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南京林業(yè)大學(xué)2007屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
設(shè)計(jì)總說明書
目前，組合機(jī)床的需求量很大，國(guó)家鼓勵(lì)其出口。而國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的迅速發(fā)展也勢(shì)必導(dǎo)致各類零部件加工量的增大。因此，組合機(jī)床可多刀、多軸、多面、多工位加工的優(yōu)點(diǎn)就顯得尤為突出。本設(shè)計(jì)就是在攻絲組合機(jī)床的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上（比如攻絲加工設(shè)計(jì)、組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)等），將PLC控制技術(shù)應(yīng)用到其中，通過事先編制好的程序來實(shí)現(xiàn)攻絲加工要求，以便快速、簡(jiǎn)便地獲得所要加工的零件。這種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)在于所有被加工孔可一次加工完成，可大批大量生產(chǎn)，且生產(chǎn)時(shí)可實(shí)現(xiàn)無人加工或少部分人看管，也可進(jìn)一步提高組合機(jī)床的自動(dòng)化程度。
關(guān)鍵詞：組合機(jī)床、攻絲、PLC控制技術(shù)、自動(dòng)化
Abstract
At present, the demand for the aggregate machine-tool is very big, the country encourages its exportation. But the rapid development of the domestic auto industry certainly will cause all kinds of spare parts to process the increase of quantity. Therefore, the aggregate machine-tool may the multi-knives, multiple spindle, the multi-surface, the multi-locations processing merit appear for is still prominent. This design is in attacks the silk aggregate machine-tool in the design foundation (for instance to attack silk processing design, aggregate machine-tool system design, jig design and so on), applies the PLC control technology to among, through the procedure which beforehand establishes realizes attacks the silk processing request, by fast, simple the components which obtains must process. This kind of design proposal merit lies in possesses is processed the hole to be possible a processing to complete, when large quantities of mass productions, also production may realize nobody processing or little the partial people safeguard, also may further enhance the aggregate machine-tool the automation.
Key words: The aggregate machine-tool, attacks the silk,
the PLC control technology, the automation
目 錄
1．前言 ................................................................... 1
1.1．課題名稱及具體要求 ................................................. 1
1.1.1．課題名稱 ....................................................... 1
1.1.2．題目?jī)?nèi)容及要求 ................................................. 1
1.1.3．實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)及圖紙要求 ........................................... 1
1.2．研究目的及意義 ..................................................... 1
1.3．國(guó)內(nèi)外同類研究概況 ................................................. 1
2．組合機(jī)床概述 ........................................................... 3
2.1．組合機(jī)床及其特點(diǎn) ................................................... 3
2.2．攻絲組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)方案 ............................................. 4
2.3．組合機(jī)床發(fā)展趨勢(shì) ................................................... 5
3．組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) ....................................................... 6
3.1．組合機(jī)床方案確定 ................................................... 6
3.1.1．被加工零件特點(diǎn) ................................................. 6
3.1.2．機(jī)床布局確定 ................................................... 6
3.1.3．工件定位基準(zhǔn)的確定 ............................................. 6
3.1.4．夾壓表面及夾緊方式 ............................................. 6
3.2．確定切削用量 ....................................................... 7
3.2.1．選擇切削用量 ................................................... 7
3.2.2．確定F.P.T ...................................................... 7
3.3．組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)——三圖一卡 ....................................... 8
3.3.1．被加工零件工序圖 ............................................... 9
3.3.2．加工示意圖 ..................................................... 9
3.3.3．機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 .................................................14
3.3.4．機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 ...............................................18
4．組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì) .......................................................21
4.1．機(jī)床夾具的用途及使用優(yōu)點(diǎn) ...........................................21
4.2．定位支承系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................21
4.2.1．定位六法及定位面 ...............................................21
4.2.2．定位支承元件及布置 .............................................21
4.2.3．夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................................21
4.3．組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì) ...................................................22
4.3.1．夾具體設(shè)計(jì) .....................................................22
4.3.2．角鐵的選擇 .....................................................23
4.4．夾具總裝配圖技術(shù)要求制定 ...........................................23
4.4.1．精度等級(jí) .......................................................23
4.4.2．定位精度要求 ...................................................23
4.4.3．總裝配圖繪制要求 ...............................................23
5．多軸箱的設(shè)計(jì) ........................................................... 24
5.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 ........................................... 24
5.2 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇 .................................................. 24
5.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ................................................ 25
6．PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ......................................................27
6.1．可編程控制器概述 ................................................... 27
6.1.1．可編程控制器的定義和特點(diǎn) .......................................27
6.1.2．基本結(jié)構(gòu) .......................................................27
6.1.3．PLC的工作方式 ..................................................28
6.1.4．PLC的發(fā)展 ......................................................28
6.2．動(dòng)作循環(huán)圖 .........................................................29
6.3．端子分配圖 .........................................................29
6.3.1．PLC的選型 ......................................................29
6.3.2．端子分配圖 .....................................................30
6.4．梯形圖設(shè)計(jì) .........................................................31
6.4.1．梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則 .................................................31
6.4.2．梯形圖設(shè)計(jì) .....................................................31
6.5．程序設(shè)計(jì) ...........................................................33
6.5.1．PLC的指令系統(tǒng) ..................................................33
6.5.2．指令表 .........................................................33
7．組合機(jī)床電氣控制電路設(shè)計(jì) ...............................................34
7.1．機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的基本原則 .............................................34
7.1.1．機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的基本要求 .........................................34
7.1.2．機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟 ...................................34
7.1.3．電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)條件 .............................................34
7.2．機(jī)床傳動(dòng)的總體方案 .................................................35
7.3．主電路設(shè)計(jì) .........................................................35
7.4．控制電路設(shè)計(jì) .......................................................35
7.5．控制電源的確定及總體電路的審核完善 .................................35
7.6．電器元件的選擇 .....................................................36
7.6.1．電器元件的可靠性 ...............................................36
7.6.2．電器元件選擇的基本原則 .........................................36
7.7．電氣位置圖的繪制 ................................................... 37
7.7.1．電器布置原則 ...................................................37
7.7.2．常用配線方式 ...................................................38
7.7.3．電氣元件位置圖的繪制 ...........................................38
畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) ............................................................. 40
致謝 ..................................................................... 41
參考資料 ................................................................. 42
附錄一：PLC控制指令表 .....................................................43
附件1-1：
南京林業(yè)大學(xué)二OO七屆畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
填表須知：
[1]本任務(wù)書所列各項(xiàng)由指導(dǎo)教師詳細(xì)填寫，以便學(xué)生全面了解和正確執(zhí)行。本任務(wù)書經(jīng)學(xué)院、系(教研室)審定后，送教學(xué)科一份，發(fā)給學(xué)生一份。
[2]學(xué)生接到任務(wù)書后，應(yīng)制訂好工作計(jì)劃，填寫開題報(bào)告，認(rèn)真進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，并按規(guī)定時(shí)間完成。任務(wù)書所列各項(xiàng)內(nèi)容不得涂改，因特殊情況需要變動(dòng)的必須經(jīng)系(教研室)負(fù)責(zé)人、教學(xué)院長(zhǎng)審核同意。
[3]本任務(wù)書中“[ ]”內(nèi)容為填表解釋。畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后，本任務(wù)書裝訂在設(shè)計(jì)前面，交學(xué)院存檔。
一、基本情況
1、學(xué)院專業(yè)：機(jī)械電子工程學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。
2、選題名稱： 車床主軸箱箱體左側(cè)8-M8螺紋攻絲機(jī)設(shè)計(jì) 。
3、指導(dǎo)教師： 袁成榮 ；指導(dǎo)教師職稱： 副教授 。
4、協(xié)助指導(dǎo)教師： ；協(xié)助指導(dǎo)教師職稱： 。
5、學(xué)生學(xué)號(hào)： 0331204 ；學(xué)生姓名： 丁飛 。
6、導(dǎo)師團(tuán)成員： 。[助教及助教以下職稱的指導(dǎo)教師需導(dǎo)師團(tuán)成員指導(dǎo)]
7、作業(yè)期限： 2007 年 3 月 5 日至 2007 年 6 月 21 日。
8、作業(yè)地點(diǎn)： 。
9、選題性質(zhì)： 科研 生產(chǎn)√ 其它 。
10、選題出處：[填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)選題的具體來源，例如科研項(xiàng)目名稱、生產(chǎn)項(xiàng)目名稱等]
。
二、審批情況
1、系(教研室)意見：
經(jīng)論證，該畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 [填“符合/不符合”]人才培養(yǎng)方案要求。
系(教研室)負(fù)責(zé)人：
年 月 日
2、學(xué)院審批意見：
經(jīng)審核， [填“同意/不同意”]下發(fā)該任務(wù)書。
教學(xué)院長(zhǎng)簽字或?qū)W院蓋章：
年 月 日
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)
1、總體要求
進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間為16周。學(xué)生依據(jù)導(dǎo)師給定的選題，能編寫符合要求的設(shè)計(jì)說明書，獨(dú)立進(jìn)行資料的收集、加工與整理，能綜合運(yùn)用科學(xué)的理論、知識(shí)和技能，進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)、測(cè)試、分析，解決設(shè)計(jì)問題，正確繪制有關(guān)圖表，獨(dú)立撰寫并答辯。
2、設(shè)計(jì)內(nèi)容及具體要求
[主要包括對(duì)前言、環(huán)境概況、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)立意、總體設(shè)計(jì)及功能、規(guī)劃、附圖、附表等的要求]
設(shè)計(jì)一臺(tái)攻絲機(jī)
加 工： 8- M8螺紋
機(jī)床類型： 立式單面或臥式單面
驅(qū) 動(dòng)： 液壓
生產(chǎn)綱領(lǐng)： 年產(chǎn)量3-6萬件
生產(chǎn)節(jié)拍： 自定
加工工序圖
加工示意圖
組合機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
組合機(jī)床多軸箱圖
組合機(jī)床夾具總圖
液壓系統(tǒng)原理圖
控制系統(tǒng)原理圖
折合圖紙量 4張0#
設(shè)計(jì)說明書 1.5萬字
3、指定閱讀的參考文獻(xiàn)[原則上要求中文文獻(xiàn)不低于10篇，外文文獻(xiàn)不低于5篇]
1、戴曙 金屬切削機(jī)床 機(jī)械工業(yè)出版社
2、林文煥 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 國(guó)防工業(yè)出版社
3、袁哲俊 刀具設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社
4、陳遠(yuǎn)齡 機(jī)床電氣自動(dòng)控制 重慶大學(xué)出版社 2004
5、許小楊 專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì) 重慶大學(xué)出版社
6、吳圣莊 金屬切削機(jī)床概論 吉林工業(yè)大學(xué)出版社
7、徐鴻本 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社
8、謝家瀛 組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1994
9、成大先 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（第3版 第3、5冊(cè)） 化學(xué)工業(yè)出版社
10、鄭忠 新編工廠電氣設(shè)備手冊(cè)（上、下冊(cè)） 兵器工業(yè)出版社 1998
11、鐘肇新 可編程控制器原理及應(yīng)用（第二版） 華南理工大學(xué)出版社 1999
12、馮辛安 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1999
13、唐一平 《Advance Manufacturing Technology》 科學(xué)出版社 2000
14、Warren S.seamws:Computer numerical control .Delmar Publishing inc, 1988
15、Hideo MATSUKA.Japanese open control system for Manufacturing Equipment .Int Japan Socprec Eng 1996.
