变速箱体卧式钻孔专用机床设计含CAD图
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读书报告摘要:本文比较详细地介绍了关于组合机床设计过程中主轴箱、PLC电气控制系统及液压传动系统的原理和设计并举例介绍了部分元件的选择。关键词: PLC控制 主轴箱 液压传动组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。但传统的组合机床采用继电器一接触器控制系统接线复杂,故障率高,调试和维护困难。以下就组合机床各个部件的设计分别介绍。一、公用主轴箱的设计主轴箱是组合机床关键的组成部分。它的设计也是组合机床设计的关键过程。以下以钻孔、攻丝公用主轴箱的设计为例进行介绍。该主轴箱的设计焦点在于“公用”。要想设计钻孔、攻丝公用的主轴箱,首先必须了解钻孔、攻丝主轴箱各自的功能结构特点和工作原理。只有同时具备钻孔、攻丝主轴箱的功能结构特点,才能实现“公用”。攻丝加工必须要求电动机有正反转功能(攻丝时正转,后退时反转),而钻孔加工电动机只需正转而不能反转。为解决此问题,我们在该主轴箱上配备了2个B5型电动机,分别控制钻孔、攻丝加工。2个B5型电动机与主轴箱的联结方法如下:不再使用标准动力箱和标准主轴箱后盖,而另配1个异型主轴箱后盖,2个B5型电动机通过止口定位直接安装在异型主轴箱后盖上,通过齿轮完成动力的传递。另外,攻丝加工必须有攻丝靠模装置,因而攻丝主轴箱均有攻丝模板而无前盖;而钻孔主轴箱只需有标准主轴箱前盖即可。为解决此问题,须设计一异型攻丝模板,使其两攻丝主轴的位置为攻丝模板,两钻孔主轴的位置为标准主轴箱前盖结构。这样就解决了钻孔、攻丝公用1个主轴箱的“公用”问题。其结构简图见图3。本人所选课题只需钻孔,因而只要一个发动机即可。二、钻孔组合机床液压传动1 液压系统工况分析和总体方案该机床液压系统的工作循环为:工件夹紧一工作台快进一工进一停留一快退一原位停止一工件松开。技术要求如下:可在20100 mmmin范围内无级调速;夹紧力最小不低于33 kN,最大不得超过6kN;夹紧缸行程40mm,夹紧时间1 s;运动部件总重量为18000 kg。液压系统原理如图1所示。(1)工件夹紧 液压泵电动机起动后,电气控制系统发出工件夹紧信号,电磁阀YV4得电,二位四通阀右位工作,压力油经减压阀、单向阀6进入夹紧缸的大腔,小腔回油至油箱,工件夹紧。当夹紧到位后压力继电器动作,表示工件夹紧。(2)工作台快进 压力继电器动作后,电气控制系统发出快速移动信号,电磁阀YV1得电,三位五通阀左位工作,使液控阀左位工作,接通工作油路,压力油经行程阀进入进给缸大腔,小腔内回油经过单向阀4、行程阀再进入进给缸大腔,使工作台向前快速移动。(3)工作进给 工作台快速移动到接近加工位置时,台上挡铁压下行程阀,切断压力油通路,压力油只能通过调速阀1进入进给缸大腔,进油量的减少使得工作台移动速度降低,工作台转为工作进给。此时由于负载增加,工作油路油压升高,顺序阀打开,液压缸小腔回油不再经过单向阀4流人进给缸大腔,而是经顺序阀、溢流阀流回油箱。(4)快速退回 工作台工进到终点时,终点行程开关被压下,使电磁阀YV1断电,而电磁阀YV2得电,三位五通阀右位工作,使液控阀右位工作,接通工作油路,压力油直接进入进给缸小腔,使工作台快速退回。同时大腔内的回油经单向阀1、液控阀流回油箱。当工作台快速退回原位,原点行程开关被压下,电磁阀YV2失电,液控阀回中间位置,切断工作油路,工作台停止于原位。(5)工件松开 当工作台回原位停止后,电气控制系统发出工件松开信号,使电磁阀YV3得电,二位四通阀左位工作,改变油路的方向,压力油进入夹紧缸小腔,大腔内的回油经二位四通阀流回油箱,使工件松开,同时压力继电器复位。取下工件,一个工作循环结束。2 液压元件及辅助元件的选择单出杆活塞缸的两个腔有效作用面积不相等,当泵供油使活塞内缩时,活塞腔的排油流量比泵的供油流量大得多,通过阀的最大流量往往是在这种情况下出现。复合增速缸和其他等效组合方案也有相同情况。选择流量控制阀时,其最小稳定流量应能满足执行元件最低工作速度的要求,即: A (1)或: (2)式中: 流量控制阀的最小稳定流量,s 液压缸最低工作速度,sA液压缸有效工作面积, 液压马达最低工作转速,rs液压马达排量,s21 根据流量和系统工作压力选择液压泵因篇幅所限,略去液压执行元件载荷力的计算和液压缸参数的确定过程,其结果如表1所示。