自動鉆鉸孔裝置設(shè)計(jì),自動鉆鉸孔裝置設(shè)計(jì),自動,鉆鉸孔,裝置,設(shè)計(jì) 第 34 頁 共 34 頁 1 緒論 1．1 自動鉆孔技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 在機(jī)械零件加工作業(yè)中，孔加工所占比例相當(dāng)大，因此與高速銑削相類似的高速、高精度鉆削加工已提上議事日程，高效率孔加工對于促使零件生產(chǎn)合理化是不可或缺的重要工藝過程。近年來，零部件生產(chǎn)大都采用以自動化設(shè)備為中心的生產(chǎn)形態(tài)，進(jìn)行孔加工時大都采用加工中心、CNC電加工機(jī)床等先進(jìn)設(shè)備。機(jī)加工的效率、加工質(zhì)量和加工性能等已成為評價機(jī)械加工性能的主要指標(biāo)[1]。 在孔加工作業(yè)中，目前仍大量使用高速鋼麻花鉆，但各企業(yè)之間在孔加工精度和加工效率方面已逐漸拉開了差距。高速鉆頭切削是一種高速大進(jìn)給量的發(fā)展趨勢，類似球頭立銑刀切削條件的發(fā)展趨勢。切削實(shí)踐表明，提高切削速度有利于切屑形態(tài)的合理化和改善加工表面的粗糙度，預(yù)計(jì)今后仍將沿著高速切削的方向發(fā)展；提高進(jìn)給量對斷屑排屑和延長刀具壽命非常有利，因此，今后也仍將沿著大進(jìn)給的方向不斷發(fā)展。隨著IT相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近年來，光學(xué)和電子工業(yè)所用裝置的零部件產(chǎn)品的需求急速增長，這種增長刺激了微細(xì)形狀及高精度加工技術(shù)的迅速發(fā)展。其中，微細(xì)孔加工技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用尤其引人注目。微細(xì)孔加工早已在印刷電路板等加工中加以應(yīng)用，包括鋼材在內(nèi)的多種被加工材料，均可用鉆頭進(jìn)行小直徑加工，微孔加工是未來趨勢所需[2]。 近年來，隨著高速銑削的出現(xiàn)，以銑削刀具為中心的切削加工正在進(jìn)入高速高精度化的加工時期。目前，孔加工的高速化明顯滯后于其他切削加工。零件的快捷生產(chǎn)是制造業(yè)賴以生存的重要條件，因而孔加工技術(shù)不能成為機(jī)械加工的瓶頸工藝，它必須沿著切削高速化的方向快速跟進(jìn)，盡快步入高速高精度化的加工行列。 1.2 鉆鉸孔裝置簡介 該自動鉆鉸孔裝置由鉆孔裝置、鉸孔裝置、自動回轉(zhuǎn)工作臺及工作臺上的夾具和裝卸裝置部分組成。 鉆削的主運(yùn)動是刀具旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動是刀具的軸向移動。鉆孔和孔口加工能達(dá)到的尺寸精度為 IT12~IT11,能達(dá)到表面粗糙度為 Ra 25 ~6.3。擴(kuò)孔的尺寸精度為IT10~IT9，表面粗糙度為Ra 6.3 ~3.2。鉸孔的尺寸精度為IT8~IT6，表面粗糙度為Ra 1.6 ~0.4 [3-4]。因此很容易看出鉆孔屬于粗加工，而鉸孔屬于精加工。 孔加工的工藝特點(diǎn)有：用鉆頭在工件實(shí)體部位加工孔鉆孔時麻花鉆剛性較差，鉆孔時軸線容易歪斜。由于橫刃的影響導(dǎo)致定心不準(zhǔn)。鉆削時產(chǎn)生軸向力很大[5-8]。 鉸孔在較低的切削速度（νc=1.5m/min~5m/min）、較大的進(jìn)給量（f=0.5mm/r~3mm/r）和很小的背吃刀量的條件下進(jìn)行，這樣不會產(chǎn)生積積屑瘤，保證孔的質(zhì)量較好[9]。 夾具部分由定位元件、定位裝置、夾緊裝置、對刀-導(dǎo)向元件、連接元件、夾具體及其他裝置組成[10]。在鉆床上鉆孔，重要的工藝要求是孔的位置精度?？椎奈恢镁扔闷渌椒ǘ疾荒鼙ＷC，在成批生產(chǎn)時常使用鉆床夾具，通過鉆床夾具上的鉆套引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工，既保證了位置精度，又可提高刀具的剛性，使加工質(zhì)量和生產(chǎn)率都得到顯著的提高[11-13]。工件的定位：工件的定位并不是使工件固定，而是使工件占據(jù)固定的位置，這些都是通過定位元件完成的。工件定位原理為“六點(diǎn)定位原理”，利用“六點(diǎn)定位原理”定位時需要注意有完全定位、部分定位、欠定位和重復(fù)定位的問題。典型定位方式：平面定位（第一、二、三定位基準(zhǔn)）；圓柱孔定位（定位心軸、定位銷）；外圓柱面定位（定心定位、支承定位、V型塊定位）。 回轉(zhuǎn)工作臺可基本分為普通回轉(zhuǎn)工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。其中普通回轉(zhuǎn)工作臺是需要分度裝置的控制來完成圓周分度，由不同的分度精度實(shí)現(xiàn)各角度的回轉(zhuǎn)。而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺則通常是通過直流伺服電機(jī)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)各角度的回轉(zhuǎn)，一般分度精度為，重復(fù)精度為 [14]。 該裝置的控制是典型的順序控制，非常適宜用可編程控制器進(jìn)行控制，采用可編程控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以減小電氣控制設(shè)備體積，使其工作更加可靠，同時其控制要求易于修改，日常工作中維護(hù)量小，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的[15]。 2 被加工工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求 2.1 技術(shù)要求 毛坯的選擇是制訂工藝規(guī)程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，選擇不同的毛坯就會有不同的加工工藝，采用不同設(shè)備、工裝，從而影響零件加工的生產(chǎn)率和成本。毛坯選擇包括選擇毛坯類型和確定毛坯制造方法兩方面，應(yīng)全面考慮機(jī)械加工成本和毛坯制造成本，以降低零件制造總成本。毛坯的種類有：鑄件、鍛件、沖壓件、型材、工程塑料、組合件等。毛坯零件材料選擇為45鋼。 毛坯尺寸公差與機(jī)械加工余量的確定 確定毛坯尺寸公差：根據(jù)所需加工工件外圓直徑為30mm的圓鋼，高20mm。查 得工件最大輪廓尺寸為mm。 