16、Rajashera K,et.al.Sensorless control of AC Motor Drives. New York IEEE PRESS. 1995
17、E.Budak.Y.Altintas Prediction of Milling force coefficients from ortbogonal cutting Data.Trans ASME Journal of Manufacturing science and Enginnering , 1996
4、備注[指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的其他要求及說明等]
1．前言
1.1．課題名稱及其具體要求
1.1.1．課題名稱
車床主軸箱箱體左側(cè)8-M8螺紋攻絲機(jī)設(shè)計(jì)
1.1.2．題目?jī)?nèi)容及要求
本題目的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一臺(tái)能加工的通孔，總共八個(gè)孔的右側(cè)面螺紋攻絲機(jī)，機(jī)床類型為臥式單面，液壓驅(qū)動(dòng)，由PLC控制，一臺(tái)機(jī)床年產(chǎn)量為3-6萬件。其余設(shè)計(jì)內(nèi)容均自定。
1.1.3．實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)及圖紙要求
本設(shè)計(jì)完成后必須包括被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖、組合機(jī)床多軸箱圖、夾具裝配總圖、液壓系統(tǒng)原理圖、控制系統(tǒng)原理圖各一張，折合A0圖紙共4張。
此外，設(shè)計(jì)說明書需1.5萬字。
1.2．研究目的及意義
目前，組合機(jī)床的需求量很大，國(guó)家鼓勵(lì)其出口。而國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的迅速發(fā)展也勢(shì)必導(dǎo)致各類零部件加工量的增大。因此，組合機(jī)床可多刀、多軸、多面、多工位加工的優(yōu)點(diǎn)就顯得猶為突出。本設(shè)計(jì)就是在攻絲組合機(jī)床的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，將PLC控制技術(shù)和液壓控制技術(shù)應(yīng)用到其中，以便進(jìn)一步提高組合機(jī)床的自動(dòng)化程度。
1.3．國(guó)內(nèi)外同類研究概況
1． 國(guó)外研究狀況
1952年美國(guó)生產(chǎn)出了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，此后，日本、德國(guó)、意大利等國(guó)家的一些木工機(jī)床的制造廠家應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，相繼推出了各種先進(jìn)的機(jī)床。目前，螺紋加工機(jī)床已經(jīng)與液壓系統(tǒng)，氣壓系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)結(jié)合生產(chǎn)出了很多先進(jìn)的攻絲機(jī)，例如：西班牙的才CMA攻絲機(jī)系列，等等。
目前，機(jī)床加工正在向復(fù)合化，高速化，精密化，高效能化，智能化，環(huán)保化方向發(fā)展而螺紋加工正在向高效率，高自有度，高生產(chǎn)率，高自動(dòng)化，高定位速度和高切削速度，低成本方向發(fā)展。
2． 國(guó)內(nèi)研究狀況
我國(guó)自改革開放以來，雖然機(jī)床加工機(jī)械的技術(shù)水平及產(chǎn)品質(zhì)量有著顯著的提高，但與先進(jìn)的發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大，主要存在的問題有：水平低、仿制多、品種少、自動(dòng)化程度不高，外觀質(zhì)量不高，機(jī)床機(jī)械合格率低，遠(yuǎn)低于同類機(jī)械產(chǎn)品的平均合格率。螺紋加工機(jī)床和其他機(jī)床一樣發(fā)展緩慢。
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的中檔普及型數(shù)控機(jī)床的功能、性能和可靠性方面已具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)力。
但在中、高檔數(shù)控機(jī)床方面，與國(guó)外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比，仍存在較大差距。螺紋加工的數(shù)控化程度也很低。雖然我國(guó)現(xiàn)在的水平很低不過我們有很好的發(fā)展前景：首先，我國(guó)的政策調(diào)整有利于車床行業(yè)的發(fā)展；第二，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移給車床行業(yè)的發(fā)展帶來了機(jī)遇；第三，下游行業(yè)成長(zhǎng)較快；第四，數(shù)控車床消費(fèi)增長(zhǎng)較快。而螺紋加工的攻絲機(jī)只是車床中的一個(gè)部分，當(dāng)然也具有很好的發(fā)展前景。目前國(guó)內(nèi)有很多的組合機(jī)床仍然采用繼電器控制，使用不便，且較為落后。而國(guó)外同行業(yè)則較多采用PLC先進(jìn)技術(shù)集成控制來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，已形成一系列自動(dòng)化程度較高的生產(chǎn)流水線，大大提高了生產(chǎn)效率和節(jié)省了成本。
2．組合機(jī)床概述
2.1．組合機(jī)床及其特點(diǎn)
組合機(jī)床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機(jī)床。它能夠?qū)σ环N（或幾種）零件進(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。
組合機(jī)床與通用機(jī)床，其他專用機(jī)床比較，具有以下特點(diǎn)：
（1）組合機(jī)床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件約占全部機(jī)床零、部件總量的，因此設(shè)計(jì)和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟(jì)效果好。
（2）由于組合機(jī)床用多刀加工，并且自動(dòng)化程度高，因而比通用機(jī)床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
（3）組合機(jī)床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計(jì)和長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的，又有專門廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。
（4）在組合機(jī)床上加工零件時(shí)，由于采用專用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對(duì)操作工人的技術(shù)水平要求不高。
（5）當(dāng)被加工產(chǎn)品更新時(shí)，采用其他類型的專門機(jī)床時(shí)，其大部分部件要報(bào)廢。用組合機(jī)床時(shí)，其通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計(jì)和制造。
（6）組合機(jī)床易于聯(lián)成組合機(jī)床自動(dòng)線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要。
圖2-1表示由通用部件和少量專用部件組成的臥式組合機(jī)床。
圖2-1 臥式組合機(jī)床及其組成部件
1—中間底座；2—夾具；3—主軸箱；4—?jiǎng)恿ο?
