銑削機床機電液控制課程設(shè)計

1、<p>　　銑削機床機電液控制課程設(shè)計</p><p><b>　　一、設(shè)計說明</b></p><p><b>　　1、設(shè)計目的</b></p><p>　　銑床是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床除能銑削平面、溝槽、齒輪、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復雜的型面，效率較刨床高，在機械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)運

2、。</p><p>　　本次設(shè)計要完成雙面銑削機床的機電液控制系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)“定位—夾緊—快進—工進—快退—原位停止—松開卸荷”的工作循環(huán)。設(shè)計參數(shù)針對切削工況，夾緊缸及工作臺輸出力、速度可不考慮。</p><p><b>　　2、設(shè)計參數(shù)</b></p><p><b>　　設(shè)計參數(shù)表</b></p&g

3、t;<p>　　滑塊運動的綜合摩擦力（包括液壓缸摩擦、導向摩擦等）為公稱力的10%。最大工作行程450mm，工進行程150mm，夾具行程自定。</p><p><b>　　·3、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　　1.機械方面</b></p><p>　　根據(jù)負載計算設(shè)計參數(shù)主缸壓力。主缸

4、直徑。</p><p><b>　　2.液壓方面</b></p><p>　　1）設(shè)計液壓原理圖、編制電機電磁鐵動作表。</p><p>　　2）選擇液壓泵、電機、液壓閥。</p><p><b>　　3．電氣方面</b></p><p>　　1）PLC選型，設(shè)計PLC輸入等

5、控制回路。</p><p>　　2）編制PLC程序、包括手動、自動循環(huán)。</p><p><b>　　3）設(shè)計硬件電路。</b></p><p>　　4）編寫設(shè)計說明書。</p><p><b>　　·4、設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　1．繪制液壓泵原理圖

6、1張。</p><p>　　2．繪制PLC端子等控制回路圖1張。</p><p>　　3．繪制PLC梯形圖1張。</p><p>　　4．繪制硬件電路圖1張。</p><p>　　5．編制設(shè)計說明書1份。</p><p>　　二、液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算</p><p>　　1、電磁鐵動作順序圖&l

7、t;/p><p>　　2、擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　設(shè)計液壓系統(tǒng)方案</b></p><p>　　由于該機床是固定式機械，且不存在外負載對系統(tǒng)作功的情況，并由圖知，這臺機床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運動速度低，工作負載變化小。根據(jù)表，該液壓系統(tǒng)以采用節(jié)流調(diào)速和閉環(huán)循環(huán)為宜?，F(xiàn)采用進油路節(jié)流調(diào)速回路。</p><

8、p><b>　　選擇基本回路</b></p><p>　　由于不存在負載對系統(tǒng)作功的工況，也不存在負載制動過程，故不需要設(shè)置平衡及制動回路。但必須有快進、工進運動、換向、調(diào)壓以及卸荷等回路。</p><p>　　1.選擇快速運動回路</p><p>　　系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)速回路后，不論采用何種油源形式都必須有單獨的油路直接通向液壓缸兩腔，以

9、實現(xiàn)快速運動。在本系統(tǒng)中，快退快進回路由調(diào)速閥并聯(lián)一個二位二通換向閥以實現(xiàn)進給缸的快速移動。</p><p><b>　　2.選擇換向回路</b></p><p>　　由工況中曲線可知，當滑臺從快進轉(zhuǎn)為工進是，輸入液壓缸的流量大幅減低。滑臺的速度變化較大，可選用電磁換向閥來控制速度的換接，以減小液壓沖擊。當滑臺由工進轉(zhuǎn)為快退時，回路中通過的流量很大。為了保證換向平穩(wěn)起

10、見，宜采用換向時間可調(diào)的電磁換向閥式換接回路。在本系統(tǒng)中采用四位四通電磁換向閥</p><p>　　3.選擇調(diào)壓和卸荷回路</p><p>　　油源中有溢流閥，調(diào)定系統(tǒng)工作壓力，因此調(diào)壓文體已在油源中解決，無須另外再設(shè)置調(diào)壓回路。而且，系統(tǒng)采用進油節(jié)流調(diào)速，故溢流閥常開，及時滑臺被卡住，系統(tǒng)壓力也不會超過溢流閥的調(diào)定值，所以又起安全作用。</p><p>　　當滑臺

