮设计数据方案号进料机构工作行程mm定位机构工作行程mm动力头工作行程mm电动机转速r/mm工作节拍（生产率）件/minA40301514501B35252014002C30201096012.2设计任务1.半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。2.设计传动系统并确定其传动比分配。3. 图纸上画出半自动钻床的机构运动方案简图和运动循环图。4.凸轮机构的设计计算。按各凸轮机构的工作要求，自选从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。5.设计计算其他机构。6.编写设计计算说明书。7.学生可进一步完成：凸轮的数控加工，半自动钻床的计算机演示验证等。2.3设计提示1.钻头由动力头驱动，设计者只需考虑动力头的进刀（升降）运动。2. 除动力头升降机构外，还需设计送料机构、定位机构。各机构运动循环要求见表4。3. 可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。表4 机构运动循环要求凸轮轴转角10203045607590105270300360送料快进休止快退休止定位休止快进休止快退休止进刀休止快进快进快退休止三运动方案的选择与比较方案的分析与比较： (1) 减速机构： 由于电动机的转速是1450r/min，而设计要求的主轴转速为2r/min，利用行星轮进行大比例的降速，然后用圆锥齿轮实现方向的转换。图4-1（1） 对比机构：对比机构：定轴轮系传动；传动比 =n输入/n输出 =700 传动比很大，要用多级传动。如图4-2. 图4-2(3) 进刀机构 采用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮齿条机构.因为我们用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮机构，当进刀的时候，凸轮在推程阶段运行，很容易通过机构传递带动齿轮齿条啮合.带动动刀头来完成钻孔，摆杆转动的幅度也是等于齿廓转动的幅度，两个齿轮来传动也具有稳性。图4-3（4） 对比机构： 在摆杆上加一个平行四边行四杆机构，这样也可以来实现传动，但是当加了四杆机构以后并没有达到改善传动的效果，只是多增加了四杆机构，为了使机构结构紧凑，又能完成需要的传动，所以选择了一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构。 方案一： D1为了达到输出间歇运动同时能够做到循环往复运动，采用凸轮机构和扇形齿与齿条配合，中间采用连杆带动。先把回转运动动力转化为扇形齿的往复摆动，在通过齿轮传递给齿条，增加一个齿轮的目的是为了使传动更加的平稳可靠。图4-4（5） 送料系统：采用一个六杆机构来代替曲柄滑块机构，由于设计的钻床在空间上传动轴之间的距离有点大，故一般四杆机构很难实现这种远距离的运动。再加上用四杆机构在本设计中在尺寸上很小。所以考虑到所设计的机构能否稳定的运行因此优先选用了如下图的六杆机构来实现。由于本设计送料时不要求在传动过程中有间歇，所以不需要使用凸轮机构。如图4-5。图4-5（6）对比机构：所选用的对比四杆机构如下图(图4-6)，由于在空间上轴与轴之间的距离较大，但选用下来此四杆的尺寸太小。故优先选用六杆机构。 方案二： B2采用凸轮与四杆机构的组合结构实现既有快慢变化的运动又有休止的间歇运动。图4-6（7）定位系统：定位系统采用的是一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，因为定位系统要 有间歇，所以就要使用凸轮机构，但如果是平底推杆从动件，则凸轮就会失真，若增加凸轮的基圆半径，那么凸轮机构的结构就会很大，也不求实际，所以就采用一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它就可以满足我们的实际要求了。图4-7（8）对比机构：采用弹力急回间歇机构来代替偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它是将旋转运动转换成单侧停歇的往复运动。这样也可以完成实际要求，但是为了使设计的机构结构紧凑，又能节省材料，所以还是选偏置直动滚子从动件盘型凸轮来完成定位。图4-8 方案一： C1利用四杆机构中死点的积极作用，选取凸轮结合夹紧机构共同作用达到定位机构和间歇定位的要求。四.机构运动总体方案图（机构运动简图） 根据前面表3-3中实线连接的方案的运动简图确定本设计中半自动钻床的总体方案图如图5-1图5-1五工作循环图图5-1所示的机械系统方案的执行件需要进行运动协调设计其运动循环如图6-1凸轮轴转角00100010001500150027002700300030003600送料 快进 快退定位 休止 快进 休止 快退进刀 休止 快进 慢进 休止 快退图6-1六执行机构设计过程及尺寸计算1送料机构机构采用如下分析送料连杆机构：采用如下机构来送料，根据要求，进料机构工作行程为40mm，可取ABCD4杆机构的极位夹角为12度，则由得K=1.14，急回特性不是很明显，但对送料机构来说并无影响。 