計(jì)算確定毛坯機(jī)加工余量：先計(jì)算出圓鋼的質(zhì)量mn=d2h,——鋼才密度，7.85g/cm3。得mn=111g，根據(jù)圓鋼質(zhì)量查的尺寸為30mm時的單邊加工余量為1mm~1.5mm。 2.2 裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 被加工件為圓柱形工件所以所設(shè)計(jì)的夾具需要時以外圓柱面定位方式定位。工件所需加工一個中心孔，所以在回轉(zhuǎn)工作臺上還需考慮設(shè)計(jì)一個槽孔以方便進(jìn)行鉆削。自動鉆鉆鉸孔裝置是利用了回轉(zhuǎn)工作臺將鉆孔與鉸孔兩道工序高效率的合并成到了一起。同時它也減少了鉆孔與鉸孔之前的裝夾，避免了二次裝夾帶來的定位誤差，因此也相對提高了鉆孔鉸孔時的加工精度。減少裝夾次數(shù)也使加工連續(xù)性得以保持，提高了加工的速率與效率。裝置采用了PLC可編程控制器以此達(dá)到了自動化控制。 3 切削刀具分析 刀具的正確選擇對對切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大的影響。在選擇刀具時，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工性質(zhì)（粗、精加工）等。制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性化學(xué)惰性，良好的工藝性（切削加工、鍛造和熱處理等），并且刀具不易變形。 通常當(dāng)材料硬度高時，耐磨性也高；抗彎強(qiáng)度高時，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是硬質(zhì)合金。 3.1 麻花鉆 鉆頭是用以在實(shí)體材料上鉆削出通孔或盲孔，并能對已有的孔擴(kuò)孔的刀具。常用的鉆頭主要有麻花鉆、扁鉆、中心鉆、深孔鉆和套料鉆。 麻花鉆是應(yīng)用最廣的孔加工工具。通常直徑范圍為0.25mm~80mm。它主要由工作部分、頸部和柄部構(gòu)成。工作部分有兩條螺旋形的溝槽，形似麻花因而得名。為了減小鉆孔時導(dǎo)向部分與孔壁間的摩擦，麻花鉆自鉆尖向柄部方向逐漸減小直徑呈倒錐狀。 麻花鉆的材料選擇，工作部分采用高速鋼。柄部采用價廉的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。工作部分與頸部采用焊連接。隨著現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，鉆頭切削部分采用硬質(zhì)合金及涂層的結(jié)構(gòu)日益增多。 從經(jīng)濟(jì)角度將鉆鉸孔精度定為IT9，表面粗糙度為3.2~1.6。又因?yàn)樗杓庸さ目椎闹睆綖?5mm，所以選擇鉆頭時因比給它留有一定的孔加工余量。因此，查表選取麻花鉆直徑為14mm。然后通過鉸孔達(dá)到15H9的尺寸精度。14h8的麻花鉆刀身長為160mm,切削部分長為108mm。 圖3-1 麻花鉆 3.2 鉸刀的選擇 鉸刀是用于鉸削工件上已鉆削加工后的孔，主要是為了提高孔的加工精度，降低其表面的粗糙度，是用于孔的精加工和半精加工的刀具，加工余量一般很小。用來加工圓柱形孔的鉸刀比較常用。用來加工錐形孔的鉸刀是錐形鉸刀，比較少用。按使用情況來分有手用鉸刀和機(jī)用鉸刀。就鉸刀材料而言，又有高速鋼和硬質(zhì)合金之分。 鉸孔的尺寸精度為IT8~IT6，表面粗糙度為Ra1.6 um ~0.4um。機(jī)鉸刀一般有 6個~12個刀齒。機(jī)用鉸刀使用時應(yīng)注意鉸削速度和走刀量，因?yàn)槿绻q刀速度過快會導(dǎo)致鉸刀出現(xiàn)搖擺和抖動這樣會使孔的邊緣受到摩擦影響加工的精度。 鉸孔在較低的切削速度（ν=1.5 m/min ~5m/min） 較大的進(jìn)給量 （f=0.5 mm/r ~3mm/r）和很小的被吃刀量的條件下進(jìn)行，這樣不會產(chǎn)生積屑瘤，保證孔的質(zhì)量較好。對IT8的孔，一般只鉸一次，直徑上的鉸削余量為0.1 mm ~0.3mm。對IT6的孔，在兩次機(jī)鉸以后，還要手鉸一次。 鉸孔時，鉸刀是以工件上原有的孔導(dǎo)向的，不能糾正原有孔的位置誤差，所以原有孔應(yīng)有合理的加工精度。鉸孔時鉸刀不能倒轉(zhuǎn)，否則切削刃會磨鈍。所以鉸完孔后鉸刀要順著退出，退出孔后再停車。若停車后再退出鉸刀的話，孔壁會留有痕跡。 鉸刀是定尺寸刀具，一把鉸刀只能加工一種直徑、一種公差公置的孔。淺孔、盲孔、階梯孔的大孔均不適合于鉸削。 3.3 鉆削用量與參數(shù)選擇 切削速度、進(jìn)給量、和背吃刀量是金屬切削過程中的三個重要參數(shù)，總稱為切削用量。切削用量的大小不僅關(guān)系到刀具的耐用度，而且直接影響到加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，所以，在生產(chǎn)中應(yīng)正確的選用。 切削速度ν，指鉆頭主運(yùn)動的線速度，即單位時間內(nèi)工件和刀具沿主運(yùn)動方向相對移動的距離。（見圖3-2） ν= (m/min), 式中da——鉆頭直徑（mm）;n——鉆頭或工件轉(zhuǎn)速（r/min）。 進(jìn)給量f，鉆頭每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，沿進(jìn)給方向移動的距離稱進(jìn)給量f（mm/r）。鉆頭有2個主切削刃，所以每個主切削刃的進(jìn)給量af = (mm/r)。 被吃刀量ap,待加工表面和已加工表面之間的垂直距離，即為背吃刀量，用ap表示，單位為mm.。鉆孔的ap為鉆頭直徑的一半。 圖3-2 鉆削用量 裝置加工要求：直徑為15mm的孔,每分鐘要求加工20個孔。 鉆頭切削用量確定： ① 鉆孔表面粗糙度為3.2 ~1.6，應(yīng)屬于半精加工，ap取為0.5mm ~2mm。 ② ap選定以后應(yīng)盡可能選用較大的f，但增大進(jìn)給量將增大表面粗糙度。因此進(jìn)給量是精加工時抑制提高生產(chǎn)率的因素。半精加工和精加工時最大進(jìn)給量主要受工件加工表面粗糙度的制約。根據(jù)裝置是鉆孔加鉸孔的工序查表得鉆頭直徑為14mm，材料為HT200時f為0.25 mm/r ~0.3 mm/r，取0.3mm/r。 ③ ap和f確定以后，用查表法得切削速度為0.35m/s。 鉸刀切削用量確定： ① 背吃刀量ap取0.1mm ② 鉸刀的進(jìn)給速度應(yīng)比鉆孔速度快查機(jī)用鉸刀進(jìn)給量表得鉸刀直徑為15，HT200作為零件材料時f為1.0 mm/r ~2.0mm/r，取1.0mm/r。 ③ 切削速度范圍為4 m/min ~8 m/min，取6m/min。 