5—滑臺(tái)；6—滑座；7—床身（側(cè)底座）
組合機(jī)床常用的通用部件有：動(dòng)力部件、輸送部件、支承部件、控制部件和輔助部件。其中動(dòng)力部件有4種：（1）主運(yùn)動(dòng)動(dòng)力部件—?jiǎng)恿ο?、多軸箱、單軸頭；（2） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件—液壓滑臺(tái)、機(jī)械滑臺(tái)； （3） 既能實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)又能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件—?jiǎng)恿︻^；為單軸頭變化主軸轉(zhuǎn)速的跨系列通用部件。
動(dòng)力箱、各種工藝切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)是組合機(jī)床完成切削主運(yùn)動(dòng)或進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其中還有能同時(shí)完成切削主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力頭。而只能完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件稱為動(dòng)力滑臺(tái)。固定在動(dòng)力箱上的主軸箱是用來布置切削主軸，并把動(dòng)力箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給各主軸的切削刀具，由于各主軸的位置與具體被加工零件有關(guān)，因此主軸箱必須根據(jù)被加工零件設(shè)計(jì)，不能制造成完全通用的部件，但其中有很多零件（例如：主軸、傳動(dòng)軸、齒輪和箱體等）是通用的。
床身、立柱、中間底座等是組合機(jī)床的支承部件，起著機(jī)床的基礎(chǔ)骨架作用。組合機(jī)床的剛度和部件之間的精度保持性，主要是由這些部件保證。移動(dòng)的或回轉(zhuǎn)的工作臺(tái)的重復(fù)定位精度直接影響組合機(jī)床的加工精度。
除了上述主要部件之外，組合機(jī)床還有各種控制部件，主要是控制機(jī)床按順序動(dòng)作，以保證機(jī)床按規(guī)定的程序進(jìn)行工作。
組合機(jī)床的通用部件，絕大多數(shù)已頒布成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的名義尺寸、主參數(shù)、互換尺寸等定型，各通用部件之間有配套關(guān)系。
因此，在進(jìn)行本設(shè)計(jì)時(shí)，主要根據(jù)被加工零件的尺寸、形狀和技術(shù)要求等來完成組合機(jī)床的整體設(shè)計(jì)。
2.2．攻絲組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)方案
通用機(jī)床加工螺紋的特點(diǎn)是主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間保持嚴(yán)格的傳動(dòng)比關(guān)系，即內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)。攻絲組合機(jī)床也不例外，根據(jù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)系統(tǒng)所選用的機(jī)構(gòu)不同，攻絲組合機(jī)床可以分為下列兩大類：
1）采用攻絲動(dòng)力頭的攻絲組合機(jī)床
攻絲動(dòng)力頭用于同一方向單純攻絲工序。利用絲杠進(jìn)給，攻絲行程較大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)誤差大，所以加工螺紋精度較低（一般低于7H級(jí)），因此未能得到廣泛的應(yīng)用。
2）采用攻絲靠模裝置的組合機(jī)床
用攻絲靠模裝置加工內(nèi)螺紋的特點(diǎn)是，攻絲主軸系統(tǒng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由攻絲靠模機(jī)構(gòu)得到?？磕C(jī)構(gòu)由靠模螺桿和靠模螺母組成，其螺距應(yīng)等于被加工螺孔的螺距，當(dāng)靠模螺桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，則帶動(dòng)絲錐向前進(jìn)給一個(gè)螺距，要求盡量接近。
攻絲靠模應(yīng)用于攻絲裝置中的情況如圖2-2所示。從圖中可見，電機(jī)傳動(dòng)主軸通過靠模螺桿帶動(dòng)絲錐回轉(zhuǎn)，靠模螺桿5通過攻絲卡頭6與絲錐連接，攻絲卡頭6是攻絲主軸靠模系統(tǒng)進(jìn)給量與絲錐自行引進(jìn)量的補(bǔ)償環(huán)節(jié)。
當(dāng)主軸及靠模螺桿5正轉(zhuǎn)時(shí)，由于靠模螺
母4的作用，使靠模螺桿按螺母的螺距帶動(dòng)絲
錐進(jìn)給，攻絲結(jié)束后，主軸反轉(zhuǎn)，絲錐退回。
由于攻絲過程中，只是靠模螺桿5帶動(dòng)絲 圖2-2 攻絲裝置原理圖
錐軸向移動(dòng)，因此主軸與靠模螺桿連接處軸向 1—電機(jī)；2—多軸箱；3—主軸；
可以相對(duì)滑動(dòng)，一般用滑鍵連接，滑動(dòng)的最大 4—靠模螺母；5—靠模螺桿；6—攻絲卡頭
距離即攻絲的最大行程，一般不超過。
此種攻絲方法，靠?？梢越?jīng)磨制得到較準(zhǔn)確的螺距，由于靠模螺桿帶動(dòng)絲錐進(jìn)給比較輕巧，同時(shí)又有攻絲接桿補(bǔ)償攻絲主軸靠模系統(tǒng)與絲錐自行引進(jìn)的進(jìn)給差，因而攻絲時(shí)可得到較高的精度。該靠模裝置除了具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本較低的特點(diǎn)外，還由于每根靠模螺桿都各自具有自己的螺距數(shù)值，因此可用一個(gè)攻絲裝置方便地加工出不同尺寸規(guī)格的螺紋，且可各自選用合理的切削用量，目前應(yīng)用很廣泛。
綜上所述，可知攻絲工序的工作循環(huán)如下：
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2.3．組合機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)
一、提高通用部件的技術(shù)水平；
二、發(fā)展適應(yīng)中、小批生產(chǎn)的組合機(jī)床；
三、采用新刀具；
四、發(fā)展自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)；
五、擴(kuò)大工藝范圍。
3．組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
3.1．組合機(jī)床方案確定
3.1.1．被加工零件特點(diǎn)
被加工零件在攻絲機(jī)體左側(cè)，材料為，硬度為，攻絲孔徑為的通孔8個(gè)，個(gè)孔在3個(gè)圓上規(guī)律分布。
被加工零件的外形如圖3-1所示。
圖3-1 被加工零件外形圖
3.1.2．機(jī)床布局確定
工件底面為主要定位面。因?yàn)榈酌嬗?個(gè)腳所以用3個(gè)支承塊支撐，用短銷和支承釘定位。裝夾方便、平穩(wěn)，故可采用臥式機(jī)床。
3.1.3．工件定位基準(zhǔn)的確定
由于工件采用底面為定位面，根據(jù)該零件的特點(diǎn)，可采用孔和2面定位。
3.1.4．夾壓表面及夾緊方式
由于要加工的工件是箱體而且上表面是空的，為了確保工件夾壓穩(wěn)定，為了保證定位基準(zhǔn)和定位面的良好接觸，采用開口長(zhǎng)壓板作定位夾緊。
3.2．確定切削用量
3.2.1．選擇切削用量
由于攻絲孔徑只有一種，所以可以采用同樣的主軸和刀具使得所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同。
根據(jù)《專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì)》表7-18查得：
高速鋼絲錐攻絲切削速度
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》得：
螺紋間距，
選
切削速度：
∴
∴滿足要求
每分鐘進(jìn)給量
式中：——主軸系統(tǒng)的進(jìn)給量（）；
——絲錐每分鐘自行引進(jìn)量（）；
——絲錐每分鐘轉(zhuǎn)速（）；
——絲錐的螺距，多頭螺紋為導(dǎo)程（）。
∴
3.2.2．確定F.P.T
1）切削扭矩的計(jì)算
根據(jù)《專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì)》表7-24查得：
式中：——工件螺距（）；
——加工直徑（）。
∴
2）切削力的計(jì)算
∴
∴總切削力
3）切削功率的計(jì)算
根據(jù)《專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì)》表7-24查得：
∴
∴總功率
考慮到功率損失，∴
3.3．組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)——三圖一卡
三圖一卡的內(nèi)容主要包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)率計(jì)算卡。
3.3.1．被加工零件工序圖
一、被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容
被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺(tái)組合機(jī)床或自動(dòng)線完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求、加工用定位基準(zhǔn)、夾壓部位及被加工零件的材料、硬度、重量和本道工序加工前毛坯或半成品狀況的圖紙。因此，它是在原零件圖基礎(chǔ)上，突出本機(jī)床或自動(dòng)線的加工內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗(yàn)和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。圖上應(yīng)表示出：
1）被加工零件的形狀和輪廓尺寸及與本機(jī)床設(shè)計(jì)有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸。尤其是當(dāng)需要設(shè)置中間導(dǎo)向套時(shí)，應(yīng)表示出零件內(nèi)部的肋、壁布置及有關(guān)結(jié)構(gòu)的形狀及尺寸。以便檢查工件、夾具、刀具是否發(fā)生干涉。
2）加工用定位基準(zhǔn)、夾壓部位及夾壓方向。以便依此進(jìn)行夾具的定位支承（包括輔助定位支承）、限位、夾緊、導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形狀位置尺寸精度及技術(shù)要求，還包括本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊螅ㄖ饕付ㄎ换鶞?zhǔn)）。
4）必要的文字說明。如被加工零件編號(hào)、名稱、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。
二、繪制被加工零件工序圖的注意事項(xiàng)
1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要突出本機(jī)床的加工內(nèi)容。繪制時(shí)，應(yīng)按一定比例，選擇足夠的視圖及剖視圖，突出加工部位（用粗實(shí)線），并把零件輪廓及與機(jī)床、夾具設(shè)計(jì)有關(guān)的部位（用細(xì)實(shí)線）表示清楚。凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方畫粗實(shí)線標(biāo)記。加工用定位基準(zhǔn)、機(jī)械夾壓位置及方向、輔助支承均須使用規(guī)定的符號(hào)表示出來。