各杆尺寸：（如图6-1） AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8该尺寸可以满足设计要求，即滑块的左右运动为40，ABCD的极位夹角为12度。图6-12.凸轮摆杆机构的设计： (1).由进刀规律，我们设计了凸轮摆杆机构，又以齿轮齿条的啮合来实现刀头的上下运动； (2).用凸轮摆杆机构和圆弧形齿条所构成的同一构件，凸轮摆杆从动件的摆动就可以实现弧形齿条的来回摆动，从而实现要求；采用滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触.刀具的运动规律就与凸轮摆杆的运动规律一致； (3).弧形齿条所转过的弧长即为刀头所运动的的距离。具体设计步骤如下： 1.根据进刀机构的工作循环规律,设计凸轮基圆半径r0=40mm，中心距A=80mm，摆杆长度d=65mm，最大摆角为18,凸轮转角=0-60,=0;凸轮转角=60-270，刀具快进，=5，凸轮转角=270-300；凸轮转角=300-360，=02.设计圆形齿条,根据刀头的行程和凸轮的摆角,设计出圆形齿轮的半径r=l/,由=18, l=10mm，3.得到r=63.69mm，如图7-2图7-23.凸轮推杆机构的设计：凸轮机构采用直动滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触，实现定位功能。只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得我们所需要的运动规律，满足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。具体设计如下:设计基圆半径r0=40mm,偏心距e=25凸轮转角=0-100,定位机构休止,推杆行程h=0mm;凸轮转角=100-285,定位机构快进,推杆行程h=20mm;凸轮转角=285-300,定位机构休止,推杆行程h=0mm;凸轮转角=300-360,定位机构快退,推杆行程h=-20mm; 设计偏心距e=20的原因是因为此凸轮执行的是定位，其定位杆的行程为20故如此设计。4行星轮系的计算:（1）用定轴轮系传动传动比 =n输入/n输出 =700 传动比很大，要用多级传动。（2）用行星轮系传动Z1=35 Z2=20 Z2=20 Z3=35 传动比iH3=700 根据行星轮传动公式：i（H3）=1-i(31)H=1-Z2Z1/Z3Z2由i(1H)=1-Z2Z1/Z3Z2，考虑到齿轮大小与传动的合理性，经过比较设计皮带传动机构与齿轮系传动机构的相应参数如下表： 皮带轮参数名称皮带轮1皮带轮2半径（mm）100100齿轮参数模数（mm）压力角（）齿数（个）直径（mm）齿轮12.203570齿轮22202040齿轮22202040齿轮32203570七. 凸轮设计分段图轮廓图和设计结果一.定位凸轮图8-1为定位凸轮分段图和设计结果图图8-1图8-2和8-3为定位凸轮的轮廓图（8-2内包络线图，8-3外包络线图）图8-2 图8-3二.进刀凸轮进刀凸轮类型设计结果如图8-4，凸轮运动分段如图8-5.图8-4，图8-5进刀凸轮的轮廓线设计如图8-6（内包络线）和图8-7（外包络线） 图8-6图8-7 I 变速机构 方案一： A1由于电动机的转速是1450r/min，而选用设计要求的主轴转速为1r/min。可以考虑利用行星轮进行大比例的降速，然后采用蜗轮变向。机构简图送料机构的选型： 方案一： B1直接采用凸轮滑块机构，并且在轮同轴的齿轮组合中加入不完全齿轮以满足间歇休止运动要求。 方案二： B2采用凸轮与四杆机构的组合结构实现既有快慢变化的运动又有休止的间歇运动。 方案三： B3采用一个六杆机构来代替曲柄滑块机构，由于设计的钻床在空间上传动轴之间的距离有点大，故一般四杆机构很难实现这种远距离的运动。再加上用四杆机构在本设计中在尺寸上很小。所以考虑到所设计的机构能否稳定的运行因此优先选用了如下图的六杆机构来实现 。 定位机构选型 方案一： C1利用四杆机构中死点的积极作用，选取凸轮结合夹紧机构共同作用达到定位机构和间歇定位的要求。 方案二： C2定位系统采用的是一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，因为定位系统要 有间歇，所以就要使用凸轮机构，但如果是平底推杆从动件，则凸轮就会失真，若增加凸轮的基圆半径，那么凸轮机构的结构就会很大，也不求实际，所以就采用一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它就可以满足实际要求了。 