液压泵工作压力为 + (3)式中:为液压执行元件的最高工作压力。本系统中最高压力是进给缸快进时的进口压力=3.85 MPa;为系列执行元件间总的管路损失。由原理图可知,从泵到进给缸之间串接有液控阀、行程阀。取 =0.5 MPa,则液压泵工作压力=3.85+0.5=4.35 MPa。液压泵流量为K() (4)最大流量发生在快速夹紧工况, =7.85 x 10s;泄露系数K取1.2,则液压泵总流量=1.2 x7.85 x s =9.42 x x 60 x Lmin =5.7 Lmin.依据以上计算,选用YBA9B变量叶片泵。2.2 液压元件的选择以泵的额定压力435 MPa、流量57 Lmin为基准,选择元件如表2。三、电气控制回路设计该钻孔组合机床的进给运动、工件定位和夹紧装置均由液压系统驱动,机床工作台用于进给运动。Ml为液压泵电动机,为整个液压系统提供能量源,为保证安全,只有系统正常供油后,其它控制电路才能通电工作。M2为主轴电动机。拖动主轴箱的刀具主轴,提供切削主运动。主轴电动机在工作台进给循环开始时启动,工作台退回原位后停机。M3为冷却泵电动机,在工件加工的过程中冷却泵始终工作。根据该机床的特点,选用三菱FX 一24MR可编程控制器实现顺序控制和机床自动加工循环。该PLC有l4点数字量输入和10点继电器输出。系统的IO分配及外部接线如图1所示。电气控制线路有如下特点:(1)简化手动操作步骤,按下按钮SB2即可完成单次循环;(2)设计了手动快退按钮SB5,解决因特殊原因机床未停止在原点,循环无法再启动的问题;(3)为节省IO点数、简化PLC程序,将热继电器触头FR1和FR2直接串接在接触器线圈控制线路中,用于液压泵电动机和主轴电动机的过载保护;(4)为防止电气干扰,液压系统中的电磁阀均采用24 V直流供电,电动机控制用接触器线圈均采用220 V交流供电。(5)液压泵电动机的启动设计了延时环节,待电动机工作正常后电磁阀才开始动作;(6)对工件的夹紧与松开设计了延时保护,防止对工件和夹具造成破坏。 图1.IO分配及PLC外部接线图控制程序基于三菱SWOPCFXGPWINC软件,采用梯形图方式编程,如图2所示。程序描述如下:按下循环启动按钮SB2,对应XO01置1,输出YO04置l,液压泵电动机M1启动;时间继电器,ID延时18s,待液压泵电动机工作正常,液压回路油压到达设计值后,ID使Y003置l,工件夹紧电磁阀YV4开始工作,工件夹紧;夹紧时间约1 s,压力继电器BP动作,其触头闭合,X005置l,Y010置1,夹紧指示灯亮;M0置1,使得Y000、Y005、Y006均置l,工作台开始进给,刀具主轴电动机M2启动,冷却泵电动机M3启动;进给过程中的快进转工进由液压回路实现,工作台工进到终点位置时,终点行程开关SQ2被压下,X007置l,Y000置0,Y001置l,进给电磁阀YV1失电,快退电磁阀YV2得电,工作台后退;后退到原点位置时,原位行程开关SQ1被压下,XO06置1,Y007置1,原点指示灯亮;M1置l,使得Y001、Y005、Y006均置0,快退电磁阀失电,主轴电动机M2停止,冷却泵电动机M3停止;工件松开电磁阀YV3得电,松开时间O8 s后断开液压泵电动机M1,整个工作循环结束。如需立即快退到原位,可按下按钮SB5使x004置l,此时Y000、Y005、Y006均置0,进给电磁阀失电,主轴电动机停止,冷却泵电动机停止,Y001置l,工作台立即后退到原位。工作过程中如因特殊原因需紧急停车,可按下按钮SB1使XO00置l,此时PLC所有输出点均置0,各电动机和电磁阀均失电,机床停止工作。重新启动时先手动快退到原位,装夹工件后按下SB2即可开始自动循环。图2.PLC梯形图四、结束语组合机床一般均为专用机床,因此在设计组合机床时,应根据具体加工对象的具体工艺要求和本公司的具体实际情况合理地确定工序集中程度,选择恰当的机床配置型式,合理地选择组合机床的通用部件,设计高效的夹具、刀具及主轴箱等。采用先进的加工工艺,制定最佳的设计方案,达到“精、快、省”的最终目的。
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