2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起。為便于加工及檢查，尺寸應(yīng)采用直角坐標(biāo)系標(biāo)注，而不采用極坐標(biāo)系。但有時(shí)因所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合,則需對(duì)加工部位要求的位置尺寸精度進(jìn)行分析換算。此外，應(yīng)將零件圖上的不對(duì)稱位置尺寸公差應(yīng)換算成對(duì)稱尺寸公差，其公差數(shù)值的決定要考慮兩方面，一是要能達(dá)到產(chǎn)品圖紙要求的精度，二是采用組合機(jī)床能夠加工出來。
3）應(yīng)注明零件加工對(duì)機(jī)床提出的某些特殊要求。
3.3.2．加工示意圖
一、加工示意圖的作用和內(nèi)容
零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。加工示意圖表示被加工零件在機(jī)床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。因此，加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要圖紙之一，在總體設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位。它是刀具、輔具、主軸箱、液壓電氣裝置設(shè)計(jì)及通用部件選擇的主要原始資料，也是整臺(tái)組合機(jī)床布局和性能的原始要求，同時(shí)還是調(diào)整機(jī)床、刀具及試車的依據(jù)。其內(nèi)容為：
1）應(yīng)反映機(jī)床的加工方法、加工條件及加工過程。
2）根據(jù)加工部位特點(diǎn)及加工要求，決定刀具類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、尺寸（直徑和長(zhǎng)度）。
3）決定主軸的結(jié)構(gòu)類型、規(guī)格尺寸及外伸長(zhǎng)度。
4）選擇標(biāo)準(zhǔn)的或設(shè)計(jì)專用的接桿、浮動(dòng)卡頭、導(dǎo)向裝置、攻絲靠模裝置、刀桿托架等，并決定它們的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及尺寸。
5）標(biāo)明主軸、接桿（卡頭）、夾具（導(dǎo)向）與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度。
6）根據(jù)機(jī)床要求的生產(chǎn)率及刀具、被加工零件材料特點(diǎn)等，合理確定并標(biāo)注各主軸的切削用量。
7）決定機(jī)床動(dòng)力部件的工作行程及工作循環(huán)。
二、加工示意圖的畫法及注意事項(xiàng)
1）加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細(xì)實(shí)線繪出工件加工部位和局部結(jié)構(gòu)的展開圖，加工表面用粗實(shí)線畫。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，相同加工部位的加工示意（指對(duì)同一規(guī)格的孔加工，所用刀具、導(dǎo)向、主軸、接桿等的規(guī)格尺寸、精度完全相同），允許只表示其中之一，亦即同一主軸箱上結(jié)構(gòu)尺寸相同的主軸可只畫一根。但必須在主軸上標(biāo)注軸號(hào)（與工件孔號(hào)相對(duì)應(yīng)）。當(dāng)軸數(shù)較多時(shí)，可縮小比例，用細(xì)實(shí)線畫出工件加工部位的外形簡(jiǎn)圖，并在孔旁標(biāo)注孔號(hào)，以便設(shè)計(jì)和調(diào)整機(jī)床。
2）一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實(shí)距離繪制。當(dāng)被加工孔間距很小或需設(shè)置徑向結(jié)構(gòu)尺寸較大的導(dǎo)向裝置時(shí)，相鄰主軸必須嚴(yán)格按比例繪制，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導(dǎo)向是否干涉。
3）主軸應(yīng)從主軸箱端面畫起。刀具畫加工終了位置（攻絲加工則應(yīng)畫開始位置）。標(biāo)準(zhǔn)的通用結(jié)構(gòu)只畫外形輪廓，但須加注規(guī)格代號(hào)。對(duì)一些專用結(jié)構(gòu)，為顯示其結(jié)構(gòu)而必須剖視，并標(biāo)注尺寸、精度及配合。
三、刀具選擇
根據(jù)攻絲孔的深度及直徑大小，并結(jié)合加工條件及要求，根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》，選擇的刀具為絲錐，其直徑分別為。
絲錐的具體結(jié)構(gòu)和尺寸如圖3-2所示：
)
圖3-2 絲錐外形圖
四、初定主軸類型、尺寸和外伸長(zhǎng)度
根據(jù)《專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì)》表7-29（攻螺紋主軸直徑的確定）查得：
當(dāng)螺紋為，扭矩時(shí)，主軸直徑
再查表7-30（通用攻絲主軸的系列參數(shù)），確定主軸類型為：
前后支承均為圓錐滾子軸承的主軸
確定主軸直徑：
攻絲靠模規(guī)格代號(hào)：2
具體結(jié)構(gòu)如圖3-3所示：
圖3-3 主軸外伸圖
五、選擇攻絲卡頭
攻絲卡頭用于連接絲錐和攻絲主軸（或靠模裝置），其主要作用是：
1） 保證絲錐與被加工的螺紋底孔自動(dòng)對(duì)中，并保證絲錐順利引進(jìn)。
2） 補(bǔ)償絲錐每分鐘引進(jìn)量與攻絲主軸（或靠模裝置）每分鐘進(jìn)給量之差值，保證絲錐引進(jìn)與攻絲裝置進(jìn)給同步。
因此，要求攻絲卡頭有很好的定心性及補(bǔ)償靈活性，徑向尺寸應(yīng)較小，以適應(yīng)中心距小的螺孔加工。攻絲卡頭的主要形式有：①絲錐“超前”進(jìn)給的單向補(bǔ)償攻絲卡頭；②主軸或攻絲靠?！俺啊边M(jìn)給的單向補(bǔ)償攻絲卡頭。
在此，可選用主軸“超前”進(jìn)給的單向補(bǔ)償攻絲卡頭。主軸“超前”進(jìn)給是指攻絲主軸每分鐘進(jìn)給量大于絲錐每分鐘的引進(jìn)量，其差值由攻絲卡頭中的壓力彈簧來補(bǔ)償。彈簧的預(yù)壓力，最好稍大于絲錐開始切入被加工螺紋底孔所需的軸向力，而小于絲錐的進(jìn)給拉力。
其具體結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。
圖3-4 主軸“超前”進(jìn)給的單向補(bǔ)償攻絲卡頭
1—卡頭芯桿；2—銷；3—套罩；4—卡頭體；5—壓力彈簧
六、攻絲靠模裝置
攻絲靠模裝置的原理是“自引法”攻絲。這種攻絲裝置的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，直接由靠模螺桿、螺母得到。
常用的攻絲靠模裝置有型和型。型攻絲靠模通常由攻絲靠模機(jī)構(gòu)和攻絲卡頭配合組成攻絲裝置，并由攻絲裝置配置成攻絲組合機(jī)床。型主要用于組成活動(dòng)攻絲模板和鉆攻復(fù)合模板。
根據(jù)，查得《專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì)》表7-42（第Ⅰ、第Ⅱ類攻絲靠模規(guī)格）：選用型號(hào)為的攻絲靠模裝置
其具體參數(shù)為：
，
，，
這類靠模用于組成固定式攻螺紋裝置時(shí)，有較好的敞開性，裝卸和調(diào)整較為方便。松開壓板后，整套靠模就可以很方便地從靠模頭前端抽出，利用攻螺紋卡頭上的調(diào)整
螺母，能方便地調(diào)整絲錐的軸向位置。缺點(diǎn)是軸向尺寸很大。
其具體結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。
七、確定動(dòng)力部件的工作循環(huán)及工作行程
動(dòng)力部件的工作循環(huán)是指：加工時(shí)動(dòng)力部件從原始位
置開始運(yùn)動(dòng)到加工終了位置又返回到原始位置的動(dòng)作過程。
一般包括快速引進(jìn)、工作進(jìn)給、快速退回等動(dòng)作。
1．工作行程長(zhǎng)度的確定
工作進(jìn)給長(zhǎng)度應(yīng)等于工件加工部位長(zhǎng)度（多軸加
工時(shí)應(yīng)按最長(zhǎng)孔計(jì)算）與刀具切入長(zhǎng)度和切出長(zhǎng)度之
和。如圖3-6所示。
圖3-6 工作進(jìn)給長(zhǎng)度
切入長(zhǎng)度L1應(yīng)根據(jù)工件端面的誤差情況在之
間選擇，誤差大時(shí)取大值。切出長(zhǎng)度根據(jù)《專用機(jī)床設(shè)
備設(shè)計(jì)》表7-32查得：
式中：——絲錐前端錐部的長(zhǎng)度。
由于加工深度一定，選擇。
2．快進(jìn)、快退長(zhǎng)度
按加工具體情況而定，保證加工所有刀具均退至夾具
套內(nèi)，不影響工件裝卸，因此取快進(jìn)長(zhǎng)度為。
3．動(dòng)力部件總行程長(zhǎng)度
動(dòng)力部件的總行程除應(yīng)保證要求的工作循環(huán)行程外， 圖3-5 第Ⅰ類攻絲靠模
還要考慮裝卸和調(diào)整刀具方便，即考慮前、后備量。 1—靠模桿；2—套筒；3—壓板
前備量是指因刀具磨損或補(bǔ)償制造、安裝誤差，動(dòng)力 4—襯套：5—彈簧；6—結(jié)合子
部件尚可向前調(diào)節(jié)的距離。后備量是指考慮刀具從接桿中 7—靠模螺母；8—攻絲卡頭
或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出所需要的動(dòng)力部件尚能向后退的距離。理想情況是保證刀具退離夾具導(dǎo)套外端面的距離大于接桿插入主軸孔內(nèi)（或刀具插入接桿孔內(nèi)）的長(zhǎng)度。
因此，動(dòng)力部件的總行程為快退行程長(zhǎng)度與前后備量之和。
∴
依此作為選擇標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)或設(shè)計(jì)專用動(dòng)力部件的依據(jù)。
3.3.3．機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
一、聯(lián)系尺寸圖的作用及內(nèi)容
一般來說，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件——?jiǎng)恿_(tái)、動(dòng)力箱、各種工藝切削頭、側(cè)底座、立柱、立柱底座及中間底座加上專用部件——主軸箱、輔具系統(tǒng)、夾具、液、電、冷卻、潤(rùn)滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機(jī)床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以檢驗(yàn)機(jī)床各部件的相對(duì)位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求，通用部件的選擇是否合適，并為進(jìn)一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可看成是簡(jiǎn)化的機(jī)床總圖，它表示機(jī)床的配置型式及總體布局。
聯(lián)系尺寸圖的主要內(nèi)容如下：
1） 以適當(dāng)數(shù)量的視圖（一般為主、左、右視圖）按同一比例畫出機(jī)床各主要組成部件的外形輪廓及相對(duì)位置，表明機(jī)床的配置型式及總體布局，主視圖的選擇應(yīng)與機(jī)床實(shí)際加工狀態(tài)一致。