4 鉆鉸孔夾具設(shè)計(jì) 在金屬切削加工工件時，為了保證加工表面的尺寸、幾何形狀和相互位置精度，應(yīng)使工件相對于刀具和裝置切削成形運(yùn)動占有正確的位置，然后將工件夾緊固定以完成安裝過程。在機(jī)床上用于安裝工件的工藝裝備稱為機(jī)床夾具。夾具在工藝裝備中占有十分重要的地位，它對保證工件的加工精度、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、擴(kuò)大機(jī)床使用范圍等方面具有重要的作用。因此夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械加工中一項(xiàng)重要的工藝裝備設(shè)計(jì)工作。 4.1 鉆鉸孔夾具的特點(diǎn) 機(jī)床夾具種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，但他們的工作原理基本相同。在具體研究夾具設(shè)計(jì)問題時，對各類夾具都可以按照組成件的作用將其劃分成既相對獨(dú)立而又彼此聯(lián)系的組成部分。 1）定位元件及定位裝置 定位元件及定位裝置（由零件構(gòu)成的裝置）的作用是確定工件在夾具中的位置。通過工件定位基準(zhǔn)（或定位基面）與其保持接觸，使工件加工時相對于刀具和切削成形運(yùn)動具有正確的位置。 2）夾緊裝置 夾緊裝置的作用是保持工件在夾具中的既定位置，使其在加工過程中不因外力而產(chǎn)生位移和振動。 3）對刀-導(dǎo)向元件 在采用調(diào)整法加工時，為了預(yù)先調(diào)整夾具相對于刀具的位置，在夾具上設(shè)有確定刀具（銑刀、刨刀等）位置或?qū)б毒撸准庸び玫毒撸┻\(yùn)動方向的對刀-導(dǎo)向元件。 4）連接元件 為了確定夾具在機(jī)床上的位置，一般夾具設(shè)有供夾具本身在機(jī)床上定位和夾緊用的連接元件，如銑床夾具的定向鍵。 圖4-1 夾具各組成部分與機(jī)床、工件、刀具的相互關(guān)系 4.2 工件定位夾緊方案 工件以外圓柱面定位是孔加工中最常用的定位方法，外圓柱面有三種基本形式：定心定位、支承定位、V型塊定位。其中支承定位與V型塊定位多用于零件橫臥的加工之中。因此自動鉆孔裝置選擇定心定位更為合理。 定心定位是以外圓柱面的中心線為定位基準(zhǔn)，而夾具定位元件仍與外圓柱面保持接觸，將其中心線確定在要求的位置上。常見的定心定位裝置有各種形式的自動定心三爪卡盤、彈簧夾頭等自動定心裝置。 V型塊定位是圓柱形工件采用最廣的一種定位方式。用V型塊定位時，主要起對中作用，即它能使工件的定位基準(zhǔn)———外圓柱面中心線，對中在V型塊兩斜面的對稱平面上。V型塊上兩斜面的夾角，一般選用60、90和120，其中90應(yīng)用的最多。V型塊的典型結(jié)構(gòu)和尺寸均已標(biāo)準(zhǔn)化。 4.2.1 三爪卡盤方案 裝置采用自動定心的三爪卡盤,三爪卡盤三個卡爪要保證同時作夾緊運(yùn)動這樣就能達(dá)到自動定心的目的的，所以他可以定位于夾緊同時進(jìn)行。 圖4-2 三爪卡盤的剖視圖 其中，先將卡爪與滑塊用螺釘連接固定在一起，滑塊兩側(cè)有兩條導(dǎo)軌槽，將其插入卡盤臺上以方便滑動，并能起到卡爪軸向定位的作用。連桿式用來推動卡爪作夾緊運(yùn)動的連接件，在每個卡爪下面都有一個連桿。裝置使滑動軸上下運(yùn)動，通過連桿傳遞力使得卡爪能在徑向進(jìn)行夾緊運(yùn)動。 同時卡盤中心有一個和加工毛坯零件尺寸相近的凹槽，它起到初步給毛坯零件定位的作用。滑動軸的頂面是零件加工的接觸面，應(yīng)此加工滑動軸的頂面時應(yīng)保持一定的水平精度。 圖4-3 三爪卡盤俯視圖 4.2.2 V型塊方案 圖4-4 V型塊結(jié)構(gòu)尺寸 V型塊基本尺寸有： D——V型塊的標(biāo)準(zhǔn)心軸直徑，即工件定位用的外圓柱直徑; H——V型塊高度； N——V型塊開口尺寸； T——V型塊標(biāo)準(zhǔn)定位高度； a——V型塊斜面夾角。 圖中對稱的兩片是加工時起到壓緊作用的壓板。 圖4-5 V型塊方案回轉(zhuǎn)工作臺整體俯視圖 利用V形塊進(jìn)行定位，然后再利用夾緊元件對工件進(jìn)行徑向夾緊。 V型塊相對于三爪卡盤來講，它的定位精度更高，如果對定位精度有一定要求的孔加工采取V型塊定位更為合理 4.2.2 定位誤差分析 定位誤差產(chǎn)生的原因是：工件用夾具定位，采用調(diào)整法加工，由于工件定位所造成的加工面相對其工序基準(zhǔn)的位置誤差稱為定位誤差，以DW表示。在加工一批工件時，夾具相對刀具及切削成型運(yùn)動的位置調(diào)整好后，假若不考慮加工過程中的其他誤差因素，則加工面對其工序基準(zhǔn)的位置誤差必然是工序基準(zhǔn)的位置變動所引起的。所以定位誤差是一批工件定位時，工序基準(zhǔn)在加工要求方向上的最大位置變動量。定位誤差由兩部分組成：基準(zhǔn)位置誤差和基準(zhǔn)不重合誤差。 V型塊定位精度高而且結(jié)構(gòu)簡單因此裝置優(yōu)先考慮V型塊方案，所以先分析下V型塊的定位誤差。因?yàn)閷σ慌ぜ?，外圓的直徑肯定是存在制造誤差的，這將引起工件外圓柱中心線在V型塊對稱平面垂直方向上產(chǎn)生位置偏移，即基準(zhǔn)位置誤差，但在水平方向沒有偏移。 圖4-6 V型塊定位誤差分析 如圖所示，兩個極限尺寸的工件放置在V型塊上，其中圓心的偏移OO1就是工件定位的基準(zhǔn)位置誤差，其值為： = = = = = = = 0.023mm 從上式可以看出當(dāng)工件外圓直徑的公差Td一定時，基準(zhǔn)位置誤差 隨V型塊夾角a增大而減小。 在鉆孔加工時，加工點(diǎn)在圓心所以工序基準(zhǔn)選的是以外圓柱中心線為基準(zhǔn)。因此工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，故不存在基準(zhǔn)不重合誤差即工件定位誤差就是基準(zhǔn)位置誤差：= = 0.023mm。 根據(jù)加工精度要求同軸度需達(dá)到0.08mm，0.023<。因此滿足工件的加工精度要求，定位方案可行。 4.3 夾緊機(jī)構(gòu) V型塊方案中，V型塊與卡爪組成了自動定心夾緊機(jī)構(gòu)。這樣可以避免了因定位基面的尺寸誤差所引起的基準(zhǔn)位移誤差，如圖4-5所示的夾緊裝置。夾緊元件由氣壓控制在工件進(jìn)行夾緊的時候提供一定的徑向力進(jìn)行夾緊。 4.3.1 夾緊元件的選擇 在V型塊和三爪卡盤方案中都選用了小型卡爪作為夾緊元件，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)原理簡單，便于控制，且夾緊效果能滿足加工要求。