进刀机构 方案一： D1为了达到输出间歇运动同时能够做到循环往复运动，采用凸轮机构和扇形齿与齿条配合，中间采用连杆带动。先把回转运动动力转化为扇形齿的往复摆动，在通过齿轮传递给齿条，增加一个齿轮的目的是为了使传动更加的平稳可靠。 方案二 D2采用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮齿条机构.因为我们用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮机构，当进刀的时候，凸轮在推程阶段运行，很容易通过机构传递带动齿轮齿条啮合.带动动刀头来完成钻孔，摆杆转动的幅度也是等于齿廓转动的幅度，两个齿轮来传动也具有稳性。PDF created with pdfFactory trial version 产品名称：二相步进电机2HB110系列规格型号：2HB110系列产品简介：2HB110系列步进电机为二相四出线电机，输出力矩10N.M-27N.M,并广泛应用于数控机床、激光雕刻、电脑绣花、纺织、印刷、包装机械、标记机、雕刻机、绕线机械、坐标测量仪器、三维工作台、机器人、医疗设备、陶瓷机械等行业中。详细资料：通用规格 (General specifications) 步距精度5% 温 升80 Max 环境温度-20+50 绝缘电阻100M Min 500VDC 耐 压500V AC 1minute 径向跳动最大0.06mm（450g负载） 轴向跳动最大0.08mm（450g负载） 技术数据(Specifications) 以上仅为代表性产品，可按要求另行制作。 外形尺寸(Dimension) 110系列四款电机轴径均为16mm，轴键为平键625mm。矩频特性曲线图(Frequency-torque characteristics)接线图(Connections) 注意事项： 1.电机特性数据和技术数据都是在YKA2811MA驱动器驱动的情况下测得，测试电压为110ADC。2.电机安装时务必用电机前端盖安装止口定位，并注意公差配合，严格保证电机轴与负载轴的同心度。3.对于电机引线方式，如果客户有特殊需求，请在订货前事先声明，由厂家接好线，用户不必自己改动。4.电机与驱动器连接时，请勿接错相。PDF created with pdfFactory trial version 产品名称：二相步进电机2HB42系列规格型号：2HB42系列产品简介：2HB42系列步进电机输出力矩0.158N.M-0.317N.M,广泛应用于数控机床、激光雕刻、电脑绣花、纺织、印刷、包装机械、标记机、雕刻机、绕线机械、坐标测量仪器、三维工作台、机器人、医疗设备、陶瓷机械等行业中详细资料：所属类别：步进电机系列两相步进电机-步进电机系列名称： 2HB42系列通用规格 (General specifications) 步距精度5% 温 升80 Max 环境温度-20+50 绝缘电阻100M Min 500VDC 耐 压500V AC 1minute 径向跳动最大0.06mm（450g负载） 轴向跳动最大0.08mm（450g负载） 技术数据(Specifications) 以上仅为代表性产品，可按要求另行制作。 外形尺寸(Dimension) 42系列三种型号轴径均为5mm。 矩频特性曲线图(Frequency-torque characteristics)接线图(Connections) 注意事项： 1.电机特性数据和技术数据都是在YKA2404MA驱动器驱动的情况下测得，测试电压为28VDC。 2.电机安装时务必用电机前端盖安装止口定位，并注意公差配合，严格保证电机轴与负载轴的同心度。 3.对于电机引线方式，如果客户有特殊需求，请在订货前事先声明，由厂家接好线，用户不必自己改动。 4.电机与驱动器连接时，请勿接错相。PLC 直 接 控 制 的 电 液 步 进 液 压 缸 康 晶 1 , 孟 广 耀 2 (11 大 连 民 族 学 院 , 大 连 116600 ; 21 青 岛 建 筑 工 程 学 院 , 青 岛 266033) 摘 要 : 采 用 可 编 程 控 制 器 ( PLC) 直 接 控 制 数 字 电 液 步 进 液 压 缸 , 可 使 液 压 系 统 的 控 制 系 统 简 洁 、 可 靠 、 成 本 显 著 下 降 。 文 章 介 绍 了 PLC 控 制 电 液 步 进 液 压 缸 的 方 法 , 电 液 步 进 液 压 缸 的 伺 服 控 制 、 驱 动 接 口 及 PLC 梯 形 图 的 控 制 逻 辑 。 