2） 圖上應(yīng)盡量減少不必要的線條及尺寸，但反映各部件的聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運(yùn)動(dòng)部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全。各部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不必畫出，留在具體設(shè)計(jì)部件時(shí)完成。
3） 為便于部件設(shè)計(jì)，聯(lián)系尺寸圖上應(yīng)標(biāo)注通用部件的規(guī)格代號(hào)、電動(dòng)機(jī)型號(hào)、功率及轉(zhuǎn)速，并注明機(jī)床部件的分組情況及總行程。
二、選擇動(dòng)力箱
確定攻絲電機(jī)功率時(shí)，應(yīng)考慮到絲錐鈍化的影響，一般按計(jì)算功率的倍選取。根據(jù)前面計(jì)算功率，即，且考慮到攻絲時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速要求較低，如果選用的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過高，將導(dǎo)致傳動(dòng)比較大，使機(jī)床結(jié)構(gòu)龐大，不利于成本的降低，一般采用同步轉(zhuǎn)速為左右的電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表5-38選用動(dòng)力箱型號(hào)為，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為，電動(dòng)機(jī)的功率為，（為電動(dòng)機(jī)安裝端面至罩殼后面間的軸向長(zhǎng)度）。
根據(jù)前面計(jì)算的行程，選擇動(dòng)力滑臺(tái)為型，滑臺(tái)側(cè)底座為型，行程為。二級(jí)進(jìn)給及壓力繼電器型號(hào)為。導(dǎo)軌防護(hù)裝置型號(hào)為。分級(jí)進(jìn)給裝置型號(hào)為。
由于攻絲時(shí)，工作行程不是很長(zhǎng)，液壓滑臺(tái)可固定在滑軌上，由固定塊受力。所以當(dāng)進(jìn)給力大于滑臺(tái)所受最大進(jìn)給力時(shí)，仍可使用該滑臺(tái)滑軌。
根據(jù)選定的動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)為，其臥式配置時(shí)具體聯(lián)系尺寸如圖3-7所示。
圖3-7 型液壓滑臺(tái)臥式配置時(shí)聯(lián)系尺寸
三、夾具輪廓尺寸確定
綜合考慮工件的輪廓尺寸形狀、結(jié)構(gòu)以及夾具底座與機(jī)床其他部件連接固定尺寸，初步定夾具長(zhǎng)寬高為。
四、機(jī)床裝料高度
機(jī)床裝料高度是指機(jī)床上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。為提高通用部件及支承部件的剛度并考慮自動(dòng)線設(shè)計(jì)時(shí)中間底座內(nèi)要安裝夾具輸送裝置、冷卻排屑裝置，新頒布的組合機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)推薦裝料高度，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致。在現(xiàn)階段設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí)，裝料高度可根據(jù)具體情況在之間選取。
由于受工件最低孔位置、多軸箱最低主軸高度和所選通用部件、中間底座、夾具高度等尺寸的限制（滑臺(tái)與滑座總高，側(cè)底座高度，夾具底座高度，中間底座高度），本設(shè)計(jì)的機(jī)床裝料高度。
五、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面安裝連接的需要。根據(jù)選定的動(dòng)力箱滑臺(tái)、側(cè)底座等標(biāo)準(zhǔn)的位置關(guān)系，并考慮到毛坯誤差和裝配偏移，中間底座支承夾具底座的空余邊緣尺寸，算出的長(zhǎng)度應(yīng)圓整，并按優(yōu)選數(shù)系選用。攻絲時(shí)需要使用冷卻液，應(yīng)使空余邊緣尺寸不小于。
中間底座外形圖如圖3-8所示。
圖3-8 中間底座外形圖
中間底座長(zhǎng)度方向尺寸可按下式確定：
式中：——加工終了位置，主軸箱端面至工件端面間的距離，本設(shè)計(jì)中；
——主軸箱厚度，本設(shè)計(jì)；
——工件沿機(jī)床長(zhǎng)度方向的尺寸，本設(shè)計(jì)；
——機(jī)床長(zhǎng)度方向上，主軸箱與動(dòng)力滑臺(tái)的重合長(zhǎng)度，本設(shè)計(jì)；
——加工終了位置，滑臺(tái)前端面至滑座前端面的距離，對(duì)于通用的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)，尺寸的最大范圍為。本設(shè)計(jì)；
——滑座前端面至側(cè)底座前端面的距離，本設(shè)計(jì)。
∴
根據(jù)，查《專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì)》表7-10（中間底座主要尺寸）：
選定中間底座長(zhǎng)為
又根據(jù)被加工零件的寬度為，夾具底座寬度為，以及其他聯(lián)系尺寸，選定中間底座寬度為。
∴中間底座的長(zhǎng)寬為。
六、確定多軸箱輪廓尺寸
標(biāo)準(zhǔn)通用多軸箱的厚度是一定的，臥式為。因此，確定多軸箱尺寸，主要是確定多軸箱寬度和高度及最低主軸高度。如圖3-9所示，被加工零件輪廓以點(diǎn)劃線、多軸箱輪廓用粗實(shí)線表示。多軸箱寬度、高度的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按下式確定：
式中：——工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（）。
——最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（）。
——工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（）。
——最低主軸高度（）。
圖3-9 多軸箱輪廓尺寸的確定
為保證多軸箱有排布齒輪的足夠空間，推薦，取。
主軸箱最低主軸高度須考慮到與工件最低孔位置（）、機(jī)床裝料高度（）、滑臺(tái)滑座總高（）、側(cè)底座高度（）、滑座與側(cè)底座之間調(diào)整墊高度（）等尺寸之間的關(guān)系而確定。對(duì)于臥式組合機(jī)床，要保證潤(rùn)滑油不致從主軸襯套處泄露，通常推薦：
∴
∴
根據(jù)上述計(jì)算值，按多軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定多軸箱輪廓尺寸為
七、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖繪制注意事項(xiàng)
1）畫主視圖時(shí)，主視圖的圖形布置應(yīng)與實(shí)際機(jī)床工作布置一致，并選擇合適比例。為便于機(jī)床的調(diào)整和維修，滑座與側(cè)底座之間需加厚的調(diào)整墊。
2）機(jī)床各主要組成部件的輪廓尺寸及相關(guān)聯(lián)系尺寸必須標(biāo)注的完整、恰當(dāng)，應(yīng)使機(jī)床在長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方向的尺寸鏈封閉。
3）應(yīng)注明工件、夾具、動(dòng)力部件、中間底座對(duì)稱中心線間的位置關(guān)系。
4）應(yīng)注明電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、功率、轉(zhuǎn)速及所選標(biāo)準(zhǔn)通用部件的型號(hào)規(guī)格和其主要輪廓尺寸，并對(duì)組成機(jī)床的所有部件進(jìn)行分組編號(hào)，作為部件和零件設(shè)計(jì)的原始依據(jù)。
3.3.4．機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
根據(jù)選定的機(jī)床工作循環(huán)所要求的工作行程長(zhǎng)度、切削用量、動(dòng)力部件的快進(jìn)及工進(jìn)速度等，就可以計(jì)算機(jī)床的生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計(jì)算卡，用以反映機(jī)床的加工過程，完成每一動(dòng)作所需的時(shí)間、切削用量、機(jī)床生產(chǎn)率及機(jī)床的負(fù)荷率等。
一、理想生產(chǎn)率
指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率在內(nèi)）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。它與全年工時(shí)總數(shù)有關(guān)，一般情況下，單班制生產(chǎn)取，則
件／h
二、實(shí)際生產(chǎn)率
指所設(shè)計(jì)機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可以生產(chǎn)的零件數(shù)量。
件／h
式中：——生產(chǎn)一個(gè)零件所需的時(shí)間（），它可以根據(jù)下式計(jì)算：
式中：、——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進(jìn)給行程長(zhǎng)度（）；
、——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進(jìn)給速度（）；
——當(dāng)加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時(shí)，動(dòng)力滑臺(tái)在死擋鐵上的停留時(shí)間，通常指刀具在加工終了時(shí)無進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)所需的時(shí)間（）；
、——分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退行程長(zhǎng)度（）；
——?jiǎng)恿Σ考焖傩谐趟俣取２捎脵C(jī)械動(dòng)力部件取，液壓動(dòng)力部件取；
——直線移動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)換的時(shí)間，一般可??；
——工件裝、卸（包括定位、夾壓及清除鐵屑等）時(shí)間，它取決于工件重量大小、裝卸的方便性及工人的熟練程度。根據(jù)各類組合機(jī)床的統(tǒng)計(jì)，一般取。
∴取為
∴
∴ 件／h
三、機(jī)床負(fù)荷率
當(dāng)時(shí)，計(jì)算二者的比值即為負(fù)荷率。
∴
根據(jù)組合機(jī)床的使用經(jīng)驗(yàn)，適宜的機(jī)床負(fù)荷率為。
所以該負(fù)荷率滿足要求。
四、生產(chǎn)率計(jì)算卡
生產(chǎn)率計(jì)算卡是按一定格式要求編制的反映零件在機(jī)床上的加工過程、生產(chǎn)節(jié)拍、切削用量、機(jī)床生產(chǎn)率和機(jī)床負(fù)荷率的簡(jiǎn)明表格，它是用戶驗(yàn)收機(jī)床的重要依據(jù)之一。
具體情況見附錄二。
4．組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)