其外形前面的零件圖中已經(jīng)畫出，它在零件結(jié)構(gòu)工藝性方面的要求有一個，就是在它的前端與工件接觸的地方設(shè)計(jì)為帶紋路的表面要能提供足夠的摩擦力，防止加工時發(fā)生工件滑動現(xiàn)象。 4.3.2 夾緊元件動力部件的確定 三爪卡盤采用的是機(jī)械力夾緊，動力部件即為滑動軸與連桿組成的機(jī)構(gòu)。 V型塊的動力部件可以采用氣動部件，可將其安裝在鉆頭裝置的支承桿上，這樣可以在控制鉆頭進(jìn)給動作的同時也兼顧到夾緊元件的一個徑向加力夾緊動作。所以鉆頭的軸向進(jìn)給控制和夾緊元件的徑向夾緊控制可以一起設(shè)計(jì)完成。 4.3.3 夾緊力的計(jì)算 在加工過程中，工件受到切削力、慣性力及重力的作用，夾緊力要克服上述力的作用，保證工件的工作位置不變。如果工件在這些力的作用下產(chǎn)生瞬間的少量位移，即為夾緊失效。因此，要以對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)來估算所需的夾緊力。同時，對于受力狀態(tài)復(fù)雜的工件，通常只考慮主要因素的影響，略去次要因素，再考慮安全系數(shù)，以使計(jì)算過程簡化。 圖4-7 工件夾緊受力分析 V型塊方案受力情況如上圖，為了保證工件夾緊不失效必須保證夾緊力所產(chǎn)生的力矩大于等于工件受鉆削力時所產(chǎn)生的力矩。即有， 在生產(chǎn)過程中我們還應(yīng)考慮到，安全系數(shù)K，因此 式中，f0——夾緊元件與工件間的摩擦系數(shù)； K——安全系數(shù)； （查表可得） F0——鉆削力； R——毛坯半徑； r——所需加工孔的半徑； F——夾緊力； f——摩擦力。 但是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中只要能保證夾緊件提供的力大于F就可以保證工件不發(fā)生打滑。所以只要估算出一個大概的夾緊力即可。鉆頭的切削速度為0.35 m/s。先確定鉆削主軸的最大轉(zhuǎn)矩為95N·m。 因此必須滿足F ， K——安全系數(shù)； M——主軸最大轉(zhuǎn)矩； f——摩擦系數(shù)； R——加工孔半徑。 其中摩擦系統(tǒng)f取0.3計(jì)算，K為安全系數(shù)取2計(jì)算。根據(jù)上述公式估算出夾緊力F至少因?yàn)?4KN時才能滿足加工工件時不發(fā)生工件打滑現(xiàn)象。 5 回轉(zhuǎn)工作臺的方案確定 回轉(zhuǎn)工作臺是數(shù)控銑床，數(shù)控鉆床，加工中心等數(shù)控機(jī)床不可缺少的重要部件。它的作用是按照控制裝置的信號或指令作回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動，以使數(shù)控機(jī)床能完成指定的加工工序。常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。 5.1 分度式工作臺 分度式工作臺的功能是完成回轉(zhuǎn)分度運(yùn)動，即在需要分度時，將工作臺及其工件回轉(zhuǎn)一定角度。其作用是加工中自動完成工件的轉(zhuǎn)位換面等。實(shí)現(xiàn)工件一次加工完成不同的幾個面加工或?qū)崿F(xiàn)多種加工。由于結(jié)構(gòu)上的原因，通常分度工作臺的分度運(yùn)動只限于某些規(guī)定的角度;不能實(shí)現(xiàn)0范圍內(nèi)任意角度的分度。 為了保證加工精度，分度工作臺的定位精度 ( 定心和分度 ) 要求很高。實(shí)現(xiàn)工作臺轉(zhuǎn)位的機(jī)構(gòu)很難達(dá)到分度精度的要求，所以要有專門定位元件來保證。按照采用的定位元件不同，有定位銷式分度工作臺和鼠齒盤式分度工作臺。 5.1.1 定位銷式分度工作臺 定位銷式分度工作臺采用定位銷和定位孔作為定位元件，定位精度取決于定位銷和定位孔的精度 ( 位置精度、配合間隙等 ) ，最高可達(dá) ±5" 。因此，定位銷和定位孔襯套的制造和裝配精度要求都很高，硬度的要求也很高，而且耐磨性要好。 如圖5-1是自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的定位銷式分度工作臺。該分度工作臺置于長方形工作臺中間，在不單獨(dú)使用分度工作臺時，兩者可以作為一個整體使用。 圖5-1 定位銷式分度工作臺結(jié)構(gòu) 1—擋塊；2—工作臺；3—錐套；4—螺釘；5—支座；6—油缸；7—定位襯套；8—定位銷； 9—鎖緊油缸；10—大齒輪；11—長方形工作臺；12 —上底座； 13—止推軸承；14—滾針軸承；15—進(jìn)油管道；16—中央油缸；17—活塞； 18 —螺栓；19—雙列圓柱滾子軸承；20—下底座；21—彈簧；22—活塞拉桿 工作臺2的底部均勻分布著八個( 削邊圓柱 )定位銷8，在工作臺下底座12上有一個定位襯套7以及環(huán)形槽。定位時只有一個定位銷插入定位襯套的孔中，其余七個則進(jìn)人環(huán)形槽中，因?yàn)槎ㄎ讳N之間的分布角度為45 °，故只能實(shí)現(xiàn)45 °等分的分度運(yùn)動。 定位銷式分度工作臺作分度運(yùn)動時，其工作過程分為三個步驟： (1) 松開鎖緊機(jī)構(gòu)并拔出定位銷 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出指令時，下底座 20上的六個均布鎖緊油缸 9( 圖中只示出 一個 ) 卸荷?；钊瓧U22在彈簧21的作用下上升15mm，使工作臺2處于松開狀態(tài)。同時，間隙消除油缸6也卸荷，中央油缸16從管道15進(jìn)壓力油，使活塞17上升，并通過螺栓18、支 5把止推軸承13向上抬起，頂在上底座12上，再通過螺釘4、錐套3使工作臺2抬起15mm，圓柱銷從定位襯套 7中拔出。 (2) 工作臺回轉(zhuǎn)分度 當(dāng)工作臺抬起之后發(fā)出信號使油馬達(dá)驅(qū)動減速齒輪( 圖中未示出 )，帶動與工作臺 2 底部聯(lián)接的大齒輪10回轉(zhuǎn)，進(jìn)行分度運(yùn)動。在大齒輪 10 上以 45 °的間隔均布八個擋塊1，分度時，工作臺先快速回轉(zhuǎn)。當(dāng)定位銷即將進(jìn)入規(guī)定位置時， 擋塊碰撞第一個限位開關(guān)，發(fā)出信號使工作臺降速， 當(dāng)擋塊碰撞第二個限位開關(guān)時，工作臺2停止回轉(zhuǎn)，此時相應(yīng)的定位銷 8 正好對準(zhǔn)定位襯套 7 。 (3) 工作臺下降并鎖緊 分度完畢后，發(fā)出信號使中央油缸16卸荷，工作臺2靠自重下降，定位銷8插入定位襯套7中，在鎖緊工作臺之前，消除間隙的油缸6通壓力油，活塞頂向工作臺 2 ，消除徑向間隙。然后使鎖緊油缸9的上腔通壓力油，活塞拉桿22下降，通過拉桿將工作臺鎖緊。 