关 键 词 : 电 液 步 进 液 压 缸 ; 步 进 电 机 ; 可 编 程 控 制 器 ; 驱 动 接 口 ; 控 制 逻 辑 中 图 分 类 号 : TH137151 文 献 标 识 码 : B 文 章 编 号 1001 - 3881 (2004) 4 - 124 - 2 Electro - hydraulic Stepping Cylinder Controlled Directly by PLC KAN G Jing1 , MEN G Guang2yao2 (11Dalian Nationalitied University , Dalian 11660 , China ; 21Qingdao Insititute of Architecture and Engineering , Qingdao 266033 , China) Abstract : Direct control of electro hydraulic stepping cylinder by means of PLC can make the control system of hydraulic system become simpler , cheaper and reliabler. The method of direct control of electro hydraulic stepping cylinder by means of PLC was de2 scribed. The driving interfaces of electro - hydraulic stepping cylinder and the control logic of software were founded. Keywords : Electro - hydraulic stepping cylinder ; Stepping motor ; Programmable controller ; Driving interfaces ; Control logic 0 引 言 数 字 式 电 液 步 进 液 压 缸 是 由 步 进 电 机 和 液 压 力 放 大 器 组 成 的 , 其 输 出 力 可 达 上 万 牛 顿 。 因 此 , 常 用 于 重 型 精 密 机 械 的 伺 服 进 给 系 统 中 , 如 轧 钢 机 的 压 下 机 构 和 轧 辊 磨 床 的 进 给 机 构 。 液 压 力 放 大 器 是 一 个 直 接 位 置 反 馈 式 液 压 伺 服 机 构 , 由 控 制 滑 阀 、 液 压 缸 和 螺 杆 - 螺 母 反 馈 机 构 组 成 , 见 图 1。 当 步 进 电 机 在 输 入 脉 冲 的 作 用 下 转 过 一 个 步 距 角 时 , 经 齿 轮 带 动 滑 阀 的 阀 芯 旋 转 , 由 于 活 塞 尚 未 移 动 使 滑 阀 的 阀 芯 产 生 一 定 的 轴 向 位 移 , 阀 口 打 开 , 压 力 油 进 入 液 压 缸 使 活 塞 外 伸 同 时 反 馈 螺 母 带 动 滑 阀 的 阀 芯 退 回 零 位 , 活 塞 停 止 运 动 。 如 果 连 续 输 入 脉 冲 电 液 步 进 液 压 缸 即 按 一 定 的 速 度 外 伸 , 改 变 输 入 脉 冲 的 频 率 即 可 改 变 活 塞 的 速 度 。 图 1 电 液 步 进 液 压 缸 是 增 量 式 数 字 控 制 电 液 伺 服 元 件 , 即 步 进 电 机 作 电 信 号 - 机 械 位 移 的 转 换 元 件 。 图 图 2 2 是 增 量 式 数 字 控 制 电 液 伺 服 元 件 的 控 制 方 框 图 。 微 机 发 出 控 制 脉 冲 序 列 经 驱 动 电 源 放 大 驱 动 步 进 电 机 运 动 。 步 进 电 机 的 运 动 严 格 与 液 压 力 放 大 器 的 运 动 成 比 , 即 微 机 的 控 制 脉 冲 严 格 控 制 电 液 步 进 液 压 缸 的 运 动 : 电 液 步 进 液 压 缸 的 位 移 与 控 制 脉 冲 的 总 数 成 正 比 ; 而 电 液 步 进 液 压 缸 的 运 动 速 度 与 控 制 脉 冲 的 频 率 成 正 比 。 因 此 , 电 液 步 进 液 压 缸 的 控 制 就 在 于 步 进 电 机 的 控 制 。 步 进 电 机 可 以 采 用 微 计 算 机 或 可 编 程 控 制 器 ( PLC) 进 行 控 制 。 PLC 具 有 通 用 性 强 、 可 靠 性 高 、 指 令 系 统 简 单 、 编 程 简 便 易 学 、 易 于 掌 握 、 体 积 小 、 维 修 工 作 少 、 现 场 接 口 安 装 方 便 等 一 系 列 优 点 。 因 而 目 前 绝 大 部 分 采 用 液 压 传 动 的 系 统 , 如 大 型 组 合 机 床 、 加 工 中 心 、 轧 钢 机 的 压 下 机 构 和 轧 辊 磨 床 的 进 给 机 构 等 均 采 用 PLC 控 制 技 术 ; 而 电 液 步 进 液 压 缸 的 PLC 控 制 只 占 用 PLC 的 3 5 个 I/ O 接 口 及 几 十 Bit 的 内 存 , 且 可 以 省 去 电 液 步 进 液 压 缸 的 控 制 微 机 使 控 制 系 统 简 洁 、 成 本 显 著 下 降 , 可 靠 性 大 大 提 高 , 更 显 示 出 其 卓 越 的 性 能 。 