4.1．機(jī)床夾具的用途及使用優(yōu)點(diǎn)
一、保證產(chǎn)品質(zhì)量；
二、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；
三、擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，解決復(fù)雜或困難的工藝問題；
四、改變?cè)瓩C(jī)床的用途，擴(kuò)大機(jī)床使用范圍；
五、減輕操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，做到安全生產(chǎn)。
4.2．定位支承系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.2.1．定位六法及定位面
工件采用三面定位，以底面為主要定位面，后面為導(dǎo)向面，左側(cè)面為止推面。采用此方法限制了六個(gè)自由度，為完全定位。
4.2.2．定位支承元件及布置
選擇常用定位元件支承板，使用兩塊。為便于排屑，沿縱向用倒角并設(shè)溝槽。為提高支承板耐磨性，采用鋼制造。
導(dǎo)向面使用一個(gè)導(dǎo)向板（限位板），止推面使用一個(gè)支承釘。
4.2.3．夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、夾緊動(dòng)力
夾緊動(dòng)力選用螺紋螺栓配合的機(jī)械力進(jìn)行夾緊。
二、夾緊力確定
1）確定摩擦系數(shù)
根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取工件與支承壓板之間摩擦系數(shù)：
2）安全系數(shù)
由于刀具鈍化等原因，準(zhǔn)確地確定夾緊力較困難。
根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得，總安全系數(shù)
式中：——基本安全系數(shù)，
——加工表面光潔度系數(shù)，毛面，光面；
——刀具磨鈍系數(shù)，；
——斷續(xù)切削系數(shù)，；
——疲勞系數(shù)，（人力操縱），（動(dòng)力操縱）。
∴取，，，，
∴
∴滿足要求。
3）夾緊力計(jì)算
根據(jù)夾緊力所需，選擇前法蘭式液壓夾緊油缸。
油缸內(nèi)活塞桿，行程。
4.3．組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)
因被加工零件為箱體零件，機(jī)床為臥式，刀具選用絲錐，本夾具為壓板夾緊工件從一側(cè)推入，然后定位夾緊。
4.3.1．夾具體設(shè)計(jì)
夾具體是夾具的基礎(chǔ)件，夾具上的各種裝置和元件通過夾具體連接成一個(gè)整體。夾具體要有足夠的強(qiáng)度和剛度，只有這樣，在加工過程中，夾具體在切削力、夾緊力的作用下，才不會(huì)產(chǎn)生不允許的變形和振動(dòng)。此外，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，夾具體應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于制造、裝配和檢驗(yàn)；體積小、重量輕以便于操作。
考慮到加工的零件是一個(gè)箱體而且上表面是空的，為了使其受力比較好所以采用兩邊開闊的常壓辦對(duì)加工的零件進(jìn)行夾緊。夾緊的零件采用雙頭螺栓，螺母夾緊方式。支撐面采用3個(gè)小的支撐塊支撐。用一個(gè)空和一個(gè)面定位。
4.3.2．角鐵的選擇
考慮到被加工零件尺寸較大，選擇標(biāo)準(zhǔn)的角鐵滿足不了本設(shè)計(jì)要求，故在標(biāo)準(zhǔn)角鐵的尺寸基礎(chǔ)上，適當(dāng)增大以滿足要求。角鐵所選用的材料均為，毛坯要經(jīng)時(shí)效處理。本設(shè)計(jì)中角鐵使用數(shù)量為3個(gè)，其中加工孔部位角鐵需留出空間以方便加工。
其具體尺寸和結(jié)構(gòu)如圖4-2、4-3、4-4所示。
圖4-2 角鐵一
4.4．夾具總裝配圖技術(shù)要求制定
4.4.1．精度等級(jí)
同軸度、平行度和垂直度一般為被加工零件精度1/3左右。
4.4.2．定位精度要求
工件以定位支承塊定位，定位面應(yīng)在同一平面內(nèi)，允差0.02，支承塊在一次安裝下加工到所要精度。
4.4.3．總裝配圖繪制要求
一、被加工零件的外形輪廓、定位基面、夾緊表面及加工表面用雙點(diǎn)劃線繪制在各個(gè)視圖的合適位置上。
二、各零件要進(jìn)行編號(hào)，并填寫零件明細(xì)表和標(biāo)題欄。
三、標(biāo)注必要的尺寸、公差配合及技術(shù)要求。
5. 多軸箱的設(shè)計(jì)
多軸箱是組合機(jī)床的重要部件之一，它關(guān)系到整臺(tái)組合機(jī)床質(zhì)量的好壞。
具體設(shè)計(jì)時(shí)，除了要熟悉多軸箱本身的一些設(shè)計(jì)規(guī)律和要求外，還須依據(jù)“三圖一卡”，仔細(xì)分析研究零件的加工部位，工藝要求，確定多軸箱與被加工零件、機(jī)床其他部分的相互關(guān)系。
5．1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖，是依據(jù)“三圖一卡”整理編繪出來的，其一般應(yīng)包括下列內(nèi)容：
（1） 所有主軸的位置尺寸及工件與多軸箱的相關(guān)尺寸。在標(biāo)注主軸的位置及相關(guān)尺寸時(shí)，首先要注意多軸箱和被加工零件在機(jī)床上是面對(duì)面擺放的，因此多軸箱橫截面上的水平方向尺寸應(yīng)與被加工零件工序圖的水平尺寸方向相反。其次，多軸箱上的坐標(biāo)尺寸基準(zhǔn)和被加工零件工序圖的尺寸基準(zhǔn)常不相重合，應(yīng)根據(jù)多軸箱和被加工零件的相對(duì)位置找出統(tǒng)一基準(zhǔn)，并標(biāo)注出其相對(duì)位置關(guān)系尺寸。
（2） 在圖中標(biāo)注主軸轉(zhuǎn)向。由于標(biāo)準(zhǔn)刀具多為右旋，因此要求主軸一般為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)向可標(biāo)注，只注順時(shí)針轉(zhuǎn)向。
（3） 圖中應(yīng)標(biāo)出多軸箱的外形尺寸。
（4） 列表標(biāo)明工件材料，加工表面要求，并標(biāo)出各主軸的工序內(nèi)容，主軸外伸部分尺寸和切削用量等。
（5） 注明動(dòng)力箱型號(hào)，功率，轉(zhuǎn)速和其它主要參數(shù)。
5.2 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇
5.2.1 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇
主軸結(jié)構(gòu)型式由零件加工工藝決定，并應(yīng)考慮主軸的工作條件和受力情況。軸承型式是主軸部件結(jié)構(gòu)的主要特征，如進(jìn)行鉆削加工的主軸，軸向切削力較大，最好用推力球軸承承受軸向力，而用向心球軸承承受徑向力。又因鉆削時(shí)軸向力是單向的，因此推力球軸承在主軸前端安排即可。進(jìn)行鏜削加工的主軸，軸向切削力較小，但不能忽略。有時(shí)由于工藝要求，主軸進(jìn)退都要切削，兩個(gè)方向都有切削力，一般選用前后支承均為圓錐滾子軸承的主軸結(jié)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中我選用推力球軸承。主軸的直徑在前面已經(jīng)算過了這邊就不說了。
5.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
多軸箱的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是通過一定的傳動(dòng)鏈把動(dòng)力箱輸出軸傳進(jìn)來的動(dòng)力和轉(zhuǎn)速按要求分配到各主軸。傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響多軸箱的質(zhì)量、通用化程度、設(shè)計(jì)和制造工作量的大小以及成本的高低。
5.3.1 對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的一般要求
設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)在保證主軸強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下，力求使主要傳動(dòng)件的規(guī)格少，數(shù)量少，體積?。灰虼?，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，要注意下面幾點(diǎn)：
（1） 盡量用一根中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸。當(dāng)齒輪嚙合中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可用變位齒輪或略變傳動(dòng)比的方法解決。
（2） 一般情況下，盡量不采用主軸帶動(dòng)主軸的方案，因?yàn)檫@會(huì)增加主動(dòng)主軸的負(fù)荷。
（3） 為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)副的最佳傳動(dòng)比為1-1.5,在多軸箱后蓋內(nèi)的第4排齒輪，根據(jù)需要，其傳動(dòng)比可以取大些，但一般不超過3-3.5。
（4） 根據(jù)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩成反比的道理，一般情況下如驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較高時(shí)，可采用逐步降速傳動(dòng)；如驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較低時(shí)可先使速度升高一點(diǎn)再降速；這樣可使傳動(dòng)鏈前面幾根軸、齒輪等在比較高轉(zhuǎn)速下工作，結(jié)構(gòu)可小些。組合機(jī)床多軸箱的傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床差異較大，其一是由于傳動(dòng)鏈較短，難分前后，另外，經(jīng)常是一中間傳動(dòng)軸帶多根主軸。所以，合理安排結(jié)構(gòu)往往成為設(shè)計(jì)的主要矛盾。如為了使主軸上的齒輪不過大，最后一級(jí)經(jīng)常采用升速傳動(dòng)。
（5） 粗加工切削力大，主軸上的齒輪應(yīng)盡量安排靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。
（6） 齒輪排數(shù)可按下面方法安排
1） 不同軸上齒輪不相碰，可放在箱體內(nèi)同一排上。
2） 不同軸上齒輪與軸或軸套不相碰，可放在箱體內(nèi)不同排上。
3） 齒輪與軸相碰，可放在后蓋內(nèi)。
5．3．2 主軸分布類型及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1）已知各主軸轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)軸到主軸之間的傳動(dòng)比。
一層二層的齒輪的,三層的齒輪的
多軸箱的具體布置如下圖所示
6．PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
6.1．可編程控制器概述
6.1.1．可編程控制器的定義和特點(diǎn)
可編程控制器（PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程的存貯器，用于其內(nèi)部存貯程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。世界上第一臺(tái)可編程控制器產(chǎn)生于1969年。