工作臺的回轉(zhuǎn)軸支承在加長型雙列圓柱滾子軸承 19 和滾針軸承 14 中，軸承 19 的內(nèi)孔帶有 1：12 的錐度，用來調(diào)整徑向間隙。另外，它的內(nèi)環(huán)可以帶著滾柱在加長的外環(huán)內(nèi)作 15mm 的軸向移動。當(dāng)工作臺抬起時，支座 5 的一部分 推力由止推 軸承 13 承受，這將有效地減小分度工作臺的回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩，使工作臺 2 轉(zhuǎn)動靈活。 5.1.2 鼠齒盤式分度工作臺 鼠齒盤式分度工作臺采用 鼠齒盤作為 定位元件。這種工作臺有以下特點(diǎn)： (1) 定位精度高，分度精度可達(dá) ±2" ，最高可達(dá) ±0.4" 。 (2) 由于采用多齒重復(fù)定位，因而重復(fù)定位精度穩(wěn)定。 (3) 因?yàn)槎帻X嚙合，一般齒面嚙合長度不少于 60%，齒數(shù)嚙合率不少于 90%，所以定位剛度好，能承受很大外載。 (4) 最小分度為 360 ° / Z(Z 為 鼠齒盤的 齒數(shù) ) ，因而分度數(shù)目多，適用于多工位分度。 (5) 磨損小，且因?yàn)辇X盤嚙合、脫開相當(dāng)于兩齒盤對研過程，所以，隨著使用時間的延續(xù)，其定位精度不斷提高，使用壽命長。 (6) 鼠齒盤的制造比較困難。 圖5-2 鼠齒盤及其齒形結(jié)構(gòu) 圖5-3 鼠齒盤式分度工作結(jié)構(gòu) 1-彈簧； 2-止推軸承； 3-蝸桿； 4-蝸輪； 5，6-齒輪； 7-支承套； 8-活塞； 9-工作臺； 10，11-止推軸承； 12-升夾油缸； 13，14-上，下齒盤； 圖5-3 為鼠齒盤式分度工作臺的結(jié)構(gòu)，主要由一對分度 鼠齒盤13、14 ，升夾油缸12,活塞 8，液壓馬達(dá)，蝸輪副 3、4 ，減速齒輪副 5、6 等組成。其工作過程如下： (1) 工作臺抬起，齒盤脫離嚙合 當(dāng)需要分度時，控制系統(tǒng)發(fā)出分度指令，壓力油進(jìn)入分度工作臺 9 中央 的升夾油缸12的下腔，活塞 8向上移動，通過止推軸承10和11帶動工作臺9向上抬起，使上、下齒盤13、14脫離嚙合，完成分度的準(zhǔn)備工作。 (2) 回轉(zhuǎn)分度 當(dāng)工作臺9抬起后，通過推動桿和微動開關(guān)發(fā)出信號，啟動液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，通過蝸輪4和齒輪副5、6帶動工作臺9進(jìn)行分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動。工作臺分度回轉(zhuǎn)角度由指令給出，共有八個等分，即為 45 ° 的整倍數(shù)。當(dāng)工作臺的回轉(zhuǎn)角度接近所要分度的角度時，減速擋塊使微動開關(guān)動作，發(fā)出減速信號使液壓馬達(dá)低速回轉(zhuǎn)，為齒盤準(zhǔn)確定位創(chuàng)造條件；當(dāng)達(dá)到要求的角度時，準(zhǔn)停擋塊壓合微動開關(guān)發(fā)出信號，使液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動，工作臺便完成回轉(zhuǎn)分度工作。 (3) 工作臺下降，完成定位夾緊 液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動的同時，壓力油進(jìn)入升夾油缸12的上腔，推動活塞8帶動工作臺下降，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動種圓弧或與直線坐標(biāo)軸聯(lián)動加工曲面，又能作為分度頭完成工件的轉(zhuǎn)位換面。 由于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的功能要求連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給并與其他坐標(biāo)軸聯(lián)動，因此采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、分度和定位，其定位精度由控制系統(tǒng)決定。根據(jù)控制方式，有開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。 5.2 開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺采用電液脈沖馬達(dá)或功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，圖5-4開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)。 圖5-4 開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu) 1 —偏心環(huán)； 2 、 6 —齒輪； 3 —步進(jìn)電機(jī)； 4 —蝸桿； 5 —橡膠套； 7 —調(diào)整環(huán) ； 8 、 10 —微動開頭； 9 、 11 —擋塊 ； 12 —雙列短圓柱滾子軸承； 13 —滾珠軸承； 14 —油缸； 15 —蝸輪； 16 —柱塞； 17 —鋼球； 18 、 19 —夾緊瓦； 20 —彈簧； 21 —底座； 22 —圓錐滾子軸承； 23 —調(diào)整套； 24 —支座 工作臺由功率步進(jìn)電機(jī)3驅(qū)動，經(jīng)齒輪副2 、6，蝸輪副4、15，帶動其作回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度運(yùn)動。由于是按控制系統(tǒng)所指定的脈沖數(shù)來決定轉(zhuǎn)位角度，因此，對開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的傳動精度要求高，傳動間隙應(yīng)盡量小。為此，在傳動結(jié)構(gòu)上采用了消除間隙的措施。步進(jìn)電機(jī)3 由偏心環(huán) 1 與底座連接，通過調(diào)整 偏心環(huán) 消除齒輪 2 和齒輪 6 的嚙合間隙。蝸桿 4 為雙導(dǎo)程 ( 變齒厚 ) 蝸桿，可以用軸向移動蝸桿的方法來消除蝸桿 4 和蝸輪15的嚙合間隙。調(diào)整時，只要將調(diào)整環(huán) 7 的厚度改變，便可使蝸桿 4沿軸向移動。 為了消除累積誤差，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)有零點(diǎn)。