1 电 液 步 进 液 压 缸 的 PLC 控 制 方 法 电 液 步 进 液 压 缸 的 控 制 主 要 有 三 个 因 素 : (1) 活 塞 行 程 控 制 。 由 电 液 步 进 液 压 缸 的 工 作 原 理 和 特 性 可 知 电 液 步 进 液 压 缸 的 活 塞 位 移 正 比 于 所 输 入 的 控 制 脉 冲 个 数 ; 因 此 可 以 根 据 电 液 伺 服 机 构 的 位 移 量 确 定 PLC 输 出 的 脉 冲 个 数 : n = L / (1) 式 中 : L 电 液 伺 服 机 构 的 位 移 量 ( mm) ; 电 液 伺 服 机 构 的 脉 冲 当 量 ( mm/ 脉 冲 ) 。 (2) 活 塞 速 度 控 制 。 电 液 步 进 液 压 缸 的 活 塞 速 度 取 决 于 输 入 的 脉 冲 频 率 ; 因 此 可 以 根 据 电 液 伺 服 机 构 的 速 度 , 确 定 其 PLC 输 出 的 脉 冲 频 率 : f = vf / 60 ( Hz) (2) 式 中 : vf 电 液 伺 服 机 构 的 进 给 速 度 ( mm/ min) 。 (3) 活 塞 运 动 方 向 控 制 。 电 液 步 进 液 压 缸 的 运 动 方 向 由 步 进 电 机 的 转 向 进 行 控 制 。 步 进 电 机 的 转 向 可 以 通 过 改 变 步 进 电 机 各 绕 组 的 通 电 顺 序 来 改 变 其 转 421 机 床 与 液 压 20041No14 向 ; 如 三 相 步 进 电 机 通 电 顺 序 为 A - AB - B - BC - C - CA - A 时 步 进 电 机 正 转 ; 当 绕 组 按 A - AC - C - CB - B - BA - A 顺 序 通 电 时 步 进 电 机 反 转 。 因 此 可 以 通 过 PLC 输 出 的 方 向 控 制 信 号 改 变 硬 件 环 行 分 配 器 的 输 出 顺 序 来 实 现 , 或 经 编 程 改 变 输 出 脉 冲 的 顺 序 来 改 变 步 进 电 机 绕 组 的 通 电 顺 序 实 现 。 2 电 液 步 进 液 压 缸 的 伺 服 控 制 、 驱 动 及 接 口 211 电 液 步 进 液 压 缸 控 制 系 统 的 组 成 电 液 步 进 液 压 缸 的 控 制 系 统 由 可 编 程 控 制 器 、 环 行 脉 冲 分 配 器 和 步 进 电 机 功 率 驱 动 器 组 成 , 其 结 构 见 图 3。 控 制 系 统 中 PLC 用 来 产 生 控 制 脉 冲 ; 通 过 PLC 图 3 编 程 输 出 一 定 数 量 的 方 波 脉 冲 , 控 制 步 进 电 机 的 转 角 进 而 控 制 电 液 步 进 液 压 缸 的 运 动 ; 同 时 通 过 编 程 控 制 脉 冲 频 率 , 既 电 液 步 进 液 压 缸 活 塞 的 速 度 ; 环 行 脉 冲 分 配 器 将 可 编 程 控 制 器 输 出 的 控 制 脉 冲 按 步 进 电 机 的 通 电 顺 序 分 配 到 相 应 的 绕 组 。 PLC 控 制 的 步 进 电 机 可 以 采 用 软 件 环 行 分 配 器 , 也 可 以 采 用 硬 件 环 行 分 配 器 。 采 用 软 环 占 用 的 PLC 资 源 较 多 , 特 别 是 步 进 电 机 绕 组 相 数 M 4 时 , 对 于 大 型 生 产 线 应 该 予 以 充 分 考 虑 。 采 用 硬 件 环 行 分 配 器 , 虽 然 硬 件 结 构 稍 微 复 杂 些 , 但 可 以 节 省 占 用 PLC 的 I/ O 口 点 数 , 目 前 市 场 有 多 种 专 用 芯 片 可 以 选 用 。 步 进 电 机 功 率 驱 动 器 将 PLC 输 出 的 控 制 脉 冲 放 大 到 几 十 上 百 伏 特 、 几 安 十 几 安 的 驱 动 能 力 。 一 般 PLC 的 输 出 接 口 具 有 一 定 的 驱 动 能 力 , 而 通 常 的 晶 体 管 直 流 输 出 接 口 的 负 载 能 力 仅 为 十 几 几 十 伏 特 、 几 十 几 百 毫 安 。 但 对 于 功 率 步 进 电 机 则 要 求 几 十 上 百 伏 特 、 几 安 十 几 安 的 驱 动 能 力 , 因 此 应 该 采 用 驱 动 器 对 输 出 脉 冲 进 行 放 大 。 212 可 编 程 控 制 器 的 接 口 如 电 液 步 进 液 压 缸 采 用 硬 件 环 行 分 配 器 , 则 占 用 PLC 的 I/ O 口 点 数 少 于 5 点 , 一 般 仅 为 3 点 。 