11、工進和停止時，低壓、大流量液壓泵都可經(jīng)此閥卸荷。由于工進在整個工作循環(huán)周期中占了絕大部分時間，且高壓、小流量液壓泵的功率較小，故可以認為卸荷問題已基本解決，就不需要再設(shè)置卸荷回路。</p><p>　　3、工作系統(tǒng)分析負載</p><p><b>　　外負載</b></p><p>　　軸向切削力Ft為400000N</p>&l

12、t;p>　　外負載Fg=Ft=400000N</p><p><b>　　慣性負載</b></p><p>　　機床工作部件的總質(zhì)量m=1000kg，取△t=0.05s</p><p>　　Fm=m=1000×=800N</p><p><b>　　阻力負載</b></p>

13、;<p>　　機床工作部件對動力滑臺導軌的法向力為 Fn=mg=10000N</p><p>　　靜摩擦阻力 Ffs=Fnfs=100000.2=2000N</p><p>　　動摩擦阻力 Ffd=Fnfd=100000.1=1000N</p><p>　　由此得出液壓缸

14、在各工作階段的負載如表1所示。</p><p>　　表1 液壓缸在各工作階段的負載F</p><p>　　按上表數(shù)值繪制負載圖如圖1a所示。</p><p>　　由于v1=v3=0.04m/s、l1=250mm、l2=150mm、快退行程l3=l1+l2=400mm,工進速度v2=0.01m/s,由此可繪出速度圖如圖2b所示。</p><p>

15、;<b>　　圖1a</b></p><p><b>　　圖2b</b></p><p>　　4、確定執(zhí)行元件主要參數(shù)</p><p>　　由以上可知，組合機床在最大負載約為41000N時液壓系統(tǒng)宜取壓力 =4.5MPa。</p><p>　　鑒于動力滑臺要求快進、快退速度相等，這里的液壓缸可選用單

16、活塞桿式的，并在快速時作差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積 應(yīng)為有桿腔工作面積 的兩倍，即 = / =2，而活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d=0.707D的關(guān)系。</p><p>　　在鉆孔加工時，液壓缸回油路上必須具有背壓 ，以防止孔鉆通時滑臺突然前沖，按表取 =0.8MPa?？爝M是液壓缸作差動連接，管路中友壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無桿腔，但其差值較小，可先按0.5MPa考慮?？焱藭r回油腔中是有背壓的

17、。這時 也可按0.8MPa估算。</p><p>　　由工進時的負載值按表中的公式計算液壓缸面積</p><p>　　= = m2=52.08×10-4m2</p><p>　　= =2 =104.16×10-4m2</p><p>　　D= =0.115m</p><p>　　d=0.707D=0

18、.081m</p><p>　　將這些直徑按GB/T2348-2001圓整成就近標準值得</p><p>　　D=125mm、d=90mm</p><p>　　由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積</p><p>　　=D2/4=122.72 10-4m2, =(D2-d2)/4=59.10 10-4m2。</p><p>

19、;　　經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。</p><p>　　根據(jù)上述D和d的值，可估算出液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率，如表2所示。</p><p>　　表2 液壓缸所需的實際流量、壓力和功率</p><p><b>　　5、選擇液壓元件</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┮簤罕?lt

20、;/b></p><p>　　液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為p=3.73MPa,如取總管路損失 p=0.5MPa</p><p><b>　　液壓泵最大工作壓力</b></p><p>　　=p+ p=(3.73+0.5)MPa=4.23MPa</p><p>　　液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為0.254

21、 10-4m3/s，因系統(tǒng)較簡單，取系統(tǒng)泄露系數(shù)Kl=1.1, </p><p>　　取溢流閥最小溢流量為0.5 10-4m3/s，則同時動作的液壓執(zhí)行器的最大流量 </p><p>　　=0.5 10-4m3/s+0.254 10-3m3/s=0.304 10-3m3/s</p><p>　　則液壓泵的實際流量應(yīng)為</p><p>　　=

22、=1.1 0.304 10-4m3/s=20.06L/min</p><p>　　在選取液壓泵時，泵的額定壓力應(yīng)選得比上述最大工作壓力 高25% 60%。</p><p>　　根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取YB1-25型葉片液壓泵，其公稱排量為25mL/r，轉(zhuǎn)速960r/min,額定壓力 =6.3MPa若取液壓泵的容積效率 =0.9，則液壓泵的實際輸出流量為</p

23、><p>　　= (25 960 0.9/1000)L/min=21.6 L/min</p><p>　　由于液壓泵在工進時輸入功率最大，此時液壓泵工作壓力為3.73MPa、流量為21.6L/min。按表取液壓泵的總效率 =0.70，則液壓泵驅(qū)動電機所需的功率為</p><p>　　= = =1.92KW</p><p>　　根據(jù)此數(shù)值查閱電動機