當(dāng)它作返零控制時，先 由擋塊 11 壓合微動開關(guān) 10 ，發(fā)出從快速回轉(zhuǎn)變?yōu)槁倩剞D(zhuǎn)信號，工作臺慢速回轉(zhuǎn)，再 由擋塊 9 壓合微動開關(guān) 8 進(jìn)行第二欠減速，然后由無觸點(diǎn)行程開關(guān)發(fā)出從慢速回轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)動步進(jìn)信號，最后由步進(jìn)電機(jī)停在某一固定通電相位上，從而使工作臺準(zhǔn)確地停在零點(diǎn)位置上。 當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺用于分度時，分度回轉(zhuǎn)結(jié)束后，要把工作臺夾緊。在蝸輪 15 下部的內(nèi)、外兩面裝有夾緊瓦 18 和 19，底座 21 上固定的支座 24 內(nèi)均布有 6 個油缸 14 。油缸 14 上腔進(jìn)壓力油 ，柱塞 16 下移，并通過鋼球 17 推動夾緊瓦 18 和 19 ，將蝸輪夾緊，從而將工作臺夾緊。不需要夾緊時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使油缸 14 上腔油液流回油箱，在彈簧 20 的作用下把鋼球 17 抬起，于是夾緊瓦 18 和 19 松開蝸輪15，這時啟動步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度。 該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的圓形導(dǎo)軌采用大型滾珠軸承 13 ，使回轉(zhuǎn)運(yùn)動靈活，雙列短圓柱滾子軸承 12 及圓錐滾子軸承 22 保證回轉(zhuǎn)精度和定心精度。調(diào)整軸承12的預(yù)緊力，可以消除回轉(zhuǎn)軸的徑向間隙，調(diào)整軸承22的調(diào)整套23的厚度，可以使大型滾珠軸承有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，保證導(dǎo)軌有一定的接觸剛度。 5.3 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)與開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺基本相同，區(qū)別在于閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動，有轉(zhuǎn)動角度測量元件 ( 圓光柵、圓感應(yīng)同步器、脈沖編碼器等 ) 。測量的結(jié)果反饋與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)控制原理進(jìn)行工作，使工作臺定位精度更高。 圖5-5 為閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)，該工作臺采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)兩對齒輪副和一對 蝸輪副傳動工作臺。采用雙片齒22消除齒輪嚙合間隙，蝸桿為雙導(dǎo)程蝸桿，伺服電機(jī)帶有每轉(zhuǎn)1000 個脈沖信號的編碼器作為角度測量反饋元件。分度精度 25'' ，重復(fù)精度 4''。 工作臺導(dǎo)軌為環(huán)形平面導(dǎo)軌，工作臺與導(dǎo)軌面間粘貼有聚四氟乙烯導(dǎo)軌板 5 ，具有較好的摩擦特性。 夾緊工作臺時，按控制信號要求，壓縮空氣從氣通管接頭 20 通過氣液轉(zhuǎn)換裝置 11 內(nèi)的電磁換向閥進(jìn)入氣缸右腔，使氣缸里的活塞桿 13 向左移動，油腔14內(nèi)的壓力 油逐漸增壓。這時，油缸活塞1壓縮彈簧3并帶動拉桿4向下移動，將工作臺壓緊在底座上，同時又移動觸頭10，壓合剎緊信號 開關(guān)8，發(fā)出夾緊信號。松開工作臺時，壓縮空氣進(jìn)入氣缸左腔，使活塞桿 13 向右移動，油腔 14 內(nèi)的壓力油減壓，直至工作臺松開，同時觸頭10壓合松開信號開關(guān) 12 ，發(fā)出信號，伺服電機(jī) 17 可開始驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)進(jìn)給或分度。 圖5-5 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu) 1 —油缸活塞； 2 —儲油腔； 3 —彈簧； 4 —拉桿； 5 —氟化乙烯導(dǎo)軌板； 6 —工作臺； 7 —主軸；8 —剎緊 信號開關(guān)； 9 —手搖脈沖發(fā)生器； 10 —剎緊 、松開觸頭； 11 —?dú)庖?轉(zhuǎn)換裝置； 12 —松開信號開關(guān)； 13 —?dú)飧谆钊麠U； 14 —油腔； 15 —?dú)飧追ㄌm盤； 16 — 儲油管 油腔； 17 —伺服電機(jī)； 18 —伺服電機(jī)法蘭盤； 19 —齒輪； 20 —?dú)馔?管接頭； 21 —緊固螺釘； 22 —雙片齒輪； 23 —雙導(dǎo)程蝸桿； 24 —定位鍵； 25 —螺紋套； 26 —調(diào)整螺母 5.4 雙導(dǎo)程蝸桿傳動 雙導(dǎo)程蝸桿傳動具有改變嚙合側(cè)隙的特點(diǎn)，能夠始終保持正確的嚙合關(guān)系；并且結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，因而在要求連續(xù)精確分度的結(jié)構(gòu)中被采用，以便調(diào)整嚙合側(cè)隙到最小程度。 雙導(dǎo)程蝸桿副嚙合原理與一般的蝸桿副嚙合原理相同，蝸桿的軸向截面仍相當(dāng)于基本齒條，蝸輪則相當(dāng)于同它嚙合的齒輪。雙導(dǎo)程蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的齒距 ( 導(dǎo)程 ) 或者說齒的左、右兩側(cè)面具有不同的模數(shù) m(m=t ／ π ) ，但同一側(cè)齒距則是相等的，因此，該蝸桿的齒厚從一端到另一端均勻地逐漸增厚或減薄，故又稱變齒厚蝸桿，可用軸向移動蝸桿的方法來消除或調(diào)整嚙合間隙。因?yàn)橥粋?cè)面齒距相同，沒有破壞嚙合條件，所以當(dāng)軸向移動蝸桿后，也能保證良好的嚙合。 雙導(dǎo)程蝸桿的齒形如圖 5-6 所示，圖中，t左 、t右分別為蝸桿左、右側(cè)面軸向齒距；t 中為公稱軸向齒矩； 左、右 分別為蝸桿左、右側(cè)面齒形角；S為齒厚； C 為齒槽寬。 