其 中 I 口 占 用 一 点 , 作 为 启 动 控 制 信 号 ; O 口 占 用 2 点 , 一 点 作 为 PLC 的 脉 冲 输 出 接 口 , 接 至 伺 服 系 统 硬 环 的 时 钟 脉 冲 输 入 端 , 另 一 点 作 为 步 进 电 机 转 向 控 制 信 号 , 接 至 硬 环 的 相 序 分 配 控 制 端 , 如 图 4 所 示 ; 伺 服 系 统 采 用 软 件 环 行 分 配 器 时 , 其 接 口 如 图 5。 图 4 图 5 3 电 液 步 进 液 压 缸 PLC 控 制 的 软 件 逻 辑 由 电 液 步 进 液 压 缸 的 PLC 控 制 方 法 可 知 , 应 使 步 进 电 机 的 输 入 脉 冲 总 数 和 脉 冲 频 率 受 到 相 应 的 控 制 。 因 此 在 控 制 软 件 上 设 置 一 个 脉 冲 总 数 和 脉 冲 频 率 可 控 的 脉 冲 信 号 发 生 器 ; 对 于 频 率 较 低 的 控 制 脉 冲 可 以 利 用 PLC 中 的 定 时 器 构 成 , 如 图 6 所 示 。 脉 冲 频 图 6 率 可 以 通 过 定 时 器 的 定 时 常 数 控 制 脉 冲 周 期 , 脉 冲 总 数 控 制 则 可 以 设 置 一 脉 冲 计 数 器 C10。 当 脉 冲 数 达 到 设 定 值 时 , 计 数 器 C10 动 作 切 断 脉 冲 发 生 器 回 路 , 使 其 停 止 工 作 。 电 液 步 进 液 压 缸 的 步 进 电 机 无 脉 冲 输 入 时 便 停 止 运 转 , 电 液 步 进 液 压 缸 活 塞 定 位 。 电 液 步 进 液 压 缸 速 度 要 求 较 高 时 , 可 以 用 PLC 中 的 高 速 脉 冲 发 生 器 。 不 同 的 PLC 其 高 速 脉 冲 的 频 率 可 达 6000 10000Hz。 对 于 的 电 液 步 进 液 压 缸 动 态 特 性 , 其 频 率 可 以 得 到 充 分 满 足 。 4 应 用 实 例 与 结 论 (1) 对 PLC 控 制 的 电 液 步 进 液 压 缸 开 环 伺 服 机 构 进 行 了 测 试 , 其 性 能 完 全 可 以 满 足 系 统 的 技 术 要 求 。 控 制 软 件 结 构 合 理 , 接 口 可 靠 。 (2) 将 PLC 控 制 的 电 液 步 进 液 压 缸 用 于 某 大 型 生 产 线 的 数 控 滑 台 , 每 个 滑 台 仅 占 用 4 个 I/ O 接 口 , 节 省 了 微 机 控 制 系 统 , 进 给 速 度 为 vf = 011 212m/ min , 完 全 满 足 工 艺 要 求 和 加 工 精 度 要 求 , 工 作 可 靠 。 参 考 文 献 【 1】 机 电 一 体 化 技 术 手 册 编 委 会 1 机 电 一 体 化 技 术 手 册 1 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 1999131 【 2】 李 仁 定 1 电 机 的 微 机 控 制 . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 19991101 【 3】 杨 长 能 等 1 可 编 程 序 控 制 器 基 础 及 应 用 1 重 庆 : 重 庆 大 学 出 版 社 11992111 【 4】 康 晶 等 1 组 合 机 床 中 数 控 滑 台 的 PLC 控 制 1 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 , 2002 (8) 1 作 者 简 介 : 康 晶 : 男 , 195715 出 生 于 沈 阳 , 教 授 , 工 学 硕 士 , 从 事 数 控 及 机 电 控 制 技 术 方 面 的 科 研 与 教 学 工 作 。 收 稿 时 间 : 2003 - 03 - 28 521 机 床 与 液 压 20041No14 半自动钻床2.1设计题目设计加工图1所示工件12mm孔的半自动钻床。进刀机构负责动力头的升降，送料机构将被加工工件推入加工位置，并由定位机构使被加工工件可靠固定。图1 加工工件半自动钻床设计数据参看表3。表3 半自动钻床凸轮设计数据方案号进料机构工作行程mm定位机构工作行程mm动力头工作行程mm电动机转速r/mm工作节拍（生产率）件/minA40301514501B35252014002C30201096012.2设计任务1.半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。2.设计传动系统并确定其传动比分配。3. 图纸上画出半自动钻床的机构运动方案简图和运动循环图。4.凸轮机构的设计计算。按各凸轮机构的工作要求，自选从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。5.设计计算其他机构。6.编写设计计算说明书。7.