PLC的特點(diǎn)主要有以下四點(diǎn)：
一、 通用性強(qiáng)。PLC這種控制裝置硬件是標(biāo)準(zhǔn)化的，要改變控制功能只需改變程序即可。同一臺(tái)PLC可以用于不同的控制對(duì)象。
二、硬件設(shè)計(jì)和接線簡(jiǎn)單。由于PLC的接口按工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì)，輸出接口的驅(qū)動(dòng)功率強(qiáng)，能直接驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等線圈，可免除二次開發(fā)的困難，因而，用戶在硬件方面的設(shè)計(jì)工作只是確定PLC的硬件配置和外部接線而已。對(duì)于接線，只需將提供輸入信息的按鈕、限位開關(guān)、光電開關(guān)、無觸點(diǎn)開關(guān)等接入PLC的輸入端子；把電磁鐵、電磁閥、接觸器等線圈接到PLC的輸出端子并配上對(duì)應(yīng)的負(fù)載電源和保護(hù)裝置，即完成了全部接線任務(wù)。
三、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)?？煽啃允强刂蒲b置的生命。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，能適應(yīng)有各種強(qiáng)烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，并具有故障自診斷能力。
四、體積小、功耗小、性能價(jià)格比高。由于體積小，PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。
6.1.2．基本結(jié)構(gòu)
PLC的主體由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入模塊、輸出模塊、電源以及編程器等組件構(gòu)成。
電源是將交流電轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部所需的直流電，電源組件具有高的抗干擾能力，適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用，供電穩(wěn)定、安全可靠。電源組件內(nèi)還裝有備用電池，以保證在斷電時(shí)，存放在存儲(chǔ)器（RAM）中的信息仍能保持。
PLC的存儲(chǔ)器包括只讀存儲(chǔ)器（ROM）和讀寫存儲(chǔ)器（RAM），前者用來存放系統(tǒng)程序，后者用來存放用戶程序，它通過外接的專用編程器寫入。
輸入模塊主要包括光電耦合器輸入接口，輸入狀態(tài)寄存器和輸入數(shù)據(jù)寄存器。輸入端子接受各種有觸點(diǎn)的和無觸點(diǎn)的開關(guān)是信號(hào)或連續(xù)變化的模擬量（經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換），輸入到輸入狀態(tài)寄存器或輸入數(shù)據(jù)寄存器中。
輸出模塊包括輸出狀態(tài)寄存器，輸出鎖存器，光電耦合器和功率放大器等部分。PLC提供三種類型的輸出：機(jī)械觸頭繼電器、無觸點(diǎn)型交流開關(guān)和無觸點(diǎn)型直流開關(guān)。
CPU是PLC的控制中樞，它包括運(yùn)算器和控制器。PLC的控制器比微機(jī)簡(jiǎn)單的原因是它采用循環(huán)處理方式工作，且對(duì)于小型PLC，指令類型比較少。PLC的運(yùn)算器具有很強(qiáng)的邏輯運(yùn)算功能，但其他運(yùn)算功能就比較少。
編程器主要是用來輸入和編輯用戶程序，但也可用來監(jiān)視PLC工作時(shí)各種編程元件的工作狀態(tài)。
6.1.3．PLC的工作方式
PLC是通過一種周期工作方式來完成控制的，每個(gè)周期包括輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段。
一、輸入采樣階段。當(dāng)PLC開始周期工作時(shí)，控制器首先以掃描方式順序讀入所有的輸入端的信號(hào)狀態(tài)（1或0），并逐一存入輸入狀態(tài)寄存器。輸入狀態(tài)寄存器的位數(shù)與輸入端子的數(shù)目相對(duì)應(yīng)，因而輸入狀態(tài)寄存器又可稱為輸入映象寄存器。輸入采樣結(jié)束后轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變。這些變化只能在下一個(gè)工作周期的輸入采樣階段才被讀入。
二、程序執(zhí)行階段。PLC的用戶程序決定了輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的具體關(guān)系。組成程序的每條指令都有順序號(hào)，指令按步序號(hào)依次存入存儲(chǔ)單元。程序執(zhí)行期間，在無跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，地址計(jì)數(shù)器順序?qū)ぶ?，依次指向每個(gè)存儲(chǔ)單元，控制器順序執(zhí)行這些指令。執(zhí)行指令時(shí)先讀入輸入狀態(tài)寄存器的狀態(tài)，然后進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果存入輸出狀態(tài)寄存器。
三、輸出刷新階段。在所有的指令執(zhí)行完畢后，輸出狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器鎖存，驅(qū)動(dòng)輸出線圈，形成PLC的實(shí)際輸出。
在一個(gè)周期執(zhí)行完后，地址計(jì)數(shù)器恢復(fù)到初始值，重復(fù)執(zhí)行由以上三個(gè)階段構(gòu)成的工作周期。
6.1.4．PLC的發(fā)展
自1969年世界上第一臺(tái)可編程控制器問世以來，PLC的發(fā)展十分迅猛。目前，已有許多國(guó)家的著名企業(yè)，如日本三菱、美國(guó)通用電氣、德國(guó)西門子等，都相繼開發(fā)出了適合他們國(guó)家的產(chǎn)品類型，并廣泛推廣應(yīng)用。正是由于這些公司的激烈競(jìng)爭(zhēng)，PLC的更新?lián)Q代非?？?，周期一般為3～5年。
為了適應(yīng)不同層次的需要，進(jìn)一步擴(kuò)大PLC在自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用，PLC正朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展。
一、低檔PLC向微型、簡(jiǎn)易、價(jià)廉方向發(fā)展，使之能更廣泛地成為繼電器的替代物。在傳統(tǒng)制造業(yè)市場(chǎng)上小型PLC是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的理想選擇。
二、高檔PLC向大容量、高速、高性能方向發(fā)展。不斷增強(qiáng)過程控制功能，使大型PLC具有個(gè)人計(jì)算機(jī)功能，使之能取代工業(yè)控制微機(jī)的部分功能，對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制。
PLC控制技術(shù)將成為今后工業(yè)自動(dòng)化的主要手段。它的發(fā)展必將愈來愈快速。
6.2．動(dòng)作循環(huán)圖
攻絲組合機(jī)床的行程特點(diǎn)與其他機(jī)床相比有很大的不同，因此在設(shè)計(jì)動(dòng)作循環(huán)圖時(shí)必須充分考慮到這一特點(diǎn)。根據(jù)第一章所闡述的攻絲組合機(jī)床結(jié)構(gòu)原理，并結(jié)合本設(shè)計(jì)特點(diǎn)，現(xiàn)擬定攻絲機(jī)床動(dòng)作循環(huán)圖如圖6-1所示。
圖6-1 動(dòng)作循環(huán)圖
6.3．端子分配圖
6.3.1．PLC的選型
選擇PLC的型號(hào)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：
一、結(jié)構(gòu)形式及檔次
按照物理結(jié)構(gòu)，PLC可分為整體式和模塊式。整體式的每一I/O點(diǎn)的價(jià)格較低。對(duì)于單臺(tái)僅需開關(guān)量控制的設(shè)備，一般選小型整體式PLC就可滿足要求。
二、容量
PC的容量指用戶存儲(chǔ)器容量和I/O點(diǎn)數(shù)兩方面的含義。
選擇存儲(chǔ)器容量可按25%留裕量。I/O點(diǎn)數(shù)可按10%～15%考慮裕量。
三、開關(guān)量I/O模塊的選擇
輸入模塊有交流輸入和直流輸入兩種類型。交流輸入方式接觸可靠，適合有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。直流輸入的延遲時(shí)間短，還可以與接近開關(guān)，光電開關(guān)等電子輸入開關(guān)連接。
輸出模塊中，繼電器輸出的價(jià)格便宜，適用的電壓范圍較寬，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，對(duì)于不頻繁通斷的負(fù)載應(yīng)優(yōu)先選用。對(duì)于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)采用無觸點(diǎn)開關(guān)輸出，即選用晶體管輸出或雙向晶閘管輸出。
在選用輸入、輸出模塊時(shí)還應(yīng)考慮同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)，一般來講，同時(shí)接通的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不要超過輸入或輸出點(diǎn)數(shù)的60%。
6.3.2．端子分配圖
根據(jù)上一小節(jié)中所闡述的PLC選型規(guī)則，以及考慮到本設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，現(xiàn)選用的PLC型號(hào)為日本三菱公司生產(chǎn)的FX0S-30MR。該型號(hào)PLC體積小、容量大、價(jià)格適中，十分適合本設(shè)計(jì)要求。
本設(shè)計(jì)所要用到的FX0S-30MR型號(hào)PLC的編程元件如下：
一、輸入繼電器（X）
輸入繼電器是專門用來接收從外部開關(guān)或敏感元件發(fā)來的信號(hào)的，它有輸入端子相連，只能由外部信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，不能在內(nèi)部由程序指令來驅(qū)動(dòng)。輸入繼電器可提供無數(shù)對(duì)常開、常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部使用。
本設(shè)計(jì)中所要用到的輸入繼電器編號(hào)為：X0～X7，X10～X13共12點(diǎn)輸入。
二、輸出繼電器（Y）
輸出繼電器專門用來將輸出信號(hào)傳送給外部負(fù)載。
本設(shè)計(jì)中所要用到的輸出繼電器編號(hào)為：Y2～Y6，Y10～Y11共7點(diǎn)輸出。
三、輔助繼電器（M）
輔助繼電器供內(nèi)部使用，它的觸點(diǎn)不可驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。
本設(shè)計(jì)中所要用到的輔助繼電器編號(hào)為：M0，M1，M3～M10。
四、定時(shí)器（T）
本設(shè)計(jì)中所要用到的定時(shí)器編號(hào)為：T10，T20。
延時(shí)時(shí)間均為1S。