24、產(chǎn)品樣本選取Y132s—6型電動機，其額定功率3KW，額定轉(zhuǎn)速960R/min。</p><p><b>　?。ǘ┯凸?lt;/b></p><p>　　各元件間連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進、出油管則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵選定之后液壓缸在各個工作階段的進、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算。</p><p>

25、;　　由元件表可以看出，液壓缸在各個工作階段的實際運動速度符合設(shè)計要求。</p><p><b>　　快進時輸入流量</b></p><p>　　=( )/( )=(122.72 )/(122.72-59.10)=41.67L/min</p><p>　　取油液在壓油管的流速v=4m/s,算得與液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為</

26、p><p>　　d= =2 mm=14.81mm</p><p>　　d=2 mm=10.71mm</p><p>　　這兩根油管都按GB/T2351-2005選用內(nèi)徑 16mm的冷拔無縫鋼管。</p><p><b>　?。ㄈ┯拖?lt;/b></p><p>　　取經(jīng)驗數(shù)據(jù) 8，故其容積為</p

27、><p>　　V= =8 21.6L=172.8L</p><p>　　按JB/T7938—1999規(guī)定，取最靠近的標準值V=200L。</p><p>　　·6、驗算液壓系統(tǒng)性能</p><p><b>　　驗算油液溫升</b></p><p>　　系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進時的工況來計算

28、。工進時液壓缸的有效功率是</p><p>　　=F =41000 0.001W=0.41kW</p><p>　　工進時系統(tǒng)的效率 =0.012，系統(tǒng)發(fā)熱量為</p><p>　　H= (1- )=0.41 (1-0.012)kW=0.41kW</p><p>　　取散熱系數(shù)k=9 kW/ ，油箱散熱面積</p><p&

29、gt;　　A=6.5 =6.5 =2.22 </p><p><b>　　油液溫升</b></p><p>　　= = =20.5 </p><p>　　此溫升值沒有超出允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。</p><p>　　三、確定液壓泵規(guī)格和電動機功率及型號</p><p><b&g

30、t;　　1、確定各類控制閥</b></p><p>　　系統(tǒng)工作壓力為 3.73 Mpa，油泵額定最高壓力為 6.3 MPa，所以可以選取額定壓力大于或等于或等于 6.3 MPa的各種元件，其流量按實際情況分別選取。</p><p>　　目前中低壓系統(tǒng)的液壓元件，多按 6.3 MPa系列的元件選取，所以可以選?。?lt;/p><p>　　溢流閥的型號為：Y-

31、25B；工作臺液壓缸換向閥型號為：34D-25BY；快進二位二通電磁閥型號為：22D-25B；調(diào)速閥型號為Q-10B；背壓閥型號為B-25B；</p><p>　　定位、夾緊系統(tǒng)可以選?。?lt;/p><p>　　單向閥型號為I-10B；換向閥型號為24D-10B；單向順序閥型號為XI-B10B；</p><p>　　蓄能器供油量僅作定位夾緊系統(tǒng)在工作臺快進、工進與快退

32、時補充些摟和保持壓力之用，其補油量極其有限，所以可以按容量最小的規(guī)格選取。先選取NXQ-0.6/10-I型膠囊式蓄能器，當△=15% 時，其有效補油提極為 △V=0.07 l。</p><p>　　濾油器可選用型號為WU-25×180J的網(wǎng)式濾油器，過濾精度為180um。</p><p>　　壓力表可選用Y-60型量程 6.3 MPa的普通精度等級的量表。選用量程較高的壓力表可以

33、避免在系統(tǒng)有壓力沖擊時經(jīng)常損壞，但量程選得過大會使觀察和調(diào)整的精度降低。</p><p>　　管道通徑與材料：閥類一經(jīng)選定，管道的通徑基本上已經(jīng)決定，這是標準化設(shè)計的一大方便。只有在特殊需要是才按管內(nèi)平均流速的要求計算管道通徑。按標準：</p><p><b>　　通徑</b></p><p>　　選用12.5通徑的管道。為便于安裝，可以采用紫

34、銅管，擴口接頭安裝方式。</p><p><b>　　壁厚</b></p><p>　　按強度公式有 ≥,</p><p>　　其中，紫銅的[]=250kgf/cm=25 MPa,為安全起見，取P=6.3 MPa來計算</p><p>　　壁厚>=6.3 *12.5/(2*25)=1.6