圖5-6 雙導(dǎo)程蝸桿齒形 雙導(dǎo)程蝸桿的優(yōu)點(diǎn)是：嚙合間隙可調(diào)整得很小，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，側(cè)隙調(diào)整可以小至 0.01mm～0.015mm ，而普通蝸輪副一般只能達(dá) 0.03mm ～ 0.08mm ，因此，雙導(dǎo)程蝸桿副能在較小的側(cè)隙下工作，這對提高數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的分度精度非常有利。由于普通蝸桿是用蝸桿沿蝸輪徑向移動來調(diào)整嚙合側(cè)隙，因而改變了傳動副的中心距 ( 中心距的改變會引起齒面接觸情況變差，甚至加劇磨損，不利于保持蝸輪副的精度 ) ；而雙導(dǎo)程蝸桿是用蝸桿軸向移動來調(diào)整嚙合側(cè)隙，不會改變傳動副的中心距，可避免上述缺點(diǎn)。雙導(dǎo)程蝸桿是用修磨調(diào)整環(huán)來控制調(diào)整量，調(diào)整準(zhǔn)確，方便可靠；而普通蝸輪副的徑向調(diào)整量較難掌握，調(diào)整時也容易產(chǎn)生蝸桿軸線歪斜。 雙導(dǎo)程蝸桿的缺點(diǎn)是：蝸桿加工比較麻煩，在車削和磨削蝸桿左、右齒面時，螺紋傳動鏈要選配不同的兩套掛輪，而這兩種蝸距往往是煩瑣的小數(shù)，對于精確配算掛輪很費(fèi)時；同樣，在制造加工蝸輪的滾刀時，應(yīng)根據(jù)雙導(dǎo)程蝸桿的參數(shù)設(shè)計(jì)制造，通用性差。 5.5 回轉(zhuǎn)工作臺參數(shù)計(jì)算 裝置總體控制系統(tǒng)方案是用PLC控制器控制的，因此回轉(zhuǎn)工作臺也可以選擇數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺來進(jìn)行控制?？梢酝ㄟ^PLC的程序控制伺服電機(jī)然后通過蝸輪蝸桿的傳動來達(dá)到工作臺的120的分度回轉(zhuǎn)控制。其分度精度可達(dá)25''，重復(fù)精度可達(dá)4''。 蝸桿的分度圓直徑選擇為28mm，蝸輪的分度圓直徑為160mm。根據(jù)普通蝸桿傳動m和d得搭配值表查的渦輪模數(shù)m為2.5。 d=mz，所以蝸輪齒數(shù)z為64。 i12= ，其中z2為蝸輪齒數(shù)，z1為蝸桿頭數(shù)。取蝸桿頭數(shù)為2。得i12=32。 裝置要求為平均30秒加工完成一個零件。因此初步選定工作臺轉(zhuǎn)速為10r/min。 因此直流伺服電機(jī)只需要達(dá)到320r/min 的轉(zhuǎn)速即可。 6 裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 自動控制系統(tǒng)是在無人直接參與下可使生產(chǎn)過程或其他過程按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動化的主要手段。 自動控制系統(tǒng)按控制原理的不同，自動控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng) 　　在開環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開環(huán)控制系統(tǒng)中，基于按時序進(jìn)行邏輯控制的稱為順序控制系統(tǒng)；由順序控制裝置、檢測元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控工業(yè)對象所組成。主要應(yīng)用于機(jī)械、化工、物料裝卸運(yùn)輸?shù)冗^程的控制以及機(jī)械手和生產(chǎn)自動線。 閉環(huán)控制系統(tǒng) 　　閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的，利用輸出量同期望值的偏差對系統(tǒng)進(jìn)行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)。 6.1 PLC裝置介紹 可編程控制器（PLC）是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的新型自動控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域?，F(xiàn)在，PLC已成為工業(yè)自動化的三大支柱技術(shù)（PLC技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)）之一，PLC應(yīng)用已經(jīng)成為控制領(lǐng)域的一個潮流，隨著我國科技水平的不斷發(fā)展和提高，PLC技術(shù)將在我國得到更加全面的推廣和應(yīng)用。 由于控制對象的復(fù)雜性、運(yùn)行環(huán)境的特殊性和運(yùn)行工作的連續(xù)、長期性，使得PLC在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)上具有許多其他控制器所無法相比的特點(diǎn)： 1．可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 2．靈活性和通用性強(qiáng) 3．編程語言簡單易學(xué) 4．PLC與外部設(shè)備的連接簡單、使用方便 5．PLC的功能強(qiáng)大 6．PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試周期短 7．PLC體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 目前，在工業(yè)控制領(lǐng)域里常見的有下列幾種控制方法：傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制、單片機(jī)控制、可編程序控制器（PLC）控制、計(jì)算機(jī)控制（PC）、計(jì)算機(jī)-單片機(jī)控制以及計(jì)算機(jī)-可編程序控制器控制等，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，具有各自的適用場合和要求。 表6-1 常見控制方法對比 PLC是一種特殊的計(jì)算機(jī)，它的組成與計(jì)算機(jī)相似。整體式結(jié)構(gòu)的PLC組成如圖16所示。其主要組成部分有： 1．中央處理單元（CPU） CPU是PLC的核心部件，它類似人的大腦，能指揮PLC按照預(yù)先編好的系統(tǒng)程序完成各種任務(wù)。 2．存儲器 存儲器一般包括以下三部分：系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器、工作數(shù)據(jù)存儲器。 