結(jié)合動(dòng)作循環(huán)圖，并根據(jù)該P(yáng)LC型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，端子分配圖如圖5-2所示。
圖5-2 端子分配圖
6.4．梯形圖設(shè)計(jì)
6.4.1．梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則
梯形圖編程是各種PLC的通用編程方式。它的優(yōu)點(diǎn)為直觀、易懂，是應(yīng)用最多的一種編程方式，也是PLC程序設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。
梯形圖的設(shè)計(jì)規(guī)則為：
一、梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列，每個(gè)編程元件線圈為一邏輯行。元件線圈與右母線直接連接，兩線圈不得串聯(lián)，亦不得在線圈與右母線間連接其他元素。
二、除有跳轉(zhuǎn)指令外，一般某編號(hào)的線圈在梯形圖中只能出現(xiàn)一次。
三、對(duì)并聯(lián)電路的邏輯行，串聯(lián)觸點(diǎn)多的支路應(yīng)排在上面，這樣可以減少指令的條數(shù)。
四、不允許在一個(gè)觸點(diǎn)上有雙向電流流過。
五、輸入繼電器的線圈由輸入端子上的外部信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，因而輸入繼電器的線圈不應(yīng)出現(xiàn)在梯形圖中。
6.4.2．梯形圖設(shè)計(jì)
嚴(yán)格遵循梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則，并根據(jù)動(dòng)作循環(huán)圖和端子分配圖，以及充分考慮到攻絲組合機(jī)床的行程特點(diǎn)，梯形圖設(shè)計(jì)如圖5-3所示。
圖6-3 梯形圖設(shè)計(jì)
6.5．程序設(shè)計(jì)
6.5.1．PLC的指令系統(tǒng)
對(duì)本設(shè)計(jì)所需的PLC基本指令如下：
一、輸入、輸出指令
LD：取指令。取與母線連接的常開觸點(diǎn)。
LDI：取反指令。取與母線連接的常閉觸點(diǎn)。
OUT：輸出指令。用于驅(qū)動(dòng)輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，但不能用于輸入繼電器。對(duì)于定時(shí)器和計(jì)數(shù)器使用OUT指令后，必須設(shè)定常數(shù)K，常數(shù)K的設(shè)定也作為一條指令。
二、“與”指令
AND：常開觸點(diǎn)串聯(lián)連接指令。
ANI：常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接指令。
三、“或”指令
OR：常開觸點(diǎn)并聯(lián)指令。
ORI：常閉觸點(diǎn)并聯(lián)指令。
四、置位指令
SET：令元件自保持。
五、復(fù)位指令
RST：用于計(jì)數(shù)器、移位寄存器的復(fù)位。
六、結(jié)束指令
END：編程結(jié)束時(shí)寫入END指令。
6.5.2．指令表
根據(jù)已設(shè)計(jì)好的梯形圖，PLC指令書寫見附錄一。
7．組合機(jī)床電氣控制電路設(shè)計(jì)
7.1．機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的基本原則
7.1.1．機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的基本要求
1）熟悉所設(shè)計(jì)機(jī)床的總體技術(shù)要求及工作過程，弄清其他系統(tǒng)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)要求。
2）了解機(jī)床的現(xiàn)場(chǎng)工作條件、供電情況及測(cè)量?jī)x表的種類。
3）通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇性能價(jià)格比最佳的傳動(dòng)方案和控制方案。
4）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理、技術(shù)先進(jìn)、工作可靠、維修方便的電氣控制電路。進(jìn)行模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證控制電路能否滿足機(jī)床的工藝要求。
5）保證使用的安全性，貫徹最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
7.1.2．機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟
1）擬定電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)條件（任務(wù)書）；
2）確定電力傳動(dòng)方案和控制方案；
3）確定電動(dòng)機(jī)容量；
4）設(shè)計(jì)電氣控制原理圖；
5）選擇電氣元器件及裝置；制定電氣設(shè)備裝置、元件、器件的清單及備件，易損件的清單；
6）繪制電氣安裝圖、位置圖、互連圖；
7）設(shè)計(jì)電氣柜、操作臺(tái)、配電板及非標(biāo)準(zhǔn)器件與零件；
8）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書及使用說明書。包括順序說明、維修說明及調(diào)整方法。
7.1.3．電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)條件
電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)條件通常以設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式表達(dá)。它是整個(gè)電氣設(shè)計(jì)的依據(jù)。在任務(wù)書中，除了簡(jiǎn)要說明所設(shè)計(jì)的機(jī)床型號(hào)、用途、工藝過程、技術(shù)性能、傳動(dòng)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)工作條件外，還必須說明：
1）用戶供電電網(wǎng)的種類、電壓、頻率及容量；
2）有關(guān)電氣傳動(dòng)的基本特性，如運(yùn)動(dòng)部件的數(shù)量和用途、負(fù)載特性、調(diào)速指標(biāo)、電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反向和制動(dòng)要求等；
3）有關(guān)電氣控制的特性，如電氣控制的基本方式、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、自動(dòng)控制的動(dòng)作順序、電氣保護(hù)及聯(lián)鎖條件等；
4）有關(guān)操作方面的要求，如操作臺(tái)的布置、測(cè)量顯示、故障報(bào)警及照明等要求；
5）機(jī)床主要電氣設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行電器和行程開關(guān)等）的參數(shù)及布置框圖；
該技術(shù)任務(wù)書是依據(jù)所設(shè)計(jì)機(jī)床的總體技術(shù)方案擬定的。
7.2．機(jī)床傳動(dòng)的總體方案
一、主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)由主軸電機(jī)M1控制，通過M1電動(dòng)機(jī)的正反向運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)攻絲主軸的攻進(jìn)與攻退；
二、液壓滑臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)由液壓泵電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)，M2電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)由液壓傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)；
三、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3提供攻絲時(shí)所需的冷卻液，以免工件和刀具過熱而造成工件精度降低和刀具縮短壽命。
選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)及參數(shù)如下：
M1 Y100L-6 1.5kW 380V 940r/min 4.00A
M2 Y132S-4 5.5kW 380V 1440r/min 11.6A
M3 Y801-4 0.55kW 380V 1390r/min 1.50A
7.3．主電路設(shè)計(jì)
M1電機(jī)由接觸器KM1、KM2控制實(shí)現(xiàn)正反向運(yùn)轉(zhuǎn)；M2電機(jī)由KM3控制，工作時(shí)，由液壓系統(tǒng)控制液壓滑臺(tái)的前進(jìn)與后退，以保證攻絲深度；M3電機(jī)由KM4控制，工作時(shí)，冷卻液開啟。所有的電機(jī)均設(shè)過載保護(hù)。主電路如圖6-1所示。
7.4．控制電路設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求，采用PLC控制。各按鈕、行程開關(guān)、線圈和指示燈的作用見第六章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中端子分配圖的設(shè)計(jì)圖6-2。控制電路見圖7-2所示。
7.5．控制電源的確定及總體電路的審核完善
由于交流控制電路比較復(fù)雜，需要控制電源變壓器，選用220V作為控制電路電壓。信號(hào)指示采用6V交流供電。
根據(jù)各局部電路之間的相互關(guān)系，考慮必要保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)置，審核各電器元件觸頭的使用是否合理等問題，完善后的電氣原理圖見圖紙：電氣控制電路原理圖。
圖7-1 主電路
圖7-2 控制電路
7.6．電器元件的選擇
7.6.1．電器元件的可靠性
隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的規(guī)模越來越大。一個(gè)大型的自動(dòng)控制系統(tǒng)常需要幾萬個(gè)元件。因此，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性與其所用元件的可靠性有著密切的關(guān)系。若某一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，其中只要有一個(gè)元件失效，就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障，其整個(gè)設(shè)備停工所造成的損失要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該元件本身的價(jià)格。因此，如何正確選用好元件，對(duì)控制系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)是很重要的。
7.6.2．電器元件選擇的基本原則
一、根據(jù)對(duì)控制元件功能的要求，確定電器元件類型。以繼電接觸器控制系統(tǒng)為例，當(dāng)元件用于通、斷功率較大的主電路時(shí)，應(yīng)選用交流接觸器；若元件用于切換較小的電路（如控制電路）時(shí)，則應(yīng)選擇中間繼電器；若還伴有延時(shí)要求時(shí)，則應(yīng)選用時(shí)間繼電器。
二、確定元器件承載能力的