学生可进一步完成：凸轮的数控加工，半自动钻床的计算机演示验证等。2.3设计提示1.钻头由动力头驱动，设计者只需考虑动力头的进刀（升降）运动。2. 除动力头升降机构外，还需设计送料机构、定位机构。各机构运动循环要求见表4。3. 可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。表4 机构运动循环要求凸轮轴转角10203045607590105270300360送料快进休止快退休止定位休止快进休止快退休止进刀休止快进快进快退休止三运动方案的选择与比较方案的分析与比较： (1) 减速机构： 由于电动机的转速是1450r/min，而设计要求的主轴转速为2r/min，利用行星轮进行大比例的降速，然后用圆锥齿轮实现方向的转换。图4-1（1） 对比机构：对比机构：定轴轮系传动；传动比 =n输入/n输出 =700 传动比很大，要用多级传动。如图4-2. 图4-2(3) 进刀机构 采用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮齿条机构.因为我们用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮机构，当进刀的时候，凸轮在推程阶段运行，很容易通过机构传递带动齿轮齿条啮合.带动动刀头来完成钻孔，摆杆转动的幅度也是等于齿廓转动的幅度，两个齿轮来传动也具有稳性。图4-3（4） 对比机构： 在摆杆上加一个平行四边行四杆机构，这样也可以来实现传动，但是当加了四杆机构以后并没有达到改善传动的效果，只是多增加了四杆机构，为了使机构结构紧凑，又能完成需要的传动，所以选择了一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构。 方案一： D1为了达到输出间歇运动同时能够做到循环往复运动，采用凸轮机构和扇形齿与齿条配合，中间采用连杆带动。先把回转运动动力转化为扇形齿的往复摆动，在通过齿轮传递给齿条，增加一个齿轮的目的是为了使传动更加的平稳可靠。图4-4（5） 送料系统：采用一个六杆机构来代替曲柄滑块机构，由于设计的钻床在空间上传动轴之间的距离有点大，故一般四杆机构很难实现这种远距离的运动。再加上用四杆机构在本设计中在尺寸上很小。所以考虑到所设计的机构能否稳定的运行因此优先选用了如下图的六杆机构来实现。由于本设计送料时不要求在传动过程中有间歇，所以不需要使用凸轮机构。如图4-5。图4-5（6）对比机构：所选用的对比四杆机构如下图(图4-6)，由于在空间上轴与轴之间的距离较大，但选用下来此四杆的尺寸太小。故优先选用六杆机构。 方案二： B2采用凸轮与四杆机构的组合结构实现既有快慢变化的运动又有休止的间歇运动。图4-6（7）定位系统：定位系统采用的是一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，因为定位系统要 有间歇，所以就要使用凸轮机构，但如果是平底推杆从动件，则凸轮就会失真，若增加凸轮的基圆半径，那么凸轮机构的结构就会很大，也不求实际，所以就采用一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它就可以满足我们的实际要求了。图4-7（8）对比机构：采用弹力急回间歇机构来代替偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它是将旋转运动转换成单侧停歇的往复运动。这样也可以完成实际要求，但是为了使设计的机构结构紧凑，又能节省材料，所以还是选偏置直动滚子从动件盘型凸轮来完成定位。图4-8 方案一： C1利用四杆机构中死点的积极作用，选取凸轮结合夹紧机构共同作用达到定位机构和间歇定位的要求。四.机构运动总体方案图（机构运动简图） 根据前面表3-3中实线连接的方案的运动简图确定本设计中半自动钻床的总体方案图如图5-1图5-1五工作循环图图5-1所示的机械系统方案的执行件需要进行运动协调设计其运动循环如图6-1凸轮轴转角00100010001500150027002700300030003600送料 快进 快退定位 休止 快进 休止 快退进刀 休止 快进 慢进 休止 快退图6-1六执行机构设计过程及尺寸计算1送料机构机构采用如下分析送料连杆机构：采用如下机构来送料，根据要求，进料机构工作行程为40mm，可取ABCD4杆机构的极位夹角为12度，则由得K=1.14，急回特性不是很明显，但对送料机构来说并无影响。 各杆尺寸：（如图6-1） AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8该尺寸可以满足设计要求，即滑块的左右运动为40，ABCD的极位夹角为12度。图6-12.凸轮摆杆机构的设计： (1).由进刀规律，我们设计了凸轮摆杆机构，又以齿轮齿条的啮合来实现刀头的上下运动； (2).