35、 </p><p>　　所以可以取12.5、壁厚1.6mm的紫銅管?？紤]到擴扣處管子得強度，壁厚可以略有增加，一般按常用紫銅管的規(guī)格選取即可（對低壓系統(tǒng)而言），對高壓系統(tǒng)必須進行計算。</p><p>　　2、確定油箱容量與結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　1油箱容量與結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　

36、因為是低壓系統(tǒng)，油箱容積按經(jīng)驗公式計算：</p><p><b>　　油箱容積V=sqp</b></p><p>　　現(xiàn)取V=8*21.6=172.8L</p><p>　　按JB1T.7938-1999規(guī)定，去V=200L</p><p>　　結(jié)構(gòu)可以采用開式、分立、電動機垂直安裝式標準油箱</p>&l

37、t;p><b>　　2液壓油選擇</b></p><p>　　該系統(tǒng)為一般金屬切削機床液壓傳動，所以在環(huán)境溫度為 -5℃~35℃ 之間時，一般可選用20號或30號機械油。冷天用20號機械油，熱天用30號機械油。</p><p><b>　　四、電氣控制設(shè)計</b></p><p><b>　　·1

38、、PLC選型</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求有啟動液壓泵開關(guān)SB0、啟動工作臺開關(guān)SB8、急停開關(guān)SB7、行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SB3、SQ4、SQ5、手動開關(guān)SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、壓力繼電器開關(guān)KP，共十四個輸入點和電磁換向閥YA1、YA2、YA3、YA4、YA5、液壓泵，共六個輸出點，如下表所示：</p><p>　　考慮15%的備用點

39、原則</p><p>　　所需輸入點數(shù)為：14*（1+15%）=16.1 取整數(shù)17</p><p>　　所需輸出點數(shù)為：6 *（1+15%）=6.9 取整數(shù)7</p><p>　　所以選擇PLC的型號為：SIEMENS S7—226 AC/DC</p><p>　　SIEMENS S7—226 AC/DC 主要技術(shù)參數(shù)如下：<

40、;/p><p>　　·2、I/O分配表:</p><p>　　·3、PLC端子接線圖</p><p>　　·4、PLC梯形圖：</p><p><b>　　5、PLC語句表：</b></p><p><b>　　工作方式簡要說明：</b></p

41、><p>　　按下SB0，啟動液壓泵；按下SB8，啟動工作臺，銑床即開始自動循環(huán)過程。YA4開始工作，夾緊缸夾緊工件，待夾緊壓力到達壓力繼電器設(shè)定壓力，壓力繼電器開關(guān)閉合，使YA1、YA3回路閉合，實現(xiàn)快進。當工作臺碰到行程開關(guān)SQ5，使YA3回路斷開，實現(xiàn)工進。當工作臺碰到行程開關(guān)SQ2，YA1回路斷開，YA2回路閉合，實現(xiàn)快退。當工作臺碰到行程開關(guān)SQ1，YA2回路斷開，工作臺停止，同時YA5回路閉合，夾緊缸卸荷

42、。實現(xiàn)設(shè)計要求“夾緊—快進—工進—快退—原位停止—松開卸荷”。</p><p>　　SB7為急停按鈕，SB1—SB5為手動控制按鈕。</p><p><b>　　五、課設(shè)總結(jié)</b></p><p>　　在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學們分工設(shè)計

43、，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了設(shè)計的思維。</p><p>　　我覺得做銑削機床機電液控制課程設(shè)計是十分有意義的，而且是十分有必要的，在已度過的大學時間里，我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)課，我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)課的理論知識，如何去鍛煉我們的實踐能力？如何把我們所學的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識運用到實踐中去呢？我想做類似的課程設(shè)計為我們提供了平臺。<

44、/p><p>　　課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓練，課程設(shè)計對我們而言是我們所學課程內(nèi)容掌握情況的一次自我驗證，通過課程設(shè)計能提高我們對所學知識的綜合應(yīng)運能力。能全面檢查并掌握所學內(nèi)容?；仡櫞舜握n程設(shè)計，至今感慨頻多，從理論到實踐，鞏固了以前學的知識，同時學到了課堂上學不到的內(nèi)容，正所謂實踐出真知。</p><p>　　此次的課設(shè)也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時

45、請教或上網(wǎng)查詢，只要認真專研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頻多。</p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　1 吳中俊黃永紅 可編程序控制器原理及應(yīng)用 . 北京：機械工業(yè)出版社，2011</p><p>　　2 符林芳，李穩(wěn)賢 液壓與氣壓傳動技術(shù) . 北京：北京理工大學出版社，2010</