3．輸入/輸出單元 輸入/輸出單元是PLC與外部設(shè)備相互聯(lián)系的窗口。輸入單元接收現(xiàn)場設(shè)備向PLC提供的信號；輸出單元將經(jīng)過CPU處理的弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號，以驅(qū)動各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、調(diào)速裝置等。 4．電源部分 PLC的電源包括兩種電源：一種是外部電源，另一種是內(nèi)部電源。外部電源一般配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電。內(nèi)部電源是供用戶存儲器工作的保護(hù)電源，保證用戶程序在外部電源斷開時不致丟失。 5．I/O擴(kuò)展端口 當(dāng)主機(jī)上的I/O點(diǎn)數(shù)或類型不能滿足用戶需要時，主機(jī)可以通過I/O擴(kuò)展端口連接I/O擴(kuò)展單元來增加I/O點(diǎn)。另外，通過I/O擴(kuò)展口還可以連接各種智能單元，擴(kuò)展PLC的功能。 6．外設(shè)端口 每臺PLC都有外設(shè)端口。通過外設(shè)端口，PLC可與外部設(shè)備相連接。 7．編程工具 編程工具是開發(fā)應(yīng)用和檢查維護(hù)PLC以及監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行不可缺少的外部設(shè)備。包括專用編程器和計(jì)算機(jī)輔助編程。 圖6-1 PLC組成示意圖 PLC上電后首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入循環(huán)掃描工作過程。一次循環(huán)掃描過程可歸納為五個工作階段：自診階段、輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段以及通信處理階段，如圖6-2。 圖6-2 PLC工作過程 6.2 系統(tǒng)控制要求 本裝置要求達(dá)到的控制標(biāo)準(zhǔn)為裝置先完成工件的裝夾然后通過回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動將工件帶到第一加工工位，控制信號再控制夾緊裝置以及壓板裝置進(jìn)行夾緊定位。接下來是鉆孔裝置進(jìn)行對刀然后進(jìn)行進(jìn)給鉆削運(yùn)動。于此同時在裝載工件處又需要將第二個待加工件裝上工作臺等待進(jìn)入第一工位加工。第一工位加工完成后夾緊定位裝置松開控制回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動到下一個工位，進(jìn)行鉸孔加工。同樣的進(jìn)行鉸孔加工時也需要對工件進(jìn)行定位與夾緊控制以及鉸孔加工的進(jìn)給鉸削運(yùn)動的控制。最后在鉆孔與鉸孔加工都完成后通過回轉(zhuǎn)工作臺讓被加工件回到裝夾位置卸載。 根據(jù)對裝置的控制要求選擇使用閉環(huán)控制系統(tǒng)，并確定了總體的加工工藝流程，具體流程如圖6-3。 圖6-3 裝置自動控制流程圖  結(jié) 論 畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比較完整的自動鉆鉸孔裝置設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實(shí)際裝置設(shè)計(jì)問題的能力，同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種零件設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，切削用量的確定，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我對設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識也對自己提出了新的要求，舉個簡單的例子：本來我在設(shè)計(jì)這個裝置的夾具的時候只考慮到了定位與夾緊，卻沒有考慮到在退刀時工件也需要一個壓緊力，不然工件就會在退刀時被帶動。所以設(shè)計(jì)時需要在零件上面加個壓板保證工件被完全定位。這種問題的出現(xiàn)讓我更了解到了做機(jī)械設(shè)計(jì)人員時需要的細(xì)心謹(jǐn)慎考慮問題要周全。我相信在我以后的工作中一定會注意到這些問題的。 提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。從不知道畢業(yè)論文怎么寫，到順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，這給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。  致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們知識運(yùn)用能力的一次全面的考核，也是對我們進(jìn)行設(shè)計(jì)研究基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識獨(dú)立的分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學(xué)術(shù)論文和工作打下良好的基礎(chǔ)。 本次設(shè)計(jì)能順利完成，首先我要感謝我的母校——南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，是她為我們提供了學(xué)習(xí)知識的土壤，使我們在這里茁壯成長：其次我要感謝機(jī)械系的老師們，他們不僅教會我們專業(yè)方面的知識，而且教會我們做人做事的道理；尤其要感謝在本次設(shè)計(jì)中給予我大力支持和幫助的江琴老師，每有問題，老師總是耐心的解答，使我能夠充滿熱情的投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)中去；還要感謝我的同學(xué)們，他們熱心的幫助，使我感到了來自兄弟姐妹的情誼；最后還要感謝相關(guān)資料的編著者，感謝你們提供的材料，使本次設(shè)計(jì)圓滿完成。  參 考 文 獻(xiàn) [1] 任兆應(yīng),張維紀(jì).實(shí)用鉆孔技術(shù)[M].北京：金盾出版社,1997. 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