用凸轮摆杆机构和圆弧形齿条所构成的同一构件，凸轮摆杆从动件的摆动就可以实现弧形齿条的来回摆动，从而实现要求；采用滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触.刀具的运动规律就与凸轮摆杆的运动规律一致； (3).弧形齿条所转过的弧长即为刀头所运动的的距离。具体设计步骤如下： 1.根据进刀机构的工作循环规律,设计凸轮基圆半径r0=40mm，中心距A=80mm，摆杆长度d=65mm，最大摆角为18,凸轮转角=0-60,=0;凸轮转角=60-270，刀具快进，=5，凸轮转角=270-300；凸轮转角=300-360，=02.设计圆形齿条,根据刀头的行程和凸轮的摆角,设计出圆形齿轮的半径r=l/,由=18, l=10mm，3.得到r=63.69mm，如图7-2图7-23.凸轮推杆机构的设计：凸轮机构采用直动滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触，实现定位功能。只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得我们所需要的运动规律，满足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。具体设计如下:设计基圆半径r0=40mm,偏心距e=25凸轮转角=0-100,定位机构休止,推杆行程h=0mm;凸轮转角=100-285,定位机构快进,推杆行程h=20mm;凸轮转角=285-300,定位机构休止,推杆行程h=0mm;凸轮转角=300-360,定位机构快退,推杆行程h=-20mm; 设计偏心距e=20的原因是因为此凸轮执行的是定位，其定位杆的行程为20故如此设计。4行星轮系的计算:（1）用定轴轮系传动传动比 =n输入/n输出 =700 传动比很大，要用多级传动。（2）用行星轮系传动Z1=35 Z2=20 Z2=20 Z3=35 传动比iH3=700 根据行星轮传动公式：i（H3）=1-i(31)H=1-Z2Z1/Z3Z2由i(1H)=1-Z2Z1/Z3Z2，考虑到齿轮大小与传动的合理性，经过比较设计皮带传动机构与齿轮系传动机构的相应参数如下表： 皮带轮参数名称皮带轮1皮带轮2半径（mm）100100齿轮参数模数（mm）压力角（）齿数（个）直径（mm）齿轮12.203570齿轮22202040齿轮22202040齿轮32203570七. 凸轮设计分段图轮廓图和设计结果一.定位凸轮图8-1为定位凸轮分段图和设计结果图图8-1图8-2和8-3为定位凸轮的轮廓图（8-2内包络线图，8-3外包络线图）图8-2 图8-3二.进刀凸轮进刀凸轮类型设计结果如图8-4，凸轮运动分段如图8-5.图8-4，图8-5进刀凸轮的轮廓线设计如图8-6（内包络线）和图8-7（外包络线） 图8-6图8-7 I 变速机构 方案一： A1由于电动机的转速是1450r/min，而选用设计要求的主轴转速为1r/min。可以考虑利用行星轮进行大比例的降速，然后采用蜗轮变向。机构简图送料机构的选型： 方案一： B1直接采用凸轮滑块机构，并且在轮同轴的齿轮组合中加入不完全齿轮以满足间歇休止运动要求。 方案二： B2采用凸轮与四杆机构的组合结构实现既有快慢变化的运动又有休止的间歇运动。 方案三： B3采用一个六杆机构来代替曲柄滑块机构，由于设计的钻床在空间上传动轴之间的距离有点大，故一般四杆机构很难实现这种远距离的运动。再加上用四杆机构在本设计中在尺寸上很小。所以考虑到所设计的机构能否稳定的运行因此优先选用了如下图的六杆机构来实现 。 定位机构选型 方案一： C1利用四杆机构中死点的积极作用，选取凸轮结合夹紧机构共同作用达到定位机构和间歇定位的要求。 方案二： C2定位系统采用的是一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，因为定位系统要 有间歇，所以就要使用凸轮机构，但如果是平底推杆从动件，则凸轮就会失真，若增加凸轮的基圆半径，那么凸轮机构的结构就会很大，也不求实际，所以就采用一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它就可以满足实际要求了。 进刀机构 方案一： D1为了达到输出间歇运动同时能够做到循环往复运动，采用凸轮机构和扇形齿与齿条配合，中间采用连杆带动。先把回转运动动力转化为扇形齿的往复摆动，在通过齿轮传递给齿条，增加一个齿轮的目的是为了使传动更加的平稳可靠。 方案二 D2采用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮齿条机构.因为我们用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮机构，当进刀的时候，凸轮在推程阶段运行，很容易通过机构传递带动齿轮齿条啮合.带动动刀头来完成钻孔，摆杆转动的幅度也是等于齿廓转动的幅度，两个齿轮来传动也具有稳性。